具有冗余传感器元件的增量式速度传感器制造技术

本文公开了具有冗余传感器元件的增量式速度传感器。提供了被配置成检测物体旋转速度的磁性传感器模块、系统和方法。磁性传感器模块包括：多个传感器元件，被配置成响应于感测到磁场而生成测量值，并且被分组成三对；以及传感器电路，被配置成基于从传感器元件的第一移位对接收到的测量值来生成第一移位差分测量信号，基于从传感器元件的居中对接收到的测量值来生成居中差分测量信号，以及基于从传感器元件的第二移位对接收到的测量值来生成第二移位差分测量信号，并且基于检测到第一移位差分测量信号、居中差分测量信号和第二移位差分测量信号跨越至少一个阈值来生成输出信号。

【技术实现步骤摘要】
具有冗余传感器元件的增量式速度传感器
本公开一般地涉及感测旋转速度，并且更具体地涉及磁性速度传感器。
技术介绍
磁场传感器被广泛用于增量速度和位置测量。它们检测由移动或旋转的磁性编码器而引起的磁场变化。例如，为了测量轮速度(例如在汽车应用中)，通常将编码器轮与磁敏传感器结合使用。该传感器基于根据编码器轮的旋转而在两个极值(例如最小值与最大值)之间振荡的感测磁场来生成输出信号。控制单元能够基于由该传感器生成的输出信号来计算旋转编码器轮的轮速度和实际角度。可以在传感器的两个磁场传感器元件之间区别地完成感测磁场的测量。当检测到感测磁场中的阈值跨越时，传感器在其输出的高状态与低状态之间进行切换。然而，无效切换事件可能由于例如单个编码器标记的信号失真或幅度减少引起的错误的跨越而发生。此外，关于磁性传感器元件的故障(例如，在其中一个磁性传感器元件失效的情况下)，没有提供故障后备方案。因此，可能期望一种能够避免无效切换事件并实现故障后备方案的改进装置。
技术实现思路
提供了被配置为检测物体旋转、并且更具体地检测物体旋转速度的磁性传感器模块、系统和方法。实施例提供了一种被配置成测量磁场的磁性传感器模块，该磁场大小在第一极值与第二极值之间振荡。磁性传感器模块包括磁性传感器，磁性传感器包括多个传感器元件，多个传感器元件被配置成响应于感测到磁场而生成测量值，其中多个传感器元件被分组成第一移位对、居中对和第二移位对。磁性传感器模块进一步包括传感器电路，传感器电路被配置成：从多个传感器元件接收测量值，基于从第一移位对接收到的测量值来生成第一移位差分测量信号，基于从居中对接收到的测量值来生成居中差分测量信号，以及基于从第二移位对接收到的测量值来生成第二移位差分测量信号，并且基于检测到第一移位差分测量信号、居中差分测量信号和第二移位差分测量信号跨越至少一个阈值来生成输出信号。实施例提供了一种用于感测编码器的旋转速度的方法。该方法包括响应于感测到磁场而由多个传感器元件生成测量值，其中多个传感器元件被分组成第一移位对、居中对和第二移位对；基于由第一移位对生成的测量值来生成第一移位差分测量信号，基于由居中对生成的测量值来生成居中差分测量信号，并且基于由第二移位对生成的测量值来生成第二移位差分测量信号；以及基于检测到第一移位差分测量信号、居中差分测量信号和第二移位差分测量信号跨越至少一个阈值来生成输出信号。附图说明本文参考附图来描述各实施例。图1A至图1C图示了根据一个或多个实施例的使用第一类型磁性编码器的磁场感测原理的图；图1D图示了根据一个或多个实施例的使用第二类型磁性编码器的磁场感测原理的图；图2图示了根据一个或多个实施例的由传感器电路生成的测量信号的图；图3A图示了根据一个或多个实施例的由磁性速度传感器生成的脉冲输出信号的图；图3B图示了根据一个或多个实施例的由磁性速度传感器生成的脉冲输出信号的另一个图；图4A至图4D图示了由一个或多个实施例实现的不同传感器元件配置的框图；图5图示了根据一个或多个实施例的根据在图4A中所示第一传感器元件配置的传感器电路的框图；图6A图示了根据一个或多个实施例的由磁性速度传感器生成的三个差分测量信号的图；图6B图示了图6A的一部分的放大图；图7A和图7B图示了根据一个或多个实施例的由磁性速度传感器生成的三个差分测量信号的另一个图；图8A和图8B图示了根据一个或多个实施例的由磁性速度传感器生成的三个差分测量信号的又一个图；和图9图示了根据一个或多个实施例的感测编码器旋转速度的方法的流程图。具体实施方式在下文中，阐述了多个细节以提供对示例性实施例的更透彻的解释。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践各实施例。在其他情况下，公知的结构和设备以框图形式或以示意图来示出而不是被详细地示出，以便避免模糊实施例。此外，除非另行特别指出，否则下文所述的不同实施例的特征可以彼此组合。此外，等同或相似的元件或具有等同或相似功能的元件在下面的描述中使用等同或相似的附图标记来表示。