CN102244511A - 远距离红外光电开关专用集成电路及使用该集成电路的远距离红外光电开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内部具有高速模拟数字转换器(ADC)及数字信号处理功能的，用于远距离红外光电开关的专用集成电路，以及使用该集成电路构成的远距离红外光电开关。该专用集成电路内部具有至少具有8bit模拟数字转换器(ADC)，有限冲激响应(FIR)方式数字匹配滤波器(DMF)，无限冲激响应(IIR)方式的数字带通滤波器(DBPF)，载波检测器，数字单稳单元。

Description

远距离红外光电开关专用集成电路及使用该集成电路的远距离红外光电开关

技术领域

本发明涉及一种用于远距离红外光电开关的专用集成电路，以及使用该集成电路的光电开关。

背景技术

光电开关是传感器大家族中的成员，它利用红外发光二极管作为发送部件，以光敏电阻、光电池、光电二极管或光电三极管等光敏器件为接收部件，以红外光源为媒介，控制电路的通断。光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000千米/秒，因此它可以在发射的瞬间被接收到。红外线光电开关是利用人眼不可见的近红外线和红外线(波长为850nm-940nm)来检测物体对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。所有能反射或阻挡光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

光电开关是由发射电路(调制及驱动电路100)、发射器件101、接收器件102和检测电路106(包括放大器103、解调器104、时钟逻辑105)四部分组成(如说明书附图1所示)。发射电路100给出载波调制或者脉冲调制的驱动信号，驱动发射器件101按照一定的规则发射红外光。接收器件102为光敏电阻、光电池、光电二极管或光电三极管。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路106，它能由放大器103放大接收到的微弱的光电信号，并由解调器104解调出符合发射电路100规则的光电信号，并由时钟逻辑105给出所需要的驱动信号输出给负载。

分类：光电开关可分为：对射型，漫反射型，镜面反射型，槽式光电开关，光纤式光电开关。

现有的光电开关检测电路均基于模拟技术，应用分立元件或者简单的集成电路做成检测电路，存在以下缺点：

1.电路参数受外部无源器件的离散性影响很大，产品的一致性差。

2.采用模拟信号处理方式，抗干扰能力差。

3.检测灵敏度低，当需要制作远距离及超远距离的光电开关的时候，需要非常高的接收灵敏度，而简单的模拟放大电路对接收信号进行非常高倍数的放大的时候极易引起自激振荡而失效。

4.精度差，通常采用二、三极管或简单的门电路作为检测器件，对微弱信号的检测能力极为有限，限制了检测灵敏度的提高。

5.为了提高接收距离，只能增加发射端的发射功率，一方面增加了功耗，另一方面使得发射器件长期工作在大电流的环境下，加速了器件的老化进程，使得产品寿命缩短。

常规光电开关类产品采用脉冲调制或载波调制的方式。其中脉冲调制方式在发送的时候间断的发射出时间极短(50us以内)的极强的光功率脉冲(瞬时功率超过十瓦特)，因为该脉冲具有极强的瞬时功率，所以在空气中传输很远的距离后，还能够被接收到，所以脉冲调制方式具有很高的灵敏度。但是如果在接收器件附近存在干扰光源，就很容易造成错误检测。载波调制方式在发送的时候发送经过载波调制的一定频率的红外光信号，在接收端通过接收器件检测到光电信号之后，进行放大，并针对发送频率的信号进行带通滤波，滤除该频率之外的其他干扰信号，所以能做到较高的抗干扰能力。该滤波器的品质因数Q越高，抗干扰能力越强，响应时间越长。但是该带通滤波器对对外围无源器件的要求非常高，而且通用的外围无源器件的离散性、温度特性都不能做的很好，所以该方式下，滤波器的品质因数一般做到5～10，对抗干扰性能的提高也比较有限。

接收信号的处理流程中，系统增益对光电开关的探测距离有非常直接的影响，系统增益越大，探测距离越远。但是系统增益并不能无限制的增大，其中很重要的一个原因就是如果放大器的增益太大，很容易造成自激振荡，从而造成接收机工作异常。一般的，放大器的增益不宜超过60dB。

