[发明专利]基于具有共享电容器的感测/参考LC环形振荡器的具有差分电感读出的电感性感测

说明书

对于(诸如，用于接近度切换的)电感性感测，差分电感读出(141)基于作为LC环形振荡器实现的感测/参考谐振器，其具有L_S/LR电感器线圈和共享的(时间多路复用的)谐振器电容器Cc。环形振荡器包括匹配的Lsense/Lref驱动器(124，126)，其(通过外部启用信号OEsense/OEref)被时间多路复用，来基于通过环形振荡器从Lsense/Lref谐振器获得的(诸如谐振状态的)所得Lsense/Lref谐振测量，提供Lsense/Lref谐振器激励信号到Lsense/Lref谐振器(L_S/L_R，Cc)。差分读出数据基于时间多路复用的Lsense/Lref谐振测量，其分别对应于L_S/L_R线圈电感(诸如，基于Lsense/Lref谐振器振荡频率)。环形振荡器可以用施密特触发器(122)来实现，该施密特触发器(122)将模拟谐振测量转换成至Lsense/Lref驱动器的数字输入。驱动器匹配和布局匹配可用于提高精度。寄生电容在驱动器输出处的影响可以通过在不活动的L_S/L_R线圈电感两端短路或自举来抑制。

技术领域

本申请一般涉及电感性感测，并且更具体地涉及谐振电感性感测。

背景技术

电感性传感器用于基于在感测B场中的变化检测/测量事件/条件。电感性传感器包括耦合到电感数据转换器(IDC)的感测电感器线圈。IDC驱动传感器线圈来投射感测B场，并且获取对应于投射的B场中的变化的传感器测量(读出(readout))，其对应于感测的事件/条件。

例如，在定义的接近度切换阈值内，电感性接近度传感器/开关检测导电目标到电感性传感器的接近度。电感性接近度传感器/开关具有充足的动态范围以检测具有纳米分辨率的接近度。然而，切换精度受到温度漂移和元件公差的限制。

电感性感测(包括电感性接近度感测)可以基于谐振感测来实现，其中电感性传感器是具有电感器线圈和串联/并联电容器(LC谐振电路)的谐振器，其中，以串联电阻Rs(损耗因子)表征传感器谐振器中的损耗。IDC驱动传感器谐振器以维持谐振状态(持续振荡)以投射感测B场，并获得对应于如传感器谐振器中的谐振状态中的变化所反应的对最近的目标的传感器响应的传感器测量。

表现为谐振状态中的变化的传感器谐振器响应可以基于以下内容中的任一个：(a)测量由于目标中涡电流损耗(涡电流感测)导致的传感器谐振器损耗中的变化，其表现为传感器谐振器阻抗中的变化；或(b)测量由于涡电流反电动势导致的感测线圈电感中的变化，其表现为传感器谐振器振荡频率中的变化。在谐振器损耗的情况中，谐振器损耗因子Rs可以用等效并联阻抗Rp(Rp＝(1/Rs)*(L/C))表征，其考虑了与频率有关的LC无功(reactive)阻抗，使得总谐振器阻抗中的变化1/Rp可以被测量作为平衡谐振器阻抗和保持谐振(持续振荡)所需的负阻抗中的变化-1/Rp。在谐振器电感的情况中，由感应的涡电流引起的反电动势有效地改变了传感器线圈电感，其表现为维持谐振(持续振荡)所需的谐振器振荡频率中的相应变化。设计考虑因素包括对温度影响所需的灵敏度和公差。例如，基于传感器谐振器损耗的涡电流感测更敏感，但传感器电感不易受到温度影响的影响。

在至少一个示例中，对于在具有单一IDC的多通道配置中使用的两个相同的传感器谐振器，即使针对两个LC谐振回路，将谐振器电容器失配降低到0.1％，所得距离误差可为线圈直径的1％。

发明内容

所描述的示例包括用于基于具有共享的谐振器电容器的感测/参考LC环形振荡器利用差分电感读出进行电感性感测的装置和方法，诸如，可以用于电感性接近度感测/切换。