CN109738015B - 信号处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种信号处理装置，该装置通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和/或相位等参数的精度。
Description
技术领域
本公开涉及电子控制领域，尤其涉及一种信号处理装置。
背景技术
在相关技术中，车辆发动机具有各种传感器，常见的转速传感器和相位传感器类型主要有磁电式传感器和霍尔式传感器。
如图1所示，信号齿盘发生旋转，霍尔式传感器的有效磁通量发生变化，输出信号的转换阈值几乎不变，输出幅值比较规则的脉冲信号，相比于磁电式传感器，霍尔式传感器的信号处理相对简单，但是，霍尔式传感器的价格较高于磁电式传感器。
如图3所示，采用如图2所示的磁电式传感器检测旋转的信号齿盘时，磁电式传感器安装在发动机信号齿盘的对面。磁电式传感器包括软铁芯、永磁体、线圈，由线圈包围的软铁芯与永磁体相连接。磁感线从永磁体延伸到软铁芯的端点，进一步延伸到信号齿盘。
如图4A所示，磁电式传感器与信号齿盘的齿正对时，信号齿盘的齿能够使磁通量的分布更加集中，通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量变大。如图4B所示，磁电式传感器与信号齿盘的槽正对时，信号齿盘的齿能够使磁通量的分布分散，削弱通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量。如图5所示，磁电式传感器的输出信号与通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量的变化率成比例，并随着信号齿盘的转速的变化而变化。
如图6所示，沿着信号齿盘的旋转方向，信号齿盘的齿边沿接近磁电式传感器，磁电式传感器的输出信号出现正的峰值，信号齿盘的齿边沿远离磁电式传感器时，磁电式传感器的输出信号出现负的峰值。信号齿盘有缺齿时，缺齿位置处输出信号的峰值(正峰值和负峰值)的绝对值远高于信号齿盘正常位置的峰值的绝对值。信号齿盘的齿或槽的中点对应输出信号下降过程或上升过程的零点。
如图7所示，磁电式传感器输出信号的幅值大于触发电平时，磁电式传感器的信号处理装置输出为低电平。磁电式传感器输出信号经过上升过程或下降过程的零点时，磁电式传感器的信号处理装置的输出发生翻转，输出为高电平。如图8所示，信号齿盘的转速RPM越高，磁电式传感器和信号齿盘之间的气隙值S越小，磁电式传感器的信号处理装置输出信号的幅值越大。
触发电平和过零点的检测不当，就会造成当传感器产生的信号幅值较小时信号易丢失，信号幅值较大时易击穿传感器的问题，降低传感器检测信号齿盘的转速或相位等参数的精度。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种信号处理装置，能够提高传感器检测转速或相位的精度。
根据本公开的一方面，提出了一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块，
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果；
第二比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果；
信号输出模块，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
比值确定模块，用于根据正相输入信号和/或反相输入信号的幅值确定比值，
所述输入信号处理模块对幅值进行的处理包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
在一种可能的实现方式中，所述比值确定模块，包括：
检测子模块，用于检测所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器；
所述模数转换器，用于将所述正相输入信号和/或反相输入信号转换成数字信号，
比值计算模块，用于根据所述数字信号计算比值。
在一种可能的实现方式中，所述检测子模块还用于：
当检测到所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器。
在一种可能的实现方式中，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号其中之一，并提供给第二比较模块。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括参考信号生成模块，连接到所述信号输出模块的输出端，用于将信号输出模块输出的传感器检测结果转换成所述参考信号。
在一种可能的实现方式中，所述参考信号生成模块包括：计数器和数模转换器；
所述计数器，用于对所述传感器检测结果中的脉冲个数进行计数，得到计数结果；
数模转换器，连接到所述计数器，对所述计数结果进行数模转换，得到所述参考信号。
