Ｐａｄｅ’近似を基にした補償を使用し励起供給モジュールを備える反応性センサ
反応性センサは、通常温度変動に非線形応答を呈する。反応性センサの振る舞いに依存する非直線性及び／又は温度を補償し、測定下の物理パラメータの既知サンプルに関連する事後補償出力信号を校正するためのシステム及び方法を開示する。一実施形態は、少なくとも反応性センサの部分、モノリシック集積回路及び基準タイミングを収容するハウジングを含む。集積回路は、センサ励起信号を発生するための波形発生器、励起信号及び測定下の物理パラメータの組合せに対するセンサ応答を検出するための検出器、デジタルでプログラムされた係数の使用によって調整される温度補償ユニット及びＰａｄｅ近似非直線性補償ユニットを含む。係数は、非直線性及び温度感度を補償することに加えて最終出力を校正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、アナログ変換の非直線性及び／又は温度ドリフトを補償する電子システムに関連する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、集積センサ・モジュールに関連し、そこでは変換器が電子補償回路等の補償手段と共に収容され、そして該変換器はインダクタ又はキャパシタ等の反応性構成要素を含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
（関連参考特許）
以下の米国特許明細書はここに援用される：
（Ａ）米国特許第６１９８２９号明細書（Ｉｖａｎｏｖ，「ブリッジ・センサ線形化回路及び方法」，２００１年３月６日）；
（Ｂ）米国特許第５９０２９２５号明細書（Ｃｒｉｓｐｉｅ他，「温度でのオフセット及び感度変動に対するセンサの高正確校正用システム及び方法」，１９９９年５月１１日）；
（Ｃ）米国特許第５８４８３８３号明細書（Ｙｕｎｕｓ，「温度でのセンサの非線形オフセット及び感度変動に対する精密補償用のシステム及び方法」，１９９８年１２月８日）；
（Ｄ）米国特許第５７６４０６７号明細書（Ｒａｓｔｅｇａｒ，「低価格、高正確アナログ回路を使用するセンサ信号調節用方法及び装置，１９９８年６月９日」）；
（Ｅ）米国特許第５６８６８２６号明細書（Ｋｕｒｔｚ他，「半導体変換器構造用の周囲温度補償」，１９９７年１１月１１日）；
（Ｆ）米国特許第５１２２７５６号明細書（Ｎｅｌｓｏｎ，「検知ブリッジ回路出力の線形化」，１９９２年６月１６日）；
（Ｇ）米国特許第４４１９６２０号明細書（Ｋｕｒｔｚ他，「半導体圧力変換器用の線形化回路」，１９８３年１２月６日）；
（Ｈ）米国特許第４３６２０６０号明細書（Ｏｋａｙａｍａ他，「変位変換器」，１９８２年１２月７日）；
（Ｉ）米国特許第５７９８６９２号明細書（Ｃｒｉｓｐｉｅ他，「センサの校正用のデジタル補償回路」，１９９８年８月２５日）；
（Ｊ）米国特許第５９９５０３３号明細書（Ｒｏｅｃｋｎｅｒ他，「合体ＡＤＣ／ＤＡＣを含む信号調節回路、センサ・システム及びそのための方法」，１９９９年１１月３０日）；
（Ｋ）米国特許第６１０４２３１号明細書（Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ ＩＩ，「ホール効果素子用の温度補償回路」，２０００年８月１５日）；
（Ｌ）米国特許第４５９１７９５号明細書（ＭｃＣｏｒｋｌｅ，「Ｌ／Ｒ ＶＤＴセンサ用の信号調節回路」，１９８６年５月２７日）；
（Ｍ）米国特許第４５９９５６０号明細書（Ｓａｎｆｏｒｄ他，「安定化された位相感度復調回路を持つＡＣ励起変換器」，１９８６年７月８日）；
（Ｎ）米国特許第４６５１１３０号明細書（Ｐｅｎｎｅｌｌ，「多重コイル誘導性変位センサとの使用に対して位相情報を保持するための装置及び方法」，１９８７年３月１７日）；
（Ｏ）米国特許第４８４７５４８号明細書（Ｌａｆｌｅｒ，「線形可変差動トランス用の信号調節器，１９８９年７月１１日」）；
（Ｐ）米国特許第４８５７９１９号明細書（Ｂｒａｓｗｅｌｌ，「可変差動トランスのコア材の位置を指示するための方法及び装置」，１９８９年８月１５日）；
（Ｑ）米国特許第４９５４７７６号明細書（Ｈｕｓｈｅｒ，「コア変位と線形に変化する電流と同期する電圧成分を利用する線形変位変換器」，１９９０年９月４日）；
（Ｒ）米国特許第５３２７０３０号明細書（ＤｅＶｉｔｏ他，「復号器及びこれを組み込むモノリシック集積回路」，１９９４年７月５日）；
（Ｓ）米国特許第５３９９９６４号明細書（Ｚｏｌｌｅｒ，「同期位置復調器に使用するためのピーク振幅検出器」，１９９５年３月２１日）；
（Ｔ）米国特許第５４７７４７３号明細書（Ｍａｎｄｌ他，「センサ駆動及び信号処理方法」，１９９５年１２月１９日）；
（Ｕ）米国特許第５７１７３３１号明細書（Ｄｅｌｌｅｒ他，「位置情報を与える変位センサとの使用のための復調回路」，１９９８年２月１０日）；
（Ｖ）米国特許第５７７７４６８号明細書（Ｍａｈｅｒ，「改善された温度安定性及びセンサ欠陥検出装置を提供する可変差動トランス・システム及び方法」，１９９８年７月７日）；及び
（Ｗ）米国特許第５５９４３８８号明細書（Ｏ’Ｓｈａｕｇｈｎｅｓｓｙ他，「自己校正ＲＣ発振器」，１９９７年１月１４日）。
【０００４】
（関連参考特許出願）
以下の米国特許出願明細書はここに援用される：
（ａ）第２００３／０１７３９５２号（Ｎｉｗａ，Ｍａｓａｈｉｓａ，「位置センサ」，２００３年９月１８日）；及び
（ｂ）シリアル番号１０／８４５６８１（Ｊｏｓｅ Ｍａｒｃｏｓ Ｌａｒａｉａ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｐ．Ｍｏｅｈｒｋｅ，Ｊｏｓｅ Ｇ．Ｔａｖｅｉｒａ，「集積化センサ・モジュール等用のＰａｄｅ’近似を基にした補償」，２００４年５月１３日，この出願の共同譲受人の一により所有）。
【０００５】
（関連非特許文献）
以下の文献は参照のためここに引用される：
（ａ）ウルフラム・リサーチ数学ワールドＷｅｂサイト：
＜http://mathworld.wolfram.com/PadeApproximant.thml＞；
（ｂ）Ｂａｋｅｒ，Ｇ．Ａ．Ｊｒ及びＧｒａｖｅｓ−Ｍｏｒｒｉｓ，Ｐ．Ｐａｄｅ’近似，ニューヨーク，ケンブリッジ大学出版，１９９６年）；
（ｃ）Ｙｏｓｈｉｉ他，「ＭＣＵ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、デジタル通信ポート、信号調節回路及び温度センサを持つワンチップ集積ソフトウエア校正ＣＭＯＳ圧力センサ」，シカゴ，半導体センサ及び駆動装置に関する１９９７年国際会議会報，１９９７年６月１６〜１９日，ｐ．１４８５〜１４８８；
（ｄ）Ｍｎｉｆ，Ｋ．，「補償はアナログ圧力センサの用途への適合に極めて重要である」，ＩＳＤ雑誌，２００１年７月；
（ｅ）Ｔｒａｖｉｓ，Ｂ．，「スマート調節器はセンサ誤差を抹消する」，ＥＤＮ雑誌，２００１年２月；
（ｆ）ＭｃＧｏｎｉｇａｌ，Ｊ．，「信号調節」，センサ雑誌，２００３年９月；
（ｇ）Ｈａｒｒｏｌｄ，Ｓ．，「プログラマブル・アナログＩＣ」，センサ雑誌，２００３年４月；
（ｈ）Ｄｕｎｂａｒ及びＡｌｌｅｎ，「性能は集積化と共に進展する」，ＥＥタイムズ，２００３年１０月７日；
（ｉ）Ｐａｌｌａｓ−Ａｒｅｎｙ及びＷｅｂｓｔｅｒ−センサ及び信号調節，第２版，ジョン・ウィリー＆ソンズ，ニューヨーク，２００１年，ｐ．２０７〜３２７；
（ｊ）Ｙａｓｓａ及びＧａｒｖｅｒｉｃｋ，「ＬＶＤＴ／ＲＶＤＴ位置センサ用のマルチチャネル・デジタル復調器」，ＩＥＥＥ Ｊ．半導体回路，１９９０年４月，第２５巻，第２号，ｐ．４４１〜４５０；
（ｋ）Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他，「ＦＦＴを基にしたアルゴリズムのＬＶＤＴ位置センサの信号処理への応用」，ＩＥＥＥ変換計器測定，１９９８年１０月，第４７巻，第５号，ｐ．１１１９〜１１２３；
（ｌ）Ｆｏｒｄ他，「新ＤＳＰを基にしたＬＶＤＴ信号調節器」，ＩＥＥＥ変換計器測定，１９９８年１０月，第５０巻，第３号，ｐ．７６８〜７７３；
（ｍ）アプリケーション・ノートＡＤ５９８，ＬＶＤＴ信号調節器，アナログ・デヴァイシィズ，改訂Ａ，［日付無し］；
（ｎ）アプリケーション・ノートＡＤ６９８，ユニヴァーサルＬＶＤＴ信号調節器，アナログ・デヴァイシィズ，改訂Ｂ，１９９５年；
（ｏ）Ｒａｈｉｍ，多方面にわたる用途においてＮＥ５５２１信号調節器を使うこと，アプリケーション・ノートＡＮ１１８２，フィリップス・セミコンダクタ，１９８８年１２月；
（ｐ）Ｕｎｂｅｈａｕｅｎ及びＣｉｃｈｏｃｋｉ，「ＭＯＳスイッチ・キャパシタ及び連続時間集積回路及びシステム」，ベルリン ハイデルベルク，シュプリンガァ出版，１９８９年。
【０００６】
（関連技術の説明）
１又はそれ以上の多量の物理パラメータ、例えば、位置、角度、速さ、加速度、温度、圧力、力、ひずみ、明るさ、及び流体流量を、正確に検知することはしばしば望ましい。科学技術の向上により、時おり１個の半導体基板上に最小化されて集積化された電気機械システム（ＭＥＭ）との使用ですら、それらパラメータの幾つかをかなり正確に測定して電気的に伝えることができるようになってきている。単複の検知素子が、集積化されるよりもむしろ別個独立で成る場合でも、それらは、しばしば便宜上センサ・モジュール内に収容され、該モジュールは、個別回路及び／又は信号調節を与えるためのモノリシックＩＣ及び／又は他のセンサ支援機能及び／又は通信支援機能を更に含む。適用分野には、自動車、医療、航空宇宙産業及びファクトリー・オートメーションが含まれることがある。
【０００７】
ＬＶＤＴ（線形可変差動トランス）等のより古い設計の各センサは、通常、完全に自己の上で比較的正確な測定を提供するように設計される。価格及び寸法は問題ではない。しかし、自動車等の種々のモデム応用領域において、特にセンサが、運搬手段や他の機構周りのあらゆるところに組み込まれて、該機構をより素早く動作させるべくシリアル・データ・チャネルに結合されるとき、寸法、重量、価格、消費電力及びセンサの周辺能力が、非常に重要な課題になることがある。小さくて正確で、信頼性があり、自動車や他の機構の他の部分とのインタフェースが容易であり、そして厳しい環境で動作することを可能にする低価格センサ・モジュールを提供することは、非常に望ましいことである。適当なセンサを検索すると、異なる物理的ないし電気的原理に基づく広範な種々の検知素子に行き当たり、それぞれは、その独自の特定用途及び環境に最適化されている。その各種センサの特殊性が問題をもたらす。特に、センサの一のクラスは、適切に動作するためにＡＣ励起を必要とする。ＡＣ励起は、センサの動作点を所望の状態（例えば、規定動作温度）にシフトするために、ＤＣ電圧又は電流による追加の励起と組み合わされることがある。適した支援をそのようなＡＣ励起センサに与えることが問題となり得る。
【０００８】
各電気センサは、抵抗性（Ｒ）、誘導性（Ｌ）及び容量性（Ｃ）の主要動作の３つの大きなファミリーに属するように広く分類されることがある。もちろん、ＲＬＣの機能性の各種組合せが、所与のセンサに存在することがある。（上記Ｐａｌｌａｓ−Ａｒｅｎｙ及びＷｅｂｓｔｅｒによる引用文献参照。）
本明細書は、動作用にＡＣ励起を要する各センサに注力する。これらは、通常、本質的に全て抵抗性（Ｒ）ベースというよりもむしろ誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）ベースで作動する。
【０００９】
誘導性センサは、限定されないが可変磁気抵抗及び／又はうず電流の生成を含む、多くの各種電磁気特性に基づく検知機能を提供することができる。各誘導性センサは、それらが有する線形移動部品、回転移動部品及び非移動部品を含むことがある。例として、線形及び回転差動トランス（ＬＶＤＴ／ＲＶＤＴ）が含まれる。誘導性センサは、変位、位置及び角度、又は位置若しくは角度に対応するものに都合よく変換し得る他の物理パラメータを、都合よく検知するように構成されることがある。そのような他の物理パラメータの例としては、圧力、重量、力、トルク、加速度及び流体速度が含まれる。
【００１０】
容量性センサは、通常、キャパシタのプレートとしての役目を荷う２つ又はそれ以上の導体間に起こる容量変化に依拠する。可変容量の原因は、プレート領域の変化、プレート分離の変化、及び／又はプレート間の誘電体材の変化のためであるかもしれない。容量性センサは、接近検出、小変位の測定、圧力及び加速度の検出等のあるセンサ用途に有用である。
【００１１】
誘導性及び／又は容量性のものを含む多くの検知素子は、ともかく外部手段によって支持されたり、補償されたり、或いは包囲されたりすることを要する独自の要件及び制約を与える。例えば、適切に動作するため、たいていの誘導性及び／又は容量性センサは、検知されている物理特性から収集され得るエネルギーに加えて、適したＡＣ励起源を必要とする。しばしば、所与の物理特性（例えば、力、変位、速さ、加速度、温度、又は検出及び／又は測定され得る何れかの他の物理パラメータ）に応じて誘導性及び／又は容量性センサによって発生される電気又は他の出力信号は、比較的弱く、ひずんだりし、或いはセンサの出力信号に依拠する電子又は他の制御システムと直接インタフェースをとるのに全く適さない。そのようなものにおいては、信号増幅及びひずみ除去がしばしば望まれる。利用される増幅器及び／又はセンサ自体は、標準的に、利得の変動及びそれらの製造工程における不安原因によるオフセット誤差を持つ。従って、これらの構成要素は、通常、個別に校正されなければならない。多くの検知素子は、検知される単複のパラメータに関係のある理想的でない応答性を示す。理想的でない応答性は、種々の温度にわたる応答の変動によって、及び／又は測定される物理パラメータの線形変化に対する非線形応答によって、問題として引き起こされることがある。各種用途は、程度に違いこそあれこれら理想的でない応答の振る舞いの補正を必要とすることがある。通常、「信号調節回路」と呼ばれる適した電子回路は、しばしばこれらの要件を処理するために使用され、通例、センサ・パッケージの集積部分に作られる。両検知素子及び信号調節回路は、通例、単一の周囲密閉されたセンサ・モジュール又は単に集積化センサとして知られる物理ユニットに詰められる。センサ信号調節及び利用可能な解決方法に関する更なる説明は、上記引用のＭｎｉｆ、Ｔｒａｖｉｓ及びＭｃＧｏｎｉｇａｌによる論説に見出すことができる。
【００１２】
非常に多くの信号調節の解決策が全抵抗性型センサ用に開発されているが（例えば、抵抗ブリッジ網）、幾らかは、誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）型に利用可能である。問題部分は、ＡＣ励起信号がセンサの振る舞いを変え得るということである。３つの商用集積回路、ＡＤ５９８、ＡＤ６９８（ともにアナログ・デヴァイシィズから）及びＮＥ５５２１（フィリップス・セミコンダクタ）が利用可能であることが知られ、それら全てはＬＶＤＴ及びＲＶＤＴに専念される。簡単のため、ＬＶＤＴのみが参照されるが、ＬＶＤＴ信号調節器は一般にＲＶＤＴにも使用可能であることが了解されるものである。それらＡＣ励起信号の変動又は次から次のＬＶＤＴの製造変動と関係ない比較的正確な測定を提供するように、ＬＶＤＴがしばしば設計される点で、ＬＶＤＴは、一般的な誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）型センサと異なる。それ故、ＬＶＤＴの信号調節の必要性は、一般に、他の種類の反応性センサのそれらよりも要求度がより少ない。
【００１３】
ＬＶＤＴ信号調節をするのに３つの従来方法がある。第１のものは、古典的なＤＳＢＳＣ（両側波帯抑圧搬送波）ＡＭ同期復調技術を使用する。両ＡＤ６９８及びＮＥ５５２１チップは、この方法を使用する。検知情報の正確な復元を保証し、ＣＯＳ（φ）誤差（Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他参照）を避けるために、１次及び２次コイルの波形を同位相に保つ必要がある。ＤＳＢＳＣ・ＡＭ同期復調技術は、位相進／遅網における調整自在の電位差計の使用を位相調整にもたらす。大量生産環境で各電位差計を調整することは、冗長で費用が嵩み、また誤り易い作業である。工場で適切に為されたときでも、位相整合がその分野のセンサの温度動作範囲の全てに及ぶという保証はない。
【００１４】
第２の方法は、ＡＤ５９８チップで使用され、代わりに非同期比を基にした方法を使用することによって電位差計の調整の問題を回避する。検知情報は、ＬＶＤＴの複数の２次コイルの信号の差と合計との間の商を計算することで復元される。計算回路は、割合高価格で販売されるかなり複雑な製品となる（Ｆｏｒｄ他参照）。しかも、ＡＤ５９８チップは、２次コイル間にセンタ・タップを持つ５線のＬＶＤＴのみと動作する。それは、機構的により簡単な４線のＬＶＤＴと使用することができない。また、達成されるべき直線性及び良好な正確さについて、２次の信号の合計は、ＬＶＤＴコア位置と無関係でなければならないが、一般にＬＶＴ製造者によって保証されない。これら全ての理由は、この第２の方法の適用の範囲を厳しく制限する。
【００１５】
第３の方法は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）を利用する数種の設計技術を伴う。（上記引用した）Ｙａｓｓａ及びＧａｒｖｅｒｉｃｋは、予想技術に基づいて適応的ＡＭ復調アルゴリズムを用いるモノリシック５チャネル多重チャネル・デジタル復調器を提供する。各チャネルは、１次シグマ−デルタ・アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）及び３２ビット・ワード長の専用デジタル復調器を有する。（上記引用した）Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他は、周波数領域でデータを処理してｃｏｓ（φ）誤差を避けることにより、これを改善する。それらはデジタル・アルゴリズムを使用し、これは、５０ＭＨｚで動作する商用ＤＳＰ、及びアナログ・インタフェース回路を成す１４ビットＤＡＣ、後続する複数のフィルタ及び１４ビットＡＤＣを持つボード上で実行される。最後に、（上記引用した）Ｆｏｒｄ他は、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器によってインタフェースされた商用ＤＳＰを持つ修正ＤＳＰベースＣｏｓｔａｓレシーバーを提供することによって、前解決策の動的振る舞いを改善する。性能の種々の特徴を改善するが、第３の方法のこれらＤＳＰの解決策は、複雑であり高価である。それらは、価格に影響され易いＬＶＤＴ用途に使用することができない。
【００１６】
ＬＶＤＴ又はＲＶＤＴに専念される上記３つの方法の他に、（ＬＶＤＴでない）誘導性及び容量性センサの他の型に信号調節を付与するための商業的に標準の完全に統一された解決策は無いと思料される。従って、非常に大多数の反応性センサの利用者は、とにかく信号調節をしようとするなら、自分専用の信号調節回路の開発を任されるところ、その専用信号処理回路は、比較的多くの構成要素を持ち、値が高く、嵩張る傾向があり、より多くの電力を消費する。
【００１７】
幾つかの従来の信号調節回路は、一般にセンサ出力に対して良好な固有の直線性及び正確さを達成することに集中する。それらは、個々の検知素子の特性に校正を施すことや、センサの温度変動を補償することを、同時に試みることはない。高いセンサの正確さが広い温度範囲にわたって要求されるとき、補正及び校正機能は、しばしば１つというよりは複数の専用回路によって実行される必要がある。このことは、モジュール寸法、価格及び消費電力全般を増大させる。個別センサの特異性に順応する統括的方法及び一層の小型化に対する要求が、当分野の生産業に存在する。
