[发明专利]用于位置感测的数字相位跟踪滤波器

说明书

用于位置感测的数字相位跟踪滤波器。本发明提供了用于测量位置的位置传感器器件(1)和对应方法(100)。器件包括用于生成模拟感测信号(S_k)的位置传感器元件(2)，每个信号是在不同的偏移相位上偏移的基本上相同的正弦函数，其输入相位(θ_i)表示位置。器件包括：数字化电路(3)，用于基于模拟感测信号提供表示输入相位(θ_i)的数字信号；以及数字处理单元(4)。器件基于处理单元的第一输出(P1)来输出指示位置的输出信号(P)。处理单元包括：误差信号发生器(11)，用于计算指示数字信号与反馈信号之间的相位差的误差信号；数字滤波器(5)，用于对误差信号进行滤波以生成第一输出；反馈路径(6)，用于基于第一输出来提供反馈信号；以及滤波器选择器(7)，用于从不同的滤波器中选择要应用的滤波器，其中，对于每个不同的滤波器，以不同方式对公共滤波器电路所操作的至少一个输入进行缩放以选择不同的滤波器带宽。

技术领域

本发明涉及位置传感器领域，并且更具体地，本发明涉及通过应用相位跟踪方法对位置传感器的信号进行数字处理。特别地，本发明涉及使用此类数字处理来测量位置的器件和方法。

背景技术

在本领域中已知，可以根据由位置传感器提供的信号来确定位置(诸如角位置或线性位移)。例如，通过机械地将要确定的位置与由磁性组件(例如，永磁体)和磁场传感器(例如，包括霍尔效应和/或感应元件)产生的磁场的相对取向相关联，位置可以根据磁场传感器感测到的一个或多个磁场属性来推断。换句话说，此类器件可以旨在确定角位置(例如，相对于零参考角)。显然，此类角位置也可以通过适当的机械耦合与待确定的更通用的位置，甚至是线性位置确定性地相关。角位置影响由一个或多个磁传感器元件感测到的磁场，由此可以从中确定位置。(多个)传感器信号可以基本上表现为正(余)弦信号，可以从中确定角位置。(例如，相对于彼此具有90°的相位偏移(不作为限制)的)此类信号这种的两个信号通常足以确定在整个旋转范围内的角位置，但是包括附加的传感器元件(例如，三个或更多个，例如，以相对120°的相位偏移提供信号的三个)可能是有利的。但是，由于模数转换和其他处理效果以及传感器噪声，能够确定角位置所按照的精度和速度存在局限性。例如，在此类位置传感器器件中通常使用滤波技术，例如，以获得对各种干扰而言噪声较小、更平滑和/或更鲁棒的角位置估计。

例如，US2016/363638公开了一种用于感测到的磁场的角度检测的磁场传感器。该传感器包括锁相环，该锁相环从多个磁场感测元件接收由序列开关和电流旋转开关选择的磁场信号。磁场信号具有指示磁场角度的相位。锁相环从该磁场信号生成与感测到的磁场的角度成比例的角度信号。在锁相环中，振荡器生成反馈信号，以使通过将测得的磁场信号的相位和反馈信号的相位进行比较而获得的差信号最小化。感测元件被顺序地扫描，即，通过时钟信号和相关联的逻辑来控制序列开关和电流旋转开关，使得在每个读出时隙期间，仅单个感测元件正被读出。

EP3517897公开了另一种位置感测器件，其中多个传感器产生传感器信号，每个信号是表示要测量的位置的输入相位的函数。组合器电路通过根据权重因子的阵列来组合传感器信号(例如，对每个传感器信号应用增益因子)以生成误差信号。处理块对误差信号进行滤波，例如，用于偏移和噪声抑制，并根据经滤波的误差信号生成表示位置的输出相位值。反馈环路根据输出相位值来调整权重因子的阵列，使得组合器电路可以相对于估计的输出相位值继续估计指示要测量的位置的误差信号。因此，提供了跟踪环，该跟踪环递增地跟踪感兴趣的位置，这有利地具有低的读出等待时间并且即使在以高角速度变化时也可以提供良好的准确度。由于组合器并行地对所有传感器信号操作，因此可以通过平均多个传感器元件上的噪声来实现良好的信噪比表现。