电平转换电路、电压测量装置和电压测量方法与流程

1.本公开的实施例涉及一种电平转换电路、电压测量装置和电压测量方法。


背景技术：

2.随着半导体工艺不断发展下，芯片内部集成了多个电路模块，这些电路模块有多个电压域。为了满足多个电路模块的电平需求，往往需要进行电平转换，并且为了保证芯片处于正常工作环境下，需要监测芯片中各个重要节点电压，以保证芯片处于正常工作状态。


技术实现要素：

3.本公开至少一个实施例提供一种电平转换电路，包括：电流镜电路单元、输出电路单元、分压电路单元、输出端和输入端，输入端用于接收输入电压，输出端用于提供输出电压，电流镜电路单元包括连接第一电源电压的第一端、连接输出端的第二端和连接分压电路单元的第三端，电流镜电路单元配置为在第二端和第三端提供镜像电流，输出电路单元连接在第二电源电压和输出端之间，且从输入端接收输入电压，输出电路单元配置为在输入电压的控制下基于第二电源电压的控制在输出端提供输出电压，分压电路电压连接在第二电源电压和电流镜电路单元的第三端之间。
4.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，电流镜电路单元包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第二晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的栅极和所述第一晶体管的第一极连接，且共同连接至所述分压电路单元，所述第一晶体管的第二极和所述第一端连接，所述第二晶体管的第二极和所述第一端连接，所述第二晶体管的第一极和所述第二端连接，第一晶体管和所述第二晶体管的规格相同。
5.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，输出电路单元包括第三晶体管，所述第三晶体管的栅极连接所述输入端以接收所述输入电压，所述第三晶体管的第二极连接所述输出端，所述第三晶体管的第一极连接所述第二电源电压。
6.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，分压电路单元包括第四晶体管，第四晶体管的栅极与所述第四晶体管的第一极共同连接到所述第二电源电压，所述第四晶体管的第二极与所述电流镜电路单元的第三端连接。
7.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，第一晶体管和所述第四晶体管规格相同。
8.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，还包括：参考电压产生单元，配置为提供参考电压，第一电源电压和所述第二电源电压之一为所述参考电压。
9.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，参考电压产生单元包括能隙电压基准电路，其中，所述能隙电压基准电路提供所述参考电压。
10.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，所述参考电压产生单元还包括单位增益缓冲器，其中，所述单元增益缓冲器的第一端与所述能隙电压基准电路连接，所述单元增益缓冲器的第二端与所述电流镜电路单元的第一端连接。
11.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，第一电源电压为所述参考电压，所述电流镜电路单元、所述输出电路单元和所述分压电路单元各自包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管每个为p型金属氧化物半导体场效应管。
12.例如，在本公开一实施例提供的电平转换电路中，第二电源电压为所述参考电压，所述电流镜电路单元、所述输出电路单元和所述分压电路单元各自包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管每个为n型金属氧化物半导体场效应管。
13.本公开至少一个实施例提供一种电压测量装置，包括：测量电压生成单元和信号处理单元，测量电压生成单元包括上述任一实施例所述的电平转换电路、输入电压接收端和测量电压输出端，所述输入电压接收端用于接收来自输入电压信号端的输入电压，所述测量电压输出端与所述信号处理单元连接，所述电平转换电路与所述输入电压接收端连接，且配置为接收所述输入电压，并且向所述测量电压输出端提供输出电压，所述信号处理单元包括第一信号接收端和第二信号接收端，所述第一信号接收端与所述测量电压输出端连接以接收所述输出电压，所述第二信号接收端用于接收参考电压，所述信号处理单元配置为基于所述参考电压，输出所述输出电压的测量结果。
