CN211979194U - 一种超声波传感器的驱动电路和超声波收发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种超声波传感器的驱动电路和超声波收发器，该超声波传感器的驱动电路包括信号转换电路和均流电路；信号转换电路的电源端与电源信号电连接，信号转换电路的输入端与处理器电连接，信号转换电路的输出端与均流电路的输入端电连接；信号转换电路接收电源信号和处理器输出的驱动信号，并输出转换电压至均流电路；均流电路包括与至少两个超声波传感器一一对应电连接的至少两个均流信号输出端；均流电路将转换电压均匀分配至各超声波传感器。本实用新型实施例能够减小各超声波传感器的工作电流之间的差异，从而提高各超声波传感器使用寿命，降低超声波收发器的成本。

Description

一种超声波传感器的驱动电路和超声波收发器

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种电磁线圈的驱动电路和超声波收发器。

背景技术

超声波传感器能够发射高频声波，该高频声波遇到障碍物后，会被反弹至超声波传感器，并被接收。如此，通过计算高频声波从发射至返回的时间，并由时间和声波在媒介中的传播速度的乘积计算出障碍物相对于超声波传感器的距离。

通常在超声波设备中，会设置两个或多个超声波传感器，以降低成本、增加超声波的发射角度，此时设置在超声设备中的两个或多个超声波传感器会相互并联，并在同一驱动电路驱动下同时工作，同时发射超声波信号。但是，由于制作工艺和使用环境等的影响很难确保器件的一致性，使得超声波设备中的各超声波传感器具有不同的等效电容，此时等效电容大的超声波传感器的阻抗较小，分配至该超声波传感器的电流较大，而超声波传感器长期在较大的电流下工作，会加大该超声波传感器的损坏可能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种超声波传感器的驱动电路和超声波收发器，以解决现有技术中采用同一驱动电路的各超声波传感器的工作电流差异较大，而工作电流大的超声波传感器容易被损坏，致使采用该超声波传感器所测得的距离不准确的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种超声波传感器的驱动电路，用于驱动至少两个超声波传感器，该驱动电路包括：信号转换电路和均流电路；

所述信号转换电路的电源端与电源信号电连接，所述信号转换电路的输入端与处理器电连接，所述信号转换电路的输出端与所述均流电路的输入端电连接；所述信号转换电路接收所述电源信号和所述处理器输出的驱动信号，并输出转换电压至所述均流电路；

所述均流电路包括与至少两个超声波传感器一一对应电连接的至少两个均流信号输出端；所述均流电路将所述转换电压均匀分配至各所述超声波传感器。

可选的，所述均流电路包括与至少两个所述超声波传感器一一对应的至少两个均流电阻；

各所述均流电阻的第一端均与所述信号转换电路的输出端电连接，各所述均流电阻的第二端与各所述超声波传感器一一对应电连接。

可选的，任意两个所述均流电阻的阻值差与该两个所述均流电阻中的任意一个所述均流电阻的阻值之间的比值K的取值范围为：0≤K≤1％。

可选的，所述信号转换电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元；

所述第一开关单元的控制端与所述处理器电连接，所述第一开关单元的第一端与所述电源信号、所述第二开关单元的控制端以及所述第三开关单元的控制端电连接，所述第一开关单元的第二端接地；所述第一开关单元用于根据所述驱动信号分别控制所述第一开关单元和所述第二开关单元的导通与断开；

所述第二开关单元的第一端与所述电源信号电连接，所述第二开关单元的第二端作为所述信号转换电路的输出端；所述第二开关单元用于控制所述电源信号输出至所述均流电路；

所述第三开关单元的第一端作为所述信号转换电路的输出端，所述第三开关单元的第二端接地；所述第三开关单元用于下拉所述信号转换电路的输出端的信号。

可选的，所述信号转换电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻；

所述第一限流电阻电连接于所述第一开关单元的第一端与所述电源信号之间；所述第二限流电阻电连接于所述第二开关单元的第一端和所述电源信号之间。

可选的，所述第一开关单元包括第一晶体管；所述第二开关单元包括第二晶体管；所述第三开关单元包括第三晶体管；

所述第一晶体管的栅极与所述处理器电连接，所述第一晶体管的第一电极通过所述第一限流电阻与所述电源信号电连接，所述第一晶体管的第二电极接地；

所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的第一电极电连接，所述第二晶体管的第一电极通过所述第二限流电阻与所述电源信号电连接，所述第二晶体管的第二电极为所述信号转换电路的输出端；

