利用帕德逼近式函数仿真器为传感设备提供非线性温度补偿的制作方法

专利名称：利用帕德逼近式函数仿真器为传感设备提供非线性温度补偿的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及响应于温度改变表现非线性行为的传感器和/或转换器
(transducer )。本发明更具体地涉及在具有变化的溫度的环境下补偿传感设备 的这种非线性行为的有效和准确的方法。
2a.对同时拥有的申请的交叉引用
下列待审批的美国专利申请由本申请的所有者拥有，并且这里通过引用 合并他们的公开
(A )序歹'J号10/845,681 ，由Jose Marcos Lamia, Jose G Taveira, Robert R Moehrke在2004年5月13曰4是交，其4刀士合题目为"Pade'Approximant Based Compensation for Integrated Sensor Modules and the like"; 以及
(B )序歹:)号10/870,314，由Jose Marcos Laraia， Masahisa Niwa, Robert P. Moehrke和Jose G. Taveira在2004年6月16日提交，其初始题目为"Reactive Sensor Modules Using Pade' Approximant Based Compensation and Providing Module-Sourced Excitation"。
背景技术：
技术的进步已经使得很多用于多种用途、可批量生产的新的电子和Z或电 磁传感器或转换器成为可能。温度、压强、发光度、位置、加速度、流动速 率只是能够用这样的设备传感、测量和/或传达的许多物理变量中的一些。被 传感或测量的各参数能够被电磁地或用别的方式传输到计算机或其它用于显 示、控制和/或其它处理的智能设备。因为在许多领域如汽车工业、医学、航 天和工厂自动化中物理参数的准确传感和测量的重要性，所以大量的努力已 经致力于发展小型、准确、可靠并且能够在恶劣环境中运行的低成本传感设 备。
当物理量正在被传感或测量以用于随后处理或报告其值的目的时，总是 出现从被传感/被测量的物理量(其是压强、或磁通量、或高压工业应用中的
电动机电流、或一些其它这样的参数)的域到代表性的信号(例如，低压、
数字CMOS信号，例如在0-5伏特范围)的域的转换，其中该代表性的信号 将用于随后的处理和/或报告所传感/测量的物理量。在域到域 (domain-to-domain )的转换路径中的某处，可能存在一个或更多元件(例如， 传感器或转换器)其行为严重地受温度改变的影响。由于缺乏更好的术语，
分。不管用于转换处理的基本的物理原理如何，本质上所有的传感装置(即， 传感或转换元件)都表现出需要被克服的一些限制和非理想性。例如，大部 分传感器典型地表现出由于制造工艺变化允许的正态公差(normal tolerance ) 的偏差和灵敏度变化。这样的偏差和/或灵敏度变化通常必须通过传感器接口 电路的个别校准来补偿。另外某种程度上，本质上所有传感装置呈现响应于 温度的变化。这也可能需要通过个别校正来补偿。通常被称为信号调节电路 的合适的电子电路经常被连接(电子地，逻辑地和/或物理地)到每个单独的 传感装置，以照顾这些要求。在很多情况下，信号调节电路是包含传感装置 的部分或全部的封装或机壳(housing)的整体必需部分(integralpart)。通常， 传感元件和它对应的信号调节电路一般被封装到单个物理单元以构成传感器 模块。关于传感器信号调节的更具体的解释以及可用的解决办法的示例能够 在以下三篇文献中发现(这里通过引用而合并)(a) Mnif, K., "Compensation is critical in fitting analog pressure sensors to the application", ISD Magazine, July 2001; (b) Travis, B., "Smart conditioners rub out sensor errors", EDN Magazine, February 2001;和(c) McGonigal， J., "Signal conditioning，，, Sensor Magazine, September 2003 。
温度补偿(TC)是大多数传感器信号调节系统的基本要求，由于它使得 更高精确度和/或扩展的运行温度范围称为可能，而不要求使用更加复杂和昂 贵的传感元件。虽然用于TC的方法不同，但是大多数通常包括在首先减去 温度依赖偏移值后，用温度依赖的增益值乘以传感器输出信号。例如参见 (a)美国专利5,848,383, 12/1998授予Yu薦(provides polynomial compensation of temperature coefficient,提供对温度系数的多项式补偿)；(b)美国专利 5,902,925, 5/1999授予Crispie等(provides piece-wise linear compensation of temperature coefficient,提供对温度系数的分段线性补偿)；(c)美国专利 5,995,033, 11/〗999授予Roeckner等(uses DAC for setting offset,使用DAC
设置偏移)；(d)美国专利5,939,693， 8/1999授予Roeckner等(uses a signal conditioning circuit with DACs, and a combo ADC/DAC for signal conversion and polynomial calculation for temperature and nonlinearity compensation, 使用
多项式计算，以及非线性补偿)；以及(e)美国专利6,032,109, 2/2000授予 Ritmiller，III (use coarse and fine DAC，s driven by DSP (Digital Signal Processor),使用DSP驱动的粗糙和精细DAC)，通过引用全部合并于此。如 从之前Yunus，383等的简要描述所指出的，温度依赖的偏移和增益控制可以 用分段线性函数生成、用多项式函数生成和/或用复合数字信号处理技术来获 得。然而，由于市场对更高精度和更便宜的解决办法的需求压力，有时更传 统的线性或分段线性的TC技术不能提供在给定的温度范围所要求的性能。 一般使用的基于多项式的非线性温度补偿技术通常不能为不以多项式方式 (例如，y二ao+a乂+a乂+…)运转的传感元件提供非常好的拟合。因此在给定 的温度范围精度可能仍然不足，除非在每个多项式表达式中使用许多项，并 且可能不同的多项式以分段方式缝合到一起。这极大地增加了电路复杂性和 成本。需要更简单和更好的解决办法。

发明内容
根据本发明的当前公开，可以提供用于改进现有温度补偿技术的上述缺 点的结构和方法。