14.例如，在本公开一实施例提供的电压测量装置中，所述测量电压生成单元包括第一电平转换电路和第二电平转换电路，所述测量电压生成单元还包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，所述第一电平转换电路通过所述第一开关单元与所述测量电压输出端连接，所述第二电平转换电路通过所述第二开关单元与所述测量电压输出端连接，所述测量电压输出端还通过所述第三开关单元连接所述输入电压信号端，第一电平转换电路和所述第二电平转换电路还接收所述参考电压，所述第一电平转换电路连接的所述第一电源电压为所述参考电压，所述第二电平转换电路连接的所述第二电源电压为所述参考电压。
15.例如，在本公开一实施例提供的电压测量装置中，第一开关单元、所述第二开关单元和所述第三开关单元配置为响应控制信号，在所述输入电压在所述信号处理单元的电压测量范围内的情形中，所述控制信号用于控制所述第一开关单元断开所述测量电压输出端与所述第一电平转换电路的连接、所述第二开关单元断开所述第二电平转换电路与所述测量电压输出端的连接以及所述第三开关单元导通所述输入电压信号端与所述测量电压输出端；在所述输入电压小于所述信号处理单元的电压测量范围的最小值的情形中，所述控制信号用于控制所述第一开关单元导通所述测量电压输出端与所述第一电平转换电路、所述第二开关单元断开所述第二电平转换电路与所述测量电压输出端的连接以及所述第三开关单元断开所述输入电压信号端与所述测量电压输出端的连接；在所述输入电压大于所述信号处理单元的电压测量范围的最大值的情形中，所述控制信号用于控制所述第一开关单元断开所述测量电压输出端与所述第一电平转换电路的连接、所述第二开关单元导通所述第二电平转换电路与所述测量电压输出端以及所述第三开关单元断开所述输入电压信号端与所述测量电压输出端的连接。
16.例如，在本公开一实施例提供的电压测量装置中，信号处理单元包括数模转换单元。
17.本公开至少一个实施例提供一种电压测量方法，应用于上述实施例提供的电压测量装置，所述电压测量方法包括：响应于所述输入电压接收端接收所述输入电压，比较所述
输入电压和所述信号处理单元的电压测量范围，获得比较结果；基于所述比较结果，生成所述控制信号；根据所述控制信号，控制所述第一开关单元、所述第二开关单元和所述第三开关单元的断开或者闭合；以及由所述信号处理单元对所述测量电压输出端提供的输出电压进行测量，并且输出测量结果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
19.图1示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路的框图；
20.图2示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路的电路结构；
21.图3示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路的电路结构；
22.图4示出了本公开至少一个实施例提供的电压测量装置的示意性框图；
23.图5示出了本公开至少一个实施例提供的电压测量装置的电路结构的示意图；以及
24.图6示出了本公开至少一个实施例提供的一种电压测量方法的流程图。
具体实施方式
25.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
26.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
27.芯片中的多个电路模块之间经常出现电压域不一样的情况。例如，各个电路模块在通过总线进行通讯时，接在总线上的电路模块有使用3v电压域的，也有使用5v电压域的。电平转换电路在不同电压域的电路模块之间能够实现高电平与低电平之间的转换，这样，电压域不同的模块电路之间便能更好地进行通讯了。不仅如此，电平转换电路还能实现阻抗的转换；甚至电平转换电路还有一定的隔离和滤波的作用。因此，电平转换单元在芯片中起着非常重要的作用。但是，由于温度，电源电压，工艺等误差等因素的影响，电平转换单元的转换精度较低。
28.本公开至少一个实施例提供一种电平转换电路、电压测量装置和电压测量方法。该电平转换电路方法包括：电流镜电路单元、输出电路单元、分压电路单元、输出端和输入
