微软ARVR专利提出运用时刻复用谐振驱动发生双极性电源

时间: 2023-07-24 12:57:13 |   作者: 屏蔽类电源滤波器

产品详情

  )XR头显的面部追寻计划可用于感知用户皮肤的细小运动。在一个示例计划中,头显可装备坐落不同方位的多个感测天线的电路。天线信号能够馈入LC谐振电路,并由LC驱动器驱动至谐振。LC谐振电路的输出能够馈入感测扩大器,为模数转化器ADC供给适宜的信号,而ADC能够将感测信号转化成数字域进行进一步处理。

  但与便携式设备中的典型电池比较,LC谐振驱动电路的传统完成或许需求相对较高的电源水平。因为LC谐振电路的感测信号的起伏应尽或许大,以最大极限地进步在模数转化进程中或许完成的全体动态规模和分辨率。

  别的,因为电感器在电路中是体积巨大的元件,所以应该削减在整个体系中运用的元件总数,然后完成紧凑的形状参数。

  LC谐振驱动电路不需求一向运转,只需求在特定作业形式下运转即可。例如,在射频人脸检测计划中,当传感器获取传感信号时,LC谐振驱动电路能够在一个时刻段内被激活,然后在另一个时刻段内,电感器能够重复用于双极性电源的发生,然后选用电感器的时刻复用计划。时刻复用计划有助于同享与半桥谐振器相同的电路模块。

  传统的LC谐振驱动电路用于传感器解决计划需求更高的电源电压,因为被感测信号的起伏应该尽或许大,以完成更高的分辨率。所以,微软以为时刻复用谐振驱动计划发生双极性电源或许是完成所述传感器的最佳途径之一。

  图1显现的榜首体系100选用时刻复用谐振驱动计划在LC谐振电路中发生双极性电源,并可用于射频面部检测运用。如图所示,体系100包含电池110、直流源112、榜首电容电路120、第二电容电路122、第三电容电路124、电感电路130、榜首二极管电路140、第二二极管电路142、天线。天线能够定坐落可穿戴MR设备的各种方位,例如可穿戴结构190。

  电池110耦合在节点N9和节点NO之间,为节点N9的VM供给对应的电池电压。直流源112耦合在节点N6和节点NO之间,并在节点N6处供给电压VCC。榜首电容电路120耦合在节点N1和节点NO之间,指定为C1。第二电容电路122耦合在节点N2和节点NO之间,设为C2。第三电容电路124耦合在节点N9和节点NO之间,指定为C3。

  电感电路130耦合在节点N3和节点N4之间,命名为l。榜首个二极管电路140耦合在节点N3和节点N1之间,命名为D1。第二二极管电路142在节点N2和节点N3之间耦合,命名为D2。天线,并具有对应于感测电容器152的特征电容。

  感应电容152耦合在节点N5和节点NO之间,指定为CS。MUX 160包含节点N3处的输入端口,节点N5处的榜首输出端口,节点N6处的第二输出端口,节点NO处的第三输出端口,节点N1处的榜首电源端口,节点N2处的第二电源端口和节点N7处的操控端口。

  驱动电路170包含节点N4的输出端口、节点N9的榜首电源端口、节点NO的第二电源端口和节点N8的操控端口。操控器电路180包含节点N1处的榜首输入端口、节点N2处的第二输入端口、节点N3处的第三输入端口、节点N7处的榜首输出端口、节点N8处的第二输出端口和节点N10处的第三输出端口。

  MUX 160与驱动电路170一同作业,有效地将节点N3处的电感电路130的充放电时刻复用到节点N7处的天线或节点NO处的电路地。

  检测电容器152表明为具有可变电容值CS的电容器,其耦合在节点N5和节点NO之间。虽然显现为物理电容组件,但感测电容152对应于天线的特性电容。因为天线,因而天线的实践电容值将依据与用户皮肤的挨近程度而改变。

  电感电路130有效地串联耦合在驱动电路170的输出和天线,能够识别出LC滤波电路。

  操控器电路180能够完成为微操控器单元MCU。能够经过软件或固件指令装备MCU,并依据时分复用计划操控电路100的操作。所述计划包含三种基本形式:正方向充电(榜首形式)、负方向充电(第二形式)和将天线作为面部运动检测的传感器操作(第三形式)。

  在榜首形式中,操控器电路180经过第二操控信号SW_CTL2激活驱动电路170的榜首装备。第二操控信号将节点N4耦合到节点N9,使得节点N4有效地对应于电池电压VM。

  相同在这种榜首形式,操控器电路180脉冲经过榜首操控信号SW_CTL1调制MUX 160的榜首开关装备,所述开关经过MUX 160中的第三开关电路挑选性地将节点N3耦合到节点NO。在脉冲高周期,节点N3耦合到节点NO的电路接地,使得从节点N4到节点N3的电感电路130向正方向充电。

  在脉冲低周期,节点N3与节点NO解耦,而且来自电感电路130的存储电流流过榜首二极管电路140,将电荷传递给榜首电容器电路120 (C1)。跟着时刻的推移,重复脉冲将导致榜首个电容电路120 (C1)上的电荷堆集,足以在节点N1处发生正电源电压VDD。

  在第二形式期间,操控器电路180经过第二操控信号SW_CTL2激活驱动电路170的第二驱动装备。操控信号将节点N4耦合到节点NO,使得节点N4有效地对应于电路地。

  别的,在第二形式中,操控器电路180经过榜首操控信号SW_CTL1脉冲调制用于MUX 160的第二开关装备,而所述开关经过MUX 160中的第二开关电路挑选性地将节点N3耦合到节点N6。在脉冲高周期,节点N3耦合到节点N6处的直流源112,使得电感电路130从节点N3到节点N4负方向充电。

  在脉冲的低周期,节点N3与节点N6解耦,而且来自电感电路130的存储电流流过第二二极管电路140,向第二电容器电路122 (C2)供给电荷。跟着时刻的推移,重复脉冲将导致第二电容电路122 (C2)上的电荷堆集,足以在节点N2处发生负电源电压VSS。

  在第三种形式中,操控器电路180经过榜首操控信号SW_CTL1为MUX 160挑选第三种开关装备。所述开关经过MUX 160中的榜首开关电路开关将节点N3耦合到节点N5。

  相同在第三形式中,操控器电路180经过第二操控信号SW_CTL2挑选性地激活驱动电路170。第二操控信号脉冲调制节点N9与节点NO之间的节点N4耦合。在这第三种形式中,电感电路130耦合到天线 (CS),构成LC谐振电路。

  经过脉冲调制节点N4在节点N9和节点NO之间的耦合,鼓励LC谐振电路在节点N3处发生可观测到的振动信号,并可用于人脸盯梢。从前在榜首和第二形式下发生的双电源电压(VDD, VSS)用于操作各种电路,而LC谐振电路在第三形式下激起。根据LC滤波器的高Q谐振特性,暂态呼应将对应于节点N3处的沟通信号。

  操控器电路180能够装备为捕获来自节点N3的感测信号,然后能够将其作为节点N10的数字信号供给给其他体系以进行进一步处理。因为LC滤波器的高Q特性,感测信号或许具有明显的峰值到峰值电压。因而,在被操控器电路180评价之前,或许需求额定的电路来按份额减小信号巨细。

  图1说明晰一种两层用处的电感装备,既用于发生直流电压电源,又用于用于射频面部运动检测的DC- AC转化器,这适用于运用电池供电的便携式体系。

  微软指出,所提出的体系包含具有高质量因子的LC滤波器(或谐振器),其间LC滤波器运用串联电感电路与由用户的传感天线和面部皮肤构成的传感电容器相结合。所述LC滤波器装备为以射频面部追寻体系的谐振频率扩大沟通电源的沟通电压。

  LC滤波器的谐振频率会跟着天线感应电容的改变而改变,感应电容会跟着相关于天线方位的面部运动而改变。关于给定的固定输入频率,LC滤波器输出信号的增益和相位将跟着检测到的电容改变而改变。因为LC滤波器谐振频率处的峰值增益和高Q,能够用相对较小的输入信号完成非常大的输出信号。

  图2显现的第二体系200选用时刻复用谐振驱动计划在LC谐振电路中发生双极性电源,并可用于射频面部检测运用。如图所示,体系200包含电池110、直流源112、榜首电容电路120、第二电容电路122、第三电容电路124、电感电路130、榜首二极管电路140、第二二极管电路142、多路复用器MUX 160、驱动电路170和操控器电路180。

  与图1比较,图2的体系包含两个比较器CP1和CP2,以及三个分压器或标度电路(212、214和216)。榜首分压器电路212包含在节点N1和节点NO之间串联耦合的两个电阻R1、R2,榜首分压器电路的输出对应于节点N21。

  榜首比较器CP1包含耦合到节点N21的反相输入(−)、耦合到节点N22的非反相输入(+)和耦合到节点N23的输出。第二分压器电路214包含在节点N2和节点NO之间串联耦合的两个电阻器R3、R4,第二分压器电路的输出对应于节点N24。

  第二比较器CP2包含耦合到节点N24的反相输入(−)、耦合到节点N25的非反相输入(+)和耦合到节点N26的输出。第三分压器电路216包含在节点N3和节点NO之间串联耦合的两个电阻R5、R6,第二分压器电路的输出对应于节点N27。

  上述分压器电路装备为将来自输入节点中的相应节点之一的电压降至用于进一步处理的适宜水平。例如,由电阻R1和R2组成的榜首分压器电路检测节点N1的电压,并发生节点N21检测到的电压的缩放版别。

  相同,由电阻R3和R4组成的第二分压器电路检测节点N2处的电压,并发生节点N24处被检测电压的缩放版别;而由电阻器R5和R6组成的第三分压器电路则对节点N3的电压进行感测,并发生节点N27感测电压的缩放版别。

