CN105607133B

CN105607133B - 用于接口连接lc传感器的系统、相关方法及计算机程序产品

Info

Publication number: CN105607133B
Application number: CN201510605470.5A
Authority: CN
Inventors: D·曼加诺; R·孔多雷利
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN205749933U; US20160139287A1; US10852451B2; EP3021488A1; EP3021488B1; US20190107640A1; US10168443B2; CN105607133A

Abstract

一种用于接口连接LC传感器的系统包括被配置成选择性地开始LC传感器的振荡的启动器。该系统还包括被配置成确定指示LC传感器的振荡的峰值电压的信号(V_peak)的模拟峰值检测器以及被配置成根据由模拟峰值检测器确定的信号(V_peak)来确定LC传感器的状态的检测器。

Description

用于接口连接LC传感器的系统、相关方法及计算机程序产品

技术领域

本公开内容的实施例涉及接口连接LC传感器。

背景技术

LC传感器在现有技术中已知。例如，LC传感器可以用作能够检测导电性目标的存在的电子近距离传感器。电感式传感器的一些普通应用包括例如金属检测器和派生应用，诸如旋转传感器。

图1示出典型的LC传感器10。具体地，在图1中，LC传感器10包括电感器L和电容器C，电感器L和电容器C形成也被称为储能电路的谐振电路。布置包括电源102(诸如电压源)和开关104。

当开关104如图1所述处于第一位置时，电容器C被充电直到电源电压。当电容器C被完全充满电时，开关104改变位置并且将电容器C放置成与电感器L并联并且开始通过电感器L放电并且开始在LC谐振电路10之间的振荡。

从实践角度来看，LC传感器10还包括将随着时间耗散能量的电阻式部件R。因此，出现了将使振荡衰减(即抑制振荡)的损耗。

基本上，这样的LC传感器10可以用于例如检测金属对象，因为与没有金属对象的振荡(参见例如图2a)相比，在存在金属对象的情况下振荡可以被更快地衰减(参见例如图2b)。

通常，LC传感器10的感测部件可以是电感器L、电容器C和/或电阻器R。例如，电阻R主要影响阻尼因子，而L和C部件主要影响振荡频率。

另外，还可以通过将电容器C耦合到电感器传感器L或者将电感器L耦合到电容式传感器C来创建LC传感器10。然而，通常(具有耗散性损耗的)电感器L构成感测元件。

图3a示出用于使用控制单元20a(诸如Energy micro的2013年4月9日1.05版本的文档“应用说明AN0029”“低能量传感器接口—电感式感测”或者德州仪器2011年4月的文档“应用报告SLAA222A”“使用MSP430扫描接口的旋转检测”中所描述的微控制器)来执行传感器10的LC感测的可能的示例。

在所考虑的示例中，控制单元20包括两个引脚或焊盘202a和204a，并且LC传感器10耦合在这些引脚202a和204a之间。

基本上，控制单元20a包括耦合到引脚202a以便在该引脚202处施加固定电压V_MID的可控电压源206a。例如，通常使用数模变换器(DAC)或者专用电压源用于这一目的。

在充电阶段期间，引脚204a耦合到接地GND。因此，在这一阶段期间，传感器10耦合在电压V_MID与接地GND之间，并且传感器10的电容器C被充电到电压V_MID。

接下来，控制单元20a打开第二引脚204a，即引脚204a悬置。因此，由于传感器10的电容器C在前一阶段期间已经被充电这一事实，LC谐振电路10如先前所描述地开始振荡。

因此，通过分析电压，例如引脚204a处的电压V₂₀₄，振荡可以被特性化。特别地，如图3b所示，引脚204a处的电压与具有对应于由电压源206a施加的电压V_MID的DC偏移的阻尼振荡对应，即电压V_MID构成振荡的中点。

因此，电压V_MID通常被设置为控制单元20a的电源电压的一半，(例如VDD/2)以便具有最大范围。

通常，电路还包括耦合在引脚202a与接地GND之间以稳定电压信号V_MID并且提供对传感器充电所需要的电流抬升的附加电容器C1。

为了分析引脚204a处的信号(参见例如图3a)，控制单元20可以包括耦合到引脚204a以对振荡的电压采样的模数变换器(ADC)。因此，基于ADC 208a的分辨率和采样频率，整个振荡可以被特性化。

图4示出备选方法。具体地，控制单元20a包括比较器210a，比较器210a将引脚204a处的电压与参考信号(诸如参考电压V_Ref)相比较。例如，这一参考电压V_Ref可以是固定的，例如被固定成稍大于VDD/2的电压，或者可以经由数模变换器212a来设置。

