CN105319599B

CN105319599B - 对接lc传感器的方法及其系统

Info

Publication number: CN105319599B
Application number: CN201510398383.7A
Authority: CN
Inventors: R·孔多雷利; D·曼加诺
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2018-03-09
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: US20160011235A1; EP2966411B1; CN105319599A; EP2966411A1; US9897630B2; CN205103413U

Abstract

描述了一种用于对接LC传感器与控制单元的方法。控制单元可以包括第一和第二接触，LC传感器可以连接在第一和第二接触之间。方法可以包括开始LC传感器的振荡，以及监视第二接触处电压，其中第二接触处电压对应于第一接触处电压与LC传感器处电压之和。第一接触处电压可以改变以使得第二接触处电压并未超过上电压阈值并且并未跌落低于下电压阈值。

Description

对接LC传感器的方法及其系统

技术领域

本公开的实施例涉及用于对接LC传感器的技术。

背景技术

LC传感器在本领域是广泛已知的。例如，LC传感器可以用作能够检测导电目标的存在的电子邻近传感器。电感性传感器的一些通常应用包括例如金属检测器以及派生出的应用，诸如旋转传感器。

图1示出了根据现有技术的LC传感器10的基本结构。在所考虑的示例中，LC传感器10包括电感器L和电容器C，其形成了也称作储能电路(tank circuit)的谐振电路。该布置进一步包括诸如电压源之类的电源102以及开关104。当开关102处于第一位置(如图1中所示)时，电容器C充电至电源电压。当电容器C完全充满时，开关102改变位置，将电容器102与电感器L并联放置以使其开始通过电感器L放电。这开始了在LC谐振电路10之间的振荡。

从实际角度而言，LC传感器10也包括电阻性部件R，其将随时间变化而消耗能量。因此，发生了将衰减振荡的损耗，也即振荡阻尼减小。基本上，可以使用这种LC传感器10例如以检测金属物体，因为与不存在金属物体(例如参见图2a)的振荡相比，在存在金属物体(例如参见图2b)时，振荡将更快阻尼减小。

通常而言，LC传感器10的感测部件可以是电感器L、电容器C和/或电阻器R。例如，电阻值R主要影响阻尼因子，而L和C部件主要影响振荡频率。此外，也可以通过将电容器C简单地连接至电感性传感器L、或者将电感器L简单地连接至电容性传感器C来形成该LC传感器10。然而，(具有其消耗的损耗的)电感器L通常提供了感测元件。

图3a示出了用于执行传感器10的LC感测的可能实施例，其具有例如文档申请号AN0029“Low Energy Sensor Interface–Inductive Sensing”Rev.1.05,2013-05-09,Energy micro或者德州仪器于2011年4月的申请报告SLAA222A“Rotation Detection withthe MSP430Scan Interface”中所述的控制器或控制单元20，诸如微控制器。在示例性实施例中，控制单元20包括两个管脚或焊盘202和204，并且LC传感器10连接在这些管脚202和204之间。

控制单元20包括连接至管脚202的可控电压源206以在该管脚202处施加固定电压V_MID。例如，数模转换器(DAC)通常用于该目的。

在充电阶段期间，管脚204连接至接地GND。因此，在该阶段期间，传感器10连接在电压V_MID与接地GND之间，并且传感器10的电容器C充电至电压V_MID。接着，控制单元20开放第二管脚204，也即管脚204浮置。相应地，由于在之前阶段期间传感器10的电容器C已经充电的事实，LC谐振电路10开始如上所述振荡。

因此，通过分析管脚204处电压(例如电压V₂₀₄)，可以特征化振荡。实际上，如图3b中所示，管脚204处电压对应于阻尼振荡，该阻尼振荡具有对应于由电压源206施加的电压V_MID的DC偏置，也即电压V_MID限定了振荡的中点。因此，电压V_MID通常设置为控制单元20的电源电压的一半，例如VDD/2，以具有最大范围。

通常，电路也包括连接在管脚202与接地GND之间的额外电容器C1以稳定化电压信号VMID，以及用于提供用于对传感器充电所需的电流提升。为了分析管脚204处信号(例如参见图3a)，控制单元20可以包括连接至管脚204的模数转换器(ADC)208以对振荡的电压取样。因此，基于ADC 206的分辨率和取样频率，可以表征整个振荡。

图4示出了根据现有技术的备选解决方案。具体的，在所考虑的示例中，控制单元20包括比较器210，其将管脚204处电压与诸如参考电压V_Ref之类的参考信号作比较。例如，该参考电压V_Ref可以固定例如为VDD/2，或者经由数模转换器212而设置。例如，图5a和图5b分别示出了在传感器10附近存在或者不存在金属物体的振荡，以及参考电压V_Ref和比较器210的输出CMP。通常而言，图3a和图4中所示的两种方案(也即ADC 208和比较器210)也可以组合在相同控制单元20中。

