传感器管理的控制系统和方法
【专利摘要】本发明涉及测量电路(100)，所述电路包括：控制模块(102)，其用于控制所述电路，时间基准(104)，其提供时钟信号(fclk)以便对所述电路进行定时，传感器模块(106)，其被设计为提供输出信号，所述测量电路另外包括：第一计数模块(108)，其由时钟频率定时，和第二计数模块(110)，其由传感器模块的输出信号的频率定时。
【专利说明】传感器管理的控制系统和方法
[0001]本发明涉及测量电路，包括:控制模块，其用于控制所述电路，时间基准，其用于提供时钟信号以便对所述电路进行定时，传感器模块，其被设计为提供输出信号，此外所述测量电路包括:第一计数模块，其由时钟频率定时，以及第二计数模块，其由传感器模块的输出信号的频率进行定时。
【背景技术】
[0002]湿度传感器由两个电枢形成，每个电枢拥有多个臂。两个电枢被设计成彼此交错，并在两个电枢之间具有电介质。供应电压至这些电枢，以便它们的交错引起电容的产生。
[0003]这种湿度传感器功能例如为，当空气中的潮湿程度增加时，水分子在两个电枢间渗透进电介质。水的这种渗入造成了电容中的改变，这使得在测量期间，通过施加电压来量化潮湿程度是可能的。湿度传感器可以是连接到集成电路的结构，或直接被包含在集成电路中。
[0004]用于从这种电容来确定湿度值的几种方法是已知的。
[0005]第一种方法，包括:在湿度传感器的输出端连接电荷放大器，以便获得代表潮湿程度的电压信号。把这个信号发送给信号调节器，其准备将被发送给模数转换器的信号，以便提供数值N。然后，将这个数值N发送给将其线性化的电路，这是因为作为湿度函数的电容曲线不是线性的。然后，获得了作为传感器的电容C的函数的数值N。
[0006]第二种方法，包括:在湿度传感器的输出端连接电路，以便获得代表潮湿程度的频率信号。事实上，这个可变电容被插入在谐振器中，以便产生RC振荡器。因此，从所述谐振器的频率输出取决于电容值，并且因此取决于潮湿程度。这个频率被发送给信号调节器，其准备将被发送给模数转换器的信号，以便提供数值N。这种信号调节器可以是数字频率解调器，或者由电路形成的装置，其使得将频率信号转变成电压，然后将它转变成数字值N成为可能，数字值N将被处理，以得到物理量的值。
[0007]这两种方法的缺点是它们需要包括大量组件(即，电路)的电路，不仅该电路的制造成本高，而且在集成在集成电路期间，该电路需要较大的硅表面。由于这个原因，每块电路板上的测量电路的数量是比较少的。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是，通过提出提供测量电路，所述测量电路无论使用何种组件都是精确的，并且特别是在集成电路中的实现期间，所述测量电路不那么昂贵，来弥补现有技术的缺点。
[0009]为此，本发明涉及测量电路，包括:控制模块，其用于控制所述电路，时间基准，其用于提供时钟信号以便对所述电路进行定时，传感器模块，其被设计为提供输出信号，所述测量电路另外包括:第一计数模块，其由时钟频率定时，以及第二计数模块，其由所述传感器模块的所述输出信号的频率进行定时，其特征在于:所述传感器模块被设计为提供作为输出信号的第一信号，所述第一信号的频率代表所测量到的物理量，或第二信号，所述第二信号的频率是参考频率，以及在于:所述控制模块控制测量电路，以便所述第一计数模块和所述第二计数模块根据第一阶段和第二阶段运行，在所述第一阶段中，所述第一计数模块和所述第二计数模块计数，在所述第二阶段中，所述第一计数模块计数，并且所述第二计数模块倒数，以及在于:所述第二计数模块在所述第一阶段期间的定时频率与其在所述第二阶段期间的定时频率不同。
[0010]在第一有利实施例中，所述第二计数模块在所述第一阶段期间由所述第二信号的频率进行定时，并且在所述第二阶段期间由所述第一信号的频率进行定时。
[0011]在第二有利实施例中，所述控制模块包括:控制电路和定序模块。
[0012]在第三有利实施例中，所述第二计数模块包括:连接到所述定序模块的零检测器。
[0013]在另一有利实施例中，所述传感器模块包括:振荡器，第一可变值电子组件和第二固定值电子组件，所述第一电子组件和所述第二电子组件借助于整流装置并联连接到所述振荡器，并且其中所述第一电子组件使得提供所述第一信号是可能的，并且其中所述第二电子组件使得提供所述第二信号是可能的。
[0014]在另一有利实施例中，所述第一组件和所述第二组件每一个都包括:第一端子和第二端子，并且其中所述整流装置包括:第一可控开关和第二可控开关，其在所述第一组件的所述第一端子和所述第二组件的所述第一端子之间串联连接，以及第三可控开关和第四可控开关，其在所述第一组件的所述第二端子和所述第二组件的所述第二端子之间串联连接，所述第一可控开关和所述第二可控开关之间的连接点以及所述第三可控开关和所述第四可控开关之间的连接点连接到所述振荡器单元。
[0015]在另一有利实施例中，所述第一组件和所述第二组件是电容器。
[0016]在另一有利实施例中，所述第一组件和所述第二组件是电阻器。
[0017]在另一有利实施例中，所述第一组件和所述第二组件是电感线圈。
[0018]在另一有利实施例中，所述传感器模块能测量潮湿程度。
[0019]在另一有利实施例中，它另外包括线性化电路。
