CN114650047A - 电感感测方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电感感测方法、设备和系统。方法可以包括：在感测操作的第一阶段中，至少控制第一开关，以使传感器电感通电；在感测操作的第一阶段之后的第二阶段中，至少控制第二开关，以将传感器电感耦接至第一调制器电容，以从传感器电感感应第一回扫电流，第一回扫电流在第一调制器电容处生成第一调制器电压，以及响应于第一调制器电压，至少控制第三开关，以在第一调制器节点处生成在与回扫电流相反的方向上流动的平衡电流。可以重复第一阶段和第二阶段，以在第一调制器电容处生成第一调制器电压。调制器电压可以转换为表示传感器电感的数字值。还公开了相关设备和系统。

Description

电感感测方法、设备和系统
技术领域
本公开内容总体涉及接近感测系统，并且更具体地涉及电感感测系统和方法。
背景技术
电感传感器取得了在各种应用方面的使用。由于电感传感器依赖于电磁感应，因此它们可以优选用于要求更高的环境，包括工业应用。
图25是常规电感感测系统2551的示意图。系统2551可以包括具有固定电阻R1和R3的平衡麦克斯韦-维恩电桥(Maxwell-Wien bridge)、与参考电阻R2并联的参考电容C2以及与感测电阻Rlx串联的传感器电感 LX。麦克斯韦-维恩电桥的节点A和B可以连接至差分放大器的输入。参考电容C2和参考电阻R2通常是可以利用数字码被编程为特定值的电阻和电容的集合。麦克斯韦-维恩电桥可以利用交流电压发生器(Gen)驱动，通常利用正弦波驱动。差分放大器的输出可以应用于从中可以生成计数的零电压检测器和相位检测器。
感测过程可以依赖于寻求将麦克斯韦-维恩电桥保持在平衡状态。在平衡状态下，节点A与节点B之间的电压为零，并且以下公式成立：
Lx＝R1·R3·C2
Figure BDA0003415408200000011
Figure BDA0003415408200000012
利用麦克斯韦-维恩电桥进行感测取决于已知电阻值和电容值。此外，测量准确度和稳定性取决于电容和电阻的集合的质量。
麦克斯韦-维恩电桥感测通常用于常规电感感测设备中。
图26是另一电感感测系统2651的示意图。系统2651可以创建具有感测电感的振荡器并使用所得到的频率Fout来得出电感值。振荡器由传感器电感L1、电容C1和C2以及限流电阻器R1组成。这样的部件形成“片外”，其中，驱动器、计数器、定时器和时钟发生器是集成电路(IC)设备的一部分。传感器电感可以包括线圈电阻R1和寄生电容Ci。在Nsample时间段内，计数器可以对多个Fout信号时钟脉冲进行计数。理想系统2651 的电感至码传递函数可以由以下给出：
Figure BDA0003415408200000021
如所示，输出码Rawcounts与电感L1、电容C1、C2的平方根以及频率Fclk成反比。
系统2651的缺点是感测分辨率有限，这是因为感测依赖于Fclk。此外，Fout受限于印刷电路板(PCB)电感器自谐振频率和FIMO值。由于传递函数中的平方根相关性，转换灵敏度低于传感器灵敏度。如下所示， Fout频率的变化按比例小于传感器电感的变化：
Figure BDA0003415408200000023
如果
Figure BDA0003415408200000022
δfosc＝-5.4％
在系统2651中，由于L1、C1和C2的公差，初始Fout公差可能很高。例如，PCB电感器公差通常不优于+-15％，而典型的电容器公差为+-10％。此外，Fout取决于传感器电容，特别是在高分辨率情况下。更进一步，驱动器的阻抗可能影响Fout频率。解决这些各种特征的需要可能使得实现多传感器扫描的能力变得困难。由于每个传感器需要各种槽式振荡器部件，因此多传感器扫描系统可能具有高的部件计数。因此，如系统2651的方法的方法可能不灵活，并且对于一些应用来说并不令人满意。
期望得到某种利用集成电路设备实现感测电感的方式，该方式不受其他方法例如上述方法的缺点影响。
附图说明
图1A是根据实施方式的电感感测设备的框图。
图1B是根据实施方式的单端电感感测设备的示意图。
图2是表示可以包括在实施方式中的电感传感器电流路径的示意图。
图3是根据实施方式的三点传感器连接的示意图。
图4A至图4D是示出根据实施方式的电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图5是示出根据实施方式的单端电感感测操作的时序图。
图6是根据另一实施方式的单端电感感测设备的示意图。
图7A至图7D是示出根据另一实施方式的电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图8是根据实施方式的利用补偿电流的单端电感感测设备的示意图。
图9是根据另一实施方式的利用补偿电流的单端电感感测设备的示意图。
图10A是根据实施方式的伪差分电感感测设备的示意图。
图10B是根据另一实施方式的伪差分电感感测设备的示意图。
图11A至图11H是示出根据另一实施方式的电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图12是示出根据另一实施方式的伪差分电感感测操作的时序图。
图13是根据实施方式的伪差分电感感测设备的示意图。
图14A至图14D是示出根据另一实施方式的伪差分电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图15是示出根据实施方式的伪差分电感感测操作的时序图。
图16A是根据另一实施方式的伪差分电感感测设备的示意图。
图16B是根据又一实施方式的伪差分电感感测设备的示意图。
图17A至图17H是示出根据另一实施方式的伪差分电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图17I至图17P是示出根据又一实施方式的伪差分电感感测操作的不同阶段的一系列图。
图18是根据实施方式的使用补偿电流的伪差分电感感测设备的示意图。
图19是根据实施方式的系统的框图。
图20是根据另一实施方式的系统的框图。
图21是根据实施方式的电感感测方法的流程图。
图22是根据另一实施方式的电感感测方法的流程图。
图23是根据另一实施方式的电感感测方法的流程图。
图24是根据另一实施方式的电感感测方法的流程图。
图25是常规电感传感器的框图。
图26是另一常规电感传感器的框图。
具体实施方式
实施方式可以包括基于从感测电感感应回扫电流(fly-back current)的电感感测方法、设备和系统。回扫电流的生成通常涉及两个阶段。在第一阶段中，电感耦接至电压源以累积能量。在第二阶段中，电感从电压源解耦并耦接至负载。在第一阶段中累积的能量创建在负载处产生回扫电流的电动势(EMF)。累积的能量与电感成正比。
根据实施方式，电感感测可以是单端的，生成一个方向的回扫电流，该回扫电流生成可以被∑-Δ调制成数字值的电压。
根据实施方式，电感感测可以是伪差分的，生成一个方向的第一回扫电流，然后生成另一方向的第二回扫电流。第一回扫电流和第二回扫电流可以生成可以被∑-Δ调制成数字值的差电压。
根据实施方式，伪差分感测可以包括四个阶段。第一阶段可以使感测电感通电。第二阶段可以在第一调制器节点处生成第一回扫电流。第三阶段可以第二次使感测电感通电。第四阶段可以在第二调制器节点处生成第二回扫电流，第二回扫电流具有与第一回扫电流的流动方向相反的流动方向。
根据实施方式，调制器节点处的回扫电流可以通过平衡电流来平衡以优化感测响应。平衡电流可以由调制器节点处的电压进行调制(例如，经由反馈路径进行调制)。在一些实施方式中，平衡电流可以由开关电容器电路生成。这样的开关电容器电路可以包括可编程电容。
根据实施方式，调制器节点处的回扫电流可以通过使用以相反的方向流动的参考电流来控制。在一些实施方式中，参考电流可以由开关电容器电路生成。这样的开关电容器电路可以包括可编程电容。
在本文中所描述的各种实施方式中，相似项由相同的附图标记表示，但(一个或多个)前导数字对应于附图编号。
图1A是根据实施方式的电感感测设备100A的框图。设备100A可以包括模拟前端(AFE)121A和数字化(例如，编码)部123A。AFE 121A 可以包括回扫部102A和∑-Δ调制器105A，并且可以耦接至一个或更多个电感传感器(电感传感器示出为116A)。电感传感器116A可以包括感测电感Ls。在一些实施方式中，电感传感器116A可以通过外部连接107 耦接至设备100A。回扫部102A可以将感测电感Ls耦接至通电电压，然后随后将感测电感Ls耦接至调制器节点106A以生成回扫电流(Ifly-back)。感测电流Isen的全部或一部分可以在调制器节点106A上生成电压(Vmod)。∑-Δ调制器105A可以根据Vmod生成比特流112A。这样的比特流可以对应于感测电感Ls。
