自动增益控制系统及方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种自动增益控制系统及方法，所述自动增益控制系统包括：第一霍尔器件、第二霍尔器件、第一仪表放大器、第二仪表放大器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、计算电路、检测电路及自动增益控制电路。本发明专利技术提出的自动增益控制系统及方法，可以满足霍尔角度传感器和编码器在小角度应用场景下的自动增益控制，同时自动辨别霍尔角度传感器是因为检测到按键操作还是因为环境变化(包括温度、应力、磁铁特性等)而引起的信号强度变化，从而决定信号链路是否需要进行增益调节，避免自动增益控制功能与按键检测功能的相互冲突。

【技术实现步骤摘要】
自动增益控制系统及方法
本专利技术属于电子信息
，涉及一种增益控制系统，尤其涉及一种自动增益控制系统及方法。
技术介绍
磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁传感器的应用十分广泛，已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用，其中角度传感器、编码器等产品是磁传感技术的重要组成部分。霍尔器件属于比较常见的一种磁敏感元件，是一种利用霍尔效应的固态电子器件，用硅外延或者离子注入方法制造的薄膜霍尔器件可以与标准的CMOS工艺兼容，因其具有尺寸小、成本低、便于大规模生产等优点而被越来越广泛地应用。目前，市面上主流的磁角度传感器和磁编码器产品根据磁敏感元件类型可以分为两大类：基于磁阻技术的角度传感器和编码器和基于霍尔技术的角度传感器和编码器。对于前者，磁阻在较小的外部磁场下(几百Gs左右)就能饱和并提供较大的信号幅度(几十到几百mV量级)，因此基于磁阻技术的角度传感器和编码器在较小的外部磁场下就可以提供较高的信噪比；并且工作在饱和区的磁阻的输出信号幅度几乎与外界磁场强度无关，因此可以简化传感器芯片模拟前端设计；但是由于磁阻工艺和标准的CMOS工艺不兼容，需要额外的制造工序，因此其制造周期更长，成本更高。对于后者，在较小的外部磁场下(几百Gs左右)霍尔器件能提供的信噪比要低一些；并且由于霍尔器件在很宽的磁场强度范围内仍具有线性关系，因此传感器芯片的模拟前端需要增加自动增益控制(AGC)以适应不同磁场强度的应用，增加了设计复杂度；但是，可以利用霍尔器件“在很宽的磁场强度范围内仍具有线性关系”这一特点，在角度传感器和编码器产品的基础上集成更多的功能(如垂直于芯片方向的位置检测功能，例如按键检测等)，实现更高的集成度；同时，基于霍尔技术的角度传感器和编码器芯片因其具有更低的成本而得到市场越来越多的青睐。图1所示为按键检测霍尔角度传感器和编码器芯片的功能框图：霍尔器件(HP)将外界磁场强度信号转换为电压信号，经过仪表放大器(IA)和可变增益放大器(PGA)放大，送入模数转换器(ADC)转成数字信号；两条信号链路分别用来检测磁场强度在X轴和Y轴方向上的分量，得到数字信号DX和DY，并利用数字信号处理的CORDIC算法算出当前外界磁场的角度(ANG_OUT)，同时得到信号幅度(AMP_OUT)信息；最后根据信号强度的变化判断是否存在按键操作。图2所示为按键检测霍尔角度传感器和编码器芯片的典型应用，磁铁放置于芯片正上方：旋转磁铁，芯片的角度输出跟随铁磁的旋转角度；按压磁铁达到一定行程，芯片的按键检测输出给出响应。前文提到霍尔器件在很宽的磁场强度范围内仍具有线性关系，并且其灵敏度受环境(包括温度、应力等等)影响较大，因此传感器芯片模拟前端需要做自动增益控制(AGC)。如图3所示为传统的信号链路自动增益控制系统：可变增益放大器(PGA)将信号放大后送入模数转换器(ADC)，得到数字信号DO，利用信号幅度检测(AMP_DET)模块检测信号幅度，并送入自动增益控制(AGC)模块计算合适的PGA增益控制字PGA_CODE，实现闭环控制。这里AMP_DET通常是检测信号的峰峰值或者有效值，不论检测哪种值都要求系统的输入信号超过一个完整的周期，但是角度传感器和编码器产品的实际应用并不总是满足这个条件，很多时候角度传感器和编码器的信号只是在很小的角度范围内波动，这个时候传统的AGC是无法满足要求的。另外，磁铁被按压达到一定行程之后，芯片检测到的信号强度变大，此时传统的AGC会主动降低信号链路的增益以减小信号强度，这样的话就会直接影响按键检测功能的实现。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的增益控制电路，以便克服现有增益控制电路存在的上述至少部分缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供一种自动增益控制系统及方法，可满足霍尔角度传感器和编码器在小角度应用场景下自动增益控制的同时，避免自动增益控制功能与按键检测功能的相互冲突。为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，采用如下技术方案：一种自动增益控制系统，所述自动增益控制系统包括：第一霍尔器件、第二霍尔器件、第一仪表放大器、第二仪表放大器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、计算电路、检测电路及自动增益控制电路；所述第一霍尔器件、第一仪表放大器、第一可变增益放大器、第一模数转换器依次连接，所述第二霍尔器件、第二仪表放大器、第二可变增益放大器、第二模数转换器依次连接；所述第一模数转换器的输出端连接计算电路的输出端，所述计算电路的输出端连接检测电路的输入端及自动增益控制电路的输入端；所述检测电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，所述自动增益控制电路的输出端分别连接第一可变增益放大器及第二可变增益放大器；所述第一霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第一仪表放大器和第一可变增益放大器放大，送入第一模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第一方向上的分量；所述第二霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第二仪表放大器和第二可变增益放大器放大，送入第二模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第二方向上的分量；所述计算电路利用第一模数转换器及第二模数转换器输出的数字信号计算当前外界磁场的角度及信号幅度信息，并将计算出的信息发送至所述检测电路及自动增益控制电路；所述自动增益控制电路计算合适的增益控制字，并发送至所述第一可变增益放大器及第二可变增益放大器，实现闭环控制。