專利名稱：低功率磁斜率檢測電路的制作方法
低功率磁斜率檢測電路
背景技術：
在很多當今現代電子應用中，低功耗是重要的設計考慮。為了減小電子設備/系統(例如微處理器)的功耗，設備/系統可以從低功率功能非激活的“休眠”模式切換到功能激活的連續操作模式。將設備/系統從休眠模式激勵為連續操作模式可以使用精確的無接觸措施完成。例如，在汽車應用中，很多系統(例如，頭燈、變速器等)可以配置成基于傳感器操作，該傳感器配置成檢測操作狀態(例如，關、開、泊車燈、遠光燈)。然而，在很多應用中， 在不消耗大電流來實現無接觸測量(例如，跨過霍爾板或各向異性磁阻(AMR)傳感器)的條件下，難以實現高測量精度。


圖I說明運動傳感器系統的框圖，該運動傳感器系統配置成通過檢測對應于運動傳感器輸出的數字信號的斜率產生激勵信號。圖2是示出此處提供的運動傳感器系統的操作的流程圖。圖3a說明配置成通過檢測數字信號的值/幅度的差產生激勵信號的運動傳感器系統的示例性時序圖。圖3b說明配置成通過檢測一段時間上的連續變化產生激勵信號的運動傳感器系統(例如對應于運動傳感器系統100)的不例性時序圖。圖4是說明可以在此處提供的運動傳感器系統中使用的模擬-數字轉換器的更詳細的實施例的框圖。圖5a說明運動傳感器系統的框圖，示出模擬-數字轉換器的更詳細的實施例。圖5b說明示出斬波偏移和差構建操作如何抵消霍爾板的偏移的信號圖。圖6說明運動傳感器系統的時序圖，該運動傳感器系統配置成通過檢測數字信號的斜率和相關系統電流消耗而產生激勵信號。圖7說明運動傳感器系統的更詳細的實施例的時序圖，該運動傳感器系統配置成通過檢測對應于運動傳感器輸出的數字信號的斜率產生激勵信號。圖8是具有配置成改變激勵電路的操作階段的外部輸入的霍爾傳感器系統的框圖。圖9是配置成向外部系統提供偏移補償的ADC信號的霍爾傳感器系統的框圖。圖10是示出此處提供的運動傳感器系統的操作的更詳細的實施例的流程圖。
具體實施例方式現在將參考附圖描述本發明，其中貫穿附圖相似的參考標號用于表示相似的元件，且其中所述結構和設備未按比例繪制。當在此提供時，術語“差”表示變化的絕對幅度(即，正值)。因此，術語差涵蓋從第一較低值到第二較高值的變化(正變化)以及從第一較高值到第二較低值的變化(負變化)。 因此，當在此提供時，數字信號中的差可以包含正差和/或負差的絕對值，其中只要差的幅度大于正數字參考值，任一差(絕對值)大于正值數字參考值。為了降低功耗，系統可以配置成在它不使用時進入低功率功能非激活的休眠模式且在它使用時進入高功率功能激活的連續操作模式。為了從一種模式變化到另一種模式， 激勵電路可以配置成通過檢測磁場的變化感測傳感器系統的機械運動的變化。可以通過將檢測的磁信號與固定切換點進行比較(例如由此檢測高或低磁場)而檢測磁場的變化，但是這種方法不允許高電壓操作或實施汽車EMC (電磁魯棒性，例如100V測試脈沖)。因此，對于具有高電磁魯棒性(例如，高信號精度)的低功率運動傳感器存在需要。本發明涉及配置成通過檢測(例如測量)對應于運動傳感器測量值的數字信號的差執行系統的低功率激勵的激勵電路。在一個實施例中，低功率激勵電路耦合到磁運動傳感器，該磁運動傳感器配置成輸出與測量的磁場成比例的磁信號。低功率激勵電路可以包含數字跟蹤電路，該數字跟蹤電路配置成提供對應于跟蹤磁場的磁信號的數字信號。低功率激勵電路還包含差檢測器，該差檢測器配置成測量當前數字信號和存儲在數字存儲元件中的原先數字信號(即，來自早前時間的數字信號)之間的差。如果數字信號的測量差大于數字參考水平，則產生激勵信號以將系統從休眠模式喚醒到連續操作模式。因此，通過數字地跟蹤磁信號的變化且將差與數字參考水平進行比較，低功率激勵電路配置成以使用簡單電路提供電磁魯棒性和低功耗的方式產生激勵電路。圖I說明運動傳感器系統100的框圖，該運動傳感器系統100配置成通過檢測對應于運動傳感器輸出信號的數字信號Srae在不同時間的差(例如斜率)產生激勵信號SACT。 如圖I所示，運動傳感器元件102配置成檢測物理運動且提供對應于運動的幅度(例如，對應于指示運動的磁場變化)的運動傳感器輸出傳感器信號。在各個實施例中，運動傳感器元件102例如可以包含磁傳感器(例如，霍爾效應傳感器、各向異性磁阻(AMR)磁場傳感器、巨磁阻(GMR)磁場傳感器)或壓力傳感器。在一個實施例中，運動傳感器元件102可以配置成向數字差檢測電路104輸出運動傳感器輸出信號，該數字差檢測電路104配置成檢測時間上數字信號之間的差(例如，測量運動傳感器輸出信號的斜率)。