一种压电传感电路、信号处理设备的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种压电传感电路、信号处理设备。


背景技术：

2.集成电路型压电式传感器(integrated electronics piezo-electric，iepe)是集成电子电路压电加速度计，指将压电传感器与电子电路集成在一个屏蔽壳内的动态振动传感器。
3.由于iepe的电子电路是先设计得到包括分立器件的信号调理电路，再将信号调理电路贴装在印制电路板上，导致产品的设计过程的难度高，最后得到的成品体积大，而且不利于后续对iepe的维护和升级。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种压电传感电路，能够减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和升级。
5.本实用新型提出了一种压电传感电路，第一方面，包括压电传感器和片上处理器，压电传感器的输出端与片上处理器的输入端连接；
6.压电传感器，用于生成电荷信号；
7.片上处理器，用于将电荷信号处理为目标电压信号，应通过片上处理器的输出端输出目标电压信号。
8.在一种可能的实现方式中，片上处理器包括信号调理电路和信号输出模块，信号调理电路的输入端与压电传感器的输出端连接，信号调理电路的输出端与信号输出模块的输入端连接；
9.信号调理电路，用于接收压电传感器输入的电荷信号，并将电荷信号转换为目标控制信号；
10.信号输出模块，用于将目标控制信号转换至目标电压信号，并通过信号输出模块的输出端输出目标电压信号。
11.在一种可能的实现方式中，信号调理电路包括电荷放大器和带通滤波器，电荷放大器与带通滤波器连接；
12.电荷放大器，用于通过接收压电传感器的电荷信号；
13.电荷放大器，还用于对电荷信号进行放大处理，得到第一电压信号；
14.带通滤波器，用于对第一电压信号进行滤波处理，得到目标控制信号。
15.在一种可能的实现方式中，压电传感电路还包括基准源，基准源分别与电荷放大器和带通滤波器连接；
16.基准源，用于分别为电荷放大器和带通滤波器提供基准电压。
17.在一种可能的实现方式中，信号输出模块还包括电压传输模块，电压传输模块的输出端与信号分析模块连接；
18.电压传输模块，用于将目标电压信号输出至信号分析模块。
19.在一种可能的实现方式中，电压传输模块的输出端与恒流源连接；
20.电压传输模块，用于接收恒流源的激励信号。
21.在一种可能的实现方式中，电压传输模块为二线制传输线。
22.在一种可能的实现方式中，压电传感电路由cmos工艺制作。
23.第二方面，本实用新型实施例提供一种信号处理设备，该设备包括第一方面或者第一方面任一种可能的实现方式中所述的压电传感电路。
24.本实用新型实施例提供一种压电传感电路、信号处理设备，通过将片上处理器和压电传感电路连接，使得电路集成度高、体积小，而且，通过片上处理器将电荷信号转换至目标电压信号，以电流的形式进行输出，能够简化电路，进一步减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和升级。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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他的附图。
26.图1是本实用新型实施例提供的一种压电传感电路的结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例提供的另一种压电传感电路的结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例提供的又一种压电传感电路的结构示意图；
29.图4是本实用新型实施例提供的一种片上处理器的结构示意图；
30.图5是本实用新型实施例提供的一种压电传感电路的电路结构示意图。
具体实施方式
31.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
32.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，在本文中，“多个”的意思为两个以上，“以上”、“以下”为包括本数。
33.集成电路型压电式传感器(integrated electronics piezo-electric，iepe)是集成电子电路压电加速度计，指将压电传感器与电子电路集成在一个屏蔽壳内的动态振动
传感器。
34.由于iepe的电子电路是先设计得到包括分立器件的信号调理电路，再将信号调理电路贴装在印制电路板上，导致产品的设计过程的难度高，最后得到的成品体积大，而且不利于后续对iepe的维护和升级。
35.针对于此，本实用新型实施例提供一种压电传感电路、信号处理设备，通过将片上处理器和压电传感电路连接，使得电路集成度高、体积小，而且，通过片上处理器将电荷信号转换至目标电压信号，以电流的形式进行输出，能够简化电路，进一步减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和和升级。
36.下面对本实用新型实施例所提供的压电传感电路进行介绍。图1是本实用新型实施例提供的一种压电传感电路的结构示意图，如图1所示，压电传感电路可以包括片上处理器100和压电传感器200。
37.压电传感器200的输出端与片上处理器100的输入端连接；压电传感器100，用于生成电荷信号；片上处理器100，用于将电荷信号处理为目标电压信号，应通过片上处理器100的输出端输出目标电压信号。