端，输入端用于接收输入电压，输出端用于提供输出电压，电流镜电路单元包括连接第一电源电压的第一端、连接输出端的第二端和连接分压电路单元的第三端，电流镜电路单元配置为在第二端和第三端提供镜像电流，输出电路单元连接在第二电源电压和输出端之间，且从输入端接收输入电压，输出电路单元配置为在输入电压的控制下基于第二电源电压的控制在输出端提供输出电压，分压电路电压连接在第二电源电压和电流镜电路单元的第三端之间。该方法可以提高电平转换的精度。
29.本公开至少一个实施例提供一种电压测量装置，包括：测量电压生成单元和信号处理单元，测量电压生成单元包括上述任一实施例的电平转换电路、输入电压接收端和测量电压输出端，输入电压接收端用于接收来自输入电压信号端的输入电压，测量电压输出端与信号处理单元连接，电平转换电路与输入电压接收端连接，且配置为接收输入电压，并且向测量电压输出端提供输出电压，信号处理单元包括第一信号接收端和第二信号接收端，第一信号接收端与测量电压输出端连接以接收输出电压，第二信号接收端用于接收参考电压，信号处理单元配置为基于参考电压，输出该输出电压的测量结果。该电压测量装置能够提高信号处理单元的电压测量范围。
30.图1示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路100的框图。
31.如图1所示，电平转换电路100包括电流镜电路单元101、分压电路单元102、输出电路单元103、输出端pout和输入端pin。
32.输入端pin用于接收输入电压vin，输出端pout用于提供输出电压vout。
33.电流镜电路单元101包括连接第一电源电压v1的第一端p1、连接输出端pout的第二端p2和连接分压电路单元102的第三端p3。电流镜电路单元101配置为在第二端p2和第三端p3提供镜像电流。
34.分压电路电压102连接在第二电源电压v2和电流镜电路单元101的第三端p3之间。
35.输出电路单元103连接在第二电源电压v2和输出端pout之间，且从输入端pin接收输入电压vin。输出电路单元103配置为在输入电压vin的控制下基于第二电源电压v2的控制在输出端pout提供输出电压vout。
36.该电平转换电路通过电流镜电路单元来镜像电流，使得流过分压电路单元102和输出电路单元103的电流相同，从而减小了温度、工艺等的误差影响，有效的提高电平转换精度。
37.图2示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路100的电路结构200。
38.如图2所示，在电路结构200中，电流镜电路单元101包括第一晶体管m1和第二晶体管m2。第一晶体管m1和第二晶体管m2的规格相同。
39.在本公开的实施例中，规格相同例如是指两个晶体管的沟道长宽比、阈值电压等物理参数均相同。例如，两个晶体管可以是同一型号的金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)。例如，第一晶体管m1和第二晶体管m2的沟道长宽比、阈值电压等物理参数均相同。例如，第一晶体管m1和第二晶体管m2可以均为p型金属氧化物半导体场效应管(以下简称p型管)或者n型金属氧化物半导体场效应管(以下简称n型管)。
40.如图2所示，在电路结构200中，第一晶体管m1的栅极gate与第二晶体管m2的栅极gate连接，第一晶体管的栅极m1和第一晶体管m1的第一极连接，且共同连接至分压电路单
元102，第一晶体管m1的第二极和第一端p1连接。第二晶体管m2的第二极和第一端p1连接，第二晶体管m2的第一极和第二端p2连接。第一端p1连接第一电源电压v1。
41.例如，第一晶体管m1为p型管，第一晶体管m1的第一极为p型管的漏极，第一晶体管m1的第二极为p型管的源极。如图2所示，p型管的栅极和漏极连接在一起构成二极管的形式，并且p型管的栅极和漏极连接在一起后通过第三端共同连接至分压电路单元102，p型管的源极和第一端p1连接。
42.第一晶体管m1的栅极和漏极连接在一起，并且第一晶体管m1的栅极与第二晶体管m2的栅极连接在一起，构成电流镜结构。
43.在本公开的一些实施例中，第二晶体管m2与第一晶体管m1具有相同的规格，因此若第一晶体管为p型管，则第二晶体管m2也为p型管。若第二晶体管m2为p型管，则第二晶体管m2的第一极为p型管的漏极，第二晶体管m2的第二极为p型管的源极。如图2所示，第二晶体管m2的源极与第一端p1连接，第二晶体管m2的漏极通过第二端p2连接到输出端pout。
