位置传感器系统和检测位置传感器系统中的误差的方法
阅读说明：本技术 位置传感器系统和检测位置传感器系统中的误差的方法 (Position sensor system and method of detecting error in position sensor system ) 是由 A·卡拉乔马科夫 J·杰尼施 M·奥古斯蒂尼克 于 2020-02-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及位置传感器系统和检测位置传感器系统中的误差的方法。位置传感器系统包括：位置传感器,具有第一和第二传感器输出；第一信号处理单元,用于处理第一或第二传感器输出的信号；第二信号处理单元,用于处理第二或第一传感器输出的信号；第一系统输出,提供第一或第二信号处理单元的输出；以及第二系统输出,提供第二或第一信号处理单元的输出,其特征在于,位置传感器系统还包括：交换单元,用于将第一信号处理单元从第一传感器输出和第一系统输出交换到第二传感器输出和第二系统输出,并且用于同时将第二信号处理单元从第二传感器输出和第二系统输出交换到第一传感器输出和第一系统输出,反之亦然。(The invention relates to a position sensor system and a method of detecting errors in a position sensor system. The position sensor system includes: a position sensor having first and second sensor outputs; a first signal processing unit for processing a signal output from the first or second sensor; a second signal processing unit for processing the signal output by the second or first sensor; a first system output providing an output of the first or second signal processing unit; and a second system output providing an output of the second or first signal processing unit, characterized in that the position sensor system further comprises: a switching unit for switching the first signal processing unit from the first sensor output and the first system output to the second sensor output and the second system output and for simultaneously switching the second signal processing unit from the second sensor output and the second system output to the first sensor output and the first system output and vice versa.)
技术领域
本发明涉及一种位置传感器系统，特别地涉及一种用于检测旋转移动的位置传感器系统。本发明还涉及一种用于检测位置传感器系统中的误差的方法，特别地涉及一种用于检测旋转移动的方法。
背景技术
位置传感器系统，特别地用于检测旋转移动，包括位置传感器，该位置传感器特别地用于检测被测量物品的旋转移动。待测量的物品例如是电动机中的转子。
位置传感器提供以正弦信号形式的原始传感器数据，其中传感器信号的一个周期代表被测量物品转一整圈或转一整圈的一部分。
为了提高信号质量并允许在全相位上进行明确的位置计算，引入了第二传感器信号，第二传感器信号也是正弦的，但相移了四分之一相位或90电角度。通常，第一传感器信号被指定为正弦信号，而第二传感器信号被指定为余弦信号。
第一传感器信号由第一传感器输出提供，而第二传感器信号由第二传感器输出提供。
位置传感器系统还包括至少一个信号处理单元，用于处理位置传感器的正弦信号和余弦信号。通常，传感器信号由信号处理单元放大和滤波。实际上，位置传感器系统的这种信号路径可能包含误差，这些误差可以被分类为偏移误差、增益失配误差和相位误差。
