CN108693374B - 传感器设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

讨论了磁场传感器设备、对应的系统和对应的方法，其中多个磁场传感器感测磁场。评估电路生成第一信号分量，该第一信号分量与磁场的周期性相关联，并且生成第二信号分量，至少对于磁场的周期超过阈值的情况下，该第二信号分量具有小于磁场的一半周期的分辨率。

Description

传感器设备、系统和方法
技术领域
本申请涉及传感器设备、系统和方法。
背景技术
磁场传感器可以用于检测和测量各种应用中的运动或位置。一般地，在这种设置中，磁体装置可相对于一个或多个磁场传感器移动。通过该相对运动，磁场传感器经历变化的磁场，并且因此可以检测运动。
一个特别的应用是测量转速，例如在车辆应用中。在这样的应用中，通常将一个磁极轮子(即，轮子、盘或圆，其中磁体在圆周上被布置有交替的磁极)或齿状轮子(带齿的磁体)被布置成耦合到旋转轴线，使得当轴线旋转时，相对于该轴线静止的磁场传感器经历变化的磁场。在恒定转速的情况下，在这种设置中的磁场的调制通常是周期性的。
这种传感器例如用于防抱死制动系统(ABS)传感器中，以测量汽车每个轮胎的旋转速度。在这样的应用中，例如使用具有48个磁极对的磁极轮子。然后，典型的常规传感器捕获由磁极轮子的旋转引起的变化的磁场，并且例如在所感测的场的每个过零点处生成脉冲或者生成从所感测的场导出的信号，从而在该示例中导致轮胎每转96个脉冲。对于2m的典型轮胎周长，这意味着2cm的空间分辨率。
然而，对于某些应用来说，这样的解决方案可能是不足的。例如，对于自动汽车停放的汽车停车系统，汽车通常移动非常缓慢。在2cm的分辨率的情况下，这可能在上文提及的脉冲之间引起相对长的时间，使得基于这种传感器的汽车的位置可能不会足够经常被更新以实现精确的停车。因此，对于某些应用来说，这种传感器的更高分辨率 将是期望的。
增加分辨率的一个简单方式将是增加磁极轮子中的磁极对的数目(或者带齿的磁轮子中的齿数)。然而，这增加了磁极轮子或齿状轮子的制造成本，特别是如果例如需要两倍的分辨率的话。
发明内容
提供了一种根据权利要求1所述的传感器设备和一种根据权利要求15所述的方法。从属权利要求限定了另外的实施例以及包括这样设备的系统。
根据一个实施例，提供了一种传感器设备，包括：
磁场传感器装置，包括多个(即至少两个)磁场传感器，以及
评估电路，被耦合到磁场传感器装置并且被配置成生成第一信号分量，第一信号分量与由磁场传感器装置感测的磁场的周期性相关联(例如，具有在磁场的过零点处的脉冲或从磁场导出的信号)，并且被配置成生成第二信号分量，至少当所感测的磁场的周期长度超过预定阈值时，第二信号分量具有小于磁场的一半周期的分辨率。
此外，提供了一种系统，包括：
磁场生成设备，生成周期性磁场，以及
根据上文所讨论的设备，
其中，磁场生成设备相对于设备的磁场传感器装置可移动。
根据另一个实施例，提供了一种方法，包括：
利用磁场传感器装置测量磁场，磁场传感器装置包括多个磁场传感器，
生成第一信号分量，第一信号分量与磁场的周期性相关联，以及
生成第二信号分量，第二信号分量具有小于磁场的一半周期的分辨率。
上述发明内容仅旨在通过一些实施例的一些特征给出简要概述，而不应被解释为以任何方式进行限制，因为其他实施例可以包括与上文所讨论的特征不同的特征。
附图说明
图1是根据一个实施例的系统的框图。
图2是图示了根据一个实施例的方法的流程图。
图3是图示了根据一个实施例的设备的详细示图。
图4-6是图示了根据实施例的系统和设备的曲线。
图7是图示了根据一个实施例的设备的操作的图。
图8是图示了根据一个实施例的设备的详细示图。
图9是图示了根据一个实施例的设备的框图。
图10和图11是示出了用于说明实施例的曲线的图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述各种实施例。应注意的是，这些实施例仅是为了说明的目的给出的，而不应被解释为进行限制。例如，虽然实施例可以被描述为包括许多特征或元件，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略，和/或可以由备选的特征或元件替换。此外，除了在附图中明确地示出或者本文描述的特征或元件之外，可以提供另外的特征或元件，例如在磁场传感器设备、运动传感器设备和系统和/或速度传感器设备和系统中常规使用的特征或元件。
来自不同实施例的特征或元件可以被组合以形成另外的实施例。关于实施例中的一个描述的变型或修改也可以应用于其他实施例，除非另有说明。
在附图中示出或本文描述的任何电连接或耦合可以是直接电连接或耦合，即在没有介于中间的元件的情况下的电连接或耦合，或者可以是间接连接或耦合，即具有一个或多个附加的介于中间的元件的电连接或耦合，只要连接或耦合的一般目的基本维持，例如传送某种信号、传送某种信息或提供某种控制。此外，连接或耦合可以是基于有线的连接或无线连接。
现在转到附图，图1图示了根据一个实施例的系统。图1的系统 包括磁场生成设备10，磁场生成设备10可以包括一个或多个磁体。在一些实施方式中，磁场生成设备10可以包括附接到旋转元件的磁极轮子或齿状轮子，旋转元件比如是汽车的轴线、汽车的轮胎或汽车的传动链中的轴或其他旋转元件，但是不限于这些旋转元件。在其他实施方式中，磁场生成设备10可以包括磁体装置，例如包括形成磁极对的多个磁体，该磁体装置耦合到线性移动元件。在一些实施方式中，当旋转元件或线性移动元件以恒定的速度移动时，磁场生成设备10在磁场传感器装置11的磁场传感器的位置处生成周期性调制的磁场。磁场传感器装置11可以包括两个或更多磁场传感器，例如磁阻传感器或霍尔传感器。磁阻传感器一般地使用磁阻效应(比如巨磁阻(GMR)、各向异性磁阻(AMR)或隧穿磁阻(TMR))来感测磁场。霍尔传感器元件使用霍尔效应来感测磁场。
磁场传感器装置11将指示所感测的磁场的一个或多个信号m传送到评估电路12。评估电路12基于一个或多个信号m而输出指示磁场生成设备10的运动速度的一个或多个信号s，并且因此指示磁场生成设备10所附接的设备的旋转或线性运动速度。
应注意的是，虽然在上文的情况下，磁场生成设备10被附接到移动设备(例如轴线)并且磁场传感器装置11是静止的，但是在其他实施例中，磁场传感器装置11可以附接到移动设备，而磁场生成设备10是静止的。当移动设备移动时，这也引起磁场生成设备10与磁场传感器装置11之间的相对运动。
在实施例中，信号s指示磁场生成设备10的磁场的周期或与磁场生成设备10的磁场的周期有关。例如，信号s可以包括在由磁场传感器装置11感测的磁场的每个过零点处的脉冲或从感测的磁场导出的信号。在这种情况下，如最初所解释的那样，例如对于具有48个磁极对的磁极轮子，针对磁极轮子被安装至其的设备的每转，输出96个这种类型的脉冲。
此外，在图1的实施例中，评估电路12被配置成执行内插，以至少针对低于阈值的慢运动速度(例如低旋转速度)，输出指示与磁 场的周期性相关联的位置之间(例如在上文提及的96个脉冲之间)的中间位置的一个或多个信号s的第二信号分量。通过这样的第二信号分量，可以增加系统的分辨率。这转而对于一些应用而言可能是期望的，比如车辆应用中的自主驾驶(例如停车)。例如通过内插生成这种第二信号分量的细节将在后面进行描述。
如下文将要解释的，取决于应用，一个或多个信号s可以作为在相应领域中使用的一些协议的修改而被输出，例如在ABS传感器或使用AK协议的类似的车辆传感器的情况下作为AK协议的修改。
图2是图示了根据一个实施例的方法的流程图。图2的方法可以在图1的系统中或者使用以下所讨论的任何一个设备实施，但是也可以独立于它们实施。此外，尽管图2的方法被示出和图示为一系列动作或事件，但是其中这些动作或事件被呈现和描述的顺序不被解释为限制。特别地，顺序可以变化，和/或可以并行执行各种动作或事件，例如在设备或电路的不同部分中。
在20处，该方法包括测量由磁场生成设备(比如具有多个磁场传感器的磁体装置)生成的磁场。如已经参考图1解释，磁场生成设备可以被安装到可移动元件(比如旋转元件或线性可移动元件)，和/或可以生成周期性磁场。在其他实施例中，磁场传感器可以被安装到可移动元件，并且磁体装置可以是静止的。
在21处，该方法包括生成与磁场的周期性相关联的一个或多个输出信号的第一信号分量。例如，在基本正弦的或类似的周期性磁场的情况下，第一信号分量可以指示磁场的过零点，使得第一信号分量具有磁场周期两倍的周期(在正弦信号的一个周期内两个过零点)。在22处，该方法另外包括通过内插技术生成具有小于磁场的一半周期的分辨率的一个或多个信号的第二信号分量，以增加空间分辨率。应注意的是，在一些实施例中，第一信号分量和第二信号分量可以是单个信号的信号分量，或者在其他实施例中可以作为单独的信号来传送。