[0020]本发明同样涉及用于测量电路的管理的方法，所述测量电路包括:控制模块，其用于控制所述电路，谐振器，其用于提供时钟信号以便对所述电路进行定时，传感器模块，其被设计为提供输出信号，所述测量电路另外包括:第一计数模块，其由时钟频率定时，以及第二计数模块，其由所述传感器的输出信号的频率进行定时，其特征在于:所述传感器模块被设计为提供作为输出信号的第一信号，其频率代表所测量到的物理量，或第二信号，其频率为参考频率，并且在于:所述方法包括如下步骤:
[0021]I)选择所述第二信号，所述第二信号的频率是作为所述传感器模块的输出信号的参考频率；
[0022]2)启动由所述时钟信号进行定时的所述第一计数模块的计数，和由所述传感器模块的所述输出信号进行定时的所述第二计数模块的计数；
[0023]3)当所述第一计数模块达到第一预定数时，将其重置为零，并且所述第二计数模块停止计数；
[0024]4)选择所述第一信号，其频率代表所测量到的物理量，作为所述传感器模块的输出信号；
[0025]5)启动由所述时钟信号进行定时的所述第一计数模块的计数，和所述第二计数模块从在步骤3)期间所计数的值的倒数，所述第二计数模块由所述传感器模块的所述输出信号进行定时；
[0026]6)当所述第二计数模块达到第二预定数时:
[0027]-停止所述第一计数模块的计数和所述第二计数模块的倒数，以及
[0028]-保存由所述第一计数模块所计数的值；
[0029]7)从由所述第一计数模块所计数的所述值，来确定由所述传感器模块所测量到的所述物理量的值；
[0030]在另一有利实施例中，所述第二预定数是零。
[0031]在另一有利实施例中，所述第一预定数取决于所述计数器的分辨率。
[0032]在另一有利实施例中，它另外包括:最后步骤，其旨在线性化由所述第一计数模块所计数的作为所测量到的物理量的函数的值，这个步骤包含:对由所述第一计数模块所计数的所述值取平方。
[0033]另外，本发明还涉及可穿戴的电子对象，其包括根据本发明的所述测量电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]在以下本发明的至少一个实施例的详细描述中，只通过非限制性示例给出，并通过附图进行说明，根据本发明的测量电路的目的、优点和特征将更清晰地展现，在附图中:
[0035]-图1和图2示意性地示出了根据本发明的测量电路的示例；
[0036]-图3示出了根据本发明的方法的操作图；以及
[0037]-图4示意性地示出了根据本发明的振荡器单元。
【具体实施方式】
[0038]图1和图2示出了根据本发明的测量电路100。此电路100可以被集成在可穿戴的/便携的对象中，例如手表或电话或通信装置或便携测量装置。这个测量电路100包括:控制模块102，其包括用于控制测量电路100的控制电路103。测量电路100由时间基准104进行定时，其例如可以是RC振荡器或石英振荡器，并提供Fclk信号。
[0039]这个测量电路100另外包括:用于提供物理量的指示的传感器模块106。在本示例的情况中，传感器模块106用于测量潮湿程度。传感器模块106包括:用于测量湿度的湿度传感器或单元109。这个湿度传感器109具有MEMS类型的微机械形式，由两个供电的电枢组成。当湿度增加时，水分子在电枢之间渗透，使得电枢之间的电容变化。湿度传感器109将由可变电容器Cs表示，其包括第一接触端子和第二接触端子。
[0040]有利地根据本发明，传感器模块106除了包括传感器109外，还包括振荡器单元107，该振荡器单元107包括标准电容器Ctl和RC振荡器107a。标准电容器Ctl包括:第一接触端子和第二接触端子。电容器Ctl的第一接触端子，经由作为第一可控开关Tl和第二可控开关T2的整流装置120，连接到湿度传感器的第一接触端子。电容器Ctl的第二接触端子，经由作为第三可控开关T3和第四可控开关T4的整流装置连接到湿度传感器的第二接触端子。可控开关可以是晶体管。这种配置使得将标准电容器Ctl或充当湿度传感器的可变电容器Cs连接到RC振荡器107a成为可能。这种RC振荡器107a基于被制作成振荡的RC电路的原理工作，频率依赖于电阻器R的值和电容器C的电容值，使得RC振荡器的频率等于:
【权利要求】
1.测量电路(100)包括:控制模块(102)，其用于控制所述电路，时间基准(104)，其用于提供时钟信号(fdk)，以便对所述电路进行定时，传感器模块(106)，其被设计为提供输出信号，所述测量电路另外包括:第一计数模块(108)，其由时钟频率定时，以及第二计数模块(110)，其由所述传感器模块的所述输出信号的频率定时，其特征在于:所述传感器模块被设计为提供作为输出信号的第一信号，其频率代表所测量到的物理量(Fs)，或者第二信号，其频率是参考频率(Fref)，以及在于:所述控制模块控制所述测量电路，以便所述第一计数模块和所述第二计数模块根据第一阶段和第二阶段运行，在所述第一阶段中所述第一计数模块计数，并且所述第二计数模块计数，在所述第二阶段中所述第一计数模块计数，并且所述第二计数模块倒数，以及在于:所述第二计数模块在所述第一阶段期间的定时频率不同于其在所述第二阶段期间的定时频率。
2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于:所述第二计数模块(110)，在所述第一阶段期间，由所述第二信号的所述频率(Fref)来定时，在所述第二阶段期间，由所述第一信号的所述频率(Fs)来定时。
3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于:所述控制模块(102)包括控制电路(103)和定序模块(112)。
