專利名稱：多功能信號輸出裝置的制作方法
技術領域：
本揭示內(nèi)容是有關于一種信號輸出裝置，且特別是有關于一種具有多種信號輸出的多功能信號輸出裝置。
背景技術：
在科學技術高度發(fā)展的今天，工業(yè)控制也隨的日新月異。工業(yè)控制的方法包含通訊控制以及物理量控制，其中通訊控制可采用無線方式進行工業(yè)產(chǎn)品的控制，并可節(jié)省實際配線的成本。然而，物理量控制仍為工業(yè)控制中的一種不可取代且有效的控制方式，包含透過壓力信號、流量信號以及溫度信號等模擬信號的傳遞，以提供實際的物理量信號給控制器進行信號處理并產(chǎn)生相對應的控制命令。因此，現(xiàn)今的工業(yè)控制產(chǎn)品必然具有相對應的模擬以及數(shù)字端點作為控制信號的輸入或輸出端點，以接收或輸出相對應的模擬與數(shù)字信號。然而，目前能提供工業(yè)控制產(chǎn)品所需的模擬或數(shù)字信號的信號源裝置大多僅包含一種信號輸出型式，例如，僅能輸出OV IOV的模擬電壓，而無法同時提供工業(yè)控制產(chǎn)品的-IOV +IOV與4mA 20mA等不同信號需求。因此，習知的信號源裝置無法滿足工業(yè)控制產(chǎn)品的所有信號需求，使得在對工業(yè)控制產(chǎn)品(例如控制器以及驅(qū)動器)進行測試或控制時，需要另外購置相對應的信號源裝置，以產(chǎn)生所需的多重模擬與數(shù)字信號。因此，迄今習知技術仍具有上述缺陷與不足的處需要解決。

發(fā)明內(nèi)容
本揭示內(nèi)容的一態(tài)樣是關于一種多功能信號輸出裝置，包含第一調(diào)節(jié)單元、信號放大單元、輸出單元以及檢測單元。第一調(diào)節(jié)單元用以產(chǎn)生第一電壓信號。信號放大單元電性耦接第一調(diào)節(jié)單元，用以接收第一電壓信號，并將第一電壓信號放大為第二電壓信號。 輸出單元包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，其中輸出單元的第一輸入端電性耦接信號放大單元，用以接收信號放大單元所輸出的第二電壓信號。輸出單元對第二電壓信號進行信號放大與信號轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生相對應第二電壓信號位準的電流信號，并透過輸出端輸出電流信號。檢測單元并聯(lián)耦接于輸出單元的第二輸入端以及輸出單元的輸出端之間，用以檢測輸出單元所輸出的電流信號，并產(chǎn)生反饋信號給輸出單元的第二輸入端。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，其中第一調(diào)節(jié)單元包含第一可變電阻。第一調(diào)節(jié)單元是透過第一可變電阻的調(diào)整而對所接收的調(diào)節(jié)電壓進行分壓，以產(chǎn)生第一電壓信號。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，其中信號放大單元包含第一運算放大器以及多個電阻，且第一運算放大器以及電阻是配置為負反饋放大電路，以對第一電壓信號進行反相放大。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，上述輸出單元更包含第二運算放大器、多個電阻以及晶體管。第二運算放大器以及電阻是配置為負反饋放大電路，以對第二電壓信號進行反相放大。晶體管電性耦接第二運算放大器的輸出端，并受第二電壓信號的反相放大信號的驅(qū)動而產(chǎn)生相對應的電流信號。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，其中檢測單元包含配置為隨耦器型式的第三運算放大器。第三運算放大器用以對電流信號進行檢測，并產(chǎn)生相對應的反饋信號，使輸出單元依據(jù)第二電壓信號以及反饋信號對電流信號進行反饋控制。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，上述信號輸出裝置更包含電源供應單元。電源供應單元包含電源轉(zhuǎn)換電路以及多個電阻，且電源供應單元電性耦接信號放大單元、輸出單元以及檢測單元，并透過電源轉(zhuǎn)換電路以及電阻的配置而對第一電源信號進行位準轉(zhuǎn)換與分壓，以產(chǎn)生多個操作電壓信號。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，其中操作電壓信號包含第一操作電壓信號、第二操作電壓信號、第三操作電壓信號、第四操作電壓信號以及參考電壓信號。第一操作電壓信號與第二操作電壓信號是用以提供操作上所需的電壓給信號放大單元、輸出單元以及檢測單元的運算放大器。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，上述信號輸出裝置更包含第二調(diào)節(jié)單元。