一种磁感应式无线信号传输电路的制作方法

1.本实用新型涉及无线信号传输技术领域，更具体地说，涉及一种磁感应式无线信号传输电路。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展以及人们交流方式的不断更新，无线通讯技术发展迅速，各种无线通讯的方式层出不穷。与有线传输相比，无线传输具有许多优点，最重要的是，无线传输更加灵活。无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆，所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的。
3.现有技术中，如蓝牙、zigbee等绝大多数无线通讯方式，均需要先对设备配对连接，如果需要替换连接的设备，则需要断开连接再匹配新的连接设备，在一些会随时移动，或即放即连的场景，无线通信的便捷性大打折扣。
4.nfc(near field communication，近场通讯)是在非接触式射频识别rfid技术的基础上，结合无线互连技术研发而成的通信技术，nfc为我们日常生活中越来越普及的各种电子产品提供了一种十分安全快捷的通信方式。虽然nfc技术可以实现前述的即放即连的应用，且不需要提前配对连接，但是，nfc通信技术限定了通信的速率和协议，并且需要专用的芯片才可以支持。
5.综上，现有的无线通讯技术在通信前需要进行配对操作，对于一些需要移动式即放即连的场景，灵活性差，不够便捷。近场通讯需要专用芯片以及限定通信协议、设备等，成本高。


技术实现要素：

6.1.要解决的技术问题
7.针对现有技术中存在的无线通信方式需提前配对，在即放即连场景下使用便捷性差，或需专用芯片实现，增加成本等问题，本实用新型提供一种磁感应式无线信号传输电路，适用于近场通信，可实现收发端靠近传输信号，离开一定距离后断开通信，当多个通信系统同时使用时，无需相互配对，连接灵活且成本不高。
8.2.技术方案
9.本实用新型的目的通过以下技术方案实现。
10.本实用新型提供一种磁感应式无线信号传输电路，包括发射端和接收端，所述发射端包括功率驱动单元，电容耦合单元和发射感应线圈单元，所述功率驱动单元用于将输入信号转换为两路相位相反的输出信号，所述电容耦合单元用于隔直耦合；
11.所述接收端包括接收感应线圈单元、微分耦合单元和施密特信号恢复单元，所述微分耦合单元用于提取接收感应线圈单元的脉冲电压信号，所述施密特信号恢复单元用于将脉冲跳变信号恢复成高低电平信号；
12.发射端的功率驱动单元与电容耦合单元连接，电容耦合单元还与发射感应线圈单
元连接；接收端的接收感应线圈单元与微分耦合单元连接，微分耦合单元还与施密特信号恢复单元连接。
13.更进一步的，所述发射感应线圈单元包括发射感应线圈，所述接收感应线圈单元包括接收感应线圈，所述发射感应线圈与所述接收感应线圈镜像设置。
14.本实用新型采用感应式信号传输方式，以较低成本实现可靠的信号近距离信号传输。发射感应线圈上的脉冲电流，根据电流的磁效应原理，产生脉冲的磁场，当接收感应线圈靠经发射感应线圈时，根据电磁感应原理，发射端产生脉冲的磁场耦合到接收端线圈，并产生对应的脉冲电压。发射感应线圈和接收感应线圈镜像放置，当发射感应线圈逆时针电流脉冲时，接收感应线圈也产生逆时针电压脉冲。
15.更进一步的，所述功率驱动单元包括芯片u1、u2和u3，所述电容耦合单元包括电容c1和/或c2；芯片u1的输出端与芯片u3的输入端连接，芯片u3的输出端与芯片u2的输出端分别连接发射感应线圈的两端；
16.当电容耦合单元为电容c1时，芯片u2与发射感应线圈间设置电容c1；
17.当电容耦合单元为电容c2时，芯片u3与发射感应线圈间设置电容c2；
18.当电容耦合单元为c1和c2时，芯片u2与发射感应线圈间设置电容c1和芯片u3与发射感应线圈间设置电容c2。
19.更进一步的，所述发射端还包括电阻r1，电子r1分别与两路输入信号连接。电阻r1用于减少谐振杂波，电阻r1可根据实际调试情况调整阻值，若电阻r1阻值设置为零，即电路中不设置电阻r1。
20.更进一步的，所述芯片u1为反相器。为输出两路相位相反的信号，在芯片u3前设置反相器芯片u1，将输入信号反相。
