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TW202221337A - 壓力檢測電路 - Google Patents

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TW202221337A
TW202221337A TW110128172A TW110128172A TW202221337A TW 202221337 A TW202221337 A TW 202221337A TW 110128172 A TW110128172 A TW 110128172A TW 110128172 A TW110128172 A TW 110128172A TW 202221337 A TW202221337 A TW 202221337A
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羅勇
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大陸商深圳市繪王動漫科技有限公司
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Abstract

本發明提出一種壓力檢測電路，包括：震盪單元，用於輸出震盪信號；計數器單元，與震盪單元連接，用於獲取震盪信號頻率並計數；比較器單元，與計數器單元連接，用於發出信號以控制計數器單元計數或停止；電壓轉換單元，與比較器單元連接，用於對比較器單元提供可比較電壓；恆定電流源充電單元，與比較器單元連接，用於對比較器單元提供比較電壓；充放電控制單元，與恆定電流源充電單元連接，用於對恆定電流源充電單元進行充放電控制；壓力獲取單元，作為電壓轉換單元或震盪單元的組成部分，將壓力轉化為可比較電壓或震盪信號頻率的變化。所提出的壓力檢測電路具有解析度高、省電及適用性強的技術效果。

Description

壓力檢測電路
本發明關於壓力檢測控制技術領域，尤其關於壓力檢測電路。
常見具壓力的輸入裝置如遊戲搖桿、手寫筆等早已大量應用於日常生活之中，如玩遊戲、繪圖、簽名等，一般會利用ADC電路來取得壓力的變化量，ADC通常為8~12位，如果要取得更高解析度就需要更高的位元數（如16位元），有鑒於高位數ADC在信號源較低電壓的情況下，因為雜訊干擾，解析度難以被充分利用，例如2V/16 位的條件下，一個LSB=2V/65536=31uV，背景環境雜訊可能都比這個準位高出許多，因此在這個條件下高位數ADC不但容易受干擾且成本相當高，該方式易受干擾，解析度較低，又如現有的一種數位式傳遞壓力資訊的方式：由主機板供給一特定頻率計算電容的充電時間來取得電容式感測器的壓力資訊，但因為是電容充電（RC充電）時間，所以壓力資訊與感測器上的力值會是對數，無法真實呈現二者相對應的關係，並且，採用現有的壓力獲取方式，對於壓力獲取元器件（如感測器）具有很大的局限性，使用極為不便。
基於以上技術問題，本發明公開了一種壓力檢測電路，從而解決了現有ADC電路成本高、易受干擾、解析度低及適用性差的技術問題。同時本發明還基於該檢測電路公開了一種壓力檢測裝置和壓力輸入裝置。
一實施例中，一種壓力檢測電路包括：震盪單元，用於輸出震盪信號；計數器單元，與震盪單元連接，用於獲取震盪信號頻率並以震盪信號作為計數時鐘信號以計數；比較器單元，與計數器單元連接，用於檢測壓力轉換得到的電壓變化並發出信號以控制計數器單元計數或停止；電壓轉換單元，與比較器單元的一輸入端連接，用於對比較器單元提供固定或可變的可比較電壓；恆定電流源充電單元，與比較器單元的另一輸入端連接，用於對比較器單元提供線性漸增的比較電壓；及充放電控制單元，與恆定電流源充電單元連接，用於控制恆定電流源充電單元的充放電，從而對電壓轉換單元輸出的可比較電壓進行比較用以讓比較器單元的輸出端產生計數器單元計數禁致能控制；震盪單元或電壓轉換單元還包括壓力獲取單元，壓力獲取單元作為電壓轉換單元或震盪單元的組成部分，將壓力轉化為可比較電壓或震盪信號頻率的變化。