第二調(diào)節(jié)單元包含第二可變電阻、第三可變電阻、串聯(lián)電阻以及穩(wěn)壓二極管。第二調(diào)節(jié)單元電性耦接電源供應單元以及第一調(diào)節(jié)單元，用以接收第二電源信號、第三操作電壓信號、第四操作電壓信號以及參考電壓信號，并透過穩(wěn)壓二極管以及第二可變電阻與第三可變電阻的調(diào)整對所接收的上述電壓信號進行調(diào)節(jié)與分壓，以產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓、第一模擬電壓以及第二模擬電壓。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，上述信號輸出裝置更包含數(shù)字控制單元。數(shù)字控制單元包含多個切換開關以及多個繼電器，且數(shù)字控制單元電性耦接電源供應單元以及第二調(diào)節(jié)單元，并透過切換開關以及繼電器的配置選擇數(shù)字控制的方式。依據(jù)本揭示內(nèi)容的一實施例，其中切換開關中之第一切換開關是用以控制繼電器的動作，以選擇由數(shù)字控制單元或外部控制裝置控制數(shù)字輸出信號。因此，依據(jù)本揭示內(nèi)容所述的技術內(nèi)容，上述多功能信號輸出裝置可具有多種模擬電壓輸出、可調(diào)整的模擬電流輸出以及可控制的數(shù)字信號輸出，使其能夠有效解決習之技術上的問題。由此可知，本揭示內(nèi)容的多功能信號輸出裝置可提供各種模擬與數(shù)字信號以符合工業(yè)控制產(chǎn)品之需求，使得本發(fā)明無論在工業(yè)控制的現(xiàn)場前期調(diào)試或在實驗室進行測試， 都可帶來極大的便利性。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下圖1是繪示依照本揭示內(nèi)容的第一實施方式的一種多功能信號輸出裝置的電路方塊示意圖。圖2是繪示如圖1所示的多功能信號輸出裝置的電路結構示意圖。圖3是繪示依照本揭示內(nèi)容的第二實施方式的一種多功能信號輸出裝置的電路方塊示意圖。圖4是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置中電源供應單元的電路結構示意圖。圖5是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置中第二調(diào)節(jié)單元的電路結構示意圖。圖6是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置中數(shù)字控制單元的電路結構示意圖。圖7是繪示利用圖3所示的多功能信號輸出裝置所組成的工業(yè)控制系統(tǒng)的電路方塊示意圖。主要組件符號說明100,300 多功能信號輸出裝置110、310 第一調(diào)節(jié)單元111、113:電阻112:第一可變電阻120,320 信號放大單元121 第一運算放大器122 124:電阻130,330 輸出單元131,331 輸出單元的第一輸入端132,332 輸出單元的第二輸入端133,333 輸出單元的輸出端134 第二運算放大器135 晶體管136 139:電阻Rout:輸出電阻140、340:檢測單元141 第三運算放大器350 電源供應單元351:電源轉(zhuǎn)換電路352 ；354:電阻360 第二調(diào)節(jié)單元361 第二可變電阻362 第三可變電阻363:串聯(lián)電阻364 穩(wěn)壓二極管370:數(shù)字控制單元3701 3712 第一切換開關 第十二切換開關3721 3730 繼電器700 工業(yè)控制系統(tǒng)710 可程控器720 變頻器
具體實施例方式以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內(nèi)容的精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本揭示內(nèi)容的較佳實施例后，當可由本揭示內(nèi)容所教示的技術，加以改變及修飾，其并不脫離本揭示內(nèi)容的精神與范圍。圖1是繪示依照本揭示內(nèi)容的第一實施方式的一種多功能信號輸出裝置100的電路方塊示意圖。多功能信號輸出裝置100包含第一調(diào)節(jié)單元110、信號放大單元120、輸出單元130以及檢測單元140。第一調(diào)節(jié)單元110用以產(chǎn)生第一電壓信號VI。信號放大單元 120電性耦接第一調(diào)節(jié)單元120，用以接收第一電壓信號VI，并將第一電壓信號Vl放大為第二電壓信號V2。輸出單元130包含第一輸入端131、第二輸入端132以及輸出端133，其中輸出單元130的第一輸入端131電性耦接信號放大單元120，用以接收信號放大單元120 所輸出的第二電壓信號V2。