使用宽带信号的闭环设备校准相关申请
本申请要求2015年12月30日提交的编号为62/273033的美国临时专利申请号的权
益，该申请的内容通过引用类似在本文中重写而被并入。
技术领域
本发明总体涉及设备的校准，并且具体涉及通过使用将信号应用到设备来获得设
备的操作(诸如霍尔效应传感器的闭环校准)的反馈信息。
背景技术
开环和闭环校准方法是众所周知的并且被应用于各种环境中。一种此类环境是在
霍尔效应磁场传感器的校准中。霍尔效应磁场传感器是可用于测量磁场的固态磁性传感器
设备。霍尔效应磁场传感器的应用需要高精确度；然而，已知其随着过程变化、温度以及封
装应力变化而遭受灵敏度的变化和漂移。控制霍尔效应传感器呈现的复杂的温度依赖性的
常规解决方案是实施被称为“开环”的温度补偿电路配置。微调(或“修整”)每部分对过程变
化的灵敏度可以被实施，并且通过使用片上的温度和应力传感器以及预估计的补偿表可以
补偿随温度和应力的灵敏度的变化。这种方法需要昂贵的独立设备的多点特性以及超时
(over time)重校准。通过使用片上电流线圈或外部磁场源可以产生对传感器的校准的磁
场激励。然而，由于被测量的信号可能与校准信号相干扰，因此仅当设备脱机(并且因此不
在运行中)时可以执行校准。
作为开环方案的替代，闭环方法已经被实现以在没有外部磁场的情况下执行连续
的校准。闭环校准通常按照以下工作：对设备施加已知的磁场(生成已知磁场的方法将是：
已知的温度不敏感的电流穿过片上/片外的线圈/传感器附近的其他合适的迹线)，然后传
感器输出与期望的响应相比较，以及传感器灵敏度/增益被调节以便最小化比较器误差。这
得到具有比开环配置高的多的精确度。
霍尔效应传感器的常规闭环校准的已知问题是霍尔效应传感器附近的校准电流
可以生成改变操作温度的足够的热，从而导致灵敏度的变化并影响主要测量。此外，闭环校
准已经被证明在没有外部磁场的情况下良好执行，但在实际应用中完全消除干扰并不简
单，并且需要在磁性屏蔽环境中的脱机校准。
发明内容
一般而言，依据这些各种实施例，闭环校准方案可以以设备保留在连续操作(例
如，在线)中的方式被配置。在一个特定示例中，信号发生器设备被配置为提供在宽范围频
率扩展信号的伪随机序列。由磁场发生器接收该“扩展频谱”信号，该磁场发生器为诸如霍
尔效应传感器的磁场传感器提供编码的磁场信号或“扩展频谱”磁场信号。特定带宽的外部
干扰可以影响整体的传感器输出信号。然而，信号解码器电路接收输出信号，并且可以通过
使用对整体接收信号的合适的解码方案从干扰中解耦生成的扩展频谱。通过限定，扩展频
谱信号在频率域上被扩展，因此解码器设备作用为将已知的扩展频谱信号与特定带宽的任
意干扰区分开来。然而，对应于扩展频谱信号的输出取决于改变磁性传感器的灵敏度的任
意扰动效应。然后处理电路可以输出具有可以被调节以补偿该扰动效应的操作参数的信
号。处理电路为接收器电路提供补偿信号，由此形成闭环校准配置。
该方案使得微小校准信号(电流)的使用能够避免之前提出的霍尔效应传感器附
近的热生成问题，从而保持操作温度。这种配置允许连续校准，而不需要昂贵的多点温度测
试。而且，设备从而能够在操作中连续保留。
根据对以下详细描述进行彻底的评述和研究，这些和其余益处会变得更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明的各种实施例具有闭环校准配置的示例设备的框图。
图2是根据本发明的各种实施例具有进一步被配置为包含扩展频谱信号和解码器
电路的闭环校准的另一个示例设备的框图。
图3是类似于图2的示例设备的电路图，其根据本发明的各种实施例进一步包括霍
尔效应传感器和附加电路系统元件。
图4是根据本发明的各种实施例说明操作方法的流程图。
本领域技术人员将认识到附图中的元件被简明和清晰地图示说明，并且不必要按
比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸和/或相对位置可以相对于其他元件被扩大，以便
有助于提升本发明的各种实施例的理解。并且，通常不绘制在工业可行的实施例中有用的
或必需的常规而公知的元件，以便有助于不妨碍这些实施例的视图。将进一步认识到某些
动作和/或步骤可以发生的特定顺序被描述或描绘，同时本领域技术人员将理解针对序列