根据本公开的另一方面，提出了一种信号处理装置，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块、参考信号生成模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，所述第一比较模块的第一输入端通过所述第一开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，所述第一比较模块的第二输入端通过所述第二开关与所述输入信号处理模块的第一输出端相连，用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号；
第二比较模块，所述第二比较模块的第一输入端连接到所述输入信号处理模块的第一输出端，所述第二比较模块的第二输入端通过第三开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，分别用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号；所述第二比较模块的第二输入端通过第四开关与所述参考信号生成模块相连，用于接收参考信号生成模块输出的参考信号；
信号输出模块，根据第一比较模块得到的第一比较结果和/或第二比较模块得到的第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关、和第四开关闭合，第三开关断开时，第一比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合时，
第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关和第四开关断开，第三开关闭合时，第二比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，参考信号生成模块包括数模转换器，用于将预先设定的信号幅值进行数模转换，得到参考信号。
在一种可能的实现方式中，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号，并提供给第一比较模块和第二比较模块。
在一种可能的实现方式中，所述幅值包括电压幅值或电流幅值。
根据本公开的另一方面，提出了一种控制系统，所述系统包括控制装置以及上述所述的信号处理装置，
其中，所述控制装置用于根据所述信号处理装置输出的传感器检测结果进行转速和/或相位控制。
通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和/或相位等参数的精度。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出相关技术中的霍尔传感器的输出信号示意图。
图2示出相关技术中的磁电式传感器的外观示意图。
图3示出相关技术中的磁电式传感器的磁路与信号齿盘的相对位置示意图。
图4A示出相关技术中的信号齿盘的齿对应的磁电式传感器的磁感线分布示意图。
图4B示出相关技术中的信号齿盘的槽对应的磁电式传感器的磁感线分布示意图。
图5示出相关技术中的磁电式传感器的输出信号与信号齿盘转速的关系示意图。
图6示出相关技术中的磁电式传感器输出模拟信号示意图。
图7示出相关技术中的磁电式传感器信号处理装置的输出信号示意图。
图8示出相关技术中的磁电式传感器的输出信号示意图。
图9示出根据本公开一实施例的信号处理装置的结构框图。
图10示出根据本公开一实施例的信号处理装置的电路原理图。
图11示出根据本公开一实施例的信号处理装置的可编程分压器的电路原理图。
图12示出了根据本公开一实施例的参考电压确定模块的电路原理图。
图13示出根据本公开一另实施例的信号处理装置的结构框图。
图14示出了根据本公开另一实施例的信号处理装置的电路原理图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图9示出根据本公开一实施例的信号处理装置的结构框图。所述信号处理装置能够应用于传感器中，将传感器产生的模拟信号转换为数字信号，用于检测电子控制系统的转速或相位等参数。例如，信号处理装置可以应用于磁电式传感器或霍尔式传感器等。
如图9所示，信号处理装置可以包括：输入信号处理模块11，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理。
第一比较模块12，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果。
第二比较模块13，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
信号输出模块14，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，所述幅值可以为电压幅值或电流幅值，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，第一比较模块和第二比较模块可以为三态比较器、由三态比较器和电阻等电子元件组成的具有比较功能的电子器件等，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，传感器的检测结果可以为按照一定规律将输入的传感器信号转换为电信号或其他形式的信号。例如，可以转换为脉冲电压信号、脉冲电流信号等，在此不作限定。