偏移误差是指电压域中一个或两个传感器信号向正或负方向的移位。增益失配误差是指正弦信号路径和余弦信号路径的不同增益，而相位误差是指两个传感器信号之间的低于或高于标称90°的相移。
与位置传感器系统的输出相对应的至少一个信号处理单元的输出此后由电子控制单元处理，电子控制单元例如包括模数转换器和数字信号处理单元。电子控制单元可以在位置传感器系统内部或外部。
根据现有技术的变型，信号处理单元包括在信号处理单元的输入处的多路复用器。这种位置传感器系统的框图在图11中被示出。位置传感器的正弦信号和余弦信号由信号处理单元依次处理，即进行放大和滤波，然后被传递到电子控制单元。
电子控制单元必须向信号处理单元的多路复用器提供控制信号，以便区分哪个信号正在被多路复用器选择。该变型的优点在于，两个位置传感器信号，即正弦信号和余弦信号，都由同一信号处理单元进行处理(放大和滤波)。因此，没有增益失配，因为两者都由同一信号处理单元、即由同一放大器进行处理。同样，对于两个位置传感器信号，除了信号处理单元引入的正弦信号和余弦信号之间固有的90°相移之外，任何寄生相移都将相同。偏移误差不能通过该变型消除，然而两个信号将具有由信号处理单元引入的相同的附加偏移(如果有的话)。该变型的另一个优点是，对于两个信号，信号处理单元仅被需要一次。该变型的缺点在于，在旋转位置传感器系统中，由于两个信号的顺序处理，两个位置传感器信号未在同一位置处被测量，因为待测量物品在两个位置传感器信号的测量之间将已经移动一定量，这对于高速系统特别不利，因为该误差随着旋转速度而增加。该变型的另一个缺点是需要从电子控制单元到信号处理单元的多路复用器的反馈，这需要附加的信号线，这就是该变型通常被用于电子控制单元处于与位置传感器系统相同的芯片上的位置传感器系统的原因。
根据现有技术的另一变型，位置传感器的正弦信号和余弦信号由两个信号处理单元并行地进行处理，即，每个位置传感器信号被单独的信号处理单元放大和滤波。这提供了最快的可能的信号处理，但是需要两个信号处理单元，即两个放大器和两个滤波器。这些放大器之间总会有一些残余增益、偏移和/或相位失配。由于位置传感器信号是并行处理的，因此位置传感器系统有两个输出，每个输出对应一个信号处理单元的输出。
电子控制单元可以通过两个模数转换器对两个位置传感器输出进行并行处理，这两个转换器将数字信号转发到共用的数字信号处理单元。然而，在两个模数转换器中将存在非线性差异。
可替代地，两个位置传感器系统的输出可以由具有多路复用的模数转换器的控制单元来处理。多路复用器是控制单元的一部分，该控制单元具有对多路复用器的完全控制并且通常位于同一芯片上。该变型的限制因素是控制单元的处理速度，特别是模数转换器的处理速度。该变型在位置传感器系统的两个信号处理单元的偏移、增益和相位失配方面也存在相同的问题，但是由于仅使用一个模数转换器而消除了非线性差异。
发明内容
本发明的目的是检测位置传感器系统的任何增益、偏移和相位失配，该位置传感器系统包括两个信号处理单元，用于并行处理位置传感器的正弦信号和余弦信号，特别是对于高速位置传感器系统。
根据本发明，该目的通过如下位置传感器系统而得到解决，该位置传感器系统特别地用于检测旋转移动，该位置传感器系统包括：
位置传感器，特别地用于检测旋转移动，位置传感器具有第一传感器输出和第二传感器输出，
第一信号处理单元，用于处理第一传感器输出或第二传感器输出的信号，特别地用于放大和滤波第一传感器输出或第二传感器输出的信号，
第二信号处理单元，用于处理第二传感器输出或第一传感器输出的信号，特别地用于放大和滤波第二传感器输出或第一传感器输出的信号，
第一系统输出，提供第一信号处理单元或第二信号处理单元的输出，以及
第二系统输出，提供第二信号处理单元或第一信号处理单元的输出，
其特征在于
位置传感器系统还包括交换单元，交换单元用于将第一信号处理单元从第一传感器输出和第一系统输出交换到第二传感器输出和第二系统输出，并且用于同时将第二信号处理单元从第二传感器输出和第二系统输出交换到第一传感器输出和第一系统输出，反之亦然。
根据本发明的位置传感器系统具有第一操作条件，其中第一传感器输出被连接到第一信号处理单元，并且第一信号处理单元的输出被连接到第一系统输出，并且其中第二传感器输出被连接到第二信号处理单元，并且第二信号处理单元的输出被连接到第二系统输出。交换单元将位置传感器系统转换到第二操作条件，其中该交换单元用于将第一信号处理单元从第一传感器输出和第一系统输出交换到第二传感器输出和第二系统输出，并且用于同时将第二信号处理单元从第二传感器输出和第二系统输出交换到第一传感器输出和第一系统输出。在第二操作条件下，第一传感器输出被连接到第二信号处理单元并且第二信号处理单元的输出被连接到第一系统输出，并且第二传感器输出被连接到第一信号处理单元并且第一信号处理单元的输出被连接到第二系统输出。因此，交换单元将位置传感器系统从第一操作条件转换到第二操作条件，然后又返回到第一操作条件，依此类推。
