CN113446925B - 用于位置感测的数字相位跟踪滤波器 - Google Patents

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Abstract

用于位置感测的数字相位跟踪滤波器。本发明提供了用于测量位置的位置传感器器件(1)和对应方法(100)。器件包括用于生成模拟感测信号(Sk)的位置传感器元件(2)，每个信号是在不同的偏移相位上偏移的基本上相同的正弦函数，其输入相位(θi)表示位置。器件包括：数字化电路(3)，用于基于模拟感测信号提供表示输入相位(θi)的数字信号；以及数字处理单元(4)。器件基于处理单元的第一输出(P1)来输出指示位置的输出信号(P)。处理单元包括：误差信号发生器(11)，用于计算指示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号；数字滤波器(5)，用于对误差信号进行滤波以生成第一输出；反馈路径(6)，用于基于第一输出来提供反馈信号；以及滤波器选择器(7)，用于从不同的滤波器中选择要应用的滤波器，其中，对于每个不同的滤波器，以不同方式对公共滤波器电路所操作的至少一个输入进行缩放以选择不同的滤波器带宽。

Description

用于位置感测的数字相位跟踪滤波器
技术领域
本发明涉及位置传感器领域，并且更具体地，本发明涉及通过应用相位跟踪方法对位置传感器的信号进行数字处理。特别地，本发明涉及使用此类数字处理来测量位置的器件和方法。
背景技术
在本领域中已知，可以根据由位置传感器提供的信号来确定位置(诸如角位置或线性位移)。例如，通过机械地将要确定的位置与由磁性组件(例如，永磁体)和磁场传感器(例如，包括霍尔效应和/或感应元件)产生的磁场的相对取向相关联，位置可以根据磁场传感器感测到的一个或多个磁场属性来推断。换句话说，此类器件可以旨在确定角位置(例如，相对于零参考角)。显然，此类角位置也可以通过适当的机械耦合与待确定的更通用的位置，甚至是线性位置确定性地相关。角位置影响由一个或多个磁传感器元件感测到的磁场，由此可以从中确定位置。(多个)传感器信号可以基本上表现为正(余)弦信号，可以从中确定角位置。(例如，相对于彼此具有90°的相位偏移(不作为限制)的)此类信号这种的两个信号通常足以确定在整个旋转范围内的角位置，但是包括附加的传感器元件(例如，三个或更多个，例如，以相对120°的相位偏移提供信号的三个)可能是有利的。但是，由于模数转换和其他处理效果以及传感器噪声，能够确定角位置所按照的精度和速度存在局限性。例如，在此类位置传感器器件中通常使用滤波技术，例如，以获得对各种干扰而言噪声较小、更平滑和/或更鲁棒的角位置估计。
例如，US2016/363638公开了一种用于感测到的磁场的角度检测的磁场传感器。该传感器包括锁相环，该锁相环从多个磁场感测元件接收由序列开关和电流旋转开关选择的磁场信号。磁场信号具有指示磁场角度的相位。锁相环从该磁场信号生成与感测到的磁场的角度成比例的角度信号。在锁相环中，振荡器生成反馈信号，以使通过将测得的磁场信号的相位和反馈信号的相位进行比较而获得的差信号最小化。感测元件被顺序地扫描，即，通过时钟信号和相关联的逻辑来控制序列开关和电流旋转开关，使得在每个读出时隙期间，仅单个感测元件正被读出。
EP3517897公开了另一种位置感测器件，其中多个传感器产生传感器信号，每个信号是表示要测量的位置的输入相位的函数。组合器电路通过根据权重因子的阵列来组合传感器信号(例如，对每个传感器信号应用增益因子)以生成误差信号。处理块对误差信号进行滤波，例如，用于偏移和噪声抑制，并根据经滤波的误差信号生成表示位置的输出相位值。反馈环路根据输出相位值来调整权重因子的阵列，使得组合器电路可以相对于估计的输出相位值继续估计指示要测量的位置的误差信号。因此，提供了跟踪环，该跟踪环递增地跟踪感兴趣的位置，这有利地具有低的读出等待时间并且即使在以高角速度变化时也可以提供良好的准确度。由于组合器并行地对所有传感器信号操作，因此可以通过平均多个传感器元件上的噪声来实现良好的信噪比表现。
在另一个示例中，EP2975364公开了一种位置感测器件中的信号评估电路(被包括在模拟前端中)，该信号评估电路在其输入侧耦合到至少两个霍尔元件并被设计成用于提供数字位置信号。位置传感器器件(在数字后端)包括接收来自信号评估单元的输入的环路滤波器。该环路滤波器包括减法器，该减法器接收信号评估单元的数字位置信号作为一个输入。积分器和比例元件并联连接在减法器的输出与加法器的输入之间。位置积分器对加法器的输出进行数值积分。延迟单元将位置积分器的信号输出往回耦合到减法器的第二输入。处理单元被设计成自适应地控制积分器和/或位置积分器的时间常数。
发明内容
本发明的实施例的目的在于，提供用于以快速、高效、具有成本效益、可靠、可再现、精确和/或准确的方式在数字域中处理由位置感测器件提供的传感器信号的器件和/或方法。
例如，本发明的实施例的优点在于，可以减少或避免在模拟域中对(多个)信号的处理，而仍可以获得待确定的、表示位置的可靠、准确和/或精确的结果值(和/或相关量，诸如相位、速度和/或加速度)。
本发明的实施例的优点在于，通过以数字方式对传感器信号进行处理，可以避免(或容易地补偿)诸如温度或处理依赖性之类的外源因素对模拟处理技术的不期望的影响。
本发明的实施例的优点在于，即使在宽的角速度和/或加速度范围内，也提供了准确的经滤波的位置信号。
本发明的实施例的进一步优点在于，可以获得良好的信噪比。
本发明的实施例的优点在于，可以以高效和/或快速的方式确定角位置(或相位)、角速度和角加速度的估计。
有利的是，可以容易地与位置(相位)估计一起获得速度和/或加速度估计，而无需大量的额外计算或其他处理资源成本，例如，速度和/或加速度可以作为副产物信息获得。例如，该副产物信息可以有利地用于延迟补偿，例如，用于相位漂移补偿，在附加阶段中，例如，可以通过补偿在处理延迟期间发生的相对应相位漂移来补偿处理延迟。例如，该附产物信息可以用于调整环路滤波器的操作，例如，以选择能很好地适应特定动态条件的模式。
有利的是，环路滤波器可以自动地对不同的动态条件调节(例如，以获得最优的(或至少良好的)位置估计)，例如，在不同的动态条件中的任何动态条件下，它快速稳定到良好的估计。不同的动态条件可以例如由不同的加速度和/或不连续的传感器读数引起，例如，以在间歇操作和/或启动阶段保持功率。在本公开中，此类对不同动态条件的自动调节可被称为(自动)换档。
本发明的实施例的优点在于，可以减少或避免对后处理(例如，附加的滤波阶段)的需求。
本发明的实施例的优点在于，可以避免零延迟滤波阶段。
本发明的实施例的优点在于，感兴趣的一个(或多个)量的估计快速地稳定到正被估计的量，即，提供了快速、高效和/或准确的估计过程。
