专利名称：低功率磁斜率检测电路的制作方法
低功率磁斜率检测电路
背景技术：
在很多当今现代电子应用中，低功耗是重要的设计考虑。为了减小电子设备/系统(例如微处理器)的功耗，设备/系统可以从低功率功能非激活的“休眠”模式切换到功能激活的连续操作模式。将设备/系统从休眠模式激励为连续操作模式可以使用精确的无接触措施完成。例如，在汽车应用中，很多系统(例如，头灯、变速器等)可以配置成基于传感器操作，该传感器配置成检测操作状态(例如，关、开、泊车灯、远光灯)。然而，在很多应用中， 在不消耗大电流来实现无接触测量(例如，跨过霍尔板或各向异性磁阻(AMR)传感器)的条件下，难以实现高测量精度。
图I说明运动传感器系统的框图，该运动传感器系统配置成通过检测对应于运动传感器输出的数字信号的斜率产生激励信号。图2是示出此处提供的运动传感器系统的操作的流程图。图3a说明配置成通过检测数字信号的值/幅度的差产生激励信号的运动传感器系统的示例性时序图。图3b说明配置成通过检测一段时间上的连续变化产生激励信号的运动传感器系统(例如对应于运动传感器系统100)的不例性时序图。图4是说明可以在此处提供的运动传感器系统中使用的模拟-数字转换器的更详细的实施例的框图。图5a说明运动传感器系统的框图，示出模拟-数字转换器的更详细的实施例。图5b说明示出斩波偏移和差构建操作如何抵消霍尔板的偏移的信号图。图6说明运动传感器系统的时序图，该运动传感器系统配置成通过检测数字信号的斜率和相关系统电流消耗而产生激励信号。图7说明运动传感器系统的更详细的实施例的时序图，该运动传感器系统配置成通过检测对应于运动传感器输出的数字信号的斜率产生激励信号。图8是具有配置成改变激励电路的操作阶段的外部输入的霍尔传感器系统的框图。图9是配置成向外部系统提供偏移补偿的ADC信号的霍尔传感器系统的框图。图10是示出此处提供的运动传感器系统的操作的更详细的实施例的流程图。
具体实施例方式现在将参考附图描述本发明，其中贯穿附图相似的参考标号用于表示相似的元件，且其中所述结构和设备未按比例绘制。当在此提供时，术语“差”表示变化的绝对幅度(即，正值)。因此，术语差涵盖从第一较低值到第二较高值的变化(正变化)以及从第一较高值到第二较低值的变化(负变化)。 因此，当在此提供时，数字信号中的差可以包含正差和/或负差的绝对值，其中只要差的幅度大于正数字参考值，任一差(绝对值)大于正值数字参考值。为了降低功耗，系统可以配置成在它不使用时进入低功率功能非激活的休眠模式且在它使用时进入高功率功能激活的连续操作模式。为了从一种模式变化到另一种模式， 激励电路可以配置成通过检测磁场的变化感测传感器系统的机械运动的变化。可以通过将检测的磁信号与固定切换点进行比较(例如由此检测高或低磁场)而检测磁场的变化，但是这种方法不允许高电压操作或实施汽车EMC (电磁鲁棒性，例如100V测试脉冲)。因此，对于具有高电磁鲁棒性(例如，高信号精度)的低功率运动传感器存在需要。本发明涉及配置成通过检测(例如测量)对应于运动传感器测量值的数字信号的差执行系统的低功率激励的激励电路。在一个实施例中，低功率激励电路耦合到磁运动传感器，该磁运动传感器配置成输出与测量的磁场成比例的磁信号。低功率激励电路可以包含数字跟踪电路，该数字跟踪电路配置成提供对应于跟踪磁场的磁信号的数字信号。低功率激励电路还包含差检测器，该差检测器配置成测量当前数字信号和存储在数字存储元件中的原先数字信号(即，来自早前时间的数字信号)之间的差。如果数字信号的测量差大于数字参考水平，则产生激励信号以将系统从休眠模式唤醒到连续操作模式。因此，通过数字地跟踪磁信号的变化且将差与数字参考水平进行比较，低功率激励电路配置成以使用简单电路提供电磁鲁棒性和低功耗的方式产生激励电路。图I说明运动传感器系统100的框图，该运动传感器系统100配置成通过检测对应于运动传感器输出信号的数字信号Srae在不同时间的差(例如斜率)产生激励信号SACT。 如图I所示，运动传感器元件102配置成检测物理运动且提供对应于运动的幅度(例如，对应于指示运动的磁场变化)的运动传感器输出传感器信号。在各个实施例中，运动传感器元件102例如可以包含磁传感器(例如，霍尔效应传感器、各向异性磁阻(AMR)磁场传感器、巨磁阻(GMR)磁场传感器)或压力传感器。在一个实施例中，运动传感器元件102可以配置成向数字差检测电路104输出运动传感器输出信号，该数字差检测电路104配置成检测时间上数字信号之间的差(例如，测量运动传感器输出信号的斜率)。