具有附加的独立霍尔效应传感器的旋转编码器的制造方法
【专利摘要】用于检测可旋转构件的速度以及位置中至少一个的传感器系统。该传感器系统包括包含多个霍尔效应传感器的高分辨率传感器电路和至少一个独立霍尔效应传感器，其中独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线、以及输出线中的至少一个，其都未被连接到高分辨率传感器电路。
【专利说明】具有附加的独立霍尔效应传感器的旋转编码器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年10月26日提交的美国临时专利申请N0.61/551，501的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明涉及用于轴的移动的传感器，特别是集成到具有多个霍尔效应传感器的芯片中的独立霍尔效应传感器。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，本发明提供传感器系统，用于检测可旋转构件的速度和位置中的至少一个。传感器系统包括包含多个霍尔效应传感器的高分辨率传感器电路和至少一个独立霍尔效应传感器，其中独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线和输出线中的至少一个，其都不被连接到高分辨率传感器电路。
[0005]在另一实施例中，本发明提供了操作位置传感器系统的方法。该方法包括如下步骤:提供包括多个霍尔效应传感器的高分辨率传感器电路；提供至少一个独立霍尔效应传感器，其中该独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线和输出线中的至少一个，其都不被连接到高分辨率传感器电路；将高分辨率传感器电路置于低功耗待机模式中；对至少一个独立霍尔效应传感器供电；获得来自至少一个独立霍尔效应传感器的读数；并且从至少一个独立霍尔效应传感器去除功率。
[0006]在又一实施例中，本发明提供了操作位置传感器系统的方法。该方法包括如下步骤:提供包括多个霍尔效应传感器的高分辨率传感器电路；提供至少一个独立霍尔效应传感器，其中独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线和输出线中的至少一个，其都不被连接到高分辨率传感器电路；监视来自高分辨率传感器电路的第一输出信号；确定第一输出信号中的第一数目的信号跃迁；监视来自独立霍尔效应传感器的输出线的第二输出信号；确定第二输出信号中的第二数目的信号跃迁；并且将第一数目的信号跃迁与第二数目的信号跃迁比较从而确定高分辨率电路是否已出故障。
[0007]在又一实施例中，本发明提供了用于检测可旋转构件的速度和位置中的至少一个的传感器系统。该传感器系统包括包含多个霍尔效应传感器的高分辨率传感器电路和至少一个独立霍尔效应传感器，其中独立霍尔效应传感器包括电源线和接地线，其都不被连接到高分辨率传感器电路，并且其中电源线被用作输出线。
[0008]通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1示出包括独立霍尔效应传感器的霍尔效应传感器系统的结构。
[0010]图2示出位于可旋转构件(例如轮或轴)附近的高分辨率霍尔效应传感器系统的图，该可旋转构件具有磁性材料层，其中交替磁极被附到那里以激活传感器。[0011]图3示出独立霍尔效应传感器系统的结构，其中两个霍尔效应传感器元件的输出被馈送到差分放大器中。
[0012]图4示出转动的可旋转构件上由磁铁产生的正弦信号和由可旋转构件附近的第一 (Hl)和第二(H2)霍尔效应传感器测量的相对信号以及这些信号的差异的绘图。
[0013]洋细的描述
[0014]在本发明的任何实施例被详细地解释之前，应理解的是本发明在其应用中并未被限定到在下面描述中阐述的或者在下面图形中所图示的部件的结构和布置的细节。本发明能够是其它实施例并且以不同的方式实施或执行。