本发明的实施例的进一步优点在于，实现自动(例如，固有)换档。例如，不同的“档”(例如，环路滤波器模式)可以通过有利的简单数字切换和比较(例如，阈值选择器)来自动选择。换句话说，可能不需要复杂的控制逻辑可以是优点。
本发明的实施例的优点在于获得良好的噪声抑制。
本发明的实施例的优点在于，可以在前向滤波器路径中使用相位域计算，例如，提供无限的积分和/或整数相位环绕。
本发明的实施例的优点在于，使用了同相和正交(I/Q)调制的反馈路径，这可以提供对要由环路滤波器使用的误差信号的有利的高效计算。
实施例的进一步优点在于，可选择的滤波器参数(例如，用于作为至公共滤波器块的输入而被提供的预变换值的乘法因子)可以与2的不同幂相对应，例如，使得可以非常高效地实现此类可选择的乘法因子，例如，通过二进制移位。在宝贵的处理时间(例如，使处理延迟最小化)以及器件的经济性(例如，实现成本低廉且仅需要实现集成电路的小面积占用)方面，这可以提供高效的解决方案。
根据本发明的实施例的器件和方法实现以上目的。
在第一方面，本发明涉及一种用于测量位置的位置传感器器件。位置传感器器件包括多个位置传感器元件，这些位置传感器元件适于(分别)生成多个模拟感测信号，每个感测信号基本上是在恒定(但对于感测信号中的每个感测信号不同)偏移相位上偏移的相同的正弦函数，其中正弦函数的输入相位表示要测量的位置。位置传感器器件包括数字化电路，该数字化电路在其输入侧耦合到传感器元件，并且适于基于多个感测信号来提供表示输入角度的数字信号。
位置传感器器件包括数字处理单元，例如，用于实现锁相环滤波器。该数字处理单元包括误差信号发生器，该误差信号发生器用于接收数字信号，用于接收反馈信号，并且用于计算指示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号。该数字处理单元包括数字滤波器，该数字滤波器用于对误差信号进行滤波并生成指示要确定的位置的第一输出。该数字处理单元包括用于将反馈信号提供给误差信号发生器的反馈路径，在该误差信号发生器中反馈信号基于数字滤波器的第一输出。
该数字处理单元包括滤波器选择器，以从多个不同的滤波器中选择要由该数字滤波器应用的滤波器，每个滤波器具有不同的传输函数，例如，不同的带宽，其中所述选择基于误差信号或数字滤波器的输出。
多个滤波器由数字滤波器的公共滤波器电路(“公共”指的是在不同滤波器之间共享，例如，不被普遍使用)实现，其中对于不同的滤波器中的每一个，以不同方式对公共滤波器电路所操作的至少一个输入进行缩放，以取决于所选择的滤波器获得(即，选择)不同的滤波器带宽。因此，根据本发明的实施例，“滤波器选择器”可以有利地通过对公共滤波器块的前向增益选择来实现，例如，公共滤波器块可以包括一阶积分器和二阶积分器(例如，与第一积分器串联连接的另一积分器)。因此，该公共滤波器块的参数和设计规格可以是固定的(实施例不必局限于此)，而“滤波器选择”仍然可以通过此类前向增益选择来实现，以根据选择获得不同的总体滤波器特性(例如，具有不同LPF带宽的不同PLL特性)。换句话说，“滤波器选择器”不应狭义地理解为直接滤波器选择器，即使实施例也不一定排除这一点。
该器件包括输出段，用于基于滤波器的第一输出来输出指示要测量的位置的输出信号。
在根据本发明实施例的位置传感器器件中，多个不同的滤波器可以是离散的多个滤波器。例如，滤波器选择器可以包括可切换地连接以控制所选滤波器的切换组件。
在根据本发明的实施例的位置传感器装置中，滤波器选择器可适于：基于误差信号或数字滤波器的输出来确定指示加速度的幅值的值；测试指示加速度的幅值的该值是否位于多个范围(例如，非重叠范围，例如，形成从零至预定最高水平的操作范围的分区)中的任何一个中；并基于该值被确定为在哪个范围内，从多个滤波器中选择滤波器，其中多个滤波器对应于不断增高的值的范围增加带宽。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，滤波器选择器可以适于：如果确定该值所在的范围高于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将要在下一步骤中应用的滤波器选为与确定该值所在的范围相对应的滤波器；以及如果确定该值所在的范围低于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将要在下一步骤中应用的滤波器选为带宽小于当前选择的滤波器的下一个滤波器，以便例如以单步长减小带宽。
根据本发明的实施例的位置传感器器件可以包括延迟补偿单元，用于补偿滤波器的第一输出的相位漂移，使得基于通过将校正偏移加到第一输出而获得的值来生成器件的输出。
在根据本发明的实施例的位置传感器装置中，数字滤波器可以适于提供指示第一输出的变化率的第二输出信号，并且延迟补偿单元可以适于通过将滤波器的第二输出乘以延迟系数来计算校正偏移。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，滤波器可以适于生成指示加速度的第三输出，并且延迟补偿单元可以适于将校正偏移计算为至少以下各项的和：DV乘以V、和DV2乘以A，其中DV2是预定常数。
根据本发明的实施例的位置传感器器件可以包括用于提供温度信号的温度传感器，并且延迟补偿单元可以适于接收温度信号并且基于温度信号来确定延迟系数。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，公共滤波器电路可以包括第一数字积分器，其中提供给第一数字积分器的输入与根据所选滤波器选择的误差信号的多个缩放版本中的一个对应，即，其中提供给第一数字积分器的输入是公共滤波器电路的所述至少一个输入中的一个，并且与由此针对多个滤波器中的每个滤波器以不同方式缩放的误差信号的缩放版本相对应。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，公共滤波器电路可以包括第二数字积分器和加法器，该加法器用于将根据所选滤波器选择的误差信号的第二缩放版本和第一数字积分器的输出相加，其中加法器的输出被耦合为至第二数字积分器的输入。因此，加法器的输入之一可以是与误差信号的缩放版本相对应的公共滤波器电路的至少一个输入中的另一输入，对于多个滤波器中的每个滤波器，以不同方式进行缩放。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，多个传感器可包括至少两个传感器(例如，至少三个传感器)，其布置成用于产生感测信号，每个感测信号是表示待测位置的输入相位的不同函数。
根据本发明实施例的位置传感器器件可以是角位置传感器器件，并且多个位置传感器元件可以是用于通过沿着不同的投影方向来测量磁场角(即，表示输入相位)的磁传感器。位置传感器元件可以包括水平和/或竖直霍尔元件，和/或巨磁阻(GMR)传感器元件，和/或隧穿磁阻(TMR)传感器元件和/或耦合到电分解器的感测线圈。例如，感测信号可对应于磁场B在不同方向(例如，沿着与角度k.2π/N(k＝0,1,…,N-1)相对应的方向)上的投影。
