JP-2026077584-A - 回路、回路アセンブリ、および対応する方法

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Abstract

【課題】誘導型センサとともに使用される回路が提供される。【解決手段】誘導型センサは、送信コイルと、背中合わせに接続された２つの受信コイルと、を含む。受信コイルは、励起されたときに送信コイルによって生成された磁界によって誘起される信号を受信するように構成される。また、誘導型センサは、磁界に影響を与えるための可動導電性のターゲットをさらに含む。特に、回路は、送信コイルを断続的に励起するためのパルスシーケンスを生成するように構成される。【選択図】図３Ａ

Inventors

カロヤン・ディヤノフ・ダナイロフ

Assignees

ルネサスエレクトロニクスアメリカインコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20251008
Priority Date: 20241018

Claims (17)

誘導型センサとともに使用される回路であって、前記誘導型センサは、送信コイルと、背中合わせに接続された２つの受信コイルと、を含み、前記受信コイルは、前記送信コイルが励起されたときに前記送信コイルによって生成される磁界により誘起される信号を受信するように構成され、前記誘導型センサは、前記磁界に影響を与える可動導電性のターゲットをさらに含み、前記回路は、前記送信コイルを断続的に励起するためのパルスシーケンスを生成するように構成される、回路。
前記パルスシーケンスの生成は、ランダム化されたクロック方式を含み、これにより、生成された前記パルスシーケンスは、連続する２つのパルスの間に可変の持続時間を有することになる、請求項１に記載の回路。
前記受信コイルによって生成された差動出力信号に基づいて、前記受信コイルに対する前記ターゲットの位置を示す出力信号を生成するように構成された比較器段をさらに含む、請求項１に記載の回路。
前記比較器段は、前記受信コイルによって生成された差動出力信号に対して非対称な減衰または増幅を適用するために、前記受信コイルに結合された補償段を含む、請求項３に記載の回路。
前記補償段は、前記差動出力信号をヌル化するように構成されており、これにより、適用された減衰または増幅を示す情報に基づいて、前記受信コイルに対する前記ターゲットの位置を推定することができる、請求項４に記載の回路。
前記補償段は、前記受信コイルのそれぞれの出力を個別に減衰または増幅するよう構成された２つの減衰器または増幅器を含む、請求項４に記載の回路。
前記減衰器または前記増幅器は、前記受信コイルに対する前記ターゲットの位置を示す出力信号を生成するための可変なゲインを有する、請求項６に記載の回路。
前記比較器段は、自己クエンチングが可能な超再生受信機（ＳＲＲ）コンセプトに基づく段を含み、これにより、故障が発生した場合に、前記超再生受信機コンセプトに基づく段の出力は、安全な状態に徐々に回復することができる、請求項３に記載の回路。
前記比較器段の出力に基づいて充電または放電されるように構成された積分器段をさらに含む、請求項３に記載の回路。
前記積分器段に結合された制御段をさらに含み、前記制御段は、連続する積分サイクルごとに前記積分器段の出力がどの程度の速さで変化するかを示す少なくとも１つの積分定数を制御するように構成される、請求項９に記載の回路。
前記制御段は、前記比較器段の出力が位置の変化を示す場合、前記位置の変化がないことを示す場合と比較して、前記積分器段において前記比較器段の出力がより小さいステップで積分されるように構成される、請求項１０に記載の回路。
前記受信コイルによって生成された差動出力信号を減衰または増幅するために前記受信コイルに結合された補償段と、自己クエンチングが可能な前記補償段に結合された超再生受信機（ＳＲＲ）コンセプトに基づく段と、をさらに含む、請求項１に記載の回路。
前記パルスシーケンスに同期して電力を供給するように構成された、請求項１に記載の回路。
前記比較器段は、前記パルスシーケンスに同期して、前記受信コイルからの信号を受信および処理するように構成されている、請求項３に記載の回路。
前記ターゲットの短距離または長距離の動き、および一方向または双方向の動きを決定するように構成され、かつ／または前記ターゲットの直線位置または回転角度を感知するように構成された、請求項１に記載の回路。
前記回路および前記誘導型センサは、直列に結合されている、請求項１に記載の回路。
誘導型センサとともに使用するための回路を動作させる方法であって、前記誘導型センサは、送信コイルと、励起されたときに前記送信コイルによって生成された磁界によって誘起される信号を受信するように構成された、背中合わせに接続された２つの受信コイルと、前記磁界に影響を与えるための可動導電性のターゲットと、を含み、前記送信コイルを断続的に励起するためのパルスシーケンスを生成するステップを含む、方法。

