專(zhuān)利名稱(chēng)：電子感測(cè)電路的制作方法
在對(duì)模擬傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行電子處理時(shí)，未知的偏移電壓或甚至漂移偏移電壓經(jīng)常帶來(lái)問(wèn)題。為了獲得能夠被數(shù)字化處理的信息，諸如關(guān)于感測(cè)信號(hào)跨越預(yù)定電平的時(shí)刻的信息，或者關(guān)于在給定時(shí)刻相對(duì)于預(yù)定電平來(lái)說(shuō)感測(cè)信號(hào)的電平的信息，該感測(cè)信號(hào)必須與參考電平進(jìn)行比較。參考電平中的偏移電壓，以及將參考電平與感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較的比較器電路中的偏移電壓都會(huì)混淆該比較。
參考電壓漂移問(wèn)題的一種解決方案是定義與感測(cè)信號(hào)呈現(xiàn)的最大電平和最小電平相關(guān)的參考電平。這對(duì)于在最大值和最小值之間反復(fù)變化的感測(cè)信號(hào)特別有用，其中該感測(cè)信號(hào)是被感測(cè)參數(shù)的函數(shù)。采用模擬和數(shù)字解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案都是可以的。在模擬解決方案中，可以使用帶有二極管和電容的峰值電平檢測(cè)器來(lái)建立最小值和最大值，并且將該峰值電平檢測(cè)器與分壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，從確立的最小值和最大值中產(chǎn)生參考電平?？上У氖?，這樣的解決方案受到電流泄漏問(wèn)題的影響，這在傳感器電路經(jīng)常遇到的高溫環(huán)境中尤其嚴(yán)重。
在數(shù)字解決方案中，進(jìn)行信號(hào)的A/D切換，最小數(shù)字值和最大數(shù)字值被確定并用于計(jì)算參考電平。在數(shù)字的后處理解決方案中，這種方式可以用于其他數(shù)字化值的數(shù)字縮放，但是這樣的后處理不能精確地確定感測(cè)信號(hào)跨越預(yù)定電平的時(shí)刻；并且該解決方案需要具有高分辨率。在另一實(shí)施例中，使用最小數(shù)字值和最大數(shù)字值數(shù)字地計(jì)算參考電平，該計(jì)算出的參考電平被轉(zhuǎn)換回模擬值，并以模擬方式與感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較。這樣，能夠保持轉(zhuǎn)換定時(shí)。但是，這樣的解決方案包括大量的電路開(kāi)銷(xiāo)，也還可能遭受比較器中偏移的影響，該比較器將感測(cè)信號(hào)與產(chǎn)生的參考電平進(jìn)行比較。
本發(fā)明的其中一個(gè)目的是提供一種電子感測(cè)電路，用于定義與感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較的參考電平，該感測(cè)信號(hào)不受模擬解決方案中固有的未知偏移或漂移的影響，也不需要完全的數(shù)字解決方案的高開(kāi)銷(xiāo)。
本發(fā)明提供了一種如權(quán)利要求1所述的電子感測(cè)電路。該電路將感測(cè)信號(hào)與參考電平進(jìn)行比較，其中使用最小值和最大值產(chǎn)生該參考電平。在該電路中，利用同一比較器執(zhí)行所有關(guān)鍵的比較，即確定最小值和最大值，以及將感測(cè)信號(hào)與參考電平進(jìn)行比較。這樣，該比較器的任何偏移都不會(huì)影響結(jié)果。在感測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期中，該電路在相對(duì)電平檢測(cè)模式和跟蹤模式之間切換，以確定最小值和最大值。利用D/A轉(zhuǎn)換器電路產(chǎn)生最大值和最小值。在向上和向下跟蹤模式中，由第一和第二數(shù)字控制信號(hào)值確定的信號(hào)分別作為參考電平提供至比較器，并且相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器電路只在各自的方向上跟蹤感測(cè)信號(hào)的變化，直到比較器指示感測(cè)信號(hào)分別低于和高于所提供的參考電平。
優(yōu)選地，使用第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路產(chǎn)生響應(yīng)于各個(gè)控制信號(hào)值的最大值和最小值。這會(huì)減小轉(zhuǎn)換誤差的影響。在向上和向下跟蹤模式中，由第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路的輸出控制的信號(hào)，分別作為參考電平提供至比較器，并且相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器電路只在各自的方向上跟蹤感測(cè)信號(hào)的變化，直到比較器指示感測(cè)信號(hào)分別低于和高于提供的參考電平。
在相對(duì)電平檢測(cè)模式中，在向上和向下跟蹤模式中作為參考電平提供的信號(hào)的平均值，被作為參考電平提供至比較器。優(yōu)選地，這些信號(hào)在平均值中權(quán)重相同，但是在其他實(shí)施例中，例如，如果使用比較器將感測(cè)信號(hào)與相對(duì)于最小值和最大值來(lái)說(shuō)的多電平進(jìn)行比較，其中該多電平是多比特A/D轉(zhuǎn)換的一部分，也可以使用不相等的權(quán)重。優(yōu)選地，在向上和向下跟蹤模式中作為參考電平提供的信號(hào)分別唯一的由第一D/A轉(zhuǎn)換器電路或第二D/A轉(zhuǎn)換器電路確定，而不受另一D/A轉(zhuǎn)換器電路的影響。但是，如果作為參考電平提供的信號(hào)具有交叉相關(guān)，也不會(huì)影響結(jié)果。優(yōu)選地，該電路保持在相對(duì)電平檢測(cè)模式中，直到比較器指示感測(cè)信號(hào)已經(jīng)跨越提供的參考電平。