通常的光电开关产品，其中会有一些频率参数、时间常数、检测阈值等是通过外围无源器件如电阻、电容来进行设定的，由于电阻、电容的离散性、温度特性的影响，使得产品的一致性、稳定性受到负面的影响。

本发明基于此背景下，在远距离红外光电开关领域上解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

1.成数量级的提高接收灵敏度以及抗干扰能力，以达到可以用于制作超远距离(大于等于100米)型光电开关。

2.可大幅度的降低发射器件的驱动功率，从而降低功耗并大幅度提高产品寿命。

3.对接收性能影响较大的参数均由数字化实现，消除外围器件离散性对性能造成的负面影响。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

1.载波加脉冲双重调制，有机的集合了常规光电开关类产品所使用的两种调制方式的优点，大大提高了产品的抗干扰性能和灵敏度。

2.具有9.3KHz/10KHz/10.9KHz/11.9KHz共四种载波频率，并可通过芯片外部的设置管脚进行设定。

3.在内部集成了一个8bit的高速模拟数字转换器，对信号处理通路额外的提供了48dB的动态范围，极大的提高了信号接收的灵敏度。

4.采用数字信号处理技术，消除了无源器件的离散性和温度特性带来的影响。

5.在内部实现了高选择性、高精度的数字带通滤波器(DBPF)，其品质因数Q可以做到50～100，和模拟方式相比提高了一个数量级。从而提供了更强的抗干扰能力。

6.采用数字信号处理技术，对接收信号进行高精度的能量检测，从而提高了产品的灵敏度。

7.在内部集成了数字匹配滤波器，对接收到的信号进行匹配滤波，对符合指定发送脉冲串长度的波形给出最大的输出。进一步提高了抗干扰能力。

本发明为解决以上技术问题而采用的技术方案的实现如图2所示，包括：第一模拟数字转换器200，它是一个采用CMOS工艺，转换速率250千次每秒，位宽为8比特的逐次比较型模拟数字转换器；其输出端连接至一个软限幅器201，软限幅器的作用是去除模拟数字转换器输出数据中的瞬态干扰信号(如大型电机设备投入/切出时产生的瞬态脉冲干扰)，并将8比特数据压缩到7比特；软限幅器的输出连接至一个数字无限冲激相应(IIR)特征在于其品质因数Q达到或超过20，在本发明中采用了一个品质因数Q＝50的数字带通滤波器，带通滤波器，该带通滤波器对接收信号中相应频率的信号进行窄带的带通滤波，以滤除频带以外的干扰及杂散信号，其一个品质因数Q＝50的数字带通滤波器，其-3dB带宽为中心频率的1/50，且其中心频率可根据外部进行频率设定的设置管脚的状态进行调整，其中心频率具有9.3KHz/10KHz/10.9KHz/11.9KHz共四种选择。信号经过该高品质因数的带通滤波器之后，绝大多数带外的噪声将被滤除掉，得到的是相当纯净的感兴趣的频率的接收信号。和模拟带通滤波器比起来，该数字带通滤波器具有极高的稳定性。因为模拟滤波器电路中所使用的无源器件(电阻、电容、电感)均具有一定的温度系数，在温度变化的情况下器件值也会发生变化，而且在大批量生产的时候，模拟无源器件个体之间的偏差(离散性)也会带来滤波器参数的较大变化。例如通常所使用的10％精度的电容，其搭建的滤波器电路的中心频率很容易偏差10％，按照BW＝fc/Q，(BW为信号带宽，fc为中心频率，Q为品质因数)为了保证不把有用的信号滤除掉，用这样精度的电容所搭建的带通滤波器的品质因数基本上不可能超过10。而本发明中所使用的带通滤波器的品质因数做到了50，具有模拟电路不可能达到的性能。

