CN112073056A - 磁通门磁传感器读出设备 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及磁通门磁传感器读出设备。本发明呈现紧凑、低功率磁通门磁传感器读出电路及设备，其中解调器或整流器电路解调来自磁通门感测线圈的感测信号，且将经解调信号提供到放大器电路，所述放大器电路具有跨导或其它放大器及连接于放大器输入与放大器输出之间的一或多个反馈电容器以对放大器输出电流进行积分并提供指示由磁通门传感器感测的磁场的电压输出信号。

Description

磁通门磁传感器读出设备

本申请是申请日为2014年8月15日、申请号为201410404440.3，且发明名称为磁通门磁传感器读出设备的发明专利申请的分案申请。

本申请案主张2013年8月15日申请且标题为“用于集成磁通门传感器的新颖读出电路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHOD FOR INTEGRATED FLUXGATESENSORS)”的第61/866,446号美国临时专利申请案以及2013年8月19日申请且标题为“用于集成磁通门传感器的新颖读出电路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHOD FORINTEGRATED FLUXGATE SENSORS)”的第61/867,478号美国临时专利申请案的优先权及权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及磁传感器且更特定来说涉及用于磁通门磁传感器的经改进传感器读出电路。

背景技术

磁通门磁传感器在多种应用中用于产生表示所检测磁场的对应输出信号，举例来说，用于电流传感器、电子罗盘或数字磁力计装置及位置感测应用。磁通门装置是使用具有激励与感测绕组或线圈的磁芯来构造的，其中用双向信号驱动激励线圈且感测线圈提供可经积分以确定外部磁场强度的输出信号。通常已使用数种不同方法来介接磁通门感测线圈与外部电路以便提供表示所检测外部磁场的输出电压信号或数字值。许多常规传感器读出电路放大输出电压并通过滤波获得平均值，且某些方法采用Δ-Σ调制器及积分器来产生传感器输出。某些所提议的设计使用取样与保持电路或需要精确时序控制的称为箱车型电路的非线性平均电路来将电压存储于个别箱车型电路的电容器上，借助加法器来测量表示在一系列步长内在感测线圈中的所感应信号的最大值的电压当量。其它磁通门传感器读出电路使用具有低通滤波器的整流器，其中对信号进行滤波且因此贯穿全激励循环或周期对所述信号求平均以便产生与所测量的磁场成比例的经整流电压信号。然而，这些常规方法需要显著量的电路且因此占据集成电路上的宝贵空间，且贯穿全激励循环求平均会降低有效增益。因此，仍不断需要用以提供指示所检测磁场的输出信号同时占据微小集成电路面积而不消耗过量电力的用于磁通门磁传感器的经改进传感器读出设备。

发明内容

本发明提供磁传感器及读出电路，其中解调来自磁通门传感器线圈的信号并将其提供到具有一或多个反馈电容器的跨导或其它放大器以对放大器输出电流进行积分并提供表示所检测磁场的电压信号。通过此配置，提供不需要存在于常规传感器读出电路中的复杂时序与控制电路及滤波的简单、紧凑且低功率传感器读出设备。

根据本发明的一或多个方面，提供一种磁通门磁传感器读出设备，其包含：解调器电路，其具有根据一或多个切换控制信号操作的开关；及放大器电路，其由放大器及连接于放大器输出与放大器输入之间的至少一个反馈电容构成以提供指示由磁通门磁传感器感测的磁场的电压输出信号。在某些实施例中，可使用单端跨导放大器，或所述放大器可为具有反馈电容器的差分输出跨导放大器，所述反馈电容器个别地连接于对应放大器输出与放大器输入之间以对由跨导放大器提供的差分输出电流进行积分。此外，在某些实施例中，提供复位电路以选择性地将反馈电容放电，且控制电路可选择性地提供复位控制信号以每整数N个感测循环将反馈电容放电，其中N大于或等于1。此外，整数N可根据提供到所述控制电路的信号配置，举例来说，以提供反馈电容可借以对来自多个激励循环的放大器输出电流进行积分以促进感测低水平磁场的可调整增益。在某些实施例中，提供停用电路以选择性地将解调器输入连接在一起以停用传感器读出设备，借此减轻当传感器未被使用时放大器电路对噪声的积分。

