一种感应式传感器激励信号产生方法
阅读说明：本技术 一种感应式传感器激励信号产生方法 (Method for generating excitation signal of inductive sensor ) 是由 石洪 高文政 程亚博 崔小强 王德才 穆如传 章帆 周柏 王磊 沈孟龙 王柳 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：一种感应式传感器激励信号产生方法,实现该方法的电路包括反向电路模块、自举升压电路模块、驱动电路模块LC谐振电路模块,反向电路模块用于将MCU输出的低压、高频的方波激励信号进行反向,生成四路相位差180°的控制信号,其中两路相位差180°的相位信号作为自举升压电路模块的输入信号,另外两路相位差180°的相位信号作为驱动电路模块的控制信号；自举升压电路模块用于将电压自举升高并作为驱动电路模块的驱动电压,驱动电路在两路相位差180°的控制信号及驱动电压作用下,生成两路高压、高频的方波信号,高压方波信号经过两路LC谐振电路生成两路高频、高压的差分正弦信号。该方法可以减少脉诊气息磁场中的高次谐波,提升抗干扰能力和测角精度。(A method for generating an excitation signal of an induction type sensor comprises a reverse circuit module, a bootstrap booster circuit module and a drive circuit module LC resonance circuit module, wherein the reverse circuit module is used for reversing low-voltage and high-frequency square wave excitation signals output by an MCU (microprogrammed control Unit) to generate four paths of control signals with 180-degree phase difference, two paths of phase signals with 180-degree phase difference are used as input signals of the bootstrap booster circuit module, and the other two paths of phase signals with 180-degree phase difference are used as control signals of the drive circuit module; the bootstrap booster circuit module is used for boosting voltage in a bootstrap mode and using the boosted voltage as driving voltage of the driving circuit module, the driving circuit generates two paths of high-voltage and high-frequency square wave signals under the action of two paths of control signals with phase difference of 180 degrees and the driving voltage, and the high-voltage square wave signals generate two paths of high-frequency and high-voltage differential sinusoidal signals through two paths of LC resonance circuits. The method can reduce higher harmonics in the pulse-taking breath magnetic field, and improve the anti-interference capability and the angle measurement precision.)
技术领域
本发明涉及信号模拟与测试技术领域，特别是一种感应式传感器激励信号产生方法。
背景技术
感应式角度传感器在进行角度测量时需要一个高频的激励信号来产生脉诊气息磁场，受制于感应式角度传感器的尺寸及供电电压的大小，目前激励信号一般为单端、低压的高频方波信号，但是，由于电涡流效应的存在，采用单端、低压的激励信号将会导致脉诊气息磁场的强度较低，使得感应式角度传感器的抗干扰能力较低，同时采用方波作为激励信号，将会导致脉诊气息磁场存在较多的高次谐波，使得感应式角度传感器的最终测角精度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用反向电路、自举升压电路、驱动电路和LC谐振电路结合的的感应式传感器激励信号产生方法，该方法通过将单端、低压的高频方波信号进行反向、升压及谐振，产生两路高频、高压的差分正弦信号，使用高频、高压的差分正弦信号作为感应式角度传感器的激励信号可以提高脉诊气息磁场的强度，减少脉诊气息磁场中的高次谐波，提升传感器的抗干扰能力和测角精度，并且占用体积小。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种感应式传感器激励信号产生方法，实现该方法的电路包括反向电路模块、自举升压电路模块、驱动电路模块和LC谐振电路模块；