隨后，輸出單元120對第二電壓信號V2進行信號放大與信號轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生相對應第二電壓信號V2位準的電流信號Io(例如4mA 20mA)，并透過輸出端 133輸出電流信號Ιο。檢測單元140并聯(lián)耦接于輸出單元130的第二輸入端132以及輸出單元130的輸出端133之間，用以檢測輸出單元130所輸出的電流信號Io，并產(chǎn)生反饋信號 FB給輸出單元130的第二輸入端132。圖2是繪示如圖1所示的多功能信號輸出裝置100的電路結構示意圖。在本揭示內(nèi)容的一實施例中，第一調(diào)節(jié)單元110可包含第一可變電阻112。因此，第一調(diào)節(jié)單元110 可透過第一可變電阻112的調(diào)整而對所接收的調(diào)節(jié)電壓VD進行分壓，以產(chǎn)生第一電壓信號 VI。在本揭示內(nèi)容的一實施例中，信號放大單元120可包含第一運算放大器121以及電阻122 電阻124，且第一運算放大器121、電阻122以及電阻123是配置為負反饋放大電路的型式，以對第一電壓信號Vl進行反相放大。在本揭示內(nèi)容的一實施例中，輸出單元130可包含第二運算放大器134、電阻 136 電阻139、輸出電阻Rout以及晶體管135。第二運算放大器134、電阻136以及電阻 137是配置為負反饋放大電路，以對第二電壓信號V2進行反相放大。晶體管135電性耦接第二運算放大器134的輸出端，并受第二電壓信號V2的反相放大信號的驅(qū)動而產(chǎn)生相對應的電流信號Ιο。在本揭示內(nèi)容的一實施例中，檢測單元140可包含配置為隨耦器型式的第三運算放大器141。第三運算放大器141用以對電流信號Io進行檢測，亦即，第三運算放大器141 可檢測電流信號Io連接負載(未繪示)時所產(chǎn)生的負載電壓，并依據(jù)負載電壓產(chǎn)生相對應的反饋信號FB。因此，輸出單元130可依據(jù)第二電壓信號V2以及反饋信號FB的雙端輸入信號對電流信號Io進行反饋控制。需說明的是，晶體管135所輸出的部份電流信號亦透過電阻137反饋至第二運算放大器134的反向輸入端，以提供輸出單元130對電流信號Io進行精準的控制。圖3是繪示依照本揭示內(nèi)容的第二實施方式的一種多功能信號輸出裝置300的電路方塊示意圖。多功能信號輸出裝置300是與圖1所示的多功能信號輸出裝置100相同， 并具有第一調(diào)節(jié)單元310、信號放大單元320、輸出單元330以及檢測單元340，其電路配置方式與操作原理是與第一實施方式相同或相似，于此不再贅述。
在本揭示內(nèi)容的一實施例中，多功能信號輸出裝置300更包含電源供應單元350、 第二調(diào)節(jié)單元360以及數(shù)字控制單元370，用以提供多種模擬電壓與數(shù)字信號輸出。圖4是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置300中電源供應單元350的電路結構示意圖。電源供應單元350可包含電源轉(zhuǎn)換電路351以及電阻352 電阻354。電源供應單元351電性耦接信號放大單元320、輸出單元330以及檢測單元340，并透過電源轉(zhuǎn)換電路351以及電阻352 電阻354的配置而對第一電源信號Vsl (例如+MV)進行位準轉(zhuǎn)換與分壓，以產(chǎn)生多個操作電壓信號。操作電壓信號可包含第一操作電壓信號Vddl (例如 +12V)、第二操作電壓信號Vdd2(例如:-12V)、第三操作電壓信號Vdd3(例如+lOV)、第四操作電壓信號Vdd4(例如-10V)以及參考電壓信號VR(例如0V)，其中，第一操作電壓信號Vddl與第二操作電壓信號Vdd2可提供操作上所需的電壓給信號放大單元320、輸出單元 330以及檢測單元340的運算放大器。圖5是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置300中第二調(diào)節(jié)單元360的電路結構示意圖。第二調(diào)節(jié)單元360可包含第二可變電阻361、第三可變電阻362、串聯(lián)電阻363以及穩(wěn)壓二極管364。第二調(diào)節(jié)單元360電性耦接電源供應單元350以及第一調(diào)節(jié)單元310， 用以接收第二電源信號Vs2 (例如+10V)、第三操作電壓信號Vdd3、第四操作電壓信號Vdd4 以及參考電壓信號VR，并透過穩(wěn)壓二極管364以及第二可變電阻361與第三可變電阻362 的調(diào)整對所接收的上述電壓信號進行調(diào)節(jié)與分壓，以產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓VD(例如+5V)、第一模擬電壓Val (例如=OV +10V)以及第二模擬電壓Va2(例如-lOV +10V)。圖6是繪示如圖3所示的多功能信號輸出裝置300中數(shù)字控制單元370的電路結構示意圖。