具体实施方式

在下文中，阐述细节以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其它实例中，以框图的形式或以示意图的形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使实施例晦涩难懂。另外，除非另外特别指出，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。

此外，在下文的描述中利用等同的或相似的附图标记表示等同的或相似的元件或具有等同的或相似的功能的元件。由于在附图中的相同或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略针对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，为具有相同的或相似的附图标记的元件提供的描述可以相互交换。

就这一点而言，方向性术语(诸如，“顶部”、“底部”、“在……下方”、“在……上方”、“前面”、“后面”、“领先”、“后续”等)可以参考所描述的附图的取向使用。因为实施例的部分可以以许多不同的取向定位，所以方向性术语被用于说明的目的而绝不是限制性的目的。应当理解，在不脱离权利要求限定的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下文的详细描述不应被认为是限制性的。

将理解的是，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以被直接地连接或耦合到另一个元件或者存在中间元件。相反，当元件被称为被“直接地连接”或“直接地耦合”到另一个元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在本文描述的或者附图中示出的实施例中，任何直接的电连接或耦合，即没有附加的中间元件的任何连接或耦合，也可以通过间接的连接或耦合(即，具有一个或多个附加的中间元件的连接或耦合)来实现，反之亦然，例如，只要本质上保持连接或耦合的通用目的以传输某种信号或传输某种信息。来自不同实施例的特征可以被组合以形成进一步的实施例。例如，除非相反地指出，否则关于实施例中的一个实施例描述的变化或修改也可以适用于其它实施例。

本文可以使用术语“基本上”来说明在工业中被认为是可接受的小的制造公差(例如，在5％以内)，而不背离本文描述的实施例的方面。

传感器可以是指将要测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。例如，物理量可以是单分流电阻器系统中的分流电阻器处的电流或电压。

信号处理电路和/或信号调节电路可以从一个或多个部件接收一个或多个信号，并且在其上执行信号调节或处理。如本文使用的，信号调节是指以使信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求的方式来操纵信号。信号调节可以包括(例如，经由模数转换器)从模拟到数字的转换、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使信号适合于在调节之后进行处理所需的任何其它过程。

因此，信号处理电路可以包括模数转换器(ADC)，该模数转换器将来自一个或多个传感器元件的模拟信号转换为数字信号。信号处理电路还可以包括数字信号处理器(DSP)，该数字信号处理器对数字信号执行一些处理。

图1A是根据一个或多个实施例的使用脉宽调制器的系统100的示意性框图。该系统包括：数据源10、脉宽调制器(PWM)12、RC电路14以及模拟输出Aout。数据源10可以是被配置为响应于测量物理量(诸如，温度、压力、磁场、电压、电流等)而生成传感器信号(即，数据信号)的传感器。脉宽调制器12包括接收传感器信号的输入Din。脉宽调制器12在预定的间隔处对在输入Din处接收的传感器信号进行采样，并且基于接收的数据生成PWM信号。特别地，如将在下面进一步详细描述的，PWM信号的每个PWM周期对应于两个或多个数据样本。

RC电路14是将PWM信号转换为模拟信号的低通滤波器(LPF)。这样，模拟信号经由模拟输出Aout而从RC电路14输出。模拟信号是表示多个PWM时段或周期的平均值的平均信号。

脉宽调制器12可以被用于将数据从传感器传输到电子控制单元(ECU)的微控制器(未示出)。在这种情况下，它也可以被用来代替对电磁干扰(EMI)极为敏感的模拟信号，因此需要庞大且昂贵的线性输出驱动器。使用脉宽调制器12以二进制编码方式传输PWM信号，并且可以使用在接收侧上的RC电路14将PWM信号转换为模拟信号。脉宽调制器12将PWM信号的开关驱动到电源或接地，因此与用于模拟信号的线性输出级相比，仅需要最小的芯片面积。因此，系统100可以是通信接口的输出级。

图1B是根据一个或多个实施例的使用脉宽调制器的系统200的示意性框图。系统200可以包括逆变器控制单元20、功率逆变器21和电动机22。逆变器控制单元20用作电动机控制单元，用于控制电动机22。功率逆变器21可以包括晶体管桥，例如，晶体管桥被配置为通过提供三相电压以驱动电动机22来提供三相功率。逆变器控制单元20包括：电动机控制电路24(诸如，实现电动机控制算法的微控制器)；以及脉宽调制器26，脉宽调制器26将PWM控制信号传输到栅极驱动器，栅极驱动器控制晶体管桥的开关阵列。