例如，图5a和5b分别示出在传感器10附近具有和没有金属对象的振荡。图5a和5b中还示出参考电压V_Ref和比较器210的输出CMP。

通常，图3a和4中所示的两个方法(即ADC 208a和比较器210a)还可以合并在相同的控制单元20a中。

因此，基于以上描述，可以通过将LC传感器与微控制器集成电路(IC)直接接口连接来实现无接触运动测量。这样的感测例如对于计量系统(气体、水、距离等)可以是有用的。

然而，虽然处理和采样传感器，然而微控制器(或者MCU)应当尽可能减小功耗以便允许电池供电的系统的开发。

另外，由于MCU单元通常是通用的，所以也需要尽可能减小由于实现以上功能所需要的专门的电路而产生的硅面积。

因此，在LC传感器激励和测量技术中，重要的是减小消耗和成本，尤其是对于如已经提及的电池供电的应用。

例如，应用在已知的方法中的测量过程具有大约50μs的典型测量时间，其中激励部分(例如电压V_MID的生成器)以及测量部分(例如比较器或者模数变换器)必须接通。

因此，第一问题涉及用于生成电压V_MID和内部参考电压V_Ref的专用低功率模拟部件使用，其导致更大成本。

第二问题涉及必须低功率并且足够快以跟随阻尼振荡的数模变换器210a。这导致电池供电的系统中的每个测量的显著的功耗以及有挑战性的应用约束。

另一关键方面在于，取决于要支持的特定传感器尺寸，可能需要检测高频振荡。因此，为了具有足够的灵活性以支持大范围的传感器尺寸，需要快速的(并且因此耗废功率的)比较器或者模数变换器。

发明内容

基于以上描述，需要克服先前描述的缺陷中的一个或多个缺陷的方法。

根据一个或多个实施例，通过具有在下面的权利要求中具体给出的特征的系统来实现这样的目的。另外，实施例涉及相关的方法以及对应的相关的计算机程序产品，该计算机程序产品能加载在至少一个计算机的存储器中并且包括用于当产品在计算机上运行时执行上述方法的步骤的软件代码部分。如本文中所使用的，对这样的计算机程序产品的引用旨在等同于对包含用于控制计算机系统以配合上述方法的性能的指令的计算机可读介质的引用。对“至少一个计算机”的引用实际上意在强调以分布式/模块方式实现本公开内容的可能性。

如以上描述中所提及的，本描述提供用于将LC传感器与控制单元(诸如微控制器)接口连接的方法。

在各种实施例中，布置包括被配置成选择性地开始LC传感器的振荡的启动器。例如，如以上描述中所公开的，LC传感器可以耦合到中点电压生成器以及被配置成将其他端子选择性地连接到接地的开关。

在另一实施例中，使用模拟峰值检测器以确定指示LC传感器的振荡的峰值电压的信号。出于这一原因，LC传感器的端子之一可以被耦合到该峰值检测器。

例如，峰值检测器可以由至少一个二极管和至少一个存储电容器来实现。例如，峰值检测器可以包括二极管和存储电容器，其中二极管的阳极可以被耦合到LC传感器并且所述二极管的阴极被耦合到存储电容器的第一端子，并且其中存储电容器的第二端子耦合到接地。在这种情况下，存储电容器处的电压提供LC传感器的振荡的峰值。

在另一实施例中，峰值检测器包括电容式分压器，使得上述峰值信号对应于LC传感器的振荡的峰值电压的按比例缩小版本。

在另一实施例中，峰值检测器具有被配置成根据例如由控制单元提供的控制信号来对至少一个存储电容器选择性地放电的至少一个电子开关。

在另一实施例中，峰值检测器包括被配置成根据例如由控制单元提供的控制信号来选择性地启用或停用峰值检测器的至少一个电子开闭。例如，峰值检测器可以具有被配置成根据LC传感器的振荡的电压来启用峰值检测器的控制电路。

在另一实施例中，向被配置成确定所述LC传感器的状态的检测器馈送由峰值检测器提供的信号。例如，检测器可以包括模数变换器和/或模拟比较器。

通常，可以至少将启动器和检测器包括在控制单元(诸如集成电路)中。

本公开内容中所描述的方法还适合用于接口连接多个LC传感器。出于这一原因，一个或多个启动器可以用于开始LC传感器的振荡。

在这种情况下，每个LC传感器可以被耦合到被配置成确定指示相应LC传感器的振荡的峰值电压的信号的相应的模拟峰值检测器。

向被配置成确定LC传感器的状态的检测器馈送由峰值检测器提供的信号。然而，由于存储有峰值这一事实，模拟峰值检测器可以向相同的模数变换器或者相同的模拟比较器提供峰值信号。

