專利名稱：用于壓電換能器的跨導(dǎo)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種壓電換能器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓電傳感器系統(tǒng)在廣泛的應(yīng)用中使用。僅作為一個(gè)非限制的例子，一些安全系統(tǒng)使用無源紅外(PIR)運(yùn)動(dòng)傳感器來檢測(cè)在監(jiān)控區(qū)中的移動(dòng)，所述傳感器檢測(cè)由于對(duì)象(例如人)和其背景環(huán)境之間的溫差而引起的遠(yuǎn)紅外輻射(8-14微米波長(zhǎng))的變化。在檢測(cè)時(shí)，運(yùn)動(dòng)傳感器通常發(fā)送指示給主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)而激活侵入“警報(bào)”、改變室內(nèi)照明、打開門、或執(zhí)行一些其它功能。有利地，這種傳感器簡(jiǎn)單且相對(duì)便宜。
PIR傳感器的檢測(cè)器可包括熱電檢測(cè)器，其測(cè)量遠(yuǎn)紅外輻射的變化。這種檢測(cè)器通過“壓電效應(yīng)”來工作，所述壓電效應(yīng)在機(jī)械應(yīng)變存在的情況下引起電荷遷移。熱電檢測(cè)器采用電容器的形式——兩個(gè)由電介質(zhì)隔開的導(dǎo)電板。電介質(zhì)可以是壓電陶瓷。當(dāng)遠(yuǎn)紅外輻射引起陶瓷溫度變化(并因而有一些機(jī)械應(yīng)變)時(shí)，電荷從一個(gè)板遷移到另一個(gè)板。如果沒有外部電路(或者非常高阻抗的電路)連接到檢測(cè)器(“電壓輸出模式”)，則可測(cè)量的電壓表現(xiàn)為“電容器”電荷。如果相對(duì)低阻抗的外部電路連接在所述板之間(“電流輸出模式”)，則電流流動(dòng)。
電流輸出模式下的壓電檢測(cè)器被放置在跨導(dǎo)放大器電路中，其中，替代允許換能器的板子之間的電壓基本上變化，電荷通過高阻抗運(yùn)算放大器的反饋電阻器傳導(dǎo)以創(chuàng)建建立電路輸出信號(hào)的電壓。所謂“高”阻抗是指至少107歐姆的阻抗。
本發(fā)明涉及提供跨導(dǎo)電路的便宜版本。如這里所理解的，因?yàn)楸仨殰y(cè)量少量由所述壓電檢測(cè)器產(chǎn)生的電荷，所以之前的壓電檢測(cè)器的跨導(dǎo)電路要求相對(duì)昂貴的高阻抗運(yùn)算放大器。如這里所進(jìn)一步理解的，可利用這里的發(fā)明概念來提供較便宜的電路。

發(fā)明內(nèi)容
公開了跨導(dǎo)電路的若干版本，例如可在紅外運(yùn)動(dòng)傳感器中實(shí)現(xiàn)的壓電遠(yuǎn)紅外輻射檢測(cè)器。
由此，壓電檢測(cè)器包括壓電換能器和與該換能器電連接的跨導(dǎo)電路。跨導(dǎo)電路定義公共接地和沒有直接連接到公共接地的信號(hào)電壓基準(zhǔn)。
在一些實(shí)施例中，跨導(dǎo)電阻器可連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的柵極，并且跨導(dǎo)電路不具有高阻抗運(yùn)算放大器。輸出電阻器可潛在地通過雙極結(jié)晶體管(BJT)連接到FET的源極，雙極結(jié)晶體管的基極可連接到FET的源極。如果需要，以傳感器信號(hào)工作頻率提供近似短路電路的“短路”電容器可將FET的漏極連接到FET的源極，并且，交流電(AC)耦合的輸出反饋分壓器可連接在FET的源極和與FET的柵極連接的跨導(dǎo)電阻器之間。
在特定的非限制實(shí)施例中，跨導(dǎo)電阻器通過標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗運(yùn)算放大器連接到FET的柵極。運(yùn)算放大器的倒相輸入可連接到FET的源極，并且運(yùn)算放大器的非倒相輸入可連接到信號(hào)電壓基準(zhǔn)。并且，AC耦合的輸出反饋分壓器可連接在運(yùn)算放大器的輸出和與FET的柵極連接的跨導(dǎo)電阻器之間。
