首页 / 专利库 / 传感器与探测器 / 霍尔效应传感器 / 极性不敏感霍尔效应传感器

极性不敏感霍尔效应传感器

阅读:342发布:2020-05-11

专利汇可以提供极性不敏感霍尔效应传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及极性不敏感霍尔效应 传感器 。非 接触 式 位置 传感器 是理想的,因为它们具有比传统电位计低的故障率。然而,将 霍尔效应传感器 用作非接触式 位置传感器 需要特定的输入极性。在实施方式中,极性不敏感霍尔效应传感器包括配置成响应于输入产生输出的转换传感器。传感器还包括 半导体 整流器 ,其设置成给第一转换传感器和第二转换传感器供应具有给定极性的电 力 ,而不管输入是具有正极性还是负极性。传感器还包括半导体多路复用器 电路 ,其设置成,如果输入具有正极性则将第一输出引导到公共输出端口以及如果输入具有负极性则将第二输出引导到公共输出端口。极性不敏感霍尔效应传感器提供表示位置的输出而不要求输入极性。,下面是极性不敏感霍尔效应传感器专利的具体信息内容。

1.一种线性传感器或旋转传感器,包括:
第一转换传感器,其配置成响应于给定输入产生第一输出;
第二转换传感器,其配置成响应于所述给定输入产生第二输出,所述第一输出和所述第二输出的和是恒定的,而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性;
半导体整流器,其设置成给所述第一转换传感器和所述第二转换传感器供应具有给定极性的电,而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性;以及
半导体多路复用器电路,其设置成,如果所述给定输入具有正极性则将所述第一输出引导到公共输出端口以及如果所述给定输入具有负极性则将所述第二输出引导到所述公共输出端口。
2.如权利要求1所述的传感器,其中所述第一转换传感器是霍尔效应传感器,且所述第二转换传感器是霍尔效应传感器。
3.如权利要求1所述的传感器,其中所述半导体多路复用器包含:
第一通道,其将所述第一输出引导到所述公共输出端口,所述第一通道包含串联连接的第一组n型MOSFET半导体和串联连接的第二组p型MOSFET半导体,所述第一组和所述第二组并联连接;以及
第二通道,其将所述第二输出引导到所述公共输出端口,所述第二通道包含串联连接的第三组n型MOSFET半导体和串联连接的第四组p型MOSFET半导体,所述第三组和所述第四组并联连接。
4.如权利要求3所述的传感器,其中:
在相应的第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体内的MOSFET的相应源极被直接连接,所述第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体的MOSFET的相应栅极被直接连接,
所述第一组的漏极中的第一个和所述第二组的漏极中的第一个被耦合以接收所述第一输出,
所述第一组和所述第四组的栅极耦合到第一输入端口,所述第一输入端口接收限定所述给定输入的第一部分的第一信号
所述第二组和所述第三组的栅极耦合到第二输入端口,所述第二输入端口接收限定所述给定输入的第二部分的第二信号,所述第一信号和所述第二信号在相同的时刻相对于彼此进行测量时确定所述给定输入的信号的极性,
所述第三组的漏极中的第一个和所述第四组的漏极中的第一个被耦合以接收所述第二输出,以及
所述第一组的漏极中的第二个、所述第二组的漏极中的第二个、所述第三组的漏极中的第二个和所述第四组的漏极中的第二个耦合到所述公共输出端口。
5.如权利要求1所述的传感器,其中所述半导体整流器包含至少四个MOSFET,每个MOSFET具有相应的源极、漏极和栅极,其中,
第一MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第一端口和第二MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第三MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,
所述第二MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第一端口和所述第一MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第四MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,
所述第三MOSFET(i)以其源极耦合到所述第一MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,(ii)以其漏极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其栅极耦合到所述给定输入的第一端口,以及
