CN115144015A - 传感器设备以及相关方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及传感器设备以及相关方法和系统。该传感器被配置为用于提供数字输出信号并且具有数字检测器，该数字检测器被配置为用于检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及速率修改级，配置为接收经调节的数字信号和参数集合，该参数集合包括内插因子和下采样因子，并提供数字输出信号。速率修改级具有内插器和抽取元件。内插器被配置为基于内插因子接收和上采样经调节的数字信号，并提供内插信号。抽取元件被配置为基于下采样因子对内插信号下采样，从而生成数字输出信号。

Description

传感器设备以及相关方法和系统

技术领域

本公开涉及一种传感器，例如，涉及一种使用MEMS(“微机电系统”)技术制造的传感器。

背景技术

如已知的，电子设备是流行的，例如用于消费电子领域以及工业和汽车领域，电子设备包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为各自检测与相应电子装置的使用相关联的一个或多个物理量。

例如，一个或多个传感器可以是加速度计、陀螺仪、温度传感器、压力传感器、电阻传感器、机械应力传感器、应变传感器。

还已知使用MEMS技术制造这种传感器，这允许获得具有小尺寸，低能耗和高检测准确度的传感器。

MEMS传感器被配置为将物理量转换为模拟类型的电信号，其随时间的趋势根据相应的检测物理量随时间的趋势。

已知设计一种结合MEMS传感器的电子设备，使得由MEMS传感器生成的模拟信号依次由模拟前端处理，例如放大；使用采样频率f_s转换成数字信号；并且由滤波级滤波，例如由低通滤波器滤波，从而从具有等于采样频率f_s的采样频率的MEMS传感器获得输出信号。

模拟前端，采样频率f_s和随后的滤波允许输出信号满足MEMS传感器和包含MEMS传感器的电子设备的一组技术要求。例如，可以选择采样频率f_s以符合与由MEMS传感器输出的模拟信号的频带有关的奈奎斯特采样定理(Nyquist S_Ampling theorem)，并且滤波使得它抑制由模数转换器在输出处生成的噪声和/或可能的解调音调。

此外，如果MEMS传感器包括机械振荡器，则来自MEMS传感器的输出数据速率由机械振荡器被致动的工作频率确定。

结果，来自已知MEMS传感器的输出数据速率具有低水平的个性化。

为了增加输出数据速率的可用值的范围，已知将锁相环(PLL)结合到电子设备中。然而，输出数据速率仅在用于获得PLL电路的振荡器中可用的频率范围内可变。此外，PLL电路具有裸片面积和能量的高消耗，并且在特定应用中，满足期望的设计要求并不总是可能的。

可替换地，如果MEMS传感器包括诸如时钟的电子振荡器，则用于修整电子振荡器的振荡频率的方法是已知的，其也允许改变来自MEMS传感器的输出数据速率。然而，这样的修整方法仅能够在有限的值范围内改变振荡频率，例如改变±20％内的值。

还已知的是在电子装置中结合抽取电路装置，该抽取电路装置能够将来自MEMS传感器的输出信号缩放整数因子，特别是2的幂。然而，即使这种解决方案也不允许来自MEMS传感器的输出数据速率的高度个性化。

发明内容

在一个实施例中，一种传感器包括：数字检测器，该数字检测器在操作中检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及耦合到所述数字检测器的信号处理电路装置，其中所述信号处理电路装置在操作中基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号。生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，生成所述数字输出信号。

在一个实施例中，一种系统包括：传感器，该传感器在操作中：检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号，以及基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合生成所述传感器的数字输出信号，生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，以生成内插信号，以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，以生成所述数字输出信号；以及耦合到所述传感器的接口，其中所述传感器在操作中经由所述接口接收所述参数集合。

在一个实施例中，一种方法，包含：通过传感器的检测电路装置检测物理量；通过该传感器的检测电路装置生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及由所述传感器的信号处理电路装置基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号，所述生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，生成所述数字输出信号。

在一个实施例中，一种非暂态计算机可读介质的内容配置传感器以执行一种方法，该方法包括：通过该传感器的检测电路装置检测物理量；通过该传感器的检测电路装置生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及由所述传感器的信号处理电路装置基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号，生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，以生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，以生成所述数字输出信号。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例描述其实施例，其中：

