CN105223374A - 一种转速信号的柔性电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转速信号的柔性电路，包括：限幅滤波单元、电压补偿单元、电压比较单元和光电隔离单元；所述限幅滤波单元，用于控制转速传感器输入的电压幅值，并通过低通滤波电路进行滤波；所述电压补偿单元，用于将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号；所述电压比较单元，用于比较电压补偿信号和阈值电压，输出比较电压；所述光电隔离单元，用于将比较电压输入至光电耦合器U₂，生成匹配微处理器采样频率的处理信号。在不改变电路结构的情况下，通过柔性电路的配置来满足不同转速传感器信号处理的需求，从而提高了电控单元的通用性，节约了产品移植成本，提高了研发效率。

Description

一种转速信号的柔性电路

技术领域

本专利涉及电子技术领域，具体涉及一种转速信号的柔性电路。

背景技术

随着电子信息控制技术在汽车工业领域的快速发展，使得电控单元在车辆动力学控制、车辆状态监测等方面成为必不可少的元素。通常电控单元具有三大功能：感知功能、运算功能和驱动功能，其中通过传感器采集和硬件电路信号调制从而实现车辆状态的感知功能。由于车辆运动过程中含有大量的旋转部件，旋转部件的信号测量成为车辆状态感知变量中的关键，因此对转速信号处理电路的研制具有重要意义。

各类车用的转速传感器输入输出电器特性具有差异，其中汽车厂商广泛应用的转速传感器类型包括：磁电式转速传感器(无源、输出正弦波、幅值与转速相关)、霍尔式转速传感器(有源、集电极开路、方波、幅值为供电电压)、霍尔式转速传感器(有源、单极性、方波、幅值为供电电压)，由于不同的转速传感器对硬件电路需求不同，因此需要通过一种转速信号的柔性电路配置来满足不同转速传感器特性。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出一种转速信号的柔性电路，在不改变电路结构的条件下，通过柔性电路的配置使得转速处理电路适应不同类型转速传感器的电器特性。

一种转速信号的柔性电路，包括：依次连接的限幅滤波单元、电压补偿单元、电压比较单元和光电隔离单元；

所述限幅滤波单元，用于控制转速传感器输入的电压幅值，并通过低通滤波电路进行滤波；

所述电压补偿单元，用于将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号；

所述电压比较单元，用于比较电压补偿信号和阈值电压，输出比较电压；

所述光电隔离单元，用于将比较电压输入至光电耦合器U₂，生成匹配微处理器采样频率的处理信号；

其中，所述转速传感器为磁电式转速传感器、集电极开路霍尔式转速传感器或单极性霍尔式转速传感器。

优选的，所述限幅滤波单元包括低通滤波器、二极管D₁和二极管D₂；

所述低通滤波器包括电阻R₁和电容C₁；所述电阻R₁其一端与电压信号输出端相连，另一端分别与二极管D₁、二极管D₂和电容C₁相连。

优选的，所述电压补偿单元包括电阻R₂～R₄；所述电阻R₂其一端连接所述限幅滤波单元，另一端分别连接电阻R₃和R₄；所述电阻R₃和R₄的其余两端分别连接外围电路供电电压V_CC和地GND。

优选的，所述电压比较单元包括运算放大器U₁、电阻R₅～R₁₀和稳压管D₃；所述运算放大器U₁负极连接电阻R₅，正极包括两条支路；其中一条支路连接电阻R₉的一端，另一条支路依次连接的R₈和R₇后接地GND；所述电阻R₉另一端分别与电阻R₁₀和稳压管D₃相连；所述电阻R₆一端与R₈连接另一端连接外围电路供电电压V_CC。

优选的，所述光电隔离单元包括光电耦合器U₂、电阻R₁₁和R₁₂；所述电耦合器U₂的输入端与电阻R₁₁相连，输出端连有电阻R₁₂。

优选的，转速传感器输出电压信号为V_i，微处理器供电电压和地分别为V_CC1和GND1；采用二极管D₁和D₂将转速传感器的输出电压V_i限幅为外围电路供电电压V_CC和地GND。

