專利名稱：兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及兼具有無線信號放大和振動信號放大的 集成電路。
背景技術(shù)：
如今，電動車作為一種大眾交通工具風靡全國，它與自行車相比速度快，與摩托車 相比它屬于輕污染的環(huán)保型交通工具，所以成為全國大小城市無車上班族的首選代步工 具。由于每輛電瓶車的價格也不菲，所以大都需要配備防盜報警器。此外，摩托車大部分也 都具有防盜報警裝置。作為摩托車、電動車和小中型物品的防盜報警裝置，如圖1所示，其 系統(tǒng)主要由振動裝置、無線射頻接收裝置、信號放大電路、單片機(MCU)和報警喇叭構(gòu)成。 其中，振動信號和無線射頻信號前級放大處理都是由通用運算放大器3M加外圍電阻電容 構(gòu)成放大電路來實現(xiàn)的，如圖中虛框內(nèi)所示。此放大處理系統(tǒng)采用大量的分立器件，系統(tǒng)繁 瑣，穩(wěn)定性差，生產(chǎn)周期長，成本較高。同時，由于分立器件特性的離散性導致系統(tǒng)性能一致 性不好。由于防盜報警裝置的廣泛應(yīng)用，市場迫切要求一種全新的集成的微信號處理IC 的出現(xiàn)，要求其具備高集成度、高穩(wěn)定性、應(yīng)用系統(tǒng)高度簡潔、成本相對低廉等特性。然而，由于集成兩種不同頻率信號的放大處理電路，有其實現(xiàn)難點所在，比如兩個 有效信號頻率的相互干擾、高頻干擾、信號太微弱和外部噪聲的干擾等等，所以目前市場上 還沒有看到如此類似功能的集成電路(IC)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是全新定義設(shè)計一顆IC完成振動信號放大和無線射頻信號 放大，替代通用運放3M加分立電阻電容器件構(gòu)成的放大電路。以減少大量外圍分立器件， 簡化應(yīng)用電路，顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小系統(tǒng)功耗，降低產(chǎn)品成本。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出如下技術(shù)方案一種兼具無線信號放大和振動 信號放大的集成電路，其特征在于該集成電路包括集成設(shè)置的無線信號放大模塊以及振 動信號放大模塊，該無線信號放大模塊及振動信號放大模塊分別包括運算放大電路模塊， 比較電路模塊，電壓參考電路，電流偏置電路以及整形驅(qū)動模塊，所述運算放大電路模塊將 待放大的信號放大輸出至比較電路模塊，電壓參考電路提供基準電壓作為比較電路模塊的 另一個輸入，比較電路模塊的輸出信號經(jīng)整型驅(qū)動模塊緩沖整型后輸出。其中，所述無線信號放大模塊和振動信號放大模塊分別具有相互獨立的電壓參考 電路和電流偏置電路。所述無線信號放大模塊包括第一運算放大器(OPl)電路，第一比較器(COMPl)，第 一參考電壓(Vrefl)電路，反相器(INV1，INV2)，電流偏置電路(Ibiasl)和電阻(R1，R2)。所述第一比較器(COMPl)是一個遲滯比較器，其上升沿和下降沿翻轉(zhuǎn)點電壓不 同，中間存在一個電壓窗口，提高系統(tǒng)抗噪聲的能力。[0010]所述振動信號放大模塊包括第二運算放大器(OP》電路，第二比較器(C0MP2)，第 二參考電壓(Vref2, Vref3)電路，反相器(INV3, INV4)，二極管(Dl)，電阻(R3)和電流源
(11)。所述集成電路芯片的管腳包括無線信號放大模塊的輸出端(OUTl)，無線信號放 大模塊的第一比較器的同相輸入端(CP1_I+)，第一運算放大器的同相輸入端(0P1_I+)及 輸出端(0P1_0)，工作負端電源(VSS)，振動信號放大模塊的反相輸入端(0P2_I-)，振動信 號放大模塊的輸出端(0UT2)以及工作正端電源(VDD)。同時，本實用新型在版圖(layout)布局上針對信號相互干擾方面做了相關(guān)優(yōu)化 設(shè)計，把無線RF放大電路和振動信號放大電路盡量分開，從距離空間上給予最大的保證； 襯底(Substrate)多打接GND的接觸孔(Contact)，N阱(N-WELL)盡量多打接電源VDD的 接觸孔(Contact)；每個模塊都用單獨的保護環(huán)(Gard-Ring)圍起來，隔離模塊間的相互干 擾；最終，減小電源噪聲和襯底噪聲對放大電路的影響，以及屏蔽模塊間的互擾。