對傳感器設備的輸入信號的調制制造技術

本發明專利技術提出了一種基于輸入信號（Ｈｍ）來產生測量信號（Ｕａ）的傳感器設備（２００）。輸入信號優選地是磁場。傳感器設備包括信號發生裝置（２２０）和傳感器裝置（２３０）。信號發生裝置（２２０）產生與輸入信號（Ｈｍ）相同類型的周期信號（Ｈｅ）。信號發生裝置還基于輸入信號（Ｈｍ）和周期信號（Ｈｅ）產生混合信號。傳感器裝置（２３０）最后基于混合信號和傳感器裝置（２０３）的特性曲線（１１０）產生測量信號（Ｕａ）。通過將輸入信號（Ｈｍ）與相同類型的周期信號（Ｈｅ）相混合，可以在降低傳感器設備（２００）的復雜度的同時提高傳感器設備（２００）的靈敏度和魯棒性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種基于輸入信號產生傳感器信號的傳感器設備以及一種測量輸入信號的物理特性的方法。具體地，本專利技術涉及一種各向異性磁阻傳感器以及一種利用各向異性磁阻傳感器來測量磁場的方法。
技術介紹
測量工程是與確定對象的特定物理特性的量值的過程有關的電子工程領域。對象的特定物理特性例如可以是電磁體的磁場大小或者幾何對象的長度。這種類型的過程通常被稱作測量，用于執行測量的技術設備被稱作傳感器設備。對感興趣物理特性的量值進行測量的傳感器設備輸出電信號，電信號是直接可解釋的，并且實現對所測量的量值的直接結論。為此，所測量的量值與電子輸出信號的量值應當在數學上彼此成比例。這被稱作線性條件，應當在感興趣物理特性的大范圍量值上給出所述線性條件。在測量磁場的情況下，如果要測量的磁場的量值加倍，則傳感器設備應當將其輸出信號的量值加倍。除了線性條件以外，對傳感器設備的要求還由其應用領域來限定。因為傳感器設備不會影響任何機械工作，例如發動機旋轉或熔化爐加熱，所以由于傳感器設備占用寶貴的空間，傳感器設備的實際存在通常是非預期的。因此，傳感器設備必須被構造為盡可能地小，以不限制機器的預期技術效果。此外，在應用領域中，傳感器設備易受到對測量有影響的許多外部物理干擾，降低了輸出信號的質量并且使輸出信號的解釋復雜化。為了提供上述傳感器設備的示例，在下文中，更詳細討論磁場傳感器。磁場傳感器在測量工程領域占據重要位置，這是由于磁場傳感器允許無接觸測量，并且對聲學噪聲和污染不敏感。磁場傳感器可以被劃分成基于磁場產生電壓的電感性傳感器、基于磁場具有可變電阻的場板傳感器、以及基于磁場改變其磁性取向的韋根傳感器。電感性傳感器的示例可以是霍爾傳感器，通過基于磁場偏轉載流導體中的電流來產生電壓。場板傳感器的應用在測量工程領域非常廣泛。場板傳感器用作旋轉速度和旋轉角度傳感器、開關、無接觸控制電阻器以及用于直流電的零電勢測量。通常，場板傳感器具有二次特性。即，如果場板傳感器所暴露于的磁場加倍，則場板傳感器的電阻降低至四分之一。通常，場板傳感器的偏置點位于場板傳感器的特性的峰值處。這降低了對小磁場的靈敏度，因為場板傳感器不會產生圍繞其峰值的可檢測延長部分。針對場板傳感器的靈敏度提出了多種解決方案。在第一種解決方案中，通過施加偏移，人工地將偏置點移動到峰值之外。盡管提高了靈敏度，但是必須從輸出信號中抵消偏移。該偏移抵消要求復雜且成本高的抵消算法，這限制了場板傳感器的總體性能。此外，由于使用壽命和溫度漂移，偏移不是恒定的，并因此對傳感器設備的測量質量有很大影響。在另一種解決方案中，通過向場板傳感器添加其他機械特征，來改變場板傳感器本身的特性。這樣的機械特征例如可以被稱作Barber電極。這里不進行關于Barber電極的技術背景的詳細描述，這些解決方案增加了場板傳感器的復雜度，使得這些類型的傳感器不僅是空間密集的而且制造成本高。總之，傳感器設備必須靈敏、尺寸小以及對外部物理干擾有抵抗力。從磁板場傳感器的示例可以看出，這些條件不能同時實現。如果利用技術手段調節這些條件之一，則另一條件就會變差。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是提供一種用于產生傳感器信號的傳感器設備，以及一種測量輸入信號的物理特性的方法，該方法減小了傳感器設備的尺寸并且提高了傳感器設備的靈敏度和魯棒性。該目的可以通過獨立權利要求來實現。其他實施例是從屬權利要求的主題。本專利技術的基本構思是得益于從通信工程領域獲知的載波信號。詳細地，提出將要測量的物理特性(在下文中被稱作輸入信號)的量值調制到周期信號上，所述周期信號起到載波信號的作用。