作为本专利技术的一种实施方式，所述计算电路计算外界磁场角度值ANG_OUT的同时，得到信号强度AMP_OUT；其中ANG_OUT和AMP_OUT满足公式(1)，所述第一方向为磁场的X轴方向，所述第二方向为磁场的Y轴方向；Dx和Dy分别表示外界磁场在X轴和Y轴方向上的分量，用公式(2)表示，其中，θ是外界磁场的角度；AMP_OUT等于两路相互正交信号的模，与外界磁场方向无关。作为本专利技术的一种实施方式，在自动增益控制电路根据外界磁场幅度值AMP_OUT调整信号链路增益之前，增加检测电路进行按键检测判断，当检测到按键操作时会给自动增益控制电路提供冻结信号，以防自动增益控制电路主动调整信号链路的增益导致按键检测功能失效。作为本专利技术的一种实施方式，所述检测电路为按键检测电路；外界磁场幅度值AMP_OUT进入到检测电路，先经过微分器得到信号强度变化率D_AMP，再将信号强度变化率D_AMP与按键阈值信号PB_THR和释放按键阈值信号RB_THR比较，最终得到按键检测信号PB_OUT，同时给出自动增益控制电路的冻结信号LOCK。作为本专利技术的一种实施方式，当发生按键操作时，信号强度变化率D_AMP会超过按键阈值信号PB_THR，检测电路随之给出按键检测信号PB_OUT和LOCK信号；此时，即便外界磁场幅度值AMP_OUT超过自动增益控制电路的调整阈值AGC+_THR，自动增益控制电路的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动增益控制系统，其特征在于，所述自动增益控制系统包括：第一霍尔器件、第二霍尔器件、第一仪表放大器、第二仪表放大器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、计算电路、检测电路及自动增益控制电路；/n所述第一霍尔器件、第一仪表放大器、第一可变增益放大器、第一模数转换器依次连接，所述第二霍尔器件、第二仪表放大器、第二可变增益放大器、第二模数转换器依次连接；/n所述第一模数转换器的输出端连接计算电路的输出端，所述计算电路的输出端连接检测电路的输入端及自动增益控制电路的输入端；所述检测电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，所述自动增益控制电路的输出端分别连接第一可变增益放大器及第二可变增益放大器；/n所述第一霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第一仪表放大器和第一可变增益放大器放大，送入第一模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第一方向上的分量；/n所述第二霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第二仪表放大器和第二可变增益放大器放大，送入第二模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第二方向上的分量；/n所述计算电路利用第一模数转换器及第二模数转换器输出的数字信号计算当前外界磁场的角度及信号幅度信息，并将计算出的信息发送至所述检测电路及自动增益控制电路；/n所述自动增益控制电路计算合适的增益控制字，并发送至所述第一可变增益放大器及第二可变增益放大器，实现闭环控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自动增益控制系统，其特征在于，所述自动增益控制系统包括：第一霍尔器件、第二霍尔器件、第一仪表放大器、第二仪表放大器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、计算电路、检测电路及自动增益控制电路；
所述第一霍尔器件、第一仪表放大器、第一可变增益放大器、第一模数转换器依次连接，所述第二霍尔器件、第二仪表放大器、第二可变增益放大器、第二模数转换器依次连接；
所述第一模数转换器的输出端连接计算电路的输出端，所述计算电路的输出端连接检测电路的输入端及自动增益控制电路的输入端；所述检测电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，所述自动增益控制电路的输出端分别连接第一可变增益放大器及第二可变增益放大器；
所述第一霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第一仪表放大器和第一可变增益放大器放大，送入第一模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第一方向上的分量；
所述第二霍尔器件将外界磁场强度信号转换为电压信号，依次经过第二仪表放大器和第二可变增益放大器放大，送入第二模数转换器转成数字信号，得到磁场强度在第二方向上的分量；
所述计算电路利用第一模数转换器及第二模数转换器输出的数字信号计算当前外界磁场的角度及信号幅度信息，并将计算出的信息发送至所述检测电路及自动增益控制电路；
所述自动增益控制电路计算合适的增益控制字，并发送至所述第一可变增益放大器及第二可变增益放大器，实现闭环控制。