更具体地，提供了一种非线性温度补偿方法，其能够容易地成为精确的、 可编程的、以及足够灵活的以用于广泛范围的应用，包括提供用于使个别校 准的传感装置的低成本大规模生产成为可能的温度补偿。根据本发明的电路 能够被做得足够简单以容易地实现为单片传感器接口集成电路(IC)中的小 的功能块，该集成电路通常伴随传感器。
本发明的当前公开提供了不使用蛮力(brute force )数值技术实现数值分 解(division)的方式。本发明可以用所谓的帕德逼近式(Pad6 Approximant) 来实践，帕德逼近式可以通过这样的方式推导至少分段地将要仿真的函数 展开为两个幂级数的比值(两个多项式的除法)，并且确定幂级数分子和分母 的系数。帕德逼近式适用于模拟包含极点的非线性物理变量和数学函数。而 且，有理逼近能够模仿本质上不是多项式的曲线。特别，通过帕德逼近式方
法生成的有理函数通常是比具有相比地更大量项的泰勒展开式、对物理传感 器行为更好的拟合。直到此时，在实践实现中使用帕德逼近式呈现的一个障 碍是需要形成两个幂函数的比值。蛮力分解通常比机器实现的只依赖于加法、 减法或乘法的计算代价更大。根据本发明，反馈技术被用于提供仿真由帕德
逼近式方法需要的分解(di vision)操作的转换函数。
根据本发明的 一 个方面， 一 个或更多反帕德逼近式转换函数被施加到由 受温度影响的传感装置生成的信号，以消除其相对给定温度范围中温度变化 的非线性，并且从而提供在给定温度范围上更精确的传感(或域转换)。精确 的逼近能够用低阶帕德逼近式函数(其只具有一些系数)实现。这导致高性 能同时允许相对筒单和便宜的非线性补偿电路。更具体地，在一个实施例中， 传感器偏移至少部分地由以温度作为其输入变量的第一帕德逼近式生成电路
模拟，并且传感器增益倒数(inverse)至少部分地由也以温度作为其输入变 量的第二帕德逼近式生成电路模拟。用于在大规模生产环境中校准这样电路 的方法将^皮详述。
从下面详细的描述中，本公开的其它方法将变得明显。


下面的详细描述部分参照附图，其中
图1是能够被一阶帕德逼近式电路仿真的三个函数的第一曲线图； 图2是能够被稍微不同的一阶帕德逼近式电路仿真的三个另外函数的第 二曲线图3是能够被还不同的一阶帕德逼近式电路仿真的另外的三个函数的第 三曲线图4图解希望的传感器反偏移(counter-offset)函数；
图5图解希望的传感器反增益(counter-gain)函数；
图6是显示用于生成反偏移的第一电路的示意图，该反偏移要从传感器 输出信号中减去从而消除温度依赖的偏移；
图7是用于反抗传感器偏移和传感器灵敏度的温度依赖的各方面的电路 的主要^^莫拟实施例的示意图8A是用于反抗传感器偏移和传感器灵敏度的温度依赖的各方面的电 路的更数字实施例的方块图8B是图8A的具体实现的示意图，包括显示在大规模生产校准期间校 准计算机如何与温度补偿IC相互连接；
图9是用于反抗传感器偏移和传感器灵敏度的温度依赖的各方面的电路 的又一个更数字实施例的方块图；以及
图10是传感器偏移相对于温度关系的示例性曲线图，用来解释用于不同 的温度子范围的分段温度补偿和校准。
具体实施例方式
帕德逼近式可以通过将函数展开为两个幂级数的比值，并且确定分子和 分母的各系数来形成。当模拟(model)的函数含有极点时，帕德逼近式通常胜 过泰勒展开式，因为有理函数的使用允许这样的极点行为被很好地表现。(例 如参见Wolfram研究数学世界网站，
在其一般形式中，帕德逼近式可以按照方程式1表示为两个幂级数之间 的比值
尸lO) =P。+P, + PJ2 + ''. + P/x￡ (式"
2M (x) i++q^x2+—i"( ^y
其中x是输入变量，pL和qM是相关常数系数并且在示例中QM(X)被归一化 以提供Qm(0)二1。如果系数q!到qM被设为零，那么方程式l简化为只具 有分子系数Po到Pl的泰勒表达式。
在其分子和分母中都具有一阶多项式的帕德逼近式y"x)能够根据以下 的方程式2表示
少|("=魁=^ (式2)
通过调整输入信号x (包括其极性和有效原点)并且通过调整系数a、 b 和c各自的大小，能够得到不同类型的非线性函数。图1、 2和3显示了一些 可能的转换函数形式，其中y,(x)被以更容易与图示曲线相关联的形式重写。 如应该从图1-3明显可见，每个函数曲线的位置、取向、以及斜率能够通过 调整三个系数a、 b和c以及通过调整输入变量x的极性和有效原点来调整。 在a/c=b的特殊情况下，那么y,(x)取等于b的恒定值。另一方面，如果a/c>b 或a/c<b,那么获得对应的非线性函数并且下列表达式3-5的恒等容易被验证
对于图1:
对于图2:
对于图3:
<formula>formula see original document page 13</formula>
(式3)
(式4)
(式5)
更具体地，在图1中，在a/c>b的情况下非线性曲线101在x=0处具有 值b和由方程式3给出的渐近线。在a/c<b的情况下非线性曲线103在x=0 处具有值b和由方程式4给出的渐近线。当a/c二b是获得恒定的响应102。类 似的结果可以在图2中看到，除了三条曲线201-203在x=x0A (在204处) 相交。类似的结杲可以在图3中看到，除了三条曲线301-303向相反的横向 方向延伸，因为输入变量x给定为负极性。注意当cx+l-0时y,(x)是未定义 的，因此cx二 1的情况应该被避免。
如上所示，传感元件典型地生成包括偏移成分和包括增益或灵敏度参数 的电磁输出信号，该偏移成分随温度以非线性方式变化，该增益或灵敏度参 数进一步随溫度以非线性方式变化。通过使用与被提供作为输入变量的环境 温度(T,换句话说，传感装置正遭遇的有效温度)结合的一阶帕德逼近式， 传感装置的温度依赖性一般能够由下列方程式6概括地表示到好的精确程 度。<formula>formula see original document page 13</formula>(式6)
其中左侧的Vs(T)是传感元件实际输出电压(尽管在替代类型的传感装置中，
它能够是某些传感器中的电流或电荷或某些其它电磁参数)；并且其中在逼近
的右侧，vq^o是当被传感的物理参数(例如，压强)处于参考或零值(例如， 在压强的情况，1个大气压)时出现在传感器输出的传感元件偏移，并且其 中该vc^o输出在确定的参考温度T。处测量。系数a、 b和c是非线性偏移温 度系数，它们的值在校准期间建立。S。是处于使用的参考温度To的传感元件 灵敏度(或增益)。大写的A、 B、 C项是非线性灵敏度温度系数，它们的值 也在校准期间建立。最后，①是正被模拟的传感裝置传感的物理参数，以便 产生传感器实际输出信号Vs(T)。①的示例可以包括压强水平、机械应变、 机械位移、截取的辐射或其它能量场等等。
根据本发明，通过生成按照方程式7的反偏移信号V。"T),为传感器偏 移成分的温度依赖性提供反S卜偿
<formula>formula see original document page 14</formula>+
(式7)
进一步根据本发明，通过求得方程式8的逆，为传感器增益的温度依赖 性提供反补偿
(式8)<formula>formula see original document page 14</formula>
尽管本公开致力于结合"传感的"温度(T)使用帕德逼近式，用于调整传感
