對(duì)接lc傳感器的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于對(duì)接LC傳感器的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]LC傳感器在本領(lǐng)域是廣泛已知的。例如，LC傳感器可以用作能夠檢測(cè)導(dǎo)電目標(biāo)的存在的電子鄰近傳感器。電感性傳感器的一些通常應(yīng)用包括例如金屬檢測(cè)器以及派生出的應(yīng)用，諸如旋轉(zhuǎn)傳感器。
[0003]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LC傳感器10的基本結(jié)構(gòu)。在所考慮的示例中，LC傳感器10包括電感器L和電容器C，其形成了也稱作儲(chǔ)能電路(tank circuit)的諧振電路。該布置進(jìn)一步包括諸如電壓源之類的電源102以及開(kāi)關(guān)104。當(dāng)開(kāi)關(guān)102處于第一位置(如圖1中所示)時(shí)，電容器C充電至電源電壓。當(dāng)電容器C完全充滿時(shí)，開(kāi)關(guān)102改變位置，將電容器102與電感器L并聯(lián)放置以使其開(kāi)始通過(guò)電感器L放電。這開(kāi)始了在LC諧振電路10之間的振蕩。
[0004]從實(shí)際角度而言，LC傳感器10也包括電阻性部件R，其將隨時(shí)間變化而消耗能量。因此，發(fā)生了將衰減振蕩的損耗，也即振蕩阻尼減小?；旧希梢允褂眠@種LC傳感器10例如以檢測(cè)金屬物體，因?yàn)榕c不存在金屬物體(例如參見(jiàn)圖2a)的振蕩相比，在存在金屬物體(例如參見(jiàn)圖2b)時(shí)，振蕩將更快阻尼減小。
[0005]通常而言，LC傳感器10的感測(cè)部件可以是電感器L、電容器C和/或電阻器R。例如，電阻值R主要影響阻尼因子，而L和C部件主要影響振蕩頻率。此外，也可以通過(guò)將電容器C簡(jiǎn)單地連接至電感性傳感器L、或者將電感器L簡(jiǎn)單地連接至電容性傳感器C來(lái)形成該LC傳感器10。然而，(具有其消耗的損耗的)電感器L通常提供了感測(cè)元件。
[0006]圖3a示出了用于執(zhí)行傳感器10的LC感測(cè)的可能實(shí)施例，其具有例如文檔申請(qǐng)?zhí)朅N0029 uLow Energy Sensor Interface -1nductive Sensing”Rev.1.05，2013-05-09，Energy micro 或者德州儀器于 2011 年 4 月的申請(qǐng)報(bào)告 SLAA222A“Rotat1n Detect1n withthe MSP430Scan Interface”中所述的控制器或控制單元20，諸如微控制器。在示例性實(shí)施例中，控制單元20包括兩個(gè)管腳或焊盤202和204，并且LC傳感器10連接在這些管腳202和204之間。
[0007]控制單元20包括連接至管腳202的可控電壓源206以在該管腳202處施加固定電壓VMID。例如，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)通常用于該目的。
[0008]在充電階段期間，管腳204連接至接地GND。因此，在該階段期間，傳感器10連接在電壓VMID與接地GND之間，并且傳感器10的電容器C充電至電壓V MID。接著，控制單元20開(kāi)放第二管腳204，也即管腳204浮置。相應(yīng)地，由于在之前階段期間傳感器10的電容器C已經(jīng)充電的事實(shí)，LC諧振電路10開(kāi)始如上所述振蕩。
[0009]因此，通過(guò)分析管腳204處電壓(例如電壓V2M)，可以特征化振蕩。實(shí)際上，如圖3b中所示，管腳204處電壓對(duì)應(yīng)于阻尼振蕩，該阻尼振蕩具有對(duì)應(yīng)于由電壓源206施加的電壓VMID的DC偏置，也即電壓VMID限定了振蕩的中點(diǎn)。因此，電壓VMID通常設(shè)置為控制單元20的電源電壓的一半，例如VDD/2，以具有最大范圍。
[0010]通常，電路也包括連接在管腳202與接地GND之間的額外電容器C1以穩(wěn)定化電壓信號(hào)VMID，以及用于提供用于對(duì)傳感器充電所需的電流提升。為了分析管腳204處信號(hào)(例如參見(jiàn)圖3a)，控制單元20可以包括連接至管腳204的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 208以對(duì)振蕩的電壓取樣。因此，基于ADC 206的分辨率和取樣頻率，可以表征整個(gè)振蕩。