图1示出了包括本传感器的实施例的电子设备的框图；

图2示出了图1的电子设备的输出数据速率修改块的实施例的框图；

图3示出了图2的输出数据速率修改块的第一抽取器的实施例的框图；

图4示出了根据实施例的用于个性化输出数据速率的方法的流程图；以及

图5详细示出了根据实施例的图4的流程图的步骤。

在下文中，除非另有说明，否则将参考离散化(数字)信号的频率来指示其采样频率，以及生成离散化信号的相应块在输出处提供离散化信号的采样的数据速率。

具体实施方式

图1示意性地示出了电子装置1，其包括可操作地彼此耦合的传感器5，存储器6和处理单元或电路7。

传感器5包括检测单元或电路9，信号调节级或电路装置10和输出数据速率(ODR)修改块或电路15，在下文中也称为ODR修改块15。

传感器5，特别是检测单元9，被配置为检测与电子装置1的操作相关联的一个或多个物理量，并且根据这样的物理量生成一个或多个电信号，这里是模拟信号S_A。

传感器5例如可以是加速度传感器、温度传感器、压力传感器，机械应力传感器、电阻传感器、陀螺仪等。

在该实施例中，传感器5是MEMS类型的，即检测单元9是使用MEMS技术获得的，并且形成在半导体材料(特别是硅)的裸片中。

特别地，在该实施例中，检测单元9包括感测元件18和机械振荡器20。

机械振荡器20包括可移动的和/或可变形的结构，例如以弹性方式可变形的，诸如悬臂，膜片或具有任何其它形状的结构，其具有谐振频率f_r。

在使用中，例如根据静电、压电或电磁致动原理来致动机械振荡器20，使得相应的可移动和/或可变形结构以操作频率f₀振荡。通常，工作频率f₀根据谐振频率f_r，例如它等于谐振频率f_r。

机械振荡器20被配置为使得待检测的物理量修改机械振荡器20的可移动和/或可变形结构的移动，例如修改其相位、振幅和/或频率。

传感元件18被配置为例如根据静电、压阻、压电或电磁检测原理来检测机械振荡器20的可移动和/或可变形结构的移动，并且将其转换为模拟信号S_A。模拟信号S_A随时间的趋势因此指示由待检测的物理量引起的机械振荡器20的可移动和/或可变形结构的运动变化。

信号调节级10被配置为在输入处接收模拟信号S_A，并且在输出处提供通过采样模拟信号S_A而获得的相应数字信号S_D。

详细地，信号调节级10包括模拟前端(AFE)23、模数转换器26和滤波器28。

模拟前端23包括例如一个或多个运算放大器，并且模拟前端23被配置为例如对模拟信号S_A进行滤波、放大或解调，从而在输出处提供经调节的模拟信号S'_A。

模数转换器26被配置为在输入处接收经调节的模拟信号S'_A并且在输出处提供采样信号S_S。通过以采样频率f_s离散化经调节的模拟信号S'_A来获得采样信号S_S。

在设计步骤期间基于特定应用的要求来选择采样频率f_s。例如，采样频率f_s可以使其符合奈奎斯特采样定理，大于检测单元9的机械振荡器20的工作频率f₀的两倍。

因此，由模数转换器26输出的采样信号S_S具有等于采样频率f_s的采样频率。

滤波器28包括一个或多个低通或带通类型的滤波器，具有一个或多个相应的截止频率，并且滤波器28被配置为在输入接收采样信号S_S并且在输出处提供数字信号S_D。因此，通过对采样信号S_S进行滤波来获得数字信号S_D，例如以去除由模数转换器26、模拟前端23和/或检测单元9引入的其不想要的频谱分量。

根据特定应用和设计要求，例如为了满足裸片面积占用要求，滤波器28还可以被配置为将采样信号S_S的频率降低例如整数降低因子，例如包括在1和1024之间。

因此，数字信号S_D具有经调节的采样频率f′_s，其在此低于采样频率f_s。在其它应用中，经调节的采样频率f′_s等于采样频率f_s。

ODR修改块15被配置为在输入处接收数字信号S_D并且在输出处提供输出信号S_O，该输出信号具有与数字信号S_D的经调节的采样频率f′_s不同的输出频率f_oU。

从数字信号S_D获得输出信号S_O，基于参数集K修改其采样频率，如下文详细描述的。

输出信号S_O形成来自传感器5的输出信号。

电子装置1还包括接口30和配置寄存器33。接口30被配置为从电子装置1的用户或从在处理器7上执行的应用接收指示来自传感器5的输出信号S_O的期望输出频率f_oU的用户信号S_U。

接口30被配置为将用户信号S_U转换为参数集K，并且将参数集K存储在配置寄存器33中。

根据另一实施例，用户信号S_U由处理单元7转换成参数集K，并且接口30用作处理单元7与配置寄存器33之间的信号传输总线。

参数集K由内插因子I₁和第一抽取因子D₁形成。

此外，在该实施例中，参数集K还包括第二抽取因子M。

如图2所示，ODR修改块或电路15包括内插设备(或内插器)36和第一抽取器40。

内插器36包括内插滤波器38，其被配置为在输入处接收内插因子I₁和数字信号S_D(在经调节的采样频率f′_s处)，并且被配置为在输出处提供内插数字信号S_D,int。内插数字信号S_D,int具有大于经调节的采样频率f′_s的内插频率f_int。特别地，在此，通过将调节的采样频率f′_s增加内插因子I₁来获得内插频率f_int。