【発明の開示】
【００１８】
反応性センサは、通常、励起信号（例えば、正弦波状の発振信号）及び測定下の物理パラメータ（例えば、磁気コア材の位置）の組合せに非線形応答を呈する。そのようなセンサは、通常、温度変動に敏感である。反応性センサの振る舞いで決まる温度及び／又は非線形を補償するためのものであって、測定下の物理パラメータ（例えば、位置）の既知の複数の標本に関連する複数の事後補償出力信号を同時に校正するためのシステム及び方法を開示する。
【００１９】
本発明の各実施形態の一のクラスは、少なくとも反応性センサの部分（例えば、可変磁気抵抗インダクタのコイル部分）と、モノリシック集積回路と、基準タイミング（例えば、水晶発振器）とを収容するセンサ・モジュール・ハウジングを含む。該集積回路は、基準電圧と、該基準電圧及び該基準タイミングの使用から同期されるセンサ励起信号を発生するための波形発生器と、測定下の物理パラメータ及び該励起信号の組合せへの該センサの応答を検出するための検出器と、温度補償ユニットと、Ｐａｄｅ’近似を基にした非直線性補償ユニットとを含む。該温度補償ユニット及び該Ｐａｄｅ’近似非直線性補償ユニットは、デジタル方式でプログラムされた複数の係数の使用によって調整される。該複数の係数は、該センサ・モジュールの出力信号を校正するとともに、該センサ・モジュール出力信号及び該センサ間の信号経路と該センサの双方における温度感度及び非直線性を補償する。該センサ及び補償回路の各々が比較的簡単、小型で価格が低くても、該測定下の物理パラメータの高い正確さの測定を可能とする。
【００２０】
上記の例から了解されるであろう本願発明が提供する解決策では、比較的簡単で低価格の反応性センサ（例えば、簡単なコイル及び可動コア材）が、プログラム方式で調整される補償回路との組合せで使用可能であり、それにより正確で価格が低く小型であるという組合せを提供する。該センサは、比較的不正確で、単独時に温度変動を受け易い特徴があるが、該センサ及び補償回路の組合せは、比較的正確に、そして温度変化の影響を受けないようにすることができる。本発明は、非直線性及び温度の補償方法と、ＡＣ励起源並びに個別化された出力補正を要する反応性センサと使用可能な対応構造とを提供する。本発明による構造は、個々のセンサの特異性に順応するようにプログラム方式で調整自在とされるので、比較的低い消費電力にして、更に高い正確さにすることができ、小型化することができる。本発明による構造は、低価格の大量生産を許容しつつ広範囲の用途に使用されるように自由に順応させることができる。ここに開示された方法及び構造は、センサ励起及び校正を考慮して、非直線性補償の集積化部分として行われる。ここで、両役割は、同一回路によって実行されてもよい。本発明による各実施形態は、デジタル化問題（例えば、量子化誤差及び／又は標本時間休止）のない信号調節を提供するためのアナログ技術を主に使用するモノリシック集積回路として実施することができる。
【００２１】
一実施形態では、モノリシック集積化・プログラマブル信号調節回路が、ＡＣ励起を要する各センサに提供される。該回路は、実質正弦波状又は他の励起波形を合成するためのプログラマブル源と、ローパス濾波機能性を持つピーク検出器と、温度補償回路と、非直線性補償・校正回路と、出力インタフェースとにより成る。プログラミング・インタフェースは、該回路が各特定センサ用に最適に構成されるように提供される。
【００２２】
より具体的には、本発明の一の特徴により、複数のＰａｄｅ’近似の算術に基づいて複数の非直線性補償関数を満たすための技術が提供される。Ｐａｄｅ’近似は、所望の複数のマッピング関数の拡大自在の複数の近似値を生成するのに使用することができる。ここで、該複数の近似値は、２つのパワー組の比として表現することができ、各パワー組は、それぞれの組の複数の係数を含む。所与の一のＰａｄｅ’近似マッピング関数は、その分子及び分母の係数のどちらか一方又は両方を調整することによって、定義及び／又は微調整されてもよい。複数のＰａｄｅ’近似マッピング関数は、複数の数学モデルが複数の極又は似たような複数の特異点を含有する振る舞いを含む非線形の物理的な振る舞いをモデリングするのに適している。特に、該Ｐａｄｅ’近似の方法によって提供される複数の有理関数は、大抵普通に使用されるテイラー展開よりも現実世界の現象をモデリングするのによりよい適合性を一般にもたらすと考えられている。ここで、後者は、所望の正確さ及び精密さの度合いに一の近似値を定めるために、都合悪くより多数の期間及び関連係数を要する。
【００２３】
比較的正確な複数のＰａｄｅ’近似は、複数の低次有利関数と、対応して簡単、安価で実質的にアナログの複数の非直線性補償回路とを使用することによって実行可能である。一実施形態では、必要とされる全ては、（ａ）可変利得アナログ増幅器と、（ｂ）該増幅器の出力と結合されるアナログ・オフセット加算器と、（ｃ）該オフセット加算器の出力と結合されるフィードバック減衰要素と、（ｄ）該可変利得アナログ増幅器用の利得設定回路とである。ここで、該利得設定回路は、（１−該フィードバック減衰要素の出力）によって乗じられた、第１の利得要因Ｇを表す利得信号を生成する。
【００２４】
結果の回路の振る舞いは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｏｕｔ）・Ｖｉｎ＋ｖｏｆｆ ｛式１ａ｝
として表現することができる。
【００２５】
式１ａを該出力電圧Ｖｏｕｔについて解くことによって、式１ａは、
Ｖｏｕｔ＝（Ｇ・Ｖｉｎ＋ｖｏｆｆ）／（Ｇ・ｋｖｆ・Ｖｉｎ＋１） ｛式１ｂ｝
のように変形することができる。
【００２６】
続いて、ｘ＝Ｖｉｎ，ｙ＝Ｖｏｕｔ，ａ＝Ｇ，ｂ＝ｖｏｆｆ及びｃ＝Ｇ・ｋｖｆで置き換えることによって、式１ｂは、１次Ｐａｄｅ’近似として
ｙ（ｘ）＝Ｐ１（ｘ）／Ｑ１（ｘ）
＝（ａｘ＋ｂ）／（ｃｘ＋１） ｛式１ｃ｝
のように変形することができる。
【００２７】
より一般化された公式のもとでは、上記の数式（式１ｃ）は、ｎ次Ｐａｄｅ’近似として以下のように表現しなおすことができる：
【００２８】
【数１】
【００２９】
更に、分子及び分母における多項式の次数は、（ｍ次及びｎ次が）互いに異なってもよい。
【００３０】
幅広い種々のマッピング関数は、１次の式１ｃにおける３つの係数ａ、ｂ及びｃの適した調整によって近似することができるのが分かるであろう。例えば、ｃ＝０に設定することによって、線形マッピング式のｙ＝ａｘ＋ｂが得られる。ａ＝０に設定することによって、非線形マッピング式のｙ＝ｂ／（ｃｘ＋１）が得られる。入力変数ｘは、水平変換されるマッピング関数を得るように、平行移動変数（ｘ−ｘ０）で置き換えることができる。出力変数ｙは、垂直変換されたマッピング関数を得るように、平行移動変数（ｙ−ｙ０）で置き換えることができる。ｘ及びｙのどちらか一方は、ｘ−ｙグラフ格子上でマッピング関数の１８０度回転を与えるために、その極性がｘ’＝−ｘ又はｙ’＝−ｙで付加的に反転されてもよい。
【００３１】
本発明による非直線性補償回路は、センサ・モジュールのアナログ信号経路のどこにでも置くことができる。補償関数は、補償器内部の非直線性及び出力経路における他の回路の非直線性の補償を含むことができる。補償は、（例えば、ある抵抗ブリッジ回路のように）センサの励起信号の調整を必要としないので、センサの励起信号は、一定に保たれても、或いは電源電圧に対して比計量的にされてもよい。このことは、より簡単な設計を考慮に入れ、センサ励起電圧又は電流が、各センサ独自の環境及びその使用によって要求されることがあるような最適な範囲内になることを保証することができる。付加的効果として、非直線性補償回路はまた、センサ校正を提供することができ、従って更に全体的な複雑さ及び価格を低減する。複数の大きなルックアップ・テーブル及び／又は複数のマイクロプロセッサ等が利用される、非直線性補償に対する卓越的なデジタル方法と比較したとき、本発明による各実施形態は、はるかに簡単でより小さく、かなりの低価格で構成することができる回路を可能にする。
【００３２】
それらは各検知用途の状況に現れるが、ここに開示される複数の関数マッピング回路及び複数の技術は、範囲が一般的であり、オーディオ、ビデオ、イメージング等の他の使用において、或いは非線形マッピング関数が電気的に提供される何れかの状況において適合可能である。
【００３３】
本発明に従って、対応する出力信号に対して入力信号をマッピングするための方法が提供される。該方法の一実施形態は、（ａ）それぞれ分子及び分母の複数係数を持つＰａｄｅ’近似比に従って動作するプログラマブル変換ユニットを提供すること、及び（ｂ）プログラム方式で該変換ユニットを調整し、それによりそれぞれ分子及び分母の複数係数を確立することを含む。該係数は、変換ユニットに、所望のＰａｄｅ’近似マッピングを、少なくとも三つ（３）の入力基準点を持つ供給入力信号と前記少なくとも三つ（３）の入力基準点に対応する一対一ベースの少なくとも三つ（３）の標準化出力値を持つ対応出力信号との間に提供させる。
【００３４】
本発明の他の特徴は、以下の詳細な説明から明白になるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下の記述は例示にすぎず、制限するものではない。図１を参照すると、可変磁気抵抗センサ１０５を含むセンサ・モジュール１００のブロック図が設けられている。一実施形態では、該モジュールは、センサ・コイルと、モノリシック集積回路（ＩＣ、個別図示せず）と、水晶発振器とが搭載された印刷回路板（図示せず）を含む。該印刷回路板は、密閉封止される非磁性金属箱（例えば、アルミニウム）等の保護用ハウジング１０１（部分的に図示）によって包含される。該コイルは、外部の可動磁気コア材１０２と相互作用するように保護用ハウジング１０１の壁部近くに置かれる。該可動磁気コア材１０２の位置等の外部物理パラメータＰ（ｔ）は、そのように形成されるセンサ１０５の磁気抵抗を変える。
【００３６】
電流発生器１１０は、可変磁気抵抗センサ１０５を通じて周期的な電流信号Ｉsineを駆動するための該ＩＣ内に設けられる。ここで、Ｉsineは、擬似正弦波状又は他の周期的な波形を持つようにデジタル方式で合成される。ピーク検出器１０６は、センサ１０５に印加されるピーク電圧を検知するための高インピーダンス入力端子（例えば、より大きく約１００ｋΩ）を持つ。ピーク検出器１０６の入力インピーダンスは、十分に大きく、合成されたＩsine信号及び外部物理パラメータＰ（ｔ）に対する可変磁気抵抗センサ１０５の応答を実質的に変えるのを回避する。
【００３７】
誘導性センサ（例えば、コイル及び磁気フラックス経路及び寄生容量）１０５は、Ｐ（ｔ）に対応するある複素インピーダンスを持つように作製されてもよい。ここで、該インピーダンスは、抵抗性及び誘導性直列成分を含む。所与の温度及び励起周波数で、該抵抗性成分Ｚｄｃは、通常、全検知範囲にわたって一定であるのに対し、該直列誘導性成分Ｚａｃは、通常、該コイルとその磁気フラックス経路（例えば、移動自在のコアによるフラックス）との間の相対磁気結合の関数である。目標とされる物理パラメータＰ（ｔ）の関数としてＺａｃを可変させるのに適した機械的構造の部分として、誘導性センサ１０５が組み込まれるとき、変位、角度又は位置等の物理パラメータＰ（ｔ）は、この原理に基づいて、都合よく計測することができる。
【００３８】
Ｚａｃを計測するために、相応の励起電流Ｉｓｉｎｅを該センサ・コイルを通じて流して、コイルの起電圧を検出することができる。以下の式１ａ及び１ｂは、ＤＣ及びＡＣ成分を持つ励起電流からもたらされるコイル電圧Ｖａを示す。ここで、ＡＣインピーダンスＺａｃは実数及び虚数成分を持つ：
【００３９】
【数２】
【００４０】
コイル・インピーダンス、従って検知された物理変数Ｐ（ｔ）の有用な指示であるべきＶａについて、励起電流は、固定された主要周波数及び安定なよく制御された振幅を持つはずである。周波数領域で大きなより高い調波成分を持つことが望ましくないのは、印加電圧Ｖａが、検知された物理変数Ｐ（ｔ）の変動に適切に応答しない寄生成分（例えば、寄生容量又はインダクタ）の応答を表すことがあるからである。図２は、そのような低い調波特性を与えることができる反復自在の個別ステップの波形（例えば、デジタル化された波形）を示す。該波形のステップ数、各ステップ幅及び／又はステップ間の粒状度は、使用されるステップ規模／幅発生器（例えば、デジタイザ）の型及び該ステップ規模／幅発生器（例えば、デジタイザ）を支援するメモリ容量に依存することがある。図１は、そのような擬似正弦波状の波形を生成可能な電流波形発生器１１０を示す。ＤＣ基準電流Ｉｒｅｆは、例えば、バンドギャップ基準電圧及び固定抵抗等の安定電圧源を使用することによって、ブロック１１１から発生される。矩形波発生器は、板上の水晶発振器又は別の実質的に安定な周波数源１１５から、波形状カウンタ１１６をクロックする。ここで、該カウンタは、所望の波形（例えば、図２のそれ）の標本点を数えて送り出すように、都合よくプログラムされている。デジタル信号を運ぶラインは、図１においてそれらラインを貫いて伸びる斜線によって示される。カウンタ１１６からのデジタル出力信号は、電流を出力するデジタル−アナログ変換器（電流ＤＡＣ）１１４に供給される。該電流ＤＡＣは、ライン１１２上のＩｒｅｆ信号に全て関連付けられる、デジタル方式で選択自在の並列組の複数のミラー電流より構成することができる。最終的に、該電流ＤＡＣは、予め決められた各割合又は多重のＩｒｅｆであるアナログ電流ステップ（標本）を発生する。一実施形態において、該複数の標本は、図２に示されるような正弦波を近似するように選択される。一実施形態において、波形状カウンタ１１６は、予め決められた波形（例えば、三角、のこぎり歯、台形等及び／又は別個のＤＣバイアス・レベル）の種々のものを、各種反応性センサ１０５への適用のために選択することができるように、制御ユニット１５０の書換自在メモリ（例えば、不揮発性フラッシュ・メモリ）１５１に格納されたデジタル・データにプログラム方式で応答する。複数の電流変化ステップを円滑に出す電流ＤＡＣ１１４に、最適な複数の内部フィルタを設けてもよい。この方法では、よく制御されたＩｄｃ及びＩａｃ成分（図２参照）と、制限された調波成分に加えて正確に定められた主要周波数とで、擬似正弦波状又は他の平滑電流波形を合成することができる。一実施形態において、基準クロック源１１５は、ユニット１５０の書換自在メモリに格納されたデータにプログラム方式で応答して、予め決められた複数の主要周波数のうちの種々のものを、種々のセンサ１０５に適するように発生することができる。
【００４１】
一実施形態は、基準タイミング源１１５の一部として共振水晶体を使用するが、波形発生器１１０の他の部分を包含するモノリシックＩＣ内に集積され、多少正確である他の基準タイミングを使用することは、本明細書の深厚内にある。例としては、セラミック共振発振器及び自己校正ＲＣ発振器が含まれる。より詳しくは、米国特許５５９４３８８（Ｏ’Ｓｈａｕｇｈｎｅｓｓｙ他）は、ＩＣ内への集積用の自己校正発振器を開示する。この自己校正発振器は、例えば、その周波数を合わせるように調整するＥＥＰＲＯＭ及び温度依存を減らすための外部抵抗を使用することによって、より正確とすることができる。代わりに、レーザー調整又は他の方法で調整されたＲＣ発振器を使用してもよい。ここで、その調整されたＲ及びＣの双方は、ＩＣに対して内部にあってもよい。
【００４２】
一実施形態は、合成されたセンサ励起信号（例えば、Ｉｓｉｎｅ）の複数のデジタル・ステップを発生するためのＤＡＣ１１４を使用するが、個別に組み立てられる波形の他の発生器を使用することは、本発明の深厚内にある。ここで、該個別波形の部分は、変調されたパルス幅及び／又は時間対大きさ（ステップ関数のそれ以外のもの）を持つ。
【００４３】
センサ励起信号（例えばＩｓｉｎｅ）を利用するため、検知された物理パラメータＰ（ｔ）が時間を通して変化するとき、センサ・リアクタンスが付随的に変調されて、該センサ間に生成される電圧が、該センサ励起信号及び該変化する物理パラメータＰ（ｔ）の結合効果を反映するのである。励起電流Ｉｓｉｎｅ＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの利用で生じるコイル電圧Ｖａは、振幅変調（ＡＭ）電圧信号であり、その搬送周波数は、一般に励起電流によって使用されるそれと同じ中心周波数である一方、ＡＭ信号の包絡線は、物理パラメータＰ（ｔ）に起因する検知情報を含む。従って、Ｖａ波形の包絡電圧は、一般に、コア材１０２の位置等の測定されるべき物理パラメータＰ（ｔ）を表す単調関数となるだろう。該包絡電圧を抽出するために、Ｖａ電圧信号がピーク検出回路１０６に印加される。このピーク検出回路１０６は、各Ｖａ電圧パルス（パルスは正弦波状である必要はない）の立上りエッジの間、Ｖａ波形を追跡し、そして各パルスについて、該電圧パルスの立上り側のピークの大きさを示すために、対応する量の電荷をキャパシタ１０７に汲み出す。Ｖａ電圧パルスがそのピークに達し、その後、大きさが減少し始めるとき、ピーク検出回路１０６は、キャパシタ１０７への電荷の汲み出しを停止し、該キャパシタは、その電圧がＶａ信号の次の立上りエッジの電圧か或いは僅か下に低下するまで、予め決められた一定の割合で、ゆっくり放電し始めるようにされる。その時点で、ピーク検出回路１０６は、新しい電荷をキャパシタ１０７に汲み出し始める。それ故に、キャパシタ１０７の電圧は、パルスＶａ電圧信号の包絡をおおよそ追跡するはずである。ローパス・フィルタ１０８は、デジタル方式で合成された励起電流Ｉｓｉｎｅの搬送周波数調波のため、キャパシタ１０７の電圧を平滑しノイズ及びひずみを低減するために随意設けられる。
【００４４】
センサ１０５とピーク検出器１０６との間の図１のモジュール１００に、２つの追加ブロック（図示せず）を随意追加してもよい。コイル電圧Ｖａが比較的低い（例えば、＜＜１ボルト）場合、該ピーク検出器は、高インピーダンス電圧増幅器によって前置されてもよい。ＥＭＩ保護とノイズ及び調波成分の更なる低減のため、簡単なＲＣローパス・フィルタ又は搬送周波数よりも高いコーナー周波数を持つ他のフィルタを、付加的又は代替的にセンサ１０５とピーク検出器１０６との間に挿入してもよい。
【００４５】
図１の要素１２０を参照すると、１０５等の反応性センサは、一般に、温度全般にわたってある応答の変動を呈する。温度補償は、所望の度合いのセンサの正確さを提供するために必要とされることがある。図１において、温度検出器１２２は、コイル１０５近傍に置かれてデジタルの温度指示信号１２３をユニット１２０に供給する。代替実施形態において、信号１２３はアナログでもよい。温度補償は、相当数の方法で実行可能であり、検知素子の特質及びセンサ構造に非常に依存する。例えば、米国出願公開第２００３／０１７３９５２号は、上述のような一定及び交流成分を持つ励起電流を受ける誘導性位置センサを開示する。起電圧（Ｖａ）の温度依存が、意図した検知範囲の全てとＩｄｃ及びＩａｃの全ての期待された選択にわたってかなり線形で一定であるなら、その場合、線形補償回路を使用することができる。図３には、線形温度補償を提供するための簡単な回路が示される。線形温度依存オフセット電圧が、加算器３０１においてローパス・フィルタ１０８からの出力信号Ｖｂ（或いは、Ｖｂは、随意のローパス・フィルタ１０８が使用されないなら該ピーク検出器からの出力信号に代えられる）に単に加算される。デジタル方式で定義されたパラメータＶｓｈ及びｈの適切な選択で、ライン３０９上の起電圧Ｖｃは、以下の式２毎の温度にわたって実質一定にすることができる：
Ｖｃ＝Ｖｂ＋Ｖｓｈ・（１±ｈ・Ｔ） 式２
