CN207380602U - 模拟传感器外部时钟电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种模拟传感器外部时钟电路，包括：主控芯片和传感器芯片；所述主控芯片的时钟管脚连接有源晶振；所述主控芯片的一通用输入/输出端口配置成脉冲宽度调制模式，所述通用输入/输出端口连接所述传感器芯片的时钟管脚；所述有源晶振用于给所述主控芯片提供时钟源，所述通用输入/输出端口用于给所述传感器芯片提供时钟源。该模拟传感器外部时钟电路可节省有源晶振，电路设计更加简单，成本更低，功耗更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及微控制器电路领域，尤其是涉及模拟传感器外部时钟电路。
背景技术
传感器检测电路包括主控芯片和传感器芯片，目前的传感器检测电路的连接方式是主控芯片的CLK端连接一个有源晶振，传感器芯片的CLK端连接另一个有源晶振。由于主控芯片和传感器芯片都需要使用一个有源晶振，导致传感器检测电路的功耗较大，同时生产成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种模拟传感器外部时钟电路用于解决现有技术的不足。
具体地，本实用新型提供了一种模拟传感器外部时钟电路，包括：主控芯片和传感器芯片；
所述主控芯片的时钟管脚连接有源晶振；
所述主控芯片的一通用输入/输出端口配置成脉冲宽度调制模式，所述通用输入/输出端口连接所述传感器芯片的时钟管脚；
所述有源晶振用于给所述主控芯片提供时钟源，所述通用输入/输出端口用于给所述传感器芯片提供时钟源。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主控芯片的串行数据线端口连接所述传感器芯片的串行数据线端口，所述主控芯片的串行时钟线端口连接所述传感器芯片的串行时钟线端口；所述主控芯片与所述传感器芯片之间通过I2C接口通信。
作为上述技术方案的进一步改进，所述有源晶振为四脚温度补偿晶振。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主控芯片为意法半导体的STM32芯片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述STM32芯片具体为STM32F103C8。
作为上述技术方案的进一步改进，所述传感器芯片为电容式传感器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电容式传感器为德州仪器的FDC1004传感器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述有源晶振的频率为4-40MHz。
作为上述技术方案的进一步改进，所述有源晶振选用石英材质。
作为上述技术方案的进一步改进，所述有源晶振为3225贴片晶振。
采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：利用主控芯片具有脉冲宽度调制输出功能，实现一个方波信号的输出，替代周围芯片的有源晶振，直接用脉冲宽度调制的方波输出作为外围芯片片的时钟信号，在电路设计上更加简单，降低了成本，并且少了一个有源晶振，功耗也大大降低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实用新型一实施例提出的模拟传感器外部时钟电路的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供了一种模拟传感器外部时钟电路，包括：主控芯片U1和传感器芯片U2。
主控芯片U1的时钟管脚CLK连接有源晶振X1。
主控芯片U1的一通用输入/输出端口(GPIO)配置成脉冲宽度调制(PWM)模式，所述通用输入/输出端口连接传感器芯片U2的时钟管脚CLK。
有源晶振X1用于给主控芯片U1提供时钟源，所述通用输入/输出端口(GPIO)用于给传感器芯片U2提供时钟源。
主控芯片U1与传感器芯片U2之间优选通过I2C接口通信。
图中主控芯片U1和传感器芯片U2均只示意性的给出了部分管脚。
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由飞利浦公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
I2C总线具有如下特点：
(1)在硬件上，I2C总线只需要一根串行数据线SDA和一根串行时钟线SCL，总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路，而且芯片上接口电路的滤波器可以滤去总线数据上的毛刺.因此I2C总线简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。因为I2C总线除了这两根线和少量中断线，与系统再没有连接的线，用户常用I2C可以很容易形成标准化和模块化，便于重复利用。
(2)I2C总线是一个真正的多主机总线，如果两个或多个主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据破坏，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。数据传输和地址设定由软件设定，非常灵活。总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作。
(3)I2C总线可以通过外部连线进行在线检测，便于系统故障诊断和调试，故障可以立即被寻址，软件也利于标准化和模块化，缩短开发时问。
(4)连接到相同总线上的I2C数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。
(5)I2C总线具有极低的电流消耗.抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。
主控芯片U1的串行数据线端口SDA连接传感器芯片U2的串行数据线端口SDA。
主控芯片U1的串行时钟线端口SCL连接传感器芯片U2的串行时钟线端口SCL。
有源晶振X1为四脚温度补偿晶振。
四脚晶振使用过程中，一脚悬空，一脚接地，一脚接输出，一脚接电压。
温度补偿晶振是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种晶体振荡器。从而起到一个温度补偿的作用。比普通有源晶振要精确，比如说在北方天气寒冷，有些产品会因为天气的寒冷出现不良的现象，严重会导致整个产品瘫痪，所以就会用到温度补偿晶振，温度补偿晶振会在天气温度变化中起到一个互相补助的作用，如果遇到气温低它会根据本身的补偿电路由周围温度变化产生出的振荡频率偏差，从而保护产品的稳定性。
有源晶振X1的频率为4-40MHz。
有源晶振X1选用石英材质。
晶振从材质可以分为石英晶振和陶瓷晶振两大类。石英晶振的防震性、稳定性和精度均要比陶瓷晶振要好。