所述第四MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第二端口和所述第三MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第一端口,以及(iii)以其源极耦合到所述第二MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器。
6.如权利要求1所述的传感器,其中所述半导体整流器配置成基于所述给定输入的极性将正确极性的信号引导到所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,且所述半导体多路复用器基于同一给定输入的极性配置成将所述第一输出或所述第二输出引导到所述公共输出端口。
7.如权利要求1所述的传感器,还包括编程模,所述编程模块包含三个端口,通过所述三个端口对所述第一转换传感器和所述第二转换传感器编程,其中,第一编程模块端口和第二编程模块端口耦合到所述半导体整流器,以分别在正极性电压电平和负极性电压电平的施加期间给所述第一转换传感器和所述第二转换传感器供电,且其中,第三编程模块端口耦合到所述公共输出,以分别在所述正极性电压电平和负极性电压电平施加到所述第一转换传感器和所述第二转换传感器期间对所述第一转换传感器和所述第二转换传感器编程。
8.如权利要求1所述的传感器,其中所述第一转换传感器和所述第二转换传感器配置成测量被观察的机械设备的旋转或线性位置,而不管所述给定输入的极性如何。
9.一种感测线性位置或旋转的方法,所述方法包括:
在第一转换传感器处响应于给定输入产生第一输出;
在第二转换传感器处响应于所述给定输入产生第二输出,所述第一输出和所述第二输出的和是恒定的,而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性;
在半导体整流器处给所述第一转换传感器和所述第二转换传感器供应具有给定极性的电力,而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性;
在半导体多路复用器电路处,如果所述给定输入具有正极性则将所述第一输出引导到公共输出端口以及如果所述给定输入具有负极性则将所述第二输出引导到所述公共输出端口。
10.如权利要求9所述的方法,其中所述第一转换传感器是霍尔效应传感器,且所述第二转换传感器是霍尔效应传感器。
11.如权利要求9所述的方法,还包括:
在所述半导体多路复用器的第一通道中将所述第一输出引导到所述公共输出端口,所述第一通道包含串联连接的第一组n型MOSFET半导体和串联连接的第二组p型MOSFET半导体,所述第一组和所述第二组并联连接;以及
在所述半导体多路复用器的第二通道中将所述第二输出引导到所述公共输出端口,所述第二通道包含串联连接的第三组n型MOSFET半导体和串联连接的第四组p型MOSFET半导体,所述第三组和所述第四组并联连接。
12.如权利要求11所述的方法,还包括:
直接连接在相应的第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体内的MOSFET的相应源极;
直接连接相应的第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体内的MOSFET的栅极,
将所述第一组的漏极中的第一个和所述第二组的漏极中的第一个耦合以接收所述第一输出,
将所述第一组和所述第四组的栅极耦合到第一输入端口,所述第一输入端口接收限定所述给定输入的第一部分的第一信号,
将所述第二组和所述第三组的栅极耦合到第二输入端口,所述第二输入端口接收限定所述给定输入的第二部分的第二信号,所述第一信号和所述第二信号当在相同的时刻相对于彼此进行测量时确定所述给定输入的信号的极性,
将所述第三组的漏极中的第一个和所述第四组的漏极中的第一个耦合以接收所述第二输出,以及
将所述第一组的漏极中的第二个、所述第二组的漏极中的第二个、所述第三组的漏极中的第二个和所述第四组的漏极中的第二个耦合到所述公共输出端口。
13.如权利要求9所述的方法,其中所述半导体整流器包含至少四个MOSFET,每个MOSFET具有相应的源极、漏极和栅极,且所述方法还包括:
将第一MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第一端口和第二MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第三MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,