在一個實施例中，數字差檢測電路104可以包含數字信號跟蹤元件110、差檢測器112和數字存儲元件114中的一個或更多個。在一個實施例中，雙階段操作元件116可以耦合到數字差檢測電路，從而通過將數字差檢測電路104的元件定時為以低功率模式(例如持續相對延長的時間)和高功率模式(例如持續相對短的時間)交替地操作而允許運動傳感器系統100以低功率操作，由此導致平均低功率操作。尤其是，數字信號跟蹤元件110配置成跟蹤從運動傳感器元件102輸出的信號的值作為數字信號(例如，產生對應于感測的運動的數字信號)。為了檢測數字信號的差，一個或更多原先數字信號(即，來自早先時間的數字信號)存儲在數字存儲元件114中，使得它們可以與從數字信號跟蹤元件110輸出的當前數字信號相比較。在一個實施例中，差檢測器112配置成通過測量第一時間的第一數字信號值(例如從數字存儲元件114接收的)與稍后第二時間的第二數字信號值(從數字信號跟蹤元件110接收的)之間的幅度變化檢測數字信號的差，以檢測數字信號的差。在一個備選實施例中，差檢測器112配置成通過檢測一段時間數字信號的連續變化(例如，信號的連續增加或信號的連續減小)以檢測數字信號的差來檢測數字信號的差。 激勵信號發生器106配置成從差檢測電路104接收差信號且基于接收的差信號選擇性地輸出喚醒系統108 (例如從休眠模式到連續操作模式)的激勵信號SACT。在一個實施例中，激勵信號發生器106可以包含鎖存，該鎖存配置成提供能夠激勵向系統提供電流的η 溝道晶體管的信號。在一個備選實施例中，激勵信號發生器106可以包含配置成將電流驅動到系統或從系統吸收電流的推拉輸出。在圖2中示出的流程圖中描述運動傳感器系統100的操作。如上所述，運動傳感器系統100可以被定時以低電流等待模式和高電流操作模式操作，其中在高電流操作模式中，數字信號被跟蹤且差被計算。在202，模擬運動傳感器輸出信號被提供到配置成將模擬信號轉換成數字信號的數字測量元件。在各個實施例中，模擬運動傳感器信號可以包含霍爾傳感器信號、AMR傳感器信號等。在206，檢測數字信號的差。在一個實施例中，可以通過觀察在時間段內數字信號在相同方向的連續變化(例如信號的連續向上變化或連續向下變化)檢測差，其中連續變化意味著對于該時間段，信號只增不減或者只減不增。在另一實施例中，差可以檢測為第一和第二時間之間數字信號的值的差。例如，因為數字信號的斜率等于數字信號值的變化除以時間變化，數字信號的斜率指示兩個時間點(例如，隔開100ms)之間數字信號的差。可以通過在數字存儲元件114 中存儲原先數字運動傳感器信號(行為206)且然后通過計算從數字信號跟蹤元件110直接提供的當前數字運動傳感器信號值和數字存儲元件114提供的原先數字運動傳感器信號值之間的差(行為208)測量數字信號的斜率。在一個實施例中，數字運動傳感器信號在等待操作階段存儲在存儲元件204中。在210，檢測的差與數字參考水平進行比較。在各個實施例中，數字參考水平可以包含信號值(例如如圖3a所示)或時間段(例如如圖3b所示)。如果差大于數字參考水平(例如指示運動傳感器已經檢測到運動)，則激勵信號發生器可以輸出激勵信號以喚醒系統。圖3a說明配置成通過檢測數字信號的值/幅度的差產生激勵信號的運動傳感器系統(例如對應于運動傳感器系統100)的示例性時序圖。尤其是，圖形302說明數字信號跟蹤元件(例如對應于元件110 )的輸出，而圖形304形說明差檢測器(例如對應于元件112) 的輸出。尤其是，圖形302中示出的數字信號跟蹤元件的輸出是對應于運動傳感器輸出信號的變化的數字信號(例如，指示AMR或霍爾傳感器檢測的磁場的變化)。通過比較第一時間的數字信號Sdk和稍后時間的數字信號SDrc，能夠判斷差。如果差大于數字參考水平306， 則圖形304中示出的差檢測器的輸出將被驅動為低，導致系統從休眠模式到連續操作模式的激勵(如線308所示)。例如，如圖3a所示，第一時間T1與T1和T2之間的稍后時間之間的數字信號Srae的差不大于數字參考水平306且因此差檢測器的輸出保持高，使得激勵信號發生器不喚醒系統。然而，第三時間T3與T3和T4之間的稍后時間之間的數字信號Sdk的差大于數字參考水平306且因此差檢測器的輸出被驅動為低，使得激勵信號發生器在時間T4輸出喚醒系統的激勵信號。圖3b說明配置成通過檢測一段時間的連續變化產生激勵信號的運動傳感器系統 (例如對應于運動傳感器系統100)的示例性時序圖。如圖3所示，如果數字信號被檢測為在大于數字參考水平306的時間段期間連續變化(例如，連續增加)，則圖形314中示出的差檢測器的輸出將被驅動為低，導致系統從休眠模式到連續操作模式的激勵(如線308所示)。