CN101960320B - 对于磁传感器的滞后偏移取消 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感器，所述传感器包括磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压。所述传感器还包括电路，耦合到所述MR感测设备，用以从所述AC信号电压中去除DC偏移。所述DC偏移可以与所述MR感测设备的所述滞后特性相关。为了去除DC偏移，所述电路可以获得平均DC偏移并且从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移以产生传感器输出信号。

Description

对于磁传感器的滞后偏移取消
技术领域
本发明总体上涉及磁场传感器，并且尤其涉及利用磁阻(MR)感测元件的磁场传感器。
背景技术
所有的磁材料都具有滞后。滞后，具体地说是磁滞，是指施加到材料的磁场的历史依赖本质。由于诸如巨磁阻(GMR)传感器的磁阻(MR)传感器由磁材料制成，其响应表现出滞后的效应。由于电阻在前向方向上的变化(用于增加所施加的磁场)与在反向方向上的变化(用于降低所施加的磁场)不同，电阻相对于所施加的磁场的曲线形成滞后环路。因而滞后环路表示阻抗不仅仅取决于所施加的磁场，还取决于所施加磁场的先前情况。
由滞后产生的误差采取传感器输出中的直流(DC)偏移的形式。尽管诸如GMR传感器的MR传感器通常比例如霍尔效应传感器的其它类型的磁场传感器提供更高的灵敏度，但是由于这些MR传感器的滞后特性，目前并不用于高分辨率传感器应用。
发明内容
通常，在一方面，本发明涉及传感器。所述传感器包括：磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定平均DC偏移，其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值。
本发明的另一方面，涉及一种传感器，包括：磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的周期平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述周期平均DC偏移，以生成校正的输出信号，其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定平均DC偏移，其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值，其中所述DC偏移确定器还包括周期平均电路，用以基于针对预定数量的时钟周期提供的所述平均DC偏移来生成所述周期平均DC偏移。
本发明的另一方面，涉及一种传感器，包括：磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定所述平均DC偏移，其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值，并且其中所述DC偏移确定器还包括用以调节所述平均DC偏移以使得所述校正的输出信号包括非零DC分量的电路。
本发明的实施例可以包括下面特征中的一个或者多个。所述DC偏移可以与所述MR感测设备的滞后特性相关。所述MR感测设备可以包括感测元件，用以感测所述磁场并且所述感测元件可以是巨磁阻(GMR)元件、磁隧道结(MTJ)元件、隧道磁阻(TMR)元件或者各向异性磁阻(AMR)元件。所述电路可以包括DC偏移确定器，用以接收所述AC信号电压作为输入并且提供平均DC偏移作为输出。所述电路还可以包括用以从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移以产生传感器输出信号的设备。所述DC偏移确定器可以包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路。所述正峰值检测部分、所述负峰值检测部分、所述求和模块以及所述平均电路可以在数字域中操作。所述正峰值检测部分和所述负峰值检测部分可以包括保持电路，用以将由所述DC偏移确定器进行的偏移确定延迟至少一个时钟周期。
所述DC偏移确定器可以包括周期平均电路，用以基于针对预定数量的时钟周期提供的所述平均DC偏移来产生周期平均DC偏移。可以在所述电路中包括检测器，用以根据所述平均DC偏移和所述周期平均DC偏移产生误差信号。所述DC偏移确定器可以包括用以调节所述平均DC偏移以使得所述AC信号电压在所述DC偏移去除之后包括非零DC分量的电路。
在另一方面中，本发明涉及一种电流传感器，包括：导体，向所述导体施加待测量的电流；磁阻(MR)感测设备，响应于在向所述导体施加电流时在所述导体中生成的磁场，产生与所述电流成比例的AC信号电压；以及电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定所述平均DC偏移，并且其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值。