将所述第二MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第一端口和所述第一MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第四MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,
将所述第三MOSFET(i)以其源极耦合到所述第一MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和所述第二转换传感器,(ii)以其漏极耦合到所述给定输入的第二端口,以及(iii)以其栅极耦合到所述给定输入的第一端口,以及
将所述第四MOSFET(i)以其漏极耦合到所述给定输入的第二端口和所述第三MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到所述给定输入的第一端口,以及(iii)以其源极耦合到所述第二MOSFET的源极以及所述第一转换传感器和第二转换传感器。
14.如权利要求9所述的方法,还包括:
在所述半导体整流器基于所述给定输入的极性将正确极性的信号引导到所述第一转换传感器和所述第二转换传感器;以及
在所述半导体多路复用器处,基于所述给定输入的极性将所述第一输出或所述第二输出引导到所述公共输出端口。
15.如权利要求9所述的方法,还包括:
使用具有三个端口的编程模块对所述第一转换传感器和所述第二转换传感器编程,所述编程模块通过所述三个端口经由下列操作对所述第一转换传感器和所述第二转换传感器编程:将第一编程模块端口和第二编程模块端口耦合到所述半导体整流器以分别在正极性电压电平和负极性电压电平的施加期间给所述第一转换传感器和所述第二转换传感器供电,以及将第三编程模块端口耦合到所述公共输出以分别在所述正极性电压电平和负极性电压电平施加到所述第一转换传感器和所述第二转换传感器期间对所述第一转换传感器和第二转换传感器编程。
16.如权利要求1所述的传感器,还包括,在所述第一转换传感器和所述第二转换传感器处测量被观察的机械设备的旋转或线性位置,而不管所述给定输入的极性如何。
17.一种用于线性或旋转传感器的装置,包括:
用于响应于给定输入产生第一输出的部件,
用于响应于所述给定输入产生第二输出的部件,所述第一输出和所述第二输出的和是恒定的,而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性;
用于给所述第一转换传感器和所述第二转换传感器供应具有给定极性的电力而不管所述给定输入是具有正极性还是负极性的部件;以及
用于在所述给定输入具有正极性时将所述第一输出引导到公共输出端口以及在所述给定输入具有负极性时将所述第二输出引导到所述公共输出端口的部件。
18.如权利要求17所述的装置,其中所述第一转换传感器是霍尔效应传感器,且所述第二转换传感器是霍尔效应传感器。
19.如权利要求17所述的装置,其中所述半导体多路复用器部件还包含:
用于将所述第一输出引导到所述公共输出端口的部件,所述第一通道包含串联连接的第一组n型MOSFET半导体和串联连接的第二组p型MOSFET半导体,所述第一组和所述第二组并联连接;以及
用于将所述第二输出引导到所述公共输出端口的部件,所述第二通道包含串联连接的第三组n型MOSFET半导体和串联连接的第四组p型MOSFET半导体,所述第三组和所述第四组并联连接。
20.如权利要求19所述的装置,其中:
在相应的第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体内的MOSFET的相应源极被直接连接,相应的第一组半导体、第二组半导体、第三组半导体和第四组半导体内的MOSFET的栅极被直接连接,
所述第一组的漏极中的第一个和所述第二组的漏极中的第一个被耦合以接收所述第一输出,
所述第一组和所述第四组的栅极耦合到第一输入端口,所述第一输入端口接收限定所述给定输入的第一部分的第一信号,
所述第二组和所述第三组的栅极耦合到第二输入端口,所述第二输入端口接收限定所述给定输入的第二部分的第二信号,所述第一信号和第二信号当在相同的时刻相对于彼此进行测量时确定所述给定输入的信号的极性,
所述第三组的漏极中的第一个和所述第四组的漏极中的第一个被耦合以接收所述第二输出,以及
所述第一组的漏极中的第二个、所述第二组的漏极中的第二个、所述第三组的漏极中的第二个和所述第四组的漏极中的第二个耦合到所述公共输出端口。

说明书全文

极性不敏感霍尔效应传感器

背景技术

[0001] 电位计具有跨在电阻元件上的物理触头。电位计的物理触头是电位计的破损点。与非接触式传感器(例如霍尔效应传感器)相比较,这个破损点降低电位计的可靠性。非接触式传感器(例如霍尔效应传感器)可在很多应用中代替电位计。
发明内容