例如，如下文将进一步详细解释，第一信号分量可以是默认由协 议(例如，上文所提及的AK协议)传送的信号分量，而第二信号分量可以作为对协议的修改而被传送。
图3是图示了根据一个实施例的磁场传感器设备的详细示图，该磁场传感器设备可以与之前讨论的磁场生成设备结合使用以形成系统。
图3中图示的设备包括三个磁场传感器30、31和32，它们可以彼此相邻布置，使得传感器31被布置在传感器30、32之间。传感器30也被称为“左”传感器，传感器31被称为“中”传感器，传感器32被称为“右”传感器。这些命名仅仅指示传感器之间的空间关系，并不意味着传感器的任何绝对布置。传感器30至32可以被实施为任何适合类型的磁场传感器，例如基于磁阻传感器或基于霍尔传感器。
来自传感器的信号被提供到评估电路318、319。评估电路318、319的框318基本被配置成生成如上文所讨论的与磁场生成设备的周期性相关联的第一信号分量，磁场生成设备的磁场是由传感器30至32感测，以及执行如下文将详细描述的一些附加功能。在一些实施例中，框319被配置成执行内插以生成如上文所讨论的第二信号分量，以增加运动检测的空间分辨率。应注意的是，虽然图3包括许多细节，但是在其他实施例中，这些细节中的一些可以被省略。
传感器30的输出信号被提供到减法器34的正输入端，并且来自传感器32的输出信号被提供到减法器34的负输出端，以形成输出信号S＝L-R，L和R是分别来自传感器30、32的信号。
此外，来自传感器30、32的输出信号L、R被提供到减法器35的负输入端，并且来自传感器31的输出C被提供到减法器35的正输入端，以形成信号D＝2C-L-R。
信号D被提供到模数转换器36，以提供信号D的数字化版本。然后将信号D的数字化版本提供到方向检测电路315，方向检测电路315基于信号D的数字化版本来确定磁场生成设备相对于图3的传感器设备的运动方向。这可以以任何常规方式来完成。
信号S被提供到加法器32。经由包括可编程增益放大器(PGA) 38、模数转换器314、信号分析电路318、偏移调整电路316和数模转换器37(数模转换器37的输出被耦合到加法器323)的反馈路径，执行对信号S的偏移补偿。例如，在相应的磁场生成设备的恒定运动的情况下，信号S可以是具有偏移的基本正弦的信号，并且通过偏移补偿，该偏移被去除，以生成以零为中心的正弦信号。这种偏移校正的信号被提供到裁剪器(slicer)39至311和隐藏的迟滞电路312以执行另外的校正，并且然后被提供到协议生成电路313，这将在稍后更详细地讨论。由隐藏的迟滞电路312输出的信号本质上提供与磁场的周期性有关的信号，例如提供信号S的过零点，该信号具有磁场周期性两倍的频率。因此，该信号可以基本对应于上文所讨论的第一信号分量。
此外，模数转换器314的输出和模数转换器36的输出被提供到数字处理电路317。换而言之，信号D的数字化版本以及信号S的数字化和放大(由PGA 38)和经偏移补偿的版本被提供到数字处理电路317。在图3的实施例中，基于这些数字信号S'和D'，数字处理电路317执行计算以生成如上文所讨论的第二信号分量，第二信号分量提供第一信号分量的指示之间的中间值。在一些实施例中，仅针对小速度提供该第二信号分量，例如当脉冲之间的间隔或与周期性有关的其他指示降到阈值以下时。由箭头322指示的数字处理电路与协议生成电路313通信，使得第二信号分量也可以被包括在协议(例如修改的AK协议)中，该协议然后例如通过根据协议驱动电流源319，经由端子320、321输出。
数字33表示设备的内部支持功能，比如电源电压生成、重置信号、时钟信号生成和监视设备的正确功能的监视器功能，这些功能可以以任何常规方式实施。
以下将讨论用于生成中间值的内插的各种可能性。
在相应的磁场生成设备的周期性磁场和恒定运动的情况下，信号L、C和R可以近似写为：
R＝sin(ω·t)
C＝sin(ω·t+p)，以及
L＝sin(ω·t+2·p)
其中ω是周期性的度量，t是时间，并且p是由偏移传感器位置生成的相移。
由此，信号S和D(除了偏移项)为：
S＝L-R＝-2sin(p)·cos(ω·t+p)，以及
D＝2C-L-R＝2(cos(p)-1)·sin(ω·t+p)
信号S的过零点可以对应于第一信号分量，并且在每个周期出现两次。中间相位内插(例如，通过数字处理电路317)可以根据下式执行
phase＝atan(-S/D)·corr
其中phase给出了相位信息，atan是反正切函数，corr是振幅校正项，该振幅校正项取决于信号S/D之间的振幅比，并且被确定为使得振幅比时间corr等于1。
