专利名称：具有可变阈值的磁场检测器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及磁场峰值检测器，更具体而言，涉及具有动态可变阈值特征的磁场峰值检测器。
背景技术：
已知用于对与可移动的磁性或者铁磁物体相关联的磁场进行检测的磁场检测器或者传感器。通过诸如霍尔效应元件或者磁阻器件的一个或者多个磁场换能器来检测磁场，所述磁场换能器提供与所检测的磁场成比例的信号(即磁场信号)。将该磁场信号与阈值信号进行比较以生成在磁场信号与阈值信号交叉时改变状态的输出信号。磁场检测器通常用于检测齿轮特征，例如齿轮齿和/或齿轮槽。本申请中的磁场检测器通常是指“齿轮齿传感器”。齿轮齿传感器用于汽车应用中，以向发动机控制单元提供信息用于点火时序控制、燃料管理和其它操作。在有时被称为斜坡激活或者峰值基准检测器的一种类型的磁场检测器中，阈值信号与磁场信号的正负峰值(即峰值和谷值)相差预定的“阈值偏移量”。因而，在这种类型的检测器中，在磁场信号与峰值或者谷值偏离预定偏移量时，输出信号改变状态。在这样的结构中，使用数模电路(DAC)来跟踪磁场信号的正负峰值以提供跟踪信号。建立该阈值信号的一种方式是通过使用与比较器相关联的滞后，使得比较器在磁场信号与跟踪信号相差该比较器滞后量时输出信号变换。因而，在这种情况下，通过比较器滞后来构建预定阈值偏移量。在另一结构中，通过提供与跟踪信号偏离预定偏移电压的阈值信号的偏移电压源来生成阈值信号。提供阈值信号的再一方式是使用DAC，使DAC提供跟踪信号以及与跟踪信号具有一些比特数差异的阈值信号。检测精确度可能受到归因于除了所经过的磁性物体之外的因素的磁场信号变化的负面影响。这种磁场变化的一个源是磁性物体与磁场换能器之间的间隔(或者气隙)。 气隙与磁场信号的峰-峰电平成反比，因此在小气隙结构中，磁场信号比较大的气隙结构具有更大的峰-峰电平。选择既适合于小气隙设备又适合于大气隙设备的阈值信号电平是具有挑战性的。 具体而言，对于较大气隙，期望阈值信号更加接近跟踪信号(即使用较小的阈值偏移量)以确保比较器输出信号根据需要进行切换；然而，对于较小气隙，期望与跟踪信号进一步偏离的阈值信号(即较大的阈值偏移量)以防止由于磁场信号的过冲而导致的输出切换。在由马萨诸塞州的伍斯特的Al Iegro微系统公司销售的零件号为ATS631、 ATS1637、ATS1633的某些齿轮齿传感器中，在开始对峰值磁场信号电平的测量做出响应时选择阈值偏移量。如果该峰值磁场信号电平大于预定量，则假设小的气隙并且使用相对大的阈值偏移量。或者，如果峰值磁场信号电平小于预定量，则假设大的气隙并且使用较小的阈值偏移量。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种用于检测经过的磁性物体并且提供表示所述经过的磁性物体的检测器输出信号的装置，所述装置包括磁场换能器，提供与所述磁场成比例的磁场信号；以及峰值检测器，响应于所述磁场信号，以用于生成跟踪所述磁场信号的正负峰值的跟踪信号，并且用于在所述磁场信号与所述跟踪信号相差大于阈值偏移量时提供从第一信号电平变换到第二信号电平的所述检测器输出信号。所述装置还包括用于检测所述磁场信号的峰-峰信号电平的峰-峰信号电平检测器，以及提供表示所述磁性物体的旋转速度的速度信号的速度确定电路。阈值偏移确定电路响应于所述磁场信号的所述峰-峰信号电平和所述速度信号，以用于建立所述阈值偏移量。在一个实施例中，所述阈值偏移确定电路在所述磁性物体的所述旋转速度小于预定速度时，向所述峰值检测器提供处于与第一阈值偏移量相对应的第一电平的使能信号， 并且在所述磁性物体的所述旋转速度大于所述预定速度且在所述磁场信号的所述峰-峰信号电平小于预定电平时，向所述峰值检测器提供处于与较小的第二阈值偏移量相对应的第二电平的所述使能信号。根据另一方面，本发明涉及一种用于建立与磁场检测器的峰值检测器相关联的阈值偏移量的方法，所述方法包括生成与磁场成比例的磁场信号，所述磁场与经过的磁性物体相关联，提供跟踪所述磁场信号的正负峰值的跟踪信号，并且提供在所述磁场信号与所述跟踪信号相差大于阈值偏移量时从第一信号电平变换到第二信号电平的峰值检测器输出信号。所述方法还包括检测所述磁场信号的所述峰-峰信号电平，并且响应于所述经过的磁性物体的旋转速度以及所述磁场信号的所述峰-峰信号电平来设置所述阈值偏移量。在一个实施例中，所述方法包括在所述磁性物体的所述旋转速度小于预定速度时，将所述阈值偏移量设置为第一阈值偏移量，并且在所述磁性物体的所述旋转速度大于所述预定速度且所述磁场信号的所述峰-峰信号电平小于预定电平时，将所述阈值偏移量设置为较小的第二阈值偏移量。利用该结构，能够将所述峰值检测器的所述阈值偏移量有利地调整到所述磁场信号的所述峰-峰信号电平，以使得在其中所述峰-峰磁场信号电平较小的较大气隙设备中， 所述阈值偏移量同样较小，以确保所述检测器输出信号响应于所述经过的磁性物体而适当地切换；而在其中所述峰-峰磁场信号较大的较小气隙设备中，所述阈值偏移量较小，以防止由于磁场信号过冲导致的不期望的输出信号切换。并且与所述阈值偏移量基于所述峰值磁场信号电平的绝对值以防止接近气隙处切换到磁过冲的传统结构不同，使用所述峰-峰磁场信号电平有利地允许使用差分或者单端传感器。此外，进一步将所述阈值偏移量有利地调整到所述磁性物体的所述旋转速度，以使得不允许将在初始通电时被设置为较大量的所述阈值偏移量调节到较小的阈值偏移量，直到所述磁性物体以预定速度旋转为止。通过这种方式，避免了由于通电时的目标振动导致的不期望的输出信号切换。而且，在检测器操作期间，而不是仅在启动时，连续发生阈值偏移量到旋转速度和磁场信号条件的优化，并且因此即使响应于改变的条件也提供上述优点。