一實施例中，震盪單元包括一第一反向器、一第二反向器、一第一電容、第一電阻器及第二電阻器；第一反向器的輸出端連接第二反向器的輸入端，第二反向器的輸出端連接計數器單元以輸出震盪信號，第一電阻器一端連接於第一反向器的輸入端，第二電阻器一端連接於第二反向器的輸入端，第一電容器一端連接於第二反向器的輸出端，且第一電容器、第一電阻器及第二電阻器的另一端均相互連接；其中，第一電容器是電容式壓力感測器，以作為震盪單元的壓力獲取單元；或，第二電阻器是電阻式壓力感測器，以作為震盪單元的壓力獲取單元；或，第二電阻器被替換為電感式壓力感測器，作為震盪單元的壓力獲取單元。
一實施例中，比較器單元為比較器，其中比較器的正極連接電壓轉換單元，比較器的負極連接恆定電流源充電單元，比較器的輸出連接計數器單元的禁致能控制輸入端。
一實施例中，電壓轉換單元為電壓放大器。
一實施例中，電壓放大器包括運算放大器、第三電阻器、電橋式壓力感測器、第六電阻器、第七電阻器、第八電阻器及第九電阻器；運算放大器的正極依次連接第三電阻器、電橋式壓力感測器，電橋式壓力感測器連接外部第一供電電源，運算放大器的輸出端則連接於比較器單元；電橋式壓力感測器還連接有第六電阻器，第六電阻器與第七電阻器連接，第六電阻器和第七電阻器之間通過導線連接於運算放大器的負極，第七電阻器另一端連接於運算放大器的輸出端；第八電阻器一端連接於運算放大器的正極，第八電阻器的另一端連接外部第一供電電源；第九電阻器一端連接於運算放大器的正極，第九電阻器另一端接地。
一實施例中，震盪單元包括一第一反向器、一第二反向器、一第一電容器、第一電阻器及第二電阻器；第一反向器的輸出端連接第二反向器的輸入端，第二反向器的輸出端連接計數器單元以輸出震盪信號，第一電阻器一端連接於第一反向器的輸入端，第二電阻器一端連接於第二反向器的輸入端，第一電容器一端連接於第二反向器的輸出端，且第一電容器、第一電阻器及第二電阻器的另一端均相互連接。
一實施例中，恆定電流源充電單元包括電晶體、第一二極體、第二二極體及第十電阻器；第十電阻器分別與電晶體的發射極和外部第二供電電源連接；第一二極體的陽極連接外部第二供電電源，第一二極體的陰極連接第二二極體的陽極，第二二極體的陰極連接電晶體的基極，電晶體的集極則連接比較器單元。
一實施例中，充放電控制單元包括第二電容器、場效應電晶體及第十一電阻器；第二電容器的負極與第十一電阻器一端連接並接地，第二電容器的正極與電晶體的集極連接，第十一電阻器另一端連接於第二二極體的陰極；場效應電晶體的汲極與電晶體的集極及第二電容器正極連接，場效應電晶體的源極與第二電容器的負極連接並接地，場效應電晶體的閘極與控制信號單元連接。
一實施例中，計數器單元由四個計數器組成；四個計數器的EN引腳均與比較器單元連接，四個計數器的RST引腳均與充放電控制單元連接，四個計數器中一個計數器的CLK引腳與震盪單元連接，剩餘三個計數器的CLK引腳順次連接上一個計數器的Q3引腳。
綜上所述，本發明由於採用了以上技術方案，相比於現有技術，達到了以下技術效果：本發明通過合理設計，加入比較器單元、充放電控制單元、電壓轉換單元及恆定電流源充電單元，從而可以利用震盪單元或電壓轉換單元的壓力獲取單元獲取並感受壓力變化，藉由震盪單元的頻率變化或電壓轉換單元的壓力變化，得到計數器計數結果與壓力獲取單元受力變化量呈正比的線性關係，從而直接反映出壓力獲取單元的壓力變化量，無需複雜的ADC電路即可實現壓力檢測，且本發明靈活性更高，可適用於大多數壓力獲取單元使用，實用性強，且可以根據需要調節解析度大小，解析度高。
同時，本發明還公開了一種壓力檢測裝置，其至少包括上述的壓力檢測電路。
本發明的壓力檢測裝置由於採用了上述的壓力檢測電路，從而達到了結構簡單、靈活性且解析度高的技術效果，可廣泛用於各類壓力檢測設備及系統。
最後，本發明還公開了一種壓力輸入裝置，其至少包括上述的壓力檢測電路或至少包括上述的壓力檢測裝置。
