用于高電壓橋偏置生成和低電壓讀出電路的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及傳感器領(lǐng)域，更具體地涉及用于高電壓橋偏置生成和低電壓讀出電路的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)常使用在汽車系統(tǒng)中的一類傳感器是壓力傳感器。這種傳感器包括可偏轉(zhuǎn)組件并且基于偏轉(zhuǎn)生成輸出。輸出的信號(hào)指示偏轉(zhuǎn)的量并且通過測(cè)量組件對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
[0003]典型地，傳感器在汽車板網(wǎng)電壓(Tl...18V)進(jìn)行操作或通過調(diào)節(jié)器由E⑶提供穩(wěn)定的電源(例如，4.5V-5.5V)。為了允許膜片由于靜電力而相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)，經(jīng)常需要在高于電源或其最低值的較高電壓(例如10V-16V)上操作傳感器。然而，在高電壓上進(jìn)行操作對(duì)于測(cè)量組件的電路來說消耗大量的功率、增加組件的成本并且降低操作速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0005]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種多電壓傳感器系統(tǒng)，包括:一個(gè)或多個(gè)充電栗，被配置為提供高電壓；傳感器橋，由所述高電壓進(jìn)行偏置并且被配置為提供傳感器值；以及低電壓讀出電路，僅具有低電壓組件并且被配置為接收所述傳感器值。
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括:低電壓調(diào)節(jié)器，被配置為生成低電壓并且將所述低電壓提供給所述讀出電路。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括:中間電壓調(diào)節(jié)器，被配置為生成中間電壓并且將所述中間電壓提供給所述一個(gè)或多個(gè)充電栗。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述一個(gè)或多個(gè)充電栗包括正充電栗和負(fù)充電栗。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述傳感器橋包括極性反轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所述正充電栗將正的高電壓供給到所述傳感器橋，并且所述負(fù)充電栗將負(fù)的高電壓供給到所述傳感器橋，并且其中所述極性反轉(zhuǎn)開關(guān)在所述正的高電壓和所述負(fù)的高電壓之間交替。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述傳感器橋在力反饋回路中進(jìn)行操作。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述傳感器橋包括被配置為根據(jù)偏轉(zhuǎn)量提供電容的可偏轉(zhuǎn)膜片。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述傳感器橋包括被配置為橋的一對(duì)可偏轉(zhuǎn)膜片和一對(duì)參考電容器。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述高電壓被調(diào)整一定量從而改進(jìn)所述傳感器橋的操作。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括被配置為降低所述傳感器值的電壓電平的電平移位器。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括:栗控制電路，被配置為根據(jù)每一時(shí)鐘周期的充電相位、受控制的放電相位以及測(cè)量相位來激活和去激活所述一個(gè)或多個(gè)充電栗。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述低電壓讀出電路包括具有交叉耦接開關(guān)的開關(guān)式電容器電平移位器。
[0017]根據(jù)本公開的另一方面，提供一種用于控制充電栗的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:充電比較器，被配置為在測(cè)量傳感器具有超過充電閾值的電壓時(shí)去激活充電栗；放電比較器，被配置為在所述測(cè)量傳感器具有位于放電閾值的電壓時(shí)停止對(duì)所述測(cè)量傳感器的放電；以及電流控制器件，被配置為控制針對(duì)所述測(cè)量傳感器的放電電流。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括:開關(guān)，被配置為根據(jù)所述放電比較器產(chǎn)生的信號(hào)來斷開所述電流控制器件和所述測(cè)量傳感器的連接。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述放電閾值被設(shè)置為中值點(diǎn)電壓。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述充電閾值被設(shè)置為所述中值點(diǎn)電壓加增量。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中利用參考電流和電阻器來分配所述中值點(diǎn)電壓。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述放電電流通過電阻器而引導(dǎo)并且對(duì)所述充電栗的電壓進(jìn)行移位。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述系統(tǒng)包括充電相位、放電相位以及測(cè)量相位，其中所述充電相位在所述測(cè)量傳感器具有超過所述充電閾值的電壓時(shí)結(jié)束，并且所述放電相位在所述測(cè)量傳感器具有位于所述放電閾值的電壓時(shí)結(jié)束。
[0024]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種用于利用低電壓電路讀取高電壓傳感器的方法，所述方法包括:提供傳感器橋；利用一個(gè)或多個(gè)充電栗電壓對(duì)所述傳感器橋進(jìn)行偏置；提供處于低電壓電平的來自橋的傳感器值；以及僅利用低電壓讀出電路對(duì)所述傳感器值進(jìn)行測(cè)量。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括:生成約為中值點(diǎn)電壓的所述一個(gè)或多個(gè)充電栗電壓。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，其中所述低電壓讀出電路以低于2v進(jìn)行操作。
