CN106285291A - 基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，包括开关按键模块、MCU、电机驱动、电荷域电流信号放大电路、电荷域电压信号放大电路、霍尔传感器和车窗电机模块；MCU通过周期性检测电荷域电压和电流信号放大电路输出端的信号来判断是否物体被夹，向车窗驱动单元发送控制信号，驱动车窗驱动单元的车窗电机动作实现车窗的开、关。本发明结构简单，低功耗，反应灵敏，能有效防止车窗玻璃与车窗边框发生撞击，并且成本低廉。

Description

基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路

技术领域

本发明专利隶属于汽车车窗防夹控制电路技术领域。该车窗防夹控制电路包括：开关按键模块、MCU、电机驱动、电荷域电压信号放大电路、电荷域电流信号放大电路、霍尔传感器、车窗电机组成，其通过对霍尔传感器和车窗电机状态的检测，来实现汽车车窗防夹功能。

技术背景

随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，我国普通家庭以及单位的车辆保有量不断上升。人们在享受汽车带来的便捷同时，更多的考虑到车辆的舒适性和安全性。车窗是车身重要的组成之一，因此在车窗设有由传感器、控制开关和控制单元构成的玻璃升降器的防夹装置。

目前，汽车防夹车窗的防夹功能检测技术有红外传感器式、压力传感器式。红外传感器式检测技术是利用红外光检测有无异物在车窗移动范围内，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。压力传感器式检测技术是将压力传感器置于车窗上边框内，当车窗上升过程中夹到物体时，压力传感器反馈触发信号，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。但是以上所述的防夹检测技术或研究存在以下弊端：红外传感器式检测技术对天气环境要求较高，在恶劣的气候条件(大雨、浓雾和灰尘)下会严重影响到红外光源的性能，在这些极端情况下，红外***很难保证正常工作；压力传感器式检测技术的弊端在于成本高且容易误触发。

随着节能减排理念的深入人心，汽车节能理念对能耗要求越来越严格，车载电子***所消耗的电力能耗占据了是汽车车身整体能耗的重要部分，设计低功耗车载电子控制***是未来的发展趋势。因此，设计低能耗、结构简单、反应灵敏，能有效防止车窗玻璃与车窗边框发生撞击，并且成本低廉的电动车窗防夹控制***很有意义。

对于车窗防夹控制电路，传感器输出模拟小信号的检测放大是重要环节，小信号检测放大处理电路的能耗也应当进一步优化。图1所示为现有的小信号放大电路，主要基于运算放大器，有同相输入端和反相输入端，输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器，而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。这种电压检测放大电路的工作完全依赖与运算放大器的负反馈来保证信号放大的速度，对于理想运放，放大电路精度取决于输入电阻和反馈电阻的比值。实际电路中，运放的增益和带宽都是有限的，这取决于运放的增益带宽积，而高增益大带宽运放电路需要大量的功耗开销，因此低功耗的小信号放大电路设计的核心是消除高增益大带宽运放电路的使用。本发明提供了一种基于电荷域电流小信号放大电路的车窗防夹控制电路，通过代替高功耗的基于运放的小信号放大电路实现低功耗和低成本防夹控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：开关按键、MCU、电机驱动、电荷域电流信号放大电路、电荷域电压信号放大电路、霍尔传感器和车窗电机模块；

所述基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路的连接关系为：开关按键模块的输出连接到MCU的控制信号输入端，MCU的第一数据输出端连接到电机驱动的数据信号端，电机驱动输出端连接到车窗电机的控制信号端，霍尔传感器的信号输出端连接到电荷域电压信号放大电路的电压输入端，电荷域电压信号放大电路将接收到的电压信号进行放大处理并输出到MCU控制器的单端模拟电压输入端，车窗电机的驱动电流输出端连接到电荷域电流信号放大电路的电流输入端，电荷域电流信号放大电路将接收到的电压信号进行放大处理并输出到MCU控制器的差分模拟电压输入端，MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr到电荷域电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkr时钟输入端口，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks到电荷域电压信号放大电路的Clks时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clks时钟输入端口，MCU的第三控制信号产生端口输出时钟Clk到电荷域电压信号放大电路的Clk时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clk时钟输入端口，MCU的第四控制信号产生端口输出时钟Clkn到电荷域电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkn时钟输入端口，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt到电荷域电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkt时钟输入端口。