21.更进一步的，所述芯片u2和芯片u3组成推挽式驱动。
22.更进一步的，所述功率驱动单元通过分离元件实现，或者集成h桥驱动。本实用新型对功率驱动单元的结构没有限制，将输入信号转换为两路相位相反的输出信号的任意形式电路结构均可应用于本实用新型的电路中。
23.更进一步的，所述微分耦合单元包括电容c3、电阻r3和电阻r4，所述施密特信号恢复单元包括施密特芯片u4；
24.接收感应线圈连接电容c3的一端，电容c3的另一端分别与电阻r3、电阻r4和施密特芯片u4均连接，电阻r3的另一端连接电源vcc，电阻r4的另一端接地，施密特芯片u4输出传输电路的输出信号。
25.更进一步的，所述接收端还包括电阻r2，电阻r2的一端连接接收感应线圈，电阻r2的另一端连接电容c3。电阻r2用于减少谐振杂波，电阻r2可根据实际调试情况调整阻值，若电阻r2阻值设置为零，即电路中不设置电阻r2。
26.更进一步的，电阻r3和电阻r4的阻值相同。电阻r3和r4作为分压电压，阻值相同，没有信号输入时施密特芯片输入端保持(1/2)vcc，信号输出保持上一次的状态。
27.本实用新型传输电路的发射端通过将信号变化的边沿变成脉冲磁场，信号的上升沿和信号的下降沿分别对应两个方向的脉冲磁场，在发射端不发射信号时，整个电路系统处于静态，功耗低。接收端通过接收感应线圈，将脉冲的磁场转换为脉冲的电信号，再通过施密特触发电路，将信号还原为高低电平。
28.3.有益效果
29.相比于现有技术，本实用新型的优点在于：
30.本实用新型结构简单，在使用前无需进行配对，只需将发送端和接收端靠近即可实现信号传输，连接十分灵活，具有很高的便捷性。
31.本实用新型传输透明，对通信协议没有限制，也不需要额外的进行编码或通过额外的芯片控制，成本很低。在没有信号传输时，本实用新型传输电路全静态，功耗低，适合广泛使用。
附图说明
32.图1为本实用新型传输电路结构示意图；
33.图2为本实用新型传输发射端的电路示意图；
34.图3为本实用新型传输接收端的电路示意图；
35.图4为本实用新型信号发射示意图；
36.图5为本实用新型信号接收示意图；
37.图中标号说明：
38.100、功率驱动单元；200、电容耦合单元；300、发射感应线圈单元；400、接收感应线圈单元；500、微分耦合单元；600、施密特信号恢复单元；
具体实施方式
39.下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。
40.实施例
41.基于现有技术中无线通信不够方便的问题，本实施例提供一种感应式无线信号传输电路，所述电路能够对信号进行近场的无线传输，通过间隔一定距离内的接收端接收信号。本实施例无线信号在传输时无需配对，实现纯透明传输，且该电路结构简单，成本低，占用面积小，适合广泛应用。
42.本实施例所述传输电路结构如图1所示，包括发射端和接收端，所述发射端包括功率驱动单元100、电容耦合单元200和发射感应线圈单元300；如图2所示，所述功率驱动单元100包括芯片u1、u2和u3，其中芯片u1为反相器，用于将输入信号反向，芯片u2、u3组成推挽式驱动；所述电容耦合单元200包括电容c1和/或c2，用于隔直耦合；所述发射感应线圈单元300包括发射感应线圈。
43.作为本实施例的一种改进，发射端电路还包括用于减少谐振杂波的电阻r1，电阻r1可根据实际调试情况调整阻值，若电阻r1阻值设置为零，即电路中不设置电阻r1。
44.作为本实施例的一种改进，发射端电路的功率驱动单元100可选用分离元件方式实现，或者集成h桥驱动，本实施例中，功率驱动单元100最后都转换为两路相位相反的输出信号用来驱动后级。
45.如图2所示，发射端电路中，u1的输出端连接u3的输入端；当电容耦合单元为电容c1时，电容c1的两端分别连接芯片u2与发射感应线圈的一端；当电容耦合单元为电容c2时，电容c2的两端分别连接芯片u3与发射感应线圈的另一端；当电容耦合单元为c1和c2时，电容c1的两端分别连接芯片u2与发射感应线圈的一端，电容c2的两端分别连接芯片u3与发射