内插器36，特别是相应的内插滤波器38，可以以已知的方式获得，例如使用线性或非线性相位内插电路，特别是CIC(“级联积分梳”、样条、拉格朗日、Hermitian型。

第一抽取器40被配置为在输入处接收内插数字信号S_D,int和第一抽取因子D₁。

详细地，如图3所示，第一抽取器40包括滤波级或滤波器43，耦合到计数器49的下采样器46，以及增益块或电路52。

滤波级43可以是低通滤波器，例如无限脉冲响应(IIR)或有限脉冲响应(FIR)滤波器，诸如CIC电路，并被配置为在输入处接收第一抽取因子D₁和内插数字信号S_D,int并且在输出处提供滤波信号F。

滤波级43具有相应的传递函数H(f，D₁)，传递函数H(f，D₁)具有相应的截止频率f_c，可以基于输出频率f_oU，特别是基于第一抽取因子D₁来选择截止频率f_c。

例如，可以选择截止频率f_c，使得抽取数字信号S_D,dec的频率与截止频率f_c之间的比率符合奈奎斯特采样定理。此外，可以选择截止频率f_c来抑制由内插器36引入的高频频谱图像。

滤波级43的传递函数H(f，D₁)，特别是相应的截止频率f_c，可以在使用中以已知的方式修改。例如，在滤波级43由N阶CIC滤波器形成的情况下，确定其传递函数H(f，D₁)的相对系数可以以已知的方式从抽取的数字信号S_D,dec的频率与内插数字信号S_D,int的频率之间的比率来确定。在滤波级43由IIR滤波器形成的情况下，可以从例如存储在存储器6中的特定查找表中选择确定其传递函数H(f，D₁)的相对系数。

计数器49被配置为在输入处接收第一抽取因子D₁，并在输出处提供表示第一抽取因子D₁的计数器命令信号SC。

根据实施例，传感器5包括时钟，该时钟被配置为生成具有例如兆赫兹量级的相应频率的时钟信号，并且计数器49还被配置为在输入处接收时钟信号。此外，计数器49被配置为存储计数以及在时钟信号的每个周期将计数增加一个单位。

在该实施例中，第一抽取因子D₁指示时钟周期的数目。

此外，计数器49被配置为在每个时钟周期将计数与第一抽取因子D₁进行比较。如果计数等于第一抽取因子D₁，则计数器49生成计数器命令信号SC。

下采样器46被配置为在输入处接收滤波信号F和计数器命令信号SC，并且在输出处提供下采样信号DS。从经滤波的信号F获得下采样信号DS。详细地说，计数器命令信号SC使下采样器46在输出处提供滤波信号F的每第D₁个采样。换句话说，下采样信号DS的采样频率低于滤波信号F，如下文详细描述的。

增益块52被配置为在输入处接收下采样信号DS和第一抽取因子D₁，并且在输出处提供抽取数字信号S_D,dec。

详细地，增益块52被配置为通过增益因子G来放大或衰减与下采样信号DS的DC分量(在零频率)相对应的下采样信号DS的采样值。例如，通过执行下采样信号DS的傅立叶变换来标识下采样信号DS的零频率分量。增益因子G可以根据第一抽取因子D₁和滤波级43中使用的滤波器类型来被选择。

特别地，如果使用IIR滤波器获得滤波级43，则可以从存储在存储器6中的特定查找表中选择增益因子G。如果使用CIC滤波器获得滤波级43，则增益因子G可以被计算为1/D₁ ^N，其中N是滤波级43的CIC滤波器的阶数。

再次参考图2，ODR修改块15还包括第二抽取器60，其包括抽取滤波器65。抽取滤波器65以已知的方式配置为对在输入处接收的离散信号执行2的幂抽取。详细地，第二抽取器60被配置为在输入处接收抽取数字信号S_D,dec和第二抽取因子M，并且第二抽取器60被配置为在输出处提供输出信号S_O。

实际上，为了生成输出信号S_O，第二抽取器60对抽取的数字信号S_D,dec进行下采样，将其采样频率降低2^M倍。换句话说，通过在抽取数字信号S_D,dec的每第2^M个样本的输出处提供样本S_Oi来获得输出信号S_O。根据实施例，第二抽取器60还被配置为对抽取数字信号S_D,dec进行滤波，例如使得输出信号S_O符合奈奎斯特采样定理。

在使用中，传感器5执行其输出数据速率的个性化，例如使用下面参考图4描述的个性化方法100。

当电子装置1的用户或由电子设备执行的应用通过将用户信号S_U发送到接口30(图1)来指示来自传感器5的期望输出数据速率ODR_E，即输出信号S_O的期望输出频率f_oU时，方法100开始。

例如，用户信号S_U可以指示由用户从存储在存储器6中的定义值列表中选择期望的输出数据速率ODR_E。所定义的列表可以是预定义的。也被存储在存储器6中的参数集K对应于期望输出数据速率ODR_E的每个定义值。