優(yōu)選地，如果向上跟蹤達(dá)到的電平低于前一向上跟蹤模式期間呈現(xiàn)的值，并且如果向下跟蹤達(dá)到的電平高于前一向下跟蹤模式期間呈現(xiàn)的值，則布置控制電路，在切換至跟蹤模式之時(shí)或之前，復(fù)位D/A轉(zhuǎn)換器電路的數(shù)字控制值，其中在該跟蹤模式中，D/A轉(zhuǎn)換器跟蹤感測(cè)信號(hào)。這樣，關(guān)于感測(cè)信號(hào)的最大值和最小值的暫時(shí)變化可以被考慮在內(nèi)。優(yōu)選地，數(shù)字控制值被復(fù)位至最小可能值和最大可能值。但是在一個(gè)實(shí)施例中，它們可以被復(fù)位至更小的范圍，例如通過(guò)降低或升高預(yù)定數(shù)量的數(shù)字步長(zhǎng)。這樣，可以提供保護(hù)來(lái)避免由于局部最小值或最大值引起的誤差。
優(yōu)選地，在比較器的輸出端提供鎖存器，在相對(duì)電平檢測(cè)模式下，允許該鎖存器傳遞比較器的輸出信號(hào)，在跟蹤模式下，該鎖存器保持前一個(gè)信號(hào)。這樣，參考電平選擇機(jī)制對(duì)于鎖存器后面的電路是透明的。
優(yōu)選地，當(dāng)檢測(cè)到感測(cè)信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過(guò)最大值或最小值時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行從跟蹤模式切換至相對(duì)電平檢測(cè)模式。這可以通過(guò)例如以下方式實(shí)現(xiàn)分別在向上和向下跟蹤模式中，檢測(cè)到D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)在預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有必須的向上或向下的改變。在另一實(shí)施例中，這通過(guò)以下方式檢測(cè)分別在向上和向下跟蹤模式中，檢測(cè)感測(cè)信號(hào)是否下降至或上升至低于或高于最大值或最小值且超過(guò)一個(gè)閾值。有利地，使用比較器執(zhí)行必要的比較，這些比較用于切換至相對(duì)電平檢測(cè)模式，并且，該比較器也用于建立最大值和最小值以及相對(duì)電平檢測(cè)。但是，由于這些比較在相對(duì)電平檢測(cè)期間不會(huì)直接影響參考電平，所以可以使用其他的比較器而不影響偏移。
將利用附圖，以非限制方式描述本發(fā)明的這些和其他的目的以及有利的方面。


圖1表示傳感器電路；圖2表示感測(cè)中包含的信號(hào)；圖3表示傳感器電路的感測(cè)部分；圖4表示數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路；圖5表示組合器電路；圖6表示控制電路；圖7表示另一控制電路；
圖8表示傳感器電路的一部分。
圖1表示傳感器電路，該傳感器電路具有感測(cè)部分10，比較器12，一對(duì)數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器電路14a，b，可開(kāi)關(guān)組合器電路16，控制電路18和鎖存器19。D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b具有模擬信號(hào)輸出，該輸出連接至組合器電路16。感測(cè)部分10和可開(kāi)關(guān)組合器電路16的輸出連接至比較器12的輸入，該比較器的輸出連接至鎖存器19?？刂齐娐?8的輸入連接至比較器12的輸出，控制電路18的數(shù)字信號(hào)輸出連接至D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的輸入、可開(kāi)關(guān)組合器電路16以及鎖存器19。
運(yùn)行時(shí)，感測(cè)部分產(chǎn)生感測(cè)信號(hào)，該感測(cè)信號(hào)具有擺動(dòng)性質(zhì)，在最小值和最大值之間上下往復(fù)。相關(guān)信息包含在感測(cè)信號(hào)跨越最小值和最大值之間的中間電平的時(shí)刻中。
在一個(gè)實(shí)施例中，在與感測(cè)部分10的感測(cè)信號(hào)跨越預(yù)定電平的時(shí)刻成固定關(guān)系的時(shí)刻處，傳感器電路使鎖存器19的輸出進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，其中該預(yù)定電平是相對(duì)于感測(cè)部分10的感測(cè)信號(hào)的最大值和最小值來(lái)說(shuō)的預(yù)定電平(通常是一半電平)。應(yīng)該注意，使用這種單一電平(通常是一半電平)是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的一種重要應(yīng)用，但是其他的應(yīng)用也是可以的，在其他的應(yīng)用中，可以與關(guān)于最小值和最大值定義的多個(gè)電平進(jìn)行比較。這可以用于，例如多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。類(lèi)似地，在一個(gè)應(yīng)用中，保存與電平跨越之間的精確時(shí)間關(guān)系是很重要的，但是在其他應(yīng)用中，確定感測(cè)信號(hào)在特定時(shí)刻是否高于或低于一個(gè)電平已足夠。在這種情況下，不需要保存電平跨越的時(shí)間。
所有關(guān)鍵的比較，即用于確定最小值和最大值的比較，以及與相對(duì)于最小值和最大值定義的電平(諸如一半電平)的任意比較都由比較器12完成，以至于比較器12中如果有任何偏移的話，該偏移對(duì)時(shí)刻的確定沒(méi)有影響。優(yōu)選地，使用一個(gè)比較器12完成所有需要的比較，但是在不脫離本發(fā)明的情況下，一些比較可以由其他比較器執(zhí)行，這些比較不直接影響與感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較的電平。
