CN211505800U - 一种汽车开关检测工作电路结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种汽车开关检测工作电路结构，包括接口信号输入端、系统检测端、电源电压端、电子开关、防静电TVS管、对地电容和电阻。在接口信号输入端与电子开关之间的连接线路中增加了基于磁珠的的拓扑结构。所述接口信号输入端输出串接磁珠拓扑结构，所述磁珠拓扑结构并接有对地电容，所述磁珠拓扑结构输出信号在经分压电阻结构后进入场效应晶体管的栅极，控制电子开关的开启或关闭。本实用新型的电路结构不仅可以解决电缆线受周围磁场辐射的影响，同时几乎不需要消耗输入端电流，适合更大输入范围内电平信号，提升接口信号的完整性与系统稳定性。本电路结构均采用分离式元器件，采购周期短，PCB设计布局灵活，器件成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车电子技术领域，具体为一种汽车开关检测工作电路结构，用于对汽车仪表、中控娱乐接口方面的逻辑信号的检测。
背景技术
汽车电子设备接口都会有信号逻辑电路的检测，不同电平信号的电平不尽一致，工作频率也不一样，处理不当不仅影响EMC测试的整改，同时还会导致系统接口电平不稳定，影响系统正常的运行。虽然可以通过辅助的接口电缆做屏蔽，但是时间和物料成本会增加很多，也不容易具体实施，如何设计一种规范化，归一化，统一化的电路成为技术难题。
现有方案如图1所示，采用分离的NPN晶体三极管和电阻电容，电路设计较为简单，不同电平信号均可以通过三极管前端的分压电阻实现降压，分压Vbe的电压值只需要大于三极管的内PN结的导通电压即可实现三极管极基正偏，实现输入电平的逻辑检测。但是，此电路未考虑在接口应用时宽带时的工作情况，以及在接口转换时输入电平门限值的考虑。其中具体不足如下：
1、 NPN三极管开启需要一定的导通电压和驱动电流，车载设备总线缆较长，源端电压电流较大，如果是电源电平信号，电阻选择不当损耗较大；由于受到温度和输入信号电平大小变化的影响，三极管集电极电路ICQ的大小受环境和输入电平的变化，根据静态直流工作点得知IBQ=[Ui(input)-0.7V]/R变化后，加上环境影响其放大倍数也跟随变化，ICQ=放大系数*IBQ,损耗更高；
2、 未实现接口电缆线因受到周磁场耦合的影响，高频噪声对此电路的误动作和对系统地的影响，尤其在EMC测试项目中对控制信号线的测试要求，注入较高的负压和正压脉冲信号；
3、 通常NPN三极管作为电流型驱动开关存在具有一定的耐压范围，适合系统内小信号小电压开关信号控制使用，不适合接口电路设计场合。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种汽车开关检测工作电路结构，不仅可以解决电缆线受周围磁场辐射的影响，同时几乎不需要消耗输入端电流，适合更大输入范围内电平信号，对窄带和宽带都具有滤波和隔离作用，提升接口信号的完整性与系统稳定性。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种汽车开关检测工作电路结构，包括接口信号输入端、系统检测端、电源电压端、电子开关、防静电TVS管、对地电容和电阻。
在所述接口信号输入端与电子开关之间的连接线路中增加了基于磁珠的的拓扑结构。所述接口信号输入端输出串接磁珠拓扑结构，所述磁珠拓扑结构并接有对地电容，所述磁珠拓扑结构输出信号在经分压电阻结构后进入场效应晶体管的栅极，控制电子开关的开启或关闭。
所述接口信号输入端输出并接防静电TVS管和对地电容。
所述电子开关为场效应晶体管。
所述电子开关输出信号分别通过电阻连接电源电压端，通过电阻进入系统检测端。
所述系统检测端并接有对地电容，所述系统检测端的信号默认为高电平，即在系统上电初始化时是保持常态高电平。
所述防静电TVS管和对地电容均接到设备外壳或金属接口的外壳地上。
优选的，所述场效应晶体管为耗尽型N-MOS管。
优选的，所述电路结构中的磁珠为铁氧体贴片磁珠滤波器。
优选的，所述电路结构中的电阻均为贴片薄膜电阻。
优选的，所述电路结构中的对地电容均为陶瓷贴片电容。
本实用新型提供了一种汽车开关检测工作电路结构，具备以下有益效果：
（1）选用场效应晶体管导通后具有更小的直流内阻, 电压驱动几乎不需要额外的电流，损耗更小，导通后场效应管后端对地信号的网络电平更稳定。
（2）输入信号的外壳地与系统检测地隔离，PCB设计实现简单灵活。
（3）选用耗尽型N-MOS管具有较高的输入阻抗和开关速率，通过管输入端的偏置电阻还可以调节开关频率；调整输入端栅极电容可以改变开关速率，同时可以灵活设置输入电平信号检测的门槛电压值。
（4）本电路结构均采用分离式元器件，采购周期短，PCB设计布局灵活，器件成本更低。
附图说明
图1为现有技术中汽车开关检测工作电路的结构图。
图2为本实用新型的电路设计结构图。
图3为本实用新型在窄带信号输入时的等效电路结构示意图。
图4为本实用新型在宽带信号输入时的等效电路结构示意图。
图5为本实用新型工作时的技术原理图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，都属于本实用新型保护的范围。
如图2、5所示，一种汽车开关检测工作电路结构，包括接口信号输入端、系统检测端、电源电压端、电子开关、防静电TVS管、对地电容、电阻，在所述接口信号输入端与电子开关之间的连接线路中增加了基于磁珠的的拓扑结构；所述系统检测端IO_DET的信号默认为高电平，即在系统上电初始化时是保持常态高电平。
电路逻辑连接结构如下：
所述接口信号输入端IO_IN输出并接防静电TVS管TVS和对地电容CAP1，所述接口信号输入端IO_IN输出串接磁珠拓扑结构,包括FB1和FB2，所述磁珠拓扑结构并接有对地电容CAP2，所述电子开关为场效应晶体管Q1，所述磁珠拓扑结构输出信号在经分压电阻结构后进入场效应晶体管的栅极，控制电子开关的开启或关闭，使默认状态的系统检测端IO_DET信号发生翻转，实现输入信号的高低边沿变化的检测，实现信号的逻辑检测。