所述的电荷域电压信号放大电路，其特征是：包括两个电荷存储节点、一个连接在两个电荷存储节点之间的电荷传输控制开关、连接到第一电荷存储节点的第一电容、连接到第二电荷存储节点的容值可编程电容、连接到第一电荷存储节点的第一电压传输开关、连接到第一电荷存储节点的第二电压传输开关、连接到第二电荷存储节点的第三电压传输开关和连接到第二电荷存储节点的第四电压传输开关；

所述电荷域电压信号放大电路的连接关系为：第一电容的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；容值可编程电容的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，电荷传输控制开关两端连接到第一和第二电荷存储节点；第一电压传输开关的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第二电压传输开关的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到输入电压Vi，开关控制信号接Clks；第三电压传输开关的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四电压传输开关的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到输出电压Vo，开关控制信号接Clkt。

所述电荷域电压信号放大电路，其特征是：在完成一次电压放大后，输出电压与输入电压的关系为放大系数为-C₃₀₂/C₃₀₅的线性关系，其中：C₃₀₂和C₃₀₅分别为第一电容和容值可编程电容的电容值。

所述的电荷域电流信号放大电路，其特征是包括：第一正端电荷存储节点、第一负端电荷存储节点、第二正端电荷存储节点和第二负端电荷存储节点、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点之间的正端电荷传输控制开关、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点之间的负端电荷传输控制开关、连接到第一正端电荷存储节点的正端电容、连接到第二正端电荷存储节点的正端容值可编程电容、连接到第一负端电荷存储节点的负端电容、连接到第二负端电荷存储节点的负端容值可编程电容、连接到第一正端电荷存储节点的第一正端电压传输开关、连接到第一正端电荷存储节点的第二正端电压传输开关、连接到第二正端电荷存储节点的第三正端电压传输开关和连接到第二正端电荷存储节点的第四正端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第一负端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第二负端电压传输开关、连接到第二负端电荷存储节点的第三负端电压传输开关和连接到第二负端电荷存储节点的第四负端电压传输开关、连接到第一正端电压传输开关和第一负端电压传输开关之间的电流检测电阻；

所述电荷域电流信号放大电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到负端输出电压Von，开关控制信号接Clkt。

所述电荷域电流小信号放大电路，其特征是：在完成一次电流放大后，输入电流和输出电压之间的关系如下：

V_op-V_on＝-I_in·R_in·C₅₀₃/C₅₀₉

其中：C₅₀₃和C₅₀₉分别为正端电容和正端容值可编程电容的电容值，I_in为输入电流大小，R_in为电流检测电阻的大小。

所述基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是所述MCU对电荷域电流和电压信号放大电路的控制步骤为：首先MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr控制电荷域电压和电流信号放大电路的状态进行复位；其次，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks控制电荷域电压信号放大电路对霍尔传感器输入信号进行采样，还控制电荷域电流信号放大电路对车窗电机的输入电流信号进行采样；再次，MCU的第三和第四控制信号产生端口同时输出时钟Clk和Clkn控制电荷域电压信号放大电路对采样得到的电压信号进行放大得到输出电压Vo，还控制电荷域电流信号放大电路对采样得到的电流信号进行放大并得到差分输出电压Vop和Von；最后，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt控制电荷域电压和电流信号放大电路将输出电压Vo、Vop和Von输出给MCU的单端和差分模拟信号输入端。

所述基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是所述MCU其内部包括：ADC、控制信号产生电路、数据存储模块和控制器模块；

所述MCU的内部模块间的连接关系为：控制器模块通过接收数据存储模块的数据，根据该数据进行计算，并依据计算结果通过第一控制信号对控制信号产生电路进行控制，通过第二控制信号对ADC进行控制，通过第三控制信号对数据存储模块进行控制，通过第四控制信号产生Vpwm信号对电机驱动模块进行控制；控制信号产生电路在控制器模块的控制下产生输出时钟Clkr并通过其第一控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口，还产生输出时钟Clks并通过其第二控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clks时钟输入端口，还产生输出时钟Clk并通过其第三控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clk时钟输入端口，还产生输出时钟Clkn并通过其第四控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口，还产生输出时钟Clkt并通过其第五控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口以及ADC的数据输出控制端；ADC的单端模拟电压输入端接收电荷域电压信号放大电路输出的电压Vo，差分模拟电压输入端接收电荷域电流信号放大电路的差分输出电压Vop和Von，在Clkt时钟的控制下将接收的电压信号进行模数转换得到数字量化码，并将数字量化码输出到数据存储模块。

