超声波换能器差分驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超声波换能器差分驱动电路，用于驱动超声波换能器，包括同相信号输出支路和反相信号输出支路；超声波换能器差分驱动电路的输入端接入单端激励信号；反相信号输出支路和同相信号输出支路的输入端与超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，反相信号输出支路和同相信号输出支路的输出端与超声波换能器的输入端连接；反相信号输出支路和同相信号输出支路分别用于将单端激励信号进行处理，并向超声波换能器输出一对相位相反的差分激励信号。相比于采用运算放大器搭建的电路，通过反相输出支路和同相输出支路保证驱动电路输出的差分信号不存在相位差，保证换能器能高效工作，并且驱动电路主要由反相器构成，因此成本较低。因此成本较低。因此成本较低。

【技术实现步骤摘要】
超声波换能器差分驱动电路


[0001]本技术涉及超声波测量
，特别是涉及一种超声波换能器差分驱动电路。

技术介绍

[0002]目前，超声波测量技术已经在计量表具中得到了广泛的应用，随着计量精度需求的不断提高、适用场景的不断扩大，人们对于超声波测量技术的要求也在不断变高。
[0003]为了在电路上尽可能提高超声波信号的信噪比和灵敏度，目前差分驱动正在逐步取代单端驱动的传感器激励方式。采用差分驱动可以使换能器两端的等效激励电压翻倍，从而产生的更大声压强度，在接收端得到信噪比更高的回波信号，进而使得整个计量精度得以提升。
[0004]但是，采用差分驱动的方式必然会涉及到单端转差分的电路设计，常见的单端转差分电路形式如图1所示。然而，图1形式的电路主要存在以下问题：1、采用运放搭建电路，功耗和成本较高；2、正输出端uo+和负输出端uo
‑
经过的链路长度不一致，存在相位差；3、输入端Vin无输入即为低电平时，输出端uo+和负输出端uo
‑
存在输出偏置，无法同时输出低电平；4、输入电压受运放的电源限制，常见运放很难同时满足高电压、高压摆率、高带宽等性能参数。

