CN102211506A - 用于胎压监测系统的信号接收器 - Google Patents
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Abstract
一种汽车制造技术领域的用于胎压监测系统的信号接收器，包括：依次串联的可控增益放大器、前端检测电路和解调器，本发明在工作温度和功耗两方面进行了改善，采用更低功耗的电路设计方法并减少部分功能电路，采用的亚阈值晶体管，最终工作温度范围达到-40℃-105℃，平均工作电流小于6μA；前端检测电路和可控增益放大器等独特的电路结构能够有效限制功耗和拓宽工作温度范围，是针对胎压检测系统设计的专用接收器；相比传统信号接收器，具有功耗极低，工作温度范围广等优点，特别适用于胎压监测系统中。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种汽车制造技术领域的装置，具体是一种用于胎压监测系统的信号接收器。
背景技术
目前，胎压检测系统发展的主流是主动式胎压监测系统，驾驶员可随时通过主机向安装于轮胎内的子系统发出读取胎压或温度的信号，因此安装于轮胎内的子系统需要包含信号接收器，以对输入信号进行检测和解调。
由于该接收器安装在轮胎内部，拆装较为繁琐，因此要求通信设备的功耗尽可能低，其一次安装的工作寿命最好能够长于轮胎寿命。轮胎的工作温度范围大，通常需要在-30℃-100℃的环境下工作，相应的需要安装在轮胎内的胎压监测子系统同样具有较宽的工作温度范围。在传统的低频信号接收器中，由于没有严格的低功耗要求，晶体管大多工作在线性区或饱和区，内部放大器通常不具备可控增益功能，其平均功耗通常为毫瓦级，无法应用在胎压监测电路中。此外，传统信号接收器的工作温度范围通常限制在0℃-85℃、同样无法满胎压检测电路的需要。
经过对现有技术的检索发现，Austriamicrosystems公司的AS3932芯片(www.austriamicrosystems.com/AS3932)可以对110-150KHz的ASK编码信号进行接收和解调，并具有休眠-唤醒功能。但是该芯片的工作温度范围仅为-40℃-85℃，工作状态下的电流典型值为8.3μA，最大电流达12μA。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于胎压监测系统的信号接收器，在工作温度和功耗两方面进行了改善，采用更低功耗的电路设计方法并减少部分功能电路，采用的亚阈值晶体管，最终工作温度范围达到-40℃-105℃，平均工作电流小于6μA；前端检测电路和可控增益放大器等独特的电路结构能够有效限制功耗和拓宽工作温度范围，是针对胎压检测系统设计的专用接收器；相比传统信号接收器，具有功耗极低，工作温度范围广等优点，特别适用于胎压监测系统中。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次串联的可控增益放大器、前端检测电路和解调器，其中：
所述的可控增益放大器由依次连接的衰减网络电路、反馈网络、放大器、第二比较器以及连接于放大器输出端和衰减网络电路之间的第一比较器组成，其中：衰减网络电路的输入端和输出端分别与芯片输入引脚和放大器相连并传输经过衰减的输入信号，反馈网络的输入端和输出端分别与第一比较器和衰减网络电路相连并传输放大后信号的幅度信息，放大器的输入端和输出端分别与衰减网络电路和第一、第二比较器相连并传输放大后的信号，第二比较器的输入端和输出端分别与放大器和前端检测电路相连并传输放大后的输入信号与第二参考电平的比较结果，第一比较器的输入端和输出端分别与放大器和反馈网络相连并传输放大后的输入信号与第一参考电平的比较结果。
所述的前端检测电路包括：96周期计数器和锁存电路，其中：96周期计数器的输入端和输出端分别与第二比较器与锁存电路相连并对输入的信号进行计数，锁存电路的输入端与输出端分别与96周期计数器与解调器使能端相连并在96周期计数器计满后锁存信号，开启解调器使能端。
所述的解调器由晶体管组成。
本发明通过以下方式进行工作：