2.根据权利要求1所述的自动增益控制系统，其特征在于：
所述计算电路计算外界磁场角度值ANG_OUT的同时，得到信号强度AMP_OUT；其中ANG_OUT和AMP_OUT满足公式(1)，



所述第一方向为磁场的X轴方向，所述第二方向为磁场的Y轴方向；Dx和Dy分别表示外界磁场在X轴和Y轴方向上的分量，用公式(2)表示，



其中，θ是外界磁场的角度；AMP_OUT等于两路相互正交信号的模，与外界磁场方向无关。


3.根据权利要求2所述的自动增益控制系统，其特征在于：
在自动增益控制电路根据外界磁场幅度值AMP_OUT调整信号链路增益之前，增加检测电路进行按键检测判断，当检测到按键操作时会给自动增益控制电路提供冻结信号，以防自动增益控制电路主动调整信号链路的增益导致按键检测功能失效。


4.根据权利要求2所述的自动增益控制系统，其特征在于：
所述检测电路为按键检测电路；
外界磁场幅度值AMP_OUT进入到检测电路，先经过微分器得到信号强度变化率D_AMP，再将信号强度变化率D_AMP与按键阈值信号PB_THR和释放按键阈值信号RB_THR比较，最终得到按键检测信号PB_OUT，同时给出自动增益控制电路的冻结信号LOCK。


5.根据权利要求4所述的自动增益控制系统，其特征在于：
当发生按键操作时，信号强度变化率D_AMP会超过按键阈值信号PB_THR，检测电路随之给出按键检测信号PB_OUT和LOCK信号；此时，即便外界磁场幅度值AMP_OUT超过自动增益控制电路的调整阈值AGC+_THR，自动增益控制电路的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆游，
申请(专利权)人：上海麦歌恩微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31