用于對接lc傳感器的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開的實施例涉及用于對接LC傳感器的技術。
【背景技術】
[0002]LC傳感器在本領域是廣泛已知的。例如，LC傳感器可以用作能夠檢測導電目標的存在的電子鄰近傳感器。電感性傳感器的一些通常應用包括例如金屬檢測器以及派生出的應用，諸如旋轉傳感器。
[0003]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的LC傳感器10的基本結構。在所考慮的示例中，LC傳感器10包括電感器L和電容器C，其形成了也稱作儲能電路(tank circuit)的諧振電路。該布置進一步包括諸如電壓源之類的電源102以及開關104。當開關102處于第一位置(如圖1中所示)時，電容器C充電至電源電壓。當電容器C完全充滿時，開關102改變位置，將電容器102與電感器L并聯(lián)放置以使其開始通過電感器L放電。這開始了在LC諧振電路10之間的振蕩。
[0004]從實際角度而言，LC傳感器10也包括電阻性部件R，其將隨時間變化而消耗能量。因此，發(fā)生了將衰減振蕩的損耗，也即振蕩阻尼減小。基本上，可以使用這種LC傳感器10例如以檢測金屬物體，因為與不存在金屬物體(例如參見圖2a)的振蕩相比，在存在金屬物體(例如參見圖2b)時，振蕩將更快阻尼減小。
[0005]通常而言，LC傳感器10的感測部件可以是電感器L、電容器C和/或電阻器R。例如，電阻值R主要影響阻尼因子，而L和C部件主要影響振蕩頻率。此外，也可以通過將電容器C簡單地連接至電感性傳感器L、或者將電感器L簡單地連接至電容性傳感器C來形成該LC傳感器10。然而，(具有其消耗的損耗的)電感器L通常提供了感測元件。
[0006]圖3a示出了用于執(zhí)行傳感器10的LC感測的可能實施例，其具有例如文檔申請?zhí)朅N0029 uLow Energy Sensor Interface -1nductive Sensing”Rev.1.05，2013-05-09，Energy micro 或者德州儀器于 2011 年 4 月的申請報告 SLAA222A“Rotat1n Detect1n withthe MSP430 Scan Interface”中所述的控制器或控制單元20，諸如微控制器。在示例性實施例中，控制單元20包括兩個管腳或焊盤202和204，并且LC傳感器10連接在這些管腳202和204之間。
[0007]控制單元20包括連接至管腳202的可控電壓源206以在該管腳202處施加固定電壓VMID。例如，數(shù)模轉換器(DAC)通常用于該目的。
[0008]在充電階段期間，管腳204連接至接地GND。因此，在該階段期間，傳感器10連接在電壓VMID與接地GND之間，并且傳感器10的電容器C充電至電壓V MID。接著，控制單元20開放第二管腳204，也即管腳204浮置。相應地，由于在之前階段期間傳感器10的電容器C已經(jīng)充電的事實，LC諧振電路10開始如上所述振蕩。
[0009]因此，通過分析管腳204處電壓(例如電壓V2M)，可以特征化振蕩。實際上，如圖3b中所示，管腳204處電壓對應于阻尼振蕩，該阻尼振蕩具有對應于由電壓源206施加的電壓VMID的DC偏置，也即電壓VMID限定了振蕩的中點。因此，電壓VMID通常設置為控制單元20的電源電壓的一半，例如VDD/2，以具有最大范圍。
[0010]通常，電路也包括連接在管腳202與接地GND之間的額外電容器C1以穩(wěn)定化電壓信號VMID，以及用于提供用于對傳感器充電所需的電流提升。為了分析管腳204處信號(例如參見圖3a)，控制單元20可以包括連接至管腳204的模數(shù)轉換器(ADC) 208以對振蕩的電壓取樣。因此，基于ADC 206的分辨率和取樣頻率，可以表征整個振蕩。
[0011]圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的備選解決方案。具體的，在所考慮的示例中，控制單元20包括比較器210，其將管腳204處電壓與諸如參考電壓VRef之類的參考信號作比較。例如，該參考電壓VRef可以固定例如為VDD/2，或者經(jīng)由數(shù)模轉換器212而設置。例如，圖5a和圖5b分別示出了在傳感器10附近存在或者不存在金屬物體的振蕩，以及參考電壓VRef和比較器210的輸出CMP。通常而言，圖3a和圖4中所示的兩種方案(也即ADC 208和比較器210)也可以組合在相同控制單元20中。