因此，基于前述，可以通过将LC传感器与微控制器集成电路(IC)直接对接来实现无接触移动测量。该感测可以对例如计量系统(气体、水、距离等)有用。然而，当处理并取样传感器时，微控制器(或MCU)应该减小能耗以允许电池供电系统的研发。此外，因为MCU单元通常是通用的，所以也需要减小由于用于实施以上功能的专用电路所耗费的硅片面积。因此，在LC传感器激励和测量技术中，可以需要减少能耗和成本，特别是对于已经描述的电池供电应用而言。

因此，第一问题涉及使用专用的低能耗模拟部件，例如用于产生电压V_MID和内部参考电压V_Ref，这导致较大成本。第二问题涉及数模转换器210，其将要足够低功耗和快速以跟随阻尼振荡。这导致每次测量的极大能耗并且挑战电池供电系统中的应用限制。

此外，工艺-电压-温度(PVT)变化是电池供电系统中另一重要问题，其中存在极大电压改变。的确，以上所述的部件可以受到PVT变化的影响：传感器(阻尼因子，频率等)；I/O焊盘电流和电阻值(激励)；以及比较器开关点等。

发明内容

基于以上描述，提供了可以克服一个或多个前述缺点的方案。这可以通过具有如下所列特征的方法来实现。也提供了一种相关系统以及对应的相关计算机程序产品，计算机程序产品可载入至少一个计算机的存储器中并且包括当产品运行在计算机上时用于执行方法步骤的软件代码部分。如在此所使用的那样，对于该计算机程序产品的参考旨在等同于引用对于包含了用于控制计算机系统以协调方法性能的指令的计算机可读媒介。对于“至少一个计算机”的参考旨在突出本发明实施例以分布式/模块化方式实施的可能性。

如上所述，本说明书提供了用于将LC传感器与诸如微控制器之类的控制单元对接的方案，其中控制单元包括第一和第二接触(例如微控制器的管脚或焊盘)，并且LC传感器可以连接在第一和第二接触之间。在一些实施例中，通过驱动两个接触而开始LC传感器的振荡，并且监视在第二接触处的电压。在该情形中，第二接触处的电压对应于在第一接触处电压与LC传感器处电压的总和。

在一些实施例中，第一接触处的电压改变，以使得第二接触处电压(也即第一接触处电压与LC传感器电压之和)并未超过上电压阈值，并且并未跌落低于下电压阈值。例如，可以通过在第一接触处产生反向振荡而改变第一接触处电压，其中反向振荡相对于LC传感器的振荡相位偏移。借由示例的方式，在一些实施例中，可以通过当第二接触处电压到达上电压阈值时减小第一接触处电压、和/或当第二接触处电压到达下电压阈值时增大第一接触处电压而改变第一接触处电压。

在一些实施例中，控制单元可以包括限定了上电压阈值和下电压阈值的钳位电路。例如，钳位电路可以包括连接在第二接触与电源电压之间的第一二极管，以及连接在接地与第二接触之间的第二二极管。

此外，电容器可以连接在第一接触与接地之间。在该情形中，振荡可以开始并且在第二接触处电压可以通过三个阶段自动的限制。例如，在第一阶段期间，电容器可以例如通过连接第一接触至接地放电。在第二阶段期间，第一接触可以连接至接地并且第二接触可以连接至电源电压，其中LC传感器通过在第二接触处提供的电源电压而充电。在第三阶段期间，第一接触和第二接触处于高阻抗状态(例如断开连接)下，使得LC传感器能够振荡。在该实施例中，通过由钳位电路对电容器充电和放电来限制第二接触处的电压。

在一些实施例中，在第一阶段期间，第一接触可以连接至电源电压，使得电容器充电。在第二阶段期间，第一接触连接至电源电压并且第二接触连接至接地，因此LC传感器通过在第一接触处提供的电源电压而充电。在第三阶段期间，第一接触和第二接触处于高阻抗状态，使得LC传感器能够振荡。因此，在该实施例中，振荡在相反方向发生，但是通过由钳位电路对电容器充电或放电来限制在第二接触处的电压。

