用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的方法和δ-∑转换器的制造方法
用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的方法和δ-∑转换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于传感器信号(112)尤其是转速传感器的信号的Δ-∑转换器(100)，其中该Δ-∑转换器(100)设置用于使用传感器信号(112)输出数字输出信号(114)，其中该Δ-∑转换器(100)具有调节单元(150)，其设置用于基于数字输出信号(114)的信号电平变化的频度(153)产生调节信号(116)，并且其中Δ-∑转换器(100)具有数字补偿单元(170)，其设置用于使用数字输出信号(114)和调节信号(116)输出补偿信号(118)，其中Δ-∑转换器(100)还设置用于另外使用补偿信号(118)确定数字输出信号(114)。
【专利说明】用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的方法和Δ-Σ转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的λ- Σ转换器、相应的方法以及相应的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]当代的用于转速传感器的评估电路基于具有力补偿的Λ- Σ转换器的原理。尤其由于一位量化器的可用简单的电路技术实现的特性而优选使用它。
[0003]文献DElO 2005 003 630A1公开了一种Λ-Σ调制器。该文献假设了一种Λ-Σ调制器，其具有一个具有固有频率的可振动的系统，具有电子装置并且具有一个调节回路，该调节回路由可振动的系统向电子装置作用和由电子装置重新向可振动的系统作用。
[0004]加利福尼亚伯克利大学的Chinwuba David Ezekwe的博士论文“ReadoutTechniques for High-Q Micromachined Vibratory Rate Gyroscopes，，说明 了选择 Δ - Σ调制器的技术。
【发明内容】
[0005]在该背景下，本发明根据主权利要求介绍具有回路放大调整功能的Λ- Σ转换器，另外介绍使用该Λ-Σ转换器的方法，以及最后介绍相应的计算机程序产品。有利的设置方案从各从属权利要求和下面的说明中得出。
[0006]根据本发明的解决方案能够通过具有力补偿的Λ- Σ转换器提供。用于根据现有技术的Σ -Δ转换器的评估电路的一个大的缺点是不确定的回路放大，不仅通过电的滤波器和传感器元件，而且也通过量化器放大中的变化。这导致信号传递函数和噪声传递函数不与系统设置的最优的传递函数相对应。因此必须由谱密度确定传递函数并且通过供给噪声修正为期望的传递函数。但是在这种情况下在现有技术中涉及一种可视的方法，其非常耗时并且仅能够用大的计算花费、图像识别方法来自动化。
[0007]本发明的一个方面在于以硬件方式高效地确定由传感器放大、滤波器放大、转换器放大和量化器放大组成的回路放大，并且因此能够在带端和在运行中实现简单的补偿。
[0008]本发明基于这样的认识，量化器的活动性直接与存在的回路放大相关。在这种情况下量化器的活动性能够根据关系A = nt/np确定，式中变量nt表示在观察的时间间隔内的实际的信号电平变化即状态变化的数目，变量np是原理上可能的信号电平变化或者状态变化的数目。量化器的该活动性能够非常简单地用计数状态变化的数目的计数器确定，从而该解决方案也能够面积高效地在ASIC中实现。
[0009]那么这里说明的解决方案的优点是，需要的回路放大的补偿通过简单的活动性的测量确定并且因此能够手动或者通过集成的调节器调整到规定的值。由此能够改善数字输出信号，尤其是数字输出信号的信噪比。
[0010]本发明实现了一种用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的Σ -Δ转换器，[0011]其中，该Λ- Σ转换器设置用于使用传感器信号输出数字输出信号，
[0012]其中，该Λ- Σ转换器具有调节单元，其设置用于基于数字输出信号的信号电平变化的频度产生调节信号，
[0013]并且其中，Λ- Σ转换器具有数字补偿单元，其设置用于使用数字输出信号和调节信号输出补偿信号，
[0014]其中Λ- Σ转换器还设置用于另外使用补偿信号输出数字输出信号。