根据本发明的进一步方面提供磁感测设备，其包含：磁通门传感器；激励电路；及传感器电路，其提供具有积分反馈电容的放大器以用于产生表示所感测磁场的输出信号；连同控制电路，其控制从所述激励电路提供到磁通门传感器激励线圈的周期性双向激励波形的时序。本发明的进一步方面提供一种用于介接磁通门磁传感器的传感器接口电路，其包含：激励电路，其用于将周期性双向波形提供到激励线圈；以及传感器读出电路，其具有解调器以及包含放大器及一或多个积分反馈电容的放大器电路。

附图说明

以下描述及图式详细地陈述本发明的某些说明性实施方案，其指示可实施本发明的各种原理的数种示范性方式。然而，所图解说明的实例并非对本发明的许多可能实施例的详尽说明。将在结合图式考虑的以下详细描述中陈述本发明的其它目标、优点及新颖特征，图式中：

图1是图解说明根据本发明的一或多个方面形成于集成电路的衬底上或中的示范性磁通门磁传感器设备的部分示意性俯视平面图，所述磁通门磁传感器设备包含相关联激励电路及传感器读出电路，所述传感器读出电路具有切换整流器或解调器及具有积分反馈电容器的差分输出放大器；

图2是图解说明图1的磁传感器设备中的激励、感测及控制信令的波形图；

图3是图解说明图1的传感器读出电路中的示范性切换解调器电路的部分示意图；

图4是图解说明具有NMOS差分输入级的示范性差分输出跨导放大器电路实施例的部分示意图；

图5是图解说明具有PMOS差分输入级的另一示范性差分输出跨导放大器实施例的部分示意图；

图6是图解说明根据本发明包含传感器读出电路的另一示范性磁通门磁传感器设备的部分示意性俯视平面图，所述传感器读出电路具有解调器以及具有积分反馈电容的单端输出放大器；

图7是图解说明图6的传感器设备中具有NMOS差分输入级的示范性单端输出跨导放大器电路实施例的部分示意图；且

图8是图解说明具有PMOS差分输入级的另一示范性单端输出跨导放大器电路实施例的部分示意图。

具体实施方式

下文中结合图式来描述一或多个实施例或实施方案，其中在通篇中使用相似参考编号来指代相似元件，且其中各种特征未必按比例绘制。本发明提供下文中在具有板上磁通门传感器结构的磁通门磁力计集成电路的上下文中图解说明及描述的接口电路及传感器读出设备以及集成磁通门磁传感器。可结合外部磁通门传感器结构或具有不同数目及配置的激励及/或传感器线圈的磁通门传感器来采用本发明的各种方面，且将了解本发明的传感器读出概念并不限于所图解说明的实例。

首先参考图1，其图解说明提供在某些实施例中形成于半导体衬底4上及/或中的单集成电路解决方案的示范性磁通门传感器设备2，且其包含磁通门磁传感器6、积分传感器读出电路14、激励电路20及控制电路24。示范性磁通门传感器6包含：磁敏感芯8，例如可形成于衬底4上及/或中的高磁导率芯结构8，其中激励绕组或线圈10包含卷绕在芯8的部分上的激励线圈区段10a、10b、10c及10d；及位于中心的感测绕组12。在所图解说明的实例中，绕组10及12使用衬底组合件4的不同层上的导电部分而围绕芯结构8的对应部分形成，其中在所图解说明的视图中，实线展示在对应芯结构8上方的绕组部分且虚线展示在对应芯结构8下方的绕组部分。在不同实施例中，可使用任何数目个激励与感测绕组10、12。此外，在此实例中，磁敏感芯结构8包含分离双侧对称芯部分8a及8b的两个纵向相对的间隙8g。其中不使用间隙8g的其它设计为可能的，或可提供单个间隙，或者可在芯结构8中包含两个以上此类间隙8g。此外，在所有实施例中，芯部分8a及8b可为但并非需要为对称的。另外，不同实施例中的线圈绕组可呈现许多不同的变化形式，一般来说，所述变化形式不应影响本发明的传感器读出方面，且可在磁通门传感器6上包含额外线圈而对传感器读出电路14并无影响。

