CN107121204B - 用于红外热释电的人体感应芯片及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于红外热释电的人体感应芯片及电路，所述芯片包含内部集成电路及管脚区，所述集成电路包括前端处理模块、信号处理模块、状态控制模块、触发禁止模块、封锁时间模块、延迟时间模块；所述管脚区包括信号输入端、第一隔直电容端、第二隔直电容端、灵敏度/感应距离调节端、触发禁止输入端、输出延迟时间设置端、信号输出端、至少一个电源正端、至少一个电源负端及数个空脚。本发明提供的芯片集成度高、系统简洁，且可兼容现有芯片管脚。采用本发明提供的芯片所应用的感应电路集成度更高，性能更好，且无需更换PCB板，降低了元器件更新带来的消耗和成本。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，具体涉及用于红外热释电的人体感应芯片和电路。
背景技术
热释电红外人体感应器是一种利用人体自身热量发出的红外线信号，通过热释电传感器转化为微弱的电信号，这个微弱的电信号经过放大、滤波等信号处理后去实现各种控制功能的装置。热释电红外人体感应器应用领域非常广泛，它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
红外热释电的人体感应芯片是热释电红外人体感应器的重要组成元件，传统的红外热释电的人体感应芯片管脚图如图1所示，各管脚说明如表1所示。
表1传统红外热释电人体感应芯片管脚说明
图2为上述传统的红外热释电的人体感应芯片原理图。首先，配合一定的外围电路，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。COP1和COP2的参考电压分别为VH和VL，双向鉴幅器可以抑制幅值在VH-VL以内的噪声干扰。COP3为条件比较器，当输入电压Vc<VR时，COP3输出为低电平封住与门U2，禁止触发信号Vs向下级传递；而当Vc>VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期Tx。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态(高电平)，可抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
传统芯片的一种典型应用电路如图3所示，其中，红外热释电传感器(PIR)信号经电容C1、电阻R1滤波输入到传统芯片的14脚，电阻R12、电阻R13、电容C8起传感器的电源滤波功能，电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5起带通滤波及信号放大作用，电阻R10、电容C6可设定延迟时间，电阻R9、电容C7可设定封锁时间，R3是光敏器件和电阻R2一起实现白天关闭感应功能，黑夜可正常感应。
由以上图表可见，传统的红外热释电的人体感应芯片，集成度较低、系统繁琐、信号处理过于简单，由此会导致芯片性能一般。并且，应用此类芯片组成的人体感应电路也同样具有集成度较低、系统繁琐、性能一般的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于：针对传统红外热释电人体感应芯片的低集成度、低性能问题，提出一种用于红外热释电的人体感应芯片及红外热释电感应电路。
为实现前述目的，本发明公开了一种用于红外热释电的人体感应芯片，包含内部集成电路及管脚区，具体包括：
所述集成电路包括前端处理模块、信号处理模块、状态控制模块、触发禁止模块、封锁时间模块、延迟时间模块；所述管脚区包括信号输入端、第一隔直电容端、第二隔直电容端、灵敏度/感应距离调节端、触发禁止输入端、输出延迟时间设置端、信号输出端、至少一个电源正端、至少一个电源负端及数个空脚；
具体包括：
前端处理模块，与信号输入端、第一隔直电容端和第二隔直电容端相连，用于接收和处理传感信号；
信号处理模块，与前端处理模块和灵敏度/感应距离调节端相连，用于接收前端处理模块输入的传感信号，并进行数字处理，以及设置灵敏度及感应距离；
状态控制模块，与信号处理模块和信号输出端相连，用于接收信号处理模块输入的数字信号，并控制信号输出状态；
触发禁止模块，与状态控制模块和触发禁止输入端相连，用于设定是否关闭感应功能；
封锁时间模块，与状态控制模块相连，用于设定封锁时间周期；
延迟时间模块，与状态控制模块和输出延迟时间设置端相连，用于设定延迟时间。
优选地，所述信号处理模块对传感信号进行数字处理包括将传感信号转化为数字信号，并对其进行数字滤波。
优选地，状态控制模块可内部设定是否采用可重复触发工作方式。
优选地，在封锁时间内，信号输入端的任何信号都不能使信号输出端输出有效状态。
优选地，将部分电源正端和/或电源负端设置为空脚。
另一方面，本发明还提出了一种红外热释电感应电路，所述电路包含如前所述的任一种芯片。
