低频信号接收机及胎压诊断设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及信号接收机技术领域，提供了一种低频信号接收机及胎压诊断设备。所述低频信号接收机包括依次连接的接收单元、保护单元、驱动单元、自动增益控制单元和解调单元，其中：所述接收单元接收一特定通信频点的第一信号，所述保护单元对所述第一信号进行过压保护并输出符合后级单元正常工作电压的第二信号，所述驱动单元对所述第二信号进行单位增益后由所述自动增益控制单元根据所述第二信号幅度调整增益形成近似等幅的第三信号，所述解调单元根据所述第三信号解调得到原始信号。本实用新型增大了低频通信的有效通信距离，并且在无需改变信号接收机配置的情况下，保证了近距离到远距离全范围内信号的正常接收。
【专利说明】
低频信号接收机及胎压诊断设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及胎压诊断技术领域，特别是涉及一种低频信号接收机及胎压诊断设备。
【【背景技术】】
[0002]在通信频段中，一般30kHz?300kHz为低频频段，其中125kHz是比较常用的一个通信频点。由于该频点频率低，在小型设备应用中不适合使用天线作为信号辐射与接收单元，因此常使用电感耦合来传递信号，其应用范围局限于几厘米到一米左右的短距离通信系统，常见于射频识别(Rad1 Frequency Identif i cat 1n，RFID)、轮胎压力监测系统(TirePressure Monitoring System，TPMS)等系统中。
[0003]现有的上述系统的信号接收机中，信号传输距离的范围一般只能做到1.65米以内，例如有的信号接收机只支持I米的传输距离，有的只支持1.65米的传输距离。同时，现有技术的方案还需要针对不同的传输距离进行不同灵敏度配置。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【【实用新型内容】】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种低频信号接收机及胎压诊断设备，支持更远的信号传输距离，且简化配置，在同一配置下能够正常接收不同距离的信号，而不必通过不同配置来支持不同的传输距离。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种低频信号接收机，所述低频信号接收机包括依次连接的接收单元、保护单元、驱动单元、自动增益控制单元和解调单元，其中:
[0007]所述接收单元接收一特定通信频点的第一信号，所述保护单元对所述第一信号进行过压保护并输出符合后级单元正常工作电压的第二信号，所述驱动单元对所述第二信号进行单位增益后由所述自动增益控制单元根据所述第二信号幅度调整增益形成近似等幅的第三信号，所述解调单元根据所述第三信号解调得到原始信号。
[0008]进一步地，所述接收单元为LCR并联电路，包括并联的电感、电容和电阻，并联后的电感、电容和电阻的输出端输出所述第一信号。
[0009]进一步地，所述保护单元包括反向并联的第一二极管和第二二极管，并联后的第一二极管和第二二极管的输入端与所述接收单元的输出端连接，并联后的第一二极管和第二二极管的输出端输出所述第二信号。
[0010]进一步地，所述自动增益控制单元包括可变增益放大器、第一检波器、自动增益控制电路和第一滤波器，所述可变增益放大器的输入端与所述保护单元的输出端连接，所述可变增益放大器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接，所述可变增益放大器的输出端还通过第一检波器和自动增益控制电路连接所述可变增益放大器的控制端，所述第一滤波器的输出端输出第三信号；其中，所述自动增益控制电路的第一输入端与所述第一检波器连接，所述自动增益控制电路的第二输入端接收预设目标电平信号，所述自动增益控制电路的输出端与所述可变增益放大器的控制端连接。
[0011]进一步地，所述第一检波器为均方根检波器，所述第一滤波器为低通滤波器。
[0012]进一步地，所述解调单元包括依次连接的第二检波器和比较器，所述第二检波器与所述自动增益控制单元的输出端连接。
[0013]进一步地，所述第二检波器包括第二滤波器、若干限幅放大器、若干第三检波器、加法器和第三滤波器，其中所述第二滤波器的输入端接收所述自动增益控制单元的输出信号，所述第二滤波器的输出端分别连接所述限幅放大器的输入端和第三检波器的输入端，所述限幅放大器的输出端与所述第三检波器的输入端连接，所述第三检波器的输出端与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述第三滤波器的输入端连接，所述第三滤波器的输出端与所述比较器的第一输入端连接;所述比较器的第二输入端接收预设比较电平信号，所述比较器的输出端输出解调信号。
[0014]进一步地，所述驱动单元包括缓冲器，所述保护单元的两个输出端分别通过第一交流耦合电容和第二交流耦合电容连接所述缓冲器的两个输入端，所述缓冲器的输出端与所述自动增益控制单元的输入端连接。
[00?5] 进一步地，所述特定通信频点为125kHz。
[0016]本实用新型还提供了一种胎压诊断设备，所述胎压诊断设备包括如上所述的低频信号接收机。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:本实用新型的低频信号接收机由于增加了驱动单元和自动增益控制单元，首先通过驱动单元对接收单元接收的信号进行单位增益，从而输出完整复制输入的信号，给后级电路提供充足的驱动能力，其次虽然接收单元接收的并不是等幅信号，但自动增益控制单元可以实时跟踪接收信号幅度，并根据当前接收信号幅度调整增益，对强信号进行衰减，对弱信号进行放大，从而形成近似等幅的接收信号，其灵敏度高，增大了低频通信的有效通信距离，并且在无需改变信号接收机配置的情况下，保证了近距离到远距离全范围内信号的正常接收。
【【附图说明】】
[0018]图1是本实用新型实施例的低频信号接收机的框图；
[0019]图2是图1中的接收单元、保护单元和驱动单元的电路图；
[0020 ]图3是图1中自动增益控制单元的电路图；
[0021]图4是图1中解调单元的电路图；
[0022]图5是本实用新型实施例的低频信号接收机的工作原理图。
【【具体实施方式】】
[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]如图1所示，本实用新型实施例提供了一种低频信号接收机，所述低频信号接收机包括依次连接的接收单元10、保护单元20、驱动单元30和自动增益控制(Automatic GainControl，AGC)单元40和解调单元50，其中:所述接收单元10接收一特定通信频点的第一信号，所述保护单元20对所述第一信号进行过压保护并输出符合后级单元正常工作电压的第二信号，所述驱动单元30对所述第二信号进行单位增益后由所述自动增益控制单元40根据所述第二信号幅度调整增益形成近似等幅的第三信号，所述解调单元50根据所述第三信号解调得到原始信号。
[0026]125kHz是比较常用的一个通信频点，本实施例中所述特定通信频点为125kHz，当然，也可以为其他低频的特定通信频点，本实用新型不做限制。本实用新型适用于二进制启闭键控(On-Off Keying，00K)信号的接收，OOK是一种调制方式，用有无载波表示信号的极性(I或者O)。
[0027]与现有技术的低频信号接收机相比，本实用新型实施例的低频信号接收机由于增加了驱动单元30和自动增益控制单元40，首先通过驱动单元30对接收单元10接收的信号进行单位增益，从而输出完整复制输入的信号，给后级电路提供充足的驱动能力，其次虽然接收单元10接收的并不是等幅信号，但自动增益控制单元40可以实时跟踪接收信号幅度，并根据当前接收信号幅度调整增益，对强信号进行衰减，对弱信号进行放大，从而形成近似等幅的接收信号，其灵敏度高，增大了低频通信的有效通信距离，并且在无需改变信号接收机配置的情况下，保证了近距离到远距离全范围内信号的正常接收。
[0028]通过测试，本实用新型实施例低频信号接收机的传输距离可达1.85米，比现有技术的低频信号接收机在相同情况下测试的最远传输距离1.65米高了 20厘米，增大了低频通信的有效通信距离。在设定合适的比较电平(包括预设目标电平和预设比较电平)后，从近距离的O米到远距离的1.85米全范围内，低频信号接收机都可以实现信号的正常接收，本实用新型实施例简化了配置，在同一配置下能够正常接收不同距离信号，而不必通过不同配置来支持不同的传输距离。