由于相同的或功能上等同的元件在附图中被赋予相同的附图标记，可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对于具有相同或相似附图标记的元件所提供的描述可相互交换。应当理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以被直接连接或耦合到该另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在中间元件。其他用来形容元件之间关系的词语应当以相似的方式来解释(例如“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。在本文描述的实施例或在附图中所示的实施例中，任何直接电气连接或耦合(即，没有附加中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，利用一个或多个附加中间元件的连接或耦合)来实现，或反之亦然，只要连接或耦合的通用目的(例如为了传输某种信号或者为了传输某种信息)基本上保持不变。来自不同实施例的特征可以被组合以形成其他实施例。例如，关于其中一个实施例而描述的变化或修改也可适用于其他实施例，除非指出相反。如本文所使用的信号调节是指以这样的方式操纵模拟信号，使得该信号满足下一阶段的进一步处理的要求。信号调节可以包括将模拟信号(例如经由模数转换器)转换成数字信号、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使传感器输出适合于调节后的处理而所需的任何其他过程。实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获得有关传感器和传感器系统的信息。传感器可以指代将待测量的物理量转换成电信号(例如电流信号或电压信号)的组件。所述物理量可以例如包括磁场、电场、压力、力、电流或电压，但是不限于此。如本文所述的传感器装置可以是电流传感器、高斯计、角度传感器、线性位置传感器、速度传感器等。磁场传感器例如包括一个或多个磁场传感器元件，其测量磁场的一个或多个特性(例如磁场通量密度的量、场强度、场角度、场方向、场定向等)，所述特性与检测和/或测量生成所述磁场的元件(例如磁体、载流导体(例如导线)、地球或其他磁场源)的磁场模式相对应。根据一个或多个实施例，磁场传感器和传感器电路两者被容纳(即，集成)在同一芯片封装(例如，诸如引线封装或无引线封装的塑封封装，或者表面安装器件(SMD)封装)中。该芯片封装也被称为传感器封装。所述传感器封装可以与背偏置磁体组合以形成传感器模块、传感器装置等。包括在传感器封装中的一个或多个磁场传感器元件(或简称为磁场传感器)因此暴露于磁场，并且由每个磁场传感器元件提供的传感器信号(例如电压信号)例如与磁场的大小成比例。此外，将理解的是，术语“传感器”和“感测元件”在整个说明书中可以互换使用，并且术语“传感器信号”和“测量值”在整个说明书中可以互换使用。传感器电路可以被称为信号处理电路和/或信号调节电路，其以原始测量数据的形式从磁场传感器元件接收信号(即，传感器信号)，并且从该传感器信号导出表示磁场的测量信号。传感器电路可以包括将来自所述一个或多个传感器元件的模拟信号转换成数字信号的模数转换器(ADC)。传感器电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)，这将在下面讨论。因此，传感器封装包括经由信号处理和/或调节来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性传感器模块，被配置成测量磁场，所述磁场的大小在第一极值与第二极值之间振荡，所述磁性传感器模块包括：磁性传感器，所述磁性传感器包括多个传感器元件，所述多个传感器元件被配置成响应于感测到所述磁场而生成测量值，其中所述多个传感器元件被分组成第一移位对、居中对和第二移位对；和传感器电路，所述传感器电路被配置成从所述多个传感器元件接收所述测量值，基于从所述第一移位对接收到的所述测量值来生成第一移位差分测量信号，基于从所述居中对接收到的所述测量值来生成居中差分测量信号，以及基于从所述第二移位对接收到的所述测量值来生成第二移位差分测量信号，并且基于检测到所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号跨越至少一个阈值来生成输出信号。

【技术特征摘要】
