專利名稱：低功率磁場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種利用磁場傳感器感測速度、位置和/或方向的設(shè) 備和方法，更具體而言涉及用于低功率應(yīng)用中的這種設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
用于在低功率應(yīng)用中感測磁場的磁場傳感器是公知的。 一種這樣的裝
置是由本發(fā)明的受讓人MA, Worcester的Allegro Microsystems, Inc.以部 件號(hào)no.A3211銷售的。這種裝置包括用于以極性不敏感的方式(即不論磁 性物體相對于霍爾效應(yīng)元件的取向如何)感測具有預(yù)定強(qiáng)度的磁場是否存 在的霍爾效應(yīng)元件。該裝置包括低功率特征，由此在每個(gè)時(shí)鐘周期期間僅 在短的"清醒"時(shí)段內(nèi)激活該裝置的部分。適當(dāng)?shù)牡凸β蕬?yīng)用包括電池操 作的手持式設(shè)備，例如蜂窩和無繩電話、傳呼機(jī)、掌上型電腦或手持計(jì)算 機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。
用于感測旋轉(zhuǎn)磁性物體，例如旋轉(zhuǎn)環(huán)形磁體的旋轉(zhuǎn)方向和速度的磁場 傳感器也是公知的。 一種這樣的裝置是由本發(fā)明的受讓人MA, Worcester的 Allegro Microsystems, Inc.以部件號(hào)no. 3422銷售的。具體而言，這種裝 置包括同一硅襯底上的兩個(gè)霍爾效應(yīng)元件以及處理電路，所述處理電路用 于提供表示磁體的旋轉(zhuǎn)速度的速度輸出信號(hào)和表示磁體的旋轉(zhuǎn)方向的方向 輸出信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明， 一種磁場傳感器包括半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底 上形成兩個(gè)間隔開的磁場感測元件，每個(gè)所述磁場感測元件提供和所感測 的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁場信號(hào)；以及配置成以一抽樣率對
所述兩個(gè)磁場信號(hào)抽樣并產(chǎn)生表示所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)速度的第一傳感器 輸出信號(hào)和表示所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)方向的第二傳感器輸出信號(hào)的電路。
對于這種布置而言，對兩個(gè)磁場信號(hào)通道的抽樣是同步的(且優(yōu)選由 相同時(shí)的鐘信號(hào)進(jìn)行控制)，從而消除了由于兩個(gè)通道的抽樣時(shí)間的差異而 導(dǎo)致的傳感器方向輸出信號(hào)的任何不精確性。磁場傳感器還可以包括用戶 可編程抽樣率特征，用戶可以由此選擇提供外部時(shí)鐘信號(hào)來控制抽樣率。 也可以提供雙抽樣率特征，由此以第一預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣， 在檢測到傳感器速度輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換之后的預(yù)定時(shí)段內(nèi)以更快的第二預(yù)定 抽樣率對其進(jìn)行抽樣。傳感器還可以用于產(chǎn)生表示所述磁性物體相對于所
述磁場感測元件的位置的第三傳感器輸出信號(hào)。
還描述了一種磁場傳感器，該磁場傳感器包括磁場感測元件，提供
和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁場信號(hào)；以及配置成以一
抽樣率對所述磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣并產(chǎn)生表示所感測磁場的傳感器輸出信號(hào) 的電路。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，抽樣率最初對應(yīng)于第一預(yù)定抽樣率，響 應(yīng)于傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)變化，抽樣率對應(yīng)于更快的第二預(yù)定抽樣率。
利用這種雙抽樣率特征，在傳感器輸出信號(hào)不受對磁場信號(hào)的周期性 處理的不利影響的工作時(shí)間期間，在低功耗模式下有利地操作傳感器(由 此僅在每個(gè)時(shí)鐘周期的一部分內(nèi)處理磁場信號(hào)或?qū)ζ溥M(jìn)行抽樣)。在檢測到 輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，在預(yù)定時(shí)段內(nèi)提高抽樣率，以便由此提高傳感器輸出信 號(hào)的精確性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種磁場傳感器包括提供磁場信號(hào)的磁場 感測元件；以及配置成以用戶指定的抽樣率對所述磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣并產(chǎn)
生表示所述磁性物體的特征的傳感器輸出信號(hào)的電路。這種用戶可編程抽 樣率特征有利地在期望抽樣率方面為用戶提供了靈活性。實(shí)際上，利用該 特征，用戶可以選擇連續(xù)處理(即連續(xù)抽樣)磁場信號(hào)。
另一磁場傳感器實(shí)施例包括磁場感測元件，提供和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁場信號(hào)；響應(yīng)于所述磁場信號(hào)并配置成產(chǎn)生 表示所述磁性物體的特征的傳感器輸出信號(hào)的電路；以及時(shí)鐘電路。所述 時(shí)鐘電路響應(yīng)于至少一個(gè)用戶提供的輸入信號(hào)，并配置成產(chǎn)生抽樣率由輸 入信號(hào)確定的時(shí)鐘信號(hào)。所述抽樣率是選自以下的一種(a)最初為第一
預(yù)定抽樣率且在傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)的改變之后的預(yù)定時(shí)段內(nèi)為第二預(yù)定
抽樣率；(b)用戶定義的抽樣率；或(c)固定的預(yù)定抽樣率。這種布置提 供了上述雙抽樣率特征和用戶可編程抽樣率特征這兩者的益處。


通過以下對附圖的詳細(xì)描述將可以更充分地理解本發(fā)明的上述特征以 及本發(fā)明本身，附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的諸方面的包括用戶可編程抽樣率特征和/或雙抽 樣率特征的磁場傳感器；
圖1A示出圖1中的時(shí)鐘電路的一個(gè)實(shí)施例，其包括雙抽樣率特征；
圖1B示出圖1中的時(shí)鐘電路的可選實(shí)施例，其包括用戶可編程抽樣率 特征；
圖1C示出圖1中的時(shí)鐘電路的另一實(shí)施例，其既包括雙抽樣率特征又 包括用戶可編程抽樣率特征；
圖2示出與圖1、 1A和1C的傳感器的雙抽樣率特征相關(guān)的若干示例性 波形；
圖2A示出與圖1、 1B和1C的傳感器的用戶可編程抽樣率特征相關(guān)的 若干示例性波形；
圖3是可選磁場傳感器實(shí)施例的簡化示意圖，其包括位置、速度和方 向感測并且還包括用戶可編程抽樣率特征和雙抽樣率特征；
圖4是包含圖3的磁場傳感器的手持式電子裝置的平面圖；以及 圖5示出與圖3的磁場傳感器相關(guān)的若干示例性波形。
具體實(shí)施例方式
參考圖l，根據(jù)本發(fā)明的諸方面，低功率磁場傳感器10具有雙抽樣率 特征和用戶可編程抽樣率特征。傳感器10被設(shè)置成接近磁性物體14，并提供表示具有預(yù)定強(qiáng)度的磁場是否存在的傳感器輸出信號(hào)18。于是，可以將 傳感器表征為接近檢測器或磁場開關(guān)。
"低功率"表示傳感器10適于用在功率受限制的應(yīng)用中，例如用電池 供電的裝置中。這種類型的示例性應(yīng)用包括手持設(shè)備，例如蜂窩和無繩電 話、傳呼機(jī)、掌上型電腦或手持計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。
