專利名稱：運(yùn)動(dòng)報(bào)警器的信號(hào)分析電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)傳感器的運(yùn)動(dòng)報(bào)警器的信號(hào)分析電路，其傳感器信號(hào)含有一個(gè)比較大的直流分量和一個(gè)小的交流分量，此電路具有濾除直流分量的若干部件，對(duì)傳感器信號(hào)的交流分量有一個(gè)模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器和一個(gè)放大器。
這種類型的運(yùn)動(dòng)報(bào)警器的傳感器信號(hào)，由一個(gè)強(qiáng)分散的隨溫度變化的直流分量和一個(gè)交流分量組成。此直流分量對(duì)于有用信號(hào)毫無(wú)貢獻(xiàn)、是不可預(yù)知的且不具較長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，而對(duì)發(fā)出報(bào)警提供有用信號(hào)的交流分量約為直流分量的千分之一，因而必須加以相應(yīng)的極強(qiáng)的放大。通常信號(hào)分析電路含有一系列起高通濾波器作用的電容器，并把直流分量分級(jí)濾除。余下的交流信號(hào)隨后被數(shù)字化和放大。由于有用頻率很低，為了濾波需要采用大的耦合—電解電容器，這種電容器不僅貴和電學(xué)觀點(diǎn)上存在問(wèn)題，而且也是不能夠集成的，從而由于造價(jià)的原因?qū)⒎治鲭娐方Y(jié)構(gòu)作成集成電路(IC)的愿望不可能實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種分析電路，這種電路是廉價(jià)的、耐用的，并且能夠制成集成電路，尤其是能制成系統(tǒng)集成開關(guān)電路(ASIC)。
根據(jù)本發(fā)明此項(xiàng)任務(wù)是如此解決的，即設(shè)置一個(gè)把整個(gè)傳感器信號(hào)直接數(shù)字化的模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器，并且采用與模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器連接在一起的數(shù)字高通濾波器組成濾除直流分量的若干部件。
本發(fā)明信號(hào)分析電路的第一種優(yōu)選實(shí)施結(jié)構(gòu)的特征是，模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器制成Sigma-Delta結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二種優(yōu)選實(shí)施結(jié)構(gòu)模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器含有一個(gè)Sigma-Delta環(huán)路和一個(gè)與其連接在一起的十進(jìn)位器。在另一種優(yōu)選實(shí)施結(jié)構(gòu)中這種十進(jìn)位器制成計(jì)數(shù)器。
這種制成Sigma-Dalta結(jié)構(gòu)的模/數(shù)—轉(zhuǎn)換器滿足有關(guān)牢固性、穩(wěn)定性和廉價(jià)方面的所有要求。該轉(zhuǎn)換器由傳感器信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)比特流，由該比特流中數(shù)字高通濾波器把高值比特以及任何直流分量完全清除掉。雖然這種數(shù)字高通濾波器用在很低頻率但還是可以廉價(jià)集成，所以本發(fā)明的分析電路極其適合于制成系統(tǒng)集成開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)。
下面借助一個(gè)實(shí)施例和附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明；這些附圖是

圖1運(yùn)動(dòng)報(bào)警器方框圖；圖2、圖1所示報(bào)警器信號(hào)分析電路的電路方框圖。
圖1示出一種被動(dòng)紅外運(yùn)動(dòng)報(bào)警器作為本發(fā)明運(yùn)動(dòng)報(bào)警器的示例，眾所周知這種報(bào)警器對(duì)位于遠(yuǎn)紅外的、與環(huán)境熱輻射有顯著不同的人體輻射響應(yīng)。然而此例既不可理解為對(duì)應(yīng)用的監(jiān)測(cè)原理(被動(dòng)紅外輻射)、也不可理解為對(duì)傳感器類型(例如熱傳感器)的限制。主要的是本發(fā)明信號(hào)分析電路適用于所有類型的其傳感器信號(hào)具有大的直流分量和小的交流分量的運(yùn)動(dòng)報(bào)警器。
