CN115698643B - 用于监测感应式位置传感器的afe电路的系统和方法 - Google Patents

用于监测感应式位置传感器的afe电路的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端(AFE)电路的系统和方法。提供了冗余AFE通道并且使其与AFE电路的正弦AFE通道或余弦AFE通道交替使用，以获得可能引起在感应式位置传感器的电子控制单元(ECU)处的检测角度误差的电压差值。

Description

用于监测感应式位置传感器的AFE电路的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月30日提交的美国临时专利申请序列号63/058,720、于2020年10月20日提交的美国非临时专利申请序列号17/075,157的优先权，这些专利申请中的每项专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明的实施方案涉及感应式位置传感器，并且具体地，涉及一种用于通过监测由解析角位置的系统的模拟前端(AFE)电路中存在的不精确性引起的角偏差来确保采用感应式位置系统的系统的安全性的方法。
背景技术
感应式位置传感器在本领域中已知用于汽车、工业和消费者应用，用于感测金属靶标的线性位置和旋转位置。在常见的感应式位置传感器中，谐振发射器线圈会在接收器线圈中磁感应出电流，除非受到任何金属靶标运动的干扰，否则这会导致形成固定电压振荡。改变金属靶标的位置导致感应电流发生变化。感应式位置传感器的接收器线圈用于检测感应电流的变化，并且处理器利用来自接收器线圈的信号来确定金属靶标的相对位置。发射器线圈、接收器线圈和处理器通常形成在印刷电路板(PCB)上。
感应式位置传感器通常必须符合安全标准。例如，国际标准化组织(ISO)26262制定了针对汽车应用的功能安全管理的标准，并且定义了针对各种汽车产品的开发和生产的安全标准。具体地，由ISO 26262定义的汽车安全完整性等级(ASIL)规定了汽车系统或元件中的固有安全风险的分类，其表示防止特定危险所需的风险降低等级，其中，ASIL D表示最高完整性要求并且ASIL A表示最低完整性要求。为了符合这些标准，尤其是ASIL等级C和ASIL等级D，需要感应式传感器的高等级自诊断能力来检测固有误差。
符合上文提到的ASIL标准的完整性要求的一种已知技术是使用冗余，其中，两个或更多个独立感应式传感器用于测量相同的参数，诸如金属靶标的角位置或线性位置，并且汽车的电子控制单元(ECU)对多个冗余传感器输出进行比较，以识别由感应式传感器的模拟信号处理通道引起的任何偏差，该偏差可能等同于系统中出现的故障。然而，引入冗余传感器不可取，因为它增加了系统的整体成本并且需要添加板级区域和接口连接件。引入冗余传感器也不可取，因为它可能增加系统的设计复杂性。例如，当使用冗余传感器时，常见的要求是存在于其中一个感应式传感器中的任何故障状况不应导致任何其他感应式传感器发生故障。设计符合这种要求的系统增加了额外的复杂性，这是不可取的。
因此，本领域中需要的是一种改良系统和方法，用于连续地检测导致位置传感器处发生角度测量误差的固有集成电路(IC)误差，从而降低符合安全评级标准的风险。
发明内容
在各种实施方案中，本发明提供了一种用于检测由感应式位置传感器的模拟电路引起的角度测量误差的系统和方法。
在一个实施方案中，本发明的方法包括一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端(AFE)电路的方法。该方法包括：建立冗余模拟前端(AFE)通道，该冗余模拟前端通道具有耦合到感应式位置传感器的AFE电路中的冗余AFE通道缓冲器的输出，该AFE电路还包括正弦信号AFE通道、余弦信号AFE通道、耦合到正弦信号AFE通道的输出的正弦AFE通道缓冲器以及耦合到余弦信号AFE通道的输出的余弦AFE通道缓冲器。该方法还包括，交替地选择来自感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号，当选择正弦输出信号时，通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器处理正弦输出信号，或当选择余弦输出信号时，通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器处理余弦输出信号。当选择正弦输出信号时，该方法附加包括将正弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压进行比较，以确定正弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的电压差值，并且当选择余弦输出信号时，该方法附加包括将余弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压进行比较，以确定余弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的电压差值。然后，该方法继而确定电压差值是否大于对应于给定角误差的预先确定的阈值电压。
如果确定电压差值大于预先确定的阈值电压，则该方法继而发送信号向耦合到感应式位置传感器的电子控制单元(ECU)通知故障状况。具体地，由本发明的方法确定的电压差值等同于在ECU处的角度误差，并且预先确定的阈值电压等同于在ECU处的预先确定的角误差阈值。在具体实施方案中，电压差值的数字滤波可在发送信号通知故障状况之前执行。另外，预先确定的角误差阈值是可调节的，并且可基于汽车安全完整性等级(ASIL)评级。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端(AFE)电路的系统。该系统包括具有耦合到冗余AFE通道缓冲器的输出的冗余AFE通道以及耦合到正弦信号AFE通道、余弦信号AFE通道、耦合到正弦信号AFE通道的输出的正弦AFE通道缓冲器、耦合到余弦信号AFE通道的输出的余弦AFE通道缓冲器和冗余AFE通道的处理器。该处理器被配置为交替地选择来自感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号，当选择正弦输出信号时，通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器处理正弦输出信号，或当选择余弦输出信号时，指示冗余AFE通道通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器处理余弦输出信号。该系统还包括比较器电路，该比较器电路耦合到正弦AFE通道缓冲器的输出、余弦AFE通道缓冲器的输出、冗余AFE通道缓冲器的输出和处理器。该比较器电路被配置为当选择正弦输出信号时，获得电压差值，作为正弦AFE通道缓冲器的输出处的电压与冗余AFE通道缓冲器的输出处的电压之间的差值，当选择余弦输出信号时，获得该电压差值，作为余弦AFE通道缓冲器的输出处的电压与冗余AFE通道缓冲器的输出处的电压之间的差值。该系统被配置为确定由比较器电路获得的电压差值是否大于预先确定的阈值电压，并且，如果确定电压差值大于预先确定的阈值电压，则发送信号向耦合到感应式位置传感器的电子控制单元(ECU)通知故障状况。
当靶标连续移动时，生成正弦信号和余弦信号。然而，在另外的实施方案中，本发明可用于非移动靶标，其中，DC电压存在于正弦通道和余弦通道上，换言之，本发明适用于靶标在没有任何特定频率的情况下离散地移动、或以特定频率连续地移动的系统。
因此，在各种实施方案中，本发明提供了一种用于检测和减少感应式位置传感器误差以符合安全评级标准的改良系统和方法。
附图说明
并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了各种实施方案，并且与实施方案的描述一起用于解释下面讨论的原理。除非特别指明，否则在该简要描述中提及的附图不应被理解为按比例绘制。
图1是示出了根据本发明的实施方案的感应式位置传感器系统的框图。
图2是示出了根据本发明的实施方案的用于监测感应式位置传感器的AFE电路的系统的框图。
图3是示出了根据本发明的实施方案的用于在感应式位置传感器中进行误差检测的余弦信号和正弦信号的信号处理的时序图。
图4是示出了根据本发明的实施方案的用于在感应式位置传感器中进行误差检测的余弦信号和正弦信号的信号处理的附加时序图。
图5是示出了根据本发明的实施方案的用于在感应式位置传感器中进行误差检测的余弦信号和正弦信号的信号处理的流程图。
图6是示出了根据本发明的实施方案的用于在感应式位置传感器中进行误差检测的余弦信号的信号处理和滤波的流程图。
图7是示出了根据本发明的实施方案的用于在感应式位置传感器中进行误差检测的正弦信号的信号处理和滤波的流程图。
图8是示出了根据本发明的实施方案的用于确定误差源的预先确定的阈值电压的步骤的流程图，该预先确定的阈值电压等同于在ECU处的预先确定的角误差。
图9A是示出了假设1Vp正弦/余弦幅值的正弦输出信号上的52.5mV偏移误差的曲线图。
图9B是示出了由图9A中的正弦输出信号上的52.5mV偏移误差引起的角误差分布的曲线图。
图10A是示出了假设1Vp正弦/余弦幅值的正弦输出信号上的11％增益误差的曲线图。
图10B是示出了由图10A的正弦输出信号上的11％增益误差引起的角误差分布的曲线图。
图11A是示出了假设1Vp正弦/余弦幅值的正弦输出信号上的8.5μs相位误差的曲线图。
图11B是示出了由图11A的正弦输出信号上的8.5μs相位误差引起的角误差分布的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。虽然本文讨论了各种实施方案，但应当理解，它们不旨在是限制性的。相反，所提出的实施方案旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的各种实施方案的精神和范围内的替代形式、修改形式和等同物。此外，在该具体实施方式中，阐述了许多具体细节以便提供透彻的理解。然而，可在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践实施方案。在其他情况下，并未详细描述熟知的方法、程序、部件和电路以免不必要地模糊所述实施方案的各方面。
应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本发明的教导内容。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，术语(诸如在常用字典中定义的术语)应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
为了符合ASIL等级，感应式位置传感器需要能够针对模拟信号处理误差进行自我诊断，该模拟信号处理误差可能引起在ECU处的计算角误差，这可被认为是故障状况。在整个系统可能会受到损害的单点故障的情况下，检测这些误差并将其传达到ECU至关重要。
在各种实施方案中，本发明提供了一种改良的系统和方法，该系统和方法用于监测感应式位置传感器的模拟前端(AFE)电路，以识别可能引起关键故障状况的误差。感应式位置传感器可以是旋转传感器或线性传感器，其中，基于传感器接收器线圈的角位移将角机械位移或线性机械位移转换为电信号。
如参考图1所示，感应式位置传感器100可包括发射器线圈105和接收器线圈130。在感应式位置传感器100运行时，振荡器110驱动发射器线圈105生成时变磁场，该时变磁场在定位于发射器线圈105和接收器线圈130之间的导电靶标115中感应出涡电流。接收器线圈130响应于导电靶标115的线性位置或旋转位置的变化。如位置传感器中已知的，来自感应式位置传感器100的原始传感器数据包括正弦信号120和余弦信号125。这些信号120、125作为输入提供到模拟前端电路135。模拟前端(AFE)电路135解调、放大和滤波正弦信号120和余弦信号125。AFE电路135的输出是在引脚OUT2P/N145处和引脚OUT1P/N150处的被发送到电子控制单元(ECU)155的模拟差分输出。这些模拟差分输出由ECU155监测，并且使用正弦信号120和余弦信号125的比率的反正切值来计算靶标115的角位置，如本领域公知的。然后，计算得出的靶标115的角位置160在ECU155的输出处可用。
AFE电路135的特性，诸如增益和偏移，通常在集成电路的制造过程期间进行校准。然而，当随后将感应式位置传感器100放置在现场中，先前未识别的集成电路中的缺陷可能致使电路过早老化，从而导致AFE正弦通道或AFE余弦通道出现缓慢漂移的偏移、增益或相位延迟。由这些漂移参数引起的误差可能将误差引入系统内。在一些另外的细节中，在AFE电路135运行时，正弦信号120通过正弦信号AFE通道进行处理并且余弦信号125通过不同于正弦信号AFE通道的余弦信号AFE通道进行处理。因此，由正弦信号120和余弦信号125表示的原始传感器数据的不同信号通道可能将误差引入数据内。这些误差可包括偏移误差、增益误差和相位误差。
当正弦信号120和余弦信号125中的一者或两者在电压域中发生差分移位时，可能会出现偏移误差。当正弦信号AFE通道和余弦信号AFE通道中存在引起不同振幅的不同增益时，可能会出现增益误差。当由AFE正弦通道和AFE余弦通道引起的相移不等于90°时，数据中可能产生相位误差。通常，AFE电路135可能将DC(静态)误差和AC(动态)误差两者引入到AFE正弦通道和AFE余弦通道。另外的误差可包括共模误差、正弦或余弦AFE通道输出对地短路误差、正弦或余弦AFE通道输出对电源短路误差、正弦或余弦AFE通道输出卡在随机电压误差或相互短路、增益变化误差、由正弦AFE通道和余弦AFE通道之间的延迟差异引起的误差以及由所生成的谐波引起的误差。
当与在引脚OUT2P/N 145和/或引脚OUT1P/N150上的无误差的预期电压相比时，由AFE电路135引入的误差引起引脚OUT2P/N145和/或引脚OUT1P/N150的电压差值，从而在ECU155处引起角度测量误差。本发明提供了一种用于通过向感应式位置传感器100的AFE电路135引入冗余AFE通道140来监测AFE电路135中的误差的有效机制。
参考图2，预先确定的阈值电压包括与由图1的ECU155计算得出的角度误差具有确定性关系的预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260。靶标115的位置由ECU155通过将正弦信号120的幅值除以余弦信号125的幅值，然后取反正切值进行计算。计算正弦信号AFE通道或余弦信号AFE通道与冗余AFE通道140之间的电压差值，并且将电压差值与预先确定的正阈值电压250进行比较以及与预先确定的负阈值电压260进行比较。预先确定的阈值电压等同于ECU155处的预期角度误差容差。表格示出了假设峰值振幅电压为1V的给定参数的电压差值与所得的ECU155处的3°的角误差容差之间的关系，如下所示。尽管该表格示出了角误差容差为3°的示例性实施方案，但是应当理解，可允许的电压偏差与其他角误差值成线性关系。预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260是基于如表中所提供的转换为电压偏差值的可允许的角误差进行选择。因此，每当正弦信号AFE通道或余弦信号AFE通道与冗余AFE通道140之间的电压差值超过预先确定的阈值电压时，则生成故障信号并且将其发送到处理器270，如下文将进一步所述。表格将导致误差的参数和对应的可允许偏差关联起来，并且用于针对ECU155处的3°角误差的偏差设定预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260的值。需要说明的是，假设每次单个参数导致误差而确定预先确定的阈值电压。因此，每当其中一个参数是被AFE电路135识别到的误差源，导致正弦信号AFE通道或余弦信号AFE通道与冗余AFE通道140之间的电压差值超过预先确定的阈值电压250、260中的任一者时，生成故障信号并且将其发送到处理器270。
参数 3°角误差的可允许偏差
偏移(V) +/-0.052
增益误差(％) +/-11
延迟(频率y＝1KHz)(μs) +/-8.5
延迟(频率y＝10KHz)(μs) +/-0.85
谐波(V) +/-0.0525
共模差值*(V) 0.0525
即使预先确定的阈值电压被描述为假设单个参数导致误差而确定，但是也可能是若干个参数可能同时导致误差。
参考图1和图2，本发明提供了一种用于监测感应式位置传感器100的AFE电路135的系统200。系统200包括冗余AFE通道140、耦合到冗余AFE通道140的输出的冗余AFE通道缓冲器141、处理器270、第一多路复用器235、第二多路复用器230和比较器电路240。
在操作中，处理器270被配置为交替地选择来自感应式位置传感器100的接收器线圈130的待馈送到冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141的正弦输出信号120或余弦输出信号125。具体地，处理器270控制第一多路复用器235选择待通过冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理的正弦输出信号120或余弦输出信号125。具体地，将来自处理器270的控制信号提供到第一多路复用器235，以选择来自接收器线圈130的待通过冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理的正弦信号120或余弦信号125。正弦AFE通道缓冲器286、余弦AFE通道缓冲器287和冗余AFE通道缓冲器141被设计成在给定的负载条件范围内具有类似的感应式传感器应用中常见的特性(带宽、传播延迟)，而与不同的负载条件无关，并且在角误差阈值的现值内。通过配对正弦AFE通道缓冲器286、余弦AFE通道缓冲器287和冗余AFE通道缓冲器141的特性，本发明确保在正弦AFE通道缓冲器286的输出引脚145处和余弦AFE通道缓冲器287的输出引脚150处的容性负载和阻性负载发生的变化不影响角误差确定的功能性。
另外，无论提供正弦信号120和余弦信号125的输入引脚上存在的负载如何，均保持本发明的功能性。对冗余AFE通道140的输入直接连接到提供正弦信号120和余弦信号125的输入引脚，从而确保冗余开始于输入引脚。因此，输入引脚处的任何变化对于正弦信号AFE通道207、余弦信号AFE通道210和冗余AFE通道140均变成共同的。因此，角误差诊断功能性仍然不受到输入引脚处的任何负载的影响，输入引脚接收来自接收器线圈130的正弦信号120和余弦信号125。
在具体实施方案中，可在正弦信号120和余弦信号125的输入引脚处提供双引线键合。双引线键合提供防止键合引线故障的保护，其中，如果其中一条键合引线发生故障，则第二条键合引线将会继续向AFE电路135提供信号120、125。
另外，AFE电路135可包括在提供正弦信号210和余弦信号125的输入引脚处的静电放电(ESD)电路(诸如电磁电荷(EMC)滤波器)。由于对如由第一多路复用器235选择的冗余AFE通道140的输入由正弦信号120和余弦信号120的输入引脚提供，因此也将会通过这些输入引脚向冗余AFE通道140提供ESD保护。另选地，可以复制系统200的输入引脚120和125以向第一多路复用器235提供正弦信号120和余弦信号125，从而在输入引脚处提供冗余。在这种情况下，键合引线和专用静电放电(ESD)电路可耦合到这些用于监测感应式位置传感器100的AFE电路135的复制的输入引脚。
在系统200中，比较器电路240耦合到第二多路复用器230的输出。向缓冲器285提供正弦信号AFE通道207和余弦信号AFE通道210的输出。缓冲器285包括正弦AFE通道缓冲器286和余弦AFE通道缓冲器287，其中，正弦信号AFE通道207的输出耦合到正弦AFE通道缓冲器286，并且余弦信号AFE通道210的输出耦合到余弦AFE通道缓冲器287。响应于来自处理器270的控制信号，正弦AFE通道缓冲器286或余弦AFE通道缓冲器287的输出由第二多路复用器230进行选择，以由比较器电路240交替地监测。
在操作中，当选择正弦信号120时，正弦信号120由第一多路复用器235传递，以通过冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理。同时，处理器270选择待由第二多路复用器230传递以提供给比较器电路240(尤其是提供给减法器电路245的相应输入)的正弦AFE通道缓冲器286的输出。因此，来自正弦AFE通道缓冲器286的输出和来自冗余AFE通道缓冲器141的输出作为相应输入提供给比较器电路240。比较器电路240包括减法器电路245，正阈值电压比较器252和负阈值电压比较器262。减法器电路245确定正弦AFE通道缓冲器286的输出和冗余AFE通道缓冲器141的输出之间的电压差值。然后，将由减法器电路245确定的电压差值与正阈值电压比较器252处的预先确定的正阈值电压250和负阈值电压比较器262处的预先确定的负阈值电压260两者进行比较，以确定电压差值是否超过预先确定的正阈值电压250或预先确定的负阈值电压260。如果电压差值超过预先确定的正阈值电压250，从而切换正阈值电压比较器252的输出，或如果电压差值超过预先确定的负阈值电压260，从而切换负阈值电压比较器262的输出，则表示数字误差逻辑信号的误差脉冲由比较器电路240生成。由比较器电路240生成的误差脉冲具有对应的持续时间，该持续时间取决于电压差值的性质和数量。由比较器240生成的误差脉冲可以是连续走高，也可以带有有限的高周期在高和低之间切换，这取决于电压差值的性质和数量。如果超过预先确定的正阈值电压250，则正阈值电压比较器252将所得的误差脉冲作为输入255提供给处理器270。另选地，如果超过预先确定的负阈值电压阈值260，则负阈值电压比较器262将所得的误差脉冲作为输入265提供给处理器270。
另选地，当选择余弦信号125时，余弦信号125由第一多路复用器235传递，以通过冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理。同时，处理器270选择待由第二多路复用器230传递以提供给比较器电路240的余弦AFE通道缓冲器287的输出。因此，来自余弦AFE通道缓冲器287的输出和来自冗余AFE通道缓冲器141的输出作为相应输入提供给比较器电路240，尤其是减法器电路245的相应输入。然后，将由比较器电路240的减法器电路245确定的电压差值与正阈值电压比较器252处的预先确定的正阈值电压250和负阈值电压比较器262处的预先确定的负阈值电压260两者进行比较，以确定电压差值是否超过预先确定的正阈值电压250或比预先确定的负阈值电压260更负。表示数字误差逻辑信号并且具有脉冲持续时间的误差脉冲由比较器240基于比较的结果生成。如果超过预先确定的正阈值电压250，则正阈值电压比较器252将所得的误差脉冲作为输入255提供给处理器270。另选地，如果超过预先确定的负阈值电压阈值260，则负阈值电压比较器262将所得的误差脉冲作为输入265提供给处理器270。
如果比较器240确定正弦AFE通道缓冲器286的输出或余弦AFE通道缓冲器287的输出与冗余AFE通道缓冲器141的输出之间的电压差值超过预先确定的阈值电压，则处理器270发送信号向电子控制单元(ECU)通知故障状况，该电子控制单元通过输出引脚OUT1P/N150和OUT2P/N 145耦合到感应式位置传感器。缓冲器285的正弦AFE通道缓冲器286和余弦AFE通道缓冲器287由来自处理器270的故障信号290控制。在操作中，如果由比较器电路240检测到的电压差值超过阈值电压，即预先确定的正阈值电压250或预先确定的负阈值电压260，则处理器270使故障信号290生效以禁用缓冲器285的正弦AFE通道缓冲器286或余弦AFE通道缓冲器287。禁用相应的AFE通道缓冲器将输出引脚OUT1P/N 150和OUT2P/N 145设置为高阻抗状态。在ECU处，这些输出引脚145、150将会耦合到上拉电阻器或下拉电阻器。如此，当这些输出引脚145、150处于高阻抗状态时，上拉电阻器或下拉电阻器将会限定这些输出引脚145、150的电压电平，该电压电平将是高电平(上拉)或低电平(下拉)。ECU将在这些输出引脚处145、150处的电压电平理解为故障状况，因为正常工作范围可设定为高于接地电平约5％至低于电源电平约5％之间。例如，在电源电压为5V的情况下，工作范围介于约0.25V与4.75V之间。因此，低于0.25V或高于4.75V的任何电压电平将被ECU推断为故障状况。所述的电压电平是示例性电压电平，并且其它电压电平在本发明的范围内。提供上文，作为发送信号向ECU155通知故障状况的非限制性示例，应当理解，可从系统200向ECU155提供其他信号发送，而不会超出范围。
响应于正弦信号AFE通道207中的误差状况或余弦信号AFE通道210中的误差状况，处理器270通过使故障信号290生效而将缓冲器285的正弦AFE通道缓冲器286和余弦AFE通道缓冲器287置于高阻抗状态下，将输出引脚145、150置于高阻抗状态下。在响应于误差而将AFE通道缓冲器286、287置于高阻抗状态下之后，处理器270重新启动并且缓冲器286、287脱离高阻抗状态。在重新启动后，如果误差状况持续，只要误差状况仍然存在，则处理器270将会继续将缓冲器286、287置于高阻抗状态下并且重新启动。另选地，使故障信号290在预先确定的效周期生效，然后，使其在预先确定的失效周期失效，以允许误差状况循环清除，而不是重新启动处理器270。
当超过任何一个预先确定的阈值电压时，由本发明的系统200确定的电压差值等同于在ECU155处的角度误差。预先确定的角误差阈值可以是可调节的，并且在特定的应用中，预先确定的角误差阈值可基于汽车安全完整性等级(ASIL)评级。在示例性实施方案中，预先确定的角误差阈值可设定为大于约3°。因此，如果由系统200确定的电压差值等同于大于约3°的角误差，则将会通过感应式位置传感器100检测故障状况。因此，本发明的系统200的冗余AFE通道140用于捕获将就引起故障状况的误差。本发明检测导致ECU155处计算得出的角度误差高于预先确定的阈值的AFE电路135内的任何单点故障(SPF)。
可使用各种装置来选择比较器240的预先确定的阈值电压，该预先确定的阈值电压将会等同于ECU155处的预先确定的角误差阈值。通常，将预先确定的角误差阈值与来自比较器240的电压差值相关联将会为每种可能的误差类型(包括但不限于偏移误差、增益误差和相位误差)提供预先确定的阈值电压。在各种实施方案中，如由特定应用所确定，预先确定的角误差阈值可在约3°至约15°之间进行微调。通过使用本领域已知的各种技术(诸如自动归零或改良的AFE校准，但不限于此)，可进一步缩小微调范围以覆盖甚至更小的角误差阈值。这些各种技术对于减少冗余AFE通道中的残余误差可能很重要，因为这些误差限制了可允许的预先确定的角误差阈值范围，并且更具体地，在更低一侧，以覆盖3°以下的范围。
为了防止电压短时脉冲干扰触发错误故障并且符合ECU155处限定的容错时间间隔(FTTI)，处理器270被进一步配置为对从比较器电路240接收到的误差脉冲进行数字处理，直到已经符合容错时间间隔(FTTI)。处理器270可实现用于滤除持续时间小于预先确定的误差脉冲持续时间的误差脉冲的算法，由此，仅使响应于持续时间大于限定的FTTI的误差脉冲的误差信号290生效。基于电压短时脉冲干扰的容差，限定的FTTI可特定于应用和用户。
处理器270可被配置为执行各种数字处理步骤以遵守不同的应用安全标准并且避免错误的误差触发。可通过这些数字处理步骤滤除短时脉冲干扰或其它不需要的信号。处理器270还可依赖于预先确定的容错时间间隔(FTTI)、预先确定的误差脉冲滤波器持续时间和预先确定的故障计数器最大值，以防止错误的误差触发，从而符合应用安全标准。每个预先确定的FTTI、预先确定的误差脉冲滤波器持续时间和预先确定的故障计数器最大值均可进行微调，以便符合不同安全标准的要求并且避免错误的误差触发。在输出引脚145、150应当置于高阻抗状态之前，FTTI指定由比较器电路240输出的误差脉冲的最小持续时间。预先确定的误差脉冲滤波器持续时间(Tperiod_tol)限定有效误差脉冲的持续时间，该误差脉冲具有持续时间(Tperiod)，由比较器电路240生成的误差脉冲。只有误差脉冲的持续时间(Tperiod)等于或大于预先确定的误差脉冲滤波器持续时间(Tperiod_tol)的情况下，处理器270才认为来自比较器电路240的误差脉冲有效。滤波误差脉冲掩蔽因系统中的短时脉冲干扰而引起的任何窄误差脉冲。故障计数器的功能是计算每个FTTI间隔内的上述有效误差脉冲。处理器270使用故障计数器验证在向ECU发送故障状况之前需要发生的有效误差脉冲的数量。
在各种示例性实施方案中，FTTI可微调到500μs、1ms、8ms或15ms，预先确定的误差脉冲滤波器持续时间(Tperiod_tol)可微调到10μs、20μs、40μs或80μs，并且预先确定的故障计数器最大值可在0至7之间进行微调。
图3示出了由处理器270执行的示例性步骤以避免错误的触发并且因此错误地启用高阻抗条件的时序图300。如本实施方案中所示，余弦信号AFE通道210和正弦信号AFE通道207各自被监测1/2的FTTI305(0.5*FTTI)，其中，在第一1/2的FTTI310期间监测余弦信号AFE通道210并且在第二1/2的FTTI315期间监测正弦信号AFE通道207。例如，如果FTTI305为500μs，则250μs专用于监测正弦信号AFE通道207并且250μs专用于监测余弦信号AFE通道210。由于周期性地监测这两个通道，因此捕获了引起大于预先确定的阈值的角误差并且故障持续时间等于或大于FTTI间隔的任何故障。也可以使正弦信号AFE通道监测周期和余弦信号AFE通道监测周期小于1/2的FTTI，并且在FTTI间隔内进行多个监测循环。
如图所示，在选择余弦信号AFE通道210的时间期间，比较器电路240生成两个误差脉冲320、322。在本实施方案中，选择余弦信号AFE通道210时生成的每个误差脉冲(Tperiod)的持续时间大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tol)。如前所述，脉冲持续时间大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tol)的误差脉冲足以递增故障计数器350。因此，在第一1/2的FTTI310期间由比较器240生成并且在处理器270处接收的两个脉冲320、322两者均递增故障计数器350，因此，当第一1/2的FTTI310结束时，故障计数器值递增到值″2″330。另外，在选择正弦信号AFE通道207的时间期间，比较器240生成两个另外的误差脉冲324、326。由于这两个脉冲324、326的持续时间大于预先确定的误差脉冲滤波器周期，因此，当第二1/2的FTTI305结束时，故障计数器350递增至值″4″。假设预先确定的故障计数器最大值被设定为4的值，则将会使来自处理器270的故障信号290生效，例如，响应于故障计数器350递增到值″4″332而设定为高值，从而将缓冲器285设定为高阻抗状态并且向ECU指示故障状况。另外，当FTTI间隔305结束时尚未达到预先确定的故障计数器最大值时，FTTI间隔305结束时，故障计数器被重置为″0″334。在故障状况后，系统将会处于重置状态并且输出引脚145、150将会处于高阻抗值，直到达到预先确定的重置时间为止。一旦达到预先确定的重置时间，系统200将会释放高阻抗状态并且恢复到正常的运行模式。如果误差持续，则系统200将会再次将输出引脚145、150设定为高阻抗值并且进入重置状态。因此，在本实施方案中，处理器270在单个FTTI305内从比较器240接收4个有效误差脉冲。假设故障计数器最大值被设定为″4″，则在FTTI305期间接收到的误差脉冲320、322、324、326在触发ECU处的故障状况方面是有效的。
图4示出了由处理器270执行的示例性步骤以避免错误地触发高阻抗条件的时序图400。如本实施方案中所示，余弦信号AFE通道210和正弦信号AFE通道207各自被监测1/2的FTTI 405(0.5*FTTI)，其中，在第一1/2的FTTI 410期间监测余弦信号AFE通道210并且在第二1/2的FTTI 415期间监测正弦信号AFE通道207。
如图所示，在选择余弦信号AFE通道210的时间期间，比较器240生成三个误差脉冲420、422、424。在本实施方案中，三个误差脉冲420、422、424中的每个误差脉冲的持续时间(Tperiod)小于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tol。脉冲持续时间(Tperiod)小于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tol)的误差脉冲不足以递增故障计数器450。因此，在第一1/2的FTTI 410期间由比较器电路240生成并且在处理器270处接收到的三个脉冲420、422、424不递增故障计数器450，因此，故障计数器值保持在″0″452。另外，在选择正弦信号AFE通道207的时间期间，比较器240生成三个误差脉冲426、428、430。在本实施方案中，仅第一误差脉冲426的持续时间(Tperiod)大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tol)，并且因此，第一误差脉冲引起故障计数器递增到值″1″454。假设预先确定的故障计数器最大值大于1，则来自处理器270的故障信号290保持失效，例如，处于低逻辑值，并且不会将输出缓冲器285设定为高阻抗值。因此，在本实施方案中，对在处理器270处接收到的误差脉冲420、422、424、426、428、430进行滤波并且不会引起系统的故障状况。另外，由于尚未达到预先确定的故障计数器最大值，因此在每个FTTI间隔405之前，故障计数器被重置为″0″456，以防止在多个FTTI期间累积误差。
图5是示出了根据本发明的实施方案的用于处理用于在感应式位置传感器中进行误差检测的正弦信号和余弦信号的方法的流程图。在操作800处，该方法开始于建立冗余模拟前端(AFE)通道，该冗余模拟前端通道具有耦合到感应式位置传感器的AFE电路中的冗余AFE通道缓冲器的输出，该AFE电路还包括正弦信号AFE通道、余弦信号AFE通道、耦合到正弦信号AFE通道的输出的正弦AFE通道缓冲器以及耦合到余弦信号AFE通道的输出的余弦AFE通道缓冲器。参考图2，在感应式位置传感器的AFE电路135中建立具有耦合到冗余AFE通道缓冲器141的输出的冗余AFE通道140、具有耦合到正弦AFE通道缓冲器的输出286的输出的正弦信号AFE通道207以及具有耦合到余弦信号AFE通道缓冲器287的输出的余弦信号AFE通道210。
在操作810处，该方法继而交替地选择来自所述感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号。如图2所示，接收器线圈130的正弦输出信号120或余弦输出信号125可由多路复用器235选择。
在操作820处，如果在操作810处选择了正弦信号，则该方法继而。可选地，如果在操作810处选择了余弦信号，则该方法继而在操作835处，当选择余弦输出信号时，通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器处理余弦输出信号。如图2所示，当选择正弦输出信号120时，多路复用器235向冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141提供正弦输出信号120，以用于进行处理。可选地，当选择余弦输出信号125时，多路复用器235向冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141提供余弦输出信号125，以用于进行处理。
如果在操作820处对正弦输出信号进行了处理，则该方法继而在操作825处获得电压差值，作为正弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值。可选地，如果在操作835处对余弦输出信号进行了处理，则该方法继而在操作840处获得电压差值，作为余弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值。参考图2，比较器240从多路复用器230接收正弦AFE通道缓冲器286的输出或余弦AFE通道缓冲器287的输出，并且将冗余AFE通道缓冲器141的输出与由多路复用器230提供的输出电压进行比较。
在操作845处，该方法继而将在操作825或840处获得的电压差值与预先确定的阈值电压进行比较。在操作850处，该方法最后在操作845确定了电压差值大于预先确定的阈值电压的情况下，发送信号通知故障状况。
图6和图7组合示出了本发明的用于监测感应式位置传感器的模拟前端(AFE)电路的流程图。在操作500处，使感应式位置传感器的AFE电路通电和启动。感应式位置传感器100的AFE电路135可如图1中所示。
在操作505处，选择来自感应式位置传感器的接收器线圈的余弦信号。如参考图2所示，通过使用响应于处理器270的输出的第一多路复用器235，可选择接收器线圈130的余弦信号125，尤其是余弦AFE通道缓冲器287的输出。
在操作510处，通过余弦信号AFE通道、余弦AFE通道缓冲器、冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器，对余弦信号进行处理。如参考图2所示，在感应式位置传感器100的AFE电路135中建立冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141，并且AFE电路135还包括馈送到余弦AFE通道缓冲器287的余弦信号AFE通道210。由处理器270选择的余弦信号125通过响应于第一多路复用器235的冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理，并且余弦AFE通道缓冲器287的输出由第二多路复用器230选择。
在操作515处，确定是否已经超过第一1/2的FTTI。如果已经超过第一1/2的FTTI，则该方法在图6的步骤600处继续。如果尚未超过第一1/2的FTTI，则该方法在操作520处继续。如先前参考图3所述，可在FTTI的第一1/2期间监测余弦信号AFE通道210，尤其是将冗余AFE通道缓冲器141的输出与余弦AFE通道缓冲器287的输出进行比较。因此，当第一1/2的FTTI结束时，系统切换到在第二1/2的FTTI期间监测正弦信号AFE通道207。
在操作520处，获得余弦AFE通道缓冲器的输出与冗余AFE通道的输出之间的电压差值。如图2所示，减法器电路245用于通过减去余弦AFE通道缓冲器287的输出电压和冗余AFE通道缓冲器141的输出电压以获得电压差值，获得余弦AFE通道缓冲器287的输出与冗余AFE通道缓冲器141的输出之间的电压差值。
在操作525处，确定电压差值是否大于预先确定的阈值电压。参考图2，比较器电路240的电压阈值比较器252、262用于将预先确定的阈值电压250、260与由减法器电路245输出的电压差值进行比较，以确定电压差值是否通过大于预先确定的正阈值电压250或比预先确定的负阈值电压260更负而大于预先确定的阈值电压250、260。如果并且只有电压差值大于预先确定的阈值电压，则在操作527处输出误差脉冲，该误差脉冲具有反映电压差值大于预先确定的阈值电压的时间量的持续时间。
在特定实施方案中，任选地执行操作530、535和540。在不执行这些操作的情况下，当误差脉冲在操作527处输出时，执行操作545。
在操作530处，当在操作525处确定余弦信号AFE通道的输出与冗余AFE通道的输出之间的电压差值大于预先确定的阈值电压，并且因此在操作527处输出误差脉冲，然后，确定误差脉冲的持续时间是否大于预先确定的误差脉冲滤波器周期。如先前参考图2和图3所述，当余弦信号AFE通道的输出与冗余AFE通道的输出之间的电压差值大于预先确定的阈值电压时，比较器电路240生成误差脉冲，诸如图3的脉冲320、322、324和326。然后，处理器270确定误差脉冲320、322、324、326的持续时间(Tperiod)是否大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)。
在操作535处，如果在操作530处确定误差脉冲的持续时间大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)，则递增故障计数器。参考图3，故障计数器350针对误差脉冲320、322、324、325中的每个误差脉冲递增，因为这些脉冲中的每个脉冲的持续时间均大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)。如果误差脉冲的持续时间(Tperiod)不大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)，则故障计数器不递增，如关于图4的误差脉冲420、422和424所述。如先前所述，可在处理器270的算法内完成故障计数器的递增。
在操作540处，确定故障计数器值是否大于预先确定的故障计数器最大值。参考图2，处理器270可用于确定故障计数器350的值是否大于预先确定的故障计数器最大值。如果尚未超过故障计数器最大值，则该方法返回操作515，直到已经超过第一1/2的FTTI。
如果已经超过故障计数器最大值，则该方法在操作545处继续，其中，缓冲器的输出被设定为高阻抗状态。参考图2和图3，当故障计数器350已达到4的值时，来自处理器270的故障信号290生效，以将缓冲器285的输出设定为高阻抗状态。将缓冲器285的输出设定为高阻抗将会发送信号向ECU通知故障状况，如先前参考图2所述。
在操作550处，确定是否超过系统重置时间间隔(Treset)。系统重置时间间隔(Treset)由处理器270预先确定并且对其已知。
在操作555处，如果在操作550处确定已经超过系统重置时间间隔(Treset)，则释放缓冲器285的输出的高阻抗状态并且重置故障计数器。如果尚未超过系统重置时间间隔(Treset)，则该方法返回到操作545并且保持缓冲器285的高阻抗输出状态。参考图3，在第二1/2的FTTI 315结束时，故障计数器被重置为″0″334。在重置故障计数器并且释放缓冲器285的输出的高阻抗状态后，该方法返回到操作505。
在操作515处已经超过第一1/2的FTTI之后，该方法在操作600处继续，其中，选择来自感应式位置传感器的接收器线圈的正弦信号。如参考图2所示，通过使用响应于处理器270的输出的第一多路复用器235，可选择接收器线圈130的正弦信号120，尤其是正弦AFE通道缓冲器286的输出。
在操作605处，通过正弦信号AFE通道和正弦AFE通道缓冲器以及还通过冗余AFE通道和冗余AFE通道缓冲器，对正弦信号进行处理。如参考图2所示，冗余AFE通道140建立在感应式位置传感器100的AFE电路135中并且AFE电路135还包括其输出被馈送到正弦AFE通道缓冲器286的正弦信号AFE通道207。由处理器270选择的正弦信号120通过响应于第一多路复用器235的冗余AFE通道140和冗余AFE通道缓冲器141进行处理，并且正弦AFE通道缓冲器286的输出由第二多路复用器230选择。
在操作610处，确定是否已经超过第二1/2的FTTI。如果已经超过第二1/2的FTTI，则该方法在图5的步骤505处继续，其中，选择余弦信号。如果尚未超过第二1/2的FTTI，则该方法在操作615处继续。如先前参考图3所述，可在FTTI的第二1/2期间监测正弦信号AFE通道210，尤其是将冗余AFE通道缓冲器141的输出与正弦AFE通道缓冲器286的输出进行比较。由此，当第二1/2的FTTI结束时，系统切换到在第一1/2的FTTI期间监测余弦信号AFE通道207。
在操作615处，获得正弦AFE通道缓冲器的输出与冗余AFE通道的输出之间的电压差值。如图2中所示，减法器电路245用于通过用冗余AFE通道缓冲器141的输出电压减去正弦AFE通道缓冲器286的输出电压以获得电压差值，获得正弦AFE缓冲器通道286的输出与冗余AFE通道缓冲器141的输出之间的电压差值。
在操作620处，确定电压差值是否大于预先确定的阈值电压。参考图2，比较器电路240的电压阈值比较器252、262用于将预先确定的阈值电压250、260与由减法器电路245输出的电压差值进行比较，以确定电压差值是否通过大于预先确定的正阈值电压250或比预先确定的负阈值电压260更负而大于预先确定的阈值电压250、260。如果并且只有电压差值大于预先确定的阈值电压，则在操作627处输出误差脉冲，该误差脉冲具有反映电压差值大于预先确定的阈值电压的时间量的持续时间。
在特定实施方案中，任选地执行操作625、630和635。在不执行这些操作的情况下，当误差脉冲在操作627处输出时，再次执行操作545。
在操作625处，然后，确定误差脉冲的持续时间是否大于预先确定的误差脉冲滤波器周期。如先前参考图2和图3所述，当余弦信号AFE通道的输出与冗余AFE通道的输出之间的电压差值大于预先确定的阈值电压时，比较器电路240生成误差脉冲，诸如图3的脉冲320、322、324和326。然后，处理器270确定误差脉冲320、322、324、326的持续时间(Tperiod)是否大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)。
在操作630处，如果在操作625处确定误差脉冲的持续时间大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)，则递增故障计数器。参考图3，故障计数器350针对误差脉冲320、322、324、325中的每个误差脉冲递增，因为这些脉冲中的每个脉冲的持续时间均大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)。如果误差脉冲的持续时间(Tperiod)不大于预先确定的误差脉冲滤波器周期(Tperiod_tot)，则故障计数器不递增，如关于图4的误差脉冲420、422和424所述。如先前所述，可在处理器270的算法内完成故障计数器的递增。
在操作635处，确定故障计数器值是否大于预先确定的故障计数器最大值。参考图2，处理器270可用于确定故障计数器350的值是否大于预先确定的故障计数器最大值。如果尚未超过故障计数器最大值，则该方法返回操作610，直到已经超过第二1/2的FTTI。
如果在操作635处确定已经超过故障计数器最大值，该方法在图6的操作545处继续，其中，缓冲器的输出被设定为高阻抗状态。参考图2和图3，当故障计数器350已达到4的值时，来自处理器270的故障信号290将用于将缓冲器285的输出设定为高阻抗状态。将输出信号设定为高阻抗将会发送信号向ECU通知故障状况，如先前参考图2所述。
该方法在图6的操作545处继续，其中，保持高阻抗状态，直到超过系统重置时间间隔(Treset)。在已经超过系统重置时间间隔(Treset)之后，释放高阻抗输出状态，并且重置故障计数器，如图5的操作555。
如前所述，正弦信号AFE通道或余弦信号AFE通道与冗余AFE通道之间的电压差值可归因于一个或多个误差源。误差源可以是偏移误差、共模误差、增益误差、正弦或余弦AFE通道对地短路误差、正弦或余弦AFE通道对电源短路误差、正弦或余弦AFE通道输出卡在随机电压误差、增益变化误差、由正弦AFE通道和余弦AFE通道之间的延迟引起的误差以及由所生成的谐波引起的误差。
图8是示出用于确定归因于一个或多个误差源的预先确定的阈值电压的步骤的流程图，该预先确定的阈值电压等同于在ECU处的预先确定的角误差。
操作700处，该方法继而选择用于在ECU处生成故障状况的预先确定的角误差阈值。在特定实施方案中，预先确定的角阈值可大于3°，并且可基于期望的ASIL评级进行确定。在ECU处的故障状况可归因于一个或多个误差源，包括但不限于偏移误差、共模误差、增益误差、正弦或余弦AFE通道对地短路误差、正弦或余弦AFE通道对电源短路误差、正弦或余弦AFE通道输出卡在随机电压误差、增益变化误差、由正弦AFE通道和余弦AFE通道之间的延迟引起的误差以及由所生成的谐波引起的误差。
在操作710处，该方法继而将预先确定的阈值电压确定为正弦AFE通道缓冲器或余弦AFE通道缓冲器的输出电压与冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的电压差值，该电压差值将会等同于在ECU处的预先确定的角误差阈值。
无误差的或理想的正弦输出信号和余弦输出信号被视为不受误差的影响。因此，理想的正弦输出信号和余弦输出信号可定义为：
在OUT2P/N 145处的理想正弦AFE通道缓冲器285＝As*Sin(Θ)在OUT1P/N 150处的理想余弦AFE通道缓冲器287＝Ac*Cosine(Θ)
其中，As和Ac是在OUT2P/N 145和OUT1P/N 150处的输出电压的幅值。
另外，已经受到误差影响的正弦输出信号和余弦输出信号可给定为：
在OUT2P/N 145处的受误差影响的正弦AFE通道缓冲器285
＝Voss+(As*(1+ΔAs)*Sin(Θ+ΔΘs)
在OUT1P/N 150处的受误差影响的余弦AFE通道缓冲器287
＝Vosc+(Ac*(1+ΔAc)*Cos(Θ+ΔΔΘc)
其中；
Voss→正弦通道缓冲器285在OUT2P/N 145处的偏移
Vosc→余弦通道缓冲器287在OUT1P/N 150处的偏移
ΔAs→正弦通道缓冲器285在OUT2P/N 145处的增益误差系数
ΔAc→余弦通道缓冲器287在OUT1P/N 150处的增益误差系数
ΔΘs→正弦通道缓冲器285在OUT2P/N 145处的相位误差系数
ΔΘc→余弦通道缓冲器287在OUT1P/N 150处的相位误差系数
不受误差影响的正弦波形和余弦波形，以及受到误差影响的正弦波形和余弦波形可使用上述方程进行计算和绘图。在例示的实施方案中，仅描述偏移电压、增益误差和相位误差。然而，这并非旨在进行限制，并且可以类似的方式将其它误差结合到等式中，并且可依据对应的曲线图确定角度误差与预先确定的电压阈值之间的关系。曲线图可用于识别角度误差与预先确定的阈值电压之间的关系。
例如，图9A中所示的曲线图示出了理想余弦波形、理想正弦波形以及正偏移电压为52.5mV的误差正弦波形。在本例示中，波形被示出为用于单端输出，其中，减法器电路245的输出将为52.5mV或-52.5mV。然而，对于采用两个差分输出的系统，两个差分输出中的每个差分输出均将有专用的减法器电路，使得一个减法器将会具有+52.5mV的输出，而另一个减法器将会具有-52.5mV的输出，这取决于偏移电压的极性。在本示例性实施方案中，理想正弦波形表示冗余AFE通道缓冲器141的输出，误差正弦波形表示正弦AFE通道缓冲器286的输出，并且理想余弦波形表示余弦AFE通道缓冲器287的输出。波形的频率各自为1mHz，并且波形的峰值各自为1V。引入到理想正弦波形中以提供误差正弦波形的偏移电压表示由正弦信号AFE通道207或正弦AFE通道缓冲器286中的任何单点故障引起的误差。指针V1和指针V2示出在波形循环内的两个不同点处的三个波形的电压。从这些指针可看出，理想正弦波形与误差正弦波形之间的电压差值为52.5mV。因此，减法器电路245的输出将为恒定DC值并且在波形循环内，在正阈值电压比较器252的非反相输入处以及在负阈值电压比较器262的反相输入处的差值为52.5mV。当预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260分别设定为+/-52.5mV(表示在ECU155处的角误差阈值+/-3°)时，正阈值电压比较器252的输出在波形循环内将为高。类似地，在波形循环内的理想正弦波形与误差正弦波形之间的电压差值为-52.5mV的情况下，负阈值电压比较器262的输出在波形循环内将为高。总而言之，每当偏移电压误差大于绝对52.5mV时，比较器252、262中的一个比较器的输出将为高。
图9B示出了在图9A的波形循环内的角误差波形，其通过取误差正弦波形与理想余弦波形之间的比率的反正切进行计算。角误差波形的频率与图9A中的波形相同。标志M27、标志M28和标志M29示出了角误差波形与3°相交的点。因此，可理解的是，峰值电压为1V的正弦波形中的52.5mV的电压偏移误差引起约+/-3°的角误差。因此，图9A和图9B中所示的实施方式确定每当峰值电压为1V的正弦波形中的电压偏移误差大于或等于52.5mV时，角误差就大于+/-3°。类似的解释适用于正弦波形是理想波形并且余弦波形是误差波形的情况。另外，电压偏移误差与预先确定的阈值电压之间的关系呈线性变化。因此，对于峰值电压为2V的正弦波形或余弦波形，对应于+/-3°角误差的预先确定的电压阈值为约52.5mV*2＝105mV。类似地，对于1V峰值波形，对应于+/-6°的预先确定的阈值电压为约52.5mV*2＝105mV。
图10A示出了理想余弦波形、理想正弦波形以及增益误差为11％的误差正弦波形。在本示例性实施方案中，理想正弦波形表示冗余AFE通道缓冲器141的输出，误差正弦波形表示正弦AFE通道缓冲器286的输出，并且理想余弦波形表示余弦AFE通道缓冲器287的输出。波形的频率为1KHz，并且理想波形的峰值为1V。引入到理想正弦波形中以提供误差正弦波形的增益误差表示由正弦信号AFE通道207或正弦AFE通道缓冲器286中的任何单点故障引起的误差。指针V1和指针V2示出在波形循环内的两个不同点处的三个波形的电压。从这些指针可看出，理想正弦波形与误差正弦波形之间的电压差值为约+/-110mV，其符号在波形循环内变化，这相当于约11％的增益误差。因此，减法器电路245的输出将会在波形循环内在比较器252的输入处提供+110mV的峰值误差电压，并且在负阈值电压比较器262的输入处提供-110mV的峰值误差电压。当预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260分别设定为+/-52.5mV时，每当增益误差大于峰值电压的绝对+/-5.25％时，比较器252、262的输出就会分别从低切换到高。
图10B示出了在图10A的波形循环内的角误差波形，其通过取误差正弦波形与理想余弦波形之间的比率的反正切进行计算。该角误差波形的频率为图10A中的波形的两倍。标志M30、标志M31、标志M32和标志M33示出了相应的峰值，该峰值是角误差波形为约3°的点。因此，可理解的是，峰值电压为1V的正弦波形中的11％的增益误差引起最大约为+/-3°的角误差。指针V1和指针V2示出的角度误差分别为19.391毫微度和-3.9644毫微度。这用于了解角度误差的性质，即角度误差在波形循环内变为0度。
在图10A和图10B所示的实施方式中，阈值电压被设定为+/-52.5mV，对应于+/-3°误差的角误差阈值。然而，如图10A和图10B所示，11％的增益误差引起约+/-3°误差，该增益误差是理想波形与误差波形之间的+/-110mV的电压差值。因此，对应于增益误差的电压阈值高于对应于其它潜在误差源的电压阈值，诸如图9A和图9B中所示的电压偏移误差。在本示例性实施方案中，考虑到所有潜在的误差源，电压阈值被设定为引起+/-3°角误差的最小阈值电压。因此，假设峰值电压为1V，每当正弦波形中存在大于5.25％的增益误差时，本实施方式就触发故障。+/-5.25％的增益误差的对应角误差为+/-1.47°。类似的解释适用于正弦波形是理想波形而余弦波形是误差波形的情况。
图11A示出了理想余弦波形、理想正弦波形以及与理想正弦波形相差8.5μs的时间延迟的误差正弦波形。在本示例性实施方案中，理想正弦波形表示冗余AFE通道缓冲器141的输出，误差正弦波形表示正弦AFE通道缓冲器286的输出，并且理想余弦波形表示余弦AFE通道缓冲器287的输出。波形的频率是1KHz，并且波形的峰值是1V。引入到理想正弦波形中以提供误差正弦波形的时间延迟(传播延迟)表示由正弦信号AFE通道207或正弦AFE通道缓冲器286中的任何单点故障引起的误差。指针V1和指针V2示出在波形循环内的两个不同点处的三个波形的电压。在500μs和508.5μs处的两个指针标识波形的过零点，并且还示出了理想正弦波形与误差正弦波形之间的时间延迟为8.5μs，其中，139.89aV(139.89*10-18～0V)和797.61aV(797.61*10-18V～0V)分别指示理想正弦波形和误差正弦波形的过零点。从500μs指针和508.5μs指针，可看出理想正弦波形与误差正弦波形之间的电压差值为约+/-52.5mV。因此，减法器电路245的输出在正阈值电压比较器252的输入处的差值将为约52.5mV并且在负阈值电压比较器262的输入处的差值将为约-52.5mV，各自在波形循环的相应时间。当针对ECU155处的角误差阈值为约+/-3°，预先确定的正阈值电压250和预先确定的负阈值电压260被分别设定为+/-52.5mV时，每当存在对应于大于绝对52.5mV的误差电压的时间延迟时，相应比较器252、262的输出从低切换到高。
图11B示出了在图11A的波形循环内的角误差波形，其通过取误差正弦波形与理想余弦波形之间的比率的反正切进行计算。该角误差波形的频率为图11A中的波形的两倍。标志M34、标志M35和标志M35示出了角误差波形为约+/-3°的时间点，其中，881.61aV(881.61*10-18V～0V)指示波形过零点并且-335.85mDeg指示过零点处的以度为单位的角度误差。因此，可以理解，8.5μs的时间延迟(相位误差)引起约+/-3°的角误差，该时间延迟对应于峰值电压为1V的正弦波形中的约+/-52.5mV的误差电压。因此，图11A和图11B中所示的实施方式示出，每当峰值电压为1V、频率为1KHz的正弦波形中存在约8.5μs的相位误差时，角误差为约+/-3°。类似的解释适用于正弦波形是理想波形而余弦波形是误差波形的情况。另外，相位误差与预先确定的阈值电压之间的关系呈线性变化。
因此，本发明提供了一种用于监测感应式位置传感器的AFE电路的改良系统和方法。该方法防止由AFE电路处的模拟信号处理从而导致ECU处发生故障状况而引起的误差。
在一个实施方案中，AFE电路的部分可在单个半导体管芯上的集成电路中实现。另选地，集成电路可包括电耦合在一起的多个半导体管芯，诸如封装在单个集成电路封装中的多芯片模块。
在各种实施方案中，本发明的系统的部分可在现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中实现。本领域技术人员应当理解，电路元件的各种功能也可被实现为软件程序中的处理步骤。此类软件可用于例如数字信号处理器、网络处理器、微控制器或通用计算机中。
除非如从讨论中显而易见的另有特别说明，否则应当理解，在整个本说明书中，利用诸如″接收″、″确定″、″生成″、″限制″、″发送″、″计数″、″分类″等的术语的讨论可以指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，该计算机系统或类似电子计算设备将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和转化成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
本发明可以体现在响应于基于软件的指令而执行动作的各种计算平台上。下文提供了可用于实现本发明的信息技术的前置基础。
本发明的方法可以存储在计算机可读介质上，该计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述各项的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非穷尽列表)将包括以下各项：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备，或前述各项的任何合适的组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与它们结合在一起使用的程序的任何非暂态有形介质。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分传播的数据信号，其中体现了计算机可读程序代码。这种传播的信号可以采用多种形式中的任何一种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是并非计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可传送、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与它们结合在一起使用的程序。然而，如上所指示，由于电路法定主题限制，本发明的作为软件产品的权利要求是体现在诸如计算机硬盘驱动器、闪存-RAM、光盘等的非暂态软件介质中的那些。
计算机可读介质上体现的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、射频等，或者前述各项的任何合适的组合。用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以使用一种或多种编程语言的任何组合来编写，该编程语言包括诸如Java、C#、C++、Visual Basic等面向对象的编程语言以及诸如″C″编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言。
下文将参照根据本发明的实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由该计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的该指令产生用于实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的装置。
还可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式发挥功能，使得存储在计算机可读介质中的该指令产生包括实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的指令的制品。
还可以将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，使得在该计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，从而在该计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的过程。
此外，为了讨论和理解本发明的实施方案，应当理解，本领域技术人员使用各种术语来描述技术和方法。此外，在本说明书中，为了进行解释，阐述了许多具体细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在一些情况下，为了避免模糊本发明，以框图形式而不是详细地示出熟知的结构和设备。充分详细地描述了这些实施方案以使得本领域普通技术人员能够实践本发明，并且应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以作出逻辑、机械、电气和其他改变。

