移動電子裝置中的準確磁羅盤的製作方法

2023-06-30 07:15:46

專利名稱：移動電子裝置中的準確磁羅盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子傳感器的領域。特別來說，本發明涉及改善電子傳感器的準確性的領域。
背景技術：
電子裝置和機電裝置正越來越多地實施電子傳感器。裝置依賴於傳感器提供的信息以支持自主監視和相關的功能特徵。舉例來說，裝置可實施電子傳感器以監視加速度、磁航向、光等級，等等。隨著併入所述傳感器的成本降低，實施傳感器的裝置的數目和類型已增加。另外， 隨著傳感器的質量改善，主機裝置監視或以其它方式響應傳感器輸出的微小改變的能力改善。然而，傳感器實施方案的準確性不僅取決於傳感器本身的準確性，而且取決於可操作以使傳感器準確性降級的各種外力。應在維持傳感器的準確性的同時使外力的降級效應最小化。

發明內容
本文中描述用於校準和校正非恆定傳感器誤差，且特別是非恆定羅盤誤差的方法和設備，所述方法和設備部分基於主機裝置的改變的軟體和硬體模式。在校準時確定傳感器中由每一模式和模式的組合引發的非恆定誤差，校準可在一個或一個以上主機裝置的生產前測試期間確定。校準結果可併入到主機裝置的軟體和/或硬體中。在正常操作期間， 傳感器校正可部分基於作用中模式或模式的組合而應用於傳感器測量。本發明的方面包含一種動態傳感器校正的方法。所述方法包含確定傳感器輸出值；確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態；基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值；以及將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值。本發明的方面包含一種動態傳感器校正設備。所述設備包含狀態監視器，其經配置以確定主機裝置的動態狀態；以及校正模塊，其耦合到所述狀態監視器，且校正模塊經配置以確定傳感器輸出值、基於所述主機裝置的所述狀態確定校準，及至少部分基於所述校準和所述主機裝置的所述狀態來輸出經校正的傳感器輸出值。本發明的方面包含一種動態傳感器校正設備。所述設備包含用於確定傳感器輸出值的裝置；用於確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態的裝置；用於基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值的裝置；以及用於將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值的裝置。本發明的方面包含上面編碼有一個或一個以上處理器可讀指令的存儲媒體，所述指令在由所述處理器執行時執行動態傳感器校正。所述指令包含用於確定傳感器輸出值的指令；用於確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態的指令；用於基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值的指令；以及用於將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值的指令。


從下文結合圖式進行闡述的實施方式將更顯而易見本發明的實施例的特徵、目標和優點，在圖式中相似元件具有相似的元件符號。圖I是移動裝置的實施例的簡化功能框圖。圖2是狀態表的實施例的簡化框圖。圖3是校準表的實施例的簡化框圖。圖4是經配置以補償電子磁羅盤的校正模塊的實施例的簡化功能框圖。圖5是動態地校正傳感器輸出(例如，電子磁羅盤輸出)的實施例的簡化流程圖。
具體實施例方式本文中描述當在動態改變的傳感器環境中實施傳感器時用於維持傳感器輸出的準確性的方法和設備。本文中描述用以在廣泛範圍的裝置操作模式內維持傳感器準確性的動態校準和校正方法和設備。成本、大小和功率消耗得到減少的傳感器的實例為2軸或3軸磁強計，所述傳感器使得能夠被添加到主機裝置。磁強計為可用以測量傳感器附近的磁場的方向和/或強度的一類傳感器。磁強計的實例為固態霍耳效應傳感器，固態霍耳效應傳感器可用以產生與所施加磁場成比例的電壓並用以感測磁場的極性。磁強計的另一實例為磁通門磁強計。基於磁強計輸出，且有時基於其它傳感器數據(像加速度計輸出)，移動裝置處理器可計算磁航向，其中磁航向是指相對於磁子午線的裝置定向，磁子午線表示至地磁極的方向。其它傳感器數據(例如，陀螺儀數據或來自某一其它角速率傳感器的數據)也可用以(在可用時)過濾羅盤誤差。在已確定磁航向之後，在磁偏角表的幫助下，可將磁航向值轉換為相對於地理子午線的真航向值。移動裝置可集成電子磁羅盤(例如，磁強計)以輔助定位或導航應用。在一個實例中，移動裝置可實施「點擊」應用，其中用戶將裝置指向某個物體，且裝置軟體使用已確定的或以其它方式已知的位置和時間、航向和地圖資料庫來識別所述物體。移動裝置可為(例如)蜂窩式電話、GPS接收器、個人導航裝置等等，或其某一組合。術語「移動裝置」不限於列舉的實例裝置，但希望至少包含(例如)通過近程無線、紅外線、有線連接或其它連接與個人導航裝置(PND)通信的裝置一不管衛星信號接收、輔助數據接收和/或位置相關處理是否發生於裝置處或PND處。