以此方式，在不需要基于由三个传感器30-32提供的信号的附加测量的情况下，就可以获得相位信息。该相位信息然后可以被输出为磁场传感器设备的输出信号中的第二信号分量。
振幅校正corr可以例如基于传感器30-32与磁场生成设备之间的距离在系统的物理尺寸上被确定，和/或可以在基于测量的信号S和D的测量的振幅来测量第一个周期之后，基于操作开始处的对准测量来确定。
应注意的是，虽然在图3中示出了各种框，例如312、313、315、317、316、318，但是这些框不需要作为单独的实体来实施，而是也 可以被实施在公共电路中，例如使用单个信号处理器或数字处理设备。
现在将参照图4-6进一步说明通过内插和传输相应信号来进行相位确定。
图4图示了对于不同的空隙的磁极轮子的磁信号，不同的空隙例如为从磁极轮子到磁场传感器装置(比如图3的传感器30-32)的不同距离。近似地，示出了磁场的两个周期。曲线40图示了对于1mm的示例空隙的磁场，曲线41图示了对于2mm的示例空隙的磁场，并且曲线42图示了对于1mm的空隙的磁场，每个磁场由传感器对(例如图3中的信号S)以任意单位不同地测量。可以看出，信号随着空隙的增加而显着下降，这也增加了信噪比(SNR)。
图5图示了对于图5所示的三个空隙，当如上文所讨论的基于信号S和D对相位进行内插时的相位误差。曲线50图示了对于1mm的空隙的相位误差，曲线51图示了对于2mm的空隙的相位误差，以及曲线52图示了对于3mm的空隙的相位误差。峰值图示了图4的过零点，其中相位在过零点处被“重置”到0。
在一个周期内产生的增量相位误差在所有的空隙(在每个周期开始时减去偏移)处小于5°，而例如从信号S的简单的线性估计可能会出现大于30°的误差。因此，即使对于大的空隙，在一些实施例中，通过该内插可以显着改进分辨率。
图6图示了基于在一些实施例中可用的修改的AK协议的示例输出信号，例如作为由协议生成电路313在图3的端子320、319处生成的输出信号。图6中的曲线60图示了磁场，具有基本正弦变化。虚线61标记过零点。在每个过零点处，输出具有例如如图所示的增加振幅的速度脉冲64。
在缓慢运动的情况下，由箭头63指示的停滞超时时间在达到下一个过零点之前到期。在这种情况下，在由虚线62标记的时间位置处，使用如上文所讨论的使用具有反正切函数的角度计算的相位估计，或者使用坐标旋转数字计算(cordic)近似。结果在所示的停滞脉冲65中被输出。在所示的示例中，相位信息在脉冲中被曼彻斯特编码，对于曼彻斯特编码，脉冲具有不同的脉冲长度。曼彻斯特编码仅仅是可能编码的一个示例，并且也可以使用任何其他调制或编码，例如脉宽调制。应注意的是，根据测量的精度和频率要求，由箭头63指示的停滞时间和/或曼彻斯特编码中的脉冲数目可以根据实施方式而变化。
在上文使用信号S和D的示例中，彼此具有90°相移的两个信号被用于相位近似(上文给出的示例中的S中的余弦项和D中的正弦项)。在其他实施例中，在一些实施例中，只要相位差是恒定的，就可以使用彼此具有与90°不同的相移的两个信号。应注意的是，如果两个或更多传感器与对应的周期性磁场生成设备(比如具有规则间隔的磁极对的磁极轮子或具有规则间隔的齿的齿状轮子)以固定的空间关系设置，则通常存在恒定的相位差。因此，尽管在上文的示例中使用了三个磁场传感器，但是在其他实施例中，可以在两个不同位置中仅使用两个磁场传感器，位置之间的距离限定了相位差。然后，例如可以通过S＝A-B和D＝A+B或者S＝A和D＝B来计算速度信号S和方向信号D，其中A和B是来自两个传感器的信号。然后可以使用常规角度误差补偿技术在计算中补偿与90°相位差的偏差(也称为正交性误差)。然后，角度也可以利用坐标旋转数字计算算法或类似算法来计算或估计。
接下来，将参照图7-11讨论用于内插以生成第二信号分量的另一种方法。在该方法中，通过相邻传感器之间的近似值，生成“虚拟”传感器信号，该传感器信号可以用于检测例如具有到上文所讨论的信号S的过零点的相移的过零点，并且因此可以增加设备的分辨率。该方法一般使用来自相邻磁场传感器的信号的加权和，并且使用该加权和，所有传感器在磁场生成设备移动两个传感器元件之间的距离之后基本上看到相同的信号。因此，两个传感器的加权和具有与真实传感器的信号相同的周期性，并且进一步，信号(特别是信号的相位)更接近真实传感器的信号，这有助于具有更高权重的总和。
