CN217406515U - 一种具有滤波功能的磁开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有滤波功能的磁开关。该磁开关包括：磁传感模块和专用集成电路；专用集成电路包括电源模块、比较模块、滤波模块和逻辑运算模块；磁传感模块的输出端与比较模块的输入端电连接，滤波模块电连接在比较模块的输出端与逻辑运算模块的输入端之间；或者，滤波模块电连接在磁传感模块的输出端与比较模块的输入端之间，比较模块的输出端与逻辑运算模块的输入端电连接。本实用新型提供了高集成度磁开关，具有高频率响应，不仅有常规磁开关的特性，同时可以通过滤波模块设置开关频率阈值，使其能够在设定的开关频率范围内输出高低电平变化信号。从而避免了振动等环境影响情况下，磁开关无效动作的影响，还降低了功耗和成本。

Description

一种具有滤波功能的磁开关

技术领域

本实用新型涉及磁开关技术领域，尤其涉及一种具有滤波功能的磁开关。

背景技术

磁开关广泛应用于位置检测和速度检测等领域，通过监测运动物体所带的磁铁位置和运动速度和反馈被监测物体位置和速度状态。

常规磁开关响应频率范围是DC～100KHz范围，在一些特殊领域，为防止振动，误动作等干扰信号，需要磁开关只对一定范围的开关频率有响应，例如10Hz～100Hz，DC～3Hz，100Hz～100KHz等。

目前，主流应用场合采用MCU内的数字算法对开关输出信号进行带通、低通或高通滤波。功耗大，成本高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有滤波功能的磁开关，以解决成本高的问题。

根据本实用新型的一方面，提供了一种具有滤波功能的磁开关，包括：

磁传感模块，用于基于磁通量变化感应得到磁场感应信号；

与所述磁传感模块电连接的专用集成电路，用于接收所述磁传感模块的磁场感应信号，并根据所述磁场感应信号生成高低电平的开关信号；

所述专用集成电路包括电源模块、比较模块、滤波模块和逻辑运算模块；

所述电源模块分别电连接所述磁传感模块、所述比较模块、所述滤波模块和所述逻辑运算模块，用于给各模块供电；

所述磁传感模块的输出端与所述比较模块的输入端电连接，所述滤波模块电连接在所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端之间；或者，所述滤波模块电连接在所述磁传感模块的输出端与所述比较模块的输入端之间，所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端电连接。

本实用新型中，提出一种具有滤波功能的磁开关，磁传感模块根据外部磁场环境输出电压信号，专用集成电路对电压信号进行阈值比较，输出高低电平开关信号；其中，专用集成电路对开关信号频率保持监测，只输出频率在设定阈值内的开关信号，当开关频率在设定阈值外时，输出信号锁定为高电平或低电平。本实用新型提供的高集成度磁开关，具有高频率响应，不仅有常规磁开关的特性，同时可以通过滤波模块设置开关频率阈值，使其能够在设定的开关频率范围内输出高低电平变化信号。从而避免了振动等环境影响情况下，磁开关无效动作的影响，还降低了功耗和成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种具有滤波功能的磁开关的示意图；

图7是一种磁传感器的示意图；

图8是另一种磁传感器的示意图；

图9是又一种磁传感器的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本实用新型实施例提供的一种具有滤波功能的磁开关的示意图，图2是本实用新型实施例提供的另一种具有滤波功能的磁开关的示意图，图3是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图。如图1至图3所示，该具有滤波功能的磁开关包括：磁传感模块1，用于基于磁通量变化感应得到磁场感应信号；与磁传感模块1电连接的专用集成电路2，用于接收磁传感模块1的磁场感应信号，并根据磁场感应信号生成高低电平的开关信号；专用集成电路2包括电源模块21、比较模块22、滤波模块23和逻辑运算模块24；电源模块21分别电连接磁传感模块1、比较模块22、滤波模块23和逻辑运算模块24，用于给各模块供电；如图2所示，磁传感模块1的输出端与比较模块22的输入端电连接，滤波模块23电连接在比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端之间；或者，如图3所示，滤波模块23电连接在磁传感模块1的输出端与比较模块22的输入端之间，比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端电连接。