在一个实施例中，数字差检测电路104可以包含数字信号跟踪元件110、差检测器112和数字存储元件114中的一个或更多个。在一个实施例中，双阶段操作元件116可以耦合到数字差检测电路，从而通过将数字差检测电路104的元件定时为以低功率模式(例如持续相对延长的时间)和高功率模式(例如持续相对短的时间)交替地操作而允许运动传感器系统100以低功率操作，由此导致平均低功率操作。尤其是，数字信号跟踪元件110配置成跟踪从运动传感器元件102输出的信号的值作为数字信号(例如，产生对应于感测的运动的数字信号)。为了检测数字信号的差，一个或更多原先数字信号(即，来自早先时间的数字信号)存储在数字存储元件114中，使得它们可以与从数字信号跟踪元件110输出的当前数字信号相比较。在一个实施例中，差检测器112配置成通过测量第一时间的第一数字信号值(例如从数字存储元件114接收的)与稍后第二时间的第二数字信号值(从数字信号跟踪元件110接收的)之间的幅度变化检测数字信号的差，以检测数字信号的差。在一个备选实施例中，差检测器112配置成通过检测一段时间数字信号的连续变化(例如，信号的连续增加或信号的连续减小)以检测数字信号的差来检测数字信号的差。 激励信号发生器106配置成从差检测电路104接收差信号且基于接收的差信号选择性地输出唤醒系统108 (例如从休眠模式到连续操作模式)的激励信号SACT。在一个实施例中，激励信号发生器106可以包含锁存，该锁存配置成提供能够激励向系统提供电流的η 沟道晶体管的信号。在一个备选实施例中，激励信号发生器106可以包含配置成将电流驱动到系统或从系统吸收电流的推拉输出。在图2中示出的流程图中描述运动传感器系统100的操作。如上所述，运动传感器系统100可以被定时以低电流等待模式和高电流操作模式操作，其中在高电流操作模式中，数字信号被跟踪且差被计算。在202，模拟运动传感器输出信号被提供到配置成将模拟信号转换成数字信号的数字测量元件。在各个实施例中，模拟运动传感器信号可以包含霍尔传感器信号、AMR传感器信号等。在206，检测数字信号的差。在一个实施例中，可以通过观察在时间段内数字信号在相同方向的连续变化(例如信号的连续向上变化或连续向下变化)检测差，其中连续变化意味着对于该时间段，信号只增不减或者只减不增。在另一实施例中，差可以检测为第一和第二时间之间数字信号的值的差。例如，因为数字信号的斜率等于数字信号值的变化除以时间变化，数字信号的斜率指示两个时间点(例如，隔开100ms)之间数字信号的差。可以通过在数字存储元件114 中存储原先数字运动传感器信号(行为206)且然后通过计算从数字信号跟踪元件110直接提供的当前数字运动传感器信号值和数字存储元件114提供的原先数字运动传感器信号值之间的差(行为208)测量数字信号的斜率。在一个实施例中，数字运动传感器信号在等待操作阶段存储在存储元件204中。在210，检测的差与数字参考水平进行比较。在各个实施例中，数字参考水平可以包含信号值(例如如图3a所示)或时间段(例如如图3b所示)。如果差大于数字参考水平(例如指示运动传感器已经检测到运动)，则激励信号发生器可以输出激励信号以唤醒系统。图3a说明配置成通过检测数字信号的值/幅度的差产生激励信号的运动传感器系统(例如对应于运动传感器系统100)的示例性时序图。尤其是，图形302说明数字信号跟踪元件(例如对应于元件110 )的输出，而图形304形说明差检测器(例如对应于元件112) 的输出。尤其是，图形302中示出的数字信号跟踪元件的输出是对应于运动传感器输出信号的变化的数字信号(例如，指示AMR或霍尔传感器检测的磁场的变化)。通过比较第一时间的数字信号Sdk和稍后时间的数字信号SDrc，能够判断差。如果差大于数字参考水平306， 则图形304中示出的差检测器的输出将被驱动为低，导致系统从休眠模式到连续操作模式的激励(如线308所示)。例如，如图3a所示，第一时间T1与T1和T2之间的稍后时间之间的数字信号Srae的差不大于数字参考水平306且因此差检测器的输出保持高，使得激励信号发生器不唤醒系统。然而，第三时间T3与T3和T4之间的稍后时间之间的数字信号Sdk的差大于数字参考水平306且因此差检测器的输出被驱动为低，使得激励信号发生器在时间T4输出唤醒系统的激励信号。图3b说明配置成通过检测一段时间的连续变化产生激励信号的运动传感器系统 (例如对应于运动传感器系统100)的示例性时序图。如图3所示，如果数字信号被检测为在大于数字参考水平306的时间段期间连续变化(例如，连续增加)，则图形314中示出的差检测器的输出将被驱动为低，导致系统从休眠模式到连续操作模式的激励(如线308所示)。例如，如图3b所示，第一时间T1和稍后第二时间T2之间的数字信号Sdk在不大于数字参考水平306的时间段增加且由此差检测器的输出保持高，使得激励信号发生器不唤醒系统。然而，第三时间！^和稍后第四时间！\之间的数字信号Sdk的差在大于数字参考水平306的时间增加且因此差检测器的输出被驱动为低，使得激励信号发生器在时间T4输出唤醒系统的激励信号。图4说明磁运动传感器系统400的更详细的实施例的框图，该磁运动传感器系统 400配置成通过检测对应于磁运动传感器402的输出的数字信号在时间上的差(例如斜率)