通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号进行幅值处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和/或相位等参数的精度。
信号处理装置能够对输入信号的电压幅值或电流幅值进行处理，本公开下文的实施例中将以电压幅值的处理为例进行说明，该装置同样适用于电流幅值的处理。
图10示出根据本公开一实施例的信号处理装置的电路原理图。
在一种可能的实现方式中，所述信号处理装置还可以包括：比值确定模块15，用于根据正相输入信号和/或反相输入信号的幅值确定比值。输入信号处理模块11进行的幅值处理可包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
通过比值确定模块能够根据正相输入信号和/或反相输入信号的幅值确定合适的比值，以对正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，可以有效保护信号处理装置。其中，比值可以为分压比或分流比，在此不作限定。
比值可以根据正相输入信号和反相输入信号中的一者或两者的幅值来确定，比值与幅值的具体关系不做限定。例如，可以在幅值较高时，得到较小的比值，以更大程度地降低输入至比较器的信号幅值，避免比较器被击穿。
在一种可能的实现方式中，比值确定模块包括：
检测子模块可以用于检测来自传感器的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器；
模数转换器可以用于将所述正相输入信号和/或反相输入信号转换成数字信号；
比值计算模块(如图10所示的MCU)，用于根据所述数字信号计算比值。
在一种可能的实现方式中，检测子模块还可以用于：当检测到所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器。其中，阈值可以为小于等于ADC参考电压或参考电流的任一值，在此不作限定。
以下以分压比确定模块作为比值确定模块，分压比作为上述比值为例。本领域技术人员应理解，对于分流的情况，可采用相应的方式来实现，这里不再赘述。如图10所示，分压比确定模块15可以包括传感器输入信号幅值检测模块和分压比计算模块MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。传感器输入信号幅值检测模块可以包括检测子模块和模数转换器(Analog to digital converter，ADC)。
当正相输入信号和/或反相输入信号的幅值高于ADC的参考电压VAD时，将正相输入信号和/或反相输入信号的幅值进行1/2，1/4，…1/2n等分压，n称为分压值，直到分压后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于ADC的参考电压VAD，将分压值和分压后的正相输入信号和/或反相输入信号输送到ADC进行转换，ADC将正相输入信号和/或反相输入信号转换为数字信号，通过SPI、I2C、SCI等通信接口将数字信号发送给分压比计算模块。其中，n为自然数，n的取值与被测对象在最大转速下传感器输出最高电压VMAX和ADC参考电压VAD的比值有关，例如，具体关系如下：通过限定输入信号的幅值小于ADC参考电压时，将输入信号转换为数字信号，能够保护信号处理装置的模数转换器，保护信号处理装置，延长使用寿命。
如图10所示，分压比计算模块MCU根据接收ADC输出的数字信号判断正相输入信号和/或反相输入信号的幅值，根据正相输入信号和/或反相输入信号的幅值与信号处理装置的供电电压计算分压比。例如，信号处理装置的供电电压为5V，如果数字信号包括信号幅值3V和分压值3，正相输入信号和/或反相输入信号的幅值为3*23即24V，将24V第一次分压得到12V，第二次分压为6V，第三次分压为3V，三次分压后的电压小于供电电压5V，分压比为1:3。如果正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于供电电压5V时，分压比为1:1。其中，分压方法不作限定，只要分压后的数字信号的幅值小于等于信号处理装置的供电电压值即可。分压比确定模块根据需要可以输出一个或多个分压比信号，分压比计算模块还可以为DSP、FPGA等，在此不做限定。如图10所示，输入信号处理模块11可以包括与正相输入端VIP相连的可编程分压器，接受来自传感器的正相输入信号，与反相输入端VIN相连的可编程分压器，接受来自传感器的反相输入信号。分压比计算模块MCU将计算的分压比通过通信接口分别传送到可编程分压器，可编程分压器根据计算的分压比分别对正相输入信号和反相输入信号进行分压。其中，分压后的正相输入信号和反相输入信号的幅值小于信号处理装置的供电电压。
