多信道模拟信号发生和多个外部设备受控激活的系统转让专利
申请号 : CN200880019401.4
文献号 : CN101689326A
文献日 : 2010-03-31
发明人 : 沃尼·史蒂芬·杰克逊 , 简尼特·伊丽莎白·杰克逊
申请人 : 光基础技术公司
摘要 :
本发明提供了从单个模拟输入信号生成多信道模拟输出信号和外部设备响应该多信道模拟输出信号而受控激活的系统。单信道到多信道的模拟-模拟转换器被提供以将单个模拟输入信号转换到多个输出信道。单向耦合被用来耦合和混合多信道输出并将混合的输出转移到数据母线。数据母线上的信号被用来驱动多个外部设备。
权利要求 :
1.一种响应于一定范围内单信道模拟输入信号的变化来控制一组外 部设备的系统，所述系统包括：
单信道到多信道的模拟-模拟信号转换器，其用于将所述单信道模拟 输入信号转换为多个模拟信号，所述范围被划分成多个子范围，所述模 拟-模拟信号转换器包括：多个子范围信号发生器，所述多个子范围信号发生器中的每一 个响应多个子范围中的一个子范围内的所述模拟输入信号以生成子 范围模拟信号，数据母线，其具有多个母线线路，每个母线线路可操作地连接到所 述一组外部设备中的每个外部设备以便控制其操作；以及单向耦合单元，所述单向耦合单元可操作地传递所述多个子范围模 拟信号中的每一个到所述数据母线的多个母线线路中的至少一个，并阻 止将来自所述母线的任何反馈传输到所述模拟-模拟信号转换器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述每个子范围信号发生器包 括第一电路路径和第二电路路径，所述第一电路路径响应所述子范围内 的所述模拟输入信号，并响应于所述子范围内的所述模拟输入信号的增 加而逐渐变为完全导通，所述第二电路路径响应所述子范围内的所述模 拟输入信号，并响应于所述子范围内的所述模拟输入信号的增加而逐渐 阻止所述第一电路路径导通，所述第一电路路径和所述第二电路路径共 同生成在所述子范围内的所述子范围模拟信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电路路径包括被配置 成以线性和切换模式操作的第一双极结晶体管电路，所述第二电路路径 包括被配置成以线性和切换模式操作的第二双极结晶体管电路，所述第 二双极结晶体管电路提供所述第一双极结晶体管电路的正偏电流的分流 路径，以便在所述第二双极结晶体管电路变得导通时关闭所述第一双极 结晶体管电路。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一双极结晶体管电路和 所述第二双极结晶体管电路进一步包括用于调整所述子范围模拟信号的 第一轮廓和所述第一轮廓与相邻子范围的第二轮廓的交叠的电路元件。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述电路元件包括电阻器和二 极管。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电路路径包括被配置 成以线性和切换模式操作的第一运算放大器电路，和被配置成以线性和 切换模式操作的第二运算放大器电路，所述第二运算放大器电路电耦合 到所述第二电路路径以控制所述第二运算放大器的状态。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电路路径包括第一逻 辑门和耦合到所述第一逻辑门的第二逻辑门，所述第二逻辑门电耦合到 所述第二电路路径以控制所述第二逻辑门的状态。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述模拟-模拟信号转换器包括 光源和多个光探测器，所述多个光探测器中的每一个对应于所述多个子 范围中的一个，所述每个光探测器探测来自所述光源的光以产生所述子 范围模拟信号，所述多个光探测器彼此隔开，所述光源相对于所述多个 光探测器可移动，且所述相对运动响应所述模拟输入信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述模拟-模拟信号转换器包括 第一磁耦合元件和多个第二磁耦合元件，所述多个第二磁耦合元件中的 每一个对应于所述多个子范围中的一个，所述多个第二磁耦合元件彼此 隔开并与所述第一磁耦合元件隔开，所述第一磁耦合元件相对于所述多 个第二磁耦合元件可移动，所述相对移动响应所述模拟输入信号，且所 述第一磁耦合元件和所述每个第二磁耦合元件之间的耦合变化产生所述 子范围模拟信号。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述单向耦合单元包括多个二 极管，所述多个二极管中的每一个将所述多个子范围信号发生器中的每 一个的输出端耦合到至少一个所述母线线路。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个子范围信号发生器 中至少一个的输出端被连接到所述多个二极管中的至少两个二极管，所 述至少两个二极管中的每一个被连接到所述母线线路中的一个。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述单向耦合单元包括多个光 电耦合器，所述多个光电耦合器中的每一个将所述多个子范围信号发生 器中的每一个的输出端耦合到至少一个所述母线线路。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述多个子范围信号发生器 中至少一个的输出端被连接到所述多个光电耦合器中的至少两个光电耦 合器，所述至少两个光电耦合器中的每一个被连接到所述母线线路中的 一个。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述外部设备包括三种不同颜 色的发光元件，所述数据母线包括三个母线线路，每个母线线路驱动具 有所述三种不同颜色中的一种颜色的发光元件。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述发光元件是发光二极管， 且所述不同颜色分别是红色、绿色和蓝色。
16.根据权利要求2所述的系统，其中所述外部设备进一步包括白色 发光二极管即白色LED，且所述数据母线包括驱动所述白色LED的母线 线路。
17.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括设置在所述数据母线 和所述一组外部设备之间的驱动器电路，所述驱动器电路被配置成响应 于所述数据母线上的所述子范围模拟信号来驱动所述一组外部设备。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述驱动器电路被配置成响 应控制信号以便分离所述一组外部设备和所述数据母线。
19.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括第二模拟-模拟转换 器和第二选择器电路，所述第二选择器电路响应选择控制信号来选择所 述模拟-模拟转换器中的一个，且所述第二模拟-模拟转换器提供所述多个 模拟信号到所述数据母线。
20.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括溢流电路，所述溢流 电路提取超出基准电压的部分电源电压作为所述模拟输入信号，并向所 述系统提供调节电压，所述调节电压比所述电源电压低。
说明书 :
技术领域
【0001】本发明一般涉及控制多个设备的领域。特别地，本发明涉及 从单一模拟输入信号生成多信道模拟输出信号和多个外部设备响应该 多信道模拟输出信号而受控激活的系统。
背景技术
【0002】当前，数字技术被广泛用在信息和通信应用中。虽然信息的 数字表示可提供改进的精度，但人类感官功能被认为本质上是基本模 拟的。尽管以数字形式表示，但信息通常是以模拟形式传递给人类用 户的。例如，通常将图像数字化，但又将图像呈现在显示设备上，其 中将数字化的信号强度转化为显示装置的发光元件的亮度。
【0003】众所周知，数字化信号通常用离散元素如数位(bit)表示。 可以用数字形式表示的信号的相对范围和分辨率受到用于表示信号强 度的数位数目的限制。增加数位数目可以增加能以数字格式表示的信 号的范围和分辨率。然而，当使用更多数位时，对数据存储、数据传 输和数据发生的需求也随之增加。因此，仅增加数位的数目可能对能 量消耗、数据处理能力和数据传输带宽及数据存储的需求造成不可接 受的负担。
【0004】本发明的目的是缓解或消除至少一个上述缺点。
【0003】众所周知，数字化信号通常用离散元素如数位(bit)表示。 可以用数字形式表示的信号的相对范围和分辨率受到用于表示信号强 度的数位数目的限制。增加数位数目可以增加能以数字格式表示的信 号的范围和分辨率。然而，当使用更多数位时，对数据存储、数据传 输和数据发生的需求也随之增加。因此，仅增加数位的数目可能对能 量消耗、数据处理能力和数据传输带宽及数据存储的需求造成不可接 受的负担。
【0004】本发明的目的是缓解或消除至少一个上述缺点。
发明内容
【0005】简单地说，本发明涉及从单个模拟输入信号生成多信道模拟 输出信号和多个外部设备响应这样生成的多信道模拟输出信号而受控 激活的系统。该系统包括单信道到多信道的模拟-模拟转换引擎、单向 耦合单元和驱动模块，该单向耦合单元提供转换引擎的输出信号到多 信道数据母线/总线(buss)的单向耦合但阻止从数据母线反馈任何信 息，该驱动模块将数据母线上的信号接合到外部设备以响应数据母线 上的信号实现外部设备的受控激活。
