CN112327211B - 一种车载麦克风电源连接状态监测电路及方法 - Google Patents

一种车载麦克风电源连接状态监测电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车载麦克风电源连接状态监测电路，包括与麦克风电连接的信号监测电路，与信号监测电路电连接的信号转换电路，与信号监测电路输出端电连接的MCU芯片的第一监测接口，与信号转换电路输出端电连接的MCU芯片的第二监测接口，与信号监测电路供电端电连接的第一供电电源，与信号转换电路供电端电连接的第二供电电源，通过第一监测接口、第二监测接口的不同电平的组合，监测麦克风电源连接状态。本发明创新地使用了全新的麦克风电源连接状态监测电路，由三极管、电阻、电容分立元件组成。本发明具有成本低，检测灵敏度高，准确性与稳定性好的优点，可减少产品量产不良率。本发明能监测到直流电流低至0.1mA的麦克风电源连接状态。

Description

一种车载麦克风电源连接状态监测电路及方法
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种车载麦克风电源连接状态监测电路及方法。
背景技术
随着汽车电子可靠性要求提高，现在多数汽车ECU(Electronic Control Unit的缩写，即电子控制单元)的外接设备都要求有诊断(即监测外接设备的连接状态：开路、短路到电地、短路到车身电源、正常工作)功能。现有各厂商的车载麦克风电源监测电路，都是通过检测麦克风电源的电流值Iload来判断麦克风的连接状态，检测原理如图1所示，电流流过Rsense产生电压降Vsense，然后芯片IC检测Vsense电压值来判断电流值Iload及外接麦克风连接状态。各厂商常用车载麦克风的直流内阻在1KΩ～30KΩ之间，直流电流在0.16mA～8mA之间，车载麦克风的直流电流有一定的公差，其直流电流值是一个范围，比如：某型号麦克风直流电流值为0.2mA～2mA。
现有的通过监测电流的方法，是通过调整Rsense值来应对麦克风电流的大小。但因为Rsense的值不能设置太大，所以没法覆盖麦克风的整个电流范围，没法检测到1mA以下的微小电流。因此现有的通过监测电流方法，存在以下缺陷：
(1)对直流电流1mA以下的麦克风没法监测或没法准确监测；
(2)需要通过专用IC对电流监测，成本较高。
针对这些问题，我们发明了一种车载麦克风电源连接状态监测电路及方法。
发明内容
本发明的发明目的在于解决现有的通过监测电流方法，存在对直流电流1mA以下的麦克风没法监测或没法准确监测，需要通过专用IC对电流监测，成本较高的问题。其具体解决方案如下：
一种车载麦克风电源连接状态监测电路，包括与麦克风电连接的信号监测电路，与信号监测电路电连接的信号转换电路，与信号监测电路输出端电连接的MCU芯片的第一监测接口，与信号转换电路输出端电连接的MCU芯片的第二监测接口，与信号监测电路供电端电连接的第一供电电源，与信号转换电路供电端电连接的第二供电电源，通过所述第一监测接口、所述第二监测接口的不同电平的组合，监测所述麦克风电源连接状态。
进一步地，所述信号监测电路包括麦克风接口JK1，与JK1电连接的电阻R21、电阻R23、电容C1，电容C1另一端接地，电阻R21另一端电连接电阻R22、三极管Q2的基极，电阻R22另一端与三极管Q2的发射极电连接，并作为信号监测电路供电端，电阻R23另一端与电阻R24、电容C2的一端电连接，并作为信号监测电路输出端，电阻R24、电容C2的另一端均接地，三极管Q2的集电极与信号转换电路电连接。
进一步地，所述麦克风的等效电阻R6的一端与JK1电连接，等效电阻R6的另一端接地。
进一步地，所述信号转换电路包括与三极管Q2的集电极电连接的电阻R18，电阻R18另一端与电阻R20、三极管Q1的基极电连接，电阻R20另一端、三极管Q1的发射极均接地，三极管Q1的集电极与电阻R19、电容C3的一端电连接，并作为信号转换电路输出端，电容C3的另一端接地，电阻R19另一端作为信号转换电路供电端。
进一步地，所述MCU芯片的型号为FS32K146UATOVLLT，第一监测接口为引脚45_ADC0，第二监测接口为引脚30_PTC2。
进一步地，所述等效电阻R6的阻值为1K-30K。
进一步地，所述第一供电电源为V1直流电压5.7V，用于提供麦克风及信号监测电路的电源，第二供电电源为V2直流电压3.3V，用于提供信号转换电路的上拉电源。
进一步地，所述三极管Q2为PNP型管，电阻R21为10Ω，R22为5.6K，R23为220K，R24为47K，电容C1为10nF，C2为100pF；所述三极管Q1为NPN型管，电阻R18为4.7K，R19为10K，R20为10K，电容C3为100pF。
上述一种车载麦克风电源连接状态监测电路的一种车载麦克风电源连接状态监测方法，包括车载麦克风电源开路状态监测方法、车载麦克风电源短路到地状态监测方法、车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法、车载麦克风电源正常工作状态监测方法，其中
车载麦克风电源开路状态监测方法如下：
当车载麦克风电源开路时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R23、R24分压得到，此时Vbe电压小于0.7V导通电压，三极管Q2处于截止状态，三极管Q1也处于截止状态，MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23、R21、R22分压M1，通过高电平H和M1电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为开路状态；