比特流112A可以被数字化部123A转换成表示电感的数字值(码113)。在所示实施方式中，数字化部123A可以包括数字滤波器/抽取器109，数字滤波器/抽取器109可以滤除噪声并对调制器结果进行下采样以生成码值113。码值113可以被输出和/或存储在缓冲器117中等。
图1B是根据另一实施方式的电感感测设备100B的示意图。设备100B 可以包括AFE121B和编码部123B。AFE 121B可以包括回扫部102B、∑ -Δ调制器105B和平衡部104。编码部123B可以包括触发器(FF)110、反馈逻辑114和数字序列器115。回扫部102B可以使传感器电感Ls通电，其切换跨Ls的电压以感应回扫电流Isen。回扫电流Isen可以随传感器电感Ls变化。回扫部102B可以包括模拟开关SW0、SW1、SW2、SW3和 SW4，它们可以耦接至电感传感器116B(也称为传感器单元116B)。在一些实施方式中，这样的连接可以经由设备100B的外部连接(例如，Tx、 Rx)。电感传感器116B可以包括感测电感Ls和电感器电阻Rs。开关SW0 可以由信号Ph0控制，以将第一传感器节点(Tx)耦接至高供应节点VDDA。开关SW1可以由信号Ph0/Ph3控制，以将第二传感器节点(Rx)耦接至低供应节点(地)。开关SW2可以由信号Ph2控制，以将Rx耦接至调制器节点106。开关SW3可以由信号Ph1控制，以将Rx耦接至VDDA。开关SW4可以由信号Ph1/Ph2/Ph3控制，以将Tx耦接至地。
平衡部104可以是开关电容器(SC)电路，其可以经由一个节点(Ca) 对电容(Cref)进行充电，然后切换该节点处的电压以感应平衡电流(Ibal)。平衡部104可以包括模拟开关SW5、SW6、SW7和SW8。平衡部104可以包括(或耦接至)参考单元118，参考单元118可以包括可变电容Cref。参考单元118可以具有节点Ca和Cb。Cref的电容值可以利用值Ccode建立，在一些实施方式中，Ccode可以是数字值。SW5可以由信号Ph1_mod 控制，以将Ca耦接至高供应节点VDDA。SW6可以由信号Ph1_mod_fb 控制，以将Cb耦接至地。SW7可以由信号Ph0_mod_fb控制，以将Cb耦接至调制器节点106。SW8可以由信号Ph0_mod控制，以将Ca耦接至地。
∑-Δ调制器105B可以包括调制器电容Cmod、开关SW9、比较器108 和触发器FF110。SW9可以被控制成将调制器节点106耦接至地。Cmod 可以耦接在调制器节点106与地之间并且可以充电和放电以生成调制器电压Vmod。比较器108可以具有耦接至调制器节点106的第一(非反相) 输入和耦接至地的第二(反相)输入。
比较器108的输出Vout可以耦接至FF 110的“D”输入。FF 110可以由时钟信号Fmod启用。因此FF 110的输出(Q)可以提供具有随Vmod 变化的占空比的∑-Δ调制比特流112B。Vmod可以根据Isen变化，Isen 可以根据Ls变化。以此方式，比特流112B可以表示Ls。
数字序列器115可以生成信号Ph0、Ph1、Ph2、Ph3以及它们的组合 (例如，Ph1/Ph2/Ph3和Ph0/Ph3)。此外，数字序列器115可以生成信号 Ph0_mod和Ph1_mod。在所示的实施方式中，这样的信号可以与Fmod同步。反馈逻辑114可以分别响应于比特流112B以及信号Ph0_mod和 Ph1_mod生成非交叠信号Ph0_mod_fb和Ph1_mod_fb。在所示的实施方式中，虽然Ph0_mod_fb和Ph1_mod_fb可以与Fmod同步，但在其他实施方式中，这样的信号可以具有不同的时序。
虽然本文中的实施方式示出了可以利用特定供应电压(例如，VDDA、 VDDA/2)进行通电的传感器电感，但是这样的特定供应电压不应被解释为限制性的。实施方式可以利用任何合适的供应电压来使传感器电感通电，该供应电压包括从电力供应电压逐步降压的电压和/或升压至电力供应电压以上的电压(例如，Vbe)。
为了更好地理解所公开的实施方式的特征和优点，将描述电感感测的元件。
典型的印刷电路板(PCB)电感器可以具有数十微亨的电感和数十欧姆的电阻。电感器的时间常数由下式给出：
Figure BDA0003415408200000071
在等效电路中，rs值可以包括传感器电感电阻(Rs)和模拟开关电阻 (Rsw)。通常，模拟开关电阻可以等于或高于Rs。
图2是感应传感器电流路径217的等效示意图。电流路径217可以包括传感器电感(Ls)、电感器电阻(Rs)、附加外部电阻(Rex)。因此，电感传感器的时间常数可以由以下给出：
Figure BDA0003415408200000072
传感器饱和电流Isat，可以由以下给出：
Figure BDA0003415408200000073
其中，∑Ri＝Rs+Rsw+Rex
根据实施方式，Rex可以用于降低传感器饱和电流。然而，增加感测路径中的总电流回路电阻是不期望的。如果传感器电感(Ls)低且回路电阻(Rs+Rsw+Rex)高，则时间常数可能变得低于系统时钟频率。这可以限制转换器操作时段。
根据实施方式，三点传感器连接可以用于有利地将Rex包括在电感器通电操作中，从而降低Isat，同时将Rex排除在感测操作之外，从而有利地为感测的电感提供较低的时间常数。
图3是根据实施方式的三点传感器连接319的示意图。图3示出了电感传感器316和感测设备300，感测设备300在一些实施方式中可以是集成电路(IC)设备。电感传感器316可以具有耦接至设备300的第一连接 307-0的第一端子(A)。第二端子(B)可以耦接至第二连接307-1以及耦接至第三连接307-2。至第三连接307-2的连接可以包括电阻Rex，这可以使其成为比到第二连接302-1的路径的电阻高的路径。
设备300可以包括感测路径模拟开关SW2(其可以引入电阻Rsw)和通电路径模拟开关SW1。通常，上拉或下拉开关(即，SW1)可以具有比模拟MUX开关(即，SW2)低的电阻。在通电操作中，SW1可以被启用，并且SW2可以被禁用，将传感器端子B耦接至地(传感器端子A可以耦接至通电电压)。因此，Rex可以影响得到的Isat值。相比之下，在感应回扫电流的感应操作中，SW1可以被禁用，并且SW2可以被启用。因此，回扫电流(其流经SW2)不经受Rex，提供较低的电流回路电阻，并且因此有利地提供较小的时间常数τ。
图4A至图4D是示出根据实施方式的包括图1B中所示的电感感测的感测阶段的一系列图。根据实施方式，电感感测可以涉及多个阶段，其可以包括到电感传感器端子的开关配置以生成回扫电流来改变调制器电容处的电压。图4A至图4D示出了回扫部402，其可以具有到电感传感器416 的端子(A和B)的连接。电感传感器416可以具有电感Ls和电阻Rs。
图4A示出了第一阶段(Ph0)，其可以是通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW0和SW1)的操作，端子A可以耦接至通电电压，在所示实施方式中，该通电电压可以是高电力供应节点VDDA。同时，端子B可以耦接至低电力供应节点(地)。跨传感器416的电压(Vsen) 可以使电感器Ls通电。
图4B示出了第二阶段(Ph1)，其可以是可选的能量回收阶段。在Ph1 中，通过开关(例如，SW3和SW4)的操作，端子A可以耦接至低电力供应节点，同时端子B可以耦接至较高电压节点(在这种情况下为VDDA)。如有必要，Ph1可以用于减少来自Ls的后续回扫电流。如果省略Ph1，感测操作可以从第一阶段(Ph0)进行至第三阶段(Ph2)。
图4C示出了第三阶段(Ph2)，其可以是电荷累积阶段。在Ph2中，通过开关(例如，SW2和SW4)的操作，端子B可以耦接至调制器电容 (Cmod)并且端子B可以耦接至可以从Ls感应回扫电流的电势，Ls是所示实施方式中的较低电力供应节点。由于回扫电流(Isen)，电荷可以在 Cmod上累积。可以调制Cmod上得到的电压以确定Ls。Ph2的持续时间可以控制感测信噪比(SNR)。
图4D示出了第四阶段(Ph3)，其可以是可选的空闲阶段。在Ph3中，通过开关(例如，SW1和SW4)的操作，端子A和端子B两者可以耦接至低电力供应节点。Ph3可以释放Ls中的任何剩余能量。因此，Ph3可以用于控制感测频率，并且可以影响调制器节点(即，Cmod)的电力消耗和平衡条件。在Ph3之后，感测操作可以返回至Ph0，以重复该序列。如果省略Ph3，感测操作可以从Ph2进行至Ph0以重复该序列。
各种感测阶段可以在Cmod上生成电压，该电压可以被∑-Δ调制以创建比特流，该比特流可以被采样以达到感测的电感值。
