用于高电压桥偏置生成和低电压读出电路的系统和方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开涉及传感器领域，更具体地涉及用于高电压桥偏置生成和低电压读出电路的系统和方法。
【背景技术】
[0002]经常使用在汽车系统中的一类传感器是压力传感器。这种传感器包括可偏转组件并且基于偏转生成输出。输出的信号指示偏转的量并且通过测量组件对输出的信号进行测量。
[0003]典型地，传感器在汽车板网电压(Tl...18V)进行操作或通过调节器由E⑶提供稳定的电源(例如，4.5V-5.5V)。为了允许膜片由于静电力而相应地偏转，经常需要在高于电源或其最低值的较高电压(例如10V-16V)上操作传感器。然而，在高电压上进行操作对于测量组件的电路来说消耗大量的功率、增加组件的成本并且降低操作速度。
【发明内容】
[0004]本公开的目的就在于克服上述现有技术中的缺陷。
[0005]根据本公开的一个方面，提供一种多电压传感器系统，包括:一个或多个充电栗，被配置为提供高电压；传感器桥，由所述高电压进行偏置并且被配置为提供传感器值；以及低电压读出电路，仅具有低电压组件并且被配置为接收所述传感器值。
[0006]根据一个实施例，该系统进一步包括:低电压调节器，被配置为生成低电压并且将所述低电压提供给所述读出电路。
[0007]根据一个实施例，该系统进一步包括:中间电压调节器，被配置为生成中间电压并且将所述中间电压提供给所述一个或多个充电栗。
[0008]根据一个实施例，其中所述一个或多个充电栗包括正充电栗和负充电栗。
[0009]根据一个实施例，其中所述传感器桥包括极性反转开关，其中所述正充电栗将正的高电压供给到所述传感器桥，并且所述负充电栗将负的高电压供给到所述传感器桥，并且其中所述极性反转开关在所述正的高电压和所述负的高电压之间交替。
[0010]根据一个实施例，其中所述传感器桥在力反馈回路中进行操作。
[0011]根据一个实施例，其中所述传感器桥包括被配置为根据偏转量提供电容的可偏转膜片。
[0012]根据一个实施例，其中所述传感器桥包括被配置为桥的一对可偏转膜片和一对参考电容器。
[0013]根据一个实施例，其中所述高电压被调整一定量从而改进所述传感器桥的操作。
[0014]根据一个实施例，该系统进一步包括被配置为降低所述传感器值的电压电平的电平移位器。
[0015]根据一个实施例，该系统进一步包括:栗控制电路，被配置为根据每一时钟周期的充电相位、受控制的放电相位以及测量相位来激活和去激活所述一个或多个充电栗。
[0016]根据一个实施例，其中所述低电压读出电路包括具有交叉耦接开关的开关式电容器电平移位器。
[0017]根据本公开的另一方面，提供一种用于控制充电栗的系统，所述系统包括:充电比较器，被配置为在测量传感器具有超过充电阈值的电压时去激活充电栗；放电比较器，被配置为在所述测量传感器具有位于放电阈值的电压时停止对所述测量传感器的放电；以及电流控制器件，被配置为控制针对所述测量传感器的放电电流。
[0018]根据一个实施例，该系统进一步包括:开关，被配置为根据所述放电比较器产生的信号来断开所述电流控制器件和所述测量传感器的连接。
[0019]根据一个实施例，其中所述放电阈值被设置为中值点电压。
[0020]根据一个实施例，其中所述充电阈值被设置为所述中值点电压加增量。
[0021]根据一个实施例，其中利用参考电流和电阻器来分配所述中值点电压。
[0022]根据一个实施例，其中所述放电电流通过电阻器而引导并且对所述充电栗的电压进行移位。
[0023]根据一个实施例，其中所述系统包括充电相位、放电相位以及测量相位，其中所述充电相位在所述测量传感器具有超过所述充电阈值的电压时结束，并且所述放电相位在所述测量传感器具有位于所述放电阈值的电压时结束。
[0024]根据本公开的一个方面，提供一种用于利用低电压电路读取高电压传感器的方法，所述方法包括:提供传感器桥；利用一个或多个充电栗电压对所述传感器桥进行偏置；提供处于低电压电平的来自桥的传感器值；以及仅利用低电压读出电路对所述传感器值进行测量。
[0025]根据一个实施例，该方法进一步包括:生成约为中值点电压的所述一个或多个充电栗电压。
[0026]根据一个实施例，其中所述低电压读出电路以低于2v进行操作。
【附图说明】
[0027]图1为图示多电压传感器和读出系统的框图；
[0028]图2为图示利用正充电栗和负充电栗的多电压传感器和读出系统的框图；
[0029]图3A为图示具有可偏转膜片的传感器桥的图；
[0030]图3B为图示处于左半桥配置中的具有可偏转膜片的传感器桥的图；
[0031]图3C为图示处于右半桥配置中的具有可偏转膜片的传感器桥的图；