根据下面对附图的详细描述，可以更加充分地理解本发明的前述特征以及本发明自身，在附图中图1是根据本发明具有可变阈值的磁场检测器的方框图；图2示出了图1的峰值检测器的简化示意图；图2A示出了图2的一个示意性阈值生成器；图3是图1的示意性速度确定电路和阈值偏移确定电路的示意图；图4示出了与图1的磁场检测器相关联的几个示意性波形，包括磁场信号，检测器输出信号和低阈值偏移使能信号；图4A是来自图4的P0SC0MP信号的一部分连同与图1和图3的磁场检测器相关联的附加信号的分解图；图5是图1的峰-峰信号电平检测器的示例性实施例的方框图；图6示出了与图1的磁场检测器相关联的几个示意性信号波形；并且图7是图1的解码器的示意性实施例的示意图。
具体实施例方式参考图1，具有动态可变阈值特征的磁场检测器10包括磁场换能器12、峰值检测器20、峰-峰信号电平检测器沈、速度确定电路34以及阈值偏移确定电路40。磁场换能器12对与磁性物体14相关联的磁场做出响应并且向可以实现自动增益控制(AGC)特征的放大器16提供换能器输出信号，而且生成与磁场成比例的磁场信号DIFF 18。本领域的普通技术人员将意识到，磁性物体14可以是硬铁磁材料(有时被称为永磁体)或者软铁磁材料，并且可以是铁的或者非铁的。还将意识到，可以将单独的硬铁磁元件以与磁性物体14成反向偏置配置的关系设置于检测器的另一侧上。峰-峰信号电平检测器沈检测磁场信号18的峰-峰电平并且提供表示该峰-峰信号电平的峰-峰值信号观。速度确定电路M提供表示磁性物体14的旋转速度的速度信号38。阈值偏移确定电路40对峰-峰值信号观和速度信号38做出响应以设置由峰值检测器20使用的阈值偏移量。磁场检测器10还包括表示为解码器30的逻辑电路，其接收峰-峰值信号观并且提供表示该峰-峰磁场信号18是否超出一个或者多个预定值的一个或者多个逻辑信号32a-32n。在示意性实施例中，逻辑信号是表示所检测的磁场是否超出预定高斯大小的诊断信号。在所示出的电路10中，磁场换能器12是霍尔效应器件。诸如以InAs、GMR、TMR、MTJ或者AMR器件为例的磁阻器件的磁场换能器的其它类型也同样适用。换能器12可以是单端或者差分结构，并且可以包括各种已知配置的一个或者多个磁场换能器。还参考图2，示意性峰值检测器20包括数模转换器(DAC) 70，其对磁场信号18做出响应并且生成跟踪信号PEAKDAC 72，所述跟踪信号PEAKDAC 72跟踪磁场信号且保持正负峰值的值直到检测器输出信号P0SC0MP 84变换为止。比较器80具有响应于磁场信号18的第一输入，响应于与跟踪信号72相关的阈值信号Vth 78的第二输入，以及在磁场信号18 与跟踪信号72相差大于阈值偏移量时提供P0SC0MP输出信号84从第一信号电平变换到第二信号电平的输出。根据本发明，磁场检测器10提供有动态可变阈值特征，从而在操作期间根据磁场信号的峰-峰电平(表示气隙)并且根据由速度确定电路确定的磁性物体的旋转速度来调节阈值偏移量。利用这种结构，解决了在传统磁场传感器中经历的不精确切换和不能切换的问题。具体而言，通过在较大气隙结构中将阈值偏移量动态调节为较小，则阈值信号将更加接近磁场信号的正负峰值，这在确保在这种条件下引起输出信号切换是期望的。相反地， 通过在较小气隙设备中将阈值偏移量动态调节为较大，则阈值信号将进一步偏离磁场信号的正负峰值，这在防止由于在这种条件下磁场信号的过冲导致的不期望的输出信号切换是期望的。此外，通过仅在发生磁性物体的预定最小旋转速度之后来调节阈值偏移量，解决了传统磁场传感器的另一问题；即，是由于目标振动而不是由于实际旋转而造成的在启动出现时切换的问题。更具体而言，峰值检测器20包括第一比较器50、加减计数器(“Cl”)54、DAC 70 以及第二比较器80。而且还包括XOR电路58、反相器60和延迟电路62。磁场信号18耦合到第一比较器50的反相输入。如图所示，第一比较器50在同相输入接收跟踪信号PEAKDAC 72。表示为C0MP0UT56的第一比较器50的输出信号耦合到M)R门58，该M)R门58附加地接收P0SC0MPN信号64(下面描述)并且在其输出处向计数器M提供HOLD输入66。计数器M进一步对时钟信号CLK 52和P0SC0MP信号84做出响应，以用于控制计数器M是进行递增计数还是进行递减计数。通过DAC 70将计数器讨的输出变换为模拟信号以提供PEAKDAC信号72。