[0015]该Λ- Σ转换器在本发明中能够理解为一种电的设备，其处理传感器信号并且依赖于该传感器信号输出控制信号和/或数据信号。该Λ-Σ转换器能够具有接口，其能够以硬件方式和/或软件方式构造。在用硬件方式构造的情况下该接口例如能够是所谓的系统ASIC的一部分，其包括该设备的不同的功能。然而这也是可能的，该接口是自身的集成的电路，或者至少部分地由分立的结构元件组成。在用软件方式构造的情况下该接口能够是软件模块，它们例如在微控制器上和其他的软件模块一起存在。
[0016]转速传感器能够理解为这样的传感器，其测量物体的转速。通过积分能够从转速导出该物体在一段时间内转动了多少角度。测量原理能够基于在机械式运动的系统上作用的科里奥利力的分析。Λ - Σ转换器能够理解为一种模拟数字转换器，其从Λ调制的原理导出。该原理能够基于借助量化器对信号的粗略的测量。这里产生的测量错误能够积分并且通过负反馈一步一步地补偿。该量化器能够涉及一位量化器。数字输出信号的信号电平变换的频度能够称为活动性。补偿单元能够理解为这样的单元，其例如准备校准信号和/或数字输出信号和/或在其方差中可适应的抖动信号并且输出补偿信号。信号的信噪比，这里是数字输出信号的信噪比借助该补偿信号优化。
[0017]抖动信号一般能够理解为抖动噪声。抖动噪声对应于白噪声，然而具有不同点:SP抖动噪声是统计的而不是分布的。不同的抖动信号类型根据它们的振幅分布的概率密度函数而不同。
[0018]根据一种实施方式，能够设置Λ- Σ转换器的调节单元以用于使用计数器确定数字输出信号的信号电平变化的频度。因此数字输出信号的信号变化的频度也能够低成本地借助在ASIC中实现的计数器确定。
[0019]当Λ- Σ转换器集成力补偿的传感器以提供传感器信号时也是适宜的。力补偿的传感器能够是具有以微机械方式制造的测量元件的模拟的力补偿的传感器。由Λ-Σ转换器和力补偿的传感器组成的单元能够作为MEM单元即微电机械单元和/或模拟单元铸造，由此能够尤其有利地提供力补偿的Λ-Σ变换后的信号。
[0020]在本发明的一种实施方式中，也能够如此地设置调节单元，使得也使用特征线确定调节信号。特征线一般能够理解为两个彼此依赖的物理量的图示。本发明的这种实施方式提供一种非常简单地在调节单元内编程不同的量之间的预先确定的关系的可能性的优点，使得不必动用大量的或者电路技术的花费也能够快速地提供调节信号。
[0021]此外，特征线能够依赖于Λ- Σ转换器的回路放大描绘数字输出信号的信号电平变化的频度。Λ-Σ转换器能够包括传感器、滤波器、转换器和/或量化器。回路放大能够理解为一种放大，其由传感器放大、滤波器放大、转换器放大和/或量化器放大组成。由此能够非常有利地实现快速的瞬间振荡的调节。
[0022]当Λ- Σ转换器设置用于使用一位量化器输出数字输出信号时也是适宜的。本发明的这种实施方式同样提供实现尽可能快的瞬间振荡的调节回路。
[0023]在本发明的一种实施方式中，调节单元能够设置用于如此地确定调节信号，使得其对应于抖动噪声的可变化的方差。由此能够非常有利地实现Λ-Σ转换器的尽可能快的瞬间振荡。抖动噪声能够理解为一种噪声信号，其基本上对应于白噪声，然而具有不同点:其为统计的而不是分布的。不同的抖动类型根据它们的振幅分布的概率密度函数而不同。
[0024]相应于本发明的一种实施方式，Λ- Σ转换器的调节单元能够设置用于使用数字输出信号的信号电平变化的频度的移动平均值确定调节信号。本发明的这种实施方式也提供实现鲁棒的和快速的瞬间振汤的调节回路的优点。
[0025]此外，本发明还包括用于使用传感器信号产生数字输出信号的方法，该方法包括下面的步骤:
[0026]-读入传感器信号；
[0027]-把该传感器信号Δ- Σ变换为数字输出信号；
[0028]-使用该数字输出信号的信号电平变化的频度提供调节信号；
[0029]-使用该数字输出信号和该调节信号确定补偿信号；以及
[0030]-使用该补偿信号改变该数字输出信号。
[0031]此外本发明实现了一种具有程序代码的计算机程序，其能够在机器可读的载体例如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上存储，用于当该计算机程序在△_ Σ转换器、控制设备、某个设备或者某个数据处理装置上执行时，执行和/或控制上述方法的步骤
【专利附图】
【附图说明】
[0032]下面根据附图示例性地进一步解释本发明。其中:
[0033]图1示出了本发明的一个作为Λ- Σ转换器的实施例的电路框图；
[0034]图2示出了本发明的一个实施例的特征线；以及
