专利名称：具有连接至附加管脚的隔直电容器的电路接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感元件的电流接口领域。具体地，本发明涉及用于 提供受传感器输入信号控制的输出电流信号的电流接口。
背景技术：
与电压接口相比，电流接口对数字数据传输具有明显的优势。可 能最重要的优势在于电流接口仅需要2根导线这一事实。通常，电流 接口用一根导线从供电电压电平提取输入电流，用另一根导线将输出 电流输出至评估单元。评估单元测量所提供的输出电流的安培值 (amperage )。
与通常需要至少3根导线(即第一导线用于提供恒定的供电电压 电平，第二导线用于提供诸如地电平之类的参考电压电平，第三导线 用于提供数据信号)的电压接口相比，电流接口使得能够节省至少一 根导线。这在传感元件远离相应评估单元的情况下和/或必须在有限空 间内将多个传感元件与评估元件相耦合的情况下是特别有利的。
然而，有一些对于同电流接口相耦合的传感器的应用需要非常高 的测量精度。因而，非期望电压波动(fluctuation)可能引起在电流接 口内执行的错误或不精确的信号调节(signal conditioning)。
已知可以通过配备连接在电流接口必需的2根导线间的隔直电容 器的方式补偿这样的非期望电压波动。然而，这样做的缺点是，由于 同传感电阻器相结合的隔直电容器表现出低通滤波器的特性，因此电 流接口的响应时间将显著下降。因此，高精度测量的电流接口不适于 需要提供快速变化的输出电流的应用。
发明内容
可能需要提供一种既能实现高精度的信号调节又能支持快速响应的电流接口。
上述需求可以通过根据独立权利要求的客体得到满足。从属权利 要求描述了本发明的具有优势的实施例。
1#根据本发明的一方案，提供了一种用于提供受传感器输入信号 控制的输出电流信号的电流接口。所提供的电流接口包括(a)第一 管脚，适于与供电电压连接；(b)第二管脚，适于提供输出电流信号； (C)电流源，连接在第一管脚与第二管脚之间；(d)附加管脚，适于 通过隔直电容器与两管脚之一相连接；以及(e)去耦设备，连接在附 加管脚与两管脚中的另一管脚之间。
本发明的这一方案所基于的构思是使隔直电容器同电流源至少 部分分离或至少部分地去除隔直电容器同电流源间的耦合。因此，进 行这样的分离，从而使得电流接口160、 170在只使用2条同所述两个管 脚相连接的供电线路的情况下仍能正常运行。
换言之，去耦设备适于将出现在第一和第二管脚中另一管脚上的 电压信号至少部分地同出现在附加管脚处的电压信号分离或至少部分 地去除两者之间的耦合。因此，利用隔直电容器可以使出现在附加管 脚上的电压信号保持稳定，而输出电流信号不受典型低通特性的限制。
这意味着， 一方面，为电源配备隔直电容器具有，阻隔(block) 两条供电线路之一上的电压峰值，使其无法影响到电流接口敏感部分 的优点。另一方面，低通滤波器不会影响输出电流信号，使得可以利 用输出电流安培值的突变，对从所配备的电流源发出的信号进行数据 评估。
优选地，隔直电容器是外部隔直电容器。这种配置的优点在于， 当在容纳于单个芯片外壳中一个或多个集成电路的内部实现电流接口 时，可以针对于电流接口的具体应用最优化隔直电容器的电容。电容 的典型值约为l至1000nF，优选为10至500nF。这样的隔直电容器能够
可靠地保护电流接口的敏感元件使其免受发生在管脚处的静电 (electro static)放电或其它电压波动事件的影响。
2#根据本发明的一实施例，电流接口还包括信号调节单元，同 电流源相耦合，以便向电流源提供控制信号。这种配置的优点在于，
5可以在紧凑设计(compact design)内实现传感器接口。
3#，根据本发明的另一实施例，信号调节单元适于向电流源提供 数字控制信号。这种配置的优点在于，提供了支持实现精确可靠的信 号调节的数字电流接口。
4#根据本发明的另一实施例，信号调节单元的能量是由存在于第 一管脚和附加管脚之间的供电电压提供的。这种配置的优点在于，信 号调节单元可以自动受到保护，不会受到出现在第一和/或第二管脚上 的电压峰值的影响。因此，可以使用高精度并且因而具有极高灵敏度 的信号调节单元，而不会增加引入由有害的电压波动所导致的信号调 节和信号传播中的误差或偏差(discrepancy)的风险。