図３において、デジタル表現３１０のセンサ温度は、周期的にレジスタ３１２内に書き込まれる。センサ関連傾斜要因ｈは、レジスタ３１４に格納される。デジタル乗算器３１５は、ライン３１６上にデジタル生成信号ｈ・Ｔを生成する。デジタル表現のセンサ・オフセット値は、レジスタ３２２に格納される。基準電圧は、Ｄ／Ａ変換器３２５のアナログ基準入力に供給される。対応するアナログ電圧Ｖｓｈが該Ｄ／Ａ変換器の出力ライン３２６に現れる。第２Ｄ／Ａ変換器３３０は、アナログ電圧Ｖｓｈをライン３１６上のｈ・Ｔ要因で乗算し、それによりライン３３６上にアナログ生成信号ｈ・Ｔ・Ｖｓｈを生成する。アナログ加算器３４０は、ライン３２６及び３３６上の信号を合計し、それによりライン３４２上にアナログ合計信号Ｖｓｈ・（１±ｈ・Ｔ）を生成する。続いて、加算器３０１は、上記で説明したように、Ｖｂに加算する。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器を、電力を一定に保つのに使用してもよい。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器の実施方法の例としては、先に引用したＵｎｂｅｈａｕｅｎ及びＣｉｃｈｏｃｋｉのものを参照。
【００４６】
他の多くの温度補償方法が、特定センサ１０５（図１）及び所望の正確さの要求に依存して、付加的又は代替的に使用されることがある。他の可能なものの中で、温度補償方法は、温度指示信号１２３に応じてセンサ励起信号を調整するステップであったり、及び／又は温度指示信号１２３に応じて複数の補正要因を挿入するためにＥＥＰＲＯＭを基にした複数のルックアップ・テーブルを使用するものであったり、及び／又は温度指示信号１２３をメモリ・ユニット１５１に結合されるアドレス・ビットとして使用することによって検知範囲を多重個別線形部分に区分し各種係数を選択するものであったり、及び／又は温度指示信号１２３に応じて多項式補正関数を適用するものである。
【００４７】
図１の１３０を参照すると、反応性センサ（即ち、１０５）は、通常、測定下の物理パラメータＰ（ｔ）の線形変動に対して非線形応答の振る舞いを呈する。反応性センサは、測定下の物理パラメータＰ（ｔ）の正確な測定を提供するために、利得及び／又はオフセットについて校正を必要とする応答の振る舞いを付加的又は代替的に呈することがある。本発明者等は、温度ドリフトに対する補償と切り離して、非直線性及び／又は校正誤差を補償することが、そうでなければ一の相関的要素から他への交差の影響が事柄を過度に複雑化し得るという理由により有利であることを見出した。なお、図１に示される複数のもの（１２０，１３０）よりもむしろ単一ステップの変換を使用することによって、検出されたセンサ応答信号Ｖｂから対応する補正されたセンサ応答信号Ｖｅへの変換を提供することは、本明細書の深厚内にある。ユニット１３０内で行われる非直線性及び／又は校正誤差の補償に関して、一般にセンサの非線形な振る舞いに対して同時の校正及び補償を提供するための相当数のシステム及び方法が、上記引用の米国出願に開示されている。該出願は、Ｊｏｓｅ Ｍａｒｃｏｓ Ｌａｒａｉａ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｐ．Ｍｏｅｈｒｋｅ、Ｊｏｓｅ Ｇ．Ｔａｖｅｌｒａにより２００４年５月１３日に提出され、最初「集積化センサ・モジュール等用のＰａｄｅ’近似を基にした補償」と題される。上記引用の米国出願の明細書は、図１の利得／オフセット校正及び非直線性補償ユニット１３０を含むセンサ出力経路に対する校正を付与し、同経路の非直線性を補償するために利用されるように、ここに援用される。適したＰａｄｅ’近似係数信号が、係数プログラミング・ユニット１５０からマッピング・ユニット１３０に供給される。電圧出力信号Ｖｄは、温度補償した電圧信号Ｖｃに対する、校正及び一層線形化されたアナログ対応要素であることが了解される。温度補償ユニット１２０が随意省略されるなら、その場合、電圧出力信号Ｖｄは、ピークを表す（また随意１０８によって濾波された）電圧信号Ｖｂに対する、校正及び一層線形化されたアナログ対応要素であることが了解されるものである。また、温度補償ユニット１２０が随意省略されるなら、その場合、指摘されるように、単一ステップの変換で１０５のような誘導性センサの温度感度及び非直線性の双方に対して同時に補償することはしばしば困難であるが、非直線性補償ユニット１３０は、信号１２３をユニット１３０に結合することによって、上記引用の米国出願シリアル番号１０／８４５６８１の明細書に従ってある温度補償を提供することができる。
【００４８】
完全性のため、図４〜５は、上記引用の米国出願シリアル番号１０／８４５６８１に開示される多くの変形の一実施形態５００の働きを例示する。図４の電圧対パラメータ規模のグラフ４０１において、温度補償ブロック１２０から来る電圧信号ＶｃはＰ（ｔ）＝ｘ１からＰ（ｔ）＝ｘ２のセンサ入力領域に対して非線形であることが分かる。また、所与のパラメータ入力値に対する電圧Ｖｃの大きさ、即ちＰ（ｔ）＝ｘ０は、個々の検知素子間の製造公差又は他の変動のためにセンサ毎に変わることがある。該問題は、領域ｘ１〜ｘ２内のＶｃ（ｘ）関数を別の関数Ｖｄ（ｘ）にマッピングする場合に見られることがある。ここで、Ｖｄ（ｘ）はｘに対して線形であり、Ｖｄ（ｘ）は、更に、検知された物理パラメータＰ（ｔ）がｘ１及びｘ２に等しいとき、それぞれ少なくとも校正された値ｖ１及びｖ２を表す。本発明の一の方法によれば、該問題は、例えば、図４に示されるようにｘ１とｘ２とのほぼ中間に第３の校正点ｘ０を導入することによって、算術的に解決される。このことは、３つの式と３つの未知数がある状況を創出する。該３つの未知数（Ｐａｄｅ’近似係数信号）について簡単に述べる。該未知数は、物理パラメータ軸（Ｘ）上のｘ１、ｘ２及びｘ０校正点、これら校正点で生成される対応Ｖｃ電圧、即ちそれぞれＶｉ１、Ｖｉ２及びＶｉ０、及びそれら校正点に対して生成されるべき対応Ｖｄ電圧、即ちそれぞれＶ１、Ｖ２及びＶ０である。
【００４９】
Ｖｄを１次Ｐａｄｅ’近似の手法（式３）に従って表すことができるのを、図５に簡単に示す：
Ｖｄ＝（ａ・Ｖｃ＋ｂ）／（ｃ・Ｖｃ＋１） 式３
３つの共に関連付けられるＶｃ及びＶｄの例は、Ｐ（ｔ）＝ｘ１，ｘ２及びｘ０での対応する３つの校正計量から知得されるので、３つの係数ａ、ｂ及びｃは、式４に示される３つの線形式及び３つの変数にクレイマーの公式を適用することによって決定することができる。
【００５０】
【数３】
【００５１】
図５の回路手段５００は、プログラム方式で決定されたオフセット電圧ｖｏｆｆを、Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）に等しいプログラム自在の利得を持つ可変利得増幅器５２１の出力信号５１２に加える。ここで、Ｇ及びｋｖｆの大きさもまた、プログラム自在に決定される。Ｖｃは、増幅器５２１の高インピーダンス入力端子５１１に印加される入力電圧信号である。デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）５３５は、レジスタ５４５からのデジタルｋｖｆ信号及びフィードバック経路５１５経由のアナログ出力信号Ｖｄを受ける。応じて、ＤＡＣ５３５は、Ａ・ｋｖｆ・Ｖｄを示す大きさのアナログ電圧信号をライン５１８上に出力する。ここで、Ａは増幅器５２１と関連する電圧−利得変換要因である。ライン５１８上の電圧信号は、該増幅器の利得をＧ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）のように定めるために、ライン５１７上の電圧信号（Ａ・Ｇ）から引かれる。一実施形態において、ＤＡＣ５３５は、スイッチされる組の複数の容量性電圧スプリッタ（これらは、それぞれ電力を一定に保つようにライン５１５から電荷を得てライン５１８上に減衰電圧を放電する）として形成されるプログラマブル減衰器である。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器は、電力を一定に保つように、該回路中のどこで使用してもよい。
【００５２】
更に図５を参照すると、レジスタ５４７は、デジタル表現のベース利得値Ｇを格納する一方、ＤＡＣ５３７は、ライン５１７上にＡ・Ｇを表す電圧信号を生成する。レジスタ５４２は、デジタル表現のオフセット電圧ｖｏｆｆを格納する一方、ＤＡＣ５３２は、対応する電圧信号を生成し、これを電圧合計ユニット５２２の一の入力端子に印加する。電圧合計ユニット５２２の第２入力端子５１２は、増幅器５２１の出力電圧を受ける。以下の変換関数が実現される（式５）：
Ｖｄ＝Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）・Ｖｃ＋Ｖｏｆｆ 式５
期間をシフトすることによって、以下の式６を実現することができる。
【００５３】
Ｖｄ＝（Ｇ・Ｖｃ＋ｖｏｆｆ）／（Ｇ・ｋｖｆ・Ｖｃ＋１） 式６
従って、式３は、以下の式７ａ〜７ｃの代入によって再生することができる。
【００５４】
ａ＝Ｇ
ｂ＝ｖｏｆｆ
ｃ＝Ｇ・ｋｖｆ 式７ａ〜７ｃ
一個の所与のセンサ（例えば、１０５）の補償及び校正用の全係数は、図１のユニット１５０内に示されるような適したデジタル・プログラミング・インタフェース１５２を通じて、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュ等のプログラム自在又は再プログラム自在の不揮発性メモリ１５１に格納することができる。センサ・モジュール１００が電源投入される度に、プログラム自在に確定された複数の係数が、メモリ１５１からそれぞれのレジスタにダウンロードされて、複数のＤ／Ａ変換器を制御しそして所望の結果を再生することができる。
【００５５】
温度補償ユニット１２０は、非直線性補償ユニット１３０がユニット１２０の出力を受けるように、ユニット１３０の上流に置かれて示されるが、その順序を換えてユニット１２０をユニット１３０の下流に置くことは、本発明の深厚内にある。ユニット１２０及び１３０のプログラム自在の複数の係数は、フィルタ１０８の出力電圧Ｖｂから、直ぐ説明する出力インタフェース・ユニット１４０の誤差補正及び校正した出力電圧Ｖｅへの適したマッピングを提供するように変更可能である。
【００５６】
一実施形態において、アナログ及びデジタル出力インタフェース１４０及び１５０の一方又は両方は、センサ・モジュール１００を外界と通信させるために設けられる。アナログ・インタフェース１４０は、相対的に良好な正確さを持つ検知された物理パラメータＰ（ｔ）を表すように、アナログ電圧信号Ｖｅを出力することができる。補償ユニット１３０は、まさにＶｄ信号よりもむしろＶｅ電圧信号に線形化補償を付与することができる。それ故、ユニット１２０及び１３０の補償の組合せは、特定センサ１０５と、センサ１０５及び出力端子１４１間の特定電子経路と連携する温度及び非線形特性を本質的に排除して、本質的にまさに検知された物理パラメータＰ（ｔ）の代表であるＶｅ電圧信号を生成する。ブロック１４０及び／又は１５０によって設けられる入力／出力インタフェースは、アナログ又はデジタルでもよく、１又はそれ以上の出力を持ってもよい。複数のアナログ・インタフェースは、電圧信号、電流信号、又は時間を基にした形式（パルス幅変調：ＰＷＭ）、又は周波数を基にした形式に従って動作してもよい。ここで、その表現される出力パラメータは、検知された物理変数Ｐ（ｔ）の線形関数である。複数のデジタル・インタフェースは、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＬＩＮトランシーバ、ＣＡＮトランシーバ等の標準バス・インタフェースの何れでもよい。デジタル・インタフェース１５２は、ユニット１４０のデジタル出力信号１４２を適した形式（フォーマット）に変換する。ある表現方法のデジタル出力信号１４２は、ユニット１５２からセンサ・モジュール・パッケージ１０１の外に突出するシリアル及び双方向データ端子上に現れてもよく、対応するシリアル・クロック信号は、別のそのような端子によって伝達される。センサ・モジュール・パッケージ１０１の外に突出するように設けられる複数の追加端子は、電力及びグランド電圧を供給するための図解したＶcc及びＧＮＤ端子を含んでもよい。
【００５７】
信号調節回路（１２０，１３０）によって提供される温度及び／又は非直線性補償及び校正は、センサの非理想的性質及び／又は温度ドリフトだけでなく、該モジュールの電気回路の構成部分によって導入されるであろうそれら、即ちユニット１０６、１０８、１１０及び／又は１４０のそれらをも補正することができるということは特筆されるべきものである。言い換えれば、センサ・モジュール１００中の幾つかのユニットが、温度に応じてそれぞれの度合いの非直線性又は変動を与えるなら、それらに対する補正を、センサの非理想的性質に対する補正と共に「束ねる」ことができる。１２０及び１３０のような複数のユニットの不完全さは、メモリ・ユニット１５１の適した複数係数の選択及び格納によって「自己補正」することができる。従って、ユニット１０６、１０８、１１０、１４０、１２０及び／又は１３０の電気回路の構成部分が、比較的低い性能品質のようであったとしても、該自己補正特徴部がこれを補償し、それにより概して自己補正しない従来技術の信号調節解決策よりも良い総合的な正確さを持つより低価格なシステムを提供する。
【００５８】
図６を参照すると、多重コイルを持つ相互インダクタンス・センサ６０５を含む第２実施形態６００が示されている。この場合、励起信号が、正弦波状電圧信号Ｖｓｉｎｅとしてセンサ６０５の１次コイルに印加され、パラメータ依存のセンサ出力信号Ｖａが２次コイルに生成される。１次励起信号Ｖｓｉｎｅに対するセンサ出力信号Ｖａの割合を、測定している物理パラメータＰ（ｔ）の関数とすることができる。ユニット６１１は、この場合、基準電圧でもよいが、ＤＡＣ６１４は、該波形カウンタのデジタル出力信号を、対応する電圧信号Ｖｓｉｎｅに変換する。１次励起信号Ｖｓｉｎｅは、もちろん擬似正弦波状又は三角又はのこぎり歯又は台形を含む何れかの適した周期的な電圧信号が可能である。図６の残りの処理ブロックは、図１の実施形態における対応するものと実質同じにしてもよい。
【００５９】
図７を参照すると、容量性センサ７０５を含む第３実施形態７００が示されている。ほかの点では、該回路構成は、図１の実施形態において記述されたものと実質同じである。センサ７０５は、応じて該励起電流信号を、測定している物理パラメータＰ（ｔ）の関数である電圧信号Ｖａに変換する。
【００６０】
図８及び９を参照すると、センサ９０５は、コア材が中心位置Ｘ０にあるとき、少なくとも１つのゼロ電圧出力Ｖｓ＝０を生成するＬＶＤＴ型構造を含むことができる。中心のゼロからいずれか一方の方向に該コア材が動くと、Ｖｓの位相がその方向を逆にとることで変化する状態でであるが、２次巻線信号Ｖｓを相対的に対称的な具合で増大させる。そのような場合、１次励起信号Ｖｐに関連するＶｓの位相を決定することが望ましいことがある。より一般的に言えば、ゼロを生成する反応性センサは、信号取消しの使用を通して、測定されるべきパラメータＰ（ｔ）の複数の規定値で１又はそれ以上のゼロ出力を出すように構成されてもよい。該ゼロ生成反応性センサが対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定することは該して望ましい。そのようなものとして、該ゼロ生成反応性センサが対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定するための適したゼロ側決定手段を通例設けることは、本明細書の深厚内にある。該ゼロ側決定手段の特定動作は、対応するゼロ及びゼロ生成反応性センサの特異性に依存するものである。
【００６１】
図９は、ＬＶＤＴ型９０５のゼロ生成反応性センサとの使用に適している第４実施形態９００を示す。ここで、ゼロの側は、１次及び２次電圧間の位相の関係によって確認可能である。位相検出器９０９は、両１次及び２次電圧Ｖｐ及びＶｓに結合されるので、該センサ・コアがゼロのどちら側にあるかについて決定をすることができる。幾つかの場合、ゼロ点の各側に対するＬＶＤＴ出力は異なり、異なる線形補正関数は、ゼロから出る各側への各種校正点と同様に要求されることがある。一実施形態において、ＬＶＤＴ校正及び／又は温度補償用の複数の係数は、用途の要件に依存しつつ線形又は非線形応答出力を与えるように、中心のゼロから各方向へ独立に決定される。２つの独立した（そして通常異なる）組の複数の係数が、決定されてメモリ９５１に格納された後、位相検出器９０９からの出力信号９９１は、独立した複数の係数組のどの一つを各場合に使用すべきかを決定するためのメモリ・アドレス・ビットとして使用可能である。
【００６２】
図１０を参照すると、ＬＶＤＴは、通常、１次及び２次電圧信号（Ｖｐ及びＶｓ）間としての比較的小さな位相シフト、もっと小さくても可能であるが公称動作周波数でしばしば約１０°〜１５°を呈する。また、ＬＶＤＴ２次巻線は、通常、直列対向構成でともに繋がれ、それら信号が、可動コア材がゼロのどちら側に位置するかに依存しつつ、１８０°位相を外れ、異なる大きさになる。その直列生成される２次出力電圧信号Ｖｓは、ＬＶＤＴ型センサがゼロのどちら側で動作しているかに依存しつつ、１次電圧信号Ｖｐと１８０°異相になるように接近可能であるか、或いは１次電圧信号Ｖｐと同相になるように接近可能である。これら特性は、ＬＶＤＴの２次信号が１次信号とほぼ同相か異相かを決定するために、図１０の位相検出回路１０１０によって使用されてもよい。この方法で、ＬＶＤＴコアが中心のゼロ点に対してどちら側にあるかを決定することができる。図解のＬＶＤＴ位相検出器１０１０は、コイルＤＣ基準電圧（コイル・グランド）に関連するこれら信号の重なりを比較する１次及び２次電圧信号（Ｖｐ及びＶｓ）用のゼロ・クロス比較器を含む。より詳しくは、増幅器１０１１及び１０１２は、高入力インピーダンスを持ち、Ｖｐ及びＶｓ信号からそれぞれ増幅信号Ｐ及びＳを生成する。一実施形態において、Ｐ及びＳは、１０２０及び１０３０の電圧対時間グラフに示されるように、本質的にデジタル信号を形成するように飽和する。排他的ＯＲゲート１０１５は、１０２０及び１０３０に示されるように、対応するＸＯＲ出力信号Ｅを生成する。該Ｅ信号は、通常パルス列として形成され、該周波数は、入力信号のそれの２倍であり、該パルス幅は、Ｖｐ及びＶｓ信号のゼロ・クロス間の遅延に等しい。ローパス・フィルタ１０１６は、狭小Ｅの複数のパルスを、予め決められたしきい値Ｖｄｄ／２、即ち供給電圧の半分より高いか低いいずれかのおおよそＤＣの電圧レベルＦに変換する。比較器１０１７は、該Ｆ信号を、デジタル方式で飽和した論理ロー又は論理ハイに変換し、それにより、該コア材がゼロの一の側か他のどちらにあるかを指示する。１又はそれ以上の比較器１０１１、１０１２及び１０１７は、予め決められた量のヒステリシスを内蔵し、ゼロ近くで起こる「チャタリング」を防いでもよい。ＸＯＲゲート１０１５は、ノイズ信号で起こる「チャタリング」を防止するように、あるヒステリシスを内蔵してもよい。
【００６３】
比較器１０１７のＯ出力信号は、幾つかの方法の一つにおいて使用されてもよい。一実施形態において、二組の複数の係数から１つが、位相検出出力に従って、温度及び／又は非直線性補償回路（例えば、図１の１２０，１３０）にオンザフライでダウンロードされる。一代替実施形態において、複数の校正回路が、それ自身の組の複数係数で一つそれぞれ設けられる。アナログ・マルチプレクサは、位相検出器出力信号１０１９に応じて、温度及び／又は非直線性補償を与えるための複数回路の一つを選択する。前者の方法は、より簡単であるが、中心のゼロを通過する遷移の間に出力スパイクを発生することがある。後者の方法は、それらスパイクが出力インタフェースによって十分にフィルタ除去されないときにより望ましいかもしれない。
【００６４】
