对接lc传感器的方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及用于对接LC传感器的技术。
【背景技术】
[0002]LC传感器在本领域是广泛已知的。例如，LC传感器可以用作能够检测导电目标的存在的电子邻近传感器。电感性传感器的一些通常应用包括例如金属检测器以及派生出的应用，诸如旋转传感器。
[0003]图1示出了根据现有技术的LC传感器10的基本结构。在所考虑的示例中，LC传感器10包括电感器L和电容器C，其形成了也称作储能电路(tank circuit)的谐振电路。该布置进一步包括诸如电压源之类的电源102以及开关104。当开关102处于第一位置(如图1中所示)时，电容器C充电至电源电压。当电容器C完全充满时，开关102改变位置，将电容器102与电感器L并联放置以使其开始通过电感器L放电。这开始了在LC谐振电路10之间的振荡。
[0004]从实际角度而言，LC传感器10也包括电阻性部件R，其将随时间变化而消耗能量。因此，发生了将衰减振荡的损耗，也即振荡阻尼减小。基本上，可以使用这种LC传感器10例如以检测金属物体，因为与不存在金属物体(例如参见图2a)的振荡相比，在存在金属物体(例如参见图2b)时，振荡将更快阻尼减小。
[0005]通常而言，LC传感器10的感测部件可以是电感器L、电容器C和/或电阻器R。例如，电阻值R主要影响阻尼因子，而L和C部件主要影响振荡频率。此外，也可以通过将电容器C简单地连接至电感性传感器L、或者将电感器L简单地连接至电容性传感器C来形成该LC传感器10。然而，(具有其消耗的损耗的)电感器L通常提供了感测元件。
[0006]图3a示出了用于执行传感器10的LC感测的可能实施例，其具有例如文档申请号AN0029 uLow Energy Sensor Interface -1nductive Sensing”Rev.1.05，2013-05-09，Energy micro 或者德州仪器于 2011 年 4 月的申请报告 SLAA222A“Rotat1n Detect1n withthe MSP430Scan Interface”中所述的控制器或控制单元20，诸如微控制器。在示例性实施例中，控制单元20包括两个管脚或焊盘202和204，并且LC传感器10连接在这些管脚202和204之间。
[0007]控制单元20包括连接至管脚202的可控电压源206以在该管脚202处施加固定电压VMID。例如，数模转换器(DAC)通常用于该目的。
[0008]在充电阶段期间，管脚204连接至接地GND。因此，在该阶段期间，传感器10连接在电压VMID与接地GND之间，并且传感器10的电容器C充电至电压V MID。接着，控制单元20开放第二管脚204，也即管脚204浮置。相应地，由于在之前阶段期间传感器10的电容器C已经充电的事实，LC谐振电路10开始如上所述振荡。
[0009]因此，通过分析管脚204处电压(例如电压V2M)，可以特征化振荡。实际上，如图3b中所示，管脚204处电压对应于阻尼振荡，该阻尼振荡具有对应于由电压源206施加的电压VMID的DC偏置，也即电压VMID限定了振荡的中点。因此，电压VMID通常设置为控制单元20的电源电压的一半，例如VDD/2，以具有最大范围。
[0010]通常，电路也包括连接在管脚202与接地GND之间的额外电容器C1以稳定化电压信号VMID，以及用于提供用于对传感器充电所需的电流提升。为了分析管脚204处信号(例如参见图3a)，控制单元20可以包括连接至管脚204的模数转换器(ADC) 208以对振荡的电压取样。因此，基于ADC 206的分辨率和取样频率，可以表征整个振荡。
[0011]图4示出了根据现有技术的备选解决方案。具体的，在所考虑的示例中，控制单元20包括比较器210，其将管脚204处电压与诸如参考电压VRef之类的参考信号作比较。例如，该参考电压VRef可以固定例如为VDD/2，或者经由数模转换器212而设置。例如，图5a和图5b分别示出了在传感器10附近存在或者不存在金属物体的振荡，以及参考电压VRef和比较器210的输出CMP。通常而言，图3a和图4中所示的两种方案(也即ADC 208和比较器210)也可以组合在相同控制单元20中。
[0012]因此，基于前述，可以通过将LC传感器与微控制器集成电路(1C)直接对接来实现无接触移动测量。该感测可以对例如计量系统(气体、水、距离等)有用。然而，当处理并取样传感器时，微控制器(或MCU)应该减小能耗以允许电池供电系统的研发。此外，因为MCU单元通常是通用的，所以也需要减小由于用于实施以上功能的专用电路所耗费的硅片面积。因此，在LC传感器激励和测量技术中，可以需要减少能耗和成本，特别是对于已经描述的电池供电应用而言。