优选地，电阻(R12)、(R13)与电容(C8)的一端相连，电阻(R13)另一端与传感器PIR的D端相连，传感器PIR的S端与芯片的信号输入端(14)相连，电阻(R2)、光敏器件CDS与芯片的触发禁止输入端(9)相连，电容(C2)连接于芯片的隔直电容端(12)和隔直电容端(13)之间，电阻(R1)与芯片信号入端(14)相连，电阻(R9)一端与芯片电源正端(6)相连，另一端与电阻(RC7)、灵敏度/感应距离调节端(5)相连，电阻(R10)一端与电源正端(3)相连，另一端与电容(C6)、输出延迟时间设置端(4)相连，电阻(R11)一端与信号输出端(2)相连，另一端与三极管T的基极相连，继电器(J1)并联二极管(D1)后与三极管T的集电极相连，电阻(R12)、(R2)和芯片的电源正端(11)均连接于电源，传感器PIR的G端、电容(C8)、光敏器件CDS、电阻(R1)、电容(C6)、电阻(RC7)的另一端、芯片的电源负端(7)以及三极管的发射极均接地。
优选地，将电阻(R1)等效集成到芯片内部。
优选地，将电容(C2)等效集成到芯片内部。
优选地，将电阻(R9)和/或(RC7)等效集成到芯片内部。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的一种用于红外热释电的人体感应芯片及红外热释电感应电路，其集成度更高、系统更简洁、性能更好。同时，芯片管脚可兼容现有芯片，无需更换PCB板即可使用，大大降低了元器件更新成本。
附图说明
图1是传统的红外热释电的人体感应芯片管脚图；
图2是传统的红外热释电的人体感应芯片原理图；
图3是传统的红外热释电的人体感应芯片的一种典型应用电路示意图；
图4是本发明实施例的红外热释电的人体感应芯片管脚图；
图5是本发明实施例的红外热释电的人体感应芯片原理图；
图6是本发明实施例的一种红外热释电感应电路示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明提出的用于红外热释电的人体感应芯片，其集成电路部分包括前端处理模块、信号处理模块、状态控制模块、触发禁止模块、封锁时间模块、延迟时间模块；管脚区包括信号输入端、第一隔直电容端、第二隔直电容端、灵敏度/感应距离调节端、触发禁止输入端、输出延迟时间设置端、信号输出端、一个以上电源正端、一个以上电源负端及数个空脚；
具体地：
前端处理模块，与信号输入端、第一隔直电容端和第二隔直电容端相连，用于接收和处理传感信号；
信号处理模块，与前端处理模块和灵敏度/感应距离调节端相连，用于接收前端处理模块输入的传感信号，并进行数字处理，以及设置灵敏度及感应距离；
状态控制模块，与信号处理模块和信号输出端相连，用于接收信号处理模块输入的数字信号，并控制信号输出状态；
触发禁止模块，与状态控制模块和触发禁止输入端相连，用于设定是否关闭感应功能；
封锁时间模块，与状态控制模块相连，用于设定封锁时间周期；
延迟时间模块，与状态控制模块和输出延迟时间设置端相连，用于设定延迟时间。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图4是本发明实施例提出的用于红外热释电的人体感应芯片管脚示意图，各管脚说明如表2所示：
表2用于红外热释电的人体感应芯片管脚图
需要说明的是，以上芯片管脚示意图仅作为本发明的特定实施例，决不能视为对本发明的限制，通过适当地调整变化管脚，例如将部分VDD改为空脚、部分管脚顺序改变等，都应当包含在本发明的保护范围之内。
图5是本发明实施例的红外热释电的人体感应芯片工作原理图，其采用图4和表2所示的管脚进行阐述。首先，利用前端处理模块接收信号输入端IN端输入的传感信号，经过CAP1和CAP2间的电容处理后，将信号送入信号处理模块；信号处理模块将传感信号转化为数字信号，通过S_SET脚来设置灵敏度及感应距离。信号转换可通过模数转换器ADC处理实现，并经过数字滤波后送入状态控制模块；同时，状态控制模块可内部设定是否采用可重复触发工作方式及通过封锁时间模块来设定封锁时间周期。在封锁时间内，IN端的任何信号都不能使信号输出端输出有效状态，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰；状态控制模块还可根据VC脚通过触发禁止模块来设定是否关掉感应功能；状态控制模块也可根据T_SET脚通过延迟时间模块来设定延迟时间。
本发明提出的用于红外热释电的人体感应芯片，信号处理采用数字方式，相较于传统的模拟方式，数字方式可明显提高信号的抗干扰性。且通过对比图1和图4，以及图2和图5可见，本发明提出的芯片和传统芯片相比，其集成度更高、内部电路系统更简洁，信号处理方式更好，性能也更高。
将本发明所述的用于红外热释电的人体感应芯片应用于红外热释电感应电路中，则也可以使得应用电路的集成度更高，性能更好。图6是本发明实施例提出的一种红外热释电感应电路示意图，电路内采用的是本发明提出的用于红外热释电的人体感应芯片，其管脚仍然采用图4和表2所示进行阐述。
如图6所示，具体包括：电阻R12、R13与电容C8的一端相连，电阻R13另一端与传感器PIR的D端相连，PIR的S端与芯片的信号输入端14相连，电阻R2、光敏器件CDS与芯片的触发禁止输入端9相连，电容C2连接于芯片的隔直电容端12和隔直电容端13之间，电阻R1与芯片信号入端14相连，电阻R9一端与芯片电源正端6相连，另一端与电阻RC7、灵敏度/感应距离调节端5相连，电阻R10一端与电源正端3相连，另一端与电容C6、输出延迟时间设置端4相连，电阻R11一端与信号输出端2相连，另一端与三极管T的基极相连，继电器J1并联二极管D1后与三极管T的集电极相连，电阻R12、R2和芯片的电源正端11均连接于电源，PIR的G端、电容C8、光敏器件CDS、电阻R1、电容C6、电阻RC7的另一端、芯片的电源负端7以及三极管的发射极均接地。
红外热释电传感器(PIR)信号输入到本发明芯片的14脚，电阻R12、电阻R13、电容C8起传感器的电源滤波作用，电阻R1为信号滤波，电容C2起耦合信号的作用，电阻R10、电容C6可设定延迟时间，电阻R9、电阻RC7可设定设置灵敏度及感应距离，光敏器件CDS和电阻R2共同实现白天关闭感应、黑夜可正常感应的功能。
本领域技术人员应当知晓，上述实施例仅视为本发明的特定实例，决不能作为对本发明的限制，通过适当的调整变化，例如电阻、电容值的调整等，都应当包含在本发明的保护范围内。另外，本发明实施例的其他优选方式还包括：将电阻R1等效集成到芯片内部；将电容C2等效集成到芯片内部；电阻R9等效集成到芯片内部；电阻RC7等效集成到芯片内部，以及其他适合等效集成到芯片内部的元件。
通过对比图3和图6所示的感应电路可见，本发明提供的芯片相对传统芯片集成度更高，其应用电路的系统更加简洁。同时，本发明芯片保留了大量空脚，使之仍然可以兼容现有芯片，可以不需要调整PCB板即可实现芯片的更换。相同的PCB板，只要调整部分器件以及将传统芯片替换为本发明所述的芯片，即可实现集成度更高、性能更好的感应电路，大大降低了更新换代的成本。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于红外热释电的人体感应芯片，包含内部集成电路及管脚区，其特征在于：
所述集成电路包括前端处理模块、信号处理模块、状态控制模块、触发禁止模块、封锁时间模块、延迟时间模块；所述管脚区包括信号输入端、第一隔直电容端、第二隔直电容端、灵敏度/感应距离调节端、触发禁止输入端、输出延迟时间设置端、信号输出端、至少一个电源正端、至少一个电源负端及数个空脚；
所述人体感应芯片具体包括：
前端处理模块，与信号输入端、第一隔直电容端和第二隔直电容端相连，用于接收和处理传感信号；
信号处理模块，与前端处理模块和灵敏度/感应距离调节端相连，用于接收前端处理模块输入的传感信号，并进行数字处理，以及设置灵敏度及感应距离；
状态控制模块，与信号处理模块和信号输出端相连，用于接收信号处理模块输入的数字信号，并控制信号输出状态；
触发禁止模块，与状态控制模块和触发禁止输入端相连，用于设定是否关闭感应功能；
封锁时间模块，与状态控制模块相连，用于设定封锁时间周期；
延迟时间模块，与状态控制模块和输出延迟时间设置端相连，用于设定延迟时间，其中所述信号处理模块对传感信号进行数字处理包括将传感信号转化为数字信号，并对其进行数字滤波，且所述状态控制模块能够内部设定是否采用可重复触发工作方式。
2.根据权利要求1所述的用于红外热释电的人体感应芯片，其特征在于：在封锁时间内，信号输入端的任何信号都不能使信号输出端输出有效状态。
3.根据权利要求1所述的用于红外热释电的人体感应芯片，其特征在于：将部分电源正端和/或部分电源负端设置为空脚。
4.一种红外热释电感应电路，其特征在于：所述电路包含如权利要求1至3中任意一项所述的用于红外热释电的人体感应芯片。
5.根据权利要求4所述红外热释电感应电路，其特征在于：第一电阻（R12）、第二电阻（R13）与第一电容（C8）的一端相连，第二电阻（R13）另一端与传感器PIR的D端相连，传感器PIR的S端与芯片的信号输入端（14）相连，第三电阻（R2）、光敏器件CDS与芯片的触发禁止输入端（9）相连，第二电容（C2）连接于芯片的第二隔直电容端（12）和第一隔直电容端（13）之间，第四电阻（R1）与芯片信号输入端（14）相连，第五电阻（R9）一端与芯片电源正端（6）相连，另一端与第六电阻（RC7）、灵敏度/感应距离调节端（5）相连，第七电阻（R10）一端与电源正端（3）相连，另一端与第三电容（C6）、输出延迟时间设置端（4）相连，第八电阻（R11）一端与信号输出端（2）相连，另一端与三极管T的基极相连，继电器（J1）并联二极管（D1）后与三极管T的集电极相连，第一电阻（R12）、第三电阻（R2）和芯片的电源正端（11）均连接于电源，传感器PIR的G端、第一电容（C8）、光敏器件CDS、第四电阻（R1）、第三电容（C6）、第六电阻（RC7）的另一端、芯片的电源负端（7）以及三极管的发射极均接地。
6.根据权利要求5所述红外热释电感应电路，其特征在于：将第四电阻（R1）等效集成到芯片内部。
7.根据权利要求5所述红外热释电感应电路，其特征在于：将第二电容（C2）等效集成到芯片内部。
8.根据权利要求5所述红外热释电感应电路，其特征在于：将第五电阻（R9）和/或第六电阻（RC7）等效集成到芯片内部。
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