圖2表示感測(cè)部分10的感測(cè)信號(hào)20的一個(gè)例子，該感測(cè)信號(hào)具有最大值22，最小值23以及中間電平21?？刂齐娐吩诟鱾€(gè)時(shí)間間隔28a-d中，周期地呈現(xiàn)4個(gè)狀態(tài)。
在時(shí)間間隔28a期間呈現(xiàn)的向上跟蹤狀態(tài)中，控制電路18使第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a跟蹤感測(cè)信號(hào)20的向上變化。在該狀態(tài)中，控制電路18使組合器電路16輸出來(lái)自第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的電壓。比較器12將該電壓與感測(cè)部分10的感測(cè)信號(hào)20進(jìn)行比較。如果比較器12的輸出信號(hào)指示來(lái)自第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的電壓低于感測(cè)信號(hào)20，則控制電路18逐步增加第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的數(shù)字輸入信號(hào)，直到比較器12指示第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的電壓高于感測(cè)信號(hào)20。在該向上跟蹤狀態(tài)中，控制電路18使鎖存器19保持它的邏輯輸出值(邏輯高值)。當(dāng)控制電路18切換至向上跟蹤狀態(tài)時(shí)，它首先復(fù)位第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的數(shù)字輸入信號(hào)至低于最大值的一個(gè)電平，該電平通常采取最低的可能電平。
在時(shí)間間隔28b，28d期間呈現(xiàn)的向上和向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中，控制電路18使比較器將感測(cè)信號(hào)20與D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的輸出信號(hào)的平均值進(jìn)行比較。在這些狀態(tài)中，控制電路18保持D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的數(shù)字輸入信號(hào)恒定，并使組合器16輸出D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的輸出電壓的平均值。在該時(shí)間段內(nèi)，控制電路18使鎖存器19輸出信號(hào)，該信號(hào)跟隨比較器12的輸出信號(hào)。
時(shí)間間隔28c期間呈現(xiàn)的控制電路的向下跟蹤狀態(tài)與向上跟蹤狀態(tài)相同，除了控制電路18使第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b跟蹤感測(cè)信號(hào)20中的向下變化。在該向下跟蹤狀態(tài)中，控制電路18使鎖存器19保持比較器在向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)結(jié)束時(shí)的邏輯輸出值(邏輯低值)。當(dāng)控制電路18切換至向下跟蹤狀態(tài)時(shí)，它首先復(fù)位第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的數(shù)字輸入信號(hào)至高于最小值的一個(gè)電平，該電平通常采取最高的可能電平。
鎖存器19的最終輸出如軌跡29所示，其中實(shí)線部分表示鎖存器19跟隨比較器12的輸出(在時(shí)間間隔28b，28d期間的向上和向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中)，虛線表示鎖存器保持前一個(gè)值(在時(shí)間間隔28b，28d期間的向上和向下跟蹤狀態(tài)中)。
控制電路18可以以不同的方式觸發(fā)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。例如，在外加于第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的數(shù)字輸入信號(hào)沒(méi)有任何上升，且預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔已經(jīng)出現(xiàn)的時(shí)刻25處，控制電路18從向上跟蹤狀態(tài)切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。類(lèi)似地，在外加于第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b的數(shù)字輸入信號(hào)沒(méi)有任何下降，且預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔已經(jīng)出現(xiàn)的時(shí)刻25處，控制電路18從向下跟蹤狀態(tài)切換至向上相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。在時(shí)間間隔28b，d期間，響應(yīng)于比較器12的輸出信號(hào)的電平改變，出現(xiàn)從向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)至向下跟蹤狀態(tài)的切換以及出現(xiàn)從向上相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)至向上跟蹤狀態(tài)的切換。