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磁传感器

阅读：450发布：2021-02-27

IPRDB可以提供磁传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及磁传感器。一种传感器包括感测器件和处理器。所述感测器件可以被配置成感测一个或多个环境条件，诸如一个或多个磁场，并基于所感测到的（一个或多个）环境条件来生成传感器信号。所述处理器可以被配置成确定所述传感器的增益模式和/或零点模式。基于所确定的增益和/或零点模式以及所述传感器信号，所述处理器可以生成输出信号。所述处理器可以包括：电压生成器，被配置成基于所述传感器的供给电压来生成比率式电压和/或稳定电压。所述处理器可以接收外部电压。所述增益模式和/或所述零点模式可以是基于比率式、稳定或外部电压来独立地确定的。比率式或稳定电压可以被输出作为第二输出以形成差动输出。，下面是磁传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种传感器，包括：

感测器件，被配置成感测一个或多个环境条件并基于所感测到的一个或多个环境条件来生成传感器信号；以及处理器，耦合到所述感测器件并被配置成：确定所述传感器的增益模式；

确定所述传感器的零点模式；

基于所述传感器信号以及所述传感器的增益和零点模式来生成所述传感器的第一输出信号；以及基于所述传感器的零点模式来生成所述传感器的第二输出信号。

2.如权利要求1所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成：基于所述传感器的供给电压来生成比率式电压；以及基于所述传感器的供给电圧来生成稳定电压。

3.如权利要求2所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成：选择所述比率式电压和所述稳定电压之一以确定增益模式；以及选择所述比率式电压和所述稳定电压之一以确定零点模式。

4.如权利要求2所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成：选择所述比率式电压和所述稳定电压之一，其中所述第二输出信号的生成基于该选择。

5.如权利要求4所述的传感器，其中所述处理器被配置成基于第一输出信号和第二输出信号来提供差动信号。

6.如权利要求2所述的传感器，其中所述处理器包括：零场输出电压生成器，被配置成生成所述稳定电压和所述比率式电压。

7.如权利要求6所述的传感器，其中所述零场输出电压生成器包括：稳压器，被配置成生成所述稳定电压。

8.如权利要求6所述的传感器，其中所述零场输出电压生成器包括：第一和第二电阻器，形成被配置成生成所述比率式电压的分压器。

9.如权利要求1所述的传感器，其中所述感测器件包括磁场感测器件，并且其中所述一个或多个环境条件包括一个或多个磁场。

10.一种传感器，包括：

感测器件，被配置成感测一个或多个环境条件并基于所感测到的一个或多个环境条件来生成传感器信号；以及处理器，耦合到所述感测器件并被配置成：接收外部信号；

确定所述传感器的增益模式；

确定所述传感器的零点模式，其中增益模式和零点模式确定中的至少一个基于所接收的外部信号；以及基于所述传感器信号以及所述传感器的增益和零点模式来生成所述传感器的第一输出信号。

11.如权利要求10所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成：基于所述传感器的供给电压来生成比率式电压；以及基于所述传感器的供给电圧来生成稳定电压。

12.如权利要求11所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成：选择所述比率式电压、所述稳定电压和所述外部信号中的一个以确定增益模式；以及选择所述比率式电压、所述稳定电压和所述外部信号中的一个以确定零点模式。

13.如权利要求12所述的传感器，其中所述处理器进一步被配置成接收一个或多个模式选择信号，其中选择所述比率式电压、所述稳定电压和外部电压中的一个以确定增益模式基于所述一个或多个模式选择信号，并且其中选择所述比率式电压、所述稳定电压和外部电压中的一个以确定零点模式基于所述一个或多个模式选择信号。

14.如权利要求13所述的传感器，其中所述一个或多个模式选择信号和所述外部信号是经由所述传感器的相同输入来接收的。

15.如权利要求10所述的传感器，其中所述第一输出信号和所接收的信号能够形成差动信号。

16.如权利要求10所述的传感器，其中所述感测器件包括磁场感测器件，并且其中所述一个或多个环境条件包括一个或多个磁场。

17.如权利要求11所述的传感器，其中所述处理器包括：零场输出电压生成器，被配置成生成所述稳定电压和所述比率式电压。

18.如权利要求17所述的传感器，其中所述零场输出电压生成器包括：稳压器，被配置成生成稳定电压。

19.如权利要求17所述的传感器，其中所述零场输出电压生成器包括：第一和第二电阻器，形成被配置成生成所述比率式电压的分压器。

20.如权利要求10所述的传感器，其中外部信号是从所述传感器外部的器件接收的。

说明书全文

磁传感器

技术领域

[0001] 本文描述的实施例总体涉及传感器，包括具有比率式（ratiometric）和/或固定零点和/或增益配置的磁传感器。

背景技术

[0002] 霍尔效应器件是固态电子器件，其基于霍尔效应原理、响应于磁场而操作，霍尔效应原理是这样的现象，通过该现象，在存在磁场的情况下跨电导体生成电压差动。传统霍尔效应器件可以包括被称为霍尔板的平面结构，其被配置成生成与所施加的磁场相对应的输出信号（例如，电压或电流）。