本实施例中，磁传感模块1的输出端电连接专用集成电路2的输入端，磁传感模块1基于磁通量变化感应所处环境下的磁场，并将感应得到的磁场感应信号输出至专用集成电路2。专用集成电路2用于接收磁传感模块1的磁场感应信号，并根据磁场感应信号生成高低电平的开关信号，专用集成电路2的输出端为磁开关输出端Vout，该磁开关输出端Vout用于输出专用集成电路2根据磁场感应信号生成的高低电平的开关信号。

专用集成电路2包括电源模块21、比较模块22、滤波模块23和逻辑运算模块24。专用集成电路2具有滤波功能，具体用于接收磁传感模块1的磁场感应信号，并进行滤波、比较和逻辑运算等处理，最终输出高低电平开关信号。

电源模块21分别电连接磁传感模块1、比较模块22、滤波模块23和逻辑运算模块24，用于给各模块供电。可选电源模块21为一电源电路，可以给每个模块独立供电，具体接收外部电源提供的Vin信号，并将其转换为多个模块所需的多路电压信号，再将多路电压信号分别供给给各个模块，每个模块所需的电压信号可能相同也可能不同。磁传感模块1还具有一供电端，该供电端与电源模块21电连接，电源模块21通过该供电端给磁传感模块1供电，磁传感模块1的输出电压信号进入专用集成电路2的比较模块22或滤波模块23。电源模块21不仅给比较模块22供电，还给比较模块22提供比较用的基准电压VREF。

滤波模块23内可以设置滤波频率阈值。当滤波模块23接收的开关频率处于设定的滤波频率阈值内时，滤波模块23输出高低电平变化信号；反之，当滤波模块23接收的开关频率处于设定的滤波频率阈值外时，滤波模块23的输出保持低电平或高电平状态不变。

比较模块22包括比较器，用于对输入信号进行比较并输出比较结果。逻辑运算模块24用于对输入信号进行逻辑运算并输出运算结果。

如图2所示，磁传感模块1的输出端与比较模块22的输入端电连接，滤波模块23电连接在比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端之间。专用集成电路2用于接收磁传感模块1的磁场感应信号，并进行比较、滤波和逻辑运算等处理，最终输出高低电平开关信号。

如图3所示，滤波模块23电连接在磁传感模块1的输出端与比较模块22的输入端之间，比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端电连接，逻辑运算模块24的输出端电连接磁开关输出端Vout。专用集成电路2用于接收磁传感模块1的磁场感应信号，并进行滤波、比较和逻辑运算等处理，最终输出高低电平开关信号。

本实用新型实施例中，提出一种具有滤波功能的磁开关，磁传感模块根据外部磁场环境输出电压信号，专用集成电路对电压信号进行阈值比较，输出高低电平开关信号；其中，专用集成电路对开关信号频率保持监测，只输出频率在设定阈值内的开关信号，当开关频率在设定阈值外时，输出信号锁定为高电平或低电平。本实用新型实施例提供的高集成度磁开关，具有高频率响应，不仅有常规磁开关的特性，同时可以通过滤波模块设置开关频率阈值，使其能够在设定的开关频率范围内输出高低电平变化信号。从而避免了振动等环境影响情况下，磁开关无效动作的影响，还降低了功耗和成本。

图4是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图。如图4所示，滤波模块23电连接在比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端之间；滤波模块23包括低功耗振荡器231、第一可调计数器232、VDD可编程数字电路233和第二可调计数器234，低功耗振荡器231分别电连接第一可调计数器232和第二可调计数器234，VDD可编程数字电路233分别电连接第一可调计数器232和第二可调计数器234，第一可调计数器232和第二可调计数器234分别与逻辑运算模块24电连接。