[0032]图3D为图示处于半桥配置中的具有可偏转膜片的传感器桥的图；
[0033]图4为图示仅使用正充电栗的多电压传感器和读出系统的框图；
[0034]图5为图示充电栗控制系统的图；
[0035]图6为图示系统的一个示例性操作的曲线图；
[0036]图7为图示用于负充电栗的充电栗控制系统的图；
[0037]图8A为图示可以与多电压传感器和读出系统共同使用的读出电路的图；
[0038]图SB为图示可以与多电压传感器和读出系统共同使用的读出电路的图；
[0039]图9为图示操作多电压传感器系统的方法的流程图；
[0040]图10为图示操作充电栗的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0041]现在参照附图对本发明进行描述，其中通篇用相同的参考标号来指代相同的元件，并且其中所描述的结构和设备并非按照比例绘制。
[0042]这里所公开的系统和方法改进了基于传感器的系统，例如包括压力传感器的汽车传感器系统。这种系统包括高电压传感器，其为需要比调节后的电压或电源电压更高的电压以便正常工作的传感器。该系统和方法在缓解了功率消耗和高电压电路组件的同时有助于高电压传感器的正确/可靠操作。
[0043]图1为图示了多电压传感器和读出系统100的框图。该系统100将高电压用于高电压传感器，但是允许低电压用于读取传感器的输出。为了有助于理解，以简单的形式示出并描述系统100。
[0044]系统100包括中值或中间电压(MV)调节器102、低电压(LV)调节器104、一个或多个充电栗106、传感器108以及读出电路110。MV调节器102接收电源电压并且也连接到地，所述电源电压处于合适的电平，例如6v-18v。MV调节器102生成中间电压114，该中间电压114被调结到合适的电平，例如3v或5v。中间电压114低于电源电压。
[0045]LV调节器104从MV调节器102接收功率112并且也连接到地。功率112提供在合适的电平。在一个例子中，功率112为中间电压114。LV调节器104生成低电压120，该低电压120经过调节并且处于合适的电平，例如1.5v。
[0046]充电栗106接收中间电压114并且生成栗电压116，栗电压116与中间电压114相比处于更大的幅度，并且在一些例子中，大于电源电压。合适的栗电压116的一些例子包括12ν、-12ν、0.75+12ν、0.75_12ν、1/2* 低电压 +12ν、1/2* (低电压-12v)等。充电栗 106 提供高于电源电压的电压，并且是可控的以便有选择地偏置传感器桥108。
[0047]传感器桥108为高电压传感器。传感器桥108接收栗电压116并且提供一个或多个传感器值118，适于较低电压，例如低于约3V的电压。栗电压116利用高电压而偏置传感器桥。在一个例子中，传感器桥108包括切换机制，该切换机制被配置用于在栗电压116和/或地之间交替。以下提供切换机制的一些示例。
[0048]如下所述，传感器值118指示属性。传感器值118的形式为对应于将被指示的属性的电容、差分电容、电压、电流等。
[0049]大体上，传感器桥108基于机械结构的改变而测量物理属性，例如压力，并且基于机械改变生成信号118。在一个例子中，传感器108基于隔膜的偏转而生成信号。
[0050]在一个例子中，传感器108为力反馈传感器并且包括可偏转膜片。力反馈传感器是如下这样一种类型的传感器，其包括膜片，测量膜片的偏转并且使膜片稳定到希望的操作位置。使膜片偏转的力生成信号，例如取决于偏转量的电压。传感器的电极被偏置从而对使膜片偏转的力进行正向或负向地补偿。可以选择该偏置从而增加传感器的敏感度、改善可靠性等。此外，可以选择该偏置从而补偿环境的效应，例如温度、压力等。针对基于加速度计的传感器可以使用相似的偏置。
[0051]读出电路110由低电压120进行供能并且被配置为基于传感器值118提供测量输出。在一个例子中，读出电路110利用从低电压获得的修改后的电压或中值电压。中值电压是小于低电压的合适电压。典型地，中值电压大约是低电压的一半。这样，如果低电压120约为1.5v，则中值电压则约为0.75vo
[0052]读出电路110利用低电压电路测量值118，低电压电路例如为可操作在小于3v的电压、低电压120、中值电压等的电路。通过使用低电压120并且不需要更高的电压，功耗得以缓解，电路组件成本得以降低，并且低电压电路以更快的速度运行。
[0053]其他基于高电压的传感器系统要求读出电路包括高电压电路。结果是，这种系统消耗更多的功率，增加了组件成本并且其运行速度低于系统100。
[0054]图2为图示利用正充电栗和负充电栗的多电压传感器和读出系统200的框图。系统200可以与上述的系统100 —起使用或附加于上述的