附图说明

[0003] 被并入本文中且形成说明书一部分的附图图示了本公开的实施例，且与该描述一起进一步用来解释实施例的原理并使相关领域技术人员能够做出和使用实施例。

[0004] 图1图示了根据本公开的示例性实施例的传感器。

[0005] 图2A-2C图示了根据本公开的示例性实施例的传感器配置。

[0006] 图3A-3G图示了根据本公开的示例性实施例的传感器。

[0007] 图4A-4D图示了根据本公开的示例性实施例的传感器。

[0008] 图5图示了根据本公开的示例性实施例的模式选择方法。

[0009] 将参照附图来描述本公开的示例性实施例。元件在其上首次出现的图典型地由对应附图标记中的（一个或多个）最左侧数字指示。

具体实施方式

[0010] 在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践包括结构、系统和方法的实施例。本文的描述和表示是被本领域技术人员或有经验人员用来最有效地向本领域其他技术人员传达其工作的实质的常见手段。在其他实例中，未详细描述公知的方法、过程、部件和电路，以避免不必要地使本公开的实施例模糊。

[0011] 图1图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。传感器100可以包括电（以及还通信）连接到处理器105的感测器件110。

[0012] 感测器件110可以包括：处理器电路，被配置成感测或检测一个或多个环境条件，并基于所感测到和/或所检测到的环境条件来生成一个或多个信号。例如，感测器件110可以是下述磁场感测器件，诸如霍尔效应器件（例如霍尔板）：该磁场感测器件被配置成响应于存在磁场（B）生成传感器信号。例如，感测器件110可以是下述磁场感测器件：该磁场感测器件被配置成在存在磁场的情况下生成电压差动。在操作中，电压差动可以与所施加的磁场成比例。感测器件110可以将所生成的传感器信号提供给处理器105。另外，感测器件100可以被配置成从处理器105接收控制感测器件110的操作的一个或多个信号。出于该讨论的目的，感测器件110将被称作磁场感测器件110，但不限于此。

[0013] 在操作中，磁场感测器件110在不存在磁场的情况下生成与输出电压相对应的零场输出电压（Vzero）。零场输出电压（Vzero）还可以被称作“零点”、“零点电压”或“电压偏移”。在示例性实施例中，零场输出电压（Vzero）可以是可编程的，且可以具有例如传感器的供给电压（VDD）的3%到19%、VDD的40%到60%的范围、或者如相关领域技术人员将理解的另一VDD比例范围。零场输出电压（Vzero）还可以是例如VDD的50%。在其他实施例中，零场输出电压（Vzero）可以是与VDD无关的固定（例如，稳定）电压。在示例性实施例中，零场输出电压（Vzero）的值可以是由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压。例如，实现传感器100的器件（例如，器件的微处理器）可以提供外部Vzero值。在示例性实施例中，外部微处理器的参考输出信号可以提供Vzero，其中该微处理器还可以接收输出信号112。

[0014] 处理器105可以包括：处理器电路，被配置成处理从磁场感测器件110接收的一个或多个传感器信号并基于所接收到的（一个或多个）传感器信号来生成一个或多个输出信号。处理器电路可以被配置成控制传感器100的总体操作，诸如磁场感测器件110的操作和/或处理器105的操作。处理器105可以是例如信号处理器，但不限于此。

[0015] 在示例性实施例中，处理器105可以被配置成处理来自磁场感测器件110的感测/传感器信号，以生成具有下述对应零场输出电压（Vzero）分量的一个或多个输出信号：这些零场输出电压（Vzero）分量是比率式的、固定的或基本上固定的、和/或外部提供的。例如，处理器105可以被配置成生成一输出信号，该输出信号具有：与VDD成比例的比率式零场输出电压（Vzero）、固定或基本上固定的Vzero、或者与由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）相对应的Vzero。也就是说，传感器100可以具有比率式零点、固定或基本上固定的零点、或者外部提供的零点。在这些示例中，传感器100的操作模式可以分别被称作比率式零点模式、固定或基本上固定的零点模式、或者外部提供的零点模式。

[0016] 处理器105还可以被配置成处理来自磁场感测器件110的感测信号，以生成具有下述对应增益分量的一个或多个输出信号：这些增益分量是比率式的、固定的或基本上固定的、和/或外部提供的。例如，处理器105可以被配置成生成一输出信号，该输出信号具有：与VDD成比例的比率式增益、固定的或基本上固定的增益、或者基于由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）而确定的增益。也就是说，传感器100可以具有比率式的增益、固定或基本上固定的增益、或者外部提供的增益。在这些示例中，传感器100的操作模式可以分别被称作比率式增益模式、固定或基本上固定的增益模式、或者外部提供的增益模式。出于本公开的目的，增益还可以被称作传感器100的“灵敏度”或由传感器100生成的输出信号的“斜率”。