在另一方面，在包括壓電換能器的跨導(dǎo)檢測(cè)器電路中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)連接到用于放大其信號(hào)的換能器。該電路還具有電路公共接地和信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)處于不同于接地的AC電位。
在又另一個(gè)方面，電路包括壓電換能器和跨導(dǎo)放大器電路，后者沿著電通路接收來自換能器的信號(hào)并處理該信號(hào)以產(chǎn)生輸出?？鐚?dǎo)放大器電路不包括高阻抗運(yùn)算放大器。
在一個(gè)電路實(shí)施方式中，壓電檢測(cè)器包括壓電換能器和電連接到該換能器的跨導(dǎo)電路。如前所述，跨導(dǎo)電路包括連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的柵極的壓電換能器，并且跨導(dǎo)電路不具有運(yùn)算放大器。但是，跨導(dǎo)電路包括連接到FET柵極的跨導(dǎo)電阻器和除了該FET之外的第一和第二晶體管。在該最后電路的一個(gè)特定實(shí)施方式中，反饋電路部分包括第一晶體管和第二晶體管，并且第二晶體管電連接到跨導(dǎo)電阻器和第一晶體管。
在另一方面，壓電檢測(cè)器包裝包括容納了三個(gè)部件，即壓電換能器、定義柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、和與柵極連接的跨導(dǎo)電阻器的外殼。第一到第四電連接器位于外殼上并且在外殼內(nèi)分別電連接到FET源極、FET漏極、壓電換能器、和跨導(dǎo)電阻器。所述連接器機(jī)械上可與外殼外的電路元件耦合。
在特定實(shí)施例中，反饋電路部分線路可連接到第一連接器，以便連接到由FET源極驅(qū)動(dòng)的反饋電路部分。并且，電源線路可連接到第二連接器，以便將電源連接到FET的漏極。此外，電路線路可連接到第三連接器，以便將至少一部分的跨導(dǎo)電路連接到換能器。此外，反饋線路可連接到第四連接器，以便將至少一部分電路連接到跨導(dǎo)電阻器。
在另一個(gè)方面，用于可操作地將與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的柵極耦合的壓電換能器與跨導(dǎo)電路接合的方法，包括在單個(gè)外殼內(nèi)提供壓電換能器、FET、和跨導(dǎo)電阻器。該方法還包括在外殼上提供四個(gè)連接器，并且將這些連接器連接到跨導(dǎo)電路的一些部分。


參考附圖，可最好地理解本發(fā)明有關(guān)其結(jié)構(gòu)和操作的細(xì)節(jié)，在附圖中，類似的引用標(biāo)記表示類似的部分，并且其中圖1是本系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是本跨導(dǎo)電路的第一實(shí)施例的示意圖；圖3是本跨導(dǎo)電路的第二實(shí)施例的示意圖；圖4是本跨導(dǎo)電路的第三實(shí)施例的示意圖；圖5是本跨導(dǎo)電路的第四實(shí)施例的示意圖；圖6是圖2中所示的第一實(shí)施例的修改版本的示意圖，其中到換能器的交流(AC)和直流(DC)連接彼此分開以避免如果足夠高就可能使電路飽和的DC輸出；圖7是圖3中所示的第二實(shí)施例的修改版本的示意圖，其中到換能器的AC和DC連接彼此分開；圖8是圖4中所示的第三實(shí)施例的修改版本的示意圖，其中到換能器的AC和DC連接彼此分開；圖9是圖5中所示的第四實(shí)施例的修改版本的示意圖，其中到換能器的AC和DC連接彼此分開；圖10是本跨導(dǎo)電路的另一個(gè)可替換實(shí)施例的示意圖；和圖11是換能器包裝的透視圖。
具體實(shí)施例方式
