CN109932750A - 一种金属探测传感集成电路及金属探测传感器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路技术领域，具体公开了一种金属探测传感集成电路，其中，包括：整流/增益控制模块、解调模块、滤波/放大模块、恒流源及偏置模块、LDO模块和输出驱动模块，整流/增益控制模块的输入端输入金属电磁感应传感器输出的交变信号，输出端与解调模块连接，解调模块的输入端连接恒流源及偏置模块，输出端与滤波/放大模块连接，滤波/放大模块的输入端连接恒流源及偏置模块，输出端与输出驱动模块连接，输出驱动模块连接恒流源及偏置模块以及微控制器，LDO模块与恒流源及偏置模块以及输出驱动模块连接。本发明还公开了一种金属探测传感器电路。本发明提供的金属探测传感集成电路具有结构紧凑、成本低、适用范围广以及安全可靠的优势。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种金属探测传感集成电路及包括该金属探测传感集成电路的金属探测传感器电路。
背景技术
目前，金属探测传感信号处理通常使用价格非常高的MCU和一些分立器件以及通用IC进行组合，不仅体积大，成本高，也不利于大批量稳定生产。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种金属探测传感集成电路及包括该金属探测传感集成电路的金属探测传感器电路，以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种金属探测传感集成电路，其中，所述金属探测传感集成电路包括：整流/增益控制模块、解调模块、滤波/放大模块、恒流源及偏置模块、LDO模块和输出驱动模块，所述整流/增益控制模块的输入端用于输入金属电磁感应传感器输出的交变信号，以及分别连接所述恒流源及偏置模块和AGC端口，所述整流/增益控制模块的输出端与所述解调模块连接，所述解调模块的输入端还分别连接所述恒流源及偏置模块和外接电容端口，所述解调模块的输出端与滤波/放大模块的输入端连接，所述滤波/放大模块的输入端连接所述恒流源及偏置模块，所述滤波/放大模块的输出端与所述输出驱动模块的输入端连接，所述输出驱动模块的输入端还连接所述恒流源及偏置模块，所述输出驱动模块的输出端用于连接微控制器，所述LDO模块分别与所述恒流源及偏置模块以及所述输出驱动模块连接，所述恒流源及偏置模块还分别与外接电阻端口以及稳压供电端口连接；
所述LDO模块用于提供稳定电压；
所述恒流源及偏置模块用于提供稳定电流；
所述整流/增益控制模块用于在所述稳定电流的作用下对所述交变信号进行整流处理以及增益放大处理得到整流/增益处理后的信号；
所述解调模块能够在所述稳定电流的作用下对所述整流/增益处理后的信号进行解调得到解调信号；
所述滤波/放大模块能够在所述稳定电流的作用下对所述解调信号进行滤波/放大处理得到滤波放大信号；
所述输出驱动模块用于在所述稳定电流的作用下向所述微控制器输出滤波放大信号。
优选地，所述恒流源及偏置模块包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管和第一电阻，所述第一三极管的发射极连接所述稳压供电端口，所述第一三极管的集电极连接外接电阻端口，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述稳压供电端口连接，所述第二三极管的集电极连接所述第三三极管的集电极，所述第三三极管的发射极连接电源地，所述第三三极管的基极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接电源地，所述第四三极管的集电极连接所述第六三极管的集电极，所述第六三极管的发射极连接电源端，所述第六三极管的基极连接所述第七三极管的基极，所述第七三极管的发射极连接电源端，所述第七三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第七三极管的基极与所述第八三极管的基极连接，所述第八三极管的发射极连接电源端，所述第八三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第五三极管的基极与所述第四三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极通过所述第一电阻连接所述电源地，所述第五三极管的集电极连接所述输出驱动模块。
