CN1576872A - 传感器信号检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善可靠性的传感器信号检测装置。这个传感器信号检测装置包括：内部电源电压产生电路，用于从传感器接收信号的缓冲放大器；第一上来元件和下来元件，它们经过第一对开关与该缓冲放大器的输入端连接；用于接收缓冲放大器输出信号的增益放大器；第二上来元件和下来元件，它们经过第二对开关与该增益放大器的输入端连接；和故障检查电路，它通过以预定次序控制两对开关的连接来检查缓冲放大器和增益放大器，并且当电源启动时测量在预定位置的电压。

Description

传感器信号检测装置
技术领域
本发明涉及到一种在包含传感器的工业与车辆设备中的传感器信号检测装置，其用于保护人体的安全。
背景技术
工业和车辆设备已经使用传感器以便避免损害人体的危险。换句话说，当至少人体的一部分进入危险区域时，该传感器探测这种状态，输出它的检测信号给传感器信号检测装置，而且该传感器信号检测装置输出一个信号以便停止或者反转该设备工作部分的运行。根据日本专利申请公开编号No.2001-171344，例如，一种安排在汽车门或者窗处的电缆类型传感器，且当人手接触到电动车窗的按钮时，电缆类型传感器的核心电极产生一个脉冲信号，这个信号输入到传感器信号检测装置，并且被放大和检测。然后这个传感器信号检测装置执行数字处理，以便输出该信号给如微型计算机这样的控制器，并且该控制器停止或者反转电动车窗的运行以便避免对人体的危险。
发明内容
如上所述，包含传感器的设备需要一种用于检测来自传感器信号的传感器信号检测装置，而且为了确保人体的安全要求该传感器信号检测装置具有非常高的可靠性。
通常在该装置运行之前，对由数字电路组成的装置执行故障检查以便提高可靠性。实际上许多装置在电源启动时它们自己执行初始测试。然而，对于由模拟电路组成的装置(例如传感器信号检测装置)，通常该装置它们自己不执行故障检查。
根据上述考虑，本发明的目的是提供一种能够改善可靠性的传感器信号检测装置。
为了解决上述问题，根据本发明的传感器信号检测装置包括：内部电源电压产生电路，它用于从电源电压产生内部电源电压；第一放大器，它用于接收到其输入端的来自传感器的正与负的脉冲信号；第一上拉元件，它用于将放大器的输入端向内部电源电压一侧上拉；第一下拉元件，它用于将第一放大器的输入端向地电位一侧下拉；第一对开关，它们用于将第一上拉元件或者第二下拉元件电连接到第一放大器的输入端；第二放大器，它用于接收到其输入端的第一放大器的输出信号；第二上拉元件，它用于将第二放大器的输入端向内部电源电压一侧上拉；第二下拉元件，它用于将第二放大器的输入端向地电位一侧下拉；第二对开关，它们用于将第二上拉元件或者第二下拉元件电连接到第二放大器的输入端；和故障检查电路，它用于当电源启动时，以预定次序控制第一和第二对开关的连接，以及测量预定位置的电压以致于检查第一和第二放大器。
这个传感器信号检测装置还可能包括第一窗口比较器，它用于接收到其输入端的第一放大器输出信号，和第二窗口比较器，它用于接收到其输入端的第二放大器的输出信号，其中故障检查电路还检查第一和第二窗口比较器。
本发明的传感器信号检测装置借助于安排处理故障检查电路可以改善可靠性，该电路在电源启动时通过控制第一和第二对开关来检查第一和第二放大器的故障，以及确认在电源启动时构成传感器信号检测装置的两个模拟电路(第一和第二放大器)的正常工作。
附图说明
图1是根据本发明实施例的传感器信号检测装置的电路图；
图2是当电源启动时上述传感器信号检测装置的工作流程图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。图1是根据本发明实施例的传感器信号检测装置1的结构图。
传感器信号检测装置1由下列部分组成：内部电源电压产生电路20，其用于从供电电压(VCC)产生内部电源电压(VREG)；缓冲放大器(第一放大器)21，其用于接收从包括传感器电阻3的电缆类型传感器(传感器)2到输入端T1的信号；第一上拉电阻(第一上拉元件)11，它能够强制地将输入端T1上拉到内部电源电压(VREG)一侧；第一下拉电阻(第一下拉元件)12，它能够强制地将输入端T1下拉到地电位一侧；第一对开关15和16，它们用于在电源启动时将第一上拉电阻11或者第一下拉电阻12与缓冲放大器21的输入端T1电连接；增益放大器(第二放大器)22，其用于接收缓冲放大器21到输入端T2的输出信号；第二上拉电阻(第二上拉元件)13，它能够强制地将输入端T2上拉到内部电源电压(VREG)一边；第二下拉电阻(第二下拉元件)14，它能够强制地将输入端T2下拉到地电位一边；第二对开关17和18，它们用于在电源启动时将第二上拉电阻13或者第二下拉电阻14与到增益放大器22的输入端T2电连接；第一窗口比较器23，其用于接收到输入端T3的缓冲放大器21的输出信号；第二窗口比较器24，其用于接收到输入端T4的增益放大器22的输出信号；和故障检查电路10，其用于在电源启动时检查内部电源电压(VREG)的启动，以及控制第一和第二对开关15和16、17和18，以致于检查缓冲放大器21、增益放大器22、第一和第二窗口比较器23与24的故障。