优选的，获得电压补偿信号包括：当所述转速传感器为磁电式转速传感器时，电压补偿单元仅包括电阻R₂和R₃；通过所述电阻R₂和R₃获得磁电式转速传感器电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1+R_2}{R_1+R_2+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(1\right)$

其中，R₃>>R₁和R₂，R₁＝R₂。

进一步地，所述磁电式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

(a)通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}}{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}+R_6}{V}_{CC}+\frac{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}}{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}+R_8+R_9}{V}_Z---\left(2\right)$

其中，R₉>>R₆、R₇和R₈，V_Z为稳压管D₃电压；

(b)根据正极参考电压V_REF确定所述阈值电压V₂，其表达式为：

将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入滞回比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V₃ ^-1为所述V₃前一时刻的输出电压。

进一步地，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

优选的，所述获得电压补偿信号还包括：当所述转速传感器为集电极开路霍尔式转速传感器时，将电阻R₂短接，取消电阻R₄；所述电压补偿单元通过电阻R₁和R₃获得集电极开路霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1}{R_1+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(6\right)$

其中，R₃>>R₁。

进一步地，所述集电极开路霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(7\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(8)。

进一步地，将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

进一步地，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁阻值使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

优选的，所述获得电压补偿信号还包括：当所述转速传感器为单极性霍尔式转速传感器时，将电阻R₂短接，取消电阻R₃；电压补偿单元通过电阻R₃和R₄获得单极性霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=\frac{R_4}{R_4+R_3}{V}_i---\left(11\right)$

其中，R₄>>R₃。

进一步地，所述单极性霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅配置运算放大器U₁输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，正极参考电压V_REF的表达式如下：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(12\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(13)

进一步地，将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

进一步地，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出一种转速信号的柔性电路，在不改变电路结构和重新制作电路板的条件下，通过柔性电路的配置，使得转速处理电路适应不同类型转速传感器的电器特性，配置简单易于操作，子单元定义清晰功能明确，可扩展性好，有利于节省研发成本，提高了电控单元的通用性。

附图说明

图1为一种转速信号的柔性电路功能单元示意图；

图2为磁电式转速传感器的柔性电路结构示意图；

图3为集电极开路霍尔式转速传感器的柔性电路结构示意图；

图4为单极性霍尔式转速传感器的柔性电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的脉冲发生电路做进一步详细的说明。

一种转速信号的柔性电路，如图1所示，包括依次连接的将柔性电路主要划分为4个功能单元：限幅滤波单元、电压补偿单元、电压比较单元和光电隔离单元。其中，

限幅滤波单元，用于控制转速传感器输入的电压幅值，并通过低通滤波电路进行滤波；具体运用RC低通滤波电路进行高频滤波：截止频率与被测对象特性相关，例如柴油发动机转速通常小于等于5000Rpm。

转速传感器为磁电式转速传感器、集电极开路霍尔式转速传感器或单极性霍尔式转速传感器；磁电式转速传感器输出电压与被测对象转速成正比。

电压补偿单元，用于将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号；

所述电压比较单元，用于比较电压补偿信号和阈值电压，输出比较电压；

所述光电隔离单元，用于将比较电压输入至光电耦合器U₂，生成匹配微处理器采样频率的处理信号。

限幅滤波单元包括低通滤波器、二极管D₁和二极管D₂；

所述低通滤波器包括电阻R₁和电容C₁；所述电阻R₁其一端与电压信号输出端相连，另一端分别与二极管D₁、二极管D₂和电容C₁相连。

所述电压补偿单元包括电阻R₂～R₄；所述电阻R₂其一端连接所述限幅滤波单元，

另一端分别连接电阻R₃和R₄；所述电阻R₃和R₄的其余两端分别连接外围电路供电电压V_CC和地GND。

电压比较单元包括运算放大器U₁、电阻R₅～R₁₀和稳压管D₃；所述运算放大器U₁负极连接电阻R₅，正极包括两条支路；其中一条支路连接电阻R₉的一端，另一条支路依次连接的R₈和R₇后接地GND；所述电阻R₉另一端分别与电阻R₁₀和稳压管D₃相连；所述电阻R₆一端与R₈连接另一端连接外围电路供电电压V_CC。