器的输出信号，但是应该注意的是另外地结合温度校正的结果使用帕德逼
近式，用于进一步对完整的信号路径或各路径中的非线性进行补偿，即，对
用来传感该"传感的"温度(T)的次级传感器装置的非线性响应进行补偿，
和/或对传输代表这些量的信号的模拟信号路径(如果有的话)的非线性响应
进行补偿，这是在本发明的意图中的。通过在使用出现在补偿IC的实际输出
针(pin)处的信号电平时进行校准，信号处理IC自身中的一些内部非线性被固
有地补偿。另外地结合上述内容使用帕德逼近式，以补偿初级传感器对正被
模拟的传感装置传感的物理参数(①)的大小或大小范围的非线性响应，这
也是在本发明的意图中的。
首先聚焦于反偏移信号，方程式7的V。ff(T),通过进行对应的一组至少
3个相对于参考点即vc^。的、在各自的温度点T,、 T2和丁3的偏移测量，以及
按照如下的方程组式9， 3个未知系数值a、 b和c能够被求解(作为一种但
不是唯一的方法)
<formula>formula see original document page 14</formula> (式9)
<formula>formula see original document page 14</formula> (式IO)
从方程组式9, 3个系数a、 b、 c能够被容易地计算，例如通过使用按照 方程组式ll、 12、 13a-13c的行列式(克莱姆法则)
(<formula>formula see original document page 14</formula>(式11)<formula>formula see original document page 14</formula>(式12) <formula>formula see original document page 15</formula>(式13a)
<formula>formula see original document page 15</formula>(式13b)
<formula>formula see original document page 15</formula>(式13c)
如果生成多于三个测量方程式，那么统计曲线拟合算法可以被用来求解 三个偏移系数a、 b和c的值。在确定三个偏移系数a、 b和c之后，偏移补 偿电路只需合成温度依赖的、非线性函数的负数，并且按照方程式14将该负 校正信号加到传感器输出信号，以便只留下温度非依赖的偏差成分其
在由TV 丁2和T3定义的有关温度范围上基本保持恒定。
<formula>formula see original document page 15</formula>(式14)
参照图4,用图示的方式显示该过程，其中当对于传感器的物理输入参 数存在对应的零点时(例如，压强，其中该零点将比如说是1个大气压)，T,、
丁2和丁3是产生各自的传感器输出电压V。ffl、 V。ffi和V。ffi的各自的三个测量点
的温度。T。是传感器自然地输出恒定成分v。ffo的温度。在减去随温度变化的 响应之后，所有剩下的是温度不变量，如图4的右侧中所示的偏移响应v。加。 参照图5，可以对在包含测量点T,、 T2和T3的相关温度范围上的传感器 的增益或灵敏度采用类似的方法。更具体地，温度变化对传感器灵敏度的影 响可以由如上面的方程式8中所示非线性乘法因子来描述，而不是用于偏移 的加法因子。给定传感器的温度灵敏度S(T)的非线性反补偿能够用与对偏移
值。根据本公开，对至少三个不同温度T,、 T2和丁3测量灵敏度，并且相应的 值分别记为S,、 S2和S3。对于更加一致的结果，激励(excitation)应该在每 个情况下是相同的，典型地是所测量的物理属性(例如，压强)的全刻度(full scale )或半刻度。
这里方程式8被重新表示为函数S (T):
(式15)<formula>formula see original document page 16</formula>
用已知的温度取代T，并且用测量的相对灵敏度取代S(T),能够得到如 下的至少三个具有三个未知数A、 B、 C的方程(式16a-16c)的系统
(式16a-16c)
其中
<formula>formula see original document page 16</formula>
(式17)
并且S0 (参见图5 )是在温度T。的灵敏度。
通过卡莱姆法则，系数A、 B、 C也能够从方程组式16a-16c计.
其中
<formula>formula see original document page 16</formula>(式19B)
(式19C)
如关于偏移的情况，如果进行超过三次测量，那么统计曲线拟合技术(例 如，最小二乘法)可以被用来求解三个灵敏度系数A、 B和C。在确定系数A、 B、 C之后，构造灵敏度反补偿电路以合成逆非线性函数，根据下面的方程式 20,该逆非线性函数在被乘以原始灵敏度函数时，保持作为结果的灵敏度基 本上是恒定的，并且在由T,、 丁2和丁3定义的温度范围上等于S0:
<formula>formula see original document page 16</formula>
(式20)
校正函数
可以被称为关于传感器自然灵敏度
德逼近式"，因为它们的乘积等于整数(1 )。 通过按照方程组式21设置系数x、 y和z:<formula>formula see original document page 17</formula>
(式21)
灵敏度方程(式20)能够被重写，使得被修改的结果S' (T)变成恒定的并 且等于So:<formula>formula see original document page 17</formula>
(式22)
这表明了具有方程组式21的系数设置的灵敏度补偿如何导致不随温度变化 的灵敏度。
参照图6,显示了根据本发明的第一温度补偿电路600。如上面的理论术 语所解释的，为了产生温度依赖的电压信号Avoff(T),将通过图示的补偿电 路600模拟第一帕德逼近式函数，该电压信号Avoff(T)将被从传感元件输出 信号偏移中减去，以便减小或消除传感器输出信号的温度依赖的成分。希望 的输出电压Avoff(T)在线619产生。方程式23显示在线619的希望的输出电
压信号表现为输入电压VTin的一阶帕德逼近式，该输入电压随环境温度基本
线性地增加。VTin由次级(secondary)传感装置605生成。因此，V丁in是代表传 感的温度的模拟信号。次级温度传感器装置605不要和初级参数传感器(未 示出，但可以是压力传感器)混淆，该初级参数传感器的输出是被调节以抵 消温度影响。温度传感器装置605能够被整体地包括在实现电路600的其余 部分的单片IC中。<formula>formula see original document page 17</formula>
在图6的电路600中，VTm电压信号被施加到可变的增益放大器621的 输入端口 611,该增益放大器621的有效增益部分地通过DAC 637和增益设 置寄存器647可编程地建立为以G表示的部分增益值。更恰当地，放大器621 的有效增益通过由DAC 635 (数模转换器635 )生成的另一个因子kvf V。ul (=kvf 'AV。ff(T))减少，使得放大器621的总有效增益表示为G ( l-kvf -Voul), 其中V。ul=AV。ff(T)。 VTin乘以该总有效增益，然后在^f莫拟加法器622中被加