磁性物體14和傳感器10可彼此相對移動(dòng)。磁性物體14可以是固定不 動(dòng)的而傳感器是可移動(dòng)的，傳感器可以是固定不動(dòng)的而磁性物體是可移動(dòng) 的，或者磁性物體和傳感器都是可以移動(dòng)的。例如，可以將傳感器10用在 蜂窩電話中，磁體14位于"翻蓋電話"裝置的蓋中，傳感器10位于機(jī)體 部分，從而傳感器輸出信號(hào)18基于是否檢測到具有預(yù)定強(qiáng)度的磁場來表示 蓋是打開的還是關(guān)閉的。
以包含半導(dǎo)體襯底的集成電路(IC)的形式提供傳感器10，在所述半 導(dǎo)體襯底上形成各電路元件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，可 以改變集成電路傳感器10的特定邊界以適于特定應(yīng)用，從而被示為和/或 被描述為包含在IC之內(nèi)的元件也可以設(shè)置在IC之外，在某些情況下，被 示為和/或被描述為在IC之外的元件也可以設(shè)置在IC之內(nèi)。
傳感器10包括也被稱為磁場到電壓的轉(zhuǎn)換器的磁場感測元件20，其提 供信號(hào)電平與所感測的磁場成比例的磁場信號(hào)22。在示例性實(shí)施例中，磁 場感測元件為霍爾效應(yīng)元件。然而要認(rèn)識(shí)到，磁場感測元件可以采取本領(lǐng) 域公知的各種形式，包括但不限于霍爾效應(yīng)元件、垂直霍爾效應(yīng)元件、巨 磁阻(GMR)元件、各向異性磁阻(AMR)元件和隧道磁阻(TMR)元件。而 且，磁場感測元件20可以包括單個(gè)磁性響應(yīng)元件或可選地可以包括多個(gè)設(shè) 置成各種配置的元件。
磁場感測元件20被示為在磁場信號(hào)處理電路24內(nèi)，所述磁場信號(hào)處 理電路可以包含各種用于對所感測的磁場進(jìn)行處理以產(chǎn)生磁場信號(hào)22的常 規(guī)電路。通常，電路24至少包含放大器26，用于放大磁場感測元件的輸出 信號(hào)。電路24可以實(shí)現(xiàn)斷續(xù)器的穩(wěn)定性，由此通過調(diào)制開關(guān)電路將電源電 壓交替連接到霍爾效應(yīng)元件的觸點(diǎn)，然后由放大器對調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)， 以便提供磁場信號(hào)而沒有常常與半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)元件有關(guān)的偏移電壓。另 外或可選地，電路24可以實(shí)現(xiàn)偏移調(diào)節(jié)特征，由此使磁場信號(hào)在傳感器和/或增益調(diào)節(jié)特征的電源范圍內(nèi)居中，由此調(diào)節(jié)磁場信號(hào)的增益以使電源范圍內(nèi)的峰-峰信號(hào)最大化而不導(dǎo)致削波。
傳感器10還包括比較器電路30，用于處理磁場信號(hào)22以產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)18。比較器電路30包括第一比較器32和第二比較器34,所述第一比較器32用于將磁場信號(hào)22與第一閾值電平或工作點(diǎn)B。p進(jìn)行比較，所述第二比較器34用于將磁場信號(hào)22與第二閾值電平或釋放點(diǎn)B^進(jìn)行比較。具體而言，當(dāng)磁場信號(hào)22大于B。p閾值電平時(shí)，比較器32的輸出信號(hào)處于邏輯高電平，當(dāng)磁場信號(hào)降到B。P閾值電平以下時(shí)，其轉(zhuǎn)換為邏輯低電平。當(dāng)磁場信號(hào)22小于B^閾值電平時(shí)，比較器34的輸出信號(hào)處于邏輯高電平，當(dāng)磁場信號(hào)超過BBP閾值電平時(shí)，其轉(zhuǎn)換為邏輯低電平。優(yōu)選地，比較器32、34 (和其他本文所述的比較器)包括遲滯，使得例如一旦磁場信號(hào)超過B。P閾值電平，磁場信號(hào)一定在比較器32的輸出變低之前降到比B。P閾值電平稍低的電壓之下。類似地， 一旦磁場信號(hào)降到BBP閾值電平以下，磁場信號(hào)一定在比較器34的輸出變低之前超過比BBP閾值電平稍高的電壓。
將比較器32和34的輸出信號(hào)耦合到或門36的輸入，或門36在其輸出提供比較輸出信號(hào)38，如圖所示。當(dāng)磁場信號(hào)22大于第一B。P閾值電平或小于第二B^閾值電平時(shí)，比較輸出信號(hào)38處于第一信號(hào)電平(即，在此為邏輯高電平)。對于這種布置而言，可以將比較輸出信號(hào)38表征為極性不敏感或極性獨(dú)立的，因?yàn)楫?dāng)磁性物體14在傳感器10的預(yù)定距離之內(nèi)時(shí)，無論磁體14的北極或南極靠近傳感器(即無論磁性物體相對于傳感器的取向如何)，信號(hào)都將位于相同的信號(hào)電平。
鎖存器44響應(yīng)于比較輸出信號(hào)38并以下述方式鎖存比較輸出信號(hào)的狀態(tài)。如將要描述的，這里可以說，鎖存器44允許高速應(yīng)用中的低功率運(yùn)行。
為了實(shí)現(xiàn)低平均功率運(yùn)行，可以在每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)或周期期間的第一時(shí)段內(nèi)使傳感器10激活(即"清醒")，并在每個(gè)周期期間的第二時(shí)段內(nèi)使傳感器10去激活(即"休眠")。在本文所謂的低功率運(yùn)行模式期間進(jìn)行這種操作。更具體而言，在第一時(shí)段期間(即在"清醒時(shí)段"期間)向傳感器10的特定部分供電，在第二時(shí)段期間(即在"休眠時(shí)段"期間)使這些部分?jǐn)嚯?。在此將清醒時(shí)段期間對磁場信號(hào)22的處理稱為對磁場信號(hào)"抽樣"，
10于是也可以將清醒時(shí)段稱為"抽樣時(shí)段"。
如圖所示，使能電路50、 52耦合在電源或Vcc總線54和處理電路24之間以及電源總線54和比較器電路30之間。時(shí)鐘電路60向使能電路50、52提供時(shí)鐘或使能信號(hào)62，以使使能電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下將電源總線54連接到處理電路24和比較器電路30并使電源總線54與它們斷開。在一個(gè)實(shí)施例中，由簡單的開關(guān)布置提供使能電路50、 52，由此在時(shí)鐘信號(hào)62處于第一信號(hào)電平(例如邏輯高電平)時(shí)，閉合每個(gè)使能電路50、 52的開關(guān)以將Vcc連接到相應(yīng)電路24、 30，在時(shí)鐘信號(hào)62處于第二信號(hào)電平(例如邏輯低電平)時(shí)，打開所述幵關(guān)以使Vcc與相應(yīng)電路24斷開。
根據(jù)本發(fā)明的雙抽樣率特征，最初時(shí)鐘信號(hào)62具有第一預(yù)定抽樣率(即抽樣時(shí)段以第一預(yù)定速率出現(xiàn))，之后，響應(yīng)于檢測到比較輸出信號(hào)38的狀態(tài)改變其具有更快的第二預(yù)定抽樣率(即抽樣時(shí)段以更快的第二預(yù)定速率出現(xiàn))。為此，將比較輸出信號(hào)38耦合到時(shí)鐘電路60，以檢測狀態(tài)變化。將信號(hào)38連接到時(shí)鐘電路60是任選的，因?yàn)樵诓粚?shí)施雙抽樣率特征的實(shí)施例中不需要提供該連接。