所述反向电路模块用于将MCU输出的低压、高频的方波激励信号进行反向，生成四路相位差180°的控制信号，其中两路相位差180°的相位信号作为自举升压电路模块的输入信号，另外两路相位差180°的相位信号作为驱动电路模块的控制信号；
所述自举升压电路模块用于将电压自举升高并作为驱动电路模块的驱动电压，驱动电路在两路相位差180°的控制信号及驱动电压作用下，生成两路高压、高频的方波信号，高压方波信号经过两路LC谐振电路生成两路高频、高压的差分正弦信号。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的感应式传感器激励信号产生方法，所述反向电路模块包括第一反向电路和第二反向电路，第一反向电路包括反相器U1、U2，第二反向电路包括反相器U3、U4，反相器U1与U2串联，反相器U3与U4串联，并且反相器U1的输入端与反相器U3的输入端相连接；
第一反向电路用于接收MCU产生的低压、高频的方波激励信号并进行反向，生成两路相位差180°的信号提供给自举升压电路模块；
第二反向电路用于接收MCU产生的低压、高频的方波激励信号进行反向，生成两路相位差180°的信号提供给驱动电路模块。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的感应式传感器激励信号产生方法，所述自举升压电路模块包括二极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及电容C1、C2、C3、C4、C5，
其中二极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5依次串联，并且Q1的输入端与U2的输出端连接，电容C1一端与U2的输入端连接，一端与Q1的输出端连接，电容C2一端与U2的输入端连接，一端与Q3的输出端连接，电容C3一端与U2的输出端连接，一端与Q2的输出端连接，电容C4一端与U2的输出端连接，一端与Q4的输出端连接，电容C5一端与地连接，一端与Q5的输出端连接；
自举升压电路模块用于通过自举将第一反向电路输出的低压方波信号转换为高压的直流电平。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的感应式传感器激励信号产生方法，所述驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，第一驱动电路包括PMOS管Q6和NMOS管Q7，第二驱动电路包括PMOS管Q8和NMOS管Q9；
其中Q6的S极与Q5的输出端连接，Q6的G极与U4的输出端连接，Q6的D极与Q7的D极连接，Q7的D极与Q6的D连接，Q7的G极与U4的输出端连接，Q7的S极与地连接，Q8的S极与Q5的输出端连接，Q8的G极与U3的输出端连接，Q8的D极与Q9的D极连接，Q9的D极与Q8的D连接，Q9的G极与U3的输出端连接，Q9的S极与地连接；
第一驱动电路和第二驱动电路在第二反向电路输出的两路控制信号和自举电路输出的驱动电压作用下，分别生产两路相位差180°的高压方波信号。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的感应式传感器激励信号产生方法，所述LC谐振电路包括第一谐振电路和第二谐振电路，第一谐振电路包括电感L1和电容C6，第二谐振电路包括电感L2和电容C7；
其中电感L1的一端与C6串联，电感L1的另一端与Q6的D极连接，电感L2的一端与C7串联，电感L2的另一端与Q8的D极连接，电容C6的一端与电感L1连接，电容C6的另一端接地，电容C7的一端与电感L2连接，电容C7的另一端接地；
第一谐振电路和第二谐振电路的谐振频率与激励信号的频率一致，通过第一谐振电路及第二谐振电路的作用，将驱动电路输出的方波信号转换为相位差180°的正弦信号。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的感应式传感器激励信号产生方法，在该方法中，使用集成多路反相器的芯片替代反相器反向电路中的反相器U1、U2、U3、U4；
使用集成多路二极管的芯片替代自举升压电路中的二极管Q1~Q5，同时，在使用芯片替代二极管Q1~Q5时，根据芯片所含二极管的数量来调整电容C1~C5的数量与之匹配，调整自举电路的最终升压大小；
使用集成多路MOS管的芯片替代LC谐振电路中的MOS管Q6、Q7、Q8、Q9。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）本发明采用反向电路、自举升压电路将单端的低压激励信号转换为差分的高压激励信号信号，提高脉诊气息磁场的强度，提升感应式角度传感器的抗干扰能力；
（2）本发明采用LC谐振电路将方波激励信号转为正弦波激励信号，减少了脉诊气息磁场中的高次谐波，提升传感器的测角精度；
（3）采用本发明的技术，感应式角度传感器使用低电压作为供电电压，不需要改变供电电压；
（4）本发明的结构简单，占用空间小，不需要增加感应式角度传感器的体积。
附图说明
图1为本发明的总体电路结构原理框图；
图2为本发明的反向驱动电路输入输出波形图；
图3为本发明自举升压电路各点电压波形图；
图4为本发明的LC谐振电路输入输出波形图；