本發明的壓力輸入裝置由於採用了以上壓力檢測電路或壓力檢測裝置，從而達到了靈活性和解析度高、適應性強的技術效果，可廣泛用於各類壓力輸入裝置及系統。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「一端」、「另一端」、「兩端」、「之間」等指示的方位或位置關係為基於圖式中所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制，同時，本發明中各電子元件前的「第一」、「第二」、「第三」或各電子元件後的「R1」、「R2」、「U1A」、「U1B」等，不具有具體含義，僅用於區別各個電子元件或作為對應電子元件的電氣符號標示，不對各個電子元件產生其他含義。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連；可以是非結構的連接如電氣連接、信號連接。對於本領域的通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
第一較佳實施例
如圖1所示為本發明的一實施例的壓力檢測電路的結構方塊圖，其公開了一種壓力檢測電路10，也可表示為一種壓力檢測裝置，其至少包括：震盪單元11，用於輸出震盪信號作為計數器單元的計數時鐘信號；計數器單元12，與震盪單元11連接，用於獲取震盪信號頻率並計數；還包括：比較器單元13，與計數器單元12連接，用於檢測壓力轉換得到的電壓變化並發出信號以控制計數器單元12計數或停止；電壓轉換單元14，與比較器單元13一個輸入端連接，用於對比較器單元13提供固定或可變的可比較電壓；恆定電流源充電單元15，與比較器單元13另一輸入端連接，用於對比較器單元13提供線性漸增的比較電壓；充放電控制單元16，與恆定電流源充電單元連接，用於控制恆定電流源充電單元的充放電，從而對電壓轉換單元輸出的可比較電壓進行比較，用以讓比較器單元13輸出端產生計數器單元12計數禁致能(disable and enable)控制；震盪單元11或電壓轉換單元14還包括壓力獲取單元，壓力獲取單元作為電壓轉換單元或震盪單元的組成部分，將壓力轉化為可比較電壓或震盪信號頻率的變化。
本發明的壓力檢測電路利用壓力獲取單元作為電壓轉換單元或震盪單元的組成部分將壓力轉化為可比較電壓的變化或震盪信號頻率的變化，從而藉由震盪單元或電壓轉換單元的壓力獲取單元獲取並感受壓力變化，再藉由震盪單元的頻率變化或電壓轉換單元的壓力變化，從而藉由計數器單元計數結果與壓力獲取單元受力變化量呈正比、連續的線性關係，直接反映出壓力獲取單元的壓力大小及壓力變化量，壓力獲取數值更為精準，無需複雜的ADC電路，且更為省電，解析度高，並適用於大多數壓力獲取單元使用，實用性強。
為更精準的獲取壓力變化，本發明的壓力檢測電路還包括有一控制信號單元，與充放電控制單元和計數器單元均連接，用於重置計數器及控制充放電控制單元，以對充放電電壓進行控制，從而藉由充放電控制單元控制比較器單元的充放電，以喚醒計數器單元進行計數。
壓力檢測電路中的震盪單元用於產生並輸出震盪信號以作為計數器的計數時鐘信號，其至少包括一第一反向器U1A、一第二反向器U1B、一第一電容器C1、第一電阻器R2及第二電阻器R1；第一反向器U1A和第二反向器U1B共同組成兩級信號放大器，均可採用同型號反向器，如7404反向器；第一反向器U1A的輸出端連接第二反向器U1B的輸入端，第二反向器U1B的輸出端連接計數器單元以輸出震盪信號，第一電阻器R2一端連接於第一反向器U1A的輸入端，第二電阻器R1一端連接於第二反向器U1B的輸入端，第一電容器C1一端連接於第二反向器U1B的輸出端，且第一電容器C1、第一電阻器R2及第二電阻器R1的另一端均相互連接。
以上即為震盪單元的基礎組成部分，而當壓力獲取單元作為震盪單元的組成部分用於受力檢測時，會在受力時讓震盪單元產生對應頻率的震盪信號，且壓力獲取單元受力變化時會改變震盪單元的頻率，且該頻率變化量與壓力獲取單元受力成正比，而電壓轉換單元此時提供固定不變的電壓，具體的：在以上震盪單元的基礎組成部分中，第二電阻器R1可以選用電阻式壓力感測器，作為震盪單元的壓力獲取單元，如圖2所示；或第一電容器C1可以選用電容式壓力感測器，作為震盪單元的壓力獲取單元，如圖3所示；或第二電阻器R1由電感式壓力感測器替換，作為震盪單元的壓力獲取單元，如圖4所示。基於此，震盪單元可以適用於多種壓力獲取單元（電阻式壓力感測器、電容式壓力感測器及電感式壓力感測器），使得本發明適用性更高。