可以改變時(shí)鐘信號(hào)62以通過不同的方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)抽樣率。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘信號(hào)62具有這樣的時(shí)鐘脈沖，即該脈沖至少具有對應(yīng)于清醒或抽樣時(shí)段的預(yù)定最短時(shí)長，且響應(yīng)于檢測到比較輸出信號(hào)的狀態(tài)變化改變休眠時(shí)段的時(shí)長(從而也改變時(shí)鐘信號(hào)周期和抽樣率或抽樣時(shí)段的出現(xiàn)率)。通常，基于允許感測元件/過程導(dǎo)通、穩(wěn)定并確定適當(dāng)信號(hào)所需的最小時(shí)間段來選擇預(yù)定的最小清醒時(shí)長。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，還可以或者可選地響應(yīng)于檢測到比較輸出信號(hào)的狀態(tài)變化改變清醒時(shí)段。將第一抽樣率與第二抽樣率區(qū)分開的顯著參數(shù)變化僅僅是更多地對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣，而不論這是通過同樣時(shí)長的清醒時(shí)段的更加頻繁的發(fā)生、更長的清醒時(shí)段還是它們的一些組合來實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)用戶可編程抽樣率特征，可以根據(jù)用戶提供的外部時(shí)鐘信號(hào)改變休眠和/或清醒時(shí)段的時(shí)長。實(shí)際上，如將要描述的，根據(jù)該特征，用戶甚至可以選擇連續(xù)地對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣，由此以根本沒有休眠時(shí)段的方式工作。更具體而言，如圖所示，將傳感器IC 10的輸入，這里標(biāo)識(shí)為選擇輸入70和時(shí)鐘輸入72，耦合到時(shí)鐘電路60。如將要所 述的，選擇和時(shí)鐘輸入70、 72適于分別接收用戶提供的選擇和時(shí)鐘信號(hào)42、 46，以在包含 用戶可編程抽樣率特征的實(shí)施例中實(shí)施這種特征。輸入70、 72以及選擇和 時(shí)鐘信號(hào)42、 46分別是任選的，因?yàn)樵诓粚?shí)施用戶可編程抽樣率特征的實(shí) 施例中不需要提供它們。
鎖存器44耦合到輸出驅(qū)動(dòng)器電路48，這里為如圖所示的圖騰柱推挽輸 出配置，當(dāng)磁性物體14在傳感器10的預(yù)定距離之內(nèi)時(shí)，該輸出驅(qū)動(dòng)器電 路提供處于第一信號(hào)電平的傳感器輸出信號(hào)18，當(dāng)磁性物體不在傳感器的 預(yù)定距離之內(nèi)時(shí)，該輸出驅(qū)動(dòng)器電路提供處于第二信號(hào)電平的傳感器輸出 信號(hào)18。優(yōu)選地，鎖存器44用于在對應(yīng)于每個(gè)清醒時(shí)段結(jié)束的每個(gè)時(shí)鐘信 號(hào)脈沖的下降沿上鎖存比較輸出信號(hào)38的狀態(tài)。在示例性實(shí)施例中，將反 相器66提供的時(shí)鐘信號(hào)62的反相信號(hào)64耦合到鎖存器44，該鎖存器44 是正邊沿觸發(fā)鎖存器。有利地，通過在每個(gè)清醒時(shí)段結(jié)束時(shí)鎖存信號(hào)38， 使傳感器能夠有充足的時(shí)間來完全"醒來"，因此在其被鎖存之前提供高完 整性、高精確性的輸出信號(hào)。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，傳 感器輸出信號(hào)18 (和其他本文所述的傳感器輸出信號(hào))可以通過提供不同 的電流電平和/或不同的電壓電平來傳達(dá)其磁場信息。因?yàn)殒i存器44在休 眠時(shí)段期間"記住了"比較輸出信號(hào)38的狀態(tài)并從而"記住了"傳感器輸 出信號(hào)18的狀態(tài)，因此當(dāng)裝置下次醒來時(shí)，它會(huì)記住其在比較器32、 34 的遲滯帶(hysteresis band)中的位置。為此，如圖所示，將反饋信號(hào)40 從鎖存器44耦合到比較器電路30。
圖1A、 1B和1C分別示出了時(shí)鐘電路60的不同實(shí)施例60a、 60b、 60c， 它們?nèi)Q于傳感器10是否包括雙抽樣率特征和/或用戶可編程抽樣率特征。 具體而言，圖1A示出了用于僅包含雙抽樣率特征的傳感器的示例性時(shí)鐘電 路60a，圖1B示出了用于僅包含用戶可編程抽樣率特征的傳感器的示例性 時(shí)鐘電路60b，圖1C示出了用于包含雙抽樣率特征和用戶可編程抽樣率特 征兩者的傳感器的示例性時(shí)鐘電路60c。
參考圖1A，示出了用于僅包含雙抽樣率特征的傳感器的時(shí)鐘電路實(shí)施 例60a。時(shí)鐘電路60a響應(yīng)于比較輸出信號(hào)38并產(chǎn)生用于耦合到使能電路 50、 52的時(shí)鐘信號(hào)62 (圖1)。更具體而言，邊沿清除電路(edge strip circuit) 78響應(yīng)于比較輸出信號(hào)38并在比較輸出信號(hào)的每次轉(zhuǎn)換(即在每個(gè)上升沿和每個(gè)下降沿)處產(chǎn)生脈沖信號(hào)。將邊沿清除電路78的輸出耦
合到單觸發(fā)器74，其提供控制信號(hào)76以控制開關(guān)82。于是，在比較輸出 信號(hào)38的每個(gè)邊沿在如單觸發(fā)器74所設(shè)置的預(yù)定時(shí)長內(nèi)維持控制信號(hào)76 (例如在邏輯高電平)。單觸發(fā)時(shí)段對應(yīng)于預(yù)定時(shí)長，在此期間在比較輸出 信號(hào)38轉(zhuǎn)換之后時(shí)鐘信號(hào)62處于第二預(yù)定抽樣率。通常，基于傳感器的 預(yù)期應(yīng)用選擇預(yù)定時(shí)長。例如，在拇指輪或滾輪應(yīng)用中，用戶不太可能每 次滾動(dòng)超過兩秒鐘。于是，在這種應(yīng)用中，單觸發(fā)器74使得在兩秒量級(jí)上 的時(shí)段內(nèi)維持控制信號(hào)76。
在運(yùn)行期間，在向傳感器10加電時(shí)，開關(guān)82位于實(shí)線所示的位置， 以將慢速休眠計(jì)時(shí)器86耦合到清醒定時(shí)器84。清醒計(jì)時(shí)器84的輸出提供 時(shí)鐘信號(hào)62。在維持控制信號(hào)76 (例如在邏輯高電平)時(shí)，開關(guān)82切換 到虛線所示的位置，以將快速休眠計(jì)時(shí)器80耦合到清醒計(jì)時(shí)器84。
清醒計(jì)時(shí)器84設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)62的清醒或抽樣時(shí)段。如上所述，清醒 時(shí)段至少具有預(yù)定最短時(shí)長。根據(jù)哪個(gè)計(jì)時(shí)器80、 86經(jīng)由開關(guān)82耦合到 清醒計(jì)時(shí)器84，快速休眠計(jì)時(shí)器80和慢速休眠計(jì)時(shí)器86設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)62 的休眠時(shí)段。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，清醒時(shí)段在50us的量級(jí)上，慢速 休眠計(jì)時(shí)器86確定在250ms量級(jí)上的休眠時(shí)段，快速休眠計(jì)時(shí)器確定在50 Ps量級(jí)上的休眠時(shí)段。于是，在該范例中，在慢速休眠計(jì)時(shí)器86耦合到 清醒計(jì)時(shí)器84時(shí)對磁場信號(hào)22抽樣的第一預(yù)定抽樣率在4Hz的量級(jí)上， 在比較輸出信號(hào)38轉(zhuǎn)換之后對磁場信號(hào)22抽樣的第二預(yù)定抽樣率在10kHz 的量級(jí)上。
要認(rèn)識(shí)到，各種電路方案可以實(shí)施快速休眠計(jì)時(shí)器80、慢速休眠計(jì)時(shí) 器86和清醒計(jì)時(shí)器84以提供所述的時(shí)鐘信號(hào)62。在一個(gè)實(shí)施例中，利用 由傳感器10的主時(shí)鐘控制的18比特計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器80、 84和86。對于 這種布置而言，由控制信號(hào)76選擇的計(jì)數(shù)器輸出處的不同抽頭實(shí)現(xiàn)開關(guān)82。 有利地，這種布置有助于在芯片時(shí)鐘頻率的倍數(shù)下提供時(shí)鐘信號(hào)62。
還參考圖2，將參考示例性波形描述包含圖la的時(shí)鐘電路60a的圖1 的傳感器10的運(yùn)行。時(shí)鐘信號(hào)62最初(即在加電之后且在檢測到比較輸 出信號(hào)38的轉(zhuǎn)換之前)對應(yīng)于第一預(yù)定抽樣率，之后(在時(shí)間tl之后) 對應(yīng)于更快的第二預(yù)定抽樣率。圖2中還分別示出了傳感器輸出信號(hào)18和相對于第一和第二閾值電平B。p和BKP的磁場信號(hào)22。