车载麦克风电源短路到地状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到地时，麦克风接口JK1的电压被拉到0V，三极管Q2发射极与基极电压Vbe大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1同时导通，MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M2，通过低电平L和M2电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到地状态；
车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到车身电源12V时，麦克风接口JK1的电压被拉到12V，三极管Q2发射极与基极处于反偏置状态，三极管Q2、Q1均处于截止状态，MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M3，通过高电平H和M3电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到车身电源状态；
车载麦克风电源正常工作状态监测方法如下：
当车载麦克风电源处于正常工作状态时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R6分压得到，Vbe大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1均导通，麦克风接口JK1的电压为5V，MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23从JK1的分压M4，通过低电平L和M4电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为正常工作状态。
进一步地，所述M1为0.98V，M2为0V，M 3为2.11V，M 4为0.88V，三极管Q2型号为BC807，三极管Q1型号为BC847BW。
综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明解决了现有的通过监测电流方法，存在对直流电流1mA以下的麦克风没法监测或没法准确监测，需要通过专用IC对电流监测，成本较高的问题。本发明创新地使用了全新的麦克风电源连接状态监测电路，由三极管、电阻、电容分立元件组成。通过三极管基极给麦克风供电，麦克风不同的连接状态会驱动三极管的导通与截止，给MCU(即微控制器)不同的电平状态，从而达到监测麦克风电源连接状态的目的。与现有厂商技术相比，本发明具有成本低，检测灵敏度高，准确性与稳定性好的优点，可以减少产品量产不良率。因为三极管的基极需要的驱动电流很小(0.1mA以下)，所以本发明能监测到直流电流低至0.1mA的麦克风电源连接状态。麦克风电源连接状态包括开路状态、短路到电源状态、短路到地状态、正常工作状态四种，因此本发明的监测电路检测功能全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的通过监测电流方法的电路结构图；
图2为本发明一种车载麦克风电源连接状态监测电路的方框图；
图3为本发明一种车载麦克风电源连接状态监测电路的电路图。
附图标记说明：
10-麦克风，20-信号监测电路，30-信号转换电路，40-MCU芯片，51-第一供电电源，52-第二供电电源，JK1-麦克风接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图2、3所示，一种车载麦克风电源连接状态监测电路，包括与麦克风10电连接的信号监测电路20，与信号监测电路20电连接的信号转换电路30，与信号监测电路20输出端电连接的MCU芯片40的第一监测接口，与信号转换电路30输出端电连接的MCU芯片40的第二监测接口，与信号监测电路20供电端电连接的第一供电电源51，与信号转换电路30供电端电连接的第二供电电源52，通过第一监测接口、第二监测接口的不同电平的组合，监测麦克风电源连接状态。
进一步地，信号监测电路20包括麦克风接口JK1，与JK1电连接的电阻R21、电阻R23、电容C1，电容C1另一端接地，电阻R21另一端电连接电阻R22、三极管Q2的基极，电阻R22另一端与三极管Q2的发射极电连接，并作为信号监测电路20供电端，电阻R23另一端与电阻R24、电容C2的一端电连接，并作为信号监测电路20输出端，电阻R24、电容C2的另一端均接地，三极管Q2的集电极与信号转换电路30电连接。
进一步地，麦克风10的等效电阻R6的一端与(麦克风接口)JK1电连接，等效电阻R6的另一端接地。
进一步地，信号转换电路30包括与三极管Q2的集电极电连接的电阻R18，电阻R18另一端与电阻R20、三极管Q1的基极电连接，电阻R20另一端、三极管Q1的发射极均接地，三极管Q1的集电极与电阻R19、电容C3的一端电连接，并作为信号转换电路30输出端，电容C3的另一端接地，电阻R19另一端作为信号转换电路30供电端。
进一步地，MCU芯片40的型号为FS32K146UATOVLLT，第一监测接口为引脚45_ADC0，第二监测接口为引脚30_PTC2。
进一步地，等效电阻R6的阻值为1K-30K(单位K也就是千欧姆)。
进一步地，第一供电电源51为V1直流电压5.7V，用于提供麦克风10及信号监测电路20的电源，第二供电电源52为V2直流电压3.3V，用于提供信号转换电路30的上拉电源。