繼續參見圖1-圖4，比較器單元與計數器單元連接，用於檢測壓力轉換得到的電壓變化並發出信號以控制計數器單元計數或關閉，可直接選用比較器U4A，比較器U4A的正極連接電壓轉換單元，通過電壓轉換單元獲取固定或可變的可比較電壓，比較器的負極連接恆定電流源充電單元，通過恆定電流源充電單元獲取線性漸增的比較電壓，比較器的輸出連接計數器單元的禁致能控制輸入端，用於計數器單元輸入脈波的閘控信號，而恆定電流源充電單元還連接充放電控制單元，從而可控制電壓轉換單元進行充放電，以改變比較電壓，進而比較器U4A輸出端的電位會進行改變，從而當比較器U4A輸出端為高電位時，計數器單元開始計數，當比較器U4A輸出端為低電位時，計數器單元停止計數。
具體的，當壓力獲取單元作為震盪單元的組成部分用於受力檢測時，電壓轉換單元為電壓放大器，該電壓放大器包括運算放大器U3A、第三電阻器R5、第四電阻器R11、第五電阻器R12、第六電阻器R7、第七電阻器R8、第八電阻器R4及第九電阻器R6；運算放大器U3A的負極接地，形成負回授連接，使其正負兩個輸入端電壓能夠相等，而運算放大器U3A的正極依次連接第三電阻器R5、第四電阻器R11，第四電阻器R11連接外部第一供電電源VCC，第一供電電源VCC還可與運算放大器U3A的供電端連接對其進行供電，運算放大器U3A的輸出端則連接於比較器U4A；第五電阻器R12、第六電阻器R7及第七電阻器R8順次連接，且第五電阻器R12另一端連接於第三電阻器R5和第四電阻器R11之間，第六電阻器R7和第七電阻器R8之間通過導線連接於運算放大器U3A的負極，第七電阻器R8另一端連接於運算放大器U3A的輸出端；第八電阻器R4一端連接於運算放大器U3A的正極，第八電阻器R4的另一端則與運算放大器U3A的供電端連接；第九電阻器R6一端連接於運算放大器U3A的正極，第九電阻器R6另一端接地。通過保持或改變外部第一供電電源VCC的電壓大小，即可保持比較器U4A的正極輸入固定的可比較電壓，並當壓力獲取單元均位於震盪單元內時，電壓轉換單元提供一個固定電平的致能信號(enabling signal)，使計數器單元致能。
以上即為電壓轉換單元的基礎組成部分，而當壓力獲取單元作為電壓轉換單元的組成部分用於受力時，可將第四電阻器R11和第五電阻器R12由電橋式壓力感測器R3替換，作為電壓轉換單元的壓力獲取單元，如圖5所示，而此時，震盪信號的輸出頻率不會變化為固定的（定頻），可以選用上述的震盪單元的基礎組成部分作為整個震盪單元部分，電橋式壓力感測器R3受力時，其上的力會與比較器正端的電壓成正比，此時充放電控制單元充放電的時間會與比較器正端的電壓成正比，因此計數器計數的結果與感測器受力變化量成正比。
需要說明的是，上述電壓轉換單元中的比較器單元可與具體的比較器單元如部分實施例中的比較器U4A的正極連接，具體為運算放大器U3A的輸出端與比較器U4A的正極連接，比較器U4A的供電則可直接採用第一供電電源VCC。
具體的，恆定電流源充電單元包括電晶體Q1、第一二極體D1、第二二極體D2及第十電阻器R9；第十電阻器R9分別與電晶體Q1的發射極和外部第二供電電源VCC連接；第一二極體D1的陽極連接外部第二供電電源VCC，第一二極體D1的陰極連接第二二極體D2的陽極，第二二極體D2的陰極連接電晶體Q1的基極，電晶體Q1的集極則連接比較器單元。恆定電流源充電單元用於對比較器單元提供線性漸增的比較電壓，其電晶體Q1的集極可與具體的比較器單元如部分實施例中的比較器U4A的負極連接。
作為本發明中的充放電及控制模組，充放電控制單元包括第二電容器C2、場效應電晶體Q2及第十一電阻器R10；第二電容器C2的負極與第十一電阻器R10一端連接並接地，第二電容器C2的正極與電晶體Q1的集極連接，第十一電阻器R10另一端連接於第二二極體D2的陰極；場效應電晶體Q2的汲極與電晶體Q1的集極及第二電容器C2正極連接，場效應電晶體Q2的源極與第二電容器C2的負極連接並接地，場效應電晶體Q2的閘極與控制信號單元連接。