如上所述，比较器80具有对磁场信号18做出响应的第一输入(这里为同相输入)、对与跟踪信号 72相关的阈值信号Vth 78做出响应的第二输入(这里为反相输入)、以及在磁场信号18与跟踪信号72相差大于阈值偏移量时提供改变状态的P0SC0MP检测器输出信号84的输出。用于提供Vth阈值信号78以生成所描述的检测器输出信号84的各种技术是可能的。例如，在一个实施例中，可选的阈值生成器74可以耦合在DAC输出和比较器80之间， 以生成与PEAKDAC信号72偏移预定偏移量的阈值信号VTH。图2A中示出了这样一种适用的阈值生成器74。参考图2A，阈值生成器74包括耦合到PEAKDAC信号72并且耦合到相应开关106、 108的两组电压源IOOaUOOb以及l(^a、102b。开关106的第一端子106a耦合到电压源 100a，以使得开关端子106a处的电压比PEAKDAC信号72大一源IOOa的电压。开关106的第二端子106b耦合到电压源100b，以使得开关端子106b处的电压比PEAKDAC信号72小一源IOOb的电压。类似地，开关108的第一端子108a耦合到电压源102a，以使得开关端子 108a处的电压比PEAKDAC信号72大一源10 的电压，并且开关108的第二端子108b耦合到电压源102b，以使得开关端子108b处的电压比PEAKDAC信号72小一源102b的电压。 开关106和108 二者都由P0SC0MP信号84控制，以使得在P0SC0MP 84处于第一电平时，端子106a和106c耦合到一起并且端子108a和108c耦合到一起；而在P0SC0MP84处于第二电平时，端子106b和106c耦合到一起并且端子108b和108c耦合到一起。电压源100a、IOOb提供比电压源10 , 102b更低的电压。因而端子106a处的电压比端子108a处的电压更加接近PEAKDAC信号电平。同样，端子106b处的电压比端子108b 处的电压更加接近PEAKDAC信号电平。如图所示，设置另一开关110以使得第一端子IlOa耦合到开关端子106c并且第二端子IlOb耦合到开关端子108c。由阈值偏移确定电路40(图1)提供的低阈值偏移使能信号44控制开关110，以使得在使能信号44处于第一电平时，开关端子IlOa和IlOc耦合到一起并且在使能信号处于第二电平时，开关端子IlOb和IlOc耦合到一起。利用该结构，在低阈值偏移使能信号44处于第一电平时，Vth阈值信号78与 PEAKDAC信号72相差与源10h、102b的电压相对应的第一阈值偏移量，并且在使能信号44 处于第二电平时，Vth阈值信号78与PEAKDAC信号72相差与源l(^a、102b的电压相对应的更大的第二阈值偏移量。作为替代结构，可以由跟踪信号72本身提供阈值信号Vth 78，并且可以使用比较器80的内部滞后以在磁场信号18与跟踪信号相差大于阈值偏移量时实现比较器输出信号 84的切换，该阈值偏移量是内部比较器滞后。在一个这样的示例中，第二比较器80具有处于与第一阈值偏移量相对应的IOOmV数量级的第一滞后电平以及处于与第二阈值偏移量相对应的50mV数量级的第二滞后，低阈值偏移使能信号44控制是使用第一滞后电平还是使用第二滞后电平。作为用于生成检测器输出信号84的再一实施例，DAC 70可以根据低阈值偏移使能信号44的状态来提供Vth阈值信号作为附加输出(由虚线82示出)，所述Vth阈值信号与 PEAKDAC信号72相差与第一阈值偏移量相对应的第一预定比特数或者与PEAKDAC信号72 相差与第二阈值偏移量相对应的第二预定比特数。因而，在该实施例中，DAC 70响应于使能信号44，以根据跟踪信号选择提供处于第一预定比特数或者第二预定比特数的信号82。本领域的普通技术人员将意识到，用于提供与PEAKDAC信号72的值相关的阈值信号Vth 78的其它技术也是可能的，以使得比较器输出信号在磁场信号18与PEAKDAC信号72 相差大于第一阈值偏移量或者相差大于更大的第二阈值偏移量时变换，通过低阈值偏移使能信号44来控制对第一阈值偏移量或者第二阈值偏移量的选择。还参考图4，示出了包括磁场信号18和PEAKDAC信号72的示意性波形。在向检测器10施加功率时，低阈值偏移使能信号44这里处于低的第一电平，使峰值检测器20使用第一阈值偏移量VTroi。物体的旋转速度增加，直到其在时间tl处达到预定速度，如由到达高的高速信号178(图3)所表示的。由于磁场信号18的峰-峰值大于预定信号电平VPP，因此使能信号44保持在第一电平，使阈值偏移量保持在第一阈值偏移量Vnroi。更具体而言， 使能信号44保持在使用第一阈值偏移量Vnroi的第一电平处，直到磁场信号18小于预定的峰-峰值Vpp并且检测到预定的旋转速度。这两个条件首先在时间t2处一起发生，如由变换到第二电平(这里为高)的使能信号44表示。如图所示，一旦使能信号44变换到高电平，阈值偏移量改变到第二较低量V_。如图所示，使能信号44保持高，直到在峰峰磁场信号电平超出第二预定信号电平VPP+Vhyst从而使使能信号44变为低并且阈值偏移量改变回到更大的第一阈值偏移量Vtito时的时间t3。再次参考图2，峰值检测器20包括向延迟电路62提供P0SC0MPN信号64的反相器60，该延迟电路62将P0SC0MPN信号延迟一些预定的时间延迟。延迟电路62可以采取各种形式，包括但不局限于RC电路、LR电路、LRC电路和/或诸如电感器的线圈。将示出为P0SC0MPN_DELAY信号68的延迟的P0SC0MPN信号提供到峰-峰信号电平检测器26。还从第一计数器M的输出向峰-峰信号电平检测器26提供PEAK_LSB值信号76。以下将参考图5讨论峰-峰信号电平检测器沈如何使用这两个信号P0SC0MPN_DELAY和PEAK_LSB。参考图3，示出了速度确定电路34和阈值偏移确定电路40的示意性实施例。速度确定电路；34包括响应于P0SC0MP信号84并且在P0SC0MP信号84的每一变换处提供具有脉冲的信号152的边沿修整(edge strip)电路150。脉冲信号152向触发器156提供时钟信号。边沿修整电路150可以包括M)R门和延迟电路以响应于P0SC0MP信号84的每一个上升沿和下降沿而生成短脉冲。SR锁存器160由振荡器信号OSC 164提供时钟，由STARTUP信号222设置并且由脉冲信号152复位。在向检测器10施加功率时，STARTUP信号222在高状态下持续大致60 μ S。如图所示，锁存器160的输出162耦合到AND门166，该AND门166向反相器172提供溢出输出信号170，反相器172向触发器156提供输入信号174。触发器156向阈值偏移确定电路40提供低速信号38，该低速信号38是图4所示的高速信号178的反相信号。通过考虑图4A的示意性信号，速度确定电路34的操作将变得显而易见。初始地，在通电之后，磁性物体14相对较慢地旋转，产生溢出脉冲170。该溢出脉冲防止输出触发器156处的低速信号38改变状态。溢出脉冲发生，直到P0SC0MP信号变换足够接近到一起，以使得锁存器160的计数输出162未达到预定计数，从而表示发生了预定的旋转速度。在一个示意性实施例中，该预定的旋转速度为3Khz的数量级。一旦磁性物体达到预定的旋转速度，则溢出信号170将保持为低并且边沿修整信号152的随后变换将使低速信号38改变状态，从而表示至少预定速度的磁性物体的旋转的发生，如在时间tl处发生。阈值偏移确定电路40响应于低速信号38以及来自解码器30 (图1)的逻辑信号32a-3&i。在示意性实施例中，BLIMIT信号3 和BTHRESHN信号(BTHRESH信号32b的反相信号)耦合到相应触发器180、182的D输入。在示意性实施例中，BLIMIT信号32表示预定的相应气隙是否与超出第一预定峰-峰信号电平Vpp的磁场信号相对应地超出，并且BTHRESH信号32b表示第二相应气隙是否与超出第二预定峰-峰信号电平Vpp+Vhyst的磁场信号相对应地超出。触发器180、182由P0SC0MPN信号64提供时钟并且由作为STARTUP信号的反相信号的STARTUPN信号进行复位。BLIMIT信号3 也耦合到AND门186，该AND门186的第二输入耦合到触发器180的Q输出。AND门的输出耦合到NOR门190，该NOR门190的第二输入耦合到触发器200的Q输出。类似地，BTHRESHN信号192也耦合到AND门194，该AND门194的第二输入耦合到触发器182的Q输出。如图所示，AND门194的输出和NOR门190的输出耦合到另一个NOR门198的输入，该NOR门198还进一步响应于低速信号38。如图所示，NOR门198的输出向触发器200提供D输入，该触发器200由P0SC0MPN信号提供时钟，由STARTUPN信号进行复位，并且该触发器200在其Q输出提供低阈值偏移使能信号44。利用该结构，在发生其间磁场信号18超出BLIMIT气隙(S卩，在磁场信号18具有小于例如18高斯的峰-峰值时)的两个P0SC0MP变换时，NOR门190的输出将为高。在发生其间磁场信号18小于BTHRESH气隙(S卩，在磁场信号18具有大于例如28高斯的峰-峰值时)的两个P0SC0MP变换时，AND门194的输出将为高。如上所述，低速信号38在目标14以小于预定速度的低速旋转时为高。因而，NOR门198的输出将变为高，以仅在下面的条件一起发生时使低阈值偏移使能信号44变为高(使阈值偏移量设置到第二较低阈值偏移量)(a)发生其间磁场信号18的峰-峰电平小于预定电平Vpp的两个P0SC0MP信号变换， (b)发生其间磁场信号18小于(即不大于)较大的第二预定电平Vpp+Vhyst的两个P0SC0MP 信号变换，以及(c)低速信号38为低，表示磁性物体以至少预定速度进行旋转。在下面条件中的任意一个发生时，NOR门198的输出变为低，以使低阈值偏移使能信号44变为低(使阈值偏移量设置为第一较高阈值偏移量)(a)发生其间峰-峰磁场信号电平大于第二预定电平Vpp+Vhyst的两个P0SC0MP信号变换；或者(b)低速信号38为高，表示磁性物体14以小于预定的速度进行旋转。在一个实施例中，BTHRESH气隙与大致等于BLIMIT气隙的等效峰-峰信号电平加上第一预定阈值偏移量Vnroi的峰-峰磁场信号电平相对应。要求峰-峰磁场信号电平在变换回到第一较低预定阈值偏移量之前超出第二预定电平Vpp+Vhyst的目的在于避免输出信号抖动。