在这种情况下，电动机控制电路24是数据源，该数据源根据电动机控制算法生成数据信号，并且在脉宽调制器26的输入Din处接收该数据信号。脉宽调制器26在预定的间隔处对在输入Din处接收的数据信号进行采样，并且基于接收的数据生成PWM控制信号。特别地，如将在下面进一步详细描述的，PWM控制信号的每个PWM时段对应于两个或多个数据样本。因此，系统200可以是在功率应用中使用的输出级。

注意，由于平滑是由电动机22的机械惯性完成的，因此不需要使开关电流信号平滑的低通滤波器。

根据实施例，在每个PWM时段即将结束之前引入第二采样时间，并且允许修改PWM时段的时间以表示在该第二采样时间处的测量的信号的实际值。换句话说，尽管针对每个PWM时段或传输周期需要获取两个或多个数据样本，但是由于每个PWM时段的时长或长度根据最新的数据样本是可变的(即，更新的)，因此PWM时段的数据内容表示那些样本中的最新的数据样本。

根据该方法，在PWM时段的开始处由脉宽调制器12、26获取或捕获第一数据样本，以设置PWM脉冲的初始高时间和初始低时间。附加地，在PWM时段期间(即，在相同的PWM时段结束之前)获取第二数据样本，以修改PWM脉冲的高时间或低时间中较晚到来的一个时间。因此，基于新的第二数据样本来更新PWM信号的第二阶段的长度，在由第一数据样本建立的初始PWM信号的时长即将结束之前获取新的第二数据样本。这具有修改整体PWM数据内容和PWM脉冲的PWM时段的时间的作用。

图2是根据一个或多个实施例的PWM信号的PWM传输周期的信号图。PWM传输周期或PWM时段包括两个部分：第一阶段，紧接是第二阶段。第一阶段是由高时间或低时间定义的，在高时间或低时间期间PWM分别是逻辑高值或逻辑低值。第二阶段是由低时间或高时间定义的，第二阶段的值与第一阶段的值互补。对于图2，定义以下变量：

D1：初始数据样本；

Ts1：初始数据样本D1的采样时间；

Tp1：初始PWM时间段；

Th1：基于D1和Tp1的初始高时间；

Tl1：基于D1和Tp1的初始低时间；

D2：第二数据样本；

Ts2：第二数据样本D2的采样时间；

Tl2：基于D2的更新的低时间；以及

Tp2：基于Th1和Tl2的更新的PWM时间段。

还应注意，针对以下示例的信号范围被归一化为[-1,1]。然而，将意识到，可以使用不同的归一化范围，或者可以根本不使用归一化。在该归一化方案下，初始PWM时间段等于1(即，Tp1＝1)。将进一步意识到，也可能最初以低时间开始，然后过渡到高时间，并且实施例不限于以高时间或低时间开始。

还应注意，诸如在图1A中示出的数据传输系统中的PWM信号不能允许高时段和低时段扩展到整个PWM周期长度，因为这将导致接收器无法检测到用于在数据值之间区分的边沿。因此，在这种情况下，在较小的限制之间(诸如，整个PWM时段的5％至95％之间)生成高时段和低时段，以在PWM周期之间提供可检测的边沿。因此，可以将用于初始高时间或初始低时间的允许的值限制为设置值的范围，该值的范围小于PWM周期的值的整个范围的。例如，PWM周期的整个归一化范围可以在-1至1之间(包括端点)，并且用于初始高时间或初始低时间的允许的值的范围可以在-0.9至0.9之间(包括端点)。因此，可以在PWM周期开始点之前或在PWM周期开始点之后但是在第一阶段开始点之前采样初始数据样本D1。对于电动机控制(例如，永磁同步电机(PMSM))不是这种情况，在此第一阶段和第二阶段可以扩展到整个PWM周期长度的0或100％。

因此，在对应的PWM传输周期的第一阶段之前的第一采样时间Ts1处，由脉宽调制器12、26采样数据值D1，并且脉宽调制器12、26相对于基于数据值D1的初始时段的时间Tp1计算初始高时间Th1。例如，脉宽调制器12、26可以使用等式1关于基于数据值D1的初始时段的时间Tp1计算初始高时间Th1：