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型定義的具備放大兩路微弱信號的信號處理芯片具 有下列優(yōu)點1、所需外圍器件極少，僅外接一個耦合電容；2、比分立器件系統(tǒng)具有更優(yōu)良的抗高頻噪聲和抗信號互擾特性；3、降低了環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)的影響；4、使振動防盜報警系統(tǒng)穩(wěn)定性得到顯著提高，可以增大無線遙控的接受收距離， 能正確反映有效振動報警信號；5、IC面積極小，芯片成本低，具有很大的市場競爭力；6、系統(tǒng)簡潔穩(wěn)定，易于應(yīng)用推廣。

圖1為現(xiàn)有的防盜報警裝置的電路示意圖；圖2為本實用新型兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路芯片的管腳示 意圖；圖3為本實用新型兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路內(nèi)部的模塊示 意圖；圖4為本實用新型兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路的版面布局示 意圖；圖5為應(yīng)用本實用新型的振動防盜報警系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
本實用新型所揭示的兼具無線信號和振動信號放大的集成電路，其為全新定義一 款高性能的微弱信號處理IC，能同時完成無線信號放大和振動信號放大兩個功能，即放大 經(jīng)過超再生解調(diào)后的無線RF信號，得到標準數(shù)字信號，以便后級的專用解碼芯片或MCU完 成正確解碼；同時又能放大振動時磁珠切割線圈產(chǎn)生的微弱電信號，使得后級的MCU可以 檢測處理。無線信號和振動信號的信號波形不同，無線信號經(jīng)過解調(diào)后是微小幅值的方波信號，振動產(chǎn)生的信號是阻尼的正弦波信號。兩種信號的放大處理方法有所區(qū)別。而且，兩信 號的頻率不同，存在互相干擾的情況發(fā)生。針對于無線RF信號，其本來就具有固定的碼型， 即一幀碼中每個周期的高低電平的寬度是固定的，這就要求無失真放大，要求放大后的高 低電平寬度和接收到的信號是大致相同的，這樣后級的MCU才能正確解碼。本實用新型的IC管腳定義如圖2所示，芯片系統(tǒng)共8個管腳，可采用DIP8或S0P8 封裝。本實用新型IC管腳說明如下
引腳名稱 I/O功能說明
無線信號放大模塊的輸出。其輸出標準數(shù)字信號， 1 OUTl給后級的專用解碼芯片或MCU解碼，完成無線遙控。
2CP1_I +I無線信號放大模塊的比較器的同相輸入端。其作用 主要是與前級放大器輸出之間接一個隔直太電容，. 使得比較器的參考電壓Vrefl不會影響運放OPl的 直流工作點。
3OP 1_ OO無線信號放大模塊的運放的輸出端。與CP1_I+之間 接一個隔直電容，使得放大后的RF信號耦合給下級 比較器COMPl進行整形處理。
4OPlJ +I無線信號放大模塊的運放的同相輸入端。信號從超 再生解調(diào)模塊出來后，經(jīng)過耦合電容和濾波網(wǎng)絡(luò)后 送給運放OPl的同相端進行放大處理。
5VSSI/O工作負端電源,一般是接地。
6OP2I-I振動信號放大模塊的反相輸入端。振動裝置發(fā)生振 動后,其彈簧會帶動磁珠切割線圈產(chǎn)生微弱的電信 號，經(jīng)IOuF的耦合電容送到0P2的反相端進行放大。
7OUT2O振動信號放大模塊的輸出端。輸出數(shù)字電平，根據(jù) 振動的強弱輸出不同個數(shù)的脈沖信號給后級MCU處 理。
8VDDI/O工作正端電源。無線接收模塊和超再生解調(diào)電路工 作電壓為5V，為了兼容所以芯片電源一般也為5V。 圖3所示是本實用新型的芯片系統(tǒng)框圖，其包括第一運算放大器0P1，第二運算 放大器0P2，遲滯比較器C0MP1，比較器C0MP2，參考電壓Vrefl、Vref2、Vref3，電流偏置電路 IbiasU Ibias2,四個反相器 INV1、INV2、INV3 和 INV4，二極管 D1，三個電阻 R1、R2、R3 及電流源II。無線RF信號放大模塊包括第一運算放大器0P1、遲滯比較器C0MP1、參考電壓 Vrefl、電流偏置電路Ibiasl、反相器INVl、INV2和兩電阻Rl、R2。