CN116722935B - 具有能量判决功能的btm天线单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有能量判决功能的BTM天线单元，包括A4接口能量判决电路和A4接口能量采集电路，所述A4接口能量采集电路用于采集A4接口信号，并对A4接口信号进行分压后，输出第一级电压和第二级电压到A4接口能量判决电路；A4接口能量判决电路包括第一能量判决电路和第二能量判决电路，第一能量判决电路用于判断第一级电压是否在指定范围内；第二能量判决电路用于判决第二级电压是否过零。本发明的BTM天线单元能够针对能量赋值出现高门限、低门限和过零进行充分判断，提高了BTM天线信号的可靠性和故障定位效率。

Description

具有能量判决功能的BTM天线单元

技术领域

本发明属于轨道交通通信技术领域，特别涉及一种具有能量判决功能的BTM天线单元。

背景技术

BTM（balise-transmission-module，应答器传输模块）是应答器传输系统的重要组成部分。BTM天线单元能够用于发送和接收能量载波的双向传输的天线单元，通常包括接收和发送线圈，能将BTM传送来的能量载波向地面辐射，接收应答器发送的上行链路信号，并传送给BTM。BTM天线的主要功能是向应答器发送27MHz激活信号，和接收来自应答器的4MHz报文信号。在空闲（无应答器）时由BTM的解码板触发执行天线发送能量强度和接收链路的自检。

BTM天线单元能够用于探测应答器，具备两大基本的功能：一、通过A4接口向应答器辐射能量；二、接收应答器的FSK（A1接口）信号。为了能够通过BTM检测天线回路的工作是否正常，还设置有自检电路：响应BTM发送的天线单元自检请求并发送检测信号。

应答器需要在被激活以后才能向BTM天线发送报文信号，因此27MHz信号的幅度值的高低对列车安全运行非常重要，如果幅度值过低或过高都需要从天线送出告警信息，现有技术中确少对BTM天线单元信号的精准全面监测，安全性高不足。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有能量判决功能的BTM天线单元，包括A4接口能量判决电路和A4接口能量采集电路，

所述A4接口能量采集电路用于采集A4接口信号，并对A4接口信号进行分压后，输出第一级电压和第二级电压到A4接口能量判决电路；

A4接口能量判决电路包括第一能量判决电路和第二能量判决电路，第一能量判决电路用于判断第一级电压是否在指定范围内；第二能量判决电路用于判决第二级电压是否过零。

进一步地，信号采集判决电路还包括AD采样电路和逻辑控制单元；

A4接口能量判决电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端，A4接口能量采集电路的第二端连接能量拾取环，AD采样电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端；

A4接口能量采集电路用于通过能量拾取环采集A4接口信号；

A4接口能量采集电路将采集的A4接口信号输入到A4接口能量判决电路进行判决；

A4接口能量判决电路用于将判决结果输出到逻辑控制单元。

进一步地，A4接口能量采集电路包括依次串联的第三滤波电路、第四滤波电路和分压保护电路；第三滤波电路的第一端连接A4信号的采集接口单元，第二端连接第四滤波电路的第一端，第四滤波电路的第二端连接分压保护电路的第一端，分压保护电路的第二端通过两个输出接口分别输出电压信号。

进一步地，第三滤波电路包括第八电容、第二电阻、第九电容和第十电容；

其中第八电容的第一端连接采集接口单元和第二电阻的第一端，第二端接地；第二电阻的第二端连接第九电容的第一端，第九电容的第二端接地；第十电容的第一端连接第二电阻的第二端，第二端连接第四滤波电路的第一端。

进一步地，第四滤波电路包括第六电感、第十一电容、第十二电容和第十三电容；

其中第十一电容和第十二电容串联后与第六电感并联；

第六电感的第一端连接第十电容的第二端，第六电感的第二端连接第十三电容的第一端，第十三电容的第二端接地，并连接分压保护电路的第一端。

进一步地，分压保护电路包括第一分压电路和第二分压电路，第一分压电路和第二分压电路通过两个反接二极管连接，并分别输出不同等级电压，包括第一级电压和第二级电压；

第一分压保护电路和第二分压保护电路通过第一肖特基二极管连接，并通过第一肖特基二极管连接第四滤波电路。

进一步地，第一分压电路包括第三电阻和第十四电容；第二分压电路包括第四电阻和第十五电容；

第一肖特基二极管的阳极连接第四滤波电路的第二端，第一肖特基二极管的第一阴极连接第三电阻的第一端和第十四电容的第一端；第三电阻的第二端接地，第十四电容的第二端接地；第一肖特基二极管的第二阴极连接第四电阻的第一端和第十五电容的第一端；第四电阻的第二端接地，第十五电容的第二端接地；第十四电容的第一端作为第一分压电路的输出端，输出第一级电压，第十五电容的第一端作为第二分压电路的输出端，输出第二级电压。