图11出了本公开一实施例的信号处理装置的可编程分压器的原理结构图。
如图11所示，可编程分压器可以由多个电阻R1～R8和多个开关K1～K5组成，其中，R1～R8的电阻值相等，VIN/VIP是可编程分压器的输入端，Vo为可编程分压器的输出端。可编程分压器根据接收到的分压比配置开关K1～K5，实现对输入信号1～1/16的分压，降低输入信号的幅值。其中，可编程分压器根据所接收的分压比信号可以灵活设置为1个或多个，在此不作限定。
以上可编程分压器的结构仅仅是一个示例，本公开不以任何方式限制可编程分压器的具体结构。
通过输入信号处理模块对来自传感器的正相输入信号和/或反相输入信号进行降幅处理，能够合理降低输入信号的幅值，保护信号处理装置。
在一种可能的实现方式中，输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号其中之一，并提供给第二比较模块。
放大模块可以进行电压放大或电流放大。以电压放大为例，如图10所示，输入信号处理模块11还包括可编程增益放大器PGA(放大模块的示例)。可编程增益放大器PGA的正相输入端和反相输入端分别接收经可编程分压器分压后的正相输入信号和反相输入信号，通过设置相应的开关阵列能够使得正相输入信号和反相输入信号的放大倍数在10-20倍之间调整。其中，可编程增益放大器PGA可以采用现有的可编程增益放大器的电路结构，在此不作限定。
参见图10，在一种可能的实现方式中，所述信号处理装置还包括参考信号生成模块16，连接到所述信号输出模块14的输出端(如图10中的VOUT)，用于将信号输出模块输出的传感器检测结果转换成所述参考信号。其中，参考信号可以为参考电压或参考电流，在此不作限定。
参考信号生成模块只要能将输出信号转换为适当的参考信号，使得参考信号能够适应于输出信号进行调整即可，本公开对参考信号生成模块的具体结构不做限制。在一种可能的实现方式中，参考信号可以由输出信号的频率决定，输出信号的频率越低，参考信号的幅值越低，反之，输出信号的频率越高，参考信号的幅值越高。
在一种可能的实现方式中，所述参考信号生成模块包括：计数器和数模转换器(Digital to analog converter，DAC)；
计数器，用于对所述传感器检测结果中的脉冲个数进行计数，得到计数结果；
数模转换器，连接到所述计数器，对所述计数结果进行数模转换，得到所述参考信号。
其中，信号输出模块输出的传感器检测结果可以为数字脉冲信号，在此不作限定。
以参考电压作为参考信号为例，图12示出了根据本公开一实施例的参考电压确定模块的电路原理图。
如图12所示，参考电压生成模块可以包括由8个D触发器组成的计数器、二进制开关、采用R-2R梯形电阻网络组成的8位DAC。VREF是8位DAC的基准电压信号，信号DAO为8位DAC输出的参考电压，S0到S7为R-2R梯形电阻网络的控制开关，D[7:0]为8位DAC输入的数字量值，由若干"1"和"0"组成的一组二进制数，其中，"1"代表二进制开关接到VREF，"0"代表二进制开关接到GND。
8个D触发器接收信号处理装置输出的数字脉冲信号，对数字脉冲信号的脉冲个数进行计数，输出计数结果。例如，数字脉冲信号的周期为T，经过第一个D触发器后，进行一次二分频，第一个D触发器的Q端输出一个周期为2T的方波信号，经过第二个D触发器后，进行二次二分频，第二个D触发器的Q端输出一个周期为4T的方波信号，以此类推，经过第八个D触发器后，进行八次二分频，第八个D触发器的Q端输出一个周期为256T的方波信号。
8个D触发器的输出端D[7:0]输出的8位计数结果控制二进制开关S0到S7的导通状态，二进制开关S0到S7控制R-2R梯形电阻网络的导通状态，控制8位DAC输出的参考电压DAO以恒定步长从0逐步增大到VREF。
举例来说，当没有数字脉冲信号输入时，D[7:0]的数字值为00000000，二进制开关S0到S7全部接GND，8位DAC输出的参考电压为0V。
当数字脉冲信号的第一个时钟周期的上升沿输入到第一个D触发器时，第一个D触发器的Q端输出高电平，其它7个D触发器的Q端输出低电平，D[7:0]的值为00000001，二进制开关S1接VREF，其它二进制开关接GND，8位DAC输出的参考电压DAO为1/256VREF。
当数字脉冲信号的第二个时钟周期的上升沿输入到第二个D触发器时，第二个D触发器的Q端输出高电平，其它7个D触发器的Q端输出低电平，D[7:0]的值为00000010，二进制开关S2接VREF，其它二进制开关接GND，8位DAC输出的参考电压DAO为2/256VREF。以此类推，8位DAC输出的参考电压DAO的范围为0～255/256VREF。
8位DAC输出一组二进制权电流，二进制权电流求和得到8位DAC输出的参考电压DAO，8位DAC的各支路电流之间关系如下：20I0＝21I1＝22I2＝L＝2nIn，
8位DAC的输出参考电压为DAO：
其中，b1到bn为8位DAC输入的数字量值，n为正整数。
在一种可能的实现方式中，可以通过SPI、I2C、SCI等通信接口直接赋值给D[7:0]，控制8位DAC输出的参考信号DAO。
