biss0001雷達感應電路圖 淺談biss0001原理

biss0001雷達感應電路圖 淺談biss0001原理

工程師譚軍 發表於 2018-09-14 10:39:28

　　本文主要是關於biss0001的相關介紹，並著重對雷達感應電路進行了詳盡的闡述。

　　biss0001

　　BIS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構成被動式的熱釋電紅外開關、報警用人體熱釋電傳感器等。它能自動快速開啟各類白熾燈、螢光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘乾機和自動洗手池等裝置，特別適用於企業、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區域，或用於安全區域的自動燈光、照明和報警系統。

　　一，晶片特點：

　　*CMOS工藝製造

　　*數模混合

　　*具有獨立的高輸入阻抗運算放大器

　　*內部的雙向鑑幅器可有效抑制幹擾

　　*內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器

　　*採用16腳DIP封裝

　　二，管腳功能：

　　

　　三，管腳說明：

　　

　　

　　五，工作原理簡介：

　　BIS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數模混合專用集成電路。

　　

　　以上圖所示的不可重複觸發工作方式下的波形，來說明其工作過程

　　首先，根據實際需要，利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大。然後耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5VDD）後，將輸出信號V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑑幅器，檢出有效觸發信號Vs。由於VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當VDD=5V時，可有效抑制±1V的噪聲幹擾，提高系統的可靠性。 COP3是一個條件比較器。當輸入電壓Vc《VR（≈0.2VDD）時，COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發信號Vs向下級傳遞；而當Vc》VR時，COP3輸出為高電平，進入延時周期。 當A端接「0」電平時，在Tx時間內任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結束，即所謂不可重複觸發工作方式。當Tx時間結束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti。在Ti時間內，任何V2的變化都不能使Vo跳變為有效狀態（高電平），可有效抑制負載切換過程中產生的各種幹擾。

　　

　　以上圖所示的可重複觸發工作方式下的波形，來說明其工作過程。 可重複觸發工作方式下的波形在Vc=「0」、A=「0」期間，信號Vs不能觸發Vo為有效狀態。在Vc=「1」、A=「1」時，Vs可重複觸發Vo為有效狀態，並可促使Vo在Tx周期內一直保持有效狀態。 在Tx時間內，只要Vs發生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續延長一個Tx周期；若Vs保持為「1」狀態，則Vo一直保持有效狀態；若Vs保持為「0」狀態，則在Tx周期結束後Vo恢復為無效狀態，並且，同樣在封鎖時間Ti時間內，任何Vs的變化都不能觸發Vo為有效狀態。

　　biss0001雷達感應電路

　　一、 原理簡介：

　　

　　1. 主要功能與原理：如上圖所示，上圖是雷達感應開關模塊的感應板的電路原理圖，由集電極外PCB兩層銅箔間的電容、三極體內阻、寄生電容等構成RC震蕩電路，該震蕩電路震蕩產生高頻信號，經過三極體放大，再經過圍繞PCB三邊的天線發射出去。發射的2.4-3.2GHz的微波信號如果遇到移動物體，則反射波相對發射波就會有相位變化，回型天線接收到反射信號，反射波與發射信號的相位移頻就會以3-20MHz左右的低頻輸出（P4），該信號再由後級運放放大，驅動繼電器，從而由繼電器控制燈光。另外，中間也可以加上光敏二極體檢測晝夜光線，作為夜間條件下控制輸出的前提條件。

　　2. 發射頻率：RC振蕩電路的頻率f=1/2πRC，公式中的R是原理圖中三極體的輸入阻抗，C是PCB上三極體集電極基極引線正反面銅箔之間的電容以及三極體寄生電容組成的總電容。該電容量公式為C=εS/d，式中ε為介質（在這裡就是指的PCB板材的介電常數），S為PCB極板面積，d為極板間距也就是PCB厚度。

　　3. 接收：通過回型天線接收反射回來的雷達波，如果發射與接收波之間有相位移頻，則輸出低頻信號P4。

　　4. 發射避開公共頻段又不能過高：因為3G和4G手機信號和WIFI信號的頻率範圍在1.8-2.4GHz，模塊的工作頻率儘可能避開這個頻段，避免相互幹擾。一般的發射頻率2.5GHz左右最佳，頻率過高，則高頻三極體增益降低，感應距離近。發射頻率同天線部分PCB線路板尺寸大小、厚度、布線、三極體輸入阻抗與電容等有關。