本实施例中，滤波模块23包括低功耗振荡器231、第一可调计数器232、VDD可编程数字电路233和第二可调计数器234。低功耗振荡器231分别电连接第一可调计数器232和第二可调计数器234，VDD可编程数字电路233分别电连接第一可调计数器232和第二可调计数器234，比较模块22的输出端分别电连接第一可调计数器232和第二可调计数器234，第一可调计数器232和第二可调计数器234还分别与逻辑运算模块24的输入端电连接。比较模块22的输出端还电连接逻辑运算模块24。可选逻辑运算模块24为与门逻辑电路。

当外部有周期性磁场变化时，磁传感模块1感应磁场变化并将感应得到的磁场感应信号传输至比较模块22，比较模块22处理后输出与周期性磁场变化相关的高低电平。比较模块22的输出信号分别传输至第一可调计数器232和第二可调计数器234。

可调计数器的功能是在振荡器的周期复位信号内计数，在此统计的数目是对比较模块22输出的高低电平信号进行计数，即统计比较模块22输出的高低电平信号的频率。VDD可编程数字电路233用来设定可调计数器的设定值以达到设定输出频率的功能，具体可选在第一可调计数器232内预设一个设定高值，在第二可调计数器234内预设一个设定低值。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率超过设定高值，则第一可调计数器232在一个振荡器周期内统计得到的数目超过设定高值，此时第一可调计数器232输出低电平。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率低于设定低值，则第二可调计数器234在一个振荡器周期内统计得到的数目低于设定低值，此时第二可调计数器234输出低电平。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率在设定低值和设定高值构成的设定范围以内，则第一可调计数器232在一个振荡器周期内统计得到的数目低于设定高值，此时第一可调计数器232输出高电平，第二可调计数器234在一个振荡器周期内统计得到的数目高于设定低值，此时第二可调计数器234输出高电平。

如上所述，当第一可调计数器232和第二可调计数器234中有一个可调计数器输出为低时，逻辑运算模块24将Vout端置为低电平。当第一可调计数器232和第二可调计数器234均输出为高电平时，逻辑运算模块24将比较模块22输出的信号传输至Vout端。

图5是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图。如图5所示，滤波模块23电连接在比较模块22的输出端与逻辑运算模块24的输入端之间；滤波模块23包括VDD可编程数字电路235以及并联连接的第一滤波单元236和第二滤波单元237，第一滤波单元236包括第一可调电流源U1、NMOS开关M1、第一施密特触发器SH1和第一电容C1，第二滤波单元237包括第二可调电流源U2、PMOS开关M2、第二施密特触发器SH2和第二电容C2；对于任一滤波单元，其中，可调电流源电连接在VDD可编程数字电路235和MOS开关之间，MOS开关的控制端电连接比较模块，电容的第一端电连接在该可调电流源和MOS开关之间，电容的第二端接地，施密特触发器的输入端电连接在该可调电流源和MOS开关之间，施密特触发器的输出端电连接逻辑运算模块24。

本实施例中，第一滤波单元236包括第一可调电流源U1、NMOS开关M1、第一施密特触发器SH1和第一电容C1。NMOS开关M1的控制端电连接比较模块22的输出端，NMOS开关M1的第一端接地且第二端电连接第一可调电流源U1的第一端；第一可调电流源U1的第二端电连接直流电源端，且第三端电连接VDD可编程数字电路235；第一电容C1的第一端电连接NMOS开关M1的第二端，且第一电容C1的第二端接地；第一施密特触发器SH1的输入端电连接NMOS开关M1的第二端，且第一施密特触发器SH1的输出端电连接逻辑运算模块24的输入端。