優(yōu)選地，提供相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)和跟蹤狀態(tài)之間的中間狀態(tài)，在跟蹤狀態(tài)前復(fù)位相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的數(shù)字輸入信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，在時(shí)刻25處，當(dāng)感測(cè)信號(hào)低于第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出電壓且超過(guò)由第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b輸出電壓之間的距離的預(yù)定部分時(shí)，控制電路18從向上跟蹤狀態(tài)切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。類(lèi)似地，在該實(shí)施例中，在時(shí)刻25處，當(dāng)感測(cè)信號(hào)高于第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出電壓且超過(guò)由第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b輸出電壓之間的距離的預(yù)定部分時(shí)，控制電路18從向下跟蹤狀態(tài)切換至向上相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。
圖3表示感測(cè)部分10的實(shí)施例。該實(shí)施例包括由感測(cè)電阻30a-d構(gòu)成的惠斯通電橋和連接至惠斯通電橋輸出的差分讀出放大器32。讀出放大器32的單端輸出34連接至比較器12(未示出)的輸入。在典型實(shí)施例中，要被感測(cè)的外部因素所產(chǎn)生的影響，諸如凸輪齒輪的旋轉(zhuǎn)，使4個(gè)感測(cè)電阻30a-d的電阻值周期變化，并且具有基本相同的波形，但是彼此之間相位不同。在這種情況下，感測(cè)電阻可以連接在惠斯通電橋中，使得惠斯通電橋輸出端的電壓變化與電源端具有相同的波形，但是彼此具有不同的相位。
圖4表示D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例，該D/A轉(zhuǎn)換器可以用于實(shí)現(xiàn)第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b。該D/A轉(zhuǎn)換器包括電阻分壓網(wǎng)絡(luò)40，以及開(kāi)關(guān)電路42。該分壓網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)電阻，該多個(gè)電阻串聯(lián)于2個(gè)電源連接端Vdd，Vss之間。各個(gè)電阻之間的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路42中各個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管的主電流通道連接至公共輸出端44?？刂齐娐?8(未示出)經(jīng)由接口46連接至晶體管的控制極，并使一個(gè)被選擇的晶體管導(dǎo)通，用于控制輸出端44的模擬輸出電壓。優(yōu)選地，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)40被第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b共用，每個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b具有各自的開(kāi)關(guān)電路42。
圖5表示可開(kāi)關(guān)組合器電路的實(shí)施例。該電路包括一對(duì)緩沖放大器50a，b，該一對(duì)緩沖放大器具有差分輸入，其中負(fù)輸入(從該輸入端，電壓上升會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的下降)連接至緩沖放大器50a，b的輸出，正輸入連接至對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b(未示出)的輸出。緩沖放大器50a，b的每個(gè)輸出經(jīng)由各自串聯(lián)連接的電阻元件52a，b和開(kāi)關(guān)54a，b連接至組合器電路的輸出56。電阻元件52a，b具有相同的值。開(kāi)關(guān)54a，b由控制電路18(未示出)控制，控制電路使開(kāi)關(guān)54a和另一開(kāi)關(guān)54b分別在向上和向下跟蹤狀態(tài)中導(dǎo)通，并使開(kāi)關(guān)54a，b在向上和向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中都導(dǎo)通。當(dāng)然，可以使用射極跟隨器或源極跟隨器代替緩沖放大器50a，b，放大倍數(shù)不需要大于1。
圖6表示控制電路18的實(shí)施例，該控制電路包括狀態(tài)機(jī)60，一對(duì)計(jì)數(shù)器64a，b和一對(duì)邏輯門(mén)66a，b。連接至比較器12(未示出)輸出的輸入62，連接至狀態(tài)機(jī)60，并經(jīng)由邏輯門(mén)66a，b連接至計(jì)數(shù)器64a，b的時(shí)鐘輸入。狀態(tài)機(jī)60的輸出連接至計(jì)數(shù)器64a，b的復(fù)位輸入，并經(jīng)由邏輯門(mén)66a，b連接至計(jì)數(shù)器64a，b的時(shí)鐘輸入。而且，狀態(tài)機(jī)60的輸出連接至可開(kāi)關(guān)組合器電路(未示出)和鎖存器(未示出)。