　　5. 發射頻率與發射信號強度：如果有頻譜儀測試發射天線端的發射信號，可以測試到發射頻點及其發射信號幅度。發射信號強度越大，感應距離越遠。但是，高頻三極體來說，隨著頻率的增加，其增益逐漸降低，發射的信號強度也就降低。另外，同一個頻率，三極體的特徵頻率fT越大，其高頻增益就越高，感應距離也就越遠，所以，最好設計調整PCB，將頻點做到2.4GHz。

　　6. 接收靈敏度：同樣頻率，高頻三極體對高頻信號的fT越大，高頻增益越高，接收的移頻信號輸出幅度越大，感應靈敏度就越高，感應距離就越遠。適當調整後級運放的放大倍數也可以調整感應距離，但是，如果單純的提高後級運放的倍數，雖然感應較遠距離，但會將小幅度的其它幹擾信號也放大輸出，造成誤報。

　　影響感應距離的幾個因素：A 。發射天線板的尺寸，該尺寸越大，天線越長，則感應距離越遠。B 。高頻三極體的特徵頻率越高，其高頻增益越大，感應距離也就越遠。C.後級運放的放大倍數適當的高，其對輸出的移頻信號放大的幅度大。D.發射頻率最好在標準規範的2.4GHz。高頻三極體的增益會隨著頻率的增大而降低降低，頻點太高，發射信號功率降低、接收靈敏度也降低。

　　如果調試得當，使用9GHz的高頻三極體的，天線板尺寸在20*30mm左右時，感應距離會在3-5米。天線尺寸在30*40mm左右，感應距離會到8-10米。天線尺寸到40*50mm最遠感應距離會達到20米左右。如果你想在此基礎上降低感應距離，可以調整降低後面放大板上的運算放大器的增益，或者改變輸入的驅動電平，來滿足不同感應距離的要求。

　　7. 發射天線：圍繞天線板3邊，用於將本振頻率信號發射出去，天線板尺寸越大，該天線越長，則發射信號越強，發射距離越遠，感應距離也就越遠，但是，這個發射天線又不能形成四邊閉環。天線對電源之間的4個電容主要是對與發射頻率相同、從電源串擾進來的其它模塊的信號與WIFI信號屏蔽濾波，如果出現串擾，請調整電容容量或者數量，使得濾波頻點同本板發射頻率相同。

　　8. 感應信號放大燈光控制：原理圖中，通過P4輸出感應信號SING OUT到後面的放大電路，將該信號通過運放放大，再去控制光源。為了避免被幹擾誤報，建議在後級放大電路中採用帶有運放功能的CPU，植入信號判斷程序，從而將其它非感應信號濾除並加入不同狀態的燈光控制，提高抗幹擾能力。

　　9. 回型天線：發射極外的回型天線接收反射信號，為了使反射信號有效穿過回型天線，回型天線後面不敷設覆銅板。另外，回型天線只需要一個正弦波形就可以。還可以通過適當加寬回型天線線寬、加大波形幅度，並且在線上密布過孔來提高感應信號強度和靈敏度（注意：PCB三邊和回型天線上的過孔一定要滿鍍錫或者鍍化學金，以加強發射接收信號的強度）。

　　10. 基極外去耦合銅箔天線：基極B外那個長方形天線（基極與R3之間的矩形銅箔天線）用作與其背面的PCB覆銅板形成的電容退耦合。該去耦尺寸太小，則退耦沒做好，感應距離很差並不穩定，如果尺寸過大，又會持續輸出感應信號，一般24*33mm的天線板的去耦合天線尺寸在3*8mm，如果天線尺寸大於或者小於24*33mm，則該去耦天線同比例增加或者縮小面積。這個去耦天線的形狀還與感應方向性（水平還是垂直）有關係，設計成長條形狀，則是垂直於PCB板的感應距離近，水平於PCB方向的感應距離遠。如果想水平與垂直的感應距離相等，則可以設計成方形的，但是面積不要變。

　　11. 發射極引出的線條要適當寬長一些，這個線條以及基極外去耦合銅箔與背面銅箔之間的電容，是發射振蕩電路的電容，電容大小調整，也會調整發射頻點。

　　