进一步地，第一能量判决电路包括低门限调整电路、第一比较器、高门限调整电路和第二比较器；

A4接口能量采集电路输出的第一级电压分别输入到第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端，第一比较器用于判断第一级电压是否小于第一阈值，第二比较器用于判断第一级电压是否大于第二阈值；

低门限调整电路连接第一比较器的第二输入端，用于确定第一阈值；

高门限调整电路连接第二比较器的第一输入端，用于确定第二阈值。

进一步地，第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端通第一钳位器件进行电压钳位, 防止烧坏比较器。

进一步地，第一钳位器件为第二肖特基二极管，其内部包含两个顺接二极管；

第二肖特基二极管的第三管脚与第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端连接；

第二肖特基二极管的第一管脚接地，第二管脚连接电源。

进一步地，低门限调整电路包括两组电阻，第一组电阻并联在第一分压节点和电源之间，第二组电阻并联在第一分压节点和接地点之间。

进一步地，第一能量判决电路还包括第五滤波电路，第五滤波电路连接在电源和第一分压节点之间，用于过滤电源侧的波纹信号。

进一步地，高门限调整电路包括两组电阻，第三组电阻并联在第二分压节点和电源之间，第四组电阻并联在第二分压节点和接地点之间。

进一步地，第一级电压的输入端与第一比较器的第一输入端之间连接第二十三电阻；第一级电压的输入端与第二比较器的第二输入端之间串联第二十三电阻和第二十一电阻；第二十三电阻和第二十一电阻之间分别通过第十九电容、第二十四电阻、第二十电容和第二十五电阻接地。

进一步地，第二能量判决电路包括第三比较器，第二级电压输入到第三比较器的第一输入端，第三比较器用于判断第二级电压是否过零，若过零，则输出告警信号。

进一步地，第三比较器的第二输入端连接第四钳位器件进行电压钳位, 防止烧坏比较器。

进一步地，第四钳位器件为第四肖特基二极管，内部为两个顺接二极管；

第四肖特基二极管的第三管脚与第三比较器的第二输入端连接，第四肖特基二极管的第一管脚接地，第二管脚连接电源；

能量告警的判断采用第四肖特基二极管的二极管的压降作为参考电压。

进一步地，第三比较器的第一输入端通过第二十六电阻R26连接电源；

第二十六电阻的第一端连接电源，第二端连接第三比较器的第一输入端；第二十六电阻和第三比较器的第一输入端之间通过第二十一电容接地；第二十一电容的第一端连接第二十六电阻的第二端，第二十一电容的第二端接地。

进一步地，第三比较器的第一输入端连接第三钳位器件进行电压钳位,将电源电压稳定钳位在指定低电压。

进一步地，第二级电压通过串联的第二十八电阻和第二十九电阻连接输入到第三比较器的第二输入端；

第二十八电阻的第一端连接第二级电压的输入端，第二十八电阻的第二端连接第二十九电阻的第一端，第二十九电阻的第一端连接第二十八电阻的第一端，第二十九电阻的第二端连接第三比较器的第二输入端；

第二十八电阻和第二十九电阻之间的连接点分别通过第二十二电容和第三十一电阻接地。

本发明的BTM天线单元能够针对能量赋值出现高门限、低门限和过零进行充分判断，提高了BTM天线信号的可靠性和故障定位效率。同时，判决电路通过多个电阻在适当位置进行调节，使得输入信号的直流信号电平值在合理的范围内，便于判决电路通过合理的电阻取值达到理想的判断精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的具有能量判决功能的BTM天线单元的模块结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的低通滤波板的电路结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的低通滤波板的第一端口的正向传输系数的仿真结果图；

图4示出了根据本发明实施例的低通滤波板的第一端口的反射系数的仿真结果图；

图5示出了根据本发明实施例的低通滤波板的电路的网络分析仪测试结果图；

图6示出了根据本发明实施例的低通滤波板与天线主板、天线发送板的位置关系示意图；

图7示出了根据本发明实施例的第一谐振器和电源隔离单元的结构示意图；

图8示出了根据本发明实施例的能量发送线圈天线的电路结构示意图；

图9(a)示出了根据本发明实施例的50欧姆匹配下的smith圆图;

图9(b)示出了根据本发明实施例的端口失配在9.5dB端口反射系数，阻抗值在25.81欧姆情况下的smith圆图；

图9(c)示出了根据本发明实施例的端口开路状态，阻抗在0.8欧姆情况下的smith圆图；

图10示出了根据本发明实施例的天线发送板电路的端口的反射系数的仿真结果示意图；

图11示出了根据本发明实施例的第二滤波电路的结构示意图；

图12示出了根据本发明实施例的第二滤波电路的正向传输系数的仿真结果示意图；

图13示出了根据本发明实施例的A4接口信号滤波电路的结构示意图；

图14(a)示出了根据本发明实施例的A4接口信号判决电路的第一能量判决电路的结构示意图；

图14(b)示出了根据本发明实施例的A4接口信号判决电路的第二能量判决电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。