根据本发明的实施例的位置传感器器件可以包括永磁体，例如，多极磁铁。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字值可以包括输入相位的正弦(或正交)分量和余弦(或同相)分量(或由其组成)。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字化电路可以包括适于从感测信号的采样值中计算数字信号的数字变换单元，其中，数字变换单元适于应用克拉克变换或另一种合适的线性变换，以将根据2π/N的相移彼此相关的N个感测信号变换为正弦分量和余弦分量。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，反馈路径可以包括相位到I/Q值转换器，用于将滤波器的第一输出转换为形成反馈信号的余弦分量和正弦分量。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，误差信号发生器可以包括：线性组合器，用于将数字信号与反馈信号的复共轭相乘；以及相位近似器，用于基于线性组合器的输出，以数字信号与反馈信号之间的相位差的近似值的形式提供误差信号。
在本发明的实施例中，环路滤波器的前向路径可以在相位域中操作，而环路的反馈路径可以在I/Q域中操作。这有利地允许在相位域中进行滤波，该相位域可以被认为表示要确定的位置(或者在功能上与要确定的位置直接相关)，同时可以在I/Q域中实现误差信号的高效计算。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字化电路可以包括模数转换器，该模数转换器适于顺序地采样多个感测信号中的每一个。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字化电路可以包括模拟或数字内插单元，该模拟或数字内插单元适于将由模数转换器顺序采样的多个感测信号内插到相同的采样时间点。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字化电路可以包括电磁兼容性滤波器、放大器、信号去斩波器、直流偏移补偿单元和/或如在本领域中通常是已知的其他信号预处理组件。
在根据本发明的实施例的位置传感器器件中，数字化电路可包括放大器和自动增益控制，用于调整放大器的增益，以使模数转换器的可用模数转换器输入范围的使用最大化和/或防止其饱和，其中自动增益控制的输出进一步用于数字处理单元中的归一化。
在第二方面，本发明涉及一种用于测量位置的方法，该方法包括：
-从相对应的多个位置传感器元件获得多个模拟感测信号，其中每个感测信号基本上是(例如，除了噪声和/或直流分量和/或电磁干扰和/或等待时间效应和/或对于此类传感器已知的其他有害因素之外)在不同的偏移相位上偏移的同一正弦函数，并且其中正弦函数的输入相位表示要测量的位置，
-基于多个模拟感测信号生成表示输入相位的数字信号，
-以数字方式计算表示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号，
-使用数字滤波器对误差信号进行滤波以生成第一输出，
-基于第一输出，以数字方式生成反馈信号，
-基于数字处理单元的第一输出，输出指示要测量的位置的器件输出信号，以及
-基于误差信号或数字滤波器的输出(第一输出、第二输出、第三输出或另一输出)，从多个不同的滤波器中选择要由数字滤波器应用的滤波器，每个滤波器具有不同的传输函数。
例如，计算误差信号、对误差信号进行滤波以及生成反馈信号的步骤可以形成锁相环。对误差信号进行滤波包括：针对多个滤波器中的每个滤波器，以不同方式对公共滤波器所操作的至少一个输入进行缩放，以获得多个滤波器中的每个滤波器的不同滤波器带宽。
独立权利要求和从属权利要求描述了本发明的特定和优选特征。从属权利要求中的特征可以与独立权利要求的特征相结合或适当地与其他从属权利要求中的特征相结合，而不一定仅是其在权利要求中明确阐明的那样。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的器件。
图2示出根据本发明的实施例的器件中使用的说明性数字化电路。
图3示出根据本发明实施例的器件。
图4图示出根据本发明实施例的供说明性的多个滤波器使用的开环滤波器特性。
图5图示出根据本发明实施例的供说明性的多个滤波器使用的闭环滤波器特性。
图6图示出根据本发明实施例的供说明性的多个滤波器使用的阶跃响应。
图7示出根据本发明的实施例的在器件中使用的说明性滤波器选择器。
图8示意性地示出了根据本发明的实施例的方法。
附图是示意性的而不是限制性的。附图中的元件不一定按比例表示。本发明不一定限于如附图所示的本发明的具体实施例。
具体实施方式
尽管下文描述了示例性实施例，但是本发明仅由所附权利要求限定。因此，所附权利要求明确地结合在该具体实施方式中，其中每项权利要求以及由权利要求限定的从属结构所允许的权利要求的每种组合形成本发明的独立实施例。
如权利要求书中所使用的词“包括”不限于此后描述的特征、元件或步骤，并且不排除附加的特征、元件或步骤。因此，这指定了所提到的特征的存在，而不排除一个或多个特征的进一步存在或增加。
在该具体实施方式中，呈现了各种具体细节。可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。此外，为了本公开的清楚和简洁起见，不一定详细描述公知的特征、元件和/或步骤。
在第一方面，本发明涉及一种用于测量位置的位置传感器器件，该位置传感器器件用于确定旋转角度(或经由适当的机械耦合进行的线性或曲线位移)。位置传感器可以在宽的角速度范围内操作，例如，从基本上零到80000rpm或甚至更高，例如甚至高达或大于100000rpm，例如700000rpm，可能甚至更高，例如1Mrpm。例如，根据实施例的器件的、例如用于将模拟信号转换为数字域以如下所述进行进一步处理数字化器部分的ADC采样率可以在100kHz(不一定排除更低的值)到2MHz(不一定排除更高的值)的范围内，例如在400kHz至1MHz的范围内，例如在500kHz至900kHz的范围内，例如在700kHz至800kHz的范围内，例如约770kHz。
优选地，位置传感器能够不管角速度和/或角加速度如何都准确地确定角位置，例如测量误差小于5°，优选地小于2°，或甚至更好，例如小于1°，例如小于0.5°，或甚至更低，例如在0.1°到0.4°的范围内。例如，对于低于(例如，高达)250000rpm的角速度，目标精度可以为约0.3°，例如，对于甚至更高的角速度，可以容忍稍大但仍有性能的测量偏差。
图1示出了根据本发明实施例的示例性位置传感器器件1。