[0002] 在实施方式中,线性传感器或旋转传感器包括配置成响应于给定输入产生第一输出的第一转换传感器。传感器还包括配置成响应于给定输入产生第二输出的第二转换传感器。第一输出和第二输出的和是恒定的,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。传感器还包括半导体整流器,其设置成给第一转换传感器和第二转换传感器供应具有给定极性的电,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。传感器还包括半导体多路复用器电路,其设置成,如果给定输入具有正极性则将第一输出引导到公共输出端口以及如果给定输入具有负极性则将第二输出引导到公共输出端口。
[0003] 在实施方式中,第一转换传感器是霍尔效应传感器,且第二转换感器是霍尔效应传感器。
[0004] 在实施方式中,半导体多路复用器可包括将第一输出引导到公共输出端口的第一通道。第一通道包括串联连接的第一组n型MOSFET半导体和串联连接的第二组p型MOSFET半导体。第一组和第二组并联连接。半导体多路复用器包括将第二输出引导到公共输出端口的第二通道。第二通道包括串联连接的第三组n型MOSFET半导体和串联连接的第四组p型MOSFET半导体。第三组和第四组并联连接。
[0005] 在实施方式中,在相应的第一组、第二组、第三组和第四组半导体内的MOSFET的相应源极被直接连接。第一组、第二组、第三组和第四组半导体的MOSFET的相应栅极被直接连接。第一组的漏极中的第一个和第二组的漏极中的第一个被耦合以接收第一输出。第一组和第四组的栅极耦合到第一输入端口,其接收限定给定输入的第一部分的第一信号。第二组和第三组的栅极耦合到第二输入端口,其接收限定给定输入的第二部分的第二信号。第一信号和第二信号当在相同的时刻相对于彼此进行测量时确定给定输入信号的极性。第三组的漏极中的第一个和第四组的漏极中的第一个被耦合以接收第二输出。第一组的漏极中的第二个、第二组的漏极中的第二个、第三组的漏极中的第二个以及第四组的漏极中的第二个耦合到公共输出端口。
[0006] 在实施方式中,半导体整流器包括至少四个MOSFET。每个MOSFET具有相应的源极、漏极和栅极。第一MOSFET(i)以其漏极耦合到给定输入的第一端口和第二MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第三MOSFET的源极及第一转换传感器和第二转换传感器。第二MOSFET(i)以其漏极耦合到给定输入的第一端口和第一MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到给定输入的第二端口,以及(iii)以其源极耦合到第四MOSFET的源极及第一转换传感器和第二转换传感器。第三MOSFET(i)以其源极耦合到第一MOSFET的源极以及第一转换传感器和第二转换传感器,(ii)以其漏极耦合到给定输入的第二端口,以及(iii)以其栅极耦合到给定输入的第一端口。第四MOSFET(i)以其漏极耦合到给定输入的第二端口和第三MOSFET的漏极,(ii)以其栅极耦合到给定输入的第一端口,以及(iii)以其源极耦合到第二MOSFET的源极及第一转换传感器和第二转换传感器。
[0007] 在实施方式中,半导体整流器配置成基于给定输入的极性将正确极性的信号引导到第一转换传感器和第二转换传感器。半导体多路复用器基于同一给定输入的极性配置成将第一输出或第二输出引导到公共输出端口。
[0008] 在实施方式中,传感器还包括编程模,其包括三个端口,通过所述三个端口对第一转换传感器和第二转换传感器编程。第一编程模块端口和第二编程模块端口耦合到半导体整流器以分别在正极性电压电平和负极性电压电平的施加期间给第一转换传感器和第二转换传感器供电。第三编程模块端口耦合到公共输出以分别在正极性电压电平和负极性电压电平施加到第一转换传感器和第二转换传感器期间对第一转换传感器和第二转换传感器编程。
[0009] 在实施方式中,第一转换传感器和第二转换传感器配置成测量被观察的机械设备的旋转或线性位置而不管给定输入的极性如何。
[0010] 在实施方式中,感测线性位置或旋转的方法包括在第一转换传感器处响应于给定输入产生第一输出。该方法还包括在第二转换传感器处响应于给定输入产生第二输出。第一输出和第二输出的和是恒定的,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。该方法还包括在半导体整流器处给第一转换传感器和第二转换传感器供应具有给定极性的电力,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。该方法还包括在半导体多路复用器电路处进行以下操作:如果给定输入具有正极性则将第一输出引导到公共输出端口以及如果给定输入具有负极性则将第二输出引导到公共输出端口。
[0011] 在实施方式中,用于线性传感器或旋转传感器的装置包括用于响应于给定输入产生第一输出的第一转换传感器部件。装置还包括用于响应于给定输入产生第二输出的第二转换传感器部件。第一输出和第二输出的和是恒定的,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。装置还包括半导体整流器部件,其用于给第一转换传感器和第二转换传感器供应给定极性的电力,而不管给定输入是具有正极性还是负极性。装置还包括半导体多路复用器电路部件,其用于:如果给定输入具有正极性则将第一输出引导到公共输出端口以及如果给定输入具有负极性则将第二输出引导到公共输出端口。附图说明
[0012] 从如在附图中示出的本发明的示例实施方式的下面更具体的描述中,前述内容将变得明显,在附图中相同的参考符号在全部的不同的视图中始终指代相同的部件。附图不一定按比例,而是将重点放在说明本发明的实施方式。
[0013] 图1是示出由本发明使用的极性不敏感霍尔效应传感器的示例实施方式的方框图
[0014] 图2是示出传统电位计的示例实施方式的方框图。
[0015] 图3是用于仿真电位计的霍尔效应传感器(霍尔传感器替代)的实施方式的方框图。
[0016] 图4是示出本发明的示例实施方式的高级方框图。
[0017] 图5是示出在本发明的实施方式中使用的极性不敏感霍尔效应传感器的示例实施方式的方框图。
[0018] 图6A是示出极性不敏感霍尔效应传感器中在第一极性上的电流路径的示例实施方式的方框图。
[0019] 图6B是示出极性不敏感霍尔效应传感器中在第二极性上的电流路径的示例实施方式的方框图。
[0020] 图7是示出极性不敏感霍尔效应传感器的百分比输出作为以度数为单位的转子的旋转位置的函数的示例实施方式的曲线图。

具体实施方式

[0021] 接下来是本发明的示例实施方式的描述。
[0022] 图1是示出由本发明使用的极性不敏感霍尔效应传感器110的示例实施方式的方框图100。极性不敏感霍尔效应传感器110包括第一输入端口106a和第二输入端口106b,其可连接到供电设备102的第一供电端口104a和第二供电端口104b或其它输入设备。极性不敏感霍尔效应传感器110配置成采用任意极性从供电设备102接收输入。例如,当第一供电端口104a与第一输入端口106a耦合且第二供电端口104b与第二输入端口106b耦合时,供电设备102向极性不敏感霍尔效应传感器110提供第一极性路径108a-b。另一方面,如果第一供电端口104a与第二输入端口106b耦合且第二供电端口104b与第一输入端口106a耦合,供电设备102向极性不敏感霍尔效应传感器110提供第二极性路径112a-b。反转输入端口106a-b到供电端口104a-b的连接使极性路径108a-b和112a-b的极性反转。
例如,如果第一极性路径108a-b提供5V的电压差,则反转连接使第二极性路径112a-b上的极性反转,使它是负5V。不管极性如何,极性不敏感霍尔效应传感器110在其输出端口
114处输出。与传统电位计一样,反转输入的极性可反转输出。例如,具有0-5V的输出范围并对于一个极性向其转子的位置输出4V的电位计,其对于反向的极性向转子的相同位置输出1V。极性不敏感霍尔效应传感器110以相同的方式运转。
[0023] 图2是示出传统电位计208的示例实施方式的方框图200。电位计连接到第一输入端口202(电源1)和第二输入端口204(电源2)。电位计208还具有输出端口206。电位计208基于转子的位置在第一输入端口202和第二输入端口204的电压差之间输出与转子的位置成比例的电压。一些应用将电位计208用作比率设备(例如产生与其输入成比例的输出的设备)。电源(例如第一输入端口202)和接地(例如第二输入端口204)的输入施加到电位计208元件。电位计208元件在电位计游标(wiper)输出端(例如输出端口206)上输出电压,该电压随转子转动而在电源(例如第一输入端口202)和接地(例如第二输入端口204)之间变化。在传统电位计208中,电源和接地可施加到设备的任一端,因为电位计是电阻器,使得第一输入端口202可以是电源或接地,且第二输入端口204可以是电源或接地。
[0024] 图3是用于仿真电位计的霍尔效应传感器308的实施方式的方框图300。与图2的基于电阻的电位计不同,图3的霍尔效应传感器308是有源半导体设备且需要使电源和接地施加到特定端口。在图3所示的实施方式中,霍尔效应传感器308具有第一输入端口302(电源1,其为连接到端口1(Vdd)的电源)和第二输入端口304(电源2,其为连接到端口8(Vss)的接地)。霍尔效应传感器308不能交换电源和接地(例如,将电源施加到端口
8(Vss)并将接地施加到端口1(Vdd)),然而,这样的交换可在传统的基于电阻器的电位计(例如图3的电位计208)上执行。
[0025] 图4是示出本发明的示例实施方式的高级方框图400。在实施方式中,本发明是极性不敏感霍尔效应传感器,其包括允许电源和接地在任意极性上进行施加的附加电路。此外,它还改变输出电压以模拟电位计的输出。例如,假设用户将5V的差施加到电位计,电位计基于转子的位置输出4V。如果用户然后反转到电位计的电源输入和接地输入,则电位计将输出1V(例如,基于功率刻度反转输出使具有反向极性,或5V–4V)。极性不敏感霍尔效应传感器修改输出电压以匹配这个行为。本发明还向霍尔效应传感器提供针对反转极性的保护。将负电压施加到电源引脚可能损坏霍尔效应传感器。本发明提供防止霍尔效应传感器本身接收负电压的电流路径。
[0026] 半导体整流器410耦合到分别接收V1和V2的电压的第一输入端口402和第二输入端口404。半导体整流器410耦合成输出到可以都是霍尔效应传感器或其它极性敏感传感器的第一转换传感器412和第二转换传感器414。半导体整流器410配置成将正极性输出到第一转换传感器412和第二转换传感器414,而不管第一输入端口402和第二输入端口404的极性如何。换句话说,半导体整流器向第一转换传感器412和第二转换传感器414都提供电压差|V1–V2|。因此,第一转换传感器412和第二转换传感器414可向半导体多路复用器电路416输出相应的工作信号,其分别是输出1和输出 2。半导体多路复用器电路416配置成确定第一输入端口402和第二输入端口404的极性(例如|V1–V2|),并基于所确定的极性在输出端口406处输出输出1或输出 2。
[0027] 因此,极性不敏感霍尔效应传感器可在其第一输入端口402或第二输入端口404上接收正电力或负电力。单独的霍尔效应传感器(例如图3所示的霍尔效应传感器308)只可在其电源1引线和Vdd端口上接收正电力和在其电源2引线和Vss端口上接收负电力(或接地)。在图3的霍尔效应传感器中,如果置于电源2上的电压相对于电源1是正的(例如电源2>电源1),则霍尔效应传感器308不运行。此外,如果电压大于特定的数量例如10V,则某些霍尔效应传感器可能被损坏。在本发明的实施方式中使用的极性不敏感霍尔效应传感器通过调节输入信号和输出信号来解决这个问题。极性不敏感霍尔效应传感器,与传统电位计类似,具有到外界的两个输入电源引线和单个输出引线。
[0028] 图5是示出在本发明的实施方式中使用的极性不敏感霍尔效应传感器的示例实施方式的方框图500。极性不敏感霍尔效应传感器使用对应于图4的半导体整流器410、第一转换传感器412、第二转换传感器414和半导体多路复用器电路416的半导体整流器510、第一转换传感器512、第二转换传感器514和半导体多路复用器电路516。极性不敏感霍尔效应传感器从分别对应于图4的第一输入端口402和第二输入端口404的第一输入端口502(电源1)、第二输入端口504(电源2)接收输入。极性不敏感霍尔效应传感器在对应于图4的输出端口406的输出端口506处输出。
[0029] 参考图5,示出MOSFET晶体管元件Q1-Q12。每个MOSFET晶体管具有相应的源极、漏极和栅极,其在图5中分别通过源极“S”、漏极“D”和栅极“G”的符号表示进行标示。图5的配置示出与第一转换传感器512和第二转换传感器514耦合的半导体整流器510和半导体多路复用器电路516的示例实施方式,但可使用半导体元件例如MOSFET晶体管元件的其它布置。可被使用的示例MOSFET是国际整流器(International Rectifier)IRF7343 电源MOSFET,其细节可从在此通过引用全部并入的http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7343.pdf中得到。IRF7343安置一个p沟道MOSFET和一个n沟道MOSFET,然而可使用其它MOSFET。
[0030] MOSFET晶体管元件Q1、Q2、Q3和Q4整流电源1信号和电源2信号。在实施方式中,Q1和Q3是N沟道MOSFET,且Q2和Q4是P沟道MOSFET。半导体整流器510耦合成将正确的极性分别提供到第一转换传感器512和第二转换传感器514的Vdd1和Vss1及Vdd2和Vss2端口。电容器C1维持在半导体整流器510的两个输出端之间的电压差。电容器C2和C3还维持在半导体整流器的输出端之一与第一转换传感器512和第二转换传感器514之间的电压差。
[0031] 第一转换传感器512向半导体多路复用器电路516提供输出,且第二转换传感器514向半导体多路复用器电路516提供输出。半导体多路复用器电路516还接受电源1和电源2作为输入。基于电源1和电源2的关系,半导体多路复用器电路516在输出端口506处输出第一转换传感器512的输出或第二多路复用器电路516的输出。
