一种压电体声波谐振式传感器驱动电路的设计方法

摘要

本发明公开了一种压电体声波谐振式传感器驱动电路的设计方法，将压电体声波谐振式传感器的驱动电路进行模块化拆分成不同功能的电路网络，包括有源网络、正反馈控制网络及输出网络。本发明的实质是：基于电路电网络理论，利用电网络的参数可测量性，采用理论计算和实际测量相结合进行设计。本发明不需要对具体的器件进行建模，而是通过实际电网络测量去修正(调整)电路参数。在设计过程中，将复杂的非线性电路，拆分成线性电路，应用线性网络理论就可以进行理论计算，大大减小了调试工作量和调试时间。因此，本发明所述设计方法可以简化设计过程，提高设计效率，减小工作量。

主权项

一种压电体声波谐振式传感器驱动电路的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将压电体声波谐振式传感器驱动电路拆分成有源网络、正反馈控制网络及输出网络；其中，有源网络由直流偏置电路和有源器件构成，有源器件可以是三极管BJT也可以是场效应管FET；正反馈控制网络由谐振选频电路，移相电路以及压电体声波谐振式传感器构成，正反馈控制网络信号经过正反馈输入端口进入谐振选频电路、移相电路，最后加载到压电体声波谐振式传感器上，再经压电体声波谐振式传感器到正反馈输出端口；输出网络由输出匹配电路和滤波电路组成；(2)、根据压电体声波谐振式传感器的工作频率f选取合适的有源器件，然后参考厂家给出的数据手册对所选定有源器件，配置直流偏置电路，得到相应的静态工作点；将有源网络的检测输出端口接50欧姆的端接阻抗，将有源网络看作是由输入端口和正反馈端口构成的双口网络；用阻抗分析仪或者矢量网络分析仪测试配置有源网络的输入端口到反馈输出端口的阻抗参数：测试的阻抗参数用矩阵形式表示即表示为阻抗矩阵，并阻抗矩阵转换成S参数矩阵形式，可以表述如下：$S_{\mathrm{Active}}=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11}^{\mathrm{Active}}& S_{12}^{\mathrm{Active}}\\ S_{21}^{\mathrm{Active}}& S_{22}^{\mathrm{Active}}\end{array}\right]---\left(1\right);$同时，配置有源网络，要求有源网络的S参数矩阵需满足如下条件：$\frac{1-{\left|S_{11}^{\mathrm{Active}}\right|}^2-{\left|S_{22}^{\mathrm{Active}}\right|}^2+{|S_{11}^{\mathrm{Active}}{S}_{22}^{\mathrm{Active}}-S_{12}^{\mathrm{Active}}{S}_{21}^{\mathrm{Active}}|}^2}{2\left|S_{11}^{\mathrm{Active}}\right|\left|S_{21}^{\mathrm{Active}}\right|}<1---\left(2\right);$此时，有源网络的增益可表示为：$G_{\mathrm{Active}}=\frac{S_{21}^{\mathrm{Active}}-A_{12}^{\mathrm{Active}}}{1-S_{11}^{\mathrm{Active}}{S}_{22}^{\mathrm{Active}}+S_{12}^{\mathrm{Active}}{S}_{21}^{\mathrm{Active}}-2S_{12}^{\mathrm{Active}}}---\left(3\right);$(3)、用阻抗分析仪或者矢量网络分析仪测试配置正反馈控制网络的正反馈输入端口到正反馈输出端口的阻抗参数：测试的阻抗参数用矩阵形式表示即表示为阻抗矩阵，并阻抗矩阵转换成S参数矩阵形式，可以表述如下：$S_{\mathrm{Feedback}}=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11}^{\mathrm{Feedback}}& S_{12}^{\mathrm{Feedback}}\\ S_{21}^{\mathrm{Feedback}}& S_{22}^{\mathrm{Feedback}}\end{array}\right]---\left(4\right);$正反馈控制网络的增益表示为：$G_{\mathrm{Feedback}}=\frac{S_{21}^{\mathrm{Feedback}}-A_{12}^{\mathrm{Feedback}}}{1-S_{11}^{\mathrm{Feedback}}{S}_{22}^{\mathrm{Feedback}}+S_{12}^{\mathrm{Feedback}}{S}_{21}-2S_{12}}---\left(5\right);$考虑以下两个约束条件：3.1)、正反馈控制网络的相移满足180度；正反馈控制网络的相移与有源网络的相移之和为360度；即有：3.2)、正反馈控制网络的增益与有源网络的增益之积为1；即有：$G_{\mathrm{Active}}·G_{\mathrm{Feedback}}=\frac{S_{21}^{\mathrm{Active}}-A_{12}^{\mathrm{Active}}}{1-S_{11}^{\mathrm{Active}}{S}_{22}^{\mathrm{Active}}+S_{12}^{\mathrm{Active}}{S}_{21}^{\mathrm{Active}}-2S_{12}^{\mathrm{Active}}}·\frac{S_{21}^{\mathrm{Feedback}}-S_{12}^{\mathrm{Feedback}}}{1-S_{11}^{\mathrm{Feedback}}{S}_{22}^{\mathrm{Feedback}}+S_{12}^{\mathrm{Feedback}}{S}_{21}^{\mathrm{Feedback}}-2S_{12}^{\mathrm{Feedback}}}=1---\left(6\right)$对正反馈控制网络中谐振选频电路和移相电路的参数进行调整，完成正反馈控制网络的配置；(4)、用阻抗分析仪或者矢量网络分析仪测试配置输出网络：按照输出网络的输入端口和输出端口的阻抗按照50欧姆特性阻抗，调整输出匹配电路，(5)、将有源网络的输入端口与正反馈控制网络的正反馈输出端口连接，有源网络的反馈输出端口与正反馈控制网络的正反馈输入端口连接，将正反馈控制网络信号输出给正反馈控制网络；有源网络的检测输出端口与输出网络的输入端口连接，将检测信号输出给输出网络，检测信号经过输出匹配电路匹配、滤波电路滤波后输出给后续处理电路(负载)。