在一些实施例中，可以控制第二阶段(也即LC传感器的充电阶段)的持续时间以调节在第三阶段开始处的LC传感器振荡的幅度。

附图说明

现在将参考借由非限定性示例提供的附图而描述本公开的实施例，并且其中：

图1是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；

图2a和图2b分别是对于在传感器附近具有和不具有金属物体的图1的LC传感器的电压比对时间的图；

图3a是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；

图3b是对于图3a的LC传感器的电压比对时间的图；

图4是根据现有技术配置的LC传感器的示意图；

图5a和图5b分别是对于在传感器附近具有和不具有金属物体的图4的LC传感器的电压比对时间的图；

图7是对接了LC传感器的钳位电路的示意图，以及图6和图8是对于图7配置的电压比对时间的图；

图9是根据示例性实施例的用于对接LC传感器的系统的第一实施例的示意图；

图10－图12示出了可以出现在图9系统中的示例性波形；

图13、图16a以及图16b是用于对接LC传感器的系统的第二实施例的示意图；

图15是可以用于驱动图13、图16a和图16b系统的方法的流程图；

图14和图17－图19是用于对接LC传感器的系统的额外示例性实施例的示意图。

具体实施方式

在以下说明书中，给出大量具体细节以提供对实施例的全面理解。实施例可以不采用一个或数个具体细节、或者采用其他方法、部件、材料等而实施。在其他情形中，并未详细示出或描述广泛已知的结构、材料或操作以避免模糊实施例的特征方面。

该说明书全文中对于“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例所述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在该说明书全文中各个地方出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并非必须均涉及相同实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适方式组合在一个或多个实施例中。

在此提供的标题仅用于方便并且并未解释实施例的范围或含义。在以下图6至图19中，已经参照图1至图5描述的部分、元件或部件由这些附图中之前使用的相同标记而标识。以下并未重复对这些之前描述元件的描述，以避免增加本发明详细说明的负担。

发明人已经观察到，参照图3a和图4所述的方案、也即使用固定电压源以产生振荡的中点电压V_MID，展现了巨大的缺点。更具体地，如上所述，在这些方案中，管脚202总是连接至在管脚202处施加电压V_MID的电压源206，并且管脚204短时间连接至接地以开始振荡。

因此，在该充电阶段期间，传感器10连接在电压V_MID与接地GND之间。基本上，如果充电时间足够短，则传感器10的电感器L可以假设断开，并且在充电阶段结束处电容器C最多充电至电压V_MID。然而，应该知晓的是，充电传输实际上并非是“瞬时”的，例如由于电源206与电容器C之间的电阻性负载，并且电感器L在充电时间期间无法总是假设断开。

因此，当管脚204连接至接地GND时，电流流过电感器L，并且电感器通过产生磁场而储存一些能量。相反地，当管脚204断开连接时，该能量将如在传统LC谐振电路中一样传输至电容器C。然而，储存在电感器L中的该额外能量可以引起显著的电压变化。例如，如图6中所示，在电压V_MID对应于控制电路20的电源电压VDD的一半的情形中，管脚204处电压V₂₀₄可以超过电源电压VDD并且跌落低于零。

在典型的数字电路中，通过使用焊盘保护电路214而避免了该问题。例如，如图7中所示，通常该保护电路214包括分别连接至电源电压VDD和接地GND的两个钳位二极管D1和D2。特别地，如图7中所示，管脚204可以具有第一二极管D1与其相关联，第一二极管D1的阳极连接至管脚204并且阴极连接至电源电压VDD，以及第二二极管D2可以具有连接至接地GND的阳极以及连接至管脚204的阴极。因此，在该情形中，管脚204处的超过电源电压VDD的电压通过二极管D1放电，并且管脚204处的负电压通过二极管D2放电。

图8示出了在管脚204处存在该保护电路214的振荡的相应波形。更具体地，在本发明示例中，一旦管脚处电压达到电源电压VDD，或者更精确的是对应于电源电压VDD与二极管D1的正向电压之和的电压，则电压受限并且相应能量放电至电源电压VDD。因此，由于相应能量从谐振电路移除的事实，振荡直接继续并具有对应于VDD-V_MID(例如VDD/2)的减小幅度。

发明人已经观察到，该能量损失负面地影响了测量的分辨率。例如，如果LC传感器具有高阻尼因子并且仅发生少量振荡，并且因此在例如图5a和图5b中所示的比较信号中将仅可获得少量脉冲，则这可以是上面的情形。在该情形中，为了具有更高分辨率，增大传输至LC传感器的能量以在比较信号中产生更多脉冲是有利的。然而，一旦钳位电路介入，则额外能量损失，并且可以无法进一步改进分辨率。

类似的，阻尼因子的小变化也可以难以检测。实际上，在该情形中，增大传输至LC传感器的能量以在比较信号中产生更多脉冲是有利的，因此对于阻尼因子的小变化产生不同数目的脉冲。然而，一旦钳位电路介入，则额外能量损失，并且分辨率可以无法进一步改进。此外，类似的问题存在于采用模数转换器监视振荡的情形中，因为可以监视的能量通常对应于储存在LC传感器中的能量减去在钳位电路中损失的能量。

发明人已经观察到，在测量管脚或电线204处的电压V₂₀₄对应于：

V₂₀₄(t)＝V_LC(t)+V_MID(t) (1)

