全文摘要
本发明提出了一种信号处理装置，该装置通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和\/或相位等参数的精度。
主设计要求
1.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块，输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；第一比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，实现过零检测；第二比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果，实现针对所述参考信号的检测；信号输出模块，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果，以根据所述传感器检测结果进行所述传感器的转速和\/或相位控制，其中，对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，包括：在所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，根据所述正相输入信号和\/或所述反相输入信号的幅值所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，直至分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值。
设计方案
1.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块，
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，实现过零检测；
第二比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果，实现针对所述参考信号的检测；
信号输出模块，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果，以根据所述传感器检测结果进行所述传感器的转速和\/或相位控制，
其中，对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，包括：
在所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，根据所述正相输入信号和\/或所述反相输入信号的幅值所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，直至分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
比值确定模块，用于根据正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值确定比值，
所述输入信号处理模块对幅值进行的处理包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述比值确定模块，包括：
检测子模块，用于检测所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器；
所述模数转换器，用于将所述正相输入信号和\/或反相输入信号转换成数字信号，
比值计算模块，用于根据所述数字信号计算比值。
4.根据权利要求3所述的信号处理装置，其特征在于，所述检测子模块还用于：
当检测到所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和\/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号其中之一，并提供给第二比较模块。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括参考信号生成模块，连接到所述信号输出模块的输出端，用于将信号输出模块输出的传感器检测结果转换成所述参考信号。
7.根据权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，所述参考信号生成模块包括：计数器和数模转换器；
所述计数器，用于对所述传感器检测结果中的脉冲个数进行计数，得到计数结果；
数模转换器，连接到所述计数器，对所述计数结果进行数模转换，得到所述参考信号。
8.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块、参考信号生成模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，所述第一比较模块的第一输入端通过所述第一开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，所述第一比较模块的第二输入端通过所述第二开关与所述输入信号处理模块的第一输出端相连，其中，所述第一比较模块的第一输入端和第二输入端中的一个输入端用于接收经幅值处理后的正相输入信号，以及所述第一比较模块的第一输入端和第二输入端中的另一输入端用于接收经幅值处理后的反相输入信号；
第二比较模块，所述第二比较模块的第一输入端连接到所述输入信号处理模块的第一输出端，所述第二比较模块的第二输入端通过第三开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，其中，所述第二比较模块的第一输入端和第二输入端中的一个输入端用于接收经幅值处理后的正相输入信号，以及所述第二比较模块中的第一输入端和第二输入端中的另一输入端用于接收经幅值处理后的反相输入信号；所述第二比较模块的第二输入端通过第四开关与所述参考信号生成模块相连，用于接收参考信号生成模块输出的参考信号；
信号输出模块，根据第一比较模块得到的第一比较结果和\/或第二比较模块得到的第二比较结果，输出传感器检测结果，以根据所述传感器检测结果进行所述传感器的转速和\/或相位控制，