在更详细的描述中，内部电源电压产生电路20与电容器29连接，该电容用于平滑内部电源电压(VREG)，并且在输出端一侧与输入端T1一定间隔插接的电阻28连接。这个内部电源电压产生电路20提供内部电源电压(VREG)给缓冲放大器21、增益放大器22、窗口比较器23与24以及其它元件。这里，内部电源电压(VREG)设置为大约5V。电阻28和传感器电阻3设置为相等的电阻值。在输入端T1与电缆类型传感器2之间，插入一个低通滤波器25以便消除从电缆类型传感器2输出的高频噪声。在这种情况下，低通滤波器25的阻抗值比电阻28和传感器电阻3的阻抗值小的多。
缓冲放大器21在本实施例中是电压跟随器型的，而且放大系数是x1，但是这个放大倍数是可以调整的。第一上拉电阻11与下拉电阻12必须具有更加小于电阻28的阻抗值，因此在本实施例中，假定28的阻抗值是10MΩ，而第一上拉电阻11和下拉电阻12都是100kΩ。
增益放大器22将缓冲放大器21的输出信号从它的输入端T2输入，其中带通滤波器26是插接在输入端T2与缓冲放大器21的输出端之间。这个带通滤波器26仅仅允许由电缆类型传感器2感应的原始带宽信号通过。在增益放大器22的输出端与输入端T2之间插入反馈电路27，其用于确定它的放大系数。而对于另一个输入端，输入参考电压(Vref0)。第二上拉电阻13与下拉电阻14的阻抗值设置的比反馈电路27的阻抗值更小。这个增益放大器22的输出变成传感器信号检测装置1的模拟信号输出(A_OUT)。
第一窗口比较器23包括两个比较器和一个与门电路，比较器的输出输入到该与门电路，而缓冲放大器21的输出信号输入到两个比较器的输入端之一T3，高低参考电压(Vref1，Vref2)分别输入到每个比较器的另一个输入端。这两个高低参考电压(Vref1，Vref2)分别设置为大约3.5V和1.5V。第二窗口比较器24包括两个比较器和一个或门电路，比较器的输出输入到该或门电路，而增益放大器22的输出信号输入到两个比较器的输入端之一T4，高低参考电压(Vref3，Vref4)分别输入到每个比较器的另一个输入端。这两个高低参考电压(Vref3，Vref4)分别设置为当参考电压(Vref0)加上0.5V时的电压，和当参考电压(Vref0)减去0.5V时的电压。而传感器信号检测装置1还包括由与门电路控制导通/截止的晶体管31，第一窗口比较器23的输出信号和故障检查电路10输出的反相信号输入到该与门电路，和由与门电路控制导通/截止的晶体管30，上述与门电路的输出信号和第二窗口比较器24的输出信号输入到该与门电路。这两个晶体管30和31都是开—漏极类型，而且晶体管31的输出(O/S_OUT)经过电阻33连接到晶体管30的输出端，而这个输出端变成传感器信号检测装置1的数字信号输出(D_OUT)。这个数字信号输出(D_OUT)经过电阻32连接到控制器(在电路图中没有显示)的电源(Vd)，例如接收这个信号的微型计算机。
当电源启动时，故障检查电路10控制在故障检查流中的第一和第二对开关15与16、17与18，并且检查晶体管30和31的导通/截止工作。故障检查电路10由四个对应于第一和第二对开关15与16、17与18的锁存电路A、B、C和D组成，而且如果锁存电路A、B、C和D的一个处于复位状态则输出高电平，以及如果锁存电路A、B、C和D全部处于置位状态则输出低电平。如果当电源启动时在故障检查中所有检查都被判断正常(无故障位置)，则全部锁存电路A、B、C和D变成置位状态。
现在描述电源启动之后(正常工作)传感器信号检测装置1的工作。如果在接通电源时没有检测到故障，在后面描述的故障检查流之后执行正常工作。此时，故障检查电路10输出低电平，因此不会影响其它电路的工作。
在正常工作的稳定状态，因为电阻28和传感器电阻3具有相等的阻抗值而低通滤波器25的阻抗值足够小，所以缓冲放大器21的输入端T1维持在中间电压(大约2.5V)，而且它的输出信号也维持在相同的电压。因此在高低参考电压(Vref1，Vref2)之间范围内的输出信号输入到第一窗口比较器23的两个比较器的一个输入端T3，因此晶体管31处于导通状态。