38.在本实用新型实施例中，通过将片上处理器和压电传感电路连接，使得电路集成度高、体积小，而且，通过片上处理器将电荷信号转换至目标电压信号，以电流的形式进行输出，能够简化电路，进一步减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和升级。
39.图2是本实用新型实施例提供的另一种压电传感电路的结构示意图；如图2所示，片上处理器100包括信号调理电路110和信号输出模块120，信号调理电路110的输入端与压电传感器200的输出端连接，信号调理电路110的输出端与信号输出模块120的输入端连接。
40.具体地，信号调理电路110，用于接收压电传感器200输入的电荷信号，并将电荷信号转换为目标控制信号；信号输出模块120，用于将目标控制信号转换至目标电压信号，并通过信号输出模块120的输出端输出目标电压信号。
41.在一些实施例中，压电传感器可以是压电加速度传感器或者压电压力传感器等。
42.根据本实用新型提供的片上处理器，通过将调理电路和信号输出模块集成为片上处理器，使得电路集成度高、体积小，而且，通过信号调理电路将电荷信号转换为目标控制信号，由信号输出模块将接收到的目标控制信号转换至目标电压信号，以电流的形式进行输出，能够简化电路，进一步减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和升级。此外，由于本实用新新型实施例提供的片上处理器集成度高，降低了因为电路板质量偏大而引入的加速度测量误差，提高了数据处理的精度。
43.图3是本实用新型实施例提供的又一种压电传感电路的结构示意图；具体地，信号调理电路110可以包括电荷放大器111和带通滤波器112，电荷放大器111与带通滤波器112连接。
44.电荷放大器111，用于接收压电加速度传感器的电荷信号，电荷放大器111，还用于对电荷信号进行放大处理，得到第一电压信号。
45.带通滤波器112，用于对第一电压信号进行滤波处理，得到目标控制信号。
46.根据本实用新型实施例提供的信号调理电路，由于包括电荷放大器111和带通滤波器112两级调理过程，因此，可以实现灵敏度和频率响应分开调节，如此，能够方便的调节片上处理器的灵敏度和频率响应，并能有效的提高片上处理器的信噪比。
47.作为一个具体地示例，目标控制信号例如可以是偏置电压，通过本实用新型的第二级调理电路，即带通滤波器112，由于偏置电压有第二级调理电路确定，因此，能够有效隔离第一级调理电路，即避免带通滤波器112中的大反馈电阻的影响，避免偏置电压输出失调。
48.继续参考图3所示，图3所示的片上处理器100还可以包括基准源130。其中，基准源130与信号调理电路110连接。通过基准源130用于为信号调理电路提供基准电压。
49.具体地，基准源130可以作为稳压供电电源，分别为电荷放大器111与带通滤波器112提供基准电压。
50.在一些实施例中，可以采用低噪声基准源，从而减少外接稳压二极管输出噪声对片上处理器的影响，提升片上处理器的信噪比。
51.图4是本实用新型实施例提供的一种片上处理器的结构示意图。在一些实施例中，参考图4所示，信号输出模块120包括电压传输模块121，电压传输模块121可以与信号分析模块连接。电压传输模块121，用于将目标电压信号输出至信号分析模块。
52.其中，片上处理器100将目标电压信号输出至信号分析模块，以用于信号分析门口对电流信号进行相应的数据分析。
53.继续参考图4所示，电压传输模块121还可以与恒流源连接。通过电压传输模块，还可以用于接收恒流源的激励信号。
54.在本实用新型实施例中，通过信号输出模块120能够将目标控制信号转换至目标电压信号，其中，目标电压信号能够使用恒流源的传输线进行传输，从而实现了供电和信号传输使用同一根传输线，进一步见效片上处理器的产品体积。
55.具体地，电压传输模块可以为二线制传输线。
56.在一些实施例中，片上处理器可以由cmos工艺制作得到。示例性的，例如，可以采用55纳米超低功耗工艺制作该片上处理器。如此能够减少模块之间的连接距离，进而可以减少信号噪声，提高信号质量，同时便于批量生产，方便用户使用。
57.作为一个具体示例，图5是本实用新型实施例提供的一种压电传感电路的电路结构示意图。
58.结合图5所示，片上处理器中的电荷放大器的输入端opi1与压电传感器连接，电荷放大器的输出端opo1与带通滤波器的输入端opi2连接，电荷放大器通过对所述电荷信号进行放大处理，得到第一电压信号，将第一电压信号发送给带通滤波器，由带通滤波器对第一电压信号进行滤波处理，得到目标控制信号。
59.带通滤波器将目标控制信号输入信号输出模块，信号输出模块将目标控制信号转换至目标电压信号，其中，信号输出模块包括二线制传输线，通过二线制传输线，信号输出模块可以仅通过二线制传输线同时连接至恒流源，以及输出目标电压信号。如此，能够简化电路，减小成品体积，便于对后续对iepe的维护和升级。
60.片上处理器还可以包括基准源，具体地，基准源可以作为稳压供电电源，分别为电荷放大器与带通滤波器提供基准电压。如此，减少外接稳压二极管输出噪声对片上处理器的影响，提升片上处理器的信噪比。
61.根据本实用新型实施例提供的压电传感电路，可以例如作为压电加速度传感器专用芯片，振动监测应用专用芯片，还可以应用至iepe加速度计、计、远程电荷变换器等器件，
在此不作具体限定。根据本实用新型实施里提供的压电传感电路，还可以应用到桥梁、建筑、交通、风力发电、智能制造等涉及到压电传感器的应用场景，在此不一一介绍。
62.基于本实用新型实施例的提供的压电传感电路，本实用新型实施例还提供一种信号处理设备，该信号处理设备包括图1-5任意一个实施例所示的压电传感电路。
63.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。