其中V_LC是在LC传感器10处的电压。因此，在一些实施例中，在电压V₂₀₄超过给定阈值的情形中通过改变V_MID来限制电压V₂₀₄。

图9示出了根据示例性实施例的实施例，其中可变电压源280用于调节电线202上的电压V_MID。在所示实施例中，闭合环路用于调节电压V_MID以帮助确保在测量电线204处电压V₂₀₄保持在下阈值电压VL与上阈值电压VH之间，例如，VL＝0并且VH＝VDD。

图10示出了一个实施例，其中电压源280配置用于产生电压V_MID，其对应于相对于由LC传感器10产生振荡的相反振荡，例如具有180°相位偏移的正弦振荡。在该情形中，电压V_MID的振荡也可以具有DC偏置，例如(VH－VL)/2。例如，在一些实施例中，V_MID的振荡幅度对应于或者至少为：

A_VMID＝A_VLC－(VH－VL)/2, (2)

其中A_VLC是电压V_LC的振荡幅度。

替代于产生电压V_MID的该正弦反向振荡，在一些实施例中如下配置电压源280。一旦电压V₂₀₄达到上阈值电压VH，则在电线204处减小电压V_MID，使得电压V₂₀₄并不超过上阈值电压VH。此外，一旦电压V₂₀₄达到下阈值电压VL，则增大在电线204处电压V_MID，使得电压V₂₀₄并未跌落低于下阈值电压VL。

因此，在该实施例中也产生了一类反向振荡，其与电压V₂₀₄达到阈值VH和VL的时刻同步。例如，图11示出了实施例，其中电压V_MID通常具有默认数值，诸如(VH－VL)/2，例如VDD/2，以及其中电压源280配置用于当电压V₂₀₄达到下阈值或上阈值时分别增大或减小该默认数值。更具体地，在图11所示实施例中，配置电压源280以尽可能快地返回至默认数值。

相反地，图12示出了实施例，其中电压源280配置用于仅当需要补偿电压V₂₀₄时介入，并不对于电压V_MID具有任何特定参考值。例如，如图12中所示，电压V_MID具有给定数值并且振荡开始于时刻t0。例如，在所考虑实施例中，电压V_MID等于0，这也可以对应于下阈值电压VL。此外，在本发明示例中，假设振荡具有负性转换。

因此，在该阶段期间(t0-t1)期间，电压源280将电压V₂₀₄维持在下阈值VL处：

V₂₀₄(t)＝VL, (3)

通过如下增大电压V_MID：

V_MID(t)＝VL-V_LC(t). (4)

在时刻t1，振荡达到其最小值并且电压V_LC开始增大。因此，无需进一步补偿电压V_MID。例如，在所考虑实施例中，电线202处电压在以下阶段(t1－t2)期间保持在时刻t1处所到达的电平：

V_MID(t)＝V_MID,t1 (5)

而在测量电线204处的电压V₂₀₄随着LC传感器的振荡而增大：

V₂₀₄(t)＝V_LC(t)+V_MID,t1, (6)

直至电压V₂₀₄在时刻t2处达到上阈值电压VH。

此时，电压源280再次补偿电压V_MID。更具体地，在所考虑实施例中，在该阶段(t2－t3)期间电压源280维持电压V₂₀₄在上阈值VH处：

V₂₀₄(t)＝VH, (7)

通过如下减小之前的电压V_MID：

V_MID(t)＝VH-V_LC(t). (8)

最终在时刻t3处，振荡达到其最大值并且电压V_LC开始减小。

因此，可以不需要进一步对电压V_MID补偿。例如，在所考虑实施例中，电线202处电压在以下阶段(>t3)期间保持在时刻t3所达到的电平：

V_MID(t)＝V_MID,t3, (9)

而测量电线204处的电压V₂₀₄随着LC传感器的振荡而减小：

V₂₀₄(t)＝V_LC(t)+V_MID,t3, (10)

因此，在所考虑实施例中，测量电线204处的电压V₂₀₄由电压V_MID补偿。

通常，在测量电线204的电压与电压V_MID可以在0与VDD之间改变。因此，通过使用所述的补偿技术，支持具有VDD幅度的LC传感器10的振荡，而现有技术方案基本上被限定为VDD/2。

通常而言，适用于根据电线204处的电压而改变电线202处的电压V_MID的任何电路可以用于组块280。例如，在一些实施例中，电路280可以包括测量在电线204处的电压V₂₀₄的模数转换器。作为另一示例，也可以使用将电线204处的电压V₂₀₄与阈值VH和VL作比较的比较器。

在一些实施例中，为了驱动电线202，电路280可以包括直接采用例如如图10、图11和图12中所示的电压来驱动电线202的数模转换器。根据另一方案，电路280可以包括有源上拉和/或下拉器件以分别将电线202设置为给定的高或低电压。

替代于执行该直接数字控制，电路280也可以包括模拟部件，其自动的调节电线202处的电压。例如，图13示出了适用于通过电容器和钳位电路改变电压V_MID的电路的实施例。更具体地，在所考虑实施例中，LC传感器10再次(例如直接)连接在诸如微控制器之类的控制单元20的管脚202和204之间。此外，电容器C1(例如直接)连接在管脚202与接地GND之间。如以下将描述的那样，该电容器C1用于以不同方式与参照图3b和图4所述的现有技术方案作比较。

在所考虑的实施例中，控制单元20并不包括用于产生电压V_MID的专用DAC，但是控制单元20仅仅包括配置用于将管脚202选择性连接至接地GND的开关220。因此，管脚202可以或者浮置或者连接至接地GND。例如，在一些实施例中，可以采用传统的三态驱动器电路实施开关202的操作，例如“1”用于VDD、“0”用于GND以及“Z”用于高阻态，其通常用于微控制器或其他数字集成电路的输出管脚。

在所考虑的实施例中，控制单元20进一步包括配置用于将管脚204选择性连接至固定电压的开关222，固定电压诸如控制单元20的电源电压VDD或者由传统微控制器中通常可获得的内部电压参考发生器提供的电压信号。通常，电源电压VDD可以经由控制单元20的电源管脚(未示出)而接收。因此，也可以采用微控制器的输出管脚的传统驱动器电路而实施开关222的操作。

在所考虑的实施例中，由处理器或处理单元230控制开关220和222的开关切换，处理单元诸如经由软件指令编程的数字处理单元，诸如微控制器的中央处理单元(CPU)。此外在示例性实施例中，焊盘204具有与其相关联的两个钳位二极管D1和D2。更具体地，第一二极管D1具有连接至管脚204的阳极，以及阴极连接至电源电压VDD。第二二极管D2具有连接至接地GND的阳极，以及连接至管脚204的阴极。通常而言，该钳位/保护二极管D1和D2通常用于保护集成电路中的驱动/感测电路，并且可以例如集成在传统的三态驱动电路中。

因此，在一些实施例中(例如参见图14)，可以采用例如微控制器20的传统三态驱动电路240和242而实施焊盘202和204的上述驱动。图15示出了由控制单元20所执行以用于开始LC传感器10振荡的主要操作的流程图。在开始步骤2000之后，控制单元20在步骤2002中将管脚202和管脚204连接至接地GND。例如，处理单元230可以采用逻辑电平“0”驱动管脚202和204。因此，该条件对应于复位条件，并且传感器10和电容器C1被放电。

通常而言，仅对电容器C1放电也可以足够，因为在较长时间段之后，LC传感器通常已经被放电。例如，在该情形中，仅经由管脚202将电容器C1连接至GND可以是足够的，而管脚204也可以浮置。

接着，控制单元20在步骤2004中将管脚204连接至电源信号，诸如电压VDD，并且连接管脚202至接地GND。例如，处理单元230可以采用逻辑电平“0”来驱动管脚202以及采用逻辑电平“1”来驱动管脚204。因此，在步骤2004中，电容器C1仍然连接至接地，而LC传感器10连接在VDD和GND之间。就此而言，在该阶段期间LC传感器10充电。

控制单元20可以随后在步骤2006中断开管脚202和204，也即管脚202和204均浮置。例如，处理单元230可以采用逻辑电平“Z”驱动管脚202和管脚204。因此，对于在步骤2004期间LC传感器10已经充电的事实，LC谐振电路10在步骤2006中开始振荡。最终，工序终止于步骤2008。

该电路操作示出在图12中。实际上，在步骤2006的开始(时刻t0)处，电容器C1放电，也即电压V_MID对应于零。此外，由于充电方向，电压V_LC以负性转变开始，因为电流继续流过LC传感器10的电感器L。在该情形中(也如图16a中所示)，电流经由二极管D2而关闭，并且电容器C1因此充电，因此增大了电压V_MID。

一旦电感器L中电流变为零，则振荡方向改变。在该情形中，管脚204处于高阻态，并且振荡仅发生在传感器10的L和C部件之间，并且电容器C1处的电压V_MID保持稳定(参见图12的周期t1－t2)。

在振荡的幅度V_OSC,max小的情形中，也即V_LC,max<VDD/2，振荡将以通常方式继续，其中时刻t1处的电压V_MID为对应于近似V_Lc,max/2的中点值。相反地，如图12中时刻t2所示，当幅度为高并且达到上阈值VH(在所考虑实施例中对应于VDD与二极管D1正向电压之和)时，二极管D1介入。因此，在该情形中电容器C1通过二极管D1放电，因此减小了电压V_MID。

此外，一旦流过电感器L的电流变为零并且振荡方向反转(图12中时刻t3)，管脚204再次处于高阻态，并且振荡仅发生在传感器10的L和C部件之间，并且电容器C1处的电压V_MID保持稳定(图12的>t3)。在示例性实施例中，电容器的充电和放电将继续，只要振荡的幅度大于VDD/2，也即(VH-VL)/2，并且电压V_MID也将趋向VDD/2，也即(VH－VL)/2。