数字IIR带通滤波器的输出连接到载波检测器203，该载波检测器采用全数字方式，通过数值计算对信号能量进行无误差的计算，因为载波检测功能全部在数字域实现，所以避免了模拟电路中常用的二极管检波方式中二极管的开启电压带来的检测误差，具备更高的灵敏度和检测精度。

载波检测器203的输出连接到数字FIR匹配滤波器204，该匹配滤波器采用矩形窗匹配算法，匹配的是发送电路所发送的红外脉冲串的总宽度，对符合指定发送脉冲串长度的波形给出最大的输出。

FIR匹配滤波器204的输出连接到阈值比较电路205，该阈值比较电路采用了类似于施密特触发器类型的双门限回路；输出为0的时，当输入数据大于较高的门限值，输出变为1状态；而输出为1时，当输入数据小于较低的门限值，输出才变为0状态。这样就避免了输入数据在门限值附近时发生输出状态快速变化的问题。

阈值比较电路205的输出连接到输出逻辑208，该单元的功能是：根据对检测速度和输出接口类型的要求，对阈值比较电路的输出进行数字单稳操作。具体为当阈值比较电路输出为1的时候输出1并持续一个设定的时间，在这段时间内如果再次检测到阈值比较电路输出为1，则输出持续为1。当阈值比较电路的输出为0并持续一定时间一直为0的时候，输出逻辑的输出才变化为0。

晶振电路209为一个振荡器电路，外部连接一个晶体振荡器，产生相应的时钟信号作为整个芯片的主时钟。

电源管理210负责管理整个集成电路的功率分配，并在相应的模块不需要供电的时候切断供电以降低功耗。

设置功能211用于设置芯片的工作状态，其中包括：

1.收发一体功能，用于实现反射式光电开关；

2.单发功能，用于实现对射式光电开关的发送部件；

3.单收功能，用于实现对射式光电开关的接收部件；

4.载波频率9.3KHz，用于设定光电开关的载波频率为9.3KHz；

5.载波频率10KHz，用于设定光电开关的载波频率为10KHz；

6.载波频率10.9KHz，用于设定光电开关的载波频率为10.9KHz；

7.载波频率11.9KHz，用于设定光电开关的载波频率为11.9KHz；

第二模拟数字转换器206，用于检测过流或者过压等用于保护功能的电信号，其输入连接到集成电路的OCP管脚，当该管脚的电压低于1/2电源电压，会自动切断STS的输出，从而切断对输出三极管的驱动，以避免输出短路对电路造成的损坏。

发送调制模块212用于实现载波加脉冲双重调制，其输出连接到芯片的IR_O管脚，用于驱动发射部件，也可在外部再增加驱动电路，用于增强驱动功率。

本发明所提出的专用集成电路采用16脚DIP封装或者SOP封装，其的管脚定义如图3所示：

第一脚：

RST，芯片复位管脚，该管脚通过一个1k电阻接地；

第二脚和第三脚：

SDA/SCL，I2C总线，用于对该芯片进行配置；

第四脚和第五脚：

XTAL2/XTAL1，连接外部晶振的管脚，这两脚间接入一个24MHz晶振，并且各通过一个22pf～47pf的电容接地；

第六脚：

IR_O，发射信号输出端，用于驱动红外发光二极管，也可在外部增加驱动电路增强驱动能力；

第七脚：

LED2，用于指示是否可靠接收到了红外信号；

第八脚：

GND，电源地；

第九脚：

STS，用于驱动输出功率管，作为光电开关的最终输出信号；

第十脚：

OCP，过流保护管脚，当光电开关的整体工作电流超过设定阈值的时候，过流检测电阻上的压降会增加，该过流检测电阻上的电压和电源电压进行一个比例相加之后的数值会低于1/2供电电压，当OCP管脚监测到该电压低于1/2供电电压，会自动切断STS的输出，从而切断对输出三极管的驱动，以避免电流过大(包括短路等异常状态)对电路造成的损坏；

