CN109238117A - 一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路技术领域，提供一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置，通过振荡模块对激励线圈提供振荡信号，并当转子的位置发生变化时，若干感应线圈与激励线圈发生互感后输出相应的感应信号，并依序经过同步整流模块进行整流、开关模块进行选通、滤波模块进行滤波、放大模块进行信号放大以及模数转换模块进行模数转换后，输出数字信号给数字信号处理模块以计算及还原转子的位置信息，供电子控制模块进行分析处理和做出相应的执行控制；同时，多相位时钟产生模块用于实时对同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息，由此实现精确获取并校正转子位置信息的效果，以对与转子连接的机械装置进行精确检测。

Description

一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置。

背景技术

随着车辆电控系统的发展，非接触式位置传感器广泛应用于汽车电子助力转向系统、油门踏板、节气门控制、座椅自动调节以及后视镜调节等电子控制系统中。典型的电磁感应式非接触式位置传感器带有特定形状的金属转子、PCB单板以及专用的信号处理芯片。PCB单板上的激励线圈与感应线圈的互感会出现周期性的变化，具体地，感应线圈的正弦信号经过同步整流器和低通滤波器滤波处理转为近似直流的信号，再由自动增益控制放大器放大、模数转换进行转为数字信号，最后由数字信号处理器计算及还原位置信息。

同步整流器的选通控制信号和感应线圈的正弦信号的频率相同，但是各自经过的路径却并不相同，两者路径延迟不同引入的相位差会造成信号的衰减和失真，从而影响传感器整体的检测精度。并且，不同路径引入的相位差会随着电压、温度及芯片生产工艺波动而变化，使得两者在不同芯片的相位差不一致，且同一芯片的两者在不同电压和不同温度时也不相同。

以频率为10MHz正弦信号为例，一个周期时间为100ns，半周期时间为50ns，半周期信号积分值若理想采样点偏离10ns，半周期信号积分值输出信号变化为前述理想值的80.9％，损失近20％，从而导致得到转子的位置信息有偏差，造成检测结果不精确的问题。

因此，现有的用于非接触式位置传感器的控制技术存在着同步整流的输出信号有损耗，从而导致得到转子的位置信息出现偏差，造成检测结果不精确的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置，旨在解决现有的用于非接触式位置传感器的控制技术存在着半波同步整流的输出信号有损耗，从而导致得到转子的位置信息出现偏差，造成检测结果不精确的问题。

本发明第一方面提供了一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路，接若干感应线圈和激励线圈，若干所述感应线圈和所述激励线圈之间设有转子，所述转子用于连接待测定的机械装置，所述信号处理电路包括：

振荡模块、同步整流模块、开关模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、多相位时钟产生模块以及数字信号处理模块；

所述振荡模块与所述激励线圈相连接，所述同步整流模块的输入端接所述感应线圈，所述同步整流模块的输出端接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端接所述滤波模块的输入端，所述滤波模块的输出端接所述放大模块的输入端，所述放大模块的输出端接所述模数转换模块的输入端，所述模数转换模块的输出端接所述数字信号处理模块的输入端，所述数字信号处理模块的第一输出端接所述开关模块的接收端，所述数字信号处理模块的第二输出端接所述多相位时钟产生模块的输入端，所述数字信号处理模块的第三输出端接电子控制模块，所述多相位时钟产生模块的控制端接所述同步整流模块的受控端；

所述振荡模块用于对所述激励线圈提供振荡信号，当所述转子的位置发生变化时，若干所述感应线圈与所述激励线圈发生互感后输出相应的感应信号，并依序经过所述同步整流模块进行整流、所述开关模块进行选通、所述滤波模块进行滤波、所述放大模块进行信号放大以及所述模数转换模块进行模数转换后，输出数字信号给所述数字信号处理模块以计算及还原所述转子的位置信息，供所述电子控制模块进行分析处理和做出相应的执行控制；所述多相位时钟产生模块用于实时对所述同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息。

本发明第二方面提供了一种用于非接触式位置传感器的信号处理装置，包括若干感应线圈和激励线圈，以及设于若干所述感应线圈和所述激励线圈之间的转子，所述转子用于连接待测定的机械装置，所述控制装置还包括如上述所述的信号处理电路。

本发明提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置，通过振荡模块对激励线圈提供振荡信号，并当转子的位置发生变化时，若干感应线圈与激励线圈发生互感后输出相应的感应信号，并依序经过同步整流模块进行整流、开关模块进行选通、滤波模块进行滤波、放大模块进行信号放大以及模数转换模块进行模数转换后，输出数字信号给数字信号处理模块以计算及还原转子的位置信息，供电子控制模块进行分析处理和做出相应的执行控制；同时，多相位时钟产生模块用于实时对同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息，由此实现了可精确获取并校正转子位置信息的效果，从而对与转子连接的机械装置进行精确检测，避免了出现数据偏差的情况，解决了现有的用于非接触式位置传感器的控制技术存在着半波同步整流的输出信号有损耗，从而导致得到转子的位置信息出现偏差，造成检测结果不精确的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路的模块结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路的示例电路图。

图3是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中感应信号经过同步整流器和低通滤波器后的信号示意图。

图4是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中多相位时钟产生模块的示例电路图。

图5是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中多相位时钟产生模块输出的信号示意图。

图6是本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中同步整流器的内部电路控制示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置，采用金属转子连接待测定的机械装置，PCB单板上设置激励线圈和若干感应线圈作为定子，当金属转子的位置发生变化时，由于其特定的对称形状，PCB单板上的激励线圈与若干感应线圈的互感会出现周期性的变化，产生周期性变化的感应电压信号。该感应电压信号由模拟信号采集器放大并通过模数转换器转为数字信号，再经过数字信号处理器计算从而还原出转子的位置信息。同时，实时对同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息。

图1示出了本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路，接若干感应线圈101和激励线圈103，若干感应线圈101和激励线圈103之间设有转子102，转子102用于连接待测定的机械装置，该信号处理电路包括振荡模块208、同步整流模块201、开关模块202、滤波模块203、放大模块204、模数转换模块205、多相位时钟产生模块207以及数字信号处理模块206。

振荡模块208与激励线圈103相连接，同步整流模块201的输入端接感应线圈101，同步整流模块201的输出端接开关模块202的输入端，开关模块202的输出端接滤波模块203的输入端，滤波模块203的输出端接放大模块204的输入端，放大模块204的输出端接模数转换模块205的输入端，模数转换模块205的输出端接数字信号处理模块206的输入端，数字信号处理模块206的第一输出端接开关模块202的接收端，数字信号处理模块206的第二输出端接多相位时钟产生模块207的输入端，数字信号处理模块206的第三输出端接电子控制模块301，多相位时钟产生模块207的控制端接同步整流模块201的受控端。

振荡模块208用于对激励线圈103提供振荡信号，当转子102的位置发生变化时，若干感应线圈101与激励线圈103发生互感后输出相应的感应信号，该感应信号依序经过同步整流模块201进行整流、开关模块202进行选通、滤波模块203进行滤波、放大模块204进行信号放大以及模数转换模块205进行模数转换后，输出数字信号给数字信号处理模块206以计算及还原转子102的位置信息，并通过电子控制模块301进行分析处理和做出相应的执行控制；多相位时钟产生模块207用于实时对同步整流模块201内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正位置信息。

作为本发明一实施例，上述通过多相位时钟产生模块207实时对同步整流模块201内部的多个采集端口的相位进行调节，当然，根据需要可调节其中的一个端口或多个端口的相位，以校正转子102的位置信息，从而更加精确地测定与转子102连接的机械装置的位置变化。

图2示出了本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路的示例电路，图3示出了感应信号经过同步整流器和低通滤波器后的信号示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述振荡模块208包括振荡器，所述振荡器用于输出预设幅度和预设频率的振荡信号，由于激励线圈103获取到振荡信号，并在转子102的位置(包括角度的偏移)发生变化时，若干感应线圈101和激励线圈103的互感会产生感应信号，并且感应信号的经过同步整流器和低通滤波器后的波形变化如图3所示。

作为本发明一实施例，上述同步整流模块201包括同步整流器，该同步整流器包括第一采集端口IN0、第二采集端口IN1、第三采集端口IN2以及第四采集端口IN3，当然，采集端口的数量可根据需要进行设置；并且可通过多相位时钟产生模块207对其中的一个或多个采集端口采集到相位进行调节，以校准转子102的位置信息。

作为本发明一实施例，上述开关模块202包括选通开关阵列。

作为本发明一实施例，上述滤波模块203包括低通滤波器，所述低通滤波器用于将感应信号中高于截止频率的干扰信号进行滤除。

作为本发明一实施例，上述放大模块204包括自动增益控制放大器，所述自动增益控制放大器用于对感应信号进行信号放大。

作为本发明一实施例，上述模数转换模块205包括模数转换器，所述模数转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号。

作为本发明一实施例，上述数字信号处理模块206包括数字信号处理器，所述数字信号处理器用于对接收到的数字信号进行计算处理，以得到转子102的位置信息。

图4示出了本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中多相位时钟产生模块的示例电路，图5和图6分别示出了本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路中多相位时钟产生模块输出的信号示意图和同步整流器的内部电路控制示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述多相位时钟产生模块207包括串联的多个延时单元，图4采用P[0]、P[1]、P[2]……P[N]表示各串联节点，若干个档位的相位由选取串联路径不同节点实现，也即是由选取串联不同数量的延时单元实现，覆盖实际可能因工艺、温度等引起的最大相位差异。并且，产生CLKA和CLKB两路可独立配置任意选择P[N:0]其中一个相位的作为同步采样时钟信号。

本发明还提供了一种用于非接触式位置传感器的信号处理装置，包括若干感应线圈和激励线圈，以及设于若干所述感应线圈和所述激励线圈之间的转子，所述转子用于连接待测定的机械装置，所述控制装置还包括如上述所述的信号处理电路。

以下结合图1-图6，对上述一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置中校正转子的工作原理进行描述如下：

校正方式一，产品在生产测试时，外部条件为标准电压及常温，每个产品的IN0-IN2中任一通路的同步采样时钟CLKA轮流依次遍历P[0]-P[N]各相位，经后级模拟及数字信号处理后分别得到该通路N个不同相位配置下的信号幅度值，选取其中对应幅度值最大的相位例如P[M]，M为1至N中某一数值，M值作为初始相位配置保存至芯片片内非易失存储器。正常工作时，多相位产生模块中的CLKA相位配置值从非易失存储器相应存储位获取该值作为初始值。芯片加工工艺引入的相位偏差得到校正。

校正方式二，产品在实际应用工作过程中，外部条件为实际工作电压及工作温度，产品的IN0-IN2中任一通路在正常信号采样转换基础上，增加N次相位检测信号转换，对应同步时钟CLKA轮流依次遍历P[0]-P[N]各相位，经后级模拟及数字信号处理后分别得到该通路N个不同相位配置下的信号幅度值，选取其中对应幅度值最大的相位例如P[M]，M为1至N中某一数值，M值作为较优相位配置给正常采样相位所使用。相位偏差随工作电压及温度的变化得到校正。

校正方式三，产品在实际应用工作过程中，外部条件为实际工作电压及工作温度，产品的IN3通路用作实时检测通路，对应同步时钟CLKB轮流依次遍历P[0]-P[N]各相位，经后级模拟及数字信号处理后分别得到该通路N个不同相位配置下的信号幅度值，选取其中对应幅度值最大的相位例如P[M]，M为1至N中某一数值，M值作为较优相位配置给IN0、IN1、IN2正常采样相位CLKA所使用。相位偏差随工作电压及温度的变化得到校正。

以上各方式具体实现时对每个相位条件下的信号值均可通过多次平均或去除最大最小值后求均值的方式避免偶发的环境干扰引入的变化造成误检测。

综上，本发明实施例提供的一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路及装置，通过振荡模块对激励线圈提供振荡信号，并当转子的位置发生变化时，若干感应线圈与激励线圈发生互感后输出相应的感应信号，并依序经过同步整流模块进行整流、开关模块进行选通、滤波模块进行滤波、放大模块进行信号放大以及模数转换模块进行模数转换后，输出数字信号给数字信号处理模块以计算及还原转子的位置信息，供电子控制模块进行分析处理和做出相应的执行控制；同时，多相位时钟产生模块用于实时对同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息，由此实现了可精确获取并校正转子位置信息的效果，从而对与转子连接的机械装置进行精确检测，避免了出现数据偏差的情况，解决了现有的用于非接触式位置传感器的控制技术存在着半波同步整流的输出信号有损耗，从而导致得到转子的位置信息出现偏差，造成检测结果不精确的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于非接触式位置传感器的信号处理电路，接若干感应线圈和激励线圈，若干所述感应线圈和所述激励线圈之间设有转子，所述转子用于连接待测定的机械装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：

振荡模块、同步整流模块、开关模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、多相位时钟产生模块以及数字信号处理模块；

所述振荡模块与所述激励线圈相连接，所述同步整流模块的输入端接所述感应线圈，所述同步整流模块的输出端接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端接所述滤波模块的输入端，所述滤波模块的输出端接所述放大模块的输入端，所述放大模块的输出端接所述模数转换模块的输入端，所述模数转换模块的输出端接所述数字信号处理模块的输入端，所述数字信号处理模块的第一输出端接所述开关模块的接收端，所述数字信号处理模块的第二输出端接所述多相位时钟产生模块的输入端，所述数字信号处理模块的第三输出端接电子控制模块，所述多相位时钟产生模块的控制端接所述同步整流模块的受控端；

所述振荡模块用于对所述激励线圈提供振荡信号，当所述转子的位置发生变化时，若干所述感应线圈与所述激励线圈发生互感后输出相应的感应信号，依序经过所述同步整流模块进行整流、所述开关模块进行选通、所述滤波模块进行滤波、所述放大模块进行信号放大以及所述模数转换模块进行模数转换后，输出数字信号给所述数字信号处理模块以计算及还原所述转子的位置信息，供所述电子控制模块进行分析处理和做出相应的执行控制；所述多相位时钟产生模块用于实时对所述同步整流模块内部的多个采集端口的相位进行调节，以校正所述位置信息。

2.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述振荡模块包括振荡器，所述振荡器用于输出预设幅度和预设频率的振荡信号。

3.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述同步整流模块包括同步整流器。

4.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述开关模块包括选通开关阵列。

5.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述滤波模块包括低通滤波器，所述低通滤波器用于将所述感应信号中高于截止频率的干扰信号进行滤除。

6.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述放大模块包括自动增益控制放大器，所述自动增益控制放大器用于对所述感应信号进行信号放大。

7.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述模数转换模块包括模数转换器。

8.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述数字信号处理模块包括数字信号处理器。

9.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述多相位时钟产生模块包括串联的多个延时单元，若干个档位的相位调节由选取串联不同数量的所述延时单元实现。

10.一种用于非接触式位置传感器的信号处理装置，包括若干感应线圈和激励线圈，以及设于若干所述感应线圈和所述激励线圈之间的转子，所述转子用于连接待测定的机械装置，其特征在于，所述信号处理装置还包括如权利要求1-9任一项所述的信号处理电路。