初始地參考圖1，示出實(shí)例的非限制性系統(tǒng)，一般地用10來表示，用于檢測(cè)移動(dòng)對(duì)象12，比如人。系統(tǒng)10包括光學(xué)系統(tǒng)14，其可包括適當(dāng)?shù)姆瓷溏R、透鏡和其它在本領(lǐng)域中已知用來將對(duì)象12的圖像聚焦在無源紅外(PIR)檢測(cè)器系統(tǒng)16上的部件。響應(yīng)于移動(dòng)對(duì)象12，PIR檢測(cè)器系統(tǒng)16生成可由信號(hào)處理電路18進(jìn)行過濾、放大和數(shù)字化的信號(hào)，并且處理系統(tǒng)20(比如，計(jì)算機(jī)或特定用途集成電路)接收該信號(hào)并確定是否激活可聽見或可看見的警報(bào)21或其它輸出設(shè)備，比如用于門的激活系統(tǒng)，等等。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的壓電檢測(cè)器的一個(gè)應(yīng)用后，現(xiàn)在集中到圖2-5，它們示出了本發(fā)明概念的各種實(shí)施方式。如圖2中所示，壓電換能器22被提供在具有直流(DC)電壓源26的跨導(dǎo)電路24中。電路24可被看作為用于壓電換能器22的監(jiān)控電路。并且，電路24阻抗緩沖(impedance-buffer)和放大來自換能器22的信號(hào)。
根據(jù)本原理，“跨導(dǎo)電路”是一個(gè)這樣的電路，其中替代允許換能器(例如換能器22)的板子之間的電壓基本上變化，電荷通過電阻器傳導(dǎo)以創(chuàng)建建立電路輸出信號(hào)的電壓。
壓電換能器22可以是任何壓電換能器。在一個(gè)示例說明中，壓電換能器22是通過“壓電效應(yīng)”測(cè)量遠(yuǎn)紅外輻射變化的熱電檢測(cè)器，所述壓電效應(yīng)在機(jī)械應(yīng)變存在的情況下引起電荷遷移，所述機(jī)械應(yīng)變可由例如遠(yuǎn)紅外輻射引起的溫度變化而誘發(fā)。壓電換能器22可以采取電容器的形式，即兩個(gè)由電介質(zhì)隔開的導(dǎo)電板，電介質(zhì)可以是壓電陶瓷。當(dāng)壓電換能器22的陶瓷經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變時(shí)，電荷從一個(gè)板遷移到另一個(gè)板。
在如圖2中所示的電路24中，換能器22連接在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q1的源極和柵極之間，在非限制性實(shí)施例中，該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管可由型號(hào)2N4338的FET實(shí)現(xiàn)。電源26連接到所示FET Q1的漏極，所述電源可以是通過一個(gè)或多個(gè)干電池組建立的五伏特電源。
如圖2中所示，通過將FET Q1的源極電流傳遞經(jīng)過輸出電阻器R1而變化為電壓。該電壓經(jīng)由跨導(dǎo)電阻器R2而被連接并引起電流流回FET Q1的柵極，其中電阻器R1、R2連接到接地，當(dāng)時(shí)換能器22在FETQ1的源極和柵極之間“浮動(dòng)”(即，其信號(hào)基準(zhǔn)電壓沒有連接到接地)。
利用上述結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，F(xiàn)ET Q1通過變化輸出電阻器R1兩端的電壓來控制經(jīng)過跨導(dǎo)電阻器R2到FET Q1的柵極的反饋電流，所述電阻器R1兩端的電壓經(jīng)由接地節(jié)點(diǎn)而在跨導(dǎo)電阻器R2之間施加相同變化的電壓。在輸出電阻器R1兩端測(cè)量電路24輸出的交流(AC)分量，其可在機(jī)械上以足夠的精度通過將換能器22的輸出電流與跨導(dǎo)電阻器R2的電阻相乘來計(jì)算，以反應(yīng)實(shí)際的電路功能。所述輸出的直流(DC)分量由FET Q1的柵極-源極工作電壓來確定。
