专利名称：用于传感器的单引脚校准组件和方法
技术领域：
本发明一般涉及校准压力和温度传感器，且更具体地涉及校准传感器组件和校准传感器的方法。
背景技术：
校准传感器在本领域中是被熟知的。在单独的传感器上执行校准，以便可获得一致的输出测量。很多现有技术的传感器是在最终的制造步骤被完成之前被校准的。但是， 由于所使用的材料所导致的在制造过程中产生的应力、传感器元件和环境的变化，传感器的输出可能从一个传感器到另一传感器不同。因此，在本领域中，优选的是在制造完成之后校准每个传感器，以便每个传感器在暴露于相同的应力例如压力、温度、位置等时实质上具有相同一致的输出。优选实施方式和方法的概述在本发明的优选实施方式中，提供了用于校准压力传感器元件的方 法和组件，其中校准组件包括至少一个保护电路、探针、微处理器和多引脚连接器。在本发明的优选方法中，在传感器组件被制造之后，探针被附到传感器组件。一旦被连接，探针就发送信号以使保护电路失效。通过使保护电路失效，微处理器可通过传感器的连接器上的压力和温度输出引脚被编程，允许一般仅输出传感器信号的双向通信。然后发自探针的信号通知微处理器打开其软件校准系数接受例程。校准系数通过反向输出信号被发送到微处理器，该反向输出信号通过保护电路和旁路线来发送，该旁路线绕过传感器组件的信号滤波器或存在于处理器和输出保护设备之间的其他的调节电路， 以将所述系数装入非易失性存储器中，用于由微处理器的补偿例程使用来补偿增益、线性度和温度变化。具体地，在本发明的优选实施方式中，连接器中的温度输出引脚提供系数数据， 且连接器中的压力输出引脚被用作时钟定时输出以同步标准双线数字通信协议中的信号。在使用单输出例如单压力输出的情况中，可使用标准单线数字通信协议，例如但不限于 SAE-J2716，因为可使用任何标准单线数字通信协议。本发明的一个优势是传感器组件可在最终的组装之后通过其现有的连接器来校准。本发明的另一优势是有保护输出信号免受过电压和反向电压以及静电放电的保护电路。本发明的另一个优势是保护电路使输出信号能够用于校准。在优选的实施方式中，保护电路保护微处理器避免暴露于极端过电压和欠电压和静电放电以及其他的电应力。附图的简要说明通过参考附图，可更容易理解本发明，在附图中相似的标号指相似的部分，其中

图1是依照本发明的实施方式的传感器组件的框图。图2是本发明的保护集成电路的优选实施方式的示意图。优选实施方式的详细描述一般地，本发明可简要描述如下。参考图1，本发明的传感器组件100的优选实施方式被示出。传感器组件100包括感测元件102、微处理器104和保护电路106。感测元件是可感测环境变化——例如在优选的实施方式中是压力和温度——的任何类型的传感器。感测元件102的输出108和110被输入到微处理器104中。微处理器104除了别的以外还包含补偿例程和校准系数接受例程。微处理器处理感测元件102的输出108和110以补偿应力， 例如增益、线性度、温度和本领域中的其他公知应力。微处理器104对于每个微处理器输出通过至少一个低通滤波器(未示出)连接到保护电路106。在有两个环境变化被感测到的优选的实施方式中，微处理器具有通过低通滤波器连接到保护电路106的至少两个输出112和114。在有两个微处理器输出的这个实施方式中，保护电路包括两个保护集成电路116和118。在优选的实施方式中，两个保护集成电路120和122中的每个保护集成电路的输出连接到传感器组件连接器(未示出)上的某些引脚。在只有一个环境应力被测量的其他实施方式中，只有来自感测元件的一个输出需要被测量和校准，且因此只有一个保护集成电路是必要的。