产生激励信号Sact。如图4所示，磁运动传感器402耦合到数字差检测电路404。在一个实施例中，磁运动传感器402可以包含霍尔板,该霍尔板配置成通过使用霍尔效应检测施加的电场的变化检测物理运动，且输出与检测的物理运动成比例的模拟磁信号S·。在这种实施例中，磁运动传感器402 (例如霍尔板)可以通过在霍尔板的一个轴上提供电流且检测在正交轴上感应的电压(输出为与施加的磁场成比例的霍尔信号)检测磁结构(例如永磁体)的运动。在备选实施例中，磁运动传感器402可以包含配置成通过检测施加的磁场的变化检测物理运动的各向异性磁阻(AMR)传感器。本领域技术人员应当意识到，AMR传感器能够以桥的形式布置且具有检测磁结构(例如永磁体)的运动的“巴伯极”(Barber pole)(例如在AMR传感器条顶部上45°金属线)。模拟磁信号Smm被提供到数字差检测电路404，该数字差检测电路404包含模拟-数字转换器(ADC)406、偏移补偿元件408、差检测器410和数字存储组件412。ADC 406 配置成接收模拟磁信号Smm且产生对应于模拟磁信号的数字信号。在一个实施例中，ADC 406可以包含配置成在模拟磁信号Smm的值随时间变化时跟踪其值的跟踪ADC。数字信号被输出到偏移补偿元件408，该偏移补偿元件408配置成从数字信号去除偏移。在一个实施例中，偏移可以包含霍尔板引入的偏移。尤其是，霍尔板典型地可以经历零点偏移，其中在缺少磁场时产生非零输出信号。在这种实施例中，偏移补偿元件408可以配置成通过操作电流自旋(spin)方法减小零点偏移，其中对于相对于旋转(例如45°、 60°等)具有对称接触的霍尔板，电流的方向通过接触交换(commutation)离散地自旋。通过平均连续霍尔电压，可以减小偏移。在备选实施例中，偏移例如还可以包含ADC (例如， ADC的比较器)引入的偏移。在另一实施例中,偏移可以包含AMR磁传感器引入的偏移。在这种实施例中,偏移补偿元件408可以配置成通过操作“翻转技术”作为偏移补偿技术以去除AMR传感器产生的偏移来减小偏移。翻转技术可以在短的时间段向与AMR传感器相邻(例如在顶部上)的线圈注入高电流。从线圈输出的磁场翻转AMR传感器的输出信号以产生来自AMR传感器的斩波效应。例如，片上线圈可以沿着传感器的每个轴向AMR传感器产生IOOmA电流脉冲lus。 因而，通过改变(即翻转)AMR传感器的输出信号极性，能够补偿偏移。偏移补偿的数字信号从提供的偏移补偿元件408输出到差检测器410和数字存储元件412。数字存储元件412配置成存储随时间变化的偏移补偿数字信号值。差检测器 410配置成判断当前偏移补偿数字信号值和原先偏移补偿数字信号值之间的差。如图4所
7示，一个或更多原先偏移补偿数字信号可以存储在数字存储元件412中且然后提供到差检测器410，该差检测器410还从偏移补偿元件408接收当前偏移补偿数字信号以判断时间上
数字信号的差。在一个实施例中，检测的差可以与数字参考水平进行比较且可以基于比较产生包含不同偏移补偿数字信号的差的差信号SDIF。如果检测的差大于数字参考水平，则差检测器 410可以配置成向激励信号发生器414输出指示系统420要激励(例如唤醒到连续操作模式)的差信号SDIF。如果检测的差小于数字参考水平，则差检测器410可以配置成向激励信号发生器414输出指示系统420将保持休眠模式的差信号SDIFF。在一个实施例中，激励信号发生器414可以包含锁存416和开关418。在一个这种实施例中，锁存416可以配置成存储要提供到开关418 (例如输出晶体管)的数字输出信号 Srae(例如，栅极电压)，以告诉开关418它要导通或截止(例如，激励系统或不激励系统)。例如，锁存416可以配置成从差检测器410接收差信号Sdiff，其中只要检测的差小于数字参考水平，则差信号Sdiff为低，且如果检测的差大于差参考水平，则差信号Sdiff为高。