[0013]因此，第一问题涉及使用专用的低能耗模拟部件，例如用于产生电压VMID和内部参考电压VRrf，这导致较大成本。第二问题涉及数模转换器210，其将要足够低功耗和快速以跟随阻尼振荡。这导致每次测量的极大能耗并且挑战电池供电系统中的应用限制。
[0014]此外，工艺-电压-温度(PVT)变化是电池供电系统中另一重要问题，其中存在极大电压改变。的确，以上所述的部件可以受到PVT变化的影响:传感器(阻尼因子，频率等)；1/0焊盘电流和电阻值(激励)；以及比较器开关点等。
【发明内容】
[0015]基于以上描述，提供了可以克服一个或多个前述缺点的方案。这可以通过具有如下所列特征的方法来实现。也提供了一种相关系统以及对应的相关计算机程序产品，计算机程序产品可载入至少一个计算机的存储器中并且包括当产品运行在计算机上时用于执行方法步骤的软件代码部分。如在此所使用的那样，对于该计算机程序产品的参考旨在等同于引用对于包含了用于控制计算机系统以协调方法性能的指令的计算机可读媒介。对于“至少一个计算机”的参考旨在突出本发明实施例以分布式/模块化方式实施的可能性。
[0016]如上所述，本说明书提供了用于将LC传感器与诸如微控制器之类的控制单元对接的方案，其中控制单元包括第一和第二接触(例如微控制器的管脚或焊盘)，并且LC传感器可以连接在第一和第二接触之间。在一些实施例中，通过驱动两个接触而开始LC传感器的振荡，并且监视在第二接触处的电压。在该情形中，第二接触处的电压对应于在第一接触处电压与LC传感器处电压的总和。
[0017]在一些实施例中，第一接触处的电压改变，以使得第二接触处电压(也即第一接触处电压与LC传感器电压之和)并未超过上电压阈值，并且并未跌落低于下电压阈值。例如，可以通过在第一接触处产生反向振荡而改变第一接触处电压，其中反向振荡相对于LC传感器的振荡相位偏移。借由示例的方式，在一些实施例中，可以通过当第二接触处电压到达上电压阈值时减小第一接触处电压、和/或当第二接触处电压到达下电压阈值时增大第一接触处电压而改变第一接触处电压。
[0018]在一些实施例中，控制单元可以包括限定了上电压阈值和下电压阈值的钳位电路。例如，钳位电路可以包括连接在第二接触与电源电压之间的第一二极管，以及连接在接地与第二接触之间的第二二极管。
[0019]此外，电容器可以连接在第一接触与接地之间。在该情形中，振荡可以开始并且在第二接触处电压可以通过三个阶段自动的限制。例如，在第一阶段期间，电容器可以例如通过连接第一接触至接地放电。在第二阶段期间，第一接触可以连接至接地并且第二接触可以连接至电源电压，其中LC传感器通过在第二接触处提供的电源电压而充电。在第三阶段期间，第一接触和第二接触处于高阻抗状态(例如断开连接)下，使得LC传感器能够振荡。在该实施例中，通过由钳位电路对电容器充电和放电来限制第二接触处的电压。
[0020]在一些实施例中，在第一阶段期间，第一接触可以连接至电源电压，使得电容器充电。在第二阶段期间，第一接触连接至电源电压并且第二接触连接至接地，因此LC传感器通过在第一接触处提供的电源电压而充电。在第三阶段期间，第一接触和第二接触处于高阻抗状态，使得LC传感器能够振荡。因此，在该实施例中，振荡在相反方向发生，但是通过由钳位电路对电容器充电或放电来限制在第二接触处的电压。
[0021]在一些实施例中，可以控制第二阶段(也即LC传感器的充电阶段)的持续时间以调节在第三阶段开始处的LC传感器振荡的幅度。
【附图说明】
[0022]现在将参考借由非限定性示例提供的附图而描述本公开的实施例，并且其中:
[0023]图1是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；
[0024]图2a和图2b分别是对于在传感器附近具有和不具有金属物体的图1的LC传感器的电压比对时间的图；
[0025]图3a是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；
[0026]图3b是对于图3a的LC传感器的电压比对时间的图；
[0027]图4是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；
[0028]图5a和图5b分别是对于在传感器附近具有和不具有金属物体的图4的LC传感器的电压比对时间的图；
[0029]图7是对接了 LC传感器的钳位电路的示意图，以及图6和图8是对于图7配置的电压比对时间的图；
[0030]图9是根据示例性实施例的用于对接LC传感器的系统的第一实施例的示意图；
[0031]图10 —图12示出了可以出现在图9系统中的示例性波形；
[0032]图13、图16a以及图16b是用于对接LC传感器的系统