[发明专利]磁性开关芯片

摘要

本发明揭示了一种磁性开关芯片，包括电源反接保护模块、电源静电保护模块、高压稳压电路模块、信号处理模块、输出驱动模块、输出类型检测模块、LED静电保护模块、SEL静电保护模块、OUT静电保护模块、过温检测报警模块及过流检测报警模块。本发明提出的磁性开关芯片，集成了稳压、信号检测放大、输出驱动、LED驱动功能。应用本芯片的气缸电路板无需额外选用分立元件的稳压芯片和驱动晶体管芯片，可大幅降低传统气缸电路板的成本，也不存在稳压芯片、信号检测芯片、驱动芯片之间的兼容问题。同时，电路板的体积也得以显著缩小，可以适用于更多对体积有限制的气缸环境。

主权项

1.一种磁性开关芯片，其特征在于，所述磁性开关芯片包括：电源反接保护模块(1)、电源静电保护模块(2)、高压稳压电路模块(3)、信号处理模块(4)、输出驱动模块(5)、输出类型检测模块(6)、LED静电保护模块(7)、SEL静电保护模块(8)、OUT静电保护模块(9)、过温检测报警模块(10)及过流检测报警模块(11)；所述高压稳压电路模块(3)为信号处理模块(4)提供稳定的低压供电AVDD，信号处理模块(4)将外部磁场信号转化为电信号，当外部磁场强度B较大时，信号处理模块(4)会输出DOP高电平/低电平，提示检测到磁场，使得输出驱动电路的驱动晶体管打开，为负载提供电流，从而控制气缸活塞运动方向，同时LED灯亮；当外部磁场强度B较小时，信号处理模块会输出DOP低电平/高电平，提示未检测到磁场，使得输出驱动电路的驱动晶体管关闭，负载无电流同时LED灯灭，活塞无动作；所述输出类型检测模块(6)能自动检测负载是上拉还是下拉，从而自动选择N型或P型驱动晶体管；SEL端通过外接不同电阻选择不同的磁感应灵敏度；过温检测报警模块(10)和过流检测报警模块(11)能在芯片温度过高或输出电流过大时自动关闭输出驱动能力，保证芯片不受损坏；电源反接保护模块(1)能在芯片各端口被不慎接反的情况下自动截止，保证内部器件不被反向电流损伤；所述磁性开关芯片包括5个管脚，分别为VSUP管脚、GND管脚、LED管脚、SEL管脚和OUT管脚；VSUP管脚为芯片电源管脚；GND管脚为芯片地管脚；LED管脚为外接发光二极管LED驱动电流输出管脚，当芯片检测到足够强的磁场时，LED会发光，作为芯片是否检测到磁场的一种视觉提示；SEL管脚为芯片磁感应灵敏度选择端口，通过外接不同电阻来选择不同的磁感应灵敏度；OUT管脚为芯片输出端口，能直接外接负载；所述电源反接保护模块(1)用以在电源地被接反时，使电路正常工作；当芯片电源VSUP为高电压、GND为最低电压时，电源反接保护模块(1)近似相当于短路，即VSUP＝VDDH，即将供电电源无损耗地传输至芯片内部；当使用者不慎将电源地接反，即VSUP为最低电压，GND为高电压时，电源反接保护模块(1)相当于开路，从而保护内部各模块不受反向电压损坏；电源反接保护模块(1)用一个耐高压的二极管实现，其阳极接VSUP，阴极接VDDH；所述电源静电保护模块(2)用以在电源和地之间提供静电电荷的泄放通路；使用中芯片VSUP端不可避免会经历瞬间高压静电的冲击，此模块当检测到瞬间高压时会变成低阻状态，将大量的静电电荷泄放到GND端，从而保护内部电路器件不受高压静电的冲击而损坏；电源静电保护模块(2)用一个MOS晶体管或双极型晶体管实现；所述高压稳压电路模块(3)用以在电源VSUP为高压供电的条件下提供一个稳定的低压输出AVDD，保护内部的信号处理模块不暴露在高电压下；同时在电源VSUP为低压供电时让AVDD＝VDDH，从而保证信号处理模块有足够的工作电压，保证其正常工作，且信噪比良好；所述信号处理模块(4)用以感测外部磁场的强弱，并且判断磁场强度是否已经超过了某一阈值，并相应地输出一个高电平或低电平输出信号DOP；当DOP为低电平时，表明外部磁场不够强/足够强；当DOP为高时，说明外部磁场已经足够强/不够强；所述信号处理模块(4)还能根据SEL脚的电压来选择磁感应灵敏度，当选择高灵敏度时，比较弱的磁场也能使DOP变高电平；当选择低灵敏度时，需要比较强的磁场才能使DOP变高电平；所述信号处理模块(4)包括磁信号传感器(401)、差分放大器(402)、偏置模块(403)、参考电压产生模块(404)、比较器(405)、锁存器(406)；所述磁信号传感器(401)使用磁阻传感器或霍尔传感器，它能感应外界磁场，并输出一个和磁场强度B成正比的微弱的差分电压信号VI；所述差分放大器(402)具有放大倍数A，其输出为VB＝A*VI；所述偏置模块(403)为磁信号传感器(401