优选地，所述整流/增益控制模块包括第一电容、第二电容、第二电阻和第九三极管，所述第一电容并联设置在所述第二三极管的基极与发射极之间，所述第二电容并联设置在所述第三三极管的基极与发射极之间，所述第九三极管的基极为所述整流增益控制模块的输入端，所述第九三极管的集电极分别与解调模块以及所述AGC端口连接，所述第九三极管的发射极连接所述外接电容端口，所述第二电阻设置在所述第九三极管的基极与所述AGC端口之间。
优选地，所述解调模块第十三极管和第十一三极管，所述第十三极管的基极与所述第一电容的一端连接，所述第十三极管的发射极与所述第一电容的另一端连接，所述第十三极管的集电极与所述第九三极管的集电极连接，所述第十一三极管的基极与所述第十三极管的基极连接，所述第十一三极管的发射极与所述第十三极管的发射极连接，所述第十一三极管的集电极与所述滤波/放大模块连接。
优选地，所述滤波/放大模块包括第三电容、第三电阻、第十二三极管和第四电阻，所述第三电容与所述第三电阻并联后的一端连接所述第十三极管的集电极，所述第三电容与所述第三电阻并联后的另一端连接所述第十二三极管的基极，所述第十二三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第十二三极管的发射极连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接电源地。
优选地，所述输出驱动模块包括第五电阻、第十三三极管和第十四三极管，所述第五电阻的一端与所述第十二三极管的集电极连接，所述第五电阻的另一端与所述第十三三极管的基极连接，所述第十三三极管的集电极与所述第七三极管的集电极连接，所述第十三三极管的发射极与所述第五三极管的集电极连接，所述第十四三极管的基极与所述第五三极管的集电极连接，所述第十四三极管的集电极连接微控制器，所述第十四三极管的发射极连接电源地。
优选地，所述输出驱动模块还包括第十五三极管，所述第十五三极管的基极与所述第十三三极管的集电极连接，所述第十五三极管的集电极与所述第八三极管的集电极连接，所述第十五三极管的发射极连接微控制器。
作为本发明的第二个方面，提供一种金属探测传感器电路，其中，所述金属探测传感器电路包括金属电磁感应传感器、微控制器和前文所述的金属探测传感集成电路，所述金属电磁感应传感器与所述金属探测传感集成电路的整流/增益控制模块的输入端连接，所述微控制器与所述金属探测传感集成电路的输出驱动模块的输出端连接。
本发明提供的金属探测传感集成电路，通过整流/增益、解调、滤波/放大等模块对金属电磁感应传感器输出的交变信号进行处理，能够将金属探测传感器的信号有效的转换成为数字信号，以便于后续的数据处理，具有结构紧凑，使用寿命长、成本低、适用范围广以及安全可靠的优势。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的金属探测传感集成电路的结构框图。
图2为本发明提供的金属探测传感集成电路的电路原理图。
图3为图2所示的金属探测传感集成电路在金属探测传感器电路中的应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的第一个方面，提供一种金属探测传感集成电路，其中，如图1所示，所述金属探测传感集成电路100包括：整流/增益控制模块110、解调模块120、滤波/放大模块130、恒流源及偏置模块140、LDO模块150和输出驱动模块160，所述整流/增益控制模块110的输入端用于输入金属电磁感应传感器输出的交变信号，以及分别连接所述恒流源及偏置模块140和AGC端口，所述整流/增益控制模块110的输出端与所述解调模块120连接，所述解调模块120的输入端还分别连接所述恒流源及偏置模块140和外接电容端口，所述解调模块120的输出端与滤波/放大模块130的输入端连接，所述滤波/放大模块130的输入端连接所述恒流源及偏置模块140，所述滤波/放大模块130的输出端与所述输出驱动模块160的输入端连接，所述输出驱动模块160的输入端还连接所述恒流源及偏置模块140，所述输出驱动模块160的输出端用于连接微控制器，所述LDO模块150分别与所述恒流源及偏置模块140以及所述输出驱动模块160连接，所述恒流源及偏置模块140还分别与外接电阻端口Rbs以及稳压供电端口Vreg连接；