参照图5，示出了图1B所示的设备100B的操作的时序图。时序图示出：调制时钟Fmod；各种感测阶段Ph0、Ph1、Ph2和Ph3；所得到的比特流(Bitstream)；反馈信号Ph0_mod_fb、Ph1_mod_fb；电感器电压VLs；电感器电流ILs；所得到的感测电流Isen；调制电压Vmod；以及平衡电流 Ibal。
在时间t0处，Ph0可以开始。SW0和SW1可以闭合，跨传感器电感 (Ls)放置VDDA，从而使Ls通电。
在时间t1处，Ph0可以结束，且Ph1可以开始。SW0和SW1可以断开，而SW3将节点r/x耦接至VDDA，且SW4将节点Rx耦接至地。可以切换跨Ls的电压，并且可以开始使Ls去通电。
在时间t2处，Ph1可以结束，且Ph2可以开始。SW3可以断开并且 SW2可以将节点Rx耦接至调制器节点106。因此，可以由Ls生成回扫电流。通过操作SW2，回扫感测电流可以流至调制器节点106以生成调制器电压Vmod。在所示实施方式中，Isen可以是到调制器节点106的源电流。
在Ph2期间发生的时间t3处，由于Vmod，比较器108的输出Vout 可以被驱动为高。这可以触发FF 110将输出Q(即，比特流112B)驱动为高。高比特流112B可以由反馈逻辑114接收。作为响应，反馈逻辑114 可以生成脉冲Ph0_mod_fb，随后是脉冲Ph1_mod_fb。脉冲Ph0_mod_fb 可以通过Cref的开关电容器操作来产生平衡电流Ibal。如所示，Ibal可以是来自调制器节点106的吸收电流，这可以降低Vmod。随后，可以通过开关SW5和SW6的操作对Cref进行充电。如果比特流112B保持高，则可以继续生成电流Ibal。
在时间t4处，Ph2可以结束，且Ph3可以开始。SW2可以断开，通过回扫电流Isen结束调制器节点106的任何充电。通过SW4和SW1的操作，电感传感器116B的节点Tx和Rx两者可以耦接至地。在所示实施方式中， Vmod继续将比特流驱动为高，因此Ph0_mod_fb和Ph1_mod_fb可以继续，生成Ibal电流，该Ibal电流继续将Vmod朝零伏驱动。
在时间t5处，可以开始后续的Ph0，并且可以重复检测过程。
波形531示出了如何可以相对于信号Ph0_mod和Ph1_mod生成信号 Ph0_mod_fb和Ph1_mod_fb。这样的波形通过示例的方式提供，并且不应当被解释为限制性的。此外，如本文所述，虽然图5示出了与Fmod同步的脉冲Ph0_mod_fb和Ph1_mod_fb，这样的时序不应当被解释为限制性的。
在根据实施方式的电感感测操作中，由调制器电容(Cmod)累积的总电荷可以通过下式计算：
Figure BDA0003415408200000101
其中，Tph2是电荷累积时段Ph2的持续时间。在上式中，假设如下：总传感器电阻在传感器激励阶段不变；不包括Ph1阶段；Cmod电容值足够高，使得电荷转移时段(例如，Ph2)期间的电压降可忽略不计；并且传感器电容(例如，图26中的Ci)不影响感测。
对于如图1B和图5的实施方式，平衡过程(例如，平衡电流的生成) 可以被设计成在已经由传感器电感回扫电流生成Vmod电压之后将Vmod 电压移回至零。平衡过程可以在电荷累积(即，采样)时段期间操作。Cmod 处的累积电荷可以通过开关电容器电流Ibal来平衡。平衡条件可以通过以下给出：
Qph2_max＜VDDA·Cref·Nb_min
Qph2_max可以是在传感器激励周期(例如，Ph2)中可以产生的最大电荷。Nb_min可以是用于达到平衡所需的最小Fmod循环量。因此，Nb_min 值可以限定最大传感器激励频率Fs_max。该频率由下式计算：
Figure BDA0003415408200000102
在Ph3时段中，传感器电感的两端可以在Ph2时段之后耦接至地。如果平衡时段持续时间长于传感器激励阶段持续时间：
Figure BDA0003415408200000103
电感至码传递函数可以是：
Figure BDA0003415408200000104
注意，以上函数展示了根据实施方式的回扫感测方法的各种优点：转换结果、数字码(DC)与传感器电感(Ls)成比例；转换结果时间依赖于采样时段(Tph2)。还应注意，传感器电阻(包括在Ri中的Rs)和Cref 不依赖于电力供应电压VDDA。
虽然以上转换相对于Ls看起来是非线性的，但这种非线性不会很大地影响典型的感测操作。对于许多应用，感测的电感变化在相对窄的范围内。例如，许多电感感测操作检测到低于20％(例如，+-10％)的电感变化。在这个电感变化范围内，非线性几乎没有影响。例如，如果Ph2时段持续时间为约时间常数的三倍，则近似式变为：
Figure BDA0003415408200000111
如果
Figure BDA0003415408200000112
该传递函数相对于电感Ls是线性的。以此方式，根据实施方式的回扫电感感测设备可以生成随电感变化而线性变化的码值。这与常规方法形成鲜明对比。
虽然实施方式可以寻求在零伏电平周围处调制电感相关电压(Vmod)，但其他实施方式可以在其他电压电平周围生成调制电压。图6示出了这样的实施方式。
图6示出了根据另一实施方式的电感感测设备600。电感感测设备600 可以包括与图1B中的那些项类似的项，其可以以类似的方式进行操作。
图6中的实施方式与图1B中的实施方式的不同之处在于：在由回扫电流生成低于VDDA的Vmod电压之后，调制器节点606可以被驱动回至 VDDA，并且回扫部106可以从调制器节点汲取(即，吸收)回扫感测电流(Isen)，SW9可以将调制器节点606耦接至VDDA，并且比较器608 的非反相输入可以耦接至VDDA。相应地，平衡部604可以生成作为调制器节点606的源电流的平衡电流(Ibal)。
图7A至图7D是示出了根据其他实施方式的包括图6所示的电感感测的感测阶段的一系列图。
图7A示出了通电阶段Ph0。通过一个或更多个开关(例如，SW3和 SW4)的操作，端子B可以耦接至通电电压VDDA。同时，端子A可以耦接至地。
图7B示出了可选的能量回收阶段(Ph1)。通过开关(例如，SW0和 SW1)的操作，端子A可以耦接至VDDA，同时端子B可以耦接至地。
图7C示出电荷累积阶段Ph2。通过开关(例如，SW0和SW2)的操作，端子B可以耦接以在调制器电容(Cmod)上生成回扫电流。由于回扫电流(Isen)，电荷可以在Cmod处放电。可以调制Cmod上所得到的电压以确定Ls。
图7D示出了可选的空闲阶段Ph3。通过开关(例如SW0和SW3)的操作，端子A和端子B可以耦接至VDD。
图1B和图6的实施方式可以通过平衡部(例如，104、604)的操作生成开关电容器平衡电流(Ibal)。平衡部可以包括四个模拟开关和可调电容Cref。可以利用数字码Ccode设置电容Cref。将节点Ca和Cb耦接至电力供应节点(例如，SW5、SW6、SW8)的开关可以是开漏上拉/下拉驱动器。将节点Cb耦接至调制器节点(例如，106、606)的开关可以是具有低开关注入电流的模拟开关。两相非交叠信号(Ph0_mod_fb、Ph1_mod_fb) 可以控制Ibal。在一些实施方式中，Fmod调制器时钟频率可以限定该序列。此外，该序列由转换器输出比特流信号(例如，112B、612)调制。由平衡部(例如106、606)产生的平均电流可以由以下给出：
Ibal＝±Cref·Vdda·fmod·DC
其中，DC是比特流信号的平均占空比。
上式假设调制器电容(Cmod)足够高，足以使电荷转移时段的电压降可忽略不计。当调制器电压(Vmod)处于比较器阈值电压(例如，图1B 中的地或图6中的VDDA)时，可以认为电感转换设备100B/600处于平衡操作点。
在一些传感器范围和灵敏度中，响应于调制器输出(比特流)生成的平衡电流(Ibal)可以提供期望的响应。然而，对于一些传感器范围和/或灵敏度，可能期望生成附加电流以平衡调制器节点处的回扫电流(Isen)。图8和图9是这样的实施方式的示意图。
图8示出了根据另一实施方式的电感感测设备800。感测设备800可以包括与图1B中的那些项类似的项，其可以以类似的方式进行操作。这包括平衡部804，该平衡部804具有可以由值Ccode设置的参考电容Cref。图8的实施方式与图1B的实施方式的不同之处在于：可以包括附加补偿部817，该附加补偿部817可以生成可以用于帮助维持调制器节点806处的平衡状态的补偿电流Icomp。
补偿部817可以采用与平衡部804相同的一般形式并且可以包括模拟开关SW12至SW15。补偿部817可以包括(或耦接至)节点Cc和Cd处的可变电容Ccomp。可以利用值Ccoder建立Ccomp的值(其中，该Ccoder 与平衡部804上使用的Ccode不同)。SW12可以由信号Ph1_mod控制以将Cc耦接至VDDA。SW13可以由信号Ph0_mod控制以将Cc耦接至地。 SW14可以由信号Ph1_mod控制以将Cd耦接至地，并且SW15可以由信号Ph0_mode控制以将Cd耦接至调制器节点806。