在另一方面中，本发明涉及一种感测方法，所述感测方法包括利用磁阻(MR)感测设备感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；对于所述AC信号电压确定平均DC偏移；通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，生成校正的输出信号；其中确定所述平均DC偏移包括：针对给定周期，对于所述AC信号电压确定正峰值和负峰值；以及生成所述正峰值和所述负峰值之和；以及将所述和除以二以产生所述平均DC偏移，其中确定所述正峰值包括：将所述AC信号与第一数模转换器(DAC)输出信号进行比较以生成第一比较信号；将所述第一比较信号与第一时钟信号逻辑相关，以生成第一逻辑信号；通过对所述第一逻辑信号的转变计数，生成第一计数器输出信号；以及转换所述第一计数器输出信号以生成所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号包括所述AC信号的所述正峰值，并且其中确定所述负峰值包括：将所述AC信号与第二数模转换器(DAC)输出信号进行比较以生成第二比较信号；将所述第二比较信号与第二时钟信号逻辑相关，以生成第二逻辑信号；通过对所述第二逻辑信号的转变计数，生成第二计数器输出信号；以及转换所述第二计数器输出信号以生成所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号是所述负峰值。。
附图说明
通过根据对下面附图的详细描述，能够更加充分地理解本发明的前述特征以及本发明本身，在附图中：
图1示出了具有磁场传感器和DC偏移去除电路的示例性传感器，所述DC偏移去除电路包括DC偏移确定器；
图2示出了实现为具有巨磁阻(GMR)感测设备的闭环电流传感器的示例性磁场传感器；
图3示出了示例性的DC偏移确定器；
图4示出了对于具有DC偏移的所感测的AC信号的示例性波形；
图5示出了包括偏移差值检测器以产生输出误差的示例性可选传感器实施例；
图6示出了对于非零DC偏移的DC偏移确定器的示例性可选实施例；以及
图7A-7B示出了正峰值检测(图7A)和负峰值检测(图7B)的示例性可选实施例。
将使用类似的附图标记代表类似的元件。
具体实施方式
参照图1，示出了包括耦合到DC偏移去除电路14的磁场传感器12的传感器10。磁场传感器12将所感测的磁场转换为与所感测的磁场成比例的AC信号电压，该AC信号电压表示为感测电压Vs16。DC偏移去除电路14接收由磁传感器12测量的电压Vs16作为输入并且在传感器输出处提供对于DC偏移已经调节过的AC信号电压(表示为输出电压Vout18)。DC偏移去除电路14用于去除与感测磁场相关联的DC偏移，具体地说是磁场传感器12的DC偏移相关滞后特性。例如，在下面将更加充分描述的，在磁场传感器12采用某类型的磁阻(MR)感测设备时，DC偏移是滞后引起的DC偏移。
理想的传感器操作是所测量的AC信号集中在零点(0V DC)参考周围，或者可选地，集中在基于已知的非零点偏移的非零点参考周围，即用户所期望的。任何不期望的DC偏移导致所感测的AC信号在幅度上(在正方向或者负方向上)偏移而使得其不再关于零点参考或者相对于期望的非零偏移对称。或者，其相对于不期望的DC偏移对称。因此，期望从AC信号中去除这样的不期望的DC偏移。
仍然参照图1，DC偏移去除电路14包括确定AC信号中存在的不期望的DC偏移的量的DC偏移确定器20。由确定器20确定的不期望的DC偏移采取平均DC偏移的形式，如下面将描述的，对于单个时钟周期表示为平均DC偏移22，或者对于比单个时钟周期更多的时钟周期表示为平均DC偏移22’(这里也被称为周期平均DC偏移22’)。DC偏移去除电路14进一步包括这里表示为放大器24的设备以将不期望的DC偏移与所感测的AC信号电压16分离开。放大器24接收所感测的AC信号电压16以及平均DC偏移22(或者周期平均DC偏移22’)作为输入。然后从所感测的AC信号电压16中减去平均DC偏移22(或者周期平均DC偏移22’)以在其输出处产生输出电压Vout18，因而有效去除由于感测磁场而产生的不期望的DC偏移。通过以这种方式取消或者最小化MR传感器所表现的滞后效应，能够精确测量甚至非常小的信号。
在一个实施例中，利用具有引脚、端子或者引线28，标记为28a，28b和28c，的传感器集成电路(IC)26实现传感器10。如图所示，引线28a是VCC引脚以连接到电源30，引线28b是传感器输出Vout引脚以使能外部应用设备接收或者监视传感器输出电压Vout18，并且引线28c是接地(GND)引脚以连接到地32。去耦合电容器34连接在电源30和地32之间。通过VCC引脚28a将功率提供到IC26，该VCC引脚28a内部连接到电压调节器36。电压调节器36向传感器IC26的子电路提供基本上恒定的电压。诸如磁场传感器12和DC偏移去除电路14的子电路从电压调节器30获得功率。稳压二极管38提供在电压调节器36的电源侧和地之间，以在电源侧对地短路时保护该电压调节器。GND引脚28c在内部连接以对于传感器的子电路提供接地连接。例如为了简化目的，除去了诸如控制和时钟生成的其它电路。