例如，如圖3b所示，第一時間T1和稍后第二時間T2之間的數字信號Sdk在不大于數字參考水平306的時間段增加且由此差檢測器的輸出保持高，使得激勵信號發生器不喚醒系統。然而，第三時間！^和稍后第四時間！\之間的數字信號Sdk的差在大于數字參考水平306的時間增加且因此差檢測器的輸出被驅動為低，使得激勵信號發生器在時間T4輸出喚醒系統的激勵信號。圖4說明磁運動傳感器系統400的更詳細的實施例的框圖，該磁運動傳感器系統 400配置成通過檢測對應于磁運動傳感器402的輸出的數字信號在時間上的差(例如斜率)
產生激勵信號Sact。如圖4所示，磁運動傳感器402耦合到數字差檢測電路404。在一個實施例中，磁運動傳感器402可以包含霍爾板,該霍爾板配置成通過使用霍爾效應檢測施加的電場的變化檢測物理運動，且輸出與檢測的物理運動成比例的模擬磁信號S·。在這種實施例中，磁運動傳感器402 (例如霍爾板)可以通過在霍爾板的一個軸上提供電流且檢測在正交軸上感應的電壓(輸出為與施加的磁場成比例的霍爾信號)檢測磁結構(例如永磁體)的運動。在備選實施例中，磁運動傳感器402可以包含配置成通過檢測施加的磁場的變化檢測物理運動的各向異性磁阻(AMR)傳感器。本領域技術人員應當意識到，AMR傳感器能夠以橋的形式布置且具有檢測磁結構(例如永磁體)的運動的“巴伯極”(Barber pole)(例如在AMR傳感器條頂部上45°金屬線)。模擬磁信號Smm被提供到數字差檢測電路404，該數字差檢測電路404包含模擬-數字轉換器(ADC)406、偏移補償元件408、差檢測器410和數字存儲組件412。ADC 406 配置成接收模擬磁信號Smm且產生對應于模擬磁信號的數字信號。在一個實施例中，ADC 406可以包含配置成在模擬磁信號Smm的值隨時間變化時跟蹤其值的跟蹤ADC。數字信號被輸出到偏移補償元件408，該偏移補償元件408配置成從數字信號去除偏移。在一個實施例中，偏移可以包含霍爾板引入的偏移。尤其是，霍爾板典型地可以經歷零點偏移，其中在缺少磁場時產生非零輸出信號。在這種實施例中，偏移補償元件408可以配置成通過操作電流自旋(spin)方法減小零點偏移，其中對于相對于旋轉(例如45°、 60°等)具有對稱接觸的霍爾板，電流的方向通過接觸交換(commutation)離散地自旋。通過平均連續霍爾電壓，可以減小偏移。在備選實施例中，偏移例如還可以包含ADC (例如， ADC的比較器)引入的偏移。在另一實施例中,偏移可以包含AMR磁傳感器引入的偏移。在這種實施例中,偏移補償元件408可以配置成通過操作“翻轉技術”作為偏移補償技術以去除AMR傳感器產生的偏移來減小偏移。翻轉技術可以在短的時間段向與AMR傳感器相鄰(例如在頂部上)的線圈注入高電流。從線圈輸出的磁場翻轉AMR傳感器的輸出信號以產生來自AMR傳感器的斬波效應。例如，片上線圈可以沿著傳感器的每個軸向AMR傳感器產生IOOmA電流脈沖lus。 因而，通過改變(即翻轉)AMR傳感器的輸出信號極性，能夠補償偏移。偏移補償的數字信號從提供的偏移補償元件408輸出到差檢測器410和數字存儲元件412。數字存儲元件412配置成存儲隨時間變化的偏移補償數字信號值。差檢測器 410配置成判斷當前偏移補償數字信號值和原先偏移補償數字信號值之間的差。如圖4所
7示，一個或更多原先偏移補償數字信號可以存儲在數字存儲元件412中且然后提供到差檢測器410，該差檢測器410還從偏移補償元件408接收當前偏移補償數字信號以判斷時間上
數字信號的差。在一個實施例中，檢測的差可以與數字參考水平進行比較且可以基于比較產生包含不同偏移補償數字信號的差的差信號SDIF。如果檢測的差大于數字參考水平，則差檢測器 410可以配置成向激勵信號發生器414輸出指示系統420要激勵(例如喚醒到連續操作模式)的差信號SDIF。如果檢測的差小于數字參考水平，則差檢測器410可以配置成向激勵信號發生器414輸出指示系統420將保持休眠模式的差信號SDIFF。在一個實施例中，激勵信號發生器414可以包含鎖存416和開關418。在一個這種實施例中，鎖存416可以配置成存儲要提供到開關418 (例如輸出晶體管)的數字輸出信號 Srae(例如，柵極電壓)，以告訴開關418它要導通或截止(例如，激勵系統或不激勵系統)。例如，鎖存416可以配置成從差檢測器410接收差信號Sdiff，其中只要檢測的差小于數字參考水平，則差信號Sdiff為低，且如果檢測的差大于差參考水平，則差信號Sdiff為高。因為只要差信號Sdiff為高鎖存416將保持在低輸出，則鎖存的輸出將保持相同。然而，當差信號Sdiff 從高值變成低值時，它將導致鎖存的輸出改變狀態，導通開關418且改變系統420的操作模式(例如將系統從休眠模式喚醒到連續操作模式)。在一個實施例中，開關418可以包含晶體管器件(例如η溝道晶體管器件)，使得鎖存416的輸出包含控制晶體管的操作的柵極電壓。 在一個實施例中，偏移補償元件408判斷的偏移值可以被數字地存儲(例如，在數字存儲元件412中)以連續應用于ADC的輸出。例如，如果偏移值由偏移補償元件408判斷，它可以用在下一操作階段消除磁傳感器的偏移。計算的偏移值的重新使用可以提供偏移補償而不必執行偏移補償技術，由此減小或去除偏移以提供信號的較快獲取且導致激勵過程中(例如，在獲取偏移信號中)時間和能量的節省。圖5a說明用于運動檢測器的激勵電路500 (尤其具有模擬_數字轉換器(ADC)的更詳細的實施例)的框圖。如圖5a所示，ADC 504包含比較器506、數字邏輯元件508和電流導引數字-模擬轉換器(DAC) 510。在一個實施例中，比較器506可以包含配置成接收差分輸入電壓的感測電阻器。 具有一個或更多電流源的電流導引DAC 510可以配置成在比較器506的感測電阻器兩端產生差分輸入電壓，使得霍爾板提供的緩沖差分輸入電壓可以由電流導引DAC提供的電流補償(例如因為I*R=V)。因此，輸入電壓被復制到比較器的感測電阻器且同時電流導引DAC交疊輸入信號與相對信號，使得在跟蹤算法結束時信號被補償。在一個實施例中，其中ADC配置成執行步進跟蹤(例如在每一步ADC計算至少一個顯著的差)，在一個實施例中，數字邏輯元件508可以包含向上/向下計數器。在這種實施例中，向上/向下計數器可以配置成從比較器接收數字比較器信號，該數字比較器信號驅動向上/向下計數器的操作。基于比較器信號，向上/向下計數器將增加或減小其狀態，從而產生導致DAC的輸出跟蹤霍爾板的輸出的數字ADC輸出信號(例如，增加數字ADC輸出信號的“向上計數”模式或減小數字ADC輸出信號的“向下計數”模式)。因此，向上/向下計數器在適當方向計數以跟蹤從霍爾板輸出的磁信號。在一個實施例中，布置在ADC 504上游的一個或更多開關512可以配置成選擇性地耦合霍爾板502的軸到ADC 504以執行電流自旋方法。例如，如圖5a所示的霍爾板502 配置成根據時鐘階段之間的90 旋轉操作。再者，ADC 504 (例如，包含配置成執行偏移補償的數字邏輯)可以產生包含第一霍爾電壓(例如具有正值)的第一斬波信號和包含第二霍爾電壓(例如具有負值)的第二斬波信號之間的差。然后通過從第二斬波信號減去第一斬波信號執行解調，由此消除霍爾電壓的偏移。換句話說，一個或更多開關512可以通過以斬波頻率切換霍爾板502的輸出用作斬波解調電路的第一斬波放大器，這有效地交替地從引入的霍爾信號增加偏移值(例如 IOmV)和減去偏移值(例如-10mV)。由于交換，這種斬波以斬波頻率產生調制的斬波信號。 ADC 504可以用作濾波器，該濾波器配置成去除AC偏移成分且將調制的斬波信號解調回到基帶。因為開關配置成在時域中執行斬波偏移差構建，運動傳感器(例如AMR傳感器，霍爾板)的偏移被消除。這去除了(例如，模擬解決方案中的溫度變化或泄露導致的)不穩定偏移的影響，因為不穩定偏移被消除。圖5b說明示出差構建和斬波偏移的性能如何能夠消除霍爾板的偏移的一個示例的信號圖516。具體而言，圖形518說明從霍爾板輸出的信號522和偏移524，而圖形520 說明ADC 504 (例如，如圖4所示的包含偏移補償電路的ADC內的數字邏輯元件408)產生的數字差。盡管圖5b涉及霍爾板自旋方法，應當意識到斬波偏移和差構建的一般性思想可以類似地應用于AMR傳感器。在第一時鐘階段530期間，接觸C1和C3耦合到第一電流源514a，而一個或更多開關512可以配置成耦合接觸C2和C4到ADC 504以產生具有第一極性的霍爾電壓(例如正霍爾電壓)。具有正偏移值524a的正霍爾電壓522a從霍爾板502遞送到ADC 504。所得到的正霍爾電壓522a和正偏移524a的和被跟蹤為數字信號526，該數字信號526具有比正霍爾電壓522a大的絕對幅度(因為偏移為正，且與霍爾電壓具有相同符號)。在第二時鐘階段532期間，接觸C2和C4耦合到第二電流源514b，而一個或更多開關512可以配置成耦合接觸C3和C1到ADC 504以產生具有第二極性的霍爾電壓(例如負霍爾電壓)。具有正偏移值522b的負霍爾電壓522b從霍爾板502遞送到比較器506。所得到的負霍爾電壓522b和正偏移524b的和被跟蹤為數字信號526，該數字信號526具有比負霍爾電壓522b小的絕對幅度(因為偏移保持正，且與霍爾電壓具有相反的符號)。圖形520形說明在存儲在數字存儲中包含第一霍爾電壓(例如具有正值)的第一斬波信號526和包含第二霍爾電壓的第二斬波信號528之間(例如通過ADC 504的數字邏輯元件508)構建的差536。因為偏移在第一和第二時鐘階段530和532保持相同的符號，偏移信號消除(例如，在時鐘階段532，偏移信號524通過差構建去除)，導致具有兩倍于信號幅度但是沒有偏移的數字信號。圖形520類似地說明在第三時鐘階段534期間通過斬波信號的差構建的偏移值的消除。發明人意識到，如此處所提供，差構建意味著包含備選過程，該備選過程執行偏移消除的相同一般性過程，但是可以通過改變一個或更多信號極性改變過程(例如，加和過程)。例如，在一個備選實施例中，不是通過在第一時鐘階段530的正霍爾電壓522a和第二時鐘階段532的負霍爾電壓522b之間產生正差(例如對應于534)的開關的差構建，開關可以配置成產生在時鐘階段530和532具有相反極性(例如正和負)的偏移，所以加和(而不是差構建)用于消除偏移。應當意識到，在一些實施例中，電路可以不使用執行斬波或自旋的開關操作。例如，如果激勵電路配置成使用短等待時間(例如Ims)操作，則偏移誤差變化(例如溫度變化導致)是可忽略的且斬波可以省略。圖6說明運動傳感器激勵電路的時序圖600，尤其說明了操作模式，其中該運動傳感器激勵電路配置成通過檢測數字信號之間的差產生激勵信號。具體而言，圖6說明示出外部電路的電流消耗的第一圖形610以及示出ADC (例如對應于圖4中的ADC 406)的輸出的第二圖形612。在一個實施例中，激勵電路可以以兩階段操作方法操作，該兩階段操作方案包含 “高電流”操作階段602和“低電流”等待階段604 (例如，其中如下面的圖7所示，低功率振蕩器的電流消耗保持)。兩個階段的使用導致系統的相對低的平均系統操作電流，由此減小系統的功耗(例如，圖形610的平均電流消耗相對低)。具體而言，在操作階段602期間，差檢測元件檢測數字信號的斜率且將數字信號值的變化與數字參考水平608進行比較。如果數字信號值的變化小于數字參考水平608 (例如，對應于磁場的O. 5mT的變化)，則磁場不發生變化或者磁場的變化太小而不能檢測運動，且系統保持在相同的狀態。然而，如果數字信號值的變化超過了數字參考水平608，則磁場的變化被檢測且系統在操作階段結束時(例如在時間T4)被喚醒。在等待階段604期間，比較停止且數字信號值被存儲，使得系統的電流消耗減小到低電流消耗(例如，微安培)。在一個特定示例中，與操作時間相比，等待時間相對長。例如，極低功耗可以使用振蕩器控制的時序方案實現，以操作激勵電路約50us，接著是具有激勵電路的最小電流消耗的將近130ms的等待階段。因為與操作時間相比長的等待時間，整體平均電流稍高于等待電流。如圖6所示，在第一操作階段602a期間，ADC試圖跟蹤從運動傳感器輸出的磁信號，但是不能檢測比數字參考水平大的數字信號的變化，且因而不喚醒系統。在一個實施例中，跟蹤ADC可以識別故障以到達作為穩定/觸發(toggling)數字信號的數字參考水平。 例如，因為數字信號在數字值附近(當它經過時間T2時)觸發，它指示穩定的數字信號且不發生系統喚醒。在第二操作階段602b，ADC試圖跟蹤磁信號，但是因為磁信號在操作時間期間連續上升(例如不觸發)，它檢測到數字信號大于數字參考水平608，且因此不是關閉，激勵電路切換到使得數字信號被跟蹤的較長操作時間。較長的操作時間使得激勵電路知道數字信號(例如磁場變化)超過數字參考水平且因此在該階段結束時它將導通輸出開關(例如輸出晶體管)以喚醒系統。換句話說，如果差檢測被識別，則激勵電路可以喚醒系統，但是如果自適應ADC跟蹤不到達最終值，則操作階段602b的長度可以一直增加，直到ADC識別最終值。在一個實施例中，當系統喚醒時，ADC可以從步進跟蹤模式切換到連續近似模式， 其中不是以二元序列向上計數，ADC通過從最高有效位開始且在最低有效位結束發現信號。 在備選實施例中，當系統喚醒時，ADC能夠從步進跟蹤模式切換到自適應跟蹤模式，其中 ADC配置成以η步增量跟蹤，其中η = 2、4、8等。圖7說明傳感器系統700的更詳細的實施例，該傳感器系統700配置成通過檢測對應于運動傳感器輸出的數字信號的差產生激勵信號。如上所述(例如圖5)，霍爾傳感器系統具有包含霍爾板702、開關704、ADC 706和數字信號組件708(包含偏移補償元件，差檢測器)的信號鏈。數字參考水平源726配置成向差檢測器提供數字參考水平。在一個實施例中，數字參考水平源726可以包含激勵電路內的存儲元件(例如，數字存儲元件)。在備選實施例中，數字參考水平源726可以包含諸如微處理器的外部源，其配置成向激勵電路發送/ 在激勵電路中編程數字參考水平。圖7還說明配置成驅動電路的信號鏈的操作的振蕩器電路712和714。超低功率振蕩器712可以配置成在等待模式中操作為系統的時鐘，而快速振蕩器714配置成在操作階段驅動ADC、偏移補償和差檢測器。因此，超低功率振蕩器712控制激勵時間和等待時間。 在激勵時間期間，快速振蕩器714激勵為用作電路的數字部分(例如，ADC轉換器，接收ADC 的輸出的數字路徑)的時鐘發生器，而在等待模式，快速振蕩器714關閉。在一個實施例中，超低功率振蕩器712可以配置成在等待階段操作以定時輸出鎖存716，使得等待階段的最小電流消耗是源于來自超低功率振蕩器的激勵電路的最小電流消耗。因此，在等待階段期間，超低功率振蕩器712向鎖存716和數字存儲710提供電壓。再次參考圖7，如上所述，鎖存716配置成產生提供到包含晶體管器件718(例如，η 溝道晶體管)的開關的信號。在一個實施例中，鎖存716的輸出可以包含施加于晶體管718 的柵極的電壓。在系統中(例如汽車應用中)存在高電壓的一個實施例中，一個或更多高電壓保護電路720、722可以配置成從高電壓和/或反向電池電壓保護激勵電路的電路組件。例如， 如圖7所示，超低功率振蕩器712和信號路徑(例如元件702-708)可以配置成以低電源電壓(例如1.5V至3V之間)操作。因此，超低功率高電壓和反向電壓保護電路722配置成拒絕高電壓或反向電池電壓(例如，當電池安裝為在相反方向應用電池極性時可能發生)到達超低功率振蕩器712且高電壓和反向電壓保護電路720配置成拒絕高電壓和/或反向電池電壓到達信號路徑702-708。因此，高電壓和反向電壓保護電路720、722保護激勵電路免受由高和/或反向電池電壓可能發生的損壞。在一個實施例中，高壓保護電路720和/或722可以包含以最小電源電流提供低電壓電源電壓的耗盡MOS晶體管或JFET晶體管。在備選實施例中，高壓保護電路720和/ 或722可以包含高電壓耗盡晶體管或一個或更多二極管(例如肖特基二極管)，其中在一個或更多二極管的Pn結配置成阻斷具有錯誤極性的電池電壓時，高電壓耗盡晶體管配置成拒絕高壓。在一個實施例中，超低功率電壓保護電路722可以向鎖存716和/或數字存儲710 提供保護電壓，因為鎖存716和/或數字存儲710耦合到高功率和反向電壓保護。例如，線 724配置成提供能夠在等待階段和操作階段沒有附加電流消耗地在鎖存716和/或數字存儲710中存儲信息的超低電壓。圖8是具有配置成改變激勵電路的操作階段的外部輸入802的傳感器系統的框圖，該傳感器系統配置成產生此處提供的激勵信號。輸出晶體管可以配置成激勵外部系統(例如微處理器)。在一個實施例中，一旦激勵，外部系統可以配置成通過向激勵電路提供外部信號控制激勵電路的操作階段(例如，如圖6所示導致激勵電路從等待模式進入操作模式)。在一個實施例中，外部信號從外部輸入 802提供來激勵數字信號路徑804。在一個備選實施例中，外部信號可以從外部輸入802提供以例如激勵諸如ADC 806和/或偏移補償電路808之類的激勵電路的一個或更多特定組件。在一個實施例中，一旦激勵，外部系統可以配置成在外部輸入802輸入導致激勵電路進入連續操作模式的外部信號。在又一實施例中，一旦激勵，外部系統可以配置成在外部輸入802輸入導致ADC的操作模式變化(例如，從跟蹤模式到連續操作模式)的外部信號。圖9是配置成從激勵電路900向外部系統提供信息的霍爾傳感器系統的框圖。在一個實施例中，在系統開啟之后，激勵電路900可以配置成在數字輸出906向外部系統輸出附加信息。例如，如圖9所示，偏移補償ADC轉換器信號可以從偏移補償器902的輸出提供到數字輸出906 (經由連接線904)和/或差信號或斜率可以從差檢測器輸出到數字輸出 906 (經由連接線910)。諸如ADC輸出和/或差信號的附加信息可以提供運動傳感器感測的磁體的真實位置和/或磁體的運動的幅度(例如，磁場值的幅度的變化)。在從差檢測器提供到系統的斜率指示在磁傳感器的運動中發生緩慢變化的一個實施例中，由于緩慢的變化速度，系統可以拒絕激勵信號。圖10是示出具有如此處提供的磁傳感器的激勵電路的操作的更詳細的實施例的流程圖。盡管方法1000在下文中說明和描述為一系列行為或事件，應當意識到，這種行為或事件的所述順序不應以限制意義理解。例如，一些行為可以以不同順序發生和/或與此處描述和/或公開所不同的其他行為或事件同步發生。另外，可能并不要求所有說明的行為來執行此處公開的一個或更多方面或實施例。而且，此處示意的一個或更多行為可以以一個或更多分離的行為或階段實施。再者，權利要求的主題可以實現為方法、設備、或利用標準編程和/或工程技術的制品，以生產軟件、固件、硬件或其組合以控制計算機以實現公開的主題(例如，圖1、3中示出的電路等是可以用于實現方法1000的電路的非限制性示例)。當在此使用時，術語“制品”旨在涵蓋可以從任意計算機可讀設備、載體或介質訪問的計算機程序。當然，本領域技術人員將意識到可以對所述配置做出很多修改而不偏離權利要求的主題的范圍或精神。在1002，產生與從磁運動傳感器提供的磁信號成比例的數字信號。在1004，對數字信號執行偏移補償。在各個實施例中，偏移補償可以去除由于零點霍爾偏移或AMR偏移產生的偏移。例如，在包含霍爾傳感器的激勵電路中，可以通過本領域中已知的電流自旋技術去除偏移，而在包含AMR傳感器的激勵電路中，可以通過本領域中已知的“翻轉技術”去除偏移。另外，偏移補償例如可以去除ADC和/或比較器產生的補
\-ΖΧ ο在1006，數字信號被數字地存儲。為了檢測運動傳感器輸出信號的差，原先數字信號值存儲在數字存儲元件中，使得它們可以與從數字信號跟蹤組件輸出的新數字信號值進行比較。在以兩階段低功率操作模式操作方法的一個實施例中，與可以不在等待操作階段中執行的方法的其他行為(例如1004，1008)相比，在等待操作階段數字地存儲數字信號。在1008，計算當前數字信號和原先數字信號之間的差。在1010，該差與數字參考水平進行比較且產生差信號。在1012，可以基于差信號產生激勵信號。在一個實施例中，如圖6所述，其中激勵信號配置成在高電流操作階段和低電流
12等待階段操作。在這種實施例中，行為1006、1008-1012可以在高電流操作階段內執行，而數字磁信號的存儲可以在高電流操作階段和低電流等待階段完成。盡管已經參考一個或更多實現方式說明和描述了本發明，可以在不偏離所附權利要求的精神和范圍的條件下對所述示例做出變更和/或修改。尤其是，關于上述組件或結構(例如，套件、設備、電路、系統等)執行的各種功能，用于描述這種組件的術語(包括對于 “裝置”的引用)，除非明確說明，否則旨在對應于執行所述組件的特定功能(例如功能相等) 的任意組件或結構，盡管這些組件并不結構等價于在本發明此處所述的示例性實現方式中執行功能的公開的結構。另外，盡管已經參考若干實現方式僅其中之一公開了本發明的特定特征，這種特征可以與其他實現方式的一個或更多其他特征組合，對于任意給定或特定應用，這可能是需要且有利的。再者，某種程度而言，在詳細描述和權利要求中使用術語“包括”、“包含”、“具有”、“具”、“含有”及其變型，這些術語旨在以類似于術語“包含”的方式被包括。
權利要求
1.一種電路,包括運動傳感器元件，配置成向數字差檢測電路輸出對應于檢測的運動的運動傳感器輸出信號;其中，該數字差檢測電路包括數字測量元件，配置成跟蹤運動傳感器輸出信號且產生數字信號；數字存儲元件，配置成存儲對應于隨時間產生的運動傳感器輸出信號的一個或更多原先數字信號；以及差檢測器，配置成檢測當前數字信號和原先數字信號之間的差，其中如果差大于數字參考水平，則該差檢測器使激勵信號發生器產生將系統從休眠模式喚醒的激勵信號。
2.根據權利要求I所述的電路，其中數字測量元件包括模擬-數字轉換器，該模擬-數字轉換器配置成通過將運動傳感器輸出信號轉換成對應于感測的運動的數字信號跟蹤運動傳感器輸出信號。
3.根據權利要求2所述的電路，還包括雙階段操作元件，該雙階段操作元件配置成使得數字差檢測電路根據兩階段操作模式操作，兩階段操作模式包括操作階段，具有第一電流消耗，在該階段期間模擬-數字轉換器跟蹤運動傳感器輸出信號且差檢測器測量運動傳感器輸出信號的變化；以及低功率等待階段，其中模擬-數字轉換器和差檢測器不被供電。
4.根據權利要求2所述的電路，還包括一個或更多開關，布置在運動傳感器元件和數字差檢測電路之間，該一個或更多開關配置成以提供包括偏移的第一斬波信號和包括偏移的第二斬波信號的頻率操作，其中該數字差檢測電路可以通過從第一和第二斬波信號構建調制數字信號消除偏移。