本发明实施例提供一种具有能量判决功能的BTM天线单元（简称天线单元），如图1所示，天线单元包括第一滤波电路、电源和触发电路、逻辑控制单元、信号采集判决电路。

第一滤波电路设置天线的能量发送环和BTM之间，用于降低能量发送环的谐波辐射；

电源和触发电路的一端连接能量接收环，另一端与逻辑控制单元连接，用于对BTM线缆上的电信号进行稳压，并输出触发信号到逻辑控制单路；

信号采集判决电路用于采集A4接口信号，对A4接口信号进行判决，并将判决结果输出到逻辑控制单元；

逻辑控制单元用于根据触发信号和判决结果控制A4接口信号采集和信号发送。

本发明实施例的天线单元，通过第一滤波电路能够抑制谐波，降低谐波辐射，更加有效地发射信号能量，有利于增强信号发射的能力。同时，通过逻辑控制单元、信号采集判决电路之间的信号控制关系，实现告警和准确控制信号采集，提高了天线单元的稳定性和信号解析的可靠性。

天线单元还包括信号发送电路，信号发送电路一端连接逻辑控制单元，另一端连接D3接口信号发送环。逻辑控制单元通过信号发送电路发送信号到D3接口信号发送环。信号发送电路包括FSK输出滤波电路，用于对要发送的FSK信号进行滤波。

下面天线单元的各个模块和单元进行详细说明。

第一滤波电路为低通滤波电路，用于实现BTM线缆传输信号的低通滤波。如图2所示，第一滤波电路包括第一端口D1、第二端口D2、第三端口D3和滤波模块。D1、D2和D3均采用射频插座实现，每个端口分别采用5个管脚封装，中间的第一管脚（管脚1）作为第一滤波电路与其他电路的连接端口，另外四个管脚（管脚2、管脚3、管脚4、管脚5）接地。滤波模块的第一端连接D1，第二端分别连接D2和D3。

滤波模块包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1和第二电感L2。L1和L2串联，L1的第一端作为滤波模块的第一端，L1的第二端与L2连接，L2的第一端与L1的第二端连接，L2的第二端作为滤波模块的第二端。

L1和L2电感值相同，不失一般性地，为270nH。C1、C2和C3分别将两个电感L1和L2的两端接地。具体地，C1的第一端与L1的第一端连接，C1的第二端接地。C2的第一端与L1的第二端连接，C2的第二端接地。C3的第一端与L2的第二端连接，C3的第二端接地。C1和C3的电容值相同，优选地，C2的电容值是C1和C3的电容值的n倍，n>1，示例性地，n为4。示例性地，C1和C3的电容值为30P，C2的电容值为120P。本发明实施例的第一滤波电路结构设计，使得能够通过电感和电容的数值调整，改变带内27MHz的插入损耗和带外谐波点处的衰减值，D1和D2端口反射系数和谐波频率的抑制值。

进一步地，第二端通过第四电容C4连接D3。不失一般性地，C4的电容值为10nF。C4用于滤除直流电压。具体地，连接D2的一端，与天线主板1连接，线路信号中有直流电压，通过电容C4能够隔离直流电压。

按照上述示例的取值仿真构建图2中的第一滤波电路，对第一滤波电路在天线单元中的性能进行仿真模拟，仿真结果如图3所示（S(2,1)，表示正向传输系数）：二次谐波抑制5.6dB，三次谐波抑制19.8dB，四次谐波抑制31.1dB，五次谐波抑制40.1dB，六次谐波抑制47.6dB。在天线单元中加入低通滤波设计后，可以降低谐波辐射，提高天线性能。低通滤波器的端口反射系数为-45dB，与BTM电缆，天线主板和天线发送板匹配良好。天线可以更加有效地发射信号能量，有利于增强信号发射的能力。

如图4所示，S(1,1)（表示D1端口反射系数）/S22（表示D2端口反射系数）仿真图可以看出，低通滤波器的端口反射系数-45dB，与BTM电缆，天线主板和天线发送板匹配良好。天线可以更加有效地发射信号能量，有利于增强信号发射的能力。

如图5所示，网络分析仪测试结果，实际低通滤波器板的性能指标与仿真值很接近，达到了预期设计目标。

优选地，本发明实施例的第一滤波电路设置在独立板卡上，本发明实施例称之为低通滤波板3。即，第一滤波电路设置在不同于天线主板1和天线发送板2的板卡上，如图6所示。第一滤波电路的D1与BTM线缆（即用于连接BTM的同轴线缆）相连，D2与天线主板1的信号端口相连， D3与天线发送板2上的信号端口相连。BTM天线采用PCB天线，本发明实施例中，能量接收环用于接收能量信号，设置在天线主板1上，同时，电源和触发电路、逻辑控制单元、信号采集判决电路也设置在天线主板1上。能量发送环设置在天线发送板2上。能量接收环和能量发送环与低通滤波板之间通过同轴电缆连接，具体地，能量接收环的信号端口与第一滤波电路的D2连接，能量发送环的信号端口与第一滤波电路的D3连接。能量发送环和能量接收环均通过一个端口连接低通滤波板，低通滤波板的三个端口分别与BTM、能量发送环和能量接收环连接。