本发明的优点是：结构简单，低功耗，反应灵敏，能有效防止车窗玻璃与车窗边框发生撞击，并且成本低廉。

附图说明

图1为现有小信号放大电路。

图2为本发明基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路。

图3为本发明电荷域电压信号放大电路原理图。

图4为本发明电荷域电压信号放大电路工作波形图。

图5为本发明电荷域电流信号放大电路原理图。

图6为本发明电荷域电流信号放大电路工作波形图。

图7为本发明MCU控制电荷域电流和电压信号放大电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行进一步详细的说明。

参见图2所示，一种基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，包括开关按键模块、MCU、电机驱动、电荷域电流信号放大电路、电荷域电压信号放大电路、霍尔传感器和车窗电机模块。

图2所示电路的连接关系为：开关按键模块的输出连接到MCU的控制信号输入端，MCU的第一数据输出端连接到电机驱动的数据信号端，电机驱动输出端连接到车窗电机的控制信号端，霍尔传感器的信号输出端连接到电荷域电压信号放大电路的电压输入端，电荷域电压信号放大电路将接收到的电压信号Vi进行放大处理并输出到MCU控制器的单端模拟电压输入端，车窗电机的驱动电流输出端连接到电荷域电流信号放大电路的电流输入端，电荷域电流信号放大电路将接收到的电压信号Ii进行放大处理并输出到MCU控制器的差分模拟电压输入端，MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr到电荷域电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkr时钟输入端口，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks到电荷域电压信号放大电路的Clks时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clks时钟输入端口，MCU的第三控制信号产生端口输出时钟Clk到电荷域电压信号放大电路的Clk时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clk时钟输入端口，MCU的第四控制信号产生端口输出时钟Clkn到电荷域电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkn时钟输入端口，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt到电荷域电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkt时钟输入端口。

本发明所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，具体工作时有两种运行模式，第一种为开关按键模块控制车窗状态模式，第二种为MCU自动控制车窗状态模式。

开关按键模块控制车窗状态的过程中，霍尔传感器产生的脉冲宽度和车窗电机的输出电流信号，分别经电荷域电压信号放大电路和电荷域电流信号放大电路进行放大处理，然后发送到MCU控制器，MCU控制器根据霍尔传感器的脉冲信号和车窗电机的输出电流信号对车窗位置和车窗的运动方向进行检测；所述MCU通过开关按键模块输入的控制信号，向电机驱动发送控制信号，驱动车窗电机动作实现车窗的开、关。

在MCU自动控制车窗状态的过程中，所述MCU根据电荷域电压信号放大电路检测的霍尔脉冲宽度与所设脉冲宽度的阈值进行比较，判断是否超过所设脉冲宽度的阈值，同时根据电荷域电流信号放大电路检测的电流信息与所设电流阈值进行比较，判断是否超过所设电流阈值，若脉冲宽度和电流的其中一个超过所设阈值时，物体被夹住，MCU输出信号给电机驱动电路1，然后驱动车窗电机反转。

图3为本发明电荷域电压信号放大电路原理图。电荷域电压信号放大电路包括：两个电荷存储节点Ni和No、一个连接在两个电荷存储节点之间的电荷传输控制开关301、连接到第一电荷存储节点Ni的第一电容302、连接到第二电荷存储节点No的容值可编程电容305、连接到第一电荷存储节点Ni的第一电压传输开关303、连接到第一电荷存储节点Ni的第二电压传输开关304、连接到第二电荷存储节点No的第三电压传输开关307和连接到第二电荷存储节点No的第四电压传输开关306。

上述电路的连接关系为：第一电容的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；容值可编程电容305的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，电荷传输控制开关两端连接到第一和第二电荷存储节点Ni和No；第一电压传输开关303的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到基准电压1Vr1，开关控制信号接Clkr；第二电压传输开关304的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到输入电压Vi，开关控制信号接Clks；第三电压传输开关307的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到基准电压2Vr2，开关控制信号接Clkr；第四电压传输开关306的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到输出电压Vo，开关控制信号接Clkt。

该电荷域电压小信号放大电路工作波形示意图如图4所示。控制时钟Clk和Clkn为相位相反时钟，开关控制信号Clkr、Clks和Clkt为相位不交叠时钟。在t0时刻以前，第一和第二电荷存储节点Ni和No上存储着各自独立的电荷，所有电压传输开关和电荷传输控制开关均处于关闭状态，电路处于未启动。

