CN210199800U - 具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路；所述单片集成电路包括微能量收集电路、数字编码电路和射频发射电路，其管脚SW接开关稳压电路，通过VOUT端反馈回电路内部后输出稳定直流电压，在所述稳压电路输出达到设定电压后，通过所述编码电路产生数字编码，并触发所述射频发射电路发射出去；本实用新型采用高压集成电路工艺将包含微能量整流和稳压电路的能量收集电路、数字编码和射频发射电路集成在同一片集成电路中，并提供多种应用模式支持，实现零静态功耗，简化了系统应用的外围，降低了成本，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路。
背景技术
数字编码和射频发射集成电路有着广泛的应用市场，但传统应用需要采用电池供电，或者采用经过降压、整流和稳压处理的交流电供电。随着应用市场对绿色能源的需求增长，将机械能、光能、热能、声能等微弱能量转换为电能，经过稳压处理后为数字编码和射频发射电路供电逐渐成为新的应用需求。这就需要采用整流电路和稳压电路进行能量收集，典型应用系统如图6所示。采用分立的整流电路和稳压电路，结合数字编码和射频发射集成电路构成的应用系统，系统成本较高，且通用稳压电路缺乏针对微弱能量收集应用的性能优化和多模式支持。
本申请针对这种应用需求，采用高压BCD集成电路工艺，将微能量收集电路、数字编码和射频发射电路集成在一块集成电路上，简化了系统应用，降低了应用成本，并针对微弱能量收集应用进行了低功耗、低成本优化设计，针对低功耗应用环境对编码方式和射频发射控制模式进行了独特设计，提高了系统的性能，扩展了集成系统的适用面。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，用于解决现有技术中采用分立的整流电路和稳压电路进行能量收集，结合数字编码和射频发射集成电路构成的应用系统，系统成本较高，且通用稳压电路缺乏针对微弱能量收集应用的性能优化和多模式支持的问题。
本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，所述单片集成电路包含微能量收集电路、数字编码电路和射频发射电路，其管脚SW接开关稳压电路，通过VOUT端反馈回电路内部后输出稳定直流电压，在所述稳压电路输出达到设定电压后，通过所述编码电路产生数字编码，并触发所述射频发射电路发射出去。
更进一步的，所述单片集成电路接入交流或者直流电流，所述整流电路给接在集成电路管脚VIN上的电容充电，并通过所述开关稳压电路得到稳定的输出直流电压。
更进一步的，所述单片集成电路管脚SW接开关稳压电路的功率电感和滤波电容，通过管脚D0和D1设置电压值，利用VOUT端反馈回单片集成电路内部，使VOUT输出稳定直流电压。
更进一步的，所述单片集成电路设置工作模式控制管脚PEN、MODE、DS和KEN,若所述控制管脚未封装，设置功能通过单片集成电路内部打线、编程、电熔丝和激光熔丝方式完成。
更进一步的，所述PEN为0时，微能量收集电路不区分管脚P1和P2的输入脉冲次数，VOUT输出达到设定值就触发后续电路工作；
所述PEN为1时，微能量收集电路识别管脚P1和P2的输入脉冲极性和次数，正负脉冲各一次且VOUT输出达到设定值触发后续电路工作。
更进一步的，所述MODE为0时，单片集成电路在管脚P1或者P2的第一个脉冲产生一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作，在管脚P1或者P2的第二个脉冲产生不同的一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作。
更进一步的，所述DS为0时，单片集成电路采用内部数字编码电路产生数字码；
所述DS为1时，单片集成电路通过管脚VOUT供电给外部编码电路，在VOUT输出达到设定值给出高电平指示信号PG，由外部编码电路产生数字码通过管脚DATA送回电路内部进行射频发射。
更进一步的，所述KEN为0时，单片集成电路在能量收集满足电压条件后自动根据编码数据进行射频发射；
所述KEN为1时，单片集成电路在能量收集满足电压条件后不直接发射，在等待外部按键K0～KN中的任意键值为高电平时进行射频发射。
更进一步的，所述单片集成电路通过编程方式设置内部编码格式，包括标准1527编码格式和自定义编码格式。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型采用高压集成电路工艺将包含整流和稳压电路的微能量收集电路、数字编码和射频发射电路集成在同一片集成电路中，并提供多种应用模式支持，实现零静态功耗，简化了系统应用的外围，降低了成本，提高了系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本发明集成电路原理框图；