【0006】在本发明的第一方面，提供了一种响应于一定范围内单一模 拟输入信号的变化来控制一组外部设备的系统。该系统包括：单信道 到多信道的模拟-模拟信号转换器，其用于将单信道模拟输入信号转换 为多个模拟信号，所述范围被划分成多个子范围；具有多个母线线路 的数据母线，每个母线线路可操作地连接到该组外部设备中的每一个 外部设备以便控制其操作；以及单向耦合单元，该单向耦合单元可操 作地传输多个子范围模拟信号中的每一个到数据母线的多个母线线路 中的至少一个，并阻止将来自母线的任何反馈传输到模拟-模拟信号转 换器。模拟-模拟信号转换器具有多个子范围信号发生器，多个子范围 信号发生器中的每一个响应多个子范围中的一个子范围内的模拟输入 信号以生成子范围模拟信号。
【0007】在本发明该方面的一个特征中，每个子范围信号发生器包括 第一电路路径和第二电路路径。第一电路路径响应子范围内的模拟输 入信号，并响应子范围内的模拟输入信号的增加而逐渐变为完全导通。 第二电路路径响应子范围内的模拟输入信号，并响应子范围内的模拟 输入信号的增加而逐渐阻止第一电路路径导通。第一电路路径和第二 电路路径共同生成在子范围内的子范围模拟信号。
【0008】在另一个特征中，模拟-模拟信号转换器包括光源和多个光探 测器。多个光探测器中的每一个对应于多个子范围中的一个。每个光 探测器探测来自光源的光以产生子范围模拟信号。多个光探测器彼此 隔开，光源相对多个光探测器可移动，且该相对移动响应模拟输入信 号。
【0009】在又一个特征中，模拟-模拟信号转换器包括第一磁耦合元件 和多个第二磁耦合元件，多个第二磁耦合元件中的每一个对应于多个 子范围中的一个，多个第二磁耦合元件彼此隔开并与第一磁耦合元件 隔开，第一磁耦合元件相对于多个第二磁耦合元件可移动，该相对移 动响应模拟输入信号，且第一磁耦合元件和每个第二磁耦合元件之间 的耦合变化产生子范围模拟信号。
【0010】在又一个特征中，单向耦合单元包括多个二极管，多个二极 管中的每一个将多个子范围信号发生器中的每一个的输出端耦合到至 少一个母线线路。
【0011】在又一个特征中，单向耦合单元包括多个光电耦合器，多个 光电耦合器中的每一个将多个子范围信号发生器中的每一个的输出端 耦合到至少一个母线线路。
【0012】在本发明其他方面中，提供了上述方面的不同组合和子集合。
【0006】在本发明的第一方面，提供了一种响应于一定范围内单一模 拟输入信号的变化来控制一组外部设备的系统。该系统包括：单信道 到多信道的模拟-模拟信号转换器，其用于将单信道模拟输入信号转换 为多个模拟信号，所述范围被划分成多个子范围；具有多个母线线路 的数据母线，每个母线线路可操作地连接到该组外部设备中的每一个 外部设备以便控制其操作；以及单向耦合单元，该单向耦合单元可操 作地传输多个子范围模拟信号中的每一个到数据母线的多个母线线路 中的至少一个，并阻止将来自母线的任何反馈传输到模拟-模拟信号转 换器。模拟-模拟信号转换器具有多个子范围信号发生器，多个子范围 信号发生器中的每一个响应多个子范围中的一个子范围内的模拟输入 信号以生成子范围模拟信号。
【0007】在本发明该方面的一个特征中，每个子范围信号发生器包括 第一电路路径和第二电路路径。第一电路路径响应子范围内的模拟输 入信号，并响应子范围内的模拟输入信号的增加而逐渐变为完全导通。 第二电路路径响应子范围内的模拟输入信号，并响应子范围内的模拟 输入信号的增加而逐渐阻止第一电路路径导通。第一电路路径和第二 电路路径共同生成在子范围内的子范围模拟信号。
【0008】在另一个特征中，模拟-模拟信号转换器包括光源和多个光探 测器。多个光探测器中的每一个对应于多个子范围中的一个。每个光 探测器探测来自光源的光以产生子范围模拟信号。多个光探测器彼此 隔开，光源相对多个光探测器可移动，且该相对移动响应模拟输入信 号。
【0009】在又一个特征中，模拟-模拟信号转换器包括第一磁耦合元件 和多个第二磁耦合元件，多个第二磁耦合元件中的每一个对应于多个 子范围中的一个，多个第二磁耦合元件彼此隔开并与第一磁耦合元件 隔开，第一磁耦合元件相对于多个第二磁耦合元件可移动，该相对移 动响应模拟输入信号，且第一磁耦合元件和每个第二磁耦合元件之间 的耦合变化产生子范围模拟信号。
【0010】在又一个特征中，单向耦合单元包括多个二极管，多个二极 管中的每一个将多个子范围信号发生器中的每一个的输出端耦合到至 少一个母线线路。
【0011】在又一个特征中，单向耦合单元包括多个光电耦合器，多个 光电耦合器中的每一个将多个子范围信号发生器中的每一个的输出端 耦合到至少一个母线线路。
【0012】在本发明其他方面中，提供了上述方面的不同组合和子集合。
附图说明
【0013】为了说明而非限制的目的，下面参考附图更详细地解释本发 明的上述及其他方面，其中：
【0014】图1是示出根据本发明实施例的系统的组件的方块图；
【0015】图2示出在其变化范围内的输入模拟信号和从该输入模拟信 号生成的多个模拟输出信号；
【0016】图3A、图3B和图3C是示出将电压范围划分为不同子范围的 方式的示意图；
【0017】图4A到4C是示出构建子范围信号发生器的三种不同方式的 示意图；
【0018】图5A到5D是示出将模拟-模拟信号转换器耦合到数据母线 的某些可能连接的示意图；
【0019】图6示意性示出由晶体管构造的门/接口组件，其利用3个母 线线路上的信号来驱动3个LED；
【0020】图7是示出作为图1所示系统的可替换实施例的完整系统的 示意图；
【0021】图8示出可用在本文所述系统中的模拟-模拟信号转换器的可 替换构造，它的两个实施例在图1和图6中示出；以及
【0022】图9示出可用在本文所述系统中的模拟-模拟信号转换器的另 一个可替换构造，它的两个实施例在图1和图6中示出。
【0014】图1是示出根据本发明实施例的系统的组件的方块图；
【0015】图2示出在其变化范围内的输入模拟信号和从该输入模拟信 号生成的多个模拟输出信号；
【0016】图3A、图3B和图3C是示出将电压范围划分为不同子范围的 方式的示意图；
【0017】图4A到4C是示出构建子范围信号发生器的三种不同方式的 示意图；
【0018】图5A到5D是示出将模拟-模拟信号转换器耦合到数据母线 的某些可能连接的示意图；
【0019】图6示意性示出由晶体管构造的门/接口组件，其利用3个母 线线路上的信号来驱动3个LED；
【0020】图7是示出作为图1所示系统的可替换实施例的完整系统的 示意图；
【0021】图8示出可用在本文所述系统中的模拟-模拟信号转换器的可 替换构造，它的两个实施例在图1和图6中示出；以及
【0022】图9示出可用在本文所述系统中的模拟-模拟信号转换器的另 一个可替换构造，它的两个实施例在图1和图6中示出。
具体实施方式
【0023】下面的描述和本文所述的实施例是通过图示说明按照本发明 原理的特定实施例的一个或多个示例提供的。提供这些示例是为了解 释而非限制本发明原理。在下面的说明中，整个说明书和附图中相似 部件都以相同参考数字标记。
【0024】图1示意性示出根据本发明实施例的系统的组件。如图1所 示，系统100具有输入模块102。输入模块接收单信道模拟信号作为输 入。然后由单信道到多信道的模拟-模拟信号转换器140处理该单信道 模拟信号，从而将单信道模拟信号转换为多个模拟信号。模拟-模拟信 号转换器104具有多个输出信道。多个输出信道中的每一个对应于多 个输出模拟信号中的一个。例如，输出模拟信号可以是电流。输出模 拟信号也可以是电压变化，作为相对于中间值的增加或减小。或者， 它们可以是光束强度。模拟-模拟信号转换器104和模拟数据母线108 之间的单向耦合单元106传输多信道模拟信号到模拟数据母线108，但 阻止从数据母线108到模拟-模拟信号转换器104的任何反馈。这提供 了数据母线108和模拟-模拟信号转换器104之间的单方向耦合。通常， 单向耦合单元106也可在传输混合信号到数据母线108之前，以不同 混合方式组合来自不同信道的多信道模拟信号。外部设备(图1中未 示出)的操作或激活是由数据母线108的每个母线线路提供的信号控 制的。可选的门/接口组件110可设置在数据母线108和外部设备之间， 从而使得信息即数据母线108上的信号能够被多种外部设备利用。
【0025】在一个实施例中，输入模拟信号是输入源的电压值。通常， 该输入模拟信号可经电源线提供给系统。提供了可选DC(直流)溢流 电路112，其耦合到模拟-模拟信号转换器104和输入模块102。溢流电 路112传递电源电压到模拟-模拟信号转换器104从而驱动其工作。溢 流单元112也允许从电源提取容限电压(margin voltage)作为输入， 该容限电压也就是超过系统内部调节电压的部分电源电压，因而允许 单一线路控制和驱动整个装置或系统。该内部调节电压比电源电压低 并被用作溢流单元112的参考电压来提取容限电压。
【0026】如上所述，输入模块102接收单信道模拟信号作为输入。输 入通常是模拟的连续信号。输入信号可以是连续电压或电流信号，其 表示(即转换自)多种监视的信号，如温度、速度、相对位置、环境 亮度或施加的力。输入信号也可以是台阶状成分的信号，其以累加的 模拟形式表示，如来自生产线的累积单元数目。输入也可以是手动调 整的电压或电流。模拟信号可采用交流(AC)、直流(DC)、可变电 阻器(VR)值的形式或作为光电输入(PE)，在此仅举几个例子。通 常，将一种输入信号如温度、声音或速度转换成另一种信号如电流或 电压的转换器可在输入模块102中提供。
