电感传感器中的正弦-余弦线圈失配的补偿

优先权

本申请要求2022年1月27日提交的美国临时专利申请63/303,843号的优先权，该申请的内容据此全文并入。

技术领域

本申请涉及电感感测，并且更具体地涉及电感传感器的正弦-余弦线圈失配的校准。

背景技术

电感传感器可测量外来物体(诸如转子、定子、指状物、触针或其他主体)的定位或取向。电感传感器可以利用激励线圈、第一感测线圈(其可以被称为正弦线圈)和第二感测线圈(其可以被称为余弦线圈)。激励线圈可以是耦合到振荡器电路的电感器-电容器(LC)电路或电阻器-电感器-电容器(RLC)电路的一部分。这些电路可生成与其储能频率相关联的正弦信号以用于检测或测量。可以提供可能干扰激励线圈与第一感测线圈和第二感测线圈之间的磁耦合的主体。例如就线性运动或角运动而言，到第一感测线圈和第二感测线圈的磁耦合的变化可用于检测目标的定位。、

电感定位传感器可以部分地通过焊接到印刷电路板(PCB)上的部件来实现。因此，电感定位传感器系统的电容器可以被焊接到PCB上。第一感测线圈和第二感测线圈可被设置在PCB上。理想地，第一感测线圈和第二感测线圈是匹配的，使得第一感测线圈和第二感测线圈的输出反映它们的定位，并且因此可以计算目标的定位。在一个示例中，第一感测线圈和第二感测线圈精确地相隔波长的1/4，其中波长是指由振荡器和激励线圈电路产生的振荡信号的波长。在一个示例中，其角度定位要被确定的目标的角度可以被称为θ。第一感测线圈(即，正弦线圈)可产生基于sin(θ)的信号，并且第二感测线圈可产生基于cos(θ)的信号。定位传感器可以基于tan

本公开的示例的发明人已经发现，由于长度的制造圆整，正弦线圈和余弦线圈在生产中可能不会精确地匹配，这导致例如通过反正切所产生的定位计算中的误差。这样的失配可能不成比例地产生较大误差。在生产中，此类表面安装电容器本身通常不够准确。此外，改变电感定位传感器的合成LC和RLC电路的频率可包括对一个表面安装电容器进行去焊接和移除，并且用要再次焊接到PCB的另一个表面安装电容器来替换它。已经发现这些方法是耗时的、不精确的并且不是非常经济有效的。此外，已经发现在PCB上形成具有高公差的电感器非常昂贵。本公开的示例可以解决发明人的这些发现中的一者或多者。

附图说明

图1是根据本公开的示例的用于电感定位感测的示例性系统100的图示。

图2是根据本公开的示例的用于电感定位感测的另一个示例性系统200的图示。

图3是根据本公开的示例的传感器电路202或传感器电路102的更详细图示。

图4是未对准的图示。

图5是根据本公开的示例的示例性方法500的图示。

具体实施方式

图1是根据本公开的示例的用于电感定位感测的示例性系统100的图示。系统100可包括传感器电路102、采样电路104和调整电路106。

传感器电路102可以以任何合适的方式实现，包括利用电感电路来检测线性移动目标或旋转目标的定位。传感器电路102可包括振荡器和一个或多个激励线圈以产生振荡信号。传感器电路102可包括第一感测线圈(即，正弦线圈)和第二感测线圈(即，余弦线圈)。在存在目标的情况下，激励线圈与正弦线圈和余弦线圈之间的耦合量可能会受到干扰。干扰的量可被确定并用于检测目标的定位。感测线圈可以被布置为正弦线圈和余弦线圈。传感器电路102可以在例如PCB上实现，其中正弦线圈和余弦线圈表示相应的迹线。传感器电路102可包括电容器。

采样电路104和调整电路106可以以任何合适的方式实现，诸如模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可重配置或可编程逻辑或它们的任何合适的组合。

采样电路104可被配置为对来自传感器电路102的输入进行采样。该输入可包括余弦线圈波形和正弦线圈波形。根据这些波形，采样电路104可被配置为分别生成余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流。采样电路104可被配置为向调整电路106提供余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流。

可以首先确定传感器电路102的表征。这可以作为在工厂的校准过程的一部分通过测量传感器电路102的相应线圈和余弦线圈的长度来确定以确定失配量。表征可以基于传感器电路102的余弦线圈和正弦线圈之间的相对长度差，并且可以在表征阶段期间被检测，该表征阶段可以在工厂设置中执行。调整电路106可被配置为响应于传感器电路102的余弦线圈与正弦线圈之间的相对长度差而将延迟添加到正弦线圈采样数据流或余弦线圈采样数据流中的一者以补偿相对长度差。可针对余弦线圈或正弦线圈中相对于另一线圈的长度误差或起始位置误差来校正延迟。表征可被存储在例如存储器、寄存器或调整电路106或系统100的任何其他合适的部分中，并且可以表示用于样本调整的整数偏移。

调整电路106可被配置为基于传感器电路102的表征而延迟余弦线圈采样数据流或正弦线圈采样数据流中的一者。调整电路106可被配置为将延迟的余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流，或余弦线圈采样数据流和延迟的正弦线圈采样数据流提供给任何合适的实体，诸如可得自MicrochipTechnology，Inc.，Chandler，Arizona的LX3302A，其为用于接合到且管理电感定位传感器的集成可编程数据转换集成电路。这样的实体可包括例如数字信号处理单元。

图2是根据本公开的示例的用于电感定位感测的另一个示例性系统200的图示。系统200可以是系统100的更详细视图。

系统200可包括传感器电路202、采样电路204和调整电路206。传感器电路202可由传感器电路102实现，并且反之亦然。采样电路204可由采样电路电路104实现，并且反之亦然。调整电路206可由调整电路106实现，并且反之亦然。

系统200可包括激励电路208。激励电路208可以以任何合适的方式实现，诸如模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令、FPGA、ASIC、可重配置逻辑或它们的任何合适的组合，以向传感器电路202的激励线圈提供振荡信号。

系统200可包括处理电路210。处理电路210可以以任何合适的方式实现，诸如模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令、处理器、ASIC、FPGA、可重配置逻辑、数字信号处理器或它们的任何合适的组合。

系统200可包括PCB 212，系统100的激励线圈214、正弦线圈216和余弦线圈218可以放置在该PCB上。、传感器电路202可包括初级线圈214。

激励电路208可被配置为产生激励信号。可以将激励信号提供给激励线圈214的任一端，或者提供给两端。初级线圈214的中部可连接到电源，诸如系统200的VT。正弦线圈216和余弦线圈218的第一端可连接到地。激励信号可以使得激励线圈214振荡，这可以基于外部现象(诸如目标220)的存在、定位或其他方面在正弦线圈216和余弦线圈218中引起效应。

采样电路204可被配置为对来自传感器电路202的输入进行采样。该输入可包括分别由正弦线圈216和余弦线圈218输出的正弦线圈波形和余弦线圈波形。采样电路202可以连接到正弦线圈216的第二端，并且连接到余弦线圈218的第二端。

根据这些波形，采样电路204可被配置为分别生成正弦线圈采样数据流和余弦线圈采样数据流。采样电路204可被配置为向调整电路206提供正弦线圈采样数据流和余弦线圈采样数据流。

调整电路206可以是传感器电路202的表征。该表征可以基于传感器电路202的正弦线圈216和余弦线圈218之间的相对长度差。该表征可被存储在例如存储器、寄存器、或系统200的任何其他合适的部分中，可由调整电路206访问。该表征可以以任何合适的方式实现，诸如用于样本调整的整数偏移。

调整电路206可提供调整的数据流。可以通过延迟正弦线圈采样数据流或余弦线圈采样数据流中的一者来生成调整的数据流。调整电路206可被配置为向任何合适的实体提供调整的数据流。延迟的余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流，或余弦线圈采样数据流和延迟的正弦线圈采样数据流可被提供给任何合适的实体。这样的实体可包括例如处理电路210。

处理电路210可被配置为以任何合适的方式利用调整的数据流，诸如评估由传感器电路202检测到的外部现象以确定主体220的定位。

图3是根据本公开的示例的传感器电路202或传感器电路102的更详细图示。图3可以示出布置在PCB(诸如PCB 212)上的传感器电路202或传感器电路102。图3可以从自顶向下视角示出传感器电路202或传感器电路102。迹线可以形成激励线圈214、正弦线圈216和余弦线圈218。

返回到图2，正弦线圈216和余弦线圈218可提供输入到采样电路204的两个不同振荡输出。主体220的定位可在传感器电路202上的可能范围内映射。可能的范围可以是例如传感器电路202上的长度或宽度，或者角度定位。该范围可通过例如以度为单位映射传感器电路202上的可能定位来映射或归一化。例如，在传感器电路202上的范围可被映射到360个区段中，每个区段对应于一度。本领域技术人员可以理解，这种以度为单位的映射也可以在等效弧度测量中执行。本公开可提供以度表示的示例。

正弦线圈216和余弦线圈218可以分别提供对应于定位的测量，其中该定位以度表示。因此，当主体220处于给定定位(诸如X°)时，正弦线圈216可提供给定测量值(给定为sin(θ＝X°))，并且余弦线圈218可提供给定测量值(给定为cos(θ＝X°))。来自正弦线圈216和余弦线圈218的总数字转换输出的输出可以是来自线圈216、218的输入的比率，并且可以被给定为K。两个数字转换输出(K)的比率给出tan(θ)＝sine(θ)/cosine(θ)，并且来自设备的最终输出可以是arctan(K)＝θ。