[0035]图3示出了本发明的一个作为方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0036]在下面对于本发明的优选的实施例的说明中为在不同的图中表示的和起相似作用的元件使用相同的或者相似的附图标记，由此放弃对这些元件的重复的说明。
[0037]图1示出了本发明的一个作为Λ- Σ转换器100的实施例的电路框图。该Λ- Σ转换器100读取传感器信号112的值，其中该值代表转速传感器的科里奥利力的值，并输出数字输出信号114。Λ - Σ转换器100由三个逻辑区组成:Λ - Σ调制器120、调节单元150和数字补偿单元170。Δ- Σ调制器120读取传感器信号112和补偿信号118并且输出数字输出信号114。调节单元150读取该数字输出信号并且输出调节信号116。数字补偿单元170读取数字输出信号114和调节信号116并且输出补偿信号118，其中补偿信号118被导向Δ - Σ调制器。
[0038]调节单元150由两个模块组成，活动性计数器152由它的输入处的数字输出信号114确定信号电平变化的频度153并且将其在它的输出处提供。信号电平变化的频度153在一个在这里未示出的实施例中表示信号电平变化的频度153的移动平均值并且随后将该移动平均值在活动性计数器152的输出处为进一步的处理而提供。活动性调节器154在它的输入处读入信号电平变化的频度153并且在它的输出处提供调节信号116供使用。
[0039]数字补偿单元在输入处读入数字输出信号114并且将其通过累加器172引导；在累加器172之后产生的信号与校准信号117相加地连接，这里从中还减去补偿信号118。产生的信号供给回路滤波器176。回路滤波器176的输出与调节信号116相加地连接并且供给多位截断器180。在多位截断器180的输出处存在补偿信号118。
[0040]Λ- Σ调制器120接收传感器信号112和补偿信号118并且在它的输出处输出数字输出信号114。从传感器信号112中减去力反馈信号142，差通过分别具有一个输入和一个输出的模块的链被引导。传感器信号112和力反馈信号142的差与测量元件122连接，测量元件122的输出与从位置向电压变换的转换器124的输入连接，并且转换器124的输出与箱式车滤波器(Boxcar-FiIters) 126的输入连接，而箱式车滤波器126的输出与键控器128的输入连接。补偿信号118通过数字模拟转换器140与键控器128的输出处的信号相加地连接，并且其和供给补偿器132。补偿器132的输出与一位量化器134的输入连接。在一位量化器134的输出处的数字输出信号114既向数字补偿单元170、调节单元150、Δ-Σ转换器100的输出引导，也在Λ-Σ调制器120的内部反馈。在Λ-Σ调制器120的内部反馈的数字输出信号114与反馈数字模拟转换器136的输入连接。反馈数字模拟转换器136的输出与电压到力的转换器138的输入连接。在电压到力的转换器138的输出处存在力反馈信号142，该力反馈信号如上所述要从传感器信号112中减去。
[0041]本发明的实施例的在图1中的电路框图表示具有通过调节信号116在它的方差中可调整的白抖动信号的ΜΕΜΛ- Σ转换器100的示意结构。
[0042]因此图1表示具有抖动供给的ΜΕΜΔ-Σ转换器的示意结构,其中图1以ChinwubaEzekwe 的博士论文 “Readout Techniques for High-Q Micromachined Vibratory RateGyroscopes”的图为基础并且扩展了根据本发明的解决方案的特定的元件，特别扩展了调节单元150，其确定活动性并且因此调节抖动116。
[0043]该结构由ΜΕΜΛ-Σ转换器100和用于确定活动性的单元150组成。如果作为可能的状态变化的数目使用2N的值，则活动性能够非常简单地通过计数状态变化的数目的计数器确定。为说明举出下面的例子:量化器134具有下面的输出数据流[-1 111-1-1I I 1]，其中值-1说明从高电平值向低电平值的跳跃，值I说明从低电平值向高电平值的跳跃。可能的状态变化的数目是8。状态变化的数目是3。因此产生0.375的活动性。与由下面要详细说明的图2描述的信息一起，能够返推出回路放大Mkq Ll(Z) I |，它在上面的例子中为0.0125。由ΜΕΜ-Λ- Σ调制器120的系统设置例如能够规定I I kq Ll(z) | | =
0.01作为最优的值。因此在这种情况下必须使抖动信号116这样适应，使得活动性相应于
0.40。该适应能够手动或者还通过PI调节器实现,如图1中所示。图1中未表示的是另一种使用主动调节的适宜的实施方式，该主动调节把活动性亦即信号电平变化的频度153保持在一个恒定的值，这在带端和在正在进行的运行中是可能的。
