CN105487086B - 一种天线自动识别切换装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线自动识别切换装置与方法，它包括电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块，所述的射频开关模块的信号输入分别与内置天线和外置天线连接，射频开关模块的信号输出与接收机连接，射频开关模块的通道控制输入与电流检测模块的通道控制输出连接，电源开关模块的电源控制输入与电流检测模块的电源控制输出连接，电流检测模块还与外置天线连接，电源开关模块的电源输出与内置天线连接。本发明通过检测外置天线的工作电流自动识别是否连接外置天线，同时产生通道控制和电源控制信号自动切换射频开关通路和内置天线电源，避免手动设置和切换内外天线信号和电源，支持外置天线热拔插，提升了卫星导航接收机外置天线使用的便捷性。

Description

一种天线自动识别切换装置与方法

技术领域

本发明涉及外置天线与内置天线识别切换领域，特别是涉及一种自动识别并切换外置天线与内置天线的电路。

背景技术

随着北斗卫星导航系统及GPS应用的发展，卫星导航设备在各个领域得到广泛应用。为满足卫星导航设备在车载应用或相对封闭环境中使用，便携式卫星导航设备配置有内置和外置天线，而外置天线使用的关键在于如何实现内置天线和外置天线的自动识别及切换。

传统的便携式导航设备外置天线使用方式为：关机状态下连接好外置天线，开机手动设定选择外置天线，该方式操作复杂，不支持热插拔连接，使用不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种天线自动识别切换装置与方法，克服内置天线与外置天线切换操作复杂，且不支持热插拔连接的困难。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种天线自动识别切换装置与方法，它包括电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块，所述的射频开关模块的信号输入分别与内置天线和外置天线连接，射频开关模块的信号输出与接收机连接，射频开关模块的通道控制输入与电流检测模块的通道/电源控制输出连接，电源开关模块的电源控制输入与电流检测模块的通道/电源控制输出连接，电流检测模块还与外置天线连接，电源开关模块的电源输出与内置天线连接。

所述的电流检测模块包括采样电阻、电压检测电路、电压比较电路、放大器和电压参考源，采样电阻串联在电源模块与负载即外置天线之间，电压检测电路的两个取样端与采样电阻两端连接，电压检测电路的输出与放大器的输入连接，放大器的输出与电压比较电路的一个输入端连接，电压比较电路的另一个输入端与电压参考源输出连接，电压比较电路的通道/电源控制输出分别与电源开关模块和射频开关模块连接。

它还包括隔离电路A和隔离电路B，所述的隔离电路A串联在电源开关模块和内置天线之间；所述的隔离电路B串联在电流检测模块和外置天线之间。

它还包括电源模块，所述的电源模块分别与电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块连接，为其提供工作电源。

一种天线自动识别切换方法，它包括以下步骤：

S1：当未连接外置天线时或外置天线热插拔断开后，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号A，；

S2：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号A后，使内置天线与电源模块导通，内置天线进入工作状态；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号A后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出内置天线所输入的信号；

S3：当连接外置天线时，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号B；

S4：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号B后，使内置天线与电源模块断开，内置天线停止工作；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号B后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出外置天线所输入的信号。

所述的电流检测模块检测步骤包括以下子步骤：

SS1：电压检测模块检测采样电阻两端的电压差，输出电压差U1；

SS2：电压差U1经放大器放大后输入电压比较器，与电压参考源电压U2在电压比较器中进行比较；

SS3：当电压差U1放大后小于或等于参考电压U2时，输出控制信号A，当电压差U1放大后大于参考电压U2时，输出控制信号B。

本发明的有益效果是：本发明通过检测外置天线的工作电流自动识别是否装入外置天线，具有良好的实时性且不易受到外界信号的干扰；同时产生通道控制和电源控制信号自动切换射频开关通路和内置天线电源，避免手动设置和切换内外天线信号和电源，支持外置天线热拔插，提升了卫星导航接收机外置天线使用的便捷性。

附图说明

图1为本发明系统原理框图；

图2为本发明电流检测模块工作原理框图；

图3为本发明具体实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明涉及一种天线自动识别切换装置与方法，应用卫星导航或通信接收机设计。针对接收机具有多个接收天线单元，如便携式手持设备，一般包含内置天线与外置天线，在开阔地使用时一般采用内置天线，但在车载或其它相对封闭环境使用时需外接外置天线使用，外置天线与接收机连接后自动切换至外置天线，内置天线断开。