運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)機(jī)60在不同狀態(tài)之間切換。當(dāng)切換至向上跟蹤狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)機(jī)60臨時(shí)向其中一個(gè)計(jì)數(shù)器64a(最大值計(jì)數(shù)器)提供復(fù)位信號(hào)，并且隨后，使比較器12輸出的信號(hào)通過(guò)最大值計(jì)數(shù)器64a。狀態(tài)機(jī)通知鎖存器19保持它的輸出數(shù)據(jù)，并通知組合器電路16傳遞第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的信號(hào)。最大值計(jì)數(shù)器64a的輸出控制第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的D/A轉(zhuǎn)換。為了這個(gè)目的，最大值計(jì)數(shù)器64a可以是Johnson計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器向開(kāi)關(guān)電路42中的晶體管提供邏輯高信號(hào)，隨著計(jì)數(shù)器64a向上計(jì)數(shù)，將邏輯高信號(hào)提供給與分壓結(jié)構(gòu)40中逐漸增高的節(jié)點(diǎn)相連接的晶體管。
響應(yīng)于比較器12的邏輯高信號(hào)，最大值計(jì)數(shù)器64a進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到比較器12指示第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的最終輸出超過(guò)感測(cè)信號(hào)20。為了向上計(jì)數(shù)，可以將時(shí)鐘脈沖(未示出)提供給計(jì)數(shù)器64a，或者只要在比較器輸出邏輯高時(shí)，使計(jì)數(shù)器64a在時(shí)鐘脈沖影響下向上計(jì)數(shù)。然后，狀態(tài)機(jī)60確定感測(cè)信號(hào)20是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)它的最大值。
圖7表示為了該目的，具有定時(shí)電路70的實(shí)施例，該定時(shí)電路每次當(dāng)比較器12輸出邏輯高時(shí)被復(fù)位，并且在沒(méi)有這樣的邏輯高但預(yù)定時(shí)間期滿時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，表示感測(cè)信號(hào)20已經(jīng)經(jīng)過(guò)最大值。響應(yīng)于檢測(cè)到感測(cè)信號(hào)20已經(jīng)經(jīng)過(guò)它的最大值，狀態(tài)機(jī)從向上跟蹤狀態(tài)切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。
在向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中，狀態(tài)機(jī)60停止計(jì)數(shù)器64a，b的計(jì)數(shù)，并使組合器電路輸出第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b輸出的平均值，然后該狀態(tài)機(jī)使鎖存器19傳遞來(lái)自比較器12的信號(hào)。比較器12的輸出信號(hào)初始是邏輯高，但是當(dāng)感測(cè)信號(hào)20經(jīng)過(guò)第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b輸出電壓的中間電平時(shí)，該比較器輸出信號(hào)下降為邏輯低。在該轉(zhuǎn)換中，狀態(tài)機(jī)切換至向下跟蹤狀態(tài)。
向下跟蹤狀態(tài)的運(yùn)行與向上跟蹤狀態(tài)的運(yùn)行相似，除了狀態(tài)機(jī)現(xiàn)在使組合器電路16輸出第二D/A轉(zhuǎn)換器電路的信號(hào)，以及當(dāng)比較器12的輸出是邏輯低時(shí)，最小值計(jì)數(shù)器64b被復(fù)位至最大值后向下計(jì)數(shù)。當(dāng)狀態(tài)機(jī)檢測(cè)到感測(cè)信號(hào)20已經(jīng)經(jīng)過(guò)它的最小值時(shí)，例如利用定時(shí)器檢測(cè)到在預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有邏輯低出現(xiàn)，那么狀態(tài)機(jī)從向下跟蹤狀態(tài)切換至向上相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。
向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中的操作與向上相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中的操作相似，除了當(dāng)比較器12的輸出信號(hào)切換至邏輯高時(shí)，狀態(tài)機(jī)60切換至向上跟蹤狀態(tài)。
雖然假設(shè)狀態(tài)機(jī)60儲(chǔ)存關(guān)于它自己狀態(tài)的信息，但是應(yīng)該理解可以使用鎖存器19的輸出來(lái)控制狀態(tài)機(jī)60的部分狀態(tài)。
雖然已經(jīng)描述了利用定時(shí)器電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)感測(cè)信號(hào)20已經(jīng)經(jīng)過(guò)其最大值或最小值的檢測(cè)，但是應(yīng)該理解其他的實(shí)現(xiàn)方式也是可以的。在另一實(shí)施例中，這可以通過(guò)感測(cè)信號(hào)20和D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的輸出之間的距離來(lái)檢測(cè)如果在向上跟蹤狀態(tài)中，感測(cè)信號(hào)20低于D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出且超過(guò)一個(gè)閾值，那么狀態(tài)機(jī)切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。
檢測(cè)經(jīng)過(guò)該閾值可以通過(guò)提供附加的比較器電路(未示出)實(shí)現(xiàn)，該附加的比較器電路將感測(cè)信號(hào)20與第一和第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b的輸出信號(hào)的加權(quán)平均值進(jìn)行比較，其中第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出信號(hào)的權(quán)重(例如3/4)大于第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b的輸出信號(hào)的權(quán)重(例如)。在該實(shí)施例中，附加比較器電路(未示出)的輸出連接至狀態(tài)機(jī)60的輸入，使得從向上跟蹤狀態(tài)切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)。在向下跟蹤狀態(tài)中使用類(lèi)似的比較，但加權(quán)平均值中，第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出信號(hào)的權(quán)重(例如)小于第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b的輸出信號(hào)的權(quán)重(例如3/4)。
圖8表示利用比較器12實(shí)現(xiàn)這些比較的另一實(shí)施例。在這種情況下，組合器電路16用于從第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a的輸出信號(hào)V1，第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b的輸出信號(hào)V2，平均值(V1+V2)/2，以及閾值(3V1+V2)/4和(V1+3V2)/4中選擇一個(gè)輸出。這可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)在緩沖放大器50a，b的輸出之間串聯(lián)4個(gè)加權(quán)電阻，以及通過(guò)開(kāi)關(guān)從該串聯(lián)排列中的可選擇節(jié)點(diǎn)的信號(hào)中作出篩選。在向上跟蹤中，狀態(tài)機(jī)60使組合器電路在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，在輸出V1和(3V1+V2)/4之間轉(zhuǎn)換，當(dāng)選擇V1時(shí)，最大值計(jì)數(shù)器64a增加，當(dāng)使用(3V1+V2)/4時(shí)，輸出用于控制至向下相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)的切換?？梢允褂妙?lèi)似的安排，用于從向下跟蹤狀態(tài)切換。
可以理解后一實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)是，它不受比較器12的偏移電壓誤差的影響，也不需要關(guān)于感測(cè)信號(hào)20頻率的任何假設(shè)。但是，用于從向上和向下跟蹤狀態(tài)切換的閾值(3V1+V2)/4和(V1+3V2)/4不重要，所以如果感測(cè)信號(hào)足夠大，可以使用附加的比較器。并且，當(dāng)然，使用的權(quán)重可以不是和3/4。但是，可以使用其他方法來(lái)決定向相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)的切換，例如在跨越平均電平后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間間隔。
可以理解本發(fā)明不限于所示的實(shí)施例。例如，可以使用任何其他類(lèi)型的D/A轉(zhuǎn)換來(lái)代替具有開(kāi)關(guān)電路42的分壓網(wǎng)絡(luò)40。類(lèi)似地，計(jì)數(shù)器64a，b可以是常規(guī)計(jì)數(shù)器(具有向上計(jì)數(shù)的數(shù)字輸出，例如0000，0001，0010，0011，0100等)，該計(jì)數(shù)器后跟有任何適合的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用于控制D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b。優(yōu)選地，D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b共用分壓器40?？梢允褂萌魏谓M合器電路16，諸如電流加法電路，例如用于對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b產(chǎn)生的電流求和。并且，只有組合器電路16的輸出信號(hào)之間的差值是相關(guān)的用于檢測(cè)最大值的狀態(tài)中的電壓輸出與用于檢測(cè)電平跨越的狀態(tài)中的電壓輸出之間的差值應(yīng)該是(V1+V2)/2，就像用于檢測(cè)電平跨越的狀態(tài)中的電壓輸出與用于檢測(cè)最小值的狀態(tài)中的電壓輸出之間的差值一樣?？梢韵蜻@些電壓增加任意共同的偏移。可以使用電流代替電壓，作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出和進(jìn)行比較等。