無線信號被天線接收后 送往超再生解調(diào)模塊中解調(diào)，把載波頻率去掉留下有效信號。信號經(jīng)過耦合電容和高頻濾 波網(wǎng)絡(luò)，然后送給第一運算放大器OPl進行放大處理。為了使放大電路的等效輸入阻抗不 影響前級低通濾波網(wǎng)絡(luò)的相頻特性，所以解調(diào)后的RF信號是送到第一運算放大器OPl的同 相端0P1_I+。因為從0P1_I+端往運放里面看到的等效阻抗是無窮大，可以認為是開路，所 以不影響前面的高頻濾波網(wǎng)絡(luò)。這樣就更好地阻止了外部高頻噪聲對有效信號的影響。電阻Rl和R2是放大比例電阻，它們的溫度和電壓特性要求一致，即制作它們的電 阻材料要相同，這樣其比值就相對恒定，系統(tǒng)的放大倍數(shù)就不隨電壓或溫度變化而變化了。 電阻R1、R2和第一運算放大器OPl構(gòu)成閉環(huán)放大電路，放大RF信號。閉環(huán)放大的精度與第 一運算放大器OPl本身的精度沒有太大關(guān)系，只要符合OPl的開環(huán)增益足夠大。在第一運 算放大器OPl的同相輸入端0P1_0和遲滯比較器COMPl的同相輸入端CP1_I+端外接一個 0. 56uF的隔直耦合電容，此電容主要是隔離前級運算放大器與后級比較器的直流電壓的相 互影響，使得OPl和COMPl都能工作在良好的直流偏置點上。參考電壓Vrefl模塊為遲滯比較器COMPl提供比較的基準電壓，使得放大過后的 信號可以進一步被放大整形成數(shù)字的高低電平。該參考電壓Vrefl是本實用新型關(guān)鍵點之 一，其值的大小影響到是否是完成無失真整形，同時也決定著進一步濾除噪聲的能力。在無 有效信號的情況下，參考電壓Vrefl節(jié)點的電壓比遲滯比較器COMPl的同相輸入端CP1_I+ 端的電壓要高，使得振動信號放大模塊的第二運算放大器的輸出端0UT2輸出低電平，為了 后級解碼芯片更容易處理。反相器INVl和INV2主要是為了進一步整形信號，同時作為一個緩沖器Buffer提 供大驅(qū)動。此處，INV2寬長比是INVl的三倍，即INV2等效成三個INVl并聯(lián)而成。偏置 電流模塊rtiasl就是給第一運算放大器OPl和遲滯比較器COMPl提供合適且精確的偏置 電流，使運放和比較器能正常工作，Ibiasl產(chǎn)生IOu的鏡像電流。振動檢測放大模塊是由第二運算放大器0P2、比較器C0MP2、參考電壓Vref2、 Vref3、電流偏置電路Ibias2、反相器INV3、INV4、二極管D1、電阻R3和電流源Il構(gòu)成。當 系統(tǒng)在報警狀態(tài)下被觸發(fā)，即由于彈簧伸縮引起磁珠切割線圈產(chǎn)生微弱電信號，使得振動 裝置發(fā)生動作。此微弱電信號經(jīng)IOuF的耦合電容送給運放0P2的反相端進行放大。參考電壓Vref2模塊是為了給第二運算放大器0P2提供一個合適的直流偏置電 壓，使第二運算放大器0P2工作在放大區(qū)。二極管Dl和電流源Il是作為限幅作用的，當信 號放大后幅值大于二極管Dl的導通電壓時才能傳到后級比較器中進行處理，這樣就可以 有效抑制意外微弱振動產(chǎn)生的信號，避免在報警狀態(tài)誤報。比較器C0MP2同樣是進行信號 比較放大得到數(shù)字電平信號。參考電壓Vref3的作用是提供比較器C0MP2正常直流偏置， 同時提供比較的參考電壓。參考電壓Vref3同時也決定著整個系統(tǒng)的靈敏度，Vref3越大 靈敏度越低，反之亦然。偏置電流模塊Ibias2就是給第二運算放大器0P2和比較器C0MP2提供合適的偏 置電流，使運放和比較器正常工作。反相器INV3和INV4主要是為了進一步信號整形，同時 作為一個Buffer提供大的輸出驅(qū)動能力。此處，INV2寬長比是INVl的三倍，這樣才能提
6高輸出驅(qū)動能力。本實用新型就降低無線信號與振動信號的相互干擾提出關(guān)鍵的解決方案。發(fā)明中 設(shè)計了兩套獨立的電流偏置電路和三套獨立電壓參考電路，分別給兩個放大模塊提供電流 和電壓偏置。這樣就最大限度地減少了無線信號放大與振動信號放大的相互干擾，提高芯 片整體性能。同時，本實用新型在版圖(layout)布局上針對信號相互干擾方面做了相關(guān)優(yōu)化 設(shè)計。如圖4所示，在版圖上，把無線RF放大電路和振動信號放大電路盡量分開，從距離空 間上給予最大的保證。它們中間就安排放置兩個相對穩(wěn)定的電流源/電流偏置電路作為隔 離。