CN217981671U - 传感器诊断电路、芯片、传感器检测装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种传感器诊断电路、芯片、传感器检测装置及电子设备，其中传感器诊断电路，包括信号处理单元、诊断单元以及通道选择电路，信号处理单元包括第一差分输入端和第二差分输入端，诊断单元包括诊断电路以及偏置电路；诊断电路包括电压诊断节点，电压诊断节点连接于信号处理单元的第一差分输入端；通道选择电路用于连接外部的传感器，传感器包括多个待诊断电路，通道选择电路连接于信号处理单元以及诊断单元，通道选择电路用于选择性地将其中一个待诊断电路与第一差分输入端连接，并将偏置电路与第二差分输入端连接。上述传感器诊断电路能够借助信号处理单元对传感器进行诊断，不需要设置过多的检测支路，从而简化了整个传感器诊断电路的结构。

Description

传感器诊断电路、芯片、传感器检测装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种传感器诊断电路、芯片、传感器检测装置及电子设备。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，传感器的种类日渐增多，传感器广泛地应用在各类电子设备中，例如，目前的压力传感器广泛地应用，其通常可以作为电子设备的按键，压力传感器包括电桥式压力传感器，电桥式压力传感器的电阻产生形变时，其电阻值会发生变化，电桥式压力传感器产生对应的电信号变化，因此通过检测电信号的变化来检测外部的按压操作，从而触发对应的指令操作。

目前通过传感器诊断电路来对传感器进行诊断，以确定传感器的故障类型(例如，短路或断路)，然而目前的传感器诊断电路结构通常较为复杂，通常需要设置多个检测支路才能实现传感器的故障检测。

实用新型内容

鉴于以上问题，本申请提供一种传感器诊断电路、芯片、传感器检测装置及电子设备，以简化传感器诊断电路的电路结构。

第一方面，本申请提供一种传感器诊断电路，包括信号处理单元、诊断单元以及通道选择电路，信号处理单元包括第一差分输入端和第二差分输入端；诊断单元包括诊断电路以及偏置电路；诊断电路包括电压诊断节点，电压诊断节点连接于信号处理单元的第一差分输入端；通道选择电路，用于连接外部的传感器，传感器包括多个待诊断电路，通道选择电路连接于信号处理单元以及诊断单元，通道选择电路用于选择性地将其中一个待诊断电路与第一差分输入端连接，并将偏置电路与第二差分输入端连接。

第二方面，本申请实施例还提供一种芯片，该芯片包括上述的传感器诊断电路。

第三方面，本申请实施例还提供一种传感器检测装置，包括传感器以及上述的传感器诊断电路，传感器诊断电路的输入端与传感器的待诊断电路连接。

第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，电子设备配置有上述的传感器检测装置。

本申请实施例提供的传感器诊断电路，在对传感器进行诊断时，通过通道选择电路选择性地将其中一个所述待诊断电路与所述第一差分输入端连接，并将所述偏置电路与所述第二差分输入端连接，进而不需要设置过多的检测支路，从而简化了整个传感器诊断电路的结构。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例及附图，都属于本发明保护的范围。

图1为为本申请实施例提供的一种传感器检测装置的模块框图。

图2为本申请实施例提供的一种传感器检测装置的电路结构示意图。

图3为本申请实施例提供的另一种传感器检测装置的电路结构示意图。

图4为本申请实施例提供的又一种传感器检测装置的电路结构示意图。

图5为如图1所示的传感器检测装置中的诊断单元的电路结构示意图。

图6为如图1所示的传感器检测装置中的诊断单元与第一支路并联时的等效电路结构示意图。

图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

下面将通过具体实施例对本申请实施例提供的传感器诊断电路、传感器检测装置及电子设备进行详细说明。

下面将通过具体实施例对本申请实施例提供的传感器诊断电路、传感器检测装置及电子设备进行详细说明。

如图1和图2所示，本申请实施例提供一种传感器检测装置400，包括传感器100以及传感器诊断电路300，传感器诊断电路300与传感器100连接，以用于诊断传感器100的故障，例如，短路和断路等故障的诊断。

在本实施例中，传感器诊断电路300包括信号处理单元200、诊断单元310以及通道选择电路220，信号处理单元200的输入端211用于与传感器100连接，信号处理单元200不仅可以对传感器100的电信号进行传输，信号处理单元200还可以根据传感器100的不同故障输出不同的诊断结果。