而且，「移動裝置」希望包含以下所有裝置，包含無線通信裝置、計算機、膝上型計算機等，所述裝置能夠(例如)經由網際網路、WiFi或其它網絡與伺服器或其它通信裝置通信，且不管衛星信號接收、輔助數據接收和 /或位置相關處理是否發生於裝置處、伺服器處或與網絡相關聯的另一裝置處。上述各者的任何可操作組合也被視為「移動裝置」。羅盤準確性的限制因素可包含在移動裝置內部和外部存在含鐵物體。由含鐵裝置產生的磁場在疊加於地磁場上時通常導致在磁強計附近磁子午線方向的失真。這些失真導致羅盤誤差。儘管較難以減輕外部物體對傳感器性能的影響，但在許多狀況下，可用校準消除掉內部含鐵材料的效應。含鐵材料可體現於位置可相對於傳感器的位置變化的機械結構中。舉例來說，移動裝置可具有鉸接結構(例如，對於翻蓋式電話)，或鉸接顯示面板。其它可移動機械結構包含可滑動小鍵盤蓋，等等。這些可移動機械結構中的每一者可具有某些含鐵材料，所述含鐵材料影響傳感器校準或可屏蔽或以其它方式混淆對傳感器校準的影響的效應。也可用校準消除掉機械結構的效應。校準可為工廠校準或用戶校準程序中的一者或一者以上。只要含鐵物體相對於磁強計停留於恆定位置處，此靜態校準可為足夠的。然而，磁強計或羅盤誤差的另一來源為由移動裝置內部的電流誘發的磁場。可通過在物理上將磁強計定位成離誘發磁場的電流線足夠遠來減輕由電流誘發的磁場的效應。 不幸的是，隨著移動裝置物理大小縮小，將磁強計容納於物理上遠離磁場誘發電流線的位置處的能力受限制。另外，從裝置設計者觀點來看，與移動裝置內的無線數據機、GPS 接收器、普通照相機或顯示器的性能相比，羅盤性能可為次級的或換句話說優先級較低。因而，磁強計或其它傳感器經常是放置於次佳位置。對於磁強計，次佳位置可為靠近揚聲器、 電池、開關式電源或某些其它高電流部分的那些位置。可用校準消除掉由電流所誘發的磁場產生的磁強計誤差。然而，校準是在電流保持恆定時有效。通常，移動裝置內的電流將隨時間可變或為間歇的，此使得難以使用傳統的校準方法校準電流的效應。通常，由改變的事件和處理引起的可變羅盤誤差產生用戶只能接受的誤差。本文中描述用於動態校準和校正由改變的軟體和硬體裝置模式或狀態引起的非恆定羅盤誤差的方法和設備。可識別導致非微小的羅盤誤差的模式或裝置狀態。可在對一個或若干裝置的生產前測試期間校準由這些模式中的某一組合或每一組合引發的誤差，且校準結果可併入到移動裝置中。在移動裝置的生產期間，可為具有相似配置的移動裝置使用校準表，從而最小化對每一生產裝置執行個別校準的需要。在操作期間，取決於模式或模式的組合，將校正應用於羅盤測量。圖I是移動裝置100的實施例的簡化功能框圖。圖I的移動裝置100說明為具有定位能力的無線通信裝置。然而，移動裝置100不限於此配置。移動裝置100包含耦合到基帶處理器130的無線通信收發器110、全球導航衛星系統(GNSS)接收器114和傳感器170。可使用校正模塊174補償或以其它方式校正傳感器 170中的一者或一者以上的輸出。狀態監視器164可監視移動裝置100的狀態或模式且向校正模塊174提供狀態或模式信息。可使用自動增益控制(AGC)模塊152控制無線通信收發器110的各級的增益。可使用處理器160控制或以其它方式實施移動裝置100內的一個或一個以上功能或處理(包含與動態傳感器校準和校正相關聯的一個或一個以上功能或處理)，其中處理器160執行編碼於存儲器162中的一個或一個以上軟體指令。移動裝置100可用在電源190中處理或以其它方式調節的電池192電力操作。使用用戶接口 180實施本地輸入和輸出。無線通信收發器110可包含接收器和發射器。接收器和發射器可(例如)經由雙工器104介接到共用通信天線102-1，雙工器104準許無線通信收發器110同時進行發射和接收。在時分多址(TDMA)收發器110配置中，雙工器104可以用發射/接收(T/R)開關替換以選擇性地將發射器或接收器中的一者耦合到天線102-1。無線通信收發器110內的接收器可包含放大器，例如經由雙工器104接收天線信號的低噪聲放大器122。LNA 122的輸出耦合到接收混頻器124，接收混頻器124經配置以將所接收信號從其RF頻帶直接轉換到基帶頻率。接收混頻器124可由本機振蕩器150驅動，本機振蕩器150被調諧到基於接收RF中心頻率的頻率。來自接收混頻器124的基帶輸出耦合到基帶濾波器126，基帶濾波器126經配置以除去不需要的混頻器產物且濾波帶外信號。基帶濾波器126的輸出在耦合到基帶處理器 130的接收信號輸入之前耦合到放大器128。無線通信收發器110內的發射器以與接收器互補的方式操作。發射信號是在基帶處理器130的發射輸出處產生。在無線通信收發器110的一個實例中，來自基帶處理器130 的發射輸出可處於基於發射/接收頻率偏移確定的中間頻率處。在另一實例中，來自基帶處理器130的發射輸出處於基帶處。來自基帶處理器130的輸出耦合到濾波器142，濾波器142可經配置以衰減發射信號帶寬外的信號。來自濾波器142的輸出耦合到發射放大器144。發射放大器144的輸出耦合到發射混頻器146，發射混頻器146經配置以將發射信號和來自本機振蕩器150的信號一起頻率轉換到其所要操作頻率。來自發射混頻器146的輸出耦合到高功率放大器148，高功率放大器148經配置以將發射信號放大到所要RF功率電平。來自高功率放大器148的輸出經由雙工器104耦合到天線102-1以便進行發射。自動增益控制AGC模塊152可經配置以控制無線通信收發器110的發射器和接收器的增益，且自動增益控制AGC模塊152可經配置以控制基帶處理器130的一個或一個以上增益。