现在参考图5，其示出了峰-峰信号电平检测器沈的示例性实施例，第二计数器 220响应于STARTUP信号222和P0SC0MPN_DELAY信号68而复位。更具体而言，可以实现为 NOR门的接收STARTUP和P0SC0MPN_DELAY信号的选择逻辑电路2 向第二计数器220提供由附图标记2 表示的复位输入。第二计数器220由响应于第一计数器M的输出的最低有效位，即PEAK_LSB信号 76生成的C2_CLK信号230提供时钟。第二计数器220在其输出处提供表示DIFF信号18 的峰-峰电压的峰-峰值观。可以由解码器30将第二计数器输出信号观转换为诊断信号 32a-32n，如结合图7的实施例所描述的。可以存储使用第二计数器220的输出或者将第二计数器220的输出向电路外传输至外部控制器。PEAK_LSB信号76的边沿由电路(边沿修整)70修整以提供C2_CLK信号230，从而使得第一计数器讨的每一个步长产生第二计数器220中的步长。这使第二计数器220的分辨率加倍。更具体而言，边沿修整电路234可以包括M)R门和延迟电路，以响应于PEAK_ LSB信号76的每一个上升沿沿和下降沿而生成短脉冲。通过这种方式，PEAK_LSB信号76 的每一个上升沿和下降沿在第二计数器220中生成时钟脉冲。如由图6中的波形图所示出的，DIFF信号18的受跟踪电平(即PEAKDAC输出信号 72)在时间t = 0处获取DIFF信号18。在时间t = 0之后，只要DIFF信号18超出PEAKDAC 信号72第一比较器50的滞后电平，例如超出10mV，则第一比较器50的输出处的C0MP0UT 信号56就变换到逻辑低电平，从而使第一计数器M计数。一旦第一计数器M递增计数一个步长，C0MP0UT信号56就变为高并且保持该计数值直到DIFF信号18再次超出PEAKDAC 信号7210mV。在DIFF信号18达到正峰值时，PEAKDAC信号72保持高于DIFF信号18并且保持到第一计数器M的HOLD输入信号66有效直到克服了第二比较器80的滞后或者阈值信号Vth交叉，如P0SC0MPN信号64变为高时所发生的，就在时间t2之前。仍然参考图6，在时间t0和t2之间，P0SC0MPN_DELAY信号68为低并且选择逻辑电路(即NOR门)226的输出信号66为高，从而使第二计数器220通过将其复位输入保持为高而计数。在DIFF信号18从峰值改变阈值偏移量时，DAC 70保持DIFF信号18的正峰值(在时间tl处达到)直到就在时间t2之前。P0SC0MPN信号64的逻辑高变换使第一计数器M的计数方向改变到递减方向，以使得PEAKDAC信号72能够跟踪DIFF信号18的下降部分。此外，在P0SC0MPN信号64处于逻辑高时，其使P0SC0MPN_DELAY信号68在紧跟 (延迟电路62的)延迟间隔之后变为高，从而使到第二计数器220的复位输入为低，并且只要P0SC0MPN信号64保持高就防止第二计数器220被提供时钟。利用该结构，在DIFF信号18的半周期期间复位第二计数器220并且在另一个半周期期间释放该复位输入，以使得第二计数器220仅在DIFF信号18的上升部分和下降部分中所选择的一个部分期间进行计数。在示意性实施例中，第二计数器220在DIFF信号18的上升部分期间计数。应该意识到，可选地，可以控制第二计数器220以在DIFF信号18的下降部分期间计数。作为另一替代，可以控制第二计数器220以在DIFF信号18的上升部分和下降部分期间计数，以给出更多经常更新的峰-峰信号值(即，每DIFF信号周期更新两次的峰-峰值)。在P0SC0MPN信号64变为高时，在与P0SC0MPN和P0SC0MPN_DELAY信号之间的延迟相对应的时间t2，或者延迟间隔之前的短时间处，DIFF信号18远离所保持的正峰值所述阈值偏移量。在这一点上，由于该计数器从时间t0到时间t2计数，能够测量表示峰-峰 DIFF信号电压的峰-峰值观作为在第二计数器220的输出处的数字字。参考图7的详细示意图，图1的电路10的一部分示出为包括峰-峰信号电平检测器26的第二计数器220和解码器30。如先前参考图5描述的，第二计数器220通过选择逻辑电路2 复位，该选择逻辑电路2 包括响应于P0SC0MPN_DELAY信号68和STARTUP信号222的NOR门M0。第二计数器220向解码器30提供如下输出信号Q0N信号^a、QlN 信号^b、Q2N信号^c、Q3N信号^d、Q4N信号28e和Q5N信号^f。在示意性实施例中， 解码器30生成信号32a、32b，这里示出为诊断信号，表示是否超出预定高斯大小的BLIMIT 信号3 和BTHRESH信号32b。解码器30包括两个解码器部分，解码器部分244和M6。考虑示意性解码器部分对4(图7)，如图所示，计数器输出QON 28a, QlN 2 和 Q2N 28c耦合到NOR门M8。NOR门248的输出耦合到RS触发器250，该RS触发器250由具有P0SC0MPN_DELAY信号68和STARTUP信号222作为输入的OR门252的输出进行复位。 