顯然，在大約1.0秒時(shí)，磁場信號(hào)22穿越第一閾值電平B。P。然而，由 于時(shí)鐘信號(hào)的抽樣率(即，因?yàn)楸容^器電路30在時(shí)刻t二1.0秒處未清醒)， 而使得傳感器輸出信號(hào)18直到在大約1. 1秒時(shí)才轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘電路60a檢測 輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換并作為響應(yīng)提供對應(yīng)于恰在1.1秒的時(shí)刻之后開始的更快的 第二預(yù)定抽樣率的時(shí)鐘信號(hào)62。之后，當(dāng)傳感器以第二預(yù)定抽樣率工作時(shí)， 顯然，輸出信號(hào)18轉(zhuǎn)換得更靠近磁場信號(hào)22穿越相應(yīng)閾值電平的時(shí)刻， 如所期望的那樣。例如，在1.4秒時(shí)磁場信號(hào)22穿越第一閾值電平，而在 1. 45秒時(shí)輸出信號(hào)18轉(zhuǎn)換到邏輯高電平。
在示例性實(shí)施例中，在時(shí)刻tl之前，時(shí)鐘信號(hào)脈沖寬度(即清醒時(shí)間) 為50ys，信號(hào)周期為300ms，導(dǎo)致4Hz的第一預(yù)定抽樣率。在時(shí)刻tl之 后，時(shí)鐘信號(hào)脈沖寬度仍為50us，信號(hào)周期為100us，導(dǎo)致10kHz的第 二預(yù)定抽樣率。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，可以容易地改變 清醒時(shí)間、休眠時(shí)間和/或時(shí)鐘信號(hào)周期以適應(yīng)特定應(yīng)用。例如，可以使用 用于提供計(jì)時(shí)器80、 84和86的18位計(jì)數(shù)器上的不同抽頭來選擇不同的清 醒時(shí)間、休眠時(shí)間和時(shí)鐘信號(hào)周期。
在大約4. 3秒時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)62返回到第一預(yù)定抽樣率，在單觸發(fā)器 74(圖1A)超時(shí)之后將發(fā)生這種情況，由此導(dǎo)致控制信號(hào)76轉(zhuǎn)換，并且開關(guān) 82返回到其最初的實(shí)線位置。
現(xiàn)在參考圖1B,示出了用于僅包含用戶可編程抽樣率特征的傳感器的 時(shí)鐘電路實(shí)施例60b。時(shí)鐘電路60b包含設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)62的休眠時(shí)段的休 眠計(jì)時(shí)器90以及設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)62的清醒時(shí)段的清醒計(jì)時(shí)器92。在這里， 休眠時(shí)段和清醒時(shí)段是固定的預(yù)定時(shí)段。
通過向傳感器的相應(yīng)選擇和時(shí)鐘輸入70、 72提供適當(dāng)?shù)倪x擇輸入信號(hào) 42和吋鐘輸入信號(hào)46，用戶可以在使用如在清醒計(jì)時(shí)器92的輸出提供的 內(nèi)部固定時(shí)鐘信號(hào)或經(jīng)由時(shí)鐘輸入72提供外部時(shí)鐘信號(hào)46之間做出選擇。 為此，時(shí)鐘電路60b包含與門96，與門96具有耦合到選擇輸入70的第一 反相輸入和耦合到清醒計(jì)時(shí)器92的輸出的第二輸入。與門96的輸出耦合 到或 98的第一輸入，或門98的第二輸入耦合到時(shí)鐘輸入72。在或門98 的輸出提供時(shí)鐘信號(hào)62。在運(yùn)行中，如果用戶希望提供外部時(shí)鐘信號(hào)，那么將邏輯高選擇信號(hào)
42耦合到選擇輸入70，并在時(shí)鐘信號(hào)輸入72處施加外部時(shí)鐘信號(hào)46。對 于這種布置而言，由施加在時(shí)鐘輸入72處的外部時(shí)鐘信號(hào)46提供時(shí)鐘信 號(hào)62。
此外，如上所述，用戶可以選擇以連續(xù)抽樣的方式來進(jìn)行工作，由此 不間斷地連續(xù)處理磁場(即，沒有休眠時(shí)段)。這種操作是通過向選擇輸入 70施加邏輯高選擇信號(hào)42并向時(shí)鐘輸入72施加邏輯高時(shí)鐘信號(hào)46來實(shí)現(xiàn) 的。對于這種布置而言，使能電路50、 52連續(xù)地將Vcc總線54分別連接 到處理電路24和比較器電路30，未實(shí)現(xiàn)磁場信號(hào)的周期性抽樣的較低功率 的優(yōu)點(diǎn)。于是，可以將用戶可編程抽樣率特征的這種使用稱為全功率運(yùn)行 模式。
如果用戶希望使用內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，那么在選擇輸入70處提供邏 輯低選擇信號(hào)，在時(shí)鐘輸入72處也提供邏輯低信號(hào)46。對于這種布置而言， 在清醒計(jì)時(shí)器92的輸出提供時(shí)鐘信號(hào)62，并且該時(shí)鐘信號(hào)具有如睡眠計(jì)時(shí) 器90和清醒計(jì)時(shí)器92分別確定的固定的預(yù)定休眠和清醒時(shí)段。
還參考圖2A，示出了與包含圖1B的時(shí)鐘電路60b的圖1的傳感器的用 戶可編程外部時(shí)鐘特征相關(guān)聯(lián)的示例性波形。具體而言，示出了施加到圖 1B的時(shí)鐘電路60b的時(shí)鐘輸入72的示例性外部時(shí)鐘信號(hào)46，并示出了施 加到時(shí)鐘電路60b的選擇輸入70的選擇信號(hào)42。還示出了由時(shí)鐘電路60b 提供的時(shí)鐘信號(hào)62、傳感器輸出信號(hào)18和分別相對于第一和第二閾值電平 B。p和B^的磁場信號(hào)22。
根據(jù)示例性波形，用戶最初允許傳感器io利用內(nèi)部固定的抽樣率時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)行工作，在時(shí)刻tl處，通過使選擇輸入70處的選擇信號(hào)42變?yōu)檫?輯高電平，而選擇使用施加到時(shí)鐘輸入72的外部時(shí)鐘信號(hào)46。于是，在時(shí) 刻tl之前，由休眠計(jì)時(shí)器90和清醒計(jì)時(shí)器92以預(yù)定抽樣率提供時(shí)鐘信號(hào) 62。在一個(gè)范例中，由計(jì)時(shí)器90和92提供的內(nèi)部抽樣率對應(yīng)于50us的 清醒時(shí)段和700 us的休眠時(shí)段。在時(shí)刻tl處，如圖所示，選擇輸入信號(hào) 42發(fā)生轉(zhuǎn)換，并由外部時(shí)鐘信號(hào)46提供時(shí)鐘信號(hào)62。示例性的外部時(shí)鐘 信號(hào)46具有50 u s的清醒時(shí)段和50 u s的休眠時(shí)段。然而，更一般地，可 以改變外部時(shí)鐘信號(hào)46的清醒時(shí)段、休眠時(shí)段和/或周期以適應(yīng)特定應(yīng)用。
15在外部時(shí)鐘信號(hào)46包含清醒和休眠時(shí)段的應(yīng)用中，清醒時(shí)段必需至少具有 預(yù)定最短時(shí)長。
想到了各種可以提供外部時(shí)鐘信號(hào)46的方案。例如，可以將電阻器和 電流源耦合到時(shí)鐘輸入72，以便對內(nèi)部電容器(未示出)充電，可以將可 編程振蕩器耦合到輸入72，或者可以將脈沖寬度調(diào)制(P麗)信號(hào)耦合到輸 入72，如微控制器可以提供的那樣。
作為另一可選方案，可以提供電路(未示出)來檢測預(yù)定時(shí)段內(nèi)傳感 器輸出信號(hào)18轉(zhuǎn)換的次數(shù)，如果輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換的次數(shù)小于預(yù)定數(shù)量，例如 由此表示遺漏了輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換，則選擇施加外部時(shí)鐘信號(hào)46。作為示例性 范例，在磁性物體14是具有四個(gè)極對且以100rpm旋轉(zhuǎn)的環(huán)形磁體的應(yīng)用 中，預(yù)計(jì)至少每lms傳感器輸出信號(hào)18會(huì)轉(zhuǎn)換一次。如果未檢測到這種預(yù) 計(jì)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換，那么可以施加外部時(shí)鐘信號(hào)46。
顯然，在時(shí)刻tl之前，輸出信號(hào)18不會(huì)像其應(yīng)當(dāng)?shù)哪菢釉诖艌鲂盘?hào) 22每次穿越閾值電平B。p、 BKP之一時(shí)都進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而，在外部時(shí)鐘信號(hào)46 的控制下，在時(shí)刻tl之后，輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換會(huì)如所期望的那樣進(jìn)行。
參考圖1C，用于圖1的傳感器10的另一可選時(shí)鐘電路實(shí)施例60c包括 雙抽樣率特征和用戶可編程抽樣率特征兩者。對于這種布置而言，在用戶 提供的選擇輸入信號(hào)42和時(shí)鐘輸入信號(hào)46的控制下，傳感器10能夠以三 種不同模式中的一種進(jìn)行工作(l)雙抽樣率模式，其中如上文結(jié)合圖1A 所描述的那樣以第一或第二預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)22進(jìn)行抽樣；(2)用戶 可編程抽樣率模式，其中如上文結(jié)合圖1B所描述的那樣以用戶指定的速率 對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣；或者(3)內(nèi)部固定抽樣率模式，其中也如上文結(jié)合圖 1B所描述的那樣以固定的預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。
時(shí)鐘電路60c包含邊沿清除電路106，其響應(yīng)于比較輸出信號(hào)38(圖1) 并向單觸發(fā)器108提供邊沿被清除的信號(hào)。單觸發(fā)器108的輸出在比較輸 出信號(hào)每次轉(zhuǎn)換之后在由單觸發(fā)器所設(shè)置的時(shí)長內(nèi)提供處于高邏輯電平上 的信號(hào)。如圖所示，單觸發(fā)器108的輸出和時(shí)鐘輸入信號(hào)46耦合到與門112 的相應(yīng)輸入。與門112的輸出向開關(guān)118提供控制信號(hào)116。根據(jù)雙抽樣率 特征，開關(guān)118處于將慢速休眠計(jì)時(shí)器120耦合到清醒計(jì)時(shí)器126的第一 位置(由實(shí)線示出)或?qū)⒖焖傩菝哂?jì)時(shí)器122耦合到清醒計(jì)時(shí)器126的第二位置(由虛線示出)。更具體而言，最初(即，在傳感器加電之后且在比
較輸出信號(hào)38轉(zhuǎn)換之前)，控制信號(hào)116使慢速休眠計(jì)時(shí)器120耦合到清 醒計(jì)時(shí)器126，從而以如慢速休眠計(jì)時(shí)器120和清醒計(jì)時(shí)器126所設(shè)置的第 一預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)22迸行抽樣。在比較輸出信號(hào)38轉(zhuǎn)換之后，控 制信號(hào)116使得開關(guān)118將快速休眠計(jì)時(shí)器122耦合到清醒計(jì)時(shí)器126，從 而以如快速休眠計(jì)時(shí)器122和清醒計(jì)時(shí)器126所設(shè)置的更快的第二預(yù)定抽 樣率對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。
時(shí)鐘電路60c還包含額外的門電路，通過所述門電路用戶提供的選擇 輸入信號(hào)42和時(shí)鐘輸入信號(hào)46可以控制時(shí)鐘信號(hào)62。選擇輸入70耦合到 與門130的輸入和與門132的反相輸入。如圖所示，由時(shí)鐘輸入信號(hào)46提 供與門130的第二輸入。由清醒計(jì)時(shí)器126提供與門132的第二輸入。與 門130的輸出和與門132的輸出耦合到或門136的相應(yīng)輸入，或門136又 在其輸出提供時(shí)鐘信號(hào)62。
在運(yùn)行中，如果用戶希望以固定的內(nèi)部抽樣率操作傳感器10，則使選 擇信號(hào)42和時(shí)鐘信號(hào)46為邏輯低電平。對于這種布置而言，與門112的 輸出為低，由此使控制信號(hào)116將開關(guān)118保持在實(shí)線位置處，使得慢速 休眠計(jì)時(shí)器120耦合到清醒計(jì)時(shí)器126。而且，與門130的輸出為低。因?yàn)?選擇輸入信號(hào)42也為低，因此在清醒計(jì)時(shí)器126的輸出為高時(shí)與門132的 輸出將為高，在清醒計(jì)時(shí)器126的輸出為低時(shí)與門132的輸出將為低(即， 與門132的輸出和或門136的輸出將跟隨清醒計(jì)時(shí)器126的輸出)。于是， 由清醒計(jì)時(shí)器126的輸出以如慢速休眠計(jì)時(shí)器120和清醒計(jì)時(shí)器126的組 合所確定的固定抽樣率提供時(shí)鐘信號(hào)62。
如果用戶希望以雙抽樣率模式操作傳感器10，那么將選擇輸入信號(hào)42 設(shè)為邏輯低電平，將外部時(shí)鐘信號(hào)46設(shè)為邏輯高電平。對于這種布置而言， 與門130的輸出為低，與門132的輸出將跟隨清醒計(jì)時(shí)器126的輸出。因 為外部時(shí)鐘信號(hào)46為高，響應(yīng)于比較輸出信號(hào)38的轉(zhuǎn)換，與門112的輸 出變?yōu)楦?，由此使開關(guān)116切換到虛線位置，以便將快速休眠計(jì)時(shí)器122 耦合到清醒計(jì)時(shí)器126。在比較輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換之后的預(yù)定時(shí)段(該時(shí)段由單 觸發(fā)器108設(shè)置)，控制信號(hào)116切換到其實(shí)線位置，由此使清醒計(jì)時(shí)器126 的輸出處的信號(hào)具有由慢速休眠計(jì)時(shí)器120設(shè)置的休眠時(shí)段。通過這種方式，低選擇輸入信號(hào)42和高時(shí)鐘輸入信號(hào)46使傳感器10以雙抽樣率模式 進(jìn)行工作。
最后，如果用戶希望通過以期望的抽樣率(或者對于全功率運(yùn)行模式 而言，以靜態(tài)高邏輯電平)提供外部時(shí)鐘信號(hào)46而以用戶可編程抽樣率模 式操作傳感器，那么使選擇輸入信號(hào)42為邏輯高電平。對于這種布置而言， 與門130的輸出將跟隨外部時(shí)鐘信號(hào)46 (即，在外部時(shí)鐘信號(hào)46為高時(shí)與 門130的輸出將為高，在外部時(shí)鐘信號(hào)46為低時(shí)與門130的輸出將為低)， 并且作為邏輯高選擇輸入信號(hào)42的結(jié)果，與門132的輸出將為低。或門136 的輸出將跟隨與門130的輸出，由此如所期望的那樣將跟隨施加到時(shí)鐘輸 入72的外部時(shí)鐘信號(hào)46。
參考圖3，提供一種可選磁場傳感器150，該磁場傳感器除了感測具有 預(yù)定強(qiáng)度的磁場是否存在(即磁性物體154的接近度或位置)之外，還感 測磁性物體154的旋轉(zhuǎn)速度和方向。像圖1的傳感器10那樣，傳感器150 是一種能夠在功率受限制的應(yīng)用中工作的低功率傳感器。
還參考圖4， 一種這樣的應(yīng)用是包含傳感器150和磁性物體154的無線 手持裝置160，所述磁性物體耦合到拇指輪(或僅為旋轉(zhuǎn)控制元件)158或 形成其一部分。可以驅(qū)動(dòng)各種輸入裝置，例如拇指輪158和小鍵盤156，以 控制裝置的各種功能。例如，可以沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)拇指輪158以實(shí)現(xiàn)一種 功能，可以沿相反方向旋轉(zhuǎn)拇指輪158以實(shí)現(xiàn)另一種功能(由箭頭154a表 示的這種旋轉(zhuǎn))，和/或可以以按鈕方式(沿著箭頭154b表示的軸)推入或 釋放拇指輪以實(shí)現(xiàn)又一種功能。 一些這樣的裝置160在特定情況下(例如 在預(yù)定時(shí)長內(nèi)未驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)諸如拇指輪158的輸入裝置時(shí))能夠進(jìn)入 低功率或休眠模式以便節(jié)省電池功率。