Description

本開示は、一般に、非接触スイッチに関連する技術に関し、より詳細には、誘導型位置感知に基づく非接触スイッチに関連する技術に関する。誘導型位置感知（ＩＰＳ）は、金属物体の位置または近接を測定するために様々な用途で利用される一般的に知られた技術である。例えば、誘導レゾルバのような従来のデバイスは、その前に置かれた金属ターゲットの位置を決定するために、誘導コイルのセットを採用している。同様に、ホール効果スイッチは、位置検出の目的で磁界を検出するために一般的に使用されている。従来の誘導型近接スイッチの可能な実施例では、センサは通常、送信（ＴＸ）コイルと受信（ＲＸ）コイルを含む。受信コイルは、多くの場合、図１に例示的に示すように、互いに反対の向きを有する対称な２つのセグメントで設計されている。これらは結合されるか、直列に接続される（後述）。発振器は、送信コイルと並列キャパシタによって形成される共振回路を、その共振周波数で励起する。一般に、この構成により、比較的低い駆動電流で送信コイルに高い電流を発生させることができる。しかしながら、従来のＩＰＳに基づくスイッチの実装には、いくつかの制限がある場合がある。例えば、ＴＸコイルとキャパシタとによって形成されるＬＣタンクは、Ｑ値が非常に低く（すなわちエネルギー損失が大きく）、また、発振周波数が高くなると、回路の他の部分に対する性能要件が著しく厳しくなる。したがって、従来技術に関連する問題の一部または全部を克服することができ、より詳細には、センサコイルを小型化することができる（好ましくは、シリコンダイ内に集積することができる）、すなわち極めて低いインダクタンスでＴＸコイル／ＲＸコイルを動作させることができる、ＩＰＳに基づく非接触スイッチの設計を改良する必要性がある。上述した技術的問題のいくつかまたはすべてに鑑みて、本開示は、一般に、添付の特許請求の範囲の独立請求項に記載の特徴を有する回路、回路アセンブリ、および対応する方法を提供する。本開示の一態様によれば、回路（本明細書では、回路設計、セットアップ、実装、アセンブリとも呼ぶ）が提供される。このような回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等）は、誘導型センサ（例えば、誘導型位置感知（ＩＰＳ）に基づくセンサ）とともに使用するためのものであってもよい。誘導型センサと回路は、例えば協働動作のために適切に結合されてもよい。特に、誘導型センサは、送信（ＴＸ）コイルと、背中合わせに接続された２つの受信（ＲＸ）コイルと、を含んでもよい。２つの受信コイルは同一であってもよいが、必ずしも同一である必要はない。受信コイルは、（例えば、トリガ信号または励起信号によって）励起されたときに送信コイルによって生成された磁界によって誘起される信号を受信するように構成されてもよい。誘導型センサは、磁界に影響を与えるための可動導電性のターゲットをさらに含んでもよい。例えば、ターゲットは、銅などのその他の適切な金属材料から形成されてもよい。より詳細には、回路は、送信コイルを断続的に励起するためのパルスシーケンス（パルス信号）を生成するように構成されてもよい。パルスは、正方形や長方形などのその他の適切な形状であってもよい。これにより、本開示は、一般に、センサコイルを小型化することができる（好ましくは、シリコンダイ内に集積することができる）、すなわち極めて低いインダクタンスでＴＸコイル／ＲＸコイルを動作させることができる回路（ＡＳＩＣ）設計を提案する。より詳細には、ＴＸ信号として短いパルス（例えば、～３０ｎｓなど）を考慮すると、コイルのインダクタンスがはるかに小さくても、変圧器（センサ）の効率は十分に高くなり得る。これにより、エネルギー効率が大幅に向上し、ＴＸドライバの設計が大幅に簡素化される。さらに、グリッチ状のＴＸ信号（例えば、短い矩形パルス）は、通常、非常に広いスペクトル帯域幅を有する。これにより、一般に、変圧器が小型化されてコイルのインダクタンスが低い場合であっても、センサ変圧器のＴＸコイルとＲＸコイルとの間のエネルギー伝達効率が向上する。