补偿部817可以以与平衡部(例如，104、604)相同的一般方式进行操作。然而，电流的生成不受比特流812调制。产生平衡示意图的平均电流由下式计算：
Icomp＝±Ccomp·Vdda·fmod
应当理解，虽然该实施方式使用Fmod时钟频率(示出为fmod)来生成Icomp，但这样的布置不是限制性的。基于电容Ccomp、期望的Icomp 和期望瞬态响应，可以使用任何合适的开关电容器时序。
图9示出了根据另一实施方式的感测设备900。感测设备900可以包括与图6中的那些项类似的项，其可以以类似的方式进行操作。图9的实施方式与图6的实施方式的不同之处在于：它可以包括生成补偿电流Icomp 的补偿部917。该补偿电路914可以以与图8相同的一般方式进行操作，生成的开关电容器参考电流Icomp可以提供给调制器节点906以对抗吸收 Isen电流。
诸如图1B、图6、图8和图9中所示的那些实施方式具有单端配置，生成可以根据静态参考电压(例如，VDDA、地)变化的调制器电压Vmod。然而，替选实施方式可以包括伪差分感测。根据一些实施方式的伪差分电感至码转换器可以被概念化为将如上所述的两个单端配置进行组合。伪差分电感感测可以包括八个操作阶段，Ph0至Ph7。Ph0和Ph4可以是电感器能量累积时段。Ph1和Ph5可以是可选的电感器能量回收时段。Ph2和Ph6 可以是调制器节点电荷累积时段。Ph3和Ph7可以是可选的空闲时段。
图10A是根据实施方式的利用伪差分感测的电感感测设备1000A的示意图。设备1000A可以包括与图1B的那些部类似的部，设备1000A包括回扫部1002、平衡部1004A、调制器部1005、数字序列器1015和反馈逻辑1014。
回扫部1002可以与图1B的回扫部的不同之处在于：它可以包括开关 SW2A和SW2B，开关SW2A和SW2B可以将传感器单元1016的端子Rx 分别耦接至调制器节点1006A和1006B。此外，如上所述，回扫部1002 可以根据八相电感感测操作来进行操作。开关SW0可以由信号Ph0/Ph5/Ph6/Ph7控制以将第一传感器节点Tx耦接至VDDA。开关SW1 可以由信号Ph0/Ph3/Ph5控制以将传感器节点Rx耦接至地。开关SW3可以由信号Ph1/Ph4/Ph7控制以将Rx耦接至VDDA。开关SW4可以由信号 Ph1/Ph2/Ph3/Ph4控制以将Tx耦接至地。SW2A可以由信号Ph2控制以将 Rx耦接至调制器节点1006A。SW2B可以由信号Ph6控制以将Rx耦接至调制器节点1006B。
平衡部1004A可以与图1B的平衡部的不同之处在于：它可以包括模拟开关SW5、SW7A、SW7B和SW8。SW5可以由信号Ph1_mod控制以将Ca耦接至VDDA。SW8可以由信号Ph0_mod控制以将Ca耦接至地。 SW7A可以由信号Ph0_mod_fb控制以将Cb耦接至调制器节点1006A。SW7B可以由信号Ph1_mod_fb控制以将Cb耦接至调制器节点1006B。平衡部1004A可以在Ph2的感测操作中生成从调制器节点1006A吸收电流的第一平衡电流Ibal_sn，并且可以在Ph6的感测操作中生成向调制器节点 1006B提供电流的第二平衡电流Ibal_sc。如在以上实施方式中，这样的平衡电流(Ibal_sn、Ibal_sc)取决于调制器输出比特流1012。
调制器部1005可以与图1B的调制器部的不同之处在于：第一调制器节点1006A可以耦接至比较器1008的非反相输入，而第二调制器节点 1006B可以耦接至比较器1008的反相输入。调制器节点1006A可以具有第一调制器电容CmodA。调制器节点1006B可以具有第二调制器电容 CmodB。
数字序列器1015可以根据八相感测序列生成用于控制设备1000的各种信号。反馈逻辑1014可以生成如本文中描述的反馈信号Ph0_mod_fb和 Ph1_mod_fb以及等同物。
在操作中，伪差分电感感测设备1000可以寻求将比较器1008的输入处的共模电压维持在VDDA/2处。因此，实施方式可以包括将比较器1008 的输入预充电至VDDA/2的初始化和/或均衡电路。平衡部1004可以被设计成将调制器输入VmodA与调制器输入VmodB之间的差分电压维持在零伏处。
图10B是根据另一实施方式的利用伪差分感测的电感感测设备1000B 的示意图。设备1000B可以包括与图10A中的那些项类似的项，并且这样类似的项可以以相同的一般方式进行操作。
图10B的平衡部1004B可以与图10A的平衡部的不同之处在于：平衡部1004B可以利用电流数模转换器(iDAC)1027sc和1027sn来生成平衡电流。iDAC 1027sc/1027sn可被编程成分别基于DAC码Icode_sc和 Icode_sn提供电流。在所示实施方式中，通过时序信号Ph0_mod_fb的操作，iDAC 1027sn可以通过SW7A耦接调制器节点1006A以从调制器节点 1006A吸收平衡电流Ibal_sn。
通过时序信号Ph1_mod_fb的操作，iDAC 1027sc可以通过SW7B耦接调制器节点1006B以将平衡电流Ibal_sc提供至调制器节点1006B。
应当理解，在本文中公开的实施方式中的任一个实施方式中，可以使用iDAC代替开关电容器电路来生成平衡电流和/或参考电流。
图11A至图11H是示出根据伪差分实施方式的包括图10A和图10B 中所示的那些电感感测的感测阶段的一系列图。
图11A示出了第一阶段(Ph0)，其可以是第一通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW0、SW1)的操作，端子A可以耦接至 VDDA。同时，端子B可以耦接至地。
图11B示出了第二阶段(Ph1)，其可以是可选的能量回收阶段。在 Ph1中，通过开关(例如，SW3和SW4)的操作，端子A可以耦接至地，同时端子B可以耦接至VDDA。
图11C示出了第三阶段(Ph2)，其可以是第一电荷累积阶段。在Ph2 中，通过开关(例如，SW2A、SW4)的操作，端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)并且端子A可以耦接至地以从Ls感应回扫电流。由于回扫电流(Isen_sc)，电荷可以在CmodA上累积。
图11D示出了第四阶段(Ph3)，其可以是可选的空闲阶段。在Ph3中，通过开关(例如，SW1和SW4)的操作，端子A和端子B可以耦接至地。
图11E示出了第五阶段(Ph4)，其可以是第二通电阶段。在Ph4中，通过一个或更多个开关(例如，SW3、SW4)的操作，端子B可以耦接至 VDDA并且端子A可以耦接至地以使Ls通电。
图11F示出了第六阶段(Ph5)，其可以是可选的能量回收阶段。在Ph5 中，通过开关(例如，SW0、SW1)的操作，端子A可以耦接至VDDA，同时端子B可以耦接至地。
图11G示出了第七阶段(Ph6)，其可以是第二电荷累积阶段。在Ph6 中，通过开关(例如，SW0、SW2B)的操作，端子B可以耦接至第二调制器电容(CmodB)并且端子A可以耦接至VDDA以从Ls感应回扫电流。由于回扫电流(Isen_sn)，可以从CmodB汲取电流。
图11H示出了第八阶段(Ph7)，其可以是可选的空闲阶段。在Ph7中，通过开关(例如，SW0、SW3)的操作，端子A和端子B可以耦接至VDDA。
参照图12，示出了针对用于与图10A/图10B中所示的那些设备类似的设备的操作的时序图。时序图示出了：各个感测阶段Ph0、Ph2、Ph3、Ph4、Ph6、Ph7；电感器电压VLs；电感器电流ILs；在第一调制器节点处的得到的第一回扫电流Isen_sc；在第二调制器节点处的得到的第二回扫电流Isen_sn；跨第一调制器节点和第二调制器节点的差分电压；以及所得到的比特流。注意，图12示出了不包括可选的能量回收阶段Ph1和Ph5的操作。
根据图11A至图11H理解各个阶段。
在与图10A/图10B的实施方式类似的实施方式中，调制器电容CmodA 和CmodB上的累积电荷可以通过利用平衡部(例如，1004A/1004B)中的开关电容器Cref生成的电荷来平衡。平衡条件可以通过以下给出：
Qph2_max+Qph6_max＜2·VDDA·Cref·Nb_min
Qph2_max是在感测周期Ph2中可以产生的最大电荷。Qph6_max是在感测周期Ph6中可以产生的最大电荷。Nb_min可以是用于达到平衡所需的最小 Fmod循环量。根据Qph2值和Qph6值可以理解单端配置与伪差分配置之间的差异。在这些阶段期间，Isen电流改变符号，因为由平衡电流(Ibal) 引起的建立操作将调制节点驱动为远离VDDA/2。特别地，在Ph2中，建立过程可能倾向于将VmodA电压拉向地。在Ph6中，建立过程可能倾向于将VmodB朝VDDA驱动。这意味着Qph2和Qph6可以在Ph2时段和 Ph6时段期间交替。该属性可以限制Ph2时段持续时间和Ph6时段持续时间，如被电感至码传递函数所理解的，可以由以下给出：