【0027】单信道模拟信号在最小值和最大值之间的范围内改变。该范 围可划分成很多子范围，所有子范围合并起来就是模拟信号的范围。 每个子范围与其相邻的子范围交叠，但可以理解在范围的任一端，子 范围仅有一个相邻的子范围且因此仅与一个相邻的子范围交叠。图2 示出在范围200内线性变化的单信道信号VIN。范围200被划分成子范 围R1(202)、R2(204)、R3(206)、R4(208)、......、RN(210)， N是子范围的总数，其可以是任意整数。根据应用的需要，每个子范 围可以是任意值。这些子范围中的每一个都与它们各自相邻的子范围 交叠。例如，子范围R2在其下端与相邻子范围R1(下交叠区212)和 在上端与相邻子范围R3(上交叠区214)都交叠。
【0028】随着VIN在范围200内改变，作为中间步骤，系统100生成对 应于子范围的多个输出模拟信号，也就是V1、V2、V3、V4、......、VN。 换句话说，系统100将单信道中的模拟输入(VIN)映射到多信道输出 (V1、V2、V3、V4、......、VN)。该映射通常是连续的。随着VIN从 子范围下边界增加到子范围上边界，每个输出模拟信号从VIN在其相应 子范围R1(202)、R2(204)、R3(206)、R4(208)、......、RN(210) 内的变化映射到V1、V2、......、VN。Vi在其相应子范围Vi内的变化 定义波形216。例如，随着VIN增加，对应于子范围Vi的输出信号216 从其在上升区(up-take region)218中的初始值(例如，零)逐渐增加 直到达到峰值。输出信号216通常可在部分子范围内随着VIN继续增加 (因而形成峰值区220)保持恒定，且然后逐渐减小，通常回到(但不 是必须的)其初始值(形成衰减区222)。上升区218、峰值区220和 衰减区222一起形成输出信号的轮廓，或输出信号的“波形”。每个 上升区218、峰值区220和衰减区222的持续时间是可调整的，这将在 下面提供的例子中更详细地说明。例如，上升区218可具有比衰减区 更长的持续时间，反之亦然。上升区218中的增加和衰减区中的减小 不必是线性的，而是可以采用任何形状，或甚至有反射点/折返点 (reflection point)，只要总趋势保持增加或减少即可。类似地，峰值 区220可具有任何持续时间并可不出现(零持续时间)且不必是平的。
【0029】输出模拟信号的一个示例在图2中示出。图2中所示的输出 信号都具有近似梯形波形216。随着输入扫过其自身的范围200，每个 输出信道在其相应子范围Vi内生成相应输出模拟信号。如图2所示， 一个信道中一个波的上升区218与前一信道中的波的衰减区222交叠。 相邻子范围(或相邻信道)的上升区和衰减区的交叠导致信号从一个 信道经过渡区平滑过渡到下一信道。过渡区是相邻子范围交叠的部分。 除了部分交叠，也可以完全交叠，即同时打开多个信道。类似地，随 着VIN从其下边界增加到其上边界，输出信道可响应多于一个子范围中 的VIN，并生成多于一个波形216。图2示出信道V2和V3中的两个这 类同时“ON(打开)”的信号216’，216”，其中每个信道中形成两个 波形。
【0030】输出模拟信号由模拟-模拟信号转换器104生成。通常，模拟- 模拟信号转换器(或输入模块自身)将输入范围200划分成多个子范 围。图3A、图3B和图3C提供划分电压范围的三个例子。可以理解， 存在将电压范围或电流范围划分(或无交叠分割)成所选数目的子范 围的很多方法。图3A示意性地示出用一系列二极管DA、DB、DC、DE 等将电压范围划分成多个子范围的方法，其中在节点VA、VB、VC、 VD等处输出电压。图3B提供了另一个示例，其中由二极管DA和DB 确定的子范围被进一步由两个电阻器组成的分压器划分，因此每个电 阻器提供更窄的子范围，其中在节点VA、V’A、VB、V’B、VC、VD等 处输出电压。应该注意，虽然示出两个电阻器，但由电阻器组成的分 压器可使用任何数目的电阻器。图3C示出由两排(rail)二极管组成 的分压器的示例，每排串行联接。在VI处的电压输出和在VJ处的电压 输出可通过改变连接各电压输出到不同二极管排的电阻器的值来调 整，因而在电压输出VI和VJ间提供更精细的电压差。
【0031】通常，模拟-模拟信号转换器104为每个子范围提供子范围信 号发生器400。每个子范围内的波形是由相应子范围信号发生器400的 构造确定的。子范围的宽度和位置可进一步通过调整相应子范围信号 发生器400中使用的电路组件的组件特性而被细调。
【0032】参考图4A，其示意性地示出由双极结晶体管和电阻器构造的 子范围信号发生器400。图4A中所示的子范围信号发生器400由两个 NPN双极结晶体管T1和T2组成。每个双极结晶体管的基极通过限流 晶体管R1、R2连接到分压器的输出，如VA或VB。如果子范围信号发 生器连接到图3A所示的子范围分压器的VA和VB，则子范围信号发生 器400的连接器VA和VB间电压差约为二极管DA两端的电压降，或约 为0.6V。如果子范围信号发生器400连接到图3B所示的子范围分压 器的VA和V’A，则子范围信号发生器400的连接器VA和VB间的电压 差是二极管DA两端的电压降的一部分，即小于0.6V。为了说明子范围 信号发生器400的操作，下面的说明假定它们连接到图3A所示的子范 围分压器。
【0033】每个晶体管T1、T2是子范围信号发生器400中的电路路径的 一部分。第一电路路径402由晶体管T1及其基极限流电阻器R1组成。 基极限流电阻器R1连接到子范围输出VA，即直接连接到输入电压VIN。 第二电路路径404由晶体管T2及其基极限流电阻器R2组成。基极限流 电阻器R2连接到子范围输出VB，即低于VA的约等于0.6V的电平。第 一电路路径402驱动负载电阻器RL，为电阻器RL处的信号提供电流源。 第二电路路径404是切断第一电路路径402的分流路径(shunting path)，且因此也可当做自分流电路路径。
【0034】参考图4A和图3A，子范围信号发生器400的操作在下面进 一步详细说明。随着输入电压VIN从0增加，晶体管T1变为正偏。这 提供偏置电流使得T1首先工作在其线性放大区。这允许晶体管T1的集 电极电流流经负载电阻器RL并产生与偏置电流成比例的输出电压信号 VOUT。流经RL和T1的该电流在T1的线性放大区单调增加直到T1饱和， 即电路路径处于满导通(pulled on)状态，在该点流经T1的电流达到 一平台。这形成波形216的上升区。
【0035】对于某些输入值，双极结晶体管T1可保持在饱和状态，因而 形成峰值区220。同时，随着输入电压持续增加，VB将开始增加并最 终将超过二极管DA两端的电压降，且为第二晶体管T2提供正偏。这 表示第一电路路径402切断的开始。随着输入持续增加，T2的集电极 电流将增加。然而，流经T2的集电极的任何电流都对流入晶体管T1 基极的电流进行分流，因此逐渐使T1从其饱和导通状态返回到其线性 区，直到T2饱和，即完全导通，从而切断T1，即有效地阻止T1导通。 这形成波形216的衰减区并完成图2所示的输出波形。
【0036】换句话说，在第一电路路径402中的晶体管T1提供信号即RL 中的电流时，第二电路路径404中的晶体管T2提供自分流，抑制(pull off)第一电路路径402。满导通的开始确定子范围的下边界。第二电 路路径404的导通所实现的完全抑制确定子范围的上边界。第二电路 路径404的延迟导通与第一电路路径402的满导通配合，从而产生输 出波形所需的轮廓。子范围的宽度和位置均受到例如VA、VB处的子范 围电压输出以及基极电阻器R1和R2的值的影响，因此可通过调整这些 电路元件的特征值而被调整。为了进一步调整，发射极电阻器也可添 加到每个晶体管上以对范围和交叠进行细调。可以理解，当相邻子范 围的轮廓保持不变时，调整一个子范围的轮廓也将改变与相邻子范围 轮廓的交叠。
【0037】如上所述，每个子范围具有相应的子范围信号发生器400。参 考图3A，电压输出VB和VC之间的差值，也就是二极管DB两端的电 压降对应于另一个子范围。另一个子范围信号发生器400’(图1中未 示出，但图7中可看到)连接到电压输出VB和VC。当子范围信号发 生器400中连接在VA和VB之间的双极结晶体管T2开始分流电流时， 由VB和VC定义的下一个子范围中的信号被激活，因为转换器400’的 晶体管T’开始允许电流按照输出波形的上升区218的轮廓流动，直到 达到峰值。随着输入电压继续增加，在衰减区222，T1’将被转换器400’ 中相应的第二电路路径切断。同时，下一个子范围的输出信号将开始 其上升增长。随着输入值持续，该过程针对每个子范围重复进行，如 图2所示和前面的说明。
【0038】分压器部分和子范围信号发生器400系列的组合形成模拟自 分流DC电压/电流梯级(ladder)。该梯级可以是任何长度的。换句话 说，输入信号的范围200可以是任何值并可划分成任意数目的子范围。 随着输入从其最小值改变到最大值，具有波形216的波从最低台阶(即 最低子范围)逐渐过渡到梯级顶部(即最高子范围)。