技术实现思路

[0005]本技术实施例提供了一种超声波换能器差分驱动电路，以至少解决上述问题之一。
[0006]本技术实施例提供了一种超声波换能器差分驱动电路，用于驱动超声波换能器，其特征在于，包括同相信号输出支路和反相信号输出支路；其中，
[0007]所述超声波换能器差分驱动电路的输入端接入单端激励信号；
[0008]所述反相信号输出支路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述反相信号输出支路的输出端与所述超声波换能器的第一输入端连接；
[0009]所述同相信号输出支路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述同相信号输出支路的输出端与所述超声波换能器的第二输入端连接；
[0010]所述反相信号输出支路和同相信号输出支路分别用于将所述单端激励信号进行处理，并向所述超声波换能器输出一对相位相反的差分激励信号。
[0011]在优选的实施例中，所述超声波换能器差分驱动电路还包括单端信号处理电路，其中，所述单端信号处理电路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述单端信号处理电路的输出端与所述反相信号输出支路和同相信号输出支路的输入端连接；
[0012]所述单端信号处理电路用于增强所述超声波换能器差分驱动电路的输入端的驱动能力。
[0013]在优选的实施例中，所述单端信号处理电路包括第一反相器；所述反相信号输出支路包括依次串联的第二反相器、第三反相器、静态偏置消除单元和阻抗匹配单元；所述同相信号输出支路包括依次串联的相位调整单元和第四反相器；其中，
[0014]所述第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器用于将接收到输入信号的相位反转180
°
；
[0015]所述静态偏置消除单元用于消除偏置电压；
[0016]所述阻抗匹配单元用以将所述电路的输出阻抗与超声波换能器阻抗进行匹配；
[0017]所述相位调整单元用于调整所述单端激励信号边沿斜率，以实现对所述单端激励信号的相位调整。
[0018]具体地，所述单端信号处理电路还包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端连接电源电压，所述第一电阻的第二端耦接于所述第一反相器的电源端和第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。
[0019]具体地，所述静态偏置消除单元包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第三反相器的输出端连接，所述第二电容的第二端与所述阻抗匹配单元的输出端连接。
[0020]具体地，所述阻抗匹配单元为RC电路、CR电路、CRC电路、CL电路、LC电路或CLC电路。
[0021]具体地，所述阻抗匹配单元为CRC电路，所述CRC电路包括第三电容、第四电容和第二电阻；其中，
[0022]所述第二电阻串联连接在所述静态偏置消除单元的输出端和所述超声波换能器之间；所述第三电容的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第四电容的第二端接地。
[0023]具体的，所述相位调整单元包括第三电阻和第五电容；其中，所述第三电阻连接在所述第一反相器的输出端和第四反相器的输入端之间；所述第五电容的第一端与所述第三电阻和第四反相器的连接点连接，所述第五电容的第二端接地。
[0024]在另一优选的实施例中，所述单端信号处理电路包括第一反相器组；所述反相信号输出支路包括依次串联的第二反相器组、第三反相器组、静态偏置消除单元和阻抗匹配单元；所述同相信号输出支路包括依次串联的相位调整单元和第四反相器组；其中，
[0025]所述第一反相器组、第二反相器组、第三反相器组和第四反相器用于将接收到输入信号的相位反转180
°
；所述第一反相器组、第二反相器组、第三反相器组和第四反相器分别由两个以上的反相器并联构成；
[0026]所述静态偏置消除单元用于消除偏置电压；
[0027]所述阻抗匹配单元用以将所述电路的输出阻抗与超声波换能器阻抗进行匹配；
[0028]所述相位调整单元用于调整所述单端激励信号边沿斜率，以实现对所述单端激励信号的相位调整。
[0029]在另一优选的实施例中，所述驱动电路还包括第一驱动单元和第二驱动单元；其中，所述第一驱动单元连接在所述反相信号输出支路的输出端和所述超声波换能器的第一输入端之间；所述第二驱动单元连接在所述同相信号输出支路的输出端和所述超声波换能器的第二输入端之间；
[0030]所述第一驱动单元和第二驱动单元用于增强所述驱动电路的驱动能力。
[0031]具体地，所述第一驱动单元包括第一功率管和第二功率管，所述第二驱动单元包括第三功率管和第四功率管；其中，
[0032]所述第一功率管和第二功率管的栅极连接所述反相信号输出支路的输出端，所述第一功率管和第二功率管的源极连接所述超声波换能器的第一输入端，所述第一功率管的漏极接入电源电压，所述第二功率管的漏极接地；
[0033]所述第三功率管和第四功率管的栅极连接所述同相信号输出支路的输出端，所述第三功率管和第四功率管的源极连接所述超声波换能器的第二输入端，所述第三功率管的漏极接入电源电压，所述第四功率管的漏极接地。
[0034]相比于相关技术，本技术实施例提供的超声波换能器差分驱动电路，通过将单端激励信号分成第一反相信号和第二反相信号，通过反相信号输出支路将第一反相信号进行处理后生成与单端激励信号相位相反的反相差分激励信号；通过同相信号输出支路将第二反相信号进行处理后生成与单端激励信号相位相通的同相差分激励信号。本技术通过反相输出支路和同相输出支路保证驱动电路输出的差分信号不存在相位差，保证换能器能高效工作；并且，驱动电路主要由反相器构成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波换能器差分驱动电路，用于驱动超声波换能器，其特征在于，包括同相信号输出支路和反相信号输出支路；其中，所述超声波换能器差分驱动电路的输入端接入单端激励信号；所述反相信号输出支路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述反相信号输出支路的输出端与所述超声波换能器的第一输入端连接；所述同相信号输出支路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述同相信号输出支路的输出端与所述超声波换能器的第二输入端连接；所述反相信号输出支路和同相信号输出支路分别用于将所述单端激励信号进行处理，并向所述超声波换能器输出一对相位相反的差分激励信号。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述超声波换能器差分驱动电路还包括单端信号处理电路，其中，所述单端信号处理电路的输入端与所述超声波换能器差分驱动电路的输入端连接，所述单端信号处理电路的输出端与所述反相信号输出支路和同相信号输出支路的输入端连接；所述单端信号处理电路用于增强所述超声波换能器差分驱动电路的输入端的驱动能力。3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述单端信号处理电路包括第一反相器；所述反相信号输出支路包括依次串联的第二反相器、第三反相器、静态偏置消除单元和阻抗匹配单元；所述同相信号输出支路包括依次串联的相位调整单元和第四反相器；其中，所述第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器用于将接收到输入信号的相位反转180
°
；所述静态偏置消除单元用于消除偏置电压；所述阻抗匹配单元用以将所述电路的输出阻抗与超声波换能器阻抗进行匹配；所述相位调整单元用于调整所述单端激励信号边沿斜率，以实现对所述单端激励信号的相位调整。4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述单端信号处理电路还包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端连接电源电压，所述第一电阻的第二端耦接于所述第一反相器的电源端和第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述静态偏置消除单元包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第三反相器的输出端连接，所述第二电容的第二端与所述阻抗匹配单元的输出端连接；所述阻抗匹配单元为RC电路、CR电路、CRC电路、CL电路、LC电路或CLC电路。6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述阻抗匹配单元为CRC电路，所述CRC电路包括第三电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙至侃，张恩满，
申请(专利权)人：金卡智能集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：