用于从基于电感器的传感器的能量回收的输出驱动器制造技术

本申请案涉及用于从基于电感器的传感器的能量回收的输出驱动器。一种用于从传感器回收能量的系统将电池耦合到所述传感器中的电感装置达一时间周期，使得在所述时间周期期间电流从所述电池流动穿过所述电感装置。接着反转所述电感装置的连接达第二时间周期。在所述第二时间周期期间，允许由存储于电感器中的能量产生的电流流回到所述电池，使得在所述第二时间周期期间来自所述电感器的所述能量的一部分对所述电池进行再充电。

【技术实现步骤摘要】
用于从基于电感器的传感器的能量回收的输出驱动器
[0001 ] 本专利技术大体来说涉及电池供电式传感器模块，且特定来说涉及用于传感器模块中的电感元件的驱动器电路。
技术介绍
电池供电式传感器及公用事业仪表现在为普遍的。电池供电式仪表及传感器可经设计以仅通过现场检验来读取，或其可包含用以允许将所感测数据发射到远程位置的发射器。远程无线传感器网络可包含在家庭、办公室建筑物或工厂内散布开以帮助能量管理、舒适度增强、安全性、诊断及其它应用的传感器节点。电池寿命是在实施无线传感器网络时的关键考虑因素，因为许多电池操作式传感器可能在不可接达的位置中。另外，在大量的传感器节点中更换电池造成巨大的操作及环境成本。这些无线节点的无线电功率是电池汲取的一个源。例如ZigBee等RF标准在低数据速率、低功率应用中为流行的。ZigBee及其它低功率RF标准使用由IEEE802.15.4定义的MAC及PHY层。对802.15.4的修正(称为802.15.4e)使用工作循环式MAC (媒体接入控制)来减少无线电功率消耗。传感器的电池汲取的另一源是通常必须以高重复速率激活的传感器本身的操作。一些类型的传感器装置可使用电感组件来监视物理参数。为了执行测量，在传感器的电感器中产生电流。此通常借助施加到初级电感器以在次级电感器中感应出提供正感测的物理参数的指示的响应的短电压脉冲来完成。
技术实现思路
根据一实施例，一种芯片上系统包括:控制电路，其具有用于第一定时信号的输出；第一驱动器电路，其具有用于耦合到电感装置的第一端子的第一输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第一驱动器电路经配置以在第一时间周期期间提供从所述第一输出端子到接地参考的低阻抗，且在第二时间周期期间提供用于使电流从所述第一输出端子流动到电压供应线的低阻抗；及第二驱动器电路，其具有用于耦合到所述电感装置的第二端子的第二输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第二驱动器电路经配置以在所述第一时间周期期间提供从所述电压供应线到所述第二输出端子的低阻抗，且在所述第二时间周期期间提供用于使电流从所述接地参考流动到所述第二输出端子的低阻抗。另一实施例针对一种用于从传感器回收能量的方法。所述方法包括:将电池的第一端子耦合到所述传感器中的电感装置的第一端子，同时将所述电池的第二端子耦合到所述电感装置的第二端子达一时间周期，使得电流从所述电感装置的所述第一端子穿过所述电感装置流动到所述电感装置的所述第二端子；将所述电感装置的所述第一端子耦合到所述电池的所述第二端子，同时将所述电感装置的所述第二端子耦合到所述电池的所述第一端子达第二时间周期；及在所述第二时间周期期间允许所得电流仅沿所述电池的所述第一端子的方向流动，使得在所述第二时间周期期间来自电感器的能量的一部分对所述电池进行再充电。又一实施例针对一种用于从传感器回收能量的系统。所述系统包括:用于将电池的第一端子耦合到所述传感器中的电感装置的第一端子同时将所述电池的第二端子耦合到所述电感装置的第二端子达一时间周期使得电流从所述电感装置的所述第一端子穿过所述电感装置流动到所述电感装置的所述第二端子的构件；用于将所述电感装置的所述第一端子耦合到所述电池的所述第二端子同时将所述电感装置的所述第二端子耦合到所述电池的所述第一端子达第二时间周期的构件；及用于在所述第二时间周期期间允许所得电流仅沿所述电池的所述第一端子的方向流动使得在所述第二时间周期期间来自电感器的能量的一部分对所述电池进行再充电的构件。【附图说明】现在将仅以实例的方式且参考附图来描述根据本专利技术的特定实施例:图1是现有技术传感器驱动器的示意图；图2-5是从传感器的电感组件回收能量的传感器驱动器的示意图；图6是图解说明能量回收的操作的流程图；且图7是远程传感器单元的框图。依据附图且依据以下详细描述，本专利技术实施例的其它特征将显而易见。【具体实施方式】现在将参考附图详细描述本专利技术的特定实施例。为了一致性，各图中的相似元件由相似参考编号表示。在以下对本专利技术的详细描述中，陈述了众多特定细节以提供对本专利技术的更透彻理解。然而，所属领域的一股技术人员将明了，可在不具有这些特定细节的情况下实践本专利技术。在其它实例中，未详细描述众所周知的特征以避免不必要地使本描述复杂化。本专利技术的实施例提供能够从基于电感器的传感器回收能量的输出驱动器。举例来说，实例性基于电感器的传感器是可为监视例如水流或气流等物理参数的系统的部分的FMP (快速磁脉冲)传感器。FMP传感器具有一初级电感器及一个或一个以上次级电感器，所述一个或一个以上次级电感器可在由所述初级电感器感应出磁场时磁性耦合到所述初级电感器。可通过以下操作来完成传感器测量:在FMP的初级电感器中产生电流，此又可在一个或一个以上次级电感器中感应出电流，所述电流指示正感测的物理参数。举例来说，在典型的FMP传感器中，初级电感器中的电流可由具有在8ns-22ns的范围中的脉冲宽度时间(Tp)的短电压脉冲产生。在先前传感器系统中，用于产生所述短电压脉冲的能量被耗散。本专利技术的实施例提供用以回收由初级电感器使用的能量的显著部分以便显著延长用于给传感器系统供电的电池的寿命的电路。在FMP传感器中，次级电感器可布置成各种物理配置，且磁性耦合可受可响应于正感测的物理参数而机械移动的金属元件的各种配置影响。举例来说，可移动叶片可对空气移动做出响应；旋转元件可对(举例来说)在管道中移动的水或空气做出响应，等等。在以引用的方式并入本文中的美国专利7576533 “电感角位置传感器”中更详细地解释实例性FMP传感器。传感器应用通过电池供电，且需要具有极长的电池寿命期，此要求系统为节能的。本文中将描述面积、系统复杂性、功率消耗之间的折衷。能量回收是用以改善传感器系统的效率的重要技术。举例来说，锌-碱性可再充电电池或镍-镉可再充电电池可用于向传感器系统提供电力且可通过从传感器系统回收的能量来进行再充电。图1是连接到FMP传感器120的现有技术传感器驱动器110的示意图。定时信号116控制驱动器110的操作。在此图解说明中，仅展示FMP传感器120的初级电感器Ls，连同寄生电容Cp及寄生串联电阻Rs。电感器Ls及寄生组件以组合方式向驱动器110呈现阻抗负载。传感器120的一个引线连接到驱动器110的输出引脚118，而传感器120的另一引线连接到接地。在此情况中，驱动器提供到传感器120的电源。或者，传感器120的另一引线可连接到电源且驱动器110则提供到传感器120的接地连接。通过将具有脉冲宽度Tp的信号脉冲置于控制信号116上来激活传感器120。最初，开关装置111关断，开关装置113接通，且无电流在传感器120中流动。借助所述电压脉冲的第一边缘，装置111接通且电流112开始流动穿过电感器。所述电流以近似线性方式上升，如在122处所图解说明。对于良好线性度，脉冲宽度Tp需要小于时间常数(Tp〈〈Ls /Rdson)。响应于电流112而在所述电感器的磁场中存储能量。借助控制信号116上的电压脉冲的第二边缘，装置111关断且装置113重新接通。电流112停止增加，如在122处所图解说明；然而，电感器Ls的磁场开始衰弱且产生电流114，电流114减小直到其在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片上系统SoC，其包括：控制电路，其具有用于第一定时信号的输出；第一驱动器电路，其具有用于耦合到电感装置的第一端子的第一输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第一驱动器电路经配置以在第一时间周期期间提供从所述第一输出端子到接地参考的低阻抗，且在第二时间周期期间提供用于使电流从所述第一输出端子流动到电压供应线的低阻抗；及第二驱动器电路，其具有用于耦合到所述电感装置的第二端子的第二输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第二驱动器电路经配置以在所述第一时间周期期间提供从所述电压供应线到所述第二输出端子的低阻抗，且在所述第二时间周期期间提供用于使电流从所述接地参考流动到所述第二输出端子的低阻抗。

