相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2015年12月30日提交的編號(hào)為62/273033的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)柕臋?quán)益，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用類似在本文中重寫而被并入。

本發(fā)明總體涉及設(shè)備的校準(zhǔn)，并且具體涉及通過使用將信號(hào)應(yīng)用到設(shè)備來獲得設(shè)備的操作(諸如霍爾效應(yīng)傳感器的閉環(huán)校準(zhǔn))的反饋信息。

背景技術(shù)：

開環(huán)和閉環(huán)校準(zhǔn)方法是眾所周知的并且被應(yīng)用于各種環(huán)境中。一種此類環(huán)境是在霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)傳感器的校準(zhǔn)中?；魻栃?yīng)磁場(chǎng)傳感器是可用于測(cè)量磁場(chǎng)的固態(tài)磁性傳感器設(shè)備。霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用需要高精確度；然而，已知其隨著過程變化、溫度以及封裝應(yīng)力變化而遭受靈敏度的變化和漂移。控制霍爾效應(yīng)傳感器呈現(xiàn)的復(fù)雜的溫度依賴性的常規(guī)解決方案是實(shí)施被稱為“開環(huán)”的溫度補(bǔ)償電路配置。微調(diào)(或“修整”)每部分對(duì)過程變化的靈敏度可以被實(shí)施，并且通過使用片上的溫度和應(yīng)力傳感器以及預(yù)估計(jì)的補(bǔ)償表可以補(bǔ)償隨溫度和應(yīng)力的靈敏度的變化。這種方法需要昂貴的獨(dú)立設(shè)備的多點(diǎn)特性以及超時(shí)(overtime)重校準(zhǔn)。通過使用片上電流線圈或外部磁場(chǎng)源可以產(chǎn)生對(duì)傳感器的校準(zhǔn)的磁場(chǎng)激勵(lì)。然而，由于被測(cè)量的信號(hào)可能與校準(zhǔn)信號(hào)相干擾，因此僅當(dāng)設(shè)備脫機(jī)(并且因此不在運(yùn)行中)時(shí)可以執(zhí)行校準(zhǔn)。

作為開環(huán)方案的替代，閉環(huán)方法已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)以在沒有外部磁場(chǎng)的情況下執(zhí)行連續(xù)的校準(zhǔn)。閉環(huán)校準(zhǔn)通常按照以下工作：對(duì)設(shè)備施加已知的磁場(chǎng)(生成已知磁場(chǎng)的方法將是：已知的溫度不敏感的電流穿過片上/片外的線圈/傳感器附近的其他合適的跡線)，然后傳感器輸出與期望的響應(yīng)相比較，以及傳感器靈敏度/增益被調(diào)節(jié)以便最小化比較器誤差。這得到具有比開環(huán)配置高的多的精確度。

霍爾效應(yīng)傳感器的常規(guī)閉環(huán)校準(zhǔn)的已知問題是霍爾效應(yīng)傳感器附近的校準(zhǔn)電流可以生成改變操作溫度的足夠的熱，從而導(dǎo)致靈敏度的變化并影響主要測(cè)量。此外，閉環(huán)校準(zhǔn)已經(jīng)被證明在沒有外部磁場(chǎng)的情況下良好執(zhí)行，但在實(shí)際應(yīng)用中完全消除干擾并不簡(jiǎn)單，并且需要在磁性屏蔽環(huán)境中的脫機(jī)校準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一般而言，依據(jù)這些各種實(shí)施例，閉環(huán)校準(zhǔn)方案可以以設(shè)備保留在連續(xù)操作(例如，在線)中的方式被配置。在一個(gè)特定示例中，信號(hào)發(fā)生器設(shè)備被配置為提供在寬范圍頻率擴(kuò)展信號(hào)的偽隨機(jī)序列。由磁場(chǎng)發(fā)生器接收該“擴(kuò)展頻譜”信號(hào)，該磁場(chǎng)發(fā)生器為諸如霍爾效應(yīng)傳感器的磁場(chǎng)傳感器提供編碼的磁場(chǎng)信號(hào)或“擴(kuò)展頻譜”磁場(chǎng)信號(hào)。特定帶寬的外部干擾可以影響整體的傳感器輸出信號(hào)。然而，信號(hào)解碼器電路接收輸出信號(hào)，并且可以通過使用對(duì)整體接收信號(hào)的合適的解碼方案從干擾中解耦生成的擴(kuò)展頻譜。通過限定，擴(kuò)展頻譜信號(hào)在頻率域上被擴(kuò)展，因此解碼器設(shè)備作用為將已知的擴(kuò)展頻譜信號(hào)與特定帶寬的任意干擾區(qū)分開來。然而，對(duì)應(yīng)于擴(kuò)展頻譜信號(hào)的輸出取決于改變磁性傳感器的靈敏度的任意擾動(dòng)效應(yīng)。然后處理電路可以輸出具有可以被調(diào)節(jié)以補(bǔ)償該擾動(dòng)效應(yīng)的操作參數(shù)的信號(hào)。處理電路為接收器電路提供補(bǔ)償信號(hào)，由此形成閉環(huán)校準(zhǔn)配置。