在优选的实施方式中，保护电路保护微处理器避免暴露于极端过电压和欠电压以及静电放电和其他的电应力。接下来参考图2，图1中所示出的保护集成电路116的优选实施方式被示出。保护电路如下操作。当Crait线从探针(未示出)接收数字信号时，来自保护电路的输出信号 (；#。_通知微处理器开始校准系数接受例程。在同时，来自Cext的信号还闭合连接134，使得来自V。ut的信号避开驱动器136，代替地作为V。ut_。hip输入微处理器的输入，作为校准数据。另外，保护电路还保护芯片避免接收将毁坏芯片的极端高的电压、静电放电或反向电压。具体地，当Vin太高时，Vin将使连接130断开以防止电压到达微处理器。同样，Vin 还将断开V。ut线上的连接132以也防止它毁坏微处理器。同样地，如果由于某种原因大电压或反向电压通过V。ut线，它也将断开连接以防止电压毁坏芯片。组件的微处理器侧和传感器侧也将以这种方式被保护。接下来参考图1和图2，在本发明的优选的校准方法中，在传感器组件100被制造之后，探针(未示出)将信号120发送到微处理器以使保护电路106失效。在本发明的优选实施方式中，探针连接到组件连接器(未示出)中的引脚。通过使保护电路106失效，微处理器可通过传感器的连接器(未示出)上的压力和温度输出引脚122和124被编程，允许一般仅输出传感器信号的双向通信。然后探针通过输入126将信号发送到微处理器104，这使微处理器开始其软件校准系数接受例程。校准系数通过反向输出信号被发送到微处理器，该反向输出信号通过保护电路106和旁路线128和130被发送，该旁路线绕过传感器组件的旁路滤波器(未示出) 以将所述系数装入非易失性存储器中，用于由微处理器的补偿例程使用来补偿增益、线性度和温度变化。具体地，在本发明的优选实施方式中，连接器中的温度输出124提供了热系数数据，且连接器中的压力输出引脚122用作时钟定时输出以同步所述信号。在本发明的一个实施方式中，一旦微处理器接收到校准数据，它就使探针不能接收另外的校准数据。然后校准数据用于补偿增益、线性度、温度变化等。
本发明的一个优势是传感器组件可在最终的组装之后通过其现有的连接器被校准。本发明的另一个优势是保护电路保护输出信号免受过电压和反向电压以及静电放电。 本发明的另一优势是保护电路使输出信号能够用于校准。本领域技术人员应理解，这种类型的传感器除了其他应用外还可用于机动车、飞机、加热、通风、和空调系统(HVAC)工业。

以上描述的实施方式是本发明的示例性实施方式。本领域技术人员现在可大量利用上述实施方式并产生从上述实施方式的偏差，而不偏离本文所公开的发明性概念。因此， 本文所公开的实施方式的结构并非本发明的限制。因此，本发明仅由以下的权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种用于校准传感器的组件，包括 传感器元件，其具有至少一个输出信号；微处理器，其能够产生至少一个输出信号并接收至少两个输入信号； 保护电路，其接收至少两个输入信号并产生至少两个输出信号；以及探针，其连接到所述保护电路，用于通过所述保护电路将信号发送到所述微处理器中， 并使所述保护电路失效以允许校准数据信号从所述保护电路被输入到所述微处理器中。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述微处理器包含补偿例程和校准系数接受例程。
3.如权利要求1所述的组件，还包括低通滤波器，所述低通滤波器用于在来自所述微处理器或其他的信号调整电路的经补偿的输出信号被输入到所述保护电路之前，对所述经补偿的输出信号进行滤波。
4.如权利要求1所述的组件，其中所述传感器产生被所述微处理器处理的至少两个输出信号。
5.如权利要求4所述的组件，其中所述保护电路包括至少两个保护集成电路，输出传感器信号中的每一个。
6.如权利要求1所述的组件，其中在所述微处理器接收到所述校准数据之后，从所述感测元件输入到所述微处理器中的所有信号根据所述校准数据被补偿。
7.一种用于传感器组件的校准方法，所述传感器组件具有感测元件、微处理器和保护电路，所述方法包括以下步骤，将探针附接到所述传感器组件，所述探针发送信号以使所述保护电路失效，从而允许通过所述保护电路的双向通信；启动所述微处理器的软件校准系数接受例程；经由所述保护电路向所述微处理器发送所述校准数据；以及将所述校准数据存储在所述微处理器的非易失性存储器中，以便所述微处理器校准从所述感测元件接收到的信号。
8.如权利要求7所述的方法，还包括绕过所述传感器组件的任一滤波器或信号调整电路的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，还包括同步所述校准数据和所述感测元件的输出信号的步骤。
10.如权利要求7所述的方法，还包括一旦所述微处理器接收到所述校准数据它就不接收另外的校准数据的步骤。
11.如权利要求7所述的方法，还包括使用所述校准数据来补偿偏移、增益、线性度、温度变化和类似参数的步骤。
12.—种校准传感器组件的方法，所述方法包括组装传感器组件，所述传感器组件至少包括传感器、微处理器、保护电路和连接器； 通过将用于来自所述传感器组件的输出信号的所述连接器作为校准所述微处理器的数据输入来校准所述传感器组件；以及保护所述传感器组件免受过电压和反向电压以及静电放电。
全文摘要
本文描述的是可在制造后被校准的传感器组件以及用于校准该组件的方法。所述组件包括感测元件、微处理器和保护电路。所述组件可使用在现有的连接器上的引脚以输入校准数据。本发明也是使用包含保护电路以防止传感器组件受到静电放电和高反向电压的组件来校准传感器输出的方法。
文档编号G01R35/00GK102348995SQ200980157920
公开日2012年2月8日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年3月11日
发明者欧内斯特·科登, 罗伯特·亨特, 迈克尔·康沃尔 申请人:卡夫利科公司