信号产生电路以及相关芯片、流量计及方法与流程

本申请涉及一种信号产生电路，尤其涉及一种用于触发换能器的信号产生电路以及相关芯片、流量计及方法。

背景技术：

换能器经由输入信号触发后，会振动并产生信号波，例如当输入一串信号包含五个脉波时，理想上换能器的输出信号应该也只包含五个脉波，然而因为换能器本身会有残存能量，因此一般来说，输出信号在五个脉波之后还会额外地产生一连串的振动，若额外的振动持续过长，则对于接收端进行信号处理会有不利的影响，例如硬件成本和处理时间都会增加；此外，由于要等待额外的振动接收完毕才会开始对换能器输入下一串信号，因此等待的时间越长，在应用上是越不利限制。有鉴于此，需要进一步改良及创新以改善上述情况。

技术实现要素：

本申请的目的之一在于公开一种用于触发换能器的信号产生电路以及相关芯片、流量计及方法，来解决上述问题。

本申请的一实施例公开了一种信号产生电路，用于产生发射信号以触发第一换能器以产生第一换能器输出信号，所述信号产生电路包括：信号产生单元，用以产生传送信号；以及发射器，耦接至所述信号产生单元，所述发射器用以将所述传送信号转换为所述发射信号；其中所述发射信号包括数据信号以及补偿信号，所述数据信号至少包括第一脉波，所述补偿信号至少包括第二脉波，所述第一脉波和所述第二脉波的相位相反，且具有不同的波形参数。

本申请的一实施例公开了一种芯片，包括上述的信号产生电路。

本申请的一实施例公开了一种流量计，包括上述的信号产生电路；上述第一换能器；以及上述第二换能器；其中所述信号产生电路耦接至上述第一换能器以及上述第二换能器。

本申请的一实施例公开了一种信号产生方法，用于产生发射信号以触发第一换能器以产生第一换能器输出信号，所述信号产生方法包括：产生传送信号；以及将所述传送信号转换为所述发射信号；其中所述发射信号包括数据信号以及补偿信号，所述数据信号至少包括第一脉波，所述补偿信号至少包括第二脉波，所述第一脉波和所述第二脉波的相位相反，且具有不同其它的波形参数。

本申请所公开的用于触发换能器的信号产生电路以及相关芯片、流量计及方法能使换能器在被触发时具有较少的额外振动，改善操作频率、性能及准确度。

附图说明

图1为换能器被输入信号触发时相对应在时域上产生输出信号的波形图。

图2为本申请信号产生电路的实施例的示意图。

图3为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第一实施例的波形图。

图4为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第二实施例的波形图。

图5为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第三实施例的波形图。

图6是信号产生单元的一实施例的示意图。

图7是信号产生单元操作时在时域上的波形图。

图8为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第四实施例的波形图。

图9为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第五实施例的波形图。

图10为本申请信号产生电路产生的发射信号和发射信号经过第一换能器产生的第一换能器输出信号在时域上的第六实施例的波形图。

图11为本申请信号产生电路的另一实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200信号产生电路

102、202换能器

104发射器

106信号产生单元

1062分频器

1064运算单元

1066异或电路

1068触发电路

204接收器

206控制单元

具体实施方式

以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。

再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。

虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。

换能器是将一种形式的能量转化成另一种形式的器件。这些能量形式可能包括电能、机械能、电磁能、光能、化学能、声能和热能等，本申请并不多做限制，换能器可包括任何能够转化能量的器件。

请参考图1，具体来说，当换能器被输入信号txout触发时，会相对应地产生输出信号tdout，在本申请中，输入信号txout包括数据信号，图1中的数据信号包括多个(5个)第一脉波，但本申请不以此限，输入信号txout的数据信号中的第一脉波的数目大于等于1即可。所述多个第一脉波的周期均为t1，且在周期t1中包括高电平时间ton1和非高电平时间toff1。

