CN101120264A - 用于可编程传感器补偿集成电路的毫伏输出电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种输出传感器装置、系统和方法，其包括一电路，该电路包含多个电桥电阻器和一个或多个耦合到该多个电桥电阻器的连接电阻器。此外，可编程放大器可以耦合到该连接电阻器，其中该电路产生变化方式类似于惠斯通电桥电路传感器的输出的输出信号。因此，提供了一种电路，该电路可以很容易地添加到现有可编程集成电路(IC)芯片中。

Description

用于可编程传感器补偿集成电路的毫伏输出电路
技术领域
实施例基本涉及传感器方法和系统。实施例也涉及传感器应用中所采用的惠斯通电桥电路。实施例还涉及可编程传感器及其集成电路。
背景技术
惠斯通电桥电路正用在多种传感应用中，尤其是那些与磁致电阻有关的应用，磁致电阻是指物体的电阻受磁通量影响的现象。在这些应用中，物体的电阻以可预测的方式随磁通量的变化而改变，这使得该物体适合在磁场传感器中用作磁电换能器。然而，同任何电阻物体一样，该物体的电阻还受到其他环境因素的影响，例如温度。在实用但灵敏的传感器应用中，一个问题涉及到配置一些装置，用于区分由变化的磁通量得到的换能器信号和源于其他环境源的无用换能器信号。常用的方法是在惠斯通电桥的配置中包含至少一个磁阻元件。
众所周知，可以利用惠斯通电桥测量电路来测量许多物理参数。典型地，惠斯通电桥测量电路包括两个并联支路，其中每个并联支路包括两个串联支路。在其中一个串联支路上可以连接参数响应阻抗，例如温度响应电阻器。为了确定可变阻抗的值，继而确定所监测参数的值，现有技术中的电桥通常调整在平衡状态，由此在电桥的对角线上得到零电压。该对角线位于两并联支路抽头之间。通过调整电桥阻抗而非监测阻抗的值，电桥可以手动或自动地激活到平衡状态。
达到平衡状态后，利用熟知的平衡方程可以计算可变参数响应阻抗的值。从计算得到的参数响应阻抗的值，可以根据参数值与该参数响应阻抗的阻抗值之间的已知关系来计算参数的值。这些计算可以通过人工计算或自动计算来完成。
因此，许多传感器采用惠斯通电桥电路的配置，其基本上是非常简单的电路。然而，传感器的补偿要求增加与有源元件串联或并联的电阻。最近，可编程的补偿集成电路(IC)已经实现，这使得传感器电路的数字补偿成为可能。然而，由于模数和数模转换器的限制，这些配置会产生放大的电压输出，典型的输出范围为0.1V到4.9V。在其它应用中作为替代，理想的轨对轨(rail-to-rail)电路很难实现。不幸的是，目前没有可用的集成电路能产生与未放大的惠斯通电桥电路输出相似的输出。
发明内容
提供下面的概述是为了促进对这里所公开实施例的某些独特的创新特征的理解，并不是完整的描述。通过将整篇说明书、权利要求、附图以及摘要看成一个整体，可以全面了解实施例的各个方面。
因此，本发明的一个方面是提供经过改进的传感器装置、方法和系统。
本发明的又一个方面是提供经过改进的可编程传感器及其集成电路。
本发明的前述各方面以及其他目的和优点将如此处描述的那样而得以实现。公开了一种输出传感器装置、系统和方法，其包括一种电路，该电路包含多个电桥电阻器和一个或多个耦合到该多个电桥电阻器的连接电阻器。此外，可编程放大器可以耦合到该连接电阻器，其中该电路产生变化方式与惠斯通电桥电路传感器的输出相似的输出信号。该可编程放大器在约正或负1mA的电流下可以产生约0V～5V的信号。
电桥电阻器可配置成包含四个电桥电阻器，包括耦合到第二电阻器的第一电阻器，连接到第二电阻器的第三电阻器，连接到第三电阻器和第二电阻器的第四电阻。连接电阻器一般连接到电桥电阻器的第一电阻器和第四电阻器。
附图说明
随附的附图融入并组成了说明的一部分，其中相近的参考数字表示不同视图中相同或功能相似的元件，附图进一步阐述了本发明，并且与本发明的详细描述一起解释本发明的原理。
图1是示出能够根据一个优选实施例实施的电路的示意图；
图2是示出能够根据一个优选实施例实施的系统的高级框图；
图3是示出能够根据另一实施例实施的系统的高级框图。
具体实施方式
这些非限制示例中所讨论的特定数值和配置可以改变，其引用仅仅是为了说明至少一个实施例，并非要限制这里所公开的权利要求的范围。
图1是示出可以根据本发明的一个优选实施例实施的电路100的示意图。电路100一般包含多个或一组116电桥电阻器118、120、124、122，以及一个或多个耦合到电桥电阻器118、120、124、122的连接电阻器114。因此，第一电桥电阻器118连接到第二电桥电阻器124，第二电桥电阻器124接着连接到第三电桥电阻器122。第四电桥电阻器120连接到第三电桥电阻器122。连接电阻器114一般在节点134处连接到第一电桥电阻器118和第四电桥电阻器120。
连接电阻器114一般也在引脚11处连接到可编程放大器112。注意可编程放大器112包含多个引脚，包括引脚1-14。在图1所示的示意图中，可编程放大器112也标记为U1。可编程放大器112能够在正或负1毫安的电流下产生范围为约0V到5V的信号。此外，电压Vin +138位于节点146，电压Vin -144位于节点136。相似的，电压Vout -140位于节点148，而电压Vout +142位于节点134处。
一组102可变电桥电阻器104、106、108和110也在图1中示出，表明这些电阻可以在点A、B、C、D连接或不连接到电路100。例如，节点130和132可以连接到可编程放大器112的引脚7和节点133。
一般来说，电路100可以添加到任何可用的可编程集成电路芯片中，并产生变化方式与惠斯通电桥电路传感器的输出相似的输出信号，使得不昂贵的可编程集成电路能够代替单独调节的电阻器使用。例如，根据设计考虑，在约为2.5伏的共模电压下，该信号可以处于正或负100mV或更低的范围内。
图2是示出能够根据本发明的一个优选实施例实施的系统200的高级框图。注意在图1-2中，使用相同的参考数字标记相同或相似的部件。系统200一般包含电路100，电路100包含可编程放大器112，其与图1所示的一组116电桥电阻器进行通信。此外可编程IC 202耦合到电路100。注意，在约2.5伏下，该电路产生的输出信号可以是例如范围为约0到100mV的信号。
图3是示出能够根据另一实施例实施的系统300的高级框图。注意在图1-3中，一般使用相同的参考数字标记相同和相似的部件或元件。因此，系统300包含有源惠斯通电桥102，其电连接到可编程放大器112。无源惠斯通电桥116也电连接到可编程放大器112。一个或多个数据线302和304连接到可编程放大器112。因此，有源惠斯通电桥102由可变电阻器104、106、108、110组成，如图1所示。无源惠斯通电桥116由电阻118、120、124和122组成，也如图1所示。
这里所述的实施例和示例是为了很好地解释本发明及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够制造并利用本发明。然而，本领域的技术人员将意识到，前面的描述和示例仅用作说明和范例。本发明的其他改变和修改对本领域的技术人员将是显而易见的，并且随附的权利要求也有意覆盖这些改变和修改。
所述的说明并无意对本发明作详尽的阐述或限制本发明的范围。按照上述的教导，在不脱离以下权利要求范围的前提下可以有许多修改和改变。本发明的使用可能涉及到具有不同特征的部件。本发明的范围将由随附的权利要求界定，完全承认所有方面的同等物。