位置传感器器件包括多个位置传感器元件2，这些位置传感器元件2适于(分别)生成多个模拟感测信号Sk，每个感测信号基本上是在恒定(但对于每个感测信号不同)偏移相位上偏移的相同的正弦函数，其中正弦函数的输入相位(输入角)θi表示要测量的位置(即，与要测量的位置相关联)。例如，要测量的位置可以是等于或线性相关于输入相位的机械角度(不作为限制)。例如，感测信号可以具有A.cos(θi–k 2π/N)的形式，其中A是振幅，k是在N个传感器元件上(因此在N个感测信号上)迭代的索引。然而，即使感测信号之间通常可能存在固定和已知的相位关系，本发明也不一定限于2π/N的固定(恒定)相位偏移。同样，传感器元件可以具有不同的灵敏度，使得对于每个信号振幅不一定相等。然而，如本领域技术人员将容易理解的，如果需要，可以通过增益控制容易地校正此类振幅差异。
例如，位置传感器元件可以包括三个感应传感器(或由其组成)(例如，接收线圈)，该三个感应传感器可以提供相对于彼此偏移120°相移的感测信号。然而，实施例还可以涉及由诸如基于磁场强度或通量密度测量的不同类型的感测元件(例如，霍尔传感器)提供的感测信号。例如，可以考虑提供相对于彼此具有预定相移的正弦信号或类似信号的任何类型的传感器元件。同样，在相位偏移之间具有已知关系的、例如提供相对应的多个感测信号的传感器元件的数量可以改变。例如，可以为至少两个感测信号提供信号之间的已知相位偏移。优选地，可以提供至少三个感测信号以增加鲁棒性。尽管基于移位120°相移的三个感测信号来解释实施例的各方面，但是要注意，可以增加该数量以进一步改善冗余度和/或减少噪声。
如将在下文中进一步详细描述的，位置传感器器件1以跟踪模式对感测信号进行操作，以便准确地跟踪位置(输入角度)。此类跟踪环路以递增的方式跟踪输入角(不作为限制，例如，适当的机械耦合可以使输入角与线性位移或曲线位移相关)，例如，通过将输出估计与从模拟感测信号得出的输入进行比较。
如本领域中众所周知的，位置传感器器件可以是角位置传感器器件，其中位置确定性地确定磁场(B)属性，例如，场的取向或强度。例如，可以将外部磁体(例如，永磁体)固定到转子部件，而将位置传感器元件固定到定子部件，反之亦然。也可以设想本领域中已知的替代方案，诸如基于互感。
因此，传感器元件可以是磁传感器。例如，传感器可以被布置成用于测量沿着不同的投影方向的磁场的角度。例如，多个传感器可包括至少两个传感器(例如，至少三个传感器)，这些传感器被布置成用于产生感测信号，每个感测信号是表示要测量的位置的输入相位(θi)的不同函数。
器件还可以包括永磁体(例如，多极磁体)，其中磁体固定到转子部件，而传感器固定到定子部件(反之亦然)，使得转子部件与定子部件之间的相对角度可以通过器件(并在器件的操作中)确定。
例如，位置传感器器件可以是用于测量例如由磁体生成的磁场B的角度的磁性角度传感器。位置传感器元件2可以包括水平和/或竖直霍尔元件(或由其组成)，和/或巨磁阻(GMR)传感器元件和/或隧穿磁阻(TMR)传感器元件。例如，感测信号可对应于磁场B在不同方向上、例如沿着与角度k.2π/N相对应的方向的投影。
类似地，位置传感器元件2可以包括耦合到电分解器的感测线圈(或由其组成)，其中驱动线圈与各个感测线圈之间的角度相关互感被换能。
位置传感器器件包括数字化电路3，该数字化电路3在其输入侧耦合到传感器元件2，并且适于基于多个感测信号Sk来提供表示输入相位(输入角度)θi的数字信号，即，使得可以从数字信号唯一地确定(例如，在整个周期2π的范围内的)输入相位，例如使得在数字信号中编码有关输入相位在其至少整个周期范围内的完整信息。例如，数字信号可以由表示相位的数字值(例如，角度值)或一个或多个标量值组成，从中可以在其至少2π的范围内唯一地确定相位。该数字值可以包括正弦分量和余弦分量(或由其组成)，例如，输入相位的I/Q表示。
术语“数字化电路”是指该电路的将感测信号数字化以产生合适的数字值以进行进一步处理的中心功能，但不应狭义地解释为仅由模数转换器(ADC)组成。例如，数字化电路可以包括耦合在传感器元件与数字化电路的模数转换器(ADC)24之间的模拟前端组件和/或包括数字组件，用于进一步将ADC的输出变换成合适的数字值。
参考图2，数字化电路3可例如包括电磁兼容性滤波器(EMC)21、放大器22、自动增益控制(AGC)25、信号去斩波器26、直流(DC)偏移补偿单元27和/或如在本领域中通常是已知的其他信号调节组件。例如，数字化电路可包括噪声抑制滤波器(例如，FIR低通滤波器)。例如，此类噪声抑制滤波器可以应用H(z)＝1/2(1+z-1)的z域传输函数，而实施例不限于此。例如，去斩波器26可以通过减去信号的两个后续样本来补偿DC偏移。
AGC 25可以有利地通过适配模拟前端增益(例如，放大器的增益)来扩展数字路径的动态范围，以使对可用的ADC输入范围(优选地，同时防止饱和)的使用最大化，这取决于测量的信号强度。例如，如果输入信号强度(例如，多个感测信号的最大值)超过预定阈值，则可以减小增益值以避免饱和，并且如果输入信号强度下降到第二预定阈值以下，则可以增加增益值，使得(相对地)减少量化噪声。此类AGC方法(并且不限于该特定示例)在本领域中通常是已知的，并且因此不详细讨论。此外，如图3中所示，AGC的输出可以附加地用于数字处理单元4中的功率归一化。例如，增益的整数部分可在预处理阶段(例如，在应用克拉克(Clarke)变换或其他合适的变换以将多个感测信号组合成由数字化电路产生的数字值之前)中使用34，并且可以应用增益的小数部分以在数字处理单元4中对相位误差信号进行归一化31。因此，通过使用复数误差信号的幅值的适当归一化，可以容易地获得基于复数误差信号的相位误差信号。该归一化可以基于增益，该增益由AGC例如直接选择或在通过适当的变换进行变换时由AGC选择，例如由查询表确定。
例如，数字化电路可以包括模数转换器24以对多个感测信号(中的每个)进行采样。例如，ADC可以根据90°的相移将彼此相关的两个模拟感测信号数字化，这两个模拟感测信号例如共同形成数字值的第一信号A cosθi和第二信号A sinθi。
再次参考图1，数字化电路3可以包括模数转换器24以对至少三个感测信号进行采样，并且可选地包括数字(优选地线性)变换单元30以从多个感测信号(例如，至少三个感测信号)的采样值计算数字信号。代替数字变换单元30，数字化电路可以在模拟域中组合至少三个感测信号，并使用ADC(以及可能的进一步组件)对结果进行数字化以获得数字信号。
数字化电路3可以包括模拟或数字内插单元28，使得即使模拟感测信号由ADC 24顺序地采样，多个感测信号也可以表示相同的采样时间点。数字化电路3还可以包括采样保持电路23，例如，包括用于将不同的感测信号顺序地馈送到ADC的切换单元。如本领域技术人员将理解的，其他组件可以包括时钟信号发生器，用于驱动切换单元、ADC、解复用器29以及采样链中可能的其他元件。