図１１を参照すると、本明細書の各センサ・モジュールに使用することができる別のＰａｄｅ’近似補償回路１１００の概要図が提供される。デジタル信号を運ぶラインは、図１１においてそれらラインを貫いて伸びる斜線によって示される。従って、Ａ／Ｄ変換器１１１２に入るアナログ入力信号１１１１（Ｖｉｎ）及びＤ／Ａ変換器１１４０を出るアナログ出力信号１１４１（Ｖｏｕｔ）以外、本質的に全ての他の信号はデジタルである。デジタル乗算器１１２１は、図５における増幅器５２１によって実行されるアナログ動作に対応する部分をデジタルで実行する。合計ユニット１１２２は、同様に、図５におけるユニット５２２によって実行されるアナログ合計動作に対応する部分をデジタルで実行する。デジタル乗算器１１４５は、図５におけるＤ／Ａユニット５３５によって実行されるアナログ動作に対応する部分をデジタルで実行する。デジタル・ユニット１１２１及び１１２２は、それぞれデジタル表現のＧ及びＶｏｆｆ値をレジスタ１１４７及び１１４２から直接受け取ることができるので、図５のＤ／Ａ変換器５３７及び５３２に対応する部分は、図１１においては不要である。デジタル出力信号１１１５は、該センサ・モジュールのシリアル出力リンク（図１１では不図示）経由の出力用にシリアル形式に変換されてもよい。
【００６５】
これまで述べた典型的な各実施形態に幾つかの変形を加えることができる。一の利用者プログラム自在の実施形態において、図１及び９の組み合わされた構成を持つモノリシック集積回路が設けられる。ここで、波形発生器１１０／９１０は、電流発生モードと電圧発生モードとの間でプログラム自在に切替え可能であり、チップ内位相検出器９０９の使用は、使用されているセンサの種類（ＬＶＤＴ型９０５又はより簡単な相互インダクタンス型６０５又は更により簡単な単一コイル型１０５）に依存しつつプログラム自在にスイッチ・オン又はオフされてもよい。従って、本発明は、単一のモノリシック集積回路を提供し、該回路は、多くの種々の型の反応性センサと使用するために利用者プログラム自在であり、センサ応答の非直線性、温度変動に対する補償、及び標準化された物理パラメータ設定と関連するモジュール出力関数の校正を提供する。単一コイル（１０５）及び水晶基準タイミング（１１５）を持つ簡単及び低価格の組合せの単一ＩＣは、コンパクトなハウジング（１０１）に収容され、所与の物理パラメータＰ（ｔ）の非常に正確な測定を与えることができる。もちろん、そのような複数のセンサの複数のものを同じハウジングに収容し、対応する複数のそのようなセンサ支援ＩＣ、及び／又は複数のセンサと共通のシリアル・データ・バスを持つインタフェースとを支援するＩＣを提供することは、本発明の深厚内にある。例えば、一のコイルは、ｘ方向における変位を検知するように向けられてもよく、別のコイルは、直交、即ちｙ方向の変位を検知するように向けられてもよい。本発明は、例えば自動車の磁性可動部品近傍の複数の組込みシステムに適しており、そのような複数部品の角度又は他の変位を正確に計測することができる。
【００６６】
本明細書は、特許請求の範囲の主要事項の範囲、本質又は精神を制限するというよりもむしろ例示として受け取られるべきものである。数多の修正及び変形は、本明細書を検討した後、当業者にとって明らかとなり、ここに記述された複数要素についての同等機能及び／又は構造の代替の使用、ここに記述された連結についての同等機能の連結の使用、及び／又はここに記述された複数ステップについての同等機能の複数ステップの使用を含む。そのような僅かな変形は、ここで熟考されたものの範囲内と思料されるものである。その上、複数の特定手段又は複数のステップに付与される複数の例、及びそのような所与の例の間及び／又は越える外挿が、本明細書を考慮して明白であれば、その場合、本明細書は、少なくともそのような外挿を効果的に開示し、従ってカバーすると思料されるものである。
【００６７】
そうではなくここに明白に言及されなかったとすれば、通常の用語は、それら表現のそれぞれの文脈内でのそれらの対応する通常の意味を持ち、通常の技術用語は、相当する専門技術内及びここにおけるそれら表現のそれぞれの文脈内でのそれら対応する通常の意味を持つ。
【００６８】
一般的な概念及び各特定実施形態の上記明細書が与えられれば、求められる保護の範囲は、ここに添付された特許請求の範囲によって定められるべきものであるが、開示された特許請求の範囲は、米国特許法第１２０条及び／又は米国特許法第２５１条に従って提出されたそれらを含む１又はそれ以上の更なる出願でまだ文字通り請求されない主要事項を除いて、出願人の権利を開示された特許請求の範囲に制限するように受け取られるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
上記詳細な説明の欄は、添付図面の言及をなす。
【図１】センサ・モジュールのブロック図であり、それは、一実施形態においてセンサ・コイル、モノリシック集積回路及び水晶発振器が搭載される印刷回路板を含む。
【図２】図１の反応性センサを励起するのに使用される擬似正弦波状の不連続波形を示す電流対クロック・サイクルのグラフである。
【図３】図１のセンサ・モジュールに使用されることがある線形温度補償回路の概要図である。
【図４】非線形及び未校正のセンサ応答曲線の校正及び線形化応答曲線へのマッピングを示す概要である。
【図５】図１のセンサ・モジュールに使用されることがある１次Ｐａｄｅ’近似補償回路の概要である。
【図６】可変相互インダクタンスを持つ反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図７】可変容量を持つ反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図８】個々に異なる反応領域を持つセンサを表す第１グラフから、同じ物理入力パラメータ（ｘ）に対応する線形化及び校正された出力信号を表す第２グラフへのマッピングを示す。
【図９】ＬＶＤＴ型の反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図１０】図９のセンサ・モジュールに使用されることがある位相検出器の概要図である。
【図１１】本明細書のセンサ・モジュールに使用されることがある別のＰａｄｅ’近似補償回路の概要である。
【符号の説明】
【００７０】
１００ センサ・モジュール
１０１ 保護用ハウジング
１０２ 可動磁気コア材
１０５ 可変磁気抵抗センサ
１０６ ピーク検出器
１０７ キャパシタ
１０８ ローパス・フィルタ
１１０ 電流波形発生器
１２０ 温度補償ユニット
１２２ 温度検出器
１３０ 利得／オフセット校正及び非直線性補償ユニット
１４０ 出力インタフェース・ユニット
１５０ 係数プログラミング・ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、アナログ変換の非直線性及び／又は温度ドリフトを補償する電子システムに関連する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、集積センサ・モジュールに関連し、そこでは変換器が電子補償回路等の補償手段と共に収容され、そして該変換器はインダクタ又はキャパシタ等の反応性構成要素を含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
（関連参考特許）
以下の米国特許明細書はここに援用される：
（Ａ）米国特許第６１９８２９号明細書（Ｉｖａｎｏｖ，「ブリッジ・センサ線形化回路及び方法」，２００１年３月６日）；
（Ｂ）米国特許第５９０２９２５号明細書（Ｃｒｉｓｐｉｅ他，「温度でのオフセット及び感度変動に対するセンサの高正確校正用システム及び方法」，１９９９年５月１１日）；
（Ｃ）米国特許第５８４８３８３号明細書（Ｙｕｎｕｓ，「温度でのセンサの非線形オフセット及び感度変動に対する精密補償用のシステム及び方法」，１９９８年１２月８日）；
（Ｄ）米国特許第５７６４０６７号明細書（Ｒａｓｔｅｇａｒ，「低価格、高正確アナログ回路を使用するセンサ信号調節用方法及び装置，１９９８年６月９日」）；
（Ｅ）米国特許第５６８６８２６号明細書（Ｋｕｒｔｚ他，「半導体変換器構造用の周囲温度補償」，１９９７年１１月１１日）；
（Ｆ）米国特許第５１２２７５６号明細書（Ｎｅｌｓｏｎ，「検知ブリッジ回路出力の線形化」，１９９２年６月１６日）；
（Ｇ）米国特許第４４１９６２０号明細書（Ｋｕｒｔｚ他，「半導体圧力変換器用の線形化回路」，１９８３年１２月６日）；
（Ｈ）米国特許第４３６２０６０号明細書（Ｏｋａｙａｍａ他，「変位変換器」，１９８２年１２月７日）；
（Ｉ）米国特許第５７９８６９２号明細書（Ｃｒｉｓｐｉｅ他，「センサの校正用のデジタル補償回路」，１９９８年８月２５日）；
（Ｊ）米国特許第５９９５０３３号明細書（Ｒｏｅｃｋｎｅｒ他，「合体ＡＤＣ／ＤＡＣを含む信号調節回路、センサ・システム及びそのための方法」，１９９９年１１月３０日）；
（Ｋ）米国特許第６１０４２３１号明細書（Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ ＩＩ，「ホール効果素子用の温度補償回路」，２０００年８月１５日）；
（Ｌ）米国特許第４５９１７９５号明細書（ＭｃＣｏｒｋｌｅ，「Ｌ／Ｒ ＶＤＴセンサ用の信号調節回路」，１９８６年５月２７日）；
（Ｍ）米国特許第４５９９５６０号明細書（Ｓａｎｆｏｒｄ他，「安定化された位相感度復調回路を持つＡＣ励起変換器」，１９８６年７月８日）；
（Ｎ）米国特許第４６５１１３０号明細書（Ｐｅｎｎｅｌｌ，「多重コイル誘導性変位センサとの使用に対して位相情報を保持するための装置及び方法」，１９８７年３月１７日）；
（Ｏ）米国特許第４８４７５４８号明細書（Ｌａｆｌｅｒ，「線形可変差動トランス用の信号調節器，１９８９年７月１１日」）；
（Ｐ）米国特許第４８５７９１９号明細書（Ｂｒａｓｗｅｌｌ，「可変差動トランスのコア材の位置を指示するための方法及び装置」，１９８９年８月１５日）；
（Ｑ）米国特許第４９５４７７６号明細書（Ｈｕｓｈｅｒ，「コア変位と線形に変化する電流と同期する電圧成分を利用する線形変位変換器」，１９９０年９月４日）；
（Ｒ）米国特許第５３２７０３０号明細書（ＤｅＶｉｔｏ他，「復号器及びこれを組み込むモノリシック集積回路」，１９９４年７月５日）；
（Ｓ）米国特許第５３９９９６４号明細書（Ｚｏｌｌｅｒ，「同期位置復調器に使用するためのピーク振幅検出器」，１９９５年３月２１日）；
（Ｔ）米国特許第５４７７４７３号明細書（Ｍａｎｄｌ他，「センサ駆動及び信号処理方法」，１９９５年１２月１９日）；
（Ｕ）米国特許第５７１７３３１号明細書（Ｄｅｌｌｅｒ他，「位置情報を与える変位センサとの使用のための復調回路」，１９９８年２月１０日）；
（Ｖ）米国特許第５７７７４６８号明細書（Ｍａｈｅｒ，「改善された温度安定性及びセンサ欠陥検出装置を提供する可変差動トランス・システム及び方法」，１９９８年７月７日）；及び
（Ｗ）米国特許第５５９４３８８号明細書（Ｏ’Ｓｈａｕｇｈｎｅｓｓｙ他，「自己校正ＲＣ発振器」，１９９７年１月１４日）。
【０００４】
（関連参考特許出願）
以下の米国特許出願明細書はここに援用される：
（ａ）第２００３／０１７３９５２号（Ｎｉｗａ，Ｍａｓａｈｉｓａ，「位置センサ」，２００３年９月１８日）；及び
（ｂ）シリアル番号１０／８４５６８１（Ｊｏｓｅ Ｍａｒｃｏｓ Ｌａｒａｉａ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｐ．Ｍｏｅｈｒｋｅ，Ｊｏｓｅ Ｇ．Ｔａｖｅｉｒａ，「集積化センサ・モジュール等用のＰａｄｅ’近似を基にした補償」，２００４年５月１３日，この出願の共同譲受人の一により所有）。
【０００５】
（関連非特許文献）
以下の文献は参照のためここに引用される：
（ａ）ウルフラム・リサーチ数学ワールドＷｅｂサイト：
＜http://mathworld.wolfram.com/PadeApproximant.thml＞；
（ｂ）Ｂａｋｅｒ，Ｇ．Ａ．Ｊｒ及びＧｒａｖｅｓ−Ｍｏｒｒｉｓ，Ｐ．Ｐａｄｅ’近似，ニューヨーク，ケンブリッジ大学出版，１９９６年）；
（ｃ）Ｙｏｓｈｉｉ他，「ＭＣＵ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、デジタル通信ポート、信号調節回路及び温度センサを持つワンチップ集積ソフトウエア校正ＣＭＯＳ圧力センサ」，シカゴ，半導体センサ及び駆動装置に関する１９９７年国際会議会報，１９９７年６月１６〜１９日，ｐ．１４８５〜１４８８；
（ｄ）Ｍｎｉｆ，Ｋ．，「補償はアナログ圧力センサの用途への適合に極めて重要である」，ＩＳＤ雑誌，２００１年７月；
（ｅ）Ｔｒａｖｉｓ，Ｂ．，「スマート調節器はセンサ誤差を抹消する」，ＥＤＮ雑誌，２００１年２月；
（ｆ）ＭｃＧｏｎｉｇａｌ，Ｊ．，「信号調節」，センサ雑誌，２００３年９月；
（ｇ）Ｈａｒｒｏｌｄ，Ｓ．，「プログラマブル・アナログＩＣ」，センサ雑誌，２００３年４月；
（ｈ）Ｄｕｎｂａｒ及びＡｌｌｅｎ，「性能は集積化と共に進展する」，ＥＥタイムズ，２００３年１０月７日；
（ｉ）Ｐａｌｌａｓ−Ａｒｅｎｙ及びＷｅｂｓｔｅｒ−センサ及び信号調節，第２版，ジョン・ウィリー＆ソンズ，ニューヨーク，２００１年，ｐ．２０７〜３２７；
（ｊ）Ｙａｓｓａ及びＧａｒｖｅｒｉｃｋ，「ＬＶＤＴ／ＲＶＤＴ位置センサ用のマルチチャネル・デジタル復調器」，ＩＥＥＥ Ｊ．半導体回路，１９９０年４月，第２５巻，第２号，ｐ．４４１〜４５０；
（ｋ）Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他，「ＦＦＴを基にしたアルゴリズムのＬＶＤＴ位置センサの信号処理への応用」，ＩＥＥＥ変換計器測定，１９９８年１０月，第４７巻，第５号，ｐ．１１１９〜１１２３；
（ｌ）Ｆｏｒｄ他，「新ＤＳＰを基にしたＬＶＤＴ信号調節器」，ＩＥＥＥ変換計器測定，１９９８年１０月，第５０巻，第３号，ｐ．７６８〜７７３；
（ｍ）アプリケーション・ノートＡＤ５９８，ＬＶＤＴ信号調節器，アナログ・デヴァイシィズ，改訂Ａ，［日付無し］；
（ｎ）アプリケーション・ノートＡＤ６９８，ユニヴァーサルＬＶＤＴ信号調節器，アナログ・デヴァイシィズ，改訂Ｂ，１９９５年；
（ｏ）Ｒａｈｉｍ，多方面にわたる用途においてＮＥ５５２１信号調節器を使うこと，アプリケーション・ノートＡＮ１１８２，フィリップス・セミコンダクタ，１９８８年１２月；
（ｐ）Ｕｎｂｅｈａｕｅｎ及びＣｉｃｈｏｃｋｉ，「ＭＯＳスイッチ・キャパシタ及び連続時間集積回路及びシステム」，ベルリン ハイデルベルク，シュプリンガァ出版，１９８９年。
【０００６】
（関連技術の説明）
１又はそれ以上の多量の物理パラメータ、例えば、位置、角度、速さ、加速度、温度、圧力、力、ひずみ、明るさ、及び流体流量を、正確に検知することはしばしば望ましい。科学技術の向上により、時おり１個の半導体基板上に最小化されて集積化された電気機械システム（ＭＥＭ）との使用ですら、それらパラメータの幾つかをかなり正確に測定して電気的に伝えることができるようになってきている。単複の検知素子が、集積化されるよりもむしろ別個独立で成る場合でも、それらは、しばしば便宜上センサ・モジュール内に収容され、該モジュールは、個別回路及び／又は信号調節を与えるためのモノリシックＩＣ及び／又は他のセンサ支援機能及び／又は通信支援機能を更に含む。適用分野には、自動車、医療、航空宇宙産業及びファクトリー・オートメーションが含まれることがある。
【０００７】
ＬＶＤＴ（線形可変差動トランス）等のより古い設計の各センサは、通常、完全に自己の上で比較的正確な測定を提供するように設計される。価格及び寸法は問題ではない。しかし、自動車等の種々のモデム応用領域において、特にセンサが、運搬手段や他の機構周りのあらゆるところに組み込まれて、該機構をより素早く動作させるべくシリアル・データ・チャネルに結合されるとき、寸法、重量、価格、消費電力及びセンサの周辺能力が、非常に重要な課題になることがある。小さくて正確で、信頼性があり、自動車や他の機構の他の部分とのインタフェースが容易であり、そして厳しい環境で動作することを可能にする低価格センサ・モジュールを提供することは、非常に望ましいことである。適当なセンサを検索すると、異なる物理的ないし電気的原理に基づく広範な種々の検知素子に行き当たり、それぞれは、その独自の特定用途及び環境に最適化されている。その各種センサの特殊性が問題をもたらす。特に、センサの一のクラスは、適切に動作するためにＡＣ励起を必要とする。ＡＣ励起は、センサの動作点を所望の状態（例えば、規定動作温度）にシフトするために、ＤＣ電圧又は電流による追加の励起と組み合わされることがある。適した支援をそのようなＡＣ励起センサに与えることが問題となり得る。
【０００８】
各電気センサは、抵抗性（Ｒ）、誘導性（Ｌ）及び容量性（Ｃ）の主要動作の３つの大きなファミリーに属するように広く分類されることがある。もちろん、ＲＬＣの機能性の各種組合せが、所与のセンサに存在することがある。（上記Ｐａｌｌａｓ−Ａｒｅｎｙ及びＷｅｂｓｔｅｒによる引用文献参照。）
本明細書は、動作用にＡＣ励起を要する各センサに注力する。これらは、通常、本質的に全て抵抗性（Ｒ）ベースというよりもむしろ誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）ベースで作動する。
【０００９】
誘導性センサは、限定されないが可変磁気抵抗及び／又はうず電流の生成を含む、多くの各種電磁気特性に基づく検知機能を提供することができる。各誘導性センサは、それらが有する線形移動部品、回転移動部品及び非移動部品を含むことがある。例として、線形及び回転差動トランス（ＬＶＤＴ／ＲＶＤＴ）が含まれる。誘導性センサは、変位、位置及び角度、又は位置若しくは角度に対応するものに都合よく変換し得る他の物理パラメータを、都合よく検知するように構成されることがある。そのような他の物理パラメータの例としては、圧力、重量、力、トルク、加速度及び流体速度が含まれる。
【００１０】
容量性センサは、通常、キャパシタのプレートとしての役目を荷う２つ又はそれ以上の導体間に起こる容量変化に依拠する。可変容量の原因は、プレート領域の変化、プレート分離の変化、及び／又はプレート間の誘電体材の変化のためであるかもしれない。容量性センサは、接近検出、小変位の測定、圧力及び加速度の検出等のあるセンサ用途に有用である。
【００１１】
誘導性及び／又は容量性のものを含む多くの検知素子は、ともかく外部手段によって支持されたり、補償されたり、或いは包囲されたりすることを要する独自の要件及び制約を与える。例えば、適切に動作するため、たいていの誘導性及び／又は容量性センサは、検知されている物理特性から収集され得るエネルギーに加えて、適したＡＣ励起源を必要とする。しばしば、所与の物理特性（例えば、力、変位、速さ、加速度、温度、又は検出及び／又は測定され得る何れかの他の物理パラメータ）に応じて誘導性及び／又は容量性センサによって発生される電気又は他の出力信号は、比較的弱く、ひずんだりし、或いはセンサの出力信号に依拠する電子又は他の制御システムと直接インタフェースをとるのに全く適さない。そのようなものにおいては、信号増幅及びひずみ除去がしばしば望まれる。利用される増幅器及び／又はセンサ自体は、標準的に、利得の変動及びそれらの製造工程における不安原因によるオフセット誤差を持つ。従って、これらの構成要素は、通常、個別に校正されなければならない。多くの検知素子は、検知される単複のパラメータに関係のある理想的でない応答性を示す。理想的でない応答性は、種々の温度にわたる応答の変動によって、及び／又は測定される物理パラメータの線形変化に対する非線形応答によって、問題として引き起こされることがある。各種用途は、程度に違いこそあれこれら理想的でない応答の振る舞いの補正を必要とすることがある。通常、「信号調節回路」と呼ばれる適した電子回路は、しばしばこれらの要件を処理するために使用され、通例、センサ・パッケージの集積部分に作られる。両検知素子及び信号調節回路は、通例、単一の周囲密閉されたセンサ・モジュール又は単に集積化センサとして知られる物理ユニットに詰められる。センサ信号調節及び利用可能な解決方法に関する更なる説明は、上記引用のＭｎｉｆ、Ｔｒａｖｉｓ及びＭｃＧｏｎｉｇａｌによる論説に見出すことができる。