或者，用户可以通过用户信号S_U直接指示形成参数集K的一个或多个参数。

当接口30接收到用户信号S_U时，确定参数集K；即，这里，确定内插因子I₁，第一抽取因子D₁和第二抽取因子M，并且将它们写入配置寄存器33中。

纯粹作为示例，在该实施例中，内插因子I₁可以等于64，而第一抽取因子D₁和第二抽取因子M可以根据用户选择的期望输出数据速率ODR_E而变化。然而，内插因子I₁可以具有不同的值，特别是等于2的幂。

特别地，这里，第一抽取因子D₁可以包括在48到95之间，第二抽取因子M可以包括在0到10之间。

随后，在步骤105，传感器5，特别是ODR修改块15，接收参数集K并且配置相应的内插器36，相应的第一抽取器40和相应的第二抽取器60。

详细地，内插器36接收内插因子I₁，内插器36从内插因子I₁设置相应内插滤波器38的系数，使得内插滤波器38执行等于内插因子I₁的内插。第一抽取器40接收第一抽取因子D₁，并因此配置相应的滤波级43，计数器49和增益块52。

此外，这里，第二抽取器60接收第二抽取因子M，第二抽取因子M设置相应抽取滤波器65的系数，使得抽取滤波器65执行值2^M的抽取，其中M是第二抽取因子。

在使用中，ODR修改块15以经调节的采样频率f′_s接收来自信号调节级10的数字信号S_D。作为示例，例如考虑经调节的采样频率f′_s是6.25kHz。

当修改块接收到数字信号S_D时，由内插器36(图2)对数字信号S_D进行上采样，即上采样110。内插器36生成内插信号S_D,int，其采样频率相对于数字信号S_D的采样频率增加内插因子I₁。内插数字信号S_D,int的采样频率因此由公式f′_s·I₁给出，并且因此在所考虑的例子中等于400kHz。

第一抽取器40在输入处接收内插数字信号S_D,int，并将内插数字信号S_D,int向下采样(第一抽取115)由第一抽取因子D₁指示的量。结果，抽取的数字信号S_D,dec具有由f′_s·I₁/D₁给出的采样频率。例如，考虑其中第一抽取因子D₁包括在48－95范围内，并且其中内插数字信号S_D,int的频率是400kHz，抽取数字信号S_D,dec的采样频率包括在4.21kHz－8.33kHz范围内的本示例。

详细地说，如图5所示，图4的方法100的第一抽取115包括相继的滤波115A、下采样115B和放大115C。

在滤波115A期间，第一抽取器40的滤波级43接收内插数字信号S_D,int，并且对内插数字信号S_D,int进行低通滤波。因此，滤波级43允许去除由上采样110中的内插器36引入的内插数字信号S_D,int的高频分量。

随后，在下采样115B期间，下采样器46在输入处接收滤波信号F和计数器命令信号SC，并且在输出处提供由滤波信号F的每个第D₁个采样形成的下采样信号DS。

增益块52在输入处接收下采样信号DS，并且放大(放大115C)其DC分量(在零频率)，以补偿由滤波级43引起的衰减，如上所述。

根据不同的实施例，增益块52可以被配置为放大和衰减下采样信号DS的DC分量，这取决于滤波级43是否分别在滤波信号F中引入了衰减或放大。

再次参考图4，由增益块52(并且因此由第一抽取器40)输出的抽取数字信号SD,dec经受第二抽取120。详细地说，第二抽取器60在输入处接收抽取数字信号S_D,dec，并且将其采样频率降低2^M，其中M是第二抽取因子。换句话说，输出信号S_O由抽取数字信号S_D,dec的每个第2^M个采样形成。

来自ODR修改块15的输出信号S_O以及由此获得的来自传感器5的输出信号S_O可以被提供给电子装置1内部或外部的另外的设备(这里未示出)，用于随后的处理。

因此，期望的输出采样率ODR_E，即输出信号S_O的采样的输出频率f_oU，总体上通过公式ODR_E＝f′_s·I₁/D₁/2^M与数字信号S_D的经调节的采样频率f′_s相关。

结果，使用方法100，电子装置1允许个性化传感器5在输出处提供与由检测单元9检测到的物理量(并因此从模拟信号S_A的采样导出)相关的数据的频率。

特别地，如从上文中所描述的显而易见的，内插器36和第一抽取器40的存在促进了输出信号S_O的输出频率f_oU与要获得的经调节的采样频率f′_s之间的任何比率，无论是整数还是有理数。

通过适当地选择参数集K的值，还可以使输出信号S_O的输出频率f_oU大于经调节的采样频率f′_s。

结果，ODR修改块15，特别是内插器36和第一抽取器40，赋予电子装置1高的通用性，同时允许它满足特定应用的频带和采样要求。实际上，ODR修改块15被设置成与信号调节级10级联，信号调节级10被设计成使数字信号S_D满足特定应用的这种要求。例如，模数转换器26的采样频率f_s和滤波器28的截止频率根据模拟信号S_A的频带和/或机械振荡器20的工作频率f_o被选择。

