相關(guān)申請
本申請要求2014年12月29日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/097,314的權(quán)益，藉此將其整體內(nèi)容通過引用結(jié)合進來。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及可編程傳感器。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
編碼器技術(shù)（例如，磁編碼器技術(shù)）為諸如電機控制、矢量控制、旋轉(zhuǎn)變壓器更換、電動助力轉(zhuǎn)向、風能、舞臺照明、機器人技術(shù)、web處理、打印等的運動控制應(yīng)用提供可靠的高分辨率性能。特別地，對經(jīng)歷高溫、沖擊和振動的環(huán)境而言，磁編碼器是理想的。編碼器可以包括例如移動構(gòu)件以及可以用于檢測該移動構(gòu)件的位置或速度的一個或多個傳感器的陣列。基于來自傳感器的輸出信號，可以確定用于編碼器的精確位置或速度信息。
然而，為一個移動構(gòu)件產(chǎn)生準確位置或速度數(shù)據(jù)的傳感器陣列可能不會為不同的移動構(gòu)件產(chǎn)生準確的位置或速度數(shù)據(jù)。傳感器可為一個移動構(gòu)件產(chǎn)生準確且可靠的數(shù)據(jù)而為另一個產(chǎn)生不可靠且不準確的數(shù)據(jù)存在多種原因。例如，每個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被編碼有周期模式（pattern），并且在該模式的長度上使用傳感器陣列中的一個或多個感測元件（例如，霍爾效應(yīng)感測元件）來生成與位置和/或速度相關(guān)的輸出信號。具體參考旋轉(zhuǎn)增量編碼器（例如，包括用于速度和位置檢測的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)編碼器），一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可大于另一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可具有與另一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件不同的分辨率或極寬度（例如，相同極性的極之間的距離）。
被設(shè)計成檢測旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的位置或速度的傳感器或傳感器芯片在配置期間使用例如外部測量裝備進行微調(diào)，以優(yōu)化用于檢測具體極寬度的傳感器芯片中的偏移值。與微調(diào)相關(guān)聯(lián)的偏移值或極寬度數(shù)據(jù)被一次性地保存在芯片中或保存在可重復編程的非易失性存儲器中。這樣的用來“歸零”偏移的動作需要對多個傳感器芯片信號的訪問，并且在傳感器投入服務(wù)之前完成。
本文中描述的發(fā)明涉及可編程傳感器或傳感器芯片（例如，用于線性或旋轉(zhuǎn)編碼器的磁位置傳感器）以及用于對傳感器或傳感器芯片進行編程或重新編程的過程。傳感器通常利用集成電路（例如，專用集成電路[“asic”]）中的未使用或不活動的可編程存儲器來存儲配置信息?？梢詸z索配置信息以允許快速地配置傳感器或?qū)ζ渲匦戮幊?，以與具有不同分辨率或極寬度的許多不同的磁目標一起工作?？梢栽诓皇褂脤ｉT的硬件或軟件的情況下實現(xiàn)對傳感器的配置或重新編程。
在一個實施例中，本發(fā)明提供用于編碼器的傳感器。傳感器包括感測電路、活動設(shè)置模塊、不活動設(shè)置模塊以及傳感器接口。感測電路模塊可操作以生成與感測到的特性相關(guān)的輸出信號。活動設(shè)置模塊包括存儲在第一物理存儲器位置中的第一極寬度設(shè)置。第一極寬度設(shè)置與用于編碼器的第一極寬度相關(guān)聯(lián)。第一極寬度設(shè)置可由感測電路模塊從第一物理存儲器位置進行訪問。不活動設(shè)置模塊包括存儲在第二物理存儲器位置中的第二極寬度設(shè)置。第二極寬度設(shè)置與用于編碼器的第二極寬度相關(guān)聯(lián)。第二極寬度設(shè)置可由感測電路模塊從第二物理存儲器位置進行訪問。傳感器接口可操作以從不活動設(shè)置模塊中的第二物理存儲器位置中檢索第二極寬度設(shè)置，并且將第二極寬度設(shè)置寫入到活動設(shè)置模塊中的第一物理存儲器位置。