因此，在一些实施例中，控制单元可以驱动启动器以便开始LC传感器的振荡。控制单元可以从模拟峰值检测器来获得指示LC传感器的振荡的峰值电压的信号并且从检测器来检测LC传感器的状态。

本文中所描述的方法对于低功率应用特别有用，因为控制单元可以在一旦峰值检测器确定了LC传感器的振荡的峰值电压时去激活启动器。另外，可以仅在一旦峰值检测器确定了所述LC传感器的振荡的峰值电压时激活检测器。例如，例如可以在一旦给定时间段流逝时将启动器去激活和/或几乎同时地启用检测器。然而，还可以分析LC传感器的振荡，以确定可以在何时将启动器去激活和/或启用检测器。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明的实施例，附图仅通过非限制性示例的方式来提供并且在附图中：

图1是现有技术的LC传感器；

图2a和2b分别示出在图1的LC传感器附近具有和没有金属对象的振荡；

图3a是现有技术的LC传感器和控制单元；

图3b示出图3a的LC传感器的阻尼振荡；

图4是其中控制单元包括比较器的图3a的LC传感器；

图5a和5b分别示出在图4的LC传感器附近具有和没有金属对象的振荡；

图6a、6b和10示出用于开始LC传感器的振荡的本发明的实施例；

图7a和7b示出用于通过峰值检测器来接口连接LC传感器的本发明的实施例；

图8a到8e示出峰值检测器的实施例；

图9a和9b示出用于通过峰值检测器来测量LC传感器的振荡的特性数据的本发明的实施例；

图11示出可以在图7a和7b的系统中使用的用于接口连接LC传感器的方法；

图12和13示出适于开始LC传感器的振荡的本发明的另外的实施例；

图14a和14b示出RLC谐振电路的一般操作；

图15和16示出用于通过峰值检测器来接口连接LC传感器的本发明的另外的实施例；

图17a到17c示出用于接口连接多个LC传感器的本发明的实施例；以及

图18示出可以在图15和16的系统中使用的用于接口连接多个LC传感器的方法。

具体实施方式

在下面的描述中，给出大量特定细节以提供对实施例的充分理解。可以在没有一个或若干特定细节的情况下或者在使用其他方法、部件、材料等的情况下来实践实施例。在其他实例中，众所周知的结构、材料或操作未示出或未详细描述以避免模糊本发明的各个方面。

遍及本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在遍及本说明书的各个地方的出现并非全部指代相同的实施例。另外，可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式来组合这些具体的特征、结构或特性。

本文中所提供的标题仅为了方便而非解释实施例的范围或含义。

在下面的图6到图18部分中，已经参考图1到图5所描述的部分、元件或部件用先前在这样的附图中所使用的附图标记来表示。下面将不重复这样的对先前描述的元件的描述以便不使本详细描述的负担过重。

所描述的实施例提供通过减小所需要的专用片上部件和/或通过确保减小的功耗来允许对至少一个LC传感器10的高效处理的方法。

具体地，如以上描述中所提及的，通常需要快速比较器或者模数变换器来分析LC传感器的振荡。

为了避免这一问题，使用峰值检测器来检测指示振荡的最大峰值的值。

例如，图6a和6b示出基于激励方法的实施例。具体地，LC传感器10(例如直接地)耦合在控制单元20(诸如微控制器)的引脚202和204之间。控制单元20包括耦合到引脚202以在这一引脚202处施加固定电压V_MID的电压源206。例如，可以使用可控电压源206(诸如数模变换器(DAC))用于这一目的。

相反，如图6b所示，这样的电压源206可能不包括用于生成电压V_MID的可控电压源，但是电压源206可以由被配置成将引脚202选择性地连接到固定电压或者接地GND的开关220来实现。由于电压V_MID表示振荡的中点电压，所以这一固定电压优选地最多对应于控制单元20的电源电压VDD的一半，即VDD/2，并且可以由通常在传统的微控制器中可获得的内部电压参考生成器来提供。通常，可以经由控制单元20的电源引脚来接收电源电压VDD。因此，在本实施例中，引脚202可以被耦合到接地GND或者被耦合到给定的固定电压信号。

控制单元20包括被配置成将引脚204选择性地连接到接地GND的另外的开关222。因此，通常，也可以利用传统的微控制器的引脚驱动器电路来实现电压生成器206和开关222的操作。

例如，如图10所示，可以用将引脚202连接到集成在控制单元20内的参考电压源246的传统的纵横开关244来实现电压生成器206。相反，可以利用传统的微控制器的三态输出驱动器逻辑242来实现开关222。

