[发明专利]半桥差分传感器

说明书

公开了半桥差分传感器。公开了包括第一分支和第二分支的半桥信号处理电路。第一分支包括第一刺激响应感测元件和布置成向第一感测元件提供电流的第一电流源。第二分支包括第二刺激响应感测元件和布置成向第二感测元件提供电流的第二电流源。第一分支和第二分支具有共同的端子。第一分支包括在电流源和第一刺激响应感测元件之间的第一节点，其配置成生成与第一感测元件上的电压相关的第一信号。第二分支包括第二电流源和第二刺激响应感测元件之间的第二节点，其配置成生成与第二感测元件上的电压相关的第二信号。从第一信号和第二信号之间的差值获得差分输出电压信号Vdiff。继而可以使用差分输出电压信号来确定Vdiff与传感器共模输出电压的比率。

技术领域

本发明总体地涉及在传感器中使用的半桥电路的领域，该传感器用于监测施加的刺激(诸如压力、力、加速度等)。

背景技术

本发明中考虑的类型的传感器用于例如汽车应用中，以用于监测施加的刺激，诸如压力(例如制动液压、排气压力或气缸压力)、力、加速度等，并且如在压力感测应用的情况中，通常包括感测元件以响应于目标刺激提供信号。此类传感器(例如压力传感器)的广泛适用的电表示是图片图1中所示出的半桥电路。

图1的半桥电路包括两个串联连接的感测元件，所述感测元件由它们的等效电阻(Rpos，Rneg)表示。在物理量值被测量(例如零压力)并假设理想传感器的标称条件下，这两个串联连接的感测元件具有相同的电阻值。当物理量值从该标称条件变化时，其中一个电阻按比例增加(图1中的Rpos)并且另一个(Rneg)按比例减小。在压力传感器的情况下，半桥电路行为相对于所测量的压力可以通过以下等式描述：

Rpos＝Rb*(1/2+((P/Pfs)*Sens)+Offs)

Rneg＝Rb*(1/2-((P/Pfs)*Sens)-Offs) (1)

其中Rb(＝Rpos+Rneg)表示等效半桥电阻，Pfs表示全刻度压力值，P表示所测量的压力，Sens表示传感器灵敏度，且Off表示传感器偏移量。等式(1)源自传感器的物理性质和客户规范。只有当桥电阻(Rpos+Rneg)与施加的压力无关时，等式(1)才有效。否则，Rpos和Rneg对压力具有非线性依赖性。然而，在大多数真实传感器中，非线性可以忽略不计，因此从下面的讨论中省略。

当使用这种类型的传感器时，困难在于找到最佳的驱动电路和信号读出电路。理想情况下，电路应具有差分输出信号(以便获得更好的噪声、电源抑制比(PSRR)和电磁兼容性(EMC)性能)和终身稳定的驱动能力。

如果使用全桥传感器，则本质上可获得差分输出信号。然而，半桥电路的使用可能是优选的，因为它的较低的成本和较小的物理尺寸。因此，有兴趣找到包括半桥电路的差分信号解决方案。

此类传感器的典型应用连接包括如图2中所示的整个半桥的电压源驱动(图2中的节点V电源)。输出被视为单端节点V输出。使用单端输出的进一步信号处理无法实现通常所需的噪声、PSRR和EMC性能要求。

因此，形成输出差分信号，如图3所示。输出差分信号被形成为传感器单端输出节点V传感器(Vsensor)与由例如电阻器分压形成的电源电压的一部分K*V电源(Vsupply)之间的差值。在US6765391中采用该方法。

然而，这种方法还有些问题没解决。首先，可以通过电阻分压(如图3所示)形成与电源电压成比例的电压K*V电源(Vsupply)，但是然后连接到半桥电源(图3中的V电源)的并联分支正在影响总电阻。对于许多压力传感器，等效半桥电阻随温度变化并用作温度信号处理的输入，并且所得到的输出信号进一步用于随温度校正压力处理特性(例如增益和偏移)。此外，可以在电阻器分压之前通过缓冲获得该部分K*V电源。在这种情况下，所应用的缓冲器的偏移和寿命稳定性限制了传感器信号处理的性能。另一个问题是电源电压的任何寿命变化都会影响输出差分电压的幅度，从而限制传感器信号处理的寿命性能。