当然，根据电流接口的实际工作状态的差异，信号调节单元的供 电电压可以会随时间发生变化。然而，电流接口的供电电压大小应该 使得，不管实际工作状态如何，供电电压始终足以令信号调节单元正 常工作。
5#根据本发明的另一实施例，电流接口还包括传感器元件。这种 配置的优点在于，可以在紧凑设计内部实现可靠高速的传感器封装， 其中，仅以2条供电线路就可以使整个传感器封装正常工作。
相比之下，包含于电压接口中的传感器通常需要3根导线，即供 电电压导线、参考电压或地线、以及用于传输模拟或数字数据信号的 导线。因此，所述电流接口能够节省一根导线。
6弁根据本发明的另一实施例，所述传感器元件同信号调节单元构 成一个整体。这可以利用各种不同类型的传感器元件和/或信号调节单 元予以实现。
在这种情况下，"整体"的含义是，提供一个同时容纳传感器元件 和信号调节单元的封装。因此，可以利用一个或利用两个或甚至更多 个集成电路构成传感器元件和信号调节单元。
7#根据本发明的另一实施例，传感器元件是角度传感器，具体而 言，传感器元件可以是磁阻式角度传感器。这种配置的优点在于，可 以提供既能够产生精确的角度信号又能将这些信号调节为数字电流信 号的完整的传感器封装，从而使得能够利用安置于电流接口下游的数据评估单元进行可靠的数据评估。
优选地，角度信号是模拟传感器信号，同数字信号相反模拟传感 器信号能够支持更高精度的角度分辨率。以适当方式对这些模拟传感 器信号进行调节和评估，就可以利用适当的(例如基于现有的插值
(interpolation)技术的)数据评估方法在某一角度范围内达到约0， 02°至0， 04。的角度分辨率。
应该说明的是，还可以结合诸如温度传感器、磁场传感器等其它 类型的传感器使用所述电流接口。
貼根据本发明的另一方案，第一管脚、第二管脚以及附加管脚是 所配备的仅有的管脚。这种配置的优点在于，可以始终保证经由与第 一管脚相连接的导线流入电流接口的电流的安培值和经由与第二管脚 相连接的导线流出电流接口的电流的安培值相同。因此，对2根导线在 空间中的相对位置加以配置，从而使得2根导线附近的区域内不会产生 或最多产生可以忽略不计的电磁污染。
优选情况下，2根导线可以采用绞合配置(twisted configuration),
从而使安培值极大的甚高频电流信号不产生电磁污染或不产生显著的 电磁污染。这使得可以将所述电流接口配置于电磁兼容性有所减低的 设备附近。
所述电流接口的另一优点在于本身能够检测传感器元件的功 耗。因此，所述电流接口可用于诸如防抱制动(antilock bmking)系 统等有关安全方面的应用。
9財艮据本发明的另一实施例，去耦设备是二极管。从而，优选情 况下将二极管连接在表示电流接口的电路配置的内部，并配置二极管 的极性，使得从带电隔直电容器流出的电流无法到达电流源。因此， 隔直电容器的低通滤波器特性不会对电流源造成影响，因而还可以利 用所述电流接口提供高频数据信号。
还需要说明的是，当短暂的电压峰值为隔直电容器充电之后，从 电容器流向信号调节单元的平滑电流将形成放电。然而，同直接施加 至信号调节单元的端电压峰值所导致的负面影响相比，流入信号调节 单元的平滑电流通常不会影响信号调节单元的稳定性。换言之，隔直电容器使施加于信号调节单元的电压电平保持平滑，然而为了可以传 输高频输出电流信号，不应对电流接口的输出信号进行平滑处理。
10#根据本发明的另一实施例，去耦设备是调压器。这种配置的 优点在于，可以始终为信号调节单元提供恒定的电压差。因此，可以 在非常稳定的条件下运行信号调节单元，使得特别是即使在与第一管 脚相连接的导线内部存在电压波动的情况下，也可以实现可靠的信号 调节。
需要指出，借助于调压器，还可以在输出电流具有很强的安培值 波动的情况下提供恒定的供电电压。在这种情况下，由于通常利用由 连接在该导线与地电平之间的传感器电阻器所引起的电压降测量输出 电流，因此与第二管脚连接的导线的电压电平通常剧烈变化。