进一步地，三极管Q2为PNP型管，电阻R21为10Ω，R22为5.6K，R23为220K，R24为47K，电容C1为10nF，C2为100pF；三极管Q1为NPN型管，电阻R18为4.7K，R19为10K，R20为10K，电容C3为100pF。
上述一种车载麦克风电源连接状态监测电路的一种车载麦克风电源连接状态监测方法，包括车载麦克风电源开路状态监测方法、车载麦克风电源短路到地状态监测方法、车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法、车载麦克风电源正常工作状态监测方法四种，其中
(1)车载麦克风电源开路状态监测方法如下：
当车载麦克风电源开路时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R23、R24分压得到，此时Vbe电压[也就是(R22/(R21+R23+R24))*5.7V＝0.117V]小于0.7V导通电压，三极管Q2处于截止状态，三极管Q1也处于截止状态，MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23、R21、R22分压M1(M1为0.98V)，通过高电平H和M1电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为开路状态；M1＝R24/(R24+R23+R21+R22)*5.7V
(2)车载麦克风电源短路到地状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到地时，麦克风接口JK1的电压被拉到0V，三极管Q2发射极与基极电压Vbe(为R22/(R22+R21)*5.7V约等于5.7V)大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1同时导通，MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M2(由于JK1为0V，所以R24上的电压也为0V，M2为0V)，通过低电平L和M2电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到地状态；
(3)车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到车身电源12V时，麦克风接口JK1的电压被拉到12V，三极管Q2发射极与基极处于反偏置(Vbe约为-6.3V)状态，三极管Q2、Q1均处于截止状态，MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M3(M 3为2.11V)，通过高电平H和M3电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到车身电源状态；M3＝R24/(R24+R23)*12V
(4)车载麦克风电源正常工作状态监测方法如下：
当车载麦克风电源处于正常工作状态时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R6分压得到，Vbe大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1均导通，麦克风接口JK1的电压为5V，MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23从JK1的分压M4(M 4为0.88V)，通过低电平L和M4电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为正常工作状态。M 4＝R24/(R24+R23)*5V
因为麦克风正常工作时，三极管Q2必须导通，为了保证发射极与基极电压Vbe大于导通需要的电压0.7V，麦克风等效电阻R6值最大可达40KΩ，因此本发明电路可检测到最小0.125mA的车载麦克风工作电流，实现麦克风微小电流的准确监测。
本发明中三极管Q2型号为BC807或者其他PNP型号管，三极管Q1型号为BC847BW或者其他NPN型号管。MCU芯片型号为FS32K146UATOVLLT或者其他型号，MCU芯片是车载电子平台中本身固有的微处理芯片，不是专为监测麦克风所设的芯片。电容C1、C2、C3是滤波电容，电阻R21具有限流和保险作用。V1的电压可为5.7V～6V。
本发明的车载麦克风电源监测逻辑设定表如下：
综上所述，采用本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明解决了现有的通过监测电流方法，存在对直流电流1mA以下的麦克风没法监测或没法准确监测，需要通过专用IC对电流监测，成本较高的问题。本发明创新地使用了全新的麦克风电源连接状态监测电路，由三极管、电阻、电容分立元件组成。通过三极管基极给麦克风供电，麦克风不同的连接状态会驱动三极管的导通与截止，给MCU(即微控制器)不同的电平状态，从而达到监测麦克风电源连接状态的目的。与现有厂商技术相比，本发明具有成本低，检测灵敏度高，准确性与稳定性好的优点，可以减少产品量产不良率。因为三极管的基极需要的驱动电流很小(0.1mA以下)，所以本发明能监测到直流电流低至0.1mA的麦克风电源连接状态。麦克风电源连接状态包括开路状态、短路到电源状态、短路到地状态、正常工作状态四种，因此本发明的监测电路检测功能全。