激励电路20可为经由到激励线圈10的相应第一端及第二端的连接18a及18b将AC激励信号18(例如周期性双向脉冲波形)提供到激励绕组10的任何适合电路。在一个非限制性实施例中，激励电路14为H桥切换电路，其根据来自控制电路24的一或多个时序控制信号22操作以在一系列激励循环中的每一者中将处于正供应电压的正脉冲且接着将处于负供应电压的负脉冲选择性地提供到激励线圈10，优选地在连续交变脉冲之间具有无施加电压的周期。在一个非限制性实例中，激励电路20将交变激励电流波形“ie”提供到激励绕组10以交替地驱动芯结构8沿相反极性或方向经过磁饱和及去磁，借此在感测线圈12中感应出电感测电流“is”。当芯结构8暴露于外部磁场(例如，在图1中所展示的定向中在左边)时，芯结构8在与所述场对准时较易饱和且在与外部场相反时较不易饱和。因此，所感应的感测线圈电流“is”将与激励电流异相，且差将与外部磁场的强度相关。激励脉冲持续时间及频率可为优选地交替地将芯8驱动成相反极性或方向的饱和及不饱和以在感测线圈12上产生由传感器读出设备14检测的信号的任何适合值，其中控制电路24相应地提供时序控制信号22。另外，控制电路24使传感器读出电路14的操作与激励电路20的操作同步以适合地解调感测线圈信号从而在输出端子36a及36b处提供表示接近磁通门传感器6的磁场的输出电压信号V_OUT 36。

还参考图3，传感器读出电路14经由到感测线圈12的端的连接16a及16b接收传感器线圈信号16，且至少部分地基于从感测绕组12接收的传感器信号16而提供一或多个输出信号或值36，例如差分或单端电压信号V_OUT。传感器读出电路14包含解调器电路30，解调器电路30经由来自控制电路24的控制信号26及28与激励电路20同步以解调从感测线圈12接收的感测信号“is”及对应感测线圈电压信号V_S。解调器电路30在第一解调器输出端子30a及第二解调器输出端子30b处将输出(在此情况中，为经解调差分电压V_D)提供到放大器电路32的对应输入端子。在图1的非限制性实例中，解调器30具有连接到感测线圈12的一端的第一输入16a及连接到感测线圈12的第二端的第二解调器输入16b，连同解调器切换电路(在此实例中，由如所展示而连接的解调器开关DS1-DS4形成)。

图3图解说明开关式解调器或整流器电路30的一个非限制性实例，其包含形成切换晶体管DS1-DS4中的每一者的一对源极/漏极耦合PMOS及NMOS晶体管组合件。在此情况中，控制电路24提供切换控制信号26及28以操作组合件DS1-DS4的NMOS晶体管，且提供控制信号反相器以激活DS1-DS4的对应PMOS装置。DS1-DS4的栅极控制端子由控制电路24控制，其中DS1根据切换控制信号26而在第一状态中操作以将第一解调器输入16a连接到第一解调器输出30a，且其中DS4也根据信号26而在第一状态中操作以将第二解调器输入16b连接到第二解调器输出30b。因此，在第一状态中，解调器电路30将未经更改的正感测线圈电压V_S传送到输出端子30a及30b。DS2及DS3根据来自控制电路24的另一切换控制信号28在解调器切换电路的第二状态中操作以将第一解调器输入16a连接到第二解调器输出30b(DS2)以及将第二调制器输入16b连接到第一解调器输出30a(DS3)，借此在第二解调器状态中将经解调电压V_D反相。控制电路24交替地断言信号26及28以便使解调器切换电路DS1-DS4的操作在第一状态与第二状态之间交替，举例来说，如以下图2中所展示，其中控制电路24以两倍于激励电路20的频率的频率有效地切换解调器状态。另外，某些实施例实现控制传感器读出电路切换信号26及28的激活的持续时间，举例来说，以使得在输入端子16a、16b与输出端子30a、30b的连接之间提供介入空间或时间周期，但此并非对所有可能实施例的严格要求。此外，输入端子16a、16b中的选定一者与解调器输出30a、30b的电耦合可如所展示为跨越对应晶体管DS1-DS4的源极/漏极的直接电连接，或在各种实施例中，可在电耦合中包含其它介入电路组件(未展示)。此外，虽然图解说明为将场效应晶体管用于场效应晶体管组合件DS1-DS4，但可使用其它形式的电子开关，例如，双极晶体管等。