)偏置电流或电压；所述参考电压产生模块(404)用以产生参考电压VTH，并在比较器(405)中将VB和此阈值VTH进行比较，同时根据SEL的结果调节磁感应灵敏度，使应用更加灵活；比较结果送入锁存器(406)，锁存器(406)用以保证比较结果被锁存而不被干扰，并将比较结果传输出到DOP；当VB>VTH时，DOP为高，提示检测到外部磁场，当VB<VTH时，DOP为低，提示未检测到外部磁场；所述差分放大器(402)和比较器(405)加入动态失配消除功能，用以消除来自于磁信号传感器(401)以及内部电路自身的工艺不匹配，提高磁感应的测量精度；所述输出驱动模块(5)用以根据DOP的高低决定输出驱动晶体管是否需要开启，并决定LED灯是否需要亮；同时能根据输出类型检测(6)的结果TP自动选择开启N型驱动管或P型驱动管；根据过温检测报警(10)的结果OVT、过流检测报警(11)的结果OVI判断是否需要关闭输出驱动晶体管；DOP的高低反映是否检测到外部磁场；所述输出驱动模块(5)包含输出逻辑控制模块(501)、电源电压反馈检测模块(502)、输出驱动偏置模块(503)、输出反接保护模块(504)、输出N型晶体管(505)和输出P型晶体管(506)；所述输出逻辑控制模块(501)会根据DOP信号、TP信号、OVI信号、OVT信号来决定是否要开启芯片的输出驱动，以及选择开启N型驱动管(505)还是P型驱动管(506)；DOP信号反映是否检测到外部磁场，TP信号为输出类型检测结果，OVI信号为过流检测报警结果，OVT信号为过温检测报警结果；所述电源电压反馈检测模块(502)用以将电压VDDH钳位在一个设定最低电压以上，防止芯片电压过低而影响工作性能；所述输出驱动偏置模块(503)用以为输出N型晶体管(505)和输出P型晶体管(506)提供栅极偏置电压或基极偏置电压，使其导通或者关断；同时又为LED管脚和SEL管脚提供偏置电流；所述输出反接保护模块(504)用以防止OUT管脚不慎接反的情况；当OUT比VDDH更高，或OUT比GND更低时，输出反接保护模块(504)会截止，防止反向大电流倒灌入芯片内部；所述输出N型晶体管(505)为NPN晶体管或NMOS晶体管；输出P型晶体管(506)为PNP晶体管或PMOS晶体管；输出N型晶体管(505)及输出P型晶体管(506)受到输出驱动偏置模块(503)的控制而开启或关闭；开启时输出负载有电流，关闭时输出负载无电流；输出N型晶体管(505)及输出P型晶体管(506)的面积大于设定值，从而能驱动足够大的负载电流，并且有利于散热；所述输出类型检测模块(6)用以自动判别外接负载的类型，判断外接负载为上拉负载还是下拉负载，从而给出一个高或低电平控制信号TP，通知输出驱动模块，使其选择适当的驱动晶体管类型来适配负载类型；所述LED静电保护模块(7)用以在LED管脚和VDDH之间提供一个静电电荷的泄放通路；当使用过程中LED管脚接受瞬间高压冲击时，LED静电保护模块(7)会变为低阻状态，高压传输到VDDH，同时又会让电源静电保护模块(2)变为低阻状态，从而将电荷泄放到GND端，保证芯片内部器件不受高压静电损伤；所述SEL静电保护模块(8)用以在SEL管脚和VDDH之间提供一个静电电荷的泄放通路；当使用过程中SEL管脚接受瞬间高压冲击时，SEL静电保护模块(8)会变为低阻状态，高压传输到VDDH，同时又会让电源静电保护模块(2)变为低阻状态，从而将电荷泄放到GND端，保证芯片内部器件不受高压静电损伤；所述OUT静电保护模块(9)用以在OUT管脚和VDDH之间提供一个静电电荷的泄放通路；当使用过程中OUT管脚接受瞬间高压冲击时，OUT静电保护模块(9)会变为低阻状态，高压传输到VDDH，同时又会让电源静电保护模块(2)变为低阻状态，从而将电荷泄放到GND端，保证芯片内部器件不受高压静电损伤；所述过温检测报警模块(10)用以检测芯片内部温度；当芯片温度高于TTH1时，输出OVT为高电平/低电平，提示芯片温度已经超过报警温度，需要关闭输出驱动功能；当芯片温度低于TTH2时，输出OVT为低电平/高电平，提示温度未达到报警温度；其中，TTH1>TTH2，从而提供一定的迟滞，保证过温检测不受噪声干扰；所述过流检测报警模块(11)用以检测芯片输出电流即负载电流；当芯片输出电流高于ITH1时，输出OVI为高电平/低电平，提示芯片输出电流已经超过报警电流，需要关闭输出驱动电流；当芯片输出电流低于ITH2时，输出OVI为低电平/高电平，提示输出电流未超过报警电流；ITH1>ITH2，从而提供一定的迟滞，保证过流检测不受噪声干扰。