具有連接至附加管腳的隔直電容器的電路接口的製作方法

2024-02-11 05:35:15 1

專利名稱：具有連接至附加管腳的隔直電容器的電路接口的製作方法
技術領域：
本發明涉及傳感元件的電流接口領域。具體地，本發明涉及用於 提供受傳感器輸入信號控制的輸出電流信號的電流接口。
背景技術：
與電壓接口相比，電流接口對數字數據傳輸具有明顯的優勢。可 能最重要的優勢在於電流接口僅需要2根導線這一事實。通常，電流 接口用一根導線從供電電壓電平提取輸入電流，用另一根導線將輸出 電流輸出至評估單元。評估單元測量所提供的輸出電流的安培值 (amperage )。
與通常需要至少3根導線(即第一導線用於提供恆定的供電電壓 電平，第二導線用於提供諸如地電平之類的參考電壓電平，第三導線 用於提供數據信號)的電壓接口相比，電流接口使得能夠節省至少一 根導線。這在傳感元件遠離相應評估單元的情況下和/或必須在有限空 間內將多個傳感元件與評估元件相耦合的情況下是特別有利的。
然而，有一些對於同電流接口相耦合的傳感器的應用需要非常高 的測量精度。因而，非期望電壓波動(fluctuation)可能引起在電流接 口內執行的錯誤或不精確的信號調節(signal conditioning)。
已知可以通過配備連接在電流接口必需的2根導線間的隔直電容 器的方式補償這樣的非期望電壓波動。然而，這樣做的缺點是，由於 同傳感電阻器相結合的隔直電容器表現出低通濾波器的特性，因此電 流接口的響應時間將顯著下降。因此，高精度測量的電流接口不適於 需要提供快速變化的輸出電流的應用。

發明內容
可能需要提供一種既能實現高精度的信號調節又能支持快速響應的電流接口。
上述需求可以通過根據獨立權利要求的客體得到滿足。從屬權利 要求描述了本發明的具有優勢的實施例。
1#根據本發明的一方案，提供了一種用於提供受傳感器輸入信號 控制的輸出電流信號的電流接口。所提供的電流接口包括(a)第一 管腳，適於與供電電壓連接；(b)第二管腳，適於提供輸出電流信號； (C)電流源，連接在第一管腳與第二管腳之間；(d)附加管腳，適於 通過隔直電容器與兩管腳之一相連接；以及(e)去耦設備，連接在附 加管腳與兩管腳中的另一管腳之間。
本發明的這一方案所基於的構思是使隔直電容器同電流源至少 部分分離或至少部分地去除隔直電容器同電流源間的耦合。因此，進 行這樣的分離，從而使得電流接口160、 170在只使用2條同所述兩個管 腳相連接的供電線路的情況下仍能正常運行。
換言之，去耦設備適於將出現在第一和第二管腳中另一管腳上的 電壓信號至少部分地同出現在附加管腳處的電壓信號分離或至少部分 地去除兩者之間的耦合。因此，利用隔直電容器可以使出現在附加管 腳上的電壓信號保持穩定，而輸出電流信號不受典型低通特性的限制。
這意味著， 一方面，為電源配備隔直電容器具有，阻隔(block) 兩條供電線路之一上的電壓峰值，使其無法影響到電流接口敏感部分 的優點。另一方面，低通濾波器不會影響輸出電流信號，使得可以利 用輸出電流安培值的突變，對從所配備的電流源發出的信號進行數據 評估。
優選地，隔直電容器是外部隔直電容器。這種配置的優點在於， 當在容納於單個晶片外殼中一個或多個集成電路的內部實現電流接口 時，可以針對於電流接口的具體應用最優化隔直電容器的電容。電容 的典型值約為l至1000nF，優選為10至500nF。這樣的隔直電容器能夠
可靠地保護電流接口的敏感元件使其免受發生在管腳處的靜電 (electro static)放電或其它電壓波動事件的影響。
2#根據本發明的一實施例，電流接口還包括信號調節單元，同 電流源相耦合，以便向電流源提供控制信號。這種配置的優點在於，
5可以在緊湊設計(compact design)內實現傳感器接口。
3#，根據本發明的另一實施例，信號調節單元適於向電流源提供 數字控制信號。這種配置的優點在於，提供了支持實現精確可靠的信 號調節的數字電流接口。