Figure BDA0003415408200000161
图13是根据另一实施方式的电感感测设备1300的示意图。通过使用电容分压器1320，感测设备1300可以采用差分感测而没有上述的阶段持续时间限制。感测设备1300可以包括与图10A中的那些项类似的项，并且这样的类似项可以以相同的一般方式进行操作。
感测设备1300可以与图10A的感测设备的不同之处在于：回扫部1302 可以包括电容分压器1320来代替开关SW0和SW4。电容分压器1320可以包括在VDDA与节点Tx之间串联布置的分压电容Cd1和分压电阻Rd1，以及在节点Tx与地之间串联布置的分压电容Cd2和分压电阻Rd2。
图14A至图14D是示出根据伪差分实施方式的包括图13中所示的电感感测的感测阶段的一系列图。通过分压器的操作，传感器节点端子A可以保持在VDDA与地之间的电压处，在这种情况下该电压为VDDA/2。
图14A示出了第一阶段(Ph0)，其可以是第一通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW1)的操作，端子B可以耦接至地，而端子A耦接至VDDA/2以使传感器电感Ls通电。
图14B示出了第二阶段(Ph1)，其可以是第一电荷累积阶段。在Ph1 中，通过开关(例如，SW2A)的操作，端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)而端子A保持在VDDA/2处。这可以利用Ls感应第一回扫电流。由于回扫电流(Isen_sc)，电荷可以在CmodA上累积。
图14C示出了第三阶段(Ph2)，其可以是第二通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW3)的操作，端子B可以耦接至VDDA，而端子A保持在VDDA/2处。这可以使传感器电感Ls通电。
图14D示出了第四阶段(Ph3)，其可以是第二电荷累积阶段。在Ph3 中，通过开关(例如，SW2B)的操作，端子B可以耦接至第二调制器电容(CmodB)，而端子A保持在VDDA/2处。这可以利用Ls感应出与Ph1 的回扫电流相反的第二回扫电流。由于回扫电流，可以从CmodB汲取电荷。
在一些实施方式中，可以在阶段Ph0与阶段Ph1之间以及/或者在阶段 Ph2与阶段Ph3之间添加能量回收时段。
参照图15，示出了针对与图13中所示的设备类似的设备的操作的时序图。时序图示出了：各个感测阶段Ph0至Ph3；电感器电压VLs；电感器电流ILs；所得到的第一感测电流Isen_sc；所得到的第二感测电流Isen_sn；跨调制节点的差分电压；以及所得到的比特流。
根据图14A至图14D理解各个阶段。
图16A是根据另一实施方式的电感感测设备1600A的示意图。感测设备1600A可以跨差分调制器节点耦接传感器电感。感测设备1600A可以包括与图13中的那些项类似的项，并且这样类似的项可以以相同的一般方式进行操作。
感测设备1600A可以与图13的感测设备的不同之处在于，回扫部1602A还可以包括模拟开关SW0、SW4并且可以包括SW2和SW16来代替SW2A和SW2B。SW0可以由信号Ph0/Ph5/Ph7控制以将节点Tx耦接至VDDA。SW4可以由信号Ph1/Ph3/Ph4控制以将节点Tx耦接至地。SW2可以由信号Ph2/Ph6控制以将节点Rx耦接至调制器节点1606A。SW16可以由信号Ph2/Ph6控制以将Tx耦接至调制器节点1606B。在感测操作的一个阶段(即，Ph2)中，可以跨调制器节点1606A/1606B耦接电感传感器 1616以在一个方向上感应回扫电流。在感测操作的另一阶段(即，Ph6) 中，可以跨调制器节点1606A/1606B耦接电感传感器1616并在相反的方向上感应回扫电流。
图16B是根据另一实施方式的电感感测设备1600B的示意图。感测设备1600B可以跨具有不同配置的差分调制器节点耦接传感器电感。感测设备1600B可以包括与图16A的那些项类似的项，并且这样的类似项可以以相同的一般方式进行操作。
感测设备1600B可以与图16A的感测设备的不同之处在于：回扫部 1602B可以包括模拟开关SW2A/SW2B来代替SW2以及包括开关16A/16B 来代替SW16。SW2A可以由信号Ph2控制以将节点Rx耦接至调制器节点 1606A。SW2B可以由信号Ph6控制以将节点Rx耦接至调制器节点1606B。 SW16A可以由信号Ph6控制以将节点Tx耦接至调制器节点1606A。 SW16B可以由信号Ph2控制以将节点Tx耦接至调制器节点1606B。在感测操作的一个阶段(即，Ph2)中，可以跨具有第一配置的调制器节点 1606A/1606B耦接电感传感器1616，使得回扫电流相对于第一调制器节点 1606A和第二调制器节点1606B在一个方向上流动。在感测操作的另一阶段(即，Ph6)中，可以跨具有第二配置的调制器节点1606A/1606B耦接电感传感器1616，使得回扫电流相对于第一调制器节点1606A和第二调制器节点1606B在相反的方向上流动。
图17A至图17H是示出根据与图16A的实施方式类似的实施方式的电感感测操作的感测阶段的一系列图。
图17A示出了第一阶段(Ph0)，其可以是第一通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW0、SW1)的操作，端子A可以耦接至VDDA，并且端子B可以耦接至地以使Ls供电。
图17B示出了第二阶段(Ph1)，其可以是可选的能量回收阶段。在 Ph1中，通过开关(例如SW3、SW4)的操作，端子A可以耦接至地，同时端子B可以耦接至VDDA。
图17C示出了第三阶段(Ph2)，其可以是第一电荷累积阶段。在Ph2 中，通过开关(例如，SW2、SW16)的操作，端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)，并且端子A可以耦接至第二调制器电容(CmodB)。这可以从Ls感应回扫电流。由于回扫电流(Isen_sc)，电荷可以在CmodA 上累积并从CmodB放电。
图17D示出了第四阶段(Ph3)，其可以是可选的空闲时间。在Ph2中，通过开关(例如SW1、SW4)的操作，端子A和端子B可以耦接地。
图17E示出了第五阶段(Ph4)，其可以是第二通电阶段。在Ph4中，通过一个或更多个开关(例如，SW3、SW4)的操作，端子A可以耦接至地，同时端子B可以耦接至VDD。
图17F示出了第六阶段(Ph5)，其可以是可选的能量回收阶段。在Ph5 中，通过开关(例如SW0、SW1)的操作，端子A可以耦接至VDD，同时端子B可以耦接至地。
图17G示出了第七阶段(Ph6)，其可以是第二电荷累积阶段。在Ph6 中，通过开关(例如，SW2、SW16)的操作，端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)，并且端子A可以耦接至第二调制器电容(CmodB)。这可以从Ls感应与从Ph2的回扫电流相反的回扫电流。由于回扫电流 (Isen_sn)，电荷可以在CmodB上累积并且从CmodA放电。
图17H示出了第八阶段(Ph7)，其可以是可选的空闲时间。在Ph7中，通过开关(例如SW0、SW3)的操作，端子A和端子B可以耦接VDDA。
如果平衡最大电流高于最大感测电流，则可以达到平衡状态。
图17I至图17O是示出根据与图16B的实施方式类似的实施方式的电感感测操作的感测阶段的一系列图。
图17I示出了第一阶段(Ph0)，其可以是第一通电阶段。在Ph0中，通过一个或更多个开关(例如，SW0、SW1)的操作，端子A可以耦接至 VDDA，并且端子B可以耦接至地以使Ls通电。
图17J示出了第二阶段(Ph1)，其可以是可选的能量回收阶段。在Ph1 中，通过开关(例如SW3、SW4)的操作，端子A可以耦接至地，同时端子B可以耦接至VDDA。
图17K示出了第三阶段(Ph2)，其可以是第一电荷累积阶段。在Ph2 中，通过开关(例如，SW2A、SW16B)的操作，端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)，并且端子A可以耦接至第二调制器电容(CmodB)。这可以从Ls感应回扫电流。由于回扫电流(Isen_sc)，电荷可以在CmodA 上累积并从CmodB放电。
图17L示出了第四阶段(Ph3)，其可以是可选的空闲时间。在Ph2中，通过开关(例如SW1、SW4)的操作，端子A和端子B可以耦接地。