【0039】可以理解，分压器通常可以用电阻器或任何其他适当器件形 成，而不必是二极管。例如，仅由电阻器组成的分压器可用来取代图 3A中的二极管串。在这种电阻器分压器梯级中可以使用任何合适数目 的电阻器。这样的电阻器梯级可在梯级的每个台阶提供更精细的电压 降。类似地，虽然图4A所示的子范围发生器400提供了使用离散晶体 管的电路示例，但其他器件如线性门、逻辑二极管门、比较器等可取 代晶体管电路来构造单信道到多信道的模拟-模拟转换器。图4B示出 一个示例，其中分压器410是由串联的电阻器形成的，且每个子范围 中的输入模拟信号的转换由级联的两个运算放大器1A、1B提供。在 该示例中，第一运算放大器1A和第二运算放大器1B配合从而提供导 通，而第二运算放大器1B和下一个子范围的运算放大器2A提供切断。 开始时，VIN为零，这将第一运算放大器1A的负端子414设定在“L” (低)电平。电阻器梯级被配置成设定每个子范围为0.1V，但可以理 解每个子范围(或子范围发生器)可配置为任意值(例如，如果需要 可以是几伏特或更高，或如果要求可以是几毫伏或更低)。第一运算 放大器1A的正端子412为0.1V，即分压器410提供的电压。因此， 第一运算放大器1A的输出端子416处于“H”(高)电平，第二运算 放大器1B的正端子418同样如此，该正端子418电连接到第一运算放 大器1A的输出端子416并与其处于同一电平。第一运算放大器1B的 负端子420也电耦合到第二运算放大器2A的输出端(同样被设定在 “H”电平)并与其处于同一电平。因此，第二运算放大器的输出端 422初始位于“H”电平。随着VIN增加并超过0.1V，第一输出端子416 首先被设定在“L”电平，然后跳转(toggle)到第二运算放大器1B的 输出电平并设定第二输出端子422为“L”。随着VIN继续增加，但仍 然保持比0.2V低，第二运算放大器2A的第二输出端422的电平保持 在“L”。当VIN超过0.2V时，第二运算放大器2A被切换到“L”， 这会引起第二运算放大器1B切断第一信道并使第二输出端422的输出 返回到“H”。连接在运算放大器1A、1B的输出和负端子之间的电阻 器R1A和R1B分别配置运算放大器1A和1B以使其除了能够在“H”和 “L”电平间切换外也在线性区工作。在另一个实施例中，子范围信号 发生器400是由逻辑门构造的。图4C提供这样的示例。由逻辑门构造 的信号发生器的操作类似于上述图4B所示。
【0040】所有子范围信号发生器400的输出信号形成模拟-模拟信号转 换器104的输出，每个子范围对应于唯一信道。参考图1，模拟-模拟 信号转换器104的多信道输出经单向耦合单元106传输到数据母线 108。单向耦合单元106允许信号(即信息)从模拟-模拟信号转换器 104耦合到数据母线108，但不允许数据母线108上的电信号传回到模 拟-模拟信号转换器104。在一个实施例中，单向耦合单元106由二极 管阵列500构成。模拟-模拟信号转换器输出的信息经二极管阵列500 传递到数据母线。因为二极管的单向特征，不允许信息从数据母线108 传递回模拟-模拟信号转换器104。
【0041】图5A示出一种结构，其中每个信道的输出被耦合到单个母线 线路，即数据母线108的母线线路L1、L2和L3中的一个。类似地，单 个输出信道的信息可耦合到数据母线108的多个母线线路，以便驱动 每一个都连接到母线线路的多个外部设备。当每个母线线路的信号驱 动有色LED时，从一个输出信道发送信号到多个母线线路会提供颜色 混合。图5B示出一种结构，其中VM的输出耦合到多于一个母线线路， 因而驱动多于一个设备，这可用于有色光混合。图5B中的示例示出母 线线路L1和L2间的耦合。图5C示出一种结构，其中VN的输出耦合 到三个母线L1、L2和L4。另一方面，不同输出信道的信号可组合并传 输到单个母线线路，从而连接到该母线线路的外部设备由从多于一个 输出信道混合成的复合信号驱动。例如，在图5B所示的示例中，VM 的输出与母线线路L1的输出V1的信号和母线线路L2的输出V2的信号 组合。
【0042】图5D提供另一个示例。图5D中所示的实施例具有比母线线 路多的输出信道，或比外部设备多的输出信道。如图5D所示，有三个 母线线路，每一个连接不同颜色的发光二极管(LED)。这些母线线 路被标以R表示红色，标以G表示绿色和标以B表示蓝色。信号Vout1、 Vout2和Vout3中的每一个分别通过二极管D1、D2和D3连接到R、G、B 母线线路中的一个。信号Vout4分别通过二极管D4和D4’传输到R和G 母线线路，因而在R母线线路上提供Vout4和信号Vout1的混合，在G 母线线路上提供Vout4和信号Vout2的混合。类似地，信号Vout5分别通过 二极管D5、D5’和D5”传输给所有三个母线线路R、G和B，因而在R 母线线路上提供Vout5和信号Vout1的混合，在G母线线路上提供Vout5 和信号Vout2的混合，在B母线线路上提供Vout5和信号Vout3的混合。 其他输出信道的其他输出信号可以以类似或其他的方式连接到数据母 线108，即连接到母线线路R、G或B或任何母线线路的组合。
【0043】二极管的选择和到不同母线线路的连接取决于每个单独输出 信道的设计。例如，在图5D所示的示例中，Vout4被指定为R/B混合， 即R信号和B信号的混合。提供了两个二极管，每一个分别将R/B信 道连接到R数据母线和B数据母线中的一个。类似地，Vout5被指定为 R/G/B混合。提供三个二极管，分别将R/G/B信道的输出连接到R母 线线路、G母线线路和B母线线路中的每一个。例如，可使用电阻器 与二极管串联从而控制混合比。可以理解，在其他应用中，输出信道 可表示多于这些情形下的三个信号的混合。因此在这些情形中需要多 于三个二极管将输出信道连接到数据母线，每个二极管用于将输出信 道耦合到这些母线线路中的一个。
【0044】图5D也示出仅耦合到R母线线路的额外输出信道Vout6。随 着输入信号从其最小值变化到其最大值，该输出信道可提供返回到初 始颜色。随着每个母线线路上的信号从最小值(通常为零)变化到峰 值且然后返回到最小值，R、G、B灯的亮度，如封装在发光单元外壳 中的LED的亮度也因此改变。随着输入值从最小值变化到最大值，从 发光单元发射的光的颜色连续地变化，例如从红色变化到绿色，然后 到蓝色，覆盖从输入值最小时的红光到输入值最大时的蓝色的谱段中 的所有颜色。最终输出信道到R母线线路的连接允许LED随着输入模 拟信号从其最小值改变到最大值而从红色开始过渡到其他颜色，并返 回到初始颜色红色。
【0045】作为另一个示例，进一步可提供“白色”数据母线线路LW， 以便耦合到输入值在产生VOUT5的输入值和产生VOUT6的输入值之间时 生成的信号VW。母线线路LW上的信号控制白色LED的开/关。因此， 当VIN在其范围内增加时，光的颜色从红色变到绿色，从绿色变到蓝色， 从蓝色变到白色，然后返回到红色。提供白光的其他方法也可用来生 成该颜色序列。例如，可通过混合适量的红色、绿色和蓝色来生成“白” 色。经验发现，R∶G∶B比为30∶59∶11时产生人眼所感知的可接受的“白 色”(“感官白色”)。
【0046】这些二极管D1、D2、D3、D4、D4’、D5、D5’、D5”、D6等形 成二极管阵列500。二极管阵列500提供模拟-模拟信号转换器104的 输出信道和数据母线108之间的单方向的隔离。该单向性由二极管阵 列中的二极管提供。该单向性允许DC信息通过并传递到数据母线108， 但不允许数据母线108的任何反馈被回传到模拟-模拟信号转换器104。 可以理解，非二极管的耦合元件可用来提供所需的单方向耦合。稍后 提供单向耦合单元的示例，其使用具有单向性的其他耦合元件。
【0047】提供数据母线108有助于从模拟-模拟信号转换器104到数据 母线108的信息传递的流线化和外部设备的驱动，即外部设备的操作 控制。在图5D所示的实施例中，仅有三个外部设备，即红色、蓝色和 绿色LED。每种颜色有其自身相应的母线线路，即R母线线路、G母 线线路、和B母线线路中的一个。数据母线108有利于分开来自表示 混合颜色的信道的信号和混合来自不同信道的输出。每个母线线路上 的信号直接传递到这些有色LED。如下面说明的那样，数据母线108 也可操作地经门/接口模块连接到这些外部设备，这使得系统能够驱动 更大范围的外部设备。
【0048】虽然在这些示例中用LED阵列来示出输出特征，但这些母线 线路上的信号可用来驱动其他外部设备，而不必是LED阵列。例如， 这里提供的LED示例示出最终驱动电流驱动LED发光。如果驱动电 路供应足够电流，则同样的电流也可用来驱动大量马达。例如，这些 马达可用来操纵(或控制)机器人的移动。这些电流也可用来控制要 求多于一个相如多相电流或电压输入的外部设备的操作。例如，多信 道输出信号可便利地用作单相-多相转换器的输出，以便使用单相交流 电流输入来驱动多相马达。可替换地，每个输出信道也可驱动模拟/数 字转换器，因而使系统与数字驱动的设备接合。一般地，驱动器电路 被用来转换数据母线上的信号以驱动电流或电压负载。
【0049】可选地，门/接口组件110被提供在数据母线108和外部设备 之间作为驱动电路，从而使得信息即数据母线108上信号能够被大范 围的外部设备利用。在图6所示的一个实施例中，门/接口组件110具 有用于驱动输出相中的每一个即R、G和B LED中的每一个的单独双 极结晶体管TR1、TR2、TG1、TG2、TB1、TB2。门/接口组件110也包括用 来选通整个驱动电路的双极结晶体管。图6中的示例示出两组相反输 出极性的双极结晶体管。第一组由三个晶体管TR1、TG1和TB1构成， 第二组由晶体管TR2、TG2和TB2构成。整个驱动电路的开/关由用于选 通第一组晶体管的“高”选通晶体管TH以及用于选通第二组晶体管的 “低电平”门电路晶体管TL来控制，每个选通晶体管都由控制母线线 路C上的信号控制。
【0050】通常，对于某些应用，需要使用单个线路作为电源对系统供 电和作为输入信号向输入模块供电。这可以是例如这样的应用，其中 三种颜色的LED被用来通过改变发射的颜色指示电源电压。DC溢流 电路112提取系统的任何超出标称(即内部调节)电压的多余电压， 并将该“溢流”提供给输入模块102作为输入信号。这在图7中示出。 溢流电路112包括串联的二极管DX、DY、...、DZ从而提供电压降， 使得电源电压VS降到输入电压VIN的预期范围内。保护性二极管D将 电源电压VS耦合到系统100’的电路，从而在V+供电。内部电压调节 器(未示出)将驱动系统100’的电压稳定在V+。