AGC模塊152可包含(例如)一個或一個以上檢測器、放大器和電晶體、電壓調節器或跨導裝置以控制各種增益。在一些實施例中，可使用由處理器160執行的編碼於存儲器中的處理器可讀指令來執行AGC模塊152的功能中的一些功能。AGC模塊152可(例如)控制衰減值、電壓、電流等等，或其某一組合以控制增益。 舉例來說，AGC模塊152可選擇性地啟用或停用接收器中的LNA 122且可通過調整放大器的偏流來選擇性地控制接收放大器128的增益。AGC模塊152可(例如)通過控制高功率放大器148以及用於發射放大器144的電流或電壓來控制發射器的增益。AGC模塊152可經配置以實質上連續地或在預定數目個級或增益量化內控制增益。AGC模塊152可在連續增益範圍內控制一些放大器(例如，144)， 而在離散增益步驟中控制其它放大器(例如，148)。GNSS接收器114可為(例如)全球定位系統(GPS)接收器或可經配置以對來自一個或一個以上其它衛星定位系統(例如，俄羅斯Glonass系統、歐洲伽利略系統或使用來自衛星系統的組合的衛星的任何系統)的信號操作。GNSS接收器114可經由天線102-2從定位人造衛星接收信號且計算接收器的定位。定位可在移動裝置100處遠程地執行或可結合一個或一個以上遠程處理器、伺服器或實體執行，移動裝置100可與一個或一個以上遠程處理器、伺服器或實體通信。一個或一個以上傳感器170可經配置以確定與移動裝置100相關聯的位置、定向、 航向、加速度或其它參數。在一個實例中，傳感器170包含可用以確定移動裝置100的航向的磁強計172。用戶接口 180可包含用戶顯示器、小鍵盤、麥克風、揚聲器等等或其某一組合。用戶接口也可包含用於交換通信或其它電子數據和信號的一個或一個以上埠。狀態監視器164經配置以監視移動裝置內的各種硬體和軟體的一個或一個以上狀態或模式，確定所述一個或一個以上狀態或模式會影響一個或一個以上傳感器170的準確性。存在可能影響傳感器準確性的任何數目個不同事件、操作狀態或模式。狀態可為電狀態或機械狀態或其組合。在磁強計172的實例中，電流的變化可誘發影響磁強計172 指示的航向的準確性的磁場。引起電子裝置中的電流改變的事件的實例包含用戶接口 180 中的顯示器背光，顯示器背光可關閉或開啟。另外，當背光開啟時，可存在若干背光等級，像低、中、高，每一背光等級需要來自電池192的不同電流。每一影響因素對傳感器準確性的影響可隨時間過去和溫度變化而保持一致或可基於時間、溫度等等變化。引起電流改變的其它事件或模式包含在啟動時通常引起電流尖峰的振鈴器、振動器或蜂鳴器。機械狀態的實例包含鉸接蓋、可滑動蓋，等等。當電池192在充電時，移動裝置100中的電流將與電池192被耗盡或另外不充電時不同。在電池192正充電的狀況下，不僅是電流變化，而且電流方向也可能基於電池192 是否在充電而變化。移動裝置100內的硬體的任何模式改變(例如，無線收發器(數據機)或普通照相機啟動)將影響電流分配。無線通信收發器110可獨立地啟動發射器和接收器。類似地，可選擇性地啟動或撤銷啟動GNSS接收器114。當處理器160計算負荷低時，可降低具有功率管理能力的處理器中的時鐘速率。 降低時鐘速率通常減少功率消耗和分別地減少電流。舉例來說，在具有功率優化的GPS裝置中，當需要大量計算以計算GPS位置並重繪地圖時，處理時鐘速率將通常每秒到達峰值一次。在峰值計算負荷期間，引發的磁強計誤差也可能到達峰值。當強GPS信號可用時，GNSS接收器114可進入低工作循環模式，其中GNSS接收器 114之部分每秒關閉(例如)500ms。周期性關閉使GNSS接收器114消耗的電流產生類似的周期性循環。提供各種狀態、模式、過程和事件以作為影響電流、或以機械方式影響磁場，且從而影響所誘發磁場和對磁性傳感器(例如，磁強計172)的影響的事件的類型的實例。實例不希望為詳盡列表，且可存在影響傳感器準確性的許多其它硬體或軟體狀態、模式或事件 (本文中一般稱為狀態)。可見，各種狀態在邏輯上可互相排斥、獨立或相關。舉例來說，啟動的GNSS接收器邏輯上與被撤銷啟動的GNSS接收器互相排斥。類似地，GNSS接收器狀態通常在邏輯上獨立於顯示器背光狀態。對比之下，一些狀態可為邏輯相關的。舉例來說，通信接收器AGC狀態在邏輯上取決於通信接收器啟動狀態。如果通信接收器沒有被賦能，那麼接收器AGC狀態的值沒有意義。各種狀態之間的邏輯關係可有助於確定各種電流與其對應誘發磁場之間的相互作用。然而，狀態之間的邏輯關係可能不會確切地對應於移動裝置100內的電流的關係。舉例來說，一些獨立狀態可共享移動裝置100內的硬體，且兩個狀態的存在相比於僅存在狀態中的一者時可能不會增加移動裝置100內的電流。舉例來說，GNSS接收器114可向基帶處理器130提供臨時數據和信息，臨時數據和信息也由無線通信收發器110使用。作用中 GNSS定位狀態可對應於賦能的基帶處理器130。無線通信狀態的啟動可能不會導致由基帶處理器130引起的額外電流消耗，但GNSS定位狀態和無線通信狀態在邏輯上為獨立的。因此，由校正模塊174向來自傳感器170的輸出提供的補償通常不僅為對每一個別狀態的補償的重疊。實情為，校正模塊174可由狀態監視器164確定狀態且將累積校正應用於傳感器170中的每一者，累積校正考慮了各種狀態之間的相互關係。為了提供動態傳感器補償和校正，要識別引起顯著傳感器誤差的狀態，包含移動裝置100中的硬體和軟體過程和模式。狀態監視器164經配置以監視所識別狀態中的每一者。