第十一和十二脚：

MOD0/MOD1，用于设定该芯片的工作状态，可以通过该集成电路外部的设置管脚将其设置为以下三种工作模式：

1)当MOD0＝1，MOD1＝1时，用于对射式光电开关发送部件的单发送工作模式，在此工作模式下，接收部分不工作；

2)当MOD0＝0，MOD1＝1时，用于对射式光电开关接收部件的单接收工作模式，在此工作模式下，发送部分不工作；

3)当MOD0＝1，MOD1＝0时，用于反射式光电开关或槽式光电开关的收发一体工作模式，在此工作模式下，发送和接收部分均工作；

第十三和十四脚：

MOD2/MOD3，用于设定该芯片的载波调制频率，可通过该集成电路外部的设置管脚将其设置在以下4个不同的工作频率：

1)当MOD2＝1，MOD3＝1时，载波调制频率为9.3KHz；

2)当MOD2＝0，MOD3＝1时，载波调制频率为10KHz；

3)当MOD2＝1，MOD3＝0时，载波调制频率为10.9KHz；

4)当MOD2＝0，MOD3＝0时，载波调制频率为11.9KHz；

第十五脚：

REC，光敏器件接收到的光电信号，或者经过放大的光电信号的输入管脚，内部连接至模拟数字转换器；

第十六脚：

VCC，芯片电源管脚，该芯片使用+5V单电源供电；

附图说明

为了让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明具体实施方式作详细的说明，其中：

图1是现有的光电开关的原理示意图

图2是本发明的专用集成电路的内部结构框图

图3是本发明的专用集成电路的管脚图

图4是由本发明的专用集成电路构成的收发一体的基本型(包括镜面反射型、漫反射型以及槽式对射型)光电开关原理图

图5是由本发明的专用集成电路构成的远距离对射型光电开关发射探头的原理图

图6是由本发明的专用集成电路构成的远距离对射型光电开关接收探头的原理图

图7是由本发明的专用集成电路构成的远距离漫反射型或镜面反射性型光电开关的原理图

具体实施方式

按照不同的应用场合，本发明有四种主要的具体实施方式：

第一种实施方式，由本发明描述的专用集成电路构成的光电开关的基本应用原理图(图4)。图4描述了怎样使用该专用集成电路、红外发射二极管、红外接收光敏三极管以及简单的外围器件构成一个完整的光电开关。在图4中，在驱动红外发光二极管的时候，仅仅使用该专用集成电路的内部驱动，驱动能力有限；红外光敏三极管接收到的光电信号没有经过外部的放大直接进入该专用集成电路，所以接收灵敏度也有限；适用于制造探测距离15米以内的光电开关。

第二种实施方式，描述由本发明描述的专用集成电路构成的远距离对射型光电开关发射探头原理图(图5)。这种应用方式下，只应用了该专用集成电路的发射功能；并揭示了如何通过外接的驱动三极管增大发射功率。

第三种实施方式，描述由本发明的专用集成电路构成的远距离对射型光电开关接收探头原理图(图6)。这种应用方式下，只应用了该专用集成电路的接收功能；并揭示了如何使用一个外接的运算放大器增加接收灵敏度，用以制作远距离及超远距离的光电开关。

第四种实施方式，描述由本发明的专用集成电路构成的远距离漫反射型或镜面反射型光电开关原理图(图7)。因为反射型光电开关既需要发射部分，也需要接收部分，所以该图可看作是图5和图6的合集。

下面对上述的四种具体实施方式加以详细的说明：

第一种实施方式(如图4所示)，由本发明描述的专用集成电路构成的光电开关的基本应用电路主要由如下元器件组成的：光电开关专用芯片130，三端稳压器408，发射调制信号的红外发光二极管401，用于工作状态指示的普通发光二极管418，用于接收红外信号并将之转变为电信号的红外光敏三极管403，晶振414，输出驱动三极管421。

图4电路具体描述如下：

输入电源427通过一个保护二极管连接到三端稳压器408的输入端(第一)，保护二极管的阳极连接到电源427，保护二极管426的阴极连接至三端稳压器408输入端。二极管426的作用是防止电源接反，当电源极性接反时二极管426不导通，起到保护电路的作用。三端稳压器408的接地端连接到系统地，输出端输出5伏的稳定电压为整个电路提供供电电源。

