CN110546458A - 转速传感器和用于运行转速传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种转速传感器，该转速传感器具有驱动器和探测器，该驱动器用于激励可振动质量块进行振动并且具有至少一个驱动器‑放大器电路，该探测器用于探测可振动质量块的偏转并且具有至少一个探测器‑放大器电路，其中，能够可选地调整低的静态电流或较高的静态电流，该低的静态电流用于在节能模式中运行驱动器‑放大器电路和/或探测器‑放大器电路，该较高的静态电流用于在正常模式中运行驱动器‑放大器电路和/或探测器‑放大器电路。

Description

转速传感器和用于运行转速传感器的方法
技术领域
本发明从根据权利要求1的前序部分的转速传感器以及根据权利要求8的前序部分的用于运行转速传感器的方法出发。
背景技术
这种转速传感器通常包括用于激励可振动质量块进行振动的驱动器，该驱动器具有至少一个驱动器-放大器电路。通过探测器可以探测可振动质量块的偏转。该探测器通常具有至少一个探测器-放大器电路。此外，在转速传感器中通常设有参考电流发生器，该参考电流发生器用于为驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路产生参考电流。所述转速传感器例如可以构型成微机电系统(MEMS)。
通常将这种转速传感器用于电池供电的移动终端设备中，因此只能提供有限的能量储备来运行这种转速传感器。为了减少这种转速传感器的能量消耗，已知周期性地接通和关断转速传感器。在转速传感器的接通状态中可以执行测量。随后，将转速传感器置于其关断状态中。以这种方式可以产生低的能耗，这种低的能耗能够允许在移动终端设备中运行这种转速传感器。
然而，已证明不利的是，在接通转速传感器时(即在从关断状态切换到接通状态中时)，首先必须经过一定的起动时间才能够进行足够准确的测量。该起动时间例如是由如下情况造成的：无法任意快地将可振动质量块置于期望振动中。
发明内容
在此背景下，本发明的任务是能够实现转速传感器在移动终端设备中的具有减少的起动时间的运行。
相比于现有技术，根据并列权利要求的根据本发明的转速传感器以及根据本发明的用于运行转速传感器的方法具有如下优点：能够可选地调整低的静态电流或较高的静态电流，所述低的静态电流用于在节能模式中运行驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路，所述较高的静态电流用于在正常模式中运行驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路。在节能模式中，驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路由于较低的静态电流而具有较低的带宽和较高的噪声。由于放大器电路的各个分支中的电流(通过较低的静态电流)以相同的方式减小，所以相应放大器电路的极点和零点在节能模式中仅略微改变。因此，从节能模式到正常模式的转换对放大器电路的稳定性仅有很小影响。就此而言，驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路在节能模式中以较低性能工作。在转速传感器的功耗与性能之间存在权衡(Abtausch)。当切换到正常模式中时，可以相对快速地将放大器电路置于其正常运行状态中。因此，不需要等待转速传感器的长的起动时间。
本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地阐述。
根据本发明的一种有利构型设置，转速传感器包括参考电流发生器，该参考电流发生器用于为驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路产生参考电流，该参考电流发生器具有第一场效应晶体管，其中，第一场效应晶体管具有第一沟道宽度，第一沟道宽度能够被改变以调整静态电流。第一沟道宽度(英语：channel width)应理解为第一场效应晶体管的导流沟道在垂直于电流方向上的延伸。第一场效应晶体管的沟道宽度与由第一场效应晶体管引导的参考电流成比例。通过调整第一沟道宽度，可以调整由第一场效应晶体管引导的参考电流。在驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路中，可以由参考电流推导出相应放大器电路的静态电流。因此，可以通过由参考电流发生器所提供的参考电流来调整静态电流。第一场效应晶体管优选构造成MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)或者构造成FinFET(鳍式场效应晶体管)。替代地，第一场效应晶体管可以构造成JFET(结型场效应晶体管)。第一场效应晶体管可以是n沟道场效应晶体管或p沟道场效应晶体管。