[0011]圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的備選解決方案。具體的，在所考慮的示例中，控制單元20包括比較器210，其將管腳204處電壓與諸如參考電壓VRef之類的參考信號(hào)作比較。例如，該參考電壓VRef可以固定例如為VDD/2，或者經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器212而設(shè)置。例如，圖5a和圖5b分別示出了在傳感器10附近存在或者不存在金屬物體的振蕩，以及參考電壓VRef和比較器210的輸出CMP。通常而言，圖3a和圖4中所示的兩種方案(也即ADC 208和比較器210)也可以組合在相同控制單元20中。
[0012]因此，基于前述，可以通過(guò)將LC傳感器與微控制器集成電路(1C)直接對(duì)接來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸移動(dòng)測(cè)量。該感測(cè)可以對(duì)例如計(jì)量系統(tǒng)(氣體、水、距離等)有用。然而，當(dāng)處理并取樣傳感器時(shí)，微控制器(或MCU)應(yīng)該減小能耗以允許電池供電系統(tǒng)的研發(fā)。此外，因?yàn)镸CU單元通常是通用的，所以也需要減小由于用于實(shí)施以上功能的專用電路所耗費(fèi)的硅片面積。因此，在LC傳感器激勵(lì)和測(cè)量技術(shù)中，可以需要減少能耗和成本，特別是對(duì)于已經(jīng)描述的電池供電應(yīng)用而言。
[0013]因此，第一問(wèn)題涉及使用專用的低能耗模擬部件，例如用于產(chǎn)生電壓VMID和內(nèi)部參考電壓VRrf，這導(dǎo)致較大成本。第二問(wèn)題涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換器210，其將要足夠低功耗和快速以跟隨阻尼振蕩。這導(dǎo)致每次測(cè)量的極大能耗并且挑戰(zhàn)電池供電系統(tǒng)中的應(yīng)用限制。
[0014]此外，工藝-電壓-溫度(PVT)變化是電池供電系統(tǒng)中另一重要問(wèn)題，其中存在極大電壓改變。的確，以上所述的部件可以受到PVT變化的影響:傳感器(阻尼因子，頻率等)；1/0焊盤電流和電阻值(激勵(lì))；以及比較器開(kāi)關(guān)點(diǎn)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]基于以上描述，提供了可以克服一個(gè)或多個(gè)前述缺點(diǎn)的方案。這可以通過(guò)具有如下所列特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。也提供了一種相關(guān)系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的相關(guān)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可載入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中并且包括當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上時(shí)用于執(zhí)行方法步驟的軟件代碼部分。如在此所使用的那樣，對(duì)于該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的參考旨在等同于引用對(duì)于包含了用于控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)方法性能的指令的計(jì)算機(jī)可讀媒介。對(duì)于“至少一個(gè)計(jì)算機(jī)”的參考旨在突出本發(fā)明實(shí)施例以分布式/模塊化方式實(shí)施的可能性。