通过在第一传感器输出和第一系统输出以及第二传感器输出和第二系统输出之间交换第一信号处理单元和第二信号处理单元，位置传感器信号被第一信号处理单元和第二信号处理单元交替处理。通过检测由第一信号处理单元进行的处理与由第二信号处理单元进行的处理之间的任何差异，可以检测位置传感器系统的任何增益、偏移和相位失配。第一信号处理单元和第二处理单元之间的任何失配作为第一信号处理单元和第二处理单元的输出上的波动是可测量的。此外，位置传感器系统允许在低旋转速度或位置传感器的静态位置处进行快速误差检测。
另外，通对交换和未交换的信号求平均，即对由第一信号处理单元处理的用于具体的位置传感器的信号和由第二处理单元处理的信号求平均，可以补偿增益失配。
优选地，交换单元交换第一信号处理单元和第二处理单元，即在第一操作条件和第二操作条件之间有规律地、优选地以相等的间隔进行交换。
在本发明的优选变型中，第一传感器输出提供正弦信号，而第二传感器输出提供余弦信号，其相移四分之一相位或90电角度。这种第一传感器信号和第二传感器信号分别被称为正弦信号和余弦信号。然而，本发明不限于正弦传感器信号和/或四分之一相位或90电角度的相移。
根据本发明的变型，第一信号处理单元和第二信号处理单元均包括放大器和滤波器，用于放大和滤波第一传感器输出和第二传感器输出。
根据本发明的特别优选的变型，位置传感器系统还包括用于处理第一系统输出和第二系统输出的控制单元。控制单元可以是内部或外部的，并且特别地与位置传感器系统处于同一芯片或不同芯片上。
根据本发明的变型，控制单元包括用于第一系统输出的第一模数转换器，用于第二系统输出的第二模数转换器以及用于处理第一模数转换器和第二模数转换器的信号的数字信号处理单元。因此，第一系统输出和第二系统输出的信号分别由控制单元的第一模数转换器和第二模数转换器并行处理。这提供了最快的可能的信号处理，但是由于两个模数转换器，可能会增加一些非线性差异。
在本发明的替代变型中，控制单元包括用于在第一系统输出和第二系统输出之间进行多路复用的多路复用器，以及连接至该多路复用器的输出的共用模数转换器，以及用于处理共用模数转换器的信号的数字信号处理单元。该变型受到模数转换器的处理速度的限制。由于多路复用器和控制多路复用器的控制单元通常在同一芯片上，因此这不会过度限制处理速度。由于在该变型中仅使用一个模数转换器，所以避免了由于两个模数转换器而引起的可能的非线性差异。
在任一种替代中，由于当前的处理速度和可用的多核处理器，数字信号处理单元通常不限制处理速度。
控制单元特别地被设计为检测由第一信号处理单元和第二信号处理单元的交换引起的、即由第一操作条件和第二操作条件之间的交替引起的、第一系统输出和/或第二系统输出中的波动。如果存在任何增益、偏移和/或相位失配，则第一系统输出和第二系统输出将在信号处理单元的交换的同时进行改变。第一系统输出和第二系统输出中的这种改变被称为波动，其由控制单元检测到。如果交换以规则的间隔发生，则波动也将以这些间隔改变。
根据本发明，位置传感器被安装在待测量物品的不移动部分上。
根据本发明的变型，控制单元还确定第一系统输出和/或第二系统输出中的波动的大小。这有助于测量和区分任何偏移误差、增益失配误差和相位误差。
根据本发明的优选变型，控制单元确定第一系统输出和第二系统输出的二阶导数，并且检测计算出的二阶导数中的峰值，该峰值相应地代表第一信号处理单元中和第二信号处理单元中的误差。波动确定受到在待测量物品在波动确定期间正在旋转的情况下和/或第一信号处理单元、第二信号处理单元中的信号噪声的不利影响。通过确定代表它们的相应加速度的第一系统输出和第二系统输出的二阶导数，可以获得改善的结果。由于交换步骤中的变化率，即在第一操作条件和第二操作条件之间的切换的变化率，相比于待测量物品的典型旋转移动要快得多，因此可以容易地区分这些情况。同样，可以容易地将交换步骤与模拟信号处理中通常出现的噪声区分开。
在本发明的变型中，控制单元计算相应的第一系统输出和第二系统输出的平均值。通过确定系统输出信号的平均值，可以补偿两个信号处理单元之间的任何增益失配误差。此外，通过确定平均值，可以在整个信号周期内将任何相位误差减小到恒定水平，并且可以减小任何偏移误差。
优选地，位置传感器是磁传感器、电感传感器或特别是霍尔传感器的涡流传感器、各向异性磁阻传感器、隧道磁阻传感器或巨磁阻传感器。