另外，第二抽取器60在修改输出频率f_ou中赋予了进一步的自由度。

电子装置1因此可以用于多种应用中，这些应用需要来自传感器5的不同的输出数据速率值，例如包括在1Hz与10kHz之间。

此外，ODR修改块15还允许补偿传感器5的输出数据速率相对于相应设计标称值的变化。

输出数据速率的变化实际上可以由机械振荡器20的谐振频率f_r与相应的设计标称值的可能偏差引起。

例如，传感器5的输出数据速率的变化可能由传感器5的检测单元9的制造工艺的可变性引起。在这种情况下，谐振频率f_r与相应的设计标称值的偏差也将导致工作频率f_o的变化。结果，根据工作频率f_o而选择的采样频率f_s也将受到变化的影响，在不存在ODR修改块15的情况下，这又将导致传感器的输出数据速率偏离相应的设计标称值。

输出数据速率的变化也可以由传感器5的电子振荡器(例如时钟)的振荡频率相对于设计标称值的可能偏差引起。

因此，本传感器允许校正来自传感器本身的输出数据速率相对于期望标称值的偏差。

此外，增益块52被布置为与下采样器46级联，并且因此在图5的相应下采样115B之后执行第一抽取器40的图5的放大115C的事实允许传感器5，并且因此允许电子装置1具有低能耗。实际上，增益块52被配置为以下采样信号DS的采样频率操作，该采样频率例如低于由滤波级43输出的滤波信号F的采样频率。反之亦然，例如，如果在下采样115B之前执行放大115C，则增益块52应当被配置为以滤波信号F的频率(其高于下采样信号DS的频率)操作，并且因此将需要传感器5以及电子装置1的更大能量消耗。

最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的保护范围的情况下，可以对本传感器，本电子设备和本方法进行修改和变化，以用于使这里描述和示出的输出数据速率个性化。

例如，图4和5的方法100的步骤可以通过使用硬件解决方案，通过专用电路，以及通过使用软件解决方案，通过专用计算机程序来获得。

例如，传感器5可以形成在半导体材料的单个裸片或多个裸片中。特别地，检测单元9可以形成在第一裸片中，信号调节级10和ODR修改块15可以形成在第二裸片中。备选地，模拟电路(这里是模拟前端23)和数字电路(这里是模数转换器26，滤波器28和ODR修改块15)可以形成在两个不同的裸片上。

然而，通常，在传感器5中，检测单元9，模拟前端23和模数转换器26在功能上可以被认为形成数字检测器13，其在图1中用虚线框表示。在一些应用中，滤波器28也可以被认为属于数字检测器13。

一种传感器(5)，被配置为提供数字输出信号(S_O)，该传感器可以被概括为包括：数字检测器(13)，该数字检测器被配置为检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号(S_D)；以及速率修改级(15)，配置为接收经调节的数字信号和参数集合(K)，该参数集合包括内插因子(I₁)和下采样因子(D₁，M)，并且速率修改级被配置为提供数字输出信号，其中速率修改级包括内插器(36)和抽取元件(40，60)，内插器配置为基于内插因子接收并且上采样经调节的数字信号并且提供内插信号(S_D,int)，抽取元件配置为基于下采样因子下采样内插信号，从而生成数字输出信号。

传感器可以是MEMS传感器。

数字检测器(13)可以包括检测单元(9)和调节级(10)，检测单元(9)被配置为检测物理量并且生成指示检测到的物理量的模拟信号(S_A)，调节级(10)被配置为接收模拟信号(S_A)并且将其离散化，从而生成调节数字信号(S_D)。

检测单元(9)可以包括机械振荡器(20)和感测元件(18)，该机械振荡器被配置为以操作频率(f₀)被致动并且以取决于操作频率和待检测的物理量的振荡频率振荡，并且该感测元件被配置为将机械振荡器的振荡转换为模拟信号(S_A)。

抽取元件可以包括：第一抽取器(40)，其包括滤波级(43)，下采样级(46，49)和增益级(52)；所述滤波级(43)包括低通滤波器，所述低通滤波器具有相应的截止频率(f_c)并且被配置为接收所述内插信号(S_D,int)并且生成滤波信号(F)；下采样级(46，49)，被配置为使用第一抽取因子(D₁)对经滤波的信号进行下采样，并且生成具有DC分量的下采样信号(DS)；以及所述增益级(52)被配置为将所述下采样信号的DC分量放大或衰减增益值(G)。

滤波级(43)的截止频率和增益级(52)的增益值可以根据第一抽取因子(D₁)。

抽取单元可以包括第一抽取器(40)，其被配置为接收内插信号(S_D,int)并且使用第一抽取因子(D₁)对内插信号进行下采样，从而生成抽取信号(S_D,dec)；抽取单元可以包括第二抽取器(60)，其被配置为接收抽取信号(S_D,dec)，并对抽取信号执行2^M值的2的幂下采样，其中M是第二抽取因子。