参见图5，磁电式传感器得到的信号幅值和频率存在这样的特点，即频率较低时，幅值较低，频率较高时，幅值较高，因此，如果要得到精确的比较结果，避免漏掉信号，可以在频率较低时调低参考信号的幅值，频率较高时提高参考信号的幅值。本公开实施例中计数器与数模转换器的组合，即可实现这样的功能，使得参考信号与输入信号的幅值相适应，提高检测结果的精度。
通过将信号处理装置输出的传感器检测结果作为参考信号生成模块的输入信号，能够使得参考信号生成模块输出的参考信号能够随着传感器的检测结果而变化，能够自适应调整参考信号的幅值，能够避免输入信号较弱时输入信号丢失的情况，提高传感器的检测精度。
应用示例1
以活塞式发动机的转速传感器(磁电式传感器)为例进行示例说明。
如图10所示，磁电式传感器产生的正相和反相模拟信号分别通过正相输入端口VIP和反相输入端口VIN输送到输入信号处理模块11和分压比确定模块15。分压比确定模块15检测正相输入信号和反相输入信号的电压峰值，当正相输入信号和反相输入信号的电压峰值小于模数转换器ADC的参考电压时，模数转换器ADC将正相输入信号和反相输入信号转换为数字信号。模数转换器ADC将数字信号发送到MCU，MCU根据接收到的数字信号计算正相输入信号和反相输入信号的峰值，以信号处理装置的供电电压为基准，计算正相输入信号和反相输入信号的分压比，通过通信接口将计算的分压比输出给可编程分压器。可编程分压器根据分压比将正相输入信号和反相输入信号进行分压，并将分压后的正相输入信号和反相输入信号，其中一路输入到可编程增益放大器PGA的正相和反相输入端口。可编程增益放大器PGA将放大后的输入信号输出到比较器2的正相输入端。比较器2的反相输入端输入参考电压，当比较器2的正相输入信号(即PGA的输出)大于反相输入(即DAC输出)的参考电压时，信号处理装置输出高电平。分压后的正相输入信号和反相输入信号的另一路分别输入到比较器1的正相输入端和反相输入端，比较输入的正相输入信号和反相输入信号，当反相输入信号大于正相输入信号(过零点检测)时，比较器1输出低电平，信号处理装置输出低电平。信号输出模块14可根据需要设置有逻辑电路以对比较器1、2的结果进行预设的逻辑运算，并通过可编程滤波器等器件对信号进行进一步处理，得到所需的信号处理装置的输出。本公开对信号输出模块14的具体结构不做限制。
图13示出了根据本公开另一实施例的信号处理装置的结构框图。
如图13所示，所述信号处理装置可以包括：输入信号处理模块21、第一比较模块22、第二比较模块23、参考信号生成模块24、信号输出模块25、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4；
输入信号处理模块21，可以用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理。其中，传感器可以是转速传感器(例如磁电式传感器)、相位传感器(例如霍尔式传感器)等，在此不作限定。幅值可以是电压幅值或电流幅值，在此不作定。对正相输入信号和反相输入信号进行幅值处理可以是对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行限幅处理等。
第一比较模块22的第一输入端通过第一开关S1与输入信号处理模块21的第二输出端相连，第一比较模块22的第二输入端通过第二开关S2与输入信号处理模块21的第一输出端相连，用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号。
第二比较模块23，第二比较模块23的第一输入端连接到输入信号处理模块21的第一输出端，第二比较模块23的第二输入端通过第三开关S3与输入信号处理模块21的第二输出端相连，第一输入端和第二输入端分别用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号；第二比较模块23的第二输入端通过第四开关S4与参考信号生成模块24相连，用于接收参考信号生成模块24输出的参考信号；
信号输出模块25，根据第一比较模块22得到的第一比较结果和/或第二比较模块23得到的第二比较结果，输出传感器检测结果。其中，传感器检测结果可以为根据来自于传感器的模拟信号得到的数字信号。
其中，第一输入端和第二输入端的其中一个可以为正相输入端，另一个可以为反相输入端。第一输出端和第二输出端的其中一个可以为正相输出端，另一个可以为反相输出端。比较模块可以为三态比较器、或由三态比较器、电阻等电子元件组成的具有比较功能的电子器件，在此不作限定。
通过输入信号处理模块将接收来自传感器的正相和反相输入信号的幅值进行处理，幅值处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，提高了传感器检测转速和/或相位等参数的精度。通过改变第一、第二、第三、第四开关的状态，使得第一、第二比较比较模块可以根据需要呈现不同的连接方式，适用于对不同类型的传感器的输出信号进行所需要的信号处理，得到所需的检测结果。
图14示出了根据本公开另一实施例的信号处理装置的电路原理图。下面以电压幅值处理为例进行说明，该装置同样适用于电流幅值的处理。