芯片130管脚MOD0、MOD1、MOD2、MOD3为模式选择管脚，可将芯片配置为单发送状态、单接收状态以及收发一体状态，还可以配置工作时载波调制的载波频率。MOD0、MOD1、MOD2、MOD3管脚在集成电路内部带有上拉功能，它们的缺省状态为高，在外部电路上分别连接跳线410、411、412、413的一端，跳线410、411、412、413的另一端接地，短路跳线410/411/412/413可以将相应的MOD管脚的状态设置为低，在图4电路中须将MOD0设置为1，MOD1设置为0。

电容407为电源退耦电容，其一端接地，另一端连接三端稳压器408的5V输出端。

光敏三极管403作为光电接收的传感器，将接收到的红外光信号转换成相应的光电信号，其发射极接地，集电极连接到偏置电阻402，偏置电阻402用于给光敏三极管403建立合适的工作点，偏置电阻402一端接光电三极管的集电极，一端接+5V供电电源。光敏三极管403将接收到的红外光信号转换成光电信号并在集电极输出，该光电信号通过隔直电容404连接到芯片130的REC管脚。由于芯片430的REC作为信号的输入管脚，在连接到芯片内部的模拟数字转换器ADC，所以需要电阻405、406共同提供一个合适的直流电压偏置，5V电源通过电阻405和406分压出2.5V的直流偏置电压连接至芯片130的REC管脚。

红外发光二极管401作为是光电开关的发射部件，用于发射载波加脉冲双重调制的红外光，+5V电源电压通过一个限流电阻400给红外发光二极管401的供电，限流电阻400的一端连接到+5V电源，另一端连接红外发光二极管401的阳极，用于限制红外二极管401的工作电流。已调制信号经过芯片430的IR_O管脚输出到发光二极管401的阴极。

晶振电路414、415、416是为芯片130提供时钟的电路，晶振414的一端连接补偿电容415的一端和芯片130的XTAL2管脚，晶振414的另一端连接补偿电容416的一端和芯片130的XTAL1管脚。补偿电容415的另一端连接电阻424的一端，补偿电容416的另一端连接电阻424的一端。

发光二极管418是光电开关工作状态指示灯。发光二极管418一端接地，另一端连接电阻417的一端，电阻417的另一端接芯片130的LED2管脚。当芯片配置为发送时，在+5V电源正常时，418处于一直点亮的状态。当芯片配置为接收状态时，当接收到红外信号时，发光二极管418熄灭，没有检测到红外信号，发光二极管418点亮。发光二极管418一端连接电阻424的一端，另一端接芯片130的LED2管脚。

输出三极管421为后端负载提供驱动，接收端接收到红外光信号时芯片130的STS管脚输出+5V电压，通过限流电阻419使三极管421导通，光电开关的输出节点428输出为低电平，并且具有150mA的下拉能力；接收端没有接收到红外光信号芯片时，130的STS管脚输出0V，三极管421截止，光电开关的输出节点428被上拉电阻423上拉到三端稳压器408的输入电压。

芯片130的OCP管脚为过流保护功能管脚，当该管脚的电压低于1/2电源电压的时候，关闭STS的驱动。在图4中，424为过流检测电阻，其一端连接到系统地，另一端连接到供电电源的负端，流过光电开关的整体电流会在424上产生一个压降，当整体电流越大，429节点对系统地的电压越负。429节点的电压和电源电压通过分压电阻425和409比例相加，并输入芯片130的OCP管脚。正常工作的时候(流过光电开关的整体电流小于保护门限的时候)，OCP管脚的电压大于1/2电源电压，当流过光电开关的整体电流大于保护门限的时候，OCP管脚的电压会被拉低到低于1/2电源电压，从而自动切断STS的输出，以避免外部电流过大造成的电路损坏。芯片430的OCP管脚同时连接电阻409的一端与电阻425的一端，电阻409的另一端连接到+5V电源，电阻425的另一端接地429。