所述LDO模块150用于提供稳定电压；
所述恒流源及偏置模块140用于提供稳定电流；
所述整流/增益控制模块110用于在所述稳定电流的作用下对所述交变信号进行整流处理以及增益放大处理得到整流/增益处理后的信号；
所述解调模块120能够在所述稳定电流的作用下对所述整流/增益处理后的信号进行解调得到解调信号；
所述滤波/放大模块130能够在所述稳定电流的作用下对所述解调信号进行滤波/放大处理得到滤波放大信号；
所述输出驱动模块160用于在所述稳定电流的作用下向所述微控制器输出滤波放大信号。
本发明提供的金属探测传感集成电路，通过整流/增益、解调、滤波/放大等模块对金属电磁感应传感器输出的交变信号进行处理，能够将金属探测传感器的信号有效的转换成为数字信号，以便于后续的数据处理，具有结构紧凑，使用寿命长、成本低、适用范围广以及安全可靠的优势。
具体地，如图2所示，所述恒流源及偏置模块140包括：第一三极管P1、第二三极管P2、第三三极管N1、第四三极管N4、第五三极管N5、第六三极管P5、第七三极管P6、第八三极管P7和第一电阻R6，所述第一三极管P1的发射极连接所述稳压供电端口，所述第一三极管P1的集电极连接外接电阻端口Rbs，所述第一三极管P1的基极与所述第二三极管P2的基极连接，所述第二三极管P2的发射极与所述稳压供电端口Vreg连接，所述第二三极管P2的集电极连接所述第三三极管N1的集电极，所述第三三极管N1的发射极连接电源地GND，所述第三三极管N1的基极连接所述第四三极管N4的基极，所述第四三极管N4的发射极连接电源地GND，所述第四三极管N4的集电极连接所述第六三极管P5的集电极，所述第六三极管P5的发射极连接电源端Vcc，所述第六三极管P5的基极连接所述第七三极管P6的基极，所述第七三极管P6的发射极连接电源端Vcc，所述第七三极管P6的集电极连接所述输出驱动模块，所述第七三极管P6的基极与所述第八三极管P7的基极连接，所述第八三极管P7的发射极连接电源端，所述第八三极管P7的集电极连接所述输出驱动模块，所述第五三极管N5的基极与所述第四三极管N4的基极连接，所述第五三极管N5的发射极通过所述第一电阻R6连接所述电源地GND，所述第五三极管N5的集电极连接所述输出驱动模块。
优选地，所述第一三极管P1、第二三极管P2、第六三极管P5、第七三极管P6和第八三极管P7可以为P型三极管，第三三极管N1、第四三极管N4和第五三极管N5可以为N型三极管。
具体地，如图1和图2所示，所述整流/增益控制模块包括第一电容C1、第二电容C2、第二电阻RR2和第九三极管N2，所述第一电容C1并联设置在所述第二三极管P2的基极与发射极之间，所述第二电容C2并联设置在所述第三三极管N1的基极与发射极之间，所述第九三极管N2的基极为所述整流增益控制模块的输入端，所述第九三极管N2的集电极分别与解调模块以及所述AGC端口连接，所述第九三极管N2的发射极连接所述外接电容端口CAP，所述第二电阻RR2设置在所述第九三极管N2的基极与所述AGC端口之间。
优选地，所述第九三极管N2可以为N型三极管。
具体地，如图2所示，所述解调模块第十三极管P3和第十一三极管P4，所述第十三极管P3的基极与所述第一电容C1的一端连接，所述第十三极管P3的发射极与所述第一电容C1的另一端连接，所述第十三极管P3的集电极与所述第九三极管N2的集电极连接，所述第十一三极管P4的基极与所述第十三极管P3的基极连接，所述第十一三极管P4的发射极与所述第十三极管P3的发射极连接，所述第十一三极管P4的集电极与所述滤波/放大模块连接。
优选地，所述第十三极管P3和所述第十一三极管P4可以为P型三极管。
具体地，如图2所示，所述滤波/放大模块包括第三电容C3、第三电阻R2、第十二三极管N3和第四电阻R5，所述第三电容C3与所述第三电阻R2并联后的一端连接所述第十三极管P3的集电极，所述第三电容C3与所述第三电阻R2并联后的另一端连接所述第十二三极管N3的基极，所述第十二三极管N3的集电极连接所述输出驱动模块，所述第十二三极管N3的发射极连接所述第四电阻R5的一端，所述第四电阻R5的另一端连接电源地。
优选地，所述第十二三极管N3可以为N型三极管。