換句話說，與傳統(tǒng)非跨導(dǎo)電路對(duì)比，電路24的信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)相對(duì)電路的公共接地而浮動(dòng)，在傳統(tǒng)非跨導(dǎo)電路中，信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)接地并且FET被用作為以電壓輸出模式工作的壓電檢測(cè)器的緩沖器。因此，與傳統(tǒng)電壓輸出模式電路比較，跨導(dǎo)電路結(jié)構(gòu)的該組合產(chǎn)生了特性更大的信號(hào)電壓，而有利地允許使用相對(duì)便宜的FETQ1，所述FET Q1與傳統(tǒng)電壓輸出模式電路中使用的類型相同，以替代相對(duì)更貴的高阻抗運(yùn)算放大器。以另一方式看來，與傳統(tǒng)電壓輸出模式電路對(duì)比，圖2中所示的電路24實(shí)質(zhì)上具有三個(gè)功能塊，即是，換能器22、FET Q1、和跨導(dǎo)電阻器22，其中后者是反饋元件。
圖3-5示出了向圖2的電路添加了部件的各種電路，用于增加由電路產(chǎn)生的進(jìn)一步的信號(hào)。如圖3中所示，壓電換能器28被提供在具有DC電壓源32的跨導(dǎo)電路30中。在如圖3中所示的電路30中，換能器28連接在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q1的源極和柵極之間，并因此電路30的信號(hào)電壓基準(zhǔn)相對(duì)于電路公共接地而浮動(dòng)。電源32通過漏極電阻器RD連接到FET Q1的漏極。
在圖3中所示的電路中，除了下面討論的另外的電路元件之外，不僅提供了FET Q1，還提供了雙極結(jié)晶體管(BJT)Q2。如果希望，便宜的標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗運(yùn)算放大器可用來代替BJT Q2?！皹?biāo)準(zhǔn)輸入阻抗”是指不超過107歐姆的阻抗。
在圖3中所示的實(shí)施例中，BJT Q2的基極連接到換能器28并連接到所示的FET Q1的源極，其中BJT Q2的發(fā)射極連接到接地的輸出電阻器R1并且BJT Q2的集電極連接到電源32，并且通過漏極電阻器RD與FET Q1的漏極分離。因?yàn)橛葿JT Q2提供的額外增益并且因?yàn)槠浠鶚O連接到FET Q1的源極，由電阻器R3、R4和電容器C 3建立的輸出反饋分壓器可被添加，以便將在跨導(dǎo)電阻器R2兩端產(chǎn)生的基本跨導(dǎo)電壓放大例如10倍，并將該電壓作為電流通過跨導(dǎo)電阻器R2反饋到FETQ1的S柵極。因此，圖3中電路30輸出(在輸出電阻器R1兩端測(cè)量)的AC分量可以是圖2中所示的電路24輸出的十倍，前提是向兩個(gè)電路換能器提供相同的激勵(lì)能量。
此外，在圖3中所示的電路30中，F(xiàn)ET Q1的漏極實(shí)質(zhì)上通過短路電容器Cs被短路(為AC信號(hào))到FET Q1的源極，如前面提到的，F(xiàn)ET Q1的源極是信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。FET Q1的漏極實(shí)質(zhì)上短路連接到信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)ET Q1的內(nèi)部電容不再建立不期望的反饋元件，從而擴(kuò)展電路30的高頻響應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖4，壓電換能器34被提供在具有DC電壓源38的跨導(dǎo)電路36中。在如圖4中所示的電路36中，換能器34連接在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q1的源極和柵極之間，并因此電路36的信號(hào)電壓基準(zhǔn)相對(duì)于電路公共接地而浮動(dòng)。如所示的，電源38連接到FET Q1的漏極。