一般来说，对应输入信号txout的输出信号tdout包括数据输出部分和额外振动部分，所述额外振动部分是由换能器的残余能量所形成，并在时域上接续所述数据输出部分。所述数据输出部分的时间长度和所述数据信号的时间长度相同。应注意的是，在本申请中，相同代表实质相同，即实际上在可接受标准误差之内，皆属实质相同，且以下说明书中对于相同的描述亦适用。所述额外振动部分的时间长度则会依据换能器的q值而定，若额外振动部分时间长度持续过长，则会有不利的影响。

图2为本申请信号产生电路100的实施例的示意图。信号产生电路100用于产生发射信号txout以触发第一换能器102，第一换能器102受触发后会产生第一换能器输出信号tdout1。信号产生电路100包括信号产生单元106以及发射器104，信号产生单元106用以依据特定参数n以及特定时钟来产生传送信号txin。发射器104的输入端耦接至信号产生单元106的输出端，发射器104用以将传送信号txin转换为发射信号txout。

在本实施例中，发射信号txout除了数据信号以外，另包括补偿信号，所述补偿信号用来减少第一换能器输出信号tdout1中的额外振动部分的峰值降低至预定大小的时间长度。所述数据信号包括至少一个第一脉波，所述补偿信号包括至少一个第二脉波。以下将搭配图示来针对多种可能的补偿信号做进一步的说明。

图3为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第一实施例的波形图。所述数据信号的第一脉波的周期均为t1，且在周期t1中包括高电平(逻辑“1”)的高电平时间长度ton1和低电平(逻辑“0”)的非高电平时间长度toff1，在本实施例中，所述数据信号的第一脉波的低电平(逻辑“0”)在高电平(逻辑“1”)之前，但本申请并不以此为限。所述补偿信号包括一个第二脉波，所述第二脉波和所述第一脉波具有180度的相位差，即所述第二脉波和所述第一脉波相位相反，且具有相同的周期t1，且其他的波形参数(包括占空比、摆率、幅值和频率)也都相同。由图3可知，在所述数据信号的最后一个第一脉波之后，紧接着的补偿信号中具有相位和所述第一脉波相反的第二脉波，在本实施例中，所述第二脉波的高电平(逻辑“1”)在低电平(逻辑“0”)之前，但本申请并不以此为限，所述第二脉波的配置和所述第一脉波具有180度的相位差即可。此外，本申请亦不对所述数据信号和所述补偿信号的波形做限制，也就是说，所述第一脉波和所述第二脉波可以是方波、三角波、弦波等任何型态。相较于未加入所述补偿信号时所产生的额外振动部分(额外振动部分的实线部分)，加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。

由于图3的额外振动部分并未完全被消除，可能的原因是补偿信号能量不足，因此可考虑增加补偿信号。图4为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第二实施例的波形图。和图3不同的是，所述补偿信号包括两个第二脉波，所述两个第二脉波均和所述第一脉波具有180度的相位差，即所述两个第二脉波和所述第一脉波相位相反，且具有相同的周期t1和波形参数(包括占空比、摆率、幅值和频率)。由图4可知，相较于未加入所述补偿信号时所产生的额外振动部分(额外振动部分的实线部分)，所述补偿信号的第二个第二脉波虽然在一开始可以使产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)快速下降，但因为所述补偿信号的第二个第二脉波能量过大，有可能反而使后续的额外振动部分的幅值增加。

为了解决图4的问题，需要更精细的调整补偿信号。图5为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第三实施例的波形图。图5和图3和4均不同的是，可对所述补偿信号的第二脉波的占空比进行调整，以改善图4的所述补偿信号的第二个第二脉波能量过大的问题。换言之，图5的所述两个第二脉波和所述第一脉波仍具有180度的相位差、相同的周期t1，但波形参数之一的占空比不同，例如图5中所述补偿信号的第二个第二脉波的高电平时间长度为ton2，小于所述数据信号的第一脉波的高电平时间长度ton1。由图5可知，相较于图3加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)，图5中加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。