核心電路采用了三層保護環(huán)(Gard-Ring)隔離保護，兩層地環(huán)和一層電源環(huán)，減小電源 噪聲和襯底噪聲對放大電路的影響。如圖5所示是應(yīng)用本實用新型的振動防盜報警系統(tǒng)的示意圖。無線RF信號收發(fā) 可遙控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，處于報警與非報警狀態(tài)。本實用新型作為系統(tǒng)中一個不可或 缺的模塊，主要功能為一是放大經(jīng)過超再生解調(diào)后的無線RF信號，二是放大振動時磁珠 切割線圈產(chǎn)生的微弱電信號。RF信號和振動信號經(jīng)過本實用新型IC的處理，得到標準的數(shù) 字信號，給MCU處理。當系統(tǒng)處于報警狀態(tài)時，MCU會根據(jù)OUTl和0UT2的有效報警信號給 予喇叭準確工作信號，使喇叭響起報警聲音。當系統(tǒng)處于非報警狀態(tài)時，即使0UT2有有效 的報警信號輸出時，MCU也不會向喇叭發(fā)出工作信號。此外，發(fā)明可以用于其他微弱信號放大領(lǐng)域。比如放大紅外熱釋電傳感器的信號， 放大汽車振動傳感器的信號等等。本實用新型的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可 能基于本實用新型的教示及揭示而作種種不背離本實用新型精神的替換及修飾，因此，本 實用新型保護范圍應(yīng)不限于實施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本實用新型的替換 及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，其特征在于該集成電路包括 集成設(shè)置的無線信號放大模塊以及振動信號放大模塊，該無線信號放大模塊及振動信號放 大模塊分別包括運算放大電路模塊，比較電路模塊，電壓參考電路，電流偏置電路以及整形 驅(qū)動模塊，所述運算放大電路模塊將待放大的信號放大輸出至比較電路模塊，電壓參考電 路提供基準電壓作為比較電路模塊的另一個輸入，比較電路模塊的輸出信號經(jīng)整型驅(qū)動模 塊緩沖整型后輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，其特征在于 所述無線信號放大模塊和振動信號放大模塊分別具有相互獨立的電壓參考電路和電流偏 置電路。
3.如權(quán)利要求1所述的兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，其特征在于 所述無線信號放大模塊包括第一運算放大器OPl電路，第一比較器COMPl，第一參考電壓 Vrefl電路，反相器INV1，反相器INV2，電流偏置電路Ibiasl，電阻Rl和電阻R2。
4.如權(quán)利要求3所述的兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，其特征在于 所述第一比較器是一個上升沿和下降沿翻轉(zhuǎn)點電壓不同，中間存在一個電壓窗口的遲滯比 較器。
5.如權(quán)利要求1所述的兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，其特征在于 所述振動信號放大模塊包括第二運算放大器0P2電路，第二比較器C0MP2，第二參考電壓電 路，反相器INV3,反相器INV4, 二極管D1，電阻R3和電流源II。
專利摘要本實用新型揭示一種兼具無線信號放大和振動信號放大的集成電路，包括集成設(shè)置的無線信號放大模塊以及振動信號放大模塊，該無線信號放大模塊及振動信號放大模塊分別包括運算放大電路模塊，比較電路模塊，電壓參考電路，電流偏置電路以及整形驅(qū)動模塊，所述運算放大電路模塊將待放大的信號放大輸出至比較電路模塊，電壓參考電路提供基準電壓作為比較電路模塊的另一個輸入，比較電路模塊的輸出信號經(jīng)整型驅(qū)動模塊緩沖整型后輸出。本實用新型集成電路具有良好的抗高頻噪聲和抗信號互擾特性，增大了無線遙控的接受收距離，且IC面積極小，芯片成本低。
文檔編號G08B13/00GK201820313SQ20092016518
公開日2011年5月4日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者杜坦, 江石根, 石萬文, 袁翔, 謝衛(wèi)國, 陳志明 申請人:蘇州華芯微電子股份有限公司