【0051】参考图7，其示出根据本发明实施例的完整系统100’，其中示 出每个组件的代表电路。这是驱动三个独立灯的亮度的应用，但可以 理解，可容易地添加更多灯，或电路结构可容易地调整以便驱动其他 类型的输出装置。一种普通结构是驱动封装在单个发光单元702中的 红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED。可替换地，同样的电路结 构可用于驱动灰度灯和UV或I/R灯。灰度灯可以分别是“冷白光”(即 较高谱端的贡献相对强，或比典型的“感官白色”有更少的红色成分)、 “感官白色”或“暖白色”的。对系统100’的输入可以来自连接在V+ 和地之间的可变电阻器，或由电源电压经电压溢流电路112驱动，如 上所述。随着输入值从最小值到最大值改变，从发光单元702发射的 光的颜色从例如蓝色到绿色且然后到红色连续改变，覆盖从输入值最 小时的蓝光到输入值最大时的红光的谱段内所有颜色。
【0052】图7中，仅详细示出两个子范围信号发生器400。总之，一系 列二极管和相应模拟-模拟转换器形成静态、模拟、自分流的DC电压/ 电流梯级704。如前面所述，大量串联的二极管将整个输入范围划分成 多个子范围，每个约0.6V。每个子范围的宽度和端点可进一步由例如 模拟-模拟转换器104中采用的电阻器的值微调。每级梯级704对应于 一个输出信道。每个输出信道生成通常具有单个峰值的输出信号，如 图2所示。信道即子范围的上升区218与其前一个信道的衰减区222 交叠，因此随着输入信号逐渐增加，交叠提供了从前一个信道到当前 激活信道的平滑过渡。类似地，衰减区222与下一个信道的上升区218 交叠。随着当前信道减弱，当前信道的上升区和下一个信道的上升区 之间的交叠提供了到下一个信道的平滑过渡。优选地，相邻信道组合 的输出信号强度相加为100％，以便在发光单元从一种颜色过渡到另一 颜色时，光强度的变化察觉不到。
【0053】每个信道的输出经单向耦合单元106中的二极管耦合到母线 线路。将每个输出信道耦合到数据母线的二极管形成二极管阵列500。 如前面所述，二极管阵列500提供子范围信号发生器400的输出信号 到数据母线108的单向耦合并隔离来自数据母线108的任何反馈。此 外，如前面所述，二极管阵列500及其与数据母线108的连接也提供 来自不同输出信道的信号混合，例如来自R/B信道的信号和来自R母 线线路上的R信道的信号的混合，和来自R/B信道的信号和来自B母 线线路上的B信道的信号的混合。二极管阵列500及其与数据母线108 的连接还提供所选输出信道的信号分割以便耦合到不同母线线路。
【0054】每个输出相即每个母线线路的信号有自身驱动电路从而驱动 外部设备(在该情形中是有色LED)。在该示例中，由LED二极管 DB、DG和DR组成的LED阵列706是外部设备。每个驱动电路工作在 线性放大部分。例如，蓝色信道的输出或蓝色母线线路上的信号耦合 到双极结晶体管TB的基极，这进而放大信号并驱动蓝色LED，即LEDB。 驱动电流的强度对应于从转换引擎接收的输出的强度或数值。随着蓝 色母线线路上的信号达到其峰值，驱动电流也达到其峰值，因而驱动 蓝色LED的强度到其最亮水平。类似地，其他颜色的LED即绿色LED LEDG和红色LED LEDR由其各自驱动电路驱动，所述驱动电路包括双 极结晶体管TG和TR。
【0055】为了提供进一步控制，包括第一选通双极结晶体管TG1的门电 路为门/接口组件110中的所有信道控制所有驱动电路。因此，由控制 信号控制的晶体管TG1可以选择性地将所有外部设备和数据母线上的 信号分离。控制信号可通过控制母线线路(未示出)或任何其他合适 装置来提供。控制整个LED阵列的开与关使得系统100’产生许多视觉 效果，如闪光灯发光效果。虽然在该示例中，每个相仅示出一个LED， 可以理解如果使用低电压V+，可并联几个LED，或者如果使用高电压， 则可串联几个LED，或者根据电压和电流要求，可使用串联和并联的 任何合适组合。
【0056】类似地，选通双极结晶体管TG2被提供来控制整个梯级704。 这允许选择性使能连接到单向耦合单元106的模拟-模拟转换器。例如， 可替换的模拟-模拟转换器(未示出)可连接到单向耦合单元106，其 操作是通过另一个选通晶体管(未示出)使能的。哪个模拟-模拟转换 器被使能取决于哪个选通晶体管导通。因此选通晶体管TG2提供选择功 能，允许选择一个模拟-模拟转换器传输多信道输出信号到数据母线。
【0057】图8示出可替换模拟-模拟转换器的用法。该转换器是光电模 拟-模拟转换器800。在该示例中，提供了光源802，其可沿路径如弧线 804移动。多个光探测器806设置在底座808上，光探测器彼此隔开。 底座808与光源802的路径804隔开。每个探测器806被分配以不同 信道，探测器的输出是所分配信道的输出值。光源802具有光束810， 该光束具有有限但可调整的宽度。对光束810的宽度进行选择，以便 其不同时辐照所有光探测器806，但其至少同时辐照两个光探测器806。 优选地，光束810的宽度及光探测器806之间的间隔使光源802同时 最多能够辐照两个探测器。随着光源802从弧线804的一端移动到另 一端，每个光探测器806首先部分被辐照、全部被辐照、部分被辐照， 然后不被辐照。至少在部分辐照周期的一部分上，光探测器806通常 与其最近邻的探测器同时被辐照。然后对应于光探测器806的信道的 输出值跟随图2所示的轮廓。调整光探测器806相对彼此、相对光源 802和相对光束810的宽度的位置允许人们调整每个子范围信号的轮廓 和这些轮廓的交叠。可替换地，可为此目的调整光束810的宽度。此 外，虽然探测器806的电信号可前馈给数据母线108的多个母线线路， 多个光探测器108也可设置在同一位置，每个探测器耦合到单个母线 线路。当在同一位置的光探测器被辐照时，信号可传递到在同一位置 连接到这些探测器的所有数据母线线路，这为同时激活多相结构提供 可替换方法。
【0058】该转换引擎的输出值可传输到模拟数据母线108并驱动多信 道驱动模块，也就是门/接口组件110，其方式与上面所述的一样。在 该示例中，输入是光源802相对于设置在底座808上的每个光探测器 的位置。可以理解，光源和底座之间的任何相对运动都可以用来改变 输入信号并因此生成多信道输出信号。相对位置可利用拨盘手动改变， 或通过另一输入信号如温度或电源电压的变化来驱动。相对位置的变 化也可以通过相对于固定光源802移动底座808来实现。光探测器806 也可设置在轮子上，且轮子相对于固定光源的旋转可用来将模拟信号 转换成多信道模拟输出信号。输入信号可用来驱动步进马达(未示出) 从而旋转轮子，由此驱动多信道模拟输出信号的发生。
【0059】可以理解，单信道模拟信号的转换可以以许多不同方式实现， 而不限于这里提供的示例。下面提供的某些进一步示例是为了说明。 例如，可利用基于磁感应的磁耦合。磁体可用作初级耦合元件，且大 量线圈可用作次级耦合元件。响应于磁体在线圈附近的运动，这些线 圈中可生成电流作为输出信号。类似地，初级线圈可用作初级耦合元 件。多个次级线圈可以类似于图8所示的光探测器的方式设置。随着 电流在其中流动的初级线圈相对于多个次级线圈移动，次级线圈中诱 导的电流形成多信道输出。
【0060】也可以理解，单向耦合单元不要求使用二极管。其他单向耦 合器也可使用。例如，在一个可替换实施例中，使用光电耦合。这在 图9中示出。如图9所示，包括本质上为光敏晶体管904和发光元件 902(如白光或红外LED)的光探测器的光电耦合器900取代二极管阵 列500中的二极管。发光元件902由模拟-模拟转换器104的输出信号 驱动。每个光敏晶体管904都连接到数据底座808。虽然从发光元件 902发射的光将来自模拟-模拟转换器104的输出信号传输到光探测器， 但不允许来自数据母线108的信号通过光敏晶体管904回传至发光元 件902。
【0061】上面已经详细说明了本发明的不同实施例。本领域技术人员 可以理解，可不偏离本发明范畴对实施例做出众多修改、调整和变化。 因为可不偏离本发明的本质、精神或范畴做出上述最佳模式的改变或 补充，因此本发明不限于这些细节，而是仅由权利要求限定。
【0024】图1示意性示出根据本发明实施例的系统的组件。如图1所 示，系统100具有输入模块102。输入模块接收单信道模拟信号作为输 入。然后由单信道到多信道的模拟-模拟信号转换器140处理该单信道 模拟信号，从而将单信道模拟信号转换为多个模拟信号。模拟-模拟信 号转换器104具有多个输出信道。多个输出信道中的每一个对应于多 个输出模拟信号中的一个。例如，输出模拟信号可以是电流。输出模 拟信号也可以是电压变化，作为相对于中间值的增加或减小。或者， 它们可以是光束强度。模拟-模拟信号转换器104和模拟数据母线108 之间的单向耦合单元106传输多信道模拟信号到模拟数据母线108，但 阻止从数据母线108到模拟-模拟信号转换器104的任何反馈。这提供 了数据母线108和模拟-模拟信号转换器104之间的单方向耦合。通常， 单向耦合单元106也可在传输混合信号到数据母线108之前，以不同 混合方式组合来自不同信道的多信道模拟信号。外部设备(图1中未 示出)的操作或激活是由数据母线108的每个母线线路提供的信号控 制的。可选的门/接口组件110可设置在数据母线108和外部设备之间， 从而使得信息即数据母线108上的信号能够被多种外部设备利用。