[0015]在一种结构中，霍尔效应传感器系统100包括高分辨率霍尔效应传感器阵列110，以及一个或多个独立霍尔效应传感器120 (图1)。在一种特定结构中,传感器系统100的兀件全部被包含在单一集成电路芯片130上，即，制造在相冋的娃芯片上。在另个结构中，独立霍尔效应传感器120具有电源、输出和接地连接122，其与高分辨率霍尔效应传感器阵列110的连接分离，即，电源、输出、和接地连接122都不被连接到高分辨率霍尔效应传感器电路。除具有分离的电源、输出和接地连接122的优点之外是降低了静电放电(ESD)对高分辨率110以及独立霍尔效应传感器120两者的损害的风险。独立霍尔效应传感器120能够提供模拟或数字输出信号。在不同的结构中，高分辨率霍尔效应传感器阵列110可以与铁姆肯(Timken)模型MPS32XF或MPS160米以，然而可以使用其它高分辨率霍尔效应传感器阵列来制作系统100。
[0016]如上面提到的，系统100可以被实施在单一集成电路芯片130上。系统100可以与可旋转构件140 (例如轮或轴)一起使用，例如图2中示出的那个。图2示出了具有其上安装的集成电路芯片130的电路板115。高分辨率传感器阵列110被设置在圆形板150附近，圆形板150在外边缘处具有磁性区域160，并且在其中嵌入多个交变磁极162。圆形板150可以被附着到可旋转构件140,或者可以是可旋转构件140的主要部分(integral part)。
[0017]在一种结构中，系统100在集成电路芯片130上包括两个独立的霍尔效应传感器120A，120B，如图1中所示。两个独立霍尔效应传感器120A，120B的输出可以被馈送到差分放大器200中，如图3中所示，在一些结构中其位于集成电路芯片130上。差分放大器200的输出为数字“开”或者“关”信号，其取决于两个霍尔效应传感器120A，120B中的哪一个具有更正(more positive)的信号。例如，如果第一霍尔效应传感器120A具有比第二霍尔效应传感器120B更正的信号，那么差分放大器200的输出为开(或者“I”)。相反地，如果第二霍尔效应传感器120B具有比第一霍尔效应传感器120A更正的信号，那么差分放大器200的输出为关(或者“O”)(图4)。
[0018]使用由一对传感器120A，120B所生成的差分信号的优点是系统100将对来自传感器芯片的处理的偏移误差或者外部场的效应更为不敏感，因为当使用差分技术时共模场和芯片水平偏移被抑制。收集两个独立霍尔效应传感器120A，120B之间的差分信号，而不是来自一个或两个传感器的绝对测量值，使得整个系统100制造起来更不复杂，并且更不昂贵，因为使用前无需对传感器120A，120B进行微调(trim)或者另外调整。改为在集成电路芯片130上由预定的固定距离使传感器120A，120B互相分离，从而便于其和差分放大器200一起使用，如上所述。除了其它考虑之外，传感器120A，120B的位置以及它们之间的分离距离由与被监视的可旋转构件140相关联的磁铁的布置来确定。[0019]如图1中所示，不同结构的独立霍尔效应传感器元件120被放置成接近集成电路芯片130上的高分辨率霍尔效应传感器阵列110，从而允许独立霍尔效应传感器120被触发高分辨率霍尔效应传感器阵列110的可旋转构件140上的相同磁极162触发，。
[0020]在使用中，独立霍尔效应传感器120的并入便于降低系统100中的功耗。系统100的高分辨率霍尔效应传感器阵列110被用于例如确定与系统100相关联的可旋转构件140的位置之类的功能。然而，系统100的功能中的许多(例如仅检测可旋转构件140是否在旋转并且以什么速度)可以由一个或两个独立霍尔效应传感器来执行，该独立霍尔效应传感器使用远小于由高分辨率霍尔效应传感器阵列110所消耗的功率。因此，高分辨率霍尔效应传感器阵列110经常被维持在待机模式中，其中传感器和相关的电子器件未被供电，或者被维持在低功率水平。使用连同高分辨率霍尔效应传感器阵列110的一个或多个独立霍尔效应传感器120的另一个优点是与高分辨率霍尔效应传感器阵列110相比独立传感器120的通常更快的通电响应时间。
[0021]当依赖独立霍尔效应传感器120以监视可旋转构件140的移动时，可以对传感器120选通供电从而使功耗最小化。在选通期间，功率仅以获得有效输出信号的足够长来被发送到传感器120，在其之后传感器120被断电。选通的频率可以基于需要被检测的可旋转构件140的最大速度。