当t0时刻到来时，Clkr的状态发生变化，Clkr由低电平向高电平切换，第一电压传输开关303和第三电压传输开关307导通；第一电荷存储节点Ni被第一电压传输开关复位到基准电压1Vr1；第二电荷存储节点No被第三电压传输开关复位到基准电压2Vr2。

当t1时刻到来时，Clkr和Clks的状态发生变化，Clkr变为低电平，Clks由低电平向高电平切换；第一电压传输开关303和第三电压传输开关307关断，第二电压传输开关304导通；第一电荷存储节点Ni被第二电压传输开关连接到输入电压Vi；第二电荷存储节点No保持Vr2不变。

当t2时刻到来时，控制时钟Clks、Clk和Clkn的状态发生变化，Clks变为低电平，Clkn由低电平向高电平切换，Clk由高电平向低电平切换，此时由于各电荷存储节点上连接的电容302和305上所存储电荷不会发生突变，第一和第二电荷存储节点Ni和No上的电压就会发生阶跃变化，第一电荷存储节点Ni上的电压被拉低，而第二电荷存储节点No上的电压被拉高，由于此时第一和第二电荷存储节点Ni和No上的电荷不存在泄放通路，第一和第二电荷存储节点Ni和No上的电压将保持不变并且存在一个明显的电压差。

当t3时刻到来时，电荷传输控制开关的开关控制信号Clkt变为高电平，电荷传输控制开关301导通，第一和第二电荷存储节点Ni和No之间便存在一个电荷泄放通路，由于此时第一和第二电荷存储节点Ni和No上的电压存在一个明显的电压差，即V_Ni小于V_No，该电压差的存在会导致第一和第二电荷存储节点Ni和No之间产生感生电场，导致第一和第二电荷存储节点Ni和No上存储的电荷在感生电场的作用下发生转移，假设电荷以电子的形式运动，则电子的运动方向为由第一电荷存储节点Ni向第二电荷存储节No运动，引起第一电荷存储节点Ni的电压升高，第二电荷存储节No的电压降低，随着电荷的不断转移两电荷存储节点之间的电压差不断减小，引起第一和第二电荷存储节点Ni和No之间的感生电场逐渐减小，电荷转移速度不断降低，电压变化速率也随之降低，若电荷传输控制开关301一直导通，则该电荷传输转移过程将会一直持续，直到第一和第二电荷存储节点Ni和No之间的电压相等，感生电场为0。

随着t4时刻的到来，Clkt变为低电平，电荷传输控制开关301关断，第一和第二电荷存储节点Ni和No之间存在电荷泄放通路被断开，第一和第二电荷存储节点Ni和No之间的电荷转移工作结束。由于不存在泄放通路，第一和第二电荷存储节点Ni和No上的电压将保持不变。电荷由第一电荷存储节点Ni向第二电荷存储节点No的传输工作完成。

上述过程中，若电荷传输过程中没有损失，假设第一电容和容值可编程电容的电容值分别为C₃₀₂和C₃₀₅，则流出第一电荷存储节点Ni的电荷为Q_i＝C₃₀₂*ΔVi，注入第二电荷存储节点No的电荷为Q_o＝C₃₀₅*ΔVo，并且有Q_i＝C₃₀₂*ΔVi＝Q_o＝C₃₀₅*ΔVo。根据电荷守恒定理，t₁到t₄之间电荷有效传输，计算C₃₀₂上传出的电荷Q_S。

Q_S＝C₃₀₅·(V_o-V_P)＝[(V_r1-V_i)-(V_S-V_L)]·C₃₀₂ (1)

其中，V_L、V_P和V_S均为固定电压，V_L为t3时刻前Ni点的电压，V_P为t3时刻前No点的电压；V_S为t4时刻Ni点的电压。在电路完成设计之后，忽略基准电压变化带来的扰动，Q_T为一个常数。由于Q_S＝C₃₀₂*ΔVi＝C₃₀₅*ΔVo，则有：

$\begin{array}{c}{V}_o=(V_L+V_{r1}-V_S-V_i)\·C_{302}/C_{305}+V_P\\ =-V_i\·C_{302}/C_{305}+(V_L+V_{r1}-V_S)\·C_{302}/C_{305}+V_P\end{array}---\left(2\right)$