[0016]如上所述，本說(shuō)明書提供了用于將LC傳感器與諸如微控制器之類的控制單元對(duì)接的方案，其中控制單元包括第一和第二接觸(例如微控制器的管腳或焊盤)，并且LC傳感器可以連接在第一和第二接觸之間。在一些實(shí)施例中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)接觸而開(kāi)始LC傳感器的振蕩，并且監(jiān)視在第二接觸處的電壓。在該情形中，第二接觸處的電壓對(duì)應(yīng)于在第一接觸處電壓與LC傳感器處電壓的總和。
[0017]在一些實(shí)施例中，第一接觸處的電壓改變，以使得第二接觸處電壓(也即第一接觸處電壓與LC傳感器電壓之和)并未超過(guò)上電壓閾值，并且并未跌落低于下電壓閾值。例如，可以通過(guò)在第一接觸處產(chǎn)生反向振蕩而改變第一接觸處電壓，其中反向振蕩相對(duì)于LC傳感器的振蕩相位偏移。借由示例的方式，在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)當(dāng)?shù)诙佑|處電壓到達(dá)上電壓閾值時(shí)減小第一接觸處電壓、和/或當(dāng)?shù)诙佑|處電壓到達(dá)下電壓閾值時(shí)增大第一接觸處電壓而改變第一接觸處電壓。
[0018]在一些實(shí)施例中，控制單元可以包括限定了上電壓閾值和下電壓閾值的鉗位電路。例如，鉗位電路可以包括連接在第二接觸與電源電壓之間的第一二極管，以及連接在接地與第二接觸之間的第二二極管。
[0019]此外，電容器可以連接在第一接觸與接地之間。在該情形中，振蕩可以開(kāi)始并且在第二接觸處電壓可以通過(guò)三個(gè)階段自動(dòng)的限制。例如，在第一階段期間，電容器可以例如通過(guò)連接第一接觸至接地放電。在第二階段期間，第一接觸可以連接至接地并且第二接觸可以連接至電源電壓，其中LC傳感器通過(guò)在第二接觸處提供的電源電壓而充電。在第三階段期間，第一接觸和第二接觸處于高阻抗?fàn)顟B(tài)(例如斷開(kāi)連接)下，使得LC傳感器能夠振蕩。在該實(shí)施例中，通過(guò)由鉗位電路對(duì)電容器充電和放電來(lái)限制第二接觸處的電壓。
[0020]在一些實(shí)施例中，在第一階段期間，第一接觸可以連接至電源電壓，使得電容器充電。在第二階段期間，第一接觸連接至電源電壓并且第二接觸連接至接地，因此LC傳感器通過(guò)在第一接觸處提供的電源電壓而充電。在第三階段期間，第一接觸和第二接觸處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，使得LC傳感器能夠振蕩。因此，在該實(shí)施例中，振蕩在相反方向發(fā)生，但是通過(guò)由鉗位電路對(duì)電容器充電或放電來(lái)限制在第二接觸處的電壓。
[0021]在一些實(shí)施例中，可以控制第二階段(也即LC傳感器的充電階段)的持續(xù)時(shí)間以調(diào)節(jié)在第三階段開(kāi)始處的LC傳感器振蕩的幅度。
【附圖說(shuō)明】
[0022]現(xiàn)在將參考借由非限定性示例提供的附圖而描述本公開(kāi)的實(shí)施例，并且其中:
[0023]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的LC傳感器的示意圖；
[0024]圖2a和圖2b分別是對(duì)于在傳感器附近具有和不具有金屬物體的圖1的LC傳感器的電壓比對(duì)時(shí)間的圖；
[0025]圖3a是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的LC傳感器的示意圖；
[0026]圖3b是對(duì)于圖3a的LC傳感器的電壓比對(duì)時(shí)間的圖；
[0027]圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的LC傳感器的示意圖；
[0028]圖5a和圖5b分別是對(duì)于在傳感器附近具有和不具有金屬物體的圖4的LC傳感器的電壓比對(duì)時(shí)間的圖；
[0029]圖7是對(duì)接了 LC傳感器的鉗位電路的示意圖，以及圖6和圖8是對(duì)于圖7配置的電壓比對(duì)時(shí)間的圖；
[0030]圖9是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于對(duì)接LC傳感器的系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖；
[0031]圖10 —圖12示出了可以出現(xiàn)在圖9系統(tǒng)中的示例性波形；
[0032]圖13、圖16a以及圖16b是用于對(duì)接LC傳感器的系統(tǒng)