在另一示例性实施例中，可以通过将电容C1预充电至电源电压(例如VDD)来修改上述方法的步骤2002和2004。为此目的，控制单元20可以在步骤2002中连接管脚202和管脚204至电源信号例如VDD，例如，处理单元230可以采用逻辑电平“1”驱动管脚202和204。

因此，该条件对应于复位条件，LC传感器10放电，以及电容器C1充电至电源电压。通常而言，步骤2002可以在该情形中也划分为两个子步骤：用于对LC传感器10和电容器C1放电的第一步骤；以及用于对电容器C1充电的第二步骤。此外，LC传感器的放电仅仅是任选的，并且其可以足以仅经由管脚202连接电容器C1至VDD，而管脚204也可以是浮置的。

接着，在步骤2004中，控制单元20连接管脚202至电源信号，诸如电压VDD，并且连接管脚204至接地GND。例如，处理单元230可以采用逻辑电平“1”来驱动管脚202以及采用逻辑电平“0”来驱动管脚204。因此，在步骤2004中，电容器C1仍然连接至VDD，而LC传感器10连接在VDD和GND之间，也即LC传感器10也充电。

随后，控制单元20在步骤2006中断开管脚202和204，也即管脚202和204均浮置。例如，处理单元230可以采用逻辑电平“Z”驱动管脚202和管脚204。因此，由于在步骤2004期间LC传感器10已经充电的事实，LC谐振电路10在步骤2006中开始振荡。

然而，在该情形中，完整的振荡出现在相反方向中。例如，由于充电方向，电压V_LC开始具有正性转变，因为电流继续流过LC传感器10的电感器L。在该情形中，电流经由二极管D1关闭，以及电容器C1因此放电，因此减小了电压V_MID。

因此，如果电容器C1(初始地)放电，则应该通过将管脚204连接至电源电压以及将管脚202连接至接地GND来充电LC传感器10。与此相反，如果电容器C1(初始地)充电，应该通过将管脚202连接至电源电压和将管脚204连接至接地GND来充电LC传感器10。

然而，电容器C1也可以在第一阶段2002期间初始地充电至不同数值(在0V和VDD之间)，和/或在第二阶段2004期间LC传感器10的充电方向也并未特别地有关联，因为如图16a和图16b中所示，电流将自适应。通常而言，振荡的幅度取决于在步骤2004期间传输的电荷量，这接着取决于其中LC连接在VDD和GND之间的激励时间，也即步骤2004的持续时间。

在某些条件下，由电感器L产生的电流可以对电容器C1过度充电或放电，也即电压V_MID也可以达到上阈值或下阈值电压。为了避免该问题，钳位电路214也可以用于管脚202。无论如何，如上所述，当使用微控制器的输入/输出焊盘时，通常已经实施了这类钳位电路。

以上说明可应用于单个传感器10。然而，系统也可以扩展为多个传感器，例如通过对于每个LC传感器使用单个焊盘202以及相应的感测焊盘204。通常而言，可以如参照图3b和图4所述现有技术方案中一样分析管脚204处的信号，例如经由比较器和/或模数转换器。

借由示例的方式，如图17中所示，比较器250可以连接至管脚204，并且将管脚204处的电压与也可以是固定的参考数值Vref进行比较。比较的结果CMP随后可以由处理单元230获得，处理单元例如是微控制器的数字处理核心，其可以配置用于分析信号CMP中脉冲序列。

例如，在一些实施例中，具有迟滞的比较器(诸如具有固定阈值的施密特触发器)可以用于分析振荡。该具有固定阈值的施密特触发器通常用于微控制器或其他数字集成电路的输入焊盘的感测电路中。因此，可以无需额外部件，并且可以使用微控制器的输入管脚的传统感测电路装置。

例如，如图18中所示，例如微控制器的输入焊盘的传统感测电路装置260可以用于实施比较器250。因此，处理核心230可以仅仅通过“读取”与输入焊盘204相关联的数值而直接获得比较的结果。

在该情形中，图19示出了集成电路20的实施例，诸如微控制器，其可以用于执行以上操作。更具体地，在所考虑的实施例中，焊盘204是具有相关联三态输出驱动电路242和输入感测电路装置260(诸如施密特触发器)的输入和输出焊盘，其中电路242或电路装置260包括具有钳位二极管D1和D2的保护电路214。焊盘202至少是具有相关联三态输出驱动电路240的输出焊盘。

因此，通过如上所述经由驱动器电路240和242而驱动焊盘202和204，特别是参照图15，可以激励LC传感器10的振荡，并且将经由电容器C1和钳位二极管D1/D2来自动调节中点电压V_MID。例如，可以经由数字处理核心230而执行对焊盘202和204的驱动以开始振荡。