[0022]为独立霍尔效应传感器120提供分离的电源、输出和接地连接122允许独立传感器120被用来监视高分辨率霍尔效应传感器阵列110的状态和性能。可以由两个独立霍尔效应传感器120以及由高分辨率霍尔效应传感器阵列110来监视信号。来自信号的度量(例如，相应的信号中的跃迁的数目，或者其比率)可以被用来检测有缺陷或者出故障的传感器或者传感器连接，或者检测具有断断续续性能问题的传感器。在一些结构中，可以使用电源连接执行输出连接功能，从而将这些功能组合到单一线中。因此，通过使用电源线发射输出信号，独立霍尔效应传感器120将仅需要两个连接。因此，在另外的结构中，可以为独立霍尔效应传感器120仅提供两个连接122 (电源和接地)。
[0023]因此，本发明尤其提供了一种用于使用独立霍尔效应传感器的系统和方法。在下面的权利要求中阐述本发明的各种特征和优点。
【权利要求】
1.一种用于检测可旋转构件的速度和位置中至少一个的传感器系统，所述传感器系统包括: 高分辨率传感器电路，其包括多个霍尔效应传感器；以及 至少一个独立霍尔效应传感器，其中所述独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线、以及输出线中的至少一个，其都不被连接到所述高分辨率传感器电路。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中至少一个独立霍尔效应传感器包括每个具有输出的至少两个独立霍尔效应传感器，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器的输出被馈送到差分放大器中。
3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器包括第一独立霍尔效应传感器和第二独立霍尔效应传感器，并且其中如果所述第一独立霍尔效应传感器比所述第二独立霍尔效应传感器更正，则所述差分放大器的输出为开，并且如果所述第二独立霍尔效应传感器比所述第一独立霍尔效应传感器更正，则所述差分放大器的输出为关。
4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中对所述至少一个独立霍尔效应传感器的供电被选通。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中包括多个霍尔效应传感器的所述高分辨率传感器电路和所述至少一个独立霍尔效应传感器是在单一集成电路芯片上。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述独立霍尔效应传感器包括接地线和电源线，并且其中所述电源线被用作输出线。
7.一种操作位置传感器系统的方法，所述方法包括: 提供高分辨率传感器电路，所述高分辨率传感器电路包括多个霍尔效应传感器；提供至少一个独立霍尔效应传感器，其中所述独立霍尔效应传感器包括电源线，接地线和输出线中至少一个，其都不被连接到所述高分辨率传感器电路； 将所述高分辨率传感器电路置于低功耗待机模式中； 对所述至少一个独立霍尔效应传感器供电； 从所述至少一个独立霍尔效应传感器获得读数；并且 从所述至少一个独立霍尔效应传感器去除功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中提供至少一个独立霍尔效应传感器包括提供每个具有输出的至少两个独立霍尔效应传感器，其中所述方法进一步包括将所述至少两个独立霍尔效应传感器的输出馈送到差分放大器中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器包括第一独立霍尔效应传感器以及第二独立霍尔效应传感器，并且其中所述方法进一步包括: 如果所述第一独立霍尔效应传感器比所述第二独立霍尔效应传感器更正，则从所述差分放大器接收开的输出，并且 如果所述第二独立霍尔效应传感器比所述第一独立霍尔效应传感器更正，则从所述差分放大器接收关的输出。
10.根据权利要求7所述的方法，其中提供至少一个独立霍尔效应传感器包括: 提供接地线和电源线；并且 使用所述电源线发射输出信号。
11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括: 监视来自所述高分辨率传感器电路的第一输出信号； 确定所述第一输出信号中的第一数目的信号跃迁； 对所述至少一个独立霍尔效应传感器供电； 监视来自所述独立霍尔效应传感器输出线的第二输出信号； 确定所述第二输出信号中的第二数目的信号跃迁；并且 将所述第一数目的信号跃迁与第二数目的信号跃迁比较从而确定所述高分辨率电路是否已出故障。
12.根据权利要求7所述的方法，进一步包括对所述至少一个独立霍尔效应传感器选通供电。
13.一种操作位置传感器系统的方法，所述方法包括: 提供高分辨率传感器电路，所述高分辨率传感器电路包括多个霍尔效应传感器；提供至少一个独立霍尔效应传感器，其中所述独立霍尔效应传感器包括电源线、接地线以及输出线中的至少一个，其都不被连接到所述高分辨率传感器电路； 监视来自所述高分辨 率传感器电路的第一输出信号； 确定所述第一输出信号中的第一数目的信号跃迁； 监视来自所述独立霍尔效应传感器的输出线的第二输出信号； 确定所述第二输出信号中的第二数目的信号跃迁；并且 将所述第一数目的信号跃迁与第二数目的信号跃迁相比较从而确定所述高分辨率电路是否已出故障。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括对所述至少一个独立霍尔效应传感器选通供电。
15.根据权利要求13所述的方法，其中提供至少一个独立霍尔效应传感器包括提供每个具有输出的至少两个独立霍尔效应传感器，其中所述方法进一步包括将所述至少两个独立霍尔效应传感器的输出馈送到差分放大器中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器包括第一独立霍尔效应传感器以及第二独立霍尔效应传感器，并且其中所述方法进一步包括: 如果所述第一独立霍尔效应传感器比所述第二独立霍尔效应传感器更正，则从所述差分放大器接收为开的输出，并且 如果所述第二独立霍尔效应传感器比所述第一独立霍尔效应传感器更正，则从所述差分放大器接收为关的输出。
17.根据权利要求13所述的方法，其中提供至少一个独立霍尔效应传感器包括: 提供接地线和电源线；并且 使用所述电源线发射输出信号。
18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括: 将所述高分辨率传感器电路置于低功耗待机模式中； 对所述至少一个独立霍尔效应传感器供电； 从所述至少一个独立霍尔效应传感器获得读数；并且 从所述至少一个独立霍尔效应传感器去除功率。
19.一种用于检测可旋转构件的速度和位置中的至少一个的传感器系统，所述传感器系统包括: 高分辨率传感器电路，其包括多个霍尔效应传感器；以及 至少一个独立霍尔效应传感器，其中所述独立霍尔效应传感器包括电源线和接地线，其都不被连接到所述高分辨率传感器电路，并且其中所述电源线被用作输出线。
20.根据权利要求19所述的传感器系统，其中所述至少一个独立霍尔效应传感器包括每个具有输出的至少两个独立霍尔效应传感器，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器的输出被馈送到差分放大器中。
21.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述至少两个独立霍尔效应传感器包括第一独立霍尔效应传感器和第二独 立霍尔效应传感器，并且其中如果所述第一独立霍尔效应传感器比所述第二独立霍尔效应传感器更正，则所述差分放大器的输出为开，并且如果所述第二独立霍尔效应传感器比所述第一独立霍尔效应传感器更正，则所述差分放大器的输出为关。
22.根据权利要求19所述的传感器系统，其中对所述至少一个独立霍尔效应传感器选通供电。
23.根据权利要求19所述的传感器系统，其中包括多个霍尔效应传感器的所述高分辨率传感器电路和所述至少一个独立霍尔效应传感器是在单一集成电路芯片上。
【文档编号】G01D5/14GK104011507SQ201280052916
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】A·J·桑托斯, M·E·拉克罗瓦, L·王 申请人:铁姆肯公司