CN109900367A - 一种抗干扰信号处理芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗干扰信号处理芯片，包含芯片本体，芯片本体内集成有信号处理模块、比较输出模块、基准模块与独立供电模块；信号处理模块用于对芯片本体接收的传感信号进行处理；基准模块提供参考基准信号；比较输出模块的输入端与基准模块、信号处理模块的输出端相连，并输出比较判断的结果信号；独立供电模块供电端与信号处理模块、比较输出模块和基准模块的供电端并联连接，用于对芯片本体外部负载提供直流电源输出和/或交流电源输出。与现有芯片相比，本发明提出的芯片实现了感应探头和处理芯片的电源端物理隔离，消除了芯片电源波动对感应探头的影响，且在低压情况下也具有较好的抗干扰性能。

Description

一种抗干扰信号处理芯片

技术领域

本发明涉及信号处理芯片领域，具体涉及一种抗干扰信号处理芯片。

背景技术

近年来，随着科技的进步，传感器在各个领域得到了广泛的应用，并且传感器本身也面临着小型化，抗干扰等多方面的挑战；现有的传感器多包含有感应探头、感应信号处理芯片和电压调整模块，感应信号处理芯片一般设有供电输出引脚或信号输出引脚，以提供感应探头供电或提供信号给传感器中的第二信号处理芯片；例如红外热释电传感器，包含了红外热释电感应探头和红外热释电感应信号处理芯片，其中，红外热释电感应信号处理芯片包含有对红外热释电感应探头供电的引脚，而该引脚本身与红外热释电感应信号处理芯片的供电端是物理连接的。由于红外热释电感应探头所感应到的信号幅度非常微弱，因此容易受到感应信号处理芯片中信号翻转导致的电源波动干扰而产生误判。目前通常采用的应对措施是在处理芯片外增加一个稳压模块来同时给处理芯片和感应探头供电，但由于存在直接物理连接，该方式并不能很好地消除电源波动对感应探头的影响，而稳压模块的负荷匹配设计将难以保证自身在低压状态下仍能维持良好的电压波动抑制能力。

这一应对措施主要有两个缺点，首先，感应探头和信号处理芯片的电源端是物理连接的，虽然稳压模块在正常工作状态下具有一定的电源波动抑制能力，但无法从根本上消除信号处理芯片电源波动对感应探头的影响；其次，当选用电池作为电源时，随着电池的电量逐渐耗尽，电池的电压将逐渐降低，当电压低到一定程度时，稳压模块的电源抑制能力会大大减弱，导致感应探头又重新容易受到电源波动的影响(这时候感应探头和处理芯片还能正常工作)。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种抗干扰信号处理芯片，其目的在于提高信号处理芯片的抗干扰性。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种抗干扰信号处理芯片，其芯片本体内集成有信号处理模块、比较输出模块、基准模块与独立供电模块；信号处理模块用于对芯片本体接收的传感信号进行处理；基准模块提供参考基准信号；比较输出模块的输入端与基准模块、信号处理模块的输出端相连，并输出比较判断的结果信号；独立供电模块的供电端与信号处理模块、比较输出模块和基准模块的供电端并联连接，用于对芯片本体外部负载提供直流电源输出和/或交流电源输出。

进一步的，信号处理模块包含前置信号处理模块、模数转换模块和数字滤波模块，其中，前置信号处理模块用于接收待处理信号；模数转换模块与前置信号处理模块的输出端相连，用于将模拟信号转换为数字信号；数字滤波模块与模数转换模块的输出端相连，用于对数字信号滤波；所述数字滤波模块包含高通数字滤波模块、低通数字滤波模块、带通数字滤波模块、带阻数字滤波模块的其中一种或多种；对应的，所述比较输出模块为数字比较输出模块。

进一步的，比较输出模块还包含数字传输模块、数字比较判别模块与延迟时间设置模块，数字传输模块的输入端与数字比较判别模块的输出端相连，数字传输模块的触发端与延迟时间设置模块的输出端相连；数字传输模块包含触发器电路、传输门电路和计数器电路中的一种。