數(shù)字控制單元370可包含第一切換開關3701 第十二切換開關3712以及繼電器3721 繼電器3730。數(shù)字控制單元370電性耦接電源供應單元350以及第二調(diào)節(jié)單元 360，并透過上述切換開關以及繼電器的配置選擇數(shù)字控制的方式。在本揭示內(nèi)容的一實施例中，上述第一切換開關3701是用以控制繼電器3721 繼電器3730的動作，以選擇由數(shù)字控制單元370或外部控制裝置(例如可程控器)控制數(shù)字輸出信號。舉例來說，當?shù)谝磺袚Q開關3701關閉時，繼電器3721 繼電器3730由于沒有通電而不動作。此時，單刀雙擲的第二切換開關3702 第十二切換開關3712的一端連接 DCM(數(shù)字信號共享端)，第二切換開關3702 第十二切換開關3712的另一端則分別連接
FWD、REV、J0G.....TRG等數(shù)字信號輸出端。隨后，透過第二切換開關3702 第十二切換開
關3712的切換動作，即可控制DCM是否和FWD、REV、JOG.....TRG等數(shù)字信號輸出端接通。
亦即，當?shù)谝磺袚Q開關3701關閉時，數(shù)字輸出信號是由數(shù)字控制單元370的第二切換開關 3702 第十二切換開關3712所控制。當?shù)谝磺袚Q開關3701開啟時，繼電器3721 繼電器3730因通電而動作。因此，繼電器3721 繼電器3730接通常閉觸點，使得繼電器3721的DCM與FWD、REV、JOG、. · ·、TRG 等數(shù)字信號輸出端之間的連接被斷開。此時，繼電器3727的DCM和CO接通(CO為外部控制裝置的數(shù)字信號共享端)。透過上述繼電器的一一接通，使得FWD連接Y0、REV連接Y1、
JOG連接Y2.....TRG連接Y10。由于YO YlO是外部控制裝置的數(shù)字信號輸出端，因此
FWD、REV、J0G.....TRG等數(shù)字信號是由外部控制裝置所控制。由于，第二切換開關3702
第十二切換開關3712的DCM被斷開，所以第二切換開關3702 第十二切換開關3712無效，亦即被旁路(bypass)。需說明的是，上述第一實施方式以及第二實施方式中的可變電阻是可透過旋扭或數(shù)字控制進行調(diào)整，以調(diào)節(jié)所需的模擬電壓或模擬電流輸出，且不以此為限。因此，多功能信號輸出裝置300可應用于如圖7所示的工業(yè)控制系統(tǒng)700中。工業(yè)控制系統(tǒng)700可包含可程控器710、多功能信號輸出裝置300以及變頻器720?？沙炭仄?710可提供工業(yè)控制的各種控制命令給多功能信號輸出裝置300，多功能信號輸出裝置300 可依據(jù)上述控制命令提供相對應的數(shù)字與模擬信號驅(qū)動變頻器720，使得變頻器720可執(zhí)行相對應的動作。綜上所述，本揭示內(nèi)容的多功能信號輸出裝置可具有多種模擬電壓信號(例如 OV IOV以及-IOV +10V)、可調(diào)整的模擬電流信號(例如4mA 12mA)以及可控制的數(shù)字輸出信號，使其能夠有效解決習之技術上的問題。由此可知，本揭示內(nèi)容的多功能信號輸出裝置可提供各種模擬與數(shù)字信號以符合工業(yè)控制產(chǎn)品之需求，使得本發(fā)明無論在工業(yè)控制的現(xiàn)場前期調(diào)試或在實驗室進行測試， 都可帶來極大的便利性。上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式
。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實施方式
作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種多功能信號輸出裝置，其特征在于，包含一第一調(diào)節(jié)單元，用以產(chǎn)生一第一電壓信號；一信號放大單元，電性耦接所述第一調(diào)節(jié)單元，用以接收所述第一電壓信號，并將所述第一電壓信號放大為一第二電壓信號；一輸出單元，包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中所述輸出單元的所述第一輸入端電性耦接所述信號放大單元，用以接收所述信號放大單元所輸出的所述第二電壓信號，所述輸出單元對所述第二電壓信號進行信號放大與信號轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生相對應所述第二電壓信號位準的一電流信號，并透過所述輸出端輸出所述電流信號；以及一檢測單元，并聯(lián)耦接于所述輸出單元的所述第二輸入端以及所述輸出單元的所述輸出端之間，用以檢測所述輸出單元所輸出的所述電流信號，并產(chǎn)生一反饋信號給所述輸出單元的所述第二輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)單元包含一第一可變電阻，所述第一調(diào)節(jié)單元是透過所述第一可變電阻的調(diào)整而對所接收的一調(diào)節(jié)電壓進行分壓，以產(chǎn)生所述第一電壓信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述信號放大單元包含一第一運算放大器以及多個電阻，所述第一運算放大器以及所述些電阻是配置為負反饋放大電路，以對所述第一電壓信號進行反相放大。