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于：包括与麦克风电连接的信号监测电路，与信号监测电路电连接的信号转换电路，与信号监测电路输出端电连接的MCU芯片的第一监测接口，与信号转换电路输出端电连接的MCU芯片的第二监测接口，与信号监测电路供电端电连接的第一供电电源，与信号转换电路供电端电连接的第二供电电源，通过所述第一监测接口、所述第二监测接口的不同电平的组合，监测所述麦克风电源连接状态；所述信号监测电路包括麦克风接口JK1，与JK1电连接的电阻R21、电阻R23、电容C1，电容C1另一端接地，电阻R21另一端电连接电阻R22、三极管Q2的基极，电阻R22另一端与三极管Q2的发射极电连接，并作为信号监测电路供电端，电阻R23另一端与电阻R24、电容C2的一端电连接，并作为信号监测电路输出端，电阻R24、电容C2的另一端均接地，三极管Q2的集电极与信号转换电路电连接；所述信号转换电路包括与三极管Q2的集电极电连接的电阻R18，电阻R18另一端与电阻R20、三极管Q1的基极电连接，电阻R20另一端、三极管Q1的发射极均接地，三极管Q1的集电极与电阻R19、电容C3的一端电连接，并作为信号转换电路输出端，电容C3的另一端接地，电阻R19另一端作为信号转换电路供电端。
2.根据权利要求1所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于：所述麦克风的等效电阻R6的一端与JK1电连接，等效电阻R6的另一端接地。
3. 根据权利要求2所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于： 所述MCU芯片的型号为FS32K146UATOVLLT，第一监测接口为引脚45_ADC0，第二监测接口为引脚30_PTC2。
4. 根据权利要求3所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于： 所述等效电阻R6的阻值为1K-30K。
5. 根据权利要求4所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于： 所述第一供电电源为V1直流电压5.7V，用于提供麦克风及信号监测电路的电源，第二供电电源为V2直流电压3.3V，用于提供信号转换电路的上拉电源。
6. 根据权利要求5所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路，其特征在于：所述三极管Q2为PNP型管，电阻R21为10Ω，R22为5.6K，R23为220K，R24为47K，电容C1为10nF，C2为100pF ；所述三极管Q1为NPN型管，电阻R18为4.7K，R19为10K，R20为10K，电容C3为100pF。
7.基于权利要求1至6中任一项所述一种车载麦克风电源连接状态监测电路的一种车载麦克风电源连接状态监测方法，其特征在于，包括车载麦克风电源开路状态监测方法、车载麦克风电源短路到地状态监测方法、车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法、车载麦克风电源正常工作状态监测方法，其中
车载麦克风电源开路状态监测方法如下：
当车载麦克风电源开路时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R23、R24分压得到，此时Vbe电压小于0.7V导通电压，三极管Q2处于截止状态，三极管Q1也处于截止状态， MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23、R21、R22分压M1，通过高电平H和M1电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为开路状态；
车载麦克风电源短路到地状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到地时，麦克风接口JK1的电压被拉到0V，三极管Q2发射极与基极电压Vbe大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1同时导通， MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M2，通过低电平L和M2电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到地状态；
车载麦克风电源短路到车身电源状态监测方法如下：
当车载麦克风电源短路到车身电源12V时，麦克风接口JK1的电压被拉到12V，三极管Q2发射极与基极处于反偏置状态，三极管Q2、Q1均处于截止状态， MCU芯片引脚30得到高电平H，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23分压M3，通过高电平H和M3电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为短路到车身电源状态；
车载麦克风电源正常工作状态监测方法如下：
当车载麦克风电源处于正常工作状态时，三极管Q2发射极与基极电压Vbe由电阻R22与R21、R6分压得到，Vbe大于导通电压0.7V，三极管Q2、Q1均导通，麦克风接口JK1的电压为5V，MCU芯片引脚30得到低电平L，同时MCU芯片引脚45得到电阻R24与R23从JK1的分压M4，通过低电平L和M4电平，MCU芯片判定车载麦克风电源为正常工作状态。
8. 根据权利要求7所述一种车载麦克风电源连接状态监测方法，其特征在于：所述M1为0.98V，M2为0V，M 3为2.11V，M 4为0.88V，三极管Q2型号为BC807，三极管Q1型号为BC847BW。
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