計數器單元用於在壓力獲取單元受力後進行計時，其至少由四個計數器組成；四個計數器的EN引腳均與比較器單元連接，四個計數器的RST引腳均與充放電控制單元連接，四個計數器中一個計數器的CLK引腳與震盪單元連接，剩餘三個計數器的CLK引腳順次連接上一個計數器的Q3引腳。具體的，四個計數器的EN引腳可與具體的比較器單元如部分實施例中的比較器U4A的輸出極連接，四個計數器中一個計數器的CLK引腳可與具體的震盪單元如上述震盪單元的第二反向器U1B的輸出端連接，四個計數器的RST引腳均與充放電控制單元如上述中充放電控制單元的場效應電晶體Q2的閘極連接。更具體的，四個計數器分別是計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A及計數器U5B，均可採用4518型計數器或其他型號的脈波計數器，其中，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A及計數器U5B的EN引腳均與比較器U4A的輸出極連接，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A及計數器U5B的RST引腳均與場效應電晶體Q2的閘極連接，計數器U2A的CLK引腳連接第二反向器U1B的輸出端，計數器U2A的Q3引腳連接計數器U2B的CLK引腳，計數器U2B的Q3引腳連接計數器U5A的CLK引腳，計數器U5A的Q3引腳連接計數器U5B的CLK引腳，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A及計數器U5B的其餘引腳如Q0、Q1、Q2、Q3、Q4則作為輸出引腳輸出計數結果。需要說明的是，本實施例選用四個計數器僅為一種具體的實施方式，須知，每多串聯一個計數器，計數器單元的進制均會增加（進制相乘），具體的，以4518型計數器為例，單一計數器為四進制，則四個計數器串聯後構成4X4=16進制的計數器，此時計數器單元計數範圍為0~65535，而該值最終的計數結果即代表壓力的變化量，因此，本實施例的比較器單元還可根據感測器受力大小，選取不同進制和/或不同數量的計數器構成計數器單元，本實施例並不限定具體的比較器單元組成。
綜上，結合圖1-圖4，上述壓力獲取單元為電容式壓力感測器、電阻式壓力感測器或電感式壓力感測器時，對應感測器受力變化時震盪單元內受第一電容器C1影響形成震盪電路，震盪電路的頻率變化量會與感測器受力成正比，由於比較器U4A的正端接一固定電壓，與比較器U4A的負端連接的第二電容器C2開始時會被放電，此時比較器U4A的輸出端為高位準位元，計數器單元開始計數，恆定電流源充電單元開始對第二電容器C2充電，一旦第二電容器C2電壓高於比較器U4A的正端，比較器U4A的輸出端則變為低位準位元，計數器單元停止計數，計數器單元計數的結果與感測器受力變化量成正比，因此可以感測感測器的壓力變化，且，通過改變第二電容器C2的電容大小，即可改變其充電時間，進而改變整體檢測電路的解析度。
再結合圖5，上述壓力獲取單元為電橋式壓力感測器R3時，震盪單元的震盪電路輸出頻率為固定（即使用固定的第一電容器C1和第二電阻器R1），施加在電橋式壓力感測器R3的力會與比較器U4A的正極端的電壓成正比，恆定電流源充電單元對第二電容器C2的充電時間會與比較器U4A的正極端的電壓成正比，從而獲得計數器單元計數的結果與電橋式壓力感測器R3受力變化量成正比。
圖6是第二電容器C2充電曲線對照圖，結合圖6可知：
1）由於現有技術採用RC充電，而RC充電是根據公式Vc=E-E*exp(-t/RC)計算，所以電壓Vc跟時間t會呈對數關係，具體關係如f (x)所示。
2）而本實施例採用定電流充電，而定電流充電公式則是Vc = I*t/C，因為電流I固定所以電壓Vc跟時間t是呈直線關係，具體關係如f' (x)所示，可直接反映出本實施例中的技術效果「計數器計數的結果與感測器受力變化量成正比」。
基於以上實施例公開的壓力檢測電路的具體內容，圖7為圖2-5中各個信號的波形時序圖（圖中CNT_00表示震盪單元輸出的計數時鐘信號），結合圖7，該壓力檢測電路的具體工作原理如下：
