一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路制造技术

本发明专利技术涉及快速过阈值检测电路，具体为一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其能够实现过阈值信号快速准确的检测，其包括串联连接的传感器、第一调制开关、放大器、第二调制开关和信号处理电路，其特征在于，所述第二调制开关连接阈值信号检测模块，所述阈值信号检测模块包括两个高速比较器，两个所述高速比较器的输入端连接所述第二调制开关，两个所述高速比较器的输出端连接或门的输入端，所述或门输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过阈值信号。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路
本专利技术涉及快速过阈值检测电路，具体为一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路。
技术介绍
传感器芯片是利用传感器技术，通过感应外部信号（如：压力、磁场）变化产生感应电压/电流的芯片。这种芯片广泛地应用在工业控制、家电及其它领域。由于半导体工艺的原因，传感器器件在应用中存在较大的零漂电压。为了抑制该零漂电压对于输出信号的干扰，普遍采用开关调制方式，将有效感应信号调制到较高的频率，从而可以与较低频率的零漂电压进行区隔。由于传感器芯片在应用中可能会遇到待测信号非正常升高，以至于危及系统中其它器件的程度，如：压力过大、电流过大。为了避免这种情况，传感器芯片需要快速检测待测信号是否超过事先设定好的阈值，并在待测信号超过阈值时输出过阈值信号，以便于系统能及时为系统中易于损坏的器件提供保护。图1显示了一种典型的传感器放大电路：其中100是传感器器件；101~103是调制开关及放大器；104是后续的信号处理电路；105是外部信号（可以是压力、磁场等），106是传感器产生的感应电压（这里假设为直流电压）；107是经过放大器放大后的信号，这里可以看出感应信号经过开关调制已经变为方波信号。以常用的霍尔电流传感器为例，除了提供基本的电流传感器功能外，在带有功率半导体器件的应用中，用户通常希望能够在电流超过阈值后提供快速过阈值指示信号，从而能及时关断半导体器件，避免其在大电流情况下的损坏，典型的功率半导体器件所需的保护响应时间不大于1~2微秒。但由于霍尔器件性能限制及系统设计的要求，开关调制的时钟速率不会太快（通常在100kHz~1MHz左右）。同时，由于希望能够过滤掉不必要的噪声信号，电流传感器芯片通常都会在信号输出端（图1中的信号处理电路104之后）采用低通滤波器来保证良好的噪声特性，但低通滤波器会降低瞬态响应的速度。在通常可以接受的噪声特性条件下，信号输出端的瞬态响应速度一般大于5~10微秒。由于过阈值信号是一种瞬态响应，所以带有低通滤波器的信号输出端信号难以满足提供过阈值信号的要求。其它，如压力传感器、气体传感器等，也有相似的快速过压（浓度）检测需求，其需求及遇到的问题与电流传感器类似。
技术实现思路
为了解决过阈值信号检测困难的问题，本专利技术提供了一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其能够实现过阈值信号快速准确的检测。其技术方案是这样的：一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其包括串联连接的传感器、第一调制开关、放大器、第二调制开关和信号处理电路，其特征在于，所述第二调制开关连接阈值信号检测模块，所述阈值信号检测模块包括两个高速比较器，两个所述高速比较器的输入端连接所述第二调制开关，两个所述高速比较器的输出端连接或门的输入端，所述或门输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过阈值信号。其进一步特征在于，所述数字处理模块包括高速数字采样器和数字滤波器；所述数字滤波器为FIR滤波器，所述FIR滤波器由对应数量的延迟模块和加法器模块构成；所述高速数字采样器采用1bit采样。采用本专利技术后，传感器感应到的信号经过放大器放大，经过高速比较器和或门输出至数字处理模块，将一个模拟信号是否超过规定阈值的问题转为数字电路中对数值的高低判断，从而避免模拟信号中不确定的毛刺及噪声所导致的误报信号，在保证过过阈值信号检测准确性的同时，提供了高速响应特性。附图说明图1为现有技术结构示意图；图2为本专利技术结构示意图；图3为以霍尔电流传感器为例的信号示意图；图4为数字滤波器原理图。具体实施方式见图2至图4所示，一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其包括串联连接的传感器200、第一调制开关201、放大器202、第二调制开关203和信号处理电路204，第二调制开关203连接阈值信号检测模块，阈值信号检测模块包括两个高速比较器208、209，两个高速比较器208、209的输入端连接第二调制开关103，两个高速比较器208、209的输出端连接或门210的输入端，或门201输出端连接数字处理模块211的输入端，数字处理模块211的输出端连接数字比较器212的输入端，数字比较器212的输出端输出过阈值信号。以霍尔电流传感器为例：假设当一个超过规定值的电流流过导体，传感器200感应到磁场信号205后将输出一个较高的感应电压301，经过放大器20放大后的波形如302所示。因为波形中的高低点均超过高速比较器208、209的比较值（即302中的虚线，正负向阈值），高速比较器208、209的输出经过或门210后的波形如303中的实线所示。由于两个高速比较器208、209比较点有差异，而开关调制信号的上升沿不可能无限快，从而导致波形中有宽度不定的毛刺（303中的实线）。同时，由于噪声的影响以及放大器建立速度的不同，303中的实线波形还有可能出现其它毛刺。数字处理模块2111包括高速数字采样器和数字滤波器；高速数字采样器采用1bit采样。电路结构相对简单。其采样周期Ps与高速过流指示信号的响应时间s之间应存在以下关系：s=Ps/mm可以是大于1的任意数字，为了保持精度，一般选择m大于5。高速数字采样的结果如304所示的数字流，如同其模拟信号源头一样，其中不可避免的会包含由于干扰所带来的毛刺：有可能是1，也有可能是0。这些数字会作为码流输入至后续的数字滤波器进行处理。数字处理模块211中数字滤波器结构如图4所示，该结构由n个延迟模块和加法器模块构成FIR滤波器，n的数量同样由高速过流指示信号的响应时间而定。数字滤波器不断计算当前波形的形状，其输出由数字比较器212与存贮的阈值比较，从而最终给出待测电流是否过流的指示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其包括串联连接的传感器、第一调制开关、放大器、第二调制开关和信号处理电路，其特征在于，所述第二调制开关连接阈值信号检测模块，所述阈值信号检测模块包括两个高速比较器，两个所述高速比较器的输入端连接所述第二调制开关，两个所述高速比较器的输出端连接或门的输入端，所述或门输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过阈值信号。

【技术特征摘要】
1.一种应用于开关调制信号的快速过阈值检测电路，其包括串联连接的传感器、第一调制开关、放大器、第二调制开关和信号处理电路，其特征在于，所述第二调制开关连接阈值信号检测模块，所述阈值信号检测模块包括两个高速比较器，两个所述高速比较器的输入端连接所述第二调制开关，两个所述高速比较器的输出端连接或门的输入端，所述或门输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海滨，尹有杰，马辉，
申请(专利权)人：无锡思泰迪半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32