TWI464554B - 感測電路 - Google Patents

Description

感測電路

本發明係關於一種感測電路，特別係關於一種不需要大電容進行濾波之感測電路。

近年來，電子裝置變得越來越高階且功能也越來越多樣化。舉例來說，類似如手機、電腦或者家用電器等電子裝置可以具備各種不同之感測裝置，以根據不同之環境參數實施相應之應用。

目前的感測裝置許多是需要對環境中人體移動的低頻訊號進行偵測0.4Hz~7Hz，例如焦電型紅外線偵測器。然而，習知的低頻感測裝置皆需要具有大阻值之電阻以及大容值之電容所構成之濾波電路，對所接收之訊號進行濾波，使得感測結果更為精準並且避免電路之誤動作。一般而言，具有大阻值之電阻以及大容值之電容所構成之濾波電路，在系統開機後需要30秒左右的時間，才能具有穩定之偵測功能。另外，大容值之電容亦需要較大的電路佈局面積，造成在產品設計上的不便另外大電容還有長期使用後，會產生漏電現象。有鑑於此，本發明提供了一種感測電路，以解決所述之問題。

本發明所提供之感測電路可使用不具有大電容與自動 偏壓之電路，偵測低頻之訊號並改善在高頻的抑制能力。

本發明提供一種感測電路。感測電路包括一感測器、一第一放大電路、一高通濾波器、一第二放大電路以及一判斷電路。感測器用以產生一感測訊號。第一放大電路用以產生自動偏壓及過濾感測訊號中之高頻訊號，以及放大感測訊號中之低頻訊號，以產生一第一放大訊號。高通濾波器用以過濾第一放大訊號中之直流訊號，以產生一濾波訊號。第二放大電路用以根據一第一既定電壓做偏壓，放大第一放大訊號中之低頻訊號並再過濾第一放大訊號中的高頻訊號，以產生一第二放大訊號。判斷電路用以判斷第二放大訊號是否大於一第二既定電壓，判斷第二放大訊號是否小於一第三既定電壓，並當第二放大訊號大於第二既定電壓或者小於第三既定電壓時，產生一偵測結果。

以下將詳細討論本發明各種實施例之裝置及使用方法。然而值得注意的是，本發明所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉例說明本發明之裝置及使用方法，但非用於限定本發明之範圍。

第1圖為本發明所提供之一種感測電路之方塊圖。感測電路100包括一感測器110、一第一放大電路120、一高通濾波器130、一第二放大電路140、一判斷電路150以及一電壓產生器160。熟習此技藝人士也可將感測電路200 實施於一具有感測功能之電腦系統樣態(configuration)上，例如，手持式設備(hand-held devices)、多處理器系統、以微處理器為基礎或可程式化之消費性電子產品(microprocessor-based or programmable consumer electronics)、監視錄影設備、家用電器以及類似之設備，本發明不加以限制。

感測器110用以偵測環境並產生一感測訊號SS1。另外，感測器110更用以將感測訊號SS1傳送至第一放大電路120。在本發明中，感測器110係用以偵測環境中之一低頻訊號。在本發明之一實施例中，感測器110係為一焦電型紅外線感應器(Passive Infrared Sensor，PIR)，用以感測頻率約為1赫茲之訊號。因此，本發明中之濾波器的有效範圍係在0.4Hz~7Hz之間。在其他實施例中，感測器110亦可為其他用以偵測低頻訊號之感測器，但本發明不限於此。

第一放大電路120耦接於感測器110以及高通濾波器130之間，用以接收感測器110所產生之感測訊號SS1。另外，第一放大電路120更用以過濾感測訊號SS1中之高頻訊號，以及放大感測訊號SS1中之低頻訊號，以產生一第一放大訊號AS1，並將第一放大訊號AS1傳送至高通濾波器130。

高通濾波器130耦接於第一放大電路120以及第二放大電路140之間，用以接收第一放大電路120所產生之第一放大訊號AS1。高通濾波器130更用以過濾第一放大訊號AS1中之直流訊號，以產生一濾波訊號FS1，並將濾波 訊號FS1傳送至第二放大電路140。