在通信工程領域，將信息信號調制到載波信號上，以使要傳輸的信號適合于傳輸信道的物理特性。本專利技術基于將傳感器設備視為傳輸信道的構思。因此，通過將輸入信號調制到周期信號上，可以使輸入信號適合于傳感器設備的物理特性。因此，本專利技術提出了一種用于基于輸入信號來產生傳感器信號的傳感器設備。傳感器設備包括信號產生裝置和傳感器裝置。信號產生裝置輸出與輸入信號相同類型的周期信號。即，如果例如輸入信號是磁場，則周期信號也是磁場。此外，信號產生裝置將輸入信號與周期信號混合，并且產生混合信號。傳感器裝置現在檢測混合信號，并且基于混合信號的內部特性來產生檢測信號。可以利用與通信工程領域中使用的技術相同技術(例如，通過解調)來直接解釋該檢測信號。信號產生裝置是小技術元件，極為不顯著地提高了傳感器設備的復雜度，并且在技術上很小地增大了傳感器設備。此外，輸入信號可以適合于傳感器設備的內部特性，具體地適合于傳感器裝置的內部特性。另一方面，這允許將輸入信號的檢測移至傳感器設備的特性曲線的一部分，其中特性曲線不僅是線性的而且非常陡峭。換言之，通過調制輸入信號，可以提高傳感器裝置的靈敏度。另一方面，還實現了噪聲降低，這是由于調制將輸入信號變換到頻譜部分中，在頻譜部分中噪聲影響較小。總之，本專利技術提供了 一種小型、靈敏且魯棒的傳感器設備。本專利技術尤其適合于應用在磁場傳感器領域。因此，由于場板傳感器尤其是各向異性磁阻傳感器具有二次特性曲線，因此本專利技術可以特別有效地提高場板傳感器的靈敏度， 同時減小場板傳感器所需的空間并且提高場板傳感器的魯棒性。對輸入信號與周期信號進行混合的最佳方式是通過疊加將輸入信號調制到周期信號上。這使得能夠對檢測信號進行容易且方便的頻譜處理，從而便于檢測信號的頻譜解釋。此外，輸入信號與周期信號的疊加可以在無需其他技術手段的情況下實現，因此很簡單。本專利技術可以被實現為片上系統，因此非常適合于提供小尺寸的傳感器設備，例如實現為現代技術應用中的旋轉速度傳感器。在優選實施例中，信號產生器還可以產生時間偏移的周期信號，其中輸入信號也被調制到偏移的周期信號上，以產生偏移的混合信號。因此，傳感器裝置不僅產生檢測信號而且產生偏移的檢測信號。通過產生兩個不同的周期信號并因此產生兩個不同的檢測信5號，存在可以相互驗證以識別檢測誤差或其他的兩個信號。在周期信號與偏移的周期信號之間的時間偏移為180°的情況下，該實施例最適用。這意味著，兩個產生的周期具有相同形狀但不同的符號。因此，能夠以特別方便的方式來驗證兩個信號。對于根據先前實施例的傳感器設備可以存在兩種不同的技術實現。在第一種實現中，傳感器裝置可以包括兩個不同的傳感器頭。第一傳感器頭用于基于混合信號來產生檢測信號，第二傳感器頭用于產生偏移的檢測信號。這允許以最小信息損耗來產生兩個檢測信號。在第一傳感器頭和第二傳感器頭具有相同物理特性并且被布置為在公共層中彼此嚙合的情況下，第一種實現最適用。不僅由于在公共層上布置而使這種實現所需的空間縮減到最小，而且由于兩個傳感器頭相同，還允許有效的誤差檢測。在第二種實現中，兩個傳感器信號可以通過復用來產生。這意味著，切換裝置可以交替地允許傳感器裝置基于混合信號產生檢測信號，以及基于偏移的混合信號產生偏移的檢測信號。可以基于一般數學方法使產生的檢測信號中的間斷點連續。由于第二種實現僅需要一個傳感器頭，因此可以進一步縮減傳感器設備所需的空間。在本專利技術的另一實施例中，可以省略對周期信號進行偏移以產生兩個不同周期信號的步驟。這可以通過對檢測信號進行采樣來實現。因此，第一采樣單元在第一采樣時間點處對檢測信號進行采樣，第二采樣單元在第二采樣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種基于輸入信號（Ｈｍ）產生測量信號（Ｕａ）的傳感器設備，包括：信號發生裝置（２２０），用于產生與輸入信號（Ｈｍ）相同類型的周期信號（Ｈｅ），并且用于基于輸入信號（Ｈｍ）和周期信號（Ｈｅ）產生混合信號；以及傳感器裝置（２３０），用于基于混合信號和傳感器裝置（２３０）的特性曲線（１１０）來產生測量信號（Ｕａ）。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬庫斯·普洛查斯卡，
申請(專利權)人：NXP股份有限公司，
類型：發明
國別省市：NL