【附圖說明】
[0027]圖1為圖示多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)的框圖；
[0028]圖2為圖示利用正充電栗和負(fù)充電栗的多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)的框圖；
[0029]圖3A為圖示具有可偏轉(zhuǎn)膜片的傳感器橋的圖；
[0030]圖3B為圖示處于左半橋配置中的具有可偏轉(zhuǎn)膜片的傳感器橋的圖；
[0031]圖3C為圖示處于右半橋配置中的具有可偏轉(zhuǎn)膜片的傳感器橋的圖；
[0032]圖3D為圖示處于半橋配置中的具有可偏轉(zhuǎn)膜片的傳感器橋的圖；
[0033]圖4為圖示僅使用正充電栗的多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)的框圖；
[0034]圖5為圖示充電栗控制系統(tǒng)的圖；
[0035]圖6為圖示系統(tǒng)的一個(gè)示例性操作的曲線圖；
[0036]圖7為圖示用于負(fù)充電栗的充電栗控制系統(tǒng)的圖；
[0037]圖8A為圖示可以與多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)共同使用的讀出電路的圖；
[0038]圖SB為圖示可以與多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)共同使用的讀出電路的圖；
[0039]圖9為圖示操作多電壓傳感器系統(tǒng)的方法的流程圖；
[0040]圖10為圖示操作充電栗的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中通篇用相同的參考標(biāo)號(hào)來指代相同的元件，并且其中所描述的結(jié)構(gòu)和設(shè)備并非按照比例繪制。
[0042]這里所公開的系統(tǒng)和方法改進(jìn)了基于傳感器的系統(tǒng)，例如包括壓力傳感器的汽車傳感器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括高電壓傳感器，其為需要比調(diào)節(jié)后的電壓或電源電壓更高的電壓以便正常工作的傳感器。該系統(tǒng)和方法在緩解了功率消耗和高電壓電路組件的同時(shí)有助于高電壓傳感器的正確/可靠操作。
[0043]圖1為圖示了多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)100的框圖。該系統(tǒng)100將高電壓用于高電壓傳感器，但是允許低電壓用于讀取傳感器的輸出。為了有助于理解，以簡(jiǎn)單的形式示出并描述系統(tǒng)100。
[0044]系統(tǒng)100包括中值或中間電壓(MV)調(diào)節(jié)器102、低電壓(LV)調(diào)節(jié)器104、一個(gè)或多個(gè)充電栗106、傳感器108以及讀出電路110。MV調(diào)節(jié)器102接收電源電壓并且也連接到地，所述電源電壓處于合適的電平，例如6v-18v。MV調(diào)節(jié)器102生成中間電壓114，該中間電壓114被調(diào)結(jié)到合適的電平，例如3v或5v。中間電壓114低于電源電壓。
[0045]LV調(diào)節(jié)器104從MV調(diào)節(jié)器102接收功率112并且也連接到地。功率112提供在合適的電平。在一個(gè)例子中，功率112為中間電壓114。LV調(diào)節(jié)器104生成低電壓120，該低電壓120經(jīng)過調(diào)節(jié)并且處于合適的電平，例如1.5v。
[0046]充電栗106接收中間電壓114并且生成栗電壓116，栗電壓116與中間電壓114相比處于更大的幅度，并且在一些例子中，大于電源電壓。合適的栗電壓116的一些例子包括12ν、-12ν、0.75+12ν、0.75_12ν、1/2* 低電壓 +12ν、1/2* (低電壓-12v)等。充電栗 106 提供高于電源電壓的電壓，并且是可控的以便有選擇地偏置傳感器橋108。
[0047]傳感器橋108為高電壓傳感器。傳感器橋108接收栗電壓116并且提供一個(gè)或多個(gè)傳感器值118，適于較低電壓，例如低于約3V的電壓。栗電壓116利用高電壓而偏置傳感器橋。在一個(gè)例子中，傳感器橋108包括切換機(jī)制，該切換機(jī)制被配置用于在栗電壓116和/或地之間交替。以下提供切換機(jī)制的一些示例。
[0048]如下所述，傳感器值118指示屬性。傳感器值118的形式為對(duì)應(yīng)于將被指示的屬性的電容、差分電容、電壓、電流等。
[0049]大體上，傳感器橋108基于機(jī)械結(jié)構(gòu)的改變而測(cè)量物理屬性，例如壓力，并且基于機(jī)械改變生成信號(hào)118。在一個(gè)例子中，傳感器108基于隔膜的偏轉(zhuǎn)而生成信號(hào)。
[0050]在一個(gè)例子中，傳感器108為力反饋傳感器并且包括可偏轉(zhuǎn)膜片。力反饋傳感器是如下這樣一種類型的傳感器，其包括膜片，測(cè)量膜片的偏轉(zhuǎn)并且使膜片穩(wěn)定到希望的操作位置。使膜片偏轉(zhuǎn)的力生成信號(hào)，例如取決于偏轉(zhuǎn)量的電壓。傳感器的電極被偏置從而對(duì)使膜片偏轉(zhuǎn)的力進(jìn)行正向或負(fù)向地補(bǔ)償?？梢赃x擇該偏置從而增加傳感器的敏感度、改善可靠性等。此外，可以選擇該偏置從而補(bǔ)償環(huán)境的效應(yīng)，例如溫度、壓力等。針對(duì)基于加速度計(jì)的傳感器可以使用相似的偏置。
[0051]讀出電路110由低電壓120進(jìn)行供能并且被配置為基于傳感器值118提供測(cè)量輸出。在一個(gè)例子中，讀出電路110利用從低電壓獲得的修改后的電壓或中值電壓。中值電壓是小于低電壓的合適電壓。典型地，中值電壓大約是低電壓的一半。這樣，如果低電壓120約為1.5v，則中值電壓則約為0.75vo
[0052]讀出電路110利用低電壓電路測(cè)量值118，低電壓電路例如為可操作在小于3v的電壓、低電壓120、中值電壓等的電路。通過使用低電壓120并且不需要更高的電壓，功耗得以緩解，電路組件成本得以降低，并且低電壓電路以更快的速度運(yùn)行。
[0053]其他基于高電壓的傳感器系統(tǒng)要求讀出電路包括高電壓電路。結(jié)果是，這種系統(tǒng)消耗更多的功率，增加了組件成本并且其運(yùn)行速度低于系統(tǒng)100。
[0054]圖2為圖示利用正充電栗和負(fù)充電栗的多電壓傳感器和讀出系統(tǒng)200的框圖。系統(tǒng)200可以與上述的系統(tǒng)100 —起使用或附加于上述的