第二放大電路140耦接於高通濾波器130、電壓產生器160以及判斷電路150之間。第二放大電路140用以根據電壓產生器160產生之一第一既定電壓VM，放大濾波訊號FS1中之低頻訊號，以產生一第二放大訊號AS2。第二放大電路140更用以將第二放大訊號AS2傳送至判斷電路150。

判斷電路150耦接於第二放大電路140以及電壓產生器160之間，用以判斷第二放大訊號AS2是否大於一第二既定電壓VH，以及判斷第二放大訊號AS2是否小於一第三既定電壓VL。判斷電路150更用以當第二放大訊號AS2大於第二既定電壓VH或者小於第三既定電壓VL時，產生一偵測結果DR1。

電壓產生器160耦接於第二放大電路140以及判斷電路150之間，用以產生第一既定電壓VM、第二既定電壓VH以及第三既定電壓VL。電壓產生器160更用以將第一既定電壓VM傳送至第二放大電路140，並且將第二既定電壓VH以及第三既定電壓VL傳送至判斷電路150。值得注意的是，第一既定電壓VM係為第二既定電壓VH以及第三既定電壓VL之平均值，但本發明不限於此。

第2圖為本發明所提供之一種第一放大電路120之方塊圖。在本實施例中，第一放大電路120包括一低通濾波器122、一第一電阻R1、一第一放大器124、一第二電阻R2、一第一電容C1以及一第四電阻R4。低通濾波器122具有一第一端耦接至一第一節點N1，以及一第二端耦接至 第一放大器124之正輸入端，用以過濾感測訊號SS1中之高頻訊號。第一電阻R1具有一第一端耦接至第一節點N1，以及一第二端耦接至一第二節點N2。第二電阻R2具有一第一端耦接至第二節點N2，以及一第二端耦接至第一放大器124之輸出端。第一放大器124具有一正輸入端耦接至低通濾波器122之第二端，一負輸入端耦接至第二節點N2，以及一輸出端用以產生第一放大訊號AS1，其中第一放大器124係用以根據第一電阻R1以及第二電阻R2之阻值的比值放大感測訊號SS1中之低頻訊號。在本發明中之一實施例中，第二電阻R2之阻值係為第一電阻R1之阻值的100倍。舉例而言，第一電阻R1之阻值可為10千歐姆(KΩ)，並且第二電阻R2之阻值可為1000千歐姆(KΩ)，但本發明不限於此。值得注意的是，在本實施例中，第一放大器124係將感測訊號SS1中之低頻訊號放大100倍。第一電容C1具有一第一端耦接至第一節點N1，以及一第二端耦接至第一放大器124之輸出端，用以接收感測訊號SS1中之高頻訊號，使得感測訊號SS1中之高頻訊號不會被第一放大器124所放大。在本發明之一實施例中，第一電容C1之容值可為0.1微法拉(μF)，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一電容C1亦可為其他容值小用以導通高頻訊號之電容。第四電阻R4耦接於第一放大器124之正輸入端以及負輸入端之間。

第3圖為本發明所提供之一種低通濾波器122之方塊圖。在本實施例中，低通濾波器122包括一第三電阻R3以及一第二電容C2，但本發明不限於此。第三電阻R3具 有一第一端耦接至第一節點N1，以及一第二端耦接至第一放大器124之正輸入端。第二電容C2具有一第一端耦接至第三電阻R3之第二端，以及一第二端耦接至一接地GND。在本發明之一實施例中，第三電阻R3之阻值係為200千歐姆(KΩ)，並且第二電容C2之容值係為2.2微法拉(μF)，但本發明不限於此。