4.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于:所述控制模块(102)包括控制电路(103)和定序模块(112)。
5.根据权利要求3所述的测量电路，其特征在于:所述第二计数模块(110)包括连接到所述定序模块(112)的零检测器。
6.根据权利要求4所述的测量电路，其特征在于:所述第二计数模块(110)包括连接到所述定序模块(112)的零检测器。
7.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于:所述传感器模块(106)包括:振荡器(107a)，第一可变值电子组件(Cs)和第二固定值电子组件(Ctl),所述第一电子组件和所述第二电子组件借助于整流装置(120)并联连接到所述振荡器(107a)，以及在于:所述第一电子组件使得提供所述第一信号成为可能，以及在于:所述第二电子组件使得提供所述第二信号成为可能。
8.根据要求7所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件(Cs)和所述第二组件(Ctl)每一个都包括第一端子和第二端子，以及在于:所述整流装置包括第一可控开关(Tl)和第二可控开关(T2)，它们在所述第一组件的所述第一端子和所述第二组件的所述第一端子之间串联连接，以及第三可控开关(T3)和第四可控开关(T4)，它们在所述第一组件的所述第二端子和所述第二组件的所述第二端子之间串联连接，所述第一可控开关和所述第二可控开关之间的连接点和所述第三可控开关和所述第四可控开关之间的连接点连接到所述振荡器单元。
9.根据权利要求7所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电容器。
10.根据权利要求8所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电容器。
11.根据权利要求7所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电阻器。
12.根据权利要求8所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电阻器。
13.根据权利要求7所述的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电感线圈。
14.根据权利要求8所述 的测量电路，其特征在于:所述第一组件和所述第二组件是电感线圈。
15.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于:所述传感器模块(106)能够测量潮湿程度。
16.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于:它另外包括线性化电路(114)。
17.用于测量电路(100)的管理的方法，所述测量电路包括:控制模块(102)，其用于控制所述电路，时间基准(104)，其用于提供时钟信号以便对所述电路进行定时，传感器模块(106)，其被设计提供输出信号，所述测量电路另外包括:第一计数模块(108)，其由时钟频率定时，和第二计数模块(110)，其由所述传感器模块的所述输出信号的频率定时，其特征在于:所述传感器模块被设计成提供作为输出信号的第一信号，其频率(Fs)代表所测量到的物理量，或者第二信号，其频率是参考频率，以及在于:所述方法包括以下步骤: 1)选择所述第二信号，其频率是作为所述传感器模块的输出信号的参考频率； 2)启动由所述时钟信号进行定时的所述第一计数模块的计数，和由所述传感器模块的所述输出信号进行定时的所述第二计数模块的计数； 3)当所述第一计数模块达到第一预定数(Ncdk)时，将其重置为零，并且所述第二计数模块停止计数； 4)选择所述第一信号，其频率代表所测量到的物理量，作为所述传感器模块的输出信号; 5)启动由所述时钟信号进行定时的所述第一计数模块的计数，和所述第二计数模块从在步骤3)期间所计数的值(Nd)的倒数，所述第二计数模块由所述传感器模块的所述输出信号进行定时； 6)当所述第二计数模块达到第二预定数时: -停止所述第一计数模块的计数和所述第二计数模块的倒数，以及 -保存由所述第一计数模块所计数的值(Ns)； 7)从由所述第一计数模块所计数的所述值(Ns)，来确定由所述传感器模块所测量到的所述物理量的值。
18.根据权利要求17所述的用于管理的方法，其特征在于:所述第二预定数(Ns)是零。
19.根据权利要求17所述的用于管理的方法，其特征在于:所述第一预定数(Ncdk)取决于计数器的分辨率。
20.根据权利要求17所述的用于管理的方法，其特征在于:它另外包括最后步骤，其旨在线性化由所述第一计数模块所计数的作为所测量到的物理量的函数的所述值，这个步骤包含:对由所述第一计数模块所计数的所述值取平方。
21.可穿戴/便携式电子对象，其特征在于:它包括根据权利要求1至16中的一项所述的测量电路(100)。
【文档编号】G01N27/22GK103941602SQ201410071512
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】P·诺瓦克 申请人:Em微电子-马林有限公司