图2是本发明集成电路的无外部按键自动射频发射应用图；
图3是本发明集成电路受控于外部按键的受控发射应用图；
图4是本发明集成电路采用外部编码电路的应用图；
图5是本发明集成电路采用的自定义编码格式示意图；
图6是需要能量收集电路、数字编码和射频发射电路的应用系统示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例公开如图1所示的一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，外部能量装置在机械、光、热、声等能量驱动下可以产生交流或者直流电流，通过集成在集成电路内部的整流电路给接在集成电路管脚VIN上的电容充电，再通过集成电路内部的开关稳压电路得到稳定的输出直流电压。集成电路管脚SW接开关稳压电路的功率电感和滤波电容，通过VOUT端反馈回集成电路内部，VOUT输出稳定直流电压，电压值可通过管脚D0和D1进行设置。稳压电路输出达到设定电压后，后续编码电路按照设定参数产生数字编码，并触发射频发射电路通过管脚PAOUT由外部天线发射出去。
集成电路提供工作模式控制管脚PEN，MODE、DS和KEN，若这些设置管脚不封装出来，这些设置功能也可以通过芯片内部打线、编程、电熔丝、激光熔丝方式完成。PEN为0时微能量收集电路不区分管脚P1和P2的输入脉冲次数，VOUT输出达到设定值就触发后续电路工作；PEN为1时微能量收集电路要识别管脚P1和P2的输入脉冲极性和次数，正负脉冲各一次且VOUT输出达到设定值才触发后续电路工作。MODE为0时集成电路在管脚P1或者P2的第一个脉冲产生一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作，在管脚P1或者P2的第二个脉冲产生不同的一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作。DS为0时，集成电路采用内部数字编码电路产生数字码；DS为1时，集成电路在VOUT输出达到设定值给出高电平指示信号PG，由外部编码电路产生数字码通过管脚DATA送回集成电路内部进行射频发射。KEN为0时，单片集成电路在能量收集满足一定电压条件后自动根据编码数据进行射频发射；当KEN为1时，单片集成电路在能量收集满足一定电压条件后并不直接发射，而是等待外部按键K0～K3中的任意键值为高电平才能进行射频发射。集成电路的其余参数通过程序进行设置。
本实施例提供的集成电路方案，在微弱能量经过微能量收集电路的整流稳压，VOUT达到稳定输出电压后，可由指示信号PG直接触发后续电路工作，应用图附图2所示；也可以继续等待按键信号，K0～KN任意按键为高电平后才触发后续电路工作，应用图如附图3所示，这种工作模式拓展了集成电路的应用范围。附图4为本专利集成电路采用外部编码电路的应用图，外部编码电路由集成电路通过管脚VOUT供电，当PG信号变为高时，触发外部编码电路工作，数字码通过管脚DATA串行输入集成电路，触发射频发射电路进行发射。
本实施例提供的集成电路可以通过变成方式设置内部编码格式，提供标准1527码和自定义码两种编码格式，自定义编码格式中Bit0和Bit1的具体定义见附图5，Bit0由一个时钟周期的“0”和一个时钟周期的“1”构成，Bit1由两个时钟周期的“0”和一个时钟周期的“1”构成。发射相同数据，自定义编码长度更短，OOK调制发射时消耗的能量更少，更加适合低功耗短距离无线控制系统。
实施例2
本实施例中，涉及的集成电路的核心是将微能量收集电路、数字编码电路和射频发射电路集成在同一个集成电路上，并针对微弱能量收集应用进行了电源系统的低功耗、高效率设计，针对短距无线通信控制系统进行了编码方式和射频发射触发模式进行了优化设计，支持多种工作模式。针对用于微弱能量收集的整流稳压电源系统，专门采用高压BCD工艺进行设计，使电路耐压达到20V以上，允许采用小电容将微弱能量整流至较高电压，降低了电容上浪费的能量，提高了电源系统的整体效率，并降低了系统成本。
本实施例采用低功耗系统架构和电路结构，并进行了参数优化，使系统工作期间的静态电流降低到μA量级，使集成电路特别适用于微弱能量收集。为了提高整流效率，集成电路支持正负两次脉冲整流后才输出使能信号，结合判断输出电压是否满足设定值后触发后续电路的工作，特别适合具有回弹行程的机械发电装置应用，此功能允许使用更小的发电装置，有效降低了系统成本。集成电路中的编码电路具有两种编码格式，既包含传统的1527编码格式，还集成了自定义的编码格式，具有更短的编码长度和更好的抗干扰能力，如附图5所示，更加适合低功耗短距离无线控制系统。编码电路结合微能量收集电路还支持两次脉冲后产生相同编码，也支持每次脉冲后产生不同的编码，扩展了系统的应用范围。射频发射电路既支持内部整流稳压后的电压直接触发发射模式，也支持外部按键触发发射模式，编码电路能根据不同的按键产生不同的数据码，还支持完全由外部编码电路的数据触发发射，进一步扩展了集成电路的应用范围。