参照图2，在一个示例性实施例中，将磁场传感器12表示为电流传感器。电流传感器12包括导体40和磁芯42。导体40提供终端端子IP+和IP-之间的传导路径。在IC实现中，终端端子可以呈现为IC的附加I/O引脚。将电流传感器12图示为简单的AC电流测量、闭环电流传感器。其包括位于导体40附近的感测设备44。流经导体40的施加电流生成磁场46，该磁场46由感测设备44感测并且被转换为成比例的电压。电流传感器12还包括耦合到感测设备44和反向偏置电路50的运算放大器48，该反向偏置电路50耦合到放大器48和感测设备44。
如所示，在一个示例性实施例中，感测设备44是GMR感测设备。GMR感测设备44可以包括暴露于磁场并且感测该磁场的至少一个GMR元件(即GMR类型的电阻器或者磁阻器)(“感测元件”)。GMR感测设备44可以设计成采用作为感测元件操作的一个元件，或者包括至少一个感测元件的多个GMR元件。在使用两个或者更多GMR元件时，可以按照全桥(惠斯登桥)或者半桥(分压器)配置进行设置。可以存在两个感测元件，例如两个螺旋阀元件，设置该两个感测元件以使得在存在磁场时一个感测元件的电阻增加而另一个感测元件的电阻降低。
尽管图2中说明的设计是闭环电流传感器，但是也可以考虑其它类型的电流传感器(例如，其它类型的闭环或者开环设计)以及测量除电流以外的其它参数(例如偏移)的磁场传感器。在2007年8月21日授予的专利号为7,259,545，发明名称为“Integrated Sensors”，申请人为Stauth等人并且转让给本申请的受让人Allegro微系统公司的美国专利中描述了闭环和开环传感器配置的不同示例。
而且，尽管将感测设备44表示为GMR感测设备，但是可以利用任何类型的MR元件制造该感测设备，该MR元件包括但并不限于：GMR，包括非固定的夹层，防铁磁多层以及螺旋阀结构；各向异性磁阻(AMR)；磁隧道结(MTJ，也被称为螺旋依赖隧道或者“SDT”)；以及隧道磁阻(TMR)。替代或者包括已知的霍尔效应传感器DC偏移取消或者调节方案，这里提供的DC偏移去除机制也用于霍尔效应传感器中，例如斩波器稳定和有源板切换。
将要由感测设备44测量的电流施加到导体40的传导路径。在操作期间，流经传导路径的施加电流生成由感测设备的一个或者多个感测(或者有源)元件感测的磁场。所感测的磁场46改变感测设备44的任何内部感测元件的电阻。差值放大器48接收由GMR感测设备44产生的电压52，这里表示为在信号Vo1和Vo2(分别标识为52a和52b)之间可用的差分电压，并且经由输出信号54反过来驱动反向偏置电路50。反向偏置电路50可以实现为由匹配的双极结晶体管对构成的推拉输出级。反向偏置电路50反过来产生反馈信号56。将反馈信号56施加到感测设备44的内部补偿电流环路(未示出)，这使通量梯度被驱动为零。
典型地，在例如所示的闭环结构中，感测设备44还包括接近感测元件放置的反馈线圈。感测设备44上的反馈线圈用于生成磁场以与由导体40中的电流生成的场相对。使通量为空所需的电流是电流传感器输出，电阻器58将该电流转换为感测电压Vs16。反向偏置电路50连同反馈线圈提供闭环控制，该闭环控制将感测元件维持在零磁通量点附近。
现在转向图3，示出了根据一个示例性实施例的DC偏移确定器20的细节。该特定实施例操作以从AC信号电压Vs16去除全部或者基本上全部DC偏移。在一种实现中，DC偏移确定器20可以提供平均DC偏移22作为输出。可以实现DC偏移确定器20以产生在多于一个周期，即预定数量的周期“N”，上平均的平均DC偏移，其中N大于一，参照先前的图1被称为周期平均的DC偏移22’。在DC偏移确定器20的输出处可以使DC偏移22，22’中的一个或者两个可用。
将所感测的AC信号电压Vs16提供到(DC偏移确定器20的)两个单独的峰值检测部分：正峰值检测部分60a和负峰值检测部分60b。在所说明的实施例中，将峰值检测实现为数字峰值检测。正峰值检测部分60a检测并且保持所感测的AC信号电压Vs的正峰值漂移(excursion)的值，并且在输出62a处提供具有正符号的峰值。类似地，负峰值检测部分60b检测并且保持所感测的AC信号电压Vs的负峰值漂移的值，并且在输出62b处提供具有负符号的峰值。如果对于所感测的AC信号电压Vs存在DC偏移分量，则在这些输出处将存在。使用求和模块64以对输出62a和62b处的具有正符号和负符号的峰值进行求和，产生数字和值65。
仍然参照图3，并且更加具体地参照正峰值检测器60a，将模拟电压Vs16输入到比较器66a，比较器的输出是代表Vs的即时值的比较信号。比较器66a具有用于接收输入信号Vs的非反相输入68a和用于接收参考信号的反相输入70a。比较器66a向门74a提供输出72a，将该门74a的输出提供作为到计数器78a的输入76a。还向门74a提供时钟信号80a以管理输入72a到计数器78a的时钟。计数器78a向数模转换器(DAC)82a提供N比特数字输出81a，该数模转换器82a反过来提供模拟输出信号(代表存储在计数器78a中的数字计数的电压电平)70a作为到比较器66a的参考输入。而且，将N比特数字计数器输出提供作为到存储具有正符号的峰值+Vpmax的正峰值保持(或者锁存)单元86a的输入84a。
比较器66a对呈现为输入68a的输入信号与来自DAC82a的模拟电压70a进行比较。如果输入68a处的信号Vs的峰值幅度大于在输入70a(DAC输出)处呈现的信号的峰值幅度，则比较器66a提供到门74a的输出，使门74a向计数器78a提供高信号。如果输入68a处的信号Vs的峰值幅度不大于在输入70a(DAC输出)处呈现的信号的峰值幅度，则向计数器78a提供低信号。将计数器78a的输出输入到数模转换器(DAC)82a，该DAC的输出是输入到比较器66a用于与Vs比较的类似斜坡的信号。因而，在Vs等于或者大于DAC82a的输出时，比较信号72a是高信号(逻辑1)，否则是低信号(逻辑0)。
负峰值检测部分60b的结构与正峰值检测部分60a的结构相镜像。比较器66b具有用于接收信号Vs的反相输入68b以及用于接收参考信号的非反相输入70b。比较器66b提供到门74b的输出72b，将门74b的输出提供作为到计数器78b的输入76b。还向门74b提供时钟信号80b以管理输入72b到计数器78b的时钟。计数器78b向数模转换器(DAC)82b提供N比特数字输出81b，该数模转换器(DAC)82b反过来提供作为到比较器66b的参考输入70b的模拟输出信号。而且，将N比特数字计数器输出提供作为到存储具有负符号的峰值-Vpmin的负峰值保持(或者锁存)单元86b的输入84b。
因而，在每一个峰值检测部分60a，60b中，比较器66a，66b选择性地驱动门74a，74b，该门74a，74b反过来驱动含有数字计数的计数器78a，78b。取决于门的状态以及计数器中的计数，将计数器中的计数选择性地增加或者降低预定量。通过数模转换器(DAC)82a，82b转换该计数以提供比较器参考信号70a，70b。相对于零点参考(或者地)测量正峰值(+Vpmax)和负峰值(-Vpmin)。对于每一个时钟周期确定和值65，即正峰值或者幅度与负峰值或者幅度之间的差值。
确定器20还包括平均电路88(表示为“和/2电路”88)，其提取数字和值65并且使该和值除以二以产生数字平均的DC偏移值90。如果信号中不存在DC偏移，则值90将是零。因而，值90等于在所感测的AC信号电压Vs中存在的DC偏移的平均值。如先前描述的，可以期望产生在N个时钟周期上平均的平均DC偏移值。因此，如附图中所示，DC偏移确定器20可以进一步包括周期平均电路92以产生数字周期平均DC偏移值94。更加具体地说，周期平均电路92将接收对于N个周期中的每一个周期的平均DC偏移值90并且确定N个值的平均。周期平均电路92可以维持滑动(running)平均，或者存储值90并且取平均以仅在已经接收了N个周期的值时确定周期平均DC偏移值94。N的选择是设计选择的事情。
一旦确定了数字平均DC偏移值90，通过第三DAC，DAC96，将其转换为模拟DC偏移(即平均DC偏移22)。将平均DC偏移22作为电压输入提供到放大器24(来自图1)。如果还提供数字周期平均值94，则将采用DAC98以将该数字值转换为模拟周期平均DC偏移22’。然后可以将周期平均DC偏移22’作为电压输入提供到放大器24，而不是每周期平均DC偏移22。偏移22，22’都能够提供作为输出，一个到放大器24并且另一个(或者二者)用于其它目的，将参照图5描述其中的示例。尽管将所说明的DC偏移确定器20实现为数字设计，但是可以用模拟实现来代替。
图4示出了对于包含DC偏移104的所感测的AC信号102的示例AC波形100。将AC信号说明为正弦形状的信号。具有DC偏移的正弦形状的信号相对于零点参考具有不相等的正峰值和负峰值，分别表示为+Vpmax和-Vpmin。通过DC偏移确定器20(来自图3)的每一个峰值检测部分的计数器/DAC电路以由时钟频率设定的预定采样速率获取AC信号的采样106。将理解，尽管示出了小间隔的采样，但是也可对所感测的AC信号102进行连续采样。DC偏移确定器20使用该采样对于每一个周期测量AC信号相对于零点参考的正峰值(+Vpmax)和负峰值(-Vpmin)并且根据这些峰值确定DC偏移104的值，如先前参照图3所讨论的。作为简单的示例，如果AC信号102具有20V的峰峰值并且DC偏移移位104是+1V，则+Vpmax值将是+11V并且-Vpmin值将是-9V。DC偏移确定器20将对这些值求和以获得+2V的幅度差值，然后将该幅度差值除以二以获得+1V的DC偏移并且在放大器24(图1)处从AC信号中减去。所产生的信号没有DC偏移，即Vout18，将分别具有+10V和-10V的+Vpmax和-Vpmin值。