[0017] 在示例性实施例中，处理器105可以控制传感器100的零点模式和增益模式。在操作中，零点模式和增益模式可以是彼此无关地控制的。也就是说，传感器100可以与增益模式中的任一个结合操作为零点模式中的任一个。关于图2A-2C来更详细地描述传感器100的操作模式。

[0018] 图2A图示了被配置成在比率式零点和比率式增益模式中操作的传感器100的示例性输出信号。图2A包括分别与例如3V和5V的两个输入电压值（VDD）相对应的两个信号205和215。传感器100的输入电压不限于这些示例性值，且可以是如相关领域技术人员将理解的其他电压。

[0019] 信号205具有对应VDD的例如50%（例如1.5V）处的零点210。类似地，信号215具有对应VDD的例如50%（例如2.5V）处的零点220。如所图示的，零点值是比率式的且与对应VDD成比例。

[0020] 信号205和215的增益（斜率）值也是比率式的且与对应输入电压值VDD成比例。例如，与5V的VDD相对应的信号215的斜率大于与3V的VDD相对应的信号205的斜率。在该示例中，信号215的增益（斜率）满足以下等式：其中，Gain215是信号215的增益，Gain205是信号205的增益，VDD215是信号215的输入电压值，并且VDD205是信号205的输入电压。

[0021] 图2B图示了被配置成在比率式零点模式和固定增益模式中操作的传感器100的示例性输出信号。图2B包括分别与例如3V和5V的两个输入电压值（VDD）相对应的两个信号225和235。

[0022] 信号225具有对应VDD的例如50%（例如1.5V）处的零点230。类似地，信号235具有对应VDD的例如50%（例如2.5V）处的零点240。如所图示的，零点值是比率式的且与对应VDD成比例。

[0023] 与图2A中图示的信号不同，信号225和235的增益（斜率）值是固定的。也就是说，信号的增益值与对应输入电压值VDD无关。

[0024] 图2C图示了被配置成在固定零点模式和比率式增益模式中操作的传感器100的示例性输出信号。图2C包括分别与例如3V和5V的两个输入电压值（VDD）相对应的两个信号245和250。

[0025] 信号245和250具有公共且固定的零点255。信号245和250的增益（斜率）值是比率式的且与对应输入电压值VDD成比例。例如，与5V的VDD相对应的信号250的斜率大于与3V的VDD相对应的信号245的斜率。在该示例中，信号250的增益（斜率）满足以下等式：其中，Gain250是信号250的增益，Gain245是信号245的增益，VDD250是信号250的输入电压值，并且VDD245是信号245的输入电压。

[0026] 图3A图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。如上所讨论，传感器100可以包括电（和/或通信）连接到处理器105的感测器件110。

[0027] 在示例性实施例中，传感器105可以包括零场输出电压（Vzero）生成器315、增益控制器320、运算跨导放大器（OTA）325、运算放大器330、缓冲器335以及开关350、355、360和365。如图3A中所图示以及下面详细讨论的，针对固定零点和固定增益模式而定位开关350和355。开关360被定位成将由Vzero生成器315生成的稳定电压Vreg提供给开关365，并且开关
365被定位在输出位置中以配置输入/输出（I/O）115作为传感器100的输出。在该示例中，还可以从I/O 115输出稳定电压Vreg。在示例性实施例中，传感器100的差动输出由I/O 115处的稳定电压Vreg的输出和输出112（运算放大器330的输出）定义。

[0028] 开关350、355、360和/或365可以是复用器或解复用器。复用器可以每一个被配置成接收多个输入并将输入中的所选的一个作为单个输出而转发。解复用器可以每一个被配置成接收输入并将该输入转发到多个输出中的所选的输出。选择可以基于由处理器105经由例如输入/输出（I/O）115接收的一个或多个控制信号。在示例性实施例中，编程操作可以被执行以选择开关350、355、360和/或365的位置。在示例性实施例中，编程操作可以是在传感器100的正常操作（例如，磁场感测操作）之前执行的。编程操作可以包括：校准操作，校准传感器100的一个或多个部件，包括例如磁场感测器件110、Vzero生成器315、增益控制器320、跨导放大器325、运算放大器330和/或缓冲器335。在示例性实施例中，传感器100（例如处理器105）可以包括可存储（一个或多个）所编程的选择的存储器。例如，所编程的选择可以由用户和/或制造（例如，具有缺省设置）存储。在操作中，当开关365处于如图3A-3D中图示的向下位置中时，I/O 115被配置为输出。相反，当开关365处于如图3E-3G中图示的向上位置中时，I/O 115被配置为输入。

[0029] 缓冲器335可以包括：处理器电路，被配置成在两个或更多个电路之间提供电阻抗变换。缓冲器335可以是电压缓冲器和/或电流缓冲器，其被配置成将电压和/或电流从第一电路（例如，具有高输出阻抗）传送到第二电路（例如，具有低输入阻抗）。在示例性实施例中，缓冲器335包括被配置为单位增益缓冲放大器的运算放大器。在该示例中，缓冲器335的非反相输入充当输入（例如，连接到开关360），并且反相输入连接（例如，短路）到缓冲器335的输出。缓冲器335的输出经由开关365连接到输入/输出（I/O）115。

[0030] Vzero生成器315可以包括被配置成生成一个或多个零场输出电压的处理器电路。在示例性实施例中，Vzero生成器315可以包括：稳压器317，被配置成基于输入电压（例如，VDD）来生成固定或基本上固定的稳定电压Vreg作为零场输出电压之一。稳压器317可以包括被配置成对输入电压进行稳压以生成稳定电压Vreg的处理器电路。例如，稳压器317可以是前馈稳压器、负反馈稳压器、线性稳压器、开关稳压器、或者如相关领域技术人员将理解的另一稳压器。

[0031] Vzero生成器315还可以被配置成基于输入电压（例如，VDD）来生成比率式电压Vratio作为零场输出电压之一。在该示例中，比率式电压Vratio与输入电压成比例。例如，Vzero生成器315可以包括：分压器，其包括串联连接在VDD与地之间的第一和第二电阻器R1和R2。在该示例中，比率式电压Vratio是电阻器R1和R2之间的节点处的电压，其中Vratio满足以下等式：。

[0032] Vzero生成器315可以被配置成经由开关350连接到增益控制器320，经由开关355连接到运算放大器330的非反相输入，并经由开关360、缓冲器335和开关365连接到输入/输出（I/O）115。在操作中，Vzero生成器315可以被配置成经由缓冲器335将稳定电压Vreg提供给增益控制器320、运算放大器330的非反相输入和/或I/O 115。Vzero生成器315还可以被配置成经由缓冲器335将比率式电压Vratio提供给增益控制器320、运算放大器330的非反相输入和/或I/O 115。

[0033] 增益控制器320可以包括被配置成控制处理器105的增益的处理器电路。在操作中，增益控制器320可以基于一个或多个输入电压来生成增益信号。例如，增益控制器320可以从Vzero生成器315接收稳定电压Vreg和/或比率式电压Vratio作为输入。增益控制器320可以接收由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）作为输入。在操作中，增益控制器320的输入可以基于开关350的位置，开关350可以被配置成将增益控制器320连接到Vzero生成器315的稳压器317的输出（例如，稳定电压Vreg）、Vzero生成器315的分压器的输出（例如，比率式电压Vratio）、或者外部电压（Vexternal）。开关350的位置可以是通过由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的一个或多个控制信号来控制的。

[0034] 增益控制器320可以被配置成将所生成的增益信号提供给传感器100的一个或多个部件，并可以用于控制传感器100的增益。例如，增益控制器320可以将增益信号提供给磁场感测器件110（更特别地，提供给驱动磁场感测器件110的电流源）、OTA 325和/或运算放大器330。在操作中，可以基于增益信号来调整由电流源生成的电流，以调整磁场感测器件110的增益。还可以基于增益信号来调整OTA 325的跨导，以调整OTA 325的增益。反馈电阻器RG可以连接在运算放大器330的输出与运算放大器330的反相输入之间。可以基于增益信号来调整反馈电阻器RG的电阻，以调整受运算放大器330影响的传感器100的增益分量。

[0035] 在这些示例中，传感器100的增益可以包括来自磁场感测器件110、OTA 325和/或运算放大器330的增益分量。在操作中，可以调整来自这些器件的增益分量中的一个或多个以控制传感器100的总体增益。

[0036] OTA 325可以包括：处理器电路，被配置成接收由磁场感测器件110生成的一个或多个传感器信号并基于所接收到的（一个或多个）传感器信号来生成输出信号。例如，磁场感测器件110可以包括每一个提供电压信号的第一和第二输出，在合起来看时表示由磁场感测器件110生成的电压差动。磁场感测器件110的第一和第二输出可以分别连接到OTA 325的非反相输入和反相输入。OTA 325可以基于由磁场感测器件110提供的电压来生成输出电流信号，并可以将该输出电流信号提供给运算放大器330的反相输入。如上所讨论，可以通过调整OTA 325的跨导，基于由增益控制器320生成的增益信号，来调整OTA 325的增益。在示例性实施例中，OTA 325可以被配置成使得OTA 325的输出（Igm）满足以下等式：
其中，ΔVin是OTA 325的差动输入电压，并且Rs是OTA 325的传感器电阻器的感测电阻。

[0037] 运算放大器330可以包括：处理器电路，被配置成接收差动输入（在运算放大器330的反相和非反相输入处）并基于该差动输入来生成输出。在示例性实施例中，运算放大器330的反相输入连接到OTA 325的输出。运算放大器330的非反相输入连接到开关355，以选择性地将运算放大器330的非反相输入连接到Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出、Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出、或者由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）。反馈电阻器RG可以连接在运算放大器330的输出与运算放大器330的反相输入之间。可以基于反馈电阻器RG的电阻来调整运算放大器350的增益。可以通过由增益控制器320生成的增益信号来调整反馈电阻器RG的电阻。