狀態監視器164可經配置以直接監視狀態(例如，軟體狀態)，或狀態監視器164可經配置以間接監視狀態或以其它方式推斷出狀態。對於每一狀態和狀態的組合，校準傳感器。舉例來說，校準磁強計或電子羅盤的過程可包含校準或以其它方式測量狀態中的每一者和狀態的組合的羅盤誤差。必要時，可針對每一磁強計軸獨立地進行校準。一些狀態可為暫時的且可僅在短時段內為作用中的。然而，這些短的暫時性狀態可能對傳感器準確性具有顯著影響。舉例來說，當電池充電器初次連接到移動裝置100時， 移動裝置100內的電流可存在顯著改變。不僅是電流從流出電池192外改變為流到電池 192中，而且可存在與初始電池充電相關聯的浪湧電流。電流的改變以及任何浪湧電流都可能對電子羅盤準確性具有顯著影響。然而，所述顯著影響可極其短暫。所述過渡狀態的暫時性質可使得難以準確地測量和校準所引發的傳感器誤差。手機振動器為對電子磁羅盤的準確性具有不利影響但通常僅在一段短的限定時段內操作的裝置的一個實例。對於這些短的過渡狀態，校正模塊174可經配置以丟棄傳感器讀數、將讀數標記為有噪聲，或以其它方式補償暫時性效應。舉例來說，在電子羅盤中，校正模塊可凍結對應於暫時性狀態的開始的那個時間時的所顯示航向。校正模塊174可(例如)在過渡狀態期間提供傳感器輸出的緩衝值或寄存值。校正模塊174可經配置以將校正值加到已校正傳感器輸出。在另一實施例中，校正模塊的功能性的一些或全部可體現為編碼於處理器可讀存儲裝置(例如，存儲器162)上的一個或一個以上指令和信息。所述一個或一個以上指令和信息在由處理器160存取和執行時可實施傳感器校正。在一個實施例中，實時羅盤校正算法是在移動裝置100軟體內實施。所述算法在由處理器160執行時可識別裝置狀態和其組合併基於校準結果將適當校正引入到磁強計讀數中。校正模塊174可用以擴增現有校正表，例如靜態校準表。在其它實施例中，校正模塊174可用以校準傳感器。作為工廠校準、用戶起始的校準，或自動校準的結果，可起始並產生用於傳感器的校準表。當裝置初次被建造、供應或置於服務中時，可執行或以其它方式加載工廠校準。工廠校準可以按個別裝置為基礎執行，但更可能基於對相似裝置的樣本集合執行的校準而被加載。用戶校準表示可手動起始且通常在裝置本地起始的校準過程。用戶校準可在預定動作集合(例如，預定的鍵按壓集合)後即刻起始，或在用戶執行某些操縱(像將裝置連續地置於某些靜態定向中，或以特定和預定方式旋轉裝置)時起始。
自動校準可在用戶不參與的情況下在後臺發生。自動校準可基於壽命、事件或壽命和事件的組合起始。舉例來說，自動校準可在主機裝置被置放於所要定向中或以某一方式移動後即刻起始。在克裡斯多佛布魯納(Christopher Brunner)的題為「針對偏移、靈敏度和非正交性來校準多維感測器(Calibrating Multi-Dimensional Sensor for Offset, Sensitivity, and Non-Orthogonality) 」的檔案號為091412的美國專利申請案中論述了自動校準，所述專利申請案與本發明一起申請且具有與本發明相同的受讓人，所述專利申請案全文以引用的方式併入本文中。用戶校準和自動校準可用以擴增工廠校準或替換工廠校準。舉例來說，並非所有參數或狀態可在工廠校準中校準，且工廠校準可基於裝置的取樣，而每一獨特裝置可具有其自己的特性。舉例來說，電池通常具有其自己的磁性。類似地，工廠校準的參數可能是在與實際裝置條件不同的條件中校準。舉例來說，工廠校準可不橫跨整個操作溫度範圍，或可在具有相對較強地磁場的區域中執行，且接著在水平磁場強度弱得多的位置中使用裝置。如果工廠校準被破壞、丟失或換句話說為無效的，那麼用戶校準和自動校準可尤其有用。舉例來說，主機裝置無意中可被磁化，因此使工廠校準無效。工廠校準可變成不夠的，(例如)因為主機裝置掉落，從而導致傳感器在其裝配臺上移位，或裝配板可相對於主機裝置外殼移位。所有類型的校準通常考慮可被監視的主機裝置狀態。也就是，如果用戶校準或自動校準是針對在某一狀態下的裝置發生，那麼校準結果應標記為對應於此狀態，且在將來當裝置處於此狀態時被應用。可被有效地監視但難以控制的特定狀態的實例為裝置溫度。如果使用一種以上的可能校準(工廠、用戶、自動)來校準同一狀態下的同一個參數，那麼可取決於每一校準質量和壽命對結果進行加權平均，其中給予一個校準類型或校準壽命某些優先級。圖2是狀態表200的實施例的簡化框圖。狀態表200可(例如)通過圖I的狀態監視器164維持或以其它方式導出。狀態監視器可以周期性地、以事件為基礎或以其某一組合為基礎來更新狀態表。圖2的狀態表200為可由狀態監視器監視的狀態的類型的實例。出於簡潔的目的，狀態表200中說明的狀態的數目是有限的，且不希望為可被監視的狀態的類型的詳盡列表。如前所述，術語「狀態」在本文中用以指代狀態、模式或過程，無論狀態、模式或過程是以硬體、軟體還是其組合實施。另外，狀態表200的狀態可包含過渡狀態。過渡狀態可(例如)說明從狀態表200中的一個狀態到另一狀態的過渡。在一個實施例中，狀態表200可以實施在存儲器中且可通過一個或一個以上處理器被寫入。舉例來說，控制軟體操作的每一處理器可在狀態改變後即刻更新狀態表。另外， 一個或一個以上處理器可經配置以監視、取樣或以其它方式輪詢移動裝置內的硬體狀態且根據硬體監視更新狀態表200。在一些情況下，除了處理器以外的硬體可以能夠直接存取和編輯狀態表200。在另一實施例中，狀態表200可以用硬體實施。