请注意，本申请的所述补偿信号的第二脉波的数目并没有限制，且可以针对所述补偿信号的多个第二脉波的一部份或全部进行占空比的调整，且调整比例可以不一。

图6是信号产生单元106的一实施例的示意图。图6是信号产生单元106用于图2的信号产生电路100可用来产生图5的发射信号txout，请注意，信号产生单元106的实现方式并不限于图6的实施例，只要能够达到相同的功能即可。请一并参考图7的波形图，信号产生单元106包括分频器1062和运算单元1064。其中分频器1062是用以依据特定倍数n(n0、n1、…、nk)来对特定时钟clk进行分频，并产生分频信号a，举例来说，分频器1062可以是一个计数器，但本申请不以此限。信号产生单元106再利用运算单元1064来将分频信号a转换为传送信号txin。

具体来说，运算单元1064包括异或电路1066以及触发电路1068。举例来说，触发电路1068可以是d触发电路，但本申请不以此限。异或电路1066包括第一输入端、第二输入端以及输出端，触发电路1068包括时钟输入端、数据输入端d以及输出端q，其中触发电路1068的输出端q耦接至异或电路1066的第一输入端，异或电路1066的第二输入端耦接至分频信号a，触发电路1068的时钟输入端耦接至特定时钟clk，触发电路1068的数据输入端d耦接至异或电路1066的输出端，传送信号txin从触发电路1068的输出端q输出。

本实施例以时钟clk的周期为单位来调整所述补偿信号的第二个第二脉波的占空比，即调整所述补偿信号的第二个第二脉波的高电平时间长度，使补偿信号的能量尽可能地接近换能器的残余能量，避免补偿不足或过度补偿，使额外振动部分的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。其中分频器1062在除数满足特定倍数n值时，输出的分频信号a会从低电平(逻辑“0”)转为高电平(逻辑“1”)并持续一个时钟clk的周期。以时间t0为例，分频信号a在分频器1062满足特定倍数n0时会从低电平转为高电平，此时传送信号txin，异或电路1066的输出b因此也会从低电平转为高电平，接着在下个时钟clk周期(时间t1)触发电路1068也会从低电平转为高电平。由于时间t1分频信号a已经从高电平转为低电平，异或电路1066的输出b会维持在高电平，直到分频器1062满足下一个特定倍数n1(例如3)才会转态。因此，可藉由调整特定倍数来改变所述补偿信号的第二脉波的高电平时间长度，且在此实施例中，特定倍数n1～nk-3为3；特定倍数nk-2为6；特定倍数nk-1为3；特定倍数nk为2。因此，所述数据信号的第一脉波的高电平时间长度是时钟clk的周期的第一倍数(例如3)，所述补偿信号的第二脉波的高电平时间长度是时钟clk的周期的第二倍数(例如2)，所述第一倍数和第二倍数可以为不相同的正整数。

图8为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第四实施例的波形图。和图3和4不同的是，可对所述补偿信号的第二脉波的幅值进行调整，以改善图4的所述补偿信号的第二个第二脉波能量过大的问题。换言之，图8的所述两个第二脉波和所述第一脉波仍具有180度的相位差、相同的周期t1，但波形参数之一的幅值不同，例如图8中所述补偿信号的第二个第二脉波的幅值小于所述数据信号的第一脉波的幅值。由图8可知，相较于图3加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)，图8中加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。

请注意，本申请的所述补偿信号的第二脉波的数目并没有限制，且可以针对所述补偿信号的多个第二脉波的一部份或全部进行幅值的调整，且调整比例可以不一。

图9为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第五实施例的波形图。和图3和4不同的是，可对所述补偿信号的第二脉波的摆率进行调整，以改善图4的所述补偿信号的第二个第二脉波能量过大的问题。换言之，图9的所述两个第二脉波和所述第一脉波仍具有180度的相位差、相同的周期t1，但波形参数之一的摆率不同，例如图9中所述补偿信号的第二个第二脉波的摆率小于所述数据信号的第一脉波的摆率。应注意的是，针对上升沿和下降沿可分开调整摆率，例如上升沿的摆率除等于下降沿的摆率外，上升沿的摆率亦可以小于下降沿的摆率，或是上升沿的摆率亦可以大于下降沿的摆率。由图9可知，相较于图3加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)，图9中加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。