【0025】在一个实施例中，输入模拟信号是输入源的电压值。通常， 该输入模拟信号可经电源线提供给系统。提供了可选DC(直流)溢流 电路112，其耦合到模拟-模拟信号转换器104和输入模块102。溢流电 路112传递电源电压到模拟-模拟信号转换器104从而驱动其工作。溢 流单元112也允许从电源提取容限电压(margin voltage)作为输入， 该容限电压也就是超过系统内部调节电压的部分电源电压，因而允许 单一线路控制和驱动整个装置或系统。该内部调节电压比电源电压低 并被用作溢流单元112的参考电压来提取容限电压。
【0026】如上所述，输入模块102接收单信道模拟信号作为输入。输 入通常是模拟的连续信号。输入信号可以是连续电压或电流信号，其 表示(即转换自)多种监视的信号，如温度、速度、相对位置、环境 亮度或施加的力。输入信号也可以是台阶状成分的信号，其以累加的 模拟形式表示，如来自生产线的累积单元数目。输入也可以是手动调 整的电压或电流。模拟信号可采用交流(AC)、直流(DC)、可变电 阻器(VR)值的形式或作为光电输入(PE)，在此仅举几个例子。通 常，将一种输入信号如温度、声音或速度转换成另一种信号如电流或 电压的转换器可在输入模块102中提供。
【0027】单信道模拟信号在最小值和最大值之间的范围内改变。该范 围可划分成很多子范围，所有子范围合并起来就是模拟信号的范围。 每个子范围与其相邻的子范围交叠，但可以理解在范围的任一端，子 范围仅有一个相邻的子范围且因此仅与一个相邻的子范围交叠。图2 示出在范围200内线性变化的单信道信号VIN。范围200被划分成子范 围R1(202)、R2(204)、R3(206)、R4(208)、......、RN(210)， N是子范围的总数，其可以是任意整数。根据应用的需要，每个子范 围可以是任意值。这些子范围中的每一个都与它们各自相邻的子范围 交叠。例如，子范围R2在其下端与相邻子范围R1(下交叠区212)和 在上端与相邻子范围R3(上交叠区214)都交叠。
【0028】随着VIN在范围200内改变，作为中间步骤，系统100生成对 应于子范围的多个输出模拟信号，也就是V1、V2、V3、V4、......、VN。 换句话说，系统100将单信道中的模拟输入(VIN)映射到多信道输出 (V1、V2、V3、V4、......、VN)。该映射通常是连续的。随着VIN从 子范围下边界增加到子范围上边界，每个输出模拟信号从VIN在其相应 子范围R1(202)、R2(204)、R3(206)、R4(208)、......、RN(210) 内的变化映射到V1、V2、......、VN。Vi在其相应子范围Vi内的变化 定义波形216。例如，随着VIN增加，对应于子范围Vi的输出信号216 从其在上升区(up-take region)218中的初始值(例如，零)逐渐增加 直到达到峰值。输出信号216通常可在部分子范围内随着VIN继续增加 (因而形成峰值区220)保持恒定，且然后逐渐减小，通常回到(但不 是必须的)其初始值(形成衰减区222)。上升区218、峰值区220和 衰减区222一起形成输出信号的轮廓，或输出信号的“波形”。每个 上升区218、峰值区220和衰减区222的持续时间是可调整的，这将在 下面提供的例子中更详细地说明。例如，上升区218可具有比衰减区 更长的持续时间，反之亦然。上升区218中的增加和衰减区中的减小 不必是线性的，而是可以采用任何形状，或甚至有反射点/折返点 (reflection point)，只要总趋势保持增加或减少即可。类似地，峰值 区220可具有任何持续时间并可不出现(零持续时间)且不必是平的。
【0029】输出模拟信号的一个示例在图2中示出。图2中所示的输出 信号都具有近似梯形波形216。随着输入扫过其自身的范围200，每个 输出信道在其相应子范围Vi内生成相应输出模拟信号。如图2所示， 一个信道中一个波的上升区218与前一信道中的波的衰减区222交叠。 相邻子范围(或相邻信道)的上升区和衰减区的交叠导致信号从一个 信道经过渡区平滑过渡到下一信道。过渡区是相邻子范围交叠的部分。 除了部分交叠，也可以完全交叠，即同时打开多个信道。类似地，随 着VIN从其下边界增加到其上边界，输出信道可响应多于一个子范围中 的VIN，并生成多于一个波形216。图2示出信道V2和V3中的两个这 类同时“ON(打开)”的信号216’，216”，其中每个信道中形成两个 波形。
【0030】输出模拟信号由模拟-模拟信号转换器104生成。通常，模拟- 模拟信号转换器(或输入模块自身)将输入范围200划分成多个子范 围。图3A、图3B和图3C提供划分电压范围的三个例子。可以理解， 存在将电压范围或电流范围划分(或无交叠分割)成所选数目的子范 围的很多方法。图3A示意性地示出用一系列二极管DA、DB、DC、DE 等将电压范围划分成多个子范围的方法，其中在节点VA、VB、VC、 VD等处输出电压。图3B提供了另一个示例，其中由二极管DA和DB 确定的子范围被进一步由两个电阻器组成的分压器划分，因此每个电 阻器提供更窄的子范围，其中在节点VA、V’A、VB、V’B、VC、VD等 处输出电压。应该注意，虽然示出两个电阻器，但由电阻器组成的分 压器可使用任何数目的电阻器。图3C示出由两排(rail)二极管组成 的分压器的示例，每排串行联接。在VI处的电压输出和在VJ处的电压 输出可通过改变连接各电压输出到不同二极管排的电阻器的值来调 整，因而在电压输出VI和VJ间提供更精细的电压差。
【0031】通常，模拟-模拟信号转换器104为每个子范围提供子范围信 号发生器400。每个子范围内的波形是由相应子范围信号发生器400的 构造确定的。子范围的宽度和位置可进一步通过调整相应子范围信号 发生器400中使用的电路组件的组件特性而被细调。
【0032】参考图4A，其示意性地示出由双极结晶体管和电阻器构造的 子范围信号发生器400。图4A中所示的子范围信号发生器400由两个 NPN双极结晶体管T1和T2组成。每个双极结晶体管的基极通过限流 晶体管R1、R2连接到分压器的输出，如VA或VB。如果子范围信号发 生器连接到图3A所示的子范围分压器的VA和VB，则子范围信号发生 器400的连接器VA和VB间电压差约为二极管DA两端的电压降，或约 为0.6V。如果子范围信号发生器400连接到图3B所示的子范围分压 器的VA和V’A，则子范围信号发生器400的连接器VA和VB间的电压 差是二极管DA两端的电压降的一部分，即小于0.6V。为了说明子范围 信号发生器400的操作，下面的说明假定它们连接到图3A所示的子范 围分压器。
【0033】每个晶体管T1、T2是子范围信号发生器400中的电路路径的 一部分。第一电路路径402由晶体管T1及其基极限流电阻器R1组成。 基极限流电阻器R1连接到子范围输出VA，即直接连接到输入电压VIN。 第二电路路径404由晶体管T2及其基极限流电阻器R2组成。基极限流 电阻器R2连接到子范围输出VB，即低于VA的约等于0.6V的电平。第 一电路路径402驱动负载电阻器RL，为电阻器RL处的信号提供电流源。 第二电路路径404是切断第一电路路径402的分流路径(shunting path)，且因此也可当做自分流电路路径。
【0034】参考图4A和图3A，子范围信号发生器400的操作在下面进 一步详细说明。随着输入电压VIN从0增加，晶体管T1变为正偏。这 提供偏置电流使得T1首先工作在其线性放大区。这允许晶体管T1的集 电极电流流经负载电阻器RL并产生与偏置电流成比例的输出电压信号 VOUT。流经RL和T1的该电流在T1的线性放大区单调增加直到T1饱和， 即电路路径处于满导通(pulled on)状态，在该点流经T1的电流达到 一平台。这形成波形216的上升区。
【0035】对于某些输入值，双极结晶体管T1可保持在饱和状态，因而 形成峰值区220。同时，随着输入电压持续增加，VB将开始增加并最 终将超过二极管DA两端的电压降，且为第二晶体管T2提供正偏。这 表示第一电路路径402切断的开始。随着输入持续增加，T2的集电极 电流将增加。然而，流经T2的集电极的任何电流都对流入晶体管T1 基极的电流进行分流，因此逐渐使T1从其饱和导通状态返回到其线性 区，直到T2饱和，即完全导通，从而切断T1，即有效地阻止T1导通。 这形成波形216的衰减区并完成图2所示的输出波形。
【0036】换句话说，在第一电路路径402中的晶体管T1提供信号即RL 中的电流时，第二电路路径404中的晶体管T2提供自分流，抑制(pull off)第一电路路径402。满导通的开始确定子范围的下边界。第二电 路路径404的导通所实现的完全抑制确定子范围的上边界。第二电路 路径404的延迟导通与第一电路路径402的满导通配合，从而产生输 出波形所需的轮廓。子范围的宽度和位置均受到例如VA、VB处的子范 围电压输出以及基极电阻器R1和R2的值的影响，因此可通过调整这些 电路元件的特征值而被调整。为了进一步调整，发射极电阻器也可添 加到每个晶体管上以对范围和交叠进行细调。可以理解，当相邻子范 围的轮廓保持不变时，调整一个子范围的轮廓也将改变与相邻子范围 轮廓的交叠。
【0037】如上所述，每个子范围具有相应的子范围信号发生器400。参 考图3A，电压输出VB和VC之间的差值，也就是二极管DB两端的电 压降对应于另一个子范围。另一个子范围信号发生器400’(图1中未 示出，但图7中可看到)连接到电压输出VB和VC。当子范围信号发 生器400中连接在VA和VB之间的双极结晶体管T2开始分流电流时， 由VB和VC定义的下一个子范围中的信号被激活，因为转换器400’的 晶体管T’开始允许电流按照输出波形的上升区218的轮廓流动，直到 达到峰值。随着输入电压继续增加，在衰减区222，T1’将被转换器400’ 中相应的第二电路路径切断。同时，下一个子范围的输出信号将开始 其上升增长。随着输入值持续，该过程针对每个子范围重复进行，如 图2所示和前面的说明。