[0029]如图2所示，进一步地，所述接收单元10为LCR并联电路，包括并联的电感L、电容C和电阻R，并联后的电感L、电容C和电阻R的输出端输出所述第一信号;所述电感L用于感应信号发送端电感L发出的变化磁场，所述电感L、电容C和电阻R并联形成谐振电路，当谐振频率设计为125kHz时，可以强化125kHz频率的信号，衰减该频率以外的信号(如噪声信号)。电阻R决定了谐振电路的Q值，可以调整带外信号的衰减，同时改变接收信号的响应速度。选型可参考:电感L(7.2mH)、电容C(220pF)、电阻R( IM Ω )，该电路的谐振频率约为125kHz，Q值约为22，可以有效接收该频点的信号。
[0030]如图2所示，所述保护单元20包括反向并联的二极管Dl和二极管D2，并联后的二极管Dl和二极管D2的输入端与所述接收单元10的输出端连接，并联后的二极管Dl和二极管D2的输出端输出所述第二信号;所述二极管Dl和二极管D2分别在不同电路极性下工作，当二极管Dl和二极管D2两侧的电压过高时，其中一个二极管导通，从而降低二极管Dl和二极管D2两侧的电压，两个反向的二极管分别在不同电路极性下工作，保证输出的电压不超过后级电路的正常工作范围，避免器件损坏。保护单元20主要在近距离通信时发挥作用，近距离下接收单元10感应到的信号电平可能很大，甚至超出后级电路单元的正常工作范围，有导致器件损坏的风险，利用二极管的开关特性，可以将接收到的高信号电平显著降低，从而起到保护电路的作用。
[0031]其中，所述驱动单元30主要对所述第二信号进行单位增益。由于LCR接收电路的驱动能力较弱，如果直接连接自动增益控制单元40，其输入信号可能不被自动增益控制单元40识别，因此在本实用新型实施例中增加了驱动单元30。
[0032]如图2所示，所述驱动单元30包括缓冲器，所述保护单元20的两个输出端分别通过第一交流耦合电容C2和第二交流耦合电容C3连接所述缓冲器的两个输入端，所述缓冲器的输出端与所述自动增益控制单元40的输入端连接。具体地，缓冲器可由双路运算放大器搭建实现，或者由其它低噪声的运算放大器或者仪表放大器搭建实现，形成单位增益的缓冲器结构，可以在缓冲器输出端完整复制输入的信号。由于运算放大器具有高输入电阻、低输出电阻的特性，因此可以既不影响接收单元10性能，同时给后级电路提供充足的驱动能力。缓冲器需要工作在一定的偏置电压下，因此在其输入端增加了交流耦合电容，以避免对接收单元10的影响。驱动单元30的电路噪声至关重要，接收单元10接收到的信号电平本身就比较微弱，如果噪声过高，可能将正常信号覆盖，造成信号不能正确识别的问题，具体实现时可选用具有极低的电流噪声(例如4fAHz入ΗζΟΙΟΚΗζ)及电压噪声(5nV^THZ@10KHZ)的运算放大器，以适合于这种应用。
[0033]如图3所示，所述自动增益控制单元40包括可变增益放大器(S卩AGC放大/衰减单元)、第一检波器、自动增益控制电路和第一滤波器，所述可变增益放大器的输入端与所述保护单元20的输出端连接，所述可变增益放大器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接，所述可变增益放大器的输出端还通过第一检波器和自动增益控制电路连接所述可变增益放大器的控制端，所述第一滤波器的输出端输出第三信号;其中，所述自动增益控制电路的第一输入端与所述第一检波器连接，所述自动增益控制电路的第二输入端接收预设目标电平信号，所述自动增益控制电路的输出端与所述可变增益放大器的控制端连接;所述第一检波器实时监测所述可变增益放大器放大后的输出信号的电平，所述自动增益控制电路对所述电平与所述预设目标电平进行比较后输出控制信号调整所述可变增益放大器的增益，使可变增益放大器输出的电平与所述预设目标电平一致，最后通过所述第一滤波器保证所述特定通信频点信号的通过并避免高频信号的干扰。其中，所述第一检波器可以采用均方根检波器，所述第一滤波器可以采用低通滤波器。