所述分压电阻结构包括R1和R2,所述电子开关输出信号分别通过上拉电阻R5连接电源电压端VCC，通过串电阻R3进入系统检测端IO_DET，所述系统检测端IO_DET并接有对地电容CAP3，所述防静电TVS管TVS和所有对地电容均接到设备外壳或金属接口的外壳地上。
其中，所述场效应晶体管Q1为耗尽型N-MOS管,其开启门槛电压最小值VGS(th)=1.0Vdc（完全开启电压2V）；栅源工作最大电压阈值为VGS=+/-20Vdc;开启上升典型时间为Tr=2.5ns；体二极管的正向导通典型电压值VSD=0.85Vdc。
其中，所述电路结构中的磁珠为铁氧体贴片磁珠滤波器。
其中，所述电路结构中的电阻均为贴片薄膜电阻。
其中，所述电路结构中的对地电容均为陶瓷贴片电容，会具有较低寄生ESR,ESL。
如图3所示，在窄带应用中，接口线缆和连接器插针等效电阻为X-CZ,此等效串联电阻同CAP1形成简单的低通滤波器，磁珠FB1将频率范围内的噪声吸收隔离反射回去。
所述电路磁珠两端的网络信号分别是外壳地和系统检测地，因此输入端的接口信号上的噪声经CAP1形成低阻抗的回流路径，将外部输入端信号上噪声回流到外壳地上，因此不会对系统地产生影响。
磁珠是耗能器件，和串联电阻R1一起具有限流作用，同时与后端的电容CAP2,R2和FB2共同组成二阶滤波电路，R1与R2以及FB2组成分压电路，将输入端的高电平信号降低以满足场效应晶体管Q1栅极的额定工作电压范围内。
在电路中，通过对R1,R2,FB1,FB2直流阻值的调整可以实现输入电平信号幅度的采集。
磁珠FB2也能将系统端的地噪声防治通过R2电阻传输到电子开关-场效应晶体管Q1的栅极端。
如图4所示，描述是磁珠在宽带电平信号时的等效电路，当输入是宽带电平信号时，此时无论是外部信号夹杂的冗余噪声还是系统内的共模噪声均被磁珠等效的感抗Xr1和Xr2隔离，磁珠在电路中的等效阻抗在相同型号相同工作频率下其等效阻抗是一致的，因此不会对输入端的电平信号分压带来变化，尤其在宽带信号中磁阻的阻抗增加能补偿电阻R1和R2在等效电路中的阻值的较小，可以稳定场效应晶体管Q1栅极的信号电平大小。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种汽车开关检测工作电路结构，包括接口信号输入端、系统检测端、电源电压端、电子开关、防静电TVS管、对地电容和电阻，其特征在于：在所述接口信号输入端与电子开关之间的连接线路中增加了基于磁珠的拓扑结构；所述接口信号输入端输出串接磁珠拓扑结构，所述磁珠拓扑结构并接有对地电容，所述磁珠拓扑结构输出信号在经分压电阻结构后进入场效应晶体管的栅极，控制电子开关的开启或关闭；所述接口信号输入端输出并接防静电TVS管和对地电容，所述电子开关为场效应晶体管；所述电子开关输出信号分别通过电阻连接电源电压端，通过电阻进入系统检测端；所述系统检测端并接有对地电容，所述系统检测端的信号默认为高电平，即在系统上电初始化时是保持常态高电平；所述防静电TVS管和对地电容均接到设备外壳或金属接口的外壳地上。
2.根据权利要求1所述的一种汽车开关检测工作电路结构，其特征在于：所述场效应晶体管为耗尽型NM0S管。
3.根据权利要求1所述的一种汽车开关检测工作电路结构，其特征在于：所述电路结构中的磁珠为铁氧体贴片磁珠滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种汽车开关检测工作电路结构，其特征在于：所述电路结构中的电阻均为贴片薄膜电阻。
5.根据权利要求1所述的一种汽车开关检测工作电路结构，其特征在于：所述电路结构中的对地电容均为陶瓷贴片电容。
Priority Applications (1)
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| CN201922149478.1U CN211505800U (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种汽车开关检测工作电路结构 |
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| CN201922149478.1U CN211505800U (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种汽车开关检测工作电路结构 |
Publications (1)
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| CN201922149478.1U Active CN211505800U (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种汽车开关检测工作电路结构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110763994A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-07 | 新阳荣乐(上海)汽车电子有限公司 | 一种汽车开关检测工作电路结构 |
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2019
- 2019-12-04 CN CN201922149478.1U patent/CN211505800U/zh active Active
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