利用该结构，触发器250在启动时并且在准备用于下一个周期的DIFF信号的每一峰值之后复位。触发器250的QN输出提供耦合到OR门256的CHK_LIM信号254。OR门256的输出耦合到在其Q输出处生成BLIMIT信号32a的触发器258。逻辑高BLIMIT信号表示超出了相应气隙，这里与18高斯的峰-峰信号电平相对应(即，在磁场强度小于ISGpp时BLIMIT 信号3 变为高)。在这里，触发器258在启动时由STARTUP信号222(未标注)并且也经由NOR门洸4由PULSEl信号260复位。其它解码器部分246基本上与部分244相同，包含类似NOR门248的NOR门270、 类似触发器250的触发器276和272、类似OR门256的OR门274、以及类似触发器258的触发器276。NOR门270接收计数器输出Q4N信号^e。解码器部分246与部分M4的不同之处在于分别增加了 NOR门280和反相器观2，以解决如下面讨论的具有自动增益控制 (AGC)的电路操作。在示意性实施例中，P0SC0MPN_DELAY信号68延迟大致2 μ s，以在为触发器258提供时钟的同时保持CHK_LIM信号邪4完整。因而，第二计数器220在电路10的启动处并且在 P0SC0MPN_DELAY信号68的每一个正变换处复位。如上所述，第二计数器220在P0SC0MPN_ DELAY信号68为高时被保持复位，并且在P0SC0MPN_DELAY信号68的每一个负变换时被释放以允许计数。在操作中，在启动时并且在PULSEl 260处将BLIMIT和BTHRESH信号初始化到逻辑状态零，这假设DIFF信号18大于BLIMIT阈值和BTHRESH阈值(即，未超出相应气隙)。在DIFF信号18的每一个正峰值之后，触发器250和272的输出(即，CHK_LIM信号2M和CHK_THRESH信号278)被复位为高，这意味着BLIMIT和BTHRESH信号将保持低，除非在DIFF的任意周期上被迫为高。如果第二计数器220递增计数到7，则这迫使解码器部分244中的CHK_LIM信号2M为低，并且在P0SC0MPN信号64接下来变为高时，其将低状态时钟提供到触发器258。这使BLIMIT信号3 保持低，从而表示DIFF信号18大于18G峰-峰值。如果DIFF信号的任意峰值小于18Gpp(意味着计数器220的输出处的计数值小于7)，则在将其值向触发器258提供时钟之前，CHK_LIM信号2M不变低，并且BLIMIT信号3 变高。此外，BLIMIT信号3 将保持高直到PULSEl 260复位触发器258。在触发器258由P0SC0MPN信号64提供时钟之后，触发器250的输出处的CHK_LIM信号254由P0SC0MPN_DELAY信号68复位为高。参考图2、5和图6，PEAK_LSB信号76在时间11处开始停止变换并且直到P0SC0MPN信号64变换到高电平之前继续，由于到第一计数器M的保持输入66在该时间期间有效。显而易见的是，一旦P0SC0MPN信号64变换到高电平或者低电平，在PEAK_LSB信号76和C2_CLK 230上发生几个快速脉冲，由于PEAKDAC信号72几乎即时(即，在输入到第一计数器M的2MHz CLK振荡器时钟最早允许时)下降滞后的10mV。由于第二计数器220由P0SC0MPN_DELAY信号68复位，并且尤其持续P0SC0MPN_DELAY信号68为高时的间隔复位，因此这些在P0SC0MPN信号64变换到逻辑低电平时发生的快速C2_CLK脉冲不被第二计数器220计数并且能够代表时间t2处在第二计数器220的输出处读取的所产生的峰-峰信号值的不精确性。尽管第二计数器220对在时间t2之前的短时间内发生的快速C2_CLK脉冲进行计数，但是解码器30 (图7)在其变为在P0SC0MPN信号64的上升沿上被提供时钟时停止观察计数器的输出，并且因此，对这些快速脉冲进行计数不防止这种可能的不精确性。在示意性实施例中，在解码器30中通过在计算第二计数器220的相对应的计数值时从峰-峰DIFF信号18减去IOOmV滞后来防止这种可能的不精确性。修正这种不精确性的替代方式是修改P0SC0MPN_DELAY信号68，以使得其仅在上升沿上相对于P0SC0MPN信号64延迟。利用该结构，计数器220将在P0SC0MPN信号64变低的同时被复位，从而在P0SC0MPN信号64变高时为触发器258提供时钟之前就在时间t0之前允许由第二计数器220对这些快速C2_CLK脉冲进行计数。因此，在锁存器250的QN输出提供时钟至触发器258时，峰-峰值的真实表示将存在于第二计数器220的输出处。第二计数器220的输出处的数字字28代表向第二计数器220提供时钟的C2_CLK边沿的数量。可以通过将第二计数器220输出值28简单地乘以与第二计数器220的每一个计数相关联的以伏特为单位的步长尺寸来确定峰-峰DIFF电压。例如，如果第二计数器220输出值为十三并且第二计数器220的每一个步长与DAC电压中的ISmV步长相对应，则DIFF信号为234mV的峰-峰值。此外，在所示出的实施例的磁场应用中，可以通过将峰-峰DIFF信号的值除以以mV/高斯为单位的放大器增益而将峰-峰DIFF信号电压变换为高斯。