图17M示出了第五阶段(Ph4)，其可以是第二通电阶段。在所示实施方式中，Ph4可以与Ph0相同。
图17N示出了第六阶段(Ph5)，其可以是可选的能量回收阶段。在所示实施方式中，Ph5可以与Ph1相同。
图17O示出了第七阶段(Ph6)，其可以是第二电荷累积阶段。在Ph6 中，通过开关(例如，SW2B、SW16A)的操作，端子A可以耦接至第二调制器电容(CmodB)，并且端子B可以耦接至第一调制器电容(CmodA)。这可以从Ls感应回扫电流。由于回扫电流(Isen_sc)，电荷可以在CmodA 上累积，并且从CmodB放电。
图17P示出了第七阶段(Ph6)，其可以是可选的空闲时间。在所示实施方式中，Ph6可以与Ph3相同。
具有伪差分感测的实施方式可以包括用于生成如针对单端实施方式所描述的补偿电流的补偿部。图18示出这样的实施方式。
图18是根据又一实施方式的电感感测设备1800的示意图。感测设备 1800可以包括与图16B中的那些项类似的项，并且这样的类似项可以以相同的一般方式进行操作。
图18与图16B的不同之处在于：它可以包括补偿部1817。补偿部1817 可以包括开关SW17、SW18、SW19A和SW19B。SW17可以由Ph1_mod 控制以将节点Cc耦接至VDDA。SW18可以由Ph0_mod控制以将节点Cc 耦接至地。SW19A可以由Ph0_mod控制以将节点Cd耦接至第一调制器节点1606A。SW19B可以由Ph1_mod控制以将节点Cd耦接至第二调制器节点1606B。通过开关电容器动作，补偿部1817可以生成吸收来自调制器节点1806A的电流的第一补偿电流Icomp_sc以及向第二调制器节点1806B 提供电流的第二补偿电流Icomp_sn。
应当理解，与图18的补偿部类似的补偿部或等同物可以被包括在本文中公开的伪差分感测实施方式中的任一个实施方式中。
实施方式可以采用任何合适的电路形式，然而，一些实施方式可以形成较大集成电路(IC)设备的部分，例如片上系统(SoC)。图19是这样的实施方式的框图。
图19是根据实施方式的系统1930的框图。系统1930可以包括IC设备1932以及一个或更多个感应传感器单元(两个示为1916A、1916B)。IC 设备1932可以是电感感测设备。在一些实施方式中，IC设备1932可以是可编程的，并且具有被配置到电感感测设备中的配置数据。
IC设备1932可以包括通过模拟总线系统1942相互通信的模拟互连 1934、可配置模拟开关1938以及可配置模拟电路块1940。IC设备1932 还可以包括可配置数字块1946，该可配置数字块1946可以通过数字总线系统1944耦接至可配置可编程模拟开关1938和可配置模拟电路块1940。
模拟互连1934可以耦接至外部连接(外部连接示出为1907)并且可以包括由可编程连接形成的矩阵(示出为1936的一部分)。可以利用模拟配置数据1952在模拟互连1934内建立互连。可配置模拟开关1938可以包括可以被由数字总线(PhX_mod_fb、PhX_mod、PhX)提供的信号控制的模拟开关(模拟开关示出为SWx)。可配置模拟电路块1940可以包括各种模拟电路块，模拟电路块包括一个或更多个比较器和一个或更多个可编程电容(和/或IDAC)。来自比较器的一个或更多个输出(Vout)可以提供给数字总线系统1944。可编程电容可以经由数字总线系统1944由电容码(Cap Code)进行编程。
可配置数字块1946可以包括可通过数字配置数据1954配置成各种算术逻辑功能的数字电路。这样的各种算术逻辑功能可以包括如本文中所述的反馈逻辑1914、数字序列器1915和FF 1910。可配置数字块1946还可以包括电容器控制器1950，电容器控制器1950可以存储和提供电容码至可配置模拟电路块1940中的可编程电容。
模拟配置数据1952和数字配置数据1954可以通过根据本文中公开的实施方式中的任一种实施方式或等同实施方式将各种电路部件耦接在一起来将设备1932配置成电感感测设备。
在一些实施方式中，系统1930可以感测来自多个传感器单元1916A/1916B的电感。如果这样的感测不是同时发生的，则可以共享感测电路。仅作为一个示例，模拟开关的不同集合可以被配置为回扫部并耦接至每个传感器单元1916A/1916B。然而，可以将模拟开关的一个集合配置成利用可编程电容的平衡部。可编程电容可以通过电容器码设置为不同的值，以利用每个传感器单元1916A/1916B进行感测。模拟开关的集合可以类似地配置为补偿部。
图20是根据另一实施方式的系统2030的图。系统2030可以包括形成在电路板2034上的电感传感器2016以及IC设备2032。IC设备2032 可以包括根据本文中所示的实施方式中的任一实施方式或等同实施方式的电感感测设备2000。
在一些实施方式中，电感传感器2016可以形成有电路板迹线。电感传感器2016可以通过电路板迹线2036A、2036B和2036C耦接至IC设备 2032。电路板迹线2036C可以包括电阻Rext。在一些实施方式中，电路板迹线2036A、2036B和2036C可以形成如图3所示的三点连接的到感测设备2000的三点连接。在一些实施方式中，多个电感传感器2016可以形成在电路板2034上并且耦接至感测设备2000。
虽然各种设备和系统已经公开了多种电感感测方法，但是现在将参照多个流程图来描述附加的方法。
图21是根据实施方式的方法2140的流程图。方法2140可以包括使传感器电感通电2140-0。这样的动作可以包括通过集成电路装置的操作将电感传感器的端子跨电势耦接。可以耦接传感器电感以在电容调制器节点处生成回扫电流2140-2。这样的动作可以包括将一个端子耦接至调制器节点，并且将另一端子耦接至可以感应回扫电流的电压。在一些实施方式中，回扫电流可以为调制器节点充电。在一些实施方式中，回扫电流可以使调制器节点放电。方法2140可以对调制器节点处的电压进行∑-Δ调制 2140-4。这样的动作可以包括随时间量化调制器节点处的调制器电压以生成指示传感器电感的比特流。在一些实施方式中，这样的量化可以通过比较器的操作发生。然而，实施方式不应被解释为限于单比特量化。
图22是根据另一实施方式的方法2240的流程图。方法2240可以包括将传感器电感的第一节点耦接至通电电压2240-0。这样的动作可以包括将传感器电感的第一节点耦接至一个电压，而另一节点耦接至不同的电压。耦接至通电电压的第一节点可以是静态的或动态的。在传感器电感通电之后，传感器电感的第二节点可以耦接至调制器电容以利用回扫电流生成调制器电压2240-2。
方法2240还可以包括响应于调制器电压在调制器节点处生成与回扫电流相反的平衡电流2240-4。这样的动作可以包括在采样时段期间生成将降低调制器电压的平衡电流2240-4。在一些实施方式中，可以利用开关电容器操作生成平衡电流。开关电容器操作可以包括利用第一节点处的电压对参考电容器进行充电，然后在第二节点耦接至调制器电容时切换第一节点处的电压。在一些实施方式中，参考电容器是可编程的，并且可以通过设置参考电容器来对平衡电流进行编程。附加地或可替选地，平衡电流可以通过开关电容器时序来改变。
方法2240可以包括根据调制器电压生成脉冲流(例如，从较高阶量化生成的比特流或脉冲流)2240-6。在一些实施方式中，这样的动作可以包括将调制器电压施加至比较器并根据时钟信号锁存比较器输出。在一些实施方式中，可以响应于由脉冲流调制的开关信号来生成平衡电流。
可以根据表示传感器电感的脉冲流生成数字码2240-8。在一些实施方式中，这样的动作可以包括利用脉冲流激活计数器。可以定期对计数器值进行采样并重置计数器。存储的计数器值可以表示传感器电感。实施方式还可以包括一个或更多个一阶或较高阶的数字滤波器和抽取器。
图23是根据实施方式的伪差分电感感测的方法2340的流程图。方法 2340可以包括将传感器电感耦接至通电电压2340-0。这样的耦接可以是静态的或动态的。在传感器电感通电之后，传感器电感可以耦接至第一调制器电容以在第一调制器电容处感应第一回扫电流。第一方向回扫电流可以具有第一流动方向。
方法2340可以包括第二次将传感器电感耦接至通电电压2340-4。这样的耦接可以是静态的或动态的。这样的耦接可以与2340-0中进行的耦接相同或不同。传感器电感可以耦接至第二调制器电容以在第二调制器电容处感应第二回扫电流2340-6。第二回扫电流可以在与第一方向相反的方向上流动。
方法2340可以包括根据跨第一调制器电容和第二调制器电容产生的差分电压生成比特流2340-8。这样的动作可以包括根据本文中公开的实施方式中的任一个实施方式或等效实施方式随时间量化差分电压。