在本实施例中，诊断单元310包括诊断电路318以及偏置电路319，诊断电路318包括电压诊断节点a，电压诊断节点a连接于信号处理单元200的输入端211，电压诊断节点a的电压随传感器100的故障状态变化。

通过将诊断单元310的电压诊断节点a直接连接在信号处理单元200的输入端211，在对传感器100进行诊断时，通过电压诊断节点a的电压以对传感器进行诊断，不需要设置过多的检测支路，从而简化了整个传感器诊断电路300的结构。

如图2和图3所示，在本实施例中，信号处理单元200包括第一差分输入端2111和第二差分输入端2112，电压诊断节点a连接于第一差分输入端2111，偏置电路319连接于第二差分输入端2112，并用于输出偏置信号至第二差分输入端2112。

在本实施例中，传感器诊断电路300还包括通道选择电路220，用于连接外部的传感器，通道选择电路220连接在传感器100与信号处理单元200之间。传感器100可以包括多个待诊断电路，通道选择电路220用于选择性地将其中一个待诊断电路与第一差分输入端2111连接，并将偏置电路319与第二差分输入端2112连接。

通道选择电路220包括至少两个通道输入端230、偏置输入端240、第一输出端以及第二输出端，至少两个通道输入端230用于连接传感器100，其中一个通道输入端230可以连接一个待诊断电路，第一输出端连接于信号处理单元200的第一差分输入端2111，第二输出端连接于信号处理单元200的第二差分输入端2112，偏置输入端240与所述偏置电路319连接。通道选择电路220选择性地将第一输出端与其中一个通道输入端230连接，并将第二输出端与偏置输入端240连接，当第二输出端与偏置输入端240连接时，偏置电路319输出偏置电压Vb至信号处理单元200的第二差分输入端2112。

通道选择电路220的至少两个通道输入端230包括第一通道输入端231和第二通道输入端232。传感器100可以包括两个待诊断电路，第一通道输入端231和第二通道输入端232分别用于与传感器100的两个待诊断电路电性连接，该两个待诊断电路可以是传感器的两个支路，该两个支路输出一对差分信号。第一通道输入端231和第二通道输入端232分别用于连接传感器100的两个待诊断电路，以接收该差分信号。在***正常工作时，通道选择电路220的第一通道输入端231与第一输出端连接，第二通道输入端232和第二输出端连接，使得信号处理单元200的第一差分输入端2111和第二差分输入端2112接收传感器100输出的差分信号，继而信号处理单元200对该差分信号进行处理。在***对传感器100进行诊断工作时，通道选择电路220选择性地将第一输出端与其中一个通道输入端230连接，也即将第一输出端与第一通道输入端231连接，或者将第一输出端与第二通道输入端232连接，使得诊断单元310能够对传感器10的不同待诊断电路进行诊断。

在一些实施方式中，如图3所示，信号处理单元200可以包括增益放大器213以及模数转换器214，增益放大器213连接于诊断单元310与模数转换器214。模数转换器214用于将诊断单元310输入的诊断信号转换为ADC码值。

上述的模数转换器214是指A/D转换器，或简称ADC，其可以将模拟信号转变为数字信号，将时间连续、幅值连续的模拟量转换为时间离散、幅值离散的数字信号，通过将模拟诊断信号转换为ADC码值(例如，001001的形式)，以便于精准判断传感器100的故障类型。

当传感器100的故障类型不同时，信号处理单元200输出的ADC码值的结果不相同，因此，可以根据信号处理单元200输出的ADC码值，判断出传感器100出现的故障类型。

在本实施例中，信号处理单元200输出的ADC码值＝Vp*Gain/LSB，其中，Vp为传感器诊断电路300与输入端211的电压诊断节点a的电压值，Gain为增益放大器213的增益，增益放大器213的增益是指增益放大器213的输出功率与输入功率比值的对数,用以表示功率放大的程度，LSB为模数转换器214的最小有效位，也即ADC能够识别(或者转换)的最小刻度，LSB＝A/2^a，其中，A为模数转换器采集电压范围的最大值，a为ADC的分辨率，2^a表示2的a次幂。示例性地，ADC的分辨率可以是8bit，16bit或者24bit，比如，模数转换器采集的电压范围处于0-5V之间，那么分辨率是8bit的ADC的最小刻度就是5/2^8＝0.0195V，分辨率是16bit的ADC的最小刻度可以是5/2^¹⁶＝0.000195V。

