用于接口連接lc傳感器的系統(tǒng)、相關(guān)方法及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容的實(shí)施例涉及接口連接LC傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] LC傳感器在現(xiàn)有技術(shù)中已知。例如，LC傳感器可以用作能夠檢測導(dǎo)電性目標(biāo)的存 在的電子近距離傳感器。電感式傳感器的一些普通應(yīng)用包括例如金屬檢測器和派生應(yīng)用， 諸如旋轉(zhuǎn)傳感器。
[0003] 圖1示出典型的LC傳感器10。具體地，在圖1中，LC傳感器10包括電感器L和 電容器C，電感器L和電容器C形成也被稱為儲能電路的諧振電路。布置包括電源102 (諸 如電壓源）和開關(guān)104。
[0004] 當(dāng)開關(guān)104如圖1所述處于第一位置時，電容器C被充電直到電源電壓。當(dāng)電容 器C被完全充滿電時，開關(guān)104改變位置并且將電容器C放置成與電感器L并聯(lián)并且開始 通過電感器L放電并且開始在LC諧振電路10之間的振蕩。
[0005] 從實(shí)踐角度來看，LC傳感器10還包括將隨著時間耗散能量的電阻式部件R。因 此，出現(xiàn)了將使振蕩衰減（即抑制振蕩）的損耗。
[0006] 基本上，這樣的LC傳感器10可以用于例如檢測金屬對象，因?yàn)榕c沒有金屬對象的 振蕩（參見例如圖2a)相比，在存在金屬對象的情況下振蕩可以被更快地衰減（參見例如 圖 2b)。
[0007] 通常，LC傳感器10的感測部件可以是電感器L、電容器C和/或電阻器R。例如， 電阻R主要影響阻尼因子，而L和C部件主要影響振蕩頻率。
[0008] 另外，還可以通過將電容器C耦合到電感器傳感器L或者將電感器L耦合到電容 式傳感器C來創(chuàng)建LC傳感器10。然而，通常（具有耗散性損耗的）電感器L構(gòu)成感測元 件。
[0009] 圖3a示出用于使用控制單元20a(諸如Energy micro的2013年4月9日1.05 版本的文檔"應(yīng)用說明AN0029" "低能量傳感器接口一電感式感測"或者德州儀器2011年 4月的文檔"應(yīng)用報(bào)告SLAA222A" "使用MSP430掃描接口的旋轉(zhuǎn)檢測"中所描述的微控制 器）來執(zhí)行傳感器10的LC感測的可能的示例。
[0010] 在所考慮的示例中，控制單元20包括兩個引腳或焊盤202a和204a，并且LC傳感 器10耦合在這些引腳202a和204a之間。
[0011] 基本上，控制單元20a包括耦合到引腳202a以便在該引腳202處施加固定電壓 VMID的可控電壓源206a。例如，通常使用數(shù)模變換器（DAC)或者專用電壓源用于這一目的。
[0012] 在充電階段期間，引腳204a耦合到接地GND。因此，在這一階段期間，傳感器10耦 合在電壓V MID與接地GND之間，并且傳感器10的電容器C被充電到電壓V MID。
[0013] 接下來，控制單元20a打開第二引腳204a，即引腳204a懸置。因此，由于傳感器 10的電容器C在前一階段期間已經(jīng)被充電這一事實(shí)，LC諧振電路10如先前所描述地開始 振蕩。
[0014] 因此，通過分析電壓，例如引腳204a處的電壓V2Q4，振蕩可以被特性化。特別地，如 圖3b所示，引腳204a處的電壓與具有對應(yīng)于由電壓源206a施加的電壓V MID的DC偏移的 阻尼振蕩對應(yīng)，即電壓VMID構(gòu)成振蕩的中點(diǎn)。
[0015] 因此，電壓VMID通常被設(shè)置為控制單元20a的電源電壓的一半，（例如VDD/2)以便 具有最大范圍。
[0016] 通常，電路還包括耦合在引腳202a與接地GND之間以穩(wěn)定電壓信號VMID并且提供 對傳感器充電所需要的電流抬升的附加電容器C1。
[0017] 為了分析引腳204a處的信號（參見例如圖3a)，控制單元20可以包括耦合到引 腳204a以對振蕩的電壓采樣的模數(shù)變換器（ADC)。因此，基于ADC 208a的分辨率和采樣頻 率，整個振蕩可以被特性化。
[0018] 圖4示出備選方法。具體地，控制單元20a包括比較器210a，比較器210a將引腳 204a處的電壓與參考信號（諸如參考電壓V Ref)相比較。例如，這一參考電壓VRef可以是固 定的，例如被固定成稍大于VDD/2的電壓，或者可以經(jīng)由數(shù)模變換器212a來設(shè)置。
[0019] 例如，圖5a和5b分別示出在傳感器10附近具有和沒有金屬對象的振蕩。圖5a 和5b中還示出參考電壓Vfcf和比較器210的輸出CMP。
[0020] 通常，圖3a和4中所示的兩個方法（即ADC 208a和比較器210a)還可以合并在 相同的控制單元20a中。
[0021] 因此，基于以上描述，可以通過將LC傳感器與微控制器集成電路（1C)直接接口連 接來實(shí)現(xiàn)無接觸運(yùn)動測量。這樣的感測例如對于計(jì)量系統(tǒng)（氣體、水、距離等）可以是有用 的。