在一种可能的实现方式中，当第一开关S1、第二开关S3、和第四开关S4闭合，第三开关S3断开时，第一比较模块22(如图14中的比较器1)将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块23(如图14中的比较器2)将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。
在一种可能的实现方式中，当第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3断开，第四开关S4闭合时，第二比较模块23将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果，实现过零检测。
在这一种可能的实现方式中，当第一开关S1、第二开关S2和第四开关S4断开，第三开关S3闭合时，第二比较模块23将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。
以参考电压作为参考信号为例，如图14所示，当开关S1、S2闭合时，比较器1接收经输入信号处理模块11电压处理后的正相和反相输入信号，比较接收的正相和反相输入信号得到第一比较结果。当开关S4闭合，S3断开时，参考电压确定模块24(如图14中的数模转换器DAC)与比较器2的反相输入端之间的回路连通，比较器2的反相输入端输入参考电压，比较器2的正相输入端输入经输入信号处理模块21电压处理后的正相输入信号，比较器2比较正相输入信号与参考电压得到第二比较结果。
当开关S1、S2、S3断开，S4闭合时，比较器1不工作，比较器2的正相输入端输入经输入信号处理模块21电压处理后的正相输入信号，反相输入端输入参考电压，比较器2比较正相输入信号与参考电压得到第二比较结果。
当开关S1、S2、S4断开，S3闭合时，比较器1不工作，输入信号处理模块21与比较器2的反相输入端之间的回路连通，数模转换器DAC与比较器2的反相输入端之间的回路断开，比较器2的正相和反相输入端分别接收经电压处理后的正相输入信号和反相输入信号，比较正相输入信号和反相输入信号得到第二比较结果。
通过第一开关和第二开关的状态，能够有效控制第一比较模块的工作状态，通过第三开关、第四开关的状态，能够有效的控制第二比较模块的第二输入端的输入信号，进而控制第二比较模块的比较结果。这样，能够有效的实现将信号处理装置接收到的不同类型传感器的输入信号转换为合理的数字信号，使得信号处理装置适用于不同类型的传感器。
在一种可能的实现方式中，参考信号生成模块24包括数模转换器，用于将预先设定的信号幅值进行数模转换，得到参考信号。
以参考电压作为参考信号为例，如图14所示，参考电压生成模块24可以包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，通信接口、控制逻辑、DAC(Digital to analogconverter，数字模拟转换器)。MCU可以通过通信接口(例如SPI、I2C和SCI等)和控制逻辑模块(例如PLC，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)将预先设定的电压值输入到DAC，DAC将预先设定的电压值进行数模转换得到参考电压。其中，预先设定的电压值可以为小于来自传感器的正相输入信号或反相输入信号的幅值，例如霍尔传感器输出信号幅值为600mv的信号，预先设定的电压值可以为300mv、400mv等，在此不作限定。另外，预先设定的电压值可以被直接赋值设定，也可以通过电阻分压给出特定的电压值，在此也不做限定，只要预先设定的电压值符合需要，且小于输入信号的幅值即可。
在某些应用场景下，信号处理装置的输入信号的幅值可以认为是固定值(例如输入信号由霍尔式传感器提供)，在这种情况下，如图13、14所示的实施例可以根据输入信号的幅值预先设置合适的参考电压或电流，以对输入信号进行处理，得到作为检测结果的数字信号。
在一种可能的实现方式中，输入信号处理模块21还包括放大模块(如图14中的缓冲放大器)，用于放大正相输入信号和反相输入信号，并提供给第一比较模块22和第二比较模块23。
放大模块可进行电压放大或电流放大，以电压放大为例，如图14所示，输入信号处理模块21可以包括限幅保护单元、缓冲放大器。通过正相输入端口VIP和反相输入端口VIN分别接收正相输入信号和反相输入信号，并将正相输入信号和反相输入信号分别输入到限幅保护单元，限幅保护单元对输入的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值进行降压处理，使得正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于信号处理装置的供电电压，将经过降压处理的正相输入信号和反相输入信号分别输入到缓冲放大器，缓冲放大器放大输入的正相输入信号和反相输入信号，并将放大后的正相输入信号和/或反相输入信号提供给比较器1和比较器2。
通过限幅保护单元对正相输入信号和/或反相输入信号的幅值限幅处理，能够避免正相输入信号和/或反相输入信号的幅值过大损害信号处理装置，并通过放大模块提高正相输入信号和/或反相输入信号的驱动能力。