如图7所示，天线单元还包括第一谐振器和电源隔离单元。天线主板的信号接口（也称P4端口）的接收端通过第一谐振器连接能量接收环的第一端；天线主板的信号接口的接地端通过电源隔离单元连接能量接收环的第二端。具体地，P4端口采用射频插座，包括5个管脚，其中，第一管脚（管脚1）连接第一谐振器，其余管脚（管脚2、3、4、5）接地。

电源隔离单元包括多个并联的电容，示例性地，包括4个并联的电容，包括两个10nF的电容和一个2.2nF的电容。电源隔离单元连接在同轴电缆的接地端。27MHz能量信号会通过电源隔离单元进入第一级发射线圈（发送环），同时第一级发射线圈也是接收线圈（能量接收环），4MHz报文信号从接收线圈通过P4端口传输给BTM。电源隔离单元的作用是隔离直流电源。第一谐振器包括并联的第五电容C5和第三电感L3，用于调节天线的特性阻抗参数，进行阻抗匹配。天线设计为宽频天线，以能够接收FSK报文信号所占用频带内的信号。

如图8所示，天线发送板上的天线设计为靠近板边的两圈铜箔。能量发送环线圈的尺寸为（325mm±15mm）×（245mm±15mm）的矩形。

示例性地，能量发送环线圈包括多个串联的谐振单元和第一电阻。例如，包括依次串联的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元，其中，第二谐振单元和第四谐振单元结构相同，均包括四个并联的电容和与电容串联的电感。第一谐振单元和第三谐振单元结构相同，均包括多个（例如4个）并联的电容，其中至少一个为可调节电容。能量发送环的信号接口（即天线发送板的信号接口）D1的一端连接第一谐振单元，另一端连接第四谐振单元。

能量发送环线圈串联第一电阻R1，具体地，D1是射频插座，采用5个管脚封装，中间的第一管脚（管脚1）通过PCB走线与电阻R1连接，阻值标称值为50欧姆，实际使用在47～51欧姆之间，R1的功率不小于20W。D1的另外四个管脚（管脚2、管脚3、管脚4、管脚5）通过PCB与第四谐振单元连接。

天线发送板匹配50欧姆。50欧姆的选取：1）本天线是标准的50欧姆传输系统，在50欧姆阻抗时候是传输的最佳点，此时，在smith阻抗圆图上，表示为中心点，远离smith圆图中心点表示天线失配状态，在smith圆图最外面，表示天线呈现断开状态，是最严重的失配。由于整个PCB天线本身阻抗很小，需要外接一个电阻构成50欧姆传输系统。2）BTM信号幅度很大，功率达到20W，因此电阻需要选用大功率电阻，防止烧毁。3）考虑散热问题，选用带有接地端的50欧姆电阻，并通过外接散热器进行散热。

50欧姆匹配下的smith圆图如下，如图9(a)所示。

端口失配在9.5dB端口反射系数，阻抗值在25.81欧姆情况下的smith圆图如下，如图9(b)所示。

端口开路状态，阻抗在0.8欧姆情况下的smith圆图如下，如图9(c)所示。

天线发送板直连BTM电缆。能量发送环的D1端口经过射频电缆与低通滤波板的D3端口连接。这样的好处是,来自BTM的信号直接经过滤波处理后，通过天线发送板发送出去，避免了经过天线主板再辐射到天线发送板，从而提高了信号发射效率，信号得到增强。

本发明实施例利用低通滤波板的优良的端口反射系数，把BTM电缆和天线发送板连接，信号传输更加高效通畅，同时，还具有谐波抑制功能，使得天线信号带外辐射更加完善。同时带内衰减很小，保证了BTM输出功率更多的发射出去，效率得到提高。同等条件下，BTM可以用更低的功率达到相同的发射效果，得到一样的作用距离。

图10示出了根据本发明实施例的天线发送板电路的端口的反射系数的仿真结果示意图，反射系数为-58.77dB，表明天线发送板和其前级的低通滤波板匹配良好。如图1所示，电源和触发电路包括第一稳压电路、第二稳压电路、触发脉冲电路和第二滤波电路。第一稳压电路为3.3V稳压电路，第二稳压电路为1.8V稳压电路。电源和触发电路的输入端与同轴电缆相连，输出端提供3.3V稳压电源与1.8V稳压电源和触发脉冲。其中，1.8V电源是经过3V电源转换获得，3V电源由24V电源转换获得。

24V供电和触发脉冲的输入均由同轴电缆提供到电源和触发电路。同轴电缆上还传输有能量信号、报文信号、检测信号和电源信号，为了隔离同轴电缆的高频信号（能量信号和报文信号），采用第二滤波电路隔离后向自检电路（图中未示出）供电。自检电路用来检验天线是否能够正常工作。本发明实施例对于自检电路的实现不做限制。