A)初始時RESET為高電位，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A、計數器U5B的RST引腳及場效應電晶體Q2閘極為高電位，此時計數器單元被清零停止計數，第二電容器C2被放電到零電位，比較器U4A Out（輸出端）為高電位。
B）開始獲取壓力時將RESET為低電位，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A、計數器U5B的RST及場效應電晶體Q2閘極為低電位，此時計數器單元開始計數，第二電容器C2開始被恆定電流源充電單元充電，當第二電容器C2電壓高於比較器U4A+（U4A正極，對應的U4A-表示U4A負極）時，比較器U4A Out轉態成低電位，計數器U2A、計數器U2B、計數器U5A、計數器U5B的EN引腳為低電位，計數器單元停止計數。
C)讀取計數值完畢後再次將RESET為高電位，重複步驟A)和B）。
下面，結合具體資料對本發明做進一步解釋。
（1）當壓力獲取單元為電容式感測器或電阻式感測器時：
計時器計數時間為：
Q=CV=IT
T=C*V/I
具體的，V為目標電壓，取1.25V，電容C取510P，電流取0.5uA，從而得到：
T =1.25V*510P/0.5uA =1275us；
1）當壓力獲取單元為電容式感測器時，電阻固定選取10K，計時時間為1275us（T=2.2RC），改變電容式感測器受力大小，施加力從從小到大，電容對應變化為C=5P、C=50P及C=100P，對應施加時間和震盪頻率分別為：0.11us/9.09MHZ、1.11us/909KHZ及2.2us/454KHZ，從而在1275us內得到的計數值分別為12622、1262及631，從壓力變化量和計數結果可以看出計數器單元計數的結果與感測器受力變化量成正比。
2）當壓力獲取單元為電阻式感測器時，電容固定選取5P，計時時間為1275us（T=2.2RC），改變電阻式感測器受力大小，施加力從從小到大，電阻對應變化為R=500K、R=100K及R=10K，對應施加時間和震盪頻率分別為：5.5us/181KHZ、1.11us/909KHZ及0.1us/9.09MHZ，在1275us內得到的計數值分別為231、1262及12622，從壓力變化量和計數結果可以看出計數器單元計數的結果與感測器受力變化量成正比。
具體的資料如表(一)所示： 表(一) 電容、電阻式感測器計數資料表
  電容、電阻式感測器（計數器計數：1.25V *510P/0.5uA =1275us）
壓力 電阻固定10K改變電容計時1275us (T=2.2RC) 電容固定5P改變電阻計時1275us (T=2.2RC)
  電容變化 時間/頻率   1275 us 得到的值 電阻變化 時間/頻率 1275us得到的值
小 C=500P 0.11us/9.09MHZ 12622 R=500K 5.5us/181KHZ 231
中 C=50P 1.11us/909KHZ 1262 R=100K 1.11us/909KHZ 1262
大 C=100P 2.2us/454KHZ 631 R=10K 0.11us/9.09MHZ 12622
當壓力獲取單元為電阻橋式感測器時：
計時器計數時間同樣取：T=（1.5V*5/6)*510P/0.5uA =1275us；震盪單元使用8HMZ定頻，施加力分為小、中、大，則施加力對應電阻橋式感測器輸出的電壓為0.2V、0.8V及1.25V，電阻橋式感測器對應的電量Q變化分別為0.2*510P = 102P、0.8*510P = 408P及1.25*510P = 637.5P，對應施加的時間T分別為：102P/0.5u = 204us、408P/0.5u = 916us及637.5P/0.5u = 1275us，則在8HMZ定頻和1275us內得到的計數值分別為1632、7328及10200，可以看出恆定電流源充電單元對第二電容器C2的充電時間與比較器U4A的正極端的電壓成正比，獲得的計數器單元計數的結果與電橋式壓力感測器R3受力變化量成正比。