[0044]图2示出了用于不同的回路放大、抖动值和残余信号的量化器220的活动性的模拟。如从图中看到的，存在的转速信号/正交信号不会导致任何错误的估计。该图像函数对于每个转换器都应该重新计算。在这种情况下图2在坐标系统中在纵坐标上表示依赖于横坐标上的Σ -Δ转换器(或者Λ- Σ转换器)210的回路放大的作为活动性表示的信号电平变化的频度220。特征线230表示五种不同的Λ-Σ调制器120。【专利附图】
【附图说明】240示出了5个不同条目的特征线。
[0045]图3示出了本发明的一个作为用于使用传感器信号产生数字输出信号的方法300的实施例的流程图。该方法300包括传感器信号的读入步骤310和把该传感器信号变换为数字输出信号的Λ-Σ变换步骤320。另外方法300包括使用数字输出信号的信号电平变化的频度提供调节信号的提供步骤330和使用数字输出信号和调节信号确定补偿信号的确定步骤340。最后方法300包括使用补偿信号改变数字输出信号的改变步骤350。
[0046]所说明的和在图中表示的实施例仅作为例子选择。不同的实施例能够完全或者关于单个的特征彼此组合。一个实施例也能够通过另一个实施例的特征补充。
[0047]此外本发明的方法步骤能够重复以及以和所述顺序不同的顺序执行。
[0048]如果一个实施例包括在第一特征和第二特征之间的“与/或”结合，则其这样理解:根据一种实施方式的实施例既具有第一特征也具有第二特征，而根据另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
【权利要求】
1.一种用于传感器信号(112)，尤其是转速传感器的信号的Λ- Σ转换器(100)， 其中，所述Λ- Σ转换器(100)设置用于使用所述传感器信号(112)输出数字输出信号(114)，其中，所述Λ-Σ转换器(100)具有调节单元(150)，其设置用于基于所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度产生调节信号(116)，并且其中，所述Λ-Σ转换器(100)具有数字补偿单元(170)，其设置用于使用所述数字输出信号(114)和所述调节信号(116)输出补偿信号(118), 其中，所述Λ- Σ转换器(100)还设置用于另外使用所述补偿信号(118)确定所述数字输出信号(114)。
2.根据权利要求1所述的Λ-Σ转换器(100)，其具有用于提供所述传感器信号(112)的力补偿的传感器。
3.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其中所述调节单元(150)设置用于使用特征线确定所述调节信号(116)。
4.根据权利要求3所述的Λ-Σ转换器(100)，其中所述特征线表示依赖于所述Λ-Σ转换器(100)的回路放大的所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度。
5.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其设置用于使用一位量化器(134)输出所述数字输出信号(114)。
6.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其中，所述调节单元(150)设置用于如此地确定所述调节信号(116)，以使得所述调节信号相应于抖动噪声的可变化的方差。
7.根据上述权利要求之一所述的Λ- Σ转换器(100)，其中，所述调节单元(150)设置用于使用所述数字输出信号(114)的所述信号电平变化的频度(153)的移动平均值确定所述调节信号(116)。
8.一种用于使用传感器信号(112)产生数字输出信号(114)的方法，所述方法包括下面的步骤: -读入传感器信号(112)； -把所述传感器信号(112) Δ- Σ变换(120)为数字输出信号(114)； -使用所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度提供调节信号(116)； -使用所述数字输出信号(114)和所述调节信号(116)确定补偿信号(118);以及 -使用所述补偿信号(118)改变所述数字输出信号(114)。
9.一种具有程序代码的计算机程序产品，当程序在Λ-Σ转换器(100)或者某个装置上执行时，用于执行根据权利要求8所述的方法。
【文档编号】H03M3/02GK103931104SQ201280054812