到可编程定义的偏压vx。。该偏压Vxo通过DAC 632和偏压设置寄存器642建
立。加法器622的输出定义产生在线619上的希望的电压AV。ff(T)。反馈回
路615用来促使生成的输出电压AV。ff满足上面的方程式23。更具体地，反
馈AV。ff信号615在DAC635中被乘以第三编程参数kvf (设置在寄存器645
中)，使得电路600实现下列方程式24的包括反馈的转换功能
A ,=G.(卜、.△ ,)'+ 、。 (式24)
通过分离输出AV。ff，表达式(式24)能够被重写为如下的方程式25:
Av,,= G《+v、'° (式25) "《G.V4+1
因此根据上面的方程式23看到生成的AV。ff信号(619)仿真一阶帕德逼近式，
其中使用方程组式26的替代
o = G
"、 (式26) c = G 、
不同地表述，方程式24重写为如下的方程式27:
-".(l一 + )《" (式27)
因此，图6的电路参数G、 Vxo和l"f能够直接从系数a、 b、 c确定，其中后者 从根据图4进行的温度校准测量计算。电路参数G、 Vx。和K,f可以被编程到 非易失性(NV)存储器装置(例如，EEPROM或闪存)，该非易失性存储器 装置包括在或耦合到实现电路600的IC。如图6中所示，然后NV存储的各 电路参数可以从NV存储装置(或从别处)下载到各自的寄存器647、 642和 645，寄存器647、 642和645通过专用的D/A转换器637、 632和635控制 增益、偏压和反馈。形成电路600的各可编程建造部件(building block)分 别在现有技术中已知。(例如参见:Harrold, S., "Programmable analog ICs", Sensor Magazine, April 2003;以及Dunbar和Allen, "Performance grows with integration", EE Times, October 7, 2003;这里通过引用合并发表的参考资料。) 参照图7,显示根据本发明的第二温度补偿电路700。其中在"700"百 系列(century series )实用的相同参考标号被用来指以"600"百系列编号的 图6的相同元件。如此，不需要重复对电路700的块701的解释，因为块701 本质上于电路600相同，除了芯片上的温度传感装置705 (其能够替代为不 在芯片上)显示在块701外部，并且显示为被进一步耦合到第二块702的温
度输入线702。从图7应该明显的是第二块702从架构上来说是第一块的 镜像。第二块702在线750生成对抗温度的灵敏度校正信号，而不是生成对 抗温度的偏移校正信号(719)，其中灵敏度校正信号表示为AS。
实现温度补偿电路700的集成电路的输入终端(例如，封装针)706从 温度依赖的传感器接收传感器输出信号Vs，该传感器未示出，但是能够是电 阻压力传感器，或电抗位置传感器，或当在预定的温度范围(即，Tr丁3)运 行时测量相应的物理参数的一些其它传感器。接收的传感器输出信号Vj皮施 加到模拟求和单元707,使得温度依赖的偏移电压AV。ff(T)(在线719上)能 够被减掉。然后求和单元707的输出电压被耦合到可变增益放大器(或衰减 器)708,使得无偏移的传感器输出信号V's能够被乘以灵敏度校正信号AS 的值。然后二次校正的传感器输出信号V"s能够从集成电路的输出终端(例 如，封装针)709输出用于进一步处理。可替代地或另外地，校正的传感器 输出信号V"s能够被耦合到用于进一步使用和处理的芯片上电路，其在包含 电i 各700的IC内。为了简化的目的，图7没有显示从接收的传感器输出信号 V,移除不随温度变化的偏移。从上面的理论解释应该明显的是这种不随温 度变化的偏移也应该在求和单元707处纟t减去。
装置类似的装置来实现，除了输出信号750是增益调节AS的而不是偏移电 压的代表。信号AS能够被用作增益控制电压施加到电压控制的放大器(VCA) 的相应的增益控制节点，从而将该电压信号转换为相应的增益校正。在方程 式28中提供了希望的增益校正的表达式
<formula>formula see original document page 19</formula>(式28)
大写字母A、 B和C用在方程式28中以代表可编程建立的各系数，其对应于 在方程式26和27中表达的小写情况的各系数。当然，大写的系数A、B和C 的值被建立以提供合适的灵敏度校正AS而不是偏移校正。再次参见图5。
尽管图7显示了主要模拟解决方案(其中由六个图示的DAC: 742、 745、 747、 772、 775和777提供从数字信号域到模拟域的转换)，但是存在许多其 它可能的方式来实施用于实现希望的温度补偿的电路。图8A提供了一种替 代的实现800的方块图，其中对偏移和灵敏度的温度补偿在数字域中由可编 程的算术逻辑单元(ALU) 803计算，并且数字结果信号819 ( Av。ft(T))和 849 ( AS )然后通过寄存器820、 850和DAC 825、 855被分别地施加到模拟
信号路径806-809。 DAC 855形成模拟放大器808的增益设置回路(反馈或前 馈)的部分，因此修改该放大器电路的增益(例如，通过修改反馈阻抗)。比 模拟的更加数字的实现的优点在于它能够用低功耗的CMOS电路实现，并 且数字部分更加不受噪声干扰，以及更容易被编程。
参照图8B,实施例800上的变化在880显示。在860处显示了电阻桥式 压力传感器，并且在861处显示了差动输入緩冲器。施加到传感器860的压 强由仪表859表示，该仪表具有至少三个设置全刻度Pfs、中刻度Pm、以 及参考零压强P。(即一个大气压)。模拟输入放大器865具有偏移输入终端 864，其能够被用来将粗偏移施加到由緩冲器861提供的输出。寄存器862存 储代表粗的、不随温度变化的偏移值的数字信号，并且DAC 863将存储的值 转换为相应的模拟信号值，该模拟信号值被提供到偏移输入终端864。求和 单元867将不随温度变化的、精细偏移和温度依赖的成分加到该模拟信号值。 DAC 825'的模拟输出电压可以由以下方程式29a表示
<formula>formula see original document page 20</formula>
其中k是DAC转换系数，其描述保存在精细偏移寄存器824'的数字代码(/o ) 和保存在温度补偿寄存器820'的数字代码与由加法器870响应于由DAC 825 产生的DAC输出电压△ v()ff而输出的实际电压V。ut3之间的比例关系。由于制 造差异，对于DAC 825的每个单独实施例以及对于放大器868和869的每个 单独实施例，通常出现不同的k因子。如果没有为每个大规模生产的电路精 确地确定k，那么在该数模转换因子k中的大规模生产差异能够減低后补偿 (post-compensation)的精度。当/o是变化的时，通过测量电路880输出处的电 压V。u。能够为给定电路精确地确定k的值。在校准期间，当参考压强P。被施 加到处于参考温度(即T2 )的初级传感器时，通常希望调节/o以便促使V(nn3 等于基本参考值(其可以被称为相对零点)。如在827'显示的，不在芯片上且 可拆卸—可连接的校准计算才几可以;波用来自动^丸行校准处理。在一个实施例