位置传感器系统可以包括一个以上的位置传感器。优选地，位置传感器系统包括两个单独的信号处理单元和用于每个位置传感器的对应交换单元。通过提供一个以上、进一步优选地至少提供三个位置传感器，可以对位置传感器的数据进行相互比较，以检测位置传感器的数据中的误差。通过具有两个以上的位置传感器，可以更容易地检测出提供有误差的信号的位置传感器。
根据本发明，该目的还通过一种用于检测位置传感器系统中的误差的方法来解决，该方法特别地用于检测旋转移动，该方法包括：
第一操作条件，其中第一传感器输出由第一信号处理单元处理并被提供给第一系统输出，并且其中第二传感器输出由第二信号处理单元处理并被提供给第二系统输出，以及
第二操作条件，其中第一传感器输出由第二信号处理单元处理并被提供给第一系统输出，并且其中第二传感器输出由第一信号处理单元处理并被提供给第二系统输出，
并且还包括在第一操作条件和第二操作条件之间交替的步骤。
在位置传感器的第一操作条件中，第一传感器信号由第一信号处理单元处理并被提供给第一系统输出，而第二系统传感器输出由第二信号处理单元处理并被提供给第二系统输出。通过交换信号处理单元，位置传感器系统处于第二操作条件，其中第一传感器输出由第二信号处理单元处理并被提供给第一系统输出，并且其中第二传感器输出由第一信号处理单元处理并被提供给第二系统输出。根据本发明的方法，第一操作条件和第二操作条件进行交替。
通过检测由第一信号处理单元进行的处理与由第二信号处理单元进行的处理之间的任何差异，可以检测任何增益、偏移和相位失配。第一信号处理单元和第二处理单元之间的任何失配作为第一信号处理单元和第二处理单元的输出上的波动是可测量的。此外，位置传感器系统允许在低旋转速度或在位置传感器的静态位置处的快速误差检测。
在本发明的优选变型中，第一传感器输出提供正弦信号，而第二传感器输出提供余弦信号，该信号被相移为四分之一相位或90电角度。这种第一传感器信号和第二传感器信号分别被称为正弦信号和余弦信号。然而，本发明不限于正弦传感器信号和/或四分之一相位或90电角度的相移。
根据本发明的变型，第一信号处理单元和第二信号处理单元均取决于当前的操作条件来对第一传感器输出或第二传感器输出进行放大和滤波。因此，第一信号处理单元和第二信号处理单元均包括放大器和滤波器。
根据本发明的特别优选的变型，第一系统输出和第二系统输出由控制单元处理。控制单元可以是内部或外部的，并且特别地与位置传感器系统在同一芯片或不同芯片上。
在本发明的变型中，第一系统输出由控制单元的第一模数转换器转换，而第二系统输出由第二模数转换器转换。因此，第一系统输出和第二系统输出的信号分别由控制单元的第一模数转换器和第二模数转换器并行处理。这提供了最快的可能的信号处理，但是由于两个模数转换器，可能会增加一些非线性差异。
可替代地，控制单元在第一系统输出和第二系统输出之间进行多路复用，并通过共用模数转换器来转换多路复用的信号。该变型受到模数转换器的处理速度的限制。由于多路复用器和控制多路复用器的控制单元通常在同一芯片上，因此这不会过度限制处理速度。由于在该变型中仅使用一个模数转换器，所以避免了由于两个模数转换器而引起的可能的非线性差异。
有利地，由数字信号处理单元来处理第一模数转换器和第二模数转换器的信号或共用模数转换器的信号。由于当前的处理速度和可用的多核处理器，数字信号处理单元通常不限制处理速度。
根据本发明的变型，该方法包括针对静态位置传感器在时间上和/或在传感器的位置上确定第一系统输出和/或第二系统输出中的波动的步骤。
在本发明的优选变型中，该方法包括确定第一系统输出和第二系统输出中的波动的大小的步骤。这有助于测量和区分任何偏移误差、增益失配误差和相位误差。
根据本发明的一个特别优选的变型，该方法包括步骤：计算第一系统输出和第二系统输出的二阶导数，并且检测计算出的二阶导数中的峰值，该峰值代表在相应的第一信号处理单元中和第二信号处理单元中的误差。通过确定代表它们的相应加速度的第一系统输出和第二系统输出的二阶导数，可以获得改善的结果。由于交换步骤中的变化率，即在第一操作条件和第二操作条件之间的切换的变化率，相比于待测量物品的典型旋转移动快得多，因此可以容易地区分这些情况。同样，可以容易地将交换步骤与模拟信号处理中通常出现的噪声区分开。
根据本发明的变型，该方法包括确定第一系统输出和第二系统输出的平均值的步骤。通过确定系统输出信号的平均值，可以补偿两个信号处理单元之间的任何增益失配误差。此外，通过确定平均值，可以在整个信号周期内将任何相位误差减小到恒定水平，并且可以减小任何偏移误差。
优选地，有规律地、优选地以相等的间隔执行在第一操作条件和第二操作条件之间交替的步骤。
附图说明
在下文中，将关于附图中所示的实施例进一步解释本发明。附图示出：
图1a是在第一操作条件下的根据本发明第一实施例的位置传感器系统的框图，
图1b是在第二操作条件下的图1a的位置传感器系统的框图，
图2a在第一操作条件下的根据本发明第二实施例的位置传感器系统的框图，
图2b在第二操作条件下的图2a的位置传感器系统的框图，
图3在第一操作条件下的根据本发明第三实施例的位置传感器系统的框图，
图4是示出信号路径中无误差的交换的位置传感器系统的输出信号的图，
图5a是示出具有偏移误差的交换的位置传感器系统的输出信号的图，
图5b是示出在时间上具有图5a的偏移误差的静态位置传感器的输出的图，
图5c是示出图5a的信号在位置上的偏移误差和偏移误差在位置上的大小的图，
图5d是示出图5a的信号在位置上的总误差和总平均误差的图，
图6a是示出具有振幅误差的交换的位置传感器系统的输出信号的图，
图6b是示出在时间上具有图6a的振幅误差的静态位置传感器的输出的图，
图6c是示出图6a的信号在位置上的振幅误差和振幅误差在位置上的大小的图，
图6d是示出图6a的信号在位置上的总误差和位置上的总平均误差的图，
图7a是示出具有相位误差的交换的位置传感器系统的输出信号的图，
图7b是示出在时间上具有图7a的相位误差的静态位置传感器的输出的图，
图7c是示出图7a的信号在位置上的相位误差和相位误差在位置上的大小的图，
图7d是示出图7a的信号在位置上的总误差和在位置上的总平均误差的图，
图8a是示出用于在位置上具有偏移误差的位置传感器系统的输出信号的二阶导数的图，
图8b是示出图8a的信号在时间上的大小的图，
图9a是示出用于具有在位置上具有振幅误差的位置传感器系统的输出信号的二阶导数的图，
图9b是示出图9a的信号在时间上的大小的图，
图10a是示出用于在位置上具有相位误差的位置传感器系统的输出信号的二阶导数的图，
图10b是示出图10a的信号在时间上的大小的图，以及
图11是根据现有技术的位置传感器系统的框图。
具体实施方式
图1a示出了位置传感器系统1的第一实施例的框图，位置传感器系统1特别地用于在第一操作条件下检测旋转移动。位置传感器系统1包括位置传感器2，位置传感器2特别地用于检测旋转移动，并且具有第一传感器输出3和第二传感器输出4。位置传感器系统1还包括用于对第一传感器输出3或第二传感器输出4的信号进行处理、特别是进行放大和滤波的第一信号处理单元5，以及对第二传感器输出4或第一传感器3的信号进行处理、特别是进行放大和滤波的第二信号处理单元6。
第一传感器输出3和第二传感器输出4每次由第一信号处理处理单元5或第二信号处理单元6处理一次。因此，如果第一传感器输出3由第一信号处理单元5处理，并且第二传感器输出4由第二信号处理单元6处理，并且如果第一传感器输出由第二信号处理单元6处理，则第二传感器输出4由第一信号处理单元5处理。
位置传感器系统1还包括：提供第一信号处理单元5或第二信号处理单元6的输出的第一系统输出7，和提供第二信号处理单元6或第一信号处理单元5的输出的第二系统输出8。同样，在给定时间，第一信号处理单元5的输出由第一系统输出7或第二系统输出8提供，并且第二信号处理单元6的输出在那时由第二系统输出8或第一系统输出7中的另一个提供。因此，如果第一信号处理单元5的输出由第一系统输出7提供，则第二信号处理单元6的输出由第二系统输出8提供，并且如果第一信号处理单元5的输出由第二系统输出8提供，则第二信号处理单元6的输出由第一系统输出7提供。
根据本发明，位置传感器系统1还包括交换单元9，交换单元9用于将第一信号处理单元5从第一传感器输出3和第一系统输出7交换到第二传感器输出4和第二系统输出8，并且用于将第二信号处理单元6从第二传感器输出4和第二系统输出8同时交换到第一传感器输出3和第一系统输出7，反之亦然。在图1a中，交换单元9由两个虚线圈标识，一个在位置传感器2与信号处理单元5、6之间，另一个在信号处理单元5、6与系统输出7、8之间，即在交换发生的两个位置处。
在图1a的第一操作条件下，第一传感器输出3被连接到第一信号处理单元5，而第一信号处理单元5的输出被连接到第一系统输出7。因此，第二传感器输出4被连接到第二信号处理单元6，而第二信号处理单元6的输出被连接到第二系统输出8。
第一信号处理单元5和第二信号处理单元6均包括放大器11和滤波器12。放大器12例如是运算放大器(op-amp)，滤波器12例如是电阻-电容电路(RC电路)。如在图1a中由对应箭头所指示的，第一信号处理单元5和/或第二信号处理单元6可以增加一些偏移误差、增益误差和/或相位误差。