在另一實施例中，本發(fā)明提供對用于編碼器的傳感器進行編程的方法。該方法包括將第一極寬度設(shè)置存儲在活動設(shè)置模塊的第一物理存儲器位置中。第一極寬度設(shè)置與用于編碼器的第一極寬度相關(guān)聯(lián)，并且第一極寬度設(shè)置可由感測電路模塊從第一物理存儲器位置進行訪問。該方法還包括將第二極寬度設(shè)置存儲在不活動設(shè)置模塊的第二物理存儲器位置中。第二極寬度設(shè)置與用于編碼器的第二極寬度相關(guān)聯(lián)，并且第二極寬度設(shè)置可由感測電路模塊從第二物理存儲器位置進行訪問。該方法還包括由感測電路模塊從活動設(shè)置模塊的第一物理存儲器位置中檢索第一極寬度設(shè)置、從不活動設(shè)置模塊的第二物理存儲器位置中檢索第二極寬度設(shè)置，將第二極寬度設(shè)置寫入到活動設(shè)置模塊中的第一物理存儲器位置以及由感測電路模塊從活動設(shè)置模塊的第一物理存儲器位置檢索第二極寬度設(shè)置。
在另一實施例中，本發(fā)明提供用于編碼器的傳感器。傳感器包括感測電路、活動數(shù)據(jù)模塊、不活動數(shù)據(jù)模塊以及傳感器接口。將感測電路模塊配置成生成與感測到的特性相關(guān)的輸出信號?；顒訑?shù)據(jù)模塊包括第一極寬度數(shù)據(jù)。第一極寬度數(shù)據(jù)與用于編碼器的第一極寬度相關(guān)聯(lián)。第一極寬度數(shù)據(jù)可由感測電路模塊進行訪問。不活動數(shù)據(jù)模塊包括第二極寬度數(shù)據(jù)。第二極寬度數(shù)據(jù)與用于編碼器的第二極寬度相關(guān)聯(lián)。第二極寬度數(shù)據(jù)不可由感測電路模塊進行訪問。將由最終用戶使用的傳感器接口配置用于從不活動數(shù)據(jù)模塊檢索第二極寬度數(shù)據(jù)，并且將第二極寬度數(shù)據(jù)寫入到活動數(shù)據(jù)模塊。
通過考慮詳細描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得顯而易見。
附圖說明
圖1圖示出傳感器系統(tǒng)的一部分。
圖2a圖示出包括傳感器陣列的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器陣列位于鄰近于包括交變磁極的可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
圖2b圖示出包括交變磁極并且可以用在圖2a的傳感器系統(tǒng)中的可線性地移動的構(gòu)件。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器系統(tǒng)的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的可編程傳感器的框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于操作和配置傳感器或?qū)ζ渲匦戮幊痰倪^程。
在詳細地解釋本發(fā)明的任何實施例之前，將理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用上并不限于以下描述中闡述的或以下附圖中示出的構(gòu)造的細節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠具有其它實施例并且能夠以各種方式被實踐或?qū)崿F(xiàn)。此外，將理解的是，本文中使用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，并且不應(yīng)被視為限制?！鞍ā?、“包含”或“具有”以及其變體在本文中的使用意指包括其后列出的項目及其等同物以及附加項目。術(shù)語“安裝”、“連接”和“耦合”被廣泛地使用并且包括直接和間接安裝、連接和耦合二者。此外，“連接”和“耦合”不限于物理或機械連接或耦合，并且可以包括電氣連接或耦合，無論是直接還是間接的。此外，電子通信和通知可以使用任何已知手段來執(zhí)行，包括直接連接、無線連接等。