因为只要差信号Sdiff为高锁存416将保持在低输出，则锁存的输出将保持相同。然而，当差信号Sdiff 从高值变成低值时，它将导致锁存的输出改变状态，导通开关418且改变系统420的操作模式(例如将系统从休眠模式唤醒到连续操作模式)。在一个实施例中，开关418可以包含晶体管器件(例如η沟道晶体管器件)，使得锁存416的输出包含控制晶体管的操作的栅极电压。 在一个实施例中，偏移补偿元件408判断的偏移值可以被数字地存储(例如，在数字存储元件412中)以连续应用于ADC的输出。例如，如果偏移值由偏移补偿元件408判断，它可以用在下一操作阶段消除磁传感器的偏移。计算的偏移值的重新使用可以提供偏移补偿而不必执行偏移补偿技术，由此减小或去除偏移以提供信号的较快获取且导致激励过程中(例如，在获取偏移信号中)时间和能量的节省。图5a说明用于运动检测器的激励电路500 (尤其具有模拟_数字转换器(ADC)的更详细的实施例)的框图。如图5a所示，ADC 504包含比较器506、数字逻辑元件508和电流导引数字-模拟转换器(DAC) 510。在一个实施例中，比较器506可以包含配置成接收差分输入电压的感测电阻器。 具有一个或更多电流源的电流导引DAC 510可以配置成在比较器506的感测电阻器两端产生差分输入电压，使得霍尔板提供的缓冲差分输入电压可以由电流导引DAC提供的电流补偿(例如因为I*R=V)。因此，输入电压被复制到比较器的感测电阻器且同时电流导引DAC交叠输入信号与相对信号，使得在跟踪算法结束时信号被补偿。在一个实施例中，其中ADC配置成执行步进跟踪(例如在每一步ADC计算至少一个显著的差)，在一个实施例中，数字逻辑元件508可以包含向上/向下计数器。在这种实施例中，向上/向下计数器可以配置成从比较器接收数字比较器信号，该数字比较器信号驱动向上/向下计数器的操作。基于比较器信号，向上/向下计数器将增加或减小其状态，从而产生导致DAC的输出跟踪霍尔板的输出的数字ADC输出信号(例如，增加数字ADC输出信号的“向上计数”模式或减小数字ADC输出信号的“向下计数”模式)。因此，向上/向下计数器在适当方向计数以跟踪从霍尔板输出的磁信号。在一个实施例中，布置在ADC 504上游的一个或更多开关512可以配置成选择性地耦合霍尔板502的轴到ADC 504以执行电流自旋方法。例如，如图5a所示的霍尔板502 配置成根据时钟阶段之间的90 旋转操作。再者，ADC 504 (例如，包含配置成执行偏移补偿的数字逻辑)可以产生包含第一霍尔电压(例如具有正值)的第一斩波信号和包含第二霍尔电压(例如具有负值)的第二斩波信号之间的差。然后通过从第二斩波信号减去第一斩波信号执行解调，由此消除霍尔电压的偏移。换句话说，一个或更多开关512可以通过以斩波频率切换霍尔板502的输出用作斩波解调电路的第一斩波放大器，这有效地交替地从引入的霍尔信号增加偏移值(例如 IOmV)和减去偏移值(例如-10mV)。由于交换，这种斩波以斩波频率产生调制的斩波信号。 ADC 504可以用作滤波器，该滤波器配置成去除AC偏移成分且将调制的斩波信号解调回到基带。因为开关配置成在时域中执行斩波偏移差构建，运动传感器(例如AMR传感器，霍尔板)的偏移被消除。这去除了(例如，模拟解决方案中的温度变化或泄露导致的)不稳定偏移的影响，因为不稳定偏移被消除。图5b说明示出差构建和斩波偏移的性能如何能够消除霍尔板的偏移的一个示例的信号图516。具体而言，图形518说明从霍尔板输出的信号522和偏移524，而图形520 说明ADC 504 (例如，如图4所示的包含偏移补偿电路的ADC内的数字逻辑元件408)产生的数字差。尽管图5b涉及霍尔板自旋方法，应当意识到斩波偏移和差构建的一般性思想可以类似地应用于AMR传感器。在第一时钟阶段530期间，接触C1和C3耦合到第一电流源514a，而一个或更多开关512可以配置成耦合接触C2和C4到ADC 504以产生具有第一极性的霍尔电压(例如正霍尔电压)。具有正偏移值524a的正霍尔电压522a从霍尔板502递送到ADC 504。所得到的正霍尔电压522a和正偏移524a的和被跟踪为数字信号526，该数字信号526具有比正霍尔电压522a大的绝对幅度(因为偏移为正，且与霍尔电压具有相同符号)。在第二时钟阶段532期间，接触C2和C4耦合到第二电流源514b，而一个或更多开关512可以配置成耦合接触C3和C1到ADC 504以产生具有第二极性的霍尔电压(例如负霍尔电压)。具有正偏移值522b的负霍尔电压522b从霍尔板502递送到比较器506。所得到的负霍尔电压522b和正偏移524b的和被跟踪为数字信号526，该数字信号526具有比负霍尔电压522b小的绝对幅度(因为偏移保持正，且与霍尔电压具有相反的符号)。图形520形说明在存储在数字存储中包含第一霍尔电压(例如具有正值)的第一斩波信号526和包含第二霍尔电压的第二斩波信号528之间(例如通过ADC 504的数字逻辑元件508)构建的差536。因为偏移在第一和第二时钟阶段530和532保持相同的符号，偏移信号消除(例如，在时钟阶段532，偏移信号524通过差构建去除)，导致具有两倍于信号幅度但是没有偏移的数字信号。图形520类似地说明在第三时钟阶段534期间通过斩波信号的差构建的偏移值的消除。发明人意识到，如此处所提供，差构建意味着包含备选过程，该备选过程执行偏移消除的相同一般性过程，但是可以通过改变一个或更多信号极性改变过程(例如，加和过程)。例如，在一个备选实施例中，不是通过在第一时钟阶段530的正霍尔电压522a和第二时钟阶段532的负霍尔电压522b之间产生正差(例如对应于534)的开关的差构建，开关可以配置成产生在时钟阶段530和532具有相反极性(例如正和负)的偏移，所以加和(而不是差构建)用于消除偏移。应当意识到，在一些实施例中，电路可以不使用执行斩波或自旋的开关操作。例如，如果激励电路配置成使用短等待时间(例如Ims)操作，则偏移误差变化(例如温度变化导致)是可忽略的且斩波可以省略。图6说明运动传感器激励电路的时序图600，尤其说明了操作模式，其中该运动传感器激励电路配置成通过检测数字信号之间的差产生激励信号。具体而言，图6说明示出外部电路的电流消耗的第一图形610以及示出ADC (例如对应于图4中的ADC 406)的输出的第二图形612。在一个实施例中，激励电路可以以两阶段操作方法操作，该两阶段操作方案包含 “高电流”操作阶段602和“低电流”等待阶段604 (例如，其中如下面的图7所示，低功率振荡器的电流消耗保持)。两个阶段的使用导致系统的相对低的平均系统操作电流，由此减小系统的功耗(例如，图形610的平均电流消耗相对低)。具体而言，在操作阶段602期间，差检测元件检测数字信号的斜率且将数字信号值的变化与数字参考水平608进行比较。如果数字信号值的变化小于数字参考水平608 (例如，对应于磁场的O. 5mT的变化)，则磁场不发生变化或者磁场的变化太小而不能检测运动，且系统保持在相同的状态。然而，如果数字信号值的变化超过了数字参考水平608，则磁场的变化被检测且系统在操作阶段结束时(例如在时间T4)被唤醒。在等待阶段604期间，比较停止且数字信号值被存储，使得系统的电流消耗减小到低电流消耗(例如，微安培)。在一个特定示例中，与操作时间相比，等待时间相对长。例如，极低功耗可以使用振荡器控制的时序方案实现，以操作激励电路约50us，接着是具有激励电路的最小电流消耗的将近130ms的等待阶段。因为与操作时间相比长的等待时间，整体平均电流稍高于等待电流。如图6所示，在第一操作阶段602a期间，ADC试图跟踪从运动传感器输出的磁信号，但是不能检测比数字参考水平大的数字信号的变化，且因而不唤醒系统。在一个实施例中，跟踪ADC可以识别故障以到达作为稳定/触发(toggling)数字信号的数字参考水平。 例如，因为数字信号在数字值附近(当它经过时间T2时)触发，它指示稳定的数字信号且不发生系统唤醒。在第二操作阶段602b，ADC试图跟踪磁信号，但是因为磁信号在操作时间期间连续上升(例如不触发)，它检测到数字信号大于数字参考水平608，且因此不是关闭，激励电路切换到使得数字信号被跟踪的较长操作时间。较长的操作时间使得激励电路知道数字信号(例如磁场变化)超过数字参考水平且因此在该阶段结束时它将导通输出开关(例如输出晶体管)以唤醒系统。换句话说，如果差检测被识别，则激励电路可以唤醒系统，但是如果自适应ADC跟踪不到达最终值，则操作阶段602b的长度可以一直增加，直到ADC识别最终值。在一个实施例中，当系统唤醒时，ADC可以从步进跟踪模式切换到连续近似模式， 其中不是以二元序列向上计数，ADC通过从最高有效位开始且在最低有效位结束发现信号。 在备选实施例中，当系统唤醒时，ADC能够从步进跟踪模式切换到自适应跟踪模式，其中 ADC配置成以η步增量跟踪，其中η = 2、4、8等。图7说明传感器系统700的更详细的实施例，该传感器系统700配置成通过检测对应于运动传感器输出的数字信号的差产生激励信号。如上所述(例如图5)，霍尔传感器系统具有包含霍尔板702、开关704、ADC 706和数字信号组件708(包含偏移补偿元件，差检测器)的信号链。数字参考水平源726配置成向差检测器提供数字参考水平。在一个实施例中，数字参考水平源726可以包含激励电路内的存储元件(例如，数字存储元件)。在备选实施例中，数字参考水平源726可以包含诸如微处理器的外部源，其配置成向激励电路发送/ 在激励电路中编程数字参考水平。图7还说明配置成驱动电路的信号链的操作的振荡器电路712和714。超低功率振荡器712可以配置成在等待模式中操作为系统的时钟，而快速振荡器714配置成在操作阶段驱动ADC、偏移补偿和差检测器。因此，超低功率振荡器712控制激励时间和等待时间。 在激励时间期间，快速振荡器714激励为用作电路的数字部分(例如，ADC转换器，接收ADC 的输出的数字路径)的时钟发生器，而在等待模式，快速振荡器714关闭。在一个实施例中，超低功率振荡器712可以配置成在等待阶段操作以定时输出锁存716，使得等待阶段的最小电流消耗是源于来自超低功率振荡器的激励电路的最小电流消耗。因此，在等待阶段期间，超低功率振荡器712向锁存716和数字存储710提供电压。再次参考图7，如上所述，锁存716配置成产生提供到包含晶体管器件718(例如，η 沟道晶体管)的开关的信号。在一个实施例中，锁存716的输出可以包含施加于晶体管718 的栅极的电压。在系统中(例如汽车应用中)存在高电压的一个实施例中，一个或更多高电压保护电路720、722可以配置成从高电压和/或反向电池电压保护激励电路的电路组件。例如， 如图7所示，超低功率振荡器712和信号路径(例如元件702-708)可以配置成以低电源电压(例如1.5V至3V之间)操作。因此，超低功率高电压和反向电压保护电路722配置成拒绝高电压或反向电池电压(例如，当电池安装为在相反方向应用电池极性时可能发生)到达超低功率振荡器712且高电压和反向电压保护电路720配置成拒绝高电压和/或反向电池电压到达信号路径702-708。因此，高电压和反向电压保护电路720、722保护激励电路免受由高和/或反向电池电压可能发生的损坏。在一个实施例中，高压保护电路720和/或722可以包含以最小电源电流提供低电压电源电压的耗尽MOS晶体管或JFET晶体管。在备选实施例中，高压保护电路720和/ 或722可以包含高电压耗尽晶体管或一个或更多二极管(例如肖特基二极管)，其中在一个或更多二极管的Pn结配置成阻断具有错误极性的电池电压时，高电压耗尽晶体管配置成拒绝高压。在一个实施例中，超低功率电压保护电路722可以向锁存716和/或数字存储710 提供保护电压，因为锁存716和/或数字存储710耦合到高功率和反向电压保护。例如，线 724配置成提供能够在等待阶段和操作阶段没有附加电流消耗地在锁存716和/或数字存储710中存储信息的超低电压。图8是具有配置成改变激励电路的操作阶段的外部输入802的传感器系统的框图，该传感器系统配置成产生此处提供的激励信号。输出晶体管可以配置成激励外部系统(例如微处理器)。在一个实施例中，一旦激励，外部系统可以配置成通过向激励电路提供外部信号控制激励电路的操作阶段(例如，如图6所示导致激励电路从等待模式进入操作模式)。在一个实施例中，外部信号从外部输入 802提供来激励数字信号路径804。在一个备选实施例中，外部信号可以从外部输入802提供以例如激励诸如ADC 806和/或偏移补偿电路808之类的激励电路的一个或更多特定组件。在一个实施例中，一旦激励，外部系统可以配置成在外部输入802输入导致激励电路进入连续操作模式的外部信号。在又一实施例中，一旦激励，外部系统可以配置成在外部输入802输入导致ADC的操作模式变化(例如，从跟踪模式到连续操作模式)的外部信号。图9是配置成从激励电路900向外部系统提供信息的霍尔传感器系统的框图。在一个实施例中，在系统开启之后，激励电路900可以配置成在数字输出906向外部系统输出附加信息。例如，如图9所示，偏移补偿ADC转换器信号可以从偏移补偿器902的输出提供到数字输出906 (经由连接线904)和/或差信号或斜率可以从差检测器输出到数字输出 906 (经由连接线910)。诸如ADC输出和/或差信号的附加信息可以提供运动传感器感测的磁体的真实位置和/或磁体的运动的幅度(例如，磁场值的幅度的变化)。在从差检测器提供到系统的斜率指示在磁传感器的运动中发生缓慢变化的一个实施例中，由于缓慢的变化速度，系统可以拒绝激励信号。图10是示出具有如此处提供的磁传感器的激励电路的操作的更详细的实施例的流程图。尽管方法1000在下文中说明和描述为一系列行为或事件，应当意识到，这种行为或事件的所述顺序不应以限制意义理解。例如，一些行为可以以不同顺序发生和/或与此处描述和/或公开所不同的其他行为或事件同步发生。另外，可能并不要求所有说明的行为来执行此处公开的一个或更多方面或实施例。而且，此处示意的一个或更多行为可以以一个或更多分离的行为或阶段实施。再者，权利要求的主题可以实现为方法、设备、或利用标准编程和/或工程技术的制品，以生产软件、固件、硬件或其组合以控制计算机以实现公开的主题(例如，图1、3中示出的电路等是可以用于实现方法1000的电路的非限制性示例)。当在此使用时，术语“制品”旨在涵盖可以从任意计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。当然，本领域技术人员将意识到可以对所述配置做出很多修改而不偏离权利要求的主题的范围或精神。在1002，产生与从磁运动传感器提供的磁信号成比例的数字信号。在1004，对数字信号执行偏移补偿。在各个实施例中，偏移补偿可以去除由于零点霍尔偏移或AMR偏移产生的偏移。例如，在包含霍尔传感器的激励电路中，可以通过本领域中已知的电流自旋技术去除偏移，而在包含AMR传感器的激励电路中，可以通过本领域中已知的“翻转技术”去除偏移。另外，偏移补偿例如可以去除ADC和/或比较器产生的补
\-ΖΧ ο在1006，数字信号被数字地存储。为了检测运动传感器输出信号的差，原先数字信号值存储在数字存储元件中，使得它们可以与从数字信号跟踪组件输出的新数字信号值进行比较。在以两阶段低功率操作模式操作方法的一个实施例中，与可以不在等待操作阶段中执行的方法的其他行为(例如1004，1008)相比，在等待操作阶段数字地存储数字信号。在1008，计算当前数字信号和原先数字信号之间的差。在1010，该差与数字参考水平进行比较且产生差信号。在1012，可以基于差信号产生激励信号。在一个实施例中，如图6所述，其中激励信号配置成在高电流操作阶段和低电流
12等待阶段操作。在这种实施例中，行为1006、1008-1012可以在高电流操作阶段内执行，而数字磁信号的存储可以在高电流操作阶段和低电流等待阶段完成。尽管已经参考一个或更多实现方式说明和描述了本发明，可以在不偏离所附权利要求的精神和范围的条件下对所述示例做出变更和/或修改。尤其是，关于上述组件或结构(例如，套件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这种组件的术语(包括对于 “装置”的引用)，除非明确说明，否则旨在对应于执行所述组件的特定功能(例如功能相等) 的任意组件或结构，尽管这些组件并不结构等价于在本发明此处所述的示例性实现方式中执行功能的公开的结构。另外，尽管已经参考若干实现方式仅其中之一公开了本发明的特定特征，这种特征可以与其他实现方式的一个或更多其他特征组合，对于任意给定或特定应用，这可能是需要且有利的。再者，某种程度而言，在详细描述和权利要求中使用术语“包括”、“包含”、“具有”、“具”、“含有”及其变型，这些术语旨在以类似于术语“包含”的方式被包括。
权利要求
1.一种电路,包括运动传感器元件，配置成向数字差检测电路输出对应于检测的运动的运动传感器输出信号;其中，该数字差检测电路包括数字测量元件，配置成跟踪运动传感器输出信号且产生数字信号；数字存储元件，配置成存储对应于随时间产生的运动传感器输出信号的一个或更多原先数字信号；以及差检测器，配置成检测当前数字信号和原先数字信号之间的差，其中如果差大于数字参考水平，则该差检测器使激励信号发生器产生将系统从休眠模式唤醒的激励信号。
2.根据权利要求I所述的电路，其中数字测量元件包括模拟-数字转换器，该模拟-数字转换器配置成通过将运动传感器输出信号转换成对应于感测的运动的数字信号跟踪运动传感器输出信号。
3.根据权利要求2所述的电路，还包括双阶段操作元件，该双阶段操作元件配置成使得数字差检测电路根据两阶段操作模式操作，两阶段操作模式包括操作阶段，具有第一电流消耗，在该阶段期间模拟-数字转换器跟踪运动传感器输出信号且差检测器测量运动传感器输出信号的变化；以及低功率等待阶段，其中模拟-数字转换器和差检测器不被供电。
4.根据权利要求2所述的电路，还包括一个或更多开关，布置在运动传感器元件和数字差检测电路之间，该一个或更多开关配置成以提供包括偏移的第一斩波信号和包括偏移的第二斩波信号的频率操作，其中该数字差检测电路可以通过从第一和第二斩波信号构建调制数字信号消除偏移。