此外，根据本发明的各种方面，放大器电路32由具有连接到解调器输出端子30a及30b的输入的积分放大器34构成，其中一或多个反馈电容C1、C2连接于放大器输出36与对应放大器输入之间以对来自放大器输出36的输出电流进行积分并提供指示由磁通门传感器6感测的磁场的电压输出信号V_OUT。图1的放大器电路32为跨导放大器，但在各种实施例中可使用运算放大器或其它放大器电路。放大器34经由跨导放大器34的差分输出端子在放大器输出端子36a及36b处提供差分电压输出36V_OUT。以下在图6中图解说明另一非限制性实例，其中放大器34经由端子36a(连接到跨导放大器输出端子)及36b(连接到电路接地GND)提供单端电压输出。在图1的差分放大器输出实例中，第一反馈电容器C1连接于第一放大器输出36a与第一放大器输入30a之间，且第二反馈电容器C2连接于第二放大器输出36b与第二放大器输入30b之间。在各种实施方案中，偏移消除电路(未展示)可包含于放大器34内或可提供于放大器输入处在解调器输出30a及30b与到放大器34的输入之间以(举例来说)使用相关双取样、自动归零等进行放大器偏移的完全或部分消除。在一个非限制性实施例中，开关式电容器电路(未展示)耦合于放大器输入与解调器输出30a及30b之间，且操作以存储在图1中的开关S1、S2及DS5闭合时测量的电容器电压，借此存储表示任何放大器偏移的电压。在正常操作中，偏移消除电路接着将个别开关式电容器与积分电容器C1及C2串联地连接，借此至少部分地消除对在放大器电路32的输出端子36a及36b处提供的最终输出电压VOUT的任何放大器偏移影响。另外，所图解说明的实施例包含具有与C1并联连接的第一开关S1及与C2并联连接的第二开关S2的复位电路，其中开关S1及S2经由来自控制电路24的控制信号38控制以通过在开关S1及S闭合或导通时将电容器C1及C2放电而将跨导放大器输出电压V_OUT选择性地复位到零。

图2图解说明展示在磁感测设备2的操作期间的各种示范性信号的波形曲线图。图2中的曲线图50图解说明由激励电路20提供到激励线圈10的示范性激励电流波形“ie”的一个循环，其包含在T1处开始且在T2处结束的初始正脉冲52、后续接着其中无激励电流施加到线圈10的时间间隔T2-T3以及从T3到T4施加的后续负脉冲54。此外，如图2的曲线图70中所见，来自激励电路20的激励脉冲的提供导致感测线圈电压脉冲72、74、76及78，其中初始正感测线圈脉冲72由第一激励脉冲52在T1处的起始产生，且后续负电压脉冲74在第一激励脉冲52的中止后即刻在T2处开始。此后，感测线圈电压V_S包含跟随负激励脉冲54的起始在T3处开始的另一负电压脉冲76及跟随激励脉冲54的去激活在T4处开始的最终正感测线圈电压脉冲78。

图2进一步图解说明经由信号26及28控制的解调器晶体管DS1-DS4的示范性闭合及断开状态。在此实例中，DS1及DS4在第一解调器状态中从T1到T2及从T3到T4闭合，且DS2及DS3在第二解调器状态中闭合达在T2处开始且再次在T4处开始的给定时间周期，其中在某些实施例中，晶体管DS2及DS3可保持闭合直到T3，但此并非对所有实施方案的严格要求。由于解调器电路晶体管DS1-DS4经由控制信号26及28的操作，图2中的曲线图80图解说明包含正脉冲82、84、86及88的所得经解调输出电压V_D，其中DS1-DS4的选择性切换操作形成沿正方向的所有脉冲82-88，借此解调器30提供曲线图70中所展示的感测线圈电压脉冲的切换整流，其中电压脉冲82、84、86及88作为输入电压V_D提供到放大器电路32且因此作为差分电压输入提供到跨导放大器34。

在操作中，由第一跨导放大器输出36a提供的输出电流将反馈电容器C1充电，且由第二跨导放大器输出36b传导的输出电流将电容器C2充电。跨导放大器34将对应于所接收的解调器输出电压脉冲82、84、86及88的输出电流提供到端子36a及36b。在此配置中，感测线圈12的经整流信号加负载有跨导放大器34的低阻抗，其中将来自解调器电路30的电压信号V_D转换为积分到反馈电容C1、C2上的电流输出。因此，不需要中间或额外电路来进行积分，且在放大器输出36处提供的电压输出指示由来自解调器30的脉冲82-84覆盖的区域，且因此表示接近传感器设备2的所感测磁场。特定来说，反馈电容器C1及C2的充电执行跨导放大器输出电流的积分，其中跨越C1及C2的所得电容器电压为加性的，以跨越端子36a及36b呈现差分输出电压信号V_OUT。因此，积分跨导放大器电路32的操作提供具有比常规传感器读出电路显著较低的复杂性及功率消耗的紧凑解决方案。