【００１２】
非常に多くの信号調節の解決策が全抵抗性型センサ用に開発されているが（例えば、抵抗ブリッジ網）、幾らかは、誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）型に利用可能である。問題部分は、ＡＣ励起信号がセンサの振る舞いを変え得るということである。３つの商用集積回路、ＡＤ５９８、ＡＤ６９８（ともにアナログ・デヴァイシィズから）及びＮＥ５５２１（フィリップス・セミコンダクタ）が利用可能であることが知られ、それら全てはＬＶＤＴ及びＲＶＤＴに専念される。簡単のため、ＬＶＤＴのみが参照されるが、ＬＶＤＴ信号調節器は一般にＲＶＤＴにも使用可能であることが了解されるものである。それらＡＣ励起信号の変動又は次から次のＬＶＤＴの製造変動と関係ない比較的正確な測定を提供するように、ＬＶＤＴがしばしば設計される点で、ＬＶＤＴは、一般的な誘導性（Ｌ）及び／又は容量性（Ｃ）型センサと異なる。それ故、ＬＶＤＴの信号調節の必要性は、一般に、他の種類の反応性センサのそれらよりも要求度がより少ない。
【００１３】
ＬＶＤＴ信号調節をするのに３つの従来方法がある。第１のものは、古典的なＤＳＢＳＣ（両側波帯抑圧搬送波）ＡＭ同期復調技術を使用する。両ＡＤ６９８及びＮＥ５５２１チップは、この方法を使用する。検知情報の正確な復元を保証し、ＣＯＳ（φ）誤差（Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他参照）を避けるために、１次及び２次コイルの波形を同位相に保つ必要がある。ＤＳＢＳＣ・ＡＭ同期復調技術は、位相進／遅網における調整自在の電位差計の使用を位相調整にもたらす。大量生産環境で各電位差計を調整することは、冗長で費用が嵩み、また誤り易い作業である。工場で適切に為されたときでも、位相整合がその分野のセンサの温度動作範囲の全てに及ぶという保証はない。
【００１４】
第２の方法は、ＡＤ５９８チップで使用され、代わりに非同期比を基にした方法を使用することによって電位差計の調整の問題を回避する。検知情報は、ＬＶＤＴの複数の２次コイルの信号の差と合計との間の商を計算することで復元される。計算回路は、割合高価格で販売されるかなり複雑な製品となる（Ｆｏｒｄ他参照）。しかも、ＡＤ５９８チップは、２次コイル間にセンタ・タップを持つ５線のＬＶＤＴのみと動作する。それは、機構的により簡単な４線のＬＶＤＴと使用することができない。また、達成されるべき直線性及び良好な正確さについて、２次の信号の合計は、ＬＶＤＴコア位置と無関係でなければならないが、一般にＬＶＴ製造者によって保証されない。これら全ての理由は、この第２の方法の適用の範囲を厳しく制限する。
【００１５】
第３の方法は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）を利用する数種の設計技術を伴う。（上記引用した）Ｙａｓｓａ及びＧａｒｖｅｒｉｃｋは、予想技術に基づいて適応的ＡＭ復調アルゴリズムを用いるモノリシック５チャネル多重チャネル・デジタル復調器を提供する。各チャネルは、１次シグマ−デルタ・アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）及び３２ビット・ワード長の専用デジタル復調器を有する。（上記引用した）Ｃｒｅｓｃｉｎｉ他は、周波数領域でデータを処理してｃｏｓ（φ）誤差を避けることにより、これを改善する。それらはデジタル・アルゴリズムを使用し、これは、５０ＭＨｚで動作する商用ＤＳＰ、及びアナログ・インタフェース回路を成す１４ビットＤＡＣ、後続する複数のフィルタ及び１４ビットＡＤＣを持つボード上で実行される。最後に、（上記引用した）Ｆｏｒｄ他は、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器によってインタフェースされた商用ＤＳＰを持つ修正ＤＳＰベースＣｏｓｔａｓレシーバーを提供することによって、前解決策の動的振る舞いを改善する。性能の種々の特徴を改善するが、第３の方法のこれらＤＳＰの解決策は、複雑であり高価である。それらは、価格に影響され易いＬＶＤＴ用途に使用することができない。
【００１６】
ＬＶＤＴ又はＲＶＤＴに専念される上記３つの方法の他に、（ＬＶＤＴでない）誘導性及び容量性センサの他の型に信号調節を付与するための商業的に標準の完全に統一された解決策は無いと思料される。従って、非常に大多数の反応性センサの利用者は、とにかく信号調節をしようとするなら、自分専用の信号調節回路の開発を任されるところ、その専用信号処理回路は、比較的多くの構成要素を持ち、値が高く、嵩張る傾向があり、より多くの電力を消費する。
【００１７】
幾つかの従来の信号調節回路は、一般にセンサ出力に対して良好な固有の直線性及び正確さを達成することに集中する。それらは、個々の検知素子の特性に校正を施すことや、センサの温度変動を補償することを、同時に試みることはない。高いセンサの正確さが広い温度範囲にわたって要求されるとき、補正及び校正機能は、しばしば１つというよりは複数の専用回路によって実行される必要がある。このことは、モジュール寸法、価格及び消費電力全般を増大させる。個別センサの特異性に順応する統括的方法及び一層の小型化に対する要求が、当分野の生産業に存在する。
【発明の開示】
【００１８】
反応性センサは、通常、励起信号（例えば、正弦波状の発振信号）及び測定下の物理パラメータ（例えば、磁気コア材の位置）の組合せに非線形応答を呈する。そのようなセンサは、通常、温度変動に敏感である。反応性センサの振る舞いで決まる温度及び／又は非線形を補償するためのものであって、測定下の物理パラメータ（例えば、位置）の既知の複数の標本に関連する複数の事後補償出力信号を同時に校正するためのシステム及び方法を開示する。
【００１９】
本発明の各実施形態の一のクラスは、少なくとも反応性センサの部分（例えば、可変磁気抵抗インダクタのコイル部分）と、モノリシック集積回路と、基準タイミング（例えば、水晶発振器）とを収容するセンサ・モジュール・ハウジングを含む。該集積回路は、基準電圧と、該基準電圧及び該基準タイミングの使用から同期されるセンサ励起信号を発生するための波形発生器と、測定下の物理パラメータ及び該励起信号の組合せへの該センサの応答を検出するための検出器と、温度補償ユニットと、Ｐａｄｅ’近似を基にした非直線性補償ユニットとを含む。該温度補償ユニット及び該Ｐａｄｅ’近似非直線性補償ユニットは、デジタル方式でプログラムされた複数の係数の使用によって調整される。該複数の係数は、該センサ・モジュールの出力信号を校正するとともに、該センサ・モジュール出力信号及び該センサ間の信号経路と該センサの双方における温度感度及び非直線性を補償する。該センサ及び補償回路の各々が比較的簡単、小型で価格が低くても、該測定下の物理パラメータの高い正確さの測定を可能とする。
【００２０】
上記の例から了解されるであろう本願発明が提供する解決策では、比較的簡単で低価格の反応性センサ（例えば、簡単なコイル及び可動コア材）が、プログラム方式で調整される補償回路との組合せで使用可能であり、それにより正確で価格が低く小型であるという組合せを提供する。該センサは、比較的不正確で、単独時に温度変動を受け易い特徴があるが、該センサ及び補償回路の組合せは、比較的正確に、そして温度変化の影響を受けないようにすることができる。本発明は、非直線性及び温度の補償方法と、ＡＣ励起源並びに個別化された出力補正を要する反応性センサと使用可能な対応構造とを提供する。本発明による構造は、個々のセンサの特異性に順応するようにプログラム方式で調整自在とされるので、比較的低い消費電力にして、更に高い正確さにすることができ、小型化することができる。本発明による構造は、低価格の大量生産を許容しつつ広範囲の用途に使用されるように自由に順応させることができる。ここに開示された方法及び構造は、センサ励起及び校正を考慮して、非直線性補償の集積化部分として行われる。ここで、両役割は、同一回路によって実行されてもよい。本発明による各実施形態は、デジタル化問題（例えば、量子化誤差及び／又は標本時間休止）のない信号調節を提供するためのアナログ技術を主に使用するモノリシック集積回路として実施することができる。
【００２１】
一実施形態では、モノリシック集積化・プログラマブル信号調節回路が、ＡＣ励起を要する各センサに提供される。該回路は、実質正弦波状又は他の励起波形を合成するためのプログラマブル源と、ローパス濾波機能性を持つピーク検出器と、温度補償回路と、非直線性補償・校正回路と、出力インタフェースとにより成る。プログラミング・インタフェースは、該回路が各特定センサ用に最適に構成されるように提供される。
【００２２】
より具体的には、本発明の一の特徴により、複数のＰａｄｅ’近似の算術に基づいて複数の非直線性補償関数を満たすための技術が提供される。Ｐａｄｅ’近似は、所望の複数のマッピング関数の拡大自在の複数の近似値を生成するのに使用することができる。ここで、該複数の近似値は、２つのパワー組の比として表現することができ、各パワー組は、それぞれの組の複数の係数を含む。所与の一のＰａｄｅ’近似マッピング関数は、その分子及び分母の係数のどちらか一方又は両方を調整することによって、定義及び／又は微調整されてもよい。複数のＰａｄｅ’近似マッピング関数は、複数の数学モデルが複数の極又は似たような複数の特異点を含有する振る舞いを含む非線形の物理的な振る舞いをモデリングするのに適している。特に、該Ｐａｄｅ’近似の方法によって提供される複数の有理関数は、大抵普通に使用されるテイラー展開よりも現実世界の現象をモデリングするのによりよい適合性を一般にもたらすと考えられている。ここで、後者は、所望の正確さ及び精密さの度合いに一の近似値を定めるために、都合悪くより多数の期間及び関連係数を要する。
【００２３】
比較的正確な複数のＰａｄｅ’近似は、複数の低次有利関数と、対応して簡単、安価で実質的にアナログの複数の非直線性補償回路とを使用することによって実行可能である。一実施形態では、必要とされる全ては、（ａ）可変利得アナログ増幅器と、（ｂ）該増幅器の出力と結合されるアナログ・オフセット加算器と、（ｃ）該オフセット加算器の出力と結合されるフィードバック減衰要素と、（ｄ）該可変利得アナログ増幅器用の利得設定回路とである。ここで、該利得設定回路は、（１−該フィードバック減衰要素の出力）によって乗じられた、第１の利得要因Ｇを表す利得信号を生成する。
【００２４】
結果の回路の振る舞いは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｏｕｔ）・Ｖｉｎ＋ｖｏｆｆ ｛式１ａ｝
として表現することができる。
【００２５】
式１ａを該出力電圧Ｖｏｕｔについて解くことによって、式１ａは、
Ｖｏｕｔ＝（Ｇ・Ｖｉｎ＋ｖｏｆｆ）／（Ｇ・ｋｖｆ・Ｖｉｎ＋１） ｛式１ｂ｝
のように変形することができる。
【００２６】
続いて、ｘ＝Ｖｉｎ，ｙ＝Ｖｏｕｔ，ａ＝Ｇ，ｂ＝ｖｏｆｆ及びｃ＝Ｇ・ｋｖｆで置き換えることによって、式１ｂは、１次Ｐａｄｅ’近似として
ｙ（ｘ）＝Ｐ１（ｘ）／Ｑ１（ｘ）
＝（ａｘ＋ｂ）／（ｃｘ＋１） ｛式１ｃ｝
のように変形することができる。
【００２７】
より一般化された公式のもとでは、上記の数式（式１ｃ）は、ｎ次Ｐａｄｅ’近似として以下のように表現しなおすことができる：
【００２８】
【数１】
【００２９】
更に、分子及び分母における多項式の次数は、（ｍ次及びｎ次が）互いに異なってもよい。
【００３０】
幅広い種々のマッピング関数は、１次の式１ｃにおける３つの係数ａ、ｂ及びｃの適した調整によって近似することができるのが分かるであろう。例えば、ｃ＝０に設定することによって、線形マッピング式のｙ＝ａｘ＋ｂが得られる。ａ＝０に設定することによって、非線形マッピング式のｙ＝ｂ／（ｃｘ＋１）が得られる。入力変数ｘは、水平変換されるマッピング関数を得るように、平行移動変数（ｘ−ｘ０）で置き換えることができる。出力変数ｙは、垂直変換されたマッピング関数を得るように、平行移動変数（ｙ−ｙ０）で置き換えることができる。ｘ及びｙのどちらか一方は、ｘ−ｙグラフ格子上でマッピング関数の１８０度回転を与えるために、その極性がｘ’＝−ｘ又はｙ’＝−ｙで付加的に反転されてもよい。
【００３１】
本発明による非直線性補償回路は、センサ・モジュールのアナログ信号経路のどこにでも置くことができる。補償関数は、補償器内部の非直線性及び出力経路における他の回路の非直線性の補償を含むことができる。補償は、（例えば、ある抵抗ブリッジ回路のように）センサの励起信号の調整を必要としないので、センサの励起信号は、一定に保たれても、或いは電源電圧に対して比計量的にされてもよい。このことは、より簡単な設計を考慮に入れ、センサ励起電圧又は電流が、各センサ独自の環境及びその使用によって要求されることがあるような最適な範囲内になることを保証することができる。付加的効果として、非直線性補償回路はまた、センサ校正を提供することができ、従って更に全体的な複雑さ及び価格を低減する。複数の大きなルックアップ・テーブル及び／又は複数のマイクロプロセッサ等が利用される、非直線性補償に対する卓越的なデジタル方法と比較したとき、本発明による各実施形態は、はるかに簡単でより小さく、かなりの低価格で構成することができる回路を可能にする。
【００３２】
それらは各検知用途の状況に現れるが、ここに開示される複数の関数マッピング回路及び複数の技術は、範囲が一般的であり、オーディオ、ビデオ、イメージング等の他の使用において、或いは非線形マッピング関数が電気的に提供される何れかの状況において適合可能である。
【００３３】
本発明に従って、対応する出力信号に対して入力信号をマッピングするための方法が提供される。該方法の一実施形態は、（ａ）それぞれ分子及び分母の複数係数を持つＰａｄｅ’近似比に従って動作するプログラマブル変換ユニットを提供すること、及び（ｂ）プログラム方式で該変換ユニットを調整し、それによりそれぞれ分子及び分母の複数係数を確立することを含む。該係数は、変換ユニットに、所望のＰａｄｅ’近似マッピングを、少なくとも三つ（３）の入力基準点を持つ供給入力信号と前記少なくとも三つ（３）の入力基準点に対応する一対一ベースの少なくとも三つ（３）の標準化出力値を持つ対応出力信号との間に提供させる。
【００３４】
本発明の他の特徴は、以下の詳細な説明から明白になるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下の記述は例示にすぎず、制限するものではない。図１を参照すると、可変磁気抵抗センサ１０５を含むセンサ・モジュール１００のブロック図が設けられている。一実施形態では、該モジュールは、センサ・コイルと、モノリシック集積回路（ＩＣ、個別図示せず）と、水晶発振器とが搭載された印刷回路板（図示せず）を含む。該印刷回路板は、密閉封止される非磁性金属箱（例えば、アルミニウム）等の保護用ハウジング１０１（部分的に図示）によって包含される。該コイルは、外部の可動磁気コア材１０２と相互作用するように保護用ハウジング１０１の壁部近くに置かれる。該可動磁気コア材１０２の位置等の外部物理パラメータＰ（ｔ）は、そのように形成されるセンサ１０５の磁気抵抗を変える。
【００３６】
電流発生器１１０は、可変磁気抵抗センサ１０５を通じて周期的な電流信号Ｉsineを駆動するための該ＩＣ内に設けられる。ここで、Ｉsineは、擬似正弦波状又は他の周期的な波形を持つようにデジタル方式で合成される。ピーク検出器１０６は、センサ１０５に印加されるピーク電圧を検知するための高インピーダンス入力端子（例えば、より大きく約１００ｋΩ）を持つ。ピーク検出器１０６の入力インピーダンスは、十分に大きく、合成されたＩsine信号及び外部物理パラメータＰ（ｔ）に対する可変磁気抵抗センサ１０５の応答を実質的に変えるのを回避する。
【００３７】
誘導性センサ（例えば、コイル及び磁気フラックス経路及び寄生容量）１０５は、Ｐ（ｔ）に対応するある複素インピーダンスを持つように作製されてもよい。ここで、該インピーダンスは、抵抗性及び誘導性直列成分を含む。所与の温度及び励起周波数で、該抵抗性成分Ｚｄｃは、通常、全検知範囲にわたって一定であるのに対し、該直列誘導性成分Ｚａｃは、通常、該コイルとその磁気フラックス経路（例えば、移動自在のコアによるフラックス）との間の相対磁気結合の関数である。目標とされる物理パラメータＰ（ｔ）の関数としてＺａｃを可変させるのに適した機械的構造の部分として、誘導性センサ１０５が組み込まれるとき、変位、角度又は位置等の物理パラメータＰ（ｔ）は、この原理に基づいて、都合よく計測することができる。
【００３８】
Ｚａｃを計測するために、相応の励起電流Ｉｓｉｎｅを該センサ・コイルを通じて流して、コイルの起電圧を検出することができる。以下の式１ａ及び１ｂは、ＤＣ及びＡＣ成分を持つ励起電流からもたらされるコイル電圧Ｖａを示す。ここで、ＡＣインピーダンスＺａｃは実数及び虚数成分を持つ：
【００３９】
【数２】
【００４０】
コイル・インピーダンス、従って検知された物理変数Ｐ（ｔ）の有用な指示であるべきＶａについて、励起電流は、固定された主要周波数及び安定なよく制御された振幅を持つはずである。周波数領域で大きなより高い調波成分を持つことが望ましくないのは、印加電圧Ｖａが、検知された物理変数Ｐ（ｔ）の変動に適切に応答しない寄生成分（例えば、寄生容量又はインダクタ）の応答を表すことがあるからである。図２は、そのような低い調波特性を与えることができる反復自在の個別ステップの波形（例えば、デジタル化された波形）を示す。該波形のステップ数、各ステップ幅及び／又はステップ間の粒状度は、使用されるステップ規模／幅発生器（例えば、デジタイザ）の型及び該ステップ規模／幅発生器（例えば、デジタイザ）を支援するメモリ容量に依存することがある。図１は、そのような擬似正弦波状の波形を生成可能な電流波形発生器１１０を示す。ＤＣ基準電流Ｉｒｅｆは、例えば、バンドギャップ基準電圧及び固定抵抗等の安定電圧源を使用することによって、ブロック１１１から発生される。矩形波発生器は、板上の水晶発振器又は別の実質的に安定な周波数源１１５から、波形状カウンタ１１６をクロックする。ここで、該カウンタは、所望の波形（例えば、図２のそれ）の標本点を数えて送り出すように、都合よくプログラムされている。デジタル信号を運ぶラインは、図１においてそれらラインを貫いて伸びる斜線によって示される。カウンタ１１６からのデジタル出力信号は、電流を出力するデジタル−アナログ変換器（電流ＤＡＣ）１１４に供給される。該電流ＤＡＣは、ライン１１２上のＩｒｅｆ信号に全て関連付けられる、デジタル方式で選択自在の並列組の複数のミラー電流より構成することができる。最終的に、該電流ＤＡＣは、予め決められた各割合又は多重のＩｒｅｆであるアナログ電流ステップ（標本）を発生する。一実施形態において、該複数の標本は、図２に示されるような正弦波を近似するように選択される。一実施形態において、波形状カウンタ１１６は、予め決められた波形（例えば、三角、のこぎり歯、台形等及び／又は別個のＤＣバイアス・レベル）の種々のものを、各種反応性センサ１０５への適用のために選択することができるように、制御ユニット１５０の書換自在メモリ（例えば、不揮発性フラッシュ・メモリ）１５１に格納されたデジタル・データにプログラム方式で応答する。複数の電流変化ステップを円滑に出す電流ＤＡＣ１１４に、最適な複数の内部フィルタを設けてもよい。この方法では、よく制御されたＩｄｃ及びＩａｃ成分（図２参照）と、制限された調波成分に加えて正確に定められた主要周波数とで、擬似正弦波状又は他の平滑電流波形を合成することができる。一実施形態において、基準クロック源１１５は、ユニット１５０の書換自在メモリに格納されたデータにプログラム方式で応答して、予め決められた複数の主要周波数のうちの種々のものを、種々のセンサ１０５に適するように発生することができる。