开关220和222的切换由处理单元230(诸如经由软件指令被编程的数字处理单元，诸如微控制器的中央处理单元(CPU))或者专用数字IP控制。因此，当必须开始LC传感器10的振荡时，经由电压生成器206在引脚202处供应例如对应于VDD/2的固定电压V_MID并且引脚204经由开关222耦合到接地GND达较短的时间段。

在图6b所示的实施例中，处理单元可以将固定电压连接到引脚202并且闭合开关222，由此将引脚204连接到接地GND。因此，在充电阶段期间，引脚204被耦合到接地GND，并且传感器10被耦合在电压V_MID与接地GND之间，由此传感器10充电到电压V_MID。接下来，虽然激励引脚202保持耦合到固定电压，然而控制单元20打开开关222，即引脚204现在悬置。因此，由于传感器10在前一阶段期间已被充电这一事实，LC谐振电路10如先前所描述地开始振荡。

在各种实施例中，向峰值检测器280馈送引脚204处的电压。例如，图7a示出其中峰值检测器280在控制单元20外部的实施例，而图7b示出其中峰值检测器280集成在控制单元20中的实施例。本领域技术人员应当理解，出于说明目的，可能在图7a和图7b中未示出在以上描述中已经描述的部件中的一些部件，诸如开关222。

具体地，在使用外部峰值检测器280的情况下(参见图7a)，可以向控制单元20的附加引脚248馈送峰值检测器280的输出以允许由控制单元20来处理峰值。

图8a示出峰值检测器280的第一实施例。峰值检测器280包括二极管D和存储电容器C。具体地，二极管D的阳极耦合(例如直接地)到引脚204并且二极管D的阴极耦合(例如直接地)到电容器C的第一端子。相反，电容器C的第二端子(例如直接地)耦合到接地GND。

因此，一旦LC传感器的振荡已经开始时，峰值检测器280的输出将提供指示引脚204处的振荡的峰值电压的信号V_peak。例如，忽略二极管D的前向电压，电容器C将被充电到对应于引脚204处的振荡的峰值电压的电压。因此，电容器C处的电压V_pea指示引脚204处的振荡的峰值电压。

图8b示出峰值检测器280的第二实施例。具体地，已经添加电子开关S1，诸如晶体管，电子开关S1被配置成根据控制信号来选择性地对电容器C放电。例如，开关S1与电容器C并联耦合。因此，开关S1可以用于重置峰值检测器280。

图8c示出峰值检测器280的第三实施例。峰值检测器280包括被配置成根据控制信号来选择性地启用峰值检测器280的电子开关S2。例如，开关S2在例如引脚204与二极管D的阳极之间或者在二极管D的阴极与电容器C之间与二极管D串联地耦合。因此，开关S2也可以用于独立于LC传感器10的振荡的开始来启用峰值检测器280。

如图8d所示，还可以由控制单元20的处理单元230来提供用于控制开关S1和/或S2的切换的控制信号。

相反，图8e示出其中通过集成在峰值检测器280中的控制电路232来控制至少开关S2的实施例。然而，还可以将控制电路232或者控制电路232的至少部分功能集成在控制单元20中。

例如，控制电路232被配置成根据峰值检测器280的输入处的信号来确定用于开关S2的控制信号，即控制电路232被配置成根据峰值检测器280的输入处的电压来启用和/或停用峰值检测器280。

电路232可以包括被配置成将输入电压与一个或多个门限值相比较的一个或多个比较器。电路232可以被配置成仅在振荡的第二峰值处启用峰值检测器。如图5a和5b所示，比较器可以用于这一目的，其提供指示峰值检测器280的输入处的电压是否大于给定门限的比较信号(几乎对应于图5a和5b所示的信号CMP)。在这种情况下，可以在该比较器的输出处的比较信号中的第二脉冲期间启用峰值检测器280。本领域技术人员应当理解，数字电路(诸如计数器)可以用于这一目的以从比较信号中提取第二脉冲。

通常，还可以使用比较信号中的脉冲中的任何其他脉冲(诸如第一脉冲)来启用和停用峰值检测器280。

另外，还可以使用其他电路以检测振荡中的给定峰值的值。例如，电路232可以在下降边沿处启用峰值检测器280并且在下一下降边沿处停用峰值检测器280。

因此，在峰值检测器280的输出处提供的峰值V_peak会取决于振荡的初始幅度和振荡的衰减。例如，以这一方式，可以甚至使用低分辨率的模数变换器来更精确地确定衰减行为。

通常，在使用外部峰值检测器280的情况下，针对这一目的，可能需要控制单元20的两个附加引脚。然而，可以使用单个引脚用于开关S2的控制并且可以利用与接收峰值信号V_peak的引脚(例如如图7a所示的引脚248)相关联的控制单元20的驱动器逻辑来直接实现开关S1。