另一方面，增益放大器22的输入端T2维持在与参考电压(Vref0)相同的电压上，因为缓冲放大器21的输出信号中的直流电压由带通滤波器26滤出，所以它的输出，即模拟信号输出(A_OUT))也维持在相同的电压。而在窗口比较器24中，高低参考电压(Vref3，Vref4)分别设置为当参考电压(Vref0)加上0.5V时的电压，和当参考电压(Vref0)减去0.5V时的电压，所以晶体管30处于截止状态。因此，数字信号输出(D_OUT)是处在电源(Vd)电压与地电位之间的中间电压，这由电阻32和电阻33来确定。
当人体的一部分处于危险区域时，例如，当人手或者手指接触汽车的电动车窗时，一对正和负的脉冲信号依次从电缆类型传感器2输入到缓冲放大器21。在这种情况下，叠加在脉冲信号上的高频或者低频噪声通过低通滤波器25和带通滤波器26来消除，而原始脉冲信号由增益放大器22放大，并且从输出端输出模拟信号输出(A_OUT)。如果这个模拟信号输出(A_OUT)变成参考电压(Vref3)或者大于参考电压(Vref3)，或者参考电压(Vref4)或者小于参考电压(Vref4)，晶体管30依据第二窗口比较器24的输出信号变成导通状态，而数字信号输出(D_OUT)变成地电位。
缓冲放大器21的输出电压是增益放大器22放大之前的电压，而且如果这个电压变成参考电压(Vref1)或者大于参考电压(Vref1)，或者参考电压(Vref2)或者小于参考电压(Vref2)，晶体管30和31两者依据第一窗口比较器23的输出信号变成截止状态，而且数字信号输出(D_OUT)变成电源(Vd)的电压。在这种情况下，传感器信号检测装置1报告状态不正常，即，其中电缆类型传感器2被断开或者短路。
现在将参考图2中的流程图描述故障检查流程，这是在电源接通(当电源启动)时由故障检查电路10来执行。
首先，在故障检查电路10中的锁存电路A、B、C和D复位，如初始状态(S101)。所以故障检查电路10输出高电平，晶体管30和31变成截止状态，而且数字信号输出(D_OUT)变成电源(Vd)的电压。
现在，检查内部电源电压(VREG)是不是合适的值(S102)。内部电源电压(VREG)被设置为5V，但是缓冲放大器21、增益放大器22和窗口比较器23与24执行正常工作的最低限制电压，例如假定是3.8V或者更大。如果该内部电源电压(VREG)小于3.8V(“否”的情况)，这个检查继续，而且如果是大于3.8V以上(“是”的情况)，流程移到下一个检查。
然后检查是否可以检测到电缆类型传感器2的断开，即，缓冲放大器21和第一窗口比较器23是否可以工作以便检测该断开(S103)。这个检查是在闭合第一对开关15和16中的开关15以及通过第一上拉电阻11上拉缓冲放大器21输入端T1的电压时执行。通过这个，超过第一窗口比较器23的高参考电压(Vref1)的电压从缓冲放大器21的输出端输出，因此第一窗口比较器23的输出信号变成当电缆类型传感器2断开时的相同状态，即，该输出信号使晶体管30和31两者变成截止状态。如果这个输出信号没有检测到，即，如果这个检查没有通过(“否”的情况)，锁存电路A停留在(S104)，而且这个检查继续。如果这个检查通过(“是”的情况)，锁存电路A置位(S105)，并且下一个检查开始。
然后检查是否可以检测到电缆类型传感器2的短路，即，是否可以检测到缓冲放大器21和第一窗口比较器23的短路(S106)。这个检查是在闭合第一对开关15和16中的开关16以及通过第一下拉电阻12下拉缓冲放大器21输入端T1的电压时执行。通过这个，低于第一窗口比较器23的参考电压(Vref2)的电压从缓冲放大器21的输出端输出，因此第一窗口比较器23的输出信号变成当电缆类型传感器2短路时的相同状态，即，该输出信号使晶体管30和31两者变成截止状态。如果这个输出信号没有检测到，即，如果这个检查没有通过(“否”的情况)，锁存电路B停留在步骤(S107)，而且这个检查继续。如果这个检查通过(“是”的情况)，锁存电路B置位(S108)，而且下一个检查开始。
然后，当正脉冲从电缆类型传感器2输入到传感器信号检测装置1时，检查增益放大器22和第二窗口比较器24是否正常工作(S109)。这个检查是通过闭合第二对开关17和18的开关17以及通过第二上拉电阻13上拉增益放大器22输入端T2的电压来执行。通过这个，低于第二窗口比较器24参考电压(Vref4)的电压从增益放大器(它是反相放大器)的输出端22输出，因此第二窗口比较器24的输出信号变成当正脉冲从电缆类型传感器2输入时的相同状态。如果这个输出信号不能检测到，即，检查没有通过(“否”的情况)，锁存电路C停留在步骤(S110)，并且这个检查继续。如果这个检查是通过(“是”的情况)，锁存电路C置位(S111)，而且下一个检查开始。
