CN204065121U - 旋转速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种旋转速度传感器，包括至少一个传感器元件（1）、模拟信号处理块（2）、数字核心（5）和数字输出端（10），其中所述模拟信号处理块（2）包括模拟信号调节块（3）和模拟比较器（4），所述数字核心（5）包括数字信号处理装置（7），其中所述数字核心（5）此外包括频率检测器（6），用于检测所述旋转速度传感器的磁输入信号的频率，以便当所述频率大于预定频率时包括所述模拟信号处理块（2）的时间连续信号路径被形成，而所述频率小于预定频率时包括所述数字信号处理装置（7）的时间离散数字信号路径被形成。
Description
技术领域
本实用新型涉及旋转速度传感器。
背景技术
目前，对基于霍尔技术或xMR技术的旋转速度传感器，存在关于大的磁气隙和相应的精确的切换占空比（40-60%--例如7mA/14mA的输出信号的Ton与Toff之比）的客户要求以及对间接式胎压监控功能（TMPF，Tire Pressure Monitoring Functionality）的附加的低输出抖动应用要求。此外，还存在另一应用请求，即（例如针对上坡防退器功能）能够实现所谓的0Hz能力。
然而，迄今为此，没有一种旋转速度传感器能够在一个传感器产品中以合理的成本同时满足上述这三种要求。
实用新型内容
因此，本实用新型所基于的任务是，提供一种旋转速度传感器，其能够克服现有技术的上述缺陷，即同时满足上述三种客户和应用要求。
根据本实用新型，提供一种旋转速度传感器，该旋转速度传感器包括用于提供速度信号的至少一个传感器元件、模拟信号处理块、用于进行数字信号处理的数字核心、和数字输出端，其中所述模拟信号处理块包括模拟信号调节块和模拟比较器，所述数字核心包括数字信号处理装置，其中所述数字核心此外包括频率检测器，用于检测与所述速度信号成比例的所述旋转速度传感器的磁输入信号的频率，以便当所述频率大于预定频率时包括所述模拟信号处理块的时间连续信号路径被形成，而所述频率小于预定频率时包括所述数字信号处理装置的时间离散数字信号路径被形成。
优选地，所述数字输出端在所述时间连续信号路径被形成时是异步输出端。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述数字核心此外包括多路复用器，该多路复用器在所述频率检测器所检测的频率大于预定频率时将所述模拟信号处理块的输出连接到所述数字输出端上，而在所述频率检测器所检测的频率小于预定频率时将数字信号处理装置的输出连接到所述数字输出端上。
优选地，在时间离散数字信号路径被形成时所述模拟信号调节块的输出经由模数转换器被输入到所述数字信号处理装置中。
例如，所述预定频率可以是1Hz。
例如，所述频率检测器可以借助频率计数器来实施。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述数字核心此外包括用于执行未被定时的信号处理的异步逻辑电路，该异步逻辑电路在时间连续信号路径被形成时将所述模拟信号处理块连接到所述多路复用器上。
优选地，所述数字信号处理装置包括数字偏移控制装置，该数字偏移控制装置的输出经由偏移补偿数模转换器被反馈给所述模拟信号处理块以维持所述切换占空比。
本实用新型的核心是在单片硅上集成时间连续信号处理方案和时间离散数字信号处理方案的组合，其中：
- 针对快速的磁输入信号使用时间连续信号路径。该路径在噪声和抖动方面被优化。这通过相应地确定传感器元件、模拟信号处理块和异步逻辑电路的尺寸来实现。时间连续信号路径具有低抖动（好），但在偏移漂移校正方面较弱（差），因此时间连续信号路径对于间接式胎压测量是较好的。
- 针对缓慢的磁输入信号使用时间离散数字信号路径。该路径借助精确的时间离散数字偏移控制和时间离散的数字实现的切换阈值被优化以维持所述切换占空比。时间离散数字信号路径在偏移漂移校正方面较好（好）但具有高抖动（差），因此时间离散数字信号路径对于上坡防退器是较好的。
在两种信号处理方案之间的切换通过相应地检测当前要测量的磁输入信号的频率fmag来实现，其中：