参考图9a和9b，峰值检测器280的输出被耦合到某种检测电路。通常，在如图7b所示的内部峰值检测器280的示例中描述检测电路的以下实施例。然而，也可以将实施例应用到如图7a中所示的外部峰值检测器280。

具体地，在图9a中，峰值检测器280被耦合到模数变换器208并且在图9b中被耦合到比较器210。在这两种情况下，可以向处理单元230提供在比较器或者模数变换器的输出处的信号。

通常，也在这种情况下，引脚204处的电压对应于具有对应于由电压源206施加的电压V_MID的DC偏移的阻尼振荡，即电压V_MID构成振荡的中点。

因此，峰值检测器280的输出提供指示给定时间处这一振荡的峰值的信号V_peak。例如，通过使用如图8c所示的峰值检测器，可以在自从传感器的振荡开始以来、一旦已经过去给定时间段之后在任何给定时间处重置(例如通过开关S1)并且启用(例如通过开关S2)峰值检测器280。

例如，在图9a所示的实施例中，峰值检测器的输出处的信号被耦合到模数变换器208。然而，虽然现有技术的方法中可能需要高速ADC，然而可以在本实施例中使用低速ADC，因为峰值检测器的输出处的信号在给定的短的时间段(例如在LC传感器10的一个振荡期间)之后保持稳定。

在图9b所示的实施例中，控制单元20包括比较器210，比较器210将峰值检测器280的输出处的信号V_peak与参考信号(诸如参考电压V_Ref)相比较。例如，这一参考电压V_Ref可以使固定的或者经由数模变换器212来设置。然而，虽然信号中的脉冲的数目在现有技术的方法中是有关的并且因此需要高速比较器，然而本公开中的比较器确定峰值V_peak是否超过给定门限值。例如，在仅需要检测传感器10前方的金属对象的存在或者不存在的情况下，比较器的使用可以是足够的。

通常，同样在这种情况下，控制单元可以包括模数变换器208和模拟比较器210两者。通常，本实施例对于如何开始LC传感器10的振荡并不是特别关注。

如图11所示，典型的测量周期包括4个阶段。在开始步骤6000之后，在6002对LC传感器10充电，并且一旦充电阶段6002完成，LC传感器10在阶段6004期间自由地振荡。在步骤6006，控制单元20可以激活峰值检测器(参见例如图8d)。通常，这一步骤可选并且还可以例如在在步骤6002开始LC传感器10的振荡之前执行。接下来，控制单元在步骤6008测量由峰值检测器280(参见图9a和9b)提供的峰值V_peak。最后，测量在停止步骤6010处结束。

为了在步骤6002开始振荡，先前的实施例基于固定电压生成器206的使用，固定电压生成器206在引脚202处施加中间点电压V_MID并且其中开关222用于将引脚204选择性地连接到接地。然而，在通过引用合并于此的意大利专利申请TO2014A000548或者TO2014A000549中所描述的方法可以用于开始振荡。

例如，图12简要示出意大利专利申请TO2014A000549中提出的方法。另外，在这一方法中，LC传感器10被耦合到包括触头202和204的控制单元20，其中LC传感器10被耦合在这两个触头之间。

然而，虽然在引脚202处施加固定电压的电压生成器206已经在以上实施例中使用，然而意大利专利申请TO2014A000549中所描述的方法使用经由电源电压(诸如VDD)来充电到给定电压的电容器。出于这一目的，电容器C1被耦合在触头202与接地GND之间。因此，通过以下方式来开始LC传感器的振荡：

在第一阶段期间，将触头202连接到电源电压(例如VDD)并且将触头204置于高阻抗状态，使得通过电源电压(例如VDD)来对电容器C1充电；

在第二阶段期间，将触头202置于高阻抗状态并且将触头204连接到接地GND，使得电容器C1朝着LC传感器10传送电荷；以及

在第三阶段期间，将触头202和第二触头204置于高阻抗状态，使得LC传感器10能够振荡。

因此，峰值检测器280可以耦合到引脚204以确定引脚204处的振荡的峰值电压。

意大利专利申请TO2014A000548解决了钳位电路的问题，钳位电路可以耦合到引脚202和/或204。具体地，一旦LC传感器10的振荡开始，则监测第二触头204处的电压V₂₀₄。具体地，这一电压对应于触头202处的电压(即电压V_MID)与LC传感器10处的电压之和。因此，为了避免钳位电路从LC传感器10耗散能量，改变触头202处的电压，使得测量触头204处的电压不超过电压上限并且不下降到电压下限以下。