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年10月5日 优先权日:2011年11月9日
【发明者】A·布曼 申请人:罗伯特·博世有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种用于传感器信号(112)尤其是转速传感器的信号的Δ-∑转换器(100)，其中该Δ-∑转换器(100)设置用于使用传感器信号(112)输出数字输出信号(114)，其中该Δ-∑转换器(100)具有调节单元(150)，其设置用于基于数字输出信号(114)的信号电平变化的频度(153)产生调节信号(116)，并且其中Δ-∑转换器(100)具有数字补偿单元(170)，其设置用于使用数字输出信号(114)和调节信号(116)输出补偿信号(118)，其中Δ-∑转换器(100)还设置用于另外使用补偿信号(118)确定数字输出信号(114)。
【专利说明】用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的方法和Δ-Σ转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的λ- Σ转换器、相应的方法以及相应的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]当代的用于转速传感器的评估电路基于具有力补偿的Λ- Σ转换器的原理。尤其由于一位量化器的可用简单的电路技术实现的特性而优选使用它。
[0003]文献DElO 2005 003 630A1公开了一种Λ-Σ调制器。该文献假设了一种Λ-Σ调制器，其具有一个具有固有频率的可振动的系统，具有电子装置并且具有一个调节回路，该调节回路由可振动的系统向电子装置作用和由电子装置重新向可振动的系统作用。
[0004]加利福尼亚伯克利大学的Chinwuba David Ezekwe的博士论文“ReadoutTechniques for High-Q Micromachined Vibratory Rate Gyroscopes，，说明 了选择 Δ - Σ调制器的技术。
【发明内容】
[0005]在该背景下，本发明根据主权利要求介绍具有回路放大调整功能的Λ- Σ转换器，另外介绍使用该Λ-Σ转换器的方法，以及最后介绍相应的计算机程序产品。有利的设置方案从各从属权利要求和下面的说明中得出。
[0006]根据本发明的解决方案能够通过具有力补偿的Λ- Σ转换器提供。用于根据现有技术的Σ -Δ转换器的评估电路的一个大的缺点是不确定的回路放大，不仅通过电的滤波器和传感器元件，而且也通过量化器放大中的变化。这导致信号传递函数和噪声传递函数不与系统设置的最优的传递函数相对应。因此必须由谱密度确定传递函数并且通过供给噪声修正为期望的传递函数。但是在这种情况下在现有技术中涉及一种可视的方法，其非常耗时并且仅能够用大的计算花费、图像识别方法来自动化。
[0007]本发明的一个方面在于以硬件方式高效地确定由传感器放大、滤波器放大、转换器放大和量化器放大组成的回路放大，并且因此能够在带端和在运行中实现简单的补偿。
[0008]本发明基于这样的认识，量化器的活动性直接与存在的回路放大相关。在这种情况下量化器的活动性能够根据关系A = nt/np确定，式中变量nt表示在观察的时间间隔内的实际的信号电平变化即状态变化的数目，变量np是原理上可能的信号电平变化或者状态变化的数目。量化器的该活动性能够非常简单地用计数状态变化的数目的计数器确定，从而该解决方案也能够面积高效地在ASIC中实现。
[0009]那么这里说明的解决方案的优点是，需要的回路放大的补偿通过简单的活动性的测量确定并且因此能够手动或者通过集成的调节器调整到规定的值。由此能够改善数字输出信号，尤其是数字输出信号的信噪比。
[0010]本发明实现了一种用于传感器信号尤其是转速传感器的信号的Σ -Δ转换器，[0011]其中，该Λ- Σ转换器设置用于使用传感器信号输出数字输出信号，
[0012]其中，该Λ- Σ转换器具有调节单元，其设置用于基于数字输出信号的信号电平变化的频度产生调节信号，
[0013]并且其中，Λ- Σ转换器具有数字补偿单元，其设置用于使用数字输出信号和调节信号输出补偿信号，
[0014]其中Λ- Σ转换器还设置用于另外使用补偿信号输出数字输出信号。