一旦振荡已经开始，来自感测电路装置260的输出被馈送至处理核心230以用于进一步分析以确定振荡的特性。例如，如参照图5a和图5b所示，输出CMP指示了振荡的阻尼因子，其继而指示了在传感器10附近存在金属物体。

在一些实施例中，控制单元20也可以分析在管脚202处电压V_MID，例如经由比较器和/或模数转换器。例如，在所考虑实施例中，焊盘202也因此具有相关联和输入感测电路262。通常而言，数字处理单元230可以是专用硬件模块、经由软件指令变成的通用处理器、或者两者的组合。

因此，也可以经由数字处理核心而执行对信号CMP中脉冲的计数。然而，振荡可以通常具有高频，并且经由软件指令的计数可以不是可行的。因此，在该情形中，控制单元20可以包括硬件实施的计数器270，其可以已经包括在传统微处理器中，并且感测电路装置260的输出可以被馈送至该计数器270。因此，该计数器270可以独立于处理单元230而对信号CMP中脉冲数目计数，并且处理单元230可以读取最终结果，也即在计数器270输出端处的信号，并且当开始新测量时最终复位了计数器270。

此外，计数器270也可以替换为或者扩展为专用测量和处理单元，其直接加工信号CMP以提取所需信息。例如，测量和处理单元270可以直接地检测传感器的状态，诸如在金属之上、在塑料之上等等。模块270也可以在特定条件下产生至少一个可编程的中断。例如，该测量和处理单元也可以连接至多个感测焊盘204，以加工来自多个传感器的信号，例如用于执行速度或旋转测量。

如上所述，振荡的数目以及在比较器250/260输出端处脉冲的数目对于相同LC传感器状态根据阶段2004的激励时间而变化，而在现有技术方案中针对较长的持续时间仅获得了饱和效应。因此，在一些实施例中，控制单元可以监视在比较器250、260和/或262(例如施密特触发器260和/或图19的施密特触发器260)中的至少一个的输出端所产生的数字脉冲的数目，以自动的调节激励时间。

如此方式，可以实现数字脉冲的所需数目，其通常对应于给定的参考条件(例如具有金属)。例如，参考条件通常对应于具有最大阻尼因子的情形，其对应于在比较器250、260和/或262的输出CMP中具有最低可预期数目的振荡。

借由示例的方式，在一些实施例中，闭环条件可以用于设置激励时间以确保对于给定参考条件的脉冲数目、例如具有最大阻尼因子的条件对应于脉冲的目标数目K。例如，在该情形中，当测量参考条件时，在比较器输出端处脉冲数目可以包括K个计数，并且脉冲数目在具有较低阻尼因子的条件下将增大。

不违背本发明的原理，可以相对于在此仅借由示例方式所描述和示出的而改变构造细节和实施例，并未由此脱离通过随后权利要求所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种将LC传感器(10)与控制单元(280；20)对接的方法，其中所述控制单元(280；20)包括第一接触(202)和第二接触(204)，以及其中所述LC传感器(10)连接在所述第一接触(202)和所述第二接触(204)之间，所述方法包括：

开始(2002－2006)所述LC传感器(10)的振荡；

监视在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)，在所述第二接触(204)处的所述电压(V₂₀₄)对应于在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)和在所述LC传感器(10)处的电压(V_LC)之和；以及

改变在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)，使得在第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)并不超过上电压阈值(VH)以及并不跌落至下电压阈值(VL)之下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改变在第一接触(202)处的电压(V_MID)包括在所述第一接触(202)处产生反向振荡，所述反向振荡相对于所述LC传感器(10)的振荡相位偏移。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述改变在第一接触(202)处的电压(V_MID)包括：

在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)达到所述上电压阈值(VH)的情形中，降低在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)，以及

在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)达到所述下电压阈值(VL)的情形中，增大在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制单元(20)包括限定所述上电压阈值(VH)和所述下电压阈值(VL)的钳位电路(214)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述钳位电路(214)包括连接在所述第二接触(204)与电源电压(VDD)之间的第一二极管(D1)以及连接在接地(GND)与所述第二接触(204)之间的第二二极管(D2)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，电容器(C1)连接在所述第一接触(202)与所述接地(GND)之间，所述方法包括：

在第一阶段(2002)期间，将所述第一接触(202)连接至所述接地(GND)，使得所述电容器(C1)放电；

在第二阶段(2004)期间，将所述第一接触(202)连接至所述接地(GND)并且将所述第二接触(204)连接至所述电源电压(VDD)，使得所述LC传感器(10)充电；以及

在第三阶段(2006)期间，将所述第一接触(202)和所述第二接触(204)置于高阻态，使得所述LC传感器(10)能够振荡，由此通过所述钳位电路(214)对所述电容器(C1)充电或放电来限制在所述第二接触(204)处的电压。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，电容器(C1)连接在所述第一接触(202)和所述接地(GND)之间，所述方法包括：