然后，当负脉冲从电缆类型传感器2输入到传感器信号检测装置1时，检查增益放大器22和第二窗口比较器24是否正常工作(S112)。这个检查是利用闭合第二对开关17和18中的开关18以及通过第二下拉电阻14下拉增益放大器22输入端T2的电压来执行。通过这个，高于第二窗口比较器24参考电压(Vref3)的电压从增益放大器22的输出端输出，因此第二窗口比较器24的输出信号变成在负脉冲从电缆类型传感器2输入时的相同状态。如果这个输出信号不能检测到，即，检查没有通过(“否”的情况)，锁存电路D停留在步骤(S113)，并且这个检查继续。如果这个检查是通过(“是”的情况)，锁存电路D置位(S114)，而且当电力启动时该故障检查流程结束。
如果当电源启动时在上述故障检查流程中每件事都正常(判定没有故障)，则锁存电路A、B、C和D全部变成置位状态，故障检查电路10输出低电平，然后执行上述的正常工作(S115)。如果在上述故障检查流程中发生异常时(判定有故障)，则锁存电路A、B、C和D都处于复位状态，所以故障检查电路10继续在高电平输出状态中的检查。
不用说，第一上拉电阻11和下拉电阻12可以用一些元件替换，它们可以强制地改变缓冲放大器21输入端T1的电压，例如恒流源。对于第二上拉电阻13和下拉电阻14这是一样的。第一对开关15和16不需要安装在第一上拉电阻11或下拉电阻12与缓冲放大器21之间，除非电流的连接与断开是可以控制的。对于第二对开关17与18来说也是相同的。
在本实施例中，传感器信号检测装置1具有数字信号输出(D_OUT)功能，但是在仅仅具有模拟信号输出(A_OUT)功能的装置情况下，传感器信号检测装置不需要包括第一与第二窗口比较器23与24，而且缓冲放大器21与增益放大器22的输出可以直接通过故障检查电路10检查。
本发明没有局限于上述实施例，在权利要求的范围内可以做出各种各样的设计更改。

Claims (7)

1.一种传感器信号检测装置，其中包括：
内部电源电压产生电路，它用于从电源电压产生内部电源电压；
第一放大器，它用于接收到它的输入端的来自传感器的正的和负的脉冲信号；
第一上拉元件，它用于将第一放大器的输入端向内部电源电压一侧上拉；
第一下拉元件，它用于将第一放大器的输入端向地电位一侧下拉；
第一对开关，它们用于将第一上拉元件或第一下拉元件电连接到第一放大器的输入端；
第二放大器，它用于接收到其输入端的第一放大器的输出信号；
第二上拉元件，它用于将第二放大器的输入端向内部电源电压一侧上拉；
第二下拉元件，它用于将第二放大器的输入端向地电位一侧下拉；
第二对开关，它们用于将第二上拉元件或第二下拉元件电连接到第二放大器的输入端；和
故障检查电路，它用于当电源启动时，以预定次序控制第一和第二对开关的连接以及测量预定位置的电压，以致于检查第一和第二放大器。
2.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于所述故障检查电路还检查所述内部电源电压产生电路。
3.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于还包括：
第一窗口比较器，它用于接收到其输入端的第一放大器的输出信号；和
第二窗口比较器，它用于接收到其输入端的第二放大器的输出信号，
其中所述故障检查电路还检查第一和第二窗口比较器。
4.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于所述传感器是电缆类型传感器。
5.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于在所述第一放大器的输入端与所述传感器之间插接一低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于在所述第二放大器的输入端与所述第一放大器的输出端之间插接一带通滤波器。
7.根据权利要求1所述的传感器信号检测装置，其特征在于所述第一放大器的放大系数是xl，而所述第二放大器的放大系数由插接在其输出端与输入端之间的反馈电路确定。
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