中，计算机827'有效地(operatively)耦合到外部温度控制器858和外部物理参 数(例如，压强)控制器859，用于控制这些环境属性。计算机827'被暂时有 效地耦合到校准下的传感器芯片880的存储器单元801'和802',以便设置存 储在其中的温度补偿系数。为了避免使图杂乱，没有显示计算机827'和校准 下的传感器芯片880的各种内部部分(例如，824'、 862、 866、 801'、 802，) 之间所有的操作耦合。可以使用各种信号耦合技术，包括在计算机827'和传 感器芯片880之间控制和数据信号的串行传输，计算机827'以有效的方式(有 线或无线地)暂时耦合到传感器芯片880。
为了在校准(自动的或手动的)期间确定k，用于偏移的帕德逼近式系 数a、 b和c首先复位为O,并且用于灵敏度的系数A、 B和C也复位为零， 使得输出电压V。必能够被粗糙地调节，然后精细地调节用于消除偏移。精细 偏移寄存器824也初始地复位到/0=0。在粗糙偏移寄存器862已经经由反复 试验(trial and error)实验地加载代码值，当压力保持为P0并且温度保持为 参考值(即，T2)时，该代码值将V。ut3减小到偏离真实零点的可接受的、粗 糙误差范围内(在一个实施例中，发现该范围为在离零点大约300 y V内)， 新的非零值/o'被载入精细偏移寄存器824，使得差别厶V。ut3能够被测量。该 过程可以在存储在校准计算机827内的软件代码的控制下执行。在该过程中 不关心放大器865、 868和869各自的增益，只要它们对于△ V。ut3的测量保持 恒定。在一个实施例中，在该过程期间，865的增益大约设为8， 868的增益 大约保持为1而869的增益大约保持为3。然后ALU 803'被促使来计算作为 简单比值厶V。ut3/A/0的k值。该k值被存储在校准计算机的DAC系数寄存器 826a中，用以之后当计算机将使用方程式29a来校准温度补偿寄存器801'的 系数a、 b和c时使用。保存的k值也被校准计算机827用来计算要存储在寄 存器824中的精细偏移代码。在用于计算k的步骤的末尾测量的V。ut3值将通 常不为零。要被加到/Q以使V。ut3更接近零的校正将简单地为A/^AV'。uo/k， 其中A V'。必是对V。ut3进行的改变以使其接近零。在一个具体实施例中已经发 现当初级传感器处的压强保持为P0并且温度相应地保持为参考值(即，T2) 时，偏移寄存器的精细调节能够导致V。ut3从粗糙调节范围的外部达到范围(大 约离真实零点300 n V)收敛到大约零点的2m V内。 一旦/o和k被设置，当 传感器参数(例如，在860的情况下为压强)保持恒定为参考值(PQ),并且 温度例如被外部温度控制器858设置为在至少三个测试点T,、 丁2和T3间切换 时，自动校准处理可以着手为a、 b和c确定合适值。上面的式9-13的方法 可以被校准软件826b使用。
在图8B的一个实施例中，使用下面方程式29b的代码归一化<formula>formula see original document page 22</formula>大方括号中圓括号的值由发送到精细调节DAC 825'的数字代码代表。k代表 DAC代码到最终输出电压V。ut3的转换。用在方程式2%中的常数，即4、 256、 64、 2和512被选取以对特定的定点DSP最优化方程，以便为在该DSP内提 供的IO位DAC保持数字代码值在O到1023的范围内。更具体地，对于特定 的DSP, T代码的范围被保持在-127到+127的范围内，以代表具有255个分 立(discrete)级的数字温度。在一个实施例中，T=0的代码值被用来代表室 溫。精细调节寄存器824'具有8位，而精细调节范围被允许具有1024个分立 级。》=0的设置将表达式2>+512置于10位范围的中间。类似地，用于系 数b和c的定标因子以及在方程式29b中别处使用的常数被选取以对特定的 定点DSP最优化方程，以便为在该特定DSP中提供的10位DAC保持结果 代码值在0到1023的范围内。当然，对使用具有不同数字分辨率的DAC和/ 或代码保持寄存器的实施例使用其它合适的常数是在本发明的意图中。
注意，对于更数字化的实施例800、图8A-8B的880，如可以由方程式 29a-29b建议的，代替使用蛮力分解，其可能替代地使用帕德逼近式表示式的 迭代反馈形式，因此避免需要执行蛮力分解。更具体地，对偏移和灵敏度数 字代码的计算能够按照以下计算机程序表达式30a和30b纟皮迭代地计算
△《e = 。. (1 - c 、 )' rc。A +6 (式3 0a)
△^".(1-C'DUS (式30b) 其中c、c/a，以及C'二C"。
因此ALU 803'可以使用表达式30a和30b的迭代过程，以便当传感的温度(T ) 改变时有规律地更新寄存器820'和850'(或图8A的820和850 )的偏移和灵 敏度代码而不必须执行蛮力分解。系数a、 b、 c'和A、 B、 C'被存储在NV或 其它合适的存储器801'和802'中。如果算术逻辑单元(ALU)执行表达式30a 和30b的加法/减法和乘法，从而当温度变化时迭代地更新寄存器820(或820') 和850 (或850')中的温度补偿代码，那么ALU的大小可以被保持为相对地 小，并且温度补偿芯片880的功耗可以被保持为相对地小。寄存器820'和850' 的迭代计算的代码控制DAC ( 825'和855'),然后DAC将模拟偏移和模拟增 益控制信号提供到模拟信号路径806-809 (或图8B情况下的860-870 )。
参照图9,另一个可能实施例是在930显示的更数字的方法。偏移减法 器917被实现在数字块930，灵敏度乘法器918也同样。模数转换器(ADC) 907数字化来自传感装置的传感信号Vs。因为很经常将是乘法器918的数字 输出被串行地或以其它方式(例如，通过使用基于脉冲宽度调制的通信)运 送到系统计算机(例如，到汽车的控制和显示计算机)用于进一步处理，所 以在908显示的反转的数模转换是可选的。在IC终端909处希望是模拟V。ut 的情况下，可选的DAC 908能够被包括在输出处。
图8A-8B和图9中描绘为组成数字块(830或930 )的区域基本只使用 数字操作。这些数字操作能够被微控制器、微型计算机、数字信号处理器 (DSP)或其它这样的装置执行。然而，由于在块830/930中执行的操作相对 地少和非常基本(加法、乘法、寄存器存储)，因此简单的专用DSP电路可 能是用于大规模生成应用更划算的解决办法。尽管图9可能看起来建议只有 一组系数，即a、 b和c被存储在存储器901中，并且只有另一组系数，即A、 B和C被存储在存储器902中，但是将数字化的温度指示信号T ( g )处理为 识别或代表一系列温度子范围或在存储器901和902中存储相应的帕德逼近 式系数组是在本公开的意图中的。温度指示信号T(g)的更多有效位可以被 直接用作用于多范围存储器单元901和902的地址输入。可替代地，数字化 的温度指示信号T(g)可以首先被ALU903处理，从而产生存储器寻址信号， 然后该寻址信号被施加到多范围存储器单元901和902,用于提取要被用于 每个温度子范围的近似的帕德逼近式系数。下面描述的图10显示了一个示 例。