然而，意大利专利申请TO2014A000549针对图13(本文中被再现为图13)描述了用于开始LC传感器10的振荡的不同的方法。

具体地，电容器C1被耦合在触头202与接地GND之间。然而，可以以两种不同的方式来开始振荡。

在第一情况下，通过以下方式来开始振荡：

在第一阶段期间，将触头202耦合到接地GND，使得所述电容器C1被放电；

在第二阶段期间，将触头202耦合到接地GND并且将触头204耦合到电源电压(例如VDD)，使得LC传感器10被充电；以及

在第三阶段期间，将触头202和触头204置于高阻抗状态，使得LC传感器10能够振荡。

因此，电容器C1在LC传感器开始振荡时初始放电，但是通过经由触头204的钳位电路214对电容器C1充电或者放电来限制触头204处的电压。

相反，在第二情况下，通过以下方式来开始振荡：

在第一阶段期间，将触头202耦合到电源电压(例如VDD)，使得电容器C1被充电；

在第二阶段期间，将触头202耦合到电源电压并且将触头204耦合到接地GND，使得LC传感器10被充电；以及

因此，电容器C1在LC传感器开始振荡时初始充电，但是振荡在相反的方向上出现。因此，通过经由触头204的钳位电路214对电容器C1放电或者充电来限制触头204处的电压。然而，也可以使用峰值检测器280来确定引脚204处的振荡的峰值。

通常，为了通过峰值电压检测器280将LC传感器与控制单元接口连接，用于保护I/O焊盘的钳位二极管的可能的存在可能产生问题。的确，如意大利专利申请TO2014A000549中所描述的，这些二极管会限制引脚204处的振荡的幅度，并且因此阻碍了峰值电压的显著测量。

出于这一原因，使用电压源206(如参考图6a和6b所描述的)以及意大利专利申请TO2014A000549中所描述的方法(如图12所示)的布置通常使用对应于最多VDD/2(在LC传感器的振荡期间)的中间点电压V_MID。因此，测量引脚204处的振荡的峰值通常在控制单元20的电源电压VDD以下。

相反，意大利专利申请TO2014A000548的布置通常不是这种情况。因此，可以将图8a所示的峰值检测器280充电到电源电压VDD的值，这导致检测没有意义。然而，在这种情况下，可以使用图8c的峰值检测器并且将其在给定的时间段之后启用。

相反，使用不同的方法来避免测量引脚204处的过多的电压。具体地，为了处理这一饱和问题并且避免专用中点生成器206(如图6a和6b所示)的使用，使用电容器分压器。

这一点上，图14a在示出RLC串联谐振电路的模型，其包括与电容器C串联地耦合到电压源102的LC传感器10。

通常，忽略LC传感器10的内部电容器，可以根据下面的关系式来确定RLC谐振电路的固有频率f₀：

相反，阻尼因子ξ为：

最终，过调量OS：

直接链接到峰值电压V_peak：

V_peak＝V_final(1+OS) (4)

根据这些等式，电容器C处的峰值电压V_peak无法超过最终电压V_final(即向RLC串联施加的电压，其通常对应于电压V_MID)的两倍。

因此，为了通过峰值电压方法来执行LC传感器测量，同时避免专用电压生成器206，可以使用电容器分压器。

实际上，针对图6a和6b所描述的电压生成器206通常提供最多对应于VDD/2的电压。因此，可能需要电路以生成从电源电压VDD开始的这一电压。

相反，在使用电容式分压器时，引脚202处所提供的电压还可以更高，并且特别地可以对应于电源电压VDD。

图14b示出其中图14a的电容器已经分为串联地耦合的两个电容器Ca和Cb的示例。因此，假定这些电容器具有相等的值，即Ca＝Cb，电容器Cb处的峰值电压将对应于：

V_peak＝V_final(1+OS)/2 (5)

因此，通过使用包括电容式分压器的峰值检测器280，可以修改关于图6a和6b公开的实施例，例如，如图15所示。

具体地，用被配置成将引脚202选择性地耦合到VDD的简单开关220来代替电压生成器206。例如，如图16所示，可以使用微控制器的输出引脚的传统的两态或三态驱动器逻辑240用于这一目的，其中处理单元230可以例如通过使用逻辑值“1”驱动驱动器逻辑240来将引脚202设置成电压VDD。

LC传感器10与在引脚202与接地GND之间的峰值检测器280串联地(例如直接地)耦合。具体地，峰值检测器280包括二极管D以及两个电容器C和C2。因此，LC传感器10、电容器C2、二极管D和电容器C在引脚202与接地GND之间串联地耦合。特别地，由于引脚202处的电压被切换，可以不需要先前的引脚204并且可以将到接地GND的连接固定。

