[发明专利]从信号中去除偏移的设备及其方法，磁性传感器单元

说明书

技术领域

本发明涉及偏移补偿领域，特别是从磁性传感器信号去除偏移用于过零检测。

背景技术

磁性传感器与永磁体或磁化的部件相结合可用于感测机械部件的速率。例如，如果磁性传感器被放置在离磁化的车轮近距离的位置，该磁化的车轮的圆周被分成多个区间，这些区间被交替地磁化为磁南和磁北，那么磁性传感器随着车轮的旋转将感测周期性的磁场。通过分析传感器的输出和知道车轮的机械结构，可能确定，例如，在传感器位置的时变磁场的频率，并因此确定车轮的角速度。

在一些应用中，只需要检测机械部分的特定位置。这解释了当磁性传感器的输出具有特定值时的检测。例如，在许多实际案例中，识别磁场的过零时刻。

在另一些应用中，永久磁体附着在机械部分上和为了测量该部分的转动角，由角磁性传感器感测磁场的方向。

在传感器或它的读出中的误差，例如任何添加到信号上的偏移，将引起过零的确定的误差。在许多磁性传感器中，例如各向异性磁电阻(AMR)传感器，偏移甚至可能比信号振幅更大，导致不能接受的误差或者甚至不能检测。此外，如果在磁畴中存在任何偏移，例如与所要感测的场平行的任何DC杂散场，许多用于偏移消除的常规方法不能正常工作。

可以通过在有限的时间内观察传感器输出信号和使它与所期望的信号相适应来推测偏移。然而，如果在小于一个周期内观察信号并需要知道信号的一些并不总是能获知的特征(如，形状，振幅，频率)时，这是不实用的。或者，可以通过一个周期的传感器输出信号的平均化和没有预先知道任何该信号特性来获得偏移。然而，在一些应用中，例如在启动时车轮速率的检测中，不允许在产生第一个精确的过零信号前等待输出信号的一整个周期。这种严格的时间限制归因于以下事实：在这种情况下，观察sub-Hz磁场并且等待信号的完整周期将导致延迟太久。

解决上述问题的传统方法是在测试阶段校准偏移。这可以通过在测试阶段传感器的激光微调或测量偏移和在正常工作阶段使用前馈补偿来完成。然而，这些技术增加测试成本和可能导致错误的结果，该错误的结果是由于温度变化或老化引起的偏移变化而导致的。

因此，需要一种简单且成本节约的获得精确的过零检测的方法，特别是不需要额外的校准和只需要少量的关于信号的信息。

发明内容

上述需求可能通过根据本发明独立权利要求的主题实现。本发明的从属权利要求提出了优选的实施例。根据第一方面，提供一种用于从信号中除去偏移的设备，该设备包括(a)频率估计单元，用于估计信号的频率，(b)偏移估计单元，用于通过将自适应低通滤波器应用到信号上估计信号中的偏移，其中自适应滤波器的截止频率基于由频率估计单元估计的信号的频率决定，和(c)减法单元，适于从信号中减去由偏移估计单元估计的偏移。

这个方面基于的思想是用于估计信号中的偏移的自适应低通滤波器的截止频率是取决于信号的估计的频率。因此，可能保证截止频率是足够低的从而有效减少信号的时变部分(即低到实质上只有偏移通过滤波器)同时防止截止频率被设置为低到滤波器的建立时间(通常与1/f_cut-off成比例)变为不必要的长。换句话说，截止频率可以设置为实现偏移的精确估计和短的滤波器建立时间之间的最佳平衡。

信号可能特别是来自磁性传感器的时变输出信号。磁性传感器可能例如被布置为测量车辆中的轮或轴的转速。

在上下文中，术语“偏移”可能特别表示信号的基本恒定的分量。

在上下文中，术语“截止频率”可能特别地表示自适应滤波器用预定量，例如3dB来减少信号振幅。

在上下文中，术语“自适应滤波器”可能特别地表示具有可调节的截止频率的低通滤波器。

基于估计的信号频率调节低通滤波器的截止频率，可以获得对于任何信号频率在传感器信号的时变部分上叠加的偏移的精确和快速的估计。因此，通过从信号中减去估计的偏移，促进时变信号部分的过零的精确检测。

本发明可以应用到角度传感器，以消除传感器偏移和获得更精确的读数。

根据一种实施例，偏移估计单元适于将自适应低通滤波器的截止频率设置到由频率估计单元估计的信号频率除以常数k。

换句话说，截止频率设置到所估计的信号频率的一部分。

常数k大于1并且通常选择为使自适应滤波器有效减小在所估计的频率处的信号内容。特别地，常数k可能选择为使在所估计的频率处的信号分量的振幅被减小到实际振幅的约1％。优选地，常数k在10和25之间的范围中，例如在12和23之间的范围中，例如在15和20之间的范围中，例如大约17。