尽管上面说明了连续的解决办法，但是特定种类的传感器可以受益于本 发明的替代变体，其中分段帕德逼近式解决办法与其它帕德逼近式解决办法、 或者甚至与多项式和/或线性和/或其它分段解决办法结合到一起。存在这样的
例子，其中通过将使用的传感装置的指定的运行温度范围Tr丁4分成多个子范 围，并且通过在每个子范围的内部执行非线性或线性的局部温度补偿，能够 获得更高的精度。图IO显示了示例，其中假定的传感元件在其具有三个不同 的子范围的运行温度范围上具有偏移变化，即
T,到TV.具有线性偏移变化的第一子范围；
丁2到T3:包括中间点丁2.5的非线性第二子范围；
丁3到T4:包括中间点T3.5的非线性第三子范围。
这三个示例性传感器偏移子范围的每一个能够被各自的定制的一组线性 或非线性温度补偿系数，而不是被单个共同的一组系数更好地表述。上述的 任何偏移温度补偿的实现能够被选为适于处理该示例性传感器。 一些次要附 加物可以被提供在上述电路中，用于检测从一个温度子范围到下一个的转换。 例如，两个模拟或数字比较器可以被增加，其各自的检测阈值设置为检测在
图10的丁2和丁3处的温度跨越(crossing)。这些比较器的输出被定期检查， 以确定是否已经存在温度子范围的改变。可替代地，如图9的903的ALU可 以被编程，以便确定何时要执行转换以及要使用什么合适的系数组。在由图 IO给出的一个特定的示例1000中，存在三种可能性
1 )如果T^丁2 (并且可选地，1>丁,)，那么传感器偏移处于线性第一子范 围。为实现线性温度补偿，反馈路径可以被简单地排除。例如，方程式24或 式30中的反馈系数kvf可以被筒单地取零，结果用于各自的模拟和数字实现 的新转换函数分别变成
<formula>formula see original document page 24</formula>2) 如果丁2^^丁3,那么传感器偏移处于非线性第二子范围，非线性温度 补偿系数组a" b" c,能够如前面讨论(校准点为T2， 丁2.5和丁3)被计算，并 且当温度处于该第二子范围时，第一非线性温度补偿特性能够被使用。在一 个实施例中，丁2被作用共同校准点，其用于用在第一子范围1^丁2的第一补偿 装置，并且也用于用在第二子范围T2^I^T3的第二补偿装置，因此确保两种 解决办法将满足相同的精确值(V。ffi)。因此至少在第一和第二子范围上提供 连续补偿函数。
3) 如杲T>T3 (并且可选地，或者T^T4)，那么传感器偏移处于非线性 第三子范围，并且另一组非线性TC系数32、 b2、 C2也能够如前面讨论(校准 点为T3， T3.s和T4)被计算，并且当温度处于该第三子范围时，第二非线性 温度补偿特性能够被使用。在一个实施例中，T3被作用共同校准点，其用于 用在第二子范围T《T^T3的第二补偿装置，并且也用于用在第三子范围T>T3
的第三补偿装置，因此确保第二和第三解决办法将满足相同的精确值(V。ff3 )。
因此至少在第二和第三子范围上提供连续补偿函数。
类似的过程能够被用于管理灵敏度反补偿。在通常情况下，为每个非线 性和线性子范围存储用于偏移和灵敏度的不同的温度补偿系数组。这个概念 能够被扩展用于多个非线性和线性偏移和灵敏度子范围，其中每一个通过另 外的校准步骤组、通过额外的窗口比较器、以及通过另一个系数组来管理。
当给定的传感装置被首次表征时，有时不知道是否给定的子范围，比如 TrT2，是线性或非线性。因此不是立即知道是否对该温度子范围使用分段线 性补偿或非线性补偿(例如，由帕德逼近式仿真模拟的一个)。根据本发明的 一个方面，为每个子范围取至少三个校准点，其中在这些子范围的边界(例
如，T2、 丁3)处的校准结果共享。例如，对于T,-丁2子范围，在边界点T,和
丁2处并且也在中间点Tu处进行测量。然后确定中间点T).5测量的特性是否
与在边界点T,和T2取得的测量结果(V。ffl、 V。ffi)足够地接近为线性。如果
是，那么使用线性校正算法。如果否，那么使用非线性校正算法(例如，基 于帕德逼近式的算法)。在中间特性被视为非线性而不是接近线性之前允许的 误差的量可能随应用变化，并且在给定应用的上下文中预定义。在图示的示
例中，当在中间点T25测量的特性(例如，V。ff)与T2和T3的端点结果比较 时，发现该中间结果是非线性的。从而，T2、 丁2.5和丁3的3个数据点被用来
生成用于丁2-丁3子范围的合适的帕德逼近式系数。类似地，当在中间点T3.5测
量的特性(例如，V。ff)与丁3和T4的端点结果比较时，发现该中间结果是非
线性的。从而，T3、 丁3.5和丁4的3个数据点被用来生成用于T3-丁4子范围的合
适的帕德逼近式系^:。
尽管这里讨论的实施例实现一阶帕德逼近式作为用于提供非线性温度补 偿的方法，但是使用更高阶帕德逼近式一 一 包括那些其中分子和分母具有不 同阶的一一是在本发明的范围内的。同样，分子和分母可以被乘以任何常数 而不影响想要的结果。因此这里在示例性分母中使用的常数1系数(例如参
见式23 )可以被任何实数常数取代(参见是29a和29b )。此外，通过限制分 子和分母的更高阶多项式中的可变形，仍只使用几个系数(例如，4个系数)
实现第二或更高阶帕德逼近式为用于提供非线性温度补偿的方法是可能。例 如考虑以下方程式33a:
<formula>formula see original document page 25</formula>(式33a)
在这样的情况下，存在四个未知数a、 b、 c和d要通过使用四个或更多校准 测量来求解。如式33a中所示的二阶帕德逼近式能够使用图6的概念获得， 但是被实现为更大级别的复杂性。图6显示了可变的增益级，其中可变的增
益是只是输出电压的函数(k V。ut)和常数的和。然而，如果可变的增益也 成为输入电压Vin二V"nn的函数，那么类似于式33a中所示，高阶帕德逼近式
可以被获得而不使用蛮力分解。考虑式33b的一般的、可变增益结果以及然 后式33c中显示的替换
^,=Gv"/e.^+6 (式33b) ^L,-c化"评J《+ 6 (式33c) 通过从方程式33c中合并同类项，方程式33d的预分解(pre-division)表 达式被容易地得到
+ (式33d) 对V喊求解得到式33a所示的形式。四次校准测量可以被用来求解方程式 33a-33d的四个系凄丈a、 b、 c和d。
除了使用用于提供用于一阶或高阶帕德逼近式仿真的具有N个未知数的 N个方程的N次测量(例如，N=3， N=4),各种基于凄t学的曲线拟合方法可 以被用来确定最优化的帕德逼近式系数，如最小二乘法或任何其它线性或非 线性回归方法。数值计算的方法也能够被用来确定子范围的数目以及在给定 限制条件内它们的阈值。