在圖4中所示的實(shí)施例中，便宜的標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗運(yùn)算放大器U1具有其與換能器34和FET Q1的源極連接的倒相輸入，F(xiàn)ET Q1的源極間接連接到接地(即通過電阻器R4)。運(yùn)算放大器U1的輸出通過跨導(dǎo)電阻器R3被反饋到FET Q1的柵極。并且，運(yùn)算放大器U1的非倒相輸入連接到分壓器，該分壓器由與電源38連接的電阻器R1和接地的電阻器R2構(gòu)成。
如前述電路那樣的情況，從源極電流產(chǎn)生的FET源極電阻器R2兩端的電壓作為電流被反饋給FET Q1的柵極。反饋路徑擴(kuò)展通過如圖4中所示的電路36中的運(yùn)算放大器U1并通過跨導(dǎo)電阻器R3?？鐚?dǎo)電流求和節(jié)點(diǎn)位于FET Q1的柵極，其緩沖運(yùn)算放大器U1的倒相輸入。運(yùn)算放大器U1的非倒相輸入是電路36的“浮動(dòng)”信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。運(yùn)算放大器U1改變其輸出電源以控制經(jīng)過跨導(dǎo)電阻器R3的反饋電流，其中電路的輸出信號(hào)是運(yùn)算放大器U1的輸出電壓的AC分量，DC分量由FET Q1的柵極-源極工作電壓確定。
圖4中的電路36為信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)提供了實(shí)質(zhì)上恒定的電壓(由運(yùn)算放大器U1在其倒相輸入處保持)。由此，相比較放大器輸出和作為經(jīng)過跨導(dǎo)電阻器R3的電流而反饋到FET Q1柵極的反饋電壓，F(xiàn)ET Q1的漏極-柵極電壓實(shí)質(zhì)上是恒定的。因此，不存在因FET Q1的內(nèi)部漏極-柵極電容的任何影響而引起的高頻限制，因此圖3中只有晶體管的電路中示出的電阻器-電容器對(duì)RD-Cs在圖4的電路36中是不需要的。
圖5示出在具有DC電壓源44的跨導(dǎo)電路42中的壓電換能器40，除了在運(yùn)算放大器U1的非倒相輸入和反饋電阻器R3之間提供電阻器R5和電容器C3、在電阻器R5/電容器C3對(duì)的抽頭和FET Q1的柵極之間提供跨導(dǎo)電阻R6之外，其實(shí)質(zhì)上在所有方面都與圖4中示出的電路36相同。由運(yùn)算放大器U1提供的充足增益，由電阻器R3和R5以及電容器C3建立的輸出分壓器可將基本跨導(dǎo)電壓放大例如十倍。
圖6-9分別對(duì)應(yīng)于圖2-5，各自的電路實(shí)質(zhì)上如所示的相同，除了在圖6-9中所示的變化之外，其中到換能器的AC和DC連接彼此分開，以避免這種高DC輸出使電路進(jìn)入稱為“飽和”的條件，在該條件下，電路DC輸出電壓應(yīng)當(dāng)(從理想計(jì)算的立場(chǎng)看)要比電源的陽極端更正或者比電源的陰極端更負(fù)。因?yàn)檫@在實(shí)際上是不可能的，電路DC輸出可能對(duì)于電源的陽極端或陰極端而變?yōu)椤氨豢ㄗ　?，在該情況下，不可能有AC信號(hào)，否則會(huì)使電路完全不能工作。這種高DC輸出可源自由于在一些換能器中存在的并聯(lián)泄漏電阻所引起的DC放大。當(dāng)正確工作時(shí)，如圖6-9中所示的電路正如它們?cè)趫D2-5中各自的對(duì)應(yīng)部分來工作，因?yàn)樵诒景l(fā)明中使用的正是AC信號(hào)，而不是DC信號(hào)。
在圖6和8中通過將換能器輸出信號(hào)的AC分量傳遞經(jīng)過AC-通過DC-阻塞的電容器CAC從這里再到信號(hào)處理電路，即圖6中的FET Q1和圖8中的運(yùn)算放大器U1，同時(shí)將換能器輸出信號(hào)的DC分量通過DC接地電阻器RDC而分流到接地，來完成上述的從DC中分離AC。另一方面在圖7和9中，認(rèn)識(shí)到AC-通過DC-阻塞的電容器C3已經(jīng)存在于這些電路中，在這些電路中相應(yīng)換能器的輸出連接到電容器C3和電阻器(圖7中R4，圖9中R5)之間的線路。