　　注意以下關鍵選型參數：

　　12. 高頻三極體：最好採用特徵頻率f T為9GHz以上的高頻三極體，f T越高，其在高頻微波頻段的高頻增益就越高，具體到使用中，f T越高，其發射信號幅度就越強、接收感應微弱微波信號越靈敏，感應的距離就越遠BFS520-SOT323-N2t與PRF947-SOT323-7N是9GHz的高頻三極體，BFR370F、BFR360F、BFG340F是f T為12GHz的高頻三極體。另外，儘可能的採用SOT323封裝的晶片。因為SOT323同SOT23相比較，SOT323封裝的晶片固定在引線框架的背面（見右圖），可以屏蔽正面過來的幹擾波。並且，在PCB布線時，在高頻三極體的背面要敷設覆銅板，擋住背面進來的反射波，提高三極體的抗幹擾能力。

　　13. 下雨受潮報警：該產品發射的是釐米波，波長較短，任何微波雷達在下雨時都容易被雨折射反射，所以，下雨時，檢測信號有可能有輸出。另外，PCB受潮也會造成板材的介電常數變化，板間電容變化，發射頻點變化，因而PCB正反面要塗油防潮。

　　14. PCB板材：最好採用高頻板材的介電常數適當穩定的普通板材（高頻板材成本價格太高），開始做實驗投板時，最好多選用厚度1.2mm、1.0mm的板材，從而可能得到不同分布電容的PCB，也會得到不同的發射頻率和感應距離，最終從中選用最佳的。另外，PCB板材要用品質因數高，並且一定要穩定（否則頻率漂移並逐漸感應距離近）。

　　二、 調試建議：

　　1. 發射頻率過低（低於2.4GHz以下的話，抗幹擾能力就差，反射能力差，感應距離會時遠時近，產生誤報。請調節發射信號震蕩電路集電極與基極外銅箔面積和接收信號電路或者PCB的板材厚度，改變發射頻率。（用3GHz以上的頻譜儀可以直觀的測試發射接收信號的頻譜與幅度）。

　　2. 感應距離近：發射天線太短、線寬太窄、過孔沒有金屬化，接收天線尺寸小，其相應的發射信號強度和接收靈敏度就低，感應距離就近。

　　3. 振蕩電路中的阻容器件的均勻性、一致性、溫度穩定性要好一些，建議使用優質溫飄小的精密電阻、電容。

　　4. 一點也不感應：A.可能是你的振蕩電路沒有起振，調整發射頻率震蕩電路，滿足起振條件。B.可能是高頻三極體的f T太低，對高頻信號的放大增益太小，至少要使用f T大於9GHz的高頻三極體。C.天線板尺寸太小，天線太短，發射信號太弱。D.三極體的偏置電路有問題，進入截止區或者飽和區。

　　5. 相互串擾：直流的電源對微波波段的濾波不好，造成其它信號源以及間隔近的模塊之間的微波信號通過電源串進來，產生周圍雜波的幹擾，會誤感應而持續亮燈、感應距離近。不要用整流二極體簡單整流供電，而要採用電源穩壓器晶片穩壓後供電，並且要調整四個濾波電容對外來同本板發射頻點相同的高頻信號濾波。

　　6. 後級運放放大：大家大多使用的之前紅外聲光控開關上的運放BISS0001。

　　最好使用帶有運放的單片機，並在單片機裡面植入對感應信號判斷的程序，

　　這樣，就會判斷去除串擾雜波信號和非感應信號，還能通過感應信號幅度變化來判斷人體與汽車是由遠及近再由近到遠，還是由遠及近到燈下不走，這樣可以更人性化的延時控制燈光。

　　7. 3.3V供電：使用3.3V供電，就要將高頻三極體的偏置做調整，提高基極與集電極的偏置壓降，以儘可能提高高頻三極體的工作點，避免因為電壓降低而造成的發射功率降低。

　　大家使用的原理圖都一樣，做出來的產品的感應距離卻不同，原因就是：PCB的布線產生的分布參數、元器件板材的採用、電源濾波、PCB尺寸、厚度等因素對產品的影響非常大。

　　結語

　　關於biss0001的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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