图2中的曲线图90图解说明输出电压V_OUT，其包含对应于分别与解调器输出电压脉冲82、84、86及88相关联的经积分贡献的递增增加或步长92、94、96及98。因此，来自具有反馈电容C1及C2的跨导放大器34的输出电压36表示曲线图70中所展示的正及负感测线圈脉冲72、74、76及78的总能量贡献，且因此指示对应于接近于磁感测设备2的任何外部场的磁通门传感器结构6的磁化。

此外，如图1中所见，根据来自控制电路24的复位信号38操作复位电路开关S1及S2。在某些实施例中，控制电路24提供解调器切换控制信号26及28以在一系列感测循环(图2中展示一个循环)中的每一者中使切换电路DS1-DS4循序地在第一及第二状态中操作，且在各种实施例中，控制电路24还提供复位信号38以每整数“N”个感测循环选择性地将反馈电容器C1及C2放电，其中N大于或等于1。此外，如图2中所展示，在一个实施方案中，控制电路24经由信号38闭合开关S1及S2以在循环的开始之前将电容器C1及C2放电，其中图2进一步图解说明给主机系统(未展示)提供来自放大器电路32的电压输出V_OUT的传感器输出读取时间T5。在一个可能的实施方案中，举例来说，取样与保持电路(未展示)可从端子36a及36b接收电压信号，且在图2中所展示的时间T5处对取样与保持进行触发或计时，借此经取样电压处于对应于曲线图90中所展示的电压步长98的电平。

此外，在某些实施例中，由控制电路24实施的整数N可根据提供到控制电路24的增益输入信号24a而配置，如图1中所展示。在一个可能的非限制性实施方案中，例如，增益信号24a由主机系统提供。此外，在其它可能的实施方案中，控制电路24可预编程有整数N。就这一点来说，主机系统可选择性地将整数N改变为大于(举例来说)1以针对测量低水平磁场增加感测设备2的增益，且可针对测量较高场强度选择性地减小整数N。举例来说，在N＝2的情况下，放大器电路输出36表示在两个感测循环内的经解调输出电压脉冲82-88(八个脉冲)的能量贡献且对于N＝3，表示在三个循环内的脉冲贡献等等。以此方式，增加N的值增加感测设备2的增益，且在某些实施例中，主机系统可使用增益信号或值24a选择性地调整N的值(以整数增量)，增益信号或值24a可为单个信号、数字值或者可借以将整数N提供到控制电路24的其它信号或值。在其它可能实施方案中，举例来说，N的值可针对感测设备集成电路产品2在具有不同外部磁场感测要求的不同环境中的使用而配置(例如，低增益产品配置有N的低值，较高增益产品配置有N的较高值，等等)。

如图1及3中所进一步展示，某些实施例进一步提供停用电路，在此情况中为开关DS5(图1)，例如经由来自控制电路24的停用信号40操作以选择性地将第一解调器输入16a及第二解调器输入16b连接在一起以停用传感器读出设备14的PMOS/NMOS晶体管对(图3)。在某些实施方案中，控制电路24激活信号42，闭合DS5同时断开调制器开关DS1-DS4，且还可同时地闭合开关S1及S2以完全停用传感器读出设备14的积分操作。以此方式，举例来说，当传感器设备2未在使用中时，DS5的激活(以使得DS5变为闭合或导通的)防止放大器34的进一步积分且因此减轻噪声效应到输出36中的积分。在某些实施例中，控制电路24可从外部(例如，主机)系统接收输入信号以将传感器读出设备14置于停用或非操作状态中，其中控制电路24相应地提供切换控制信号40以停用设备14的操作。

现在参考图1、4及5，可使用接收电压输入并提供输出的任何适合放大器34，其中图4及5图解说明场效应晶体管差分输出跨导放大器实例。在图4的实例中，例如，跨导放大器34包含第一晶体管Q6(在此情况中为NMOS装置)，其具有连接到第一解调器输出30a的栅极以及连接到第一放大器输出36a及传导偏置电流电平I_B的50％的第一电流源42的漏极，其中电流源42的上部端子连接到正供应电压VSS。第二NMOS晶体管Q7与Q6形成差分输入级且具有连接到第二解调器输出30b的栅极及连接到第二放大器输出36b的漏极，其中第二电流源44(也为0.5I_B)连接于VSS与Q7的漏极之间，如所展示。另外，在此情况中，跨导放大器34包含将偏置电流电平I_B从Q6及Q7的源极传导到供应接地GND的第三电流源46。此外，如图4中所见，在一个实例中，可使用如所展示跨越对应的第一反馈电容器C1及第二反馈电容器C2连接的PMOS晶体管及NMOS晶体管来实施个别复位电路开关S1及S2，其中控制电路24将高态有效控制信号38直接提供到S1及S2的NMOS装置，且其中将经反相控制信号提供到PMOS装置。