[0038] 如图3A中所图示，传感器100被配置在固定零点和固定增益模式中。例如，开关350和开关355被定位成将增益控制器320以及运算放大器330的非反相输入连接到稳压器317的稳定电压Vreg输出。开关360被定位成将稳压器317的稳定电压Vreg输出提供给开关365，并且开关365被定位成经由缓冲器335将稳压器317的稳定电压Vreg输出提供给I/O 115。在该示例中，传感器100的差动输出由I/O 115处的稳定电压Vreg的输出和输出112（运算放大器330的输出）定义。

[0039] 图3B图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A中图示的传感器100，但传感器100是针对比率式零点和比率式增益模式而配置的。在该示例中，输出112处的输出信号将类似于图2A中图示的示例性输出信号。

[0040] 在操作中，开关350和开关355被定位成分别将增益控制器320以及运算放大器330的非反相输入连接到Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。开关360被定位成将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给开关365，并且开关365被定位成经由缓冲器335将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给I/O 115。在该示例中，传感器100的差动输出由I/O 115处的比率式电压Vratio和输出112（运算放大器330的输出）定义。在类似配置中，开关360可以被定位成取而代之将稳压器317的稳定电压Vreg提供给I/O 115。

[0041] 图3C图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3B中图示的传感器100，但传感器100是针对比率式零点和固定增益模式而配置的。在该示例中，输出112处的输出信号将类似于图2B中图示的示例性输出信号。

[0042] 在操作中，开关350被定位成将增益控制器320连接到稳压器317的稳定电压Vreg输出。开关355被定位成将运算放大器330的非反相输入连接到Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。开关360被定位成将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给开关365，并且开关365被定位成经由缓冲器335将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给I/O 115。在类似配置中，开关360可以被定位成取而代之将稳压器317的稳定电压Vreg提供给I/O
115。

[0043] 图3D图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3C中图示的传感器100，但传感器100是针对固定零点和比率式增益模式而配置的。在该示例中，输出112处的输出信号将类似于图2C中图示的示例性输出信号。

[0044] 在操作中，开关350被定位成将增益控制器320连接到Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。开关355被定位成将运算放大器330的非反相输入连接到稳压器317的稳定电压Vreg输出。开关360被定位成将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给开关365，并且开关365被定位成经由缓冲器335将Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出提供给I/O 115。在类似配置中，开关360可以被定位成取而代之将稳压器317的稳定电压Vreg提供给I/O
115。

[0045] 图3E图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3D中图示的传感器100，但传感器100是针对基于下述电压确定的零点和增益模式而配置的：由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）。

[0046] 在操作中，开关350被定位成经由开关355和365将增益控制器320连接到I/O 115。类似地，开关355被定位成经由开关365将运算放大器330的非反相输入连接到I/O 115。在该示例中，输出112（运算放大器330的输出）以及I/O 115上的外部提供的电压（Vexternal）可以定义传感器100的差动输出。

[0047] 图3F图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3E中图示的传感器100，但传感器100是针对基于下述电压确定的比率式零点模式和增益模式而配置的：由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）。

[0048] 在操作中，开关350被定位成经由开关355和365将增益控制器320连接到I/O 115。开关355被定位成将运算放大器330的非反相输入连接到Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。在该示例中，传感器100的零点与输入电压VDD成比例，而增益是基于被提供给传感器
100的电压（Vexternal）来确定的。在类似配置中，开关355可以被定位成将运算放大器330的非反相输入连接到稳压器317的稳定电压Vreg输出，以便在固定零点模式中操作传感器100。

[0049] 图3G图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3F中图示的传感器100，但传感器100是针对基于下述电压确定的比率式增益模式和零点模式而配置的：由处理器105经由输入/输出（I/O）115接收的外部提供的电压（Vexternal）。

[0050] 在操作中，开关350被定位成将增益控制器320连接到Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。开关355被定位成经由开关355和365将运算放大器330的非反相输入连接到I/O 115。

[0051] 在该示例中，传感器100的增益与输入电压VDD成比例，而零点是基于被提供给传感器100的电压（Vexternal）来确定的。在类似配置中，开关350可以被定位成将增益控制器320连接到稳压器317的稳定电压Vreg输出，以便在固定增益模式中操作传感器100。

[0052] 尽管在图3A-3G中图示了传感器100的示例性配置，但传感器100不限于这些配置，并且传感器100可以被配置成在针对传感器100的零点和/或增益配置的固定、比率式和/或外部提供的模式的任何组合中操作。

[0053] 图4A图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图3A-3G中图示的传感器100，并且为了简洁，可能已经省略公共元件和/或功能的讨论。

[0054] 在示例性实施例中，图4A中图示的传感器100是差动传感器，其中传感器100的差动输出由I/O 115处缓冲器335的输出和输出112（运算放大器330的输出）定义。