[0034]具体地，可变增益放大器支持SOdB的动态增益范围，其增益可通过外部接口进行控制。均方根检波器可以实时监测输出信号的均方根电平，自动增益控制电路将该电平与设定的预设目标电平进行比较，并输出适当的控制信号调整可变增益放大器的增益，最终使得可变增益放大器输出信号的均方根电平与预设目标电平一致。输出端的低通滤波器转折频率约为492kHz，可以保证125kHz信号的正常通过，且避免高频信号的干扰。本实施例中设定的AGC增益范围为-17.7dB?62.3dB，在信号电平低时，最高可提供62.3dB的增益，在信号电平高时，最高可提供-17.7dB的衰减。选择的预设目标电平约为370mV，实际测试的输出信号峰峰值在550mV左右。自动增益控制电路输出的增益控制信号响应时间十分重要，响应过快会导致信号失真，响应过慢则不能实时跟踪信号电平变化，设定的响应时间可以保证增益控制信号在I个信号传输周期内保持稳定，并能根据下一个周期的信号电平进行及时调整。
[0035]如图4所示，所述解调单元50包括依次连接的第二检波器和比较器，所述第二检波器与所述自动增益控制单元40的输出端连接;所述检波器用于识别自动增益控制单元40输出的信号包络从而区分有无载波信号，所述包络信号通过比较器转换为I/O信号，实现信号的解调。第二检波器可使用低电压噪声、宽输入范围、快速响应的对数检波器实现，并且该对数检波器输入阻抗与自动增益控制单元40要求的输出阻抗一致，可以较好对接。检波器输出的信号输入比较器，与预设比较电平进行比较。当输入信号电平超过预设比较电平时，比较器输出高电平；当输入信号电平低于预设比较电平时，比较器输出低电平。为保证电路调试方便，预设比较电平由可调电位器提供，在电路功能实现后，预设比较电平可设定为固定值，考虑器件差异，不同电路板设置的预设比较电平会有微弱差异，本实施例中提供的预设比较电平约为2.10V。由于自动增益控制单元40输出的信号幅度基本恒定，除了上面提及的对数检波器，普通的均方根检波器、峰值检波器等检波器均可以满足本低频信号接收机的检波需要。
[0036]所述第二检波器包括第二滤波器、若干限幅放大器、若干第三检波器、加法器和第三滤波器，其中所述第二滤波器的输入端接收所述自动增益控制单元40的输出信号，所述第二滤波器的输出端分别连接所述限幅放大器的输入端和第三检波器的输入端，所述限幅放大器的输出端与所述第三检波器的输入端连接，所述第三检波器的输出端与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述第三滤波器的输入端连接，所述第三滤波器的输出端与所述比较器的第一输入端连接;所述比较器的第二输入端接收预设比较电平信号，所述比较器的输出端输出解调信号。第二滤波器可采用高通滤波器，限幅放大器可设置6个，第三检波器可采用全波检波器，可设置9个，第三滤波器可采用低通滤波器。输入端的高通滤波器转折频率约为6kHz，可以抑制电路的低频干扰与噪声，输出端的低通滤波器转折频率为5.3kHz，用于滤除125kHz载波信号，限幅放大器、全波检波器和加法器提供了良好的对数响应特性。该第二检波器的输出上升时间为15纳秒，下降时间为30纳秒，对于125kHz信号(周期为8微秒)来说，可以认为无响应时延。
[0037]本实用新型实施例的工作原理:如图5所示，图中的理想发射信号为方波，实际接收信号部分为表述方便绘制了不同幅度的接收信号。理想发射信号是OOK调制的125kHz信号，信号可能是方波、正弦波或者类似波形，有信号(存在波形)表示I，无信号(无波形)时表示O。使用电感L耦合接收到的一般是正弦波信号，理想情况下该正弦波信号具有与发射信号相同的持续时间，但由于接收电路的工作特性，信号到达时，接收信号不会直接达到目标峰值，而是会缓慢上升，信号结束时，接收信号也不会直接下降到O，而是会缓慢下降。另外，由于接收端移动，或者发射端信号幅度的变化，导致接收端的信号并不是等幅信号。通过AGC单元，可以实时跟踪接收信号幅度，并根据当前接收信号幅度调整增益，对强信号进行衰减，对弱信号进行放大，从而形成近似等幅的接收信号。经AGC单元放大/衰减后的信号，再经过检波器可以得到信号的包络，进而通过比较器判定，即可解调出原始信号。
[0038]本实用新型中传输的低频信号可以为差分信号。或者通过差分与单端的转换，本实用新型实施例可以完整转化为针对单端信号的接收机。