的这种特定不是实际需要的。还将理解本文使用的术语和表述除了以其它方式在本文描述
的不同的特定含义之外还具有符合在以上阐述的由本技术领域技术人员使用的该术语和
表达的原始技术含义。
具体实施方式
现在参考附图，具体参考图1，其示出简化的闭环校准电路系统设备示例140。在此
配置中，信号发生器设备141提供伪随机宽带校准信号142，其中几乎随机的序列位(例如，
一和零)被扩展到宽范围的频率上。然后接收器电路设备143接收校准信号142并且输出至
少依赖于所述宽带校准信号142、设备被期望测量的任何输入信号130、以及改变接收器143
的响应/特性的其他可能的扰动效应(诸如温度效应)的新信号144。处理电路146接收输出
信号144和期望的响应信号147。在这种方式中，处理电路146可以确定然后什么补偿信号
148应该被返回施加到接收器电路设备143。根据基于伪随机宽带校准信号142的输出144和
期望的响应信号147的至少一方面的比较，补偿信号148影响操作参数的调整，从而抵抗所
述扰动效应145。接收器电路设备143接收所述补偿信号142，从而形成闭环校准配置，并且
设备140可以保持在连续操作中。分别地，当去除伪随机宽带校准信号的影响时，去嵌入电
路160提供仅包括输入信号130的各方面的检测的输出170。
一般来说，接收器电路设备143可以是接收外部信号并提供依赖于接收的外部信
号的输出的任意设备。示例包括磁场检测器，诸如霍尔效应传感器、类各向异性磁阻(AMR)、
巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)、庞磁阻(CMR)的磁阻传感器(XMR)、磁通门传感器等。本文描
述的方法进一步适用其他类型的传感器，诸如红外传感器、光电传感器、音频传感器、超声
传感器等。在接收器电路设备143是磁场检测器的示例中，去嵌入电路160由于校准信号142
而有效地从输出信号144方面分离出来，使得然后去嵌入电路160可以提供准确描绘以其它
方式感测的磁场的检测输出。
在图2中说明的另一方法中，该设备以信号发生器241进一步包含扩展频谱信号的
此种方式被配置。扩展频谱技术采取生成的特定带宽的信号(在本实施例中的伪随机宽带
校准信号242)并将其在频域中展开。已知编码的扩展频谱信号用于抗干扰并且因此可以保
持区别于任意扰动效应245。
接收器电路243被配置为接收伪随机宽带校准信号242，伪随机宽带校准信号242
现在包含扩展频谱信号251。然后(扩展频谱)解码器电路250接收来自接收器电路243的输
出信号244，输出信号244包含伪随机宽带校准信号242和由接收器电路243感测的任意输入
信号230。接收器的响应或传递功能也被任意附加的扰动245影响。解码器电路250检测扩展
频谱信号并且转而从输入信号230中分离已知的伪随机宽带校准信号242。此解码信号249
被发送到处理电路246，然后处理电路246可以将解码信号249与期望的响应信号247进行比
较。现在补偿信号248可以从处理电路246发送回到接收器电路243，因此形成闭环配置，并
且允许高精确度的、迭代的过程。分别地，去嵌入电路260提供检测的输出270，检测的输出
270包括的输出方面不是基于伪随机宽带校准信号，而是仅基于由接收器电路243检测的输
入信号230。
图3说明闭环校准装置的另一个示例。在此配置中，信号发生器电路是伪随机位序
列(“PRBS”)信号发生器341。PRBS发生器341提供信号以生成待被施加到接收器电路设备的
已知频率的磁场，在本示例中，该接收器电路设备是磁场检测器343。参考电流发生器351为
线圈352提供电流以便针对磁场检测器343产生校准磁场，使该磁场检测器343接收随伪随
机宽带校准信号变化的磁场。类H桥式开关组合344是调制器，该调制器依赖于PRBS电信号
改变穿过线圈352的电流的方向，以便促进PRBS磁信号的供应。PRBS磁场信号由可以靠近线
圈352的霍尔传感器353接收。霍尔效应传感器前端电路354接收来自霍尔效应传感器353的
生成的磁场电流并且与解码器电路350连接。
一般来说，解码器电路350允许来自传感器的输出的离散时间信号处理。在此示例