[0015]该Λ- Σ转换器在本发明中能够理解为一种电的设备，其处理传感器信号并且依赖于该传感器信号输出控制信号和/或数据信号。该Λ-Σ转换器能够具有接口，其能够以硬件方式和/或软件方式构造。在用硬件方式构造的情况下该接口例如能够是所谓的系统ASIC的一部分，其包括该设备的不同的功能。然而这也是可能的，该接口是自身的集成的电路，或者至少部分地由分立的结构元件组成。在用软件方式构造的情况下该接口能够是软件模块，它们例如在微控制器上和其他的软件模块一起存在。
[0016]转速传感器能够理解为这样的传感器，其测量物体的转速。通过积分能够从转速导出该物体在一段时间内转动了多少角度。测量原理能够基于在机械式运动的系统上作用的科里奥利力的分析。Λ - Σ转换器能够理解为一种模拟数字转换器，其从Λ调制的原理导出。该原理能够基于借助量化器对信号的粗略的测量。这里产生的测量错误能够积分并且通过负反馈一步一步地补偿。该量化器能够涉及一位量化器。数字输出信号的信号电平变换的频度能够称为活动性。补偿单元能够理解为这样的单元，其例如准备校准信号和/或数字输出信号和/或在其方差中可适应的抖动信号并且输出补偿信号。信号的信噪比，这里是数字输出信号的信噪比借助该补偿信号优化。
[0017]抖动信号一般能够理解为抖动噪声。抖动噪声对应于白噪声，然而具有不同点:SP抖动噪声是统计的而不是分布的。不同的抖动信号类型根据它们的振幅分布的概率密度函数而不同。
[0018]根据一种实施方式，能够设置Λ- Σ转换器的调节单元以用于使用计数器确定数字输出信号的信号电平变化的频度。因此数字输出信号的信号变化的频度也能够低成本地借助在ASIC中实现的计数器确定。
[0019]当Λ- Σ转换器集成力补偿的传感器以提供传感器信号时也是适宜的。力补偿的传感器能够是具有以微机械方式制造的测量元件的模拟的力补偿的传感器。由Λ-Σ转换器和力补偿的传感器组成的单元能够作为MEM单元即微电机械单元和/或模拟单元铸造，由此能够尤其有利地提供力补偿的Λ-Σ变换后的信号。
[0020]在本发明的一种实施方式中，也能够如此地设置调节单元，使得也使用特征线确定调节信号。特征线一般能够理解为两个彼此依赖的物理量的图示。本发明的这种实施方式提供一种非常简单地在调节单元内编程不同的量之间的预先确定的关系的可能性的优点，使得不必动用大量的或者电路技术的花费也能够快速地提供调节信号。
[0021]此外，特征线能够依赖于Λ- Σ转换器的回路放大描绘数字输出信号的信号电平变化的频度。Λ-Σ转换器能够包括传感器、滤波器、转换器和/或量化器。回路放大能够理解为一种放大，其由传感器放大、滤波器放大、转换器放大和/或量化器放大组成。由此能够非常有利地实现快速的瞬间振荡的调节。
[0022]当Λ- Σ转换器设置用于使用一位量化器输出数字输出信号时也是适宜的。本发明的这种实施方式同样提供实现尽可能快的瞬间振荡的调节回路。
[0023]在本发明的一种实施方式中，调节单元能够设置用于如此地确定调节信号，使得其对应于抖动噪声的可变化的方差。由此能够非常有利地实现Λ-Σ转换器的尽可能快的瞬间振荡。抖动噪声能够理解为一种噪声信号，其基本上对应于白噪声，然而具有不同点:其为统计的而不是分布的。不同的抖动类型根据它们的振幅分布的概率密度函数而不同。
[0024]相应于本发明的一种实施方式，Λ- Σ转换器的调节单元能够设置用于使用数字输出信号的信号电平变化的频度的移动平均值确定调节信号。本发明的这种实施方式也提供实现鲁棒的和快速的瞬间振汤的调节回路的优点。
[0025]此外，本发明还包括用于使用传感器信号产生数字输出信号的方法，该方法包括下面的步骤:
[0026]-读入传感器信号；
[0027]-把该传感器信号Δ- Σ变换为数字输出信号；
[0028]-使用该数字输出信号的信号电平变化的频度提供调节信号；
[0029]-使用该数字输出信号和该调节信号确定补偿信号；以及
[0030]-使用该补偿信号改变该数字输出信号。
[0031]此外本发明实现了一种具有程序代码的计算机程序，其能够在机器可读的载体例如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上存储，用于当该计算机程序在△_ Σ转换器、控制设备、某个设备或者某个数据处理装置上执行时，执行和/或控制上述方法的步骤
【专利附图】
【附图说明】
[0032]下面根据附图示例性地进一步解释本发明。其中:
[0033]图1示出了本发明的一个作为Λ- Σ转换器的实施例的电路框图；
[0034]图2示出了本发明的一个实施例的特征线；以及
[0035]图3示出了本发明的一个作为方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0036]在下面对于本发明的优选的实施例的说明中为在不同的图中表示的和起相似作用的元件使用相同的或者相似的附图标记，由此放弃对这些元件的重复的说明。
