[发明专利]电压控制阻抗合成器

说明书

发明背景

发明领域

本发明一般涉及电阻抗控制和合成的装置及方法，并且更具体地涉及以电压导至的阻抗控制和合成。

在相关技术的描述

电阻抗是一个电路当施加电压时所呈现对电流通过的对抗的量度。在现有技术中，可使用有源模拟电路的阻抗合成器或模拟器合成，用于广泛范围的规定的电阻，电容，和电感值的模拟阻抗。作为一个主要的应用，这些阻抗值被部署为校准电子测试和测量仪器的基准元件。在校准过程中，每个基准元件单独地由仪器测量，并且将测量值与已知值进行比较，从该确定該仪器读数的误差。在一般情况下，不同的仪器可能需要不同的参考元件。因此阻抗合成器可以方便地提供多种仪器所需的无数校准阻抗值。

然而由现有技术合成器的阻抗的实现方式，在功率或电压处理能力方面受到模拟组件的限制。

以下列专利为例：

US4963845，US5485115，US5585741，US6351137，US6369650，US6646463，US7808314和CN201141879，其中运算放大器，数字-模拟转换器，模拟-数字转换器和其他线性有源电路元件被部署在阻抗合成电路中。这些半导体电路元件的相对低的电压和功率处理能力已经造成其合成阻抗的功率或电压处理能力的限制。这些合成阻抗在校准电子测试和测量仪器中並没有问题，因为在这些都是在低讯号电平中进行的。

然而在一些不同的区域，本发明將探讨电阻抗合成技术被部署用于仪器校准以外的其它应用。例如，通过改变电源电压下合成的负载阻抗，一个受控负载电流便形成。作为另一个例子，通过控制由阻抗合成器合成的负载阻抗，并供给固定的供电电压，输送到负载的功率便可被控制。另外，通过阻抗的控制，从而电流或功率，以至其它物理参数，如温度，光度，压力，力，速度等亦可被控制。这些似乎在学术和工程界中仍然是新颖的想法，将在本发明的以下描述中加以说明。

对于这些应用，其中高功率或高电流是必需的，但如果部署高功率运算放大器和其它活性模拟设备以传统方式合成所需的阻抗，即使功率效率不考虑，不是不可能，但也将是非常困难和昂贵的。

发明内容

因此，本发明旨在通过建立具有以下功能的新型电压控制的阻抗合成器，以探索电子功率控制的新领域：

a)通过选择性地连接阻抗元件以达至高功率效率。

b)以最小数量的开关取得目标精确度。

c)合成阻抗的品质因数在应用频率下保持不变。

d)合成阻抗的线性度保持不变。

e)阻抗值根据控制电压的一个规定函数合成。

f)合成阻抗值与规定函数保持单调关系。

g)合成阻抗负有逐级但随着控制电压的预定函数的线性关系。

h)控制方法简单而直接。

根据本发明的实施例，一个电压控制阻抗合成器根据控制电压的预定函数提供逐级可变阻抗值，所述合成器包括串联连接的一个或多个二端阻抗模块，在各阻抗模块中串联连接一个或多个基本上相同的二端阻抗元件，相应数量的开关给所有的在阻抗模块的阻抗元件作选择性地短路，所述开关由所述控制电压通过模拟到数字控制转换和数字处理装置进行控制。阻抗模块之间的阻抗元件阻抗值的比率根据阻抗模块中阻抗元件的数目所規定，使电压控制的阻抗合成器被控制以提供单调和逐级可变阻抗值。进一步，通过使用电压控制的阻抗合成，其它电参数例如电流和功率亦可以根据任何预定函数控制。

此外，通过电路的对偶属性，本发明也可以应用到电气导纳的合成，如将在下面的描述中加以阐述。

电压可控阻抗合成器VCZS作为本发明的实施例的操作原理是通过图1的框图图示。如图所示，一控制电压V_CON(t)经模拟-数字转换器ADC被转换为它的等值数字，然后根据设计所要求输入的函数Func_d(t)由数字函数发生器DFG进行处理。数字函数发生器DFG输出Zvczs_d(t)，进一步通过开关模式编码器SPE处理以输出以开关模式表迖的合成阻抗Zvczs_s(t)，以控制数字阻抗合成器DZS的开关状态，从而产生由电压V_CON(t)控制的合成阻抗Zvczs(t)。数字函数发生器DFG和开关模式的编码器的SPE可以通过任何适当的数字处理设备，诸如微处理器，合适的软件程序来实现。