中，解码器电路350接收来自霍尔效应传感器前端电路354的输出和伪随机宽带校准信号，
并且解码器电路350提供基于伪随机宽带校准信号的输出方面，以与期望的设备响应信号
相比较。如图3所说明的，电路包括开关电容器解调器364、SC积分器电路363、以及采样和保
持电路365。SC解调器364被配置为接收来自接收器电路设备343的输出和由PRBS发生器341
生成的伪随机位序列，并且SC解调器364生成解调信号。SC积分器363接收解调信号和针对
伪随机宽带校准信号的由时钟342提供的时钟信号以产生积分信号。SC积分器电路363基于
伪随机宽带校准信号导出输出的方面，并且在时间周期内对基于伪随机宽带校准信号的输
出的方面进行积分以提供积分输出。直到下一个积分信号，积分输出才被存储在针对PRBS
序列的整个长度的采样和保持电路365中。存储的信号用于与期望的设备响应信号进行比
较。
更具体地，在图3的该示例中，使用差分信号。PRBS信号S 360及其反向信号Sbar
361被用作PRBS调制器344的调制信号。来自接收器电路设备343的输出也是利用PRBS信号S
和Sbar解调的差分信号。
处理电路346进一步包括误差电路358。误差电路358包括误差放大器357，误差放
大器357被配置为接收期望的设备响应信号347以及来自采样和保持电路365的积分输出。
误差放大器357通过接收的信号之间的比较输出误差信号。环路稳定开关电容器积分器电
路359被配置为接收误差信号并且基于该误差信号提供补偿信号。补偿信号被路由作为对
霍尔偏置电流发生器348的反馈以便有助于控制霍尔效应传感器353。
处理电路346还包括校准信号抵消/去嵌入电路375，该校准信号抵消/去嵌入电路
375被配置为接收来自霍尔效应传感器前端电路354的输出和伪随机宽带校准信号。校准信
号抵消电路375为霍尔效应传感器353提供去除应用伪随机宽带校准信号的效应(effect)
的干净输出信号。
在图4中说明了根据这些公开的操作的示例方法。该方法包括将信号发生器生成
的伪随机宽带校准信号应用到接收设备400；生成的伪随机宽带校准信号的示例是扩展频
谱信号400a。使用设置有设备的集成的或邻近的线圈可以影响本申请，例如，在设备是霍尔
效应传感器的情况下，霍尔效应传感器检测401所施加的随伪随机宽带校准信号变化的磁
场和接合(engage)该设备的其他磁场。因此，接收器设备提供402至少依赖于伪随机宽带校
准信号和干扰效应的输出以及其他感测的信号(例如，磁场)。
然后输出信号由解码器电路解码403，解码器电路从其他感测信号中解除已知的
伪随机宽带校准信号，但同时保留外部扰动的影响。解码信号由处理电路接收404并与期望
的响应信号比较，以产生405补偿信号。
补偿信号的产生和提供405可以通过包括上述方式的任意数量的方式来实行。通
过一种方法，该步骤可以通过以下来实行：由解码器电路接收输出和伪随机宽带校准信号
以及由解码器电路提供基于伪随机宽带校准信号的输出方面，以与期望的设备响应信号相
比较。
在该方法的一个特定实施方式中，对于由图3的电路实行的情况，解码器电路接收
输出和伪随机宽带校准信号。基于伪随机宽带校准信号的输出方面被获得并在时间周期上
被进行积分，以提供积分输出。积分输出被提供给采样和保持电路，采样和保持电路被配置
为进行接收并存储，以与期望的设备响应信号相比较。误差放大器接收误差放大器中的期
望的设备响应信号以及来自采样和保持电路的积分输出。误差放大器输出由环路稳定开关
电容器积分器电路接收的误差信号，该环路稳定开关电容器积分器电路进而基于误差信号
提供补偿信号。补偿信号用于根据基于伪随机宽带校准信号的输出方面和期望的设备响应
信号的比较来调节406操作参数，以抵抗设备的扰动效应。由于接收器电路被提供了补偿扰
动效应的信号，因此现在设备的配置可以形成闭环。
如此配置的闭环方法允许传感器设备的微调而不必去除来自传感器的外部影响。
在霍尔效应的示例中，不需要使霍尔效应传感器屏蔽于外部磁场来调节其参数。类似地，基
于温度或芯片上的环境因素的扰动效应可以在发生(on the fly)时被处理。
本领域技术人员将认识到对于上述实施例可以进行各种的修改、替换以及组合，
而不偏离本发明的范围的情况下，并且这些修改、替换和组合被视为在该发明构思的范围
内。