有源晶振X1选用石英材质，石英之所以能当为有源晶振的振荡器使用，是基于它的压电效应：在石英晶片的两个极上加一电场，会使石英晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，石英晶片就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与石英晶片的固有频率(由石英晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。
有源晶振X1优选3225贴片晶振。
主控芯片U1为意法半导体的STM32芯片。
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核的微处理器。
STM32芯片具体可以为STM32F103C8。
STM32F103是STM32增强型系列芯片，其具有如下特点：
内核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。片上集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB的SRAM存储器。
时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位(POR)、掉电复位(PDR)和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。
低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。
调试模式：串行调试(SWD)和JTAG接口。
DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。
3个12位的us级的A/D转换器(16通道)：A/D测量范围：0-3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。
2通道12位D/A转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。
快速I/O端口：根据型号的不同，有26，37，51，80或112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。
定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器：最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器(独立看门狗和窗口看门狗)。Systick定时器：24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。
通信接口：2个I2C接口；5个USART接口(ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制)；3个SPI接口(18Mbit/s)；CAN接口；USB 2.0全速接口以及SDIO接口。
ECOPACK封装：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。
STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设例如：I2C,ADC,SPI,UART等，为了节省引出管脚，这些内置外设基本上是与I/O口共用管脚的，也就是I/O管脚的复用功能。
利用主控芯片定时器具有脉冲宽度调制(PWM)输出功能，实现一个方波信号的输出，替代周围芯片的有源晶振，直接用脉冲宽度调制的方波输出作为外围芯片片的时钟信号，在电路设计上更加简单，降低了成本，并且少了一个有源晶振，功耗也大大降低。
传感器芯片U2为电容式传感器。
电容式传感器为德州仪器的FDC1004传感器。
FDC1004用于电容式传感解决方案，它是4通道电容数字转换器。
它采用接地电容传感器的电容传感是一种兼具超低功耗、低成本和高分辨率的无接触传感技术，适用于接近检测、手势传感、材料分析以及远程液位传感等各类应用。电容式传感系统中的传感器可以是任意金属或导体，从而可实现低成本、高灵活性的系统设计。
FDC1004是一款用于实现电容式传感解决方案的高分辨率、4通道电容数字转换器。每个通道的满量程范围均为±15pF，可处理高达100pF的传感器偏置电容，该偏置电容既可以在内部编程，也可以是一个外部电容，用于跟踪环境随时间和温度的变化。凭借较高的偏置电容能力，可以使用远程传感器。
FDC1004还包含用于实现传感器屏蔽的屏蔽驱动器，该驱动器可降低EMI干扰并有助于聚焦电容式传感器的传感方向。FDC1004封装尺寸较小，适合在空间受限的应用中使用。FDC1004采用10引脚超薄小外形尺寸无引线(WSON)封装，并且具有一个用于连接MCU的I2C接口。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，包括：主控芯片和传感器芯片；
所述主控芯片的时钟管脚连接有源晶振；
所述主控芯片的一通用输入/输出端口配置成脉冲宽度调制模式，所述通用输入/输出端口连接所述传感器芯片的时钟管脚；
所述有源晶振用于给所述主控芯片提供时钟源，所述通用输入/输出端口用于给所述传感器芯片提供时钟源。
2.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述主控芯片的串行数据线端口连接所述传感器芯片的串行数据线端口，所述主控芯片的串行时钟线端口连接所述传感器芯片的串行时钟线端口；所述主控芯片与所述传感器芯片之间通过I2C接口通信。
3.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述有源晶振为四脚温度补偿晶振。
4.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述主控芯片为意法半导体的STM32芯片。
5.根据权利要求4所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述STM32芯片具体为STM32F103C8。
6.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述传感器芯片为电容式传感器。
7.根据权利要求6所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述电容式传感器为德州仪器的FDC1004传感器。
8.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述有源晶振的频率为4-40MHz。
9.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述有源晶振选用石英材质。
10.根据权利要求1所述的模拟传感器外部时钟电路，其特征在于，所述有源晶振为3225贴片晶振。
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