第4圖為本發明所提供之一種高通濾波器130之方塊圖。在本實施例中，高通濾波器130包括一第七電阻R7以及一濾波電容CF。濾波電容CF具有一第一端耦接於第一放大電路120，以及一第二端耦接於第七電阻R7之第二端以及第二放大電路140，其中濾波電容CF用以過濾第一放大訊號AS1中之直流訊號，以產生一濾波訊號FS1，並將濾波訊號FS1傳送至第二放大電路140。舉例而言，濾波電容CF之容值可為1微法拉(μF)。第七電阻R7具有一第一端耦接至一第三節點N3，用以接收第一既定電壓VM，以及一第二端耦接至第二放大電路140，其中第七電阻R7係用以藉由電壓產生器160所產生之第一既定電壓VM提高濾波訊號FS1之電壓。值得注意的是，第七電阻R7之第二端係耦接至第二放大電路140中之一第二放大器142的正輸入端，如第8圖所示。在本發明之一實施例中，第七電阻R7係為400千歐姆(KΩ)，但本發明不限於此。

第5圖為本發明所提供之一種第二放大電路140之方塊圖。在本實施例中，第二放大電路140包括一第五電阻R5、一第二放大器142、一第六電阻R6、一第三電容C3。第五電阻R5具有一第一端耦接至一第三節點N3，用以接 收電壓產生器160所產生之第一既定電壓VM，以及一第二端耦接至第二放大器142之負輸入端。第六電阻R6具有一第一端耦接至第二放大器142之負輸入端，以及一第二端耦接至第二放大器142之輸出端。第二放大器142具有一正輸入端耦接至高通濾波器130，用以接收濾波訊號FS1，一負輸入端耦接至第五電阻R5之第二端，以及一輸出端用以產生第二放大訊號AS2，其中第二放大器142用以根據第五電阻R5以及第六電阻R6之阻值的比值放大濾波訊號FS1中之低頻訊號。在本發明中之一實施例中，第五電阻R5之阻值係為第六電阻R6之阻值的25倍。舉例而言，第五電阻R5之阻值可為20千歐姆(KΩ)，並且第六電阻R6之阻值可為500千歐姆(KΩ)，但本發明不限於此。值得注意的是，在本實施例中，第二放大器142係將濾波訊號FS1中之低頻訊號放大25倍。第三電容C3具有一第一端耦接至第二放大器142之負輸入端，以及一第二端耦接至第二放大器142之輸出端，用以接收濾波訊號FS1中之高頻訊號，使得濾波訊號FS1中之高頻訊號不會被第二放大器142所放大。在本發明之一實施例中，第三電容C3之容值可為0.022微法拉(μF)，本發明不限於此。在其他實施例中，第三電容C3亦可為其他容值小用以導通高頻訊號之電容。

第6圖為本發明所提供之一種判斷電路150之方塊圖。在本實施例中，判斷電路150包括一第一比較器152、一第二比較器154以及一或閘156，但本發明不限於此。第一比較器152具有一正輸入端用以接收第二放大訊號 AS2，一負輸入端用以接收電壓產生器160所產生之第二既定電壓VH，以及一輸出端耦接至或閘156，用以判斷第二放大訊號AS2是否大於第二既定電壓VH。第二比較器154具有一正輸入端用以接收電壓產生器160所產生之第三既定電壓VL，一負輸入端用以接收第二放大訊號AS2，以及一輸出端耦接至或閘156，用以判斷第二放大訊號AS2是否小於第三既定電壓VL。或閘156具有一第一輸入端耦接至第一比較器152之輸出端，一第二輸入端耦接至第二比較器154之輸出端，以及一輸出端用以當第二放大訊號AS2大於第二既定電壓VH或者小於第三既定電壓VL時，產生偵測結果DR1。

第7圖為本發明所提供之一種電壓產生器160之方塊圖。在本實施例中，電壓產生器160包括一分壓電路162以及單位增益緩衝器164。分壓電路162包括一第一分壓電阻Rd1、一第二分壓電阻Rd2、一第三分壓電阻Rd3以及一第四分壓電阻Rd4，但本發明不限於此。第一分壓電阻Rd1具有一第一端耦接至一參考電壓Vref，以及一第二端耦接至第二分壓電阻Rd2之第一端用以產生第二既定電壓VH。第二分壓電阻Rd2，具有一第一端耦接至第一分壓電阻Rd1之第二端，以及一第二端耦接至第三分壓電阻Rd3之第一端用以產生第一既定電壓VM。第三分壓電阻Rd3具有一第一端耦接至第二分壓電阻Rd2之第二端，以及一第二端耦接至第四分壓電阻Rd4之第一端用以產生第三既定電壓VL。第四分壓電阻Rd4具有一第一端耦接至第三分壓電阻Rd3之第二端，以及一第二端耦接至一接地GND。 單位增益緩衝器164具有一輸入端耦接至第二分壓電阻Rd2之第二端，以及一輸出端耦接至第二放大電路140，用以放大第一既定電壓VM所產生之電流，並將第一既定電壓VM傳送至第二放大電路140。在本發明之一實施例中，單位增益緩衝器164係為一放大器OP1，具有一正輸入端耦接至第二分壓電阻Rd2之第二端，一負輸入端，以及一輸出端耦接至第二放大電路140以及負輸入端，但本發明不限於此。