[0022] 然而，雖然處理和采樣傳感器，然而微控制器（或者M(jìn)CU)應(yīng)當(dāng)盡可能減小功耗以 便允許電池供電的系統(tǒng)的開發(fā)。
[0023] 另外，由于MCU單元通常是通用的，所以也需要盡可能減小由于實(shí)現(xiàn)以上功能所 需要的專門的電路而產(chǎn)生的硅面積。
[0024] 因此，在LC傳感器激勵和測量技術(shù)中，重要的是減小消耗和成本，尤其是對于如 已經(jīng)提及的電池供電的應(yīng)用。
[0025] 例如，應(yīng)用在已知的方法中的測量過程具有大約50ys的典型測量時間，其中激 勵部分（例如電壓V MID的生成器）以及測量部分（例如比較器或者模數(shù)變換器）必須接通。
[0026] 因此，第一問題涉及用于生成電壓VMID和內(nèi)部參考電壓VRrf的專用低功率模擬部 件使用，其導(dǎo)致更大成本。
[0027] 第二問題涉及必須低功率并且足夠快以跟隨阻尼振蕩的數(shù)模變換器210a。這導(dǎo)致 電池供電的系統(tǒng)中的每個測量的顯著的功耗以及有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用約束。
[0028] 另一關(guān)鍵方面在于，取決于要支持的特定傳感器尺寸，可能需要檢測高頻振蕩。因 此，為了具有足夠的靈活性以支持大范圍的傳感器尺寸，需要快速的（并且因此耗廢功率 的）比較器或者模數(shù)變換器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029] 基于以上描述，需要克服先前描述的缺陷中的一個或多個缺陷的方法。
[0030] 根據(jù)一個或多個實(shí)施例，通過具有在下面的權(quán)利要求中具體給出的特征的系統(tǒng)來 實(shí)現(xiàn)這樣的目的。另外，實(shí)施例涉及相關(guān)的方法以及對應(yīng)的相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品能加載在至少一個計(jì)算機(jī)的存儲器中并且包括用于當(dāng)產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時 執(zhí)行上述方法的步驟的軟件代碼部分。如本文中所使用的，對這樣的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的引 用旨在等同于對包含用于控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以配合上述方法的性能的指令的計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)的引用。對"至少一個計(jì)算機(jī)"的引用實(shí)際上意在強(qiáng)調(diào)以分布式/模塊方式實(shí)現(xiàn)本公開 內(nèi)容的可能性。
[0031] 如以上描述中所提及的，本描述提供用于將LC傳感器與控制單元（諸如微控制 器）接口連接的方法。
[0032] 在各種實(shí)施例中，布置包括被配置成選擇性地開始LC傳感器的振蕩的啟動器。例 如，如以上描述中所公開的，LC傳感器可以耦合到中點(diǎn)電壓生成器以及被配置成將其他端 子選擇性地連接到接地的開關(guān)。
[0033] 在另一實(shí)施例中，使用模擬峰值檢測器以確定指示LC傳感器的振蕩的峰值電壓 的信號。出于這一原因，LC傳感器的端子之一可以被耦合到該峰值檢測器。
[0034] 例如，峰值檢測器可以由至少一個二極管和至少一個存儲電容器來實(shí)現(xiàn)。例如，峰 值檢測器可以包括二極管和存儲電容器，其中二極管的陽極可以被耦合到LC傳感器并且 所述二極管的陰極被耦合到存儲電容器的第一端子，并且其中存儲電容器的第二端子耦合 到接地。在這種情況下，存儲電容器處的電壓提供LC傳感器的振蕩的峰值。
[0035] 在另一實(shí)施例中，峰值檢測器包括電容式分壓器，使得上述峰值信號對應(yīng)于LC傳 感器的振蕩的峰值電壓的按比例縮小版本。
[0036] 在另一實(shí)施例中，峰值檢測器具有被配置成根據(jù)例如由控制單元提供的控制信號 來對至少一個存儲電容器選擇性地放電的至少一個電子開關(guān)。
[0037] 在另一實(shí)施例中，峰值檢測器包括被配置成根據(jù)例如由控制單元提供的控制信號 來選擇性地啟用或停用峰值檢測器的至少一個電子開閉。例如，峰值檢測器可以具有被配 置成根據(jù)LC傳感器的振蕩的電壓來啟用峰值檢測器的控制電路。
[0038] 在另一實(shí)施例中，向被配置成確定所述LC傳感器的狀態(tài)的檢測器饋送由峰值檢 測器提供的信號。例如，檢測器可以包括模數(shù)變換器和/或模擬比較器。
[0039] 通常，可以至少將啟動器和檢測器包括在控制單元（諸如集成電路）中。
[0040] 本公開內(nèi)容中所描述的方法還適合用于接口連接多個LC傳感器。出于這一原因， 一個或多個啟動器可以用于開始LC傳感器的振