圖10示出與圖9中所示電路類似的電路，其中類似的引用標(biāo)記表示類似部分，但是其中運(yùn)算放大器U1由與NPN晶體管Q4級(jí)聯(lián)的PNP晶體管Q 3替換，以達(dá)到較便宜的實(shí)現(xiàn)。更具體地，在圖10中，跨導(dǎo)電阻R6連接到FET Q1的柵極，其漏極連接到電源線46，并且其源極通過在其中放置了PNP晶體管Q3的輸出線48而連接到包括電阻器R1和R2的分壓電路，這些電阻通過建立FET Q1的源極電壓而為FET Q1的工作提供偏壓信號(hào)。PNP晶體管Q3緩沖該偏置信號(hào)以建立FET Q1的源極偏壓。并且如所示的，晶體管Q3將FET漏極-到-源極輸出電流傳遞到NPN晶體管Q4的基極，其中，由于晶體管Q4的增益，產(chǎn)生相稱的更大晶體管輸出電流(集電極-發(fā)射極電流)，其轉(zhuǎn)而通過與電源電壓連接的負(fù)載電阻被轉(zhuǎn)換回為電壓。
如前面那樣通過反饋線路50將來自FETQ1源極的反饋信號(hào)提供給跨導(dǎo)電阻器R6，并且如上所述，在圖10中所示的特定電路中，其是通過PNP晶體管Q3和NPN晶體管Q4以及反饋電阻器R3而提供的。根據(jù)相對(duì)于圖5和9如上所述的原理，壓電換能器經(jīng)由換能器線路52連接到電容器C3(在電路的分壓器部分)，其提供到信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的AC連接。
上面所有電路包括并聯(lián)連接于FET柵極的壓電換能器和跨導(dǎo)電阻器，F(xiàn)ET的漏極連接到電源并且源極連接到電路的反饋部分。圖11示出了為了方便可在單個(gè)包裝內(nèi)提供壓電換能器、FET和跨導(dǎo)電阻器，在該包裝上提供諸如但不限于是引腳的四個(gè)連接器，以將換能器、FET源極、FET柵極、和跨導(dǎo)電阻器連接到上述電路。其它連接器結(jié)構(gòu)，例如插座、焊盤、焊接的電線等等可以使用，只要這些連接器可從外殼的外部訪問。
由此，圖11示出了包裝結(jié)構(gòu)，一般地由54表示，其包括空的、平行六面體形的外殼55，該外殼包括四個(gè)外部連接器56、58、60、62，比如但不限于是引腳?？胀鈿?5容納了如上所示任何電路中的所述壓電換能器、FET、和跨導(dǎo)電阻器。由此，第一和第二連接器56和58可電連接到外殼55內(nèi)的FET。更具體地，第一連接器56可連接到FET的漏極，并且利用為說明的如圖10中所示的電路，第一連接器56可借助互補(bǔ)形狀的連接器在外部連接到線路46，從而將FET漏極連接到電源。另一方面，第二FET連接器58連接外殼55內(nèi)的FET源極，并且其可接合轉(zhuǎn)而連接到圖10中線路48的互補(bǔ)形狀的連接器，從而將FET源極連接到所示的電路部分。
第三連接器60可內(nèi)部地連接到跨導(dǎo)電阻器。第三連接器60可接著在外部與互補(bǔ)形狀的連接器接合，從而將圖10中的線路50連接到外殼55內(nèi)的跨導(dǎo)電阻器R6。第四連接器62可連接到包含在包裝結(jié)構(gòu)54內(nèi)側(cè)的壓電換能器。第四連接器62可接著連接到線路52，如圖10的說明電路中所示，線路52將FET柵極處的壓電換能器連接另一個(gè)電路結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，空外殼包裝結(jié)構(gòu)54的三個(gè)部件，即壓電換能器、FET和跨導(dǎo)電阻器被包裝在純氮?dú)?4中?？梢岳斫?，如圖10中所示的物理連接器布置僅僅是示例的，并且可實(shí)現(xiàn)其它連接器布置(例如，在外殼55四側(cè)的每一側(cè)上有一個(gè)連接器)。