該方案使得微小校準(zhǔn)信號(hào)(電流)的使用能夠避免之前提出的霍爾效應(yīng)傳感器附近的熱生成問題，從而保持操作溫度。這種配置允許連續(xù)校準(zhǔn)，而不需要昂貴的多點(diǎn)溫度測(cè)試。而且，設(shè)備從而能夠在操作中連續(xù)保留。

根據(jù)對(duì)以下詳細(xì)描述進(jìn)行徹底的評(píng)述和研究，這些和其余益處會(huì)變得更加清楚。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例具有閉環(huán)校準(zhǔn)配置的示例設(shè)備的框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例具有進(jìn)一步被配置為包含擴(kuò)展頻譜信號(hào)和解碼器電路的閉環(huán)校準(zhǔn)的另一個(gè)示例設(shè)備的框圖。

圖3是類似于圖2的示例設(shè)備的電路圖，其根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)一步包括霍爾效應(yīng)傳感器和附加電路系統(tǒng)元件。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例說明操作方法的流程圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附圖中的元件被簡(jiǎn)明和清晰地圖示說明，并且不必要按比例繪制。例如，附圖中一些元件的尺寸和/或相對(duì)位置可以相對(duì)于其他元件被擴(kuò)大，以便有助于提升本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。并且，通常不繪制在工業(yè)可行的實(shí)施例中有用的或必需的常規(guī)而公知的元件，以便有助于不妨礙這些實(shí)施例的視圖。將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到某些動(dòng)作和/或步驟可以發(fā)生的特定順序被描述或描繪，同時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解針對(duì)序列的這種特定不是實(shí)際需要的。還將理解本文使用的術(shù)語和表述除了以其它方式在本文描述的不同的特定含義之外還具有符合在以上闡述的由本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員使用的該術(shù)語和表達(dá)的原始技術(shù)含義。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖，具體參考圖1，其示出簡(jiǎn)化的閉環(huán)校準(zhǔn)電路系統(tǒng)設(shè)備示例140。在此配置中，信號(hào)發(fā)生器設(shè)備141提供偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)142，其中幾乎隨機(jī)的序列位(例如，一和零)被擴(kuò)展到寬范圍的頻率上。然后接收器電路設(shè)備143接收校準(zhǔn)信號(hào)142并且輸出至少依賴于所述寬帶校準(zhǔn)信號(hào)142、設(shè)備被期望測(cè)量的任何輸入信號(hào)130、以及改變接收器143的響應(yīng)/特性的其他可能的擾動(dòng)效應(yīng)(諸如溫度效應(yīng))的新信號(hào)144。處理電路146接收輸出信號(hào)144和期望的響應(yīng)信號(hào)147。在這種方式中，處理電路146可以確定然后什么補(bǔ)償信號(hào)148應(yīng)該被返回施加到接收器電路設(shè)備143。根據(jù)基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)142的輸出144和期望的響應(yīng)信號(hào)147的至少一方面的比較，補(bǔ)償信號(hào)148影響操作參數(shù)的調(diào)整，從而抵抗所述擾動(dòng)效應(yīng)145。接收器電路設(shè)備143接收所述補(bǔ)償信號(hào)142，從而形成閉環(huán)校準(zhǔn)配置，并且設(shè)備140可以保持在連續(xù)操作中。分別地，當(dāng)去除偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的影響時(shí)，去嵌入電路160提供僅包括輸入信號(hào)130的各方面的檢測(cè)的輸出170。

一般來說，接收器電路設(shè)備143可以是接收外部信號(hào)并提供依賴于接收的外部信號(hào)的輸出的任意設(shè)備。示例包括磁場(chǎng)檢測(cè)器，諸如霍爾效應(yīng)傳感器、類各向異性磁阻(amr)、巨磁阻(gmr)、隧道磁阻(tmr)、龐磁阻(cmr)的磁阻傳感器(xmr)、磁通門傳感器等。本文描述的方法進(jìn)一步適用其他類型的傳感器，諸如紅外傳感器、光電傳感器、音頻傳感器、超聲傳感器等。在接收器電路設(shè)備143是磁場(chǎng)檢測(cè)器的示例中，去嵌入電路160由于校準(zhǔn)信號(hào)142而有效地從輸出信號(hào)144方面分離出來，使得然后去嵌入電路160可以提供準(zhǔn)確描繪以其它方式感測(cè)的磁場(chǎng)的檢測(cè)輸出。

在圖2中說明的另一方法中，該設(shè)備以信號(hào)發(fā)生器241進(jìn)一步包含擴(kuò)展頻譜信號(hào)的此種方式被配置。擴(kuò)展頻譜技術(shù)采取生成的特定帶寬的信號(hào)(在本實(shí)施例中的偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)242)并將其在頻域中展開。已知編碼的擴(kuò)展頻譜信號(hào)用于抗干擾并且因此可以保持區(qū)別于任意擾動(dòng)效應(yīng)245。

接收器電路243被配置為接收偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)242，偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)242現(xiàn)在包含擴(kuò)展頻譜信號(hào)251。然后(擴(kuò)展頻譜)解碼器電路250接收來自接收器電路243的輸出信號(hào)244，輸出信號(hào)244包含偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)242和由接收器電路243感測(cè)的任意輸入信號(hào)230。接收器的響應(yīng)或傳遞功能也被任意附加的擾動(dòng)245影響。解碼器電路250檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)并且轉(zhuǎn)而從輸入信號(hào)230中分離已知的偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)242。此解碼信號(hào)249被發(fā)送到處理電路246，然后處理電路246可以將解碼信號(hào)249與期望的響應(yīng)信號(hào)247進(jìn)行比較?，F(xiàn)在補(bǔ)償信號(hào)248可以從處理電路246發(fā)送回到接收器電路243，因此形成閉環(huán)配置，并且允許高精確度的、迭代的過程。分別地，去嵌入電路260提供檢測(cè)的輸出270，檢測(cè)的輸出270包括的輸出方面不是基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)，而是僅基于由接收器電路243檢測(cè)的輸入信號(hào)230。

圖3說明閉環(huán)校準(zhǔn)裝置的另一個(gè)示例。在此配置中，信號(hào)發(fā)生器電路是偽隨機(jī)位序列(“prbs”)信號(hào)發(fā)生器341。prbs發(fā)生器341提供信號(hào)以生成待被施加到接收器電路設(shè)備的已知頻率的磁場(chǎng)，在本示例中，該接收器電路設(shè)備是磁場(chǎng)檢測(cè)器343。參考電流發(fā)生器351為線圈352提供電流以便針對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)器343產(chǎn)生校準(zhǔn)磁場(chǎng)，使該磁場(chǎng)檢測(cè)器343接收隨偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)變化的磁場(chǎng)。類h橋式開關(guān)組合344是調(diào)制器，該調(diào)制器依賴于prbs電信號(hào)改變穿過線圈352的電流的方向，以便促進(jìn)prbs磁信號(hào)的供應(yīng)。prbs磁場(chǎng)信號(hào)由可以靠近線圈352的霍爾傳感器353接收?；魻栃?yīng)傳感器前端電路354接收來自霍爾效應(yīng)傳感器353的生成的磁場(chǎng)電流并且與解碼器電路350連接。

一般來說，解碼器電路350允許來自傳感器的輸出的離散時(shí)間信號(hào)處理。在此示例中，解碼器電路350接收來自霍爾效應(yīng)傳感器前端電路354的輸出和偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)，并且解碼器電路350提供基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的輸出方面，以與期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)相比較。如圖3所說明的，電路包括開關(guān)電容器解調(diào)器364、sc積分器電路363、以及采樣和保持電路365。sc解調(diào)器364被配置為接收來自接收器電路設(shè)備343的輸出和由prbs發(fā)生器341生成的偽隨機(jī)位序列，并且sc解調(diào)器364生成解調(diào)信號(hào)。sc積分器363接收解調(diào)信號(hào)和針對(duì)偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的由時(shí)鐘342提供的時(shí)鐘信號(hào)以產(chǎn)生積分信號(hào)。sc積分器電路363基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)導(dǎo)出輸出的方面，并且在時(shí)間周期內(nèi)對(duì)基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的輸出的方面進(jìn)行積分以提供積分輸出。直到下一個(gè)積分信號(hào)，積分輸出才被存儲(chǔ)在針對(duì)prbs序列的整個(gè)長(zhǎng)度的采樣和保持電路365中。存儲(chǔ)的信號(hào)用于與期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較。

更具體地，在圖3的該示例中，使用差分信號(hào)。prbs信號(hào)s360及其反向信號(hào)sbar361被用作prbs調(diào)制器344的調(diào)制信號(hào)。來自接收器電路設(shè)備343的輸出也是利用prbs信號(hào)s和sbar解調(diào)的差分信號(hào)。

處理電路346進(jìn)一步包括誤差電路358。誤差電路358包括誤差放大器357，誤差放大器357被配置為接收期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)347以及來自采樣和保持電路365的積分輸出。誤差放大器357通過接收的信號(hào)之間的比較輸出誤差信號(hào)。環(huán)路穩(wěn)定開關(guān)電容器積分器電路359被配置為接收誤差信號(hào)并且基于該誤差信號(hào)提供補(bǔ)償信號(hào)。補(bǔ)償信號(hào)被路由作為對(duì)霍爾偏置電流發(fā)生器348的反饋以便有助于控制霍爾效應(yīng)傳感器353。

處理電路346還包括校準(zhǔn)信號(hào)抵消/去嵌入電路375，該校準(zhǔn)信號(hào)抵消/去嵌入電路375被配置為接收來自霍爾效應(yīng)傳感器前端電路354的輸出和偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)。校準(zhǔn)信號(hào)抵消電路375為霍爾效應(yīng)傳感器353提供去除應(yīng)用偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的效應(yīng)(effect)的干凈輸出信號(hào)。

在圖4中說明了根據(jù)這些公開的操作的示例方法。該方法包括將信號(hào)發(fā)生器生成的偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)用到接收設(shè)備400；生成的偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的示例是擴(kuò)展頻譜信號(hào)400a。使用設(shè)置有設(shè)備的集成的或鄰近的線圈可以影響本申請(qǐng)，例如，在設(shè)備是霍爾效應(yīng)傳感器的情況下，霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)401所施加的隨偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)變化的磁場(chǎng)和接合(engage)該設(shè)備的其他磁場(chǎng)。因此，接收器設(shè)備提供402至少依賴于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)和干擾效應(yīng)的輸出以及其他感測(cè)的信號(hào)(例如，磁場(chǎng))。

然后輸出信號(hào)由解碼器電路解碼403，解碼器電路從其他感測(cè)信號(hào)中解除已知的偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)，但同時(shí)保留外部擾動(dòng)的影響。解碼信號(hào)由處理電路接收404并與期望的響應(yīng)信號(hào)比較，以產(chǎn)生405補(bǔ)償信號(hào)。

補(bǔ)償信號(hào)的產(chǎn)生和提供405可以通過包括上述方式的任意數(shù)量的方式來實(shí)行。通過一種方法，該步驟可以通過以下來實(shí)行：由解碼器電路接收輸出和偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)以及由解碼器電路提供基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的輸出方面，以與期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)相比較。

在該方法的一個(gè)特定實(shí)施方式中，對(duì)于由圖3的電路實(shí)行的情況，解碼器電路接收輸出和偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)?；趥坞S機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的輸出方面被獲得并在時(shí)間周期上被進(jìn)行積分，以提供積分輸出。積分輸出被提供給采樣和保持電路，采樣和保持電路被配置為進(jìn)行接收并存儲(chǔ)，以與期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)相比較。誤差放大器接收誤差放大器中的期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)以及來自采樣和保持電路的積分輸出。誤差放大器輸出由環(huán)路穩(wěn)定開關(guān)電容器積分器電路接收的誤差信號(hào)，該環(huán)路穩(wěn)定開關(guān)電容器積分器電路進(jìn)而基于誤差信號(hào)提供補(bǔ)償信號(hào)。補(bǔ)償信號(hào)用于根據(jù)基于偽隨機(jī)寬帶校準(zhǔn)信號(hào)的輸出方面和期望的設(shè)備響應(yīng)信號(hào)的比較來調(diào)節(jié)406操作參數(shù)，以抵抗設(shè)備的擾動(dòng)效應(yīng)。由于接收器電路被提供了補(bǔ)償擾動(dòng)效應(yīng)的信號(hào)，因此現(xiàn)在設(shè)備的配置可以形成閉環(huán)。

如此配置的閉環(huán)方法允許傳感器設(shè)備的微調(diào)而不必去除來自傳感器的外部影響。在霍爾效應(yīng)的示例中，不需要使霍爾效應(yīng)傳感器屏蔽于外部磁場(chǎng)來調(diào)節(jié)其參數(shù)。類似地，基于溫度或芯片上的環(huán)境因素的擾動(dòng)效應(yīng)可以在發(fā)生(onthefly)時(shí)被處理。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到對(duì)于上述實(shí)施例可以進(jìn)行各種的修改、替換以及組合，而不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，并且這些修改、替換和組合被視為在該發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。