一种微波感应一体式的控制PCB板的制作方法

一种微波感应一体式的控制pcb板
技术领域
1.本发明涉及到无线通信的技术领域，尤其涉及到一种微波感应一体式的控制pcb板。


背景技术：

2.微波传感器广泛用于对于移动物体、液体和气体流动等领域的感应探测，是根据多普勒原理将微波信号通过发射和接收天线装置，产生差频信号，利用混频器检波，将差频信号输出，实现对移动物体、液体和气体流动感应探测，达到控制目的。微波传感器可以在-20
°
—70
°
的环境下工作，具有较宽的温度范围和较高的感应灵敏度。微波传感器属于一种独立的电子元器件，是包括电路板和微波器件组成的一种电路模组，外形体积较大，使用时需要设计有源外围电路才能工作，目前大多以组成产品的形式出现在市面上，由于微波探测信号频率较高，设计电路对物体移动感应信号处理有一定的技术要求，使微波传感器应用受到局限。
3.目前，现有微波感应器，普遍存在的问题在于：构成感应器的微波发射器、信号处理器和电源稳压器等主要器件大多以分体的方式进行器件选型、布局及结构设计；如此，不但会极大地增加感应器的设计线路及制作工艺的复杂性、降低信号抗干扰能力，而且往往需要采用双层叠装的pcb基板对各主要器件进行分区布置，从而因产品的体积过大、生产成本过高而导致感应器的应用范围受到极大地限制。鉴于此，有必要对现有的微波感应器提出改进方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种微波感应一体式的控制pcb板将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，可有效解决各类简化的技术问题。
5.一种微波感应一体式的控制pcb板，包括pcb板，所述pcb板呈98.97mm*17.7mm的矩形结构设置且所述pcb板的两端为斜面结构，所述pcb板顶层集成有线路层，所述线路层焊接安装有电源管理模块、电机驱动模块和多个电子元件模块，所述电源管理模块、电机驱动模块和电子元件模块通过集成线路与所述线路层电性连接，所述电源管理模块和电机驱动模块分别位于所述线路层长径的两端，所述pcb板的顶部且位于每个电子元件模块的周围均固定安装有对应的一组防焊锡脱组件。
6.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述线路层呈层压结构且自上而下包括顶层线路层、第一压合层、第一中间线路层、芯板层、第二中间线路层、第二压合层和底层线路层，其中，所述第一中间线路层、芯板层和第二中间线路层为印刷电路层；所述顶层线路层和底层线路层为抗金属涂料层；所述第一压合层和第二压合层为粘贴剂层，其中所述抗金属涂料层以所述第一压合层和第二压合层面向所述印刷电路层的状态被相互固定，其中所述抗金属涂料层的所述顶层线路层形成辐射源，其中所述抗金属涂料层的所述底层线路层
形成参考地，则所述抗金属涂料层形成所述辐射源和所述参考地之间的辐射间隙，其中基于所述抗金属涂料层的物理特性，所述辐射间隙的稳定性和一致性得以被保障。
7.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述电子元件模块包括还设置于所述线路层上的微波发射接收模块、电位器、电解电容和第一单片机芯片；通过将所述线路层的线路优化集成到所述第一单片机芯片上，通过所述第一单片机芯片的控制来减少所述线路层上的元件，以缩小所述微波感应一体式的控制pcb板的体积。
8.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述电源管理模块用于与外部电源电性连接并对电压、电流处理后为所述电子元件模块供电，所述电源管理模块包括继电器和稳压器，通过所述继电器和稳压器电性连接的稳压电路以对所述微波发射接收模块、电位器、电解电容、第一单片机芯片和第二单片机芯片供电。
9.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述电源管理模块还包括充电管理模块和控制电源模块，且所述充电管理模块和控制电源模块均位于所述线路层正面通过集成线路连接所述电源管理模块，所述充电管理模块紧贴所述电源管理模块并延一端斜面设置，所述控制电源模块设于远离所述所述电源管理模块的所述pcb板轴线处。
10.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述线路层正面设有所述电源管理模块、电位器、电解电容、第一单片机芯片和第二单片机芯片，所述第一单片机芯片背面设有天线组、触摸控制模块和led指示模块，且所述天线组、触摸控制模块和led指示模块分别与所述第一单片机芯片之间通过导线相连接，由于收发隔离度对所述微波发射接收模块底噪有影响，所述天线组呈间距设置的双天线。
11.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述天线组为金属导线绕成的或由印刷电路板上导电线路组成的线圈，所述线圈用于接受所述微波发射接收模块发射的射频信号，并在所述第一单片机芯片的控制下发送信号数据。
12.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述第一单片机芯片包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置低功耗微波雷达传感器的工作参数，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。
13.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述第一单片机芯片包括数模转换和/或数字信号处理，以对感应信号进行数字信号处理后输出开关控制信号。
14.上述的微波感应一体式的控制pcb板，所述pcb板的两端顶部分别设有定位孔。
15.上述技术方案具有如下优点或有益效果：
16.本发明这种微波感应一体式的控制pcb板将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路；采用成熟cmos工艺，充分利用数模混合技术，在单一芯片上同时集成了微波收发信机、雷达中频放大电路及信号处理器等，是一颗全集成soc，与传统雷达感应模块相比具有良好一致性和超高性价比；芯片默认工作在5.8ghz ism频段，频率灵活可配，由于片上集成自适应校准算法，可有效解决各类干扰问题，大大提高了传感器的可靠性与实用性；at5815集成ldo并采用超低功耗架构，由于功耗低且支持宽压，因此供电方案上直接采用电池供电并保持长时间待机；芯片内部集成信号处理器，可直接输出感应控制信号，外围搭配少量元器件即形成完整的微波感应传感器；可以减少人为控制。其线路结构简单、抗干扰能力强、体积小、制作成本低廉，具有很强的实用价值和市场
推广价值。
附图说明
17.图1是本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的结构示意图；
18.图2是本发明线路层正面的结构示意图；
19.图3是本发明线路层反面的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
21.结合图1—图3所示，一种微波感应一体式的控制pcb板，包括pcb板，所述pcb板呈98.97mm*17.7mm的矩形结构设置且所述pcb板的两端为斜面结构，所述pcb板顶层集成有线路层1，所述线路层1焊接安装有电源管理模块2、电机驱动模块和多个电子元件模块3，所述电源管理模块2、电机驱动模块和电子元件模块3通过集成线路与所述线路层1电性连接，所述电源管理模块2和电机驱动模块分别位于所述线路层1长径的两端，所述pcb板的顶部且位于每个电子元件模块的周围均固定安装有对应的一组防焊锡脱组件。
22.通过将感应器的主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，而利用微波发射接收模块内置有低压线性稳压器的特点，不但无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路，为微波发射接收模块在pcb基板上提供了充裕的布置空间，而且微波发射接收模块均可通过第一单片机芯片32获得工作电压，以实现对相应器件的工作电源的统一管理；基于此，本实施例的感应器完全规避了传统微波感应器的微波发射器件、信号处理器件和电源稳压器件等主要器件因采用分体的结构布局方式而容易增加设计线路的复杂性、体积过大且难以缩小等问题。
23.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述线路层1呈层压结构且自上而下包括顶层线路层、第一压合层、第一中间线路层、芯板层、第二中间线路层、第二压合层和底层线路层，其中，所述第一中间线路层、芯板层和第二中间线路层为印刷电路层；所述顶层线路层和底层线路层为抗金属涂料层；所述第一压合层和第二压合层为粘贴剂层，其中所述抗金属涂料层以所述第一压合层和第二压合层面向所述印刷电路层的状态被相互固定，其中所述抗金属涂料层的所述顶层线路层形成辐射源，其中所述抗金属涂料层的所述底层线路层形成参考地，则所述抗金属涂料层形成所述辐射源和所述参考地之间的辐射间隙，其中基于所述抗金属涂料层的物理特性，所述辐射间隙的稳定性和一致性得以被保障。
24.其中，顶层线路层厚0.035mm，第一压合层厚0.2mm，第一中间线路层厚0.0175mm，芯板层厚1.065mm，第二中间线路层厚0.0175mm，第二压合层厚0.2mm和底层线路层厚0.035mm。第一中间线路层、芯板层和第二中间线路层组成厚为1.1mm的含铜芯板。
25.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述电子元件模块3包括还设置于所述线路层1上的微波发射接收模块31、电位器、电解电容和第一单片机芯片32；通过将所述线路层1的线路优化集成到所述第一单片机芯片32上，通过所述
第一单片机芯片32的控制来减少所述线路层1上的元件，以缩小所述微波感应一体式的控制pcb板的体积。
26.第一单片机芯片32与微波发射接收模块31电性连接以接受微波感应信号并根据微波感应信号调制出调节信号，此处微波发射接收模块31可以是微波天线。
27.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述线路层1正面设有所述电源管理模块2、电位器、电解电容、第一单片机芯片32和第二单片机芯片33，所述第一单片机芯片32背面设有天线组34、触摸控制模块35和led指示模块36，且所述天线组34、触摸控制模块35和led指示模块36分别与所述第一单片机芯片32之间通过导线相连接，由于收发隔离度对所述微波发射接收模块31底噪有影响，所述天线组34呈间距设置的双天线。
28.led指示模块36用于显示电机开启的状态及充电的状态。
29.微波感应一体式的控制pcb板正面由雷达感应芯片、收发天线和插针等组成，背面是微波电路和天线的参考地，由于收发隔离度对雷达底噪影响较大，layout时要特别考虑收发天线间的隔离度，对于小型化双馈天线需要针对天线隔离度进行电磁场仿真，此外，在尺寸允许情况下可以采用双天线形式，尽量将收发天线的间距拉开以确保天线性能最优化。
30.为保证对反射波信号的接收效果或者接收强度，在线路层1的背面且与天线组34相对应的区域不作覆铜屏蔽处理。以此，保证反射信号能够有效穿过线路层1后被天线组34所接收；在具体实施时，可通过适当加宽天线组34的线宽、波形幅度以及在蛇形铜箔微带线上密布过孔等方式来提高感应信号的强度和灵敏度。
31.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述集成线路包括振荡电路、谐波抑制网络、混频检波单元、选频模块以及信号处理单元，其中所述振荡电路具有供电线路，并被设置允许自所述供电线路被直流供电而产生相应频率的激励电流；其中所述谐波抑制网络包括至少高频等效电容，其中所述高频等效电容的一端被电性连接于所述振荡电路，其中所述高频等效电容的另一端被接地，以维持所述供电线路在直流下的导通状态而允许所述振荡电路自所述供电线路被直流供电，并藉由所述供电线路在高频的所述激励电流作用下等效于电感的电学特性与所述谐波抑制网络形成至少一级lc滤波网络，从而通过于所述供电线路滤除所述激励电流的相应谐波的方式，抑制所述激励电流中的相应谐波于所述供电线路的传导和辐射；其中所述天线回路于所述辐射源的所述馈电点被电性耦合于所述振荡电路，其中当所述振荡电路被直流供电而产生相应频率的激励电流时，所述天线回路响应所述激励电流地发射微波波束，和接收所述微波波束被至少一物体反射而形成的相应回波；其中所述混频检波单元电性耦合于所述振荡电路和所述天线回路，以基于多普勒效应原理输出对应于所述激励电流与所述微波波束的相应回波之间的频率差异的多普勒中频信号；其中所述选频模块被耦合于所述混频检波单元和所述天线回路之间，以于所述混频检波单元和所述天线回路之间形成一选频网络，其中所述回波对应的回波信号被所述选频网络选频而经所述选频模块传输至所述混频检波单元；其中所述信号处理单元电性耦合于所述混频检波单元并包括一低通放大模块和一滤波模块，其中所述信号处理单元接收所述混频检波单元输出的所述多普勒中频信号并基于所述低通放大模块和所述滤波模块对所述多普勒中频信号的放大和滤波处理输出对应于所述多普勒
中频信号的变化趋势的一波动信号，则所述波动信号中的波动的特征参数对应于所述物体的动作的特征。
32.优选的，所述谐波抑制网络包括多个高频等效电容，其中各所述高频等效电容的一端间隔地与所述振荡电路的所述供电线路电性相连，其中各所述高频等效电容的另一端被接地，以形成所述高频等效电容经至少一段所述供电线路而相互并联的电路关系。
33.所述振荡电路作为非线性负载，其在被直流供电时，由于流经所述振荡电路的电流与加载于其上的电压不呈线性关系而不可避免地于所述激励电流产生对应基波频率倍数的谐波，其中由于所述天线回路与相应的所述振荡电路的匹配关系，所述天线回路对所述激励电流的谐波的响应被抑制而主要响应于所述激励电流的基波频率地辐射对应于所述激励电流的基波频率的所述微波波束。然而，由于所述振荡电路的线路在高频的所述激励电流的作用下呈高阻抗状态并具有一定的长度，则所述振荡电路的线路能够传导所述激励电流并被所述激励电流调制而辐射对应于所述激励电流频率的微波，包括对应于所述激励电流的谐波的杂散微波，尤其是对应于所述激励电流中易于对相应线路产生调制作用的高次谐波的高次谐波辐射。
34.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述电源管理模块2用于与外部电源电性连接并对电压、电流处理后为所述电子元件模块3供电，所述电源管理模块2包括继电器和稳压器，通过所述继电器和稳压器电性连接的稳压电路以对所述微波发射接收模块31、电位器、电解电容、第一单片机芯片32和第二单片机芯片33供电。
35.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述电源管理模块2还包括充电管理模块21和控制电源模块22，且所述充电管理模块21和控制电源模块22均位于所述线路层1正面通过集成线路连接所述电源管理模块2，所述充电管理模块21紧贴所述电源管理模块2并延一端斜面设置，所述控制电源模块22设于远离所述所述电源管理模块2的所述pcb板轴线处。
36.充电管理模块21用以通过充电芯片外置上拉电阻和下拉电阻来检测充电；控制电源模块22用以根据开关状态将所述直流电压耦合为稳压信号，生成所述开关状态，并对所述稳压信号进行反馈检测。
37.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述天线组34为金属导线绕成的或由印刷电路板上导电线路组成的线圈，所述线圈用于接受所述微波发射接收模块发射31的射频信号，并在所述第一单片机芯片32的控制下发送信号数据。
38.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述第一单片机芯片32包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置低功耗微波雷达传感器的工作参数，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。
39.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述第一单片机芯片32包括数模转换和/或数字信号处理，以对感应信号进行数字信号处理后输出开关控制信号。
40.进一步地，本发明一种微波感应一体式的控制pcb板的较佳的实施例中，所述pcb板的两端顶部分别设有定位孔。
41.微波感应一体式的控制pcb板电路设计的思路为在传统的驱动电源基础上增加微波感应电路模块，其中传感器模块为利用多普勒效应原理设计的移动物体探测器，它将感应到的微波(物理信号)转换为电信号(电流)，再通过放大倍数可调的放大电路进行滤波放大作用，再反馈给控制电路，控制电路再对信号进行分析。
42.芯片内部产生微波信号经放大后通过天线辐射出去，信号在空中遇到物体发生反射，当物体处于运动状态时，反射信号和发射信号间存在一定频率差，即多普勒效应，将接收到的反射信号和发射信号混频，可得到相应中频信号，分析该中频信号能反推出物体运动信息，从而实现传感功能。
43.本技术实施例的装置使用放大电路对微波进行放大滤波作用，使极端场所和极端情况下，微弱的微波信号不至于丢失和无法被检测，增加了检测的稳定性和可靠性，与传统的红外感应反馈电路相比可靠性更高。另外，微波感应可穿透部分非金属物感应，特别适用于隐藏安装在电器内部，应用较为广泛，再加上微功耗﹑感应灵敏﹑应用范围广，可以搭配各类普通电器，使之成为微波感应电器。
44.本发明这种微波感应一体式的控制pcb板将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路；采用成熟cmos工艺，充分利用数模混合技术，在单一芯片上同时集成了微波收发信机、雷达中频放大电路及信号处理器等，是一颗全集成soc，与传统雷达感应模块相比具有良好一致性和超高性价比；芯片默认工作在5.8ghz ism频段，频率灵活可配，由于片上集成自适应校准算法，可有效解决各类干扰问题，大大提高了传感器的可靠性与实用性；at5815集成ldo并采用超低功耗架构，由于功耗低且支持宽压，因此供电方案上直接采用电池供电并保持长时间待机；芯片内部集成信号处理器，可直接输出感应控制信号，外围搭配少量元器件即形成完整的微波感应传感器；可以减少人为控制。其线路结构简单、抗干扰能力强、体积小、制作成本低廉，具有很强的实用价值和市场推广价值。
45.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。