在本实施例中，增益放大器213为可编程增益放大器(Programmable GainAmplifier，简称PGA)，PGA是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据程序进行控制，采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大地提高测量精度。具体地，放大倍数可以是10倍、20倍或者其它的倍数。

请参阅图3，在本实施例中，传感器100可以为电桥式压力传感器，电桥式压力传感器包括并联的第一支路111和第二支路112，第一支路111和第二支路112也即传感器100的两个待诊断电路。第一支路111和第二支路112中的每个包括至少两个彼此串联的电阻，通道输入端230连接于第一支路111中的相邻两个电阻之间和/或连接于第二支路112的相邻两个电阻之间。电桥式压力传感器100可以作为电子设备的按键，例如，其可以作为手机、耳机、平板等电子设备的按键。其工作原理为：当电桥式压力传感器100受到外力作用时，例如受压时，电桥式压力传感器100的电阻的阻值会发生改变，其输出的电信号(例如，电压或电流)也会发生相应的改变。因此，通过检测信号的电信号的变化来检测外部的按压操作。此外，传感器100还可以电容式传感器、光传感器或其它类型的传感器。

以下以传感器100为电桥式压力传感器，传感器100可以为单个，以及第一支路111和第二支路112中的每个包括两个彼此串联的电阻为例进行阐述：

具体地，第一支路111包括相串联的第一电阻R1、第二电阻R2，第二支路112包括相串联的第三电阻R3、第四电阻R4。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值可以相同或者不同，具体可以根据实际需求设置。第一支路111和第二支路112输出一对差分信号。

如图3所示，在本实施例中，传感器100包括第一连接端113和第二连接端114，第一支路111的一端和第二支路112的一端可共同通过第一连接端113连接于电源电压Vs1，第一支路111的另一端和第二支路112的另一端可共同通过第二连接端114连接于参考地，其中，参考地的电压为0V。

在一些实施方式中，如图3和图4所示，传感器100的数量为两个或者两个以上时，每个传感器100的第一连接端113可以连接至电源电压Vs1，第二连接端114连接至参考地。此时，通道选择电路220可以包括多组通道输入端230，其中一组通道输入端230分别包括一个第一通道输入端231和一个第二通道输入端232，且一组通道输入端231分别与一个传感器100的第一支路和第二支路连接。在对一个传感器100进行诊断时，通道选择电路220可以选择性地将信号处理电路200的第一差分输入端2111与第一通道输入端231接通或断开，或者选择性将信号处理电路200的第一差分输入端2111与第二通道输入端232接通或断开，并同时使信号处理电路200的第二差分输入端2112与偏置输入端240连接，使得信号处理电路200的第二差分输入端2112接收偏置电压Vb，进而使得传感器诊断电路300分别对传感器100中的第一支路111和第二支路112进行诊断。在对一个传感器100诊断完毕之后，通道选择电路220可以切换至下一组通道输入端230，使下一组通道输入端230中的第一通道输入端231和第二通道输入端232选择性地与信号处理单元200的第一差分输入端2111接通，以对下一个传感器100的第一支路111和第二支路112进行诊断，在诊断过程中，信号处理单元200的第二差分输入端保持接收偏置电压Vb。可以理解的是，由于通道选择电路220的第一输出端与信号处理单元220的第一差分输入端2111连接，因此通道选择电路220的通道输入端230与第一输出端连接即通道选择电路220的通道输入端230与信号处理单元200的第一差分输入端2111连接。

具体地，第一通道输入端231可以连接于第一电阻R1与第二电阻R2之间，第二通道输入端232可以连接于第三电阻R3与第四电阻R4之间，当通道选择电路220将输入端211与不同的支路连接时，传感器诊断电路300能够对不同的支路进行诊断。

此外，第一通道输入端231和第二通道输入端232的连接点可以根据实际需求具体调整。

请参阅图3和图5，在本实施例中，诊断单元310包括第一诊断电路311和第二诊断电路312，第一诊断电路311的一端用于接收激励信号Vs2，第二诊断电路312的一端连接于所述第一诊断电路311的另一端，第二诊断电路312的另一端连接于参考地，第一诊断电路311和第二诊断电路312的连接节点为电压诊断节点a。在对传感器100进行诊断时，能够将第一诊断电路311选择性地与输入端211接通，和/或第二诊断电路312选择性地与输入端211接通，以形成多个诊断信号，模数转换器214可以将多个的诊断信号转换为对应的ADC码值，结合多个ADC码值的结果来准确地判断传感器100的故障类型。在本实施例中，电压诊断节点a的电压值为Vp。

在一些实施方式中，第一诊断电路311包括第一诊断电阻RD1和第一开关S1，第一诊断电阻RD1的一端接收激励信号Vs2，第一开关S1的一端连接于第一诊断电阻RD1的另一端，第一开关S1的另一端连接于第二诊断电路312。第一诊断电阻RD1的阻值为Rd1，第一开关S1的阻值为Rs1，第一诊断电阻RD1和第一开关S1可以构成上拉电阻。

在一些实施方式中，第二诊断电路312包括第二诊断电阻RD2和第二开关S2，第二诊断电阻RD2的一端连接于第一诊断电路311，第二开关S2的一端连接于第二诊断电阻RD2的另一端，第二开关S2的另一端连接于参考地。第二诊断电阻RD2的阻值为Rd2，第二开关S1的阻值为Rs2，第二诊断电阻RD2和第二开关S2可以构成下拉电阻。

激励信号Vs2即为参考电压Vs2，在一些实施方式中，参考电压Vs2可以等于传感器100的待诊断电路的最大电压值，例如，参考电压Vs2可以等于传感器100的电源电压Vs1。这样当诊断单元310对待诊断电路进行诊断时，诊断单元310与待诊断电路可以等效为并联的两个电路，便于简化电路结构，简化ADC码值结果，便于准确判断传感器的故障类型。

在一些实施方式中，偏置电路319输出的偏置电压Vb等于待诊断电路的最大电压值Vs1的二分之一，例如，偏置电压Vb可以等于0.5*Vs1。

在一些实施方式中，第一诊断电路311的阻值之和等于第二诊断电路312的阻值之和。以第一诊断电路311包括第一诊断电阻RD1和第一开关S1，以及第二阻值包括第二诊断电阻RD2和第二开关S2为例，其中，第一开关S1的阻值为Rs1，第二开关S21的阻值为Rs2。Rs1+Rd1＝Rs2+Rd2。

以下将以传感器诊断电路300对一个传感器的进行诊断的工作原理进行阐述：

以传感器诊断电路300诊断第一支路111为例进行说明，在诊断工作状态下，传感器诊断电路300通过通道选择电路300对第一支路111进行诊断时，信号处理单元200的第一差分输入端2111和传感器的第一支路232连接，信号处理单元200的第二差分输入端2112接收偏置电路319输出的偏置电压，且诊断单元310的电压诊断节点a也与信号处理单元200的第一差分输入端2111连接。传感器诊断电路300与第一支路111连接时的等效电路图如图6所示，需要说明的是，在本实施例中，以Rs1和Rs2的阻值均忽略不计、两者的阻值视作0Ω为例，Vs1等于Vs2，

具体请参考下表1、附图4以及附图6。

表1

从上述表1可以看出，当第一支路111出现不同的故障类型时，通过控制S1和S2的断开/闭合，可以输出三个ADC码值，因此，通过三个ADC码值的输出结果，可以综合地判断传感器中的第一支路111出现的故障类型。类似地，诊断单元300通过通道选择电路300与第二支路112连接时，可以参照大致相同的方式来判断第二支路112出现的故障类型。相应地，对其它的传感器的故障进行诊断时，也可以采用上述的方式进行判断。需要说明的是，上述的电阻也可以换算成电流或者电压进行计算。

需要说明的是，当传感器100正常工作时，通道选择电路300可以将第一通道输入端231与第一支路111电性连接，以及将第二通道输入端232与第二支路112电性连接，信号处理单元200能够正常地传输传感器100的电信号，电信号可以通过增益放大器213进行信号放大，以准确地获取传感器100的检测信号。

此外，在一些实施方式中，也可以省略增益放大器213，可以通过测量电压诊断节点a的电压来进行诊断传感器的故障类型。

本申请实施例提供的传感器诊断电路，通过将诊断单元310的电压诊断节点a直接连接在信号处理单元200的输入端211，在对传感器100进行诊断时，通过电压诊断节点a的电压以对传感器进行诊断，不需要设置过多的检测支路，从而简化了整个传感器诊断电路300的结构。

本申请实施例还提供一种芯片，该芯片包括上述的传感器诊断电路。

请参阅图7，本申请实施例还提供一种电子设备500，电子设备200可以是手机、耳机、平板电脑、音乐播放器、阅读器等，电子设备200配置有上述的传感器检测装置400，以下以电子设备为真无线耳机为例进行说明：

电子设备500包括壳体510以及电声器件520，壳体510可以包括主壳体以及耳柄，主壳体适配于人体的耳部，主壳体的至少部分可以塞入人体的耳部，耳柄连接于主壳体。传感器检测装置400可以设置在耳柄，传感器100可以为压力传感器，传感器100的数量可以为一个、两个或两个以上，传感器100可以作为电子设备的按键，例如，传感器100的数量为两个，其中一个可以作为音量键，另外一个可以作为电源键。当传感器100检测到对应的触压操作时，可以触发对应的指令操作。此外，传感器100可以为光传感器、电容传感器等。

本申请实施例提供的电子设备，通过设置上述的传感器检测装置400，传感器检测装置400中的传感器100用于检测电子设备500(如图7所示)的外部信号，例如，可以作为按键以用于检测用户的触压操作。进一步地，当传感器100出现故障时，传感器检测装置400中的传感器诊断电路可以对传感器100的故障类型进行诊断，以便于快速维修。

上面结合附图对本申请各实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施例，上述的具体实施例仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器诊断电路，其特征在于，包括：

信号处理单元，包括第一差分输入端和第二差分输入端；以及

诊断单元，所述诊断单元包括诊断电路以及偏置电路；所述诊断电路包括电压诊断节点，所述电压诊断节点连接于所述信号处理单元的所述第一差分输入端；以及

通道选择电路，用于连接外部的传感器，所述传感器包括多个待诊断电路，所述通道选择电路连接于所述信号处理单元以及所述诊断单元，所述通道选择电路用于选择性地将其中一个所述待诊断电路与所述第一差分输入端连接，并将所述偏置电路与所述第二差分输入端连接。

2.根据权利要求1所述的传感器诊断电路，其特征在于，所述通道选择电路包括至少两个通道输入端、偏置输入端、第一输出端以及第二输出端，所述至少两个通道输入端用于连接所述传感器，所述偏置输入端与所述偏置电路连接，所述第一输出端连接于所述第一差分输入端，所述第二输出端连接于所述第二差分输入端，所述通道选择电路用于选择性地将第一输出端与其中一个所述通道输入端连接，并将所述第二输出端与所述偏置输入端连接。

3.根据权利要求1所述的传感器诊断电路，其特征在于，所述诊断电路包括：

第一诊断电路，一端用于接收激励信号；以及

第二诊断电路，一端连接于所述第一诊断电路的另一端，所述第二诊断电路的另一端连接于参考地，所述第一诊断电路和所述第二诊断电路的连接节点为所述电压诊断节点。

4.根据权利要求3所述的传感器诊断电路，其特征在于，所述第一诊断电路包括：

第一诊断电阻，所述第一诊断电阻的一端用于接收激励信号；

第一开关，所述第一开关的一端连接于所述第一诊断电阻的另一端，所述第一开关的另一端连接于所述第二诊断电路。

5.根据权利要求3所述的传感器诊断电路，其特征在于，所述第二诊断电路包括：

第二诊断电阻，所述第二诊断电阻的一端连接于所述第一诊断电路；

第二开关，所述第二开关的一端连接于所述第二诊断电阻的另一端，所述第二开关的另一端连接于所述参考地。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的传感器诊断电路，其特征在于，所述信号处理单元包括增益放大器以及模数转换器，所述增益放大器连接于所述诊断单元与模数转换器。

7.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的传感器诊断电路。

8.一种传感器检测装置，其特征在于，包括传感器以及如权利要求1～6中任一项所述的传感器诊断电路，所述信号处理单元的输入端与所述传感器连接。

9.根据权利要求8所述的传感器检测装置，其特征在于，所述传感器为电桥式压力传感器。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备配置有如权利要求8或9所述的传感器检测装置。

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