舉例來說，狀態表中的每一位可對應於硬體監視器，例如，檢測器、電流操作的開關、電壓監視器等等，或其某一組合。電流監視器可(例如)監視施加到模塊或放大器(例如，圖I的高功率放大器或基帶放大器)的偏流，且電流監視器可基於偏流確定並報告放大器的狀態。電流監視器輸出可經配置以直接報告狀態作為狀態表200中的條目。類似地，電壓監視器可基於用於裝置或模塊的偏壓而監視並報告狀態，其中模塊或裝置是通過電壓的施加而啟動。再其它的實施例可利用軟體和硬體的組合來實施和更新狀態表200。對軟體操作的處理器可監視並報告軟體狀態和一些硬體狀態，且硬體監視器可用以監視並報告其它硬體狀態。在一些實施例中，處理器執行的軟體可結合硬體操作以監視並報告狀態。舉例來說，可直接監視或通過軟體監視機械特徵的狀態。軟體可使用傳感器、開關、檢測器等等來監視一個或一個以上機械特徵的狀態。舉例來說，可使用傳感器或開關來指示摺疊蓋或滑動蓋的位置。或者，軟體可基於一個或一個以上相關參數來推導、推斷或以其它方式間接確定機械特徵的狀態。舉例來說，軟體可在檢測到鍵按壓後即刻推導出小鍵盤蓋處於打開狀態。類似地，當背光開啟時，可推斷出顯示器蓋處於打開位置。以類似方式， 可感測或以其它方式確定其它機械特徵。圖2的狀態表200實例說明數個獨立狀態以及一些相依狀態。狀態表200包含用於發射器作用中202、接收器作用中204、GNSS接收器作用中206和背光作用中208的狀態條目。狀態表200也包含若干相依狀態條目。這些相依狀態條目包含二位發射器AGC狀態 212，其意義取決於發射器作用中202狀態。類似地，接收器LNA狀態222和二位接收器AGC 狀態224取決於接收器作用中204狀態。相依狀態(例如，發射器AGC 212和接收器AGC 224)的值可僅基於其所依賴於的狀態的狀態而為有意義的。舉例來說，在時間t0時，發射器AGC狀態212的狀態位250-2 可設定為「隨意」狀態，因為發射器作用中狀態位250-1指示發射器不在作用中。「隨意」狀態指示對於AGC狀態212的所有可能組合，移動裝置的狀態基本上相同。在稍後時間tl時，狀態表200中的狀態位改變以指示移動裝置狀態的改變。狀態表可周期性地、基於事件等等或其某一組合來更新。在時間tl時，接收器作用中位260-1 指示接收器在作用中，且因此相應接收器AGC位260-2的狀態有效地指示對傳感器校準具有影響的移動裝置的狀態。圖2的狀態表200實例使用高態有效邏輯(active high logic),但本發明不限於任何特定邏輯慣例。實際上，狀態表200中的條目不必為二進位的，而可為某一其它指示， 所述指示甚至不必為數字的。如上文所指出，各種狀態的邏輯獨立性不必等同於對傳感器的影響的獨立性。因此，狀態表200的不同實例可指示各種狀態的可能組合，其中狀態的每一不同組合可對應於一個獨特傳感器校正。圖3是校準表的實施例的簡化框圖。校準表300可實施(例如)在圖I的校正模塊174中。校準表300包含狀態值條目310以及校準值320。在圖3的校準表中，每一裝置狀態值映射到相應校準值，校準值可實施為校正因子、補償值或校準偏移。可能引起額外羅盤誤差的眾多裝置狀態和多個狀態組合看似使準備校準表的任務似乎過於複雜。然而，因為誤差針對給定型號的所有裝置來說通常為類似的，所以可(例如)在生產前測試期間對單個裝置或裝置的樣本進行實際校準(誤差測量)。校準結果可併入到用於同一型號的所有裝置的共同校準表中。儘管校準表300說明狀態值條目310直接映射到校準值320，但映射無需為直接的。存在將狀態值條目310映射到對應校準值320的其它方式，且本發明不限於任何特定映射方式。舉例來說，每一狀態值條目310可與存儲器中的地址相關聯，且存儲器中的地址可存儲對應的校準值320。類似地，每一狀態值條目310可與指示器相關聯，指示器指向容納對應校準值320的地址。注意，移動裝置有可能進入狀態監視器不可監視的狀態或狀態的組合。舉例來說， 顯示器上的圖片的像素的照明可影響磁強計，且屏幕狀態的數目可能太大以致不能在狀態監視器中追蹤到。另一實例影響磁強計的裝置的狀態歸因於軟體限制而不能被狀態監視器監視到。因此，可存在用於由狀態監視器報告的狀態或狀態組合的多個有效校準值。如果狀況如此，那麼可存儲通過(例如)自動校準由狀態監視器報告的相同狀態而獲得的多個校準值。如果狀態監視器不能追蹤所有相關狀態，那麼校準值可選自與由狀態監視器報告的狀態或狀態組合相關聯的多個校準值，校準設定基於狀態或狀態組合而最佳擬合。可利用3-D磁強計的經校準的磁強計樣本定位於球面上的擬合準則。由狀態值條目310體現的狀態的每一不同組合對應於校準值320以便準許校正可因狀態組合導致的誤差，其中對組合的校正可與用於每一個別狀態的校正值的總和不同。 一些狀態值可映射至同一校準值。舉例來說，取決於相依狀態所依賴於之獨立狀態的狀態， 相依狀態的狀態值的某些組合可映射到同一校準值。校準表300也說明每一狀態值條目310的僅一個校準值。然而，在其它實施例中， 一個或一個以上額外參數可影響校準值。舉例來說，針對傳感器(例如，電子磁羅盤)返回的校準值可部分取決於航向所在的象限。另外，針對傳感器返回的校準值可取決於溫度或某一其它參數。在一些情況下，這些額外參數中的每一者可作為額外狀態值而被監視。或者，額外的一個或一個以上參數可將主機裝置的狀態排除在外。在除了狀態值以外還有額外參數的情況下，校準表300可經配置以針對每一狀態條目的參數值的範圍存儲校準值。 或者，校準表300可存儲基於參數且應用於從校準表300返回的校準值的一個或一個以上額外校正。圖4是經配置以補償傳感器(在圖4中說明為電子磁羅盤172)的校正模塊174的實施例的簡化功能框圖。電子羅盤172基於磁場感測航向且輸出指示航向的信號。校正模塊174接收傳感器輸出，接收來自狀態監視器164的狀態值，且確定校準值。校正模塊174 將校準值加到傳感器輸出上以產生經校正的傳感器輸出。如果狀態監視器164指示存在一個或一個以上暫時狀態，那麼校正模塊174可(例如)通過在暫時狀態的持續時間內供應先前校正的傳感器輸出來凍結經校正的傳感器輸出。在圖4的實施例中，校正模塊174包含經配置以接收傳感器輸出的寄存器410。寄存器410可為(例如)取樣和保持模塊、R-S鎖存器、D觸發器或某一其它存儲裝置。寄存器410的類型可取決於(例如)傳感器(例如，電子磁羅盤172)是提供模擬輸出還是數字輸出。寄存器410的輸出稱合到第一求和器420的第一輸入。校準值稱合到求和器420 的第二輸入。求和器420經配置以對傳感器輸出和校準值求和以產生經校正的傳感器輸出。經校正的傳感器輸出可從求和器420的輸出耦合到濾波器430 (例如，低通濾波器)。 低通濾波器430可經配置以從經校正的傳感器輸出除去噪聲。另外，低通濾波器430可經配置以阻抑或以其它方式減緩傳感器響應時間。低通濾波器430的輸出為經校正的傳感器輸出。在一些實施例中，省去低通濾波器430，且第一求和器420提供經校正的傳感器輸出。校正模塊174結合狀態監視器164確定校準值。校正模塊174也耦合到狀態監視器164的輸出或以其它方式存取狀態表。如果狀態監視器不能追蹤所有的相關狀態，那麼校準值可選自與由狀態監視器報告的狀態或狀態組合相關聯的多個校準值，校準設定基於狀態或狀態組合而最佳擬合。可利用3-D磁強計的經校準的磁強計樣本定位於球面上的擬合準則。在一個實施例中，校正模塊174包含根據存儲於存儲器462中的指令操作的處理器460。處理器460存取或以其它方式接收來自狀態監視器164的狀態表值。處理器460利用狀態值來存取查找表，例如圖3的校準表300。校準表300說明為與校正模塊174分離。然而，在一些實施例中，校準表300可為校正模塊174的部分。處理器460至少部分基於狀態值而從校準表300檢索校準值。處理器460將校準值寫入到校準寄存器470。校準寄存器470向校準值濾波器480提供校準值。校準值濾波器480經配置以過濾校準值中存在的任何噪聲，且校準值濾波器480可經配置以阻抑或以其它方式控制校準值的響應時間。儘管圖4中說明校準濾波器480的特定結構，但校正模塊不限於任何特定濾波器結構，且可甚至省去校準值濾波器480。校準值濾波器480包含具有第一輸入的第二求和器482，第一輸入經配置以從寄存器470接收校準值。第二求和器482的輸出表示耦合到第一求和器420的校準值。第二求和器482的輸出也I禹合到延遲模塊484的輸入。延遲模塊484的輸出I禹合到信號定標器486。信號定標器486定標延遲的校準值且將定標值耦合到第二求和器482 的第二輸入。在狀態監視器指示瞬時狀態或換句話說暫時狀態的情況下，處理器460可凍結正在處理的傳感器值。舉例來說，處理器可凍結寄存器410和校準寄存器470以保存在暫時狀態發生之前就存在的值。因為狀態監視器164不斷地更新狀態值，所以校正模塊174能夠基於移動裝置的狀態動態地校正傳感器輸出。以此方式，傳感器輸出更準確。圖5是動態地校正傳感器輸出(例如，電子磁羅盤輸出)的方法500的實施例的簡化流程圖。方法500可由圖I的移動裝置且特別來說由圖4的校正模塊實施，圖4的校正模塊結合狀態監視器和校準表操作。方法500開始於框510處,在框510處校正模塊接收傳感器輸出。舉例來說,校正模塊可從電子磁羅盤接收航向讀數。校正模塊可寄存或以其它方式存儲傳感器輸出值。校正模塊前進到框520且確定裝置狀態。在一個實施例中，狀態監視器追蹤主機裝置的影響傳感器準確性的那些傳感器狀態。狀態監視器可追蹤不同傳感器的不同裝置狀態。對於電子磁羅盤，狀態監視器可追蹤與裝置內的電流的改變有關的那些裝置狀態，因為電流誘發的磁場可影響羅盤讀數的準確性。校正模塊可存取和讀取狀態值或狀態監視器可向校正模塊提供狀態值。一旦校正模塊確定了當前裝置狀態，校正模塊便前進到框530。校正模塊檢查狀態值以確定暫時狀態的存在，其中暫時狀態是指通常在一段短時間內保持有效以致傳感器的校準在暫時狀態期間效率低下或不可行的狀態。舉例來說，作為暫時狀態的結果而產生的電流尖峰可在相對於傳感器的輸出信號帶寬為短的一段時間內存在，且因此，傳感器的校準對於暫時狀態不可行。校正模塊可(例如)將遮罩應用於狀態值以確定暫時狀態的存在。在判定框540處，校正模塊確定至少一個暫時狀態是否存在。如果存在，那麼校正模塊前進到框542且凍結在暫時狀態發生之前提供給校正模塊的有效的經校正傳感器輸出或傳感器輸入值。校正模塊從框542前進到框570。或者，校正模塊可輸出在暫時狀態的持續時間內為無效或換句話說為錯誤的傳感器輸出的指示。如果，在判定框540處，校正模塊確定不存在暫時狀態，那麼校正模塊前進到框 550。在框550處，校正模塊基於狀態值確定校準或校正值。舉例來說，校正模塊可基於狀態值從查找表檢索校準值。校正模塊前進到框560且以校準值校正傳感器輸出。舉例來說，校正模塊可經配置以將校準偏移加到傳感器輸出上來校正傳感器輸出。校正模塊前進到框570且輸出經校正的傳感器值。在暫時狀態存在的狀況下。校正模塊輸出先前的經校正傳感器值。傳感器輸出(例如，針對電子磁羅盤)的動態校準可通過監視動態主機裝置狀態來執行。校準值可基於主機裝置狀態來確定且可應用於傳感器輸出值以動態地校正傳感器輸出值。取決於應用，本文中描述的方法可通過各種裝置實施。舉例來說，可以用硬體、固件、軟體或其組合來實施這些方法。對於硬體實施，可在以下裝置內實施處理單元一個或一個以上專用集成電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)、數位訊號處理裝置(DSro)、可編程邏輯裝置(PLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、電子裝置、經設計以執行本文中描述的功能的其它電子單元，或其組合。對於固件和/或軟體實施，可以用執行本文中描述的功能的模塊(例如，程序、函數等等)實施方法。有形地體現指令的任何機器可讀媒體可用於實施本文中描述的方法。 舉例來說，軟體代碼可存儲或以其它方式編碼於存儲器中且由處理器執行。存儲器可實施於處理器內或處理器外部。如本文中所使用，術語「存儲器」是指任何類型的長期、短期、易失性、非易失性或其它存儲器，且不限於任何特定類型的存儲器或任何特定數目個存儲器， 或上面存儲了存儲器的媒體的類型。在一個或一個以上示範性實施例中，所描述的功能可以用硬體、軟體、固件或其任一組合實施。如果以軟體實施，那麼功能可作為一個或一個以上指令或代碼存儲在計算機可讀媒體上。計算機可讀媒體包含物理計算機存儲媒體。發射媒體包含物理髮射媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。作為實例且非限制，所述計算機可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲器、磁碟存儲器或其它磁性存儲裝置，或可用以存儲呈指令或數據結構形式的所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。如本文中所使用，磁碟和光碟包含壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數字多功能光碟(DVD)、 軟盤和藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再生數據，而光碟用雷射以光學方式再生數據。 上述各物的組合也應包含在計算機可讀媒體的範圍內。方法或過程中的各步驟或行為可以所展示的順序執行，或可以另一順序執行。另外，可省略一個或一個以上過程或方法步驟或可將一個或一個以上過程或方法步驟添加到所述方法和過程。可在方法和過程的開始、末尾或介於中間的現存元素中添加額外步驟、框或動作。 提供所揭示實施例的以上描述以使得所屬領域的技術人員能夠製造或使用本發明。對這些實施例的各種修改對於所屬領域的技術人員將易於顯而易見，且在不脫離本發明的範圍的情況下，本文中定義的一般原理可應用於其它實施例。因此，不希望將本發明限於本文中所展示的實施例，而是本發明應符合與本文所揭示的原理和新穎特徵相一致的最廣泛範圍。
權利要求
1.一種動態傳感器校正的方法，所述方法包括確定傳感器輸出值；確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態；基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值；以及將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值。
2.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述傳感器輸出值包括確定來自電子磁羅盤的輸出值。
3.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述傳感器輸出值包括從存儲寄存器檢索傳感器輸出值。
4.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定具有全球導航衛星系統GNSS接收器的移動裝置的所述動態狀態。
5.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定硬體狀態。
6.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定軟體狀態。
7.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定暫時狀態的存在。
8.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定無線通信收發器狀態。
9.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定全球導航衛星系統 GNSS接收器狀態。
10.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定放大器狀態。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述放大器狀態包括放大器增益狀態。
12.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定顯示器背光狀態。