图7示出了这种实施方式的一个说明性示例，其中四个磁场传感器70A-70D间隔开间距75，间距在图7的示例中是等距的。在其他实施例中，相邻传感器之间的距离可以变化。在其他实施例中，可以提供另一数目的传感器，例如两个传感器、三个传感器或四个以上的传感器。来自传感器70A、70B、70C和70D(统称为传感器70)的信号被提供到乘法器71A-71F(统称为乘法器71)和加法器72。在图7的示例中，在每对传感器(例如70A、70B)之间提供三个加法器72。为了以下的解释，将使用传感器对70A、70B。相同的解释也适用于其他传感器对70B、70C和70C、70D。
在传感器70A、70B之间，左加法器72直接从传感器70A并且经由乘法器71B从传感器70B接收信号，使得该左加法器的输出是来自传感器70A的信号加上1/2倍的来自传感器70B的信号(权重2:1)。中加法器72接收1/2倍的来自传感器70A的传感器信号(由乘法器71A乘以)和1/2倍的来自传感器70B的信号(由乘法器71B乘以)，使得该中加法器的输出为1/2倍的来自传感器70A的信号加上1/2倍的来自传感器70B的信号。右加法器接收来自传感器70B的信号加上1/2倍的来自传感器70A的信号(经由乘法器71A)，使得它的输出为来自传感器70B的信号加上1/2倍的来自传感器70A的信号(比率1:2)。经由乘法器73，来自左和右加法器的信号然后通过将它们乘以2/3而归一化。
应注意的是，当指代图7的加法器和乘法器时，“之间”、“左”、“中”和“右”的指定并不意味着在实际实施方式中的任何空间布置，而仅仅是为了便于引用参照附图中的元件。
由此生产的信号可以被看作来自多个传感器74的信号，这些传感器74被小于间距75的虚拟间距76所隔开。这些传感器中的每一个的过零点可以被评估，以提供与仅直接评估来自传感器70的信号相比增加的空间分辨率。因此，通过使用如图7中图示的传感器信号的加权和，可以增加分辨率。
图8是使用这种内插的传感器设备的详细示图。
图8的实施例是图3的实施例的变形，并且相同或相似的元件具有相同的附图标记，并且将不再详细描述。特别地，基于信号S和D(特别是对应于信号S的过零点)生成第一信号分量可以与参照图3已经描述的相同。
在图8的实施例中，来自传感器30-32的附加信号被提供到框81，如上文所解释，框81至少在慢运动速度的情况下生成第二信号分量，例如当信号S的过零点之间的时间距离超过预定阈值时。
基于在模数转换器85中被模数转换的这些信号，数字处理电路86对来自传感器30-32之间的中间虚拟传感器(如由图8中虚拟传感器82、83所表征)的信号进行内插。对于内插，可以使用如上文关于图7图示的方法。
如由多路复用器84所表征，数字处理电路86然后可以针对来自传感器30-32和虚拟传感器82、83的每个信号来确定过零点，以提供运动测量的更高的空间分辨率。
应注意的是，虚拟传感器82、83和它们与多路复用器84的连接仅表征图8的实施例的操作，并不被认为是真正的连接。图8中的多路复用器84将来自传感器30-31的信号复用到模数转换器85，使得只需要一个模数转换器。在其他实施例中，可以省略多路复用器84，并且可以为传感器30-32提供单独的模数转换器。
图9图示了根据另一实施例的设备，该设备在传感器之间使用内插。在图9的实施例中，也如图3和图8中所示，使用具有三个传感器110、111和112的装置。这样的三个传感器在一些现有的传感器设备中以任何方式使用，使得这样的实施例的实现不需要大量的附加硬件，而是基本上仅需要对测量的信号进行附加评估。
在图9所示的示例中，传感器110-112可以如图3和图8所示那样布置，其中传感器110作为“左”传感器，传感器112作为“右”传感器，并且传感器111作为“中”传感器。
减法器113形成由传感器110和112提供的信号之间的差信号。
减法器113的输出信号被提供到偏移调整电路114，例如，该偏 移调整电路114可以确定由减法器113输出的差信号的最小值和最大值，并且提供偏移调整，使得差信号以0为中心。
此外，来自传感器111的信号被提供到偏移补偿电路115，该偏移补偿电路115可以以与偏移补偿电路114类似的方式运行，即它确定传感器信号的最小值和最大值，并且提供偏移补偿以使这些最小值和最大值以0为中心。
来自电路114的这样经偏移补偿的信号可以在输出端子122处作为信号D被输出。这是用于形成可用于方向检测的信号D的另一示例，进一步的形成参照图3和图8的减法器35所讨论的。