这有利地允许数字化单元使用单个ADC单元来(例如，以高采样频率)采样所有感测信号。由于仅需要单个ADC，因此这可以降低成本和/或功耗，并且这可以避免由于不同ADC单元之间的差异而导致的误差。显然，如果使用单个ADC来采样多个感测信号，则数字化电路还可以包括解复用器29，用于将所获取的ADC输出划分为相对应数量的信道。不管顺序采样如何，内插以获得同步时间采样的合适方法被认为在本领域中是众所周知的。然而，不一定排除在其中每个感测信号由专用ADC同步采样的实施例。
在根据本发明的实施例中，数字信号可包括两个值分量，例如，同时可用于处理的两个数字值。这两个分量可以分别表示正弦函数，例如，每个分量可以是正弦函数的相移版本。两个数字信号分量之间的(恒定)偏移相位可以基本上等于π/2(90°)。例如，两个数字信号可被视为余弦分量及其相对应的正弦分量，或者等效地被视为同相I分量和正交Q分量，它们共同形成(可以表示为)单个复数标量值。
用于计算数字信号的数字变换单元30可以接收三个感测信号，这三个感测信号根据2π/3(120°)的相移彼此相关，其中两个数字信号分量可以根据π/2(90°)的相移彼此相关。换句话说，数字变换单元可以包括克拉克变换单元，以将转子相位信息从3x120°偏移的正弦表示形式转换为复数I和Q表示形式，例如，使用称为克拉克变换或α-β变换的线性变换：
或其数值近似；其中IU、IV、IW表示三个感测信号(可能在适当的预处理(诸如初始滤波、同步内插等)之后)，彼此通过120°的相位偏移相关，并且Iα、Iβ与形成I/Q表示的复数分量相对应。将理解的是，可以获得用于组合多于三个的感测信号以鲁棒地获得数字值Iα、Iβ的类似线性变换。还将理解的是，在其中直接测量具有90°的相对相移的仅两个感测信号的实施例中，此类变换可能不是必需的。
位置传感器器件1包括用于处理由数字化电路3提供的数字信号的数字处理单元4。该数字处理单元包括(即，实现)环路滤波器。环路滤波器的输出耦合到位置传感器器件的输出，以提供指示要测量的位置的输出信号P。例如，输出可以提供表示位置的数字值，该输出由环路滤波器进行滤波。可替代地或附加地，输出可以包括用于将数字值输出为模拟信号的数模转换器。例如，模拟信号可包括正弦波信号和余弦波信号，该信号的相位(信号之间明显的90°偏移除外)指示位置。因此，可以通过两个并行DAC单元转换数字信号，以提供正弦模拟信号和余弦模拟信号。例如，DAC单元的输出可以经由正弦/余弦差分驱动器作为最终器件输出而被提供。
数字处理单元4适用于接收数字信号、接收反馈信号并且计算指示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号。例如，数字处理单元4可以包括误差信号发生器11，例如，相位比较器，其适用于在器件的操作中接收数字信号，用于接收(数字)反馈信号，并且用于计算指示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号。
例如，数字信号可以包括形成单个复数的两个分量Iα、Iβ，并且反馈信号也可以包括形成单个复数的两个分量Fα、Fβ，即，I/Q表示(也参见上文关于数字化电路3的描述)。例如，数字信号和反馈信号两者都可以形成I/Q表示。因此，使用线性组合器32，通过以数字方式将复数数字信号与反馈信号的复共轭相乘(或者等效地反之亦然，符号的细微变化除外)来高效地计算误差信号。例如，如果数字信号由Iα+jIβ(j指代虚部)表示而反馈信号由Fα+jFβ表示，则误差信号发生器可将误差信号计算为Eα+jEβ＝(IαFα+IβFβ)+j(FαIβ-IαFβ)。当可以非常高效地实现这些复数乘法和共轭运算时，如此获得的误差信号的自变量有利地等于相位差，例如，通过改变运算的极性表示可以容易地理解。
此外，误差信号发生器11可以包括相位近似器33，用于基于线性组合器的输出结果，以作为输入接收的数字信号与反馈信号之间的相位差的近似形式提供误差信号。例如，误差信号/>可以通过atan(Eβ/Eα)计算，或者近似，例如，使用小角度近似例如通过/>或者/>其中K是要动态地确定或通过使用适当的信号归一化预先确定的适当比率。
数字处理单元4包括数字滤波器5，该数字滤波器5用于对误差信号(例如，相位差)进行滤波并生成指示要确定的位置的第一输出P1。数字处理单元4包括用于将反馈信号提供给误差信号发生器11的反馈路径6(例如，包括反馈信号单元)，在该误差信号发生器11中反馈信号基于数字滤波器的输出。
在本发明的实施例中，环路的前向路径可以在相位域中操作，而环路的反馈路径可以在I/Q域中操作。这有利地允许在相位域中进行滤波，该相位域可以被认为表示要确定的位置(或者在功能上与要确定的位置直接相关)，同时可以在I/Q域中实现误差信号的高效计算。
滤波器5的该输出P1或从该输出确定的信号可以用于形成器件1的输出信号P。因此，由数字处理单元实现的环路滤波器可以由以下各者形成：误差信号发生器11、由数字滤波器5实现的前向路径、和反馈路径6。在上文讨论的示例中，误差信号发生器11可以接收反馈信号作为复数I/Q表示，使得反馈路径6可以包括相位到I/Q值转换器，用于将指示待确定位置的输出以相位值的形式转换为复数I/Q值(例如，相位的余弦和正弦)。
在有利的实施例中，数字滤波器5可以适于提供第二输出信号V，该第二输出信号V指示表明位置的输出的变化率(即，指示速度的第二输出信号)。
数字处理单元4包括滤波器选择器7，该滤波器选择器7从多个不同的滤波器中选择要由数字滤波器5应用的滤波器，每个滤波器具有不同的传输函数(例如，不同的带宽)。例如，由滤波器选择器从中选择滤波器的多个不同的滤波器可以是离散的多个滤波器，使得可以通过简单的不等式测试操作和数字切换来实现有利的快速且简单的滤波器选择。因此，滤波器选择器7可以包括可切换地连接以控制所选滤波器的切换组件。
不同的滤波器具有基本上相同的形式(例如，通过相同的信号处理路径来实现)，但是可以根据不同的滤波器来以不同方式缩放滤波器的至少一个输入(例如，如下文所讨论的两个输入)。通过以不同方式将(多个)输入缩放到公共滤波器，可以容易地选择不同的带宽，并且可以简单且高效地设计该器件。
例如，如图3所示，数字滤波器可以包括双重离散积分(例如，“公共”滤波器)，其中到第一数字积分器36的输入与误差信号的四个(在该示例中，不作为限制)缩放版本中的一个相对应。有利地，可以通过2的不同幂的乘法(例如，位移)来执行该缩放。同样地，第二积分器37可以(例如，使用加法器)对第二输入和第一数字积分器的输出的和进行操作，其中该第二输入与误差信号的四个(在该示例中，不作为限制)缩放版本中的一个相对应(例如，通过2的不同幂的乘法)。
数字滤波器电路可以包括：第一数字积分器，其布置成用于接收误差信号(的第一缩放版本)，并且用于输出随时间累积的误差信号的版本；以及第二数字积分器，其布置成用于接收误差信号(的第二缩放版本)和第一数字积分器的输出的和。
因此，在图3所示的示例中，滤波器选择器7可以选择以下四个传输函数中的一个：
