CN110907000A - 一种单向低通滤波阻断电路及方法 - Google Patents

一种单向低通滤波阻断电路及方法 Download PDF

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王伟奇
芦晓杰
刘友容
李佳斌
车林飞
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Abstract

本发明公开了一种单向低通滤波阻断电路及方法，应用于窄带物联网水气表中，包括二极管、电容和电感，二极管的阳极连接窄带物联网水气表的供电电源的正极和窄带物联网水气表的NB通讯模组的供电端，二极管的阴极连接电感的一端，电感的另一端连接电容的一端并作为单向低通滤波阻断电路的输出端连接水气表的主控制单元，电容的另一端接地。本发明加入低成本的肖特基二极管、电感和电容，很好的过滤掉NB发射时耦合到水气表电路上的有害脉冲，达到了让电池供电的NB模组设备在高强度的电磁环境下稳定可靠的工作，完美解决了无磁计量传感器的ADC采集弱小信号的能力。

Description

一种单向低通滤波阻断电路及方法
技术领域
本发明涉及远传水表领域，特别涉及一种应用于窄带物联网水气表的单向低通滤波阻断电路及方法。
背景技术
当前NB-IOT(Narrow Band Internet of Things)窄带物联网智能水表采用的电池大致可分为两类，一类是：锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池，另一类是：锂二氧化锰电池。
锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池能量密度高。电池的开路电压为3.65V，在较宽广的温度范围内核低至中等放电率下放电，EVE Li/SOCl2都具有平坦的放电曲线和优良的性能，能在极高的温度下很好的工作。Li/SOCl2体系存在安全和电压滞后问题，其中安全问题特别容易在高放电率放电和过放电时发生，而电池经高温贮存后继续在低温放电时，则会出现明显的电压滞后现象，如图1所示。
由于锂亚电池的容量密度和端压高等优点，并为了适应NB水表中无磁计量电路对电压的需要，所以NB水表普遍采用3.6V的锂亚电池。但锂亚电池具有明显的电压滞后缺点，在加上NB模组联网的瞬时功耗很大，可达400mA。所以在NB与基站连接时，所产生的纹波及辐射到电路上的微波信号严重干扰了低功耗NB水气表的正常工作，导致一下问题：
1.NB和基站建立连接时电压滞后干扰无磁计量表头ADC脉冲采集电路，导致ADC量化脉冲时产生错误，出现计量脉冲丢数的情况。
2.NB信号通过电源线耦合到MCU的供电管脚，导致干簧管或霍尔的输出脉冲电平发生变化造成计量错误。
3.NB信号耦合到电源电路，导致电源自激震荡烧毁MCU，相关干扰波形如图2所示。
图中我们可以看出，使用锂亚电池超级电容，电池的NB模组在信号等级为 2的环境里驻网电源会出现2.6V的干扰波形。而2.6V的纹波就会对无磁计量模块的AD采样产生影响，导致计量丢失及MCU烧毁。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种应用于窄带物联网水气表的单向低通滤波阻断电路和方法。
第一方面，本发明提供一种单向低通滤波阻断电路，应用于窄带物联网水气表中，包括二极管、第一电容和电感，二极管的阳极连接窄带物联网水气表的供电电源的正极和窄带物联网水气表的NB通讯模组的供电端，二极管的阴极连接电感的一端，电感的另一端连接第一电容的一端和窄带物联网水气表的主控制单元的供电端，第一电容的另一端接地。
进一步的，所述的二极管是肖特基二极管。
第二方面，本发明提供一种单向低通滤波阻断电路，应用于窄带物联网水气表中，包括二极管、第一电容、电感和第二电容；二极管的阳极和电感的一端连接窄带物联网水气表的供电电源的正极；二极管的阴极连接第一电容的一端和窄带物联网水气表的主控制单元MCU的供电端；电感的另一端连接第二电容的一端和窄带物联网水气表的NB通讯模组的供电端；第一电容的另一端和第二电容的另一端接地。
进一步的，所述的二极管是肖特基二极管。
第三方面，本发明提供一种单向低通滤波阻断方法，其特征在于，应用了权利要求1至4任意一项所述的单向低通滤波阻断电路滤除NB通讯模组发射信号是的干扰波形，阻断NB通讯模组和基站交互数据时产生的负脉冲。
本发明加入低成本的肖特基二极管、电感和电容构成了具备特殊功能的单向L型低通滤波(LPF)阻断电路，很好的过滤掉NB发射时耦合到电路上的有害脉冲，达到了让电池供电的NB模组设备在高强度的电磁环境下稳定可靠的工作，达到使用屏蔽盖时对信号的屏蔽效果，完美解决了无磁计量传感器的ADC 采集弱小信号的能力。
附图说明
图1为现有技术的锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池经高温贮存后继续在常温放电的电压滞后现象测试图；
图2-1为未增加单向低通滤波阻断电路时水气表的MCU供电管脚上的干扰脉冲；
图2-2为单个干扰脉冲的放大图；
图2-3为模拟干扰脉冲对计量传感器的影响；
图2-4为NB发射时供电电路上叠加的自激波形；