图24是根据另一实施方式的传感器电感的伪差分感测的方法2440的流程图。方法2440可以包括将传感器电感耦接至通电电压2440-0。这样的动作可以采用本文中公开的任何动作或等同物的形式。在传感器电感通电之后，传感器电感的节点可以耦接至第一调制器电容和第二调制器电容以感应第一回扫电流2440-2。这样的动作可以包括将传感器电感的一个节点耦接至第一调制器电容并且将传感器电感的另一节点耦接至第二调制器电容。所得到的回扫电流可以对第一调制器电容充电并且对第二调制器电容放电。
方法2440可以包括将传感器电感耦接至通电电压2440-4。这样的动作可以与2440-0的动作相同或不同。在传感器电感的第二次通电之后，传感器电感的节点可以耦接至第一调制器电容和第二调制器电容以感应第二方向回扫电流2440-6。这样的动作可以包括将传感器电感的节点耦接至第一调制器电容和第二调制器电容以生成回扫电流，所生成的回扫电流可以对第一调制器电容放电并且对第二调制器电容充电。
方法2440可以包括根据跨第一调制器电容和第二调制器电容产生的差分电压生成比特流2340-8。这样的动作可以包括本文中公开的实施方式中的任何实施方式(例如，参照图1A描述的那些)或等同实施方式。
根据实施方式，基于回扫原理的电感至码转换器可以对时钟频率、电流源以及供应和参考电压变化不敏感。这样的转换器架构可以比常规方法更灵活，允许在传感器电感的宽的范围内调整感测频率、分辨率和灵敏度。
实施方式可以提供电感感测解决方案，其中灵敏度和分辨率可以在宽的范围内变化。在一些实施方式中，这可以包括使用平衡电流和/或参考电流来使针对给定传感器电感变化生成的调制器电流最大化。
根据实施方式，电感感测设备可以具有用于仅使用模拟开关和比较器的电感感测的简单模拟前端。根据实施方式，与具有平方反比关系的常规方法相比，电感至码转换可以是相对线性的。
根据实施方式，可以利用简单的硬件集合(例如，模拟开关)来实现多种可能的感测模式(例如，单端、电容器分压器、伪差分)以及多感测 (即，多个传感器的感测电感)。
根据实施方式，电感传感器激励频率可以是确定的，并且可以由用户选择。这与常规方法形成对比，在常规方法中，传感器电感可以决定可接受的激励频率的范围。此外，在一些实施方式中，选择的电感传感器激励频率可以用于系统的其他传感器，例如电容传感器。
根据实施方式，电感传感器系统可以在不考虑电力供应电平的预期变化的情况下进行操作。
在具有伪差分配置的实施方式中，如果使内部布线对称，基本上所有的共模噪声可以在比较器输入处被拒绝。
实施方式可以提供简单且准确的校准。如果参考电感值已知，则由感测系统生成的绝对值可以用于校准转换传递函数。
虽然实施方式公开了基于相同时钟(例如，Fmod)使回扫电流通电和生成回扫电流的电感，但替选实施方式可以采用这样的相位的不同时序来优化性能。
实施方式可以提供具有比常规方法低的电力消耗的电感器感测。
应当理解，在整个说明书中，对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，要强调并且应当理解的是，在本说明书的各个部分中对“实施方式”或“一个实施方式”或“替选实施方式”的两次或更多次引用不一定都指代同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在本发明的一个或更多个实施方式中适当地进行组合。
类似地，应当理解，在本发明的示例性实施方式的前述描述中，出于简化本公开内容从而有助于理解各个发明方面中的一个或更多个方面的目的，在单个实施方式、图或其描述中有时将本发明的各种特征组合在一起。然而，本公开内容的方法不应被解释为反映以下意图：权利要求书需要比在每个权利要求中明确记载的特征多的特征。而是，发明的各方面在于少于单个前述公开的实施方式的所有特征。因此，具体实施方式之前的权利要求书在此明确地并入该具体实施方式中，其中每项权利要求自身作为本发明的独立的实施方式存在。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
在感测操作的第一阶段中，至少控制第一开关，以使传感器电感通电；
在所述感测操作的第一阶段之后的第二阶段中，
至少控制第二开关，以将所述传感器电感耦接至第一调制器电容，以从所述传感器电感感应第一回扫电流，所述第一回扫电流在所述第一调制器电容处生成第一调制器电压，以及
响应于所述第一调制器电压，至少控制第三开关，以在所述第一调制器节点处生成在与所述回扫电流相反的方向上流动的平衡电流；
至少重复所述第一阶段和所述第二阶段，以在所述第一调制器电容处生成第一调制器电压；以及
至少将所述第一调制器电压转换成表示所述传感器电感的数字值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
至少控制所述第一开关包括：将所述传感器电感的第一端子电耦接至第一电力供应；以及
至少控制所述第二开关包括：将所述传感器电感的第二端子耦接至所述第一调制器电容。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述感测操作的第二阶段中，
至少控制第四开关，以在所述第一调制器电容处生成具有与所述回扫电流相反的方向的补偿电流。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述感测操作的第一阶段中，至少利用所述第一开关将所述传感器电感的第一端子电耦接至第一供应节点；
在所述感测操作的第二阶段中，至少利用所述第二开关将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第一调制器电容；
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第一供应节点；
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，将所述传感器电感的第二端子电耦接至第二调制器电容以感应第二回扫电流，所述第二回扫电流在所述第二调制器电容处生成第二调制器电压；以及
至少重复所述第一阶段至所述第四阶段，以在所述第一调制器电容与所述第二调制器电容之间生成差分电压；以及
将所述差分电压转换为表示所述传感器电感的数字值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
至少控制所述第一开关包括：在所述传感器电感的第二节点耦接至参考电压的情况下，通过所述第一开关将所述传感器电感的第二端子电耦接至第一供应节点；以及
至少控制所述第二开关包括：将所述传感器电感的第二端子耦接至所述第一调制器电容。
6.根据权利要求1所述方法，还包括：
在所述感测操作的第一阶段中，使所述感测电感的第一端子耦接至第一供应节点；
在所述感测操作的第二阶段中，至少利用所述第二开关将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第一调制器电容；
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，第二次使所述传感器电感通电；
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，将所述传感器电感的第二端子电耦接至第二调制器电容；
至少重复所述第一阶段至所述第四阶段，以在所述第一调制器电容与所述第二调制器电容之间生成差分电压；以及
将所述差分电压转换为表示所述传感器电感的数字值。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述感测操作的第一阶段中，使所述传感器电感的第一端子耦接至第一供应节点；
在所述感测操作的第二阶段中，
至少利用所述第二开关，将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第一调制器电容，以及
至少利用第四开关，将所述传感器电感的第一端子电耦接至第二调制器电容；
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，第二次使传感器电感通电；
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，
至少利用所述第二开关，将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第二调制器电容，以及
至少利用所述第四开关，将所述传感器电感的第一端子电耦接至所述第一调制器电容；
至少重复所述第一阶段至第四阶段，以在所述第一调制器电容与所述第二调制器电容之间生成差分电压；以及
将所述差分电压转换为表示所述传感器电感的数字值。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述感测操作的第一阶段中，使所述传感器电感的第一端子耦接至第一供应节点；
在所述感测操作的第二阶段中，
至少利用所述第二开关，将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第一调制器电容，以及
至少利用第四开关，将所述传感器电感的第一端子电耦接至第二调制器电容；
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，第二次使所述传感器电感通电；
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，
至少利用第五开关，将所述传感器电感的第二端子电耦接至所述第二调制器电容，以及
至少利用第六开关，将所述传感器电感的第一端子电耦接至所述第一调制器电容；
至少重复所述第一阶段至第四阶段，以在所述第一调制器电容与所述第二调制器电容之间生成差分电压；以及
将所述差分电压转换为表示所述传感器电感的数字值。
9.一种设备，包括：
多个输入/输出，其至少包括：被配置成耦接至第一电感传感器端子的第一输入/输出，以及被配置成耦接至第二电感传感器端子的第二输入/输出；
多个开关；
开关控制器电路，其被配置成：
在感测操作的第一阶段中，至少操作第一开关，以通过启用到所述第一电感传感器的传感器电感的电流路径来使所述传感器电感通电，
在所述感测操作的第一阶段之后的第二阶段中，
至少操作第二开关，以将所述第二输入/输出耦接至第一调制器节点并且从所述传感器电感感应第一回扫电流，所述第一回扫电流在所述第一调制器节点处至少生成第一调制器电压，并且
响应于所述第一调制器电压，至少操作第三开关，以在所述第一调制器节点处生成从所述第一回扫电流中减去的平衡电流；以及
模数转换电路，其包括：
调制器电路，其被配置成至少响应于所述第一调制器电压而生成脉冲流，以及
编码器，其被配置成将所述脉冲流编码成表示所述传感器电感的数字值。
10.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述输入/输出、所述开关、第一调制器节点、所述模数转换电路和所述开关控制器电路是同一集成电路设备的一部分。
11.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述开关控制器电路被配置成：
应用平衡电容码来设置可编程平衡电容；其中，
所述平衡电流响应于所述可编程平衡电容而变化。
12.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述开关控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，至少操作第四开关，以第二次使所述传感器电感通电，
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，至少操作第五开关，以将所述第二输入/输出耦接至第二调制器节点，以在所述第二调制器节点处生成第二回扫电流，所述第二回扫电流在与所述第一回扫电流不同的方向上流动；以及
所述调制器被配置成：响应于所述第一调制器节点与所述第二调制器节点之间的差分电压生成所述脉冲流。
13.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述开关控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段中，至少操作第四开关，以将所述第一输入/输出耦接至第二调制器节点，所述第一回扫电流流至所述第一调制器节点并从所述第二调制器节点流出，
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，至少操作第五开关，以第二次使所述传感器电感通电，
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，
至少操作第六开关，以将所述第二输入/输出耦接至所述第二调制器节点，并且
至少操作第七开关，以将所述第一输入/输出耦接至所述第一调制器节点，以及
所述调制器被配置成：响应于所述第一调制器节点与所述第二调制器节点之间的差分电压生成所述脉冲流。
14.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述开关控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段中，至少操作第四开关，以在所述第一调制器节点处生成从所述第一回扫电流中减去的参考电流，所述参考电流独立于所述第一调制器电压。
15.根据权利要求14所述的设备，其中：
所述控制器电路被配置成：
应用参考电容码来设置可编程参考电容；其中，
所述参考电流响应于所述可编程参考电容而变化。
16.一种系统，包括：
传感器，其具有传感器电感、第一端子和第二端子；
电感感测设备，其包括：
多个输入/输出，其包括耦接至所述第一端子的第一输入/输出以及耦接至所述第二端子的第二输入/输出，
多个开关，
开关控制器电路，其被配置成：
在感测操作的第一阶段中，至少操作第一开关，以使所述传感器电感通电，以及
在所述感测操作的第一阶段之后的第二阶段中，至少操作第二开关，以将所述第二输入/输出耦接至第一调制器节点，以从所述传感器电感感应第一回扫电流，所述第一回扫电流在所述第一调制器节点上生成第一调制器电压；
模数转换电路，其包括：
调制器，其被配置成至少响应于所述第一调制器电压而生成脉冲流，以及
编码器，其被配置成将所述脉冲流编码为表示所述传感器电感的数字值。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述开关控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第一阶段中，
至少利用所述第一开关，将所述第一输入/输出耦接至第一供应节点，以及
至少利用第三开关，将所述第二输入/输出耦接至第二供应节点；其中，
所述第一供应节点选自下述各项的组：高电力供应节点以及参考供应节点，所述参考供应节点具有在所述高电力供应节点的电压与低电力供应节点的电压之间的电压。
18.根据权利要求16所述的系统，其中：
在所述电感感测设备中：
所述开关控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，至少操作第三开关，以第二次使所述传感器电感通电，以及
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，至少操作第四开关，以将所述第二输入/输出耦接至第二调制器节点，以从所述传感器电感感应第二回扫电流，所述第二回扫电流在所述第二调制器节点上生成第二调制器电压，所述第二回扫电流相对于所述传感器电感具有与所述第一回扫电流的电流流动相反的电流流动；以及
所述调制器被配置成：响应于所述第一调制器节点与所述第二调制器节点之间的差分电压生成所述脉冲流。
19.根据权利要求16所述的系统，其中：
在所述电感感测设备中：
所述控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段中，至少操作第三开关，以将所述第一输入/输出耦接至第二调制器节点，所述第一回扫电流从所述第二调制器节点流出并流至所述第一调制器节点，
在所述感测操作的第二阶段之后的第三阶段中，至少操作第四开关，以第二次使所述传感器电感通电，以及
在所述感测操作的第三阶段之后的第四阶段中，至少操作第五开关，以将所述第二输入/输出耦接至第二调制器节点，并且至少操作第六开关，以将所述第一输入/输出耦接至所述第一调制器节点，以从所述传感器电感感应第二回扫电流，所述第二回扫电流具有与所述第一回扫电流的电流流动相反的电流流动；以及
所述调制器被配置成：响应于所述第一调制器节点与所述第二调制器节点之间的差分电压生成所述脉冲流。
20.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述控制器电路被配置成：
在所述感测操作的第二阶段中，
至少响应于所述第一调制器电压，至少操作第三开关，以生成平衡电流，所述平衡电流在所述第一调制器节点处从所述第一回扫电流中减去。
21.根据权利要求16所述的系统，还包括：
电路板，其包括电路板迹线，所述电路板迹线包括：
所述第一端子与所述第一输入/输出之间的第一传导路径，
所述第二端子与所述第二输入/输出之间的第二传导路径，以及
所述第二端子与所述第二输入/输出之间的第三传导路径，所述第三传导路径具有比所述第二传导路径大的电阻。
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