[發明專利]具有掃描時刻時間戳的傳感器

有效

• 申請號: 201380021794.3
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104508431B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: G·拉梅爾;R·多施;T·克勞斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01D9/00
• 分類號: G01D9/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 郭毅

技術領域

本發明涉及一種傳感器，所述傳感器具有檢測元件、模擬前端和數字后端；其中，數字后端通過數字接口可與控制單元連接，其中，所述傳感器在數字后端中提供經掃描的數據。

此外，本發明還涉及一種用于將時間信息分配到傳感器的經掃描的測量數據的方法。

背景技術

文獻US-7382780Bl描述了在使用掃描值計數器和實時時鐘的情況下的回顧性的時間同步以及幀中的數據的采集。該文獻不涉及子掃描間隔時間。傳感器典型地由檢測元件、模擬前端和數字后端組成，如在圖1中可以看出。檢測元件將待測量的物理參量轉換為模擬信號，而模擬前端控制檢測元件并且處理模擬信號并且將其轉換為數字信號。數字后端實施例如數字濾波、事件產生以及模擬前端的控制。一個或多個傳感器通過數字傳感器后端的數字接口與一個控制單元連接，例如智能手機或互聯網平板中的應用處理器、專用微控制器(μC)或者控制單元以硬件或軟件形式的任意其他的實現。傳感器以可配置的輸出數據速率odr掃描傳感器數據并且將經處理的傳感器數據掃描值存儲在數字后端中。必要時數字后端可以包含用于傳感器數據存儲的先入先出(FIFO)存儲器。控制單元經由數字接口從數字后端讀取傳感器數據。傳感器不具有全局時間的概念，也就是說在控制單元中處理傳感器數據時典型地假定，控制單元讀取傳感器數據的時間與傳感器數據被掃描的時間是相同的。

傳感器典型地實現濾波功能，例如具有確定的帶寬限制的低通濾波器。

傳感器的輸出數據速率經常與環境參數如溫度相關。在這些參數變化時輸出數據速率的10％的波動并不少見。具有獨立的和典型更準確的時間參考的控制單元異步地以讀取數據速率rdr從傳感器讀取數據，如在圖2中所示。

每個掃描間隔框(10)說明新的傳感器數據掃描值，其存儲在數字部分中，下面的箭頭說明控制單元從傳感器的讀取(30)，該控制單元在該例子中相比于傳感器更頻繁地產生輸出數據。因為典型地假設，傳感器數據掃描時間和傳感器數據讀取時間是相同的，這意味著，不考慮輸出數據的產生與讀取之間的延遲。通過該假設引入時間抖動(Zeitjitter)，該時間抖動通過抖動框(20)說明。通過該機制添加的平均抖動通過以下給定：

抖動_平均＝MIN(1/odr,1/rdr)/2。

經常應用一個以上傳感器的數據，以便計算合并數據，例如移動裝置在空間上的取向或者其位置。這些技術經常應用在慣性測量單元(IMUs)中。抖動使得所計算的數據的精度變差。

除odr與rdr之間的不匹配以外，延遲還導致，延遲可能對確定的應用——例如實時游戲應用產生影響。

對于上述問題具有三個已知的解決方案。根據用于抖動_平均的等式，讀取數據速率rdr的增大縮小了平均抖動。根據用于抖動_平均的等式，輸出數據速率odr的增大縮小了平均抖動。輸出數據速率的增大通過當前傳感器例如三軸加速度傳感器BMA255Digital支持。另一種技術是通過中斷觸發讀取，該技術應由傳感器要求，如果新數據可用，則發送中斷到控制單元。然后這開始由傳感器讀取數據。

然而這些已知的解決方案可能包括一些缺點。讀取數據速率rdr的增大對于控制單元而言增大了工作負荷。如果控制單元以軟件實現并且執行處理器僅僅具有低的滿負荷(Auslastung)，則該解決方案增大了執行處理器從非激活到一個狀態的過渡的次數，由此顯著增大了電流消耗。

輸出數據速率odr的增大意味著，如果增大掃描速率，則由此增大傳感器數據上的噪音。如果僅僅與低通濾波器的帶寬無關地改變輸出數據速率，則數字后端的實現更復雜。由此，數字后端的所需要的硅面積和電流消耗提高。因此，用于傳感器硬件和傳感器的運行的成本增加。

通過中斷觸發讀取除了典型的接口如I2C之外也要求用于中斷信號的單獨的線路，由此增加了成本。附加地通過在控制單元上的軟件來處理中斷不是非常高效，因為中斷要求在處理器中的上下文切換。這對處理器中的緩存命中率和類似的效率參數產生影響。如果多個傳感器與一個處理器連接，則該解決方案沒有很好地縮放。附加地在多個現代移動平臺中不直接提供中斷，并且由此該解決方案僅僅部分地處理該問題。

發明內容

本發明具有的任務在于實現一種傳感器，可以盡可能精確地給所述傳感器的測量數據分配測量時刻。本發明也具有以下任務：實現一種用于將傳感器的測量數據分配給測量時刻的方法。

附圖說明

圖1示出了預先已知的傳感器以及控制單元。