图1a的位置传感器系统1还包括控制单元10。控制单元10可以与位置传感器系统1集成在一起，即在同一芯片上，或者可以在位置传感器系统1的外部并且例如通过缆线而被连接到位置传感器系统1。如由位置传感器系统1与控制单元10之间的连接点和线所指示的，图1a涉及外部的控制单元10。
图1a中的控制单元10包括用于第一系统输出7的第一模数转换器13和用于第二系统输出8的第二模数转换器14。第一模数转换器13和第二模数转换器14的输出由相同的数字信号处理单元15处理。
控制单元10，特别是数字信号处理单元15，被设计成检测在第一系统输出7和/或第二系统输出8中的波动18，波动18是由交换第一信号处理单元5和第二信号处理单元6引起的。
此外，控制单元10，特别是数字信号处理单元15，被设计成确定用于第一系统输出7和第二系统输出8中的波动18的大小。
为了进一步提高位置传感器系统1的准确性，控制单元10，特别是数字信号处理单元15，可以确定第一系统输出7和第二系统输出8的二阶导数并检测该二阶导数中的峰值。该峰值相应地表示在第一信号处理单元5中和第二信号处理单元6中的误差，尤其是偏移、增益和/或相位误差。
为了减少或补偿第一信号处理单元5和/或第二信号处理单元6中的误差，控制单元10，特别是数字信号处理单元15，可以相应地计算第一系统输出7和第二系统输出8的平均值。
图1b示出了处于第二操作条件下的图1a的位置传感器系统1的框图。在该第二操作条件下，第一传感器输出3被连接到第二信号处理单元6，而第二信号处理单元6被连接到第一系统输出5。此外，第二传感器输出4被连接到第一信号处理单元5，而第一信号处理单元5被连接到第二系统输出8。因此，交换单元9已经将第一信号处理单元5从第一传感器输出3和第一系统输出7交换到第二传感器输出4和第二系统输出8，并且同时将第二信号处理单元6从第二传感器输出4和第二系统输出8交换到第一传感器输出3和第一系统输出7。通过交换信号处理单元5、6，交换单元9改变位置传感器系统1的操作条件。
由于传感器输出3、4在两个操作条件下由不同的信号处理单元5、6处理，并且因为不同的信号处理单元5、6可能具有不同的偏移、增益和/或相位误差，因此系统输出7、8可以包含被控制单元10检测到的波动18。
在图1b中，交换单元9同样由两个虚线圈标识。信号处理单元5、6的交换通过两个虚线圈中的交叉来标识。
在图1a中所示的第一操作条件下，第一传感器输出3由第一信号处理单元5处理并被提供给第一系统输出7，第二传感器输出4由第二信号处理单元6处理并被提供给第二系统输出8。
在图1b中所示的第二操作条件下，第一传感器输出3由第二信号处理单元6处理并被提供给第一系统输出7，第二传感器输出4由第一信号处理单元5处理并被提供给第二系统输出8。
交换单元8引起第一操作条件和第二操作条件之间的交替。
第一信号处理单元5和第二处理单元6对第一传感器输出3和第二输出4进行放大和滤波，从而最终增加偏移误差、增益误差和/或相位误差。
第一系统输出7和第二系统输出8由控制单元10处理。第一系统输出7由控制单元10的第一模数转换器13进行转换，第二系统输出8由控制单元10的第二模拟模数转换器14进行转换。控制单元10的数字信号处理单元15对第一模拟模数转换器10和第二模拟模数转换器14的信号进行处理。
控制单元10检测在第一系统输出7和/或第二系统输出8中的波动18，波动18通过在第一操作条件和第二操作条件之间进行交替引起，即通过在两种操作条件下由不同的信号处理单元5、6对传感器输出信号3、4进行处理而引起。
通过确定第一系统输出7和第二系统输出8中的波动18的大小，控制单元8可以确定误差的种类，即、偏移误差，增益误差和/或相位误差。
通过计算第一系统输出7和第二系统输出8的二阶导数并检测计算出的二阶导数中的峰值，可以增强误差检测的准确性。峰值相应地代表第一信号处理单元5中和第二信号处理单元6中的误差。
通过确定第一系统输出7和第二系统输出8的平均值，可以减少甚至补偿误差。
有利地，交换单元9有规律地、优选地以相等的间隔交换第一信号处理单元5和第二信号处理单元6。
图2a和图2b分别示出了根据本发明第二实施例的在第一操作条件下和第二操作条件下的位置传感器系统1的框图。图2a和图2b中所示的位置传感器系统1的第二实施例与图1a和图1b中所示的位置传感器系统1的第一实施例的不同之处在于，控制单元10仅包括共用模数转换器17，而不是包括第一模数转换器13和第二模数转换器18。为了处理第一系统输出7和第二系统输出8，控制单元10包括用于在第一系统输出7和第二系统输出8之间进行多路复用的多路复用器16。多路复用器16优选由控制单元10控制，并且对应的信息由数字信号处理单元15使用，以使数字信号处理单元15可以将当前从共用模数转换器17接收的数字信号分别分配给第一系统输出7和第二系统输出8。