第8圖為本發明所提供之一種感測電路之方塊圖。第8圖所示之感測電路100採用第2-7圖所示之第一放大電路120、高通濾波器130、第二放大電路140、判斷電路150以及一電壓產生器160。在本實施例中，感測電路100中之電容的容值皆不大於5微法拉(μF)，甚至小於3微法拉(μF)，使得感測電路100相較於習知的感測電路具有較小的體積與較佳的穩定性。再者，由於感測電路100不具有大電容，因此感測電路100在開機後可在短時間內達到穩定，以偵測訊號。因此，本發明所提供之感測電路100可以加速廠商生產測試所需要的時間。除此之外，第四電阻R4更用以在開機後，加速第二電容C2之充電速度，以縮短感測電路100之穩定時間。

第9圖為本發明所提供之感測電路100之訊號模擬圖。第9圖包括習知電路的頻率相應804以及本發明之感測電路100的頻率響應802。由頻率相應804以及頻率響應802可知，感測電路100相較於習知的感測電路，在低頻(0.01Hz)以上以及高頻(10kHz以上)皆具有較好的抑制能 力。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100‧‧‧感測電路

110‧‧‧感測器

120‧‧‧第一放大電路

122‧‧‧低通濾波器

124‧‧‧第一放大器

130‧‧‧高通濾波器

CF‧‧‧濾波電容

140‧‧‧第二放大電路

142‧‧‧第二放大器

150‧‧‧判斷電路

152、154‧‧‧比較器

156‧‧‧或閘

160‧‧‧電壓產生器

162‧‧‧分壓電路

164‧‧‧單位增益緩衝器

802、804‧‧‧頻率響應

OP1‧‧‧放大器

C1-C3‧‧‧電容

R1-R7‧‧‧電阻

Rd1-Rd4‧‧‧分壓電阻

SS1‧‧‧感測訊號

AS1‧‧‧第一放大訊號

FS1‧‧‧濾波訊號

AS2‧‧‧第二放大訊號

DR1‧‧‧偵測結果

VM、VH、VL‧‧‧第一既定電壓

Vref‧‧‧參考電壓

GND‧‧‧接地

第1圖為本發明所提供之一種感測電路之方塊圖；第2圖為本發明所提供之一種第一放大電路之方塊圖；第3圖為本發明所提供之一種低通濾波器之方塊圖；第4圖為本發明所提供之一種高通濾波器之方塊圖；第5圖為本發明所提供之一種第二放大電路之方塊圖；第6圖為本發明所提供之一種判斷電路之方塊圖；第7圖為本發明所提供之一種電壓產生器之方塊圖；以及第8圖為本發明所提供之一種感測電路之方塊圖；以及第9圖為本發明所提供之感測電路之訊號模擬圖。

100‧‧‧感測電路

110‧‧‧感測器

120‧‧‧第一放大電路

130‧‧‧高通濾波器

140‧‧‧第二放大電路

150‧‧‧判斷電路

160‧‧‧電壓產生器

SS1‧‧‧感測訊號

AS1‧‧‧第一放大訊號

FS1‧‧‧濾波訊號

AS2‧‧‧第二放大訊號

DR1‧‧‧偵測結果

VM、VH、VL‧‧‧第一既定電壓

Claims (10)