【００４１】
一実施形態は、基準タイミング源１１５の一部として共振水晶体を使用するが、波形発生器１１０の他の部分を包含するモノリシックＩＣ内に集積され、多少正確である他の基準タイミングを使用することは、本明細書の深厚内にある。例としては、セラミック共振発振器及び自己校正ＲＣ発振器が含まれる。より詳しくは、米国特許５５９４３８８（Ｏ’Ｓｈａｕｇｈｎｅｓｓｙ他）は、ＩＣ内への集積用の自己校正発振器を開示する。この自己校正発振器は、例えば、その周波数を合わせるように調整するＥＥＰＲＯＭ及び温度依存を減らすための外部抵抗を使用することによって、より正確とすることができる。代わりに、レーザー調整又は他の方法で調整されたＲＣ発振器を使用してもよい。ここで、その調整されたＲ及びＣの双方は、ＩＣに対して内部にあってもよい。
【００４２】
一実施形態は、合成されたセンサ励起信号（例えば、Ｉｓｉｎｅ）の複数のデジタル・ステップを発生するためのＤＡＣ１１４を使用するが、個別に組み立てられる波形の他の発生器を使用することは、本発明の深厚内にある。ここで、該個別波形の部分は、変調されたパルス幅及び／又は時間対大きさ（ステップ関数のそれ以外のもの）を持つ。
【００４３】
センサ励起信号（例えばＩｓｉｎｅ）を利用するため、検知された物理パラメータＰ（ｔ）が時間を通して変化するとき、センサ・リアクタンスが付随的に変調されて、該センサ間に生成される電圧が、該センサ励起信号及び該変化する物理パラメータＰ（ｔ）の結合効果を反映するのである。励起電流Ｉｓｉｎｅ＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの利用で生じるコイル電圧Ｖａは、振幅変調（ＡＭ）電圧信号であり、その搬送周波数は、一般に励起電流によって使用されるそれと同じ中心周波数である一方、ＡＭ信号の包絡線は、物理パラメータＰ（ｔ）に起因する検知情報を含む。従って、Ｖａ波形の包絡電圧は、一般に、コア材１０２の位置等の測定されるべき物理パラメータＰ（ｔ）を表す単調関数となるだろう。該包絡電圧を抽出するために、Ｖａ電圧信号がピーク検出回路１０６に印加される。このピーク検出回路１０６は、各Ｖａ電圧パルス（パルスは正弦波状である必要はない）の立上りエッジの間、Ｖａ波形を追跡し、そして各パルスについて、該電圧パルスの立上り側のピークの大きさを示すために、対応する量の電荷をキャパシタ１０７に汲み出す。Ｖａ電圧パルスがそのピークに達し、その後、大きさが減少し始めるとき、ピーク検出回路１０６は、キャパシタ１０７への電荷の汲み出しを停止し、該キャパシタは、その電圧がＶａ信号の次の立上りエッジの電圧か或いは僅か下に低下するまで、予め決められた一定の割合で、ゆっくり放電し始めるようにされる。その時点で、ピーク検出回路１０６は、新しい電荷をキャパシタ１０７に汲み出し始める。それ故に、キャパシタ１０７の電圧は、パルスＶａ電圧信号の包絡をおおよそ追跡するはずである。ローパス・フィルタ１０８は、デジタル方式で合成された励起電流Ｉｓｉｎｅの搬送周波数調波のため、キャパシタ１０７の電圧を平滑しノイズ及びひずみを低減するために随意設けられる。
【００４４】
センサ１０５とピーク検出器１０６との間の図１のモジュール１００に、２つの追加ブロック（図示せず）を随意追加してもよい。コイル電圧Ｖａが比較的低い（例えば、＜＜１ボルト）場合、該ピーク検出器は、高インピーダンス電圧増幅器によって前置されてもよい。ＥＭＩ保護とノイズ及び調波成分の更なる低減のため、簡単なＲＣローパス・フィルタ又は搬送周波数よりも高いコーナー周波数を持つ他のフィルタを、付加的又は代替的にセンサ１０５とピーク検出器１０６との間に挿入してもよい。
【００４５】
図１の要素１２０を参照すると、１０５等の反応性センサは、一般に、温度全般にわたってある応答の変動を呈する。温度補償は、所望の度合いのセンサの正確さを提供するために必要とされることがある。図１において、温度検出器１２２は、コイル１０５近傍に置かれてデジタルの温度指示信号１２３をユニット１２０に供給する。代替実施形態において、信号１２３はアナログでもよい。温度補償は、相当数の方法で実行可能であり、検知素子の特質及びセンサ構造に非常に依存する。例えば、米国出願公開第２００３／０１７３９５２号は、上述のような一定及び交流成分を持つ励起電流を受ける誘導性位置センサを開示する。起電圧（Ｖａ）の温度依存が、意図した検知範囲の全てとＩｄｃ及びＩａｃの全ての期待された選択にわたってかなり線形で一定であるなら、その場合、線形補償回路を使用することができる。図３には、線形温度補償を提供するための簡単な回路が示される。線形温度依存オフセット電圧が、加算器３０１においてローパス・フィルタ１０８からの出力信号Ｖｂ（或いは、Ｖｂは、随意のローパス・フィルタ１０８が使用されないなら該ピーク検出器からの出力信号に代えられる）に単に加算される。デジタル方式で定義されたパラメータＶｓｈ及びｈの適切な選択で、ライン３０９上の起電圧Ｖｃは、以下の式２毎の温度にわたって実質一定にすることができる：
Ｖｃ＝Ｖｂ＋Ｖｓｈ・（１±ｈ・Ｔ） 式２
図３において、デジタル表現３１０のセンサ温度は、周期的にレジスタ３１２内に書き込まれる。センサ関連傾斜要因ｈは、レジスタ３１４に格納される。デジタル乗算器３１５は、ライン３１６上にデジタル生成信号ｈ・Ｔを生成する。デジタル表現のセンサ・オフセット値は、レジスタ３２２に格納される。基準電圧は、Ｄ／Ａ変換器３２５のアナログ基準入力に供給される。対応するアナログ電圧Ｖｓｈが該Ｄ／Ａ変換器の出力ライン３２６に現れる。第２Ｄ／Ａ変換器３３０は、アナログ電圧Ｖｓｈをライン３１６上のｈ・Ｔ要因で乗算し、それによりライン３３６上にアナログ生成信号ｈ・Ｔ・Ｖｓｈを生成する。アナログ加算器３４０は、ライン３２６及び３３６上の信号を合計し、それによりライン３４２上にアナログ合計信号Ｖｓｈ・（１±ｈ・Ｔ）を生成する。続いて、加算器３０１は、上記で説明したように、Ｖｂに加算する。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器を、電力を一定に保つのに使用してもよい。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器の実施方法の例としては、先に引用したＵｎｂｅｈａｕｅｎ及びＣｉｃｈｏｃｋｉのものを参照。
【００４６】
他の多くの温度補償方法が、特定センサ１０５（図１）及び所望の正確さの要求に依存して、付加的又は代替的に使用されることがある。他の可能なものの中で、温度補償方法は、温度指示信号１２３に応じてセンサ励起信号を調整するステップであったり、及び／又は温度指示信号１２３に応じて複数の補正要因を挿入するためにＥＥＰＲＯＭを基にした複数のルックアップ・テーブルを使用するものであったり、及び／又は温度指示信号１２３をメモリ・ユニット１５１に結合されるアドレス・ビットとして使用することによって検知範囲を多重個別線形部分に区分し各種係数を選択するものであったり、及び／又は温度指示信号１２３に応じて多項式補正関数を適用するものである。
【００４７】
図１の１３０を参照すると、反応性センサ（即ち、１０５）は、通常、測定下の物理パラメータＰ（ｔ）の線形変動に対して非線形応答の振る舞いを呈する。反応性センサは、測定下の物理パラメータＰ（ｔ）の正確な測定を提供するために、利得及び／又はオフセットについて校正を必要とする応答の振る舞いを付加的又は代替的に呈することがある。本発明者等は、温度ドリフトに対する補償と切り離して、非直線性及び／又は校正誤差を補償することが、そうでなければ一の相関的要素から他への交差の影響が事柄を過度に複雑化し得るという理由により有利であることを見出した。なお、図１に示される複数のもの（１２０，１３０）よりもむしろ単一ステップの変換を使用することによって、検出されたセンサ応答信号Ｖｂから対応する補正されたセンサ応答信号Ｖｅへの変換を提供することは、本明細書の深厚内にある。ユニット１３０内で行われる非直線性及び／又は校正誤差の補償に関して、一般にセンサの非線形な振る舞いに対して同時の校正及び補償を提供するための相当数のシステム及び方法が、上記引用の米国出願に開示されている。該出願は、Ｊｏｓｅ Ｍａｒｃｏｓ Ｌａｒａｉａ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｐ．Ｍｏｅｈｒｋｅ、Ｊｏｓｅ Ｇ．Ｔａｖｅｌｒａにより２００４年５月１３日に提出され、最初「集積化センサ・モジュール等用のＰａｄｅ’近似を基にした補償」と題される。上記引用の米国出願の明細書は、図１の利得／オフセット校正及び非直線性補償ユニット１３０を含むセンサ出力経路に対する校正を付与し、同経路の非直線性を補償するために利用されるように、ここに援用される。適したＰａｄｅ’近似係数信号が、係数プログラミング・ユニット１５０からマッピング・ユニット１３０に供給される。電圧出力信号Ｖｄは、温度補償した電圧信号Ｖｃに対する、校正及び一層線形化されたアナログ対応要素であることが了解される。温度補償ユニット１２０が随意省略されるなら、その場合、電圧出力信号Ｖｄは、ピークを表す（また随意１０８によって濾波された）電圧信号Ｖｂに対する、校正及び一層線形化されたアナログ対応要素であることが了解されるものである。また、温度補償ユニット１２０が随意省略されるなら、その場合、指摘されるように、単一ステップの変換で１０５のような誘導性センサの温度感度及び非直線性の双方に対して同時に補償することはしばしば困難であるが、非直線性補償ユニット１３０は、信号１２３をユニット１３０に結合することによって、上記引用の米国出願シリアル番号１０／８４５６８１の明細書に従ってある温度補償を提供することができる。
【００４８】
完全性のため、図４〜５は、上記引用の米国出願シリアル番号１０／８４５６８１に開示される多くの変形の一実施形態５００の働きを例示する。図４の電圧対パラメータ規模のグラフ４０１において、温度補償ブロック１２０から来る電圧信号ＶｃはＰ（ｔ）＝ｘ１からＰ（ｔ）＝ｘ２のセンサ入力領域に対して非線形であることが分かる。また、所与のパラメータ入力値に対する電圧Ｖｃの大きさ、即ちＰ（ｔ）＝ｘ０は、個々の検知素子間の製造公差又は他の変動のためにセンサ毎に変わることがある。該問題は、領域ｘ１〜ｘ２内のＶｃ（ｘ）関数を別の関数Ｖｄ（ｘ）にマッピングする場合に見られることがある。ここで、Ｖｄ（ｘ）はｘに対して線形であり、Ｖｄ（ｘ）は、更に、検知された物理パラメータＰ（ｔ）がｘ１及びｘ２に等しいとき、それぞれ少なくとも校正された値ｖ１及びｖ２を表す。本発明の一の方法によれば、該問題は、例えば、図４に示されるようにｘ１とｘ２とのほぼ中間に第３の校正点ｘ０を導入することによって、算術的に解決される。このことは、３つの式と３つの未知数がある状況を創出する。該３つの未知数（Ｐａｄｅ’近似係数信号）について簡単に述べる。該未知数は、物理パラメータ軸（Ｘ）上のｘ１、ｘ２及びｘ０校正点、これら校正点で生成される対応Ｖｃ電圧、即ちそれぞれＶｉ１、Ｖｉ２及びＶｉ０、及びそれら校正点に対して生成されるべき対応Ｖｄ電圧、即ちそれぞれＶ１、Ｖ２及びＶ０である。
【００４９】
Ｖｄを１次Ｐａｄｅ’近似の手法（式３）に従って表すことができるのを、図５に簡単に示す：
Ｖｄ＝（ａ・Ｖｃ＋ｂ）／（ｃ・Ｖｃ＋１） 式３
３つの共に関連付けられるＶｃ及びＶｄの例は、Ｐ（ｔ）＝ｘ１，ｘ２及びｘ０での対応する３つの校正計量から知得されるので、３つの係数ａ、ｂ及びｃは、式４に示される３つの線形式及び３つの変数にクレイマーの公式を適用することによって決定することができる。
【００５０】
【数３】
【００５１】
図５の回路手段５００は、プログラム方式で決定されたオフセット電圧ｖｏｆｆを、Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）に等しいプログラム自在の利得を持つ可変利得増幅器５２１の出力信号５１２に加える。ここで、Ｇ及びｋｖｆの大きさもまた、プログラム自在に決定される。Ｖｃは、増幅器５２１の高インピーダンス入力端子５１１に印加される入力電圧信号である。デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）５３５は、レジスタ５４５からのデジタルｋｖｆ信号及びフィードバック経路５１５経由のアナログ出力信号Ｖｄを受ける。応じて、ＤＡＣ５３５は、Ａ・ｋｖｆ・Ｖｄを示す大きさのアナログ電圧信号をライン５１８上に出力する。ここで、Ａは増幅器５２１と関連する電圧−利得変換要因である。ライン５１８上の電圧信号は、該増幅器の利得をＧ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）のように定めるために、ライン５１７上の電圧信号（Ａ・Ｇ）から引かれる。一実施形態において、ＤＡＣ５３５は、スイッチされる組の複数の容量性電圧スプリッタ（これらは、それぞれ電力を一定に保つようにライン５１５から電荷を得てライン５１８上に減衰電圧を放電する）として形成されるプログラマブル減衰器である。複数のスイッチ容量ＤＡＣ及び／又は複数のスイッチ容量加算器は、電力を一定に保つように、該回路中のどこで使用してもよい。
【００５２】
更に図５を参照すると、レジスタ５４７は、デジタル表現のベース利得値Ｇを格納する一方、ＤＡＣ５３７は、ライン５１７上にＡ・Ｇを表す電圧信号を生成する。レジスタ５４２は、デジタル表現のオフセット電圧ｖｏｆｆを格納する一方、ＤＡＣ５３２は、対応する電圧信号を生成し、これを電圧合計ユニット５２２の一の入力端子に印加する。電圧合計ユニット５２２の第２入力端子５１２は、増幅器５２１の出力電圧を受ける。以下の変換関数が実現される（式５）：
Ｖｄ＝Ｇ・（１−ｋｖｆ・Ｖｄ）・Ｖｃ＋Ｖｏｆｆ 式５
期間をシフトすることによって、以下の式６を実現することができる。
【００５３】
Ｖｄ＝（Ｇ・Ｖｃ＋ｖｏｆｆ）／（Ｇ・ｋｖｆ・Ｖｃ＋１） 式６
従って、式３は、以下の式７ａ〜７ｃの代入によって再生することができる。
【００５４】
ａ＝Ｇ
ｂ＝ｖｏｆｆ
ｃ＝Ｇ・ｋｖｆ 式７ａ〜７ｃ
一個の所与のセンサ（例えば、１０５）の補償及び校正用の全係数は、図１のユニット１５０内に示されるような適したデジタル・プログラミング・インタフェース１５２を通じて、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュ等のプログラム自在又は再プログラム自在の不揮発性メモリ１５１に格納することができる。センサ・モジュール１００が電源投入される度に、プログラム自在に確定された複数の係数が、メモリ１５１からそれぞれのレジスタにダウンロードされて、複数のＤ／Ａ変換器を制御しそして所望の結果を再生することができる。
【００５５】
温度補償ユニット１２０は、非直線性補償ユニット１３０がユニット１２０の出力を受けるように、ユニット１３０の上流に置かれて示されるが、その順序を換えてユニット１２０をユニット１３０の下流に置くことは、本発明の深厚内にある。ユニット１２０及び１３０のプログラム自在の複数の係数は、フィルタ１０８の出力電圧Ｖｂから、直ぐ説明する出力インタフェース・ユニット１４０の誤差補正及び校正した出力電圧Ｖｅへの適したマッピングを提供するように変更可能である。
【００５６】
一実施形態において、アナログ及びデジタル出力インタフェース１４０及び１５０の一方又は両方は、センサ・モジュール１００を外界と通信させるために設けられる。アナログ・インタフェース１４０は、相対的に良好な正確さを持つ検知された物理パラメータＰ（ｔ）を表すように、アナログ電圧信号Ｖｅを出力することができる。補償ユニット１３０は、まさにＶｄ信号よりもむしろＶｅ電圧信号に線形化補償を付与することができる。それ故、ユニット１２０及び１３０の補償の組合せは、特定センサ１０５と、センサ１０５及び出力端子１４１間の特定電子経路と連携する温度及び非線形特性を本質的に排除して、本質的にまさに検知された物理パラメータＰ（ｔ）の代表であるＶｅ電圧信号を生成する。ブロック１４０及び／又は１５０によって設けられる入力／出力インタフェースは、アナログ又はデジタルでもよく、１又はそれ以上の出力を持ってもよい。複数のアナログ・インタフェースは、電圧信号、電流信号、又は時間を基にした形式（パルス幅変調：ＰＷＭ）、又は周波数を基にした形式に従って動作してもよい。ここで、その表現される出力パラメータは、検知された物理変数Ｐ（ｔ）の線形関数である。複数のデジタル・インタフェースは、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＬＩＮトランシーバ、ＣＡＮトランシーバ等の標準バス・インタフェースの何れでもよい。デジタル・インタフェース１５２は、ユニット１４０のデジタル出力信号１４２を適した形式（フォーマット）に変換する。ある表現方法のデジタル出力信号１４２は、ユニット１５２からセンサ・モジュール・パッケージ１０１の外に突出するシリアル及び双方向データ端子上に現れてもよく、対応するシリアル・クロック信号は、別のそのような端子によって伝達される。センサ・モジュール・パッケージ１０１の外に突出するように設けられる複数の追加端子は、電力及びグランド電圧を供給するための図解したＶcc及びＧＮＤ端子を含んでもよい。
【００５７】
信号調節回路（１２０，１３０）によって提供される温度及び／又は非直線性補償及び校正は、センサの非理想的性質及び／又は温度ドリフトだけでなく、該モジュールの電気回路の構成部分によって導入されるであろうそれら、即ちユニット１０６、１０８、１１０及び／又は１４０のそれらをも補正することができるということは特筆されるべきものである。言い換えれば、センサ・モジュール１００中の幾つかのユニットが、温度に応じてそれぞれの度合いの非直線性又は変動を与えるなら、それらに対する補正を、センサの非理想的性質に対する補正と共に「束ねる」ことができる。１２０及び１３０のような複数のユニットの不完全さは、メモリ・ユニット１５１の適した複数係数の選択及び格納によって「自己補正」することができる。従って、ユニット１０６、１０８、１１０、１４０、１２０及び／又は１３０の電気回路の構成部分が、比較的低い性能品質のようであったとしても、該自己補正特徴部がこれを補償し、それにより概して自己補正しない従来技術の信号調節解決策よりも良い総合的な正確さを持つより低価格なシステムを提供する。
【００５８】
図６を参照すると、多重コイルを持つ相互インダクタンス・センサ６０５を含む第２実施形態６００が示されている。この場合、励起信号が、正弦波状電圧信号Ｖｓｉｎｅとしてセンサ６０５の１次コイルに印加され、パラメータ依存のセンサ出力信号Ｖａが２次コイルに生成される。１次励起信号Ｖｓｉｎｅに対するセンサ出力信号Ｖａの割合を、測定している物理パラメータＰ（ｔ）の関数とすることができる。ユニット６１１は、この場合、基準電圧でもよいが、ＤＡＣ６１４は、該波形カウンタのデジタル出力信号を、対応する電圧信号Ｖｓｉｎｅに変換する。１次励起信号Ｖｓｉｎｅは、もちろん擬似正弦波状又は三角又はのこぎり歯又は台形を含む何れかの適した周期的な電圧信号が可能である。図６の残りの処理ブロックは、図１の実施形態における対応するものと実質同じにしてもよい。
【００５９】
図７を参照すると、容量性センサ７０５を含む第３実施形態７００が示されている。ほかの点では、該回路構成は、図１の実施形態において記述されたものと実質同じである。センサ７０５は、応じて該励起電流信号を、測定している物理パラメータＰ（ｔ）の関数である電圧信号Ｖａに変換する。