これは、特にＴＸ信号に含まれる高周波成分によるものである。また、コイルへの連続的な電流供給がないため、センサの消費電力は大幅に削減され得る。さらに、コイルに供給される電流および誘起される電流の両方は、後続の処理に適した形態となっているため、整流器を必要としない。最後に、パルス駆動アプローチは、ランダム化されたＴＸパルス位相の実装も可能にし、電磁両立性（ＥＭＣ）やノイズの観点などから、従来技術では適用できなかったいくつかの有効な効果をもたらす。例えば、送信コイルが近隣の回路に与える電磁放射を低減することができる。いくつかの例示的な実施形態では、パルスシーケンスの生成は、ランダム化されたクロック方式を含んでもよい。これにより、生成されたパルスシーケンスは、連続する２つのパルスの間に可変の持続時間を有することができる。これは、例えばアナログ乱数生成器、またはその他の適切な手段を使用することによって達成され得る。これにより、ＴＸコイルが近隣の回路に対して引き起こし得るＥＭＣ妨害を大幅に低減することができる。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、受信コイルによって生成された差動出力信号に基づいて、受信コイルに対するターゲットの位置を示す出力信号を生成するように構成された比較器段を含んでもよい。いくつかの実施例では、比較器段は、従来の比較器として単純に実装されてもよい。言うまでもなく、様々な状況および／または要件に応じて、その他の適切な実装形態が採用されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、比較器段は、受信コイルによって生成された差動出力信号に対して非対称な減衰または増幅を適用するために、受信コイルに結合された補償段を含んでもよい。いくつかの例示的な実施形態では、補償段は、差動出力信号をヌル化（バランス化）するように構成されてもよい。これにより、適用された減衰または増幅を示す情報に基づいて、受信コイルに対するターゲットの位置を推定することができる。また、従来技術では通常、ターゲットが２つの受信コイルのいずれかにより近いかを判定できるに過ぎなかったことに対して、受信コイルに対するターゲットのより高精度な位置（所定の分解能を有する）を決定することができるようになる。差動出力信号のヌル化、すなわちＰチャネル信号およびＮチャネル信号のバランス化は、それぞれの信号経路に配置された対応するトリミング用増幅器または減衰器によって達成されてもよい。例えば、ターゲットがＮチャネルコイルに比較的近い場合（またはＮチャネルコイルとの重なりが大きい場合）、Ｎチャネル信号は、Ｐチャネル信号よりも小さくなる。この場合、差動出力信号をヌル化するために、Ｐチャネル信号に減衰（またはさらなる減衰）を適用する必要がある場合がある。したがって、Ｐチャネル信号に対してＮチャネル信号よりも大きな減衰が適用されているという事実は、ターゲットがＮチャネルコイルに比較的近い（またはＮチャネルコイルとの重なりが大きい）ことを示している。また、その逆も同様である。いくつかの例示的な実施形態では、補償段は、受信コイルのそれぞれの出力を個別に減衰または増幅するよう構成された２つの減衰器または増幅器を含んでもよい。これにより、差動出力信号に対する非対称な減衰または増幅を実現することができる。いくつかの例示的な実施形態では、減衰器または増幅器は、受信コイルに対するターゲットの位置を示す出力信号を生成するための可変な（例えば、調整可能な）ゲインを有することができる。いくつかの例示的な実施形態では、比較器段は、自己クエンチングが可能な超再生受信機（ＳＲＲ）コンセプトに基づく段を含んでもよい。これにより、故障が発生した場合であっても、ＳＲＲコンセプトに基づく段の出力は、安全な状態に徐々に回復可能である。言い換えると、何らかの原因で入力信号が消失した場合、出力は、一定時間後に中立状態に回復可能となるように構成される。