如图1所示，一种天线自动识别切换装置与方法，它包括电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块，所述的射频开关模块的信号输入分别与内置天线和外置天线连接，射频开关模块的信号输出与接收机连接，射频开关模块的通道控制输入与电流检测模块的通道/电源控制输出连接，电源开关模块的电源控制输入与电流检测模块的通道/电源控制输出连接，电流检测模块还与外置天线连接，电源开关模块的电源输出与内置天线连接。

如图2所示，所述的电流检测模块包括采样电阻、电压检测电路、电压比较电路、放大器和电压参考源，采样电阻串联在电源模块与负载即外置天线之间，电压检测电路的两个取样端与采样电阻两端连接，电压检测电路的输出与放大器的输入连接，放大器的输出与电压比较电路的一个输入端连接，电压比较电路的另一个输入端与电压参考源输出连接，电压比较电路的通道/电源控制输出分别与电源开关模块和射频开关模块连接。

它还包括隔离电路A和隔离电路B，所述的隔离电路A串联在电源开关模块和内置天线之间；所述的隔离电路B串联在电流检测模块和外置天线之间。

它还包括电源模块，所述的电源模块分别与电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块连接，为其提供工作电源。

一种天线自动识别切换方法，它包括以下步骤：

S1：当未连接外置天线时或外置天线热插拔断开后，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号A，；

S2：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号A后，使内置天线与电源模块导通，内置天线进入工作状态；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号A后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出内置天线所输入的信号；

S3：当连接外置天线时，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号B；

S4：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号B后，使内置天线与电源模块断开，内置天线停止工作；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号B后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出外置天线所输入的信号。

所述的电流检测模块检测步骤包括以下子步骤：

SS1：电压检测模块检测采样电阻两端的电压差，输出电压差U1；

SS2：电压差U1经放大器放大后输入电压比较器，与电压参考源电压U2在电压比较器中进行比较；

SS3：当电压差U1放大后小于或等于参考电压U2时，输出控制信号A，当电压差U1放大后大于参考电压U2时，输出控制信号B。

如图3所示，一种天线自动识别切换装置与方法的具体实施例。

所述的电源开关模块包括开关MOS管V1，所述的开关MOS管V1的源极与电源模块的电源输出连接，开关MOS管V1的漏极与隔离电路A连接，开关MOS管V1的栅极与电流检测电路的控制输出连接。

所述的电流检测模块包括采样电阻R1和电流检测模块N2。所述的电流检测模块N2内置电压检测器、电压比较器、放大器和电压参考源。

所述的采样电阻R1的一端与隔离电路B和电流检测模块N2的检测端阴极连接，采样电阻R1的另一端与电源模块和电流检测模块N2的检测端阳极连接。

所述的电流检测模块N2的驱动电源输入端VCC与电源模块连接。

所述的电流检测模块N2的输出端OUT与电流检测模块N2的控制信号输入端CIN连接。

所述的电流检测模块N2的控制信号输出端COUT通过串联的电阻R2和电阻R3与地对接，电阻R2和电阻R3的连接中点与开关MOS管V1的栅极和射频开关模块的通道控制输入连接。

所述的电流检测模块N2的重置端和接地端与地对接。

它还包括电容C8，所述的电容C8的一端与电源模块连接，电容C8的另一端与地对接。

所述的射频开关模块包括射频开关芯片N1、滤波电容C3和滤波电容C4。

所述的射频开关芯片N1的第一输入端RF1依次通过滤波电容C3和隔离电路A与开关MOS管V1的漏极连接，射频开关芯片N1的第一输入端RF1还通过滤波电容C3与内置天线连接。

所述的射频开关芯片N1的第二输入端RF2依次通过滤波电容C4和隔离电路B与电流检测模块N2的检测端阴极和采样电阻R1连接，射频开关芯片N1的第二输入端RF2还通过滤波电容C4与外置天线连接。