如图11所示，第二滤波电路包括第四电感L4、第五电感L5、第六电容C6和第七电容C7。第四电感L4的第一端连接第二滤波电路的输入端，第四电感L4的第二端连接第五谐振单元的第一端，第五谐振单元包括并联的第五电感L5、第六电容C6和第七电容C7。第五谐振单元的第二端连接第二滤波电路的输出端。同轴电缆的信号通过第四电感L4和第五电感L5进行滤波后，检测信号和电源信号进入自检电路，并输入到第一稳压电路和触发脉冲电路。L4和L5的作用是衰减来自BTM的27MHz信号和来自应答器的4MHz信号。由于4MHz信号能量较弱，因此主要关注27MHz信号的衰减，L4的电感值为47uH，L5的电感值为560nH，对27MHz信号衰减38dB。L4和L5对于直流信号没有衰减。第五谐振单元的第二端通过第一二极管接地，对电路进行电压箝位保护。其中第一二极管为瞬态二极管TVS1，第一二极管的阳极接地，阴极连接第五谐振单元的第二端。

如图12所示，4MHz信号和27MHz信号经过L4和L5后，分别衰减了22dB和38dB。

逻辑控制单元用于根据触发信号和判决结果控制A4接口信号采集和信号发送。本发明实施例中，逻辑控制单元采用CPLD（Complex Programmable Logic Device）实现，在另外的实施例中，也可以采用其他类型的逻辑器件实现。

逻辑控制单元从电源和脉冲触发电路接收触发信号，具体为触发脉冲；逻辑控制单元从信号采集判决电路接收判决结果信号，具体包括能量高标志输入信号（过高）、能量低标志输入信号（过低）和能量告警标志输入信号（为零）；逻辑控制单元从信号采集判决电路获取AD数据输入信号；逻辑控制单元输出AD控制信号到信号采集判决电路，用于控制信号采集判决电路的信号采集；逻辑控制单元输出自检DDS控制输出信号（CPLD的外围电路，图中未示出）。当能量高标志输入信号、能量低标志输入信号和能量告警标志输入信号均为零时，逻辑控制单元输出AD控制信号到信号采集判决电路，控制信号采集判决电路采集A4接口信号，并获取信号采集判决电路中经过AD转换的A4接口信号，即AD数据输入信号。

CPLD由外部晶振提供时钟，为了便于调制FSK信号，本发明实施例中使用27.095MHz频率的晶振。

板上使用JTAG接口对CPLD进行调试和程序烧写。

信号采集判决电路用于采集A4接口信号，对A4接口信号进行判决，并对将判决结果输出到逻辑控制单元，包括A4接口能量判决电路、A4接口能量采集电路和AD采样电路。

A4接口能量判决电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端，A4接口能量采集电路的第二端连接能量拾取环，AD采样电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端。

A4接口能量采集电路用于通过能量拾取环采集A4接口信号。A4接口能量采集电路将采集的A4接口信号输入到A4接口能量判决电路进行判决，A4接口能量判决电路根据采集的A4接口信号的判决结果，输出能量高标志输入信号、能量低标志输入信号和能量告警标志输入信号到逻辑控制单元。AD采样电路采用AD芯片实现，用于控制A4接口能量采集电路的采集操作并对获取的A4接口信号进行数据处理（AD转换）。CPLD通过AD控制信号驱动AD采样芯片，并从获取AD数据信号。

如图13所示，A4接口信号通过PCB天线上的能量拾取环接收，通过采集接口单元（P2）输入到A4接口信号能量采集电路。 A4接口能量采集电路包括依次串联的第三滤波电路、第四滤波电路和分压保护电路。第三滤波电路的第一端连接A4信号的采集接口单元，第二端连接第四滤波电路的第一端，第四滤波电路的第二端连接分压保护电路的第一端，分压保护电路的第二端通过两个输出接口分别输出电压信号。

第三滤波电路包括第八电容C8、第二电阻R2、第九电容C9和第十电容C10。其中C8的第一端连接采集接口单元和R2的第一端，第二端接地；R2的第二端连接C9的第一端，C9的第二端接地；C10的第一端连接R2的第二端，第二端连接第四滤波电路的第一端。示例性地，C8取值10P,R2取值5.1O欧姆，C9取值220P，C10取值82P。

第四滤波电路包括第六电感L6、第十一电容C11、第十二电容C12和第十三电容C13。其中C11和C12串联后与L6并联。L6的第一端连接C10的第二端，L6的第二端连接C13的第一端，C13的第二端接地，并连接分压保护电路的第一端。示例性地，C11和C12取值12P，L6取值1uH，C13取值10P。