进一步的，基准模块包含第一模数转换单元或第一译码单元，基准模块的输出端与数字比较判别模块的输入端相连，以作为数字滤波模块输出信号的比较阈值。

进一步的，延迟时间设置模块包含第二模数转换单元、第二译码单元或计数器的其中一种，延迟时间设置模块的输出端与数字传输模块的输入端相连，用于设置输出有效时间。

进一步的，芯片本体还包含电源引脚(见图2中VDD引脚)与感应探头供电引脚(见图2中OUT引脚)，电源引脚(见图2中VDD引脚)与信号处理模块、比较输出模块、基准模块和独立供电模块的供电输入端相连；独立供电模块的输出端与感应探头供电引脚(见图2中OUT引脚)相连。

进一步的，独立供电模块输出电压低于芯片工作电压。

进一步的，独立供电模块包含LDO模块、压控振荡器的其中一种或两种。

进一步的，芯片本体内还集成有一个或多个外部可调模块，其输入与芯片本体外部的电路连接，输出与比较输出模块的使能端相连；所述外部可调模块包含第三模数转换模块和/或滞回比较器。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：采用本方案实现的一种抗干扰信号处理芯片，由于利用了数字滤波器，避免了信号失调和高频信号的干扰；抗干扰信号处理芯片内部增加了一个独立供电模块单独给感应探头供电，使芯片的电源波动对感应探头的干扰减小；在电池电压降低时，现有信号处理芯片抑制电源波动的能力减弱，但本发明的一种抗干扰信号处理芯片内部的独立供电模块依然可以正常工作，具有较好的电源波动抑制能力，电源波动对感应探头的影响依然较小；由于信号先经过模数转换模块转换成数字信号，再进行滤波，信号处理方式更灵活。

附图说明

图1是实施例1的结构图；

图2是实施例1的典型应用电路图；

图3是实施例2中独立供电模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及一种抗干扰信号处理芯片，芯片本体内集成有信号处理模块、比较输出模块、基准模块与独立供电模块；信号处理模块用于对芯片本体接收的传感信号进行处理；基准模块提供参考基准信号；比较输出模块的输入端与基准模块、信号处理模块的输出端相连，并输出比较判断的结果信号；独立供电模块的供电端与信号处理模块、比较输出模块和基准模块的供电端并联连接，用于对芯片本体外部负载提供直流电源输出和/或交流电源输出。

信号处理模块包含前置信号处理模块、模数转换模块和数字滤波模块，其中，前置信号处理模块用于接收待处理信号；现有技术中，针对传感信号有海量的滤波、放大信号处理电路，根据应用场景中的参数限制或设计需求可对应选择作为前置信号处理模块中的电路结构，在此不作赘述；模数转换模块与前置信号处理模块的输出端相连，用于将模拟信号转换为数字信号；数字滤波模块与模数转换模块的输出端相连，用于对数字信号滤波；所述数字滤波模块包含高通数字滤波模块、低通数字滤波模块、带通数字滤波模块、带阻数字滤波模块的其中一种或多种；对应的，所述比较输出模块为数字比较输出模块；本实施例中，数字滤波模块包含高通数字滤波模块与低通数字滤波模块，相比传统滤波方式，数字滤波去噪效果更好。

比较输出模块还包含数字传输模块、数字比较判别模块与延迟时间设置模块，数字传输模块的输入端与数字比较判别模块的输出端相连，数字传输模块的触发端与延迟时间设置模块的输出端相连；数字传输模块包含触发器电路、传输门电路和计数器电路中的一种。其中触发器电路、传输门电路和计数器电路均为现有技术。

基准模块包含第一模数转换单元或第一译码单元，基准模块的输出端与数字比较判别模块的输入端相连，以作为数字滤波模块输出信号的比较阈值。其中，第一模数转换单元和第一译码单元均为现有技术。

芯片本体内还集成有一个或多个外部可调模块，其输入与芯片本体外部的电路连接，输出与比较输出模块的使能端相连；所述外部可调模块包含第三模数转换单元和/或滞回比较器；实际使用时，可根据需要设为光敏控制或热敏控制，对应的，外部需要使用光敏电阻、热敏等对应光敏元件进行触发，以实现根据环境光线强度或温度调节控制信号的目的。其中，第三模数转换模块和滞回比较器均为现有技术。

芯片本体还包含外围管脚：

电源引脚(见图2中VDD引脚)与信号处理模块、比较输出模块、基准模块和独立供电模块的供电输入端相连，用于向芯片输入电源。

传感信号输入引脚(见图2中PIRIN引脚)与前置信号处理模块相连，用于向芯片输入传感信号，芯片本体通过传感信号输入PIRIN引脚接收外部传感信号，并传递给前置信号处理模块，由前置信号处理模块进行信号的滤波、放大等处理。

输出信号引脚(见图2中REL引脚)与数字传输模块的输出相连，芯片本体通过数字传输模块向外部输出触发信号，以触发外部其他信号处理单元或执行单元。

延迟时间设置引脚(见图2中ONTIME引脚)与延迟时间设置模块的输入相连，在芯片本体外能够通过分压电阻方便设置延迟时限或有效时间的参数，延迟时间设置模块包含第二模数转换单元，在其输入接收到分压信号后，通过模数转换，向芯片数字传输模块输入延迟设置参数或信号；实际使用时，延迟时间设置模块还可使用第二译码单元，但其输入需要增加对应的引脚连接，通过数字电平连接也可方便设置延迟时间参数。其中，第二模数转换单元和第二译码单元均为现有技术。

灵敏度设置引脚(见图2中SENSE引脚)与基准模块的输入相连，以通过基准模块的处理达到调节灵敏度或设置灵敏度的目的；基准模块包含第一模数转换单元，在芯片本体外部可通过分压电阻设置灵敏度参数，分压信号由SENSE引脚经第一模数转换单元转换为数字信号后，作为数字比较判别模块的比较基准或灵敏度参考值；当需要精确的灵敏度比较基准时，可在基准模块中设置第一译码单元，对应的，芯片本体需要增加引脚连接数量，以与第一译码单元的输入相连，第一译码单元的输出与数字比较判别模块的输入相连。

光敏控制引脚(见图2中CDS引脚)与外部可调模块的输入相连，用于向芯片输入光敏控制信号。

感应探头供电引脚(见图2中OUT引脚)与独立供电模块的输出相连，用于向外部热释电感应探头提供独立的稳定电源。

接地引脚(见图2中GND引脚)，用于芯片的接地。

上述引脚设置能够与传统芯片引脚设置兼容，能够在相同版图设计下进行芯片替换升级，非常方便。

如图1所示，待处理的传感信号从PIRIN引脚输入，经前置信号处理模块接收，进行前置滤波、放大处理后，由模数转换模块转换为数字信号，然后由数字滤波模块对信号进行滤波，为保证滤波效果，可分别设置低通数字滤波模块、高通数字滤波模块进行级联实现多级滤波，滤波后的信号被输入到数字比较判别模块，与基准模块设置的灵敏度阈值进行比较，比较结果被输入到数字传输模块，根据延迟时间设置模块设置的延迟时间，在REL引脚端输出信号。本实施例中，独立供电模块为LDO模块，且该信号电压低于芯片的正常工作电压，独立供电模块的输出与OUT引脚相连，使得芯片本体能够通过独立供电模块输出低于芯片本体的工作电压信号；独立供电模块对电源波动具有抑制能力，通过参数选择，能够使得当芯片本体的供电电压低于其正常工作电压时，独立供电模块仍能正常输出，也很容易通过电平监控芯片的工作状态。

本发明提出的一种抗干扰信号处理芯片，通过内部集成独立供电模块，单独给红外热释电感应探头供电，实现了感应探头和信号处理芯片的电源端物理隔离，消除了芯片电源波动对感应探头的影响，在不降低感应信号处理灵敏度的条件下，避免了由于供电电压降至芯片外部稳压模块不能正常工作时，电源波动引起的误判；当选用电池作为电源时，随着电池电量的耗尽，电池的电压逐渐降低，现有信号处理芯片抑制电源波动的能力减弱，但本发明的一种抗干扰信号处理芯片内部的独立供电模块依然可以正常工作，具有较好的电源波动抑制能力，电源波动对感应探头的影响依然较小。

图2是实施例1的一种典型应用电路图，外部电压通过3.3VLDO给芯片供电，芯片中集成的独立供电模块给感应探头供电。当外部电压小于3.3V时，3.3VLDO对外部电压波动无抑制能力，但芯片集成的独立供电模块可以正常工作，抑制电压波动；当外部电压继续变小到2V时，独立供电模块可以正常工作，但芯片其他部分已不能正常工作。用户据此可以更换电池或对电池进行充电，避免了电池电压较低情况引起的误判。

