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TWI470230B - 偏差補償電路及設有此電路的轉速感測器 - Google Patents

偏差補償電路及設有此電路的轉速感測器 Download PDF

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TWI470230B TW97143601A TW97143601A TWI470230B TW I470230 B TWI470230 B TW I470230B TW 97143601 A TW97143601 A TW 97143601A TW 97143601 A TW97143601 A TW 97143601A TW I470230 B TWI470230 B TW I470230B
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Description

偏差補償電路及設有此電路的轉速感測器 Offsetkompensationsschaltung und damit ausgestatteter Drehratensensor
本發明關於一種偏差補償電路，其係供一轉速感測器用者，具有一減法器，用於從一輸入信號減去一修正值，以得到一修正的輸正值。在此，輸入值係一個有偏差(Offset)的信號，例如一轉速感測器、一加速度感測器或一壓力感測器的信號。
依先前技術習知方式要將一個有偏差的信號的偏差作補償，係從該信號減去一個修正值。為了求出此修正值，將偏差補償電路的輸出信號減少一固定的可預設的值或使用該輸出值的一特定可預設的百分比，當作修正值。由於偏差補償電路輸出信號之對立耦合(Gegenkopplung，英：counter-coupling)，此處係一種調節回路。但此先前技術的缺點為：偏差調節並不能很準確地依輸出信號的雜訊比而定作工作。由於修正值一直都是輸出值的一固定比例，故一個大偏差的修正比起較小偏差的修正需要較長的期間。
本發明由此先前技術著手，其目的在提供迅速的偏差修正，此修正在一感測器起動後不久已能提供無偏差的輸出值。在此，作偏差修正所需之時間須和偏差值大小無關。此外本發明的目的在使一感測器信號的偏差即使在有可測得之雜訊存在時也能儘量最佳的作修正。
在目的依本發明達成之道係利用一種偏差補償電路，其係供一轉速感測器用者，具有一減法器，用於從一輸入信號減去一修正值，其中，該修正值可由以下方式得到：從輸入信號的n次測量得出一平均值。
在此，「偏差」係指長期從零值偏離的值，它重疊到「測量信號」(呈常數形式)。依本發明係了解：偏差值迅速可靠地修正不需調節。依本發明提供一種偏差調整器，它只由偏差補償電路的修正信號決定一修正值。為了求出此修正值，故決定一平均值，並從偏差補償電路的輸入信號減去。
偏差補償電路的輸入信號係由各感測器的輸出信號得到。為此，在此情形可將生信號作電子式處理。舉例而言，電子式資料處理手段可包含一阻抗轉換器。如果感測器為一電容式感測器，則將構成輸出信號的電容值轉換成一電壓，如果本發明的偏差補償電路設計成數位式切換回路形式，則偏差補償回路的輸出信號經一類比-數位轉換器進送。
本發明的偏差調整器可建構成時間連續的系統或時間離散(zeitdiskret，英：time-discrete)的系統。在時間連續的系統，平均值係藉著將輸入信號積分以及標準化(Normierung)到積分時間而得出，對於本發明之時間連續的電路的輸出值out(t)的時間走勢，在一輸入值in(t)及一積分時間ΔT的場合：
在一時間差異的系統的情形，要求出平均值，係將n個輸入信號在n次工作週期中累加並標準化到常數n。如此，對於本發明的電路的輸出值Out(t)的時間走勢，在輸入值in(t)時：
在一較佳實施例，係利用一加法器得出平均值。加法器將n次測量中所得的輸入值各與其本身的輸出值累加。此回耦到加法器的輸出值，在電路為數位式時，還設有一延遲元件。當延遲了一個脈波時，當電路作成數位式時，輸出信號和隨後的輸入信號作週期同步的累加，在n個週期後，停止作偏差補償。在此可用以下方式標準化到常數n：將各輸入值除以n，然後累加起來。如不採此方式，也可先將輸入值累加起來，然後除以n。
為了防止在先前作偏差補償的過程時儲存的偏差值再次被輸入信號帶走因此造成正負號相反的偏差，因此可設一附加的電路，以將加法器的輸出端在偏差補償開始之前歸零。利用此將偏差補償歸零的電路，這種偏差補償即使在感測器操作中也可觸發多次。
如果偏差補償作業在感測器與偏差補償電路啟動後只作一次，則在先前的操作階段時，這種歸零不必供應電壓可自動達成，或利用一重設(Reset)達成。在此，這種重設[它將所有暫存器消除(Lschen，英：erase)且使感測器重新起動]舉例而言，可利用一固有(intrinsisch)的事件(Ereignis)動作或利用一外界的接腳或一SpI指令(Komnando)動作。所用之固有事件--舉例而言，特別是可用由自身診斷得到的事件，例如過電壓或低電壓。