44.在本公开的一些实施例中，输出电路单元103可以包括第三晶体管m3。第三晶体管m3的栅极gate连接输入端pin以接收输入电压vin，第三晶体管m3的第二极连接输出端pout，第三晶体管m3的第一极连接第二电源电压v2。
45.在本公开的一些实施例中，第三晶体管m3可以是p型管也可以是n型管。
46.在本公开的一些实施例中，如图2所示，分压电路单元102包括第四晶体管m4。第四晶体管m4的栅极gate与第四晶体管m4的第一极共同连接到所第二电源电压v2，第四晶体管m4的第二极与电流镜电路单元101的第三端p3连接。
47.第四晶体管m4的栅极gate与第四晶体管m4的第一极连接在一起，使得第四晶体管m4也形成二极管形式，与第一晶体管m1相同，从而能够减小第一晶体管m1和第四晶体管m4的分压受温度、工艺等影响，以提供电平转换精度。
48.在本公开的一些实施例中，第一晶体管m1和第四晶体管m4规格相同。关于“规格相同”请参考上文的描述。第一晶体管m1和第四晶体管m4规格相同能够保证第一晶体管m1和第四晶体管m4上的压降相同，从而减小温度、工艺等的影响，提高电平转换的精度。
49.在图2所示的示例中，例如若第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第四晶体管m3均为p型晶体管，则第二电源电压v2小于第一电源电压v1，使得电流方向为第一端p1到节点p4的方向。
50.例如，第二电源电压可以接地。
51.在本公开的一些实施例中，如图1所示，电平转换电路100还可以包括参考电压产生单元104。参考电压产生单元104配置为提供参考电压vref，第一电源电压v1和第二电源电压v2之一是参考电压。
52.在图1和图2的示例中，第一电源电压v1为参考电压vref。在本公开的另一些实施例中，第二电源电压作为参考电压vref，请参考图3的示例。
53.例如，在图2所示的电路结构200中，除包括电流镜电路单元101、输出电路单元103和分压电路单元102之外，还可以包括参考电压产生单元104。参考电压产生单元104提供参考电压vref，也即，第一端p1接收来自参考电压产生单元-104的参考电压vref。
54.如图2所示，参考电压产生单元104包括能隙电压基准电路bg_vref。能隙电压基准电路bg_vref提供参考电压vref。能隙电压基准电路bg_vref产生的参考电压不随着后续电
路(即，电流镜电路单元101、输出电路单元103、分压电路单元102)发生变化而改变，从而能够提供高稳定、高精度的参考电压vref。
55.如图2所示，能隙电压基准电路bg_vref与电源电压vdd连接，以接收电源电压vdd，并且提供参考电压vref。通过能隙电压基准电路bg_vref提供参考电压vref能够减小电源电压带来的误差，因为能隙电压基准电路bg_vref提供的参考电压vref是一个不随温度、工艺、电源电压变化的参数。
56.如图2所示，参考电压产生单元104还包括单位增益缓冲器114。单元增益缓冲器114的第一端与能隙电压基准电路bg_vref连接，单元增益缓冲器114的第二端与电流镜电路单元101的第一端p1连接。
57.单位增益缓冲器114接收能隙电压基准电路bg_vref提供的参考电压vref，并且向电流镜电路单元101提供参考电压vref。
58.单位增益缓冲器114能够将能隙电压基准电路bg_vref与后续电路隔离，从而进一步保证了能隙电压基准电路bg_vref提供高稳定、高精度的参考电压vref。
59.如图2所示，例如第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第四晶体管m4都是相同的p型晶体管。第一晶体管m1和第四晶体管m4接成二极管的形式。第一晶体管m1和第四晶体管m4分压，因此vref＝vgs1 vgs4。vgs1和vgs4分别表示第一晶体管m1和第四晶体管m4的栅源极电压。
60.因第一晶体管m1和第四晶体管m4规格相同，因此vgs1＝vgs4＝vref/2。
61.第一晶体管m1和第二晶体管m2通过电流镜来镜像电流，因此id1＝id2，vgs2＝vgs1，vgs2＝vgs3。id1和id2分别表示流经第一晶体管m1和第二晶体管m2的电流，vgs2表示第二晶体管m2的栅源极电压，vgs3表示第三晶体管m3的栅源极电压。从而保证vin与vout相差一个第三晶体管m3的栅源极电压，因此vout＝vin vgs3＝vin vref/2。
62.因此，vout只与参考电压vref和输入vin有关，消除了温度、工艺等的误差影响，有效的提高了电平转换精度。并且，在图2的电路结构200中，输出电压vout大于输入电压vin，因此，电路结构200起到了升压的作用。