[0012]因此，基于前述，可以通過將LC傳感器與微控制器集成電路(1C)直接對接來實現(xiàn)無接觸移動測量。該感測可以對例如計量系統(tǒng)(氣體、水、距離等)有用。然而，當處理并取樣傳感器時，微控制器(或MCU)應該減小能耗以允許電池供電系統(tǒng)的研發(fā)。此外，因為MCU單元通常是通用的，所以也需要減小由于用于實施以上功能的專用電路所耗費的硅片面積。因此，在LC傳感器激勵和測量技術中，可以需要減少能耗和成本，特別是對于已經(jīng)描述的電池供電應用而言。
[0013]因此，第一問題涉及使用專用的低能耗模擬部件，例如用于產(chǎn)生電壓VMID和內(nèi)部參考電壓VRrf，這導致較大成本。第二問題涉及數(shù)模轉換器210，其將要足夠低功耗和快速以跟隨阻尼振蕩。這導致每次測量的極大能耗并且挑戰(zhàn)電池供電系統(tǒng)中的應用限制。
[0014]此外，工藝-電壓-溫度(PVT)變化是電池供電系統(tǒng)中另一重要問題，其中存在極大電壓改變。的確，以上所述的部件可以受到PVT變化的影響:傳感器(阻尼因子，頻率等)；1/0焊盤電流和電阻值(激勵)；以及比較器開關點等。
【實用新型內(nèi)容】
[0015]基于以上描述，提供了可以克服一個或多個前述缺點的方案。
[0016]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于對接LC傳感器(10)的系統(tǒng)，包括:控制單元(20)，包括第一接觸端(202)和第二接觸端(204)，LC傳感器(10)，連接在所述第一接觸端(202)和所述第二接觸端(204)之間，所述控制單元(20)配置用于:開始(2002 —2006)所述LC傳感器(10)的振蕩；監(jiān)視在所述第二接觸端(204)處的電壓(V204)，在所述第二接觸端(204)處的所述電壓(V204)對應于在所述第一接觸端(202)處的電壓(VMID)和在所述LC傳感器(10)處的電壓(VLC)之和；以及改變在所述第一接觸端(202)處的電壓(VMID)，使得在第二接觸端(204)處的電壓(V204)并不超過上電壓閾值(VH)以及并不跌落至下電壓閾值(VL)之下。
[0017]可選地，包括連接在所述第一接觸端(202)和接地(GND)之間的電容器(C1)。
[0018]可選地，所述控制單元(20)集成在諸如微控制器之類的集成電路中。
[0019]可選地，該系統(tǒng)包括:第一三態(tài)輸出驅動電路裝置(240)，配置用于選擇性將所述第一接觸端(202)連接至所述接地(GND)，將所述第一接觸端(202)連接至所述電源電壓(VDD)或者將所述第一接觸端(202)置于高阻態(tài)；第二三態(tài)輸出驅動電路裝置(242)，配置用于選擇性將所述第二接觸端(204)連接至所述接地(GND)，將所述第二接觸端(204)連接至所述電源電壓(VDD)或者將所述第二接觸端(204)置于高阻態(tài)；以及至少一個輸入感測電路裝置(260，262)，與所述第一接觸端和/或所述第二接觸端(204)相關聯(lián)，所述輸入感測電路裝置(260，262)包括施密特觸發(fā)器。
【附圖說明】
[0020]現(xiàn)在將參考借由非限定性示例提供的附圖而描述本公開的實施例，并且其中:
[0021]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術配置的LC傳感器的示意圖；
[0022]圖2a和圖2b分別是對于在傳感器附近具有和不具有金屬物體的圖1的LC傳感器的電壓比對時間的圖；
[0023]圖3a是根據(jù)現(xiàn)有技術配置的LC傳感器的示意圖；
[0024]圖3b是對于圖3a的LC傳感器的電壓比對時間的圖；
[0025]圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術配置的LC傳感器的示意圖；
[0026]圖5a和圖5b分別是對于在傳感器附近具有和不具有金屬物體的圖4的LC傳感器的電壓比對時間的圖；
[0027]圖7是對接了 LC傳感器的鉗位電路的示意圖，以及圖6和圖8是對于圖7配置的電壓比對時間的圖；
[0028]圖9是根據(jù)示例性實施例的用于對接LC傳感器的系統(tǒng)的第一實施例的示意圖；
[0029]圖10 —圖12示出了可以出現(xiàn)在圖9系統(tǒng)中的示例性波形；
[0030]圖13、圖16a以及圖16b是用于對接LC傳感器的系統(tǒng)的第二實施例的示意圖；
[0031]圖15是可