公式(2)中第一项为电容比例线性关系，后两项均为固定值。可以看出，电压传输完成之后，输出电压与输入电压的关系为放大系数为-C₃₀₂/C₃₀₅的线性关系。即输出电压变化量和输入电压变化量的比值为第一电容和容值可编程电容的容值之比值，通过设置两个电容比值即可精确控制输出电压信号对输入电压信号的放大倍数。

图5所示为本发明电荷域电流小信号放大电路原理图。电荷域电流小信号放大电路包括：第一正端电荷存储节点Nip、第一负端电荷存储节点Nin、第二正端电荷存储节点Nop和第二负端电荷存储节点Non、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点Nip和Nop之间的正端电荷传输控制开关501、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点Nin和Non之间的负端电荷传输控制开关502、连接到第一正端电荷存储节点Nip的正端电容503、连接到第二正端电荷存储节点Nop的正端容值可编程电容509、连接到第一负端电荷存储节点Nin的负端电容504、连接到第二负端电荷存储节点Non的负端容值可编程电容510、连接到第一正端电荷存储节点Nip的第一正端电压传输开关505、连接到第一正端电荷存储节点Nip的第二正端电压传输开关507、连接到第二正端电荷存储节点Nop的第三正端电压传输开关513和连接到第二正端电荷存储节点Nop的第四正端电压传输开关511、连接到第一负端电荷存储节点Nin的第一负端电压传输开关506、连接到第一负端电荷存储节点Nin的第二负端电压传输开关508、连接到第二负端电荷存储节点Non的第三负端电压传输开关514和连接到第二负端电荷存储节点Non的第四负端电压传输开关512、连接到第一正端电压传输开关505和第一负端电压传输开关506之间的电流检测电阻Rin。

上述电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点Nip和Nop；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻Rin的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点Nin和Non；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻Rin的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到负端输出电压Von，开关控制信号接Clkt。

本发明图5所示该电荷域电流小信号放大电路的主体结构为一个正端电荷域电压小信号放大电路、一个负端电荷域电压小信号放大电路和一个连接在两者之间的电流检测电阻Rin。图5所示电路的工作时序控制波形示意图和如图4类似，如图6所示。控制时钟Clk和Clkn为相位相反时钟，开关控制信号Clkr、Clks和Clkt为相位不交叠时钟。

假设输入电流为I_in，输入电流流过电流检测电阻Rin会在Rin的上端电压V_ip和下端电压V_in之间得到一个差分压降V_id＝I_in*R_in＝V_ip-V_in，V_ip和V_in电压分别经正端和负端电荷域电压小信号放大电路进行放大处理，得到差分输出电压为V_op-V_on的电压信号。由于电路结构为差分结构，因此正端电容和负端电容的容值大小相等，正端和负端容值可编程电容的电容值也相等，假设正端电容和正端容值可编程电容的电容值分别为C₅₀₃和C₅₀₉，电流检测电阻的大小为R_in，我们可以得到输入电流和输出电压之间的关系如下：

V_op-V_on＝-I_in·R_in·C₅₀₃/C₅₀₉ (3)

本发明中所述的电荷传输控制开关可以采用发明号为201010291245.6的发明专利中所述的实施方式来实现，所述的电压传输开关可以采用通用MOS管或者BJT开关实现。

本发明所述MCU对电荷域电流和电压信号放大电路的控制步骤为：首先MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr控制电荷域电压和电流信号放大电路的状态进行复位；其次，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks控制电荷域电压信号放大电路对霍尔传感器输入信号进行采样，还控制电荷域电流信号放大电路对车窗电机的输入电流信号进行采样；再次，MCU的第三和第四控制信号产生端口同时输出时钟Clk和Clkn控制电荷域电压信号放大电路对采样得到的电压信号进行放大得到输出电压Vo，还控制电荷域电流信号放大电路对采样得到的电流信号进行放大并得到差分输出电压Vop和Von；最后，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt控制电荷域电压和电流信号放大电路将输出电压Vo、Vop和Von输出给MCU的单端和差分模拟信号输入端。