63.在本公开的一些实施例中，第二电源电压v2为参考电压vref，电流镜电路单元101、输出电路单元103和分压电路单102各自包括至少一个晶体管，该至少一个晶体管中每个晶体管均可以为n型金属氧化物半导体场效应管。
64.图3示出了本公开至少一实施例提供的一种电平转换电路100的电路结构300。
65.如图3所示，在电路结构300中，电流镜电路单元101包括第一晶体管m’1和第二晶体管m’2。第一晶体管m’1和第二晶体管m’2的规格相同。
66.第一晶体管m’1的栅极gate与第二晶体管m’2的栅极gate连接，第一晶体管的栅极m’1和第一晶体管m’1的第一极连接，且共同连接至分压电路单元102，第一晶体管m’1的第二极和第一端p1连接。第二晶体管m’2的第二极和第一端p1连接，第二晶体管m’2的第一极和第二端p2连接。第一端p1连接第一电源电压v’1。
67.例如，第一晶体管m’1为n型管，第一晶体管m’1的第一极为n型管的漏极，第一晶体管m’1的第二极为n型管的源极。如图3所示，n型管的栅极和漏极连接在一起构成二极管的形式，并且n型管的栅极和漏极连接在一起后通过第三端共同连接至分压电路单元102，n型管的源极和第一端p1连接。
68.第一晶体管m’1的栅极和漏极连接在一起，并且第一晶体管m’1的栅极与第二晶体管m’2的栅极连接在一起，构成电流镜结构。
69.在本公开的一些实施例中，第二晶体管m’2与第一晶体管m’1具有相同的规格，因此若第一晶体管m’1为n型管，则第二晶体管m’2也为n型管。如图2所示，第二晶体管m’2的源极与第一端p1连接，第二晶体管m’2的漏极通过第二端p2连接到输出端p’out。
70.在本公开的一些实施例中，输出电路单元103可以包括第三晶体管m’3。第三晶体管m’3的栅极gate连接输入端p’in以接收输入电压vin，第三晶体管m’3的第二极连接输出端p’out，第三晶体管m’3的第一极连接第二电源电压v’2。
71.在图3的示例中，第三晶体管m’3是n型晶体管。
72.在本公开的一些实施例中，如图3所示，分压电路单元102包括第四晶体管m’4。第四晶体管m’4的栅极gate与第四晶体管m’4的第一极共同连接到所第二电源电压v’2，第四晶体管m’4的第二极与电流镜电路单元101的第三端p3连接。
73.第四晶体管m’4的栅极gate与第四晶体管m’4的第一极连接在一起，使得第四晶体管m’4也形成二极管形式，与第一晶体管m’1相同，从而能够减小第一晶体管m’1和第四晶体管m’4的分压受温度、工艺等影响，以提供电平转换精度。
74.在本公开的一些实施例中，第一晶体管m’1和第四晶体管m’4规格相同。第一晶体管m’1和第四晶体管m’4规格相同能够保证第一晶体管m’1和第四晶体管m’4上的压降相同，从而减小温度、工艺等的影响，提高电平转换的精度。
75.在图3所示的示例中，例如若第一晶体管m’1、第二晶体管m’2、第三晶体管m’3和第四晶体管m’3均为n型晶体管，则第二电源电压v’2大于第一电源电压v’1，使得电流方向为节点p’4到第一端p1的方向。
76.例如，第一电源电压v’1可以接地。
77.如图3所示，电路结构300除包括电流镜电路单元101、输出电路单元103和分压电路单元102之外，还可以包括参考电压产生单元104。参考电压产生单元104配置为提供参考电压vref，第二电源电压v’2为参考电压vref。
78.例如，在图3所示的，参考电压产生单元104提供参考电压vref，也即，节点p’4接收来自参考电压产生单元104的参考电压vref。
79.在图3的示例中，除参考电压产生单元104向节点p4提供参考电压vref之外，其余特征与图2的电路结构中的参考电压产生单元104相同，请参考上文图2电路结构200的相关描述。
80.如图2所示，例如第一晶体管m’1、第二晶体管m’2、第三晶体管m’3和第四晶体管m’4都是相同的n型晶体管。第一晶体管m’1和第四晶体管m’4接成二极管的形式。第一晶体管m’1和第四晶体管m’4分压，因此vref＝vgs’1 vgs’4。vgs’1和vgs’4分别表示第一晶体管m’1和第四晶体管m’4的栅源极电压。
81.因第一晶体管m’1和第四晶体管m’4规格相同，因此vgs’1＝vgs’4＝vref/2。
82.第一晶体管m’1和第二晶体管m’2通过电流镜来镜像电流，因此id’1＝id’2，vgs’2＝vgs’1，vgs’2＝vgs’3。id’1和id’2分别表示流经第一晶体管m’1和第二晶体管m’2的电流，vgs’2表示第二晶体管m’2的栅源极电压，vgs’3表示第二晶体管m’3的栅源极电压。从而保证vin与vout相差一个第三晶体管m’3的栅源极电压，因此vout＝vin-vgs’3＝vin-vref/