Claims (20)

1.一种输出传感器装置，包括：
包含多个电桥电阻器和至少一个耦合到该多个电桥电阻器的连接电阻器的电路；及
可编程放大器，耦合到该至少一个连接电阻器，其中所述电路产生变化方式与惠斯通电桥电路传感器的输出相似的输出信号。
2.权利要求1的装置，其中所述可编程放大器产生范围为约0V～5V的信号。
3.权利要求3的装置，其中所述可编程放大器在近似正或负1mA的电流下产生所述范围为约0V～5V的所述信号。
4.权利要求1的装置，其中所述多个电桥电阻器包含四个电桥电阻器，包括耦合到第二电阻器的第一电阻器，连接到该第二电阻器的第三电阻器，以及连接到该第三电阻器和该第二电阻器的第四电阻器。
5.权利要求4的装置，其中所述至少一个连接电阻器连接到所述多个电桥电阻器的所述第一电阻器和所述第四电阻器。
6.权利要求1的装置，其中由所述电路产生的所述输出信号包含范围约为正或负100mV的信号。
7.权利要求6的装置，其中由所述电路产生的所述输出信号在约2.5V下包含范围约为正或负100mV的所述信号。
8.权利要求1的装置，还包括可编程集成电路(IC)，其可以连接到所述电路和所述可编程放大器。
9.权利要求1的装置，还包括传感器，该传感器包括所述电路和所述可编程放大器。
10.一种输出传感器系统，包括：
包含多个电桥电阻器和至少一个耦合到该多个电桥电阻器的连接电阻器的电路，其中该多个电桥电阻器包含四个电桥电阻器，包括耦合到第二电阻器的第一电阻器，连接到该第二电阻器的第三电阻器，以及连接到该第三电阻器和该第二电阻器的第四电阻器，其中所述至少一个连接电阻器连接到所述多个电桥电阻器的该第一电阻器和该第四电阻器。
耦合到所述至少一个连接电阻器的可编程放大器，其中所述电路产生变化方式与惠斯通电桥电路传感器的输出相似的输出信号；及
可编程集成电路(IC)，其可连接到所述电路和所述可编程放大器。
11.权利要求10的系统，其中所述可编程放大器产生范围为约0V～5V的信号。
12.权利要求11的系统，其中所述可编程放大器在近似正或负1mA的电流下产生所述范围为约0V～5V的所述信号。
13.权利要求11的系统，其中由所述电路产生的所述输出信号包含范围为约正或负100mV的信号。
14.权利要求13的系统，其中由所述电路产生的所述输出信号在约2.5V下包含范围约为正或负100mV的所述信号。
15.一种输出传感器方法，包括以下步骤：
提供一电路，该电路包含多个电桥电阻器和至少一个耦合到该多个电桥电阻器的连接电阻器；
将可编程放大器连接到所述至少一个连接电阻器；及
从所述电路产生输出信号，该输出信号的变化方式与惠斯通电桥电路传感器的输出相似。
16.权利要求15的方法，其中所述可编程放大器产生范围为约0V～5V的信号。
17.权利要求16的方法，其中所述可编程放大器在近似正或负1mA的电流下产生所述范围为约0V～5V的所述信号。
18.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
配置所述多个电桥电阻器以包含四个电桥电阻器，包括耦合到第二电阻器的第一电阻器，连接到该第二电阻器的第三电阻器，以及连接到该第三电阻器和该第二电阻器的第四电阻器；及
将所述至少一个连接电阻器连接到所述多个电桥电阻器的该第一电阻器和该第四电阻器。
19.权利要求16的方法，其中由所述电路产生的所述输出信号包含范围为约正或负100mV的信号。
20.权利要求6的方法，其中由所述电路产生的所述输出信号在约2.5V下包含范围约为正或负100mV的所述信号。
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