信号进入接收器后，首先经过可控增益放大器放大，并转换为双边数字信号，之后进入前端检测电路执行检测，最后进入解调器解调并输出。信号首先进入衰减网络进行衰减，之后进入一个恒定增益的放大器进行放大，放大后的信号一路通过包含第一比较器的反馈网络控制衰减网络的增益，一路通过第二比较器输出给前端检测电路。这里第一比较器的参考电平高于第二比较器的参考电平。当输入信号幅值高于第一比较器的参考电平时，衰减网络的衰减倍数增加，而当输入信号的幅值低于第一比较器的参考电平时，衰减网络的衰减倍数减小。这样，在达到动态平衡时，恒定增益放大器输出端的信号幅值将约等于第一比较器的参考电平。前端检测电路的输出信号为与输入信号相同频率的双边数字信号，因此在每次通信开始时，采用计数器结构对输入信号进行计数，若输入信号连续96个周期输入，则将信号传输给解调器，否则信号无法达到解调器。
本发明提出的信号接收器可在-40℃-105℃的范围内对幅度键控调制的低频输入(小于200kHz)信号进行接收，检测和解调。平均工作电流小于6μA。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
图2为可控增益放大器的系统结构图。
图3为解调器结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：依次串联的可控增益放大器、前端检测电路和解调器，其中：
所述的可控增益放大器由依次连接的衰减网络电路、反馈网络、放大器、第二比较器以及连接于放大器输出端和衰减网络电路之间的第一比较器组成，其中：衰减网络电路的输入端和输出端分别与芯片输入引脚和放大器相连并传输经过衰减的输入信号，反馈网络的输入端和输出端分别与第一比较器和衰减网络电路相连并传输放大后信号的幅度信息，放大器的输入端和输出端分别与衰减网络电路和第一、第二比较器相连并传输放大后的信号，第二比较器的输入端和输出端分别与放大器和前端检测电路相连并传输放大后的输入信号与第二参考电平的比较结果，第一比较器的输入端和输出端分别与放大器和反馈网络相连并传输放大后的输入信号与第一参考电平的比较结果。
所述的前端检测电路包括：96周期计数器和锁存电路，其中：96周期计数器的输入端和输出端分别与第二比较器与锁存电路相连并对输入的信号进行计数，锁存电路的输入端与输出端分别与96周期计数器与解调器使能端相连并在96周期计数器计满后锁存信号，开启解调器使能端。
所述的解调器由十三个晶体管M1、M2、M3、M4、M5、Q6、M7、M8、M9、M10、Q11、M12、M13组成，其中：第一晶体管M1的源极，漏极和栅极分别连接电源，第二晶体管M2的源极与信号输入端，第二晶体管M2的源极，漏极和栅极分别连接第一晶体管M1的漏极，第三晶体管M3的漏极与第一参考电平，第三晶体管M3的源极，漏极和栅极分别连接地线，第二晶体管M2的漏极与第二参考电平，第四晶体管M4的源极，漏极和栅极分别连接第五晶体管M5的漏极，第二晶体管M2的漏极与第九晶体管M9的栅极，此外第四晶体管M4的栅极还与自己的漏极相连，第五晶体管M5的源极，漏极和栅极分别连接第六晶体管Q6的射级，第四晶体管M4的源极与第十晶体管M10的栅极，此外第五晶体管M5的栅极还和信号输出端相连，第六晶体管Q6的射极，集电极和基极分别连接第五晶体管M5的源极，第六晶体管Q6自己的基极与地线，第七晶体管M7的源极，漏极和栅极分别连接电源，第八晶体管M8的源极与信号输出端，第八晶体管M8的源极，漏极和栅极分别连接第七晶体管M7的漏极，第九晶体管M9的漏极与第三参考电平第九晶体管M9的源极，漏极和栅极分别连接第十晶体管M10的漏极，第八晶体管M8的漏极与第四晶体管M4的栅极，第十晶体管M10的源极，漏极和栅极分别连接地线，第九晶体管M9的源极与第五晶体管M5的栅极，第十一晶体管Q11的射极，集电极和基极分别连接第九晶体管M9的源极，第十一晶体管Q11自己的基极与地线，第十二晶体管M12的源极，漏极和栅极分别连接电源，第十三晶体管M13的漏极与第八晶体管M8的漏极，此外其漏极还连接信号输出端，第十三晶体管M13的源极，漏极和栅极分别连接地线，第十二晶体管M12的漏极与第八晶体管M8的漏极。
所述的衰减网络电路采用比例电阻网络对输入信号进行衰减，能够对信号衰减倍数精确控制。
所述的放大器采用亚阈值设计方法进行设计，所有晶体管均工作在亚阈值区，有效降低工作电流。
所述的第一比较器和第二比较器均采用亚阈值设计方法进行设计，所有晶体管均工作在亚阈值区，有效降低工作电流。
所述的前端检测电路通过计数器实现检测，简化了电路结构。