或者更一般地，数字滤波器可以实现以下形式的滤波器
例如，通过使用双重离散积分电路，其中缩放因子A1和A2由滤波器选择器7选择以应用多个滤波器中的一个滤波器。
图4图示出针对四个说明性滤波器H1至H4中的每一个的锁相环(PLL)滤波器的开环特性(分别为幅值和相位)。图5图示出相对应的闭环特性，而图6示出了每个滤波器的阶跃响应。
因此，通过选择适当的滤波器，可以提供位置(例如，相位)的依赖于加速度的估计，以补偿例如由于速度估计的锁相环的等待时间而导致的加速期间的相位误差。尽管在该示例中，从四个可用的滤波器中进行选择，但是应当理解，可以使用更少或更多数量的滤波器，例如当在滤波器之间切换时，考虑过渡的复杂性与平滑度之间的设计权衡。
滤波器选择器7基于误差信号或基于环路滤波器的输出(例如，滤波器的加速度、速度或相位信号输出)来选择要应用的滤波器。例如，当前应用的滤波器选择可以选择指示加速度的误差信号的缩放，例如，图3中所示的2^1、2^3、2^7或2^11分量，而相位信号的第二缩放可以表示速度，即，图3中的2^0、2^2、2^4或2^6分量。所选择的加速度代理可以用作选择要应用的滤波器的基础。优选地，可以根据加速度信号来控制所选择的滤波器。可以通过在不同的输入比例元素(例如，移位的元素)之间切换来选择滤波器，用于向公共滤波器电路提供输入。滤波器选择器可以包括用于选择滤波器的有限状态机。
可以测试用于选择滤波器的信号的绝对值或明显的替代物(诸如平方值)是否落入多个范围中的每一个范围，并且所选择的滤波器可以与已确定信号所在的范围相对应。例如，信号(的绝对值)可以量化为少量比特，例如1比特、例如2比特、例如3比特，使得可以容易地确定信号所在的范围。
参照图7，图示出用于滤波器选择的说明性方法。在该示例中，与图3中所示的示例相对应，从四个可能的滤波器中选择出一个，而不必将实施例限制为该特定数目或图3中所图示的滤波器的结构。
滤波器选择能以低于环路滤波器的时钟频率(在该示例中，滤波器频率的1/48)进行操作，使得滤波器切换较不频繁，从而允许滤波器在每次切换操作之后、在考虑是否进行切换到另一个滤波器之前稳定。滤波器选择由滤波器索引k表示，例如，从可能性0、1、2、3(在该示例中)中选择的值k。
在实施例中，因此如果(例如，表示加速度的)输入信号的绝对值(或等效值)，则可以通过由位量化版本形成的索引来选择所选择的滤波器，其中最低带宽滤波器与最低索引(例如，0)相对应，而较高索引与增加的带宽相对应。
输入信号可以是相位误差信号，例如从归一化器31获得的归一化相位误差信号，例如归一化的残余相位误差值，即使例如指示瞬时加速度的其他信号(诸如环路滤波器的输出)也可以考虑作为输入。输入信号可以由进一步的滤波器71进行滤波。通过应用适当的进一步的滤波器(例如，低通滤波器)，可以基于(由进一步的滤波器提供的)经滤波的信号来选择不同的滤波器(由滤波器选择器选择)，例如，例如通过(滤波器选择索引的)逐步递增或递减来逐渐逐步地改变。进一步的滤波器71可以减少或避免响应于噪声输入而频繁地切换滤波器。例如，进一步的滤波器可以提供输入的滑动平均或累加的效果，以增加抗噪声的鲁棒性。然而，例如当输入信号超过(例如)π/4时，滤波器选择器还可以可替代地或附加地通过立即切换到具有最大带宽的滤波器来响应突然的且大的输入信号(例如，残余相位误差)。本领域技术人员应清楚的是，例如当仅考虑选择器对相当大的输入信号作出响应时(因此已经减少了由于噪声引起的不希望的频繁切换)，进一步的滤波器71可以是可选的。
作为示例，进一步的滤波器可以是例如具有传输函数H(z)＝2-6-4/(1-(1-2-6)z-1)的低通滤波器。然而，这显然仅是说明性的，因为合适的传输函数可以由技术人员通过依赖常规设计考虑和/或直截了当的实验或仿真来确定。例如，可以将传输调整到选择器7的采样和/或控制逻辑周期。
如已经提到的，出于进行滤波器选择的目的，可以将由进一步的滤波器提供的经滤波的信号(如果经完全滤波)转换为无符号(即，绝对)值|x|。经滤波的信号(例如，绝对经滤波的信号)也可以是饱和的和/或经舍入的，使得决策阈值可以有利地且容易地从量化器范围限制确定而不依赖于值的符号(即使在实施例中，根据符号而以不同方式反应的不对称选择也不一定被排除)。
在实施例中，可以通过生成由绝对值(或等效物)的位量化版本形成的索引来选择所选择的滤波器。可以将该索引的提议值与当前应用的滤波器的索引(k，具有明显的所应用的延迟z-1)进行比较，并且接下来要应用的滤波器的索引可以通过取决于提议值高于和/或低于先前值k而将先前的索引增加和/或减小一个步长来确定。
例如，对于超过预定阈值的绝对值，可以将k的值减小一个单位步长，以确保在相位稳定过程期间带宽缓慢且受控的减小。
虽然带宽的缓慢且受控的减小一般是优选的，但是可以更快地增加带宽，以更快速响应不连续性或非常突然的加速。
此外，为了确保在所测量的输入信号与环路的相位输出之间存在大偏差的情况下快速地将滤波器切换至最高带宽，如果误差信号(或滤波器的输出)超过阈值(例如，约π/4，不限于该示例)，则可以检测相位阶跃，并且滤波器选择器7可以切换到具有最高带宽的滤波器。
位置传感器器件1还可以包括延迟补偿单元8，用于补偿滤波器的第一输出P1的相位漂移(延迟)，例如，通过调节环路滤波器的输出P1而生成器件的输出P来补偿延迟。
例如，可以实现对处理延迟的补偿的有利校正。可以通过向后旋转估计角度(例如，滤波器的第一输出)来实现该校正，例如，通过减去相位漂移角。该相位角通常可以取决于速度。
例如，在高转速下，可以有利地补偿处理延迟以获得指示瞬时位置或其良好近似的(基本上)实时信号。该校正值可以被提供为器件的输出，例如作为数字或模拟信号，例如将数字值往回转换到模拟域，例如模拟正弦波信号和相对应的余弦波信号。然而，该校正值也可以有利地用于例如经由相位到I/Q值转换器生成反馈信号。
例如，由于角速度、角加速度和/或温度引起的处理延迟和/或其他可变效果可能导致滤波器的位置输出与被测量的实际瞬时位置之间的差异，该差异可以通过应用适当的相位漂移偏移来有利地校正。因此，在延迟的时间段期间发生的预测的相位漂移(例如，实际输入角度与输出角度信号之间的差异)可以用于校正输出，例如，通过考虑恒定的处理延迟、估计的角速度和/或速度、和/或温度。
延迟补偿单元8可以适于例如根据P＝P1+ΔP将相位偏移加到滤波器的相位输出。延迟补偿单元8可以适于通过将(例如，指示角速度的)滤波器的第二输出V乘以延迟系数DV来计算相位偏移ΔP，例如，ΔP＝DV.V。
此外，延迟补偿还可以考虑依赖于加速度的延迟。例如，滤波器可以生成指示加速度的第三输出A，并且可以将相位偏移计算为ΔP＝DV.V+DV2.A，其中DV2可以等于一个或另一预定常数。依赖于加速度的相位漂移分量DV2.A因此可以补偿由于锁相环延迟(例如，响应于突然的加速度而稳定的时间)引起的相位偏差。