图5为本发明的使用集成芯片搭建的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，参考图1-4，一种感应式角度传感器的激励信号产生方法，该方法利用激励信号产生电路，激励信号产生电路包括以下四个模块：反向电路模块11、自举升压电路模块12、驱动电路模块13和LC谐振电路模块14；
所述反向电路模块11包括第一反向电路及第二反向电路，其中第一反向电路包括反相器U1、U2，第二反向电路包括U3、U4，U1与U2串联，U3与U4串联，并且U1与U3的输入端相连接；
第一反向电路接收MCU产生的4V、1MHz的方波激励信号进行反向，生成两路相位差180°的信号提供给自举升压电路模块，第二反向电路接收MCU产生的低压、高频的方波激励信号进行反向，生成两路相位差180°的信号提供给驱动电路模块；
所述自举升压电路包括二极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及电容C1、C2、C3、C4、C5，其中二极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5依次串联，并且Q1的输入端与U2的输出端连接，电容C1一端与U2的输入端连接，一端与Q1的输出端连接，电容C2一端与U2的输入端连接，一端与Q3的输出端连接，电容C3一端与U2的输出端连接，一端与Q2的输出端连接，电容C4一端与U2的输出端连接，一端与Q4的输出端连接，电容C5一端与地连接，一端与Q5的输出端连接；
自举升压电路工作过程为：上电后，A点第一次高电平、B点为低电平时，A点通过二极管 Q1、Q2、Q3对电容C1、C2充电，使C、E点的电压为4V，然后通过Q4、Q5输出，G点输出4V电压；A点第一次负电平、B点为高电平时，B点和电容C1通过二极管Q2对电容C3充电，使D点电压为8V；B点和电容C2通过二极管 Q4对电容C4充电，使F点电压为8V，然后通过二极管 Q5输出，G点输出8V电压。A点第二次高电平、B点为低电平时，A点和电容C3通过二极管Q3对电容C2充电，使E点电压为12V，A点和电容C4通过二极管Q5输出，G点输出12V电压；A点第二次负电平、B点为高电平时，B点和电容C2通过二极管Q4对电容C4充电，使F点电压为16V，然后通过Q5输出，G输出16V电压；A点第三次高电平、B点为低电平时，A点和电容C4通过二极管Q5输出，G点输出20V电压；以后根据A点、B点方波信号的高电平、低电平，G点输出20V电压和16V电压；A点、B点方波信号输出第4个波形信号时，C、D、E、F、G位置输出波形稳定；G点输出高电平20V、低电平16V的方波信号，经电容C5滤波后，输出16V直流电压，从而实现4V电压到16V电压的升压；
所述驱动电路包括第一驱动电路及第二驱动电路，其中第一驱动电路包括PMOS管Q6及NMOS管Q7，第二驱动电路包括PMOS管Q8及NMOS管Q9，其中Q6的S极与Q5的输出端连接，Q6的G极与U4的输出端连接，Q6的D极与Q7的D极连接，Q7的D极与Q6的D连接，Q7的G极与U4的输出端连接，Q7的S极与地连接，Q8的S极与Q5的输出端连接，Q8的G极与U3的输出端连接，Q8的D极与Q9的D极连接，Q9的D极与Q8的D连接，Q9的G极与U3的输出端连接，Q9的S极与地连接；
第一驱动电路的工作过程为：当U4输出的方波为低电平时，PMOS管Q6导通，NMOS管Q7截止，此时第一驱动电路输出16V高电平；当U4输出的方波为高电平时，NMOS管N7导通，PMOS管Q6截止，此时第一驱动电路输出0V电平；
第二驱动电路与第一驱动电路工作原理类似；
所述LC谐振电路包括第一谐振电路和第二谐振电路，其中第一谐振电路包括电感L1及电容C6，第二谐振电路包括电感L2及电容C7，其中电感L1的一端与C6串联，电感L1的另一端与Q6的D极连接，电感L2的一端与C7串联，电感L2的另一端与Q8的D极连接，电容C6的一端与电感L1连接，电容C6的另一端接地，电容C7的一端与电感L2连接，电容C7的另一端接地；
第一谐振电路及第二谐振电路的谐振频率与方波激励信号一致，第一谐振电路及第二谐振电路的Q值也一致，根据傅里叶分解，方波可以分解为同频的正弦波及其高次谐波组成，由于LC串联谐振具有放大及选频效果，驱动电路输出的16V、1MHz方波信号经过谐振电路，输出放大Q倍1MHz的差分正弦信号。
实施例2，参考图5，所述反向电路模块中的反相器U1~U4可以使用集成多路反相器的芯片替代，例如使用包括但不限于的集成四路反相器的芯片N1替代反向电路模块；N1将MCU输出的4V、1MHz的方波激励信号进行反向，生成四路相位差180°的控制信号；
所述自举升压电路中的二极管Q1~Q5可以使用集成多路二极管的芯片替代，同时在集成芯片替代二极管Q1~Q5时，可以根据芯片所含二极管的数量来调整电容C1~C5的数量与之匹配，从而调整自举电路的最终升压大小，例如，使用包括但不限于的集成四路二极管的N2替代二极管Q1~Q5，此时N1输出的4V，1MHz的方波经过放大生成12V的直流电压；
所述驱动电路中的MOS管Q6、Q7、Q8、Q9可以由集成多路MOS管的芯片替代，例如，使用包括但不限于的集成PMOS及NMOS的N3、N4替代MOS管Q6~Q9，此时N3、N4在N1输出的的4V、1MHz的方波控制信号及N2输出的12V驱动电压作用下，生产12V、1MHz的方波信号，方波信号再经过LC谐振电路模块输出高压的1MHz的差分正弦信号。
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