[0039]本实用新型实施例还提供了一种胎压诊断设备，所述胎压诊断设备包括上述实施例所述的低频信号接收机。其中低频信号接收机的具体组成和工作原理参考上面实施例的描述，此处不再赘述。与现有技术的胎压诊断设备相比，本实用新型实施例的胎压诊断设备中的低频信号接收机由于增加了驱动单元和自动增益控制单元，首先通过驱动单元对接收单元接收的信号进行单位增益，从而输出完整复制输入的信号，给后级电路提供充足的驱动能力，其次虽然接收单元接收的并不是等幅信号，但自动增益控制单元可以实时跟踪接收信号幅度，并根据当前接收信号幅度调整增益，对强信号进行衰减，对弱信号进行放大，从而形成近似等幅的接收信号，其灵敏度高，增大了低频通信的有效通信距离，并且在无需改变信号接收机配置的情况下，保证了近距离到远距离全范围内信号的正常接收。
[0040]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低频信号接收机，其特征在于，所述低频信号接收机包括依次连接的接收单元、保护单元、驱动单元、自动增益控制单元和解调单元，其中: 所述接收单元接收一特定通信频点的第一信号，所述保护单元对所述第一信号进行过压保护并输出符合后级单元正常工作电压的第二信号，所述驱动单元对所述第二信号进行单位增益后由所述自动增益控制单元根据所述第二信号幅度调整增益形成近似等幅的第三信号，所述解调单元根据所述第三信号解调得到原始信号。2.如权利要求1所述的低频信号接收机，其特征在于，所述接收单元为LCR并联电路，包括并联的电感、电容和电阻，并联后的电感、电容和电阻的输出端输出所述第一信号。3.如权利要求1或2所述的低频信号接收机，其特征在于，所述保护单元包括反向并联的第一二极管和第二二极管，并联后的第一二极管和第二二极管的输入端与所述接收单元的输出端连接，并联后的第一二极管和第二二极管的输出端输出所述第二信号。4.如权利要求1所述的低频信号接收机，其特征在于，所述自动增益控制单元包括可变增益放大器、第一检波器、自动增益控制电路和第一滤波器，所述可变增益放大器的输入端与所述保护单元的输出端连接，所述可变增益放大器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接，所述可变增益放大器的输出端还通过第一检波器和自动增益控制电路连接所述可变增益放大器的控制端，所述第一滤波器的输出端输出第三信号;其中，所述自动增益控制电路的第一输入端与所述第一检波器连接，所述自动增益控制电路的第二输入端接收预设目标电平信号，所述自动增益控制电路的输出端与所述可变增益放大器的控制端连接。5.如权利要求4所述的低频信号接收机，其特征在于，所述第一检波器为均方根检波器，所述第一滤波器为低通滤波器。6.如权利要求1所述的低频信号接收机，其特征在于，所述解调单元包括依次连接的第二检波器和比较器，所述第二检波器与所述自动增益控制单元的输出端连接。7.如权利要求6所述的低频信号接收机，其特征在于，所述第二检波器包括第二滤波器、若干限幅放大器、若干第三检波器、加法器和第三滤波器，其中所述第二滤波器的输入端接收所述自动增益控制单元的输出信号，所述第二滤波器的输出端分别连接所述限幅放大器的输入端和第三检波器的输入端，所述限幅放大器的输出端与所述第三检波器的输入端连接，所述第三检波器的输出端与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述第三滤波器的输入端连接，所述第三滤波器的输出端与所述比较器的第一输入端连接；所述比较器的第二输入端接收预设比较电平信号，所述比较器的输出端输出解调信号。8.如权利要求1所述的低频信号接收机，其特征在于，所述驱动单元包括缓冲器，所述保护单元的两个输出端分别通过第一交流耦合电容和第二交流耦合电容连接所述缓冲器的两个输入端，所述缓冲器的输出端与所述自动增益控制单元的输入端连接。9.如权利要求1所述的低频信号接收机，其特征在于，所述特定通信频点为125kHz。10.一种胎压诊断设备，其特征在于，所述胎压诊断设备包括权利要求1-9任一项所述的低频信号接收机。
【文档编号】B60C23/04GK205523461SQ201620304826
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】郭哲, 成转鹏
【申请人】深圳市道通科技股份有限公司