[0037]图1示出了本发明的一个作为Λ- Σ转换器100的实施例的电路框图。该Λ- Σ转换器100读取传感器信号112的值，其中该值代表转速传感器的科里奥利力的值，并输出数字输出信号114。Λ - Σ转换器100由三个逻辑区组成:Λ - Σ调制器120、调节单元150和数字补偿单元170。Δ- Σ调制器120读取传感器信号112和补偿信号118并且输出数字输出信号114。调节单元150读取该数字输出信号并且输出调节信号116。数字补偿单元170读取数字输出信号114和调节信号116并且输出补偿信号118，其中补偿信号118被导向Δ - Σ调制器。
[0038]调节单元150由两个模块组成，活动性计数器152由它的输入处的数字输出信号114确定信号电平变化的频度153并且将其在它的输出处提供。信号电平变化的频度153在一个在这里未示出的实施例中表示信号电平变化的频度153的移动平均值并且随后将该移动平均值在活动性计数器152的输出处为进一步的处理而提供。活动性调节器154在它的输入处读入信号电平变化的频度153并且在它的输出处提供调节信号116供使用。
[0039]数字补偿单元在输入处读入数字输出信号114并且将其通过累加器172引导；在累加器172之后产生的信号与校准信号117相加地连接，这里从中还减去补偿信号118。产生的信号供给回路滤波器176。回路滤波器176的输出与调节信号116相加地连接并且供给多位截断器180。在多位截断器180的输出处存在补偿信号118。
[0040]Λ- Σ调制器120接收传感器信号112和补偿信号118并且在它的输出处输出数字输出信号114。从传感器信号112中减去力反馈信号142，差通过分别具有一个输入和一个输出的模块的链被引导。传感器信号112和力反馈信号142的差与测量元件122连接，测量元件122的输出与从位置向电压变换的转换器124的输入连接，并且转换器124的输出与箱式车滤波器(Boxcar-FiIters) 126的输入连接，而箱式车滤波器126的输出与键控器128的输入连接。补偿信号118通过数字模拟转换器140与键控器128的输出处的信号相加地连接，并且其和供给补偿器132。补偿器132的输出与一位量化器134的输入连接。在一位量化器134的输出处的数字输出信号114既向数字补偿单元170、调节单元150、Δ-Σ转换器100的输出引导，也在Λ-Σ调制器120的内部反馈。在Λ-Σ调制器120的内部反馈的数字输出信号114与反馈数字模拟转换器136的输入连接。反馈数字模拟转换器136的输出与电压到力的转换器138的输入连接。在电压到力的转换器138的输出处存在力反馈信号142，该力反馈信号如上所述要从传感器信号112中减去。
[0041]本发明的实施例的在图1中的电路框图表示具有通过调节信号116在它的方差中可调整的白抖动信号的ΜΕΜΛ- Σ转换器100的示意结构。
[0042]因此图1表示具有抖动供给的ΜΕΜΔ-Σ转换器的示意结构,其中图1以ChinwubaEzekwe 的博士论文 “Readout Techniques for High-Q Micromachined Vibratory RateGyroscopes”的图为基础并且扩展了根据本发明的解决方案的特定的元件，特别扩展了调节单元150，其确定活动性并且因此调节抖动116。
[0043]该结构由ΜΕΜΛ-Σ转换器100和用于确定活动性的单元150组成。如果作为可能的状态变化的数目使用2N的值，则活动性能够非常简单地通过计数状态变化的数目的计数器确定。为说明举出下面的例子:量化器134具有下面的输出数据流[-1 111-1-1I I 1]，其中值-1说明从高电平值向低电平值的跳跃，值I说明从低电平值向高电平值的跳跃。可能的状态变化的数目是8。状态变化的数目是3。因此产生0.375的活动性。与由下面要详细说明的图2描述的信息一起，能够返推出回路放大Mkq Ll(Z) I |，它在上面的例子中为0.0125。由ΜΕΜ-Λ- Σ调制器120的系统设置例如能够规定I I kq Ll(z) | | =
0.01作为最优的值。因此在这种情况下必须使抖动信号116这样适应，使得活动性相应于
0.40。该适应能够手动或者还通过PI调节器实现,如图1中所示。图1中未表示的是另一种使用主动调节的适宜的实施方式，该主动调节把活动性亦即信号电平变化的频度153保持在一个恒定的值，这在带端和在正在进行的运行中是可能的。