所述的射频开关芯片N1的通道控制端Vctl与电流检测电路中的电阻R2和电阻R3的中点连接。

所述的射频开关芯片N1的信号输出端RFC通过滤波电容C5与接收机连接。

所述的射频开关芯片N1的驱动电源端Vdd与电源模块连接，所述的射频开关芯片N1的接地端与地对接。

所述的隔离电路A包括电感L1、电容C1和电容C2，所述的电感L1的一端与内置天线和射频开关模块中的滤波电容C3连接，另一端与通过并联的电容C1和电容C2与地对接，另一端还与电源开关模块中开关MOS管V1的漏极连接。

所述的隔离电路B包括电感L2、电容C6和电容C7，所述的电感L2的一端与外置天线和射频开关模块中的滤波电容C4连接，另一端与通过并联的电容C6和电容C7与地对接，另一端还与电流检测电路中的采样电阻R1和电流检测模块N2的检测端阴极连接。

所述的开关MOS管V1为P沟道MOS管。

开关MOS管可为N沟道MOS管，也可为P沟道MOS管。当连接外置天线后，电压检测模块输出高电平时，开关MOS管选择P沟道MOS管；电压检测模块输出低电平时，开关MOS管选择N沟道MOS管。

该具体实施例的工作原理如下所示：

(1)外置天线工作

1、插入外置天线，外置天线与射频开关模块的第二输入端RF2连接，电源模块通过采样电阻R1和电感L1给外置天线供电，并产生电流。

2、外置天线连接时因有电流通过采样电阻R1，电流检测模块检测到采样电阻R1两端的电压差U1，电压差U1经放大器放大后输入电压比较器，与电压参考源电压U2在电压比较器中进行比较，电压差U1大于或等于参考电压U2，电压比较器输出控制信号A。

3、射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号A后，控制射频通道信号由内置天线信号输出至接收机切换为外置天线信号输出至接收机。

4、电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号A后，开关MOS管V1的源极和漏极断开，电源停止为内置天线供电，内置天线停止工作。

因此，外置天线接上时，本发明实现了外置天线射频通路自动切换及内置天线电源自动切断，接收机接收外置天线的接收信号。

(2)内置天线工作

1、拔出外置天线，外置天线与射频开关模块的第二输入端RF2断开，此时无电流从电源模块经过采样电阻R1及电感L2给外置天线供电。

2、电流检测模块检测采样电阻R1两端的电压差U1，电压差U1经放大器放大后输入电压比较器，与电压参考源电压U2在电压比较器中进行比较，电压差U1小于参考电压U2，电压比较器输出控制信号B。

3、射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号B后，控制射频通道信号由外置天线信号输出至接收机切换为内置天线信号输出至接收机。

4、电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号B后，开关MOS管V1的源极和漏极导通，电源模块通过电感L1给内置天线供电，内置天线进入工作状态。

因此，外置天线断开时，本发明实现了内置天线射频通路自动切换及内置天线电源自动打开。

本发明装置可安装入手机或GPS等设备，来实现对电流的检测以及控制射频开关模块切换接收的信号。

本发明通过检测外置天线的工作电流自动识别是否装入外置天线，具有良好的实时性且不易受到外界信号的干扰；同时产生通道控制和电源控制信号自动切换射频开关通路和内置天线电源，避免手动设置和切换内外天线信号和电源，支持外置天线热拔插，提升了卫星导航接收机外置天线使用的便捷性。

Claims (2)

1.一种天线自动识别切换装置，其特征在于，包括：

电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块，所述的射频开关模块的信号输入分别与内置天线和外置天线连接，射频开关模块的信号输出与接收机连接，射频开关模块的通道控制输入与电流检测模块的通道/电源控制输出连接，电源开关模块的电源控制输入与电流检测模块的通道或电源控制输出连接，电流检测模块还与外置天线连接，电源开关模块的电源输出与内置天线连接；

所述的电流检测模块包括采样电阻、电压检测电路、电压比较电路、放大器和电压参考源，采样电阻串联在电源模块与负载即外置天线之间，电压检测电路的两个取样端与采样电阻两端连接，电压检测电路的输出与放大器的输入连接，放大器的输出与电压比较电路的一个输入端连接，电压比较电路的另一个输入端与电压参考源输出连接，电压比较电路的通道/电源控制输出分别与电源开关模块和射频开关模块连接；