2。
83.因此，vout只与参考电压vref和输入vin有关，消除了温度、工艺等的误差影响，有效的提高了电平转换精度。并且，在图3的电路结构300中，输出电压vout小于输入电压vin，因此，电路结构300起到了降压的作用。
84.图2和图3的电路结构分别为升压电平转换电路和降压电平转换电路的示例。需要理解的是，本公开并不限定升压电平转换电路为图2所示的电路结构以及降压电平转换电路为图3所示的电路结构。例如，升压电平转换电路中的多个晶体管可以是n型管和p型管，或者多个晶体管全部为n型管，而并不一定必须是图2所示的第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第四晶体管m4都是p型管。第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第四晶体管m4采用规格相同的晶体管能够消除温度、工艺等的误差影响，有效提高电平转换精度。
85.本公开的另一方面提供了一种电压测量装置。图4示出了本公开至少一个实施例提供的电压测量装置400的示意性框图。
86.如图4所示，电压测量装置400包括测量电压生成单元401和信号处理单元402。
87.测量电压生成单元401包括前述任一实施例提供的电平转换电路411、输入电压接收端in1和测量电压输出端out1。例如，电平转换电路411可以是图2所示的电平转换电路和/或图3所示的电平转换电路。
88.输入电压接收端in1用于接收来自输入电压信号端in2的输入电压vin，测量电压输出端out1与信号处理单元402连接。
89.电平转换电路411与输入电压接收端in1连接，配置为接收输入电压vin，并且电平转换电路411与测量电压输出端out1连接，以向测量电压输出端out1提供输出电压vout。
90.信号处理单元402包括第一信号接收端412和第二信号接收端422。第一信号接收端412与测量电压输出端out1连接以接收输出电压vout。第二信号接收端422用于接收参考电压vref。信号处理单元402配置为基于参考电压vref，输出该输出电压vout的测量结果。
91.例如，由能隙电压基准电路bg_vref向信号处理单元402提供参考电压vref。
92.该电压测量装置包括电平转换电路411，因此当输入电压vin不在信号处理单元的电压测量范围时，可以利用电平转换电路411将输入电压vin转换为在电压测量范围内的输出电压vout，从而利用信号处理单元对输出电压vout进行测量得到测量结果，进而得到对输入电压vin的测量结果。因此，该电压测量装置能够提高信号处理单元的电压测量范围。
93.例如，信号处理单元402的电压测量范围为[a,b]，当电平转换电路411是图2所示的电平转换电路时，电平转换电路411可以对输入电压进行升压处理，从而电压测量装置400可以利用信号处理单元402对小于电压测量范围中的最小值a的输入电压进行测量。a和b例如均大于0。
[0094]
又例如，当电平转换电路411是图3所示的电平转换电路时，电平转换电路411可以对输入电压进行降压处理，从而电压测量装置400可以利用信号处理单元402对大于电压测量范围中的最大值b的输入电压进行测量。
[0095]
如图4所示，能隙电压基准电路bg_vref不仅向信号处理单元402提供参考电压vref，还向电平转换电路411提供参考电压。例如，电路图为图2的示例，参考电压vref作为第一电源电压。又例如，电路图为图3的示例，参考电压vref作为第二电源电压。
[0096]
图5示出了本公开至少一个实施例提供的电压测量装置400的电路结构500的示意图。
[0097]
如图5所示，在电路结构500中，测量电压生成单元401包括第一电平转换电路501和第二电平转换电路502。
[0098]
测量电压生成单元401还包括第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3。第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3例如可以是单刀单掷开关、三极管、mosfet管等。
[0099]
第一电平转换电路501通过第一开关单元s1与测量电压输出端out1连接。第二电平转换电路502通过第二开关单元s2与测量电压输出端out1连接。测量电压输出端out1还通过第三开关单元s3连接输入电压信号端in2。