[0044]图2示出了用于不同的回路放大、抖动值和残余信号的量化器220的活动性的模拟。如从图中看到的，存在的转速信号/正交信号不会导致任何错误的估计。该图像函数对于每个转换器都应该重新计算。在这种情况下图2在坐标系统中在纵坐标上表示依赖于横坐标上的Σ -Δ转换器(或者Λ- Σ转换器)210的回路放大的作为活动性表示的信号电平变化的频度220。特征线230表示五种不同的Λ-Σ调制器120。【专利附图】
【附图说明】240示出了5个不同条目的特征线。
[0045]图3示出了本发明的一个作为用于使用传感器信号产生数字输出信号的方法300的实施例的流程图。该方法300包括传感器信号的读入步骤310和把该传感器信号变换为数字输出信号的Λ-Σ变换步骤320。另外方法300包括使用数字输出信号的信号电平变化的频度提供调节信号的提供步骤330和使用数字输出信号和调节信号确定补偿信号的确定步骤340。最后方法300包括使用补偿信号改变数字输出信号的改变步骤350。
[0046]所说明的和在图中表示的实施例仅作为例子选择。不同的实施例能够完全或者关于单个的特征彼此组合。一个实施例也能够通过另一个实施例的特征补充。
[0047]此外本发明的方法步骤能够重复以及以和所述顺序不同的顺序执行。
[0048]如果一个实施例包括在第一特征和第二特征之间的“与/或”结合，则其这样理解:根据一种实施方式的实施例既具有第一特征也具有第二特征，而根据另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
【权利要求】
1.一种用于传感器信号(112)，尤其是转速传感器的信号的Λ- Σ转换器(100)， 其中，所述Λ- Σ转换器(100)设置用于使用所述传感器信号(112)输出数字输出信号(114)，其中，所述Λ-Σ转换器(100)具有调节单元(150)，其设置用于基于所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度产生调节信号(116)，并且其中，所述Λ-Σ转换器(100)具有数字补偿单元(170)，其设置用于使用所述数字输出信号(114)和所述调节信号(116)输出补偿信号(118), 其中，所述Λ- Σ转换器(100)还设置用于另外使用所述补偿信号(118)确定所述数字输出信号(114)。
2.根据权利要求1所述的Λ-Σ转换器(100)，其具有用于提供所述传感器信号(112)的力补偿的传感器。
3.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其中所述调节单元(150)设置用于使用特征线确定所述调节信号(116)。
4.根据权利要求3所述的Λ-Σ转换器(100)，其中所述特征线表示依赖于所述Λ-Σ转换器(100)的回路放大的所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度。
5.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其设置用于使用一位量化器(134)输出所述数字输出信号(114)。
6.根据上述权利要求之一所述的Λ-Σ转换器(100)，其中，所述调节单元(150)设置用于如此地确定所述调节信号(116)，以使得所述调节信号相应于抖动噪声的可变化的方差。
7.根据上述权利要求之一所述的Λ- Σ转换器(100)，其中，所述调节单元(150)设置用于使用所述数字输出信号(114)的所述信号电平变化的频度(153)的移动平均值确定所述调节信号(116)。
8.一种用于使用传感器信号(112)产生数字输出信号(114)的方法，所述方法包括下面的步骤: -读入传感器信号(112)； -把所述传感器信号(112) Δ- Σ变换(120)为数字输出信号(114)； -使用所述数字输出信号(114)的信号电平变化(153)的频度提供调节信号(116)； -使用所述数字输出信号(114)和所述调节信号(116)确定补偿信号(118);以及 -使用所述补偿信号(118)改变所述数字输出信号(114)。
9.一种具有程序代码的计算机程序产品，当程序在Λ-Σ转换器(100)或者某个装置上执行时，用于执行根据权利要求8所述的方法。
【文档编号】H03M3/02GK103931104SQ201280054812
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年10月5日 优先权日:2011年11月9日
【发明者】A·布曼 申请人:罗伯特·博世有限公司
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