具體的資料如表(二)所示： 表(二) 電阻橋式感測器計數資料表（包括上述表一資料，以便比對）
  電容、電阻式感測器（計數器計數：1.25V *510P/0.5uA =1275us）
壓力 電阻固定10K改變電容計時1275us (T=2.2RC) 電容固定5P改變電阻計時1275us (T=2.2RC)
  電容變化 時間/頻率   1275 us 得到的值 電阻變化 時間/頻率 1275us得到的值
小 C=500P 0.11us/9.09MHZ 12622 R=500K 5.5us/181KHZ 231
中 C=50P 1.11us/909 KHZ 1262 R=100K 1.11us/909KHZ 1262
大 C=100P 2.2us/454 KHZ 631 R=10K 0.11us/9.09MHZ 12622
電橋式壓力傳感（震盪信號定頻8MHZ）
壓力   Q Q/I=T 8MHZ得到的值
小 0.2V 0.2*510P=102P 102P/0.5u = 204us 1632
中 0.8V 0.8*510P = 408P 408P/0.5u = 916us 7328
大 1.25V 1.25*510P=637.5P 637.5P/0.5u = 1275us 10200
以上即為本發明關於壓力檢測裝置的全部內容，基於此，本發明還公開了一種壓力檢測裝置，其至少包括以上的壓力檢測電路。
本發明的壓力檢測裝置由於採用了上述的壓力檢測電路，從而具有上述壓力檢測電路的所有技術功能，具有靈敏度和解析度高、省電及適用性更廣的產品特點，可廣泛用於各類壓力檢測設備及系統。
本發明的壓力檢測裝置中，一些其他結構如用於保護壓力檢測電路的殼體、用於壓力檢測電路的載體電路板、用於外部壓力輸入的載體如手寫筆或遊戲搖桿等，均可根據需要選用現有技術結構實現對應功能，本發明對該壓力檢測裝置中除壓力檢測電路以外的結構不做過多限定。
最後，本發明還公開了一種壓力輸入裝置，其至少包括上述的壓力檢測電路或至少包括上述的壓力檢測裝置。
本發明的壓力輸入裝置由於採用了以上壓力檢測電路或壓力檢測裝置，從而具有上述壓力檢測電路或壓力檢測裝置的所有技術功能，具有靈敏度和解析度高、省電及適用性更廣的產品特點，可廣泛用於各類壓力輸入裝置及系統。
本發明的壓力輸入裝置中，一些其他結構如用於保護壓力檢測電路的殼體、用於壓力檢測電路的載體電路板、用於外部壓力輸入的載體如手寫筆或遊戲搖桿等，均可根據需要選用現有技術結構實現對應功能，本發明對該輸入裝置中除壓力檢測電路以外的結構不做過多限定。
如上即為本發明的實施例。前文為本發明的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意迭加組合使用，實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述發明人的發明驗證過程，並非用以限制本發明的專利保護範圍，本發明的專利保護範圍仍然以其申請專利範圍為準，凡是運用本發明的說明書及圖式內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。
圖1是本發明一實施例的壓力檢測電路的結構方塊圖； 圖2是壓力獲取單元為電容式壓力感測器的壓力檢測電路示意圖； 圖3是壓力獲取單元為電阻式壓力感測器的壓力檢測電路示意圖； 圖4是壓力獲取單元為電感式壓力感測器的壓力檢測電路示意圖； 圖5是壓力獲取單元為電橋式壓力感測器的壓力檢測電路示意圖； 圖6是第二電容器充電曲線對照圖；及 圖7是圖2-5中各個信號的波形時序圖。
10:壓力檢測電路
11:震盪單元
12:計數器單元
13:比較器單元
14:電壓轉換單元
15:恆定電流源充電單元
16:充放電控制單元

Claims (8)