5.根据权利要求4所述的电路，其中该差检测器配置成通过比较不同时间的数字信号值以测量数字信号幅度的变化来检测数字信号的差，其中如果数字信号幅度的变化大于数字参考水平，则激励信号发生器产生激励信号。
6.根据权利要求4所述的电路，其中该差检测器配置成通过检测连续向上变化一定时间或连续向下变化一定时间检测数字信号的差，其中如果连续变化的时间大于数字参考水平，则激励信号发生器产生激励信号。
7.—种激励电路,包括磁运动传感器，配置成输出与测量的磁场成比例的磁信号；数字差检测电路，配置成根据包括低功率等待阶段和操作阶段的低功率模式操作，其中在操作阶段，数字差检测电路将当前数字信号与存储在数字存储元件中的原先数字信号进行比较以检测数字信号的差，其中如果数字信号的差大于数字参考水平，则差检测电路使激励信号发生器产生将系统从休眠唤醒的激励信号，并且其中在等待阶段，数字信号被存储。
8.根据权利要求7所述的激励电路，其中该数字差检测电路包括模拟-数字转换器，配置成通过将磁信号转换成对应于磁场的数字信号跟踪测量的磁场；以及差检测器，配置成测量数字信号的差且输出包括关于数字信号的差的幅度的信息的差信号。
9.根据权利要求8所述的激励电路，其中在系统被激励之后，从模拟-数字转换器输出的数字信号或差检测器的差信号输出能够输出到系统。
10.根据权利要求8所述的激励电路，其中在系统被激励之后，模拟-数字配置成从步进跟踪模式变化到连续操作模式或自适应跟踪模式。
11.根据权利要求8所述的激励电路，其中该模拟-数字转换器包括比较器，配置成从磁运动传感器接收差分输入电压输出；数字跟踪电路，配置成实现磁信号的数字跟踪；以及数字模拟转换器，配置成补偿比较器的差分输入电压。
12.根据权利要求8所述的激励电路，还包括偏移补偿电路，该偏移补偿电路位于模拟-数字转换器和差检测器之间且配置成去除磁信号的偏移，使得差检测器将第一偏移补偿信号与第二偏移补偿信号进行比较。
13.根据权利要求12所述的激励电路，还包括布置在磁运动传感器和模拟-数字转换器之间的一个或更多开关，该一个或更多开关配置成以实现电流自旋方法的斩波频率选择性地操作以提供包括偏移的第一斩波信号和包括偏移的第二斩波信号，其中该数字差检测电路可以通过从第一和第二斩波信号构建调制数字信号消除偏移。
14.根据权利要求12所述的激励电路，还包括超低功率振荡器，配置成在等待阶段操作为用于激励电路的时钟；以及快速振荡器，配置成在操作阶段驱动模拟-数字转换器、偏移补偿元件和差检测器。
15.根据权利要求7所述的激励电路，其中操作阶段能够从外部于激励电路的系统或通过实现稳定数字信号而初始化。
16.根据权利要求7所述的激励电路，还包括配置成拒绝高电压或反向电池电压的一个或更多高电压保护电路。
17.根据权利要求16所述的激励电路，其中高电压保护电路包括以最小电源电流为超低功率振荡器和锁存和数字存储元件提供低电压电源电压的耗尽MOS晶体管或JFET晶体管。
18.根据权利要求7所述的激励电路，其中数字参考水平从外部于激励电路的设备提供到激励电路。
19.一种用于从休眠激励系统的方法，包括产生与测量的磁运动传感器信号成比例的数字信号；检测当前数字信号和存储在数字存储元件中的原先数字信号之间的差；以及将检测的差与数字参考水平进行比较，其中如果差大于数字参考水平，则激励信号将系统从休眠模式唤醒。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括执行偏移补偿以去除磁运动传感器信号的偏移，其中偏移补偿包括计算运动传感器的偏移值之间的差；以及产生具有调制幅度的斩波信号，该调制幅度基于偏移值之间的差；其中第一偏移补偿信号与第二偏移补偿信号进行比较。
全文摘要
本发明的一个实施例涉及通过测量对应于运动传感器测量值的数字信号的斜率执行系统的低功率激励的方法和设备。在一个实施例中，低功率激励电路耦合到磁运动传感器，该磁运动传感器配置成输出与测量的磁场成比例的磁信号。该低功率激励电路可以包括配置成提供跟踪磁场的数字信号的数字跟踪电路以及配置成检测当前数字信号和存储在数字存储装置中的原先数字信号之间的差的差检测器。如果检查的差大于数字参考水平，则输出将系统从休眠模式唤醒的激励信号。
文档编号G01R33/07GK102590767SQ20121000947
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月13日 优先权日2011年1月14日
发明者M.莫茨 申请人:英飞凌科技股份有限公司