第二滤波单元237包括第二可调电流源U2、PMOS开关M2、第二施密特触发器SH2和第二电容C2。PMOS开关M2的控制端电连接比较模块22的输出端，PMOS开关M2的第一端电连接直流电源端且第二端电连接第二可调电流源U2的第一端；第二可调电流源U2的第二端接地，且第三端电连接VDD可编程数字电路235；第二电容C2的第一端电连接PMOS开关M2的第二端，且第二电容C2的第二端接地；第二施密特触发器SH2的输入端电连接PMOS开关M2的第二端，且第二施密特触发器SH2的输出端电连接逻辑运算模块24的输入端。

比较模块22的输出端还电连接逻辑运算模块24。可选逻辑运算模块24为与门逻辑电路。

当外部有周期性磁场变化时，磁传感模块1感应磁场变化并将感应得到的磁场感应信号传输至比较模块22，比较模块22处理后输出与周期性磁场变化相关的高低电平。比较模块22的输出信号分别传输至NMOS开关M1的控制端和PMOS开关M2的控制端。NMOS开关M1和PMOS开关M2的作用是根据不同开关频率对后面负载电容充放电。其中，比较模块22的输出信号为高电平时，NMOS开关M1导通且PMOS开关M2关断；比较模块22的输出信号为低电平时，NMOS开关M1关断且PMOS开关M2导通。

第一可调电流源U1和第二可调电流源U2为负载电容的有源负载。VDD可编程数字电路235用来设定可调电流源的设定值以达到设定输出频率的功能，具体可选给第一滤波单元236设定一个设定高值，给第二滤波单元237设定一个设定低值。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率高于设定高值，则流经NMOS开关M1的电流大于流经第二可调电流源U2的电流，此时第二施密特触发器SH2输出低电平。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率低于设定低值，则流经PMOS开关M2的电流小于流经第一可调电流源U1的电流，此时第一施密特触发器SH1输出低电平。

若比较模块22输出的高低电平信号的频率在设定低值和设定高值构成的设定范围以内，则第一施密特触发器SH1和第二施密特触发器SH2均输出高电平。

如上所述，当第一施密特触发器SH1和第二施密特触发器SH2中有一个触发器输出为低时，逻辑运算模块24将Vout端置为低电平。当第一施密特触发器SH1和第二施密特触发器SH2均输出为高电平时，逻辑运算模块24将比较模块22输出的信号传输至Vout端。

图6是本实用新型实施例提供的又一种具有滤波功能的磁开关的示意图。如图6所示，滤波模块23电连接在磁传感模块1的输出端与比较模块22的输入端之间；滤波模块23包括电连接的VDD可编程数字电路238和可调带通滤波器239，可调带通滤波器239的输出端电连接比较模块22。

本实施例中，滤波模块23包括电连接的VDD可编程数字电路238和可调带通滤波器239，可调带通滤波器239的输入端电连接磁传感模块1的输出端，可调带通滤波器239的输出端电连接比较模块22的输入端。比较模块22的输出端还电连接逻辑运算模块24的输入端。

当外部有周期性磁场变化时，磁传感模块1感应磁场变化并将感应得到的磁场感应信号传输至滤波模块23的可调带通滤波器239。VDD可编程数字电路238用来设定可调带通滤波器239的频率范围，以达到设定低通、或设定高通、或设定带通频率的功能。具体可选给第一滤波单元236设定一个设定高值，给第二滤波单元237设定一个设定低值。

若磁传感模块1输出的磁场感应信号在可调带通滤波器239的频率范围内，磁场感应信号通过可调带通滤波器239不会衰减，那么通过可调带通滤波器239的磁场感应信号可以正常触发比较模块22，比较模块22翻转。

若磁传感模块1输出的磁场感应信号在可调带通滤波器239的频率范围外，磁场感应信号通过可调带通滤波器239会发生衰减，那么通过可调带通滤波器239后衰减的磁场感应信号无法触发比较模块22，比较模块22不会翻转。

如上所述，当比较模块22输出为低时，逻辑运算模块24将Vout端置为低电平。当比较模块22输出为高电平时，逻辑运算模块24将比较模块22输出的信号传输至Vout端。