具体地，如图2所示，所述输出驱动模块包括第五电阻R6、第十三三极管N6和第十四三极管N8，所述第五电阻R6的一端与所述第十二三极管N3的集电极连接，所述第五电阻R6的另一端与所述第十三三极管N6的基极连接，所述第十三三极管N6的集电极与所述第七三极管P6的集电极连接，所述第十三三极管N6的发射极与所述第五三极管N5的集电极连接，所述第十四三极管N8的基极与所述第五三极管N5的集电极连接，所述第十四三极管N8的集电极连接微控制器，所述第十四三极管N8的发射极连接电源地。
优选地，所述第十三三极管N6和第十四三极管N8可以为N型三极管。
具体地，所述输出驱动模块还包括第十五三极管N7，所述第十五三极管N7的基极与所述第十三三极管N6的集电极连接，所述第十五三极管N7的集电极与所述第八三极管P7的集电极连接，所述第十五三极管N7的发射极连接微控制器MCU。
如图2所示，VDC为电源，VDC1为稳压供电；在进行金属探测时，外接一个LC振荡器，随着金属距离探测电感的距离接近，LC震荡幅度会减少，相反则变大；输入端口IN则可对LC振荡器的输出幅度进行检波放大，输出一个与金属接近速度（影响IC输出脉宽）和距离（取决于IC灵敏度）相关的脉冲信号给外接的MCU处理，从而得到所探测金属的距离或速度数据。
本发明提供的金属探测传感集成电路，由于采用非常可靠的双极型器件完成设计，没有通常CMOS器件具有的ESD缺陷，同时，用双极器件完成了微功耗设计，功耗可以和通常的CMOS IC可比，具有抗干扰能力强、适合于苛刻环境的特点。用本发明构成的金属探测仪器仪表结构紧凑，使用寿命长，成本低，适应范围广，安全可靠。
作为本发明的第二个方面，提供一种金属探测传感器电路，其中，如图1和图3所示，所述金属探测传感器电路包括金属电磁感应传感器、微控制器和前文所述的金属探测传感集成电路，所述金属电磁感应传感器与所述金属探测传感集成电路的整流/增益控制模块的输入端连接，所述微控制器与所述金属探测传感集成电路的输出驱动模块的输出端连接。
本发明提供的金属探测传感器电路，采用了前文的金属探测传感集成电路，通过整流/增益、解调、滤波/放大等模块对金属电磁感应传感器输出的交变信号进行处理，能够将金属探测传感器的信号有效的转换成为数字信号，以便于后续的数据处理，具有结构紧凑，使用寿命长、成本低、适用范围广以及安全可靠的优势。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种金属探测传感集成电路，其特征在于，所述金属探测传感集成电路包括：整流/增益控制模块、解调模块、滤波/放大模块、恒流源及偏置模块、LDO模块和输出驱动模块，所述整流/增益控制模块的输入端用于输入金属电磁感应传感器输出的交变信号，以及分别连接所述恒流源及偏置模块和AGC端口，所述整流/增益控制模块的输出端与所述解调模块连接，所述解调模块的输入端还分别连接所述恒流源及偏置模块和外接电容端口，所述解调模块的输出端与滤波/放大模块的输入端连接，所述滤波/放大模块的输入端连接所述恒流源及偏置模块，所述滤波/放大模块的输出端与所述输出驱动模块的输入端连接，所述输出驱动模块的输入端还连接所述恒流源及偏置模块，所述输出驱动模块的输出端用于连接微控制器，所述LDO模块分别与所述恒流源及偏置模块以及所述输出驱动模块连接，所述恒流源及偏置模块还分别与外接电阻端口以及稳压供电端口连接；
所述LDO模块用于提供稳定电压；
所述恒流源及偏置模块用于提供稳定电流；
所述整流/增益控制模块用于在所述稳定电流的作用下对所述交变信号进行整流处理以及增益放大处理得到整流/增益处理后的信号；
所述解调模块能够在所述稳定电流的作用下对所述整流/增益处理后的信号进行解调得到解调信号；
所述滤波/放大模块能够在所述稳定电流的作用下对所述解调信号进行滤波/放大处理得到滤波放大信号；
所述输出驱动模块用于在所述稳定电流的作用下向所述微控制器输出滤波放大信号。