圖1所示被動(dòng)紅外運(yùn)動(dòng)報(bào)警器其主要組成部件為光學(xué)系統(tǒng)1、傳感器元件2和信號(hào)分析電路3。由被警戒房間來(lái)的紅外輻射IR經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)1傳遞給傳感器元件2，于是該傳感器依據(jù)所接受輻射能量的強(qiáng)弱傳出一個(gè)下面表示為電信號(hào)SS的傳感器信號(hào)。此信號(hào)被傳送給信號(hào)分析電路3，在其輸出端可得到一個(gè)與傳感器信號(hào)SS相應(yīng)大小的報(bào)警信號(hào)AS。上述紅外運(yùn)動(dòng)報(bào)警器的主要部件優(yōu)先安裝在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，此機(jī)殼固定在被警戒房間的一個(gè)墻壁上或者其它適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 下面借助圖2敘述信號(hào)分析電路。此電路構(gòu)成系統(tǒng)集成開關(guān)電路(ASIC)，并且按示意圖包括兩個(gè)主方框，即一個(gè)是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4，另一個(gè)是數(shù)字高通濾波器5。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4是一個(gè)所謂的Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)Sigma-Delta環(huán)路6和一個(gè)十進(jìn)位器7，此十進(jìn)位器優(yōu)先制成簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。另一方面Sigma-Delta環(huán)路6由一個(gè)最好由運(yùn)算放大器組成的積分器8，一個(gè)比較器9和一個(gè)由比較器9的輸出信號(hào)控制時(shí)鐘的1比特?cái)?shù)/模轉(zhuǎn)換器10構(gòu)成，此轉(zhuǎn)換器選擇性地向積分器8反饋一個(gè)參考電壓Vref或一個(gè)數(shù)值為零的電壓Gnd(＝接地)。
向ASIC3輸送的傳感器信號(hào)SS作為主要組成部分含有一個(gè)強(qiáng)分散和與溫度相關(guān)的約1V的直流分量，在其上面疊加一個(gè)1mv交流信號(hào)，此信號(hào)構(gòu)成真正的有用信號(hào)，其頻率在0.2至10Hz范圍內(nèi)。此有用信號(hào)在ASIC內(nèi)必須放大例如在百倍至千倍之間。傳感器信號(hào)SS在積分器8中被積分，其輸出信號(hào)在比較器9中與某一閾值進(jìn)行比較。比較器9或者如圖中所示以時(shí)鐘頻率fo控制其時(shí)鐘、或者它連接上一個(gè)被控制時(shí)鐘的觸發(fā)器(所謂的D-FF)。時(shí)鐘頻率fo也就是Sigma-Delta環(huán)路6運(yùn)行的頻率。
比較器9的輸出信號(hào)一方面?zhèn)鬏斀o十進(jìn)位器7，另一方面時(shí)鐘控制一個(gè)由一個(gè)開關(guān)組成的1比特?cái)?shù)/模轉(zhuǎn)換器10，此轉(zhuǎn)換器在由一個(gè)電壓源提供的參考電壓Vref與電壓地之間轉(zhuǎn)換。其中提供參考電壓Vref的電壓源也最好為傳感器2供電(圖1)。1比特?cái)?shù)/模轉(zhuǎn)換器10的作用在于在比較器9中只考查介于電壓Gnd和Vref范圍之內(nèi)的經(jīng)積分的傳感器信號(hào)SS。
傳送給十進(jìn)位器7的信號(hào)具有比特流的形式；即其平均值是脈沖密度調(diào)制的，所以代表模擬輸入信號(hào)。此比特流在十進(jìn)位器7中存儲(chǔ)在一個(gè)有確定寬度的并行字中。當(dāng)Sigma-Delta環(huán)路6工作在頻率fo，而且并行字寬度等于n比特，于是此并行字對(duì)所有fr＝fo/2n是可用的，其中fr表示傳感器信號(hào)的實(shí)際掃描速率。如果舉例說(shuō)fo等于500KHz和并行字為14比特寬，那么fr就是fr＝500KHz/214＝30.5Hz。
經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器之后，數(shù)字化的傳感器信號(hào)到達(dá)數(shù)字高通濾波器5，它是一種一階濾波器，可以把傳感器信號(hào)中的所有直流分量全清除掉。高通濾波器5，例如其角頻率可以近似為70mHz，是以這樣一種方式設(shè)計(jì)的，即不是對(duì)原始并行字的所有n比特進(jìn)一步加以處理，而是只對(duì)原始n比特并行字的較低值比特的m數(shù)值進(jìn)行處理。所以結(jié)果導(dǎo)致2n-m倍的數(shù)字放大，此放大倍數(shù)與模擬積分器8的放大倍數(shù)一起給出分析電路3的總放大倍數(shù)。例如當(dāng)m＝8時(shí)得到數(shù)字放大倍數(shù)為64，與模擬積分器的16倍放大達(dá)到上面提到的總放大倍數(shù)約為1000。