在本發明一實施例中，該偏差補償電路可和感測器本身及/或感測器的信號處理手段一齊用單晶片(monolithisch)整合在一半導體結晶上。因此構造很緊密且不易有誤差。
為了達成具夠高準確度的有效的偏差補償，在本發明一實施例中，該常數n約2～約2048。該數目尤宜選設成使它為2的次方。如此n=2× ，其中×選設成大於0的整數。如果n表示一個2的次方數，則作除法利用一種位元移位(Bit-shift)特別簡單。此常數n的大小(它也表示所要做之補償步驟的數目)對行家而言，可在一道最佳化步驟中配合各準確度要求及配合各感測器。
偏差調整器的準確度CM 相當於平均值的變動(Varianz)且與輸入雜訊CR 及平均步驟的數目n或積分時間ΔT有關。在此有以下關係：
在此，一較大的常數產生偏差補償較大的準確度，另外多數的週期步驟需要的執行時間比較少數的週期步驟更久，因此偏差補償的準確度和其速度是不可兼得而須取平衡點。一種良好的折衷，舉例而言係在128或256個平均步驟。也可選項地設一切換手段，以將平均步驟的數目配合各感測器的使用目的。在此，這種配合可經由一種可程式化的邏輯。利用一儲存值n編碼或經由一DIP開關作數位編碼而達成，在此經由一程式化介面可告知該感測器要使用數個儲存之值的那一個，或將值n直接經該介面寫入感測器中。
為了進一步減少本發明偏差補償的輸入或輸出信號的雜訊，該輸入及/或輸出信號可利用一低通濾波器濾波。如此，將高頻雜訊信號從信號除去，留下的低頻的以及較慢的雜訊成分再利用本發明的偏差補償作平均並從輸入信號減去。
以下本發明利用以下圖式中的一實施例詳細說明，但本發明範圍不限於此。
圖1顯示用時間差異之數位電路技術方式的本發明的偏差補償的一方塊圖。本發明的偏差補償電路經輸入端(1)將一有偏差的感測器信號送入。此有偏差的信號在先前利用一類比-數位轉換器(圖未示)變成數位格式。此有偏差的輸入信號從輸入端(1)在分枝後送到一減法器(3)的輸入端。第二分枝則到一除法器(9)。在各工作週期，測定該有偏差之信號(1)的一輸入值，並在除法器(9)中用一常數n除。在此實施例中常數n選設有n=4。
此數位電路用一可預設的工作頻率工作。舉例而言該工作頻率為100赫～約100仟赫。在此實施例中，脈波頻率為1仟赫，電路的工作頻率係利用一圖1未示的頻率產生器(Taktgeber，英：Frequtncy generator)預設。
除法器的輸出信號送到一多重開關(7)，該多重開關至少有二個輸入端及一輸出端，一如所有電路方塊，此多重開關也被頻率產生器(圖未示)供以工作脈波。多重開關(7)的至少二個輸入端與一零裝置(10)及除法器(9)的輸出端連接。圖1中還有設一選項式的偏差調節手段，它由計算器(Berechner)和除法器(8)構成。在此情形，多重開關(7)至少有三個輸入端。在一些情形可設其他補償電路，它們各接到多重開關(7)的另一輸入端。舉例而言，本發明的偏差補償電路可設多套，其中多數具不同常數n的除法器接到多重開關的多數輸入端。藉著選著對應的輸入端可選設不同準度及速度的偏差調整器。控制器(11)可用於選設對應的輸入端以及在可預設之時間點切換。
圖1中顯示的情況中，累加器(5)與零裝置(10)連接，因此累加器在每個工作週期加上值0，此累加的結果同樣為0，此結果在延遲元件(4)中延遲了一個工作週期且同樣地送到累加器，下一累加步驟的結果又是0，因此累加器的輸出信號一直為0，這種結果在減法器中從輸入值減去，因此偏差補償電路的輸出端(2)的值等於輸入端(1)的值，不會有偏差補償作業發生。
如果偏差補償作觸發，則n個工作週期的多重開關就切換。在此實施例n選設成n=40。因此40個工作週期的除法器(9)的輸出端與加法器(5)的輸入端連接，此時加法器將40個測量值[它們各為輸入值(1)的1/40]相加，結果在累加器(5)的輸出端在40個工作週期後，得到輸入信號(1)的平均值。然後多重開關(7)切換回去，並將零裝置與加法器(5)的輸入端連接，加法器(5)的輸出信號不再會由於將0加上而改變。
減法器(3)繼續從輸入信號減去加法器(5)的輸出值。這點使偏差連續變小。在40個週期步驟結束後，輸入信號(1)的平均值位於加法器(5)的輸出端上。如果平均值在偏差補償開始時不為標稱值0，則在偏差補償電路的輸出端(2)上此時的輸入值就是從標稱值偏差的值，因此輸出端(2)的平均值為0。
上述偏差補償作業在設有偏差補償功能的感測器進入操作時，宜進行一次，然後在感測器操作期間時提供一修正之信號。然而在一些情形也可將偏差補償作業觸發數次，這種觸發器可受事件(Ereignis)觸發而進行(舉例而言，還可將從標稱值偏差的值作修正)或者在可固定的時間間隔中自動觸發或由使用者的干涉(Eingriff)觸發。在偏差補償作業重新進行前，將積分器與加法器(5)的輸出(起始)值歸零。
如果在操作時發生長期之從所要的零值偏差的情事，則在圖示之實施例中可將另一補償電路動作。在圖示實施例中，此電路以一種調整作用工作。為此，輸出信號(2)通過一計算器(6)。在最簡單的情形，計算器(6)代表正負號轉換功能。因此，如果輸出端(2)從標稱值偏差大於0，則計算器(6)輸出值為＋1。如果輸出端(2)從標稱值偏差為負值，則計算器(6)輸出值為-1。由計算器(6)輸出的修值在另一除法器(8)中除以另一常數B。在此，該常數可大於、等於或小於常數n。利用一外觸發器，將除法器(8)輸出端經該多重開關(7)與累加器(5)輸入端連接。因此，在此時間的修正信號利用減法器(3)施到輸入信號。結果呈一修正輸出信號(2)。藉著將輸出信號(2)回耦，這種偏差修正方式表示一種調節，這種調節作用可在感測器操作時對應於使用之需求而啟動及關接或連續地進行。
圖2顯示在1仟赫的脈波速度時在n=40個脈波過平均時之不同的輸出偏差值的模擬之典型走勢。
在圖2的圖表示，在x軸時間為0～500毫秒，y軸顯示一感測器的輸出(2)。
在時間點t=0毫秒時，感測器(100)的偏差為100或20個單元。此偏差值呈一常數方式重疊到實際的感測器信號且保持恆定，所要測的感測器信號，在此二例子都是0，例如，一轉速感測器係靜止者。此外，該感測器信號仍顯示有一小雜訊信號，呈平均值100或20的標準分佈的偏差形式。在時間點t=100時將偏差補償作業觸發起動。多重開關(7)將除法器(9)輸出端與累加器(5)輸入端連接，為時40個週期。在圖中，該偏差值每次週期減少一常數，偏差值以一線性走勢回到0。0值在時間點t=140毫秘時達到，相當於脈波頻率1仟赫時的40個脈波。在此，當偏差較大時每個脈波週期的修正值比起在偏差較小時更大。從時間點t=140毫米起，輸出端(2)的輸出信號的平均值為0，重疊到零值的雜訊信號保持不變，一直到時間t=500毫秒為止，此零值保持不變，在以後從所要之標稱值0有偏差時，可經由計算器(6)和除法器(8)切換成慢慢作偏差調節。如不用此方式，也可在將累加器(5)重設後，將本發明的偏差補償作業重新起動。
(1)．．．輸入端
(2)．．．輸出端
(3)．．．減法器
(4)．．．延遲元件
(5)．．．累加器
(6)．．．計算器
(7)．．．多重開關
(8)．．．除法器
(9)．．．除法器
(10)．．．零裝置
(11)．．．控制器
(100)．．．感測器
圖1係本發明的偏差補償的一方塊圖。
圖2係在仟赫的脈波速度時經40個脈波作平均時不同的輸出偏差值的模擬走勢。
(1)．．．輸入端
(2)．．．輸出端
(3)．．．減法器
(4)．．．延遲元件
(5)．．．累加器
(6)．．．計算器
(7)．．．多重開關
(8)．．．除法器
(9)．．．除法器
(10)．．．零裝置
(11)．．．控制器

Claims (10)

  1. 一種偏差補償電路，其係供一轉速感測器用者，具有一減法器，用於從一轉速感測器的輸入信號(1)減去一修正值，其特徵在：該修正值可由以下方式得到：從輸入信號(1)的n次測量得出一平均值，其中n>2。
  2. 如申請專利範圍第1項之偏差補償電路，其中：該偏差補償電路有一累加器(5)及一延遲元件(4)以得出該平均值，該延遲元件用於利用該累加器的延遲了一個脈波週期的輸出信號得出一輸入信號的總和。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：設有一歸零裝置以在第一輸入值(1)累加之前，將累加器(5)的輸出信號歸零。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：該測量次數n係在2~2048之間，特別是n=256。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：該測量次數n等於2的次方。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：經一類比-數位轉換器將輸入信號進送。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：該減法器的輸入信號及/或輸出信號可經一低通濾波器濾波。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：該偏差補償作業在電流供應啟開後或重設後進行一次。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之偏差補償電路，其中：設有一觸發端子，可使該偏差補償作業進行。
  10. 一種轉速感測器，具有一申請專利範圍第1項的偏差補償電路。
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