[发明专利]传感器信号处理电路

说明书

本发明提供一种传感器信号处理电路，包括：传感器模块；差分放大电路，差分放大电路的信号输入端与传感器模块的信号输出端连接；比较器电路，比较器电路的正相输入端与差分放大电路的信号输出端连接；占空比调整模块，差分放大电路的信号输出端与占空比调整模块的第一信号输入端连接；比较器电路的信号输出端与占空比调整模块的第二信号输入端连接，占空比调整模块的信号输出端与比较器电路的反相输入端连接。本发明具有以下优点：不需要很大的片上电阻及电容，有利于芯片集成。解决了传感器上电状态后的真实状态需求和高质量方波信号输出需求之间的矛盾。解决了通过AC耦合方式或RC滤波方式对传感器交变信号最低频率的限制。

技术领域

本发明专利涉及一种传感器信号处理电路。

背景技术

霍尔效应磁传感技术广泛的应用于各行各业，特别是随着汽车工业的发展，其磁传感技术被应用到汽车的许多领域。根据霍尔效应原理，如果磁力线穿过供电的霍尔感应片，则在霍尔两端会产生电压差，如果将这个差值电压进行放大比较，就可以实现对磁进行感应，产生相应的开关信号。在某些应用中，比如在汽车ABS系统中，系统需要对汽车速度实时采样，霍尔传感器在此系统中就作为车速传感应用。在车速传感中，霍尔传感器被固定，而多对极的S/N磁环被镶嵌在驱动轴中随轮胎转动，传感器检测磁环的运动，输出方波信号给ABS系统。图1给出了一般的传感器(现有技术1)信号处理方式。整个传感器10电路一般包括传感器模块11，包括霍尔,AMR,GMR等磁传感器等。由于一般传感器信号出来的信号都非常小，通常只有几十uV到几mV的变化，因此在传感器后面必须加放大器12将信号放大。放大后的信号会输入到比较器15的正端和直流共模电压信号13进行比较(其电压值为运放输出的共模电压)。如果传感器的差分信号输出是交变的交流信号，那么在比较器的输出端就转化为方波信号16输出。但由于传感器本身在制造工艺中会存在直流偏移量，同时放大器本身的失配也会引起信号的偏移，导致最后传感器处理后的输出方波信号的占空比发生变化，传输特性变差。如图2所示，信号24为放大器输出理想的交变信号，信号22为比较器设定的直流共模电压，信号21为比较器磁滞点示意，其信号22和信号24经过比较后信号25为方波信号输出A。所以如果信号24到比较器之前为没有直流偏移量的理想的交变信号，则25输出的方波信号A也为理想的方波输出(占空比为50％)。但如果交变信号如23所示，存在直流偏移量，那么输出的方波信号就会不理想，如图信号26所示，占空比不为50％。为了解决这个问题，在美国专利《AC-COUPLED SENSOR SIGNAL CONDITIONING CIRCUIT》(US6657476)中提到了一种用AC滤波的方式处理信号(现有技术2)。如图3所示，同样整个电路由传感器模块31，差分放大器32，比较器35构成，其传感器放大后的信号33输入到比较器的正端，但比较器的负端不是接一个固定的直流共模电平，而是将传感器输入的交变信号进行RC低通滤波，取出其直流电平分量和传感器信号进行比较得到方波信号36。通过这样的方式处理带来的好处是传感器和运放本身的直流偏移量会被消除，输出的方波36可以非常理想，接近50％的占空比。但这同时也会带来缺点：1，由于RC低通滤波目的是取传感器信号的直流分量，这就要求RC低通滤波要有很低的截止频率这样电阻R和电容C值需要很大。一般情况下电阻R由芯片内部集成，但电容C需要芯片引脚出来外置，这样在传感器芯片引脚有限的情况下，不利于单芯片集成。2，在芯片上电过程中，由于比较器的负端是RC低通滤波的信号，其信号上升很慢，而且总是以无限接近的方式逼近比较器的正端信号，由于比较器本身会有磁滞电压，这样不管原始传感器状态怎样，比较器都不会翻转，这样就会丢失传感器的上电状态的信息。3，如果传感器信号的交变信号是一个频率非常慢的信号，其频率低于RC低通滤波的截止频率，那么其比较器两端的信号也不会产生差值，不能得到有效的方波信号。在美国专利《SENSOR SIGNAL CONDITIONING CIRCUIT》(US7391204)中提到了一种传感器信号处理电路(现有技术3)。如图4所示，同样整个电路由传感器模块41，差分放大器42，比较器43构成，和现有技术2不同的是，在现有技术2的基础上增加了一个开关选通电路44和一个直流电平检测模块。其原理是在传感器上电状态，其比较器的43的输出信号直接由传感器的输出信号和直流电平检测模块的输出信号比较决定，可以克服现有技术2中提到的第2项缺点，可以很快得到并不丢失上电状态信息，但这种技术还是不能解决现有技术2中第1和第3项的缺点。