调节级(10)可以包括：模拟前端(23)，其被配置为接收模拟信号(S_A)并且具有输出；模数转换器(26)，其耦合到模拟前端的输出并且被配置为提供采样信号(S_S)；以及滤波器(28)，其被配置为接收采样信号并且对其进行滤波，从而生成调节数字信号(S_D)。

一种电子装置可以被概括为包括：传感器，并且可以进一步包括接口设备(7，30，33)，该接口设备被配置为将该参数集合(K)发送到传感器的速率修改块(15)。

一种用于个性化来自传感器(5)的数字输出信号(S_O)的采样率的方法，传感器包括：速率修改级(15)，其接收与检测到的物理量相关的经调节的数字信号(S_D)，所述速率修改级包括内插器(36)和抽取元件(40，60)，所述方法可概括为包括：由所述速率修改级(15)接收包括内插因子(I₁)和下采样因子(D₁，M)的参数集合(K)；使用所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而获得内插信号(S_D,int)；以及使用下采样因子对内插信号(S_D,int)进行下采样，从而获得数字输出信号(S_O)。

所述传感器可以是包括检测单元(9)的MEMS传感器，所述检测单元(9)包括机械振荡器(20)，所述机械振荡器被配置为以操作频率(f₀)被致动，所述经调节的数字信号具有根据所述机械振荡器的操作频率的经调节的采样率(f′_s)。

使用下采样因子对内插信号(S_D,int)进行下采样可以包括通过具有截止频率(f_c)的低通滤波器(43)对由内插器(36)提供的内插信号进行滤波(115A)，从而获得滤波信号(F)；使用第一抽取因子(D₁)对经滤波的信号进行下采样(115B)，从而获得具有DC分量的下采样信号(DS)；以及通过使用增益值放大或衰减所述DC分量来修改(115C)所述下采样信号的DC分量。

截止频率和增益值可以根据第一抽取因子(D₁)。

所述抽取元件可以包括：第一抽取器(40)和第二抽取器(60)，并且其中对所述内插信号进行下采样可以包括由所述第一抽取器(40)使用第一抽取因子对所述内插信号进行下采样，从而获得抽取信号(S_D,dec)；以及由第二抽取器(60)对抽取后的信号进行2^M值的2的幂下采样，从而获得数字输出信号(S_O)，其中M是第二抽取因子。

在一个实施例中，一种传感器包括：数字检测器，该数字检测器在操作中检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及耦合到所述数字检测器的信号处理电路装置，其中所述信号处理电路装置在操作中基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号。生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，以生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，以生成所述数字输出信号。在一个实施例中，信号处理电路装置包括：耦合到所述数字检测器的内插器，其中所述内插器在操作中基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，生成所述内插信号；以及抽取电路装置，耦合到所述内插器，其中所述抽取电路装置在操作中基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样。在一个实施例中，传感器是MEMS传感器。在一个实施例中，数字检测器包括：检测电路装置，该检测电路装置在操作中检测该物理量并且生成指示所检测到的物理量的模拟信号；以及调节电路，其耦合到所述检测电路装置，其中所述调节电路在操作中数字化所述模拟信号，生成所述经调节的数字信号。在一个实施例中，所述检测电路装置包括机械振荡器和耦合到所述机械振荡器的感测元件，所述机械振荡器被配置为以操作频率被致动，并且根据所述操作频率和待检测的物理量以振荡频率振荡，并且所述感测元件被配置为将所述机械振荡器的振荡转换为模拟信号。在一个实施例中，抽取电路装置包括第一抽取器，该第一抽取器包括：具有截止频率的低通滤波器，其中所述低通滤波器在操作中基于所述经内插信号生成经滤波信号；下采样器，耦合到所述低通滤波器，其中，所述下采样器在操作中使用第一抽取因子对所述经滤波的信号进行下采样，生成具有直流分量的下采样信号；以及耦合到所述下采样器的增益电路，其中所述增益电路在操作中施加增益以放大或衰减所述下采样信号的DC分量。在一个实施例中，滤波器的截止频率和增益电路的增益根据第一抽取因子。在一个实施例中，抽取电路装置包括第一抽取器，其被配置为接收内插信号并且使用第一抽取因子对内插信号进行下采样，生成抽取信号；所述抽取电路装置包括第二抽取器，所述第二抽取器被配置为接收所述抽取信号，并且对所述抽取信号应用2^M值的2的幂下采样，其中M是第二抽取因子。在一个实施例中，调节电路包括：模拟前端，被配置为接收模拟信号并具有输出处；模数转换器，耦合到模拟前端的输出处并被配置为提供采样信号；以及滤波器，被配置为对采样信号进行滤波，生成调节的数字信号。在一个实施例中，传感器包括输入，其在操作中接收该参数集合。