為了對(duì)高通濾波器5的輸出信號(hào)進(jìn)一步加以處理，在以m-比特字出現(xiàn)的放大信號(hào)的基礎(chǔ)上形成一個(gè)數(shù)字閾值，當(dāng)信號(hào)超過(guò)此閾值時(shí)，觸發(fā)一個(gè)定時(shí)器，此定時(shí)器啟動(dòng)一個(gè)直接連接的繼電器或光學(xué)顯示器，例如一個(gè)發(fā)光二極管，并持續(xù)一段時(shí)間。
權(quán)利要求
1.內(nèi)部裝有傳感器的運(yùn)動(dòng)報(bào)警器信號(hào)分析電路，其傳感器信號(hào)包括一個(gè)比較大的直流分量和一個(gè)少的交流分量，此電路具有濾除直流分量的若干部件，具有一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和具有一個(gè)傳感器信號(hào)交流分量放大器，其特征在于，具有一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)用于將全部傳感器信號(hào)直接數(shù)字化并且直流分量濾波部件是由一個(gè)與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接在一起的數(shù)字高通濾波器(5)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述信號(hào)分析電路，其特征在于，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)具有Sigma-Delta結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述信號(hào)分析電路，其特征在于，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)包括一個(gè)Sigma-Delta環(huán)路(6)和一個(gè)與此相連接的十進(jìn)位器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述信號(hào)分析電路，其特征在于，十進(jìn)位器(7)制成計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述信號(hào)分析電路，其特征在于，Sigma-Delta環(huán)路(6)由一個(gè)積分器(8)構(gòu)成，最好是由一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成，一個(gè)比較器(9)和由一個(gè)由其輸出信號(hào)控制時(shí)鐘的1比特?cái)?shù)/模轉(zhuǎn)換器(10)所組成，經(jīng)此轉(zhuǎn)換器有選擇性地向積分器反饋兩個(gè)電壓(Vref、Gnd)中的一個(gè)電壓，并且借此在比較器中確定考慮了經(jīng)積分的傳感器信號(hào)(SS)的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述信號(hào)分析電路，其特征在于，Sigma-Delta環(huán)路(6)的具有比特流形式的輸出信號(hào)在十進(jìn)位器(7)中累加到一個(gè)具有確定寬度(n)的并行字中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述信號(hào)分析電路，其特征在于，數(shù)字高通濾波器(5)是這樣設(shè)計(jì)的，即由送到的具有確定寬度n的并行字中，只有減少量(m)的最低比特被進(jìn)一步加以處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述信號(hào)分析電路，其特征在于，在具有減小的比特?cái)?shù)量(m)的并行字信號(hào)基礎(chǔ)上形成一個(gè)數(shù)字閾值，當(dāng)信號(hào)超過(guò)此閾值時(shí)，發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)(AS)。
全文摘要
運(yùn)動(dòng)報(bào)警器產(chǎn)生一個(gè)傳感器信號(hào)(SS)，此信號(hào)包括一個(gè)直流分量和一個(gè)交流分量。信號(hào)分析電路(3)包括若干濾除直流分量部件，一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)和一個(gè)傳感器信號(hào)交流分量放大器。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)用于直接將全部傳感器信號(hào)(SS)數(shù)字化，而直流分量濾除部件由一個(gè)與模/數(shù)-轉(zhuǎn)換器連接在一起的數(shù)字高通濾波器(5)組成。
文檔編號(hào)G08B29/18GK1124533SQ95190212
公開日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1995年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月24日
發(fā)明者P·施蒂爾利 申請(qǐng)人:塞比盧斯有限公司