所述的解调器一方面采用亚阈值设计方法进行设计，所有晶体管均工作在亚阈值区，有效降低工作电流，另一方面采用如图3展示的电路结构，实现了解调功能并通过对晶体管工作电流的准确控制最小化了功耗。
总而言之，在采用了亚阈值设计方法和新颖的独特的电路结构后，本装置提出的信号接收器可在-40℃-105℃的范围内对幅度键控调制的低频输入(小于200kHz)信号进行接收，检测和解调。平均工作电流小于6μA。在工作温度范围和功耗等指标上领先于现有技术。
Claims (8)
1.一种用于胎压监测系统的信号接收器，包括：依次串联的可控增益放大器、前端检测电路和解调器，其特征在于：
所述的可控增益放大器由依次连接的衰减网络电路、反馈网络、放大器、第二比较器以及连接于放大器输出端和衰减网络电路之间的第一比较器组成，其中：衰减网络电路的输入端和输出端分别与芯片输入引脚和放大器相连并传输经过衰减的输入信号，反馈网络的输入端和输出端分别与第一比较器和衰减网络电路相连并传输放大后信号的幅度信息，放大器的输入端和输出端分别与衰减网络电路和第一、第二比较器相连并传输放大后的信号，第二比较器的输入端和输出端分别与放大器和前端检测电路相连并传输放大后的输入信号与第二参考电平的比较结果，第一比较器的输入端和输出端分别与放大器和反馈网络相连并传输放大后的输入信号与第一参考电平的比较结果。
2.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的前端检测电路包括：96周期计数器和锁存电路，其中：96周期计数器的输入端和输出端分别与第二比较器与锁存电路相连并对输入的信号进行计数，锁存电路的输入端与输出端分别与96周期计数器与解调器使能端相连并在96周期计数器计满后锁存信号，开启解调器使能端。
3.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的解调器由晶体管组成。
4.根据权利要求1或3所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的解调器由十三个晶体管组成，其中：第一晶体管的源极，漏极和栅极分别连接电源，第二晶体管的源极与信号输入端，第二晶体管的源极，漏极和栅极分别连接第一晶体管的漏极，第三晶体管的漏极与第一参考电平，第三晶体管的源极，漏极和栅极分别连接地线，第二晶体管的漏极与第二参考电平，第四晶体管的源极，漏极和栅极分别连接第五晶体管的漏极，第二晶体管的漏极与第九晶体管的栅极，此外第四晶体管的栅极还与自己的漏极相连，第五晶体管的源极，漏极和栅极分别连接第六晶体管的射级，第四晶体管的源极与第十晶体管的栅极，此外第五晶体管的栅极还和信号输出端相连，第六晶体管的射极，集电极和基极分别连接第五晶体管的源极，第六晶体管自己的基极与地线，第七晶体管的源极，漏极和栅极分别连接电源，第八晶体管的源极与信号输出端，第八晶体管的源极，漏极和栅极分别连接第七晶体管的漏极，第九晶体管的漏极与第三参考电平第九晶体管的源极，漏极和栅极分别连接第十晶体管的漏极，第八晶体管的漏极与第四晶体管的栅极，第十晶体管的源极，漏极和栅极分别连接地线，第九晶体管的源极与第五晶体管的栅极，第十一晶体管的射极，集电极和基极分别连接第九晶体管的源极，第十一晶体管自己的基极与地线，第十二晶体管的源极，漏极和栅极分别连接电源，第十三晶体管的漏极与第八晶体管的漏极，此外其漏极还连接信号输出端，第十三晶体管的源极，漏极和栅极分别连接地线，第十二晶体管的漏极与第八晶体管的漏极。
5.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的衰减网络电路采用比例电阻网络对输入信号进行衰减。
6.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的放大器采用亚阈值设计方法进行设计，所有晶体管均工作在亚阈值区。
7.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的第一比较器和第二比较器均采用亚阈值设计方法进行设计，所有晶体管均工作在亚阈值区。
8.根据权利要求1所述的用于胎压监测系统的信号接收器，其特征是，所述的前端检测电路通过计数器实现检测。
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