應(yīng)當注意的是，可以利用多個基于硬件和軟件的設(shè)備以及多個不同的結(jié)構(gòu)組件來實現(xiàn)本發(fā)明。此外，并且如后續(xù)段落中所描述的，附圖中所圖示的具體配置旨在例示本發(fā)明的實施例，而且其它替換配置是可能的。術(shù)語“處理器”、“中央處理單元”和“cpu”是可互換的，除非另有說明。在使用術(shù)語“處理器”或“中央處理單元”或“cpu”作為識別執(zhí)行具體功能的單元的情況下，應(yīng)當理解的是，除非另有說明，否則那些功能可以由數(shù)字邏輯、狀態(tài)機、單個處理器或以任何形式布置的多個處理器（包括并行處理器、串行處理器、串聯(lián)處理器或云處理/云計算配置）來實現(xiàn)。
具體實施方式
本文中描述的本發(fā)明涉及可以被編程或重新編程以便準確地檢測各種編碼器或編碼構(gòu)件（例如，旋轉(zhuǎn)編碼構(gòu)件）的位置和速度的傳感器。例如，旋轉(zhuǎn)增量編碼器包括旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和用于確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的位置和速度的傳感器陣列（例如，包括一個或多個傳感器）。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括具有模式長度的模式，包括例如交變南北磁極。磁極具有極寬度，其對應(yīng)于單個極的寬度或具有相同極性的極之間的寬度（例如，1-5mm極寬度），并且對于傳感器來說，只有一個極寬度設(shè)置或微調(diào)設(shè)置能夠是活動的。然而，傳感器在制造過程中也會針對許多不同的配置或極寬度進行微調(diào)。將針對這些附加的配置或極寬度優(yōu)化傳感器所需的數(shù)據(jù)或設(shè)置保存在傳感器的不活動存儲器位置中。在正常操作期間，傳感器不會和/或不能訪問不活動存儲器。然后，用戶可以再調(diào)用所存儲的設(shè)置并使用它們來重新配置或重新編程傳感器，而無需專門的測量或編程設(shè)備。從不活動存儲器位置檢索所存儲的設(shè)置并將其寫入到傳感器內(nèi)的活動存儲器位置，使得然后將傳感器配置為新的或不同的極寬度設(shè)置（即，所述活動和不活動存儲器位置對應(yīng)于傳感器內(nèi)的物理存儲器位置）。
盡管主要關(guān)于使用磁極和霍爾效應(yīng)傳感器的旋轉(zhuǎn)增量編碼器描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于各種類型的傳感器、絕對編碼器、線性編碼器以及使用除霍爾效應(yīng)傳感器之外的傳感器的編碼器。具體地，圖1圖示出包括傳感器陣列105的傳感器系統(tǒng)100的一部分。在一些構(gòu)造中，在單個集成電路115上包含傳感器系統(tǒng)100的傳感器元件。傳感器陣列中的傳感器生成模擬或數(shù)字輸出信號。
圖1的傳感器系統(tǒng)100的該部分可以與諸如可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件130（例如，旋轉(zhuǎn)編碼器的輪或軸）的可移動構(gòu)件一起使用，如圖2a中所示。圖1的傳感器系統(tǒng)100的該部分在圖2a中被示出為安裝在電路板125上的集成電路115。將高分辨率傳感器陣列105部署鄰近于在具有嵌入在其中的多個交替磁極145的外邊緣處具有磁區(qū)140的圓形板135。圓形板135可以被附連到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件130或者可以是可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件130的組成部分。傳感器系統(tǒng)100也可以與諸如圖2b中所圖示的線性編碼器150的線性編碼器一起實現(xiàn)或使用。
圖3圖示出包括控制器205的傳感器系統(tǒng)200。將控制器205電氣地和/或通信地連接到系統(tǒng)200的各種模塊或組件。例如，將圖示的控制器205連接到一個或多個致動設(shè)備（例如，電機）和驅(qū)動210、電源模塊215、輸出設(shè)備220以及（通過對應(yīng)的前端電路230a-230n）連接到多個傳感器225a-225n，其中n指示包括在系統(tǒng)200中的傳感器的某有限數(shù)目?？刂破?05包括可操作以監(jiān)測和/或控制系統(tǒng)200的操作、控制致動設(shè)備210的移動、監(jiān)測霍爾效應(yīng)傳感器225的輸出以及其它等的硬件和軟件的組合。