1. 一種感測電路，包括：一感測器，用以產生一感測訊號；一第一放大電路，用以過濾上述感測訊號中之高頻訊號，以及放大上述感測訊號中之低頻訊號，以產生一第一放大訊號；一高通濾波器，用以過濾上述第一放大訊號中之直流訊號，以產生一濾波訊號；一第二放大電路，用以根據一第一既定電壓，放大上述濾波訊號中之低頻訊號，以產生一第二放大訊號；以及一判斷電路，用以判斷上述第二放大訊號是否大於一第二既定電壓，判斷上述第二放大訊號是否小於一第三既定電壓，並當上述第二放大訊號大於上述第二既定電壓或者小於上述第三既定電壓時，產生一偵測結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中上述第一放大電路更包括：一低通濾波器，具有一第一端耦接至一第一節點，以及一第二端；一第一電阻，具有一第一端耦接至上述第一節點，以及一第二端耦接至一第二節點；一第一放大器，具有一正輸入端耦接至上述低通濾波器之第二端，一負輸入端耦接至上述第二節點，以及一輸出端用以產生上述第一放大訊號；一第二電阻，具有一第一端耦接至上述第二節點，以及一第二端耦接至上述第一放大器之輸出端；以及 一第一電容，具有一第一端耦接至上述第一節點，以及一第二端耦接至上述第一放大器之輸出端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之感測電路，其中上述低通濾波器更包括：一第三電阻，具有一第一端耦接至上述第一節點，以及一第二端耦接至上述第一放大器之正輸入端；以及一第二電容，具有一第一端耦接至上述第三電阻之第二端，以及一第二端耦接至一接地。
4. 如申請專利範圍第2項所述之感測電路，其中上述第一放大電路更包括一第四電阻耦接於上述第一放大器之正輸入端以及負輸入端之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中上述第二放大電路更包括：一第五電阻，具有一第一端耦接至一第三節點，用以接收上述第一既定電壓，以及一第二端；一第二放大器，具有一正輸入端耦接至上述高通濾波器，用以接收上述濾波訊號，一負輸入端耦接至上述第五電阻之第二端，以及一輸出端用以產生上述第二放大訊號；一第六電阻，具有一第一端耦接至上述第二放大器之負輸入端，以及一第二端耦接至上述第二放大器之輸出端；以及一第三電容，具有一第一端耦接至上述第二放大器之負輸入端，以及一第二端耦接至上述第二放大器之輸出端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，更包括一電壓產生器，用以產生上述第一既定電壓、上述第二既定電 壓以及上述第三既定電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之感測電路，其中上述電壓產生器更包括：一分壓電路，包括：一第一分壓電阻，具有一第一端耦接至一參考電壓，以及一第二端用以產生上述第二既定電壓；一第二分壓電阻，具有一第一端耦接至上述第一分壓電阻之第二端，以及一第二端用以產生上述第一既定電壓；一第三分壓電阻，具有一第一端耦接至上述第二分壓電阻之第二端，以及一第二端用以產生上述第三既定電壓；以及一第四分壓電阻，具有一第一端耦接至上述第三分壓電阻之第二端，以及一第二端耦接至一接地；以及一單位增益緩衝器，具有一輸入端耦接至上述第二分壓電阻之第二端，以及一輸出端耦接至上述第二放大電路。
8. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中上述判斷電路更包括：一第一比較器，具有一正輸入端用以接收上述第二放大訊號，一負輸入端用以接收上述第二既定電壓，以及一輸出端；一第二比較器，具有一正輸入端用以接收上述第三既定電壓，一負輸入端用以接收上述第二放大訊號，以及一輸出端；以及一或閘，具有一第一輸入端耦接至上述第一比較器之輸出端，一第二輸入端耦接至上述第二比較器之輸出端， 以及一輸出端用以產生上述偵測結果。
9. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中上述高通濾波器更包括：一第七電阻，具有一第一端耦接至一第三節點，用以接收上述第一既定電壓，以及一第二端耦接至上述第二放大電路；以及一濾波電容，具有一第一端耦接於上述第一放大電路，以及一第二端耦接於上述第七電阻之第二端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中上述第一既定電壓係為上述第二既定電壓以及上述第三既定電壓之平均值。