本实施例的集成电路中各个模块的参数和指标，可以根据实际应用的需要进行可编程设置和调整。这些参数和指标主要包括：微能量收集电路的单次或者两次脉冲整流稳压工作模式；稳压电路的输入电压的范围，输出电压，过压和欠压保护电压等；编码电路的编码方式，编码长度，数据速率，单次脉冲或者两次脉冲编码模式，内部或者外部编码模式等；射频发射电路的内部数据或者外部数据使能方式，整流电压触发发射或者外部按键触发发射模式，发射频率，发射功率等。
本实施例将微能量收集、电路、数字编码电路和射频发射电路实现单片集成，涉及的集成电路中各个功能模块之间的架构思想、工作模式和控制关系为本专利主体。集成的各个模块的具体实现方案差异、参数指标的改变、外围参数的不同，不能作为违反本申请专利的理由。
本实用新型采用高压集成电路工艺将包含整流和稳压电路的能量收集电路、数字编码和射频发射电路集成在同一片集成电路中，并提供多种应用模式支持，实现零静态功耗，简化了系统应用的外围，降低了成本，提高了系统的可靠性。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述单片集成电路包含微能量收集电路、数字编码电路和射频发射电路，其管脚SW接开关稳压电路，通过VOUT端反馈回电路内部后输出稳定直流电压，在所述稳压电路输出达到设定电压后，通过所述编码电路产生数字编码，并触发所述射频发射电路发射出去。
2.根据权利要求1所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述单片集成电路接入交流或者直流电流，所述整流电路给接在集成电路管脚VIN上的电容充电，并通过所述开关稳压电路得到稳定的输出直流电压。
3.根据权利要求1所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述单片集成电路管脚SW接开关稳压电路的功率电感和滤波电容，通过管脚D0和D1设置电压值，利用VOUT端反馈回电路内部，使VOUT输出稳定直流电压。
4.根据权利要求1所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述单片集成电路设置工作模式控制管脚PEN、MODE、DS和KEN,若所述控制管脚未封装，设置功能通过单片集成电路内部打线、编程、电熔丝和激光熔丝方式完成。
5.根据权利要求4所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述PEN为0时，微能量收集电路不区分管脚P1和P2的输入脉冲极性和次数，VOUT输出达到设定值就触发后续电路工作；
所述PEN为1时，微能量收集电路识别管脚P1和P2的输入脉冲极性和次数，正负脉冲各一次且VOUT输出达到设定值触发后续电路工作。
6.根据权利要求4所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述MODE为0时，单片集成电路在管脚P1或者P2的第一个脉冲产生一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作，在管脚P1或者P2的第二个脉冲产生不同的一组数字码，并在VOUT输出达到设定值后触发后续电路工作。
7.根据权利要求4所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述DS为0时，单片集成电路采用内部数字编码电路产生数字码；
所述DS为1时，单片集成电路通过管脚VOUT供电给外部编码电路，在VOUT输出达到设定值给出高电平指示信号PG，由外部编码电路产生数字码通过管脚DATA送回单片集成电路内部进行射频发射。
8.根据权利要求4所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述KEN为0时，单片集成电路在能量收集满足电压条件后自动根据编码数据进行射频发射；
所述KEN为1时，单片集成电路在能量收集满足电压条件后不直接发射，在等待外部按键K0～KN中的任意键值为高电平时进行射频发射。
9.根据权利要求1所述的具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路，其特征在于，所述单片集成电路通过编程方式设置内部编码格式，包括标准1527编码格式和自定义编码格式。
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| CN110472717A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-11-19 | 广州市晶凌电子有限公司 | 具有微能量收集、数字编码和射频发射的单片集成电路 |
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