应用示例2
如图14所示，信号处理装置通过正相输入端VIP和反相输入端VIN分别接收传感器产生的正相输入信号和反相输入信号。限幅保护单元对分别接收的正相输入信号和反相输入信号进行降压处理，将正相输入信号和反相输入信号的幅值限制在某个范围内，例如小于信号处理装置的供电电压，保护信号处理装置。降压处理后的正相输入信号和反相输入信号分别输入到缓冲放大器进行放大，提高正相输入信号和反相输入信号的驱动能力。
当开关S1、S2和S3闭合，S4断开时，经放大的正相输入信号和反相输入信号分别输入到比较器1的反相输入端和正相输入端、比较器2的正相输入端和反相输入端。比较器1比较输入的正相输入信号和反相输入信号，检测输入信号的上升过程的零点(或下降过程的零点)，比较器2比较输入的正相输入信号和反相输入信号，检测输入信号的下降过程的零点(或上升过程的零点)。当比较器1检测到上升过程的零点时，信号处理装置输出高电平或低电平；当比较器2检测到下降沿零点时，信号处理装置输出低电平或高电平。
当开关S1、S2和S3断开，开关S4闭合时。信号处理装置的反相输入端VIN接地，正相输入端接收来自传感器产生的正相输入信号。MCU通过通信接口和控制逻辑模块设定DAC的输入，例如该输入小于传感器产生信号的幅值。DAC将输入信号进行数模转换产生参考电压，并将参考电压输出到比较器2的反相输入端。比较器2的正相输入端接收经输入信号处理模块电压处理的正相输入信号。当比较器2的正相输入信号大于参考电压时，信号处理装置输出高电平或低电平，当比较器2的正相输入信号低于参考电压时，信号处理装置输出信号发生翻转，输出低电平或高电平。信号输出模块25可根据需要设置有逻辑电路以对比较器1、2的结果进行预设的逻辑运算，并通过可编程滤波器等器件对信号进行进一步处理，得到所需的信号处理装置的输出。本公开对信号输出模块25的具体结构不做限制。
在一种可能的实现方式中，一种控制系统包括控制装置以及上述的信号处理装置，其中，控制装置用于根据所述信号处理装置输出的传感器检测结果进行转速和/或相位控制。
举例来说，常见的发动机的信号齿盘有60-2信号齿盘，其中，一对齿和槽对应的信号齿盘圆心角为6°，每个齿和槽对应的圆心角度为3°。如果信号齿盘有缺齿(特征齿)，一对缺齿和槽对应的圆心角为12°。
启动发动机，当发动机的曲轴旋转时，发动机的信号齿盘相对于传感器发生相对运动，传感器产生类似于如图6所示的模拟信号，模拟信号的零点对应信号齿盘的齿或槽的中点。特征齿处产生的模拟信号的峰值(正峰值和负峰值)的绝对值要比正常齿处的信号峰值的绝对值大。
信号处理装置输出的传感器的检测结果(例如数字脉冲信号)的过零点与发动机的信号齿盘的齿或槽的中点相对应，即数字脉冲信号的下降沿对应信号齿盘的齿的中点。相邻的两个零点之间对应的角度为6°，通过MCU检测数字脉冲信号的边沿(上升沿或下降沿)，能够获得相邻两个零点之间的时间T，根据角度、速度、时间之间的转换关系，可以计算出发动机的转速。根据特征齿的相对位置，可以获取发动机活塞的位置。
通过转速控制装置根据信号处理装置输出的传感器检测结果，能够有效的控制被控对象的转速和/或相位等参数。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (15)
1.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块，
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，实现过零检测；
第二比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果，实现针对所述参考信号的检测；
信号输出模块，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果，以根据所述传感器检测结果进行所述传感器的转速和/或相位控制，
其中，对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，包括：
在所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值大于阈值时，根据所述正相输入信号和/或所述反相输入信号的幅值所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，直至分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于阈值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
比值确定模块，用于根据正相输入信号和/或反相输入信号的幅值确定比值，
所述输入信号处理模块对幅值进行的处理包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述比值确定模块，包括：
检测子模块，用于检测所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器；
所述模数转换器，用于将所述正相输入信号和/或反相输入信号转换成数字信号，
比值计算模块，用于根据所述数字信号计算比值。
4.根据权利要求3所述的信号处理装置，其特征在于，所述检测子模块还用于：
当检测到所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号到模数转换器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号其中之一，并提供给第二比较模块。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括参考信号生成模块，连接到所述信号输出模块的输出端，用于将信号输出模块输出的传感器检测结果转换成所述参考信号。
7.根据权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，所述参考信号生成模块包括：计数器和数模转换器；
所述计数器，用于对所述传感器检测结果中的脉冲个数进行计数，得到计数结果；
数模转换器，连接到所述计数器，对所述计数结果进行数模转换，得到所述参考信号。
8.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块、参考信号生成模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，所述第一比较模块的第一输入端通过所述第一开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，所述第一比较模块的第二输入端通过所述第二开关与所述输入信号处理模块的第一输出端相连，其中，所述第一比较模块的第一输入端和第二输入端中的一个输入端用于接收经幅值处理后的正相输入信号，以及所述第一比较模块的第一输入端和第二输入端中的另一输入端用于接收经幅值处理后的反相输入信号；
第二比较模块，所述第二比较模块的第一输入端连接到所述输入信号处理模块的第一输出端，所述第二比较模块的第二输入端通过第三开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，其中，所述第二比较模块的第一输入端和第二输入端中的一个输入端用于接收经幅值处理后的正相输入信号，以及所述第二比较模块中的第一输入端和第二输入端中的另一输入端用于接收经幅值处理后的反相输入信号；所述第二比较模块的第二输入端通过第四开关与所述参考信号生成模块相连，用于接收参考信号生成模块输出的参考信号；
信号输出模块，根据第一比较模块得到的第一比较结果和/或第二比较模块得到的第二比较结果，输出传感器检测结果，以根据所述传感器检测结果进行所述传感器的转速和/或相位控制，
其中，所述第一比较结果用于实现过零检测，所述第二比较结果用于实现针对所述参考信号的检测，
其中，对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，包括：
在所述正相输入信号和/或反相输入信号的幅值大于阈值时，根据所述正相输入信号和/或所述反相输入信号的幅值所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，直至分压或分流后的正相输入信号和/或反相输入信号的幅值小于阈值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当第一开关、第二开关、和第四开关闭合，第三开关断开时，第一比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
当第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合时，
第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
11.根据权利要求8或10所述的装置，其特征在于，
当第一开关、第二开关和第四开关断开，第三开关闭合时，第二比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第二比较结果。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，参考信号生成模块包括数模转换器，用于将预先设定的信号幅值进行数模转换，得到参考信号。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号，并提供给第一比较模块和第二比较模块。
14.根据权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述幅值包括电压幅值或电流幅值。
15.一种控制系统，其特征在于，所述系统包括控制装置以及权利要求1-14中任意一项所述的信号处理装置，
其中，所述控制装置用于根据所述信号处理装置输出的传感器检测结果进行转速和/或相位控制。
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