图3为本发明的单向低通滤波阻断电路应用在干簧管计量传感器水气表中的原理图；
图4为本发明的单向低通滤波阻断电路应用在霍尔计量传感器水气表中的原理图；
图5为本发明的单向低通滤波阻断电路应用在无磁计量传感器水气表中的原理图；
图6为应用了本发明的单向低通滤波阻断电路的水气表A和B两点的测试波形示意图；
图7为本发明实施例二的单向低通滤波阻断电路应用在无磁计量传感器水气表中的原理图。
具体实施例
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
本实施例是型低通滤波(LPF)阻断电路应用在干簧管计量传感器水气表中，其电路原理如图3所示。在干簧管计量传感器水气表的电路中加入包括二极管、电感和第一电容的具备特殊功能的单向L型低通滤波(LPF)阻断电路，二极管的阳极连接水气表的供电电源的正极和水气表的NB通讯模组的供电端，二极管的阴极连接电感的一端，电感的另一端连接第一电容的一端和水气表的主控制单元MCU的供电端，第一电容的另一端接地。
上述二极管优选肖特基二极管。
根据截止频率的计算公式：
Figure RE-GDA0002367280270000041
L:单位uH
C:单位pF
F:单位MHz
根据干扰波形的特性，我们设置LC谐振波形为30Hz。那么计算出来的C＝0.33F,L＝100uH。
根据NB与基站的通讯频率，设定LPF的阻断频率，再计算电感L和电容 C的值。达到迅速衰减大于30Hz的有害波形，破坏电路自激的反馈路径，消除 NB信号干扰计量的目的。同时使用肖特基二极管的单向性，快速切断NB在发射时大脉宽吸取电容储存的能量，进一步滤除大振幅低频率的负相干扰脉冲。解决MCU和计量传感器在NB联网时电路参数的稳定性。
图2-1至图2-4展示了未增加单向低通滤波阻断电路时，干扰脉冲对MCU供电管脚的影响，此干扰脉冲会导致MCU及其计量传感器工作异常。图2-3中可以看出当计量传感器电压下降到2.7V时，已工作异常开始丢数了。
图4为本发明的单向低通滤波阻断电路应用在霍尔计量传感器水气表中的原理图；图5为本发明的单向低通滤波阻断电路应用在无磁计量传感器水气表中的原理图。
图6为应用了本发明的单向低通滤波阻断电路的水气表A和B两点的测试波形示意图。A点为单向低通滤波阻断电路的输入，B点为单向低通滤波阻断电路的输出，从图6能够看出，加入低成本的肖特基二极管、电感和电容构成了具备特殊功能的单向L型低通滤波(LPF)阻断电路，很好的过滤掉NB发射时耦合到电路上的有害脉冲，达到了让电池供电的NB模组设备在高强度的电磁环境下稳定可靠的工作，完美解决了无磁计量传感器的ADC采集弱小信号的能力。
实施例二
本实施例为单向低通滤波阻断电路的另一种实现方式，如图7所示，包括二极管、第一电容、电感和第二电容；二极管的阳极和电感的一端连接水气表的供电电源的正极；二极管的阴极连接第一电容的一端和水气表的主控制单元 MCU的供电端；电感的另一端连接第二电容的一端和水气表的NB通讯模组的供电端；第一电容的另一端和第二电容的另一端接地。
上述二极管优选肖特基二极管。
把电感和第二电容放在NB的供电回路时,电路可以使用不带超级电容的锂亚电池供电,第一电容和二极管构成低通滤波器,阻断/破坏NB发射信号时的干扰波形反射到供电回路上,阻断干扰脉冲外泄。
MCU供电回路上的肖特基二极管和电容的作用是阻断NB和基站交互数据时产生的大幅度的负脉冲,保证MCU可靠运行。
实施例三
本实施例提供一种单向低通滤波阻断方法，应用了实施例一和实施例二所述的单向低通滤波阻断电路滤除NB通讯模组发射信号是的干扰波形，阻断NB 通讯模组和基站交互数据时产生的负脉冲。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单向低通滤波阻断电路，其特征在于：应用于窄带物联网水气表中，包括二极管、第一电容和电感，二极管的阳极连接窄带物联网水气表的供电电源的正极和窄带物联网水气表的NB通讯模组的供电端，二极管的阴极连接电感的一端，电感的另一端连接第一电容的一端和窄带物联网水气表的主控制单元的供电端，第一电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的单向低通滤波阻断电路，其特征在于：所述的二极管是肖特基二极管。
3.一种单向低通滤波阻断电路，其特征在于：应用于窄带物联网水气表中，包括二极管、第一电容、电感和第二电容；二极管的阳极和电感的一端连接窄带物联网水气表的供电电源的正极；二极管的阴极连接第一电容的一端和窄带物联网水气表的主控制单元MCU的供电端；电感的另一端连接第二电容的一端和窄带物联网水气表的NB通讯模组的供电端；第一电容的另一端和第二电容的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的单向低通滤波阻断电路，其特征在于：所述的二极管是肖特基二极管。
5.一种单向低通滤波阻断方法，其特征在于，应用了权利要求1至4任意一项所述的单向低通滤波阻断电路滤除NB通讯模组发射信号是的干扰波形，阻断NB通讯模组和基站交互数据时产生的负脉冲。
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