对于上述任意实施例，可选滤波模块的数目为至少一个，该至少一个滤波模块用于执行至少一个区间的滤波操作。

可选磁传感模块包括至少一个磁传感器。可选磁传感器为霍尔传感器、各向异性磁传感器、巨磁传感器或隧道结磁传感器。但不限于此，任意适用于本实用新型实施例中磁开关的磁传感器均落入本实用新型的保护范围，不限制磁传感模块中磁传感器的数量。

可选至少一个磁传感器的电路结构为单电阻、半桥或者全桥结构。图7是一种磁传感器的示意图，如图7所示，该磁传感器包括一个电阻R，其电路结构为单电阻结构，其电压输出端输出的信号为磁场感应信号。图8是另一种磁传感器的示意图，如图8所示，该磁传感器包括两个电阻R1和R2，其电路结构为半桥结构，其电压输出端输出的信号为磁场感应信号。图9是又一种磁传感器的示意图，如图9所示，该磁传感器包括4个电阻R11～R14，其电路结构为全桥结构，其两个电压输出端V+和V-输出的差分信号为磁场感应信号。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各模块可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有滤波功能的磁开关，其特征在于，包括：

磁传感模块，用于基于磁通量变化感应得到磁场感应信号；

与所述磁传感模块电连接的专用集成电路，用于接收所述磁传感模块的磁场感应信号，并根据所述磁场感应信号生成高低电平的开关信号；

所述专用集成电路包括电源模块、比较模块、滤波模块和逻辑运算模块；

所述电源模块分别电连接所述磁传感模块、所述比较模块、所述滤波模块和所述逻辑运算模块，用于给各模块供电；

所述磁传感模块的输出端与所述比较模块的输入端电连接，所述滤波模块电连接在所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端之间；或者，所述滤波模块电连接在所述磁传感模块的输出端与所述比较模块的输入端之间，所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述滤波模块电连接在所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端之间；

所述滤波模块包括低功耗振荡器、第一可调计数器、VDD可编程数字电路和第二可调计数器，所述低功耗振荡器分别电连接所述第一可调计数器和所述第二可调计数器，所述VDD可编程数字电路分别电连接所述第一可调计数器和所述第二可调计数器，所述第一可调计数器和所述第二可调计数器分别与所述逻辑运算模块电连接。

3.根据权利要求1所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述滤波模块电连接在所述比较模块的输出端与所述逻辑运算模块的输入端之间；

所述滤波模块包括VDD可编程数字电路以及并联连接的第一滤波单元和第二滤波单元，所述第一滤波单元包括第一可调电流源、NMOS开关、第一施密特触发器和第一电容，所述第二滤波单元包括第二可调电流源、PMOS开关、第二施密特触发器和第二电容；

对于任一滤波单元，其中，可调电流源电连接在所述VDD可编程数字电路和MOS开关之间，MOS开关的控制端电连接所述比较模块，电容的第一端电连接在该可调电流源和MOS开关之间，电容的第二端接地，施密特触发器的输入端电连接在该可调电流源和MOS开关之间，施密特触发器的输出端电连接所述逻辑运算模块。

4.根据权利要求1所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述滤波模块电连接在所述磁传感模块的输出端与所述比较模块的输入端之间；

所述滤波模块包括电连接的VDD可编程数字电路和可调带通滤波器，所述可调带通滤波器的输出端电连接所述比较模块。

5.根据权利要求1所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述滤波模块的数目为至少一个，该至少一个滤波模块用于执行至少一个区间的滤波操作。

6.根据权利要求1所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述磁传感模块包括至少一个磁传感器。

7.根据权利要求6所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述磁传感器为霍尔传感器、各向异性磁传感器、巨磁传感器或隧道结磁传感器。

8.根据权利要求6所述的具有滤波功能的磁开关，其特征在于，所述至少一个磁传感器的电路结构为单电阻、半桥或者全桥结构。

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