此外，还需要指出，如果在第一管脚上出现了短暂的电压波动，
调压器(通常是极慢的慢速电子设备)就直接馈送(feed through)这 一波动。然而，正如前已描述的那样，隔直电容器将对该波动进行平 滑处理。此外，在使用调压器的情况下，至少部分地去除电流源与隔 直电容器间的耦合，使隔直电容器不会影响到具有高频特性的电流接 口。因此，正如前已描述的那样，电流接口还可用于为安置于所述电 流接口下游的评估单元提供数字数据信号。
参考实施例示例对本发明的上述方案以及其他方案加以阐释，根 据以下将予以描述的实施例的示例，本发明的本发明的上述方案以及 其他方案将显而易见。以下将参考实施例示例更详细地对本发明予以 说明，然而本发明不局限于实施例示例。
图l示出了根据本发明第一实施例的电流接口的电路图； 图2示出了根据本发明第二实施例的电流接口的电路具体实施例方式
附图中的图示是示意性的。值得注意的是，在不同的附图中，为 相似或相同元件提供的参考标记仅仅在第一位有所不同。图1示出了电路接口100的电路图，该电路图示出了完整的传感器
封装(package) 110。所绘传感器封装110被整个安置于单个芯片封装 内。然而，还可以利用容纳于不同芯片封装内的不同集成电路来实现 传感器封装110。
传感器封装110包括信号发生和调节设备130，所述信号调节设 备130包括传感器元件131和信号调节单元132。根据此处说明的实施 例，传感器元件131是高灵敏度角度传感器(high sensitive angular sensor)，后者以有利的方式利用了磁阻效应，从而可以在很宽的角度 范围内提供较高的角度分辨率。磁阻传感器元件131是向信号调节单元 132提供模拟输出信号的模拟传感器。信号调节单元132调节和转换该 模拟信号，并且向电流源120提供数字控制信号135。下面将详细描述 电流源120的功能。
电流接口100电连接至用于提供供电电压Vdd的控制和评估单元 150。供电电压Vdd通过供电导体(supply conductor) 160馈送至电流 接口IOO。控制和评估单元150还包括传感电阻器171。传感电阻器171 连接在地电压电平和信号导体(signal conductor) 170之间，其中所述 信号导体从电流接口100接收电流信号。因此，电流信号表示由传感器 元件131测量得到的角度位置(angular position)。
电流信号在传感电阻器171中引起电压降，该电压降与电流信号 的实际安培值成正比。利用电压降测量设备172 (例如，示波器或其它 电压测量设备)测量所述电压降。将测量到的电压信号提供给数据处 理设备175以进行其他数据评估。
需要指出的是，还可以利用本领域技术人员熟知的各种其它电流 测量设备来实现控制和评估单元150。例如，可以利用包含电流镜 (current mirror)的设备进行电流测量。这种做法的优点在于，至少 部分地去除了信号导体170同实际电流测量仪器间的耦合。
电流接口100包括3个管脚第一管脚lll、第二供电管脚112以及 附加管脚115。第一管脚lll与供电电压Vdd连接。第二管脚112与信号 导体170连接。
在电流接口100中，电流源120与第一管脚110和第二管脚112互相
9连接。在电流接口100外，配备了插入在附加管脚115与第二管脚112 之间的隔直电容器128。在传感器封装110外的配置隔直电容器128的优 点在于，可以针对所述电流接口100的具体应用最优化隔直电容器128 的电容。根据此处所述的实施例，隔直电容器128的电容约为100nF。
电流接口100还包括连接在第一管脚111与第二管脚112之间的二 极管125。
正如能够从图l所示的电路配置中直观地看出的那样，隔直电容 器128将保护信号发生和调节设备130不会受到存在于二极管125阴极 处的电压波动的影响。从而，可以确保为信号发生和调节设备130提供 平稳的供电电压。当不存在这样的电压波动的情况下，信号发生和调 节设备130将能够实现极其灵敏的信号发生以及极其灵敏的信号调节。 因此，能够确保对由传感器元件131产生的信号进行无误差(error-free)