可以使用單一D/A轉(zhuǎn)換器電路代替單獨(dú)的D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b和組合器電路16，該單一D/A轉(zhuǎn)換器電路在向上跟蹤模式中具有跟蹤數(shù)字最大值，在向下跟蹤模式中具有跟蹤數(shù)字最小值，(兩者可選擇交替用來(lái)檢測(cè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)最大值或最小值)，在相對(duì)電平檢測(cè)模式中具有這些最小值和最大值的(加權(quán))數(shù)字平均值。這樣的優(yōu)勢(shì)在于需要更小的空間用于D/A轉(zhuǎn)換。但是，它意味著任何D/A轉(zhuǎn)換誤差可能導(dǎo)致在比較器12輸入端的不希望的偏移電壓。
替代使用鎖存器19，比較器12的輸出可以直接連接至其他的電路，當(dāng)該輸出有效時(shí)，控制電路18向這些其他電路發(fā)信號(hào)。但是，鎖存器19的使用使得傳感器電路中的電平調(diào)整對(duì)于其他的電路來(lái)說(shuō)完全透明。在相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中，代替感測(cè)信號(hào)20和平均值(V1+V2)/2之間的比較，當(dāng)然可以通過(guò)組合器電路16的恰當(dāng)修改，實(shí)現(xiàn)與其他的任何信號(hào)(W1*V1+W2*V2)/(W1+W2)的比較。類(lèi)似地，在跟蹤模式中，不需要組合器16提供的信號(hào)只依賴(lài)于D/A轉(zhuǎn)換器電路14a，b中一個(gè)的各個(gè)輸出信號(hào)Va，Vb。例如，如果在向上跟蹤模式中，提供信號(hào)A*Va+B*Vb，那么第一D/A轉(zhuǎn)換器電路14a最終呈現(xiàn)輸出值Va，使得Vmax＝A*Va+B*Vb，類(lèi)似地，如果在向下跟蹤模式中，提供信號(hào)C*Va+D*Vb，那么第二D/A轉(zhuǎn)換器電路14b最終呈現(xiàn)輸出值Vb，使得Vmin＝C*Va+D*Vb。如果在相對(duì)電平檢測(cè)狀態(tài)中，提供A*Va+B*Vb和C*Va+D*Vb的平均值，那么平均值還等于(Vmax+Vmin)/2(或者任意其他加權(quán)平均值)。但是，可以理解，如果B或者C不等于0，Vb的變化會(huì)影響用于Vmax和Vmin的值。考慮到滿足某些穩(wěn)定性條件(例如，A＞B和D＞C，如果A，B，C，D為正)，如果Vmax和Vmin保持相同也沒(méi)關(guān)系。當(dāng)Vmax和Vmin變化時(shí)，則產(chǎn)生Vmax和Vmin變化的濾波形式。
權(quán)利要求
1.一種電子感測(cè)電路，包括-傳感器(10)，具有用于感測(cè)信號(hào)的輸出；-比較器(12)，具有第一和第二比較器輸入，所述傳感器(10)的輸出連接至所述第一比較器輸入；-控制電路(18)，用于將所述感測(cè)電路從向上跟蹤模式依次切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)模式，向下跟蹤模式，向上相對(duì)電平檢測(cè)模式以及返回至向上跟蹤模式；-數(shù)模轉(zhuǎn)換器(14a，b，16)，其從所述控制電路(18)接收數(shù)字控制信號(hào)，所述控制電路(18)的第一輸出連接至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(14a，b，16)，使得所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(14a，b，16)分別在所述向上和向下跟蹤模式中，向所述第二比較器輸入提供由第一和第二數(shù)字控制信號(hào)值確定的第一和第二輸出信號(hào)，并且在所述相對(duì)電平檢測(cè)模式中，向所述第二比較器輸入提供第三輸出信號(hào)，所述第三輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述第一和第二輸出信號(hào)的平均值；-所述控制電路(18)的輸入連接至所述比較器(12)的輸出，所述控制電路(18)在所述向上跟蹤模式中，通過(guò)所述感測(cè)信號(hào)的向上變化的所述第一數(shù)字控制信號(hào)值，來(lái)控制一個(gè)方向的向上跟蹤，并且在所述向上跟蹤模式中，通過(guò)所述感測(cè)信號(hào)的向下變化的所述第二數(shù)字控制信號(hào)值，來(lái)控制一個(gè)方向的向下跟蹤。
2.如權(quán)利要求1所述的電子感測(cè)電路，其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括-第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)，它們分別從所述控制電路(18)接收所述第一和所述第二數(shù)字控制信號(hào)值；-可控組合器電路(16)，所述組合器電路的輸入連接至所述第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)的輸出，所述組合器電路的輸出連接至所述第二比較器輸入，所述控制電路(18)的第一輸出連接至可控組合器電路(16)，使得所述組合器電路(16)分別在所述向上和向下跟蹤模式中，向所述第二比較器輸入提供由所述第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)確定的第一和第二組合器輸出信號(hào)，并且在所述相對(duì)電平檢測(cè)模式中，向所述第二比較器輸入提供第三組合器輸出信號(hào)，所述第三組合器輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述第一和第二組合器輸出信號(hào)的平均值，-所述控制電路(18)在所述向上跟蹤模式中，通過(guò)所述感測(cè)信號(hào)的向上變化的所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(14a)，來(lái)控制一個(gè)方向的向上跟蹤，并且在所述向上跟蹤模式中，通過(guò)所述感測(cè)信號(hào)的向下變化的所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(14b)，來(lái)控制一個(gè)方向的向下跟蹤。
