【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及傳感領(lǐng)域，特別涉及非線性補(bǔ)償電路以及傳感裝置。

背景技術(shù)：

線性傳感器被廣泛的應(yīng)用于消費電子、工業(yè)、自動駕駛和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。磁場傳感器屬于線性傳感器中的一種。流行的磁傳感技術(shù)包括霍爾效應(yīng)、各向異性磁阻(amr)、巨磁阻(gmr)、隧穿磁阻(tmr)和磁阻抗(mi)。然而，這些磁場傳感器在超出預(yù)定磁場強(qiáng)度后會展示出非線性特性，也就是說，此時磁場傳感器的輸出不是隨著磁場的變化而線性的變化。

通常，磁場傳感器的傳遞函數(shù)可以被表示為：

其中s(h)為所述線性傳感器輸出的傳感信號，h為磁場強(qiáng)度，βi為多項式中各項的系數(shù)，m為多項式的項數(shù)。該傳遞函數(shù)中的高階項(2階項、3階項以及更高階項)會導(dǎo)致所述磁場傳感器在超出預(yù)定磁場強(qiáng)度后展示出明顯的非線性特性。

因此有必要提供一種新的解決方案來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種傳感裝置，其對傳感器輸出的非線性傳感信號進(jìn)行補(bǔ)償，從而改善其非線性。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種非線性補(bǔ)償電路，其對傳感器輸出的非線性傳感信號進(jìn)行補(bǔ)償，從而改善其非線性。

根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種傳感信號的非線性補(bǔ)償電路，其包括：補(bǔ)償器，其接收來自傳感器的傳感信號，基于來自傳感器的傳感信號形成補(bǔ)償信號；和輸出電路，其結(jié)合所述補(bǔ)償信號和來自傳感器的傳感信號得到補(bǔ)償后的傳感信號。

優(yōu)選的，所述補(bǔ)償器包括一個乘法器，所述乘法器包括接收來自傳感器的傳感信號的第一信號輸入端、接收來自傳感器的傳感信號的第二信號輸入端和信號輸出端，所述乘法器具有預(yù)定乘積系數(shù)，所述乘法器用于對預(yù)定乘積系數(shù)、第一信號輸入端輸入的信號和第二信號輸入端輸入的信號進(jìn)行乘積，并將乘積結(jié)果通過其信號輸出端輸出，所述乘法器的信號輸出端作為所述補(bǔ)償器的信號輸出端輸出所述補(bǔ)償信號。

優(yōu)選的，所述補(bǔ)償器包括多個級聯(lián)的乘法器以及加法器，每個乘法器均具有預(yù)定乘積系數(shù)，每個乘法器包括第一信號輸入端、第二信號輸入端和信號輸出端，并對預(yù)定乘積系數(shù)、第一信號輸入端輸入的信號和第二信號輸入端輸入的信號進(jìn)行乘積，并將乘積結(jié)果通過信號輸出端輸出，初級乘法器的第一信號輸入端和第二信號輸入端均接收來自傳感器的傳感信號，后級乘法器的第一信號輸入端接收來自傳感器的傳感信號，后級乘法器的第二信號輸入端與前級乘法器的信號輸出端相連，所述加法器接收一個或多個乘法器的輸出信號，并對接收到各個乘法器的輸出信號進(jìn)行加法操作，并將加法結(jié)果通過其信號輸出端輸出，所述加法器的信號輸出端用作所述補(bǔ)償器的信號輸出端輸出所述補(bǔ)償信號。

優(yōu)選的，每個乘法器還包括控制輸入端，根據(jù)所述控制輸入端輸入的系數(shù)控制信號來確定該乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)，通過調(diào)整所述控制輸入端輸入的系數(shù)控制信號能夠調(diào)整該乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)。

優(yōu)選的，所述乘法器為全差分模擬乘法器，所述乘法器的第一信號輸入端包括第一正差分信號輸入端和第一負(fù)差分信號輸入端，所述乘法器的第二信號輸入端包括第二正差分信號輸入端和第二負(fù)差分信號輸入端，所述乘法器的控制輸入端包括正差分控制輸入端和負(fù)差分控制輸入端，所述乘法器的信號輸出端包括正差分信號輸出端和負(fù)差分信號輸出端，來自傳感器的傳感信號為差分信號，所述傳感信號包括正差分傳感信號和負(fù)差分傳感信號，所述乘法器的第一正差分信號輸入端接收所述正差分傳感信號，所述乘法器的第一負(fù)差分信號輸入端接收所述負(fù)差分傳感信號，所述乘法器的第二正差分信號輸入端接收所述正差分傳感信號或與前級乘法器的正差分信號輸出端相連，所述乘法器的第二負(fù)差分信號輸入端接收所述負(fù)差分傳感信號或與前級乘法器的負(fù)差分信號輸出端相連，所述系數(shù)控制信號為差分信號，所述系數(shù)控制信號包括正差分系數(shù)控制信號和負(fù)差分系數(shù)控制信號，所述乘法器的控制輸入端包括接收正差分系數(shù)控制信號的正差分控制輸入端和接收負(fù)差分系數(shù)控制信號的負(fù)差分控制輸入端，所述補(bǔ)償器的信號輸出端包括正差分信號輸出端和負(fù)差分信號輸出端，所述補(bǔ)償信號為差分信號，所述補(bǔ)償信號包括正差分補(bǔ)償信號和負(fù)差分補(bǔ)償信號。

優(yōu)選的，所述輸出電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一運算放大器，第一運算放大器包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，第一運算放大器的第一輸出端和第二輸出端輸出補(bǔ)償后的傳感信號，所述補(bǔ)償器的正差分信號輸出端經(jīng)由第三電阻與第一運算放大器的第二輸入端相連，所述補(bǔ)償器的負(fù)差分信號輸出端經(jīng)由第四電阻與第一運算放大器的第一輸入端相連，來自所述傳感器的正差分傳感信號經(jīng)過第一電阻與第一運算放大器的第二輸入端相連，來自所述傳感器的負(fù)差分傳感信號經(jīng)過第二電阻與第一運算放大器的第一輸入端相連，第五電阻連接于第一運算放大器的第二輸入端和第一輸出端之間，第六電阻連接于第一運算放大器的第一輸入端和第二輸出端之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種傳感裝置，其包括：傳感器，其得到傳感信號，

如上文提到的非線性補(bǔ)償電路，用于對所述傳感信號進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)玫窖a(bǔ)償后的傳感信號。所述傳感器為磁場傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中利用補(bǔ)償器基于來自傳感器的傳感信號形成補(bǔ)償信號，隨后結(jié)合所述補(bǔ)償信號和來自傳感器的傳感信號得到補(bǔ)償后的傳感信號，這樣可以顯著的改善所述傳感器的傳感信號的非線性。

【附圖說明】

結(jié)合參考附圖及接下來的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理解，其中同樣的附圖標(biāo)記對應(yīng)同樣的結(jié)構(gòu)部件，其中：

圖1為本發(fā)明中的非線性補(bǔ)償電路在一個實施例中的電路示意圖；

圖2為圖1中的補(bǔ)償器在一個實施例中的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為圖2中的乘法器在一個實施例中的電路圖。

【具體實施方式】

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供了一種非線性補(bǔ)償電路，其可以對來自傳感器的傳感信號進(jìn)行非線性補(bǔ)償，從而顯著改善所述傳感器的傳感信號的非線性。

圖1為本發(fā)明中的非線性補(bǔ)償電路100在一個實施例中的電路示意圖。如圖1所示的，所述非線性補(bǔ)償電路100包括補(bǔ)償器110和輸出電路120。

所述補(bǔ)償器110接收來自傳感器的傳感信號，基于來自傳感器的傳感信號形成補(bǔ)償信號。所述輸出電路120結(jié)合所述補(bǔ)償信號和來自傳感器的傳感信號得到補(bǔ)償后的傳感信號。來自傳感器的傳感信號具有非線性特性，其可以由多階多項式函數(shù)表示，高階項導(dǎo)致了所述傳感信號的非線性。

在一個實施例中，來自傳感器的傳感信號為差分信號，所述傳感信號包括正差分傳感信號vin_p和負(fù)差分傳感信號vin_n，所述補(bǔ)償信號為差分信號，所述補(bǔ)償信號包括正差分補(bǔ)償信號vco+和負(fù)差分補(bǔ)償信號vco-，所述補(bǔ)償器110包括正差分信號輸入端、負(fù)差分信號輸入端、正差分信號輸出端和負(fù)差分信號輸出端，所述補(bǔ)償器110的正差分信號輸入端接收正差分傳感信號vin_p，所述補(bǔ)償器110的負(fù)差分信號輸入端接收負(fù)差分傳感信號vin_n，所述補(bǔ)償器110的正差分信號輸出端輸出正差分補(bǔ)償信號vco+，所述補(bǔ)償器110的負(fù)差分信號輸出端輸出負(fù)差分補(bǔ)償信號vco-，所述補(bǔ)償后的傳感信號為差分信號，所述補(bǔ)償后的傳感信號包括補(bǔ)償后的正差分傳感信號vout+和補(bǔ)償后的負(fù)差分傳感信號vout-。所述傳感器可以是磁場傳感器，比如amr磁場傳感器，gmr磁場傳感器、tmr磁場傳感器和mi磁場傳感器，來自磁場傳感器的差分傳感信號為電壓差分信號。

在一個實施例中，所述輸出電路120包括第一電阻rin_a1、第二電阻rin_a2、第三電阻rin_b1、第四電阻rin_b2、第五電阻rf1、第六電阻rf2和第一運算放大器op1。第一運算放大器op1包括第一輸入端(+)、第二輸入端(-)、第一輸出端(+)和第二輸出端(-)，所述第一運算放大器的第一輸出端和第二輸出端分別輸出補(bǔ)償后的正差分傳感信號vout+和補(bǔ)償后的負(fù)差分傳感信號vout-。所述補(bǔ)償器110的正差分信號輸出端經(jīng)由第三電阻rin_b1與第一運算放大器op1的第二輸入端相連，所述補(bǔ)償器110的負(fù)差分信號輸出端經(jīng)由第四電阻rin_b2與第一運算放大器op1的第一輸入端相連。來自所述傳感器的正差分傳感信號vin_p經(jīng)過第一電阻rin_a1與第一運算放大器op1的第二輸入端相連，來自所述傳感器的負(fù)差分傳感信號vin_n經(jīng)過第二電阻rin_a2與第一運算放大器op1的第一輸入端相連，第五電阻rf1連接于第一運算放大器op1的第二輸入端和第一輸出端之間，第六電阻rf1連接于第一運算放大器op1的第一輸入端和第二輸出端之間。第一電阻rin_a1和第二電阻rin_a2的電阻值相同，第三電阻rin_b1和第四電阻rin_b2的電阻值相同，第五電阻rf1和第六電阻rf2的電阻值相同。

所述補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為：

其中vco為所述補(bǔ)償器輸出的補(bǔ)償信號，其等于正差分補(bǔ)償信號vco+和負(fù)差分補(bǔ)償信號vco-的差，vin為所述補(bǔ)償器輸出的傳感信號，其等于正差分傳感信號vin_p和負(fù)差分傳感信號vin_n的差，αi為第i項的系數(shù)，n為所述補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)的項數(shù)，n可以大于等于1。

可以根據(jù)所述傳感器的傳感信號的非線性特性，來設(shè)定所述補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)的項數(shù)，設(shè)定各項的系數(shù)。

所述非線性補(bǔ)償電路的傳遞函數(shù)為：

其中rf為第五電阻和第六電阻的電阻值，

rin_a為第一電阻和第二電阻的電阻值，

rin_b為第三電阻和第四電阻的電阻值，

vout為所述輸出電路120輸出的補(bǔ)償后的傳感信號，其等于補(bǔ)償后的正差分傳感信號vout+和補(bǔ)償后的負(fù)差分傳感信號vout-。

可以看出，所述輸出電路120對所述補(bǔ)償信號vco進(jìn)行增益放大，對所述傳感信號vin進(jìn)行增益放大，并將增益放大后的補(bǔ)償信號vco和增益放大后的傳感信號vin相加得到補(bǔ)償后的傳感信號vout。所述補(bǔ)償信號vco是與所述傳感信號有關(guān)的高階多項式函數(shù)，將所述補(bǔ)償信號vco和所述傳感信號相加，可以改善補(bǔ)償后的傳感信號vout的線性。

圖2為圖1中的補(bǔ)償器110在一個實施例中的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示的，所述補(bǔ)償器110包括多個級聯(lián)的乘法器1111，1112，……，111n以及加法器112，每個乘法器均具有預(yù)定乘積系數(shù)，不同的乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)可以不同，也可以相同。圖2中示意出了n個乘法器，n為所述補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)的項數(shù)，也是所述乘法器的個數(shù)，其中n大于等于1，n等于1時相當(dāng)于只有一個乘法器，此時加法器112則不需要了。

每個乘法器包括第一信號輸入端v1、第二信號輸入端v2和信號輸出端vo，并對預(yù)定乘積系數(shù)、第一信號輸入端v1輸入的信號和第二信號輸入端輸入v1的信號進(jìn)行乘積，并將乘積結(jié)果通過信號輸出端vo輸出。如果n大于等于2，初級乘法器(第一個乘法器)的第一信號輸入端v1和第二信號輸入端v2均接收來自傳感器的傳感信號vin，后級乘法器的第一信號輸入端v1接收來自傳感器的傳感信號vin，后級乘法器的第二信號輸入端v2與前級乘法器的信號輸出端vo相連，比如，乘法器1112的第二信號輸入端vo與乘法器1111的信號輸出端vo相連，第n個乘法器的第二信號輸入端vo與第n-1個乘法器的信號輸出端vo相連。每個乘法器還包括控制輸入端v3，根據(jù)所述控制輸入端v3輸入的系數(shù)控制信號vb1、vb2、vbn來確定該乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)，通過調(diào)整所述控制輸入端輸入的系數(shù)控制信號能夠調(diào)整該乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)。

所述乘法器的傳遞函數(shù)為：

其中αi是第i乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)，vin為來自傳感器的傳感信號，vin＝vin_p-vin_n，voi為第i個乘法器的輸出信號，其中i大于等于1小于等于n。通過系數(shù)控制信號vb1、vb2、vbn來確定該乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)αi。

所述加法器112接收每個乘法器的輸出信號vo1、vo2、von，并對接收到各個乘法器的輸出信號vo1、vo2、von進(jìn)行加法操作，并將加法結(jié)果通過其信號輸出端輸出，所述加法器的信號輸出端用作所述補(bǔ)償器110的信號輸出端輸出所述補(bǔ)償信號vco。這樣，可以使得所述補(bǔ)償器110的傳遞函數(shù)為公式(2)。

圖3為圖2中的乘法器在一個實施例中的電路圖。

實際上，所述乘法器為全差分模擬乘法器，所述乘法器的第一信號輸入端v1包括第一正差分信號輸入端v1+和第一負(fù)差分信號輸入端v1-，所述乘法器的第二信號輸入端v2包括第二正差分信號輸入端v2+和第二負(fù)差分信號輸入端v2-，所述乘法器的控制輸入端v3包括正差分控制輸入端v3+和負(fù)差分控制輸入端v3-，所述乘法器的信號輸出端vo包括正差分信號輸出端vo+和負(fù)差分信號輸出端vo-。

所述乘法器的第一正差分信號輸入端v1+接收所述正差分傳感信號vin_p，所述乘法器的第一負(fù)差分信號輸入端v1-接收所述負(fù)差分傳感信號vin_n，所述乘法器的第二正差分信號輸入端v2+接收所述正差分傳感信號vin_p或與前級乘法器的正差分信號輸出端vo+相連，所述乘法器的第二負(fù)差分信號輸入端v2-接收所述負(fù)差分傳感信號vin_n或與前級乘法器的負(fù)差分信號輸出端vo-相連，所述乘法器的正差分控制輸入端v3+接收正差分系數(shù)控制信號vbi+，所述乘法器的負(fù)差分控制輸入端v3-接收負(fù)差分系數(shù)控制信號vbi-。

所述加法器的信號輸出端也會包括正差分信號輸出端和負(fù)差分信號輸出端，它們分別作為所述補(bǔ)償器的正差分信號輸出端和負(fù)差分信號輸出端。

如圖3所示的，所述乘法器包括第二運算放大器op2、第一場效應(yīng)晶體管m1、第二場效應(yīng)晶體管m2、第三場效應(yīng)晶體管m3、第四場效應(yīng)晶體管m4、第五場效應(yīng)晶體管m5、第六場效應(yīng)晶體管m6、第七場效應(yīng)晶體管m7、第八場效應(yīng)晶體管m8。

第二運算放大器op2包括第一輸入端(+)、第二輸入端(-)、第一輸出端(+)和第二輸出端(1)，第二運算放大器的第一輸出端為所述乘法器的正差分信號輸出端vo+，第二運算放大器的第二輸出端為所述乘法器的負(fù)差分信號輸出端vo-。

第一場效應(yīng)晶體管的第一連接端和第二場效應(yīng)晶體管的第一連接端相連，并作為所述乘法器的第一負(fù)差分信號輸入端v1-，第三場效應(yīng)晶體管的第一連接端和第四場效應(yīng)晶體管的第一連接端相連，并作為所述乘法器的第一正差分信號輸入端v1+。第一場效應(yīng)晶體管m1的第二連接端和第四場效應(yīng)晶體管m4的第二連接端相連，并與第二運算放大器op2的第二輸入端相連，第二場效應(yīng)晶體管m2的第二連接端和第三場效應(yīng)晶體管m3的第二連接端相連，并第二運算放大器op2的第一輸入端相連。第五場效應(yīng)晶體管m5的第一連接端和第六場效應(yīng)晶體管m6的第一連接端相連，并與第二運算放大器op2的第二輸入端相連，第七場效應(yīng)晶體管m7的第一連接端和第八場效應(yīng)晶體管m8的第一連接端相連，并與第二運算放大器op2的第一輸入端相連。第五場效應(yīng)晶體管m5的第二連接端和第八場效應(yīng)晶體管m8的第二連接端相連，并與第二運算放大器op2的第一輸出端相連，第六場效應(yīng)晶體管m6的第二連接端和第七場效應(yīng)晶體管m7的第二連接端相連，并與第二運算放大器op2的第二輸出端相連，第一場效應(yīng)晶體管m1的控制端和第三場效應(yīng)晶體管m3的控制端作為所述乘法器的第二正差分信號輸入端v2+，第二場效應(yīng)晶體管m2的控制端和第四場效應(yīng)晶體管m4的控制端作為所述乘法器的第二負(fù)差分信號輸入端v2-，第五場效應(yīng)晶體管m5的控制端和第七場效應(yīng)晶體管m7的控制端作為所述乘法器的正差分控制輸入端v3+，第六場效應(yīng)晶體管m6的控制端和第八場效應(yīng)晶體管m8的控制端作為所述乘法器的負(fù)差分控制輸入端v3-。

所述場效應(yīng)晶體管可以為pmos晶體管或nmos晶體管。

各個場效應(yīng)晶體管的第一連接端可以是該場效應(yīng)晶體管的漏極，也可以是該場效應(yīng)晶體管的源極。同樣的，各個場效應(yīng)晶體管的第二連接端可以是該場效應(yīng)晶體管的源極，也可以是該場效應(yīng)晶體管的漏極。實際應(yīng)用中，場效應(yīng)晶體管的漏極和源極是可以互換的。

所述乘法器的傳遞函數(shù)為：

其中voi為第i個乘法器的輸出信號，δv1為所述乘法器的第一正差分信號輸入端和第一負(fù)差分信號輸入端的信號差，δv2為所述乘法器的第二正差分信號輸入端和第二負(fù)差分信號輸入端的信號差，δv3為所述乘法器的正差分控制輸入端和負(fù)差分控制輸入端的信號差，

為第i個乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)

kin為所述乘法器的各個場效應(yīng)晶體管的輸入傳導(dǎo)參數(shù)，kout為所述乘法器的各個場效應(yīng)晶體管的輸出傳導(dǎo)參數(shù)，vbi為第i個乘法器的系數(shù)控制信號,kin和kout是常數(shù)項。

在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要設(shè)計所述乘法器的預(yù)定乘積系數(shù)αi，也可以根據(jù)需要設(shè)計乘法器的個數(shù)，比如2個、3個或更多個。

在一個改變的實施例中，所述補(bǔ)償器可能只需要所述多階多項式中的一項或幾項，可以通過加法器來實現(xiàn)具體選擇使用哪一項來進(jìn)行補(bǔ)償，比如可能只需要三階函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，那么所述加法器只需要保留第二個乘法器的輸出信號就可以了，同理，如果只需要四階函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，那么所述加法器只需要保留第四個乘法器的輸出信號就可以了。

本發(fā)明也可以提供一種傳感裝置，其包括傳感器以及上文中描述的非線性補(bǔ)償裝置。

上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實施方式。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的具體實施方式所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于所述具體實施方式。