[发明专利]一种电容接近开关及其扩展频谱脉冲驱动电路

说明书

本发明公开了一种电容接近开关及其扩展频谱脉冲驱动电路，该扩展频谱脉冲驱动电路包括：方波信号源，用于生成方波信号；电压变换电路，与方波信号源耦合，用于根据方波信号得到波动电压信号；硅振荡器，其频率控制端与电压变换电路的输出端连接以接收波动电压信号；硅振荡器用于生成与波动电压信号的幅值正相关的方波驱动信号。通过扩展频谱的方法使得接近开关的抗干扰性能得到大幅提升接近开关工作在固定系统频率，容易受外部电磁干扰而工作异常，在相同的干扰环境下，借助扩展频谱技术使得受干扰的能量分散在较宽的频谱上，同样单位时间内所接收的噪声能量大大降低，接近开关的电磁兼容性能得到提升。

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及一种电容接近开关及其扩展频谱脉冲驱动电路。

背景技术

电容接近开关是一种常见的传感器，其通过检测两个极板之间的电容变化以实现距离的检测。为了检测电容，需要在两个极板上施加非直流的驱动信号，并通过检测极板对非直流信号的响应以检测电容的变化。

在现有技术中，接近开关中通常使用固定周期的脉冲信号驱动敏感元件电感电容，提供电压电流信号，脉冲信号由微处理器产生。分立器件构成的振荡器，电感电容参与振荡工作维持在一个稳定的谐振频率。

例如，图4是现有技术中用于生成方波脉冲信号的微控制器，该微控制器通过定时计数器计数确定脉冲频率周期。图5是现有技术中用于生成方波脉冲信号的门电路方波发生器，利用RC充放电时间及门电路阈值电压作电平翻转实现。图6是现有技术中用于生成方波脉冲信号的运算放大器方波发生器，方波周期与RC时间常数相关，也与R2和R1的比值相关。

上述现有技术存在如下缺点：

a)频率周期不能实时线性调制，模拟器件构成的方波发生器频率信号由外部RC参数决定，不能任意改变自身参数，也无法做到线性的递增或递减。

b)模拟器件构成的方波信号大于1MHz不稳定，RC充放电的时间常数要非常短才能实现MHz以上的频率信号，但是阻容器件自身的损耗及温度特性变化，在高频中表现为频率抖动，占空比不一致等问题。

c)微处理器需要工作在非常高的时钟频率上，微处理器的定时器才可以输出更细分的脉冲时间，对微处理器的要求非常高且成本较高。

d)容易受到相同频率的电磁干扰造成系统不稳定，EMC中传导骚扰需经受0.15～80MHz的电磁干扰，由于接近开关的振荡器工作频率通常在所受干扰频率范围内，在干扰频率接近或匹配振荡器工作频率时，造成接近开关振荡器工作不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容接近开关及其扩展频谱脉冲驱动电路，该扩展频谱脉冲驱动电路通过采用动态频率调制技术生成频带较宽的驱动信号，解决了现有技术中极板驱动信号频谱峰值过大的问题。

本发明的技术方案是一种电容接近开关的扩展频谱脉冲驱动电路，其包括：

方波信号源，用于生成方波信号；

电压变换电路，与所述方波信号源耦合，用于根据方波信号得到波动电压信号；

硅振荡器，其频率控制端与所述电压变换电路的输出端连接以接收所述波动电压信号；所述硅振荡器用于生成与所述波动电压信号的幅值正相关的方波驱动信号。

本发明的进一步改进在于，所述方波信号源为微控制器，微控制器通过其定时器生成所述方波信号。

本发明的进一步改进在于，所述电压变换电路包括由电容和电阻组成的RC网络；所述RC网络的时间常数与所述方波信号的周期比值为大于0.5。