13.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定電池充電狀態。
14.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括確定移動裝置內的狀態的組合。
15.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述動態狀態包括監視移動裝置內的多個狀態中的每一者；以及基於所述監視更新狀態表。
16.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述校準值包括從校準表檢索對應於所述動態狀態的所述校準值。
17.根據權利要求16所述的方法，其中確定所述校準值進一步包括確定所述動態狀態中至少一個暫時狀態的存在；以及維持先前校準值。
18.根據權利要求16所述的方法，其中確定所述校準值進一步包括從對應於由狀態監視器報告的所述動態狀態的多個校準值中選擇。
19.根據權利要求I所述的方法，其中將所述校準值應用於所述傳感器輸出值包括對所述校準值與所述傳感器輸出值求和。
20.根據權利要求I所述的方法，其中將所述校準值應用於所述傳感器輸出值包括將先前校準值加到先前傳感器輸出值上。
21.一種動態傳感器校正設備，所述設備包括狀態監視器，其經配置以確定主機裝置的動態狀態；以及校正模塊，其耦合到所述狀態監視器且經配置以確定傳感器輸出值、基於所述主機裝置的所述狀態確定校準，及至少部分基於所述校準和所述主機裝置的所述狀態來輸出經校正的傳感器輸出值。
22.根據權利要求21所述的設備，其中所述狀態監視器經配置以確定移動裝置內的動態硬體狀態或動態軟體狀態中的至少一者。
23.根據權利要求21所述的設備，其中所述狀態監視器經配置以監視移動裝置內的多個狀態中的每一者且基於所述監視更新狀態表。
24.根據權利要求21所述的設備，其進一步包括校準表，且其中所述校正模塊經配置以根據所述狀態監視器確定所述動態狀態且基於所述動態狀態從所述校準表檢索校準值。
25.根據權利要求24所述的設備，其中所述校準表將多個可能動態狀態中的每一者映射到對應的校準值。
26.根據權利要求21所述的設備，其中所述校正模塊經配置以根據所述狀態監視器確定暫時狀態的存在，且在所述暫時狀態所述存在的情況下選擇性地凍結所述經校正的傳感器輸出值。
27.根據權利要求21所述的設備，其中所述校正模塊包括第一寄存器，其經配置以接收且存儲所述傳感器輸出值；以及求和器，其具有耦合到所述第一寄存器的第一輸入和經配置以接收校準值的第二輸入，且其中所述求和器的輸出提供所述經校正的傳感器輸出值。
28.—種動態傳感器校正設備,所述設備包括用於確定傳感器輸出值的裝置；用於確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態的裝置；用於基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值的裝置；以及用於將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值的裝置。
29.根據權利要求28所述的設備，其中所述用於確定所述動態狀態的裝置經配置以確定硬體狀態、軟體狀態、無線通信收發器狀態、全球導航衛星系統GNSS接收器狀態、顯示器背光狀態、自動增益控制AGC狀態或電池充電狀態中的至少一者。
30.根據權利要求28所述的設備，其中所述用於確定所述動態狀態的裝置包括用於監視移動裝置內的多個狀態中的每一者的裝置；以及用於基於所述監視更新狀態表的裝置。
31.根據權利要求28所述的設備，其中所述用於確定所述校準值的裝置進一步包括 用於確定所述動態狀態中至少一個暫時狀態的存在的裝置；以及用於維持先前校準值的裝置。
32.—種上面編碼有一個或一個以上處理器可讀指令的存儲媒體，所述指令在由所述處理器執行時執行動態傳感器校正，所述指令包括用於確定傳感器輸出值的指令；用於確定具有所述傳感器的主機裝置的動態狀態的指令；用於基於所述傳感器和所述動態狀態確定校準值的指令；以及用於將所述校準值應用於所述傳感器輸出值以產生經校正的傳感器輸出值的指令。
33.根據權利要求32所述的存儲媒體，其中所述編碼於所述存儲媒體上用於確定所述動態狀態的指令包括以下指令中的至少一者用於確定硬體狀態的指令，用於確定軟體狀態的指令，用於確定無線通信收發器狀態的指令，用於確定全球導航衛星系統GNSS接收器狀態的指令，用於確定顯示器背光狀態、自動增益控制AGC狀態的指令，或用於確定電池充電狀態的指令。
全文摘要
本文中描述用於校準和校正非恆定傳感器誤差，且特別是非恆定羅盤誤差的方法和設備，所述方法和設備部分基於主機裝置的改變的軟體和硬體模式。在校準時確定傳感器中由每一模式和模式的組合引發的非恆定誤差，校準可在一個或一個以上主機裝置的生產前測試期間確定。校準結果可併入到主機裝置的軟體和/或硬體中。在正常操作期間，傳感器校正可部分基於作用中模式或模式的組合而應用於傳感器測量。
文檔編號G01C17/38GK102612637SQ201080050112
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月3日 優先權日2009年11月4日
發明者克裡斯託福·布魯納, 維克託·庫裡克 申請人:高通股份有限公司