自然地可以得出，还可以根据等式2确定关于初始时段的时间Tp1的初始低时间Tl1：

Tl1＝Tp1–Th1 等式2

作为初始计算的结果，PWM信号在对应的PWM传输周期的开始处转变为高，并且在计算的时间Th1内保持高。在高时间Th1结束之后，PWM信号返回低。

在初始低时间Tl1期间的定义的时间处以及正在进行的当前PWM传输周期的初始时段的时间Tp1结束之前的时间处，由脉宽调制器12、26在采样时间Ts2处获取数据信号的第二数据样本D2。脉宽调制器12、26使用第二数据样本的值以调整初始低时间Tl1，并且因此调整当前PWM传输周期在其传输期间的初始时段的时间Tp1。换句话说，脉宽调制器12、26基于第二数据样本D2的值将初始低时间Tl1更新为更新的低时间Tl2，并且将初始PWM时间段Tp1更新为更新的PWM时间段Tp2。结果，第二数据样本D2由先前发送的高时间Th1与新的适应时段的时间Tp2的比率表示，该新的适应周期时间Tp2是经过的高时间Th1与调整的低时间Tl2的总和。例如，可以使用等式3和等式4计算更新的低时间Tl2和更新的PWM时间段Tp2：

Tp2＝Th1+TI2 等式4

结果，单个PWM传输周期被用于传输两个数据样本D1和D2中的最新的数据样本，其中在PWM传输周期之前采样数据样本D1，并且在PWM传输周期期间采样数据样本D2。一旦基于数据样本D2更新了PWM信号，第一数据样本D1将被覆盖。因此，由PWM传输周期传达的最终值表示数据样本D2。

下面提供的示例1提供了当脉宽调制器12、26基于初始样本D1将该该PWM传输方法应用于PWM传输的开始的初始计算时的一种可能的结果。

D1＝0.9 Tp1＝1 初始时段的时间，

Th1＝0.95初始高时间，

Tl1＝Tp1-Th1 Tl1＝0.05 初始低时间。

在PWM传输结束之前，利用新的样本D2更新计算：D2＝0.8。由于已经传输了高状态，因此低时间被更新为Tl2：

Tl2＝0.106 更新的低时间，

Tp2＝Th1+Tl2 Tp2＝1.056 更新的时段的时间。

这是一个很好的结果，因为时段的时间只能增加5.6％，这在PWM时段即将结束之前获取第二采样时间是可行的。然而，所施加的方法的可能的缺点是，对于非常短的高时间，必须大量改变时段的时间，这极大地影响了采样率。因此，可以根据以下方法进一步调整PWM传输方法。

图3是根据一个或多个实施例的PWM传输周期的两个可能的PWM信号的信号图。特别地，图3包括关于归一化的数据范围从-1到+1的顶视图和底视图，顶视图示出了初始数据样本D1的数据值为正值的情况，底视图示出了初始数据样本D1的数据值为负值的情况。

在合适的PWM传输方法中，首先利用较长的状态传输PWM信号。这意味着对于D1的正数据值(高状态较长)，高状态首先在PWM传输周期中被传输，紧接是低状态。备选地，对于需要较长的低状态的D1的负数据值，PWM传输周期从低状态开始，紧接是高状态。

因此，脉宽调制器12、26在初始采样时间Ts1处对第一数据样本D1进行采样，并且将第一数据样本D1的数据值与零或一些其它预定的阈值进行比较。在第一数据样本D1的数据值大于预定的阈值的第一条件下，脉宽调制器12、26选择用于PWM传输周期的第一阶段的高状态。在第一数据样本D1的数据值小于预定的阈值的第二条件下，脉宽调制器12、26选择用于PWM传输周期的第一阶段的低状态。

当满足第一条件时，脉宽调制器12、26在Ts2处的PWM传输周期的第二阶段期间(即，在低状态期间)对第二数据样本D2进行采样，并且根据第二数据样本D2的数据值调整低状态的时长。在这种情况下，可以如上所述应用等式1-4。

当满足第二条件时，脉宽调制器12、26在Ts2处的PWM传输周期的第二阶段期间(即，在高状态期间)对第二数据样本D2进行采样，并且根据第二数据样本D2的数据值调整高状态的时长。在这种情况下，等式1和等式2可以被应用于计算Th1和Tl1的初始值。然而，可以使用附加的等式5和等式6来计算Th2和Tp2的更新的值：

Tp2＝Th2+Tl1 等式6

结果，单个PWM传输周期被用于传输第二数据样本D2，其中数据样本D1被用于设置PWM传输周期的PWM信号的初始值，并且数据样本D2在PWM传输周期期间被采样并且被用于设置PWM信号的最终值。可以在接近对应于D2的下一个PWM周期的开始的前一个PWM周期期间获取数据样本D1。备选地，可以在连续的或相邻的PWM周期之间(即，前一个PWM周期与下一个PWM周期之间)获取数据样本D1。备选地，可以在其对应的PWM传输周期期间但是在PWM传输周期的第一阶段之前获取数据样本D1。在后一种情况下，在对应的PWM传输周期的开始与第一阶段之间(即，在第一过渡边沿之前)可能存在一些缓冲时段。