4#根據本發明的另一實施例，信號調節單元的能量是由存在於第 一管腳和附加管腳之間的供電電壓提供的。這種配置的優點在於，信 號調節單元可以自動受到保護，不會受到出現在第一和/或第二管腳上 的電壓峰值的影響。因此，可以使用高精度並且因而具有極高靈敏度 的信號調節單元，而不會增加引入由有害的電壓波動所導致的信號調 節和信號傳播中的誤差或偏差(discrepancy)的風險。
當然，根據電流接口的實際工作狀態的差異，信號調節單元的供 電電壓可以會隨時間發生變化。然而，電流接口的供電電壓大小應該 使得，不管實際工作狀態如何，供電電壓始終足以令信號調節單元正 常工作。
5#根據本發明的另一實施例，電流接口還包括傳感器元件。這種 配置的優點在於，可以在緊湊設計內部實現可靠高速的傳感器封裝， 其中，僅以2條供電線路就可以使整個傳感器封裝正常工作。
相比之下，包含於電壓接口中的傳感器通常需要3根導線，即供 電電壓導線、參考電壓或地線、以及用於傳輸模擬或數字數據信號的 導線。因此，所述電流接口能夠節省一根導線。
6弁根據本發明的另一實施例，所述傳感器元件同信號調節單元構 成一個整體。這可以利用各種不同類型的傳感器元件和/或信號調節單 元予以實現。
在這種情況下，"整體"的含義是，提供一個同時容納傳感器元件 和信號調節單元的封裝。因此，可以利用一個或利用兩個或甚至更多 個集成電路構成傳感器元件和信號調節單元。
7#根據本發明的另一實施例，傳感器元件是角度傳感器，具體而 言，傳感器元件可以是磁阻式角度傳感器。這種配置的優點在於，可 以提供既能夠產生精確的角度信號又能將這些信號調節為數字電流信 號的完整的傳感器封裝，從而使得能夠利用安置於電流接口下遊的數據評估單元進行可靠的數據評估。
優選地，角度信號是模擬傳感器信號，同數位訊號相反模擬傳感 器信號能夠支持更高精度的角度解析度。以適當方式對這些模擬傳感 器信號進行調節和評估，就可以利用適當的(例如基於現有的插值
(interpolation)技術的)數據評估方法在某一角度範圍內達到約0， 02°至0， 04。的角度解析度。
應該說明的是，還可以結合諸如溫度傳感器、磁場傳感器等其它 類型的傳感器使用所述電流接口。
貼根據本發明的另一方案，第一管腳、第二管腳以及附加管腳是 所配備的僅有的管腳。這種配置的優點在於，可以始終保證經由與第 一管腳相連接的導線流入電流接口的電流的安培值和經由與第二管腳 相連接的導線流出電流接口的電流的安培值相同。因此，對2根導線在 空間中的相對位置加以配置，從而使得2根導線附近的區域內不會產生 或最多產生可以忽略不計的電磁汙染。
優選情況下，2根導線可以採用絞合配置(twisted configuration),
從而使安培值極大的甚高頻電流信號不產生電磁汙染或不產生顯著的 電磁汙染。這使得可以將所述電流接口配置於電磁兼容性有所減低的 設備附近。
所述電流接口的另一優點在於本身能夠檢測傳感器元件的功 耗。因此，所述電流接口可用於諸如防抱制動(antilock bmking)系 統等有關安全方面的應用。
9財艮據本發明的另一實施例，去耦設備是二極體。從而，優選情 況下將二極體連接在表示電流接口的電路配置的內部，並配置二極體 的極性，使得從帶電隔直電容器流出的電流無法到達電流源。因此， 隔直電容器的低通濾波器特性不會對電流源造成影響，因而還可以利 用所述電流接口提供高頻數據信號。
還需要說明的是，當短暫的電壓峰值為隔直電容器充電之後，從 電容器流向信號調節單元的平滑電流將形成放電。然而，同直接施加 至信號調節單元的端電壓峰值所導致的負面影響相比，流入信號調節 單元的平滑電流通常不會影響信號調節單元的穩定性。換言之，隔直電容器使施加於信號調節單元的電壓電平保持平滑，然而為了可以傳 輸高頻輸出電流信號，不應對電流接口的輸出信號進行平滑處理。
10#根據本發明的另一實施例，去耦設備是調壓器。這種配置的 優點在於，可以始終為信號調節單元提供恆定的電壓差。因此，可以 在非常穩定的條件下運行信號調節單元，使得特別是即使在與第一管 腳相連接的導線內部存在電壓波動的情況下，也可以實現可靠的信號 調節。
需要指出，藉助於調壓器，還可以在輸出電流具有很強的安培值 波動的情況下提供恆定的供電電壓。在這種情況下，由於通常利用由 連接在該導線與地電平之間的傳感器電阻器所引起的電壓降測量輸出 電流，因此與第二管腳連接的導線的電壓電平通常劇烈變化。
此外，還需要指出，如果在第一管腳上出現了短暫的電壓波動，
調壓器(通常是極慢的慢速電子設備)就直接饋送(feed through)這 一波動。然而，正如前已描述的那樣，隔直電容器將對該波動進行平 滑處理。此外，在使用調壓器的情況下，至少部分地去除電流源與隔 直電容器間的耦合，使隔直電容器不會影響到具有高頻特性的電流接 口。因此，正如前已描述的那樣，電流接口還可用於為安置於所述電 流接口下遊的評估單元提供數字數據信號。


參考實施例示例對本發明的上述方案以及其他方案加以闡釋，根 據以下將予以描述的實施例的示例，本發明的本發明的上述方案以及 其他方案將顯而易見。以下將參考實施例示例更詳細地對本發明予以 說明，然而本發明不局限於實施例示例。
圖l示出了根據本發明第一實施例的電流接口的電路圖； 圖2示出了根據本發明第二實施例的電流接口的電路具體實施例方式
附圖中的圖示是示意性的。值得注意的是，在不同的附圖中，為 相似或相同元件提供的參考標記僅僅在第一位有所不同。圖1示出了電路接口100的電路圖，該電路圖示出了完整的傳感器
封裝(package) 110。所繪傳感器封裝110被整個安置於單個晶片封裝 內。然而，還可以利用容納於不同晶片封裝內的不同集成電路來實現 傳感器封裝110。
傳感器封裝110包括信號發生和調節設備130，所述信號調節設 備130包括傳感器元件131和信號調節單元132。根據此處說明的實施 例，傳感器元件131是高靈敏度角度傳感器(high sensitive angular sensor)，後者以有利的方式利用了磁阻效應，從而可以在很寬的角度 範圍內提供較高的角度解析度。磁阻傳感器元件131是向信號調節單元 132提供模擬輸出信號的模擬傳感器。信號調節單元132調節和轉換該 模擬信號，並且向電流源120提供數字控制信號135。下面將詳細描述 電流源120的功能。
電流接口100電連接至用於提供供電電壓Vdd的控制和評估單元 150。供電電壓Vdd通過供電導體(supply conductor) 160饋送至電流 接口IOO。控制和評估單元150還包括傳感電阻器171。傳感電阻器171 連接在地電壓電平和信號導體(signal conductor) 170之間，其中所述 信號導體從電流接口100接收電流信號。因此，電流信號表示由傳感器 元件131測量得到的角度位置(angular position)。
電流信號在傳感電阻器171中引起電壓降，該電壓降與電流信號 的實際安培值成正比。利用電壓降測量設備172 (例如，示波器或其它 電壓測量設備)測量所述電壓降。將測量到的電壓信號提供給數據處 理設備175以進行其他數據評估。
需要指出的是，還可以利用本領域技術人員熟知的各種其它電流 測量設備來實現控制和評估單元150。例如，可以利用包含電流鏡 (current mirror)的設備進行電流測量。這種做法的優點在於，至少 部分地去除了信號導體170同實際電流測量儀器間的耦合。
電流接口100包括3個管腳第一管腳lll、第二供電管腳112以及 附加管腳115。第一管腳lll與供電電壓Vdd連接。第二管腳112與信號 導體170連接。
在電流接口100中，電流源120與第一管腳110和第二管腳112互相
9連接。在電流接口100外，配備了插入在附加管腳115與第二管腳112 之間的隔直電容器128。在傳感器封裝110外的配置隔直電容器128的優 點在於，可以針對所述電流接口100的具體應用最優化隔直電容器128 的電容。根據此處所述的實施例，隔直電容器128的電容約為100nF。
電流接口100還包括連接在第一管腳111與第二管腳112之間的二 極管125。
正如能夠從圖l所示的電路配置中直觀地看出的那樣，隔直電容 器128將保護信號發生和調節設備130不會受到存在於二極體125陰極 處的電壓波動的影響。從而，可以確保為信號發生和調節設備130提供 平穩的供電電壓。當不存在這樣的電壓波動的情況下，信號發生和調 節設備130將能夠實現極其靈敏的信號發生以及極其靈敏的信號調節。 因此，能夠確保對由傳感器元件131產生的信號進行無誤差(error-free)
信號調節。
二極體125的作用為去除電流源120同隔直電容器128間的耦合。 這是通過利用與外部隔直電容器128連接的附加管腳115予以實現的。 因此，二極體125去除了隔直電容器128同管腳111和112間的耦合，使 集成電流源120在充電時能夠直接從供電線路160吸收電流而不是從隔 直電容器128吸收電流。這樣一來，電路就實現了利用不同電流電平傳 輸信息的雙線電流接口IOO，並且同時利用與附加輸出管腳115相連接 的外部隔直電容器128實現了對內部電路的供電電壓脈動抑制(ripple rej6ctkm)0
所述的包含用於連接電容器128的附加管腳115的配置的優點在 於，在向電流源120提供高頻控制信號135時，由電流源120提供的輸出 電流信號不受同傳感電阻器171相結合的隔直電容器128所引起的低通 頻率特性的影響。換言之，當集成電流源120從一電流電平轉換至另一 電流電平時，電阻器171和隔直電容器128不呈現低通濾波器特性。因 此，傳感電阻器171上的電壓將變化得相對較快，使得管腳112處輸出
的任何數位訊號的邊沿不會因低通濾波器的限制的緣故變差 (degrade)。
應當指出，在不增加將電流接口100同控制和評估單元150相連接的供電線路160、170的數量的情況下，去除電流源120同隔直電容器128 間的耦合。正如可以從圖l看到的那樣，所述傳感器封裝110僅使用2 條供電線路160、 170仍可運行。
還應當指出，如果將二極體125安置於低功耗供電線路(也就是 位於信號發生和調節設備130與第二管腳112之間的導體)內，也能夠 去除隔直電容器128同電流源120間的耦合。
圖2示出了根據本發明另一實施例的電流接口200的電路圖。除了 將二極體125替換成調壓器226，電流接口200的組件與電流接口100的 組件相同，因而此處將不再對其加以詳細說明。控制和評估單元250 與控制和評估單元150相同，因而此處也不再對其加以詳細說明。
調壓器226包括3個端子。第一端子與第一管腳211連接。第二端 子與信號發生和調節設備230連接。第三端子與第二管腳212連接。使 用調壓器226是為了穩定信號發生和調節設備230上的電壓。因此，也 可以使信號發生和調節設備230不受有害電壓波動的影響，從而可以實
現極其靈敏的信號發生以及極其靈敏的信號調節。
調壓器226的作用還在於，使電流只能夠從第一管腳221流至信號 發生和調節設備230，而無法沿相反的方向從信號發生和調節設備230 流至第一管腳211。因此，調壓器226的作用還在於，去除隔直電容器 228和電流源220間的耦合，使電流源220的輸出信號不受低通濾波器特
性的限制。
應當指出，如果將調壓器226安置於低功耗供電線路(也就是位 於信號發生和調節設備230與第二管腳212之間的導體)內，也能夠去 除隔直電容器228同電流源220間的耦合。
還應當指出，所述傳感器封裝110、 210可用於任何利用電流接口 以數字方式傳輸信息的應用。然而，所述去除隔直電容器128、 228同 電流源120、 220間的耦合特別適用於磁阻式角度傳感器，所述去耦合 一方面需要可靠地阻隔電壓波動對信號發生和調節設備130、 230的影 響，另一方面使得信號輸出不會因低通特性的緣故變差(degenemte)。
應當注意的是，術語"包括"不排除其它元件或步驟，"一"或"一 個"不排除多個。此外，可以將結合不同實施例予以說明的元件加以組合。還應該注意的是，不應該將權利要求中的參考標記理解為對權 利要求範圍的限制。
下面將扼要重述以上所述的本發明的實施例-
描述了一種具有隔直電容器128、 228的電流接口100、 200。隔直 電容器128、 228連接於附加管腳115、 215，從而實現了對內部傳感器 電路130、 230的供電電壓脈動抑制。利用二極體125或利用調壓器226 去除供電線路160、 260、 170、 270同電容器128、 228間的耦合。因此， 由於電流接口 100、 200的輸出電流信號的邊沿的瞬變時間(transient time)不受與傳感電阻器171、 271相結合的隔直電容器128、 228的低通 特性的影響，將傳感器元件132、 232同電流接口100、 200—起使用不 會造成對隔直電容器128、 228大小的限制，其中所述傳感電阻器171、 271通常用於測量輸出電流信號的安培值。參考標記列表 100電流接口 110傳感器封裝 111第一管腳