2017.05.18 US 15/598,5681.一种磁性传感器模块，被配置成测量磁场，所述磁场的大小在第一极值与第二极值之间振荡，所述磁性传感器模块包括：磁性传感器，所述磁性传感器包括多个传感器元件，所述多个传感器元件被配置成响应于感测到所述磁场而生成测量值，其中所述多个传感器元件被分组成第一移位对、居中对和第二移位对；和传感器电路，所述传感器电路被配置成从所述多个传感器元件接收所述测量值，基于从所述第一移位对接收到的所述测量值来生成第一移位差分测量信号，基于从所述居中对接收到的所述测量值来生成居中差分测量信号，以及基于从所述第二移位对接收到的所述测量值来生成第二移位差分测量信号，并且基于检测到所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号跨越至少一个阈值来生成输出信号。2.根据权利要求1所述的磁性传感器模块，其中：所述磁性传感器模块为增量式速度传感器，并且所述传感器电路被配置成根据编码器的旋转速度来调制所述输出信号，其中由所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号对所述至少一个阈值的所述跨越取决于所述编码器的旋转。3.根据权利要求1所述的磁性传感器模块，其中：传感器电路包括至少一个校准单元，所述至少一个校准单元被配置成：监控所述第一极值和所述第二极值，并且基于所述第一极值和所述第二极值的平均来调整所述至少一个阈值，或者基于所述第一极值和所述第二极值的平均来调整施加到所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号中的一个或多个的偏移。4.根据权利要求1所述的磁性传感器模块，其中所述传感器电路被配置成基于下降沿跨越或上升沿跨越来检测由所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号对所述至少一个阈值的所述跨越。5.根据权利要求1所述的磁性传感器模块，其中：传感器电路包括切换机制，所述切换机制被配置成基于所述磁场的所述振荡来改变所述输出信号的逻辑值，并且所述传感器电路被配置成基于所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号跨越所述至少一个阈值来准备、触发、解除和重新启用所述切换机制。6.根据权利要求1所述的磁性传感器模块，进一步包括：切换机制，所述切换机制被配置成基于所述磁场的所述振荡来改变所述输出信号的逻辑值；和状态机，所述状态机被配置成应用多个切换规则集合，所述多个切换规则集合提供用于准备、解除和重新启用所述切换机制以及用于改变所述输出信号的所述逻辑值的标准，其中所述标准是基于所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号跨越所述至少一个阈值。7.根据权利要求6所述的磁性传感器模块，其中：所述传感器电路被配置成检测所述磁场的振荡方向，并且所述状态机被配置成基于检测到的振荡方向来应用来自所述多个切换规则集合中的规则集合以用于控制所述切换机制。8.根据权利要求6所述的磁性传感器模块，其中：所述传感器电路被配置成检测所述多个传感器元件中的每个传感器元件的操作状态，所述操作状态包括有效状态或故障状态，并且所述状态机被配置成基于所述多个传感器元件中的每个传感器元件的所述操作状态来应用来自所述多个切换规则集合中的规则集合。9.根据权利要求6所述的磁性传感器模块，其中：所述传感器电路被配置成确定所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号中的每个差分测量信号的有效性，并且所述状态机被配置成基于所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号中的每个差分测量信号的所述有效性来应用来自所述多个切换规则集合中的规则集合。10.根据权利要求9所述的磁性传感器模块，其中：所述传感器电路被配置成基于在预定时间段内跨越三个阈值来分别确定所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号中的每个差分测量信号是否有效。11.根据权利要求9所述的磁性传感器模块，其中所述传感器电路被配置成基于所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号中的每个差分测量信号的幅度彼此比较的关系，来确定所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号和所述第二移位差分测量信号是否有效。12.根据权利要求9所述的磁性传感器模块，其中所述传感器电路被配置成基于所述第一移位差分测量信号、所述居中差分测量信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·哈默施密特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE