使用数字辅助1/X模拟增益补偿的传感器制造技术

提供了磁场传感器和感测方法。磁传感器包括至少一个磁场传感器元件、反相放大器、可编程分流器和数字控制器，至少一个磁场传感器元件被配置为响应于磁场而产生模拟输入传感器信号，反相放大器被配置为产生相对于模拟输入传感器信号具有增益值的模拟输出传感器信号，可编程分流器被设置在反相放大器的负反馈路径中，使得增益值取决于可编程分流器的有效反馈电阻器值，数字控制器被配置为接收至少一个测量参数，基于至少一个测量参数来生成码字，以及将码字传输到可编程分流器以用于补偿增益值。有效反馈电阻器值是基于由可编程分流器所接收的码字来调整的。

Sensors Using Digital Aided 1/X Analog Gain Compensation

The magnetic field sensor and sensing method are provided. The magnetic sensor includes at least one magnetic field sensor element, an inverted phase amplifier, a programmable shunt and a digital controller. At least one magnetic field sensor element is configured to generate an analog input sensor signal in response to a magnetic field. The inverted phase amplifier is configured to generate an analog output sensor signal with a gain value relative to the analog input sensor signal. The digital controller is configured to receive at least one measurement parameter, generate codewords based on at least one measurement parameter, and transmit codewords to the programmable shunt for compensating the gain value. The effective feedback resistor value is adjusted based on the codeword received by the programmable shunt.

【技术实现步骤摘要】
使用数字辅助1/X模拟增益补偿的传感器
本公开总体涉及磁传感器，并且更特别地涉及使用数字辅助模拟增益补偿的磁传感器。
技术介绍
一种类型的磁传感器是霍尔效应传感器(霍尔传感器)。霍尔效应传感器是响应于磁场而改变其输出电压(霍尔电压)的换能器。霍尔效应传感器是基于利用洛伦兹力的霍尔效应的。洛伦兹力在存在垂直于流过传感器或者霍尔板的电流的磁场时使移动的电荷偏转。由此，霍尔板(被称为传感器元件)可以是薄片半导体或金属。偏转导致电荷分离，电荷分离导致霍尔电场。该电场在相对于洛伦兹力的相反方向上作用于电荷。两种力相互平衡，并且产生垂直于电流流动方向的电势差。电势差可以作为霍尔电压来测量，并且在小值时与磁场呈线性关系变化。例如，霍尔效应传感器可以用于接近开关、定位、速度检测和电流感测应用。在霍尔传感器读出电路中，来自霍尔传感器元件的磁信号被转换为电信号(例如，霍尔电压)，该电信号在到达传感器的输出之前进一步被放大和校准。霍尔电压可以随温度变化。例如，霍尔电压和温度之间可以存在非线性关系，使得随着温度的增加，霍尔电压下降。应该补偿霍尔随温度的该非线性灵敏度变化，以进行精确的感测测量。通常，在霍尔传感器读出电路中，数字接口用于低速操作(例如，高达10kHz)。即，霍尔传感器元件的模拟输出(例如，霍尔电压)通过模数转换器(ADC)转换为数字信号。因此，所有补偿是在数字域中计算和实现的，并且N位数字流是从读出电路中输出的。该技术对于高带宽操作(例如，10kHz到120kHz)执行得不好。因此，可以需要能够以更高的速度(例如，以高达120kHz的带宽)运行的磁霍尔传感器。专利技术内容提供了磁场传感器和感测方法。一个或多个实施例提供了磁传感器，该磁传感器包括：至少一个磁场传感器元件，被配置为响应于磁场而产生模拟输入传感器信号；反相放大器，被配置为产生相对于模拟输入传感器信号具有增益值的模拟输出传感器信号；可编程分流器，被设置在反相放大器的负反馈路径中，使得增益值取决于可编程分流器的有效反馈电阻器值；数字控制器，被配置为接收至少一个测量参数，基于至少一个测量参数来生成码字，以及将码字传输到可编程分流器以用于补偿增益值。有效反馈电阻器值是基于由可编程分流器所接收的码字来调整的。一个或多个实施例进一步提供了用于在磁传感器中实现增益补偿的方法。方法包括：由至少一个磁场传感器元件响应于磁场而产生模拟输入传感器信号；基于模拟输入传感器信号来产生模拟输出传感器信号，模拟输出传感器信号相对于模拟输入传感器信号具有增益值；基于至少一个数字测量参数来产生码字；以及基于码字来调整反相放大器的负反馈路径的有效反馈电阻器值，使得增益值被调整以补偿至少一个数字测量参数。附图说明本文中参照附图来描述实施例。图1示出了根据一个或多个实施例的磁传感器的框图；图2示出了根据一个或多个实施例的磁传感器的示意性框图；图3示出了根据一个或多个实施例的可编程分流器的示意图；图4示出了当所有位为通(ON)时图3的可编程分流器的等效电阻器梯的示意图；图5图示了当所有位为断(OFF)时图3的可编程分流器的等效电阻器梯的示意图。具体实施方式在下文中，阐述了细节，以提供对示例性实施例的更透彻的解释。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，实施例可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在其它情况中，为了避免混淆实施例，公知的结构和设备以框图的形式或者以示意图示出，而未详细地示出。此外，下文中所描述的不同实施例的特征可以相互结合，除非另有特别说明。此外，在下面的描述中，等效或类似的元件或者具有等效或类似功能的元件通过等效或类似的附图标记来表示。由于在图中相同的或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对提供有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对具有相同或相似附图标记的元素提供的描述是可以相互交换的。可以理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，元件可以直接连接到或者耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词应该以类似的方式(例如，“在…之间”与“直接在…之间”，“邻近”与“直接邻近”等)来解释。在本文所描述的或者附图中所示出的实施例中，只要基本上保持连接或耦合的通用目的(例如，传输某种信号或传输某种信息)，那么任何直接连接或耦合(即，没有附加的中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，通过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。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，关于实施例中的一个所描述的变化或修改也可以适用于其它实施例，除非相反地指出。实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获得关于传感器和传感器系统的信息。传感器可以指代将待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。物理量可以例如包括磁场、电场、压力、力、电流或电压，但不限于此。磁场传感器例如包括一个或多个磁场传感器元件，其测量磁场的一个或多个特征(例如，磁场通量密度的量、场强、场角、场方向、场取向等)，对应于检测和/或测量产生磁场的元件(例如，磁体、载流导体(例如，导线)、地球或其它磁场源)的磁场图案。每个磁场传感器元件被配置为响应于一个或多个磁场而产生模拟传感器信号。例如，由每个磁场传感器元件所产生的传感器信号(例如，电压信号)可以与冲击到该磁场传感器元件上的磁场的幅度成比例。此外，应当理解，术语“传感器”和“感测元件”可以在本说明书中互换使用，并且术语“传感器信号”和“测量值”可以在本说明书中互换使用。例如，霍尔效应传感器是响应于磁场而改变其输出电压(霍尔电压)的换能器。它是基于利用洛伦兹力的霍尔效应的。洛伦兹力在存在垂直于流过传感器或者霍尔板的电流的磁场时使移动的电荷偏转。由此，霍尔板(被称为磁场传感器元件)可以是薄片半导体或金属。偏转导致电荷分离，电荷分离导致霍尔电场。该电场在相对于洛伦兹力的相反方向上作用于电荷。两种力相互平衡，并且产生垂直于电流流动方向的电势差。电势差可以作为霍尔电压来测量，并且在小值时与磁场呈线性关系变化。例如，霍尔效应传感器可以用于接近开关、定位、速度检测和电流感测应用。在一些示例中，霍尔传感器元件可以被实现为垂直霍尔传感器元件。垂直霍尔传感器是磁场传感器，其对平行于其表面延伸的磁场分量敏感。这意味着它们对平行于IC表面或者在IC表面面内的磁场敏感。灵敏度的平面在本文中可以被称为“灵敏度轴”或“感测轴”，并且每个感测轴具有参考方向。对于霍尔传感器元件，由传感器元件所输出的电压值根据在感测轴的方向上的磁场强度而改变。在其它示例中，霍尔传感器元件可以被实现为横向霍尔传感器元件。横向霍尔传感器元件对垂直于其表面的磁场分量敏感。这意味着它们对于垂直于集成电路(IC)表面或者在集成电路(IC)表面面外的磁场敏感。灵敏度的平面在本文中可以被称为“灵敏度轴”或“感测轴”，并且每个感测轴具有参考方向。对于霍尔传感器元件，由传感器元件所输出的电压值根据在感测轴的方向上的磁场强度而改变。根据一个或多个实施例，磁场传感器和传感器电路都可以被容纳(即，集成)在同一芯片封装体(例如，塑料包封的封装体(诸如有引线封装体或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁传感器，包括：至少一个磁场传感器元件，被配置为响应于磁场而产生模拟输入传感器信号；反相放大器，被配置为产生相对于所述模拟输入传感器信号具有增益值的模拟输出传感器信号；可编程分流器，被设置在所述反相放大器的负反馈路径中，其中所述增益值取决于所述可编程分流器的有效反馈电阻器值；数字控制器，被配置为接收至少一个测量参数，基于所述至少一个测量参数来生成码字，以及将所述码字传输到所述可编程分流器以用于补偿所述增益值，其中所述有效反馈电阻器值是基于由所述可编程分流器所接收的所述码字来调整的。

【技术特征摘要】
2017.10.26 US 15/794,2961.一种磁传感器，包括：至少一个磁场传感器元件，被配置为响应于磁场而产生模拟输入传感器信号；反相放大器，被配置为产生相对于所述模拟输入传感器信号具有增益值的模拟输出传感器信号；可编程分流器，被设置在所述反相放大器的负反馈路径中，其中所述增益值取决于所述可编程分流器的有效反馈电阻器值；数字控制器，被配置为接收至少一个测量参数，基于所述至少一个测量参数来生成码字，以及将所述码字传输到所述可编程分流器以用于补偿所述增益值，其中所述有效反馈电阻器值是基于由所述可编程分流器所接收的所述码字来调整的。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述至少一个磁场传感器元件包括差分霍尔传感器元件对，所述第一模拟传感器信号是第一差分霍尔电压，并且所述输出模拟传感器信号是第二差分霍尔电压。3.根据权利要求1所述的磁传感器，进一步包括：至少一个电压-电流转换器，被配置为将所述模拟输入传感器信号转换为模拟电流信号，并且将所述模拟电流信号经由所述负反馈路径输出到所述可编程分流器中。4.根据权利要求3所述的磁传感器，其中所述电压-电流转换器包括感测电阻器，所述感测电阻器被配置为将所述模拟输入传感器信号转换为所述模拟电流信号，其中所述增益值对应于所述有效反馈电阻器值与所述感测电阻器的电阻器值的比率。5.根据权利要求1所述的磁传感器，其中：所述反相放大器、所述可编程分流器和所述电压-电流转换器在连续的时域中操作，以及所述数字控制器在数字离散时域中操作，使得在多个采样时间对所述至少一个测量参数进行采样并且更新所述码字。6.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述有效反馈电阻器值根据反函数与所述码字的二进制编码值成反比。7.根据权利要求6所述的磁传感器，其中所述反函数是1/x。8.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述可编程分流器是R2R数模转换器(DAC)。9.根据权利要求8所述的磁传感器，其中所述码字是N位码字，并且所述R2RDAC包括：n位二进制部分，包括第一组二进...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·拉格万，M·莫茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE