CN215526419U - 一种低功耗声学释放器唤醒检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种低功耗声学释放器唤醒检测电路，包括换能器、收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路，所述换能器依次连接收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路。与现有技术相比，本实用新型的低功耗声学释放器唤醒检测电路，相比较现有的唤醒电路，其采用硬件电路自动检测和判决唤醒信号，MCU可长时间处于休眠状态，显著降低了电路的功耗；本硬件检测电路结构简单，降低了生产成本以及驱动程序的冗杂度，且工作中稳定可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋水声通信技术领域，特别涉及一种低功耗声学释放器唤醒检测电路。
背景技术
我国是个海洋大国,对海洋的开发、资源的保护非常重要。随着人们对海洋资源的不断探索,水声通信技术不断发展,和海洋相关的新兴技术的研究迫在眉睫。海洋的探测和开发过程中,水声通信技术必不可少。
声学释放器是通过水声通信技术实现水下装备回收的仪器。甲板单元发出指令，以声波形式传播达到水下释放单元处后，释放器接收指令并释放配重，实现水下装备上浮。声学释放器采用电池供电，当部署在水下后需要长时间待机，并持续检测唤醒信号，当检测到有效的唤醒信号后唤醒后级电路，为应答、问询、释放等动作做准备。唤醒检测电路决定了声学释放器的待机时间。现有技术主要采用MCU控制ADC采集前放输出的信号，并由MCU对采集到的信号进行数字处理，识别唤醒信号，进而唤醒后级电路，但存在的缺陷有：MCU需通过实时运算识别唤醒信号，功耗较大。MCU内部电路和程序复杂，外设繁多，可靠性较差。
实用新型内容
针对现有技术存在以上缺陷，本实用新型提供一种低功耗声学释放器唤醒检测电路如下：
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种低功耗声学释放器唤醒检测电路，包括换能器、收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路，所述换能器依次连接收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路。
优选地，所述收发隔离电路采用二极管实现，包括二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4，所述收发隔离电路还包括电阻R64、电阻R70，所述二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4用于防止来接收信号进入发射电路或直接流向GND，而发射时大信号可通过二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3到达换能器。电阻R64、电阻R70构成的分压限流网络用于防止发射时的大信号损坏接收电路。
优选地，所述第一级放大电路为一个场效应管JFET低噪声放大电路，所述第二级放大电路为一个由低功耗运放构成的高增益反相放大电路，所述反相放大电路采用运放AD8542。
优选地，所述LC带通滤波器采用LC元件构成带通滤波器，通频带为9kHz-16kHz，带外倍频程抑制为20dB。
优选地，所述自动增益控制电路包括运放OP2A、运放OP1B、运放OP1A以及运放27L2C构成的积分电路，所述运放OP2A的反馈回路上连接有一对二极管，所述运放OP2A的输出端连接运放OP1B输入端以及经过由运放27L2C构成的积分电路后反馈回OP2A的输入端，所述运放OP1B的输出端连接运放OP1A的输入端。
优选地，所述鉴频器包括并联的两路，每路鉴频器采用CMOS低功耗集成式鉴频器LMC567。
与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
本实用新型的低功耗声学释放器唤醒检测电路，相比较现有的唤醒电路，其采用硬件电路自动检测和判决唤醒信号，MCU可长时间处于休眠状态，显著降低了电路的功耗；本硬件检测电路结构简单，降低了生产成本以及驱动程序的冗杂度，且工作中稳定可靠。
附图说明
图1为本实用新型低功耗声学释放器唤醒检测电路的原理框图；
图2为本实用新型收发隔离电路的电路原理图；
图3为本实用新型第一级放大电路、第二级放大电路的电路原理图；
图4为本实用新型LC带通滤波器的电路原理图；
图5为本实用新型自动增益控制电路的电路原理图；
图6为本实用新型鉴频器的电路原理图。
图中：换能器100，收发隔离电路200，第一级放大电路300，第二级放大电路400，LC带通滤波器500，自动增益控制电路600，鉴频器700，MCU电路800。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种低功耗声学释放器唤醒检测电路，包括换能器100、收发隔离电路200、第一级放大电路300、第二级放大电路400、LC带通滤波器500、自动增益控制电路600、鉴频器700以及MCU电路800，所述换能器100依次连接收发隔离电路200、第一级放大电路300、第二级放大电路400、LC带通滤波器500、自动增益控制电路600、鉴频器700以及MCU电路800。唤醒信号的形式为两个不同频率的单频脉冲序列，换能器100将接收到的声信号转换为电信号送入后续电路，后续电路对信号进行多级放大、滤波，得到放大后的有用信号。鉴频器700分别检测信号中的两个单频成分，并输出对应的高低电平序列送入MCU电路800。MCU电路800平时处于休眠状态，当接收到来自唤醒检测电路的信号时被唤醒，并检验收到的电平序列是否为唤醒指令，并执行后续动作。
如图2所示，唤醒检测电路的接收和发射共用一个换能器，为了防止发射时的高压信号进入接收电路造成接收电路损坏，需要通过收发合置的收发隔离电路隔离接收和发射，所述收发隔离电路采用二极管实现，包括二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4，所述收发隔离电路还包括电阻R64、电阻R70，所述二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4用于防止来接收信号进入发射电路或直接流向GND，而发射时大信号可通过二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3到达换能器。电阻R64、电阻R70构成的分压限流网络用于防止发射时的大信号损坏接收电路。
如图3所示，所述第一级放大电路为一个场效应管JFET低噪声放大电路，所述第二级放大电路为一个由低功耗运放构成的高增益反相放大电路，所述反相放大电路采用运放AD8542，第一级放大电路由晶体管分立元件构成的放大电路具有低噪声的特性，作为前放的第一级放大，可有效降低前放的自噪声，其功耗小于0.1mW。由低功耗运放AD8542构成的反相放大器增益为30dB，功耗为0.15mW。
如图4所示，所述LC带通滤波器采用LC元件构成带通滤波器，通频带为9kHz-16kHz，带外倍频程抑制为20dB。
如图5所示，所述自动增益控制电路包括运放OP2A、运放OP1B、运放OP1A以及运放27L2C构成的积分电路，所述运放OP2A的反馈回路上连接有一对二极管，所述运放OP2A的输出端连接运放OP1B输入端以及经过由运放27L2C构成的积分电路后反馈回OP2A的输入端，所述运放OP1B的输出端连接运放OP1A的输入端，自动增益控制电路的工作原理：为了使进入后级鉴频器的信号拥有合适的幅度，需要对带通滤波器输出的信号进行自动增益调整。带通滤波器输出的信号首先由运放OP2A进行缓冲放大，OP2A的反馈回路上设计有一对二极管，当带通滤波器输出的信号较大时二极管导通，OP2A的增益减小，OP2A的输出幅度被限制在一定范围内。OP2A的输出送入由运放OP1B构成的放大电路，其输出经过由运放27L2C构成的积分电路后反馈回OP2A的输入端。当OP1B的输出幅度增大时，积分反馈回路将自动减小OP1B的增益，OP1B的输出幅度被限制在一定范围内。由运放OP1A构成的末级放大电路对信号进行进一步放大，使进入鉴频器的信号达到最佳幅度范围。当使用3.3V供电时，3个AD8542构成的放大器总功耗为0.45mW，27L2C积分反馈电路的功耗为0.13mW。
如图6所示，所述鉴频器700包括并联的两路，每路鉴频器700采用CMOS低功耗集成式鉴频器LMC567，自动增益控制电路输出的信号分别送入两个鉴频器，当输入信号的频率与LMC567的鉴频频率相同时，LMC567输出低电平，后级的MCU通过检测两个鉴频器输出的高低电平序列判断是否接收到唤醒信号。通过调节LMC567的外部RC网络可改变鉴频频率，其中U6的鉴频频率设计为9kHz，U7的鉴频频率设计为13kHz。当使用3.3V供电时，LMC567的功耗为1.2mW，两个鉴频电路的总功耗为2.4mW，当鉴频器未检测到有效信号时，该MCU处于深度休眠状态。
综合本实用新型的电路及原料可知，本实用新型的低功耗声学释放器唤醒检测电路，相比较现有的唤醒电路，其采用硬件电路自动检测和判决唤醒信号，MCU可长时间处于休眠状态，显著降低了电路的功耗；本硬件检测电路结构简单，降低了生产成本以及驱动程序的冗杂度，且工作中稳定可靠。
Claims (6)
1.一种低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，包括换能器、收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路，所述换能器依次连接收发隔离电路、第一级放大电路、第二级放大电路、LC带通滤波器、自动增益控制电路、鉴频器以及MCU电路。
2.如权利要求1所述的低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，所述收发隔离电路采用二极管实现，包括二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4，所述收发隔离电路还包括电阻R64、电阻R70，所述二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3、以及二极管DP4用于防止来接收信号进入发射电路或直接流向GND，而发射时大信号可通过二极管DP1、二极管DP2、二极管DP3到达换能器，电阻R64、电阻R70构成的分压限流网络用于防止发射时的大信号损坏接收电路。
3.如权利要求1所述的低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，所述第一级放大电路为一个场效应管JFET低噪声放大电路，所述第二级放大电路为一个由低功耗运放构成的高增益反相放大电路，所述反相放大电路采用运放AD8542。
4.如权利要求1所述的低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，所述LC带通滤波器采用LC元件构成带通滤波器，通频带为9kHz-16kHz，带外倍频程抑制为20dB。
5.如权利要求1所述的低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，所述自动增益控制电路包括运放OP2A、运放OP1B、运放OP1A以及运放27L2C构成的积分电路，所述运放OP2A的反馈回路上连接有一对二极管，所述运放OP2A的输出端连接运放OP1B输入端以及经过由运放27L2C构成的积分电路后反馈回OP2A的输入端，所述运放OP1B的输出端连接运放OP1A的输入端。
6.如权利要求1所述的低功耗声学释放器唤醒检测电路，其特征在于，所述鉴频器包括并联的两路，每路鉴频器采用CMOS低功耗集成式鉴频器LMC567。
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