在第一阶段(2002)期间，将所述第一接触(202)连接至所述电源电压(VDD)，使得所述电容器(C1)充电；

在第二阶段(2004)期间，将所述第一接触(202)连接至所述电源电压(VDD)并且将所述第二接触(204)连接至所述接地(GND)，使得所述LC传感器(10)充电；以及

8.根据权利要求6或7所述的方法，包括改变所述第二阶段(2004)的持续时间以便于在所述第三阶段(2006)的开始处调节所述LC传感器(10)的振荡幅度。

9.根据权利要求1或2所述的方法，包括经由施密特触发器(260，262)监视在所述第一接触(202)和/或所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₂)。

10.一种用于对接LC传感器(10)的系统，包括：

控制单元(20)，包括第一接触(202)和第二接触(204)，

LC传感器(10)，连接在所述第一接触(202)和所述第二接触(204)之间，

其特征在于，所述控制单元(20)配置用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.根据权利要求10所述的系统，包括连接在所述第一接触(202)和接地(GND)之间的电容器(C1)。

12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述控制单元(20)集成在集成电路中。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述集成电路是微控制器。

14.根据权利要求12所述的系统，包括：

第一三态输出驱动电路装置(240)，配置用于选择性将所述第一接触(202)连接至接地(GND)，将所述第一接触(202)连接至电源电压(VDD)或者将所述第一接触(202)置于高阻态；

第二三态输出驱动电路装置(242)，配置用于选择性将所述第二接触(204)连接至所述接地(GND)，将所述第二接触(204)连接至所述电源电压(VDD)或者将所述第二接触(204)置于高阻态；以及

至少一个输入感测电路装置(260，262)，与所述第一接触和/或所述第二接触(204)相关联，所述输入感测电路装置(260，262)包括施密特触发器。

15.一种用于将LC传感器(10)与控制单元(280；20)对接的装置，其中所述控制单元(280；20)包括第一接触(202)和第二接触(204)，以及其中所述LC传感器(10)连接在所述第一接触(202)和所述第二接触(204)之间，所述装置包括：

用于开始(2002－2006)所述LC传感器(10)的振荡的部件；

用于监视在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)的部件，在所述第二接触(204)处的所述电压(V₂₀₄)对应于在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)和在所述LC传感器(10)处的电压(V_LC)之和；以及

用于改变在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)以使得在第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)并不超过上电压阈值(VH)以及并不跌落至下电压阈值(VL)之下的部件。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述用于改变在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)的部件包括用于在所述第一接触(202)处产生反向振荡的部件，所述反向振荡相对于所述LC传感器(10)的振荡相位偏移。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中，所述用于改变在第一接触(202)处的电压(V_MID)的部件包括：

用于在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)达到所述上电压阈值(VH)的情形中降低在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)的部件，以及

用于在所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₄)达到所述下电压阈值(VL)的情形中增大在所述第一接触(202)处的电压(V_MID)的部件。

18.根据权利要求15或16所述的装置，其中，所述控制单元(20)包括限定所述上电压阈值(VH)和所述下电压阈值(VL)的钳位电路(214)。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述钳位电路(214)包括连接在所述第二接触(204)与电源电压(VDD)之间的第一二极管(D1)以及连接在接地(GND)与所述第二接触(204)之间的第二二极管(D2)。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，电容器(C1)连接在所述第一接触(202)与所述接地(GND)之间，所述装置包括：

用于在第一阶段(2002)期间将所述第一接触(202)连接至所述接地(GND)以使得所述电容器(C1)放电的部件；

用于在第二阶段(2004)期间将所述第一接触(202)连接至所述接地(GND)并且将所述第二接触(204)连接至所述电源电压(VDD)以使得所述LC传感器(10)充电的部件；以及

用于在第三阶段(2006)期间将所述第一接触(202)和所述第二接触(204)置于高阻态以使得所述LC传感器(10)能够振荡、由此通过所述钳位电路(214)对所述电容器(C1)充电或放电来限制在所述第二接触(204)处的电压的部件。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，电容器(C1)连接在所述第一接触(202)和所述接地(GND)之间，所述装置包括：

用于在第一阶段(2002)期间将所述第一接触(202)连接至所述电源电压(VDD)以使得所述电容器(C1)充电的部件；

用于在第二阶段(2004)期间将所述第一接触(202)连接至所述电源电压(VDD)并且将所述第二接触(204)连接至所述接地(GND)以使得所述LC传感器(10)充电的部件；以及

22.根据权利要求20或21所述的装置，包括用于改变所述第二阶段(2004)的持续时间以便于在所述第三阶段(2006)的开始处调节所述LC传感器(10)的振荡幅度的部件。

23.根据权利要求15或16所述的装置，包括用于经由施密特触发器(260，262)监视在所述第一接触(202)和/或所述第二接触(204)处的电压(V₂₀₂)的部件。

24.一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码当由处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。