在一些實施例中，控制器205包括向系統(tǒng)200提供電力、監(jiān)測和控制的多個電氣和電子組件。例如，除其它之外，控制器205還包括處理單元235（例如，微處理器、微控制器或另一合適的可編程設(shè)備）、物理存儲器240、輸入單元245和輸出單元250。除其它之外，處理單元235還包括控制單元255、算術(shù)邏輯單元（“alu”）260以及多個寄存器265（在圖3中示出為一組寄存器），并且使用諸如修改的哈佛架構(gòu)、馮諾依曼架構(gòu)等的已知計算機架構(gòu)來實現(xiàn)。處理單元235、存儲器240、輸入單元245和輸出單元250，以及連接到控制器205的各種模塊通過一個或多個控制和/或數(shù)據(jù)總線（例如，公共總線270）來連接。出于例證的目的，在圖3中一般性地示出了控制和/或數(shù)據(jù)總線。鑒于本文中所描述的發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道使用一個或多個控制和/或數(shù)據(jù)總線用于各種模塊和組件之間的互連和通信。在一些實施例中，系統(tǒng)200被部分地或整體地實現(xiàn)在半導體芯片（例如，專用集成電路[“asic”]、現(xiàn)場可編程門陣列[“fpga”]半導體等）上。
物理存儲器240包括例如程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存儲區(qū)域可以包括不同類型的存儲器的組合，諸如只讀存儲器（“rom”）、隨機存取存儲器（“ram”）（例如，動態(tài)ram[“dram”]、同步dram[“sdram”]等）、電可擦可編程只讀存儲器（“eeprom”）、閃速存儲器、硬盤、sd卡或其它適合的磁、光、物理或電子存儲器設(shè)備。處理單元235被連接到存儲器240并且執(zhí)行能夠存儲在存儲器240的ram（例如，在執(zhí)行期間）、存儲器240的rom（例如，在一般永久的基礎(chǔ)上）或另一非暫時性計算機可讀介質(zhì)（諸如另一存儲器或光盤）中的軟件指令。可以將在系統(tǒng)200的實現(xiàn)方式中所包括的軟件存儲在控制器205的存儲器240中。軟件包括例如固件、一個或多個應(yīng)用、程序數(shù)據(jù)、過濾器、規(guī)則、一個或多個程序模塊以及其它可執(zhí)行指令。將控制器205配置成從存儲器檢索并且除其它之外執(zhí)行與本文中描述的控制過程和方法相關(guān)的指令。在其它構(gòu)造中，控制器205包括附加的、較少的或不同的組件。
電源模塊215向控制器205或系統(tǒng)200的其它組件或模塊提供標稱ac或dc電壓。電源模塊215由例如具有在100v與240vac之間的標稱線電壓和大約50-60hz的頻率的電源供電。還將電源模塊215配置成提供較低的電壓以操作控制器205內(nèi)的電路和組件。在其它構(gòu)造中，控制器205或系統(tǒng)200內(nèi)的其它組件和模塊由一個或多個電池或電池組、或另一獨立于電網(wǎng)的電源（例如，發(fā)電機、太陽能面板等）供電。
圖4圖示出包括感測電路模塊305的傳感器或傳感器集成電路（“ic”）300的簡化框圖。感測電路模塊305可以包括處理器或處理單元。在一些實施例中，傳感器300包括類似于上面關(guān)于圖3描述的系統(tǒng)200的電路和功能性（例如，處理單元、物理存儲器、多個傳感器等）。感測電路模塊305使用微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置（例如，極寬度偏移設(shè)置）來“歸零”感測電路的分辨率或極寬度偏移。傳感器300還包括活動微調(diào)設(shè)置模塊310、不活動/存儲的微調(diào)設(shè)置模塊315、第一接口320和第二接口325?；顒游⒄{(diào)設(shè)置模塊310和不活動/存儲的微調(diào)設(shè)置模塊315中的每一個包括諸如上面所描述的存儲器240的存儲器。在一些實施例中，第一接口320允許外部連接到被配置成接收測量結(jié)果和感測數(shù)據(jù)的設(shè)備。第一接口320可以包括例如用于與設(shè)備通信的四根導線。第二接口325提供外部接口以用于編程或重新編程處在活動微調(diào)設(shè)置模塊310中的微調(diào)設(shè)置。在一些實施例中，第二接口325包括兩根導線以提供雙線接口（“twi”）。在其它實施例中，第二接口325可以包括三根導線。