本领域技术人员应当理解，电容器C2的位置也可以变化，并且代替将电容器耦合在LC传感器10与二极管D之间，还可以将电容器C2耦合在例如二极管D与电容器C之间。

因此，当引脚202经由开关220(或者驱动器逻辑240)耦合到VDD时，LC传感器的振荡将以过调量开始并且电容器C将取决于电容器C2和C的电容之间的比率而被充电到峰值。例如，电容器C2和C的电容值通常应当基本上相同。例如，通常可以使用在200-2000PF的范围内的电容值。

向控制单元20(例如引脚248)提供电容器C处的电压V_peak。因此，通过例如通过模数变换器208(同样参见图9a)和/或比较器210(同样参见图9b)来监测引脚248处的电压，处理单元230能够确定LC传感器10的状态。

可以使用开关S2用于对电容器C放电。例如，如关于图8b-8d所示，这一开关可以被包括在峰值检测器280中，相反，可以使用耦合到引脚248的开关224用于这一目的。具体地，当开关224闭合时，电容器C将被耦合到接地GND，由此对电容器C放电。例如，如图16所示，这样的开关224可以利用引脚248的传统的三态驱动器逻辑260来实现。

类似地，可以通过例如通过使用驱动器逻辑240将引脚202同时耦合到接地来对电容器C2和LC传感器10放电。

因此，如图16所示，通过设置2个附加电容器C和C2以及二极管D，可以使用传统的微控制器(或者任何其他集成电路)作为控制单元20。具体地，控制单元20应当包括至少两个引脚：激励引脚202和测量引脚248，其中至少引脚202与两态或三态驱动器电路相关联用于将引脚202选择性地连接到电源电压VDD，由此开始LC传感器的振荡。相反，第二引脚248提供峰值电压并且可以向内部比较器210或模数变换器208馈送用于确定峰值电压。最后，测量引脚248还可以与相应的三态驱动器电路260相关联用于选择性地对电容器C放电。

例如，通常，20或12比特模数变换器208足以确定由LC传感器10的电阻R的几欧姆的变化引起的峰值的电压变化。

通常，关于图15和图16所描述的峰值检测器280还可以在先前的实施例中被使用。另外，同样在图6b所示的实施例中，通过将LC传感器10经由峰值检测器280连接到接地，可以不需要引脚204。

本文中所描述的方法还特别适于管理多个LC传感器。实际上，取决于应用要求，可以使用不同的布置以接口连接大量的N个LC传感器：

顺序测量(参见图17a)，其中向每个LC传感器10提供相应的激励引脚202并且其中LC传感器被耦合到相同的峰值检测器280以向单个测量引脚248提供峰值，即N个激励引脚202、一个峰值检测器280和一个测量引脚248；

并行测量(参见图17b)，其中向所有的LC传感器10提供单个激励引脚202并且其中LC传感器被耦合到相应的峰值检测器280以向相应的测量引脚248提供相应的峰值，即一个激励引脚202、N个峰值检测器280和N个测量引脚；

独立测量(参见图17c)，其中向每个LC传感器10提供相应的激励引脚202并且其中LC传感器10被耦合到相应的峰值检测器280以向相应的测量引脚248提供相应的峰值，即N个激励引脚202、N个峰值检测器280和N个测量引脚。

独立于所采用的特定的结构(顺序、并行或者独立测量)，本文中所描述的方法可以使用单个模数变换器208(或者备选地单个比较器210)。由于由关联的峰值检测器280所存储的峰值，可以顺序地向相同的测量电路208/210提供来自不同的测量引脚248的峰值而不丢失信息。

在这一方面，图18示出可能的测量过程，其可以用于并行(参见图17b)或独立测量(参见图17c)。

在开始步骤7000之后，控制单元20在步骤7002重置所有的外部部件。例如，这可以包括对峰值检测器和LC传感器10的电容器C放电。通常，激励引脚202和测量引脚248出于这一目的而被耦合到接地。处理单元230可以用逻辑值“0”来驱动与引脚202和248相关联的驱动器电路240和242。

在步骤7004，控制单元20通过将测量引脚248置于高阻抗状态并且将激励引脚202连接到电源电压VDD来激励所有的LC传感器10。例如，处理单元230可以用逻辑值“1”来驱动与引脚202相关联的驱动器电路240并且用逻辑值“Z”来驱动与引脚248相关联的驱动器电路242。

在步骤7010，控制单元可以监测与当前LC传感器相关联的测量引脚248处的电压的值。例如，控制单元20可以通过用模数变换器208测量当前测量引脚248处的电压并且将数字峰值与数字参考值相比较来确定当前LC传感器的状态，或者控制单元20可以经由模拟比较器120将电压直接与至少一个模拟门限值V_Ref相比较。