在一个实施例中，一种系统包括：传感器，该传感器在操作中：检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合生成所述传感器的数字输出信号，生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，以生成所述数字输出信号；以及耦合到所述传感器的接口，其中所述传感器在操作中经由所述接口接收所述参数集合。在一个实施例中，系统包括配置寄存器，其中接口在配置接口中存储参数集合。在一个实施例中，该系统包括耦合到该接口的应用处理器，其中该应用处理器在操作中执行生成该参数集合的应用。

在一个实施例中，一种方法，包含：通过传感器的检测电路装置检测物理量；通过该传感器的检测电路装置生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及由所述传感器的信号处理电路装置基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号，所述生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，生成所述数字输出信号。在实施例中，该方法包括：由传感器的信号处理电路装置接收该参数集合。在一个实施例中，所述传感器是包括检测器的MEMS传感器，所述检测器包括机械振荡器，所述机械振荡器被配置为以操作频率被致动，所述经调节的数字信号具有根据所述机械振荡器的操作频率的经调节的采样率。在实施例中，基于下采样因子对内插信号进行下采样包括：使用具有截止频率的低通滤波器对内插后的信号进行滤波，得到经滤波的信号；使用第一抽取因子对经滤波的信号进行下采样，获得具有DC分量的下采样信号；以及使用增益值放大或衰减所述DC分量。在一个实施例中，截止频率和增益值根据第一抽取因子。在一个实施例中，对内插信号进行下采样包括：使用第一抽取器对使用第一抽取因子的内插信号进行下采样，获得抽取信号；以及使用第二抽取器对抽取后的信号进行2^M次幂下采样，获得数字输出信号，其中M是第二抽取因子。

在一个实施例中，一种非暂态计算机可读介质的内容配置传感器以执行一种方法，该方法包括：通过该传感器的检测电路装置检测物理量；通过该传感器的检测电路装置生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及由所述传感器的信号处理电路装置基于所述经调节的数字信号和包括内插因子和下采样因子的参数集合来生成所述传感器的数字输出信号，所述生成所述数字输出信号包括：基于所述内插因子对所述经调节数字信号进行上采样，生成内插信号；以及基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，生成所述数字输出信号。在一个实施例中，所述内容包括由传感器的信号处理电路装置执行的指令。在一个实施例中，该方法包括经由耦合到信号处理电路装置的接口接收该参数集合。

一些实施例可以采用计算机程序产品的形式或包括计算机程序产品。例如，根据一个实施例，提供了一种计算机可读介质，其包括适于执行上述方法或功能中的一个或多个的计算机程序。该介质可以是物理存储介质，例如只读存储器(ROM)芯片，或盘，例如数字多功能盘(DVD－ROM)，光盘(CD－ROM)，硬盘，存储器，网络，或将由适当的驱动器或经由适当的连接读取的便携式介质制品，包括编码在存储在一个或多个这样的计算机可读介质上并可由适当的读取器设备读取的一个或多个条形码或其他相关代码。

此外，在一些实施例中，这些方法和/或功能中的一些或全部可以以其他方式来实现或提供，例如至少部分地以固件和/或硬件来实现或提供，这些固件和/或硬件包括但不限于一个或多个专用集成电路(ASIC)，数字信号处理器，分立电路，逻辑门，标准集成电路，控制器(例如，通过执行适当的指令，并且包括微控制器和/或嵌入式控制器)，现场可编程门阵列(FPGA)，复杂可编程逻辑器件(CPLD)等，以及采用RFID技术的器件及其各种组合。

上述各种实施例可以组合以提供另外的实施例。如果需要，可以修改实施例的各方面以采用各种专利，申请和出版物的概念来提供另外的实施例。

根据上述详细描述，可以对实施例进行这些和其它改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制到在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求被授权的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (22)

1.一种传感器，包括：

数字检测器，所述数字检测器在操作中检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及

信号处理电路装置，耦合到所述数字检测器，其中所述信号处理电路装置在操作中基于所述经调节的数字信号和参数集合生成所述传感器的数字输出信号，所述参数集合包括内插因子和下采样因子，生成所述数字输出信号包括：

基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而生成内插信号；以及

基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，从而生成所述数字输出信号。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述信号处理电路装置包括：

内插器，耦合到所述数字检测器，其中所述内插器在操作中基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而生成所述内插信号；以及

抽取电路装置，耦合到所述内插器，其中所述抽取电路装置在操作中基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器是MEMS传感器。