第二种具体实施方式(如图5所示)，揭示了由本发明描述的专用集成电路构成的对射式光电开关的发射部分电路，由于对射式光电开关的发射部分不需要接收功能，所以通过设置管脚MOD0为1，MOD1为1将芯片设置为单发送工作状态。

该实施方式主要由如下元器件组成的：光电开关专用芯片130，三端稳压器408，发射调制信号的红外发光二极管401，用于工作状态指示的普通发光二极管418，晶振414，用于增强输出功率的驱动三极管503，501和外围的偏置及限流电阻506，507，504，505，502。

和第一种具体实施方式相比，第二种方式去掉了跟接收有关的电路，并增加了用于增强发射功率的驱动电路，下面就该驱动电路给出相应的描述：

当集成电路的IR_O管脚输出低电平的时候，该管脚通过限流电阻507使PNP型三极管503导通，更进一步的PNP型三极管503通过限流电阻504使NPN型三极管501导通，从而使红外发光二极管401导通，电阻502的作用是用于限制通过红外发光二极管401的最大电流。

在该应用中，发光二极管418是光电开关工作状态指示灯。当芯片上电开始工作时，即点亮发光二极管418。

第三种具体实施方式(如图6所示)，揭示了由本发明描述的专用集成电路构成的对射式光电开关的接收部分电路，由于对射式光电开关的接收部分不需要发送功能，所以通过设置管脚MOD0为0，MOD1为1将芯片设置为单接收工作状态。

该实施方式主要由如下元器件组成的：光电开关专用芯片130，三端稳压器408，用于工作状态指示的普通发光二极管418，晶振414，用于接收红外信号并将之转变为电信号的红外光敏三极管403，用于对接收到的光电信号进行放大的运放608/614(通常选用一个工业级的双运算放大器)以及其外围电路，晶振414，输出驱动三极管421。

和第一种具体实施方式相比，第三种方式去掉了跟发送有关的电路，并增加了用于增强接收灵敏度的两级放大电路，下面就该放大电路给出相应的描述：

从光敏三极管输出的光电信号通过耦合电容603及第一增益设定电阻607连接第一运算放大器608的负输入，第一运算放大器608的负输入和输出端之间连接第二增益设定电阻609及带宽限制电容610。偏置电阻405和406串联接在电源和地之间，为第一运算放大器的正输入提供一个1/2电源电压的偏置；该放大级的增益为第二增益设定电阻609和第一增益设定电阻607的比值。第一运算放大器的输出通过第三增益设定电阻611耦合电容612连接第二运算放大器614的负输入，第二运算放大器614的负输入和输出端之间连接第四增益设定电阻613及带宽限制电容615。第二运算放大器的正输入和第一运算放大器的正输入端连接在一起，均偏置到1/2电源电压。；该放大级的增益为第四增益设定电阻613和第三增益设定电阻611的比值。

该实施方式中其它电路在前面均有相应的描述，在此不再详细描述。

第四种具体实施方式(如图7所示)，揭示了由本发明描述的专用集成电路构成的远距离漫反射型或镜面反射型光电开关原理图。由于反射式光电开关同时需要发送和接收的功能，所以通过设置管脚MOD0为1，MOD1为0将芯片设置为收发一体工作状态。

和第一种具体实施方式相比，第四种方式，增加了用于增强发射功率的驱动电路和用于增强接收灵敏度的两级放大电路。其中用于增强发射功率的驱动电路在第二种具体实施方式中有详细描述，用于增强接收灵敏度的两级放大电路在第三种具体实施方式中有详细描述，在此不再详细描述。

虽然本发明己以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可以作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于：