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、比較器段の出力に基づいて充電または放電されるように構成された積分器段をさらに含んでもよい。いくつかの実施例では、積分器段は、単に（従来の）積分器として実装されてもよい。言うまでもなく、様々な状況および／または要件に応じて、その他の適切な実装形態が採用されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、積分器段に結合された制御段をさらに含んでもよい。制御段は、連続する積分サイクルごとに積分器段の出力がどの程度の速さで変化するかを示す少なくとも１つの積分定数（または係数、例えば、ステップやスロープなど）を制御する。いくつかの実施例では、制御段は、積分器段の充電／放電を制御するように構成された電流源を含んでもよい。言うまでもなく、様々な状況および／または要件に応じて、その他の適切な実装形態が採用されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、制御段は、比較器段の出力が位置の変化を示す場合、位置の変化がないことを示す場合と比較して、積分器段において比較器段の出力がより小さいステップで積分されるように構成されてもよい。これは、例えば、積分器の充電／放電ステップ（またはスロープ）を適切に制御することによって、またはその他の適切な手段によって達成されてもよい。なお、このような非対称な積分の背後にある理由の１つとして、いわゆる確率ヒステリシスを実現する点が挙げられることに留意されたい。これは、一般に、例えばノイズの多い環境で動作する場合において、スイッチがトリガされる妥当性を向上させる。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、受信コイルによって生成された差動出力信号を減衰または増幅するために受信コイルに結合された補償段と、自己クエンチングが可能な補償段に結合された超再生受信機（ＳＲＲ）コンセプトに基づく段との両方を含んでもよい。その他のいくつかの実施例では、例えば、コストと複雑さを低減するために、補償段とＳＲＲコンセプトに基づく段のいずれか一方、あるいは両方が比較器で置き換えられてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、パルスシーケンスに同期して電力を供給してもよい。これにより、連続的な電力供給がなくなるため、システム全体の消費電力が大幅に削減され得る。いくつかの例示的な実施形態では、比較器段は、パルスシーケンスに同期して、受信コイルからの信号を受信および処理してもよい。簡単に言えば、ＴＸパルスの間だけ信号経路全体が有効化される。例えば、単純な（従来型の）比較器に基づく実装の場合、比較器は、ＴＸの休止中は「リセット」状態に維持され、ＴＸパルスの生成と同期して判定プロセスを開始することができる。その一方で、ＳＲＲ段が使用される場合、ＳＲＲ段もＴＸパルスの生成と同期して駆動されてもよい。これにより、いわゆる「同期クエンチング」が可能となる。これは、ＳＲＲが自然に発生するノイズによりＲＸ信号に対してブロックされてしまうのを防ぐためである。さらに、積分器段は、ＴＸパルスごとに１回の積分ステップを実行するように構成されてもよい。その休止期間中は、現在の積分値が変更されない「アイドル」状態が維持される。いくつかの例示的な実施形態では、回路は、ターゲットの短距離または長距離の動き、および一方向または双方向の動きを決定するように構成されてもよく、かつ／またはターゲットの直線位置または回転角度を感知するように構成されてもよい。言うまでもなく、当業者には理解されるように、様々な状況および／または要件に応じて、その他の適切な動作モードおよび／または応用シナリオが適用されてもよい。これに対応して、本開示の別の態様によれば、直列に結合された先の態様による回路と誘導型センサの両方を含む回路アセンブリも提供される。さらに、本開示の