如本领域技术人员将理解的，还可以将预定常数加到相位偏移，例如，ΔP＝DV.V+DV2.A+OFS，以将输出校准到期望的参考位置。例如，该器件可以适于接收配置指令，以例如在校准过程期间将恒定偏移调整为期望值。
本发明的实施例的优点在于，可以使用数字域中的环路滤波器，无需额外的处理或复杂性，例如，使用在滤波器环路中获得的一个或多个中间结果，该环路滤波器可以用于校正依赖于速度的延迟和/或突然的加速度，使得可以实现基本上为零的延迟(或接近零的延迟)估计。特别地，如果使用双重积分环路滤波器(或其合适的明显替代方案)，则位置信号的一阶导数和二阶导数可以容易地变得可用于延迟补偿。
由于延迟也可以是依赖于温度的(例如，由于磁等待时间)，因此器件1可以包括用于提供温度信号T的温度传感器9。延迟补偿单元8可以适于接收温度信号T并通过考虑温度来计算延迟系数DV。延迟补偿单元可以包括针对不同温度(例如，-40℃、0℃、40℃、80℃、120℃和160℃(不限于此))的延迟系数DV值的查找表。例如，可以在校准过程中确定存储在此类查找表中的值。此外，对于中间值，延迟补偿单元可以内插所存储的值，例如，以避免由于延迟系数值之间的切换而导致的输出的不连续性。然而，本领域技术人员应理解，这仅是说明性方法，并且可以想到明显的替代方案。例如，代替使用查找表，可以将延迟系数DV建模为依赖于温度的参数分析函数，并且可以通过校准过程确定此类函数的合适参数，并相对应地存储以供使用。
在第二方面，本发明涉及用于测量位置的方法。图8中示出了根据本发明实施例的说明性方法100。
方法100包括101：从相对应的多个位置传感器元件获得多个模拟感测信号，其中每个感测信号基本上是在不同的偏移相位Δθk(例如，对于位置传感器元件k＝0、1、……、N-1中的每一个的不同且基本恒定的偏移相位)上偏移的同一正弦函数(例如，sin(θi+Δθk))，并且其中正弦函数的输入相位θi表示要测量的位置。
方法100包括102：基于多个模拟感测信号，例如使用数字化电路生成表示输入相位θi的数字信号I。
生成102数字信号可以包括(例如，使用ADC)对N个感测信号进行采样并且应用克拉克变换或另一种合适的线性变换以将根据2π/N的相移彼此相关的感测信号转换为正弦分量和相对应的余弦分量。
方法100包括103：例如使用数字处理单元以数字方式计算指示数字信号I与反馈信号F之间的相位差的误差信号
计算103误差信号可以包括将数字信号(例如，由分别作为实部和虚部的余弦分量和正弦分量形成的复数，或者反之亦然)与反馈信号的复共轭相乘。
计算103误差信号可以包括：基于所述复数乘法的结果，将误差信号计算为数字信号与反馈信号之间的相位差的近似。
方法100包括104：使用生成第一输出P1的数字滤波器对误差信号进行滤波。
对误差信号进行滤波104还可以包括生成指示第一输出P1的变化率的第二输出信号V。
对误差信号进行滤波104还可以包括生成指示加速度的第三输出A，该加速度即，第二输出P2的变化率。
对误差信号进行滤波104包括缩放至少一个输入，数字滤波器中的公共滤波器(即，共享滤波器，例如主滤波器，例如实现在单个滤波器电路中)针对可选滤波器中的每一个以不同方式操作该至少一个输入(即，输入由滤波器变换，例如与例如充当滤波器的参数或控制设置的输入相反)，以根据所选择的滤波器(使用公共滤波器)来获得不同的滤波器带宽。
该至少一个输入或每个至少一个输入可以与误差信号的缩放版本(乘以比例常数，例如，使用n位上的位移，其中针对不同的滤波器而以不同方式选择n)相对应。
对误差信号进行滤波104可以包括(例如，使用延迟元件，以及将输入加到其输出的延迟版本的加法器)以数字方式对针对多个滤波器中的每一个以不同方式被缩放的至少一个输入中的一个输入进行积分。
对误差信号进行滤波104可以包括以数字方式对一项两者的和进行积分：针对多个滤波器中的每一个以不同方式被缩放的至少一个输入中的一个(例如，另一个)、和上述第一数字积分的输出。该第二数字积分的输出可以形成第一输出P1。第一数字积分的输出可以形成第二输出V。第一数字积分的输入可以形成第三输出A。
方法100包括105：基于数字滤波器的第一输出P1，以数字方式生成反馈信号，该反馈信号用于计算103误差信号
生成105反馈信号可以包括将第一输出P1转换成一起形成反馈信号的余弦分量和正弦分量。
计算103误差信号、对误差信号进行滤波104以及生成105反馈信号的步骤形成锁相环(PLL)，即，在环中重复以根据锁相环滤波器对误差信号进行滤波。
方法100包括106：基于数字处理单元的第一输出P1来输出表示要测量的位置的输出信号P。
方法100还包括107：基于误差信号或数字滤波器的输出，从多个不同的滤波器中选择要由数字滤波器应用的滤波器，其中每个滤波器具有不同的传输函数。
多个不同的滤波器可以是离散的多个滤波器，并且选择107滤波器可以包括控制多个切换组件以控制所选择的滤波器。
选择107滤波器可以包括：基于误差信号和/或数字滤波器的输出来确定指示加速度的幅值的值；测试指示加速度的幅值的值是否在多个范围中的任何一个中；以及基于该值被确定为在哪个范围，从多个滤波器中选择滤波器，其中多个滤波器对应于针对不断增高的值的范围增加滤波器带宽。例如，测试可以包括量化少量位(例如，1位、2位或3位)的幅值(或等效地，可对表示加速度的值的此类量化版本执行幅值计算)，并且范围可以与该量化所允许的唯一值相对应。
选择107滤波器可以包括：如果范围高于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将在下一步中要应用的滤波器选为与确定该值所在的范围相对应的滤波器(PLL的滤波器；不一定要求针对每个环路迭代执行选择；例如，可以以比环路频率更低的频率执行滤波器选择)；和/或如果确定值所在的范围低于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将在下一步中要应用的滤波器选为带宽小于当前选择的滤波器的下一个滤波器。
方法100还可包括108：补偿数字滤波器的第一输出P1的相位漂移(例如，处理延迟和/或由于响应于位置传感器元件和/或其他电子组件的等待时间而引起的延迟)，例如，使得基于通过将校正偏移ΔP加到第一输出P1而获得的值来生成器件的输出P。
补偿108相位漂移可以包括通过将滤波器的第二输出V乘以延迟系数DV来计算校正偏移ΔP。
补偿108相位漂移可以包括将校正偏移ΔP计算为至少以下各项的和：DV乘以V、以及DV2乘以A，其中DV2是预定常数。例如，可以通过ΔP＝DV.V+DV2.A或ΔP＝DV.V+DV2.A+OFS来计算校正偏移，其中OFS是指预定的或可配置的偏移。
方法100还可以包括109：例如使用温度传感器测量温度T。补偿108相位漂移可以包括基于所测量的温度T来确定延迟系数DV。
鉴于上文提供的与根据本发明实施例的器件有关的描述，根据本发明实施例的方法的其他特征或上文描述的特征的细节将是清楚的，并且/或者反之亦然。