5.根據權利要求4所述的電路，其中該差檢測器配置成通過比較不同時間的數字信號值以測量數字信號幅度的變化來檢測數字信號的差，其中如果數字信號幅度的變化大于數字參考水平，則激勵信號發生器產生激勵信號。
6.根據權利要求4所述的電路，其中該差檢測器配置成通過檢測連續向上變化一定時間或連續向下變化一定時間檢測數字信號的差，其中如果連續變化的時間大于數字參考水平，則激勵信號發生器產生激勵信號。
7.—種激勵電路,包括磁運動傳感器，配置成輸出與測量的磁場成比例的磁信號；數字差檢測電路，配置成根據包括低功率等待階段和操作階段的低功率模式操作，其中在操作階段，數字差檢測電路將當前數字信號與存儲在數字存儲元件中的原先數字信號進行比較以檢測數字信號的差，其中如果數字信號的差大于數字參考水平，則差檢測電路使激勵信號發生器產生將系統從休眠喚醒的激勵信號，并且其中在等待階段，數字信號被存儲。
8.根據權利要求7所述的激勵電路，其中該數字差檢測電路包括模擬-數字轉換器，配置成通過將磁信號轉換成對應于磁場的數字信號跟蹤測量的磁場；以及差檢測器，配置成測量數字信號的差且輸出包括關于數字信號的差的幅度的信息的差信號。
9.根據權利要求8所述的激勵電路，其中在系統被激勵之后，從模擬-數字轉換器輸出的數字信號或差檢測器的差信號輸出能夠輸出到系統。
10.根據權利要求8所述的激勵電路，其中在系統被激勵之后，模擬-數字配置成從步進跟蹤模式變化到連續操作模式或自適應跟蹤模式。
11.根據權利要求8所述的激勵電路，其中該模擬-數字轉換器包括比較器，配置成從磁運動傳感器接收差分輸入電壓輸出；數字跟蹤電路，配置成實現磁信號的數字跟蹤；以及數字模擬轉換器，配置成補償比較器的差分輸入電壓。
12.根據權利要求8所述的激勵電路，還包括偏移補償電路，該偏移補償電路位于模擬-數字轉換器和差檢測器之間且配置成去除磁信號的偏移，使得差檢測器將第一偏移補償信號與第二偏移補償信號進行比較。
13.根據權利要求12所述的激勵電路，還包括布置在磁運動傳感器和模擬-數字轉換器之間的一個或更多開關，該一個或更多開關配置成以實現電流自旋方法的斬波頻率選擇性地操作以提供包括偏移的第一斬波信號和包括偏移的第二斬波信號，其中該數字差檢測電路可以通過從第一和第二斬波信號構建調制數字信號消除偏移。
14.根據權利要求12所述的激勵電路，還包括超低功率振蕩器，配置成在等待階段操作為用于激勵電路的時鐘；以及快速振蕩器，配置成在操作階段驅動模擬-數字轉換器、偏移補償元件和差檢測器。
15.根據權利要求7所述的激勵電路，其中操作階段能夠從外部于激勵電路的系統或通過實現穩定數字信號而初始化。
16.根據權利要求7所述的激勵電路，還包括配置成拒絕高電壓或反向電池電壓的一個或更多高電壓保護電路。
17.根據權利要求16所述的激勵電路，其中高電壓保護電路包括以最小電源電流為超低功率振蕩器和鎖存和數字存儲元件提供低電壓電源電壓的耗盡MOS晶體管或JFET晶體管。
18.根據權利要求7所述的激勵電路，其中數字參考水平從外部于激勵電路的設備提供到激勵電路。
19.一種用于從休眠激勵系統的方法，包括產生與測量的磁運動傳感器信號成比例的數字信號；檢測當前數字信號和存儲在數字存儲元件中的原先數字信號之間的差；以及將檢測的差與數字參考水平進行比較，其中如果差大于數字參考水平，則激勵信號將系統從休眠模式喚醒。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括執行偏移補償以去除磁運動傳感器信號的偏移，其中偏移補償包括計算運動傳感器的偏移值之間的差；以及產生具有調制幅度的斬波信號，該調制幅度基于偏移值之間的差；其中第一偏移補償信號與第二偏移補償信號進行比較。
全文摘要
本發明的一個實施例涉及通過測量對應于運動傳感器測量值的數字信號的斜率執行系統的低功率激勵的方法和設備。在一個實施例中，低功率激勵電路耦合到磁運動傳感器，該磁運動傳感器配置成輸出與測量的磁場成比例的磁信號。該低功率激勵電路可以包括配置成提供跟蹤磁場的數字信號的數字跟蹤電路以及配置成檢測當前數字信號和存儲在數字存儲裝置中的原先數字信號之間的差的差檢測器。如果檢查的差大于數字參考水平，則輸出將系統從休眠模式喚醒的激勵信號。
文檔編號G01R33/07GK102590767SQ20121000947
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月13日 優先權日2011年1月14日
發明者M.莫茨 申請人:英飛凌科技股份有限公司