分别包括正弦线圈216和余弦线圈218的物理迹线可能由于例如制造缺陷、变化和长度引线的圆整而具有各种缺点。分别包括正弦线圈216和余弦线圈218的物理迹线可被设计成具有公差高达由激励线圈214提供的激励信号的波长的1/4的相位差。相位误差可能由于制造公差而出现。针对给定理想定位X°的来自余弦线圈218的测量可对应于针对给定理想定位X°的来自正弦线圈216的测量加上误差。类似地，针对给定理想定位X°的来自正弦线圈216的测量可对应于针对给定理想定位X°的来自余弦线圈218的测量加上误差。

正切(θ)在零和无穷大之间变化。当θ接近零度时，误差(给定为e)可由正弦线圈216和余弦线圈218的测量产生，作为大的角度误差，但是当θ接近90度时，当出现相同量的误差时，误差非常小。因此，误差不仅可能降低测量的准确度，而且该误差可能是非常非线性的，使得难以在测量之后进行数值校正。

调整电路206可被配置为分别延迟采样数据，使得采样电路204从正弦线圈216和余弦线圈218生成的采样数据更好或更紧密地对准，以便防止或校正相位误差。在表征期间，可以确定线圈216、218中的一者是否在相位上领先于另一者。可以在生产或制造之后、在测试或验证阶段期间确定一个线圈是否在相位上领先于另一个线圈。足以使调整电路206调整次级线圈216、218中的一者的样本相对于次级线圈216、218中的另一者的样本的延迟的信息可以以任何合适的方式存储，诸如存储在寄存器、熔丝、只读存储器、持久性存储器中，或者以可由调整电路206访问的任何其他合适的方式存储。调整电路206可读取这样的信息，并且然后将这样的信息应用于来自正弦线圈216或余弦线圈218的采样值。

调整电路206可将延迟添加到正弦采样值或余弦采样值中的一者以至少部分地校正正制造长度误差或负制造长度误差。在一个非限制性示例中，用于电感传感器的电路的采样速率可在1kHz至20kHz的范围内。假设对于传感器电路202存在定位的360样本点映射，可以在次级线圈216、218中的每一者上表示360个点(每度一个点)。例如，考虑产生余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流的以下理想采样，其中在正弦线圈和余弦线圈之间不存在未对准：

理想采样

在该理想场景中，不存在未对准，并且正弦线圈216在给定时刻的测量与余弦线圈218相隔90°。

相比之下，在真实场景中，可能存在如图4所示的未对准。

在图4中所示的未对准采样示例1中，调整电路206可被配置为将延迟添加到正弦线圈216的采样数据，使得正弦线圈216在0°处的测量与余弦线圈218在90°处的测量对准，而不是与余弦线圈在89°处的测量对准。在其中未对准具有较大值的其他示例中，调整电路206可被配置为添加较大延迟，使得测量对准。可通过将正弦线圈216的样本向量偏移一个或多个测量来执行延迟。

在图4中所示的未对准采样示例2中，调整电路206可被配置为将延迟添加到余弦线圈218的采样数据，使得余弦线圈216在90°处的测量现在与正弦线圈216在0°处的测量对准，而不是与正弦线圈在-1°处的测量对准。在其中未对准具有较大值的其他示例中，调整电路206可被配置为添加较大延迟，使得测量对准。可通过将余弦线圈218的样本向量偏移一个或多个测量来执行延迟。

因此，延迟来自余弦线圈218的采样数据流可使来自正弦线圈216的采样数据流的索引为n+1的样本与来自余弦线圈218的采样数据流的索引为n的样本匹配。相反，延迟来自正弦线圈216的采样数据流可使来自余弦线圈218的采样数据流的索引为n+1的样本与来自正弦线圈216的采样数据流的索引为n的样本匹配。

更广义地，延迟来自余弦线圈218的采样数据流可使来自正弦线圈216的采样数据流的索引为n的样本与来自余弦线圈218的采样数据流的索引为m的样本匹配，其中n大于m。相反地，延迟来自正弦线圈216的采样数据流可使来自余弦线圈218的采样数据流的索引为n的样本与来自正弦线圈216的采样数据流的索引为m的样本匹配，其中n大于m。

图5是根据本公开的示例的示例性方法500的图示。方法500可以通过任何合适的实体来执行，诸如系统100或系统200。方法500可包括比图5所示更多或更少的步骤。方法500的步骤可以以任何合适的方式或顺序执行。方法500的步骤可任选地重复，省略，递归地执行，或并行地执行。

在505处，可以对来自传感器电路的输入进行采样。传感器输入可包括余弦线圈波形和正弦线圈波形。

在510处，根据505处的输入，可以生成余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流。

在515处，可确定传感器电路的表征。该表征可以定义正弦线圈或余弦线圈是否具有任何种类的误差。表征可以定义可以如何校正或解释这样的误差。如果要校正余弦线圈采样数据流，则方法500可进行到520。如果要校正正弦线圈采样数据流，则方法500可进行到525。如果两者都不被校正，则方法500可进行到530。515可在装运之前在工厂的表征阶段处执行。

在520处，如果要延迟余弦数据，则可基于515的表征来延迟余弦线圈采样数据流以校正长度误差或起始位置误差。延迟可以被选择为使正弦线圈采样数据流的样本n+1与余弦线圈数据流的样本n匹配，或者被选择为使正弦线圈采样数据流的样本n与余弦线圈数据流的样本m匹配(其中n＞m)。0°处的正弦线圈采样数据的样本因此可以与90°处的余弦线圈采样数据匹配。

在525处，如果要延迟正弦数据，则可基于表征来延迟正弦线圈采样数据流以校正长度误差或起始位置误差。延迟可以被选择为使余弦线圈采样数据流的样本n+1与正弦线圈数据流的样本n匹配，或者被选择为使余弦线圈采样数据流的样本n与正弦线圈数据流的样本m匹配(其中n＞m)。0°处的正弦线圈采样数据的样本可以与90°处的余弦线圈采样数据匹配。

在530处，可将采样数据流(其可能已被调整)提供给处理电路，该处理电路可评估数据以确定外部现象。

本公开的示例包括一种装置。该装置可包括采样电路，该采样电路被配置为对来自传感器电路的输入进行采样。该输入可包括余弦线圈波形和正弦线圈波形。采样电路可被配置为生成余弦线圈采样数据流和正弦线圈采样数据流。该装置可包括调整电路以基于传感器电路的表征来延迟余弦线圈采样数据流或正弦线圈采样数据流。

结合以上示例中的任一示例，调整电路可被配置为延迟余弦线圈采样数据流。延迟可以使正弦线圈采样数据流的样本(n+1)与余弦线圈采样数据流的样本n匹配。

结合以上示例中的任一示例，其中调整电路可被配置为延迟正弦线圈采样数据流。延迟要使余弦线圈采样数据流的样本(n+1)与正弦线圈采样数据流的样本n匹配。

结合以上示例中的任一示例，调整电路可被配置为延迟正弦线圈采样数据流。延迟可以使正弦线圈采样数据流的样本n与余弦线圈采样数据流的样本n匹配，其中n大于m。

结合以上示例中的任一示例，调整电路可被配置为延迟余弦线圈采样数据流。延迟可以使余弦线圈采样数据流的样本n与正弦线圈采样数据流的样本n匹配，其中n大于m。

结合以上示例中的任一示例，调整电路可被配置为基于传感器电路的表征来延迟余弦线圈采样数据流或正弦线圈采样数据流，以便校正正弦线圈或余弦线圈中的长度误差或起始位置误差。

结合以上示例中的任一示例，余弦线圈波形和正弦线圈波形可以被归一化为度数映射。调整电路可以延迟余弦线圈采样数据流或延迟正弦线圈采样数据以使0度处的正弦线圈采样数据的样本与90度处的余弦线圈采样数据的样本匹配。

本公开的示例可包括一种系统。该系统可包括PCB。PCB可包括传感器电路。传感器电路可包括激励线圈、正弦线圈和余弦线圈。余弦线圈和正弦线圈可被配置为提供传感器电路对外部主体的响应。该系统可包括激励电路以向传感器电路提供激励信号，以引起传感器电路对外部主体的响应。该系统可包括上述装置中的任一个装置的采样电路和调整电路中的任一者。采样电路可被配置为对来自PCB的余弦线圈波形和正弦线圈波形进行采样以生成余弦线圈采样数据流，并且对正弦线圈波形进行采样以生成正弦线圈采样数据流。调整电路可被配置为基于传感器电路的表征来延迟余弦线圈采样数据流或正弦线圈采样数据流以产生调整的数据流。该系统可包括处理电路，该处理电路被配置为基于调整的数据流来评估外部现象。

传感器电路、采样电路、激励电路、调整电路和处理电路可各自以任何合适的方式实现，诸如模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令、处理器、ASIC、FPGA、可重配置逻辑、数字信号处理器或它们的任何合适的组合。

尽管上文已描述了示例，但在不脱离这些示例的实质和范围的情况下，本公开可具有其他变型和示例。