【００６０】
図８及び９を参照すると、センサ９０５は、コア材が中心位置Ｘ０にあるとき、少なくとも１つのゼロ電圧出力Ｖｓ＝０を生成するＬＶＤＴ型構造を含むことができる。中心のゼロからいずれか一方の方向に該コア材が動くと、Ｖｓの位相がその方向を逆にとることで変化する状態でであるが、２次巻線信号Ｖｓを相対的に対称的な具合で増大させる。そのような場合、１次励起信号Ｖｐに関連するＶｓの位相を決定することが望ましいことがある。より一般的に言えば、ゼロを生成する反応性センサは、信号取消しの使用を通して、測定されるべきパラメータＰ（ｔ）の複数の規定値で１又はそれ以上のゼロ出力を出すように構成されてもよい。該ゼロ生成反応性センサが対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定することは該して望ましい。そのようなものとして、該ゼロ生成反応性センサが対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定するための適したゼロ側決定手段を通例設けることは、本明細書の深厚内にある。該ゼロ側決定手段の特定動作は、対応するゼロ及びゼロ生成反応性センサの特異性に依存するものである。
【００６１】
図９は、ＬＶＤＴ型９０５のゼロ生成反応性センサとの使用に適している第４実施形態９００を示す。ここで、ゼロの側は、１次及び２次電圧間の位相の関係によって確認可能である。位相検出器９０９は、両１次及び２次電圧Ｖｐ及びＶｓに結合されるので、該センサ・コアがゼロのどちら側にあるかについて決定をすることができる。幾つかの場合、ゼロ点の各側に対するＬＶＤＴ出力は異なり、異なる線形補正関数は、ゼロから出る各側への各種校正点と同様に要求されることがある。一実施形態において、ＬＶＤＴ校正及び／又は温度補償用の複数の係数は、用途の要件に依存しつつ線形又は非線形応答出力を与えるように、中心のゼロから各方向へ独立に決定される。２つの独立した（そして通常異なる）組の複数の係数が、決定されてメモリ９５１に格納された後、位相検出器９０９からの出力信号９９１は、独立した複数の係数組のどの一つを各場合に使用すべきかを決定するためのメモリ・アドレス・ビットとして使用可能である。
【００６２】
図１０を参照すると、ＬＶＤＴは、通常、１次及び２次電圧信号（Ｖｐ及びＶｓ）間としての比較的小さな位相シフト、もっと小さくても可能であるが公称動作周波数でしばしば約１０°〜１５°を呈する。また、ＬＶＤＴ２次巻線は、通常、直列対向構成でともに繋がれ、それら信号が、可動コア材がゼロのどちら側に位置するかに依存しつつ、１８０°位相を外れ、異なる大きさになる。その直列生成される２次出力電圧信号Ｖｓは、ＬＶＤＴ型センサがゼロのどちら側で動作しているかに依存しつつ、１次電圧信号Ｖｐと１８０°異相になるように接近可能であるか、或いは１次電圧信号Ｖｐと同相になるように接近可能である。これら特性は、ＬＶＤＴの２次信号が１次信号とほぼ同相か異相かを決定するために、図１０の位相検出回路１０１０によって使用されてもよい。この方法で、ＬＶＤＴコアが中心のゼロ点に対してどちら側にあるかを決定することができる。図解のＬＶＤＴ位相検出器１０１０は、コイルＤＣ基準電圧（コイル・グランド）に関連するこれら信号の重なりを比較する１次及び２次電圧信号（Ｖｐ及びＶｓ）用のゼロ・クロス比較器を含む。より詳しくは、増幅器１０１１及び１０１２は、高入力インピーダンスを持ち、Ｖｐ及びＶｓ信号からそれぞれ増幅信号Ｐ及びＳを生成する。一実施形態において、Ｐ及びＳは、１０２０及び１０３０の電圧対時間グラフに示されるように、本質的にデジタル信号を形成するように飽和する。排他的ＯＲゲート１０１５は、１０２０及び１０３０に示されるように、対応するＸＯＲ出力信号Ｅを生成する。該Ｅ信号は、通常パルス列として形成され、該周波数は、入力信号のそれの２倍であり、該パルス幅は、Ｖｐ及びＶｓ信号のゼロ・クロス間の遅延に等しい。ローパス・フィルタ１０１６は、狭小Ｅの複数のパルスを、予め決められたしきい値Ｖｄｄ／２、即ち供給電圧の半分より高いか低いいずれかのおおよそＤＣの電圧レベルＦに変換する。比較器１０１７は、該Ｆ信号を、デジタル方式で飽和した論理ロー又は論理ハイに変換し、それにより、該コア材がゼロの一の側か他のどちらにあるかを指示する。１又はそれ以上の比較器１０１１、１０１２及び１０１７は、予め決められた量のヒステリシスを内蔵し、ゼロ近くで起こる「チャタリング」を防いでもよい。ＸＯＲゲート１０１５は、ノイズ信号で起こる「チャタリング」を防止するように、あるヒステリシスを内蔵してもよい。
【００６３】
比較器１０１７のＯ出力信号は、幾つかの方法の一つにおいて使用されてもよい。一実施形態において、二組の複数の係数から１つが、位相検出出力に従って、温度及び／又は非直線性補償回路（例えば、図１の１２０，１３０）にオンザフライでダウンロードされる。一代替実施形態において、複数の校正回路が、それ自身の組の複数係数で一つそれぞれ設けられる。アナログ・マルチプレクサは、位相検出器出力信号１０１９に応じて、温度及び／又は非直線性補償を与えるための複数回路の一つを選択する。前者の方法は、より簡単であるが、中心のゼロを通過する遷移の間に出力スパイクを発生することがある。後者の方法は、それらスパイクが出力インタフェースによって十分にフィルタ除去されないときにより望ましいかもしれない。
【００６４】
図１１を参照すると、本明細書の各センサ・モジュールに使用することができる別のＰａｄｅ’近似補償回路１１００の概要図が提供される。デジタル信号を運ぶラインは、図１１においてそれらラインを貫いて伸びる斜線によって示される。従って、Ａ／Ｄ変換器１１１２に入るアナログ入力信号１１１１（Ｖｉｎ）及びＤ／Ａ変換器１１４０を出るアナログ出力信号１１４１（Ｖｏｕｔ）以外、本質的に全ての他の信号はデジタルである。デジタル乗算器１１２１は、図５における増幅器５２１によって実行されるアナログ動作に対応する部分をデジタルで実行する。合計ユニット１１２２は、同様に、図５におけるユニット５２２によって実行されるアナログ合計動作に対応する部分をデジタルで実行する。デジタル乗算器１１４５は、図５におけるＤ／Ａユニット５３５によって実行されるアナログ動作に対応する部分をデジタルで実行する。デジタル・ユニット１１２１及び１１２２は、それぞれデジタル表現のＧ及びＶｏｆｆ値をレジスタ１１４７及び１１４２から直接受け取ることができるので、図５のＤ／Ａ変換器５３７及び５３２に対応する部分は、図１１においては不要である。デジタル出力信号１１１５は、該センサ・モジュールのシリアル出力リンク（図１１では不図示）経由の出力用にシリアル形式に変換されてもよい。
【００６５】
これまで述べた典型的な各実施形態に幾つかの変形を加えることができる。一の利用者プログラム自在の実施形態において、図１及び９の組み合わされた構成を持つモノリシック集積回路が設けられる。ここで、波形発生器１１０／９１０は、電流発生モードと電圧発生モードとの間でプログラム自在に切替え可能であり、チップ内位相検出器９０９の使用は、使用されているセンサの種類（ＬＶＤＴ型９０５又はより簡単な相互インダクタンス型６０５又は更により簡単な単一コイル型１０５）に依存しつつプログラム自在にスイッチ・オン又はオフされてもよい。従って、本発明は、単一のモノリシック集積回路を提供し、該回路は、多くの種々の型の反応性センサと使用するために利用者プログラム自在であり、センサ応答の非直線性、温度変動に対する補償、及び標準化された物理パラメータ設定と関連するモジュール出力関数の校正を提供する。単一コイル（１０５）及び水晶基準タイミング（１１５）を持つ簡単及び低価格の組合せの単一ＩＣは、コンパクトなハウジング（１０１）に収容され、所与の物理パラメータＰ（ｔ）の非常に正確な測定を与えることができる。もちろん、そのような複数のセンサの複数のものを同じハウジングに収容し、対応する複数のそのようなセンサ支援ＩＣ、及び／又は複数のセンサと共通のシリアル・データ・バスを持つインタフェースとを支援するＩＣを提供することは、本発明の深厚内にある。例えば、一のコイルは、ｘ方向における変位を検知するように向けられてもよく、別のコイルは、直交、即ちｙ方向の変位を検知するように向けられてもよい。本発明は、例えば自動車の磁性可動部品近傍の複数の組込みシステムに適しており、そのような複数部品の角度又は他の変位を正確に計測することができる。
【００６６】
本明細書は、特許請求の範囲の主要事項の範囲、本質又は精神を制限するというよりもむしろ例示として受け取られるべきものである。数多の修正及び変形は、本明細書を検討した後、当業者にとって明らかとなり、ここに記述された複数要素についての同等機能及び／又は構造の代替の使用、ここに記述された連結についての同等機能の連結の使用、及び／又はここに記述された複数ステップについての同等機能の複数ステップの使用を含む。そのような僅かな変形は、ここで熟考されたものの範囲内と思料されるものである。その上、複数の特定手段又は複数のステップに付与される複数の例、及びそのような所与の例の間及び／又は越える外挿が、本明細書を考慮して明白であれば、その場合、本明細書は、少なくともそのような外挿を効果的に開示し、従ってカバーすると思料されるものである。
【００６７】
そうではなくここに明白に言及されなかったとすれば、通常の用語は、それら表現のそれぞれの文脈内でのそれらの対応する通常の意味を持ち、通常の技術用語は、相当する専門技術内及びここにおけるそれら表現のそれぞれの文脈内でのそれら対応する通常の意味を持つ。
【００６８】
一般的な概念及び各特定実施形態の上記明細書が与えられれば、求められる保護の範囲は、ここに添付された特許請求の範囲によって定められるべきものであるが、開示された特許請求の範囲は、米国特許法第１２０条及び／又は米国特許法第２５１条に従って提出されたそれらを含む１又はそれ以上の更なる出願でまだ文字通り請求されない主要事項を除いて、出願人の権利を開示された特許請求の範囲に制限するように受け取られるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
上記詳細な説明の欄は、添付図面の言及をなす。
【図１】センサ・モジュールのブロック図であり、それは、一実施形態においてセンサ・コイル、モノリシック集積回路及び水晶発振器が搭載される印刷回路板を含む。
【図２】図１の反応性センサを励起するのに使用される擬似正弦波状の不連続波形を示す電流対クロック・サイクルのグラフである。
【図３】図１のセンサ・モジュールに使用されることがある線形温度補償回路の概要図である。
【図４】非線形及び未校正のセンサ応答曲線の校正及び線形化応答曲線へのマッピングを示す概要である。
【図５】図１のセンサ・モジュールに使用されることがある１次Ｐａｄｅ’近似補償回路の概要である。
【図６】可変相互インダクタンスを持つ反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図７】可変容量を持つ反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図８】個々に異なる反応領域を持つセンサを表す第１グラフから、同じ物理入力パラメータ（ｘ）に対応する線形化及び校正された出力信号を表す第２グラフへのマッピングを示す。
【図９】ＬＶＤＴ型の反応性センサが使用される別のセンサ・モジュールの概要である。
【図１０】図９のセンサ・モジュールに使用されることがある位相検出器の概要図である。
【図１１】本明細書のセンサ・モジュールに使用されることがある別のＰａｄｅ’近似補償回路の概要である。
【符号の説明】
【００７０】
１００ センサ・モジュール
１０１ 保護用ハウジング
１０２ 可動磁気コア材
１０５ 可変磁気抵抗センサ
１０６ ピーク検出器
１０７ キャパシタ
１０８ ローパス・フィルタ
１１０ 電流波形発生器
１２０ 温度補償ユニット
１２２ 温度検出器
１３０ 利得／オフセット校正及び非直線性補償ユニット
１４０ 出力インタフェース・ユニット
１５０ 係数プログラミング・ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）可変物理パラメータに応答する反応性センサと、
（ｂ）該反応性センサに励起信号を供給するための波形発生器と、
（ｃ）該励起信号及び該物理パラメータに対する該反応性センサの応答を検出し、該応答センサの前記応答を表す検出信号を出力するための検出器と、
（ｄ）該検出信号又は該検出信号から引き出される別の応答表示信号を、該物理パラメータをより正確に表す補正応答表示信号にマッピングするためのＰａｄｅ近似マッピング・ユニットを含むデジタル・プログラマブル補償回路と
を備えるシステム。
【請求項２】
（ｄ．１）該デジタル・プログラマブル補償回路は、更に、温度変動に応答し、前記別の応答表示信号を応答的に発生する温度補償ユニットを含む
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
（ａ．１）該反応性センサは可変インダクタンス要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項４】
（ａ．２）該可変インダクタンス要素は単一コイルを有する
請求項３記載のシステム。
【請求項５】
（ａ．１）該反応性センサは相互インダクタンス要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項６】
（ａ．２）該相互インダクタンス要素の相互インダクタンスは、該可変物理パラメータの関数として変化し、
（ａ．２）該相互インダクタンス要素は、１次巻線及び少なくとも１つの２次巻線を含み、
（ｂ．１）該波形発生器は、該励起信号を該１次巻線に供給するように結合され、
（ｃ．１）該検出器は、該励起信号及び該物理パラメータに対する該応答性センサの該応答を検出するための該少なくとも１つの２次巻線に結合される
請求項５記載のシステム。
【請求項７】
（ａ．１）該反応性センサは可変容量要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項８】
（ａ．１）該反応性センサは、１又はそれ以上のゼロ出力を、測定下の可変物理パラメータの特定値で生成するゼロ生成要素を含み、該システムは更に、
（ｅ）該ゼロ生成要素が対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定するためのゼロ側検出器を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項９】
（ｄ．１）該デジタル・プログラマブル補償回路は、該ゼロ生成要素が対応するゼロのどちら側で動作しているかに依存しつつ異なる補償を提供するように該ゼロ側検出器に応答する
請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
（ｅ．１）該ゼロ側検出器は位相検出器を含む
請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
（ｄ．１）該Ｐａｄｅ近似マッピング・ユニットは、
（ｄ．１ａ）該検出信号又は該検出信号から引き出される該他の応答表示信号を入力信号として受信するように機能的に結合され、少なくとも第１入力端子、出力端子及び利得制御端子を持つ可変利得増幅器と、
（ｄ．１ｂ）第１オフセット信号に追加するための該可変利得増幅器の該出力端子に機能的に結合される第１合計器と、
（ｄ．１ｃ）該第１合計器の出力に機能的に結合され、プログラムで確立された比例フィードバック要因信号を受信するように結合され、増大されたフィードバック信号を対応して生成するための第１乗算器と、
（ｄ．１ｄ）プログラムで確立された利得要因信号を受信し、応じて、該可変利得増幅器の利得を、該プログラムで確立された利得要因信号及び該増大されたフィードバック信号の関数になるように機能的に結合される第２合計器と
を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
該デジタル・プログラマブル補償回路は、更に、
（ｄ．２）該第１合計器、第１乗算器、第２合計器の少なくとも１つと結合され、それぞれ該第１オフセット信号、比例フィードバック要因信号及び利得要因信号の少なくとも１つを定めるための係数定義手段
を含む請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
（ｅ）検知された温度に応じて、該第１オフセット信号、比例フィードバック要因信号及び利得要因信号の少なくとも１つを、該係数定義手段に定めさせるための該係数定義手段に機能的に結合される温度センサ
を更に含む請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
（ｅ）少なくとも該反応性センサの部分を収容し、更に該波形発生器、該検出器及び該デジタル・プログラマブル補償回路の少なくとも１つを収容するハウジング
を更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
（ｅ．１）該ハウジングは、更に、該ハウジング外部のノードと前記波形発生器及びデジタル・プログラマブル補償回路の１又はそれ以上との間のシリアル・データ通信を提供するデジタル・インタフェース・ユニットを収容する
請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
（ｅ．１）該ハウジングは、更に、少なくとも該反応性センサの部分が搭載される印刷回路板及び集積回路パッケージを収容し、該パッケージは、前記波形発生器、検出器及び該デジタル・プログラマブル補償回路の１つ又はそれ以上を含む
請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
（ａ）センサ励起信号を合成すること、
（ｂ）該励起信号を可変物理パラメータによって変調される反応性センサに供給すること、
（ｃ）該励起信号及び該物理パラメータの組合せに対する該反応性センサの応答を検出し、対応する検出応答信号を出力すること、
（ｄ）少なくとも１つのＰａｄｅ近似補償回路の使用によって、該検出応答信号を補正応答信号に変換すること
を含む方法。
【請求項１８】
合成すること、検出すること及び変換することのステップは、モノリシック集積回路内で実質実行される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記合成することは、
（ａ．１）タイミング基準信号を受信すること、
（ａ．２）電圧又は電流基準信号を生成すること、
（ａ．３）アナログ電圧又は電流の大きさのステップ列を発生するのにデジタル−アナログ変換器を使用することを含み、前記大きさは、多数の該発生電圧又は電流基準信号であり、前記ステップのタイミングは、該受信したタイミング基準信号によって決定される
請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
（ａ．４）該多重の発生電圧又は電流基準信号をプログラムで確立すること
を更に含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記検出することは、
（ｃ．１）電圧パルスのおおよそピークの大きさが起こったときを決定すること、
（ｃ．２）該大きさが該電圧パルスのおおよその該ピークの大きさであることが決定されるときに、該電圧パルスの大きさを表す量の電荷をキャパシタに充電すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記変換することは、