  1. 一種壓力檢測電路，包含： 一震盪單元，用於輸出震盪信號； 一計數器單元，與該震盪單元連接，用於獲取該震盪信號並以該震盪信號作為計數時鐘信號以計數； 一比較器單元，與該計數器單元連接，用於檢測壓力轉換得到的電壓變化並發出信號以控制該計數器單元計數或停止； 一電壓轉換單元，與該比較器單元的一輸入端連接，用於對該比較器單元提供固定或可變的可比較電壓； 一恆定電流源充電單元，與該比較器單元的另一輸入端連接，用於對該比較器單元提供線性漸增的比較電壓；及 一充放電控制單元，與該恆定電流源充電單元連接，用於控制該恆定電流源充電單元的充放電，從而對該電壓轉換單元輸出的該可比較電壓進行比較用以讓該比較器單元的輸出端產生該計數器單元的計數禁致能控制； 其中，該震盪單元或該電壓轉換單元還包含一壓力獲取單元，該壓力獲取單元作為該電壓轉換單元或該震盪單元的組成部分，將壓力轉化為該可比較電壓或該震盪信號頻率的變化。
  2. 如請求項1所述的壓力檢測電路，其中，該震盪單元包含一第一反向器、一第二反向器、一第一電容器、一第一電阻器及一第二電阻器；該第一反向器的輸出端連接該第二反向器的輸入端，該第二反向器的輸出端連接該計數器單元以輸出該震盪信號，該第一電阻器一端連接於該第一反向器的輸入端，該第二電阻器一端連接於該第二反向器的輸入端，該第一電容器一端連接於該第二反向器的輸出端，且該第一電容器、該第一電阻器及該第二電阻器的另一端均相互連接；該第一電容器是電容式壓力感測器，以作為該震盪單元的該壓力獲取單元；或 該第二電阻器是電阻式壓力感測器，以作為該震盪單元的該壓力獲取單元；或該第二電阻器被替換為電感式壓力感測器，以作為該震盪單元的該壓力獲取單元。
  3. 如請求項1所述的壓力檢測電路，其中，該比較器單元為一比較器，其中該比較器的正極連接該電壓轉換單元，該比較器的負極連接該恆定電流源充電單元，該比較器的輸出連接該計數器單元的禁致能控制輸入端。
  4. 如請求項1所述的壓力檢測電路，其中，該電壓轉換單元為電壓放大器，該電壓放大器包含運算放大器、第三電阻器、電橋式壓力感測器、第六電阻器、第七電阻器、第八電阻器及第九電阻器；該運算放大器的正極依次連接該第三電阻器、該電橋式壓力感測器，該電橋式壓力感測器連接外部第一供電電源，該運算放大器的輸出端則連接於比較器；該電橋式壓力感測器還連接有第六電阻器，該第六電阻器與該第七電阻器連接，該第六電阻器和該第七電阻器之間通過導線連接於該運算放大器的負極，該第七電阻器另一端連接於該運算放大器的輸出端；該第八電阻器一端連接於該運算放大器的正極，該第八電阻器的另一端連接外部第一供電電源；及該第九電阻器一端連接於該運算放大器的正極，該第九電阻器另一端接地。
  5. 如請求項4所述的壓力檢測電路，其中，該震盪單元包含一第一反向器、一第二反向器、一第一電容器、第一電阻器及第二電阻器；該第一反向器的輸出端連接該第二反向器的輸入端，該第二反向器的輸出端連接該計數器單元以輸出震盪信號，該第一電阻器一端連接於該第一反向器的輸入端，該第二電阻器一端連接於該第二反向器的輸入端，該第一電容器一端連接於該第二反向器的輸出端，且該第一電容器、該第一電阻器及該第二電阻器的另一端均相互連接。
  6. 如請求項1所述的壓力檢測電路，其中，該恆定電流源充電單元包含電晶體、第一二極體、第二二極體及第十電阻器；該第十電阻器分別與該電晶體的發射極和外部第二供電電源連接；第一二極體的陽極連接該外部第二供電電源，該第一二極體的陰極連接該第二二極體的陽極，該第二二極體的陰極連接該電晶體的基極，該電晶體的集極則連接該比較器單元。
  7. 如請求項6所述的壓力檢測電路，其中，該充放電控制單元包含第二電容器、場效應電晶體及第十一電阻器；該第二電容器的負極與該第十一電阻器一端連接並接地，該第二電容器的正極與該電晶體的集極連接，該第十一電阻器另一端連接於該第二二極體的陰極；該場效應電晶體的汲極與電晶體的集極及該第二電容器正極連接，該場效應電晶體的源極與該第二電容器的負極連接並接地，該場效應電晶體的閘極與控制信號單元連接。
  8. 如請求項7所述的壓力檢測電路，其中，該計數器單元包含至少四個計數器；其中，該些計數器的EN引腳均與該比較器單元連接，該些計數器的RST引腳均與該充放電控制單元連接，該些計數器中的一個計數器的CLK引腳與該震盪單元連接，該些計數器的另外三個計數器的CLK引腳順次連接上一個計數器的Q3引腳。
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