[0055] 如图4A中所图示，传感器100可以包括：分流器405，连接在运算跨导放大器（OTA）325的输出与运算放大器330的反相输入之间。在示例性方面中，分流器405可以是可编程分流器。分流器405可以包括：处理器电路，被配置成生成输出电流并将该输出电流提供给运算放大器330的反相输入。该输出电流是基于由OTA 325生成的输出信号（例如，输出电流）来生成的。在示例性实施例中，分流器405的输出电流是输入电流的比率（ratio）（例如，分数）。在示例性实施例中，可以调整从分流器405输出的（一个或多个）电流以调整传感器100的增益。

[0056] 分流器405可以包括：第二输出，其可以连接到运算放大器330的非反相输入。在示例性实施例中，分流器405的第二输出可以经由运算放大器410连接到运算放大器330的非反相输入。在该示例中，分流器405的第二输出可以连接到运算放大器410的反相输入和输出。运算放大器410的非反相输入可以连接到开关355以及运算放大器330的非反相输入。在示例性实施例中，运算放大器410包括：处理器电路，被配置成执行运算放大器410的操作和/或功能。

[0057] 在示例性实施例中，运算放大器410可以被省略，并且缓冲器335可以被配置成执行运算放大器410的操作/功能。在该示例中，传感器100可以包括：一个或多个开关，被配置成选择性地将分流器405的输出以及开关355、360和/或365连接到缓冲器335。在操作中，该一个或多个开关允许缓冲器335执行本文描述的缓冲器335的功能以及运算放大器410的功能/操作。

[0058] 图4B图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图4A中图示的传感器100，并且为了简洁，可能已经省略公共元件和/或功能的讨论。

[0059] 在示例性实施例中，图4B中图示的传感器100是差动传感器，其中传感器100的差动输出由I/O 115处缓冲器335的输出和输出112（运算放大器330的输出）定义。

[0060] 类似于图4A中图示的传感器100，图4B中图示的传感器还包括分流器405和运算放大器410。在图4B的传感器100中，缓冲器335的反相输入经由由电阻器RB1和RB2形成的分压器连接到运算放大器330的输出。在操作中，可以调整电阻器RB1和RB2的值以调整缓冲器335的反相输入处的电压。电阻器RB1和RB2的调整还可以调整传感器100的增益。在示例性实施例中，可以调整从分流器405输出的（一个或多个）电流以调整传感器100的增益。

[0061] 图4C图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图4A和4B中图示的传感器100，并且为了简洁，可能已经省略公共元件和/或功能的讨论。

[0062] 在示例性实施例中，图4C中图示的传感器100是差动传感器，其中传感器100的差动输出由I/O 115处缓冲器335的输出和输出112（运算放大器330的输出）定义。在示例性实施例中，输出112（Vout）满足以下等式：其中，ΔVin是OTA 325的差动输入电压，Rs是OTA 325的传感器电阻器的感测电阻，并且RG是反馈电阻器RG的电阻。

[0063] 如图4C中所图示，运算跨导放大器（OTA）325被配置成生成第一和第二输出，其中第一输出被供给到运算放大器330的反相输入并且第二输出被供给到缓冲器335的反相输入。

[0064] 图4C的传感器100可以包括：分流器415，连接在运算跨导放大器（OTA）325的输出与运算放大器330和缓冲器335之间。也就是说，第一输出经由分流器415连接到运算放大器330，并且第二输出经由分流器415连接到缓冲器335。在示例性方面中，分流器415可以是可编程分流器。分流器415可以包括：处理器电路，被配置成生成第一和第二输出电流并将第一和第二输出电流分别提供给运算放大器330的反相输入和缓冲器的反相输入。输出电流是基于由OTA 325生成的输出信号（例如，输出电流）来生成的。在示例性实施例中，分流器
415的输出电流是输入电流的比率（例如，分数）。在示例性实施例中，可以调整从分流器415输出的（一个或多个）电流以调整传感器100的增益。

[0065] 在示例性实施例中，处理器105可以包括被配置成减小通过斩波而生成的纹波的纹波补偿数模转换器（DAC）420。在该示例中，纹波补偿DAC 420可以被配置成减小OTA 325的偏移，从而减小OTA 325的输出处的纹波。纹波补偿DAC 420可以包括两个输出，该两个输出跨OTA 325的传感器电阻器RS而连接以控制OTA 325的纹波。另外，纹波补偿DAC 420可以被包括在本文描述的传感器100的一个或多个其他实施例中，尽管其可能未被图示。

[0066] 如图4C中所图示，开关355连接到运算放大器330的非反相输入和缓冲器335的非反相输入。缓冲器335还可以包括：电阻器RB2，处于从缓冲器332的输出到缓冲器335的反相输入的反馈信号路径中。可以调整电阻器RB2的电阻以调整传感器100的增益。缓冲器335的反馈路径还可以包括：电容器CBuf，连接在缓冲器335的输出到缓冲器335的反相输入之间。类似地，运算放大器330的反馈路径还可以包括：电容器COA，连接在运算放大器330的输出到运算放大器330的反相输入之间。电容器CBuf和/或电容器COA可以被配置成在传感器100中提供提高的稳定性和/或减小的噪声。可以如相关领域技术人员将理解的那样调整电容器CBuf和/或电容器COA的电容。另外，电容器CBuf和/或电容器COA可以被包括在本文描述的传感器
100的一个或多个其他实施例中，尽管这样的电容器可能未被图示。