下面提供的示例2提供了当脉宽调制器12、26基于初始样本D1将该适当的PWM传输方法应用于PWM传输的开始的初始计算时的一种可能的结果。

D1＝-0.9 Tp1＝1 初始时段的时间

Th1＝0.05 初始高时间

Tl1＝Tp1-Th1 Tl1＝0.95 初始低时间

因为D1的数据值小于预定的阈值，所以PWM传输根据Tl1以低状态开始。然后，脉宽调制器12、26在PWM传输结束之前利用新的数据样本D2更新计算：D2＝-0.8。由于已经传输了低状态，高状态时间被更新为Th2

Th2＝0.106 更新的低时间

Tp2＝Th2+Tl1 Tp2＝1.056 更新的时段的时间

由于高阶段和低阶段的顺序改变，所以高阶段仅需要很小的扩展，并且最终时段的时间Tp2相对于初始时段的时间Tp1增加了5.6％。

此外，脉宽调制器12、26可以被配置为在采样时间T3处获取第三数据样本D3，以便调整PWM传输周期的第一阶段的时长。例如，图4是根据一个或多个实施例的PWM传输周期的两个可能的PWM信号的信号图。特别地，图4包括顶视图和底视图，顶视图示出了初始数据样本D1的数据值为正值的情况，底视图示出了初始数据样本D1的数据值为负值的情况。脉宽调制器12、26以与上述类似的方式使用数据样本D1和D2，但是也使用第三数据样本D3以调整PWM传输周期的第一阶段的时长。

当根据第三数据样本D3修改第一阶段时长时，将使用等式1和等式2由Tl3、Th3覆盖时长的完整集合Tl1、Th1，其中Tl1替换为Tl3并且Th1替换为Th3。Tl3和Th3的总和Tp3将保持等于初始时间段Tp1。无需执行第二阶段时长的计算，因为以后无论如何都会将其覆盖。由于Tp1和Tp3的相等，用于最后样本D2的采样时间Ts2可以保持相同并且无需改变。由于时间段Tp1和Tp3相等，所以基于D3的第一阶段时长的改变导致第二阶段时长的相等但相反的变化。然后，基于Ts2处的数据样本D2的下一个修改将根据仅将Tx1(即，Tl1和Th1)替换为Tx3(即，Tl3和Th3)的先前的等式而再次改变第二时长。第二调整必须改变时段长度Tp2，因为第一时段已经被发送并且不能补偿时段的总长度。

因此，可以基于D1初始地设置PWM传输周期的总周期长度，然后基于D2进行调整。首先基于D1设置第一阶段，然后基于D3进行更新。基于D1初始地设置第二阶段，然后由于对第一阶段的调整首先基于D3进行调整，然后其次基于D2进行调整。仅基于D2调整总时段长度。

操作顺序可以包括：在Ts1处采样D1；基于样本D1与零或一些其它预定的阈值的比较来确定是以高状态还是低状态开始PWM传输周期的第一阶段；基于D1计算第一阶段和第二阶段的初始时段长度；根据确定的开始状态和确定的初始第一阶段和第二阶段时长开始PWM传输周期；在PWM传输周期的第一阶段期间的Ts3处采样D3；经由调整基于D3更新第一阶段的初始时长；在PWM传输周期的第二阶段期间的Ts2处采样D2；经由调整基于D2更新第二阶段的初始时长。

备选地，脉宽调制器12、26可以使用数据样本D1和D3的值来计算估计的数据样本D2est，估计的数据样本D2est表示在Ts2处获取的数据样本D2的预测值。脉宽调制器12、26可以使用估计的数据样本D2est的值而不是仅基于数据样本D3来调整当前PWM周期的第一阶段的初始时长。对于过采样的信号，如果必须通过对PWM序列进行低通滤波来重建模拟信号，则必须是这种情况，这将明显地减少第二PWM信号状态的时长所需的更新。

脉宽调制器12、26可以使用使用等式7和等式8的线性预测器模型来计算估计的数据样本D2est。在采样时间Ts1、Ts3和Ts2不等距的情况下，可以使用等式7。在采样时间Ts1、Ts3和Ts2等距的情况下，可以使用等式8。

D2est＝2*D3–D1 等式8

由脉宽调制器12、26在采样时间Ts2处获取的数据样本D2，然后覆盖估计的数据样本D2est，并且脉宽调制器12、26使用数据样本D2来调整当前PWM周期的第二阶段的初始时长。