112第二管腳
115附加管腳
120電流源
125 二極體
128隔直電容器
130信號發生和調節設備
131傳感器元件
132信號調節單元
135數字控制信號
150控制和評估單元
160供電導體
170信號導體
171傳感電阻器
172電壓降測量設備
175數據處理設備
Vdd供電電壓
gnd參考電壓電平/地電平
200電流接口
210傳感器封裝
211第一管腳
212第二管腳
215附加管腳
220電流源
226調壓器
228隔直電容器
230信號發生和調節設備231傳感器元件
232信號調節單元
235數字控制信號
250控制和評估單元
260供電導體
270信號導體
271傳感電阻器
272電壓降測量設備
275數據處理設備
Vdd供電電壓
gnd參考電壓電平/地電平
權利要求
1、一種用於提供受傳感器輸入信號(135)控制的輸出電流信號的電流接口，包括第一管腳(111，211)，適於與供電電壓(Vdd)連接；第二管腳(112，212)，適於提供輸出電流信號，電流源(120，220)，連接在第一管腳(111，211)與第二管腳(112，212)之間；附加管腳(115，215)，適於通過隔直電容器(128，228)與兩管腳之一相連接；以及去耦設備(125，226)，連接在附加管腳(115，215)與兩管腳中的另一管腳之間。
2、 根據權利要求l所述的電流接口，還包括；信號調節單元(132， 232)，同電流源(120， 220)相耦合，以便向電流源(120， 220)提 供控制信號。
3、 根據權利要求2所述的電流接口，其中，所述信號調節單元 (132， 232)適於向電流源(120， 220)提供數字控制信號(135， 235)。
4、 根據權利要求2所述的電流接口，其中，所述信號調節單元 (132， 232)的能量是由存在於第一管腳(111， 211)和附加管腳(115，215)之間的供電電壓提供的。
5、 根據權利要求2所述的電流接口，還包括傳感器元件(131, 231)。
6、 根據權利要求5所述的電流接口，其中，所述傳感器元件(131， 231)同所述信號調節單元(132， 232)構成一個整體。
7、 根據權利要求5所述的電流接口，其中，所述傳感器元件(131， 231)是角度傳感器，具體而言，所述傳感器元件是磁阻式角度傳感器。
8、 根據權利要求2所述的電流接口，其中，所述第一管腳(111， 211)、所述第二管腳(112， 212)以及所述附加管腳(115， 215)是 所配備的僅有的管腳。
9、 根據權利要求l所述的電流接口，其中，所述去耦設備是二極體(125)。
10、根據權利要求l所述的電流接口，其中，所述去耦設備是調壓器(226)。
全文摘要
說明了一種具有隔直電容器(128，228)的電流接口(100，200)。隔直電容器(128，228)連接於附加管腳(115，215)，從而實現了對內部傳感器電路(130，230)的供電電壓脈動抑制。利用二極體(125)或調壓器(226)去除供電線路(160，260，170，270)同電容器(128，228)間的耦合。由於電流接口(100，200)的輸出電流信號的邊沿的瞬變時間不受與傳感電阻器(171，271)相結合的隔直電容器(128，228)的低通特性的影響，將傳感器元件(132，232)同電流接口(100，200)一起使用不會造成對隔直電容器(128，228)大小的限制，其中所述傳感電阻器(171，271)通常用於測量輸出電流信號的安培值。
文檔編號G08C19/02GK101443828SQ200780016826
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月3日 優先權日2006年5月12日
發明者史蒂芬·布茨曼 申請人:Nxp股份有限公司