此外，在例如包括可编程增益放大器的增益调整电路116中，由电路114、115输出的信号的振幅彼此适配，使得电路116的输出信号具有与电路114的输出信号基本上相同的振幅。电路116的输出随后在端子123处作为中心信号被输出。
电路114、116的输出信号被用于框117-120中的内插，如以下将解释的那样。首先，将信号提供到可选的低通滤波器118，例如以去除不期望的高频分量。在电路119中，形成两个信号的加权和，类似于针对图7的加法器72所解释的，以生成中间信号。加权和的系数可以存储在系数表117中。对应的内插输出信号在端子120、121处被输出，其中两个端子被示出，并且端子可以对应于所形成的内插信号的数目来提供。内插信号的数目不受特别限制，并且可以例如根据所需的分辨率来选择。
在这种情况下，由于实施中使用差信号(由减法器113输出)和中心信号(来自传感器111)，所以可能会导致取决于中间信号在信号周期上的不均匀分布中使用的系数。然而，这在实施例中仍然可以给出可接受的结果。
插值结果也可以取决于磁场的强度。为了说明这一点，图10图示了低场信号的模拟结果。这里，在该示例中，曲线130用作端子123处的信号C的一个示例并且遵循余弦函数，并且曲线131用作在端子122处遵循正弦函数的差信号D的一个示例。C是端子123处的信号(基本上是来自传感器111的归一化信号)，并且D是端子122处的信号(基本上是来自减法器113的归一化输出信号)。在点划线中示出了内插曲线。这些曲线分别根据(0.2C+0.8D)·1.21、(0.4C+0.6D)·1.38、(0.6C+0.4D)·1.38、(0.8C+0.2D)·1.21、(0.8C-0.2D)·1.21、(0.6C-0.4D)·1.38、(0.4C-0.6D)·1.38和(0.2C-0.8D)·1.21内插。选择因子1.21、1.38，使得所有的信号具有基本相似的振幅。
图11然后图示了高磁场信号的一个示例，其中曲线140表示根据2·(sin(0.5α+π/8)4-0.5)的信号C(α)的一个示例，并且曲线141是信号D(α)＝2·(sin(0.5α)4-0.5)的一个示例，作为信号C和D的示例。α是角度，并且幂4表示高场磁阻传感器在高场中可以是非线性的，并且因此正弦磁场的有效输出信号是非正弦的，并且加权和不会产生线性相移，该效果在上文方程中由幂4来表示。因此，与仅使用传感器信号S或者仅使用如上文所讨论的信号S和D或者C和D相比，即使利用具有这种内插的高磁场，也能够改进移动检测(比如速度检测或位置检测)的精度。为了生成比图11中所示的更一致的内插曲线，在其他实施例中，传感器被放置在超过磁极轮子的磁极间距的一半的长度上，以便获得在整个周期内均等分布的信号，即使信号形状以180°旋转对称，如图11的示例中那样。
以下示例是示例性实施例。
示例1.一种传感器设备，包括：
磁场传感器装置，包括多个磁场传感器，以及
评估电路，被耦合到该磁场传感器装置并且被配置成：生成第一信号分量，该第一信号分量与由磁场传感器装置感测的磁场的周期性相关联，以及生成第二信号分量，至少当所感测的磁场的周期长度超过预定阈值时，该第二信号分量具有小于磁场的一半周期的分辨率。
示例2.根据示例1的设备，其中，生成第一信号分量包括：基于所检测的磁场来生成第一信号的过零点的指示。
示例3.根据示例2的设备，其中，第一信号是差信号，差信号指示由多个磁场传感器中的第一传感器生成的第一传感器信号与由 多个磁场传感器中的第二传感器生成的第二信号之间的差。
示例4.根据示例1的设备，其中，生成第二信号分量包括：执行相位估计。
示例5.根据示例4的设备，其中，相位估计包括：基于第一信号和第二信号来计算估计相位，第一信号是从多个传感器的传感器信号导出的，第二信号是基于来自多个信号的传感器信号的。
示例6.根据示例5的设备，其中，第一信号是来自多个传感器中的第一传感器的第一传感器信号与来自多个传感器中的第二传感器的第二传感器信号之间的差信号，并且其中，第二信号是来自多个传感器中的第三传感器的第三传感器信号的两倍与第一传感器信号和第二传感器信号之和之间的差。
示例7.根据示例5的设备，其中，评估电路被配置成计算第一信号和第二信号以具有90°的相位差。
示例8.根据示例5的设备，其中，估计相位包括基于第二信号与第一信号之间的比率来计算反正切或反正切的坐标旋转数字计算近似。