图5图解说明跨导放大器34的替代差分输出实施例，其中第一PMOS晶体管Q8具有连接到解调器输出30a的栅极、连接到第一放大器输出36a的漏极及通过电流源46(I_B)连接到VSS的源极。另外，Q8的漏极通过电流源42(0.5I_B)连接到GND。在此情况中，第二PMOS晶体管Q9具有连接到第二解调器输出30b的栅极、连接到电流源46的下部端子的源极以及连接到第二放大器输出36b及另一电流源44(也为0.5I_B)的漏极，如所展示。可使用任何适合电路组件(举例来说，形成电流镜电路的MOS晶体管等等)来构造图4及5的实施例中的电流源42、46及48。

现在参考图6-8，图6图解说明类似于上文结合图1所描述的磁通门磁传感器设备的另一磁通门磁传感器设备2，其中放大器电路32包含具有单端输出36的放大器34，其中第二放大器输出36b连接到电路接地GND，其中第二解调器输出端子30b也连接到GND，如所展示。可使用任何适合单端放大器，其实例图解说明于图7及8中。在图7中，示范性单端跨导放大器34包含具有连接到第一解调器输出30a的栅极的第一NMOS晶体管Q6及使用连接于正电压供应节点VSS与Q6的漏极之间的PMOS晶体管Q10实施的第一电流源，其中电流源晶体管Q10具有彼此连接且连接到另一PMOS晶体管Q11的栅极的栅极及漏极，其中Q11及Q10形成电流镜以个别地传导偏置电流电平I_B的一半。图7的实例进一步包含具有连接到第二解调器输出30b的栅极及连接到第一放大器输出端子36a的漏极的第二NMOS晶体管Q7，如所展示，其中第二电流镜PMOS晶体管Q11连接于VSS与Q7的漏极之间。另外，第三电流源46(I_B)连接于Q6及Q7的源极与电路接地GND之间，如所展示。

图8图解说明包含第一PMOS晶体管Q8的替代单端输出跨导放大器实施例，第一PMOS晶体管Q8具有连接到第一解调器输出30a的栅极以及连接到电流源NMOS晶体管Q12(传导0.5I_B)的漏极及栅极的漏极，其中Q12及另一NMOS电流源晶体管Q13借助连接到GND的源极形成电流镜。第二PMOS晶体管Q9具有连接到第二解调器输出30b的栅极以及连接到Q13的漏极及第一放大器输出端子36a的漏极，如所展示。另外，传导电流I_B的电流源46连接于上部供应节点VSS与Q8及Q9的源极之间。

此外，如图7及8的单端输出实例中所见，可使用单个反馈电容器C1，其连接于第一放大器输出36a与第二跨导放大器输入(例如，图7中的Q7的栅极或图8中的Q9的栅极)，且因此操作以对由跨导放大器34提供的输出电流进行积分。而且，在此情况中，复位电路包含跨越反馈电容C1连接的单个开关S1(使用根据来自控制电路24的控制信号38操作的NMOS晶体管及PMOS晶体管来实施这些实例)。

因此，积分跨导放大器电路32有利地提供用以在无复杂切换或滤波电路的情况下执行放大器输出电流的积分的单紧凑电路方法且提供与正由传感器设备2感测的磁场成比例的输出电压V_OUT(无论是单端还是差分)。就这一点来说，所图解说明的实施例有利地将来自解调器的信号直接积分为电流且因此不需要额外电流/电压转换电路，借此本发明的概念的各种实施方案呈现胜过常规技术的进步且促进紧凑、节电的解决方案。另外，复位电路S1(及S2，针对差分实施方案)的操作有利地为设备2提供增益控制，因此促进感测多种多样的外部磁场量值的操作。此外，采用停用电路DS5的实施例有利地促进低噪声操作，其中控制电路24经配置以当传感器未在使用中时通过使感测线圈12的端子短路而选择性地停用放大器积分的操作以防止电路噪声的积分。另外，本文中揭示的所揭示积分跨导放大器方法有利地提供低功率解决方案，其中在不需要使用高速放大器的情况下对从感测线圈12接收的高频率输入信号进行积分以便重构及/或放大所述信号。此外，所揭示的设计不需要精确时序且提供增加设备增益的可选择调整，且因此在不于时间窗内求平均的情况下促进对电路偏移及噪声问题的较低敏感度。另外，所揭示的传感器设备2及传感器读出设备14借助单个电路中的取样-保持功能性有利地执行传感器信号放大及积分，因此提供用于磁通门磁传感器系统2的紧凑、低功率、低噪声传感器读出解决方案。另外，不需要如在先前传感器读出电路设计中使用的预滤波或取样电容器。