用于活動微調(diào)設(shè)置模塊310中的微調(diào)設(shè)置的值是由感測電路模塊305使用的微調(diào)設(shè)置，并且應(yīng)該對應(yīng)于正在使用的編碼構(gòu)件的分辨率或極寬度?？梢詫鞲衅?00編程或重新編程以使用不同的活動值用于活動微調(diào)設(shè)置模塊310中的微調(diào)設(shè)置。例如，可以從不活動/存儲的微調(diào)設(shè)置模塊315中的第二物理存儲器位置檢索微調(diào)設(shè)置，并且使用接口325將其寫入到活動微調(diào)設(shè)置模塊310中的第一物理存儲器位置中。在一些實施例中，控制或限制該重新編程功能的觸發(fā)，以避免無意地改變活動微調(diào)設(shè)置模塊310中的微調(diào)設(shè)置的值。為了防止活動微調(diào)設(shè)置的不想要的重新編程，可以除了外部啟用引腳還使用twi來實現(xiàn)活動微調(diào)設(shè)置的編程或重新編程。在一些實施例中，twi被包括有用于傳感器300的傳感器電纜。啟用功能可以例如通過傳感器pcb上的簧片開關(guān)或霍爾效應(yīng)開關(guān)或者通過將傳感器輸出引腳反向驅(qū)動到具體的可檢測閾值電壓來觸發(fā)。在已啟用對傳感器300的重新編程之后，可以使用諸如i2c（“i方c”）之類的twi協(xié)議來對傳感器300進行重新編程。
在圖5中示出了用于使用和編程或重新編程傳感器300的過程400。過程400以確定與一個或多個編碼器相關(guān)的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置值開始（步驟405）。微調(diào)設(shè)置可以可選地存儲在傳感器300的活動存儲器位置（例如，活動微調(diào)設(shè)置模塊310）中（步驟410）。此外，也將微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置存儲在傳感器300的不活動存儲器位置（例如，不活動/存儲的微調(diào)設(shè)置模塊315）中（步驟415）。當（例如，在速度和/或位置檢測期間）感測或檢測特性時，存儲在傳感器300的活動存儲器位置中的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置由例如感測電路模塊305來檢索并使用。存儲在傳感器300的不活動存儲器位置中的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置不可由感測電路模塊305訪問和/或使用。當發(fā)起了編程或重新編程操作時，將接口連接到傳感器300（步驟420）。然后，從傳感器300的不活動存儲器位置檢索微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置（步驟425）。將從不活動存儲器位置檢索的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置寫入到傳感器的活動存儲器位置（步驟430）。通過將檢索到的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置寫入到活動存儲器位置，存儲在活動存儲器位置的先前的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置被重寫或替換。然后，當（例如，在速度和/或位置檢測期間）感測或檢測特性時，存儲在傳感器300的活動存儲器位置中的該新的微調(diào)設(shè)置或極寬度設(shè)置由感測電路模塊305來檢索并使用（步驟435）。
因此，除其它之外，本發(fā)明還提供可以針對具有不同分辨率或極寬度的各種磁目標進行編程和重新編程的傳感器。在以下權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點。