可以通过该集成电路外部的设置管脚MOD0/MOD1将其设置为以下三种工作模式：

用于对射式光电开关发送部件的单发送工作模式，在此工作模式下，接收部分不工作；

用于对射式光电开关接收部件的单接收工作模式，在此工作模式下，发送部分不工作；

用于反射式光电开关或槽式光电开关的收发一体工作模式，在此工作模式下，发送和接收部分均工作。

2.如权利要求1所述的用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于：

采用了载波加脉冲的双重调制方式，同时具备了载波调制和脉冲调制两种方式的优点。

3.如权利要求1所述的用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于其包括：

具有至少8bit精度的模拟数字转换器(ADC)，用于将接收到的光电信号转换成数字信号；

无限冲激响应(IIR)方式的数字带通滤波器(DBPF)，用于对接收到的具有特定频率的光电信号进行带通滤波，以滤除频带外的干扰及杂散信号，其特征在于其品质因数Q达到或者超过20；

全数字方式的载波检测器，通过数值计算对信号能量进行无误差的计算；

有限冲激响应(FIR)方式数字匹配滤波器(DMF)，对符合指定发送脉冲串长度的波形给出最大的输出。

4.如权利要求1所述的用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于：

可通过该集成电路外部的设置管脚将MOD2/MOD3其设置在4个不同的工作频率，以实现不同载波调制频率的光电开关；

在本发明中的具体实施中采用的是9.3KHz/10KHz/10.9KHz/11.9KHz这样几种调制频率。

5.按权利要求1所述的用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于：

具有一个过流保护功能管脚(OCP)，用于实现过流保护的功能；

当光电开关的整体工作电流超过设定阈值的时候，过流检测电阻上的压降会增加，该过流检测电阻上的电压和电源电压进行一个比例相加之后的数值会低于1/2供电电压，当OCP管脚监测到该电压低于1/2供电电压，会自动切断STS的输出，从而切断对输出三极管的驱动，以避免电流过大(包括短路等异常状态)对电路造成的损坏。

6.按权利要求1所述的用于远距离红外光电开关的专用集成电路，其特征在于：

具有一个发送脉冲输出管脚，用于按照特定的调制方式驱动红外发光二极管；或者通过外部增加的电流驱动电路，按照特定的调制方式以更大的功率驱动红外发光二极管；

具有一个接收管脚，该管脚内部连接到权利要求3所述之模拟数字转换器(ADC)，该管脚外部连接到：①光敏二极管或者光敏三极管所接收到的光电信号；②或者经过放大的光敏二极管/光敏三极管所接收到的光电信号；该管脚需要通过外部电路偏置到一个合适的电平上。

具有一个LED2管脚，用于指示是否可靠接收到了红外信号；

具有一个STS管脚，用于驱动输出功率管，作为光电开关的最终输出信号。

7.一种远距离红外对射式或反射式光电开关，其特征在于：

接收部分采用了输出电流检测电阻，并和电源电压进行比例相加，将结果输入OCP管脚，当流过该电阻上的电流超过设定阈值的时候，专用集成电路可检测到OCP管脚电压低于门限，从而关闭输出驱动，以避免对电路造成损坏。

8.一种远距离红外对射式光电开关，其特征在于：

采用了权利要求1所述之专用集成电路，其探测距离达到或者超过60米；

发送探头及接收探头均采用权利要求1所述之专用集成电路，通过该芯片的设置管脚设置成发送或者接收工作状态；

发送探头采用了权利要求1所述之专用集成电路，并在外部增加了用于增大红外发光二极管驱动功率的三极管及电阻；

接收探头采用了权利要求1所述之专用集成电路，并在外部增加了用于进一步增加接收灵敏度的基于运算放大器的放大电路；

9.一种远距离红外反射式光电开关，其特征在于：

采用了权利要求1所述之专用集成电路的漫反射式光电开关，其探测距离达到或者超过30米；

采用了权利要求1所述之专用集成电路的镜面反射式光电开关，其探测距离达到或者超过50米；

采用了权利要求1所述之专用集成电路，并通过设置管脚设置成收发一体的工作模式；

在专用集成电路外部增加了用于增大红外发光二极管驱动功率的三极管及电阻；

在专用集成电路外部增加了用于进一步增加接收灵敏度的基于运算放大器的放大电路。

Images