分压保护电路包括第一分压电路和第二分压电路，第一分压电路和第二分压电路通过两个反接二极管连接，并分别输出不同等级电压，即第一级电压和第二级电压。第一分压电路包括第三电阻R3和第十四电容C14。第二分压电路包括第四电阻R4和第十五电容C15。第一分压保护电路和第二分压保护电路通过第一肖特基二极管D1（具体为BAT54A）连接，并通过第一肖特基二极管连接第四滤波电路。 具体地，第一肖特基二极管的阳极连接第四滤波电路的第二端，即C13的一端。第一肖特基二极管的第一阴极连接第一分压保护电路，具体为第一肖特基二极管的第一阴极连接R3的第一端和C14的第一端，R3的第二端接地，C14的第二端接地。第一肖特基二极管的第二阴极连接第二分压保护电路，具体为第一肖特基二极管的第二阴极连接R4的第一端和C15的第一端。R4的第二端接地，C15的第二端接地。C14的第一端作为第一分压电路的输出端，输出第一级电压，C15的第一端作为第二分压电路的输出端，输出第二级电压。其中，R3和R4的阻值不同，C14和C15的电容值不同。示例性地，R3不焊接，R4取值8K欧姆，C14取值100P，C15取值33P。当需要改变level1的输出幅度，可通过焊接R3，并根据电路实际情况，调节R3取值来调整level1的幅值。

通过PCB天线接收的信号通过谐振器将特定频率的信号滤除，经过整流之后得到一个直流电压信号，输入到A4接口能量采集电路。

A4接口能量采集电路输出的电压信号送入由 LM139 组成的三个磁通量判决电路中，分别提供A4接口能量过高、过低、为零的状态信息，当这三个判决电路输出都为 0 时，能量在允许的范围内。三个比较判决的输出被送到逻辑控制单元中，逻辑控制单元根据这三个输入状态线变更状态编码，把通道的能量信息通过D3接口传送给 BTM。

能量高和能量低的判断电路通过与设置的参考电压比较得到，两路判断的参考电压采用3V分压得到。调整参考电压，使得能量低的比较门限高于第一阈值Φ1，能量高的比较门限低于第二阈值Φ4。

A4接口能量判决电路包括第一能量判决电路和第二能量判决电路，第一能量判决电路用于判断第一级电压是否在指定范围内；第二能量判决电路用于判决第二级电压是否过零。

如图14(a)所示，在第一能量判决电路包括低门限调整电路、第一比较器、高门限调整电路和第二比较器。

第一级电压分别输入到第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端，第一比较器用于判断第一级电压是否小于第一阈值，第二比较器用于判断第一级电压是否大于第二阈值，其中，第一阈值小于第二阈值。第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端通第一钳位器件进行电压钳位,防止烧坏比较器。示例性地，第一钳位器件为第二肖特基二极管D2，具体为BAT54S，内部为两个顺接二极管。第二肖特基二极管的第三管脚（即两个二极管的连接点）与第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端连接，第二肖特基二极管的第一管脚（阳极）接地，第二管脚（阴极）连接电源。具体地，电源为3V电源。

示例性地，第一比较器和第二比较器均采用LM139DR。第一比较器的第一输入端为负脚，第二输入端为正脚。第二比较器的第一输入端为负脚，第二输入端为正脚。

低门限调整电路连接第一比较器的第二输入端，用于确定第一阈值。

低门限调整电路包括两组电阻，第一组电阻并联在第一分压节点和电源之间，第二组电阻并联在第一分压节点和接地点之间。具体地，第一组电阻包括第五电阻R5、第七电阻R7和第九电阻R9，第二组电阻包括第六电阻R6、第八组电阻R8和第十电阻R10，第一分压节点通过调节电阻，即第十二电阻R12连接到第一比较器的第二输入端。调节电阻用于调节第一组电阻和第二组电阻的阻值，使得在合理的阻值范围内实现指定的比较电压（第一阈值）分压。低门限调整电路还包括第十六电容C16，C16第一端连接第一分压节点，第二端接地，用于滤除电源中的杂感。

第一比较器的第二输入端通过电阻（第十三电阻R13）连接第一比较器的输出端，第一比较器用于输出能量低标志输入信号（LOW），当第一能量判决电路的输入电压（第一级电压）小于第一阈值时，能量低标志输入信号输出为高电平（1），反之输出低电平（0）。第一比较器的输出端通过第十四电阻R14连接到电源（3V）。

第一能量判决电路还包括第五滤波电路，第五滤波电路连接在电源和第一分压节点之间，用于过滤电源侧的波纹信号。第五滤波电路包括并联的电阻（第十一电阻R11）和电容（第十七电容C17）。

高门限调整电路连接第二比较器的第一输入端，用于确定第二阈值。

高门限调整电路包括两组电阻，第三组电阻并联在第二分压节点和电源之间，第四组电阻并联在第二分压节点和接地点之间。具体地，第三组电阻包括第十五电阻R15、第十七电阻R17和第十九电阻R19，第四组电阻包括第十六电阻R16、第十八组电阻R18和第二十电阻R20，第二分压节点8连接第二比较器的第一输入端。高门限调整电路还包括第十八电容C18，C18第一端连接第二分压节点，第二端接地。

第二比较器的第二输入端通过电阻（第二十二电阻R22）连接第二比较器的输出端，第二比较器用于输出能量高标志输入信号（HIGH），当第一能量判决电路的输入电压（第一级电压）大于第二阈值时，能量高标志输入信号输出为高电平（1），反之输出低电平（0）。第二比较器的输出端通过第三十三电阻R33连接到电源（3V）。