示例9.根据示例1的设备，其中，生成第二信号分量包括：计算虚拟传感器信号，该虚拟传感器信号与被布置在多个磁场传感器之间的虚拟传感器相关联。
示例10.根据示例9的设备，其中，计算虚拟传感器信号包括：计算来自多个磁场传感器的传感器信号的加权和。
示例11.根据示例9的设备，其中，第二信号分量指示虚拟传感器信号的过零点。
示例12.根据示例1的设备，还包括：根据修改的AK协议基于第一信号分量和第二信号分量来生成输出信号。
示例13.一种系统，包括：
磁场生成设备，生成周期性磁场，以及
根据示例1的设备，
其中，磁场生成设备相对于设备的磁场传感器装置可移动。
示例14.根据示例13的系统，其中，磁场生成设备包括磁极轮子或齿状轮子中的至少一个。
示例15.一种方法，包括：
测量磁场，利用包括多个磁场传感器的磁场传感器装置，
生成第一信号分量，该第一信号分量与磁场的周期性相关联，以及
生成第二信号分量，具有小于磁场的一半周期的分辨率。
示例16.根据示例15的方法，其中，生成第一信号分量包括：基于所检测的磁场生成第一信号的过零点的指示。
示例17.根据示例16的方法，其中，第一信号是差信号，差信号指示由多个磁场传感器中的第一传感器生成的第一传感器信号与由多个磁场传感器中的第二传感器生成的第二信号之间的差。
示例18.根据示例15的方法，其中，生成第二信号分量包括：执行相位估计。
示例19.根据示例18的方法，其中，相位估计包括基于从多个传感器的传感器信号导出的第一信号和基于从多个信号的传感器信号的第二信号来计算估计相位，其中，第一信号是来自多个传感器中的第一传感器的第一传感器信号与来自多个传感器中的第二传感器的第二传感器信号之间的差信号，并且其中，第二信号是来自多个传感器中的第三传感器的第三传感器信号的两倍与第一传感器信号和第二传感器信号之和之间的差。
示例20.根据示例15的方法，其中，生成第二信号分量包括：计算虚拟传感器信号，该虚拟传感器信号与被布置在多个磁场传感器之间的虚拟传感器相关联。
可以看出，利用上文讨论的技术，可以改进分辨率。在一些实施方式中，这可以使用现有传感器来完成，例如常规解决方案中使用的传感器，以确定移动速度或移动方向。鉴于上文所讨论的许多变化和修改，明显的是，上文所讨论的实施例不应被解释为进行限制。

Claims (18)

1.一种传感器设备，包括：
磁场传感器装置，包括多个磁场传感器，以及
评估电路，被耦合到所述磁场传感器装置并且被配置成：生成第一信号分量，所述第一信号分量与由所述磁场传感器装置感测的磁场的周期性相关联，以及生成第二信号分量，至少当所感测的磁场的周期长度超过预定阈值时，所述第二信号分量具有小于所述磁场的一半周期的分辨率，
其中所述评估电路被配置成：
确定第一信号和第二信号之间的相位，其中所述第一信号是从所述多个磁场传感器中的第一组导出，并且所述第二信号是从所述多个磁场传感器中的第二组导出，
基于所确定的所述相位和恒定相位差而确定增量相位误差，以及
生成作为所述增量相位误差的所述第二信号分量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，生成所述第一信号分量包括：基于所检测的磁场来生成第一信号的过零点的指示。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一信号是差信号，所述差信号指示由所述多个磁场传感器中的第一传感器生成的第一传感器信号与由所述多个磁场传感器中的第二传感器生成的第二传感器信号之间的差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，生成所述第二信号分量包括：执行相位估计。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一信号是来自所述多个磁场传感器中的第一传感器的第一传感器信号与来自所述多个磁场传感器中的第二传感器的第二传感器信号之间的差信号，并且其中，所述第二信号是来自所述多个磁场传感器中的第三传感器的第三传感器信号的两倍与所述第一传感器信号和所述第二传感器信号之和之间的差。
6.根据权利要求1-3和5中任一项所述的设备，其中，所述评估电路被配置成计算所述第一信号和所述第二信号以具有90°的相位差。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，估计所述相位包括：基于所述第二信号与所述第一信号之间的比率来计算反正切或反正切的坐标旋转数字计算近似。