信号调节。
二极管125的作用为去除电流源120同隔直电容器128间的耦合。 这是通过利用与外部隔直电容器128连接的附加管脚115予以实现的。 因此，二极管125去除了隔直电容器128同管脚111和112间的耦合，使 集成电流源120在充电时能够直接从供电线路160吸收电流而不是从隔 直电容器128吸收电流。这样一来，电路就实现了利用不同电流电平传 输信息的双线电流接口IOO，并且同时利用与附加输出管脚115相连接 的外部隔直电容器128实现了对内部电路的供电电压脉动抑制(ripple rej6ctkm)0
所述的包含用于连接电容器128的附加管脚115的配置的优点在 于，在向电流源120提供高频控制信号135时，由电流源120提供的输出 电流信号不受同传感电阻器171相结合的隔直电容器128所引起的低通 频率特性的影响。换言之，当集成电流源120从一电流电平转换至另一 电流电平时，电阻器171和隔直电容器128不呈现低通滤波器特性。因 此，传感电阻器171上的电压将变化得相对较快，使得管脚112处输出
的任何数字信号的边沿不会因低通滤波器的限制的缘故变差 (degrade)。
应当指出，在不增加将电流接口100同控制和评估单元150相连接的供电线路160、170的数量的情况下，去除电流源120同隔直电容器128 间的耦合。正如可以从图l看到的那样，所述传感器封装110仅使用2 条供电线路160、 170仍可运行。
还应当指出，如果将二极管125安置于低功耗供电线路(也就是 位于信号发生和调节设备130与第二管脚112之间的导体)内，也能够 去除隔直电容器128同电流源120间的耦合。
图2示出了根据本发明另一实施例的电流接口200的电路图。除了 将二极管125替换成调压器226，电流接口200的组件与电流接口100的 组件相同，因而此处将不再对其加以详细说明。控制和评估单元250 与控制和评估单元150相同，因而此处也不再对其加以详细说明。
调压器226包括3个端子。第一端子与第一管脚211连接。第二端 子与信号发生和调节设备230连接。第三端子与第二管脚212连接。使 用调压器226是为了稳定信号发生和调节设备230上的电压。因此，也 可以使信号发生和调节设备230不受有害电压波动的影响，从而可以实
现极其灵敏的信号发生以及极其灵敏的信号调节。
调压器226的作用还在于，使电流只能够从第一管脚221流至信号 发生和调节设备230，而无法沿相反的方向从信号发生和调节设备230 流至第一管脚211。因此，调压器226的作用还在于，去除隔直电容器 228和电流源220间的耦合，使电流源220的输出信号不受低通滤波器特
性的限制。
应当指出，如果将调压器226安置于低功耗供电线路(也就是位 于信号发生和调节设备230与第二管脚212之间的导体)内，也能够去 除隔直电容器228同电流源220间的耦合。
还应当指出，所述传感器封装110、 210可用于任何利用电流接口 以数字方式传输信息的应用。然而，所述去除隔直电容器128、 228同 电流源120、 220间的耦合特别适用于磁阻式角度传感器，所述去耦合 一方面需要可靠地阻隔电压波动对信号发生和调节设备130、 230的影 响，另一方面使得信号输出不会因低通特性的缘故变差(degenemte)。
应当注意的是，术语"包括"不排除其它元件或步骤，"一"或"一 个"不排除多个。此外，可以将结合不同实施例予以说明的元件加以组合。还应该注意的是，不应该将权利要求中的参考标记理解为对权 利要求范围的限制。
下面将扼要重述以上所述的本发明的实施例-
描述了一种具有隔直电容器128、 228的电流接口100、 200。隔直 电容器128、 228连接于附加管脚115、 215，从而实现了对内部传感器 电路130、 230的供电电压脉动抑制。利用二极管125或利用调压器226 去除供电线路160、 260、 170、 270同电容器128、 228间的耦合。因此， 由于电流接口 100、 200的输出电流信号的边沿的瞬变时间(transient time)不受与传感电阻器171、 271相结合的隔直电容器128、 228的低通 特性的影响，将传感器元件132、 232同电流接口100、 200—起使用不 会造成对隔直电容器128、 228大小的限制，其中所述传感电阻器171、 271通常用于测量输出电流信号的安培值。参考标记列表 100电流接口 110传感器封装 111第一管脚