例如，如果增益为14mV/高斯，则在上面的示例中，通过034mVpp)/(14mV/G)或者16. 7Gpp的磁场生成234mVpp的DIFF信号电压，假设防止了上述的可能不精确性。在示意性实施例中，在磁场信号超出18Gpp时BLIMIT信号3 为高，并且在磁场信号超出^Gpp时BTHRESH信号32b为高。假定增益为14mV/G并且与第二计数器220中每一个计数相关联的步长值为18mV/步长，则18Gpp的BLIMIT阈值由(18Gpp) (14mV/G)= 252mVpp的DIFF信号值超出并且该DIFF信号值与计数器220的输出值O52nV-100mV) / (18mV/步长)=8. 4或者四舍五入为8的计数相对应。注意到，由于在就在时间t0之前发生延迟间隔期间不对C2_CLK脉冲进行计数，因此峰-峰DIFF信号值减去IOOmV的值为第二比较器80 (图2)的滞后。应该意识到，如果如上所述P0SC0MPN_DELAY信号68被修改成仅在上升沿上相对于P0SC0MPN信号64延迟，则在如上所述计算相对应的计数值时不需要从DIFF信号值中减去IOOmV滞后。所示意的实施例的霍尔效应传感器10实现了放大器16(图1)中的AGC，从而单位为mV/G的增益能够改变。由于对应于在激活AGC之前的一个预定高斯大小的第二计数器 220的特定输出观将对应于激活AGC之后的不同高斯大小，因此该特征能够影响峰-峰信号电平检测器沈的操作。在示意性实施例中，由于实现的特定AGC方案，因此相对简单地处理了该潜在问题。根据AGC操作，放大器16处于最大增益直到周围磁场达到60Gpp的水平并且然后对于大于60Gpp的信号电平处于降低的增益。由于在峰-峰信号为60高斯时BTHRESH信号 32b应该为低而激活AGC时迫使BTHRESH信号32b为低，并且AGC操作会使BTHRESH信号 32b不正确地为高。通过这种方式，由于即使在激活AGC时DIFF信号也在61Gpp处在以毫伏为单位的情况下是如此之高，以至于不会使BLIMIT信号3 不正确地变为高，因此不迫使BLIMIT信号32a为高。通过解码器部分246的NOR门280来实现迫使BTHRESH信号为低的操作。在激活 AGC时(即，在增益不再为最大时)，输入AGC_CNT0N信号284为高。因而，只要激活AGC并且AGC_CNT0N信号284为高，就迫使BTHRESH信号32b为低。因此，解码器30通过在激活AGC时迫使BTHRESH信号为低来处理AGC增益改变。 该方案对于上述情况-即，仅在峰-峰值大于BTHRESH阈值时触发AGC的情况下的AGC增益改变可按受。在这种特定情况下，已知在触发AGC时超出了与BLIMIT和BTHRESH相关联的高斯大小。而且，电路10以最大增益开始并且任意AGC事件导致电路10的增益降低。这里以引用的方式将引用的全部参考文献的全部内容结合进来。已经描述了本发明的优选实施例，但是现在对于本领域的普通技术人员来说将变得显而易见的是，可以使用结合本发明优选实施例概念的其它实施例。因此，应该认识到这些实施例并不局限于所公开的实施例，而是应该仅由所附权利要求的精神和范围来限定。
权利要求
1.一种用于对经过的磁性物体进行检测并且提供表示所述经过的磁性物体的检测器输出信号的装置，包括磁场换能器，响应于与所述磁性物体相关联的磁场，以生成与所述磁场成比例的磁场信号；峰值检测器，响应于所述磁场信号，以生成跟踪所述磁场信号的正负峰值的跟踪信号，并且在所述磁场信号与所述跟踪信号相差大于阈值偏移量时提供从第一信号电平变换到第二信号电平的所述检测器输出信号；峰-峰信号电平检测器，响应于所述磁场信号，以检测所述磁场信号的峰-峰信号电平；速度确定电路，用于提供表示所述磁性物体的旋转速度的速度信号；以及阈值偏移确定电路，响应于所述磁场信号的所述峰-峰信号电平和所述速度信号，以建立所述阈值偏移量。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述磁场换能器包括霍尔效应器件。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述峰值检测器包括数模转换器以及比较器，所述数模转换器响应于所述磁场信号以生成所述跟踪信号，所述比较器具有响应于所述磁场信号的第一输入、响应于与所述跟踪信号相关的阈值信号的第二输入和提供所述检测器输出信号的输出。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述阈值偏移确定电路在所述磁性物体的所述旋转速度小于预定速度时，向所述峰值检测器提供处于与第一阈值偏移量相对应的第一电平的使能信号，并且在所述磁性物体的所述旋转速度大于所述预定速度且所述磁场信号的所述峰-峰信号电平小于预定电平时，向所述峰值检测器提供处于与较小的第二阈值偏移量相对应的第二电平的所述使能信号。