8.一种传感器设备，包括：
磁场传感器装置，包括多个磁场传感器，以及
评估电路，被耦合到所述磁场传感器装置并且被配置成：生成第一信号分量，所述第一信号分量与由所述磁场传感器装置感测的磁场的周期性相关联，以及生成第二信号分量，至少当所感测的磁场的周期长度超过预定阈值时，所述第二信号分量具有小于所述磁场的一半周期的分辨率，
其中，所述评估电路被配置成计算虚拟传感器信号并且基于所述虚拟传感器信号生成所述第二信号分量，所述虚拟传感器信号与被布置在所述多个磁场传感器之间的虚拟传感器相关联，
其中所述评估电路被配置为通过计算来自所述多个磁场传感器的传感器信号的加权和来计算所述虚拟传感器信号，
其中所述多个磁场传感器包括配置为生成第一信号的第一传感器和配置为生成第二信号的第二传感器，以及
其中所述评估电路被配置为基于所述第一信号和所述第二信号的一半之和生成第一虚拟传感器信号，基于所述第一信号的一半和所述第二信号的一半之和生成第二虚拟传感器信号，以及基于所述第二信号和所述第一信号的一半之和生成第三虚拟传感器信号。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第二信号分量指示所述虚拟传感器信号的过零点。
10.根据权利要求1或8所述的设备，还包括：根据修改的AK协议基于所述第一信号分量和所述第二信号分量来生成输出信号。
11.一种感测系统，包括：
磁场生成设备，生成周期性磁场，以及
根据权利要求1至10中任一项所述的设备，
其中，所述磁场生成设备相对于所述设备的所述磁场传感器装置可移动。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述磁场生成设备包括磁极轮子或齿状轮子中的至少一个。
13.一种感测方法，包括：
利用包括多个磁场传感器的磁场传感器装置测量磁场，
生成第一信号分量，所述第一信号分量与所述磁场的周期性相关联，以及
生成第二信号分量，具有小于所述磁场的一半周期的分辨率，
其中生成所述第二信号分量包括：
确定第一信号和第二信号之间的相位，其中所述第一信号是从所述多个磁场传感器中的第一组导出，并且所述第二信号是从所述多个磁场传感器中的第二组导出，
基于所确定的所述相位和恒定相位差而确定增量相位误差，以及
生成作为所述增量相位误差的所述第二信号分量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述第一信号分量包括：基于所检测的磁场生成第一信号的过零点的指示。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一信号是差信号，所述差信号指示由所述多个磁场传感器中的第一传感器生成的第一传感器信号与由所述多个磁场传感器中的第二传感器生成的第二信号之间的差。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，生成所述第二信号分量包括：执行相位估计。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一信号是来自所述多个磁场传感器中的第一传感器的第一传感器信号与来自所述多个磁场传感器中的第二传感器的第二传感器信号之间的差信号，并且其中，所述第二信号是来自所述多个磁场传感器中的第三传感器的第三传感器信号的两倍与所述第一传感器信号和所述第二传感器信号之和之间的差。
18.一种感测方法，包括：
利用包括多个磁场传感器的磁场传感器装置测量磁场，
生成第一信号分量，所述第一信号分量与所述磁场的周期性相关联，以及
生成第二信号分量，具有小于所述磁场的一半周期的分辨率，
其中，生成所述第二信号分量包括：计算虚拟传感器信号，所述虚拟传感器信号与被布置在所述多个磁场传感器之间的虚拟传感器相关联，
其中计算所述虚拟传感器信号包括：
通过计算来自所述多个磁场传感器的传感器信号的加权和来计算所述虚拟传感器信号，
其中所述多个磁场传感器包括被配置为生成第一信号的第一传感器和被配置为生成第二信号的第二传感器，
基于所述第一信号与所述第二信号的一半之和产生第一虚拟传感器信号，
基于所述第一信号的一半与所述第二信号的一半之和产生第二虚拟传感器信号，以及
基于所述第二信号与所述第一信号的一半之和生成第三虚拟传感器信号。
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