所述第三晶体管的栅极与所述第一晶体管的第一电极电连接，所述第三晶体管的第一电极为所述信号转换电路的输出端，所述第三晶体管的第二电极接地；

其中，所述第二晶体管的沟道类型与所述第三晶体管的沟道类型不同。

可选的，所述第二晶体管为P沟道晶体管，所述第三晶体管为N沟道晶体管。

可选的，所述第一晶体管为N沟道晶体管。

可选的，所述驱动电路还包括：分压电阻；

所述分压电阻的第一端与所述信号转换电路的输入端电连接，所述分压电阻的第二端接地。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种超声波收发器，包括：处理器、至少两个超声波传感器和上述超声波传感器的驱动电路；

所述超声波传感器的驱动电路电连接于所述处理器和各所述超声波传感器之间。

本实用新型实施例提供的一种超声波传感器的驱动电路和超声波收发器，通过信号转换电路接收电源信号和处理器发出的驱动信号，输出至少两个超声波传感器所需的转换电压，并采用均流电路将转换电压均匀分布至各超声波传感器，以减小各超声波传感器的工作电流之间的差异，从而确保各超声波传感器具有相同的工作特性，提高各超声波传感器使用寿命，降低超声波收发器的成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种超声波传感器的驱动电路的具体电路图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的具体电路图；

图6是本实用新型实施例提供的一种超声波收发器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本实用新型实施例提供一种超声波传感器的驱动电路，该超声波传感器的驱动电路能够驱动至少两个超声波传感器。图1是本实用新型实施例提供的一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图。如图1所示，该超声波传感器的驱动电路100包括信号转换电路20和均流电路30。其中，信号转换电路20的电源端与电源信号VCC电连接，信号转换电路20的输入端与处理器10电连接，信号转换电路20的输出端与均流电路30的输入端电连接；信号转换电路20接收电源信号VCC和处理器10输出的驱动信号Vin，并输出转换电压Vo至均流电路30；均流电路30包括与至少两个超声波传感器200一一对应电连接的至少两个均流信号输出端；均流电路30将转换电压Vo均匀分配至各超声波传感器200。

需要说明的是，图1仅是本实用新型实施例示例性的附图，图1中超声波传感器的驱动电路驱动100三个超声波传感器200。但是，本实用新型实施例提供的超声波传感器的驱动电路可用于驱动至少两个超声波传感器，即该超声波传感器的驱动电路可以驱动两个、三个或多个超声波传感器，相应的，均流电路可以包括与超声波传感器的数量相同的两个、三个或多个均流信号输出端。本实用新型对超声波传感器的驱动电路能够驱动的超声波传感器的数量以及均流电路的均流信号输出的数量不做具体限定。

示例性的，如图1所示，超声波传感器的驱动电路100用于驱动三个超声波传感器200，即超声波传感器201、超声波传感器202和超声波传感203。该超声波传感器的驱动电路100的信号转换电路20接收电源信号VCC和处理器10提供的驱动信号Vin，并根据电源信号VCC和该驱动信号Vin，输出相应的转换电压Vo，以使该转换电压Vo能够满足该三个到超声波传感器200发送超声波的要求；但是，信号转换电路20输出的转换电压Vo，并非直接输出至各超声波传感器(201、202和203)，而是经过均流电路30进行均匀分配后，再输出至各超声波传感器(201、202和203)。如此，在超声波传感器201、超声波传感器202和超声波传感器203之间存在差异，而具有不同的等效电容时，仍能保证传输至超声波传感器201、超声波传感器202和超声波传感器203的电压具有较小的差异，以防止超声波传感器201、超声波传感器202和超声波传感器203中等效电容较大的超声波传感器因需要的充电电压较大，而具有较大的电流。

本实用新型实施例通过均流电路将信号转换电路输出的转换电压均匀分配至各超声波传感器，使得传输至各超声波传感器的电压具有较小的差异，以能够防止因至少两个超声波传感器中等效电容较大的超声波传感器分担的电流较大而造成损坏，从而有利于提高各超声波传感器的使用寿命，降低产品成本。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的超声波传感器的驱动电路中的信号转换电路和均流电路可由相应的器件相互连接组成，在能够实现本实用新型实施例的核心发明点的前提下，本实用新型实施例对信号转换电路和均流电路的具体结构不做具体限定。

可选的，超声波传感器的驱动电路的均流电路可以包括与至少两个超声波传感器一一对应的至少两个均流电阻；各均流电阻的第一端均与信号转换电路的输出端电连接，各均流电阻的第二端与各超声波传感器一一对应电连接。

示例性的，图2是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图。如图2所示，当超声波传感器的驱动电路驱动三个超声波传感器时，均流电路30可以包括三个均流电阻，即均流电阻R11、均流电阻R12和均流电阻R13。其中，均流电阻R11的第一端、均流电阻R12的第一端和均流电阻R13的第一端均与信号转换电路20的输出端电连接，均流电阻R11的第二端与超声波传感器201电连接，均流电阻R12的第二端与超声波传感器202电连接，均流电阻R13与超声波传感器203电连接，即信号转换电路20输出的转换电压被分配至由均流电阻和超声波传感器组成的三个支路中。如此，当超声波传感器202的等效电容较大时，使得分配至超声波传感器202所在支路上的电流较大，此时流过与超声波传感器202串联的均流电阻R12的电流较大，均流电阻R12两端的电势差较大，使得实际传输至超声波传感202的电压减小。当传输至超声波传感202的电压减小时，该超声波传感202的电流会对应下降，以防止因该超声波传感器202的等效电容较大，而致使流入该超声波传感器202的电流较大，从而能够达到保护超声波传感器的目的，进而提高超声波传感器的使用寿命，降低产品成本。

其中，任意两个均流电阻的阻值差与该两个均流电阻中的任意一个均流电阻的阻值之间的比值K的取值范围为：0≤K≤1％，以防止应各均流电阻之间的阻值差异较大而致使分配至各超声波传感器所在支路的电压不均，影响超声波传感器的性能。

可选的，图3是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的结构示意图。如图3所示，该超声波传感器的驱动电路的信号转换电路可以包括第一开关单元21、第二开关单元22和第三开关单元22；其中，第一开关单元21的控制端与处理器10电连接，第一开关单元21的第一端与电源信号VCC、第二开关单元22的控制端以及第三开关单元23的控制端电连接，第一开关单元22的第二端接地；该第一开关单元用于根据处理器输出的驱动信号分别控制第一开关单元21和第二开关单元22的导通与断开；第二开关单元22的第一端与电源信号VCC电连接，第二开关单元22的第二端作为信号转换电路20的输出端；第二开关单元22用于控制电源信号VCC输出至均流电路30；第三开关单元23的第一端作为信号转换电路20的输出端，第三开关单元23的第二端接地；第三开关单元23用于下拉信号转换电路20的输出端的信号。

示例性的，第一开关单元21的控制端接收的处理器10输出的驱动信号可以为脉冲信号，该脉冲信号的不断变化能够控制第一开关单元21在导通和关断状态下不断切换。其中，当第一开关单元21导通，即第一开关单元21的第一端和第一开关单元21的第二端导通时，该导通的第一开关单元21会下拉与该第一开关单元21的第一端电连接的第二开关单元22的控制端和第三开关单元23的控制端的信号，此时可控制第二开关单元22导通，电源信号VCC通过第二开关单元22的第二端输出，即信号转换电路20输出高电平的转换电压；当第一开关单元21断开时，电源信号VCC可直接提供至第二开关单元22的控制端和第三开关单元23的控制端，此时可控制第三开关单元23导通，使得该第三开关单元23下拉信号转换单元20输出端的电压信号，使得信号转换电路20输出低电平的转换电压。相应的，信号转换电路20输出的高电平的转换电压和低电平的转换电压均会经均流电路分配后输出至各超声波传感器200，以使各超声波传感器200输出超声波信号。其中，各超声波传感器200输出的超声波信号例如可以为正弦信号。

可选的，继续参考图3，该信号转换电路20还包括第一限流电阻R21和第二限流电阻R22；其中，第一限流电阻R21电连接于第一开关单元21的第一端与电源信号VCC之间；第二限流电阻R22电连接于第二开关单元22的第一端和电源信号VCC之间。如此，第一限流电阻R21能够对电源信号VCC提供至第一开关单元21的第一端的信号进行限流，第二限流电阻R22能够对电源信号VCC提供至第二开关单元22的第一端的信号进行限流，从而能够提高超声波传感器的驱动电路100的运行稳定性。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的一种超声波传感器的驱动电路的具体电路图。如图4所示，信号转换电路20的第一开关单元21包括第一晶体管Q1，第二开关单元22包括第二晶体管Q2，第三开关单元23包括第三晶体管Q3；其中，第一晶体管Q1的栅极与处理器10电连接，第一晶体管Q1的第一电极通过第一限流电阻R21与电源信号VCC电连接，第一晶体管Q1的第二电极接地；第二晶体管Q2的栅极与第一晶体管Q1的第一电极电连接，第二晶体管Q2的第一电极通过第二限流电阻R22与所述电源信号VCC电连接，第二晶体管Q2的第二电极为信号转换电路20的输出端；第三晶体管Q3的栅极与第一晶体管Q1的第一电极电连接，第三晶体管Q3的第一电极为信号转换电路20的输出端，第三晶体管Q3的第二电极接地；其中，第二晶体管Q2的沟道类型与第三晶体管Q3的沟道类型不同，以可在第二晶体管Q2导通时，第三晶体管Q3断开；或者，在第二晶体管Q2断开时，第三晶体管Q3导通。

需要说明的是，在第二晶体管和第三晶体管的沟道类型不同的前提下，对第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管的沟道类型不做具体限定。通常N沟道的晶体管的栅极为高电平时导通，P沟道的晶体管的栅极为低电平时导通。

示例性的，第一晶体管Q1可以为N沟道晶体管，第二晶体管Q2可以为P沟道晶体管，第三晶体管Q3可以为N沟道晶体管。此时，当处理器10输出的驱动信号为高电平时，第一晶体管Q1导通，第一晶体管Q1下拉第二晶体管Q2的栅极和第三晶体管Q3的栅极的信号，输入至第二晶体管Q2的栅极和第三晶体管Q3的栅极的信号为低电平信号，以使P沟道的第二晶体管Q2导通，N沟道的第三晶体管Q3断开，电源信号VCC通过导通的第二晶体管Q2输出，使得信号转换电路20输出高电平的转换电压；当处理器10输出的驱动信号为低电平时，第一晶体管Q1断开，电源信号VCC提供的高电平信号直接传输至第二晶体管Q2的栅极和第三晶体管Q3的栅极，以使P沟道的第二晶体管Q2断开，N沟道的第三晶体管Q3导通，第三晶体管Q3将信号转换电路20的输出端的信号下拉为低电平，使得信号转换电路20输出低电平的转换电压。

相应的，当第一晶体管Q1为P沟道晶体管时，处理器10输出的驱动信号为低电平时，第一晶体管Q1导通，当处理器10输出的驱动信号为高电平时，第一晶体管Q1断开。如此，无论第一晶体管Q1为N沟道晶体管还是P沟道晶体管，处理器10输出的脉冲信号都能控制该第一晶体管Q1在导通与断开之间切换。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的又一种超声波传感器的驱动电路的具体电路图。如图5所示，超声波传感器的驱动电路100还包括分压电阻R3；该分压电阻R3的第一端与信号转换电路20的输入端电连接，分压电阻R3的第二端接地。如此，在处理器10向信号转换电路20提供驱动信号时时，该分压电阻R3能够对处理器10提供的驱动信号进行分压，达到信号转换电路20所需电压的要求，确保超声波传感器的驱动电路100稳定运行。

本实用新型实施例还提供了一种超声波收发器，该超声波收发器例如可以为电子设备的定位装置。该超声波收发器包括本实用新型实施例提供的超声波传感器的驱动电路，因此该超声波收发器也具有本实用新型实施例提供的超声波传感器的驱动电路所具有的有益效果，相同之处可参照上文理解，下文中不再赘述。

示例性的，图6是本实用新型实施例提供的一种超声波收发器的结构框图。如图6所示，超声波收发器300包括处理器10、本实用新型实施例提供的超声波传感器的驱动电路100以及至少两个超声波传感器200。该超声波收发器300例如可以为电子设备的定位装置等，本实用新型实施例对此不做具体限定。如此，该超声波收发器300的超声波传感器的驱动电路100能够驱动至少两个超声波传感器200，且经超声波传感器的驱动电路100驱动的超声波传感器200具有较高的使用寿命，从而能够降低超声波收发器300的维护成本。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种超声波传感器的驱动电路，用于驱动至少两个超声波传感器，其特征在于，包括：信号转换电路和均流电路；

所述信号转换电路的电源端与电源信号电连接，所述信号转换电路的输入端与处理器电连接，所述信号转换电路的输出端与所述均流电路的输入端电连接；所述信号转换电路接收所述电源信号和所述处理器输出的驱动信号，并输出转换电压至所述均流电路；

所述均流电路包括与至少两个超声波传感器一一对应电连接的至少两个均流信号输出端；所述均流电路将所述转换电压均匀分配至各所述超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述均流电路包括与至少两个所述超声波传感器一一对应的至少两个均流电阻；

各所述均流电阻的第一端均与所述信号转换电路的输出端电连接，各所述均流电阻的第二端与各所述超声波传感器一一对应电连接。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，任意两个所述均流电阻的阻值差与该两个所述均流电阻中的任意一个所述均流电阻的阻值之间的比值K的取值范围为：0≤K≤1％。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述信号转换电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元；

所述第一开关单元的控制端与所述处理器电连接，所述第一开关单元的第一端与所述电源信号、所述第二开关单元的控制端以及所述第三开关单元的控制端电连接，所述第一开关单元的第二端接地；所述第一开关单元用于根据所述驱动信号分别控制所述第一开关单元和所述第二开关单元的导通与断开；

所述第二开关单元的第一端与所述电源信号电连接，所述第二开关单元的第二端作为所述信号转换电路的输出端；所述第二开关单元用于控制所述电源信号输出至所述均流电路；

所述第三开关单元的第一端作为所述信号转换电路的输出端，所述第三开关单元的第二端接地；所述第三开关单元用于下拉所述信号转换电路的输出端的信号。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述信号转换电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻；

所述第一限流电阻电连接于所述第一开关单元的第一端与所述电源信号之间；所述第二限流电阻电连接于所述第二开关单元的第一端和所述电源信号之间。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一晶体管；所述第二开关单元包括第二晶体管；所述第三开关单元包括第三晶体管；

所述第一晶体管的栅极与所述处理器电连接，所述第一晶体管的第一电极通过所述第一限流电阻与所述电源信号电连接，所述第一晶体管的第二电极接地；

所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的第一电极电连接，所述第二晶体管的第一电极通过所述第二限流电阻与所述电源信号电连接，所述第二晶体管的第二电极为所述信号转换电路的输出端；

所述第三晶体管的栅极与所述第一晶体管的第一电极电连接，所述第三晶体管的第一电极为所述信号转换电路的输出端，所述第三晶体管的第二电极接地；

其中，所述第二晶体管的沟道类型与所述第三晶体管的沟道类型不同。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述第二晶体管为P沟道晶体管，所述第三晶体管为N沟道晶体管。

8.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为N沟道晶体管。

9.根据权利要求1～8任一项所述的驱动电路，其特征在于，还包括：分压电阻；

所述分压电阻的第一端与所述信号转换电路的输入端电连接，所述分压电阻的第二端接地。

10.一种超声波收发器，其特征在于，包括：处理器、至少两个超声波传感器和权利要求1～9任一项所述的超声波传感器的驱动电路；

所述超声波传感器的驱动电路电连接于所述处理器和各所述超声波传感器之间。

Images