利用上面四連接器、三部件的包裝，與非常高的電阻(比如通常是125G歐姆跨導(dǎo)電阻)相關(guān)聯(lián)的極小電流都包含在外殼55的內(nèi)側(cè)。電路外部的換能器、FET和跨導(dǎo)電阻器使用比在外殼內(nèi)側(cè)流過的電流高很多的電流。因此，當(dāng)制作單個(gè)外殼用來包含如圖10中所示的整個(gè)電路時(shí)，這種外殼十分昂貴，而如圖11中所示的簡(jiǎn)單四引腳包裝是便宜的，其可制成剛好合適的大小來容納前述的三個(gè)部分。
雖然如這里所示和詳細(xì)描述的特定的用于壓電換能器的跨導(dǎo)電路完全能夠獲得本發(fā)明的上述目的，但可以理解的是，其是本發(fā)明目前優(yōu)選的實(shí)施例并因此代表了本發(fā)明大致預(yù)期的主題，本發(fā)明的范圍完全涵蓋了可變得對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的其它實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由此只能由所附權(quán)利要求來限定，其中除非明確如此的聲明，用單數(shù)來引用元素并不意在表示“有且僅有一個(gè)”，而是“一個(gè)或多個(gè)”。此外，對(duì)于設(shè)備或方法來說不需要解決每個(gè)設(shè)法由本發(fā)明要解決的問題，對(duì)于其來說是由本權(quán)利要求所涵蓋。此外，本公開中沒有元素、部件或方法步驟旨在專門用于公眾，而與所述元素、部件或方法步驟明確地在權(quán)利要求中敘述無關(guān)。這里沒有權(quán)利要求元素依照35U.S.C§112，六款的規(guī)定來解釋，除非使用短語“用于...的裝置”來明確敘述該元素，或在方法權(quán)利要求的情況下，元素被敘述為“步驟”而不是“動(dòng)作”。這里沒有明確的定義，權(quán)利要求術(shù)語都被給予所有普通和通常的意思，這些意思與本說明書和文件歷史不矛盾。
權(quán)利要求
1.一種壓電檢測(cè)器，包括壓電換能器(22，28，34，40)；和與該換能器(22，28，34，40)電連接的跨導(dǎo)電路(24，30，36，42)，該跨導(dǎo)電路(24，30，36，42)定義公共接地和沒有直接連接到公共接地的信號(hào)電壓基準(zhǔn)。
2.權(quán)利要求1的檢測(cè)器，包括連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(Q1)的柵極的跨導(dǎo)電阻器(R2，R3，R6)，跨導(dǎo)電路(24，30，36，42)不具有高阻抗運(yùn)算放大器。
3.權(quán)利要求2的檢測(cè)器，其中跨導(dǎo)電阻器(R3，R6)通過運(yùn)算放大器(U1)連接到柵極。
4.權(quán)利要求3的檢測(cè)器，其中運(yùn)算放大器(U1)的倒相輸入連接到FET(Q1)的源極。
5.權(quán)利要求4的檢測(cè)器，其中運(yùn)算放大器(U1)的非倒相輸入連接到信號(hào)電壓基準(zhǔn)。
6.權(quán)利要求2的檢測(cè)器，包括連接到FET(Q1)源極的輸出電阻器(R1)。
7.權(quán)利要求6的檢測(cè)器，其中輸出電阻器(R1)通過雙極結(jié)晶體管(BJT)(Q2)連接到FET(Q1)。
8.權(quán)利要求7的檢測(cè)器，其中BJT(Q2)的基極可連接到FET(Q1)的源極。
9.權(quán)利要求2的檢測(cè)器，包括將FET(Q1)的漏極連接到FET(Q1)源極的短路電容器(Cs)。
10.權(quán)利要求2的檢測(cè)器，包括連接在FET(Q1)的柵極和FET(Q1)的源極之間的輸出分壓器(R3/R4/C3和R3/R5/C3)。