112第二管脚
115附加管脚
120电流源
125 二极管
128隔直电容器
130信号发生和调节设备
131传感器元件
132信号调节单元
135数字控制信号
150控制和评估单元
160供电导体
170信号导体
171传感电阻器
172电压降测量设备
175数据处理设备
Vdd供电电压
gnd参考电压电平/地电平
200电流接口
210传感器封装
211第一管脚
212第二管脚
215附加管脚
220电流源
226调压器
228隔直电容器
230信号发生和调节设备231传感器元件
232信号调节单元
235数字控制信号
250控制和评估单元
260供电导体
270信号导体
271传感电阻器
272电压降测量设备
275数据处理设备
Vdd供电电压
gnd参考电压电平/地电平
权利要求
1、一种用于提供受传感器输入信号(135)控制的输出电流信号的电流接口，包括第一管脚(111，211)，适于与供电电压(Vdd)连接；第二管脚(112，212)，适于提供输出电流信号，电流源(120，220)，连接在第一管脚(111，211)与第二管脚(112，212)之间；附加管脚(115，215)，适于通过隔直电容器(128，228)与两管脚之一相连接；以及去耦设备(125，226)，连接在附加管脚(115，215)与两管脚中的另一管脚之间。
2、 根据权利要求l所述的电流接口，还包括；信号调节单元(132， 232)，同电流源(120， 220)相耦合，以便向电流源(120， 220)提 供控制信号。
3、 根据权利要求2所述的电流接口，其中，所述信号调节单元 (132， 232)适于向电流源(120， 220)提供数字控制信号(135， 235)。
4、 根据权利要求2所述的电流接口，其中，所述信号调节单元 (132， 232)的能量是由存在于第一管脚(111， 211)和附加管脚(115，215)之间的供电电压提供的。
5、 根据权利要求2所述的电流接口，还包括传感器元件(131, 231)。
6、 根据权利要求5所述的电流接口，其中，所述传感器元件(131， 231)同所述信号调节单元(132， 232)构成一个整体。
7、 根据权利要求5所述的电流接口，其中，所述传感器元件(131， 231)是角度传感器，具体而言，所述传感器元件是磁阻式角度传感器。
8、 根据权利要求2所述的电流接口，其中，所述第一管脚(111， 211)、所述第二管脚(112， 212)以及所述附加管脚(115， 215)是 所配备的仅有的管脚。
9、 根据权利要求l所述的电流接口，其中，所述去耦设备是二极管(125)。
10、根据权利要求l所述的电流接口，其中，所述去耦设备是调压器(226)。
全文摘要
说明了一种具有隔直电容器(128，228)的电流接口(100，200)。隔直电容器(128，228)连接于附加管脚(115，215)，从而实现了对内部传感器电路(130，230)的供电电压脉动抑制。利用二极管(125)或调压器(226)去除供电线路(160，260，170，270)同电容器(128，228)间的耦合。由于电流接口(100，200)的输出电流信号的边沿的瞬变时间不受与传感电阻器(171，271)相结合的隔直电容器(128，228)的低通特性的影响，将传感器元件(132，232)同电流接口(100，200)一起使用不会造成对隔直电容器(128，228)大小的限制，其中所述传感电阻器(171，271)通常用于测量输出电流信号的安培值。
文档编号G08C19/02GK101443828SQ200780016826
公开日2009年5月27日 申请日期2007年5月3日 优先权日2006年5月12日
发明者斯蒂芬·布茨曼 申请人:Nxp股份有限公司