实施例2

图3是实施例2中独立供电模块的结构示意图，实施例2与实施例1的主要区别是芯片本体中的数字传输模块为计数器，计数器的输入端与数字比较判别模块的输出相连，计数器的触发端与延迟时间设置模块的输出相连。计数器的振荡时钟可内部集成，也可增加对应引脚进行外部设置。本实施例中的独立供电模块还包含现有技术可得的压控振荡器与加法电路，加法电路的第一输入端与LDO模块的输出相连，加法电路的第二输入端与压控振荡器的输出相连，压控振荡器的输入与芯片本体的VDD引脚相连，加法电路的输出与OUT引脚相连；由此，在外部使用时，可通过隔直处理与交流滤波处理分别得到交流信号与直流信号，由于交流信号的频率与VDD引脚的电压大小相关联，因此能够更为及时的察觉VDD供电的异常。而通过压控振荡器的输出信号，也可方便的实现锁相环电路，从而丰富外部使用场景。作为一种扩展型号产品，LDO模块的输出端、压控振荡器的输出及其与加法电路的输入端还可分别增设芯片连接引脚，则通过独立供电模块可分别直接输出直流电压及与电压关联的交流信号，当需要直流分量时，则将压控振荡器的输出及其与加法电路对应输入端的两个芯片连接引脚短路连接即可，从而省去后段滤波处理，也方便直流分量的设计连接。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种抗干扰信号处理芯片，包含芯片本体，其特征在于：所述芯片本体内集成有信号处理模块、比较输出模块、基准模块与独立供电模块；所述信号处理模块用于对芯片本体接收的传感信号进行处理；所述基准模块提供参考基准信号；所述比较输出模块的输入端与基准模块、信号处理模块的输出端相连，并输出比较判断的结果信号；所述独立供电模块供电端与信号处理模块、比较输出模块和基准模块的供电端并联连接，用于对芯片本体外部负载提供直流电源输出和/或交流电源输出。

2.如权利要求1所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述信号处理模块包含：

前置信号处理模块，用于接收待处理信号，并进行模拟信号的滤波和/或放大处理；

模数转换模块，与前置信号处理模块的输出端相连，用于将前置信号处理模块输出的模拟信号转换为数字信号。

3.如权利要求2所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述信号处理模块还包含数字滤波模块；所述数字滤波模块与模数转换模块的输出端相连，用于对数字信号滤波；所述数字滤波模块包含高通数字滤波模块、低通数字滤波模块、带通数字滤波模块、带阻数字滤波模块的其中一种或多种；对应的，所述比较输出模块为数字比较输出模块。

4.如权利要求3所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述比较输出模块还包含数字传输模块、数字比较判别模块与延迟时间设置模块；所述数字传输模块的输入端与数字比较判别模块的输出端相连，所述数字传输模块的触发端与延迟时间设置模块的输出端相连；所述数字传输模块包含触发器电路、传输门电路和计数器电路中的一种。

5.如权利要求4所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述基准模块包含第一模数转换单元或第一译码单元，基准模块的输出端与数字比较判别模块的输入端相连，以作为数字滤波模块输出信号的比较阈值。

6.如权利要求4所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述延迟时间设置模块包含第二模数转换单元、第二译码单元或计数器的其中一种，延迟时间设置模块的输出端与数字传输模块的输入端相连，用于设置输出有效时间。

7.如权利要求1所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于，还包含电源引脚与感应探头供电引脚，所述电源引脚与信号处理模块、比较输出模块、基准模块和独立供电模块的供电输入端相连；所述独立供电模块的输出端与感应探头供电引脚相连。

8.如权利要求1所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述独立供电模块输出电压低于芯片工作电压。

9.如权利要求8所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：所述独立供电模块包含LDO模块、压控振荡器的其中一种或两种。

10.如权利要求4所述的一种抗干扰信号处理芯片，其特征在于：芯片本体内还集成有一个或多个外部可调模块，其输入与芯片本体外部的电路连接，输出与比较输出模块的使能端相连；所述外部可调模块包含第三模数转换模块和/或滞回比较器。