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CN111867025B - 一种低功耗微波传感器及其控制电路 - Google Patents

一种低功耗微波传感器及其控制电路 Download PDF

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CN111867025B CN202010773953.7A CN202010773953A CN111867025B CN 111867025 B CN111867025 B CN 111867025B CN 202010773953 A CN202010773953 A CN 202010773953A CN 111867025 B CN111867025 B CN 111867025B
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Abstract

本公开实施例中提供了一种低功耗微波传感器及其控制电路，该电路包括低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1和电源管理模块；电源管理模块用于分别对低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1提供周期性的脉冲工作，并且，脉冲工作时间TON为微秒级，脉冲工作间隙TOFF为毫秒级。本发明通过一种快速上电休眠切换方式来降低微波传感器的功耗，使得微波传感器可工作于移动应用，或者在低功耗物联网中使用。

Description

一种低功耗微波传感器及其控制电路
技术领域
本公开涉及微波传感器技术领域，尤其涉及一种低功耗微波传感器及其控制电路。
背景技术
随着信息科技发展的突飞猛进和物联网应用的迅速发展，对低功耗传感器的要求也越来越高。传统的物联网传感器报告温度传感器，光敏传感器，声传感器，微波雷达传感器等。传统的微波传感器又分为很多种，包括调频连续波(FMCW)雷达，超宽带(UWB)雷达，多普勒雷达。目前应用的多普勒雷达的整体收发机一直处于开启状态，一直对外界发射恒定的毫米波信号，并且一直监测接收机的频率。
如图1所示的传感器架构即为传统的多普勒雷达传感器的方案，目前在也在市面上的产品中大量使用。但是这种方案功耗无法满足低功耗的应用。目前这种方案在5.8GHz多普勒应用中最低功耗也需要19mW。然而，如果使用红外传感器，功耗大约在150uW量级。因此这种收发机一直处于工作状态的方式在这种低功耗应用中是难以接受的。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种低功耗微波传感器及其控制电路，通过一种快速上电休眠切换方式来降低雷达传感器的功耗，使得雷达传感器可工作于移动应用，或者在低功耗物联网中使用。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低功耗微波传感器的控制电路，包括设置在控制芯片内部的低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1和电源管理模块；射频振荡器产生射频信号，射频信号经过所述功率放大器放大后由发射天线向外发射，接收天线获取感应信号后，经过低噪声放大器后输入到混频器，与射频震荡器产生的信号混频，由混频器输出至低频滤波放大器1；
所述电源管理模块用于分别对所述低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1提供周期性的脉冲工作，并且，脉冲工作时间TON为微秒级，脉冲工作间隙TOFF为毫秒级；
还包括设置于控制芯片外部的电容C1，所述电容C1的一端与低频滤波放大器1的引脚连接，另一端接地，在脉冲工作时间TON里，低频滤波放大器1对电容C1进行充电/放电，在脉冲工作间隙TOFF里，低频滤波放大器1的输出为高阻态，电容C1将电压信号保存。
在一种优选的实施方式中，还包括设置于控制芯片外部的无源滤波器，所述无源滤波器与电容C1连接，电压信号经过所述无源滤波器后输出，将信号的开关频率分量滤除。
在一种优选的实施方式中，所述控制芯片内部还包括低频滤波放大器2，经过所述无源滤波器处理后的电压信号输至所述低频滤波放大器2，经过低频滤波放大器2继续滤波并且信号放大处理后输出。
在一种优选的实施方式中，所述控制芯片内部还包括数模转换单元和数字信号处理单元，经过所述低频滤波放大器2处理后输出的电压信号传输至所述数模转换单位，由数模转换单位转化为数字信号，该数字信号最后经过所述数字信号处理单元后输出。
在一种优选的实施方式中，所述无源滤波器包括串接的电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C2的一端分别连接电阻R2的另一端和所述低频滤波放大器2的引脚，电容C2的另一端接地。
本发明还提供一种低功耗微波传感器，包括如上述的低功耗微波传感器的控制电路。
本发明的一种低功耗微波传感器及其控制电路，其有益效果在于：该传感器在保证优异的传感效果的基础上，将传统的传感器中消耗功耗比较多的模块通过快速上下电切换的方式降低功耗，以极低的功耗使得雷达传感器可工作于移动应用，或者在低功耗物联网中使用。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统的多普勒雷达传感器架构图；
图2为本发明的低功耗微波传感器电路架构图；
图3为本发明中的电源管理模块周期性的脉冲工作示意图；
图4为本发明中的电容C1和电容C2上的电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