因此，可以基于D1初始地设置PWM传输周期的总时段长度，然后基于D2进行调整。当保持Tp1不变时，估计的数据样本D2est被用于覆盖Th1和Tl1的初始值——非常类似于上述针对D3的过程。因此，基于D1初始地设置第一阶段，然后基于D2est进行更新。第二阶段最初基于D1设置，然后由于对第一阶段进行的调整而首先基于D2est进行调整，然后接下来基于D2est进行调整。仅基于D2调整总时段长度。

操作顺序可以包括：在Ts1处采样D1；基于样本D1与零或一些其它预定的阈值的比较来确定是以高状态还是低状态开始PWM传输周期的第一阶段；基于D1计算第一阶段和第二阶段的初始时段长度；根据所确定的开始状态和确定的初始第一阶段和第二阶段时长开始PWM传输周期；在PWM传输周期的第一阶段期间的Ts3处采样D3；基于样本D1和D3计算估计的数据样本D2est；经由调整基于D2est更新第一阶段的初始时长；在PWM传输周期的第二阶段期间的Ts2处采样D2；经由调整基于D2更新第二阶段的初始时长。

仅基于D3或基于D2est更新第一阶段的初始时长将有助于保持对第二阶段的后续调整，第二阶段的后续调整最终将基于D2的测量值而尽可能小，从而减少传输延迟。第二阶段时长的最大变化越小，第二采样就越接近PWM周期的结束，因此延迟被最小化。

所公开的实施例的另外的优点是PWM周期的时段长度不是恒定的，并且因此通过频谱扩展来减小1/Tp1处的频谱分布峰值，其中Tp是初始PWM时段时间。

如分别地参照图1A和图1B描述的，尽管不限于此，但是所公开的实施例可以在包括具有用于模拟信号的仿真的PWM接口的线性传感器的系统中、以及在用于永磁同步电机(PMSM)的电动机桥驱动器中使用。

尽管已经描述了各种实施例，但是对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在本公开的范围内，更多的实施例和实现是可能的。因此，除了根据所附权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。关于由上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这种部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能(即，功能上等效)的任何组件或结构，即使在结构上不等同于执行本文示出的本发明的示例性实现中的功能的公开的结构。

此外，所附权利要求据此被结合到详细描述中，其中每个权利要求可以作为其本身独立的示例实施例而独立。尽管每个权利要求可以单独作为其本身的独立的示例实施例而独立，但是要注意的是，尽管从属权利要求可以在权利要求中指的是具有一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它示例实施例也可以包括从属权利要求与彼此的从属或独立权利要求的主题的组合。除非指出不旨在特定的组合，否则本文提出了这种组合。此外，意图是将权利要求的特征也包括到任何其它独立权利要求中，即使该权利要求没有直接地依赖于独立权利要求。

进一步要注意，说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作中的每个动作的装置的设备来实现。

此外，应理解，说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开可能不被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开将不会将它们限制为特定顺序，除非由于技术原因这些动作或功能不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以被分解成多个子动作。除非明确排除，否则这种子动作可以被包括在该单个动作的公开内并且可以是该单个动作的公开的一部分。

取决于某些实现要求，本文提供的实施例可以以硬件或软件被实现。可以使用具有电子可读控制信号存储在其上的数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)执行该实现，该控制信号与可编程计算机系统配合(或能够配合)，从而执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

可以由一个或多个处理器(诸如，一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效的集成逻辑电路或分立逻辑电路)执行指令。因此，如本文使用的，术语“处理器”是指前述结构中的任何结构或适用于本文描述的技术的实现的任何其它结构。另外，在一些方面中，可以在专用硬件和/或软件模块内提供本文描述的功能。同样，该技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中被完全地实现。

因此，可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实现在本公开中描述的技术。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内被实现，一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC或任何其它等效的集成逻辑电路或分立逻辑电路，以及这种部件的任何组合。

包括硬件的控制单元还可以执行在本公开中描述的技术中的一个或多个技术。可以在相同的设备内或单独的设备内实现这种硬件、软件和固件，以支持在本公开中描述的各种技术。可以将软件存储在非暂时性计算机可读介质上，使得非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，当执行该程序代码或程序算法时，使得计算机程序执行方法的步骤。

尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本文公开的概念的一些优点，而不背离本发明的精神和范围。对于本领域技术人员显而易见的是，可以将具有相同功能的其它部件适当地替换。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。应该提到的是，即使在没有明确提及的特征中，参考特定附图解释的特征可以与其它附图的特征相结合。对总的发明构思的这种修改旨在由所述权利要求及其合法等同物所覆盖。