光电隔离单元包括光电耦合器U₂、电阻R₁₁和R₁₂；所述电耦合器U₂的输入端与电阻R₁₁相连，输出端连有电阻R₁₂。

基于以上单元，在不改变电路结构的情况下，通过对柔性电路配置来实现不同转速传感器特性的适应，从而节省研发成本，提高电控单元的通用性。

针对磁电式转速传感器，如图2所示，实现了柔性电路对磁电式转速传感器输出信号(正弦波)的处理。

转速传感器输出电压信号为V_i，微处理器供电电压和地分别为V_CC1和GND1；采用二极管D₁和D₂将转速传感器的输出电压V_i限幅为外围电路供电电压V_CC和地GND。

将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号包括：由于磁电转速传感器在低转速时信号微弱，通过电压补偿将信号电压加强，提高地线干扰与转速信号的区分能力。

因此，当所述转速传感器为磁电式转速传感器时，取消电阻R₄(虚线表示)；电压补偿单元仅包括电阻R₂和R₃；通过所述电阻R₂和R₃获得磁电式转速传感器电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1+R_2}{R_1+R_2+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(1\right)$

其中，R₃>>R₁和R₂，R₁＝R₂。

所述磁电式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

(a)通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}}{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}+R_6}{V}_{CC}+\frac{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}}{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}+R_8+R_9}{V}_Z---\left(2\right)$

其中，R₉>>R₆、R₇和R₈，V_Z为稳压管D₃电压；

(b)根据正极参考电压V_REF确定所述阈值电压V₂，其表达式为：

将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入滞回比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V₃ ^-1为所述V₃前一时刻的输出电压。

滞回比较器利用其回滞特性，提高比较电路对阈值电压附近微小变化的抗干扰能力。

所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

针对集电极开路霍尔式转速传感器，如图3所示，实现了柔性电路对集电极开路霍尔式转速传感器输出信号的处理。

控制转速传感器输出的电压幅值包括；设转速传感器输出电压信号为V_i、外围电路供电电压和地分别为V_CC和GND、微处理器供电电压和地分别为V_CC1和GND1；采用二极管D₁和D₂将转速传感器的输出电压V_i限幅为V_CC和GND。将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号包括：通过将电阻R₂短接，取消电阻R₄(虚线表示)，电压补偿单元通过电阻R₁和R₃获得集电极开路霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1}{R_1+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(6\right)$

其中，R₃>>R₁。

集电极开路霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(7\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(8)。

将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁阻值使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

针对单极性霍尔式转速传感器，如图4所示，实现了柔性电路对单极性霍尔式转速传感器输出信号的处理。

控制转速传感器输出的电压幅值包括；设转速传感器输出电压信号为V_i、外围电路供电电压和地分别为V_CC和GND、微处理器供电电压和地分别为V_CC1和GND1；采用二极管D₁和D₂将转速传感器的输出电压V_i限幅为V_CC和GND。将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号包括：当所述转速传感器为单极性霍尔式转速传感器时，将电阻R₂短接，取消电阻R₃；电压补偿单元通过电阻R₃和R₄获得单极性霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=\frac{R_4}{R_4+R_3}{V}_i---\left(11\right)$

其中，R₄>>R₃。

所述单极性霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅配置运算放大器U₁输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，正极参考电压V_REF的表达式如下：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(12\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定单限比较器阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(13)

将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种转速信号的柔性电路，其特征在于，包括：依次连接的限幅滤波单元、电压补偿单元、电压比较单元和光电隔离单元；

所述限幅滤波单元，用于控制转速传感器输入的电压幅值，并通过低通滤波电路进行滤波；

所述电压补偿单元，用于将滤波后的信号进行电压补偿，获得电压补偿信号；

所述电压比较单元，用于比较电压补偿信号和阈值电压，输出比较电压；

所述光电隔离单元，用于将比较电压输入至光电耦合器U₂，生成匹配微处理器采样频率的处理信号；

其中，所述转速传感器为磁电式转速传感器、集电极开路霍尔式转速传感器或单极性霍尔式转速传感器。

2.如权利要求1所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述限幅滤波单元包括低通滤波器、二极管D₁和二极管D₂；