其中，所述第一比较结果用于实现过零检测，所述第二比较结果用于实现针对所述参考信号的检测，
其中，对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，包括：
在所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，根据所述正相输入信号和\/或所述反相输入信号的幅值所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，直至分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当第一开关、第二开关、和第四开关闭合，第三开关断开时，第一比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
当第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合时，
第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
11.根据权利要求8或10所述的装置，其特征在于，
当第一开关、第二开关和第四开关断开，第三开关闭合时，第二比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第二比较结果。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，参考信号生成模块包括数模转换器，用于将预先设定的信号幅值进行数模转换，得到参考信号。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号，并提供给第一比较模块和第二比较模块。
14.根据权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述幅值包括电压幅值或电流幅值。
15.一种控制系统，其特征在于，所述系统包括控制装置以及权利要求1-14中任意一项所述的信号处理装置，
其中，所述控制装置用于根据所述信号处理装置输出的传感器检测结果进行转速和\/或相位控制。
设计说明书
技术领域
本公开涉及电子控制领域，尤其涉及一种信号处理装置。
背景技术
在相关技术中，车辆发动机具有各种传感器，常见的转速传感器和相位传感器类型主要有磁电式传感器和霍尔式传感器。
如图1所示，信号齿盘发生旋转，霍尔式传感器的有效磁通量发生变化，输出信号的转换阈值几乎不变，输出幅值比较规则的脉冲信号，相比于磁电式传感器，霍尔式传感器的信号处理相对简单，但是，霍尔式传感器的价格较高于磁电式传感器。
如图3所示，采用如图2所示的磁电式传感器检测旋转的信号齿盘时，磁电式传感器安装在发动机信号齿盘的对面。磁电式传感器包括软铁芯、永磁体、线圈，由线圈包围的软铁芯与永磁体相连接。磁感线从永磁体延伸到软铁芯的端点，进一步延伸到信号齿盘。
如图4A所示，磁电式传感器与信号齿盘的齿正对时，信号齿盘的齿能够使磁通量的分布更加集中，通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量变大。如图4B所示，磁电式传感器与信号齿盘的槽正对时，信号齿盘的齿能够使磁通量的分布分散，削弱通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量。如图5所示，磁电式传感器的输出信号与通过磁电式传感器的线圈的有效磁通量的变化率成比例，并随着信号齿盘的转速的变化而变化。
如图6所示，沿着信号齿盘的旋转方向，信号齿盘的齿边沿接近磁电式传感器，磁电式传感器的输出信号出现正的峰值，信号齿盘的齿边沿远离磁电式传感器时，磁电式传感器的输出信号出现负的峰值。信号齿盘有缺齿时，缺齿位置处输出信号的峰值(正峰值和负峰值)的绝对值远高于信号齿盘正常位置的峰值的绝对值。信号齿盘的齿或槽的中点对应输出信号下降过程或上升过程的零点。
如图7所示，磁电式传感器输出信号的幅值大于触发电平时，磁电式传感器的信号处理装置输出为低电平。磁电式传感器输出信号经过上升过程或下降过程的零点时，磁电式传感器的信号处理装置的输出发生翻转，输出为高电平。如图8所示，信号齿盘的转速RPM越高，磁电式传感器和信号齿盘之间的气隙值S越小，磁电式传感器的信号处理装置输出信号的幅值越大。
触发电平和过零点的检测不当，就会造成当传感器产生的信号幅值较小时信号易丢失，信号幅值较大时易击穿传感器的问题，降低传感器检测信号齿盘的转速或相位等参数的精度。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种信号处理装置，能够提高传感器检测转速或相位的精度。
根据本公开的一方面，提出了一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块，
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果；
第二比较模块，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果；
信号输出模块，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
比值确定模块，用于根据正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值确定比值，
所述输入信号处理模块对幅值进行的处理包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
在一种可能的实现方式中，所述比值确定模块，包括：
检测子模块，用于检测所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器；
所述模数转换器，用于将所述正相输入信号和\/或反相输入信号转换成数字信号，
比值计算模块，用于根据所述数字信号计算比值。
在一种可能的实现方式中，所述检测子模块还用于：