在步骤7012，控制单元20存储当前LC传感器10的状态。

接下来，在步骤7014，控制单元210可以测试是否所有的LS传感器10都已经被监测。

在至少一个LS传感器10尚未被监测的情况下(步骤7014的验证的输出为“N”)，则控制单元20在步骤7016选择下一LC传感器并且在步骤7010重复过程。

否则，在所有的LS传感器10都已经被监测的情况下(步骤7014的验证的输出为“Y”)控制单元20前进到步骤7018，在步骤7018，控制单元在过程在步骤7002返回之前等待直到下一测量被请求。

如图18所示，过程还包括两个另外的可选步骤7006和/或7008，其也可以被引入到关于图11描述的针对单个传感器的方法中。

具体地，步骤7006可以是等待步骤，其中控制单元20等待至少对应于LC传感器10的振荡周期的四分之一的给定时间段。实际上，可能需要这一周期，以确保过调量出现并且峰值检测器存储峰值。

相反，步骤7008可以用于将激励引脚202去激活和/或激活模数变换器208(或者备选地比较器210)，从而减小功耗。然后可以例如在步骤7018再次将这些测量部件去激活。

还可以修改所提出的峰值检测器280以减小所需要的片外部件的数目。通常，二极管D可以很容易地与控制单元20片上集成。相反，至少电容器C通常太大而不能被集成。实际上，小的电容器C(关于C2)可能产生饱和问题，而减小电容器C和C2二者可能产生差的分辨率。因此，至少对于使用单个峰值检测器(例如单个传感器或者顺序测量)的方法可以合适的可能的方法可以是使用集成的二极管和外部电容器。

当然，在不偏离本发明的原理的情况下，构造的细节和实施例可以关于本文中仅通过示例的方式描述和说明的内容广泛地变化，而由此并不偏离如由随后的权利要求定义的本发明的范围。

Claims

1.一种用于接口连接LC传感器(10)的系统，所述系统包括：

被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的装置；

可连接到所述LC传感器(10)并且被配置成确定指示所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压的信号的模拟峰值检测器(280)；以及

被配置成根据由所述模拟峰值检测器(280)确定的所述信号来确定所述LC传感器(10)的状态的检测装置，其中所述检测装置包括：

a)模数变换器(208)和数字处理单元(230)，和/或

b)被配置成将由所述模拟峰值检测器(280)确定的所述信号与至少一个门限值相比较的模拟比较器(210)；

其中所述系统被配置用于：

-驱动被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的所述装置，由此开始所述LC传感器(10)的振荡，

-一旦所述峰值检测器(280)确定了所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压，激活所述模数变换器(208)或所述模拟比较器(210)，

-从所述模拟峰值检测器(280)获得指示所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压的所述信号，以及

-借助于所述检测装置根据由所述模拟峰值检测器(280)确定的所述信号来检测所述LC传感器(10)的状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述峰值检测器(280)包括至少一个二极管以及至少一个存储电容器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述峰值检测器(280)包括二极管和存储电容器，其中所述二极管的阳极可连接到所述LC传感器(10)并且所述二极管的阴极被连接到所述存储电容器的第一端子，并且其中所述存储电容器的第二端子被连接到接地。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述峰值检测器(280)包括电容式分压器，使得所述信号对应于所述LC传感器(10)的振荡的所述峰值电压的按比例缩小版本。

5.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述峰值检测器(280)与至少一个开关相关联以选择性地对所述至少一个存储电容器放电。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述峰值检测器(280)包括用以选择性地启用或者停用所述峰值检测器(280)的至少一个开关。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述峰值检测器(280)与被配置成根据所述LC传感器(10)的振荡的电压来启用所述峰值检测器(280)的控制电路(232)相关联。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的所述装置包括被配置成将所述LC传感器(10)的第一端子选择性地连接到电源电压的至少一个开关，并且其中所述LC传感器(10)的第二端子经由所述峰值检测器(280)连接到接地。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，包括集成电路(20)，其中被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的所述装置和所述检测装置被包括在所述集成电路(20)中。

10.一种借助于根据前述权利要求中任一项所述的系统来接口连接LC传感器(10)的方法，所述方法包括下面步骤：

驱动被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的所述装置，由此开始所述LC传感器(10)的振荡；

一旦所述峰值检测器(280)确定了所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压，激活所述模数变换器(208)或所述模拟比较器(210)；

从所述模拟峰值检测器(280)获得指示所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压的所述信号，以及

借助于所述检测装置根据由所述模拟峰值检测器(280)确定的所述信号来检测所述LC传感器(10)的状态。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：

一旦所述峰值检测器(280)确定了所述LC传感器(10)的振荡的峰值电压，去激活被配置成选择性地开始所述LC传感器(10)的振荡的所述装置。

12.一种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据权利要求10或11所述的方法。