[0100]
第一电平转换电路501和第二电平转换电路502还接收参考电压vref，第一电平转换电路501连接的第一电源电压v1为参考电压vref，第二电平转换电路502连接的第二电源电压v2为参考电压vref。
[0101]
在该实施例中，第一电平转换电路501可以是图2所示的电路结构。如图2所示，第一电源电压v1为参考电压vref，第一电平转换电路501用于对输入电压vin升压。第二电平转换电路502可以是图3所示的电路结构。如图3所示，第二电源电压v’2为参考电压vref，第二电平转换电路502用于对输入电压vin降压。
[0102]
在电路结构500中，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3配置为响应控制信号。控制信号例如来自于处理器等控制设备。
[0103]
在输入电压vin在信号处理单元402的电压测量范围[a,b]内的情形中，控制信号用于控制第一开关单元s1断开测量电压输出端out1与第一电平转换电路501的连接、第二开关单元s2断开第二电平转换电路502与测量电压输出端out1的连接以及第三开关单元s3导通输入电压信号端in2与测量电压输出端out1。
[0104]
例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为单刀单掷开关，若a《vin《b，则第一开关单元s1断开、第二开关单元s2断开以及第三开关单元s3闭合。
[0105]
又例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为mosfet管，若a《vin《b，则第一开关单元s1截止、第二开关单元s2截止以及第三开关单元s3导通。
[0106]
在输入电压vin小于信号处理单元402的电压测量范围的最小值a的情形中，控制信号用于控制第一开关单元s1导通测量电压输出端out1与第一电平转换电路501、第二开关单元s2断开第二电平转换电路502与测量电压输出端out1的连接以及第三开关单元s3断开输入电压信号端in2与测量电压输出端out1的连接。
[0107]
例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为单刀单掷开关，若vin《a，则第一开关单元s1闭合、第二开关单元s2断开以及第三开关单元s3断开。
[0108]
又例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为mosfet管，若vin《a，则第一开关单元s1导通、第二开关单元s2截止以及第三开关单元s3截止。
[0109]
在输入电压vin大于信号处理单元402的电压测量范围b的最大值的情形中，控制信号用于控制第一开关单元s1断开测量电压输出端out1与第一电平转换电路501的连接、第二开关单元s2导通第二电平转换电路502与测量电压输出端out1以及第三开关单元s3断开输入电压信号端in2与测量电压输出端out1的连接。
[0110]
例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为单刀单掷开关，若vin》b，则第一开关单元s1断开、第二开关单元s2闭合以及第三开关单元s3断开。
[0111]
又例如，第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3为mosfet管，若vin》b，则第一开关单元s1截止、第二开关单元s2导通以及第三开关单元s3截止。
[0112]
图5所示的实施例包括用于升压的第一电平转换电路501和用于降压的第二电平转换电压502，从而通过控制第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3便可以对输入电压vin进行升压处理或者降压处理，又或者不对输入电压vin处理，从而可以灵活地将输入电压vin转换到信号处理单元402的电压测量范围内，提高了电压测量装置的电压测量范围。该电压测量装置既提高了电压可测范围，同时又解决了由温度，工艺和电源电压额外引入的误差影响，有效的保证测量的精度，实现了更广的应用范围。
[0113]
在本公开的一些实施例中，信号处理单元402可以是模式转换单元(analog-to-digital converter,adc)。
[0114]