如先前参照图3所讨论的，可以使用周期平均来平均预定数量的时钟周期N上的输出。这样的周期平均可以用于消除在Vs(并且因此平均DC偏移)中随着时间出现的电流尖峰或者启动故障效应。此外，如果DC偏移22和22’作为DC偏移确定器20的输出可用，则可以跟踪或者检测基础平均DC偏移输出22中随着时间出现的明显位移。现在参照图5，示出了具有偏移差值检测的传感器10的可选实施例，这里表示为传感器110。传感器110包括其中磁场传感器12耦合到DC偏移去除电路114的传感器IC或者电路112。在该实施例中，表示为DC偏移确定器116的DC偏移确定器提供平均DC偏移值22和周期平均DC偏移值22’两者作为输出。将这些值中的一个提供到放大器24。在所说明的示例中，将周期平均DC偏移22’提供到放大器24作为输入。然而将意识到，可以替代使用平均DC偏移22作为到放大器24的DC偏移输入。在图5的传感器110中，DC偏移去除电路114耦合到偏移差值检测器118。偏移差值检测器118接收平均DC偏移22和周期平均DC偏移22’作为输入，并且产生为误差输出信号120。在表示为输出误差端子28d的第四输出端子处提供误差输出信号。端子28d处的输出误差可以由一个外部设备(或者多个外部设备)使用作为用于不同目的的控制信号。该不同目的例如是初始化快速故障反应、简单地指示传感器输出(Vout18)不正确(在这种情况下可以采取或者不采取即时校准动作)或者其它目的。
如先前提到的，可以期望调节DC偏移的量以去除全部(或者基本上全部)但是已知的期望非零DC偏移。产生的Vout18将因此在DC偏移去除之后包括期望的非零DC分量。因此，DC偏移确定器20(来自图3)可以设计为考虑已知的非零DC偏移，即，传感器用户所期望的。现在参照图6，表示为DC偏移确定器130的可选DC偏移确定器包括与图3的DC偏移确定器20相同的峰值检测器60a，60b、求和模块64、周期平均电路94和DAC98。此外，确定器130包括对值90(来自和/2电路88)和用户或者应用所期望的具有负符号的DC偏移134进行求和的第二求和模块132。求和模块132对平均DC偏移90和具有负符号的期望DC偏移134进行求和以获得新的平均DC偏移值。这样的实施例在期望允许已知的非零DC偏移而同时在传感器使用期间消除或者降低滞后效应的情况中是有用的。应该理解，由求和模块132执行的第二求和可以在电路的模拟部分中执行，即，通过对模拟输出22’以及具有负符号的期望DC偏移的模拟等效进行求和，而不是在按照如图所示的数字域中。而且，周期平均电路94和DAC98可以由DAC96代替。如果在90处仅提供平均DC偏移值，则求和模块132能够在确定器电路的数字部分中对值90和值134进行求和，或者可选地，可以在DAC96之后提供求和模块132以使得其接收DC偏移22和具有负符号的期望DC偏移134的模拟等效作为输入。在又一可能实现中，确定器130可以提供输出22和22’(如先前参照图3和5所描述的)并且对这两个输出应用非零偏移技术(在确定器130的数字部分或者模拟部分中)。
可以结合到传感器中的另一有用特征涉及在峰值检测器中增加保持电路。在图7A和图7B中说明了该特征的示例。首先结合图3并且参照图7A，正峰值检测器60a的可选实施例，在图7A中表示为正峰值检测器140a包括保持电路142a。利用比较器143a实现保持电路142a，其接收比较器66a的输出72a作为第一输入和Vpmax-1，先前时钟周期的Vpmax的值，作为第二输入144a。比较器143a提供输出146a作为到门74a的输入。如果Vpmax-1大于当前时钟周期的Vpmax，则比较器143a将输出高信号(逻辑一)。图7B示出了相同电路，但是负峰值检测器表示为负峰值检测器140b。因而，检测器140b包括表示为比较器143b的保持电路142b。比较器143b接收比较器66b的输出72b作为第一输入和Vpmin-1，先前时钟周期的Vpmain的值，作为第二输入144b。比较器143b提供输出146b作为到门74b的输入。如果Vpmin-1大于当前时钟周期的Vpmin，则比较器143b将输出高信号(逻辑一)。在保持电路比较器143a，143b二者的输出都是逻辑一时，各自门74a，74b的输出是逻辑一。该结果将表明，或者在内部或者在外部或者上述二者，Vs波形已经分别经过了对于Vpmax和Vpmin的最大和最小情况，并且偏移校正有效。
保持电路142a，142b使DC偏移确定以及随后的去除延迟至少一个时钟周期，即直到已经观察到Vpmax和Vpmin的至少一个实例。由于该保持机制防止了Vs16的初始跟踪，其也增加了DC偏移去除电路的初始响应时间。另一个可能的实现选择是将比较器输出72a，72b提供到一些外部引脚而非门74a，74b。按照这种方式，可以使用保持电路信息来警告传感器用户，由DC偏移去除电路进行的DC偏移调节无效。后一选择将允许DC偏移确定没有延迟地进行。
如上所述，具有感测设备和DC偏移去除的传感器可以用于要求AC信号传感器输入以及针对由于感测设备的滞后本质而在传感器输出信号中引入的DC偏移进行DC偏移去除的任何应用中。其在要求具有高灵敏度的感测设备的弱场或者低电流应用中尤其有用，例如以能量(瓦特-小时)计量。然而，对于这样的应用，由于相对高的灵敏度而通常比其它类型的感测设备更加优选的诸如GMR设备的MR设备容易受到滞后效应的影响。因而，与这里描述的传感器类似的传感器对于要求对弱磁场和/或小信号高度敏感的传感器输入以及在传感器输出处的精确度的应用尤其有利。