Claims (21)

1.一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端AFE电路的方法，所述方法包括：
建立冗余AFE通道，所述冗余AFE通道具有耦合到感应式位置传感器的AFE电路中的冗余AFE通道缓冲器的输出，所述AFE电路还包括正弦信号AFE通道、余弦信号AFE通道、耦合到所述正弦信号AFE通道的输出的正弦AFE通道缓冲器以及耦合到所述余弦信号AFE通道的输出的余弦AFE通道缓冲器；
交替地选择来自所述感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号；
当选择所述正弦输出信号时，通过所述冗余AFE通道和所述冗余AFE通道缓冲器处理所述正弦输出信号，或当选择所述余弦输出信号时，通过所述冗余AFE通道和所述冗余AFE通道缓冲器处理所述余弦输出信号；
当选择所述正弦输出信号时，获得电压差值，作为所述正弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值；
当选择所述余弦输出信号时，获得所述电压差值，作为所述余弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的所述差值；以及
如果所述电压差值大于预先确定的阈值电压，则发送信号通知故障状况。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电压差值等同于在耦合到所述感应式位置传感器的电子控制单元ECU处的角误差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预先确定的阈值电压等同于在所述ECU处的预先确定的角误差阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预先确定的角误差阈值大于3。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括输出误差脉冲，所述误差脉冲具有反映所述获得的电压差值大于所述预先确定的阈值电压的时间量的持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：
将所述正弦AFE通道缓冲器和所述余弦AFE通道缓冲器的输出设置为高阻抗状态；以及
在已经超过系统重置时间间隔之后，释放所述正弦AFE通道缓冲器的输出和所述余弦AFE通道缓冲器的输出的所述高阻抗状态。
7.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：
将所述误差脉冲的持续时间与预先确定的误差脉冲滤波器周期进行比较；并且如果所述误差脉冲的持续时间大于所述预先确定的误差脉冲滤波器周期，则递增故障计数器。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
将所述故障计数器与预先确定的故障计数器最大值进行比较；以及
当所述故障计数器的值大于所述预先确定的故障计数器最大值时，将所述正弦AFE通道缓冲器的输出和所述余弦AFE通道缓冲器的输出设置为高阻抗状态。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括如果所述故障计数器的值不大于在容错时间间隔(FTTI)内的所述预先确定的故障计数器最大值，则重置所述故障计数器。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：在已经超过系统重置时间间隔之后，释放所述正弦AFE通道缓冲器的输出和所述余弦AFE通道缓冲器的输出的所述高阻抗状态。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电压差值是在所述感应式位置传感器的所述AFE电路处的一个或多个误差源的结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，引起所述电压差值的所述一个或多个误差源归因于偏移误差、共模误差、增益误差、正弦或余弦AFE通道对地短路误差、正弦或余弦AFE通道对电源短路误差、正弦或余弦AFE通道输出卡在随机电压误差、增益变化误差、由所述正弦AFE通道和所述余弦AFE通道之间的延迟引起的误差以及由所生成的谐波引起的误差中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感应式位置传感器选自旋转位置传感器和线性位置传感器。
14.一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端AFE电路的方法，所述方法包括：
在具有耦合到冗余AFE通道缓冲器的输出的感应式位置传感器中建立冗余AFE通道，所述AFE电路还包括正弦信号AFE通道、余弦信号AFE通道、耦合到所述正弦信号AFE通道的输出的正弦AFE通道缓冲器，以及余弦AFE通道缓冲器；
交替地选择来自所述感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号；
当选择所述正弦输出信号时，通过所述冗余AFE通道和所述冗余AFE通道缓冲器处理所述正弦输出信号，或当选择所述余弦输出信号时，通过所述冗余AFE通道和所述冗余AFE通道缓冲器处理所述余弦输出信号；
当选择所述正弦输出信号时，获得电压差值，作为所述正弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值；
当选择所述余弦输出信号时，获得所述电压差值，作为所述余弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值；
确定所述获得的电压差值是否大于预先确定的阈值电压，并且如果确定所述电压差值大于所述预先确定的阈值电压；则
输出误差脉冲，所述误差脉冲具有反映所述获得的电压差值大于所述预先确定的阈值电压的时间量的持续时间；
确定所述误差脉冲的持续时间是否大于预先确定的误差脉冲滤波器周期，并且如果确定所述误差脉冲的持续时间大于所述预先确定的误差脉冲滤波器周期；则
递增故障计数器；以及
确定所述故障计数器的值是否大于预先确定的故障计数器最大值，并且如果确定所述故障计数器大于所述预先确定的故障计数器最大值，则将所述正弦AFE通道缓冲器的输出和所述余弦AFE通道缓冲器的输出设置为高阻抗状态。
15.一种用于监测感应式位置传感器的模拟前端AFE电路的系统，所述系统包括：
冗余AFE通道；
冗余AFE通道缓冲器，所述冗余AFE通道缓冲器耦合到所述冗余AFE通道的输出；
处理器；和
比较器电路，所述处理器用于；
交替地选择来自感应式位置传感器的接收器线圈的正弦输出信号或余弦输出信号；
当选择所述正弦输出信号时，将所述正弦输出信号馈送到所述冗余AFE通道并馈送到所述冗余AFE通道缓冲器，以处理所述正弦输出信号，或当选择所述余弦输出信号时，将所述余弦输出信号馈送到所述冗余AFE通道和所述冗余AFE通道缓冲器；
所述比较器电路用于；
当选择所述正弦输出信号时，获得电压差值，作为正弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的输出电压之间的差值；
当选择所述余弦输出信号时，获得所述电压差值，作为余弦AFE通道缓冲器的输出电压与所述冗余AFE通道缓冲器的所述输出电压之间的差值；
确定所述电压差值是否大于预先确定的阈值电压；以及
如果确定所述电压差值大于所述预先确定的阈值电压，则所述处理器进一步用于发送信号向耦合到所述感应式位置传感器的电子控制单元ECU通知故障状况。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述预先确定的阈值电压等同于在所述ECU处的预先确定的角误差阈值。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预先确定的角误差阈值是可调节的。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述预先确定的角误差阈值大于3。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电压差值可归因于在所述感应式位置传感器的所述AFE处的一个或多个误差源。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述感应式位置传感器选自旋转位置传感器和线性位置传感器。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电压差值等同于在所述ECU处的角误差。
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