4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述数字检测器包括：

检测电路装置，所述检测电路装置在操作中检测所述物理量并且生成指示所检测到的物理量的模拟信号；以及

调节电路装置，耦合到所述检测电路装置，其中所述调节电路装置在操作中数字化所述模拟信号，从而生成所述经调节的数字信号。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述检测电路装置包括：机械振荡器和耦合到所述机械振荡器的感测元件，所述机械振荡器被配置为以操作频率被致动，并且所述机械振荡器被配置为根据所述操作频率和待检测的所述物理量以振荡频率振荡，并且所述感测元件被配置为将所述机械振荡器的所述振荡转换为所述模拟信号。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述抽取电路装置包括第一抽取器，所述第一抽取器包括：

低通滤波器，具有截止频率，其中所述低通滤波器在操作中基于所述内插信号生成经滤波信号；

下采样器，耦合到所述低通滤波器，其中所述下采样器在操作中使用第一抽取因子对所述经滤波信号进行下采样，从而生成具有直流分量的下采样信号；以及

增益电路装置，耦合到所述下采样器，其中所述增益电路装置在操作中施加增益以放大或衰减所述下采样信号的所述直流分量。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中所述滤波器的截止频率和所述增益电路装置的所述增益取决于所述第一抽取因子。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中：

所述抽取电路装置包括第一抽取器，所述第一抽取器被配置为接收所述内插信号并且使用第一抽取因子对所述内插信号进行下采样，从而生成抽取信号；以及

所述抽取电路装置包括第二抽取器，所述第二抽取器被配置为接收所述抽取信号并且对所述抽取信号施加2^M值的2的幂下采样，其中M是第二抽取因子。

9.根据权利要求4所述的传感器，其中所述调节电路装置包括：模拟前端，被配置为接收所述模拟信号并且具有输出；模数转换器，耦合到所述模拟前端的所述输出并且被配置为提供采样信号；以及滤波器，被配置为对所述采样信号进行滤波，从而生成所述经调节的数字信号。

10.根据权利要求1所述的传感器，包括输入，所述输入在操作中接收所述参数集合。

11.一种系统，包括：

传感器，所述传感器在操作中：

检测物理量并且生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及

基于所述经调节的数字信号和参数集合生成所述传感器的数字输出信号，所述参数集合包括内插因子和下采样因子，生成所述数字输出信号包括：

基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而生成内插信号；以及

基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，从而生成所述数字输出信号；以及

接口，耦合到所述传感器，其中所述传感器在操作中经由所述接口接收所述参数集合。

12.根据权利要求11所述的系统，包括配置寄存器，其中所述接口将所述参数集合存储在所述配置接口中。

13.根据权利要求12所述的系统，包括应用处理器，所述应用处理器耦合到所述接口，其中所述应用处理器在操作中执行生成所述参数集合的应用。

14.一种方法，包括：

由传感器的检测电路装置检测物理量；

由所述传感器的所述检测电路装置，生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及

由所述传感器的信号处理电路装置，基于所述经调节的数字信号和参数集合来生成所述传感器的数字输出信号，所述参数集合包括内插因子和下采样因子，生成所述数字输出信号包括：

基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而生成内插信号；以及

基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，从而生成所述数字输出信号。

15.根据权利要求14所述的方法，包括：

由所述传感器的所述信号处理电路装置，接收所述参数集合。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述传感器是包括检测器的MEMS传感器，所述检测器包括机械振荡器，所述机械振荡器被配置为以操作频率被致动，所述经调节的数字信号具有取决于所述机械振荡器的所述操作频率的经调节的采样率。

17.根据权利要求14所述的方法，其中基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样包括：

使用具有截止频率的低通滤波器对所述内插信号进行滤波，从而获得经滤波的信号；

使用第一抽取因子对所述经滤波的信号进行下采样，从而获得具有DC分量的下采样信号；以及

使用增益值放大或衰减所述DC分量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述截止频率和所述增益值取决于所述第一抽取因子。

19.根据权利要求14所述的方法，其中对所述内插信号进行下采样包括：

使用第一抽取器来使用第一抽取因子对所述内插信号进行下采样，从而获得抽取信号；以及

使用第二抽取器对所述抽取信号进行2^M值的2的幂下采样，从而获得所述数字输出信号，其中M是第二抽取因子。

20.一种非暂态计算机可读介质，具有配置传感器以执行方法的内容，所述方法包括：

由所述传感器的检测电路装置检测物理量；

由所述传感器的所述检测电路装置，生成指示所检测到的物理量的经调节的数字信号；以及

由所述传感器的信号处理电路装置，基于所述经调节的数字信号和参数集合生成所述传感器的数字输出信号，所述参数集合包括内插因子和下采样因子，生成所述数字输出信号包括：

基于所述内插因子对所述经调节的数字信号进行上采样，从而生成内插信号；以及

基于所述下采样因子对所述内插信号进行下采样，从而生成所述数字输出信号。

21.根据权利要求20所述的非暂态计算机可读介质，其中所述内容包括由所述传感器的所述信号处理电路装置执行的指令。

22.根据权利要求20所述的非暂态计算机可读介质，其中所述方法包括经由耦合到所述信号处理电路装置的接口接收所述参数集合。

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