当检测到所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和\/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器。
在一种可能的实现方式中，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号其中之一，并提供给第二比较模块。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括参考信号生成模块，连接到所述信号输出模块的输出端，用于将信号输出模块输出的传感器检测结果转换成所述参考信号。
在一种可能的实现方式中，所述参考信号生成模块包括：计数器和数模转换器；
所述计数器，用于对所述传感器检测结果中的脉冲个数进行计数，得到计数结果；
数模转换器，连接到所述计数器，对所述计数结果进行数模转换，得到所述参考信号。
根据本公开的另一方面，提出了一种信号处理装置，所述装置包括：输入信号处理模块、第一比较模块、第二比较模块、信号输出模块、参考信号生成模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；
输入信号处理模块，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理；
第一比较模块，所述第一比较模块的第一输入端通过所述第一开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，所述第一比较模块的第二输入端通过所述第二开关与所述输入信号处理模块的第一输出端相连，用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号；
第二比较模块，所述第二比较模块的第一输入端连接到所述输入信号处理模块的第一输出端，所述第二比较模块的第二输入端通过第三开关与所述输入信号处理模块的第二输出端相连，分别用于接收经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号；所述第二比较模块的第二输入端通过第四开关与所述参考信号生成模块相连，用于接收参考信号生成模块输出的参考信号；
信号输出模块，根据第一比较模块得到的第一比较结果和\/或第二比较模块得到的第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关、和第四开关闭合，第三开关断开时，第一比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果，第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合时，
第二比较模块将接收的经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，当第一开关、第二开关和第四开关断开，第三开关闭合时，第二比较模块将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第二比较结果。
在一种可能的实现方式中，参考信号生成模块包括数模转换器，用于将预先设定的信号幅值进行数模转换，得到参考信号。
在一种可能的实现方式中，所述输入信号处理模块还包括放大模块，用于放大正相输入信号和反相输入信号，并提供给第一比较模块和第二比较模块。
在一种可能的实现方式中，所述幅值包括电压幅值或电流幅值。
根据本公开的另一方面，提出了一种控制系统，所述系统包括控制装置以及上述所述的信号处理装置，
其中，所述控制装置用于根据所述信号处理装置输出的传感器检测结果进行转速和\/或相位控制。
通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和\/或相位等参数的精度。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出相关技术中的霍尔传感器的输出信号示意图。
图2示出相关技术中的磁电式传感器的外观示意图。
图3示出相关技术中的磁电式传感器的磁路与信号齿盘的相对位置示意图。
图4A示出相关技术中的信号齿盘的齿对应的磁电式传感器的磁感线分布示意图。
图4B示出相关技术中的信号齿盘的槽对应的磁电式传感器的磁感线分布示意图。
图5示出相关技术中的磁电式传感器的输出信号与信号齿盘转速的关系示意图。
图6示出相关技术中的磁电式传感器输出模拟信号示意图。
图7示出相关技术中的磁电式传感器信号处理装置的输出信号示意图。
图8示出相关技术中的磁电式传感器的输出信号示意图。
图9示出根据本公开一实施例的信号处理装置的结构框图。
图10示出根据本公开一实施例的信号处理装置的电路原理图。
图11示出根据本公开一实施例的信号处理装置的可编程分压器的电路原理图。
图12示出了根据本公开一实施例的参考电压确定模块的电路原理图。
图13示出根据本公开一另实施例的信号处理装置的结构框图。
图14示出了根据本公开另一实施例的信号处理装置的电路原理图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图9示出根据本公开一实施例的信号处理装置的结构框图。所述信号处理装置能够应用于传感器中，将传感器产生的模拟信号转换为数字信号，用于检测电子控制系统的转速或相位等参数。例如，信号处理装置可以应用于磁电式传感器或霍尔式传感器等。
如图9所示，信号处理装置可以包括：输入信号处理模块11，用于接收来自传感器的正相输入信号和反相输入信号，并对正相输入信号和反相输入信号的幅值进行处理。
第一比较模块12，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号进行比较，得到第一比较结果。
第二比较模块13，将经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号进行比较，得到第二比较结果。