5.如权利要求4所述的装置，还包括阈值生成器，响应于所述跟踪信号，以在所述使能信号处于所述第一电平时生成处于与所述跟踪信号相差所述第一阈值偏移量的第一阈值信号电平的所述阈值信号，并且用于在所述使能信号处于所述第二电平时生成处于与所述跟踪信号相差所述第二阈值偏移量的第二阈值信号电平的所述阈值信号。
6.如权利要求4所述的装置，其中所述阈值信号基本上等于所述跟踪信号，并且所述比较器在所述使能信号处于所述第一电平时具有与所述第一阈值偏移量相对应的第一滞后电平且在所述使能信号处于所述第二电平时具有与所述第二阈值偏移量相对应的第二滞后电平。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述数模转换器在所述使能信号处于所述第一电平时提供处于与所述跟踪信号相差所述第一阈值偏移量的第一阈值信号电平的所述阈值信号，并且在所述使能信号处于所述第二电平时提供处于与所述跟踪信号相差所述第二阈值偏移量的第二阈值信号电平的所述阈值信号。
8.如权利要求4所述的装置，还包括解码器，所述解码器响应于所述磁场信号的所述峰-峰信号电平，以提供具有表示所述磁场信号的所述峰-峰信号电平是否大于所述预定电平的状态的逻辑信号，其中所述逻辑信号耦合到所述阈值偏移确定电路。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述磁场换能器包括磁阻器件。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述峰值检测器包括数模转换器以及比较器，所述数模转换器响应于所述磁场信号以生成所述跟踪信号，所述比较器具有响应于所述磁场信号的第一输入、响应于与所述跟踪信号相关的阈值信号的第二输入和提供所述检测器输出信号的输出。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述阈值偏移确定电路在所述磁性物体的所述旋转速度小于预定速度时向所述峰值检测器提供处于与第一阈值偏移量相对应的第一电平的使能信号，并且在所述磁性物体的所述旋转速度大于所述预定速度且所述磁场信号的所述峰-峰信号电平小于预定电平时向所述峰值检测器提供处于与较小的第二阈值偏移量相对应的第二电平的所述使能信号。
12.如权利要求11所述的装置，还包括阈值生成器，所述阈值生成器响应于所述跟踪信号，以在所述使能信号处于所述第一电平时生成处于与所述跟踪信号相差所述第一阈值偏移量的第一阈值信号电平的所述阈值信号，并且在所述使能信号处于所述第二电平时生成处于与所述跟踪信号相差所述第二阈值偏移量的第二阈值信号电平的所述阈值信号。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述阈值信号基本上等于所述跟踪信号，并且所述比较器在所述使能信号处于所述第一电平时具有与所述第一阈值偏移量相对应的第一滞后电平且在所述使能信号处于所述第二电平时具有与所述第二阈值偏移量相对应的第二滞后电平。
14.如权利要求11所述的装置，其中所述数模转换器在所述使能信号处于所述第一电平时提供处于与所述跟踪信号相差所述第一阈值偏移量的第一阈值信号电平的所述阈值信号，并且在所述使能信号处于所述第二电平时提供处于与所述跟踪信号相差所述第二阈值偏移量的第二阈值信号电平的所述阈值信号。
15.如权利要求11所述的装置，还包括解码器，所述解码器响应于所述磁场信号的所述峰-峰信号电平，以提供具有表示所述磁场信号的所述峰-峰信号电平是否大于所述预定电平的状态的逻辑信号，其中所述逻辑信号耦合到所述阈值偏移确定电路。
16.一种用于建立与磁场检测器的峰值检测器相关联的阈值偏移量的方法，包括生成与磁场成比例的磁场信号，所述磁场与经过的磁性物体相关联；提供跟踪所述磁场信号的正负峰值的跟踪信号；提供在所述磁场信号与所述跟踪信号相差大于阈值偏移量时从第一信号电平变换到第二信号电平的峰值检测器输出信号；检测所述磁场信号的所述峰-峰信号电平；以及响应于所述经过的磁性物体的旋转速度以及所述磁场信号的所述峰-峰信号电平来设置所述阈值偏移量。
17.如权利要求16所述的方法，其中设置所述阈值偏移量包括在所述磁性物体的所述旋转速度小于预定速度时将所述阈值偏移量设置为第一阈值偏移量，并且在所述磁性物体的所述旋转速度大于所述预定速度且所述磁场信号的所述峰-峰信号电平小于预定电平时将所述阈值偏移量设置为较小的第二阈值偏移量。
18.如权利要求16所述的方法，其中提供所述峰值检测器输出信号包括将所述磁场信号与阈值信号进行比较，并且提供所述比较的结果作为所述峰值检测器输出信号。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测经过的磁性物体的装置。所述装置包括峰值检测器，在所述磁场信号与磁场跟踪信号相差大于阈值偏移量时所述峰值检测器提供改变状态的检测器输出信号。响应于所述磁性物体的旋转速度的检测以及所述磁场信号的峰-峰信号电平，所述阈值偏移量动态可变。
文档编号G01R33/09GK102388316SQ201080011537
公开日2012年3月21日 申请日期2010年1月11日 优先权日2009年3月10日
发明者P·K·舍勒, R·维格 申请人:阿莱戈微系统公司