【0038】分压器部分和子范围信号发生器400系列的组合形成模拟自 分流DC电压/电流梯级(ladder)。该梯级可以是任何长度的。换句话 说，输入信号的范围200可以是任何值并可划分成任意数目的子范围。 随着输入从其最小值改变到最大值，具有波形216的波从最低台阶(即 最低子范围)逐渐过渡到梯级顶部(即最高子范围)。
【0039】可以理解，分压器通常可以用电阻器或任何其他适当器件形 成，而不必是二极管。例如，仅由电阻器组成的分压器可用来取代图 3A中的二极管串。在这种电阻器分压器梯级中可以使用任何合适数目 的电阻器。这样的电阻器梯级可在梯级的每个台阶提供更精细的电压 降。类似地，虽然图4A所示的子范围发生器400提供了使用离散晶体 管的电路示例，但其他器件如线性门、逻辑二极管门、比较器等可取 代晶体管电路来构造单信道到多信道的模拟-模拟转换器。图4B示出 一个示例，其中分压器410是由串联的电阻器形成的，且每个子范围 中的输入模拟信号的转换由级联的两个运算放大器1A、1B提供。在 该示例中，第一运算放大器1A和第二运算放大器1B配合从而提供导 通，而第二运算放大器1B和下一个子范围的运算放大器2A提供切断。 开始时，VIN为零，这将第一运算放大器1A的负端子414设定在“L” (低)电平。电阻器梯级被配置成设定每个子范围为0.1V，但可以理 解每个子范围(或子范围发生器)可配置为任意值(例如，如果需要 可以是几伏特或更高，或如果要求可以是几毫伏或更低)。第一运算 放大器1A的正端子412为0.1V，即分压器410提供的电压。因此， 第一运算放大器1A的输出端子416处于“H”(高)电平，第二运算 放大器1B的正端子418同样如此，该正端子418电连接到第一运算放 大器1A的输出端子416并与其处于同一电平。第一运算放大器1B的 负端子420也电耦合到第二运算放大器2A的输出端(同样被设定在 “H”电平)并与其处于同一电平。因此，第二运算放大器的输出端 422初始位于“H”电平。随着VIN增加并超过0.1V，第一输出端子416 首先被设定在“L”电平，然后跳转(toggle)到第二运算放大器1B的 输出电平并设定第二输出端子422为“L”。随着VIN继续增加，但仍 然保持比0.2V低，第二运算放大器2A的第二输出端422的电平保持 在“L”。当VIN超过0.2V时，第二运算放大器2A被切换到“L”， 这会引起第二运算放大器1B切断第一信道并使第二输出端422的输出 返回到“H”。连接在运算放大器1A、1B的输出和负端子之间的电阻 器R1A和R1B分别配置运算放大器1A和1B以使其除了能够在“H”和 “L”电平间切换外也在线性区工作。在另一个实施例中，子范围信号 发生器400是由逻辑门构造的。图4C提供这样的示例。由逻辑门构造 的信号发生器的操作类似于上述图4B所示。
【0040】所有子范围信号发生器400的输出信号形成模拟-模拟信号转 换器104的输出，每个子范围对应于唯一信道。参考图1，模拟-模拟 信号转换器104的多信道输出经单向耦合单元106传输到数据母线 108。单向耦合单元106允许信号(即信息)从模拟-模拟信号转换器 104耦合到数据母线108，但不允许数据母线108上的电信号传回到模 拟-模拟信号转换器104。在一个实施例中，单向耦合单元106由二极 管阵列500构成。模拟-模拟信号转换器输出的信息经二极管阵列500 传递到数据母线。因为二极管的单向特征，不允许信息从数据母线108 传递回模拟-模拟信号转换器104。
【0041】图5A示出一种结构，其中每个信道的输出被耦合到单个母线 线路，即数据母线108的母线线路L1、L2和L3中的一个。类似地，单 个输出信道的信息可耦合到数据母线108的多个母线线路，以便驱动 每一个都连接到母线线路的多个外部设备。当每个母线线路的信号驱 动有色LED时，从一个输出信道发送信号到多个母线线路会提供颜色 混合。图5B示出一种结构，其中VM的输出耦合到多于一个母线线路， 因而驱动多于一个设备，这可用于有色光混合。图5B中的示例示出母 线线路L1和L2间的耦合。图5C示出一种结构，其中VN的输出耦合 到三个母线L1、L2和L4。另一方面，不同输出信道的信号可组合并传 输到单个母线线路，从而连接到该母线线路的外部设备由从多于一个 输出信道混合成的复合信号驱动。例如，在图5B所示的示例中，VM 的输出与母线线路L1的输出V1的信号和母线线路L2的输出V2的信号 组合。
【0042】图5D提供另一个示例。图5D中所示的实施例具有比母线线 路多的输出信道，或比外部设备多的输出信道。如图5D所示，有三个 母线线路，每一个连接不同颜色的发光二极管(LED)。这些母线线 路被标以R表示红色，标以G表示绿色和标以B表示蓝色。信号Vout1、 Vout2和Vout3中的每一个分别通过二极管D1、D2和D3连接到R、G、B 母线线路中的一个。信号Vout4分别通过二极管D4和D4’传输到R和G 母线线路，因而在R母线线路上提供Vout4和信号Vout1的混合，在G 母线线路上提供Vout4和信号Vout2的混合。类似地，信号Vout5分别通过 二极管D5、D5’和D5”传输给所有三个母线线路R、G和B，因而在R 母线线路上提供Vout5和信号Vout1的混合，在G母线线路上提供Vout5 和信号Vout2的混合，在B母线线路上提供Vout5和信号Vout3的混合。 其他输出信道的其他输出信号可以以类似或其他的方式连接到数据母 线108，即连接到母线线路R、G或B或任何母线线路的组合。
【0043】二极管的选择和到不同母线线路的连接取决于每个单独输出 信道的设计。例如，在图5D所示的示例中，Vout4被指定为R/B混合， 即R信号和B信号的混合。提供了两个二极管，每一个分别将R/B信 道连接到R数据母线和B数据母线中的一个。类似地，Vout5被指定为 R/G/B混合。提供三个二极管，分别将R/G/B信道的输出连接到R母 线线路、G母线线路和B母线线路中的每一个。例如，可使用电阻器 与二极管串联从而控制混合比。可以理解，在其他应用中，输出信道 可表示多于这些情形下的三个信号的混合。因此在这些情形中需要多 于三个二极管将输出信道连接到数据母线，每个二极管用于将输出信 道耦合到这些母线线路中的一个。
【0044】图5D也示出仅耦合到R母线线路的额外输出信道Vout6。随 着输入信号从其最小值变化到其最大值，该输出信道可提供返回到初 始颜色。随着每个母线线路上的信号从最小值(通常为零)变化到峰 值且然后返回到最小值，R、G、B灯的亮度，如封装在发光单元外壳 中的LED的亮度也因此改变。随着输入值从最小值变化到最大值，从 发光单元发射的光的颜色连续地变化，例如从红色变化到绿色，然后 到蓝色，覆盖从输入值最小时的红光到输入值最大时的蓝色的谱段中 的所有颜色。最终输出信道到R母线线路的连接允许LED随着输入模 拟信号从其最小值改变到最大值而从红色开始过渡到其他颜色，并返 回到初始颜色红色。
【0045】作为另一个示例，进一步可提供“白色”数据母线线路LW， 以便耦合到输入值在产生VOUT5的输入值和产生VOUT6的输入值之间时 生成的信号VW。母线线路LW上的信号控制白色LED的开/关。因此， 当VIN在其范围内增加时，光的颜色从红色变到绿色，从绿色变到蓝色， 从蓝色变到白色，然后返回到红色。提供白光的其他方法也可用来生 成该颜色序列。例如，可通过混合适量的红色、绿色和蓝色来生成“白” 色。经验发现，R∶G∶B比为30∶59∶11时产生人眼所感知的可接受的“白 色”(“感官白色”)。
【0046】这些二极管D1、D2、D3、D4、D4’、D5、D5’、D5”、D6等形 成二极管阵列500。二极管阵列500提供模拟-模拟信号转换器104的 输出信道和数据母线108之间的单方向的隔离。该单向性由二极管阵 列中的二极管提供。该单向性允许DC信息通过并传递到数据母线108， 但不允许数据母线108的任何反馈被回传到模拟-模拟信号转换器104。 可以理解，非二极管的耦合元件可用来提供所需的单方向耦合。稍后 提供单向耦合单元的示例，其使用具有单向性的其他耦合元件。
【0047】提供数据母线108有助于从模拟-模拟信号转换器104到数据 母线108的信息传递的流线化和外部设备的驱动，即外部设备的操作 控制。在图5D所示的实施例中，仅有三个外部设备，即红色、蓝色和 绿色LED。每种颜色有其自身相应的母线线路，即R母线线路、G母 线线路、和B母线线路中的一个。数据母线108有利于分开来自表示 混合颜色的信道的信号和混合来自不同信道的输出。每个母线线路上 的信号直接传递到这些有色LED。如下面说明的那样，数据母线108 也可操作地经门/接口模块连接到这些外部设备，这使得系统能够驱动 更大范围的外部设备。
【0048】虽然在这些示例中用LED阵列来示出输出特征，但这些母线 线路上的信号可用来驱动其他外部设备，而不必是LED阵列。例如， 这里提供的LED示例示出最终驱动电流驱动LED发光。如果驱动电 路供应足够电流，则同样的电流也可用来驱动大量马达。例如，这些 马达可用来操纵(或控制)机器人的移动。这些电流也可用来控制要 求多于一个相如多相电流或电压输入的外部设备的操作。例如，多信 道输出信号可便利地用作单相-多相转换器的输出，以便使用单相交流 电流输入来驱动多相马达。可替换地，每个输出信道也可驱动模拟/数 字转换器，因而使系统与数字驱动的设备接合。一般地，驱动器电路 被用来转换数据母线上的信号以驱动电流或电压负载。