信号输出模块14，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果，输出传感器检测结果。
在一种可能的实现方式中，所述幅值可以为电压幅值或电流幅值，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，第一比较模块和第二比较模块可以为三态比较器、由三态比较器和电阻等电子元件组成的具有比较功能的电子器件等，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，传感器的检测结果可以为按照一定规律将输入的传感器信号转换为电信号或其他形式的信号。例如，可以转换为脉冲电压信号、脉冲电流信号等，在此不作限定。
通过输入信号处理模块将来自传感器的正相输入信号和反相输入信号进行幅值处理，使得第一比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号得到第一比较结果，实现过零检测，第二比较模块比较经幅值处理后的正相输入信号和反相输入信号其中之一与参考信号，得到第二比较结果，实现针对参考信号(例如触发电平)的检测。信号处理可以对输入信号的幅值进行调节，以适应输入信号的特点或者比较器的需要，能够解决输入信号幅值较小时信号易丢失，输入信号幅值较大时易损害信号处理装置的问题，通过合理检测输入信号的过零点和参考信号，提高了传感器的检测转速和\/或相位等参数的精度。
信号处理装置能够对输入信号的电压幅值或电流幅值进行处理，本公开下文的实施例中将以电压幅值的处理为例进行说明，该装置同样适用于电流幅值的处理。
图10示出根据本公开一实施例的信号处理装置的电路原理图。
在一种可能的实现方式中，所述信号处理装置还可以包括：比值确定模块15，用于根据正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值确定比值。输入信号处理模块11进行的幅值处理可包括：根据所确定的比值，对所述正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流。
通过比值确定模块能够根据正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值确定合适的比值，以对正相输入信号和反相输入信号进行分压或分流，可以有效保护信号处理装置。其中，比值可以为分压比或分流比，在此不作限定。
比值可以根据正相输入信号和反相输入信号中的一者或两者的幅值来确定，比值与幅值的具体关系不做限定。例如，可以在幅值较高时，得到较小的比值，以更大程度地降低输入至比较器的信号幅值，避免比较器被击穿。
在一种可能的实现方式中，比值确定模块包括：
检测子模块可以用于检测来自传感器的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值，当检测到的幅值小于阈值时，输出所述正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器；
模数转换器可以用于将所述正相输入信号和\/或反相输入信号转换成数字信号；
比值计算模块(如图10所示的MCU)，用于根据所述数字信号计算比值。
在一种可能的实现方式中，检测子模块还可以用于：当检测到所述正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值大于阈值时，分压或分流所述正相输入信号和\/或反相输入信号，直到分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于阈值，输出所述分压或分流后的正相输入信号和\/或反相输入信号到模数转换器。其中，阈值可以为小于等于ADC参考电压或参考电流的任一值，在此不作限定。
以下以分压比确定模块作为比值确定模块，分压比作为上述比值为例。本领域技术人员应理解，对于分流的情况，可采用相应的方式来实现，这里不再赘述。如图10所示，分压比确定模块15可以包括传感器输入信号幅值检测模块和分压比计算模块MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。传感器输入信号幅值检测模块可以包括检测子模块和模数转换器(Analog to digital converter，ADC)。
当正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值高于ADC的参考电压VAD<\/sub>时，将正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值进行1\/2，1\/4，…1\/2n<\/sup>等分压，n称为分压值，直到分压后的正相输入信号和\/或反相输入信号的幅值小于ADC的参考电压VAD<\/sub>，将分压值和分压后的正相输入信号和\/或反相输入信号输送到ADC进行转换，ADC将正相输入信号和\/或反相输入信号转换为数字信号，通过SPI、I2C、SCI等通信接口将数字信号发送给分压比计算模块。其中，n为自然数，n的取值与被测对象在最大转速下传感器输出最高电压VMAX<\/sub>和ADC参考电压VAD<\/sub>的比值有关，例如，具体关系如下： 申请码:申请号:CN201910027745.X 申请日:2019-01-11 公开号:CN109738015A 公开日:2019-05-10 国家:CN 国家/省市:11(北京) 授权编号:CN109738015B 授权时间:20191122 主分类号:G01D 21/02 专利分类号:G01D21/02;G01D18/00 范畴分类:31P; 申请人:清华大学 第一申请人:清华大学 申请人地址:100084 北京市海淀区清华园1号 发明人:康钦淼;谢之峰;周明 第一发明人:康钦淼 当前权利人:清华大学 代理人:刘新宇 代理机构:11277 代理机构编号:北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计设计图
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