高门限调整电路连接第二比较器的第一输入端，用于确定第二阈值。

进一步地，第一级电压（LEVEL1）的输入端与第一比较器的第一输入端之间连接第二十三电阻R23，第一级电压的输入端与第二比较器的第二输入端之间串联第二十三电阻R23和第二十一电阻R21。R23和R21之间分别通过第十九电容C19、第二十四电阻R24、第二十电容C20和第二十五电阻R25接地。R23,R21,R24,R25的组合，使得level1的后续输出直流信号电平值在合理的范围内，如果电平太高或太低，影响第一能量判决电路的电阻取值，也会影响门限精度。因此，通过以上电阻调整，能够实现在level1的后续输出电平较为理想地落在最小和最大的中间部分。

如图14(b)所示，第二能量判决电路包括第三比较器，第二级电压（LEVEL2）输入到第三比较器的第一输入端，第三比较器用于判断第二级电压是否过零，若过零，则输出告警信号（WARNING PULSE）。本发明实施例中的过零是指能量不能满足被测量的程度。

第三比较器的第二输入端连接第四钳位器件进行电压钳位,防止烧坏比较器。示例性地，第四钳位器件为第四肖特基二极管D4，具体为BAT54S，内部为两个顺接二极管。D4的第三管脚（即两个二极管的连接点）与第三比较器的第二输入端连接，D4的第一管脚（阳极）接地，第二管脚（阴极）连接电源。具体地，电源为3V电源。能量告警的判断采用D4的二极管的压降作为参考电压。D4的一端接+3V，另一端接地，中间接level2输入信号，当level2的电压高于3.8V时，左面二极管导通，level2钳位在3V，从而保护了后面的电路。示例性地，第三比较器采用LM139DR。第三比较器的第一输入端为负脚，第二输入端为正脚。

第三比较器的第一输入端通过第二十六电阻R26连接电源（3V）。R26的第一端连接电源，第二端连接第三比较器的第一输入端。R26和第三比较器的第一输入端之间通过第二十一电容C21接地。C21的第一端连接R26的第二端，C21的第二端接地。第三比较器的第一输入端连接第三钳位器件进行电压钳位,将电源电压稳定钳位在指定低电压（如0.21V），作为基准信号，与LM139DR标“+”管脚（来自level2的信号）做比较，进行判断。示例性地，第三钳位器件可以选用二极管，将二极管阴极接地，阳极连接在R26的第二端。第三钳位器件也可以选择第三肖特基二极管D3，具体为BAT54S，内部为两个顺接二极管。D3的第一管脚（阳极）与第三比较器的第一输入端连接，D3第三管脚（即两个二极管的连接点）的接地，第二管脚（阴极）悬空。

第三比较器的输出端通过第二十七电阻R27连接电源（3V），并通过第三十电阻R30连接到第三比较器的第二输入端。

第二级电压通过串联的第二十八电阻R28和第二十九电阻R29连接输入到第三比较器的第二输入端。即R28的第一端连接第二级电压的输入端，R28的第二端连接R29的第一端。R29的第一端连接R28的第一端，R29的第二端连接第三比较器的第二输入端。R28和R29之间的连接点分别通过第二十二电容C22和第三十一电阻R31接地。即R28的第二端连接C22的第一端，C22的第二端接地。R28的第二端连接R31的第一端，R31的第二端接地。

R28、R29、R30、R31的组合，使得level2的后续输出直流信号电平值在合理的范围内，如果电平太高或太低，影响第二能量判决电路的其他电阻取值，也会影响门限精度。因此，通过以上电阻调整，能够实现在level2的后续输出电平较为理想地落在最小和最大的中间部分。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，包括A4接口能量判决电路和A4接口能量采集电路，

所述A4接口能量采集电路用于采集A4接口信号，并对A4接口信号进行分压后，输出第一级电压和第二级电压到A4接口能量判决电路；

A4接口能量判决电路包括第一能量判决电路和第二能量判决电路，第一能量判决电路用于判断第一级电压是否在指定范围内；第二能量判决电路用于判决第二级电压是否过零；

第一能量判决电路包括低门限调整电路、第一比较器、高门限调整电路和第二比较器；

A4接口能量采集电路输出的第一级电压分别输入到第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端，第一比较器用于判断第一级电压是否小于第一阈值，第二比较器用于判断第一级电压是否大于第二阈值；

低门限调整电路连接第一比较器的第二输入端，用于确定第一阈值；

高门限调整电路连接第二比较器的第一输入端，用于确定第二阈值；

第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端通第一钳位器件进行电压钳位,防止烧坏比较器；

低门限调整电路包括两组电阻，第一组电阻并联在第一分压节点和电源之间，第二组电阻并联在第一分压节点和接地点之间；

高门限调整电路包括两组电阻，第三组电阻并联在第二分压节点和电源之间，第四组电阻并联在第二分压节点和接地点之间；

第一能量判决电路还包括第五滤波电路，第五滤波电路连接在电源和第一分压节点之间，用于过滤电源侧的波纹信号。

2.根据权利要求1所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

信号采集判决电路还包括AD采样电路和逻辑控制单元；

A4接口能量判决电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端，A4接口能量采集电路的第二端连接能量拾取环，AD采样电路的第一端连接逻辑控制单元，第二端连接A4接口能量采集电路的第一端；