【0049】可选地，门/接口组件110被提供在数据母线108和外部设备 之间作为驱动电路，从而使得信息即数据母线108上信号能够被大范 围的外部设备利用。在图6所示的一个实施例中，门/接口组件110具 有用于驱动输出相中的每一个即R、G和B LED中的每一个的单独双 极结晶体管TR1、TR2、TG1、TG2、TB1、TB2。门/接口组件110也包括用 来选通整个驱动电路的双极结晶体管。图6中的示例示出两组相反输 出极性的双极结晶体管。第一组由三个晶体管TR1、TG1和TB1构成， 第二组由晶体管TR2、TG2和TB2构成。整个驱动电路的开/关由用于选 通第一组晶体管的“高”选通晶体管TH以及用于选通第二组晶体管的 “低电平”门电路晶体管TL来控制，每个选通晶体管都由控制母线线 路C上的信号控制。
【0050】通常，对于某些应用，需要使用单个线路作为电源对系统供 电和作为输入信号向输入模块供电。这可以是例如这样的应用，其中 三种颜色的LED被用来通过改变发射的颜色指示电源电压。DC溢流 电路112提取系统的任何超出标称(即内部调节)电压的多余电压， 并将该“溢流”提供给输入模块102作为输入信号。这在图7中示出。 溢流电路112包括串联的二极管DX、DY、...、DZ从而提供电压降， 使得电源电压VS降到输入电压VIN的预期范围内。保护性二极管D将 电源电压VS耦合到系统100’的电路，从而在V+供电。内部电压调节 器(未示出)将驱动系统100’的电压稳定在V+。
【0051】参考图7，其示出根据本发明实施例的完整系统100’，其中示 出每个组件的代表电路。这是驱动三个独立灯的亮度的应用，但可以 理解，可容易地添加更多灯，或电路结构可容易地调整以便驱动其他 类型的输出装置。一种普通结构是驱动封装在单个发光单元702中的 红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED。可替换地，同样的电路结 构可用于驱动灰度灯和UV或I/R灯。灰度灯可以分别是“冷白光”(即 较高谱端的贡献相对强，或比典型的“感官白色”有更少的红色成分)、 “感官白色”或“暖白色”的。对系统100’的输入可以来自连接在V+ 和地之间的可变电阻器，或由电源电压经电压溢流电路112驱动，如 上所述。随着输入值从最小值到最大值改变，从发光单元702发射的 光的颜色从例如蓝色到绿色且然后到红色连续改变，覆盖从输入值最 小时的蓝光到输入值最大时的红光的谱段内所有颜色。
【0052】图7中，仅详细示出两个子范围信号发生器400。总之，一系 列二极管和相应模拟-模拟转换器形成静态、模拟、自分流的DC电压/ 电流梯级704。如前面所述，大量串联的二极管将整个输入范围划分成 多个子范围，每个约0.6V。每个子范围的宽度和端点可进一步由例如 模拟-模拟转换器104中采用的电阻器的值微调。每级梯级704对应于 一个输出信道。每个输出信道生成通常具有单个峰值的输出信号，如 图2所示。信道即子范围的上升区218与其前一个信道的衰减区222 交叠，因此随着输入信号逐渐增加，交叠提供了从前一个信道到当前 激活信道的平滑过渡。类似地，衰减区222与下一个信道的上升区218 交叠。随着当前信道减弱，当前信道的上升区和下一个信道的上升区 之间的交叠提供了到下一个信道的平滑过渡。优选地，相邻信道组合 的输出信号强度相加为100％，以便在发光单元从一种颜色过渡到另一 颜色时，光强度的变化察觉不到。
【0053】每个信道的输出经单向耦合单元106中的二极管耦合到母线 线路。将每个输出信道耦合到数据母线的二极管形成二极管阵列500。 如前面所述，二极管阵列500提供子范围信号发生器400的输出信号 到数据母线108的单向耦合并隔离来自数据母线108的任何反馈。此 外，如前面所述，二极管阵列500及其与数据母线108的连接也提供 来自不同输出信道的信号混合，例如来自R/B信道的信号和来自R母 线线路上的R信道的信号的混合，和来自R/B信道的信号和来自B母 线线路上的B信道的信号的混合。二极管阵列500及其与数据母线108 的连接还提供所选输出信道的信号分割以便耦合到不同母线线路。
【0054】每个输出相即每个母线线路的信号有自身驱动电路从而驱动 外部设备(在该情形中是有色LED)。在该示例中，由LED二极管 DB、DG和DR组成的LED阵列706是外部设备。每个驱动电路工作在 线性放大部分。例如，蓝色信道的输出或蓝色母线线路上的信号耦合 到双极结晶体管TB的基极，这进而放大信号并驱动蓝色LED，即LEDB。 驱动电流的强度对应于从转换引擎接收的输出的强度或数值。随着蓝 色母线线路上的信号达到其峰值，驱动电流也达到其峰值，因而驱动 蓝色LED的强度到其最亮水平。类似地，其他颜色的LED即绿色LED LEDG和红色LED LEDR由其各自驱动电路驱动，所述驱动电路包括双 极结晶体管TG和TR。
【0055】为了提供进一步控制，包括第一选通双极结晶体管TG1的门电 路为门/接口组件110中的所有信道控制所有驱动电路。因此，由控制 信号控制的晶体管TG1可以选择性地将所有外部设备和数据母线上的 信号分离。控制信号可通过控制母线线路(未示出)或任何其他合适 装置来提供。控制整个LED阵列的开与关使得系统100’产生许多视觉 效果，如闪光灯发光效果。虽然在该示例中，每个相仅示出一个LED， 可以理解如果使用低电压V+，可并联几个LED，或者如果使用高电压， 则可串联几个LED，或者根据电压和电流要求，可使用串联和并联的 任何合适组合。
【0056】类似地，选通双极结晶体管TG2被提供来控制整个梯级704。 这允许选择性使能连接到单向耦合单元106的模拟-模拟转换器。例如， 可替换的模拟-模拟转换器(未示出)可连接到单向耦合单元106，其 操作是通过另一个选通晶体管(未示出)使能的。哪个模拟-模拟转换 器被使能取决于哪个选通晶体管导通。因此选通晶体管TG2提供选择功 能，允许选择一个模拟-模拟转换器传输多信道输出信号到数据母线。
【0057】图8示出可替换模拟-模拟转换器的用法。该转换器是光电模 拟-模拟转换器800。在该示例中，提供了光源802，其可沿路径如弧线 804移动。多个光探测器806设置在底座808上，光探测器彼此隔开。 底座808与光源802的路径804隔开。每个探测器806被分配以不同 信道，探测器的输出是所分配信道的输出值。光源802具有光束810， 该光束具有有限但可调整的宽度。对光束810的宽度进行选择，以便 其不同时辐照所有光探测器806，但其至少同时辐照两个光探测器806。 优选地，光束810的宽度及光探测器806之间的间隔使光源802同时 最多能够辐照两个探测器。随着光源802从弧线804的一端移动到另 一端，每个光探测器806首先部分被辐照、全部被辐照、部分被辐照， 然后不被辐照。至少在部分辐照周期的一部分上，光探测器806通常 与其最近邻的探测器同时被辐照。然后对应于光探测器806的信道的 输出值跟随图2所示的轮廓。调整光探测器806相对彼此、相对光源 802和相对光束810的宽度的位置允许人们调整每个子范围信号的轮廓 和这些轮廓的交叠。可替换地，可为此目的调整光束810的宽度。此 外，虽然探测器806的电信号可前馈给数据母线108的多个母线线路， 多个光探测器108也可设置在同一位置，每个探测器耦合到单个母线 线路。当在同一位置的光探测器被辐照时，信号可传递到在同一位置 连接到这些探测器的所有数据母线线路，这为同时激活多相结构提供 可替换方法。
【0058】该转换引擎的输出值可传输到模拟数据母线108并驱动多信 道驱动模块，也就是门/接口组件110，其方式与上面所述的一样。在 该示例中，输入是光源802相对于设置在底座808上的每个光探测器 的位置。可以理解，光源和底座之间的任何相对运动都可以用来改变 输入信号并因此生成多信道输出信号。相对位置可利用拨盘手动改变， 或通过另一输入信号如温度或电源电压的变化来驱动。相对位置的变 化也可以通过相对于固定光源802移动底座808来实现。光探测器806 也可设置在轮子上，且轮子相对于固定光源的旋转可用来将模拟信号 转换成多信道模拟输出信号。输入信号可用来驱动步进马达(未示出) 从而旋转轮子，由此驱动多信道模拟输出信号的发生。
【0059】可以理解，单信道模拟信号的转换可以以许多不同方式实现， 而不限于这里提供的示例。下面提供的某些进一步示例是为了说明。 例如，可利用基于磁感应的磁耦合。磁体可用作初级耦合元件，且大 量线圈可用作次级耦合元件。响应于磁体在线圈附近的运动，这些线 圈中可生成电流作为输出信号。类似地，初级线圈可用作初级耦合元 件。多个次级线圈可以类似于图8所示的光探测器的方式设置。随着 电流在其中流动的初级线圈相对于多个次级线圈移动，次级线圈中诱 导的电流形成多信道输出。
【0060】也可以理解，单向耦合单元不要求使用二极管。其他单向耦 合器也可使用。例如，在一个可替换实施例中，使用光电耦合。这在 图9中示出。如图9所示，包括本质上为光敏晶体管904和发光元件 902(如白光或红外LED)的光探测器的光电耦合器900取代二极管阵 列500中的二极管。发光元件902由模拟-模拟转换器104的输出信号 驱动。每个光敏晶体管904都连接到数据底座808。虽然从发光元件 902发射的光将来自模拟-模拟转换器104的输出信号传输到光探测器， 但不允许来自数据母线108的信号通过光敏晶体管904回传至发光元 件902。
【0061】上面已经详细说明了本发明的不同实施例。本领域技术人员 可以理解，可不偏离本发明范畴对实施例做出众多修改、调整和变化。 因为可不偏离本发明的本质、精神或范畴做出上述最佳模式的改变或 补充，因此本发明不限于这些细节，而是仅由权利要求限定。