图7为本发明MCU控制电荷域电流和电压信号放大电路的原理图。所述MCU其内部包括：ADC、控制信号产生电路、数据存储模块和控制器模块。所述MCU的内部模块间的连接关系为：控制器模块通过接收数据存储模块的数据，根据该数据进行计算，并依据计算结果通过第一控制信号对控制信号产生电路进行控制，通过第二控制信号对ADC进行控制，通过第三控制信号对数据存储模块进行控制，通过第四控制信号产生Vpwm信号对电机驱动模块进行控制；控制信号产生电路在控制器模块的控制下产生输出时钟Clkr并通过其第一控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口，还产生输出时钟Clks并通过其第二控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clks时钟输入端口，还产生输出时钟Clk并通过其第三控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clk时钟输入端口，还产生输出时钟Clkn并通过其第四控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口，还产生输出时钟Clkt并通过其第五控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口以及ADC的数据输出控制端；ADC的单端模拟电压输入端接收电荷域电压信号放大电路输出的电压Vo，差分模拟电压输入端接收电荷域电流信号放大电路的差分输出电压Vop和Von，在Clkt时钟的控制下将接收的电压信号进行模数转换得到数字量化码，并将数字量化码输出到数据存储模块。

本发明所述MCU的第一、第二、第三、第四和第五控制信号产生端口与所述控制信号产生电路对应的第一、第二、第三、第四和第五控制信号产生端口为同一个端口，所述MCU的单端和差分模拟电压输入端与所述ADC对应的单端和差分模拟电压输入端为同一个端口。

进一步地，当用户触摸车窗开关时，车窗控制单元根据获取的车辆状态信息判断车窗是否满足作动条件。所述动作条件是电瓶电压是否足够车窗调整，车窗电机的霍尔脉冲宽度是否达到设定值，如果达到设定值表示霍尔传感器损坏，不能调整车窗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是包括：开关按键、MCU、电机驱动、电荷域电流信号放大电路、电荷域电压信号放大电路、霍尔传感器和车窗电机模块；

所述基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路的连接关系为：开关按键模块的输出连接到MCU的控制信号输入端，MCU的第一数据输出端连接到电机驱动的数据信号端，电机驱动输出端连接到车窗电机的控制信号端，霍尔传感器的信号输出端连接到电荷域电压信号放大电路的电压输入端，电荷域电压信号放大电路将接收到的电压信号进行放大处理并输出到MCU控制器的单端模拟电压输入端，车窗电机的驱动电流输出端连接到电荷域电流信号放大电路的电流输入端，电荷域电流信号放大电路将接收到的电压信号进行放大处理并输出到MCU控制器的差分模拟电压输入端，MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr到电荷域电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkr时钟输入端口，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks到电荷域电压信号放大电路的Clks时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clks时钟输入端口，MCU的第三控制信号产生端口输出时钟Clk到电荷域电压信号放大电路的Clk时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clk时钟输入端口，MCU的第四控制信号产生端口输出时钟Clkn到电荷域电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkn时钟输入端口，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt到电荷域电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口和电荷域电流信号放大电路的Clkt时钟输入端口。

2.根据权利要求1所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述电荷域电压信号放大电路包括两个电荷存储节点、一个连接在两个电荷存储节点之间的电荷传输控制开关、连接到第一电荷存储节点的第一电容、连接到第二电荷存储节点的容值可编程电容、连接到第一电荷存储节点的第一电压传输开关、连接到第一电荷存储节点的第二电压传输开关、连接到第二电荷存储节点的第三电压传输开关和连接到第二电荷存储节点的第四电压传输开关；

所述电荷域电压信号放大电路的连接关系为：第一电容的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；容值可编程电容的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，电荷传输控制开关两端连接到第一和第二电荷存储节点；第一电压传输开关的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第二电压传输开关的一端连接到第一电荷存储节点，另一端连接到输入电压Vi，开关控制信号接Clks；第三电压传输开关的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四电压传输开关的一端连接到第二电荷存储节点，另一端连接到输出电压Vo，开关控制信号接Clkt。

3.如权利要求2所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述电荷域电压信号放大电路在完成一次电压放大后，输出电压与输入电压的关系为放大系数为-C₃₀₂/C₃₀₅的线性关系，其中：C₃₀₂和C₃₀₅分别为第一电容和容值可编程电容的电容值。