[0032] 图6A是示出极性不敏感霍尔效应传感器中在第一极性上的电流路径的示例实施方式的方框图600。如果电源1的电压大于电源2的电压(电源1>电源2),则Q2和Q3接通并传导,以及Q1和Q4断开且不传导。电源1电流路径610a-b因此传导通过Q2到达第一转换传感器512的Vdd1。电源1电流路径610b在第一转换传感器512的Vss1处继续传导通过Q3到达第二输入端口604。电源1电流路径610a也传导到第二转换传感器514的Vdd2。电源1电流路径610b也在第二转换传感器514的Vss2处继续传导通过Q3到达第二输入端口604。
[0033] 图6B是示出极性不敏感霍尔效应传感器中在第二极性上的电流路径的示例实施方式的方框图620。如果电源2大于电源1(电源1<电源2),则Q1和Q4接通并传导,以及Q2和Q3断开且不传导。电源2电流路径630b因此从电源2传导通过Q4到达第二转换传感器514的Vdd2。电源2电流路径630b也在第二转换传感器514的Vss2处继续传导通过Q1到达第一输入端口602。电源2电流路径630b也传导到第一转换传感器512的Vdd1。电源2电流路径630b也在第一转换传感器512的Vss1处继续传导通过Q1到达第一输入端口602。
[0034] 选择Q1、Q2、Q3和Q4,使得N沟道MOSFET和P沟道MOSFET的栅极阈值电压的和小于所施加的电压。半导体整流器510的Q1、Q2、Q3和Q4MOSFET分别路由施加到第一转换传感器512和第二转换传感器514(例如霍尔效应传感器)的Vdd1引脚和Vdd2引脚的正电压。半导体整流器510的Q1、Q2、Q3和Q4MOSFET分别路由到第一转换传感器512和第二转换传感器514的Vss1引脚和Vss2引脚的负电压。
[0035] 第一转换传感器512依照电源1输出路径612输出在输出1(端口15)处的信号,且第二转换传感器514依照电源2输出路径632输出在输出2(端口7)处的信号。半导体多路复用器电路516(例如开关矩阵)分别将第一转换传感器512的输出1和第二转换传感器514的输出2这两个输出之一路由到输出端口606。半导体多路复用器电路516由MOSFET Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11和Q12组成。在实施方式中,MOSFET Q5-Q12是MOSFET对IRF7343设备,然而可使用其它MOSFET。当正电压施加到电源1且相对负的电力施加到电源2时,Q5、Q6、Q7和Q8(第一通道)被接通,而Q9、Q10、Q11和Q12(第二通道)处于截止。电流沿着电源1输出路径612流经通过Q5、Q6、Q7和Q8(第一通道)到达输出端口606。即使第一转换传感器512和第二转换传感器514都通过电源1电流路径610b供电,只有第一转换传感器512的输出1在输出端口606处被输出。
[0036] 当相对于电源1施加正电压到电源2时,MOSFET Q9、Q10、Q11和Q12(第二通道)被接通,且Q5、Q6、Q7和Q8(第一通道)被断开/处于截止。电流沿着电源2输出路径632流经通过Q9、Q10、Q11和Q12(第二通道)到达输出端口606。即使第一转换传感器512和第二转换传感器514都通过电源2电流路径630a供电,只有第二转换传感器514的输出2在输出端口606处被输出。
[0037] 本领域中的普通技术人员可认识到,不管电源1和电源2的极性如何,电源1电流路径610a-b和电源2电流路径630a-b分别同时流经Vdd1、Vss1和Vdd2、Vss2。然而,图6A-B示出给相应的转换传感器供电的电路路径,该转换传感器向输出端口606输出以清楚地示出半导体整流器和半导体多路复用器的作用,即使这两个转换传感器都同时被供电。
[0038] Q5、Q6、Q7和Q8(第一通道)和Q9、Q10、Q11和Q12(第二通道)对在每对的相应MOSFET源极端口处耦合,使得相对的通道的MOSFET的主体二极管不传导电流。此外,每个通道需要一组N沟道MOSFET和一组P沟道MOSFET,因为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET都不可在极性不敏感霍尔效应传感器的输出电压的整个范围上单独地传导。例如,当电源1相对于电源2是正的(例如5V)时,Q5和Q6的栅极为5V,Q5和Q6被接通,且得到从0到大约4V的输出电压。在4V之上,不再有足够的栅极-源极电压来保持MOSFET接通。同样,当输出电压在1V和5V之间时,P沟道MOSFET Q7和Q8被接通,但对于低于1V的电压,存在不足够的栅极-源极电压来保持它们接通。对于大部分的范围,N沟道和P沟道MOSFET对是工作的,但在该范围的极限值处,只有一个或另一个被接通。同样,在输出端口606处的组合输出是穿过MOSFET对Q5和Q6及Q7和Q8的电流的组合。虽然输出阻抗改变,但在大部分应用中一般电流汲取很小,所以在半导体多路复用器中的电压降具有电压降中的最小变化。