[0067] 在示例性实施例中，可以粗调整和细调整传感器100的增益。例如，可以基于分流器415的电流划分来粗调整传感器100的增益，并且可以基于缓冲器335的反馈路径中的反馈电阻器RB2的电阻来细调整传感器100的增益。

[0068] 图4D图示了根据本公开的示例性实施例的传感器100。实施例类似于图4A-4C中图示的传感器100，并且为了简洁，可能已经省略公共元件和/或功能的讨论。

[0069] 在示例性实施例中，图4D中图示的传感器100是差动传感器，其中传感器100的差动输出由I/O 115处和输出112处运算放大器330的输出定义。

[0070] 如图4D中所图示，运算跨导放大器（OTA）325被配置成生成第一和第二输出，其中第一输出经由分流器415而被供给到运算放大器330的反相输入并且第二输出经由分流器415而被供给到运算放大器330的非反相输入。也就是说，图4C的传感器100可以包括：分流器415，连接在运算跨导放大器（OTA）325的输出与运算放大器330的输入之间。

[0071] 在示例性方面中，分流器415可以是可编程分流器。分流器415可以包括：处理器电路，被配置成生成第一和第二输出电流并将第一和第二输出电流提供给运算放大器330的输入。输出电流是基于由OTA 325生成的输出信号（例如，输出电流）来生成的。在示例性实施例中，分流器415的输出电流是输入电流的比率（例如，分数）。在示例性实施例中，可以调整从分流器415输出的（一个或多个）电流以调整传感器100的增益。

[0072] 在示例性实施例中，运算放大器330包括第一和第二输出，其中第一输出是所连接的输出112并且第二输出连接到I/O 115。反馈电阻器RG可以连接在运算放大器330的第一输出与运算放大器330的反相输入之间。类似地，反馈电阻器RG2可以连接在运算放大器330的第二输出与运算放大器330的非反相输入之间。在操作中，可以调整反馈电阻器RG和/或RG2的电阻以调整受运算放大器330影响的传感器100的增益分量。

[0073] 如图4D中所图示，传感器100可以包括共模稳压器420。共模稳压器420可以替换在一个或多个其他实施例中找到的缓冲器335。共模稳压器420可以包括：处理器电路，被配置成基于经由开关335供给的电压来执行运算放大器330的一个或多个输出的共模稳压。例如，共模稳压器420可以被配置成接收运算放大器330的第二输出（例如，I/O 115）并将稳压输出提供给运算放大器330的反相和/或非反相输入。在操作中，稳压可以基于例如经由开关335而供给到共模稳压器330的电压（例如，Vreg、Vratio）。在示例性实施例中，共模稳压可以用于调整传感器100的增益。

[0074] 图5图示了根据本公开的示例性实施例的模式选择方法500的流程图。该流程图是继续参照图1-3G来描述的。该方法的步骤不限于下面描述的顺序，并且，可以按不同的顺序执行各种步骤。另外，可以彼此同时地执行该方法的两个或更多个步骤。

[0075] 流程图500的方法开始于步骤505处并转移到步骤510，在步骤510处，确定输入/输出（I/O）115的输入/输出配置。例如，确定I/O 115是否要被配置为输入或者I/O 115是否要被配置为输出。在示例性实施例中，处理器105可以基于由处理器105经由例如I/O 115接收的一个或多个控制信号来确定I/O 115的配置。

[0076] 如果I/O 115要被配置为输入，则流程图500转移到步骤515。如果I/O 115要被配置为输出，则流程图500转移到步骤530。

[0077] 在步骤515处，将I/O 115配置为输入。在示例性实施例中，处理器105可以将开关365的位置设置成输入位置（例如，如图3E-3G中的“上”位置）。例如，开关365的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0078] 在步骤515之后，流程图500转移到步骤520，在步骤520处，确定增益模式（例如，选择增益控制器320的输入）。例如，处理器105可以确定到增益控制器320的输入是否要选择性地连接到：Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出、Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出、或者被配置为输入且可操作成接收外部提供的电压（Vexternal）的I/O 115。在示例性实施例中，处理器105可以将开关350的位置设置成选择性地将增益控制器350连接到对应输入。

[0079] 在步骤520之后，流程图500转移到步骤525，在步骤525处，确定零点模式（例如，选择运算放大器330的非反相输入）。例如，处理器105可以确定运算放大器330的非反相输入是否要选择性地连接到：Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出、Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出、或者被配置为输入且可操作成接收外部提供的电压（Vexternal）的I/O 115。在示例性实施例中，处理器105可以将开关355的位置设置成选择性地将运算放大器330的非反相输入连接到对应输入。