4.根據(jù)權利要求1所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述輸出單元更包含一第二運算放大器、多個電阻以及一晶體管，所述第二運算放大器以及所述些電阻是配置為負反饋放大電路，以對所述第二電壓信號進行反相放大，所述晶體管電性耦接所述第二運算放大器的輸出端，并受所述第二電壓信號的反相放大信號的驅(qū)動而產(chǎn)生相對應的所述電流信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述檢測單元包含配置為隨耦器型式的一第三運算放大器，所述第三運算放大器用以對所述電流信號進行檢測，并產(chǎn)生相對應的所述反饋信號，使所述輸出單元依據(jù)所述第二電壓信號以及所述反饋信號對所述電流信號進行反饋控制。
6.根據(jù)權利要求1所述的信號輸出裝置，其特征在于，更包含一電源供應單元，包含一電源轉(zhuǎn)換電路以及多個電阻，所述電源供應單元電性耦接所述信號放大單元、所述輸出單元以及所述檢測單元，并透過所述電源轉(zhuǎn)換電路以及所述些電阻的配置對一第一電源信號進行位準轉(zhuǎn)換與分壓，以產(chǎn)生多個操作電壓信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述些操作電壓信號包含一第一操作電壓信號、一第二操作電壓信號、一第三操作電壓信號、一第四操作電壓信號以及一參考電壓信號，所述第一操作電壓信號與所述第二操作電壓信號是用以提供操作上所需的電壓給所述信號放大單元、所述輸出單元以及所述檢測單元的所述些運算放大器。
8.根據(jù)權利要求7所述的信號輸出裝置，其特征在于，更包含一第二調(diào)節(jié)單元，包含一第二可變電阻、一第三可變電阻、一串聯(lián)電阻以及一穩(wěn)壓二極管，所述第二調(diào)節(jié)單元電性耦接所述電源供應單元以及所述第一調(diào)節(jié)單元，用以接收一第二電源信號、所述第三操作電壓信號、所述第四操作電壓信號以及所述參考電壓信號，所述第二調(diào)節(jié)單元透過所述穩(wěn)壓二極管以及所述第二可變電阻與所述第三可變電阻的調(diào)整對所接收的所述些電壓信號進行調(diào)節(jié)與分壓，以產(chǎn)生一調(diào)節(jié)電壓、一第一模擬電壓以及一第二模擬電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的信號輸出裝置，其特征在于，更包含一數(shù)字控制單元，包含多個切換開關以及多個繼電器，所述數(shù)字控制單元電性耦接所述電源供應單元以及所述第二調(diào)節(jié)單元，并透過所述些切換開關以及所述些繼電器的配置選擇數(shù)字控制的方式。
10.根據(jù)權利要求9所述的信號輸出裝置，其特征在于，所述些切換開關中之一第一切換開關是用以控制所述些繼電器的動作，以選擇由所述數(shù)字控制單元或一外部控制裝置控制數(shù)字輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種多功能信號輸出裝置，包含第一調(diào)節(jié)單元、信號放大單元、輸出單元以及檢測單元。第一調(diào)節(jié)單元用以產(chǎn)生第一電壓信號。信號放大單元電性耦接第一調(diào)節(jié)單元，用以將第一電壓信號放大為第二電壓信號。輸出單元包含第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，第一輸入端電性耦接信號放大單元，用以接收第二電壓信號，輸出單元對第二電壓信號進行信號放大與信號轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生相對應的電流信號。檢測單元并聯(lián)耦接于輸出單元的第二輸入端以及輸出單元的輸出端之間，用以檢測電流信號，并產(chǎn)生反饋信號給輸出單元的第二輸入端。本發(fā)明所提出的多功能信號輸出裝置可具有多種模擬電壓、可調(diào)整的模擬電流輸出以及可控制的數(shù)字信號輸出。
文檔編號G05B19/04GK102495555SQ20111038832
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者張作鵬, 范昆侖, 邵世鋒, 顏良益 申請人:中達光電工業(yè)(吳江)有限公司, 臺達電子企業(yè)管理(上海)有限公司, 臺達電子工業(yè)股份有限公司