[0039] 在MOSFET的饱和状态处的电阻(Rd)确定穿过MOSFET的电压降。可被使用的一个示例MOSFET是IRF7343,其对于N沟道MOSFET和P沟道MOSFET分别具有50mΩ和105mΩRd。这些霍尔效应传感器消耗大约16毫安(mA)的电流,其引起穿过MOSFET的大约
2.48mV的电压降。所施加的电压给两个霍尔效应传感器例如MLX90316供电,MLX90316将两个单独的霍尔效应传感器芯片安置在一个封装中。
[0040] 图7是示出极性不敏感霍尔效应传感器的百分比输出作为以度数为单位的转子的旋转位置的函数的示例实施方式的曲线图700。极性不敏感霍尔效应传感器具有表示输入信号的相应极性的两个输出曲线输出1 702和输出2 704。当电压极性被切换时,霍尔效应传感器的输出极性被反转以模拟传统电位计的输出。当电位计的游标从中心偏移且输入电压的极性反转时,输出电压跟随输入变化。当输入切换极性时,半导体多路复用器电路或输出多路复用器从一个霍尔效应传感器的输出切换到另一个霍尔效应传感器的输出。
[0041] 电位计及其霍尔效应传感器等效物可根据它们检测的旋转位置的改变而线性地改变它们的输出。输出1 702示出极性不敏感霍尔效应传感器在第一极性上的输出。输出2 704(输出1 702的互补输出)因此应有在负供电中的电压的增加,其与输出1 702具有在正供电中的电压降低相同。例如,如果霍尔传感器的输入轴在90°处,则输出1 702产生表示正供电的25%的信号,且输出2 704产生表示负供电的75%的信号,或偏离负供电
25%。
[0042] 在实施方式中,本发明还解决了当使用两个霍尔效应传感器时产生的问题。每个霍尔效应传感器例如由Melexis PTC-04编程盒编程。对霍尔效应传感器编程通过连接到传感器的三条线而执行。然而,两个霍尔效应传感器共享三条线。本发明的电路解决了这个问题。为了对第一霍尔传感器编程,三条编程线连接到极性不敏感霍尔效应传感器。为了对第二传感器编程,反转电源线和接地线,且可接着编程第二传感器。编程盒一次只可以访问两个传感器中的一个,这是因为切换元件根据如何施加电力而不同地运转。极性不敏感霍尔效应传感器允许电力反转,且因此提供通过单线接口对两个霍尔效应传感器编程的方式。
[0043] 可通过各种电气设备和连接件设计其它结构的极性不敏感霍尔效应电路。
[0044] Jokinen的美国专利号7,126,801“Polarity protection implementedwith a MOSFET”(下文中的“Jokinen”)说明了与负引线串联的N沟道MOSFET在反向极性的情况下断开。Lin的美国专利号7,453,268“Input Power Protected Ratiometric Output Sensor Circuit”说明了使用高侧和低侧MOSFET开关的比率传感器的系统。Zhang的美国公布号2011/0195744“Reverse Voltage Protection Circuit”(下文中的“Zhang”)和Laraia的美国公布号2004/0052022“Integrated overvoltage and reverse voltage protection circuit”(下文中的“Laraia”)说明了类似的方法。然而,Jokinen、Lin、Zhang和Laraia并没有提出当反向电压被施加时的操作。
[0045] Terasaki的日本专利号JP02148955“Polarity Detection Circuit”(下文中的“Terasaki”)说明了用于检测反向极性的系统,但其使用二极管桥用于整流,导致在二极管桥两端上的不希望有的高电压降。本发明避免这样的电压降。
[0046] 上述专利和专利申请在此通过引用被全部并入。
[0047] 在不是使用两个单独的霍尔效应传感器的另一实施方式中,极性不敏感霍尔效应传感器可将放大器耦合到单个霍尔效应传感器以提供具有负变换的反转的输出曲线(例如,当极性被反转时V输出=V供电–V输入的关系)。使用仅仅一个霍尔效应传感器降低了成本且需要仅对一个霍尔效应传感器编程。然而,当极性被反转时的输出可能有较大的误差,这是因为放大器的误差被加到霍尔效应误差上。当使用两个霍尔效应传感器时,一次只有一个传感器是工作的,所以只有来自一个传感器的误差存在。
[0048] 其它元件可用作MOSFET晶体管的替代物(例如继电器或其它设备),只要它们具有高断开状态电阻和在接通状态中的低电压降。
[0049] 本文引用的所有专利、所公布的申请和参考资料的教导都通过引用被全部并入。
[0050] 虽然本发明已经参考其示例实施方式进行特别示出和描述,但本领域中的技术人员将理解,可在形式和细节上做出各种变化,而不偏离所附权利要求包括的本发明的范围。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