图3示出了在第一操作条件下的根据本发明的位置传感器系统1的第三实施例。图3的第三实施例与图1a和图1b的第一实施例的不同之处在于，控制单元10是内部控制单元10。因此，第一系统输出7和第二系统输出8在位置传感器系统1的内部。
由于所有其他特征都对应于图1a和图1b的第一实施例，因此在第二操作条件下没有示出第三实施例。此外，内部控制单元15也可以相应地被用于图2a和图2b中的第二实施例。
图4示出了第一传感器输出3和第二传感器输出4在无误差情况下的示例性输出，其中正弦信号20和余弦信号21之间无偏移、有理想的振幅匹配和理想的90°相移，从而没有导致交换波动。图4的水平轴代表机械旋转，在这种情况下为360°，垂直轴代表第一传感器输出3和第二传感器输出4的信号电平。在这种情况下，最大信号电平为1,0。
第一传感器输出3提供正弦信号，该信号在0°处以信号电平0开始。第一传感器输出3的正弦信号被称为正弦信号20。第二传感器输出4也提供正弦信号，其相应地相移了四分之一相位90°。因此，第二传感器输出4的信号电平在0°处为1,0。第二传感器输出的正弦信号被称为余弦信号21。
第一传感器输出被定义为：
[x为度数]，或
A*sin(X)[x为弧度]
第二传感器输出被定义为：
或[x为度数]，或
在图4中，信号电平A的相应的峰值振幅为1,0。
图5a示出了误差情况，其中第二信号处理单元6相对于最大信号振幅1,0具有10％的偏移误差。图5a分别示出了第一系统输出7和第二系统输出8相应的正弦信号22和余弦信号23，其在全相位(0°至360°)上具有偏移误差。
图5b示出了在时域中位于图5a的120°处的静态传感器的输出。水平时间轴是一个相对数，代表40个交换循环(20个交换周期)。两种操作条件(交换和未交换)的信号之间的偏差作为矩形信号可见，在两个信号电平之间翻转。该矩形信号被称为波动18。被交换的正弦信号22的波动由数字28指示，而被交换的余弦信号23的波动由数字29指示。此外，图5b示出了被交换的正弦信号22的波动28和被交换的余弦信号23的波动29的平均值。
图5c示出了图5a的正弦信号22和余弦信号23的偏移误差，以及在全相位(0°至360°)上的两个信号的大小偏移误差的指示是，在任何位置处，正弦信号22和余弦信号23的误差都是恒定且相等的。
图5d示出在第一系统输出7和第二系统输出8处通过未交换信号31和交换信号30计算出的总误差以及平均总误差。通过对未交换信号31和交换信号30的误差求平均，可以减小总偏移误差。
图6a示出如下误差情况，其中第二信号处理单元相对于最大信号振幅1,0具有10％的增益误差。图6a相应地示出在全相位(0°至360°)上具有增益误差的第一系统输出7和第二系统输出8的正弦信号24和余弦信号25。
图6b示出了在时域中的位于图6a的120°处的静态传感器的输出。水平时间轴是相对数，代表40个交换循环(20个交换周期)。两种操作条件(交换和未交换)的信号之间的偏差作为矩形信号可见，在两个信号电平之间翻转。该矩形信号被称为波动18。被交换的正弦信号24的波动由数字28指示，而被交换的余弦信号25的波动由数字29指示。此外，图6b示出被交换的正弦信号24的波动28和被交换的余弦信号25的波动29的平均值。
从图6a和图6b可以看出，最大波动18出现在信号峰值处，而最小波动18出现在每个信号28、29的零交叉处。
图6c示出了图6a的正弦信号24和余弦信号25的增益误差，以及在全相位(0°至360°)上的两个信号的大小
图6d示出了根据第一系统输出7和第二系统输出8处的未交换信号31和交换信号30计算出的总误差以及平均总误差。通过对未交换信号31和交换信号30的误差求平均，可以消除总振幅误差。
图7a示出了如下误差情况，其中第二信号处理单元与第一信号处理单元相比具有6°的相移误差。图7a相应地示出了在全相位(0°至360°)上具有相移误差的第一系统输出7和第二系统输出8的正弦信号26和余弦信号27。
图7b示出了在时域中的位于图7a的120°处的静态传感器的输出。水平时间轴是相对数，代表40个交换循环(20个交换周期)。两种操作条件(交换和未交换)的信号之间的偏差作为矩形信号可见，在两个信号电平之间翻转。该矩形信号称为波动18。被交换的正弦信号26的波动由数字28指示，而被交换的余弦信号27的波动由数字29指示。此外，图7b示出了被交换的正弦信号26的波动28和被交换的余弦信号27的波动29的平均值。
从图7a和图7b可以看出，最大波动出现在零交叉处，最小波动出现在每个信号26、27的信号峰值处。
图7c示出了图7a的正弦信号26和余弦信号27的相移误差以及在全相位(0°至360°)上两个信号的大小
