用于确定角位置的电路和方法技术

本申请公开了用于确定角位置的电路和方法。一种用于确定旋转对象的角位置的传感器电路，对象被配置成用于生成或调制磁场，传感器电路包括：a)第一传感器，用于提供第一传感器信号；b)第二传感器，用于提供第二传感器信号；c)信号校正框，用于接收第一/第二传感器信号或从中导出的信号作为第一/第二输入信号，以及接收多个反馈信号；以及被配置为提供第一经校正信号和第二经校正信号；d)角度计算框，角度计算框被配置为接收第一经校正信号和第二经校正信号，以及确定作为第一经校正信号和第二经校正信号的比率的函数的所述角位置信号；e)反馈框，反馈框被配置为接收所述角位置信号，以及基于角位置信号以改进的线性度生成所述多个反馈信号。述多个反馈信号。述多个反馈信号。

【技术实现步骤摘要】
用于确定角位置的电路和方法


[0001]本专利技术大体上涉及磁传感器设备和方法的领域，更具体地，涉及角位置 传感器系统和方法。

技术介绍

[0002]本领域已知角位置传感器系统。它们提供的优点在于，能够在不进行物 理接触的情况下测量角位置，从而避免了机械磨损、刮擦、摩擦等问题。
[0003]基本上有两种类型的磁角位置传感器系统：(1)感应角位置传感器系 统，以及(2)使用永磁体的角位置传感器系统。
[0004]感应角位置传感器系统通常包括激励线圈(也称为“发射器线圈”)和 多个检测线圈(也称为“接收器线圈”)。
[0005]在使用永磁体的角位置传感器系统中，磁体通常会生成磁场，该磁场由 以特定方式布置在距磁体一定距离处的多个磁敏元件感测。来自这些磁敏元 件的信号在电子电路中进行处理，并根据这些信号确定角位置。
[0006]本专利技术主要涉及一种用于基于传感器信号确定角位置的电子电路和方 法。
[0007]总是存在改进或替代的余地。