将这里引述的全部参考文献以引用的形式全部结合进来。
已经描述了本发明的优选实施例，现在对于本领域的普通技术人员来说将变得很明显，可以使用结合其概念的其它实施例。因此，这些实施例不应该被局限于所公开的实施例，而是仅由所附权利要求的精神和范围限定。

Claims (8)

1.一种传感器，包括：
磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及
电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；
其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定平均DC偏移，
其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：
第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；
第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；
第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及
第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：
第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；
第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；
第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及
第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值。
2.如权利要求1所述的传感器，其中所述正峰值检测部分、所述负峰值检测部分、所述求和模块以及所述平均电路在数字域中操作。
3.如权利要求1所述的传感器，其中所述正峰值检测部分和所述负峰值检测部分中的每一个包括保持电路，用以将由所述DC偏移确定器进行的偏移确定延迟至少一个时钟周期。
4.一种传感器，包括：
磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及
电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的周期平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述周期平均DC偏移，以生成校正的输出信号，其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定平均DC偏移，
其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：
第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；
第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；
第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及
第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：
第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；
第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；
第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及
第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值，
其中所述DC偏移确定器还包括周期平均电路，用以基于针对预定数量的时钟周期提供的所述平均DC偏移来生成所述周期平均DC偏移。
5.如权利要求4所述的传感器，其中所述电路还包括检测器，用以接收所述平均DC偏移和所述周期平均DC偏移并且根据所述平均DC偏移和所述周期平均DC偏移产生误差信号。
6.一种传感器，包括：
磁阻(MR)感测设备，用以感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；以及
电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；
其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定所述平均DC偏移，其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和所述负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：