3.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，其中所述控制電路(18)用于分別在切換至所述向上和向下跟蹤模式之時(shí)或之前，將所述第一和第二數(shù)字控制值復(fù)位至一個(gè)電平，該電平分別低于和高于在前一向上和向下跟蹤模式期間呈現(xiàn)的值。
4.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，包括檢測(cè)電路(12，16，14a，b)，用于檢測(cè)所述感測(cè)信號(hào)是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)最大值和/或最小值，所述控制電路(18)用于當(dāng)所述檢測(cè)電路(12，16，14a，b)檢測(cè)到所述感測(cè)信號(hào)已經(jīng)分別經(jīng)過(guò)所述最大值和/或最小值時(shí)，控制從所述向上跟蹤模式切換至所述向下相對(duì)電平檢測(cè)模式，和/或從所述向下跟蹤模式切換至所述向上相對(duì)電平檢測(cè)模式。
5.如權(quán)利要求4所述的電子感測(cè)電路，其中所述檢測(cè)電路(12，16，14a，b)用于將所述感測(cè)信號(hào)與閾值進(jìn)行比較，來(lái)分別控制從所述向上和/或向下跟蹤模式的切換，所述閾值位于所述第一和第二組合器輸出信號(hào)的平均值與所述第一和/或組合器輸出信號(hào)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的電子感測(cè)電路，其中所述控制電路(18)使所述組合器電路(16)在將所述第一和/或組合器輸出信號(hào)提供至所述第二比較器輸入與將所述閾值提供至所述第二比較器輸入之間切換，來(lái)分別控制從所述向上和/或向下跟蹤模式的切換。
7.如權(quán)利要求4所述的電子感測(cè)電路，其中所述檢測(cè)電路包括定時(shí)器電路(70)，用于檢測(cè)在所述向上和/或向下跟蹤模式中，在預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔內(nèi)，所述比較器的輸出是否出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
8.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，包括鎖存器電路(19)，該鎖存器電路連接至所述比較器(12)的輸出，所述控制電路(18)的一個(gè)輸出連接至所述鎖存器電路(19)的控制輸入，以至于使得所述鎖存器電路(19)在所述相對(duì)電平檢測(cè)模式中跟隨所述比較器(12)的輸出信號(hào)，在所述跟蹤模式中鎖存所述比較器(12)的輸出信號(hào)。
9.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，其中所述組合器電路(16)形成平均值，使得該平均值對(duì)應(yīng)于所述第一和第二組合器信號(hào)具有相等權(quán)重時(shí)的平均值。
10.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，其中所述第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)共用一公共分壓結(jié)構(gòu)(40)。
11.如權(quán)利要求2所述的電子感測(cè)電路，其中所述第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)中每一個(gè)包括一組開(kāi)關(guān)(42)，用于在所述控制電路(18)的控制下，將所述公共分壓結(jié)構(gòu)(40)的選定節(jié)點(diǎn)的電壓傳遞到所述組合器電路(16)。
全文摘要
傳感器(10)的輸出連接至第一比較器輸入?？刂齐娐?18)用于從向上跟蹤模式依次切換至向下相對(duì)電平檢測(cè)模式，向下跟蹤模式，向上相對(duì)電平檢測(cè)模式以及返回至向上跟蹤模式。第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)分別從控制電路(18)接收第一和第二數(shù)字控制值。可控組合器電路(16)的輸入連接至第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)的輸出，該可控組合器的一個(gè)輸出連接至第二比較器輸入，控制電路(18)的第一輸出連接至可控組合器電路(16)，使得組合器電路(16)分別在向上和向下跟蹤模式中，向第二比較器輸入提供由第一和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a，b)確定的第一和第二組合器輸出信號(hào)，并且在相對(duì)電平檢測(cè)模式中，向第二比較器輸入提供第三組合器輸出信號(hào)，該第三組合器輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于第一和第二組合器輸出信號(hào)的平均值。控制電路(18)的輸入連接至比較器(12)的輸出，控制電路(18)在向上跟蹤模式中，通過(guò)感測(cè)信號(hào)的向上變化的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14a)，來(lái)控制定向的向上跟蹤，并且在向上跟蹤模式中，通過(guò)感測(cè)信號(hào)的向下變化的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(14b)，來(lái)控制定向的向下跟蹤。
文檔編號(hào)G01D3/02GK1853087SQ200480026854
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者雅各布斯·A·范歐韋倫, 斯特凡·布茨曼, 萊因哈德·布克霍爾德, 托馬斯·斯托克, 亨德里克·博澤恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司