2.根据权利要求1所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述恒流源及偏置模块包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管和第一电阻，所述第一三极管的发射极连接所述稳压供电端口，所述第一三极管的集电极连接外接电阻端口，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述稳压供电端口连接，所述第二三极管的集电极连接所述第三三极管的集电极，所述第三三极管的发射极连接电源地，所述第三三极管的基极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接电源地，所述第四三极管的集电极连接所述第六三极管的集电极，所述第六三极管的发射极连接电源端，所述第六三极管的基极连接所述第七三极管的基极，所述第七三极管的发射极连接电源端，所述第七三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第七三极管的基极与所述第八三极管的基极连接，所述第八三极管的发射极连接电源端，所述第八三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第五三极管的基极与所述第四三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极通过所述第一电阻连接所述电源地，所述第五三极管的集电极连接所述输出驱动模块。
3.根据权利要求2所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述整流/增益控制模块包括第一电容、第二电容、第二电阻和第九三极管，所述第一电容并联设置在所述第二三极管的基极与发射极之间，所述第二电容并联设置在所述第三三极管的基极与发射极之间，所述第九三极管的基极为所述整流增益控制模块的输入端，所述第九三极管的集电极分别与解调模块以及所述AGC端口连接，所述第九三极管的发射极连接所述外接电容端口，所述第二电阻设置在所述第九三极管的基极与所述AGC端口之间。
4.根据权利要求3所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述解调模块第十三极管和第十一三极管，所述第十三极管的基极与所述第一电容的一端连接，所述第十三极管的发射极与所述第一电容的另一端连接，所述第十三极管的集电极与所述第九三极管的集电极连接，所述第十一三极管的基极与所述第十三极管的基极连接，所述第十一三极管的发射极与所述第十三极管的发射极连接，所述第十一三极管的集电极与所述滤波/放大模块连接。
5.根据权利要求4所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述滤波/放大模块包括第三电容、第三电阻、第十二三极管和第四电阻，所述第三电容与所述第三电阻并联后的一端连接所述第十三极管的集电极，所述第三电容与所述第三电阻并联后的另一端连接所述第十二三极管的基极，所述第十二三极管的集电极连接所述输出驱动模块，所述第十二三极管的发射极连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接电源地。
6.根据权利要求5所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述输出驱动模块包括第五电阻、第十三三极管和第十四三极管，所述第五电阻的一端与所述第十二三极管的集电极连接，所述第五电阻的另一端与所述第十三三极管的基极连接，所述第十三三极管的集电极与所述第七三极管的集电极连接，所述第十三三极管的发射极与所述第五三极管的集电极连接，所述第十四三极管的基极与所述第五三极管的集电极连接，所述第十四三极管的集电极连接微控制器，所述第十四三极管的发射极连接电源地。
7.根据权利要求6所述的金属探测传感集成电路，其特征在于，所述输出驱动模块还包括第十五三极管，所述第十五三极管的基极与所述第十三三极管的集电极连接，所述第十五三极管的集电极与所述第八三极管的集电极连接，所述第十五三极管的发射极连接微控制器。
8.一种金属探测传感器电路，其特征在于，所述金属探测传感器电路包括金属电磁感应传感器、微控制器和权利要求1至7中任意一项所述的金属探测传感集成电路，所述金属电磁感应传感器与所述金属探测传感集成电路的整流/增益控制模块的输入端连接，所述微控制器与所述金属探测传感集成电路的输出驱动模块的输出端连接。
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