第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；
第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；
第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及
第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：
第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；
第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；
第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及
第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值，并且
其中所述DC偏移确定器还包括用以调节所述平均DC偏移以使得所述校正的输出信号包括非零DC分量的电路。
7.一种电流传感器，包括：
导体，向所述导体施加待测量的电流；
磁阻(MR)感测设备，响应于在向所述导体施加电流时在所述导体中生成的磁场，产生与所述电流成比例的AC信号电压；以及
电路，耦合到所述磁阻(MR)感测设备，用以接收所述AC信号电压，以确定所述AC信号电压的平均DC偏移，并且通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，以生成校正的输出信号；
其中，所述电路包括DC偏移确定器，用以对于所述AC信号电压确定所述平均DC偏移，并且
其中所述DC偏移确定器包括用以产生正峰值的正峰值检测部分、用以产生负峰值的负峰值检测部分、用以产生所述正峰值和负峰值之和的求和模块以及用以将所述和除以二以产生所述平均DC偏移的平均电路，其中所述正峰值检测部分包括：
第一比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第一比较信号；
第一逻辑门，耦合为接收所述第一比较信号，配置为接收第一时钟信号并且配置为生成第一逻辑信号；
第一计数器，耦合为接收所述第一逻辑信号并且配置为生成第一计数器输出信号；以及
第一数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第一计数器输出信号并且配置为生成第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一比较器还耦合为接收所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号为所述正峰值，并且其中所述负峰值检测部分包括：
第二比较器，耦合为接收所述AC信号电压并且配置为生成第二比较信号；
第二逻辑门，耦合为接收所述第二比较信号，配置为接收第二时钟信号并且配置为生成第二逻辑信号；
第二计数器，耦合为接收所述第二逻辑信号并且配置为生成第二计数器输出信号；以及
第二数模转换器(DAC)，耦合为接收所述第二计数器输出信号并且配置为生成第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二比较器还耦合为接收所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号为所述负峰值。
8.一种感测方法，包括：
利用磁阻(MR)感测设备感测磁场并且产生与所感测的磁场成比例的AC信号电压；
对于所述AC信号电压确定平均DC偏移；
通过从所述AC信号电压中减去所述平均DC偏移，生成校正的输出信号；
其中确定所述平均DC偏移包括：
针对给定周期，对于所述AC信号电压确定正峰值和负峰值；以及
生成所述正峰值和所述负峰值之和；以及
将所述和除以二以产生所述平均DC偏移，其中确定所述正峰值包括：
将所述AC信号与第一数模转换器(DAC)输出信号进行比较以生成第一比较信号；
将所述第一比较信号与第一时钟信号逻辑相关，以生成第一逻辑信号；
通过对所述第一逻辑信号的转变计数，生成第一计数器输出信号；以及
转换所述第一计数器输出信号以生成所述第一数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第一计数器输出信号是所述正峰值，并且其中确定所述负峰值包括：
将所述AC信号与第二数模转换器(DAC)输出信号进行比较以生成第二比较信号；
将所述第二比较信号与第二时钟信号逻辑相关，以生成第二逻辑信号；
通过对所述第二逻辑信号的转变计数，生成第二计数器输出信号；以及
转换所述第二计数器输出信号以生成所述第二数模转换器(DAC)输出信号，其中所述第二计数器输出信号是所述负峰值。
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