请注意，本申请的所述补偿信号的第二脉波的数目并没有限制，且可以针对所述补偿信号的多个第二脉波的一部份或全部进行摆率的调整，且调整比例可以不一。

图10为本申请信号产生电路100产生的发射信号txout和发射信号txout经过第一换能器102产生的第一换能器输出信号tdout1在时域上的第六实施例的波形图。和图3和4不同的是，可对所述补偿信号的第二脉波的频率进行调整，以改善图4的所述补偿信号的第二个第二脉波能量过大的问题。换言之，图10的所述两个第二脉波和所述第一脉波仍具有180度的相位差，但波形参数之一的频率不同，例如图10中所述补偿信号的第二个第二脉波的频率小于所述数据信号的第一脉波的频率(可从周期t2小于t1看出)。由图10可知，相较于图3加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)，图10中加入所述补偿信号后产生的额外振动部分(额外振动部分的虚线部分)的幅值可以在较短的时间长度内降低至预定大小。

请注意，本申请的所述补偿信号的第二脉波的数目并没有限制，且可以针对所述补偿信号的多个第二脉波的一部份或全部进行频率的调整，且调整比例可以不一。图10的实施例亦可使用图6的信号产生单元来实现，即藉由调整特定倍数来改变所述补偿信号的第二脉波的周期，例如，特定倍数n1～nk-3为3；特定倍数nk-2为6；特定倍数nk-1～nk为2。因此所述数据信号的第一脉波的周期是时钟clk的周期的第三倍数(例如3)，所述补偿信号的第二脉波的周期是时钟clk的周期的第四倍数(例如2)，所述第三倍数和第四倍数可以为不相同的正整数。

图11为本申请信号产生电路200的实施例的示意图。信号产生电路200用于产生发射信号txout以触发第一换能器102，第一换能器102受触发后会产生第一换能器输出信号tdout1，第一换能器输出信号tdout1通过介质传送至第二换能器202(成为第二换能器输入信号tdin2)。第二换能器202接收第二换能器输入信号tdin2并产生第二换能器输出信号tdout2给信号产生电路200形成闭环，达到自我调适。和图2的信号产生电路100不同的是，信号产生电路200另包括接收器204以及控制单元206。

具体来说，接收器204接收第二换能器输出信号tdout2并将其转换为接收信号rx，控制单元206耦接至接收器204以及信号产生单元106，控制单元206依据接收信号rx及特定时钟clk产生控制信号(例如特定参数n)至信号产生单元106，使信号产生单元106依据控制信号(例如特定参数n)以及特定时钟clk来产生传送信号txin。应注意的是，控制单元206可参考第一换能器输出信号tdout1的额外振动部分来决定控制信号(例如特定参数n)，换句话说，通过闭环的自我调适，可逐渐使第一换能器输出信号tdout1的额外振动部分的补偿达到收敛。

本申请还提供了一种芯片，其包括信号产生电路100或信号产生电路200。

在某些实施例中，信号产生电路100/200可应用于传感器装置,举例来说，本申请还提供了一种流量计，其包括信号产生电路100以及第一换能器102；本申请另提供了一种流量计，其包括信号产生电路200、第一换能器102以及第二换能器202。举例来说，上述流量计可用于感测气体、液体的流速及/或流量的感测，但本申请不以此为限。

本申请关于用于触发换能器的信号产生电路以及相关芯片、流量计及方法的实施例可以降低换能器输出的额外振动部分，降低硬件成本和处理时间。

上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本揭示内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本揭示内容之精神与范围。