参考图2，本公开实施例提供一种低功耗微波传感器的控制电路，包括设置在控制芯片内部的低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1和电源管理模块；射频振荡器产生射频信号，射频信号经过所述功率放大器放大后由发射天线向外发射，接收天线获取感应信号后，经过低噪声放大器后输入到混频器，与射频震荡器产生的信号混频，由混频器输出至低频滤波放大器1；
所述电源管理模块用于分别对所述低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1提供周期性的脉冲工作，并且，脉冲工作时间TON为微秒级，脉冲工作间隙TOFF为毫秒级；
还包括设置于控制芯片外部的电容C1，所述电容C1的一端与低频滤波放大器1的引脚连接，另一端接地，在脉冲工作时间TON里，低频滤波放大器1对电容C1进行充电/放电，在脉冲工作间隙TOFF里，低频滤波放大器1的输出为高阻态，电容C1将电压信号保存。
在传感器使用过程中，芯片系统中大部分电路是不需要一直处于工作状态，只需要让芯片系统处于时隙工作状态，就可以达到和一直工作时候的感知效果。因此，本发明的控制芯片内部有一个控制电路，该控制电路可以为芯片内部消耗功耗比较大的模块提供脉冲工作，脉冲工作时间为TON，TON时间设置比较短，一般为数微秒。脉冲工作间隙TOFF这些消耗功耗比较大的模块处于休眠状态，这个时候不耗电。TOFF时间相比于TON时间长，一般为数毫秒。芯片内部消耗功耗比较大的模块为低噪声放大器，混频器，低频滤波放大器1，功率放大器，射频振荡器。如图3所示，为电源管理模块周期性的脉冲工作示意图，即，芯片内部消耗功耗比较大的模块的电源上下电切换方式。通过如上所描述的方式可以实现功耗为原来不做处理时候的功耗的TON/TOFF，TON一般为数微秒，TOFF一般为数毫秒，这样即可将功耗变为不做处理时的千分之一。
上述低频滤波器1的作用是把电流信号转换为电压信号，同时提供放大作用。但是该模块的功耗比较大，因此采用上下电切换的方式来省电。但是该模块上下电的时候，信号也会出现上下电，于是本实施方式中通过外部电容C1来保存信号，当低频滤波器1上电时候，对外部电容C1进行充放电；当低频滤波器1下电时候，对外部为高阻态，电容C1把电压信号保存。此时，电容C1上面的波形如图4中(a)的实线所示。
但这样的模式会出现一些谐波，在一种优选的实施方式中，还包括设置于控制芯片外部的无源滤波器，所述无源滤波器与电容C1连接，电压信号经过所述无源滤波器被滤除开关谐波信号后后输出，恢复为原始的平滑信号。
具体地，上述无源滤波器包括串接的电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C2的一端分别连接电阻R2的另一端和所述低频滤波放大器2的引脚，电容C2的另一端接地。谐波通过电阻R2和电容C2滤除，波形恢复连续，如图4中(b)所示。
在一种优选的实施方式中，所述控制芯片内部还包括低频滤波放大器2，经过所述无源滤波器处理后的电压信号输至所述低频滤波放大器2，经过低频滤波放大器2继续滤波并且将信号放大处理后输出。
在一种优选的实施方式中，所述控制芯片内部还包括数模转换单元和数字信号处理单元，经过所述低频滤波放大器2处理后输出的电压信号传输至所述数模转换单位，由数模转换单位转化为数字信号，该数字信号最后经过所述数字信号处理单元后输出。
本发明将传统的传感器中消耗功耗比较多的模块通过快速上下电切换的方式，使得传感器在极大的功耗优化情况下得到和传统方案相同的传感效果。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种低功耗微波传感器的控制电路，其特征在于，包括设置在控制芯片内部的低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1和电源管理模块；射频振荡器产生射频信号，射频信号经过所述功率放大器放大后由发射天线向外发射，接收天线获取感应信号后，经过低噪声放大器后输入到混频器，与射频震荡器产生的信号混频，由混频器输出至低频滤波放大器1；
所述电源管理模块用于分别对所述低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器1提供周期性的脉冲工作，并且，脉冲工作时间TON为微秒级，脉冲工作间隙TOFF为毫秒级；
还包括设置于控制芯片外部的电容C1，所述电容C1的一端与低频滤波放大器1的引脚连接，另一端接地，在脉冲工作时间TON里，低频滤波放大器1对电容C1进行充电/放电，在脉冲工作间隙TOFF里，低频滤波放大器1的输出为高阻态，电容C1将电压信号保存；
还包括设置于控制芯片外部的无源滤波器，所述无源滤波器与电容C1连接，电压信号经过所述无源滤波器后输出，将信号的开关频率分量滤除；
所述控制芯片内部还包括低频滤波放大器2，经过所述无源滤波器处理后的电压信号输至所述低频滤波放大器2，经过低频滤波放大器2继续滤波并且将信号放大处理后输出。
2.根据权利要求1所述的低功耗微波传感器的控制电路，其特征在于，所述控制芯片内部还包括数模转换单元和数字信号处理单元，经过所述低频滤波放大器2处理后输出的电压信号传输至所述数模转换单元，由数模转换单元转化为数字信号，该数字信号最后经过所述数字信号处理单元后输出。
3.根据权利要求1所述的低功耗微波传感器的控制电路，其特征在于，所述无源滤波器包括串接的电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C2的一端分别连接电阻R2的另一端和所述低频滤波放大器2的引脚，电容C2的另一端接地。
4.一种低功耗微波传感器，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的低功耗微波传感器的控制电路。
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