[0080] 在步骤530处，将I/O 115配置为输入。在示例性实施例中，处理器105可以将开关365的位置设置成输入位置（例如，如图3E-3G中的“上”位置）。例如，开关365的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0081] 在步骤530之后，流程图500转移到步骤535，在步骤535处，确定增益模式（例如，选择增益控制器320的输入）。例如，处理器105可以确定到增益控制器320的输入是否要选择性地连接到：Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出或者Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。在示例性实施例中，处理器105可以将开关350的位置设置成选择性地将增益控制器350连接到对应输入。开关350的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0082] 在步骤535之后，流程图500转移到步骤540，在步骤540处，确定零点模式（例如，选择运算放大器330的非反相输入）。例如，处理器105可以确定运算放大器330的非反相输入是否要选择性地连接到：Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出或者Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出。在示例性实施例中，处理器105可以将开关355的位置设置成选择性地将运算放大器330的非反相输入连接到对应输入。开关355的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0083] 在步骤540之后，流程图500转移到步骤545，在步骤545处，确定零点输出模式（例如，确定要经由I/O 115输出的Vzero生成器315的输出）。例如，处理器105可以确定Vzero生成器315的稳定电压Vreg输出或者Vzero生成器315的比率式电压Vratio输出是否要被提供给I/O 115作为传感器100的输出。在示例性实施例中，处理器105可以将开关360的位置设置成选择性地将I/O 115连接到从Vzero生成器315输出的对应电压。开关360的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0084] 在步骤545之后，流程图500转移到步骤550，在步骤550处，将I/O 115配置为输出。在示例性实施例中，处理器105可以将开关365的位置设置成输出位置（例如，如图3A-3D中的“下”位置）。例如，开关365的位置可以基于由处理器105经由I/O 115接收的一个或多个控制信号。

[0085] 在步骤525或550之后，流程图500转移到步骤555，在步骤555处，流程图500结束。流程图500可以被重复一次或多次。

[0086] 结论具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本公开的下述总体性质：在没有不适当的实验的情况下且在不脱离本公开的总体构思的情况下，其他人可以通过应用本领域技术内的知识来针对各种应用容易地修改和/或适配这样的具体实施例。因此，基于本文呈现的教导和引导，这样的适配和修改意图处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文的短语或术语用于描述的目的而非限制的目的，使得本说明书的术语或短语将被技术人员按照该教导和引导来解释。

[0087] 说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等的引用指示了：所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不必然包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不必然指代相同实施例。另外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应当主张的是，结合其他实施例（无论是否被显式地描述）影响这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识内的。

[0088] 本文描述的示例性实施例是出于说明性目的而提供的，而不是限制的。其他示例性实施例是可能的，并且，可以对示例性实施例做出修改。因此，说明书不意在限制本公开。相反，本公开的范围仅根据所附权利要求及其等同物而限定。

[0089] 可以以硬件（例如电路）、固件、软件或其任何组合来实现实施例。实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以被一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器（例如计算器件）可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器（ROM）；随机存取存储器（RAM）；磁盘储存介质；光学储存介质；闪存器件；电、光、声或其他形式的传播信号（例如载波、红外信号、数字信号等）；等等。另外，固件、软件、例程、指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，应当意识到，这样的描述仅为了方便，并且这样的动作事实上由计算器件、处理器、控制器、或者执行固件、软件、例程、指令等的其他器件产生。另外，实现变形中的任一个可以由通用计算机实施。

[0090] 出于该讨论的目的，术语“处理器电路”应当被理解为（一个或多个）电路、（一个或多个）处理器、逻辑或其组合。例如，电路可以包括模拟电路、数字电路、状态机逻辑、其他结构电子硬件或其组合。处理器可以包括微处理器、数字信号处理器（DSP）或其他硬件处理器。可以利用执行根据本文描述的实施例的（一个或多个）对应功能的指令来对处理器进行“硬编码”。可替换地，处理器可以访问内部和/或外部存储器以检索存储在存储器中的指令，该指令在被处理器执行时执行与处理器相关联的（一个或多个）对应功能和/或与本文包括的具有处理器的部件的操作相关的一个或多个功能和/或操作。

[0091] 在本文描述的示例性实施例中的一个或多个中，处理器电路可以包括存储数据和/或指令的存储器。存储器可以是任何公知的易失性和/或非易失性存储器，其包括例如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存、磁储存介质、光盘、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和可编程只读存储器（PROM）。存储器可以是不可移除的、可移除的或者两者的组合。

标题	发布/更新时间	阅读量
氧传感器-专利编号CN104950029B	2020-05-11	303
湿度传感器-专利编号CN105486729A	2020-05-12	231
传感器装置-专利编号CN1738725A	2020-05-12	586
数字传感器-专利编号CN108291844A	2020-05-13	155
氧传感器-专利编号CN104950029A	2020-05-11	937
压力传感器-专利编号CN110763393A	2020-05-13	454
传感器设备-专利编号CN105940316B	2020-05-13	846
传感器设备-专利编号CN105940316A	2020-05-11	864
传感器组件-专利编号CN102713595B	2020-05-12	799
化学传感器-专利编号CN109564159A	2020-05-11	513

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