傳感器150提供拇指輪158和裝置的控制元件例如微處理器164之間 的接口，以便影響所期望的功能。為此，傳感器150檢測與磁性物體154 相關(guān)聯(lián)的磁場，以便提供表示拇指輪相對于傳感器150的位置的第一、位 置輸出信號(hào)170，表示拇指輪的旋轉(zhuǎn)速度的第二、速度輸出信號(hào)174，以及 表示拇指輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的第三、方向輸出信號(hào)178。
為了實(shí)現(xiàn)低功率運(yùn)行，傳感器150包含上述雙抽樣率特征和用戶可編 程抽樣率特征之一或兩者。為此，傳感器包括時(shí)鐘電路180，所述時(shí)鐘電路對速度信號(hào)182、在傳感器IC 150的選擇輸入186處提供的用戶提供的選 擇輸入信號(hào)184和在IC的時(shí)鐘輸入192處提供的用戶提供的時(shí)鐘輸入信號(hào) 190做出響應(yīng)。如下所述，傳感器還包括對時(shí)鐘電路提供的時(shí)鐘信號(hào)188做 出響應(yīng)的使能電路194和204。
傳感器150包括在半導(dǎo)體襯底上間隔開的兩個(gè)磁場感測元件196、 198， 每個(gè)所述元件提供信號(hào)電平與所感測的磁場成比例的相應(yīng)磁場信號(hào)200、 202?？梢苑Q感測元件196及其相關(guān)電路提供一個(gè)通道，可以稱感測元件198 及其相關(guān)電路提供第二通道。磁場感測元件196、 198中的每一個(gè)，像圖l 的感測元件20那樣，可以采取各種常規(guī)磁場到電壓轉(zhuǎn)換器的形式，包括但 不限于霍爾效應(yīng)元件，并可以形成包含諸如斷續(xù)器穩(wěn)定、信號(hào)放大、偏移 調(diào)節(jié)和/或增益調(diào)節(jié)的信號(hào)調(diào)節(jié)電路的相應(yīng)處理電路206、 208的一部分。
檢測電路210包括提供位置信號(hào)214的位置或按鈕檢測電路212、提供 速度信號(hào)182的速度檢測電路216以及提供方向信號(hào)220的方向檢測電路 218，所述速度和方向檢測電路共享公共比較器電路224，如下所述。檢測 電路210的輸出信號(hào)214、 182和220中的每一個(gè)耦合到相應(yīng)鎖存器230、 232、 234，所述鎖存器用于在時(shí)鐘信號(hào)188 (或更具體地，如反相器222提 供的時(shí)鐘信號(hào)188的反相信號(hào)226)的控制下，以與鎖存器44 (圖1)相同 的方式在傳感器休眠時(shí)段期間鎖存相應(yīng)輸出信號(hào)。每個(gè)鎖存器耦合到相應(yīng) 的輸出驅(qū)動(dòng)器240、 242、 244，所述輸出驅(qū)動(dòng)器分別提供傳感器輸出信號(hào) 170、 174、 178，例如可以將所述傳感器輸出信號(hào)提供給圖4的裝置160的 處理器164。此外，鎖存器230經(jīng)由反饋信號(hào)236耦合到比較器電路212， 并且鎖存器232經(jīng)由反饋信號(hào)238耦合到比較器電路224，從而在下一抽樣 時(shí)段時(shí)，傳感器知道磁場信號(hào)相對于相應(yīng)比較器的遲滯帶的位置。
為了檢測磁性物體154的接近度，例如圖4的拇指輪158的位置，按 鈕檢測電路212包括第一對比較器250a、 250b，其響應(yīng)于第一和第二閾值 電平B,和B^并具有耦合到與門256的輸入的輸出，使得僅當(dāng)磁場信號(hào)200 處于第一和第二閾值電平B。p,和Bm之間的電壓范圍之內(nèi)時(shí)，與門256的輸 出才為高。類似地，所提供的第二對比較器252a、 252b向與門258的輸入 輸出信號(hào)，使得僅當(dāng)磁場信號(hào)202位于第一和第二閾值電平B。P1、 B^之間的 電壓范圍之內(nèi)時(shí)，與門258的輸出才為高。與門256、 258的輸出耦合到與門260的輸入，使得僅當(dāng)磁場信號(hào)200和202都處于第一和第二閾值電平 之間的電壓范圍之內(nèi)時(shí)，與門260的輸出(即位置信號(hào)214)才為高。換言 之，位置信號(hào)214為高有效，以表示不存在具有預(yù)定強(qiáng)度的磁場。本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，微弱磁場或沒有磁場的這種情況可能對應(yīng)于朝 著如下配置中的手持裝置外殼向內(nèi)推拇指輪158 (圖4):這種運(yùn)動(dòng)將耦合 到拇指輪的磁性物體154移動(dòng)到遠(yuǎn)離磁性感測元件196、 198之處。在示例 性實(shí)施例中，耦合到比較器250a、 252a的第一閾值電平B。P可以在10高斯 的量級(jí)上，耦合到比較器250b、 252b的第二閾值電平B,可以大在-IO高斯 的量級(jí)上。
提供速度信號(hào)182的速度檢測電路216包括比較器電路224和異或 (XOR)門270。比較器電路224包括第一對比較器272a、 272b和或門276， 或門276的輸入耦合到比較器272a、 272b的輸出，用于檢測磁場信號(hào)200 何時(shí)大于相應(yīng)的第一閾值電平B。P2或小于相應(yīng)的第二閾值電平BRP2。于是， 當(dāng)磁場信號(hào)200大于第一閾值電平或小于第二閾值電平時(shí)，或門276的輸 出信號(hào)為高。比較器電路224還包括第二對比較器274a、 274b和或門278， 或門278的輸入耦合到比較器274a、 274b的輸出，用于檢測磁場信號(hào)202 何時(shí)大于第一閾值電平B。P2或小于第二閾值電平B啦。于是，當(dāng)磁場信號(hào)202 大于第一閾值電平或小于第二閾值電平時(shí)，或門278的輸出信號(hào)為高?；?門276和278的輸出耦合到異或門270的輸入，并且在異或門270的輸出 提供速度信號(hào)182。于是，每當(dāng)磁場信號(hào)200大于第一閾值電平或小于第二 閾值電平，或磁場信號(hào)202大于第一閾值電平或小于第二閾值電平，速度 信號(hào)182就轉(zhuǎn)換為邏輯高電平。對于這種布置而言，在異或門270的輸出 處提供的速度信號(hào)182的頻率是任一磁場信號(hào)200、 202的頻率的兩倍。在 示例性實(shí)施例中，耦合到比較器272a、 274a的第一閾值電平B。P2可以在40 高斯的量級(jí)上，耦合到比較器272b、 274b的第二閾值電平B啦可以在-40 高斯的量級(jí)上。
提供方向信號(hào)220的方向檢測電路218包括比較器電路224和D觸發(fā) 器280。如圖所示，或門276的輸出耦合到觸發(fā)器280的D輸入，或門278 的輸出耦合到觸發(fā)器280的時(shí)鐘輸入。由于磁場感測元件196、 198間隔開， 而使磁場信號(hào)200、 202彼此相對相移。于是，可以使用一個(gè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換(高到低或低到高)來對其他信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行時(shí)鐘控制(clock)?？梢允褂迷?br> 結(jié)果來確定兩個(gè)信號(hào)之間彼此相對的相位。在所示的范例中，當(dāng)信號(hào)278
的時(shí)鐘為高時(shí)，將把信號(hào)276的狀態(tài)提供為方向信號(hào)220。在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的 范例中，方向信號(hào)220為低，并導(dǎo)致OV的方向輸出信號(hào)178。相反，在逆 時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)信號(hào)278的時(shí)鐘為高時(shí)，信號(hào)276將為高，導(dǎo)致高的 方向信號(hào)220和Vdd方向輸出信號(hào)178。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，檢測電路210僅僅是示例性的，可 以用各種電路元件和配置以各種方式實(shí)現(xiàn)檢測電路。