在这种情况下有利的是：第一场效应晶体管具有多个第一栅指(Gate-Finger)，其中，为了调整静态电流，至少一个第一栅指能够被可选地接通或关断。第一场效应晶体管的第一沟道宽度取决于第一场效应晶体管的第一栅电极的宽度。在具有第一栅电极(该第一栅电极具有多个第一栅指)的第一场效应晶体管中设置，至少一个第一栅指能够被接通或关断，使得可以通过第一栅指的接通或关断来调整第一栅电极的有效宽度。优选地，能够接通或关断的第一栅指与开关元件(例如场效应晶体管)连接。
另一有利构型设置，参考电流发生器具有多个并联连接的第一晶体管，其中，为了调整参考电流，第一晶体管中的至少一个能够被可选地接通或关断。通过第一晶体管的并联接通可以增大参考电流，并且通过第一晶体管的关断可以减小参考电流。在参考电流增大的情况下，在驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路中得到增大的静态电流；在参考电流减小的情况下，在驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路中得到减小的静态电流。第一晶体管可以是双极型晶体管或场效应晶体管。
根据本发明的一种有利构型设置，驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路具有第二场效应晶体管，其中，第二场效应晶体管具有如下沟道宽度：该沟道宽度能够被改变以调整静态电流。第二沟道宽度应理解为第二场效应晶体管的导流沟道在垂直于电流方向上的延伸。第二场效应晶体管的第二沟道宽度与第二场效应晶体管引导的参考电流成比例。因此，可以通过调整第二沟道宽度来调整由第二场效应晶体管引导的参考电流。优选地，由第二晶体管引导的参考电流是电流镜的输入电流，并且静态电流是电流镜的输出电流，使得可以通过增大第二场效应晶体管的沟道宽度来减小静态电流。相反地，可以通过减小第二场效应晶体管的沟道宽度来增大静态电流。第二场效应晶体管优选构造成MOSFET或者构造成FinFET。替代地，第二场效应晶体管可以构造成JFET。第二场效应晶体管可以是n沟道场效应晶体管或p沟道场效应晶体管。
在这种情况下有利的是，第二场效应晶体管具有多个第二栅指，其中，为了调整静态电流，至少一个第二栅指能够被可选地接通或关断。第二场效应晶体管的第二沟道宽度取决于第二场效应晶体管的栅电极的宽度。在具有第二栅电极(该第二栅电极具有多个第二栅指)的第二场效应晶体管中设置，至少一个第二栅指能够被接通或关断，使得可以通过第二栅指的接通或关断来调整第二栅电极的有效宽度。优选地，能够接通或关断的第二栅指与开关元件(例如场效应晶体管)连接。如果由第二晶体管引导的参考电流是电流镜的输入电流，并且静态电流是电流镜的输出电流，则可以通过接通第二场效应晶体管的栅指来减小静态电流。相反地，可以通过关断第二场效应晶体管的栅指来增大静态电流。
本发明的另一有利构型设置，驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路具有多个并联连接的第二晶体管，其中，为了调整静态电流，第二晶体管中的至少一个能够被可选地接通或关断。如果由第二晶体管引导的参考电流是电流镜的输入电流，并且静态电流是电流镜的输出电流，则可以通过第二晶体管的并联接通来减小静态电流，并且可以通过关断第二晶体管来增大静态电流。第一晶体管可以是双极型晶体管或场效应晶体管。
根据本发明的转速传感器优选用于如下终端设备：该终端设备具有用于将电能提供给转速传感器的能量存储器(尤其电池)。
在根据本发明的方法中，可以通过控制命令来实现节能模式与正常模式之间的切换。可以由移动终端设备的控制单元将控制命令传递给转速传感器。可以通过移动终端设备的使用者的输入来触发控制命令。替代地，控制单元可以根据移动终端设备的状态变量(例如根据能量存储器的充电状态或根据终端设备的功能单元的运行状态)尤其自动地产生控制命令。
在根据本发明的方法中，同样可以使用结合转速传感器阐述的有利特征。
以下根据附图中所示的实施例进一步阐述本发明的其他细节和优点。
附图说明
图1以方框图示出根据本发明的一种实施例的转速传感器的主要用电器。
图2示出根据本发明的一种实施例的转速传感器的参考电流发生器以及驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路的示意性电路图。
具体实施方式
图1以方框图示出根据本发明的一种实施例的构造成陀螺仪的转速传感器1的主要用电器。转速传感器1是MEMS转速传感器。转速传感器1具有在方框图中未示出的可振动质量块，通过转速传感器的驱动将该可振动质量块置于振动中并且使该可振动质量块保持振动。为了求取转速，借助转速传感器的探测器来测量可振动质量块的偏转。探测器提供与转速传感器所经受的转速相关的输出信号。转速传感器1的主要用电器是设置在驱动器中的驱动器-放大器电路3以及设置在探测器中的探测器-放大器电路4。驱动器-放大器电路3和探测器-放大器电路4例如可以构造成差分放大器。这种差分放大器需要基本上恒定的静态电流101、101、103(bias current：偏置电流)来运行，这伴随着基本上恒定的能量消耗。
如下所述，可以通过一个或多个参考电流发生器2以及通过布置在驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4中的电流镜来提供静态电流101、102、103。通常可以借助更高的静态电流101、102、103来实现驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4的改善的性能——尤其更高的带宽和/或更低的噪声。然而，这种性能以恒定且显著的能量消耗为代价。
在根据该实施例的转速传感器1中已经采取了特别的措施，以便降低能量消耗并且即便如此仍允许转速传感器1在移动终端设备中以足够的性能运行。这种移动终端设备通常仅具有构造成电池的用于给转速传感器1供电的能量存储器。根据本发明，能够可选地调整低的静态电流101、102、103或较高的静态电流101、102、103，所述低的静态电流用于在节能模式中运行驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4，所述较高的静态电流用于在正常模式中运行驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4。在节能模式中，驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4由于较低的静态电流101、102、103而具有较低的带宽和较高的噪声。然而，从节能模式到正常模式的转换对驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4的稳定性仅有很小影响。在切换到正常模式中时，可以将驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4快速地置于其正常运行状态中。因此，不需要等待转速传感器1的长的起动时间。
图2示出根据本发明的一种实施例的转速传感器1的一部分的简化电路图。示出的是参考电流发生器2和放大器电路3、4，该放大器电路可以构造成驱动器-放大器电路和/或探测器-放大器电路。通过参考电流发生器来产生提供给放大器电路3、4的参考电流100。
根据该实施例，参考电流发生器2具有电流镜。电流镜包括电流源20和与电流源连接的多个晶体管21、22、23，所述晶体管构造成场效应晶体管。在图2的图示中，第一场效应晶体管由符号22和23表示，并且第二场效应晶体管由符号21表示。第一场效应晶体管22、23具有多个栅指，其中，符号22表示第一栅指，并且符号23表示第二栅指。与此不同，第一场效应晶体管22、23可以具有其他的栅指。此外替代地，可以代替第一场效应晶体管22、23而设置多个并联连接的晶体管。
第一场效应晶体管22、23具有第一沟道宽度，该第一沟道宽度能够被改变以调整静态电流101、102、103。根据该实施例，沟道宽度的这种可调整性可以通过如下方式实现：第一场效应晶体管的第一栅指22能够被可选地接通或关断。为此，在电流源20与第一栅指22的栅电极之间的连接路径中设置开关24。可以通过移动终端设备的控制单元来操控开关24。开关24可以构造成晶体管——例如场效应晶体管。通过第一栅指22的接通或关断来调整第一栅电极的有效宽度。在开关24闭合的情况下，第一栅指22被接通。第一场效应晶体管22、23的沟道宽度增大。因此，场效应晶体管可以提供增大的参考电流100。通过放大器电路3、4的电流镜将所述增大的参考电流100镜像到放大器电路的静态电流101、102、103上。这种状态表示转速传感器1的正常模式。如果将开关24断开，则栅指22被关断。第一场效应晶体管22、23的沟道宽度减小。参考电流100减小。通过放大器电路3、4的电流镜将减小的参考电流100镜像到静态电流101、102、103。这种状态表示转速传感器1的节能模式。
根据该实施例，在转速传感器1中，可以替代地或附加地通过布置在放大器电路3、4中的第二开关36来影响静态电流101、102、103。放大器电路3、4具有电流镜，参考电流100被馈入到该电流镜中。电流镜具有多个镜晶体管，这些镜晶体管提供单独的静态电流101、102、103。此外，设置第二场效应晶体管31、32，该第二场效应晶体管具有多个栅指。在图2的图示中，示出第一栅指31和第二栅指32。与此不同，第二场效应晶体管可以具有其他的栅指。此外替代地，可以代替场效应晶体管31、32而设置多个晶体管(尤其场效应晶体管)的并联连接。第一栅指32能够通过开关36被可选地接通或关断。通过第二栅指32的接通或关断来调整第二场效应晶体管的第二栅电极的有效宽度。在开关36闭合的情况下，第一栅指32被接通。第二场效应晶体管31、32的沟道宽度增大。因此，所镜像的静态电流101、102、103减小。这种状态表示转速传感器1的节能模式。如果将第二开关36断开，则第二栅指32被关断。第二场效应晶体管31、32的沟道宽度减小。所镜像的静态电流101、102、103增大。这种状态表示转速传感器1的正常模式。
上述转速传感器1具有用于激励可振动质量块进行振动的驱动器，该驱动器包括至少一个驱动器-放大器电路3。此外，转速传感器1具有用于探测可振动质量块的偏转的探测器，该探测器包括至少一个探测器-放大器电路4。为了实现转速传感器1在移动终端设备中的具有减小的起动时间的运行，能够可选地调整低的静态电流101、102、103或较高的静态电流101、102，所述低的静态电流用于在节能模式中运行驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4，所述较高的静态电流用于在正常模式中运行驱动器-放大器电路3和/或探测器-放大器电路4。
在前面的描述中，除非另有说明，否则定冠词或不定冠词与名词的结合使用还应包括名词的复数。说明书和权利要求中的术语“第一”和“第二”能够实现将相似的元件彼此区分开，并且不描述这些元件的确定次序。此外，以下借助相同的附图标记表示相同的元件。

Claims (10)

1.一种转速传感器(1)，所述转速传感器具有驱动器和探测器，所述驱动器用于激励可振动质量进行振动并且具有至少一个驱动器-放大器电路(3)，所述探测器用于探测所述可振动质量块的偏转并且具有至少一个探测器-放大器电路(4)，其特征在于，能够可选地调整低的静态电流(101，102，103)或较高的静态电流(101，102，103)，所述低的静态电流用于在节能模式中运行所述驱动器-放大器电路(3)和/或所述探测器-放大器电路(4)，所述较高的静态电流用于在正常模式中运行所述驱动器-放大器电路(3)和/或所述探测器-放大器电路(4)。
2.根据权利要求1所述的转速传感器，其特征在于，所述转速传感器(1)包括参考电流发生器(2)，所述参考电流发生器用于为所述驱动器-放大器电路(3)和/或所述探测器-放大器电路(4)产生参考电流(100)，所述参考电流发生器具有第一场效应晶体管(22，23)——尤其MOSFET，其中，所述第一场效应晶体管(22，23)具有第一沟道宽度，所述第一沟道宽度能够被改变以调整所述静态电流(101，102，103)。
3.根据权利要求2所述的转速传感器，其特征在于，所述第一场效应晶体管(22，23)具有多个第一栅指，其中，为了调整所述静态电流(101，102，103)，至少一个第一栅指(22)能够被可选地接通或关断。
4.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述参考电流发生器(2)具有多个并联连接的第一晶体管，其中，为了调整所述静态电流(101，102，103)，所述第一晶体管中的至少一个能够被可选地接通或关断。
5.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述驱动器-放大器电路(3)和/或所述探测器-放大器电路(4)具有第二场效应晶体管(31，32)——尤其MOSFET，其中，所述第二场效应晶体管(31，32)具有第二沟道宽度，所述第二沟道宽度能够被改变以调整所述静态电流(101，102，103)。
6.根据权利要求5所述的转速传感器，其特征在于，所述第二场效应晶体管(31，32)具有多个第二栅指，其中，为了调整所述静态电流(101，102，103)，至少一个第二栅指(32)能够被可选地接通或关断。
7.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述驱动器-放大器电路(3)和/或所述探测器-放大器电路(4)具有多个并联连接的第二晶体管，其中，为了调整所述静态电流(101，102，103)，所述第二晶体管中的至少一个能够被可选地接通或关断。
8.一种移动终端设备，所述移动终端设备具有根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器，并且所述移动终端设备具有将电能提供给所述转速传感器的能量存储器。
9.一种用于运行转速传感器(1)的方法，所述转速传感器具有驱动器和探测器，所述驱动器用于激励可振动质量块进行振动并且具有至少一个驱动器-放大器电路(3)，所述探测器用于探测所述可振动质量块的偏转并且具有至少一个探测器-放大器电路(4)，其特征在于，可选地调整低的静态电流(101，102，103)或较高的静态电流(101，102，103)，所述低的静态电流用于在节能模式中运行所述驱动器-放大器电路(2)和/或所述探测器-放大器电路(4)，所述较高的静态电流用于在正常模式中运行所述驱动器-放大器电路(2)和/或所述探测器-放大器电路(4)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过控制命令来控制所述节能模式与所述正常模式之间的切换。
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