（ｄ．１）変換出力信号の関数である時間可変利得信号を受信する可変利得増幅器を使用すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記変換することは、
（ｄ．１）非直線性補正を提供することと切り離して、温度補正要因を提供すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記変換することは、
（ｄ．１）該少なくとも１つのＰａｄｅ近似補償回路の複数のＰａｄｅ近似係数を定めるためにプログラムで格納された係数を使用すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
対応する組の複数のＰａｄｅ近似係数を定めるための少なくとも１つの組のプログラムで格納された複数の係数は、該可変物理パラメータの予め定められた設定に応じて予め定められた変換出力信号を確立する校正組である請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
可変物理パラメータ及び励起信号の組合せに応答する反応性センサを含むセンサ・モジュールを校正する方法であって、該方法は、以下を含む：
（ａ）ＡＣ成分を持つ励起信号を該反応性センサに供給すること；
（ｂ）該物理パラメータを少なくとも３つの予め定められた測定可能な値に設定すること；
（ｂ）それぞれ分子及び分母の複数係数を持つＰａｄｅ’近似比に従って動作するプログラマブル変換ユニットを提供すること；
（ｃ）該変換ユニットをプログラムで調整すること、それによりそれぞれの分子及び分母の複数係数を確立し、これら係数は、前記励起信号及び該少なくとも３つの予め定められ測定可能な該物理パラメータの値に対する該センサの応答から引き出される入力信号と、前記少なくとも３つの予め定められ測定可能な該物理パラメータの値に対応する少なくとも３つの標準化出力値を持つ対応出力信号との間の、所望のＰａｄｅ’近似マッピングを該変換ユニットに提供させる方法。
【請求項２７】
（ｅ）該センサの応答から引き出される入力信号及び該プログラマブル変換ユニットによって発生される出力信号の少なくとも１つに温度補償変換を適用すること
を更に含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）少なくとも３つの異なる物理パラメータ及び励起信号を反応性センサに供給すること、
（ｂ）該少なくとも３つの異なる物理パラメータ及び該励起信号に対する該センサの対応する少なくとも３つの応答を決定すること、
（ｃ）予め決められた対応する少なくとも３つの出力信号に対する該反応性センサの少なくとも３つの応答をマッピングするためのＰａｄｅ’近似マッピング・ユニット用の複数の係数を決定することを含む方法。
【請求項２９】
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）センサ出力信号を与える、該ハウジング内の少なくとも反応性センサの部分と、
（ｃ）該ハウジング内にあって、該反応性センサを励起する励起信号を発生するための波形発生器と、
（ｄ）該ハウジング内にあって、３つ又はそれ以上のマッピング係数を持つ少なくとも第１Ｐａｄｅ’近似マッピング関数に従う校正出力信号への励起センサの応答の表示であるセンサ応答信号をマッピングするマッピング回路と、
（ｅ）該ハウジング内にあって、少なくとも該マッピング回路と該ハウジング外に延びる予め定められたデータ・リンクとの間の制御及びデータ・インタフェースを提供するためのデジタル・インタフェース回路と
を含むセンサ・モジュール。
【請求項３０】
（ａ）測定されるべき供給物理パラメータに応答することができる反応性センサを励起する励起信号を発生するための波形発生器と、
（ｂ）該供給物理パラメータに対する該励起されたセンサの応答を検出し、対応する検出信号を出力するための検出器と、
（ｃ）該検出信号又は該検出信号から引き出される別の応答表示信号を、該可変物理パラメータをより正確に表す補正応答表示信号にマッピングするためのＰａｄｅ近似マッピング・ユニットを含むデジタル・プログラマブル補償回路と
を含む集積回路。
【請求項３１】
（ｄ）該センサにおける複数信号の検出された位相関係に応じて該補償回路の振る舞いを変更するための該補償回路に機能的に結合される位相検出器
を更に含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３２】
（ｄ）少なくとも該プログラマブル補償回路と該集積回路外に延びる予め定められたデータ・リンクとの間の制御及びデータ・インタフェースを提供するためのデジタル・インタフェース回路
を更に含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３３】
前記波形発生器は、デジタルでプログラム自在であり、プログラムで定められた種々の励起信号を発生する請求項３０記載の集積回路。
【請求項３４】
前記波形発生器は、オン・チップ上に基準タイミングを含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３５】
前記Ｐａｄｅ近似マッピング・ユニットは、
（ｃ．１）第１デジタル乗算器と、
（ｃ．２）該第１デジタル乗算器の出力に結合されるデジタル加算器と、
（ｃ．３）該デジタル加算器の出力に結合される第２デジタル乗算器と
を含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項１】
（ａ）可変物理パラメータに応答する反応性センサと、
（ｂ）該反応性センサに励起信号を供給するための波形発生器と、
（ｃ）該励起信号及び該物理パラメータに対する該反応性センサの応答を検出し、該応答センサの前記応答を表す検出信号を出力するための検出器と、
（ｄ）該検出信号又は該検出信号から引き出される別の応答表示信号を、該物理パラメータをより正確に表す補正応答表示信号にマッピングするためのＰａｄｅ近似マッピング・ユニットを含むデジタル・プログラマブル補償回路と
を備えるシステム。
【請求項２】
（ｄ．１）該デジタル・プログラマブル補償回路は、更に、温度変動に応答し、前記別の応答表示信号を応答的に発生する温度補償ユニットを含む
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
（ａ．１）該反応性センサは可変インダクタンス要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項４】
（ａ．２）該可変インダクタンス要素は単一コイルを有する
請求項３記載のシステム。
【請求項５】
（ａ．１）該反応性センサは相互インダクタンス要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項６】
（ａ．２）該相互インダクタンス要素の相互インダクタンスは、該可変物理パラメータの関数として変化し、
（ａ．２）該相互インダクタンス要素は、１次巻線及び少なくとも１つの２次巻線を含み、
（ｂ．１）該波形発生器は、該励起信号を該１次巻線に供給するように結合され、
（ｃ．１）該検出器は、該励起信号及び該物理パラメータに対する該応答性センサの該応答を検出するための該少なくとも１つの２次巻線に結合される
請求項５記載のシステム。
【請求項７】
（ａ．１）該反応性センサは可変容量要素を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項８】
（ａ．１）該反応性センサは、１又はそれ以上のゼロ出力を、測定下の可変物理パラメータの特定値で生成するゼロ生成要素を含み、該システムは更に、
（ｅ）該ゼロ生成要素が対応するゼロのどちら側で動作しているかを決定するためのゼロ側検出器を含む
請求項１記載のシステム。
【請求項９】
（ｄ．１）該デジタル・プログラマブル補償回路は、該ゼロ生成要素が対応するゼロのどちら側で動作しているかに依存しつつ異なる補償を提供するように該ゼロ側検出器に応答する
請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
（ｅ．１）該ゼロ側検出器は位相検出器を含む
請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
（ｄ．１）該Ｐａｄｅ近似マッピング・ユニットは、
（ｄ．１ａ）該検出信号又は該検出信号から引き出される該他の応答表示信号を入力信号として受信するように機能的に結合され、少なくとも第１入力端子、出力端子及び利得制御端子を持つ可変利得増幅器と、
（ｄ．１ｂ）第１オフセット信号に追加するための該可変利得増幅器の該出力端子に機能的に結合される第１合計器と、
（ｄ．１ｃ）該第１合計器の出力に機能的に結合され、プログラムで確立された比例フィードバック要因信号を受信するように結合され、増大されたフィードバック信号を対応して生成するための第１乗算器と、
（ｄ．１ｄ）プログラムで確立された利得要因信号を受信し、応じて、該可変利得増幅器の利得を、該プログラムで確立された利得要因信号及び該増大されたフィードバック信号の関数になるように機能的に結合される第２合計器と
を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
該デジタル・プログラマブル補償回路は、更に、
（ｄ．２）該第１合計器、第１乗算器、第２合計器の少なくとも１つと結合され、それぞれ該第１オフセット信号、比例フィードバック要因信号及び利得要因信号の少なくとも１つを定めるための係数定義手段
を含む請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
（ｅ）検知された温度に応じて、該第１オフセット信号、比例フィードバック要因信号及び利得要因信号の少なくとも１つを、該係数定義手段に定めさせるための該係数定義手段に機能的に結合される温度センサ
を更に含む請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
（ｅ）少なくとも該反応性センサの部分を収容し、更に該波形発生器、該検出器及び該デジタル・プログラマブル補償回路の少なくとも１つを収容するハウジング
を更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
（ｅ．１）該ハウジングは、更に、該ハウジング外部のノードと前記波形発生器及びデジタル・プログラマブル補償回路の１又はそれ以上との間のシリアル・データ通信を提供するデジタル・インタフェース・ユニットを収容する
請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
（ｅ．１）該ハウジングは、更に、少なくとも該反応性センサの部分が搭載される印刷回路板及び集積回路パッケージを収容し、該パッケージは、前記波形発生器、検出器及び該デジタル・プログラマブル補償回路の１つ又はそれ以上を含む
請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
（ａ）センサ励起信号を合成すること、
（ｂ）該励起信号を可変物理パラメータによって変調される反応性センサに供給すること、
（ｃ）該励起信号及び該物理パラメータの組合せに対する該反応性センサの応答を検出し、対応する検出応答信号を出力すること、
（ｄ）少なくとも１つのＰａｄｅ近似補償回路の使用によって、該検出応答信号を補正応答信号に変換すること
を含む方法。
【請求項１８】
合成すること、検出すること及び変換することのステップは、モノリシック集積回路内で実質実行される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記合成することは、
（ａ．１）タイミング基準信号を受信すること、
（ａ．２）電圧又は電流基準信号を生成すること、
（ａ．３）アナログ電圧又は電流の大きさのステップ列を発生するのにデジタル−アナログ変換器を使用することを含み、前記大きさは、多数の該発生電圧又は電流基準信号であり、前記ステップのタイミングは、該受信したタイミング基準信号によって決定される
請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
（ａ．４）該多重の発生電圧又は電流基準信号をプログラムで確立すること
を更に含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記検出することは、
（ｃ．１）電圧パルスのおおよそピークの大きさが起こったときを決定すること、
（ｃ．２）該大きさが該電圧パルスのおおよその該ピークの大きさであることが決定されるときに、該電圧パルスの大きさを表す量の電荷をキャパシタに充電すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記変換することは、
（ｄ．１）変換出力信号の関数である時間可変利得信号を受信する可変利得増幅器を使用すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記変換することは、
（ｄ．１）非直線性補正を提供することと切り離して、温度補正要因を提供すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記変換することは、
（ｄ．１）該少なくとも１つのＰａｄｅ近似補償回路の複数のＰａｄｅ近似係数を定めるためにプログラムで格納された係数を使用すること
を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
対応する組の複数のＰａｄｅ近似係数を定めるための少なくとも１つの組のプログラムで格納された複数の係数は、該可変物理パラメータの予め定められた設定に応じて予め定められた変換出力信号を確立する校正組である請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
可変物理パラメータ及び励起信号の組合せに応答する反応性センサを含むセンサ・モジュールを校正する方法であって、該方法は、以下を含む：
（ａ）ＡＣ成分を持つ励起信号を該反応性センサに供給すること；
（ｂ）該物理パラメータを少なくとも３つの予め定められた測定可能な値に設定すること；
（ｂ）それぞれ分子及び分母の複数係数を持つＰａｄｅ’近似比に従って動作するプログラマブル変換ユニットを提供すること；
（ｃ）該変換ユニットをプログラムで調整すること、それによりそれぞれの分子及び分母の複数係数を確立し、これら係数は、前記励起信号及び該少なくとも３つの予め定められ測定可能な該物理パラメータの値に対する該センサの応答から引き出される入力信号と、前記少なくとも３つの予め定められ測定可能な該物理パラメータの値に対応する少なくとも３つの標準化出力値を持つ対応出力信号との間の、所望のＰａｄｅ’近似マッピングを該変換ユニットに提供させる方法。
【請求項２７】
（ｅ）該センサの応答から引き出される入力信号及び該プログラマブル変換ユニットによって発生される出力信号の少なくとも１つに温度補償変換を適用すること
を更に含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）少なくとも３つの異なる物理パラメータ及び励起信号を反応性センサに供給すること、
（ｂ）該少なくとも３つの異なる物理パラメータ及び該励起信号に対する該センサの対応する少なくとも３つの応答を決定すること、
（ｃ）予め決められた対応する少なくとも３つの出力信号に対する該反応性センサの少なくとも３つの応答をマッピングするためのＰａｄｅ’近似マッピング・ユニット用の複数の係数を決定することを含む方法。
【請求項２９】
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）センサ出力信号を与える、該ハウジング内の少なくとも反応性センサの部分と、
（ｃ）該ハウジング内にあって、該反応性センサを励起する励起信号を発生するための波形発生器と、
（ｄ）該ハウジング内にあって、３つ又はそれ以上のマッピング係数を持つ少なくとも第１Ｐａｄｅ’近似マッピング関数に従う校正出力信号への励起センサの応答の表示であるセンサ応答信号をマッピングするマッピング回路と、
（ｅ）該ハウジング内にあって、少なくとも該マッピング回路と該ハウジング外に延びる予め定められたデータ・リンクとの間の制御及びデータ・インタフェースを提供するためのデジタル・インタフェース回路と
を含むセンサ・モジュール。
【請求項３０】
（ａ）測定されるべき供給物理パラメータに応答することができる反応性センサを励起する励起信号を発生するための波形発生器と、
（ｂ）該供給物理パラメータに対する該励起されたセンサの応答を検出し、対応する検出信号を出力するための検出器と、
（ｃ）該検出信号又は該検出信号から引き出される別の応答表示信号を、該可変物理パラメータをより正確に表す補正応答表示信号にマッピングするためのＰａｄｅ近似マッピング・ユニットを含むデジタル・プログラマブル補償回路と
を含む集積回路。
【請求項３１】
（ｄ）該センサにおける複数信号の検出された位相関係に応じて該補償回路の振る舞いを変更するための該補償回路に機能的に結合される位相検出器
を更に含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３２】
（ｄ）少なくとも該プログラマブル補償回路と該集積回路外に延びる予め定められたデータ・リンクとの間の制御及びデータ・インタフェースを提供するためのデジタル・インタフェース回路
を更に含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３３】
前記波形発生器は、デジタルでプログラム自在であり、プログラムで定められた種々の励起信号を発生する請求項３０記載の集積回路。
【請求項３４】
前記波形発生器は、オン・チップ上に基準タイミングを含む請求項３０記載の集積回路。
【請求項３５】
前記Ｐａｄｅ近似マッピング・ユニットは、
（ｃ．１）第１デジタル乗算器と、
（ｃ．２）該第１デジタル乗算器の出力に結合されるデジタル加算器と、
（ｃ．３）該デジタル加算器の出力に結合される第２デジタル乗算器と
を含む請求項３０記載の集積回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００７−５２５６７３（Ｐ２００７−５２５６７３Ａ）
【公表日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５００８４３（Ｐ２００７−５００８４３）
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１９５６５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／００９６０８
【国際公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５０６２９１３３５）エーエムアイ セミコンダクター インク (1)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１９５６５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／００９６０８
【国際公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５０６２９１３３５）エーエムアイ セミコンダクター インク (1)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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