11.在一個(gè)跨導(dǎo)檢測(cè)器電路中，包括壓電換能器(22，28，34，40)、連接到用于放大其信號(hào)的換能器(22，28，34，40)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(Q1)、電路公共接地和信號(hào)電壓基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)處于不同于接地的AC電位。
12.權(quán)利要求11的跨導(dǎo)檢測(cè)器電路，包括連接到FET(Q1)柵極的跨導(dǎo)電阻器(R2，R3，R6)，跨導(dǎo)檢測(cè)器電路不具有高阻抗運(yùn)算放大器。
13.一種電路(24，30，36，42)，包括至少一個(gè)壓電換能器(22，28，34，40)；至少一個(gè)跨導(dǎo)放大器電路(24，30，36，42)，其沿著電通路接收來自換能器(22，28，34，40)的信號(hào)，并處理該信號(hào)以產(chǎn)生輸出，該跨導(dǎo)放大器電路(24，30，36，42)不包括高阻抗運(yùn)算放大器。
14.一種壓電檢測(cè)器，包括壓電換能器；和電連接到該換能器的跨導(dǎo)電路，所述壓電換能器連接到跨導(dǎo)電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(Q1)的柵極，該跨導(dǎo)電路不具有運(yùn)算放大器，該跨導(dǎo)電路還包括連接到FET(Q1)柵極的跨導(dǎo)電阻器(R6)，該電路包括除了該FET(Q1)之外的第一和第二晶體管(Q3，Q4)。
15.權(quán)利要求14的檢測(cè)器，包括連接到FET(Q1)源極的反饋電路部分(50，Q3，Q4，R3)。
16.權(quán)利要求15的檢測(cè)器，其中反饋電路部分包括第一晶體管(Q3)和第二晶體管(Q4)，并且第二晶體管(Q4)電連接到跨導(dǎo)電阻器(R6)和第一晶體管(Q3)。
17.權(quán)利要求14的檢測(cè)器，包括物理上基本只容納壓電換能器、FET(Q1)、和跨導(dǎo)電阻器(R6)的換能器包裝(54)，該換能器包裝包括用于與電源連接而連接到FET(Q1)漏極的第一外部可訪問電連接器(56)、連接到FET(Q1)源極的第二外部可訪問電連接器(58)、連接到壓電換能器的第三外部可訪問電連接器(62)、和連接到跨導(dǎo)電阻器(R6)的第四外部可訪問電連接器(60)。
18.一種壓電檢測(cè)器包裝(54)，包括外殼(55)；在外殼中的壓電換能器(22，28，34，40)；在外殼中并定義與換能器(22，28，34，40)和跨導(dǎo)電阻器(R2，R3，R6)連接的柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(Q1)，F(xiàn)ET(Q1)還定義源極和漏極；在外殼上并且在外殼內(nèi)分別電連接到漏極、源極、跨導(dǎo)電阻器(R2，R3，R6)、和壓電換能器(22，28，34，40)的第一到第四電連接器(56，58，60，62)，所述連接器機(jī)械上可與外殼(55)外的電路元件耦合。
全文摘要
一種例如可在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器系統(tǒng)中使用的用于壓電換能器(22，28，34，40)的跨導(dǎo)監(jiān)控和放大電路，包括FET(Q1)，壓電換能器(22，28，34，40)(并且，因此信號(hào)電壓基準(zhǔn))，其在FET(Q1)的柵極和源極之間浮動(dòng)，與連接到電路的公共接地相反。這允許產(chǎn)生更大的檢測(cè)器信號(hào)并伴隨使用相對(duì)便宜的FET(Q1)，而不是如傳統(tǒng)跨導(dǎo)電路中必須使用的相對(duì)更昂貴的高阻抗運(yùn)算放大器。FET(Q1)和換能器(22，28，34，40)可被容納在單個(gè)四引腳的包裝(54)中。
文檔編號(hào)H01L41/08GK1969401SQ200580010868
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者埃里克·斯科特·米科 申請(qǐng)人:西榮科技有限公司