天线自动识别切换装置，包括隔离电路A和隔离电路B，所述的隔离电路A串联在电源开关模块和内置天线之间；所述的隔离电路B串联在电流检测模块和外置天线之间；

天线自动识别切换装置还包括电源模块，所述的电源模块分别与电源开关模块、射频开关模块和电流检测模块连接，为其提供工作电源；

所述的电源开关模块包括开关MOS管V1，所述的开关MOS管V1的源极与电源模块的电源输出连接，开关MOS管V1的漏极与隔离电路A连接，开关MOS管V1的栅极与电流检测电路的控制输出连接；

所述的电流检测模块包括采样电阻R1和电流检测模块N2；所述的电流检测模块N2内置电压检测器、电压比较器、放大器和电压参考源；

所述的采样电阻R1的一端与隔离电路B和电流检测模块N2的检测端阴极连接，采样电阻R1的另一端与电源模块和电流检测模块N2的检测端阳极连接；

所述的电流检测模块N2的驱动电源输入端VCC与电源模块连接；

所述的电流检测模块N2的输出端OUT与电流检测模块N2的控制信号输入端CIN连接；

所述的电流检测模块N2的控制信号输出端COUT通过串联的电阻R2和电阻R3与地对接，电阻R2和电阻R3的连接中点与开关MOS管V1的栅极和射频开关模块的通道控制输入连接；

所述的电流检测模块N2的重置端和接地端与地对接；

天线自动识别切换装置还包括电容C8，所述的电容C8的一端与电源模块连接，电容C8的另一端与地对接；

所述的射频开关模块包括射频开关芯片N1、滤波电容C3和滤波电容C4；

所述的射频开关芯片N1的第一输入端RF1依次通过滤波电容C3和隔离电路A与开关MOS管V1的漏极连接，射频开关芯片N1的第一输入端RF1还通过滤波电容C3与内置天线连接；

所述的射频开关芯片N1的第二输入端RF2依次通过滤波电容C4和隔离电路B与电流检测模块N2的检测端阴极和采样电阻R1连接，射频开关芯片N1的第二输入端RF2还通过滤波电容C4与外置天线连接；

所述的射频开关芯片N1的通道控制端Vctl与电流检测电路中的电阻R2和电阻R3的中点连接；

所述的射频开关芯片N1的信号输出端RFC通过滤波电容C5与接收机连接；

所述的射频开关芯片N1的驱动电源端Vdd与电源模块连接，所述的射频开关芯片N1的接地端与地对接；

所述的隔离电路A包括电感L1、电容C1和电容C2，所述的电感L1的一端与内置天线和射频开关模块中的滤波电容C3连接，另一端与通过并联的电容C1和电容C2与地对接，另一端还与电源开关模块中开关MOS管V1的漏极连接；

所述的隔离电路B包括电感L2、电容C6和电容C7，所述的电感L2的一端与外置天线和射频开关模块中的滤波电容C4连接，另一端与通过并联的电容C6和电容C7与地对接，另一端还与电流检测电路中的采样电阻R1和电流检测模块N2的检测端阴极连接；

所述的开关MOS管V1为P沟道MOS管；

开关MOS管可为N沟道MOS管，也可为P沟道MOS管；当连接外置天线后，电压检测模块输出高电平时，开关MOS管选择P沟道MOS管；电压检测模块输出低电平时，开关MOS管选择N沟道MOS管。

2.一种如权利要求1之一所述的天线自动识别切换装置对应的天线自动识别切换方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：当未连接外置天线时或外置天线热插拔断开后，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号A；

S2：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号A后，使内置天线与电源模块导通，内置天线进入工作状态；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号A后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出内置天线所输入的信号；

S3：当连接外置天线时，电流检测模块检测采样电阻两端的电压差U1，产生控制信号B；

S4：电源开关模块的电源控制输入接收到控制信号B后，使内置天线与电源模块断开，内置天线停止工作；射频开关模块的通道控制输入接收到控制信号B后，自动切换信号输出通道，控制射频开关模块输出外置天线所输入的信号；

电流检测模块检测步骤包括以下子步骤：

SS1：电压检测模块检测采样电阻两端的电压差，输出电压差U1；

SS2：电压差U1经放大器放大后输入电压比较器，与电压参考源电压U2在电压比较器中进行比较；

SS3：当电压差U1放大后小于或等于参考电压U2时，输出控制信号A，当电压差U1放大后大于参考电压U2时，输出控制信号B。