根据上述可见本发明能够提供用于控制温度补偿参数的非常灵活和强 大的解决办法，而不需要复杂的电路来实现控制功能。通过传感器温度范围 或子范围的合适选择，以及通过确定在任何单独的子范围内的温度非线性不 太剧烈并且优选地为单调的，能够优化性能。同样，可用使用具有相对大数 量的输入位的DAC，'以允许更精细的控制粒度(granularity)和更高的总体 精度。高阶帕德逼近式和更大数量的校准点也可以提高精度。相应地，在更 高要求的应用中精度和复杂性之间的折衷可能是希望的。本发明在传感器接 口 IC和/或其它包括校正温度依赖的功能的非线性的系统中有广泛的应用。 举例来说，单个自动传感器ASIC典型地需要在每年2到3百万单元范围内 的大规模生成量和低的每单元价格。根据本发明的电路的简易性允许低成本 和高产量(由于减小的硅片大小(diesize))。
本发明要被理解为说明性的而不是为限制下面要求权利的主题的范围、 特性、或精神。在研究了本公开之后，对于领域的技术人员许多修改和变化 将变得明显，包括用于这里描述的元件的等价的功能和/或结构替代的使用， 对这里描述的耦合的等价功能的耦合的使用，和/或对这里描述步骤的等价功
能步骤的使用。这样的非实质变化被认为这里意图的范围内。此外，如果为 特定的方法或步骤给出多个示例，并且由于本公开这样给定示例之间和/或之 外的推断是明显的，那么本公开被视为有效地公开并且因此至少包括这样的推断。
通过进一步的示例，懂得根据本公开的可编程的帕德逼近式仿真装置(例
如，图8A的800)的配置能够包括计算机(例如，图8B的827 )的使用， 以控制校准过程和将得到的系数编程到合适的芯片上的存储器。相应地，根 据本发明计算机可读的指令媒介或另一个形式的软件产品或机器指令装置 (包括但不限于硬盘、致密盘、闪存存储器棒、或制造的指令信号通过网络 到计算机827的下载)可以被用来指令可指令的机器(例如，计算机827 ) 以执行这样的校准活动。如此，让可指令的机器执行，和/或提供适于促使可 指令的机器根据上述程序，执行一个或更多机器实现的校准大规模生产的传 感器调节电路的方法的软件产品是在本公开的范围内的。 额外专利权利的保留、冲突的解决、以及术语的解释 在本公开依法公布后，本专利申请的所有者不反对其他人对其中包含的 文本和图形材料的复制，只要这种复制是限于理解本发明的公开并因此推进
其它权利，包括但不限于任何计算机程序列表或各原图或其它提供于此的 成果的版权，以及可能与提供于此的创新术语或原图相关的商标或企业外部
开沖突，那么本公开控制冲突、和/或更宽的公开、和/或更宽的术语定义的程 度。如果这样合并的公开部分或全部互相冲突，那么日期靠后的公开控制冲 突的程度。
除非明确地在此另外声明，普通的术语在它们各自出现的上下文中具有 它们相应的普通含义，并且技术的普通术语具有在相关的技术领域和它们各 自在此出现的上下文中相应的普通含义。
给定上面公开的一般概念和特定实施例、寻求保护的范围由权利要求定 义。提出的权利要求不应被作为将申请人的权利限制到已公开、但还没有通 过一个或更多包括这些依据35U.S.C § 120和/或35U.S.C §251提交的进一 步申请逐字对主题要求权利的权利要求。
权利要求
1.一种用于为由传感装置产生的传感信号提供反温度补偿的方法，其中该传感装置显示温度依赖的偏移和温度依赖的灵敏度的至少一个，该方法包括(a)获取指示传感装置经受的有效温度的信号；以及(b)从所获取的温度指示信号，生成一个或更多补偿信号，该一个或更多补偿信号代表温度指示信号的对应一个或更多帕德逼近式函数，其中至少一个帕德逼近式函数具有非常数分母。
2. 如权利要求1所述的方法还包括(c) 用所述一个或更多补偿信号偏移和/或乘以由该传感装置生成的传 感信号。
3. 如权利要求2所述的方法，其中(a. 1 )所述温度指示信号从温度传感电路获取，该温度传感电路与生 成所述一个或更多补偿信号的对应那些的一个或更多电路单块地集成。
4. 如权利要求2所述的方法，其中(b. 1)所述帕德逼近式函数包括至少一个具有正好三个可编程定义的 系数的一阶帕德逼近式函数。
5. 如权利要求4所述的方法还包括(d) 在三个或更多不同的温度进行对由传感装置产生的传感信号的测 量，用于确定所述三个可编程定义的系数。
6. 如权利要求5所述的方法还包括(e) 求解三个联立方程，以确定所迷三个可编程定义的系数。
7. —种用于校准温度补偿电路的方法，所述温度补偿电路分别用于为从 各个传感装置获得的各个属性传感信号提供反温度补偿，该各个传感装置逻 辑地和/或物理地与要被校准的补偿电路相关联，其中该各个传感装置每一个 显示温度依赖的偏移和温度依赖的灵敏度的至少一个，该校准方法包括(a) 对于由各个传感装置传感的相应的物理属性的给定参考大小，确定 该各个传感装置的偏移行为作为至少三个不同的温度点的取样函数；(b) 为一阶或高阶帕德逼近式函数确定三个或更多系数，该帕德逼近式 函数模拟所确定的偏移行为到预定义水平的偏移精度；以及 (C)存储所确定的系数以供在相应的温度补偿电路中使用，该温度补偿 电路将使用所确定的系数来为该各个传感装置生成反偏移信号。
8. 如权利要求7所述的校准方法，其中所述温度补偿电路使用所确定的系数通过下列步骤生成该反偏移信号(c. 1)获取指示该各个传感装置的温度的信号；以及(c. 2)从所获取的温度指示信号，通过使用该温度指示信号的帕德逼近式函数来生成温度依赖的反偏移信号，其中所使用的帕德逼近式函数通过 所确定的系数来定义。
9. 如权利要求7所述的校准方法还包括(d)对于由所述各个传感装置传感的该相应物理属性的给定的第二大 小，确定该各个传感装置的灵敏度行为作为至少三个不同的温度点的第二取 样函数；(e )为另外的一阶或高阶帕德逼近式函数确定三个或更多另外的系数， 该帕德逼近式函数模拟所确定的灵敏度行为到预定义水平的灵敏度精度；以 及(f)存储所确定的另外的系数供在相应的另外的温度S卜偿电路中使用， 该温度补偿电路将使用所确定的另外的系数来为各个传感装置生成反灵敏度信号。
10. 如权利要求9所述的校准方法，其中所述另外的温度补偿电路使用 所确定的另外的系数通过下列步骤生成该反灵敏度信号(c. 1 )获取所述指示各个传感装置的温度的信号；以及(c. 2)从所获取的温度指示信号，通过使用该温度指示信号的另外的帕德逼近式函数，生成该反灵敏度信号，其中所使用的另外的帕德逼近式函数通过所述确定的另外的系数来定义。
11. 如权利要求7所述的校准方法还包括(d)为要与所述温度依赖的反偏移信号结合使用的、不随温度变化的反偏移信号确定一个或更多大小；以及(e )确定由所述相应的温度补偿电路中的数模转换器(DAC )提供的代 码到输出的转换因子，其中所述DAC用于产生针对数字代码的结合的模拟相 对物信号，该代码中的一个代表所述不随温度变化的反偏移信号的精细调节 成分，并且另一个代表至少部分的所述温度依赖的反偏移信号；以及(f )使用所确定的代码到输出转换因子来定义代表该精细调节成分的、 该代码中的所述一个。
12. —种用于为由传感装置产生的传感信号提供反温度补偿的设备，该传感装置显示温度依赖的偏移和温度依赖的灵敏度的至少一个，该设备包括(a) 温度确定装置，用于确定给定的传感装置的温度；以及(b) 补偿生成装置，有效地耦合到该温度确定装置，用于生成一个或更 多补偿信号，该一个或更多补偿信号代表由所述温度确定装置确定的温度的 对应的一个或更多的帕德逼近式函数，其中至少一个帕德逼近式函数具有非 常数分母。