以上实例仅图解说明本发明的各种方面的数个可能实施例，其中所属领域的技术人员在阅读并理解本说明书及附图之后将即刻联想到等效更改及/或修改。另外，虽然可能已关于多个实施方案中的仅一者揭示了本发明的特定特征，但此特征可与其它实施例的一或多个其它特征组合，此对于任何给定或特定应用来说为合意及有利的。而且，在术语“包含(including，include)”、“具有(having，has)”、“具有(with)”或其变体用于详细描述中及/或权利要求书中的条件下，此类术语打算以类似于术语“包括”的方式为包含性的。

Claims (19)

1.一种用于从磁通门磁传感器提供输出信号的传感器读出设备，其包括：

解调器电路，其包含：

第一解调器输入，其耦合到所述磁通门磁传感器的感测线圈的第一端，

第二解调器输入，其耦合到所述感测线圈的第二端，

第一解调器输出，

第二解调器输出，及

解调器切换电路，其根据至少一个解调器切换控制信号而在第一状态中操作以将所述第一解调器输入电耦合到所述第一解调器输出并将所述第二解调器输入电耦合到所述第二解调器输出，且在第二状态中操作以将所述第一解调器输入电耦合到所述第二解调器输出并将所述第二解调器输入电耦合到所述第一解调器输出；

控制电路，其提供所述至少一个解调器切换控制信号以使所述解调器切换电路的操作在所述第一与第二状态之间交替；

放大器电路，其包含：

放大器，其具有连接到所述第一解调器输出的第一放大器输入、连接到所述第二解调器输出的第二放大器输入，及放大器输出，及

至少一个反馈电容，其连接于所述放大器输出与所述放大器输入中的一者之间以对由所述放大器输出提供的输出电流进行积分，且在所述放大器输出处提供指示由所述磁通门磁传感器感测的磁场的电压输出信号；及

复位电路，所述复位电路根据来自所述控制电路的至少一个复位信号而操作以选择性地将所述至少一个反馈电容放电。

2.根据权利要求1所述的传感器读出设备，其中所述放大器输出为具有第一放大器输出及第二放大器输出的差分输出，且其中所述至少一个反馈电容包含连接于所述第一放大器输出与所述第一放大器输入之间的第一反馈电容器及连接于所述第二放大器输出与所述第二放大器输入之间的第二反馈电容器。

3.根据权利要求2所述的传感器读出设备，其中所述复位电路根据来自所述控制电路的至少一个复位信号而操作以选择性地将所述第一及第二反馈电容器放电。

4.根据权利要求3所述的传感器读出设备，其中所述控制电路经配置以提供所述至少一个解调器切换控制信号以在多个感测循环中的每一者中使所述解调器切换电路循序地在所述第一及第二状态中操作，且其中所述控制电路经配置以选择性地提供所述复位信号以每整数N个感测循环将所述第一及第二反馈电容器放电，其中N大于或等于1。

5.根据权利要求4所述的传感器读出设备，其中所述整数N可根据提供到所述控制电路的增益输入信号而配置。

6.根据权利要求3所述的传感器读出设备，其进一步包括停用电路，所述停用电路根据来自所述控制电路的至少一个停用信号而操作以选择性地将所述第一及第二解调器输入连接在一起以停用所述传感器读出设备。

7.根据权利要求2所述的传感器读出设备，其中所述放大器为跨导放大器。

8.根据权利要求1所述的传感器读出设备，其中所述控制电路经配置以提供所述至少一个解调器切换控制信号以在多个感测循环中的每一者中使所述解调器切换电路循序地在所述第一及第二状态中操作，且其中所述控制电路经配置以选择性地提供所述复位信号以每整数N个感测循环将所述至少一个反馈电容放电，其中N大于或等于1。

9.根据权利要求8所述的传感器读出设备，其中所述整数N可根据提供到所述控制电路的增益输入信号而配置。

10.根据权利要求1所述的传感器读出设备，其进一步包括停用电路，所述停用电路根据来自所述控制电路的至少一个停用信号而操作以选择性地将所述第一及第二解调器输入连接在一起以停用所述传感器读出设备。

11.根据权利要求1所述的传感器读出设备，其中所述放大器为跨导放大器。

12.一种磁感测设备，其包括：

磁通门传感器结构，其包含芯结构、卷绕在所述芯结构的至少一部分周围的至少一个激励线圈，及感测线圈；

激励电路，其经配置以将周期性双向激励电流波形提供到所述激励线圈；

控制电路，其控制所述周期性双向激励电流波形的时序；

传感器读出电路，其包括：

解调器电路，其根据来自所述控制电路的至少一个解调器切换控制信号与所述激励电路在操作上同步以解调来自所述感测线圈的感测信号，及

放大器电路，其包含：

放大器，其具有连接到第一解调器输出的第一放大器输入、连接到第二解调器输出的第二放大器输入，及放大器输出，及

至少一个反馈电容，其连接于所述放大器输出与所述放大器输入中的一者之间以对由所述放大器输出提供的输出电流进行积分且在所述放大器输出处提供指示由所述磁通门磁传感器结构感测的磁场的电压输出信号；及

复位电路，所述复位电路根据来自所述控制电路的至少一个复位信号而操作以选择性地将所述至少一个反馈电容放电。

13.根据权利要求12所述的磁感测设备，其中所述解调器电路包括：

第一解调器输入，其耦合到所述磁通门磁传感器的感测线圈的第一端；

第二解调器输入，其耦合到所述感测线圈的第二端；及

解调器切换电路，其根据所述至少一个解调器切换控制信号而在第一状态中操作以将所述第一解调器输入电耦合到所述第一解调器输出并将所述第二解调器输入电耦合到所述第二解调器输出，且在第二状态中操作以将所述第一解调器输入电耦合到所述第二解调器输出并将所述第二解调器输入电耦合到所述第一解调器输出；且

其中所述控制电路提供所述至少一个解调器切换控制信号以使所述解调器切换电路的操作在所述第一与第二状态之间交替。

14.根据权利要求13所述的磁感测设备，其中所述放大器输出为具有第一放大器输出及第二放大器输出的差分输出，且其中所述至少一个反馈电容包含连接于所述第一放大器输出与所述第一放大器输入之间的第一反馈电容器及连接于所述第二放大器输出与所述第二放大器输入之间的第二反馈电容器。

15.根据权利要求12所述的磁感测设备，

其中所述控制电路经配置以在个别地对应于所述周期性双向激励信号的一个周期的多个感测循环中的每一者中使所述激励电路及所述解调器电路操作；且

其中所述控制电路经配置以选择性地提供所述复位信号以每整数N个感测循环将所述至少一个反馈电容放电，其中N大于或等于1。

16.根据权利要求12所述的磁感测设备，其进一步包括停用电路，所述停用电路根据来自所述控制电路的至少一个停用信号而操作以选择性地停用传感器读出设备。

17.根据权利要求12所述的磁感测设备，其中所述放大器为跨导放大器。

18.一种用于介接磁通门磁传感器的传感器接口电路，其包括：

激励电路，其经配置以根据至少一个激励时序控制信号将周期性双向激励电流波形提供到所述磁通门传感器的激励线圈；

传感器读出电路，其包括：

解调器电路，其根据来自控制电路的至少一个解调器切换控制信号与所述激励电路在操作上同步以解调来自感测线圈的感测信号，及

放大器电路，其包含：

放大器，其具有连接到第一解调器输出的第一放大器输入、连接到第二解调器输出的第二放大器输入，及放大器输出，及

至少一个反馈电容，其连接于所述放大器输出与所述放大器输入中的一者之间以对由所述放大器输出提供的输出电流进行积分且在所述放大器输出处提供指示由所述磁通门磁传感器结构感测的磁场的电压输出信号；

控制电路，其提供所述至少一个激励时序控制信号以控制所述周期性双向激励电流波形的时序；及

复位电路，所述复位电路根据来自所述控制电路的至少一个复位信号而操作以选择性地将所述至少一个反馈电容放电。

19.根据权利要求18所述的传感器接口电路，

其中所述控制电路经配置以在个别地对应于所述周期性双向激励信号的一个周期的多个感测循环中的每一者中使所述激励电路及所述解调器电路操作；且

其中所述控制电路经配置以选择性地提供所述复位信号以每整数N个感测循环将所述至少一个反馈电容放电，其中N大于或等于1。

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