技术实现思路

[0008]本专利技术的实施例的目的是提供一种确定旋转对象的实际角位置的传感器 电路和方法。
[0009]本专利技术的实施例的目的是提供一种确定以一定角速度旋转的对象的实际 角位置的传感器电路和方法，该角速度在从约4至约3200转/秒(机械)或从 约20至约16000转/秒(电气)的范围内。
[0010]本专利技术的实施例的目的是提供一种提供准确(或更准确)的角位置，或 提供在输出信号和实际机械位置之间具有小误差(或减小的误差)的角位置 的传感器电路和方法。
[0011]本专利技术的实施例的目的是提供一种在输出信号和实际机械位置之间具有 改进的线性度的传感器电路和方法。
[0012]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种感应角度传感器系统，该感应角 度传感器系统对传感器设备附近存在不需要的金属部件具有降低的灵敏度。
[0013]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种角度传感器系统和方法，该系统 和方法对以下一种或多种具有改进的鲁棒性：温度变化、安装要求(轴向偏 移、径向偏移、倾斜角度、摆动)。
[0014]本专利技术的实施例的目的是提供一种适合在工业、机器人或汽车环境中使 用的感应或磁传感器系统或电路或方法。
[0015]这些目标通过本专利技术的实施例实现。
[0016]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于确定当对象相对于传感器电路旋 转时的
角位置的传感器电路，其中对象被配置成用于生成或调制磁场，传感 器电路包括：a)第一传感器，第一传感器被配置成用于测量磁场的第一特 征，以及提供第一传感器信号(例如ss1)；b)第二传感器，第二传感器被 配置成用于测量磁场的第二特征，以及提供第二传感器信号(例如ss2)；c) 信号校正框，信号校正框被配置成用于接收第一传感器信号(例如ss1)或 从中导出的信号作为第一输入信号(例如Isig)，以及接收第二传感器信号 (例如ss2)或从中导出的信号作为第二输入信号(例如Qsig)，以及多个 反馈信号(例如Idc_c、Qdc_c、Gmm_c)；以及被配置成用于提供具有第 一振幅和可选的第一DC值的第一经校正信号(例如Iadj)，以及具有基本上 等于第一振幅的第二振幅和可选的第二DC值并且可选地还具有减少的串扰 的第二经校正信号(例如Qadj)；d)角度计算框，角度计算框被配置成用于 接收第一经校正信号和第二经校正信号(例如Iadj、Qadj)，以及确定作为 第一经校正信号和第二经校正信号(例如Iadj、Qadj)的比率的函数(例如 反正切函数)的角位置信号(例如)；e)反馈框，反馈框被配置成用于接 收角位置信号(例如)，以及基于角位置信号(例如)生成多个反馈信 号(例如Idc_c、Qdc_c、Gmm_c)，使得角位置具有改进的线性度。
[0017]有利的是，角位置是基于具有基本相同的振幅的信号比率计算的，因为 该比率与磁场强度无关(例如，与磁体强度无关，例如，与传感器设备与磁 体之间的距离无关，例如与调制信号的振幅无关)。
[0018]优点是所有反馈信号都从单个信号(即所述角位置信号)导出而不是针 对第一信号和第二信号单独计算，因为这提高了总体信号一致性，并且可提 高反馈回路的稳定性。
[0019]这是闭环系统的优点，因为它能够依据引入的误差动态调整自身。这提 供了对老化、长期漂移等更为稳健的角信号值。另一优点是，可以省略通常 在开环系统中实现的校准测试，该测试中确定了误差值，并且校准值(例如 以表格的形式)存储在非易失性存储器中。另一优点是，也不需要精确的基 准角测量系统来执行此类测试。
[0020]第一输入信号可以是具有第一振幅和第一相位的正弦信号。
[0021]第二输入信号可以是第二正弦信号，第二正弦信号具有可能小于或大于 第一振幅(例如，在第一振幅的80％至120％范围内)的第二振幅，并且具 有可能与第一相位偏移80
°
至100
°
范围内的值的第二相位。
[0022]优选地，传感器电路包括半导体基板，半导体基板包括至少信号校正 框、角度确定框和所述反馈框。该半导体基板优选封装在陶瓷或塑料封装中 (也称为“芯片”)。取决于实现方式，第一传感器和第二传感器也可以集 成在该半导体基板上，或者集成在第二基板上(例如印刷电路板 (PCB))。
[0023]在实施例中，第一传感器和第二传感器是或包括一个或多个磁敏元件， 例如从以下由以下各项组成的组中选择的一个或多个磁敏元件：水平霍尔元 件、垂直霍尔元件、磁阻元件(MR元件)。这些元件优选地也集成在上述 半导体基板上。
[0024]在实施例中，第一传感器和第二传感器是在印刷电路板(PCB)上实现 的第一接收器线圈和第二接收器线圈。包括上述电子电路的封装半导体基板 可以安装在例如，焊接在该PCB上。
[0025]第一输入信号可以是具有第一振幅和第一相位的正弦信号。
[0026]第二输入信号可以是第二正弦信号，第二正弦信号具有可能小于或大于 第一振幅(例如，在第一振幅的80％至120％范围内)的第二振幅，并且具 有可能与第一相位偏移
80
°
至100
°
范围内的值的第二相位。
[0027]在实施例中，电子电路包括可编程处理器(例如数字信号处理器， DSP)，该可编程处理器包括或连接到非易失性存储器，该非易失性存储器 包括用于在软件中执行至少信号校正框、角度确定框和反馈框的可执行指 令。
[0028]在实施例中，多个反馈信号包括：第一误差信号(例如Idc_c)、第二 误差信号(例如Qdc_c)以及第一缩放信号(例如Gmm_c)；并且信号校正 框包括：i)第一组合器，被布置为接收和组合第一输入信号(例如Isig)和 第一误差信号(例如Idc_c)(例如，求和或减法)，从而提供第一组合信 号(例如s1)；以及ii)第二组合器，被布置为接收和组合第二输入信号(例 如Qsig)和第二误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定当对象相对于所述传感器电路旋转时的角位置的传感器电路，其中所述对象被配置成用于生成或调制磁场，所述传感器电路包括：a)第一传感器，所述第一传感器被配置成用于测量所述磁场的第一特征，以及提供第一传感器信号(ss1)；b)第二传感器，所述第二传感器被配置成用于测量所述磁场的第二特征，以及提供第二传感器信号(ss2)；c)信号校正框，所述信号校正框被配置成用于接收所述第一传感器信号(ss1)或从中导出的信号作为第一输入信号(Isig)，以及接收所述第二传感器信号(ss2)或从中导出的信号作为第二输入信号(Qsig)，以及多个反馈信号(Idc_c、Qdc_c、Gmm_c)；以及被配置成用于提供具有第一振幅的第一经校正信号(Iadj)和具有基本上等于所述第一振幅的第二振幅的第二经校正信号(Qadj)；d)角度计算框，所述角度计算框被配置成用于接收所述第一经校正信号和所述第二经校正信号(Iadj、Qadj)，以及确定作为所述第一经校正信号和所述第二经校正信号(Iadj、Qadj)的比率的函数的所述角位置信号e)反馈框，所述反馈框被配置成用于接收所述角位置信号以及基于所述角位置信号生成所述多个反馈信号(Idc_c、Qdc_c、Gmm_c)，使得所述角位置具有改进的线性度。2.根据权利要求1所述的传感器电路，其中所述多个反馈信号包括：第一误差信号(Idc_c)、第二误差信号(Qdc_c)以及第一缩放信号(Gmm_c)；并且其中，所述信号校正框包括：i)第一组合器(∑1)，被布置为接收和组合所述第一输入信号(Isig)和第一误差信号(Idc_c)，从而提供第一组合信号(s1)；以及ii)第二组合器(∑2)，被布置为接收和组合所述第二输入信号(Qsig)和第二误差信号(Qdc_c)，从而提供第二组合信号(s2)；以及iii)第一缩放器(A1)，被布置为使用所述第一缩放信号(Gmm_c)缩放所述第二组合信号(s2)，从而提供第三信号(s3)；其中所述第一经校正信号(Iadj)是第一组合信号(s1)，或是从所述第一组合信号(s1)和所述第三信号(s3)导出的；以及其中所述第二经校正信号(Qadj)是所述第三信号(s3)，或是从所述第一组合信号(s1)和所述第三信号(s3)导出的。3.根据权利要求2所述的传感器电路，其中所述多个反馈信号进一步包括：第二缩放信号(Gmm2_c)；并且其中，所述信号校正框进一步包括：iv)第二缩放器(A2)，被布置为使用所述第二缩放信号(Gmm2_c)缩放所述第三信号(s3)；v)第三组合器(∑3)，被布置为组合所述第二缩放器(A2)的输出和所述第一组合信号(s1)，从而提供所述第一经校正信号(Iadj)；
vi)第三缩放器(A3)，被布置为使用所述第二缩放信号(Gmm2_c)缩放所述第一组合信号(s1)；vii)第四组合器(∑4)，被布置为组合所述第三缩放器(A3)的输出和所述第三信号(s3)，从而提供所述第二经校正信号(Qadj)。4.根据权利要求1所述的传感器电路，其中所述多个反馈信号包括：第一误差信号(Idc_c)、第二误差信号(Qdc_c)以及第一缩放信号(Gmm_c)；以及其中所述反馈框包括：α)求导框(331)，所述求导框(331)被配置成用于接收所述角位置信号以及确定所述角位置信号的时间导数信号，从而生成第四信号(s4)；β)DC移除框，所述DC移除框被配置成用于接收所述第四信号(s4)以及移除所述第四信号(s4)的DC电平，从而生成第五信号(s5)；多个相关器(333a、333b、333c)，被配置成用于接收所述第五信号(s5)以及将所述第五信号(s5)与三个可选的削峰正弦和余弦波形或模式中的每一个波形或模式相关，从而生成三个相关信号(c1、c2、c3)；δ)多个缩放器(334a、334b、334c)和积分器(335a、335b、335c)，被配置成用于通过分别缩放和积分所述三个相关信号(c1、c2、c3)中的每一者生成所述第一误差信号(Idc_c)、所述第二误差信号(Qdc_c)和所述第一缩放信号(Gmm_c)。5.根据权利要求4所述的传感器电路，其中所述多个反馈信号进一步包括：第二缩放信号(Gmm2_c)；并且其中所述反馈框进一步被配置成用于：ε)将所述第五信号(s5)与第四可选的削峰正弦波形或模式相关，从而生成第四相关信号(c4)；ζ)基于所述第四相关信号(c4)的积分生成所述第二缩放信号(Gmm2_c)。6.根据权利要求1所述的传感器电路，其中所述角度计算框被配置为使...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：迈来芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：