根據(jù)本發(fā)明，傳感器150包含雙抽樣率特征和用戶可編程抽樣率特征。 為此，使能電路194耦合在Vcc或電源總線176和處理電路206、 208之間， 并且使能電路204耦合在Vcc總線176和檢測電路210之間。如上文結(jié)合 圖1的使能電路所述，使能電路206、 208響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)188，以將電源 總線176連接到相應(yīng)電路206、208和210以及將電源總線176與它們斷開。 于是，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)188處于對應(yīng)于清醒或抽樣時(shí)段的第一狀態(tài)(例如，邏 輯高狀態(tài))時(shí)，向處理電路206、 208和檢測電路210供電，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)處 于對應(yīng)于休眠時(shí)段的第二狀態(tài)(例如邏輯低狀態(tài))時(shí)，使處理電路206和 檢測電路210斷電。有利地，對兩個(gè)通道同時(shí)抽樣(即它們的抽樣是同步 的)，因?yàn)樘幚黼娐?06、 208和(處理兩個(gè)通道的)檢測電路210是經(jīng)由 使能電路的時(shí)鐘信號(hào)控制同時(shí)供電的。于是，磁場信號(hào)200和202的檢測 以及所得的或門276和278的輸出信號(hào)將準(zhǔn)確地反映在放置裝置的環(huán)境中 發(fā)生的事件；SP，磁體154的旋轉(zhuǎn)方向。盡管這種同步抽樣的優(yōu)點(diǎn)對于方 向輸出信號(hào)178而言是最顯著的，但對于速度輸出信號(hào)174而言其也提供 了同樣的益處。
時(shí)鐘電路180產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)188的具體方式可以如上文結(jié)合圖1A-1C 的時(shí)鐘電路實(shí)施例60a、 60b、 60c中的任何一個(gè)所描述的。于是，傳感器 150可以僅包括雙抽樣率特征，在這種情況下，可以由圖1A的實(shí)施例60a 提供時(shí)鐘電路180，傳感器可以僅包括用戶可編程抽樣率特征，在這種情況 下，可以由圖1B的實(shí)施例60b提供時(shí)鐘電路180，或者傳感器可以既包括 雙抽樣率特征又包括用戶可編程抽樣率特征，在這種情況下可以由圖ic的 實(shí)施例60c提供時(shí)鐘電路180?，F(xiàn)在參考圖5，將參考示例性波形描述圖3的傳感器150的工作，所述 波形包括位置信號(hào)214、與門256的輸出信號(hào)262、與門258的輸出信號(hào)264、 方向信號(hào)220、速度信號(hào)182、或門276的輸出信號(hào)282、或門178的輸出 信號(hào)284、以及相對于分別耦合到比較器250a、 250b、 252a和252b的第一 和第二閾值電平B昭和B^和分別耦合到比較器272a、 272b、 274a和274b 的第一和第二閾值電平B啦和B^的磁場信號(hào)200、 202。
在標(biāo)識(shí)為"A"的時(shí)刻，磁場信號(hào)200、 202都處于由B。p,和B,閾值電 平確定的電壓范圍之內(nèi)，在移動(dòng)磁性物體使其遠(yuǎn)離傳感器150時(shí)(例如， 在按下拇指輪且這種按壓導(dǎo)致磁性物體154移動(dòng)而遠(yuǎn)離霍爾效應(yīng)元件196、 198時(shí))會(huì)發(fā)生這種情況。 一旦發(fā)生這種情況，與門256、 258的輸出信號(hào) 262、 264分別變低，由此導(dǎo)致位置信號(hào)214轉(zhuǎn)換為低，如圖所示。如上所 述，位置信號(hào)214為低有效，于是，變低的位置信號(hào)214的脈沖表示感測 到的磁場降到預(yù)定水平或強(qiáng)度以下。
圖5中還示出了磁性物體154的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，例如，可能與圖4 的拇指輪158旋轉(zhuǎn)方向變化同時(shí)發(fā)生。在標(biāo)識(shí)為"B"的時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)方向發(fā) 生變化。這種情況導(dǎo)致方向信號(hào)220在耦合到負(fù)邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器280的 時(shí)鐘輸入的或門278的輸出信號(hào)284的下一變負(fù)邊沿時(shí)改變狀態(tài)，因?yàn)樵?發(fā)生這種時(shí)鐘邊沿時(shí)或門276的輸出信號(hào)282處于邏輯高電平。在標(biāo)識(shí)為 "C"的時(shí)刻發(fā)生下一旋轉(zhuǎn)方向改變，這使得方向信號(hào)220在或門278的輸 出信號(hào)284的下一變負(fù)邊沿時(shí)再次改變狀態(tài)，因?yàn)樵诎l(fā)生這種時(shí)鐘邊沿時(shí) 或門276的輸出信號(hào)282處于邏輯低電平。
如上所述，可以分別由圖1A、 1B、 1C的時(shí)鐘電路實(shí)施例60a、 60b、 60c 中的任意一種提供傳感器150的時(shí)鐘電路180。然而，對于時(shí)鐘電路180而 言，是由速度信號(hào)182而不是由比較信號(hào)38 (例如圖1A)來提供導(dǎo)致抽樣 率從第一預(yù)定抽樣率變?yōu)榕c雙抽樣率特征有關(guān)的第二預(yù)定抽樣率的反饋信 號(hào)。作為范例，在由圖1A的時(shí)鐘電路實(shí)施例60a提供時(shí)鐘電路180的情況 下，時(shí)鐘信號(hào)188可以如圖2的示例性時(shí)鐘信號(hào)62所示，速度信號(hào)182可 以如圖2的示例性信號(hào)18所示。于是，盡管在圖5中未示出時(shí)鐘信號(hào)，但 要理解的是，在該范例中，時(shí)鐘信號(hào)188最初(在加電之后且在檢測到速 度信號(hào)182轉(zhuǎn)換之前)對應(yīng)于第一預(yù)定抽樣率，之后在檢測到速度信號(hào)182的轉(zhuǎn)換(例如每次變正轉(zhuǎn)換)之后，在由單觸發(fā)器74 (圖1A)確定的預(yù)定
時(shí)長內(nèi)對應(yīng)于更快的第二預(yù)定抽樣率。
在此將本文中提到的所有參考文獻(xiàn)通過引用全文并入到本文中。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員現(xiàn)在將明了 可以使用結(jié)合了其原理的其他實(shí)施例。
例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的雙抽樣率特征和用 戶可編程抽樣率特征可以用在其他類型的用于低功率應(yīng)用的傳感器中，所 述傳感器將受益于低功率抽樣工作模式，在這種模式下，至少部分傳感器 在特定時(shí)間段內(nèi)是"休眠的"。
因此認(rèn)為這些實(shí)施例不應(yīng)限于所披露的實(shí)施例，而應(yīng)僅受到所附權(quán)利 要求書的精神和范圍的限制。
2權(quán)利要求
1、一種磁場傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上提供兩個(gè)間隔開的磁場感測元件，每個(gè)所述磁場感測元件提供和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁場信號(hào)；以及配置成以一抽樣率對所述兩個(gè)磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣并產(chǎn)生表示所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)速度的第一傳感器輸出信號(hào)和表示所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)方向的第二傳感器輸出信號(hào)的電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括向所述電路提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘電路，其中所述抽樣率由所述時(shí)鐘信號(hào)來控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述電路用于以第一預(yù)定抽樣 率或更快的第二預(yù)定抽樣率對所述兩個(gè)磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述時(shí)鐘電路響應(yīng)于所述第一 傳感器輸出信號(hào)，并最初配置成提供對應(yīng)于所述第一預(yù)定抽樣率的時(shí)鐘信 