感应线圈的另一端；输入信号分别输入驱动单元u2和u3，然后分别经过电容c1和/或c2，输入感应线圈，输入驱动u3的输入信号先经过反相器u1反相，电容c1和c2分别连接电阻r1的两端。
46.所述接收端电路如图1所示，包括接收感应线圈单元400、微分耦合单元500和施密特信号恢复单元600；如图3所示，所述接收感应线圈单元400包括接收感应线圈；所述微分耦合单元500包括电容c3、电阻r3和电阻r4，用于提取接收感应线圈单元400的脉冲电压信号；所述施密特信号恢复单元600包括施密特芯片u4，用于将脉冲的跳变信号恢复成原始的高低电平信号；接收端电路还包括电阻r2，用于减少谐振杂波，电阻r2可根据实际调试情况调整阻值，若电阻r2阻值设置为零，即电路中不设置电阻r2。
47.如图3所示，接收端电路中，接收感应线圈通过电阻r2连接电容c3的一端，电容c3的另一端分别与电阻r3、电阻r4和施密特芯片u4均连接，电阻r3的另一端连接电源vcc，电阻r4的另一端接地，施密特芯片u4输出高低电平信号；接收端电路中，电阻r2和电容c3耦合接收感应线圈感应出来的脉冲电压，电阻r3和r4为分压电阻，电阻r3和r4的阻值相同，没有信号输入时施密特芯片输入端保持(1/2)vcc，信号输出保持上一次的状态。
48.本实施例发射端电路中的发射感应线圈和接收端电路中的接收端感应线圈镜像设置，本实施例采用感应式信号传输方式，以较低成本实现可靠的信号近距离信号传输。如图4所示，发射端没有信号输入的时候，假设默认为高电平，芯片u2输出高电平，芯片u1输出低电平，线圈相当于导线，电容c1左侧为正电荷，电容c1右侧为负电荷，电容c2左侧为负电荷，电容右侧为正电荷，电容c1、c2充满电，发射感应线圈上无电流；当有信号输入，输入端信号由高电平转为低电平，芯片u2输出变成低电平，芯片u3输出变成高电平，与电容原先充满电的方向相反，此时发射感应线圈中产生较大的瞬间电流，电流方向为逆时针方向，随着电容电压的逐渐翻转，电流减小，直到趋近于零；当输入信号再次变化，输入端信号由低电平转换为高电平，芯片u2、u3输出翻转，与电容的电压又相反，此时线圈中产生较大的瞬间电流，电流方向为顺时针方向，随着电容电压的逐渐翻转，电流减小，直到趋近于零；信号输入的高电平转低电平的边沿，通过发射端电路，转换成感应线圈上的逆时针电流脉冲，信号输入的低电平转高电平的边沿，通过发射端电路，转换成感应线圈的顺时针电流脉冲。
49.发射感应线圈上的脉冲电流，根据电流的磁效应原理，产生脉冲的磁场，当接收感应线圈靠经发射感应线圈时，根据电磁感应原理，发射端产生脉冲的磁场耦合到接收端线圈，并产生对应的脉冲电压。当发射感应线圈逆时针电流脉冲时，接收感应线圈感应到相反的电流脉冲，结合图4和图5，发射感应线圈和接收感应线圈镜像放置，因此接收感应线圈也产生逆时针电压脉冲，电阻r3、r4为二分之一电源电压分压，使施密特信号恢复单元600在没有信号输入的情况下保持上一个状态，感应的电压脉冲通过电容耦合和电源电压分压电路，产生一个(1/2)vcc基础上的正向脉冲，施密特信号恢复单元600因为有窗口比较特性，脉冲电压超过窗口上限，施密特信号恢复单元600立刻输出高电平，脉冲结束后，输入维持在(1/2)vcc，因为施密特信号恢复单元600的保持特性，输出仍然保持高电平。当发射感应线圈产生顺时针电流脉冲时，接收感应线圈接收产生顺时针电压脉冲，感应的电压脉冲通过电容耦合和电源电压分压电路，产生一个(1/2)vcc基础上的反向脉冲，反向脉冲电压低于施密特窗口下限，施密特信号恢复单元600立刻输出低电平，脉冲结束后，因为施密特电路的保持特性，输出仍然保持低电平。
50.本实施例接收端电路完整的复现了发射端电路的脉冲信号。本实施例电路只传输信号的变化边沿，无载波，透明传输，对信号协议没有要求，静态状态下不发射任何信号，静态功耗低，对信号的频率也没有特殊要求。
51.以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本实用新型的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。本实用新型陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。