13，如权利要求12所述的设备还包括(c) 偏移装置，有效地耦合到该补偿生成装置，用于把由该补偿生成装 置产生的反偏移信号与由该给定的传感装置产生的传感信号结合。
14. 如权利要求12所述的设备还包括(c)灵敏度补偿装置，有效地耦合到该补偿生成装置，用于用由该补偿 生成装置产生的温度依赖的反灵敏度信号修改由该给定的传感装置产生的传 感信号，以便减小该经修改的传感信号随温度改变的变化。
15. 如权利要求12所述的设备，其中(a. 1 )所述温度确定装置包括温度传感电路，该温度传感电路与所述 补偿生成装置的一个或更多部分单块地集成。
16. 如权利要求12所述的设备，其中(b. 1)所述帕德逼近式函数包括至少一个具有正好三个可编程定义的 系数的一阶帕德逼近式函数。
17. 如权利要求16所述的设备，其中(b. 2)所述补偿生成装置，包括用于存储所述正好三个可编程定义的 系数的存储器装置。
18. 如权利要求12所述的设备，其中(b. 1 )所述补偿生成装置包括迭代装置，用于迭代地生成该一个或更 多补偿信号。
19. 一种用于校准温度补偿电路的设备，所述温度补偿电路分别用于为 从各个属性传感装置获得的各个属性传感信号提供反温度补偿，该各个传感装置逻辑地和/或物理地与要被校准的补偿电路相关联，其中该各个传感装置每一个显示温度依赖的偏移和温度依赖的灵敏度的至少 一个，该校准设备包括(a) 偏移行为确定装置，用于对于由各个属性传感装置传感的相应的物 理属性的给定参考大小，确定该各个传感装置的偏移行为作为至少三个不同 的温度点的取样函数；(b) 第一系数确定装置，用于为相应的一阶或高阶帕德逼近式函数确定 三个或更多第一系数，该帕德逼近式函数模拟所确定的偏移行为到预定义水 平的偏移精度；以及(c )存储装置，用于将所确定的第 一系数存储到相应的第 一温度补偿电路中，该第一温度补偿电路将使用所确定的第一系数来为该各个属性传感装 置生成反偏移信号。
20. 如权利要求19所述的校准设备，其中该校准设备可拆卸地可耦合到 该温度补偿电路，并且在该校准设备分离后，该温度补偿电路使用所确定的 且存储的第一系数来通过下列步骤生成该反偏移信号(c. 1 )获取指示该各个传感装置的温度的信号；以及(c. 2)从所获取的温度指示信号，通过使用该温度指示信号的帕德逼近式函数来生成温度依赖的反偏移信号，其中所用的帕德逼近式函数通过所述存储的第一系数来定义。
21. 如权利要求19所述的校准设备还包括(d )灵敏度确定装置，用于对于由所述各个属性传感装置传感的该相应 物理属性的给定的第二大小，确定该各个传感装置的灵敏度行为作为至少三 个不同的温度点的第二取样函数；(e )第二系数确定装置，用于为另外的相应的 一 阶或高阶帕德逼近式函 数确定三个或更多第二系数，该帕德逼近式函数模拟所确定的灵敏度行为到 预定义水平的灵敏度精度；以及其中(c. 1)所述存储装置进一步用于将所确定的第二系数存储在相应的第 二温度补偿电路中，该第二温度补偿电路将使用所确定的第二系数来为该各 个属性传感装置生成反灵敏度信号。
22. 如权利要求21所述的校准设备，其中所述第二温度补偿电路使用所 确定的第二系数来通过下列步骤生成该反灵敏度信号(c. la)获取所述指示各个传感装置的温度的信号；以及 (C. lb)从所获取的温度指示信号，通过使用该温度指示信号的第二帕 德逼近式函数来生成该反灵敏度信号，其中所使用的第二帕德逼近式函数通 过所述确定的第二系数来定义。
23. 如权利要求19所述的校准设备还包括 (d)不变的偏移确定装置，用于为要与所述温度依赖的反偏移信号结合使用的、不随温度变化的反偏移信号确定一个或更多大小；以及(e )转换因子确定装置，用于确定由所述相应的温度补偿电路中的数模 转换器(DAC)提供的代码到输出的转换因子，其中所述DAC被用来产生 针对数字代码的结合的模拟相对物信号，该代码中的一个代表所述不随温度 变化的反偏移信号的精细调节成分，并且另一个代表至少部分的所述温度依 赖的反偏移信号。
24. 制造的指令信号，用于指令可指令的机器执行校准方法，所述机器 实现的校准方法包括(a) 对于由各个属性传感装置传感的相应的物理属性的给定参考大小， 确定各个传感装置的偏移行为作为至少三个不同的温度点的取样函数；(b) 为一阶或高阶帕德逼近式函数确定三个或更多系数，该帕德逼近式 函数模拟所确定的偏移行为到预定义水平的偏移精度；以及(c )存储所确定的系数以供在相应的温度补偿电路中使用，该温度补偿 电路将使用所确定的系数来为该各个属性传感装置生成反偏移信号。
25. —种用于校准温度补偿电路的方法，所述温度补偿电路分别用于为 从各个传感装置获得的各个属性传感信号提供反温度补偿，该各个传感装置 逻辑地和/或物理地与要被校准的补偿电路相关联，其中该各个传感装置每一个显示从由温度依赖的偏移和温度依赖的灵敏度构成的组中选择的至少 一 个 温度依赖的特性，以及其中该至少一种温度依赖的特性在给定的温度范围可被分解为多个温度 依赖的子特性，其每一个对应于所述给定温度范围的各自的且不同的子范围， 该才吏准方法包4会(a)对于由给定的传感装置传感的相应的物理特性的给定参考大小，并 且对于所述多个子范围的第一个，确定该给定的传感装置的相应的第一温度 依赖的子特性行为作为在该第 一子范围内的至少两个不同温度点的取样函 数，该第一温度依赖的子特性行为是所述至少一种温度依赖的特性的部分； (b)对于由该给定的传感装置传感的该相应的物理属性的该给定参考大 小，并且对于所述多个子范围的第二个，确定该给定的传感装置的相应的第 二温度依赖的子特性行为作为在该第二子范围内的至少三个不同温度点的取 样函数，其中所述至少三个不同温度点中的一个与该第一子范围的所述至少 两个不同温度点中的 一个相同，该第二温度依赖的子特性行为是所述至少一种温度依赖的特性的部分；(C)为一阶或高阶帕德逼近式函数确定三个或更多系数，该帕德逼近式 函数在该第二子范围内的所述至少三个不同的温度点上，模拟该第二温度依赖的子特性行为到预定义水平的偏移精度；以及(d)存储所确定的三个或更多系数，以供在相应的温度补偿电路中使用， 该温度补偿电路将使用所确定的系数来为该给定的传感装置生成反偏移信
全文摘要
传感器和/或转换器能够在偏移方面并且也在灵敏度方面显示对温度改变的非线性响应，在被传感的物理属性(压强、应变、位移等)中出现变化。帕德逼近式函数仿真器被用来对于给定的传感装置模拟一个或更多温度子范围的非线性偏移和/或非线性灵敏度行为，以及如可能被希望的那样生成用于偏移和灵敏度的温度补偿校正。为了避免使用蛮力分解来生成帕德逼近式函数信号，在一组实施例中，使用反馈以提供相应的效果。为了最小化要求解和存储的系数的数目，在一组实施例中，使用具有归一化分母的一阶或高阶帕德逼近式，使得每个函数能够只用三个系数定义。公开了本性更模拟或本性更数字的实施例。还公开了用于求解帕德逼近式系数以及校准以大规模生产为基础的每个传感器单元的方法。
文档编号G01D3/02GK101171496SQ200680015434
公开日2008年4月30日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年5月4日
发明者乔斯·M·拉雷亚, 戴维·J·威利斯 申请人:Ami半导体股份有限公司