Claims (15)

1.一种用于测量位置的位置传感器器件(1)，包括：
-多个位置传感器元件(2)，适于生成多个模拟感测信号(Sk)，每个模拟感测信号基本上是在不同偏移相位上偏移的同一正弦函数，其中所述正弦函数的输入相位(θi)表示要测量的位置，
-数字化电路(3)，所述数字化电路在其输入侧耦合到所述传感器元件(2)，并且适于基于所述多个模拟感测信号来提供表示所述输入相位(θi)的数字信号，
-数字处理单元(4)，以及
-输出端，用于基于所述数字处理单元的第一输出(P1)来输出指示要测量的位置的器件输出信号(P)，
其中所述数字处理单元(4)包括：
-误差信号发生器(11)，用于接收所述数字信号和反馈信号，并且用于计算指示所述数字信号与所述反馈信号之间的相位差的误差信号，
-数字滤波器(5)，用于对所述误差信号进行滤波以生成所述第一输出(P1)，所述数字滤波器包括公共滤波器电路；
-反馈路径(6)，用于将所述反馈信号提供给所述误差信号发生器(11)，其中所述反馈信号基于所述数字滤波器的所述第一输出(P1)，以及
-滤波器选择器(7)，用于从多个不同的滤波器中选择要由所述数字滤波器(5)应用的滤波器，每个滤波器具有不同的传输函数，其中所述选择基于所述误差信号或所述数字滤波器(5)的输出，
其中所述多个滤波器由所述数字滤波器(5)的所述公共滤波器电路实现，并且
其中根据所选择的滤波器，对于不同的滤波器中的每个滤波器，以不同方式对所述公共滤波器电路所操作的至少一个输入进行缩放，以获得不同的滤波器带宽。
2.如权利要求1所述的位置传感器器件，其中所述滤波器选择器(7)适于从所述多个不同的滤波器中选择所述滤波器，其中所述多个不同的滤波器是离散的多个滤波器。
3.如权利要求1或2所述的位置传感器器件，其中所述滤波器选择器(7)适于：基于所述误差信号和/或所述数字滤波器(5)的输出来确定指示加速度的幅值的值；测试指示加速度的幅值的所述值是否在多个范围中的任何一个中；以及基于所述值被确定为在哪个范围中，从所述多个滤波器中选择滤波器，其中所述多个滤波器对应于针对不断增高的值的范围增加滤波器带宽。
4.如权利要求3所述的位置传感器器件，其中所述滤波器选择器(7)适于：如果确定所述值所在的范围高于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将要在下一步骤中应用的滤波器选为与确定所述值所在的范围相对应的滤波器；以及如果确定所述值所在的范围低于与当前选择的滤波器相对应的范围，则将要在下一步骤中应用的滤波器选为带宽小于当前选择的滤波器的下一个滤波器。
5.如权利要求1或2所述的位置传感器器件，包括延迟补偿单元(8)，用于补偿所述滤波器(5)的所述第一输出(P1)的相位漂移，使得基于通过将校正偏移(ΔP)加到所述第一输出(P1)而获得的值来生成器件的输出(P)。
6.如权利要求5所述的位置传感器器件，其中所述数字滤波器(5)适于提供指示所述第一输出(P1)的变化率的第二输出信号(V)，并且其中所述延迟补偿单元(8)适于通过将所述滤波器的第二输出(V)乘以延迟系数(DV)来计算所述校正偏移(ΔP)。
7.如权利要求6所述的位置传感器器件，其中所述滤波器(5)适于生成指示加速度的第三输出(A)，并且其中所述延迟补偿单元(8)适于将所述校正偏移(ΔP)计算为至少以下各项的和：DV乘以V、和DV2乘以A，其中DV2是预定常数。
8.如权利要求6或7所述的位置传感器器件，包括用于提供温度信号(T)的温度传感器(9)，其中所述延迟补偿单元(8)适于接收所述温度信号(T)并基于所述温度信号来确定所述延迟系数(DV)。
9.如权利要求1或2所述的位置传感器器件，其中所述公共滤波器电路包括第一数字积分器(36)，并且其中提供给所述第一数字积分器(36)的输入是所述公共滤波器电路的所述至少一个输入中的一个，并且提供给所述第一数字积分器(36)的输入与对所述多个滤波器以不同方式进行缩放的误差信号的缩放版本相对应。
10.如权利要求9所述的位置传感器器件，其中所述公共滤波器电路包括第二数字积分器(37)和加法器，所述加法器用于将以下两项相加：误差信号的第二缩放版本，即根据所选滤波器选择的所述公共滤波器电路的所述至少一个输入中的另一个输入；以及所述第一数字积分器(36)的输出，其中所述加法器的输出被耦合作为至所述第二数字积分器的输入。
11.如权利要求1或2所述的位置传感器器件，其中所述位置传感器器件是角位置传感器器件，并且所述多个位置传感器元件是用于沿不同投影方向测量表示输入相位的磁场角度的磁传感器，所述磁传感器包括水平霍尔元件和/或竖直霍尔元件，和/或巨磁阻传感器元件，和/或隧穿磁阻传感器元件，和/或耦合到电分解器的感测线圈。
12.如权利要求1或2所述的位置传感器器件，其中所述数字化电路(3)包括用于从感测信号的采样值计算数字信号的数字变换单元(30)，其中所述数字变换单元应用克拉克变换或另一适当的线性变换，以将根据2π/N的相移彼此相关的N个感测信号变换为正弦分量和相对应的余弦分量。
13.如权利要求12所述的位置传感器器件，其中所述反馈路径(6)包括相位到I/Q值转换器，所述相位到I/Q值转换器用于将所述滤波器的第一输出(P1)转换为形成所述反馈信号的余弦分量和正弦分量。
14.如权利要求13所述的位置传感器器件，其中所述误差信号发生器(11)包括：线性组合器(32)，用于将所述数字信号与所述反馈信号的复共轭相乘；以及相位近似器(33)，用于基于所述线性组合器的输出，以所述数字信号与所述反馈信号之间的相位差的近似值的形式提供所述误差信号。
15.一种用于测量位置的方法(100)，所述方法包括：
-从相对应的多个位置传感器元件获得(101)多个模拟感测信号，其中每个感测信号基本上是在不同的偏移相位上偏移的同一正弦函数，并且其中所述正弦函数的输入相位(θi)表示要测量的位置，
-基于所述多个模拟感测信号生成(102)表示所述输入相位的数字信号(I)，
-以数字方式计算(103)指示所述数字信号(I)与反馈信号(F)之间的相位差的误差信号(φ)，
-使用数字滤波器对所述误差信号进行滤波(104)以生成第一输出(P1)，
-基于所述第一输出(P1)以数字方式生成(105)所述反馈信号，
-基于数字处理单元的所述第一输出(P1)，输出(106)指示要测量的位置的器件输出信号(P)，以及
-基于所述误差信号或所述数字滤波器的输出，从多个不同的滤波器中选择(107)要由所述数字滤波器应用的滤波器，每个滤波器具有不同的传输函数，
其中对所述误差信号进行滤波(104)包括：针对多个滤波器中的每个滤波器，以不同方式对公共滤波器所操作的至少一个输入进行缩放，以获得所述多个滤波器中的每个滤波器的不同滤波器带宽。
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