【技术特征摘要】
2013.02.28 US 13/780,7021.一种芯片上系统SoC，其包括: 控制电路，其具有用于第一定时信号的输出； 第一驱动器电路，其具有用于耦合到电感装置的第一端子的第一输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第一驱动器电路经配置以在第一时间周期期间提供从所述第一输出端子到接地参考的低阻抗，且在第二时间周期期间提供用于使电流从所述第一输出端子流动到电压供应线的低阻抗；及 第二驱动器电路，其具有用于耦合到所述电感装置的第二端子的第二输出端子及经耦合以接收所述定时信号的输入，其中所述第二驱动器电路经配置以在所述第一时间周期期间提供从所述电压供应线到所述第二输出端子的低阻抗，且在所述第二时间周期期间提供用于使电流从所述接地参考流动到所述第二输出端子的低阻抗。2.根据权利要求1所述的SoC，其进一步包括第二控制电路，所述第二控制电路具有耦合到所述第一驱动器电路的输入及所述第二驱动器电路的输入的用于第二定时信号的输出； 其中所述第一驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第一输出端子之间的第一晶体管，所述第一晶体管具有耦合到所述第二定时信号的控制端子；及耦合于所述接地参考与所述第一输出端子之间的第二晶体管，所述第二晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；且 其中所述第二驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第二输出端子之间的第三晶体管，所述第三晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；及耦合于所述接地参考与所述第二输出端子之间的第四晶体管，所述第四晶体管具有耦合到所述第二定时信号的控制端子。3.根据权利要求2所述的SoC，其中所述第二定时信号具有大致小于所述电感装置的时间常数的脉冲宽度。4.根据权利要求1所述的SoC，其中所述第一驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第一输出端子之间的第一晶体管，所述第一晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；及耦合于所述接地参考与所述第一输出端子之间的第二晶体管，所述第二晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；且 其中所述第二驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第二输出端子之间的第三晶体管，所述第三晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；及耦合于所述接地参考与所述第二输出端子之间的二极管。5.根据权利要求1所述的SoC，其中所述第一驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第一输出端子之间的二极管；及耦合于所述接地参考与所述第一输出端子之间的第一晶体管，所述第一晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；且 其中所述第二驱动器包括:耦合于所述电压供应线与所述第二输出端子之间的第二晶体管，所述第二晶体管具有耦合到所述第一定时信号的控制端子；及耦合于所述接地参考与所述第二输出端子之间的第三晶体管，所述第三晶体管具有耦合到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗克·多恩赛夫，伯纳德·沃尔夫冈·鲁克，埃里希·拜尔，
申请(专利权)人：德州仪器德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE