专利名称：用于提供表示铁磁物体旋转速度和旋转方向的输出信号的设备和方法
技术领域：
本发明总体上涉及集成电路，更具体而言，涉及用于检测和传达铁磁物体旋转速 度和旋转方向的集成电路。
背景技术：
用于检测铁磁物体的临近检测器是众所周知的。在临近检测器中，由磁场到电压 换能器(这里也称为磁场感测元件)，例如霍耳效应元件或磁致电阻元件检测与铁磁体相 关联的磁�。涮峁┯胨觳獾拇懦〕杀壤男藕�(即，磁场信号)。一些临近检测器仅提供表示铁磁物体接近的输出信号。不过，其他临近检测器，即 旋转检测器，提供表示旋转铁磁齿轮的每个齿或具有交替极性段的分段环形磁铁的每个段 接近和后退的输出信号。临近检测器(旋转检测器)处理磁场信号以产生输出信号，每次 在磁场信号到达峰值(正的或负的峰值)或与阈值电平相交时，输出信号就改变状态。因 此，具有边缘速率或周期的输出信号表示铁磁齿轮或环形磁体的旋转和旋转速度。在一种有时被称为峰到峰百分比检测器(或阈值检测器)的临近检测器(旋转检 测器)中，阈值电平等于峰到峰磁场信号的百分比。对于这种临近检测器(旋转检测器) 而言，在磁场信号与阈值电平交叉时输出信号改变状态。在转让给本发明受让人的题为 "Detection of Passing Magnetic Articles While Periodically Adapting Detection Threshold"的美国专利No. 5917320中描述了一种这样的峰到峰百分比检测器，在此通过 引用将该专利并入本文。在另一种有时被称为斜率激活检测器或峰值参照检测器(或峰值检测器)的临近 检测器(旋转检测器)中，阈值电平与磁场信号的正负峰值(即峰和谷)相差预定量。于 是，在这种临近检测器(旋转检测器)中，在磁场信号偏离峰和/或谷预定量时，输出信号 改变状态。在转让给本发明受让人的题为"Detection of Passing Magnetic Articles With a Peak Referenced Threshold Detector” 的美国专利 No. 6091239 中描述了一种 这样的斜率激活检测器，在此通过引用将该专利并入本文。在转让给本发明受让人的题为 "Proximity Detector”美国专利No. 6693419中描述了另一种这样的峰值参照临近检测器， 在此通过引用将该专利并入本文。在转让给本发明受让人的题为“I^roximity Detector" 美国专利No. 7199579中描述了另一种这样的峰值参照临近检测器，在此通过引用将该专 利并入本文。应当理解，因为上述峰到峰百分比检测器(阈值检测器)和上述峰值参照检测器 (峰值检测器)都具有能够识别磁场信号正负峰值的电路，所以峰到峰百分比检测器和峰 值参照检测器都包括适于检测磁场信号正负峰值的峰值检测器电路。不过，每种检测器都 以不同方式利用检测到的峰值。为了精确检测磁场信号的正负峰值，一些临近检测器，即旋转检测器能够跟踪至 少一部分磁场信号。为此，典型地，可以使用一个或多个数字到模拟转换器(DAC)来产生跟踪磁场信号的跟踪信号。例如，在上述美国专利No. 5917320和6091239中，使用两个DAC， 一个(PDAC)检测磁场信号的正峰值，另一个(NDAC)检测磁场信号的负峰值。一些临近检测器被配置成能够识别振动，例如，齿轮或环形磁铁的转动振动或线 性振动，这种振动能够从尺寸感测元件产生信号(磁场信号)，这种信号可能看起来类似于 在正常运转的齿轮或环形磁铁旋转期间会产生的信号。在2004年9月16日提交的题为 "Methods and Apparatus for Vibration Detection” 的美国专利申请 No. 10/942577 和 2005 年 3 月 21 日提交的题为"Proximity Detector Having a Sequential Flow State Machine”的美国专利申请No. 11/085648中描述了具有能够检测振动的振动处理器的临近 检测器，这两个专利申请都被转让给本发明的受让人并通过弓I用并入本文。如上所述，用于检测铁磁物体(例如环形磁铁或铁磁齿轮)的旋转的常规临近检 测器产生的输出信号可能具有表示铁磁物体或环形磁铁的旋转和旋转速度的格式。亦即， 常规临近检测器能够产生作为双状态的双态信号的输出信号，其频率表示旋转速度。在铁 磁物体未旋转时，常规临近检测器能够产生不活动的输出信号。不过，大部分常规临近检测 器产生的输出信号不表示铁磁物体的旋转方向。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种旋转检测器包括磁场传感器，用于提供与关联于能 够旋转的铁磁物体的磁场成比例的输出信号。该旋转检测器还包括被耦合成从磁场传感器 接收输出信号的一个或多个检测器电路。每个检测器电路被配置成检测铁磁物体的旋转。 一个或多个检测器电路被配置成产生相应的一个或多个输出信号，每个输出信号具有相应 的上升和下降沿。该旋转检测器还包括输出协议电路，所述输出协议电路被耦合成从所述 一个或多个检测器电路接收一个或多个输出信号并被配置成产生表示所述铁磁物体的旋 转速度且还表示所述铁磁物体的旋转方向的输出信号。输出协议电路产生的输出信号包 括如下至少一项第一多个脉冲，所述第一多个脉冲中的每个都具有过渡方向(transition direction)表示所述旋转方向的前沿，或所述铁磁物体沿第一方向旋转时发生于第一数量 脉冲实例中的所述第一数量的脉冲以及所述铁磁物体沿不同的第二方向旋转时发生于不 同的第二数量的脉冲实例中的所述第二数量的脉冲。根据本发明的另一方面，一种检测铁磁物体的旋转的方法包括产生与关联于所述 铁磁物体的磁场成比例的第一信号。该方法还包括响应于所述第一信号检测所述铁磁物 体的旋转；响应于所述检测产生一个或多个第二信号，每个第二信号具有相应的上升和下 降沿；以及响应于一个或多个第二信号产生第三信号。第三信号表示铁磁物体的旋转速度， 还表示铁磁物体的旋转方向。第三信号包括如下至少一项第一多个脉冲，所述第一多个脉 冲中的每个都具有过渡方向表示所述旋转方向的前沿，或所述铁磁物体沿第一方向旋转时 发生于第一数量脉冲实例中的所述第一数量的脉冲以及所述铁磁物体沿不同的第二方向 旋转时发生于不同的第二数量的脉冲实例中的所述第二数量的脉冲。利用这些布置，该旋转检测器和方法提供了表示能够旋转的铁磁物体的旋转速度 以及旋转方向的输出信号。
从以下附图的详细描述中可以更完整地理解本发明的上述特征以及本发明自身， 其中图1为方框图，示出了接近铁磁物体的旋转检测器，该旋转检测器具有输出协议 电路，输出协议电路被配置成产生表示铁磁物体旋转速度以及旋转方向的输出信号；图2有几幅曲线图，每幅曲线图表示图1的输出协议电路能够产生的不同示范性 输出信号，以便表示铁磁物体的旋转速度和旋转方向；图3是可用作图1的输出协议电路以便产生图2所示输出信号之一的示范性输出 协议电路的方框图；图4是可用作图1的输出协议电路以便产生图2所示输出信号中的另一个的另一 示范性输出协议电路的方框图；图5是可用作图1的输出协议电路以便产生图2所示输出信号中的另一个的另一 示范性输出协议电路的方框图；以及图6是可用作图1的输出协议电路以便产生图2所示输出信号中的另一个的另一 示范性输出协议电路的方框图。
具体实施例方式在描述本发明之前，解释一些介绍性的概念和术语。如这里使用的，使用术语“旋 转检测器”描述包括“磁场感测元件”的电路，其中磁场感测元件检测磁场。旋转检测器能 够感测铁磁物体的运动，即旋转，例如，环形磁铁的磁畴的进退或铁磁齿轮的轮齿的进退。 在这里以更宽泛的意义使用术语“临近检测器”，以包括旋转检测器，还包括仅检测磁性物 体的接近的其他电路。尽管下文将磁场感测元件显示和描述为霍耳效应元件，但在其他方案中，磁场感 测元件可以是，但不限于霍耳效应元件、磁致电阻元件、磁敏晶体管或磁感应器件。如所公 知，有不同类型的霍耳效应元件，例如平面霍耳元件和垂直霍耳元件。同样公知的是，有不 同类型的磁致电阻元件，例如，巨磁致电阻(GMR)元件、各向异性磁致电阻元件(AMR)、隧穿 磁致电阻(TMR)元件和磁隧道结(MTJ)。参考图1，可以使用示范性旋转检测器10，例如用于检测通过的轮齿，例如，铁磁 齿轮12的轮齿12a-12c。本领域技术人员将理解到，可以在接近齿轮12的各种位置放置永 磁体(未示出)，导致在具有轮齿12a-12c的齿轮12旋转时，接近齿轮12的磁场波动。旋转检测器10可以具有耦合到表示为Vcc的电源的第一端口 14。旋转检测器10 还可以具有耦合到固定电压源的第二端口 16，固定电压源例如是表示为GND的地电压源。 于是，在一些布置中，旋转检测器10是两端口装置，其中输出信号表现为第一端口 14上叠 加在电源电压Vcc上的信号电流。然而，在其他布置中，本领域技术人员将理解，类似于旋 转检测器10的旋转检测器可以具有第三端口(未示出)，在第三端口，输出信号能够表现为 电压而不是电流。旋转检测器10可以包括第一、第二和第三磁场感测元件18、20、22，这里分别被示 为霍耳效应元件。第一霍耳效应元件18产生第一差分电压信号Ma、Mb，第二霍耳效应元 件20产生第二差分电压信号^a J6b，第三霍耳效应元件22产生第三差分电压信号^a、28b，每个霍耳效应元件都具有对旋转齿轮12做出响应的AC信号部件。尽管霍耳效应元件18、20、22的每个都被示为两端口装置，但本领域技术人员将 理解，霍耳效应元件18、20、22的每个实际是四端口装置，霍耳效应元件的另外两个端口可 以经耦合以接收和传递可能由例如相应电流源或电压源(未示出)提供的相应电流。第一差分电压信号24a、24b由第一差分前置放大器30a接收，第二差分电压信号 26a、26b由第二差分前置放大器30b接收，第三差分电压信号28a、28b由第三差分前置放大 器30c接收。分别由第一和第二差分前置放大器30a、30b产生的第一和第二输出信号32a、32b 被“右”通道放大器34a接收，分别由第二和第三差分前置放大器30b、30c产生的第二和第 三输出信号32b、32c被“左”通道放大器34b接收。“右”和“左”的指示是任意的，但一般 表示齿轮12沿第一和第二方向的旋转。由右通道放大器34a产生的信号38a被右通道检测器电路36a接收，由左通道放 大器34b产生的信号38b被左通道检测器电路36b接收。信号38a、38b可以是模拟信号， 一般实质上是正弦式的。以右通道检测器电路36a作为检测器电路36a、36b的代表，右通道检测器电路36a 包括被耦合成接收信号38a的峰值检测器电路40a。峰值检测器电路40a被配置成检测信 号38a的正负峰值并产生阈值信号42a，根据信号38a的过渡方向，阈值信号42a例如呈现 为恰低于信号38a的正峰值的第一静态阈值，或恰高于信号38a的负峰值的第二静态阈值。 将比较器44a耦合成接收阈值信号42a并且还耦合成接收信号38a。结果，比较器44a产生 双态信号46a，在接近信号38a到达正负峰值时，在信号38a与第一和第二静态阈值都交叉 时，双态信号46a具有过渡部分。由左通道检测器电路36b产生的信号46b是与信号46a以相同方式产生的。不过， 由于磁场感测元件18、20对信号46a有贡献，而磁场感测元件20、22对信号46b有贡献，应 当认识到，信号46a、46b具有时间不同的边沿(相当于针对特定信号频率，即特定旋转速度 的相位)。此外，应当认识到，可以与信号46b中特定对应边沿过渡比较，根据信号46a中的 特定边沿过渡的相对相位或相对时差(例如滞后或超前)确定齿轮12的旋转方向。因此， 可以使用信号46a、46b的边沿的相对滞后或超前来识别齿轮12的旋转方向。旋转检测器10可以包括输出协议电路48，输出协议电路48被耦合成接收和处理 信号46a、46b并被配置成产生作为电流信号的输出信号52，其表示齿轮12的旋转速度和旋 转方向。尽管旋转检测器10被示为包括均具有特定拓扑的检测器电路36a、36b，应当理 解，可以使用任何形式的峰值参照检测器或峰到峰百分比检测器，包括但不限于上述峰值 参照检测器和峰到峰百分比检测器，以替代或补充检测器电路36a、36b。现在参考图2，曲线图具有以任意单位的时间为单位的水平轴。曲线60表示由 输出协议电路48接收的信号46a、46b之一。曲线60表示双态(两种状态)信号，在齿轮 12正以与信号60的频率成比例的旋转速度旋转时，该信号分别在时间trisel、trise2和 trise3具有正过渡62a-62c，分别在时间tfalll、tfall2和tfall3具有负过渡64a_64c。在时间trevl和trev2，信号60遇到齿轮12旋转方向的反转。在时间trevl之 前，齿轮12沿第一方向旋转。在时间trevl和trev2之间，齿轮12沿不同的第二方向旋转。在时间trev2之后，齿轮再次沿第一方向旋转。曲线66表示图1的信号46a、46b中的另一个，大致与信号60具有相同的形状和 过渡，但根据图1齿轮12的旋转方向具有超前或滞后于信号60的相位的相位。于是，在时 间trevl之前信号66的过渡超前于信号60，在时间trevl和trev2之间信号66的过渡滞 后于信号60，在时间trev2之后信号66的过渡再次超前于信号60的过渡。为了清楚起见， 曲线66被示为与信号60具有小的垂直偏移。曲线70表示由图1的输出协议电路48的第一实施例产生的输出信号52，下文结 合图3进一步描述该实施例。输出信号70具有脉冲72a-72c和76。脉冲72a_72c具有升高 的前沿74a-74c。脉冲76具有下降的前沿78。将要理解，输出信号70具有多个脉冲，多个 脉冲中的每个具有前沿，前沿具有表示旋转方向的过渡方向。于是，在时间trevl和trev2 之间，脉冲76的前沿是下降前沿，在其他时间，脉冲72a-72c的前沿是上升前沿。然而，具 有相反前沿方向的脉冲也是可能的。如这里使用的，使用术语“脉冲”描述双态信号的一部分，其中脉冲的宽度小于双 态信号周期的大约百分之五十。因此，应当理解，脉冲是从一个信号值到另一个信号值的信 号简短漂移(brief excursion)。在方向变为反向时的时间trev 1和trev2之间的时间段期间，在时间tri se2，高状 态的脉冲宽度从脉冲72a、72b的宽度变为更长，其长度取决于旋转速度。结果，图1的输出 协议电路48能够识别出旋转方向已经变化。时间trise2处的上升沿仍然传达边缘信息， 但预计的高状态持续时间因为方向变化而变化。而且，在时间trise3，信号70的下降沿传 达边缘位置，但预计的低状态持续时间变化了，表示旋转方向再次改变。在信号70中，脉冲沿相反旋转方向反转。例如，如果在旋转方向为正向时，脉冲，例 如72a、72b具有四十五毫秒的高状态(脉冲宽度)，在旋转方向反转时，脉冲，例如脉冲78，具 有四十五毫秒的低状态(脉冲宽度)。在速度沿正向变化时，脉冲的高状态(脉冲宽度)保 持为四十五毫秒，在速度沿反向变化时，脉冲的低状态(脉冲宽度)保持为四十五毫秒。曲线80表示由图1的输出协议电路48的第二实施例产生的输出信号52，下文结 合图4进一步描述该实施例。输出信号80具有脉冲82a-82d，在这里将每个脉冲都称为具 有一个脉冲的“实例”。输出信号80还具有脉冲86aa、86ab、86ba、86bb，它们出现在双脉冲 组86a、86b中，每个双脉冲组86a、86b在这里被称为具有双脉冲的实例。全部脉冲82a-82d、 86aa、86ab、86ba、86bb都分别具有上升前沿84a-84d、88a_88d。将要理解，在铁磁物体(例 如图1的齿轮12)沿第一方向旋转时，输出信号80具有发生于第一数量脉冲的实例(例如 82a,82b)中的第一数量的脉冲(即一个脉冲，例如脉冲82a)，在铁磁物体(例如图1的齿 轮12)沿不同的第二方向旋转时，输出信号80具有发生于第二数量脉冲的实例(例如86a， 86b)中的不同的第二数量的脉冲(即两个脉冲，例如脉冲86aa、86ab)。尽管一个脉冲(例如82a)被示为代表第一旋转方向，两个脉冲(例如86aa、86ab) 被示为代表不同的第二旋转方向，但也可以使用其他数量的脉冲，只要有不同数量的表示 每个相应旋转方向的脉冲即可。而且，尽管单个脉冲(例如82a)和多个脉冲(例如86aa、86ab)被示为在相同的 正向上具有前沿过渡，在其他布置中，单个脉冲82a-82d的前沿过渡可以处于与多个脉冲 88aa-88ab和86ba_86bb的前沿过渡相反的方向中。
曲线90表示由图1的输出协议电路48的第三实施例产生的输出信号52，下文结 合图5进一步描述该实施例。结合线92a、92b、92c表示的信号电流的垂直幅度比例示出了 曲线90。线92a表示大约四到八毫安的信号电流，线92b表示大约十二到十六毫安的信号 电流，线92c表示大约二十到二十六毫安的信号电流。应当认识到，所指示出的电流范围仅 仅是例示性的，可以使用其他电流范围。输出信号90具有脉冲94a_94d，电流之间的第一幅度由线92b和92c表示。输出 信号90还具有脉冲98a，98b，其具有高于由线92c表示的电流以上的不同的第二幅度。所 有脉冲94a-94d、98a、98b分别具有上升前沿96a-96d、100a、100b。在一些实施例中，在没有 脉冲的时候，例如，在基线信号电平98处，信号90可以表现为由线92a表示的电流以上但 低于由线92b表示的电流的不同的第三幅度。将要理解，输出信号90具有多个脉冲94a-94d、98a、98b，多个脉冲中的每个都具 有从第一脉冲幅度(例如脉冲94a)和不同的第二脉冲幅度(例如脉冲98a)中选择的相应 脉冲幅度，其中第一和第二脉冲幅度表示铁磁物体(例如图1的齿轮12)的相应旋转方向。曲线110表示由图1的输出协议电路48的第四实施例产生的输出信号52，下 文结合图6进一步描述该实施例。输出信号110具有脉冲112a-112d和116a-116b。脉 冲112a-112d分别具有上升的前沿114a-114d。脉冲116a_116b分别具有下降的前沿 IlSa-IlSb0将要理解，输出信号110，像信号70那样，具有多个脉冲，多个脉冲中的每个 具有前沿，前沿具有表示旋转方向的过渡方向。于是，在时间trevl和trev2之间，脉冲 116a-116b的前沿是下降前沿，在其他时间，脉冲112a-112d的前沿是上升前沿。然而，具有 相反的前沿方向的脉冲也是可能的。尽管示出了具有前沿过渡的特定方向的脉冲，在其他布置中，可以反转信号70、 80、90、110，获得与图示那些方向相反的前沿过渡。在一些布置中，脉冲72a_72c 和 76、脉冲 82a_82d 和 86aa_88ab 和 86ba_86bb、脉 冲94a-94d和98a-98b以及脉冲112a_112c和118a_118b具有大约四十五毫秒的持续时间 (脉冲宽度)。不过，显然可以根据发生脉冲(或信号90中脉冲组的实例)的频率确定各 脉冲的脉冲宽度。发生脉冲或实例的频率可以表示旋转铁磁物体(例如图1的齿轮12)的旋转速 度。发生脉冲或实例的频率被示为与图2中信号60和66的频率相同，这些信号表示来自 图1的检测器电路36a、36b的输出信号46a、46b，并且这些信号表示铁磁物体的旋转速度。 然而，在其他布置中，发生脉冲或实例的频率和检测器电路的输出信号的频率不相同。虽然 如此，发生脉冲或实例的频率仍然能够表示旋转铁磁物体12的旋转速度。尽管信号70、80、90和110表示电流信号，例如图1中出现在节点14的电流信号 52，但在其他布置中，信号70、80、90和110是出现于图1的旋转检测器10的另一端口(未 示出)的电压信号。尽管上文描述了脉冲宽度为四十五毫秒的正负脉冲，在其他实施例中，脉冲宽度 可以在大约五到五百毫秒的范围之内。应当明白，信号70、80、110的低状态未必表示零电流或零伏。相反，在一些实施例 中，信号70、80、110中的任一个都可能具有处于正电压或电流的相应低状态。不过，在一些 其他实施例中，信号70、80、110中的任一个都可能具有处于负电压或电流的相应低状态。
图3-6为方框图，示出了能够形成图1的输出协议电路48的示范性电路。图3_6 的电路可用于分别产生图2的输出信号70、80、90和110。现在参考图3，示范性输出协议电路150具有被耦合成接收Vcc表示的电源电压 信号的电源/信号端口 152。在端口 152，如下文进一步所述，输出协议电路150还能够产 生形式为叠加于电源电压信号Vcc上的电流信号193a的输出信号。从以下论述中将明了， 输出协议电路150被配置成在节点152产生与图2的信号70相同或相似的电流输出信号 193a。输出协议电路150还具有参考端口 154，其可以耦合到参考电压，例如地。输出协议电路150还具有被耦合成从相应的两个检测器电路，例如从图1的检测 器电路36a、36b接收相应的两个输入信号155a、155b的两个输入端口 156a、156b，其中两 个输入信号155a、155b可以分别与信号46a、46b相同或相似。如上所述，检测器电路36a、 36b产生的信号46a、46b是双态双状态信号。信号46a、46b可以是具有高和低状态值的数 字信号，可以由常规数字电路，例如CMOS数字电路操作所述状态值。在第一和第二 D型触发器158a、158b的相应D输入端接收第一和第二输入信号 155a、155b，由主时钟电路160产生的公共主时钟信号162为触发器158a、158b提供时钟。 在一些实施例中，主时钟信号162与输入信号155a、155b同步。此外，主时钟信号162具有 发生于输入信号155a或155b之一过渡之后且在输入信号155a或155b中的另一个对应过 渡之前的时钟过渡。例如，简要参考图2，主时钟信号162的时钟过渡可以发生于信号66的 上升过渡之后且在信号60的对应上升过渡之前。由第一和第二 D型触发器158a、158b产生的输出信号164a、164b分别被第三和第 四D型触发器166a、166b的D输入端接收。异或门170被耦合成从第一触发器158a接收 输出信号164a并从第四触发器166b接收输出信号168b。作为响应，异或门170产生输出 信号172，输出信号172具有表示铁磁物体，例如图1的铁磁齿轮12的旋转方向的状态。对 于任一种静态旋转方向，信号172的状态都是静态的。于是，在这里也将信号172称为“方 向信号。”另一个异或门174被耦合成分别从第一、第二、第三和第四触发器158a、158b、 166a、166b接收输出信号164a、164b、168a、168b。作为响应，异或门174产生输出信号176， 输出信号176具有一般在输入信号155a、155b的每次过渡时的脉冲。于是，在这里也将信 号176称为“计数信号。”计数信号176被单触发电路178 (单稳态多谐振荡器)接收，单触发电路178产生 脉冲信号180，脉冲信号180具有在信号176具有预定过渡方向的每次过渡时均有着预定 脉冲宽度的脉冲。例如，在一个具体实施例中，在计数信号176的每个上升沿由单触发电路 178产生脉冲信号180之内的脉冲。脉冲信号180向第五D型触发器184提供时钟信号。在D型触发器184的D输入 端接收方向信号172。另一异或门188被耦合成从D型触发器184接收输出信号186并接 收脉冲信号180。在工作时，异或门188产生的输出信号190 (其为电压信号)似乎类似于 图2的信号70，后者如上所述是电流信号。由开关204与电流源196组合将电压信号190转换成电流信号193b。开关204具 有输入节点202、控制节点192和输出节点204。电流源196具有耦合到节点152的输入节 点194和耦合到开关204的输入节点202的输出节点198。仅在开关204闭合时，具有正电
10流值的电流信号200(和193b)才从电流源196的输出节点198传递到开关204的输入节 点202，否则电流信号200 (和193b)具有零电流值。开关204被耦合成在控制节点192接 收电压信号190，因此，开关204被配置成根据信号190的状态打开和闭合。在工作中，在方向信号172处于表示第一旋转方向的低状态时，脉冲信号180中的 脉冲通过异或门188并出现在信号190、193a和193b中。或者，在方向信号172处于表示 不同的第二旋转方向的高状态时，脉冲信号180中的脉冲被异或门188反转并在信号190、 193a和193b中表现为反转的。因此，电流信号193a、193b与图2的信号70相同或类似。将要明了的是，电流信号193a可以包括如图所示的Icc电流分量，这可能导致电 流信号193a从电流信号193b偏移。Icc电流分量可以是对应于用于为电路150的其他部 分供电的DC电流的电流信号。然而，在其他实施例中，利用与Icc电流信号并联的电流源 或电流吸收器可以使电流信号193a在正向或负向进一步偏移。现在参考图4，另一示范性输出协议电路220具有被耦合成接收Vcc表示的电源电 压信号的电源/信号端口 222。在端口 222，如下文进一步所述，输出协议电路220还能够 产生形式为叠加于电源电压信号Vcc上的电流信号258a的输出信号。从以下论述中将明 了，输出协议电路220被配置成在节点222产生与图2的信号80相同或相似的电流输出信 号258a。输出协议电路220还具有参考端口 224，其可以耦合到参考电压，例如地。输出协议电路220还具有被耦合成从相应的两个检测器电路，例如从图1的检测 器电路36a、36b接收相应的两个输入信号155a、155b的两个输入端口 226a、226b。第一和 第二输入信号155a、155b由电路151接收，从而获得方向信号172和计数信号176，其中上 文结合图3更充地分描述了电路151。计数信号176由配置成产生第一脉冲信号230的第 一单触发电路228接收。第一脉冲信号230由配置成产生反转的第一脉冲信号234的第一 倒相器232接收。反转的第一脉冲234由配置成产生第二脉冲信号238的第二单触发电路 236接收。第二脉冲信号238由配置成产生反转的第二脉冲信号242的第二倒相器240接 收。反转的第二脉冲242由配置成产生第三脉冲信号248的第三单触发电路接收。第三脉冲信号248和方向信号172由配置成产生信号252的与门250接收。信号 252和第一脉冲信号230由配置成产生输出信号256的或门254接收。或门254产生的输 出信号256 (其为电压信号)似乎类似于图2的信号80，后者如上所述是电流信号。由开关270与电流源262组合将电压信号256转换成电流信号258b。开关270具 有输入节点268、控制节点272和输出节点274。电流源262具有耦合到节点222的输入节 点260和耦合到开关270的输入节点268的输出节点264。仅在开关270闭合时，具有正电 流值的电流信号266 (和258b)才从电流源262的输出节点264传递到开关270的输入节 点268，否则电流信号266 (和258b)具有零电流值。开关270被耦合成在控制节点272接 收电压信号256，因此，开关270被配置成根据信号256的状态打开和闭合。在工作中，在方向信号172处于表示第一旋转方向的低状态时，仅有第一脉冲信 号230中的脉冲通过或门254并出现在信号256、258a和258b中。或者，在方向信号172 处于表示不同的第二旋转方向的高状态时，第一脉冲信号230中的脉冲以及第三脉冲信号 248中的脉冲(即两个脉冲)通过或门254并出现于信号256、258a和258中。因此，电流 信号258a、258b与图2的信号80相同或类似。将要明了的是，电流信号258a可以包括如图所示的Icc电流分量，这可能导致电流信号258a从电流信号258b偏移。Icc电流分量可以是对应于用于为电路220的其他部 分供电的DC电流的电流信号。然而，在其他实施例中，利用与Icc电流信号并联的电流源 或电流吸收器可以使电流信号258a在正向或负向进一步偏移。现在参考图5，另一示范性输出协议电路300具有被耦合成接收Vcc表示的电源电 压信号的电源/信号端口 302。在端口 302，如下文进一步所述，输出协议电路300还能够 产生形式为叠加于电源电压信号Vcc上的电流信号312a的输出信号。从以下论述将明了， 输出协议电路300被配置成在节点302产生与图2的信号90相同或相似的输出电流信号 312a。输出协议电路300还具有参考端口 304，其可以耦合到参考电压，例如地。输出协议电路300还具有被耦合成从相应的两个检测器电路，例如从图1的检测 器电路36a、36b接收相应的两个输入信号155a、155b的两个输入端口 306a、306b。第一和 第二输入信号155a、155b由电路151接收，从而获得方向信号172和计数信号176，上文结 合图3更充分地描述了电路151。计数信号176由被配置成产生脉冲信号310的单触发电 路308接收。由开关322、338与电源314、330组合产生电流信号312b。开关322具有输入节点 324、控制节点326和输出节点328。开关338具有输入节点340、控制节点342和输出节点 344。电流源314具有耦合到节点302的输入节点316和耦合到开关322的输入节点324 的输出节点318。电流源330具有耦合到节点302的输入节点332和耦合到开关338的输 入节点340的输出节点334。开关322的输出节点328还耦合到开关338的输入节点340。仅在开关322闭合时，具有正电流值的电流信号320才从电流源314的输出节点 318传递到开关322的输入节点324，否则电流信号320具有零电流值。开关322被耦合成 在控制节点326接收方向信号172，因此，开关322被配置成根据方向信号172的状态打开 和闭合。仅在开关338闭合时，具有正电流值的电流信号336才从电流源330的输出节点 334传递到开关338的输入节点340，否则电流信号336具有零电流值。开关338被耦合成 在控制节点342接收脉冲信号310，因此，开关338被配置成根据脉冲信号310的状态打开 和闭合。在开关322闭合时，电流信号320、330在开关338的输入节点340处组合，但在开 关322打开时，仅有电流信号336出现在开关338的输入节点340处。通过这种方式，实现 了两种电流水平。在工作中，在方向信号172处于表示第一旋转方向的低状态时，仅有电流信号336 在电流信号312b中。或者，在方向信号172处于表示不同的第二旋转方向的高状态时，电 流信号320和336在电流信号312b中组合。因此，电流信号312a、312b与图2的信号90 相同或类似。将要明了的是，电流信号312a可以包括如图所示的Icc电流分量，这可能导致电 流信号312a从电流信号312b偏移。Icc电流分量可以是对应于用于为电路300的其他部 分供电的DC电流的电流信号。然而，在其他实施例中，利用与Icc电流信号并联的电流源 或电流吸收器可以使电流信号312a在正向或负向进一步偏移。Icc电流(在开关322、338 打开时)可能对应于图2的基线信号电平98。现在参考图6，另一示范性输出协议电路350具有被耦合成接收Vcc表示的电源电压信号的电源/信号端口 352。在端口 352，如下文进一步所述，输出协议电路350还能够 产生形式为叠加于电源电压信号Vcc上的电流信号366a的输出信号。从以下论述中将明 了，输出协议电路350被配置成在节点352产生与图2的信号110相同或相似的电流输出 信号366a。输出协议电路350还具有参考端口 354，其可以耦合到参考电压，例如地。输出协议电路350还具有被耦合成从相应的两个检测器电路，例如从图1的检测 器电路36a、36b接收相应的两个输入信号155a、155b的两个输入端口 356a、356b。第一和 第二输入信号155a、155b由电路151接收，从而获得方向信号172和计数信号176，上文结 合图3更充分描述了电路151。计数信号176被单触发电路358接收，单触发电路358产生脉冲信号360，脉冲信 号360具有在信号176具有预定过渡方向的每次过渡时均有着预定脉冲宽度的脉冲。例如， 在一个具体实施例中，在计数信号176的每个上升沿由单触发电路358产生脉冲信号360 之内的脉冲。异或门362被耦合成接收脉冲信号360并接收方向信号172并被配置成产生输出 信号364。在工作时，异或门362产生的输出信号364 (其为电压信号)似乎类似于图2的 信号110，后者如上所述是电流信号。由开关372与电流源368组合将电压信号364转换成电流信号366b。开关372具 有输入节点374、控制节点376和输出节点380。电流源368具有耦合到节点352的输入节 点367和耦合到开关372的输入节点374的输出节点370。仅在开关372闭合时，具有正电 流值的电流信号371 (和366b)才从电流源368的输出节点370传递到开关372的输入节 点374，否则电流信号371 (和366b)具有零电流值。开关372被耦合成在控制节点376接 收电压信号364，因此，开关372被配置成根据信号364的状态打开和闭合。在工作中，在方向信号172处于表示第一旋转方向的低状态时，脉冲信号360中的 脉冲通过异或门362并出现在电流信号371、366a和366b中。或者，在方向信号172处于 表示不同的第二旋转方向的高状态时，脉冲信号360中的脉冲被异或门362反转并在电流 信号371、366a和366b中表现为反转的。因此，电流信号366a、366b与图2的信号110相 同或类似。将要明了的是，电流信号366a可以包括如图所示的Icc电流分量，这可能导致电 流信号366a从电流信号366b偏移。Icc电流分量可以是对应于用于为电路350的其他部 分供电的DC电流的电流信号。然而，在其他实施例中，利用与Icc电流信号并联的电流源 或电流吸收器可以使电流信号366a在正向或负向进一步偏移。尽管以上在图3-6中所示的电路示出了能够产生图2所示的输出信号(其表示能 够旋转的铁磁物体的旋转速度和旋转方向)的特定电路拓扑结构，但应当认识到，可以使 用其他电路产生图2中的任何输出信号。例如，可以利用可编程序微处理器等替换图3-6 的电路的任何电压信号部分(例如，图3的电路150，但没有电流源196和开关204)。在此通过引用将这里引述的所有参考文献全文并入本文。已经描述了本发明的优选实施例，现在本领域技术人员将明了，可以使用结合其 概念的其他实施例。因此感到这些实施例不应限于所公开的实施例，而是仅应当受所附权 利要求的精神和范围的限制。
权利要求
1.一种旋转检测器，包括磁场传感器，用于提供与关联于能够旋转的铁磁物体的磁场成比例的输出信号；耦合成从所述磁场传感器接收所述输出信号的一个或多个检测器电路，每个所述检测 器电路被配置成检测所述铁磁物体的旋转，所述一个或多个检测器电路被配置成产生相应 的一个或多个输出信号，每个输出信号具有相应的上升和下降沿；以及输出协议电路，所述输出协议电路被耦合成从所述一个或多个检测器电路接收所述一 个或多个输出信号，并被配置成产生表示所述铁磁物体的旋转速度且还表示所述铁磁物体 的旋转方向的输出信号，其中所述输出协议电路产生的所述输出信号包括如下至少一项第一多个脉冲，所述第一多个脉冲中的每个都具有过渡方向表示所述旋转方向的前 沿，或所述铁磁物体沿第一方向旋转时发生于第一数量的脉冲的实例中的所述第一数量的 脉冲，以及所述铁磁物体沿不同的第二方向旋转时发生于不同的第二数量的脉冲的实例中 的所述第二数量的脉冲。
2.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一多个脉冲的重复率、所述第一数 量的脉冲的组的重复率或所述第二数量的脉冲的组的重复率表示所述铁磁物体的旋转速 度。
3.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一多个脉冲中的一些、所述第一数 量的脉冲中的一些或所述第二数量的脉冲中的一些具有在大约五到五百毫秒范围中的持 续时间。
4.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一数量的脉冲的实例的发生率大致 与所述第二数量的脉冲的实例的发生率相同。
5.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一数量的脉冲包括一个脉冲，且所 述第二数量的脉冲包括多个脉冲。
6.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一数量的脉冲包括一个脉冲，且所 述第二数量的脉冲包括两个脉冲。
7.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一数量的脉冲中的脉冲具有相同的 前沿过渡方向，所述前沿过渡方向与所述第二数量的脉冲中的脉冲的前沿过渡方向相同。
8.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一数量的脉冲中的脉冲具有相同的 前沿过渡方向，所述前沿过渡方向与所述第二数量的脉冲中的脉冲的前沿过渡方向相反。
9.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一多个脉冲、所述第一数量的脉冲 或所述第二数量的脉冲包括电流脉冲。
10.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述第一多个脉冲、所述第一数量的脉冲 或所述第二数量的脉冲包括电压脉冲。
11.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述磁场传感器包括第一霍耳效应元件；以及距所述第一霍耳效应元件一定距离设置的第二霍耳效应元件。
12.根据权利要求1所述的旋转检测器，其中所述磁场传感器包括至少三个磁场感测 元件，每个磁场感测元件与相邻磁场感测元件间隔预定距离，且其中从所述三个磁场感测 元件中选择的第一对磁场感测元件被配置成产生第一差分信号，从所述三个磁场感测元件中选择的不同的第二对磁场感测元件被配置成产生第二差分信号。
13.—种检测铁磁物体的旋转的方法，所述方法包括产生与关联于所述铁磁物体的磁场成比例的第一信号；响应于所述第一信号检测所述铁磁物体的旋转；响应于所述检测产生一个或多个第二信号，每个所述第二信号具有相应的上升和下降 沿；以及响应于所述一个或多个第二信号产生第三信号，所述第三信号表示所述铁磁物体的旋 转速度，还表示所述铁磁物体的旋转方向，其中所述第三信号包括如下至少一项第一多个脉冲，所述第一多个脉冲中的每个都具有过渡方向表示所述旋转方向的前 沿，或所述铁磁物体沿第一方向旋转时发生于第一数量的脉冲的实例中的所述第一数量的 脉冲，以及所述铁磁物体沿不同的第二方向旋转时发生于不同的第二数量的脉冲的实例中 的所述第二数量的脉冲。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一多个脉冲的频率表示所述铁磁物体的 旋转速度。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一数量的脉冲的实例的发生率大致与所 述第二数量的脉冲的实例的发生率相同。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一数量的脉冲包括一个脉冲，且所述第 二数量的脉冲包括多个脉冲。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一数量的脉冲中的脉冲具有相同的前沿 过渡方向，所述前沿过渡方向与所述第二数量的脉冲中的脉冲的前沿过渡方向相同。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一数量的脉冲中的脉冲具有相同的前沿 过渡方向，所述前沿过渡方向与所述第二数量的脉冲中的脉冲的前沿过渡方向相反。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一多个脉冲、所述第一数量的脉冲或所 述第二数量的脉冲包括电流脉冲。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一多个脉冲、所述第一数量的脉冲或所 述第二数量的脉冲包括电压脉冲。
全文摘要
一种设备和方法，提供表示能旋转的铁磁物体的旋转速度和旋转方向的输出信号。描述了输出信号的各种信号格式。
文档编号G01P13/04GK102112883SQ200980129766
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年7月31日
发明者P·K·舍勒, P·戴维, R·维格 申请人:阿莱戈微系统公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