4.根据权利要求1所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述电荷域电流信号放大电路包括第一正端电荷存储节点、第一负端电荷存储节点、第二正端电荷存储节点和第二负端电荷存储节点、一个连接在第一和第二正端电荷存储节点之间的正端电荷传输控制开关、一个连接在第一和第二负端电荷存储节点之间的负端电荷传输控制开关、连接到第一正端电荷存储节点的正端电容、连接到第二正端电荷存储节点的正端容值可编程电容、连接到第一负端电荷存储节点的负端电容、连接到第二负端电荷存储节点的负端容值可编程电容、连接到第一正端电荷存储节点的第一正端电压传输开关、连接到第一正端电荷存储节点的第二正端电压传输开关、连接到第二正端电荷存储节点的第三正端电压传输开关和连接到第二正端电荷存储节点的第四正端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第一负端电压传输开关、连接到第一负端电荷存储节点的第二负端电压传输开关、连接到第二负端电荷存储节点的第三负端电压传输开关和连接到第二负端电荷存储节点的第四负端电压传输开关、连接到第一正端电压传输开关和第一负端电压传输开关之间的电流检测电阻；

所述电荷域电流信号放大电路的连接关系为：正端电容的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；正端容值可编程电容的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；正端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，正端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二正端电荷存储节点；第一正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输入端和电流检测电阻的上端，开关控制信号接Clks；第二正端电压传输开关的一端连接到第一正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四正端电压传输开关的一端连接到第二正端电荷存储节点，另一端连接到正端输出电压Vop，开关控制信号接Clkt；负端电容的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clk；负端容值可编程电容的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到电荷传输控制时钟Clkn；负端电荷传输控制开关的控制端连接到传输信号Clkt，负端电荷传输控制开关两端连接到第一和第二负端电荷存储节点；第一负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到输入电流输出端和电流检测电阻的下端，开关控制信号接Clks；第二负端电压传输开关的一端连接到第一负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压1，开关控制信号接Clkr；第三负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到基准电压2，开关控制信号接Clkr；第四负端电压传输开关的一端连接到第二负端电荷存储节点，另一端连接到负端输出电压Von，开关控制信号接Clkt。

5.如权利要求4所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述电荷域电流小信号放大电路在完成一次电流放大后，输入电流和输出电压之间的关系如下：

V_op-V_on＝-I_in·R_in·C₅₀₃/C₅₀₉

其中：C₅₀₃和C₅₀₉分别为正端电容和正端容值可编程电容的电容值，I_in为输入电流大小，R_in为电流检测电阻的大小。

6.根据权利要求1所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述MCU对电荷域电流和电压信号放大电路的控制步骤为：首先MCU的第一控制信号产生端口输出时钟Clkr控制电荷域电压和电流信号放大电路的状态进行复位；其次，MCU的第二控制信号产生端口输出时钟Clks控制电荷域电压信号放大电路对霍尔传感器输入信号进行采样，还控制电荷域电流信号放大电路对车窗电机的输入电流信号进行采样；再次，MCU的第三和第四控制信号产生端口同时输出时钟Clk和Clkn控制电荷域电压信号放大电路对采样得到的电压信号进行放大得到输出电压Vo，还控制电荷域电流信号放大电路对采样得到的电流信号进行放大并得到差分输出电压Vop和Von；最后，MCU的第五控制信号产生端口输出时钟Clkt控制电荷域电压和电流信号放大电路将输出电压Vo、Vop和Von输出给MCU的单端和差分模拟信号输入端。

7.根据权利要求1所述的基于电荷域小信号放大的车窗防夹控制电路，其特征是：所述MCU其内部包括：ADC、控制信号产生电路、数据存储模块和控制器模块；

所述MCU的内部模块间的连接关系为：控制器模块通过接收数据存储模块的数据，根据该数据进行计算，并依据计算结果通过第一控制信号对控制信号产生电路进行控制，通过第二控制信号对ADC进行控制，通过第三控制信号对数据存储模块进行控制，通过第四控制信号产生Vpwm信号对电机驱动模块进行控制；控制信号产生电路在控制器模块的控制下产生输出时钟Clkr并通过其第一控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkr时钟输入端口，还产生输出时钟Clks并通过其第二控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clks时钟输入端口，还产生输出时钟Clk并通过其第三控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clk时钟输入端口，还产生输出时钟Clkn并通过其第四控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkn时钟输入端口，还产生输出时钟Clkt并通过其第五控制信号产生端口输出到电荷域电流和电压信号放大电路的Clkt时钟输入端口以及ADC的数据输出控制端；ADC的单端模拟电压输入端接收电荷域电压信号放大电路输出的电压Vo，差分模拟电压输入端接收电荷域电流信号放大电路的差分输出电压Vop和Von，在Clkt时钟的控制下将接收的电压信号进行模数转换得到数字量化码，并将数字量化码输出到数据存储模块。