  比较器CP1和CP2装备为在其输入端的相应电压抵达方针电压时检测。例如,装备榜首比较器CP1,将节点N21的感测电压与榜首参阅电压REFH进行比较,并在节点N23发生信号。

  类似地,装备第二比较器CP2,将节点N24的感测电压与第二个参阅电压REFL进行比较,并在节点N26发生信号。

  操控器电路180运用来自节点N23和N26的信号作为输入来操控电感电路130的充电时刻和占空比。

  第三分压器电路216的输出显现为在节点N27处耦合到操控器电路180的输入。这个输入对应于节点N3的感测电压的缩放版别。在作业上,节点N3处的电压能够表明LC谐振电路的呼应,如图1所示的由电感130和感测电容152组成的LC谐振电路。在节点N27处丈量的LC谐振电路的呼应能够经过操控器电路180中的ADC 184转化为数字值。

  驱动电路170的具体完成相同在图2中示出,其包含逻辑块172、栅极驱动块174、场效应管M1和场效应管M2。逻辑块172包含耦合到节点N8的输入端口和耦合到栅极驱动器块174的一对输出。栅极驱动器块177包含耦合到FET M1栅极的榜首输出(VGH)和耦合到FET M2栅极的第二输出(VGL)。

  FET M1一起包含耦合到节点N9的漏极和耦合到节点N4的源极。FET M2一起包含耦合到节点N4的漏极和耦合到节点NO的源极。操作上,节点N8处的信号能够表明单个操控信号或多个操控信号,其经过驱动电路170操控电感的充电的守时和占空比。

  图3示出了用于示例时刻复用谐振驱动计划的瞬态呼应,例如用于FIGS的示例体系。图3包含双电源(VDD, VSS)的电压波形,驱动电路170的凹凸门操控信号(VGH, VGL),多路复用电路160的榜首和第二开关操控信号,以及电感电路130中活动的电流的电流波形。

  图4A示出在LC谐振电路中发生双极性电源的第三例时刻复用谐振驱动计划的操作的榜首部分。

  图4B示出在LC谐振电路中发生双极性电源的第三例时刻复用谐振驱动计划的操作的第二部分。

  图2、4A和4B表明为榜首场效应管和第二场效应管包含n型场效应管。双极性电源(VDD, VSS)能够经过驱动电路170作为半桥谐振器的操作发生,两个开关经过多路复用器的操作连接到直流电压源和地。

  开始,电容器C1或C2或许没有存储电荷,因而节点N1和N2上的电源电压VDD和VSS或许不符合要求。比较器CP1经过节点N21的榜首分压器(R1, R2)的输出将节点N1的电压与正参阅电压REFH进行比较,并在节点N23发生比较器输出。

  比较器CP2(经过节点N24的第二个分压器(R3, R4)的输出将节点N2的电压与负参阅电压REFL进行比较,并在节点N26发生比较器输出。

  操控器电路180对节点N23和N26的电压进行评价,判别电压是否不在期望值,并发生一个或多个操控信号,以发动电源的充电进程。

  如图4A所示,当节点N1处的电源VDD过低时,半桥谐振器的高侧FET M2激活(如VGH高),而低侧FET M2被去激活,然后发生正电源。然后用操控信号将开关电路464制到将电感电路130的节点N3耦合到节点NO的电路地。

  当开关电路464处于闭合状况时,电流从电池VM经过驱动电路流入节点N4处的电感电路130,节点N3经过开关电路464耦合到节点NO处的电路地,电感电路130有效地正向存储电流。

  当开关电路464处于开路状况时,电感电路130电流中存储的能量经过二极管电路D1流向节点N1,在节点N1中电容C1存储电荷并相应进步电源电压VDD。在这种调制的多个周期内,正电源VDD的值将添加,直到抵达所需的正电压水平,比较器CP1将跳闸以告诉操控器电路180抵达所需的水平。一旦正电源VDD抵达所需值,驱动电路170的高侧开关FET M1被操控器电路180停用。

  如图4B所示,当节点N2处的电源VSS过高时,半桥谐振器的低侧FET M2激活,而高侧FET M1被去激活,然后发生负电源。然后用操控信号将开关电路462调制到电感电路130的节点N3到节点N6或VCC的直流源。

  当开关电路462处于闭合状况时,电流从节点N6的直流源VCC流过节点N3的电感电路130,其间节点N4经过驱动电路170耦合到节点NO的电路地,电感电路130有效地反向存储电流。

  当开关电路462处于开路状况时,电感电路130中的存储电流从地节点NO流过,经过电容器C2和二极管电路D1抵达节点N3。在节点N3中,电感的能量转移到电容器C2,然后下降电源电压VSS。

  在此调制的多个周期内,负电源VSS的值将下降,直到抵达所需的负电压供给水平,比较器CP2将跳闸以告诉操控器电路180已抵达所需的水平。一旦负电源VSS处于所需值,驱动电路170的低侧开关FET M2被操控器电路180停用。

其他产品
热门产品