號(hào)且響應(yīng)于所述第一傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)變化提供對應(yīng)于所述第二預(yù)定 抽樣率的時(shí)鐘信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其中所述時(shí)鐘電路在所述第一傳感 器輸出信號(hào)的狀態(tài)改變之后的預(yù)定時(shí)段恢復(fù)提供對應(yīng)于所述第一預(yù)定抽樣 率的時(shí)鐘信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電路對輸入信號(hào)做出響應(yīng)， 以使所述電路以用戶指定的抽樣率對所述兩個(gè)磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電路還配置成產(chǎn)生表示所 述磁性物體相對于所述磁場感測元件的位置的第三傳感器輸出信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，還包括比較器電路和邏輯電路，所 述比較器電路和邏輯電路用于在所述第一磁場信號(hào)小于第一閾值電平且大 于第二閾值電平時(shí)以及在所述第二磁場信號(hào)小于所述第一閾值電平且大于 所述第二閾值電平時(shí)，產(chǎn)生表示磁性物體接近所述磁場感測元件的所述第 三傳感器輸出信號(hào)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，還包括比較器電路和邏輯電路，所 述比較器電路和邏輯電路用于每當(dāng)所述第一磁場信號(hào)超過第一閾值電平或 降到第二閾值電平以下以及每當(dāng)所述第二磁場信號(hào)超過所述第一閾值電平 或降到所述第二閾值電平以下，就使所述第一傳感器輸出信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)換。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括比較器電路和邏輯電路， 所述比較器電路和邏輯電路用于產(chǎn)生所述第二傳感器輸出信號(hào)，以在所述 第一磁場信號(hào)領(lǐng)先于所述第二磁場信號(hào)時(shí)表示所述磁性物體的第一旋轉(zhuǎn)方 向，并在所述第二磁場信號(hào)領(lǐng)先于所述第一磁場信號(hào)時(shí)表示所述磁性物體 的第二旋轉(zhuǎn)方向。
11、 一種磁場傳感器，包括磁場感測元件，提供和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁場信號(hào)；以及配置成以一抽樣率對所述磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣并產(chǎn)生表示所感測磁場的 傳感器輸出信號(hào)的電路，其中所述抽樣率最初對應(yīng)于第一預(yù)定抽樣率，并 且其中響應(yīng)于所述傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)變化，所述抽樣率對應(yīng)于更快的第二預(yù)定抽樣率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的傳感器，其中所述電路包括響應(yīng)于所述磁 場信號(hào)的比較器電路，所述比較器電路用于將所述磁場信號(hào)與第一閾值電 平和第二閾值電平進(jìn)行比較，以在所述磁場信號(hào)小于所述第一閾值電平且 大于所述第二閾值電平時(shí)提供處于第一信號(hào)電平的傳感器輸出信號(hào)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，還包括時(shí)鐘電路，所述時(shí)鐘電路 具有接收所述傳感器輸出信號(hào)的輸入端并向所述比較器電路提供時(shí)鐘信 號(hào)，其中最初所述時(shí)鐘信號(hào)對應(yīng)于所述第一預(yù)定抽樣率，并且其中響應(yīng)于 所述傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)變化，所述時(shí)鐘信號(hào)對應(yīng)于所述第二預(yù)定抽樣率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器，其中所述時(shí)鐘電路在所述第一傳 感器輸出信號(hào)的狀態(tài)改變之后的預(yù)定時(shí)段恢復(fù)提供對應(yīng)于所述第一預(yù)定抽 樣率的時(shí)鐘信號(hào)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的傳感器，還包括時(shí)鐘電路，所述時(shí)鐘電路 響應(yīng)于外部時(shí)鐘信號(hào)以使所述電路以與所述外部時(shí)鐘信號(hào)相關(guān)聯(lián)的抽樣率 對所述磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。
16、 一種磁場傳感器，包括磁場感測元件，提供和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁 場信號(hào)；以及配置成以用戶指定的抽樣率對所述磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣并產(chǎn)生表示所述 磁性物體的特征的傳感器輸出信號(hào)的電路。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁場傳感器，其中所述特征是所述磁性物 體與所述磁場感測元件的接近度、所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)速度或所述磁性物 體的旋轉(zhuǎn)方向中的至少一個(gè)。
18、 一種磁場傳感器，包括磁場感測元件，提供和所感測的與磁性物體相關(guān)聯(lián)的磁場成比例的磁 場信號(hào)；響應(yīng)于所述磁場信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)并配置成產(chǎn)生表示所述磁性物體的特 征的傳感器輸出信號(hào)的電路；以及時(shí)鐘電路，所述時(shí)鐘電路響應(yīng)于至少一個(gè)用戶提供的輸入信號(hào)并配置成產(chǎn)生具有抽樣率的時(shí)鐘信號(hào)，其中所述抽樣率是選自以下的一種(a)最初為第一預(yù)定抽樣率且在所述傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)改變之后的預(yù)定時(shí)段內(nèi)為第二預(yù)定抽樣率；(b)用戶定義的抽樣率；或(c)固定的預(yù)定抽樣率。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁場傳感器，其中所述特征是所述磁性物 體與所述磁場感測元件的接近度、所述磁性物體的旋轉(zhuǎn)速度或所述磁性物 體的旋轉(zhuǎn)方向中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種用于低功率應(yīng)用的磁場傳感器包括磁場感測元件，在抽樣時(shí)段期間所述磁場感測元件提供與所感測的磁場成比例的信號(hào)，所述磁場傳感器還包括比較器電路，在抽樣時(shí)段期間，所述比較器電路將磁場信號(hào)與閾值電平進(jìn)行比較以產(chǎn)生表示磁場強(qiáng)度的傳感器輸出信號(hào)。根據(jù)雙抽樣率特征，最初以第一預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣，在檢測到傳感器輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換之后，在預(yù)定時(shí)段內(nèi)以更快的第二預(yù)定抽樣率對磁場信號(hào)進(jìn)行抽樣。根據(jù)用戶可編程抽樣率特征，用戶可以以固定的預(yù)定抽樣率或用戶指定的抽樣率操作傳感器。磁場傳感器可以檢測旋轉(zhuǎn)磁性物體的速度和/或旋轉(zhuǎn)方向。
文檔編號(hào)G01P13/02GK101688881SQ200880021801
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者M·C·杜格, P·戴維, S·D·米拉諾 申請人:阿萊戈微系統(tǒng)公司