如图5所示，电压测量装置500还可以包括参考电压产生单元403，参考电压产生单元403向第二信号接收端422提供参考电压vref。参考电压产生单元403与图2和图3中的参考电压产生单元104类似，请参考上文的描述。
[0115]
在图5的示例中，参考电压产生单元403不仅向第二信号接收端422提供参考电压vref，还向第一电平转换电路501和第二电平转换电路502提供参考电压vref。也即，在图5的示例中，使用同一个参考电压产生单元403向第二信号接收端422、第一电平转换电路501和第二电平转换电路502提供参考电压vref。使用同一个参考电压生单元403向第二信号接收端422、第一电平转换电路501和第二电平转换电路502提供参考电压vref能够简化电路，降低电压测量装置的成本。
[0116]
在本公开的另一些实施例中，向第二信号接收端422提供参考电压的参考电压产生单元可以与向第一电平转换电路501和第二电平转换电路502提供参考电压的参考电压产生单元不同。
[0117]
例如，输出电压vout通过adc与参考电压信号与vref做比较得到一个数字化系数k，k＝vout/vref，从而根据adc的输出端out2输出的k和参考电压vref，可以计算得到输出电压vout＝k
×
vref。再得到输出电压vout之后，根据vout＝vin-vref/2或者vout＝vin vref/2可以进一步地得到vin＝vout vref/2或者vin＝vout-vref/2，从而实现了对输入电压vin的测量。
[0118]
图6示出了本公开至少一个实施例提供的一种电压测量方法的流程图。
[0119]
该电压测量方法应用于上述任一实施例提供的电压测量装置。
[0120]
如图6所示，该电压测量方法可以包括步骤s10～步骤s40。
[0121]
步骤s10：响应于输入电压接收端接收输入电压，比较输入电压与信号处理单元的电压测量范围，获得比较结果。
[0122]
步骤s20：基于比较结果，生成控制信号。
[0123]
步骤s30：根据控制信号，控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的断开或者闭合。
[0124]
步骤s40：由信号处理单元对输出电压进行测量，并且输出测量结果。
[0125]
该电压测量方法能够根据输入电压与电压测量范围的比较结果生成控制信号，从
而由控制信号控制根据输入电压生成在电压测量范围内的输出电压，从而实现对输入电压的测量。该方法既提高了电压可测范围，同时又解决了由温度，工艺和电源电压额外引入的误差影响，有效的保证测量的精度，实现了更广的应用范围。
[0126]
对于步骤s10，例如在图5的示例中，输入电压接收端in1接收输入电压vin。
[0127]
例如，输入电压vin同时发送给比较器或者处理器，以利用比较器或者处理器比较输入电压vin与信号处理单元的电压测量范围的大小。
[0128]
对于步骤s20，例如处理器根据比较结果生成用于控制第一开关单元s1、第二开关单元s2和第三开关单元s3的控制信号。
[0129]
对于步骤s30，例如，电压测量范围为[a,b]，若a《vin《b，则第一开关单元s1断开、第二开关单元s2断开以及第三开关单元s3闭合。若vin《a，则第一开关单元s1闭合、第二开关单元s2断开以及第三开关单元s3断开。若vin》b，则第一开关单元s1断开、第二开关单元s2闭合以及第三开关单元s3断开。
[0130]
对于步骤s40，例如adc对输出电压vout进行测量，并且由adc的输出端out2输出测量结果。
[0131]
测量结果例如为数字化系数k，k＝vout/vref。根据数字化系数k和参考电压vref，可以计算得到输出电压vout＝k
×
vref。再得到输出电压vout之后，根据vout＝vin-vref/2或者vout＝vin vref/2可以进一步地得到vin＝vout vref/2或者vin＝vout-vref/2，从而实现了对输入电压vin的测量。
[0132]
需要说明的是，本公开的实施例中，电压测量方法的各个步骤与前述的电压测量装置对应，关于电压测量方法可以参考关于电压测量装置的相关描述，此处不再赘述。
[0133]
有以下几点需要说明：
[0134]
(1)本公开实施例附图只涉及到本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
[0135]
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0136]
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。