如果所述频率fmag大于预定频率，则切换到利用时间连续信号路径的模拟信号处理方案，而如果所述频率fmag小于预定频率，则切换到利用时间离散数字信号路径的数字信号处理方案。
根据本实用新型，可以在运行中根据与车辆的车轮速度成比例的当前存在的磁输入信号的频率在针对快速的磁输入信号在抖动方面优化的时间连续信号路径与针对非常慢的磁输入信号的时间离散数字信号路径之间切换。因此，能够在一个产品（单片硅）上根据与车辆的车轮速度成比例的当前存在的磁输入信号的频率在两个不同的信号处理方案之间切换，以便提供相应的扩展的功能。
利用这种扩展的混合方案可以以相对小的附加电路花费（<5%附加的芯片面积）一方面满足对具有附加的低抖动能力（诸如间接式胎压监控的功能）的旋转速度传感器的应用要求，并且另一方面能够实现0Hz能力（上坡防退器功能）。
附图说明
本实用新型的这些和其它特征和优点将通过以下参考附图的详细描述而变得明显，在附图中：
图1是根据本实用新型的旋转速度传感器的原理的示意性框图。
具体实施方式
现在将参考示出本实用新型的原理框图的附图在下文中更全面地描述本实用新型的实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来具体实施并且不应该被解释为受限于本文所阐述的实施例。
在本文中所使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的并且不意图限制本实用新型。如本文所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文以其它方式明确指示。还将理解，当在本文中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定所叙述的特征、整体、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或其组群的存在或添加。
除非以其它方式限定，本文所使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与如本实用新型所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解本文所使用的术语应该被解释为具有与它们在该说明书的背景以及相关领域中的含义一致的含义，并且将不会以理想化或过分形式的方式解释，除非在本文中明确如此限定。
图1示意性地示出了根据本实用新型的旋转速度传感器的原理的框图。该旋转速度传感器包括用于提供速度信号的至少一个传感器元件1、模拟信号处理块2、用于进行数字信号处理的数字核心5和数字输出端10，其中所述模拟信号处理块2包括模拟信号调节块3和主比较器4，所述数字核心5包括数字信号处理装置7。所述至少一个传感器元件1例如可以是异向性磁阻（AMR）/巨磁电阻（GMR）/隧道磁阻（TMR）传感器或霍尔传感器。主比较器4例如是时间连续的模拟比较器。在本实用新型的一种实施方式中，所述模拟信号调节块3可以包括串联的放大器和低通滤波器（未示出）。
所述数字核心5此外包括频率检测器6，用于检测与传感器元件所提供的速度信号成比例的所述旋转速度传感器的磁输入信号的频率。当磁输入信号的频率大于预定的频率、例如1Hz时，形成包括被相应地确定尺寸的模拟信号处理块2的时间连续信号路径，该时间连续路径关于噪声或抖动被优化。该时间连续路径此外可以包括异步逻辑电路8，用于执行未被定时的信号处理，以便避免量化噪声。而当磁输入信号的频率小于预定的频率、例如1Hz时，形成包括数字信号处理装置7的时间离散数字信号路径，其中所述模拟信号调节块2的输出经由模数转换器11被输入到所述数字信号处理装置7。
所述数字核心5此外包括多路复用器9，该多路复用器在所述频率检测器6所检测的频率大于预定频率时将所述模拟信号处理块2或异步逻辑电路8的输出连接到所述数字输出端10上，其中所述数字输出端10在此情况下是异步输出端；而在所述频率检测器所检测的频率小于预定频率时将数字信号处理装置7的输出连接到所述数字输出端10上。
根据本实用新型的一个优选实施例，所述频率检测器6可以借助频率计数器来实施，该频率计数器检验所检测的频率是否低于/高于相应的阈值并且附加地实施切换滞后（例如具有fmag＝1Hz±20％）。
根据本实用新型的一个实施例，所述数字信号处理装置7例如可以包括数字偏移控制装置和数字比较器（未示出），该数字偏移控制装置的输出经由偏移补偿数模转换器12被反馈给所述模拟信号处理块2，以便在数字输出端10上能够提供根据无偏移速度信号的输出信号。
根据本实用新型的一个实施例，在时间连续信号路径被形成时，模拟信号调节块3的输出还通过模数转换器11被数字化并且然后被传输到数字信号处理装置7，以便被进一步处理并且寻找信号的最小值和最大值。利用这两种值不仅可以确定对于“隐藏”磁滞功能所需的当前的磁场幅度，而且可以确定输入信号的偏移。该偏移一方面由外部磁场（例如极轮或齿轮）和/或模拟信号处理块的电偏移引起。利用该偏移信息，可以借助偏移补偿数模转换器使切换信号重新居中，以便获得所期望的50％的占空比或也防止由温度跳跃所引起的偏移漂移可能导致信号损失并且因此也导致输出切换的损失。从所述数字信号处理装置7到偏移补偿数模转换器12的数字偏移补偿值只在数字输出端10上的输出转变之后实现以防止由偏移算法导致的抖动。
根据本实用新型的一个实施例，在离散数字信号路径被形成时也寻找信号最小值和最大值，以便确定用于确保“隐藏”磁滞功能的幅值，然而不需要明确的偏移调节，因为利用当前最小值和最大值的信息，利用数学函数、例如（最大值－最小值）/2,总是能够确定最佳过零并且因此也确定切换点。这对应于快速偏移调节，然而这与间接胎压监控功能不矛盾，因为最小磁频率fmag>10..100Hz在应用中受限制。特别是在非常慢的频率和小的磁幅值（大的气隙导致极轮（Polrad）或齿轮到旋转速度传感器的大间距）的情况下快速的偏移变化能够导致信号检测的损失并且因此导致输出切换的损失，这又导致当前车轮速度的缓慢的检测。在该情况下，完全数字的时间离散信号路径能够执行优于时间连续模拟信号路径的偏移校正。因此这种方案被证明是极其可行的并且可用的。
尽管上文已经通过示例性实施例详细描述了本实用新型及其优点，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行多种替换和变型。
Claims (7)
1.旋转速度传感器，包括用于提供速度信号的至少一个传感器元件（1）、模拟信号处理块（2）、用于进行数字信号处理的数字核心（5）和数字输出端（10），其中所述模拟信号处理块（2）包括模拟信号调节块（3）和模拟比较器（4），所述数字核心（5）包括数字信号处理装置（7），其中所述数字核心（5）此外包括频率检测器（6），用于检测与所述速度信号成比例的所述旋转速度传感器的磁输入信号的频率，以便当所述频率大于预定频率时包括所述模拟信号处理块（2）的时间连续信号路径被形成，而所述频率小于预定频率时包括所述数字信号处理装置（7）的时间离散数字信号路径被形成。
2.根据权利要求1所述的旋转速度传感器，其中所述数字输出端（10）在所述时间连续信号路径被形成时是异步输出端。
3.根据权利要求1或2所述的旋转速度传感器，其中所述数字核心（5）此外包括多路复用器（9），该多路复用器在所述频率检测器（6）所检测的频率大于预定频率时将所述模拟信号处理块（2）的输出连接到所述数字输出端（10）上，而在所述频率检测器所检测的频率小于预定频率时将数字信号处理装置（7）的输出连接到所述数字输出端（10）上。
4.根据权利要求1或2所述的旋转速度传感器，其中在时间离散数字信号路径被形成时所述模拟信号调节块（3）的输出经由模数转换器（11）被输入到所述数字信号处理装置（7）中。
5.根据权利要求1或2所述的旋转速度传感器，其中，所述频率检测器（6）借助频率计数器来实施。
6.根据权利要求1或2所述的旋转速度传感器，其中，所述数字核心（5）此外包括用于执行未被定时的信号处理的异步逻辑电路（8），该异步逻辑电路在时间连续信号路径被形成时将所述模拟信号处理块（2）连接到所述多路复用器（9）上。
7.根据权利要求1或2所述的旋转速度传感器，其中，所述数字信号处理装置（7）包括数字偏移控制装置，该数字偏移控制装置的输出经由偏移补偿数模转换器（12）被反馈给所述模拟信号处理块（2）。
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