A4接口能量采集电路用于通过能量拾取环采集A4接口信号；

A4接口能量采集电路将采集的A4接口信号输入到A4接口能量判决电路进行判决；

A4接口能量判决电路用于将判决结果输出到逻辑控制单元。

3.根据权利要求1所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，A4接口能量采集电路包括依次串联的第三滤波电路、第四滤波电路和分压保护电路；第三滤波电路的第一端连接A4信号的采集接口单元，第二端连接第四滤波电路的第一端，第四滤波电路的第二端连接分压保护电路的第一端，分压保护电路的第二端通过两个输出接口分别输出电压信号。

4.根据权利要求3所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，第三滤波电路包括第八电容、第二电阻、第九电容和第十电容；

其中第八电容的第一端连接采集接口单元和第二电阻的第一端，第二端接地；第二电阻的第二端连接第九电容的第一端，第九电容的第二端接地；第十电容的第一端连接第二电阻的第二端，第二端连接第四滤波电路的第一端。

5.根据权利要求4所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，第四滤波电路包括第六电感、第十一电容、第十二电容和第十三电容；

其中第十一电容和第十二电容串联后与第六电感并联；

第六电感的第一端连接第十电容的第二端，第六电感的第二端连接第十三电容的第一端，第十三电容的第二端接地，并连接分压保护电路的第一端。

6.根据权利要求3所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

分压保护电路包括第一分压电路和第二分压电路，并分别输出不同等级电压，包括第一级电压和第二级电压；

第一分压电路和第二分压电路通过第一肖特基二极管连接，并通过第一肖特基二极管连接第四滤波电路。

7.根据权利要求6所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第一分压电路包括第三电阻和第十四电容；第二分压电路包括第四电阻和第十五电容；

第一肖特基二极管的阳极连接第四滤波电路的第二端，第一肖特基二极管的第一阴极连接第三电阻的第一端和第十四电容的第一端；第三电阻的第二端接地，第十四电容的第二端接地；第一肖特基二极管的第二阴极连接第四电阻的第一端和第十五电容的第一端；第四电阻的第二端接地，第十五电容的第二端接地；第十四电容的第一端作为第一分压电路的输出端，输出第一级电压，第十五电容的第一端作为第二分压电路的输出端，输出第二级电压。

8.根据权利要求1所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第一钳位器件为第二肖特基二极管，其内部包含两个顺接二极管；

第二肖特基二极管的第三管脚与第一比较器的第一输入端和第二比较器的第二输入端连接；

第二肖特基二极管的第一管脚接地，第二管脚连接电源。

9.根据权利要求1所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第一级电压的输入端与第一比较器的第一输入端之间连接第二十三电阻；第一级电压的输入端与第二比较器的第二输入端之间串联第二十三电阻和第二十一电阻；第二十三电阻和第二十一电阻之间分别通过第十九电容、第二十四电阻、第二十电容和第二十五电阻接地。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第二能量判决电路包括第三比较器，第二级电压输入到第三比较器的第一输入端，第三比较器用于判断第二级电压是否过零，若过零，则输出告警信号。

11.根据权利要求10所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第三比较器的第二输入端连接第四钳位器件进行电压钳位,防止烧坏比较器。

12.根据权利要求11所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第四钳位器件为第四肖特基二极管，内部为两个顺接二极管；

第四肖特基二极管的第三管脚与第三比较器的第二输入端连接，第四肖特基二极管的第一管脚接地，第二管脚连接电源；

能量告警的判断采用第四肖特基二极管中的二极管的压降作为参考电压。

13.根据权利要求11所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第三比较器的第一输入端通过第二十六电阻R26连接电源；

第二十六电阻的第一端连接电源，第二端连接第三比较器的第一输入端；第二十六电阻和第三比较器的第一输入端之间通过第二十一电容接地；第二十一电容的第一端连接第二十六电阻的第二端，第二十一电容的第二端接地。

14.根据权利要求10所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第三比较器的第一输入端连接第三钳位器件进行电压钳位,将电源电压稳定钳位在指定低电压。

15.根据权利要求10所述的具有能量判决功能的BTM天线单元，其特征在于，

第二级电压通过串联的第二十八电阻和第二十九电阻连接输入到第三比较器的第二输入端；

第二十八电阻的第一端连接第二级电压的输入端，第二十八电阻的第二端连接第二十九电阻的第一端，第二十九电阻的第一端连接第二十八电阻的第一端，第二十九电阻的第二端连接第三比较器的第二输入端；

第二十八电阻和第二十九电阻之间的连接点分别通过第二十二电容和第三十一电阻接地。