所述低通滤波器包括电阻R₁和电容C₁；所述电阻R₁其一端与电压信号输出端相连，另一端分别与二极管D₁、二极管D₂和电容C₁相连。

3.如权利要求1所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述电压补偿单元包括电阻R₂～R₄；所述电阻R₂其一端连接所述限幅滤波单元，另一端分别连接电阻R₃和R₄；所述电阻R₃和R₄的其余两端分别连接外围电路供电电压V_CC和地GND。

4.如权利要求1所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述电压比较单元包括运算放大器U₁、电阻R₅～R₁₀和稳压管D₃；所述运算放大器U₁负极连接电阻R₅，正极包括两条支路；其中一条支路连接电阻R₉的一端，另一条支路依次连接的R₈和R₇后接地GND；所述电阻R₉另一端分别与电阻R₁₀和稳压管D₃相连；所述电阻R₆一端与R₈连接另一端连接外围电路供电电压V_CC。

5.如权利要求1所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述光电隔离单元包括光电耦合器U₂、电阻R₁₁和R₁₂；所述电耦合器U₂的输入端与电阻R₁₁相连，输出端连有电阻R₁₂。

6.如权利要求1所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于：

转速传感器输出电压信号为V_i，微处理器供电电压和地分别为V_CC1和GND1；采用二极管D₁和D₂将转速传感器的输出电压V_i限幅为外围电路供电电压V_CC和地GND。

7.如权利要求3或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，获得电压补偿信号包括：当所述转速传感器为磁电式转速传感器时，电压补偿单元仅包括电阻R₂和R₃；通过所述电阻R₂和R₃获得磁电式转速传感器电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1+R_2}{R_1+R_2+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(1\right)$

其中，R₃>>R₁和R₂，R₁＝R₂。

8.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述磁电式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

(a)通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}}{\frac{R_7(R_8+R_9)}{R_7+R_8+R_9}+R_6}{V}_{CC}+\frac{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}}{\frac{R_6{R}_7}{R_6+R_7}+R_8+R_9}{V}_Z---\left(2\right)$

其中，R₉>>R₆、R₇和R₈，V_Z为稳压管D₃电压；

(b)根据正极参考电压V_REF确定所述阈值电压V₂，其表达式为：

将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入滞回比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V₃ ^-1为所述V₃前一时刻的输出电压。

9.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

10.如权利要求1、3或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述获得电压补偿信号还包括：当所述转速传感器为集电极开路霍尔式转速传感器时，将电阻R₂短接，取消电阻R₄；所述电压补偿单元通过电阻R₁和R₃获得集电极开路霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=V_i+\frac{R_1}{R_1+R_3}(V_{CC}-V_i)---\left(6\right)$

其中，R₃>>R₁。

11.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述集电极开路霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅控制运算放大器U₁的输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，获取正极参考电压V_REF，其表达式为：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(7\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(8)。

12.如权利要求11所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃，其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

13.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁阻值使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：

14.如权利要求1、3或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述获得电压补偿信号还包括：当所述转速传感器为单极性霍尔式转速传感器时，将电阻R₂短接，取消电阻R₃；电压补偿单元通过电阻R₃和R₄获得单极性霍尔式转速传感器的电压补偿信号，其表达式为：

$V_1=\frac{R_4}{R_4+R_3}{V}_i---\left(11\right)$

其中，R₄>>R₃。

15.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述单极性霍尔式转速传感器的阈值电压的获取方法包括下述步骤：

首先，取消电阻R₉，通过电阻R₅配置运算放大器U₁输入阻抗，进而改变电阻R₁₀，正极参考电压V_REF的表达式如下：

$V_{REF}=\frac{R_7}{R_6+R_7}{V}_{CC}---\left(12\right)$

其次，根据参考电压V_REF确定阈值电压V₂：

V₂＝V_REF(13)。

16.如权利要求15所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，将电压补偿信号V₁和阈值电压V₂输入单限比较器，输出比较电压V₃其表达式为：

其中，V_Z为稳压管D₃电压。

17.如权利要求1、4或6所述的一种转速信号的柔性电路，其特征在于，所述生成匹配微处理器采样频率的处理信号包括：通过配置R₁₀和R₁₁控制阻值，使得光电耦合器U₂输入工作电流大于10mA，从而改变电阻R₁₂，生成处理信号V_out：