图7d示出了根据在第一系统输出7和第二系统输出8处的未交换信号31和交换信号30计算出的总误差以及平均总误差。通过对未交换信号31和交换信号30的误差求平均，可以将总相移误差减小到全相位上的恒定水平。
图8a示出了参考偏移误差的图5a的正弦信号22和余弦信号23的二阶导数。图8b示出了图8a的二阶导数的大小由于正弦信号22的二阶导数和余弦信号23的二阶导数的重叠，图8a被分成两个曲线图。
两个曲线图上的纵轴是代表信号的二阶导数的相对数。它取决于在正弦信号22和余弦信号24上的信号波动18的测量之间的时间间隔，代表了分析正弦信号22和余弦信号23的模数转换器13、14、17的采样率。误差越大，这些信号电平将越大。图8a的水平轴以电角度表示位置传感器2的位置，并且图8b的水平轴是表示20个交换周期(10个交换周期)的相对数。
第一信号处理单元5和/或第二信号处理单元6中的偏移误差由在位置上恒定的二阶导数脉冲来指示。二阶导数大小在位置上也是恒定的。
图9a示出了参考增益误差的图6a的正弦信号24和余弦信号25的二阶导数。图9b示出了图9a的二阶导数的大小
图9a和图9b的图另外尤其是关于轴线对应于图8a和图8b。
第一信号处理单元5和/或第二信号处理单元6中的增益误差由位置上的非恒定二阶导数峰值脉冲图案来指示。二阶导数大小在位置和时间上是恒定的。
图10a示出了参考相移误差的图7a的正弦信号26和余弦信号27的二阶导数。图10b示出了图10a的二阶导数的大小由于正弦信号22的二阶导数和余弦信号23的二阶导数的部分重叠，图10a被分成两个曲线图。
图10a和图10b的图另外尤其是关于轴线对应于图8a和图8b。
第一信号处理单元5和/或第二信号处理单元6中的相移误差由位置上非恒定的二阶导数峰值脉冲图案来指示。二阶导数大小在位置和时间上是恒定的。
图11示出了根据现有技术的位置传感器系统1的框图。位置传感器系统1包括具有第一传感器输出3和第二传感器输出4的位置传感器2。位置传感器系统1还包括信号处理单元32，用于处理第一传感器输出3和第二传感器输出4的信号，特别是对其进行放大和滤波。
信号处理单元32包括用以在第一传感器输出3和第二传感器输出4之间进行多路复用的多路复用器34。信号处理单元32还包括放大器11和滤波器12。
位置传感器系统1包括系统输出33，该系统输出33提供信号处理单元32的输出。
图11的位置传感器系统1还包括控制单元10。控制单元10可以与位置传感器系统1集成在一起，即在同一芯片上，或者可以在位置传感器系统1的外部并且例如通过缆线连接到位置传感器系统1。如由位置传感器系统1与控制单元10之间的连接点和线所指示的，图11涉及外部控制单元10。
图11中的控制单元10包括用于系统输出33的模数转换器17。模数转换器17的输出由数字信号处理单元15处理。
控制单元10，尤其是数字信号处理单元15，必须知道信号处理单元32当前正在处理哪个传感器输出3、4。因此，控制单元10，尤其是数字信号处理单元15，经由控制线35来控制信号处理单元32的多路复用器34。这需要在位置传感器系统1和外部控制单元10之间的额外布线。该变型的另一个缺点在于，在旋转位置传感器系统1中，由于两个信号的顺序处理，两个位置传感器信号不会在同一位置上测量，因为待测量物品将在两个位置传感器信号的测量之间会移动一定量，这对于高速系统尤其不利，因为此误差会随着旋转速度增加。
参考标记
1 位置传感器系统
2 位置传感器
3 第一传感器输出
4 第二传感器输出
5 第一信号处理单元
6 第二信号处理单元
7 第一系统输出
8 第二系统输出
9 交换单元
10 控制单元
11 放大器
12 滤波器
13 第一模数转换器
14 第二模数转换器
15 数字信号处理单元
16 多路复用器
17 共用模数转换器
18 正弦信号上的波动
19 正弦信号和余弦信号二阶导数的信号峰值
20 无误差的被交换的正弦信号(第一传感器输出)
21 无误差的被交换的余弦信号(第二传感器输出)
22 被交换的正弦信号(有偏移误差)
23 被交换的余弦信号(有偏移误差)
24 被交换的正弦信号(有增益误差)
25 被交换的余弦信号(有增益误差)
26 被交换的正弦信号(有相移误差)
27 被交换的余弦信号(有相移误差)
28 波动交换正弦信号
29 波动交换余弦信号
30 误差交换信号
31 误差未交换信号
32 信号处理单元
33 系统输出
34 多路复用器信号处理单元
35 用于信号处理单元的多路复用器的控制线
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