霍尔传感器和感测方法以及对应设备技术

提供霍尔传感器和感测方法以及对应设备。霍尔传感器可以包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；以及第一对偏压电极，在第一方向上跨霍尔感测元件相互相对。霍尔传感器可以包括在第二方向上跨霍尔感测元件相互相对的第二对偏压电极。霍尔传感器可以包括：第一对感测电极，在第三方向上跨霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨霍尔感测元件相互相对。第四方向可以正交于第三方向，每个感测电极处于第一对的偏压电极和第二对的偏压电极之间。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请基于先前提交的共同未决的2015年7月28日提交的意大利申请No.102015000039150，通过引用方式将其整个主题整体并入于此。
本公开涉及传感器设备，并且更具体地涉及霍尔传感器以及相关的方法。
技术介绍
对适于应用中使用的高速(例如1MHz带宽)霍尔传感器的增加的兴趣(诸如无损电流感测)，由于例如开关的电容性负载和电路复杂性(例如，在回路中具有模拟到数字(ADC)/数字到模拟(DAC)转换的双反馈回路)，而面临固有限制。具有备选霍尔传感器系统可能是有帮助的。
技术实现思路
一般而言，霍尔传感器可以包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；以及第一对偏压电极，在第一方向上跨霍尔感测元件相互相对。霍尔传感器可以包括在第二方向上跨霍尔感测元件相互相对的第二对偏压电极，第二方向正交于第一方向。霍尔传感器可以包括：第一对感测电极，在第三方向上跨霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨霍尔感测元件相互相对。第四方向可以正交于第三方向，每个感测电极处于第一对的偏压电极和第二对的偏压电极之间。附图说明图1是根据本公开的霍尔效应感测的示意图。图2是根据本公开的霍尔传感器的示意图。图3是根据本公开的霍尔传感器的定时图。图4是根据本公开的定时(分阶段)信号生成的示意图。图5是根据本公开的偏压电流生成的示意图。图6是根据本公开的信号感测的示意图。具体实施方式在本说明书中，说明了一个或多个具体细节，目的在于提供对实施例的示例的深入理解。可以在没有具体细节中的一个或多个具体细节的情况下，或者在具有其他方法、组件、材料等的情况下，获得实施例。在其他情况下，没有详细地说明或描述已知结构、材料或操作，从而实施例的某些方面不会被模糊。本说明书的框架中提及“实施例”或“一个实施例”旨在于指示联系实施例描述的特定配置、结构或特性被包含在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的一点或多点的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”之类的短语，不一定涉及同一个实施例。此外，特定构造、结构或特性可以以任何适当的方式被组合在一个或多个实施例中。本文中使用的附图标记仅仅为了方便而提供，且因此不限定保护范围或实施例的范围。一个或多个实施例可以应用于用于在汽车行业和其他工业应用中使用(例如速度探测、无损电流感测等)的高带宽霍尔传感器系统。根据一个或多个实施例，通过具有下文中阐述的特征的霍尔传感器的方式来实现这样的目标。一个或多个实施例还可以涉及对应的感测方法和设备。例如，一个或多个实施例可以实现“旋转”电流方案，以便减少偏移。一个或多个实施例可以包含例如具有分立触点的八角形的霍尔感测元件，其中感测信号读出可以在两个正交方向上获取霍尔电压的两个通道上。在一个或多个实施例中，模拟输出可以被数字化有通过压缩感测算法压缩的数据。一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：例如高达1MHz的高带宽无损电流感测变成可能，抑制地球磁场，测量数据的压缩感测，通过调节电流镜的方式进行感测以实现在传感器上的高电压降，包含两个对称通道的模拟读出电路可以使用运算放大器偏移的自动调零在两个垂直方向上获取霍尔电压，以及在旋转频率处小的偏移感应纹波。一个或多个实施例可以提供通过外部时钟的频率fck(例如通过B＝fck/32)来动态改变获取带宽(例如B)的能力。在图1中，附图标记1表示例如厚度t的平面霍尔感测元件，其可以包含半导体材料，从而包含例如适当地叠置在P型轻掺杂区域之上的用作霍尔感测部分的N型掺杂区域。来自源2的应用在两个偏压电极3、4之间的电压Vdd可以使得偏压电流流过具有宽度W的感测元件1，两个偏压电极3、4相互平行地布置在距离L处。在横向于平面感测元件1应用的磁场B存在的情况下，霍尔电压VH可以在感测元件1的两端、横向于偏压电极3和4之间的偏压电流IBIAS的流动方向来感测，偏压电流IBIAS表示磁场B的强度，例如其中VH与RHBIBIAS/t成比例，其中RH被称为霍尔电阻。另外霍尔传感器的基本工作原理是本领域普通技术人员已知的，这使得在此不必要提供更详细的描述。各种实施方式可以通过手段在上述内容中概述的基本原理上扩展，例如扩展成“旋转”布置以便抵制诸如在霍尔传感器操作期间可以出现的偏移电压和/或纹波之类的缺点。这样的实施方式的示例是例如：A.Bilotti等人：“MonolithicMagneticHallSensorUsingDynamicQuadratureOffsetCancellation”,IEEEJournalofSolid-StateCircuits,Vol.32,No.6,June1997,pp.829-835；J.Jiang等人：“AContinuous-TimeRippleReductionTechniqueforSpinning-CurrentHallSensors”,IEEEJournalofSolid-StateCircuits,Vol.49,No.7,July2014,pp.1525-1533；以及Hioka等人的美国专利No.8466526。如图2到图6所例示的一个或多个实施例可以包含平面霍尔感测元件10，其适于暴露于(横向的)磁场B，并且包含当由电流穿过时产生表示磁场的强度的霍尔电压的材料(例如半导体材料)。这样的感测元件的一般工作原理先前结合图1已经讨论过。在一个或多个实施例中，平面感测元件10可以具有设置在其上(通过典型方法)的偏压电极B1、B2、B3、B4的集和感测电极S1、S2、S3、S4的集。在一个或多个实施例中，感测元件10可以整体具有八角形的形状。另外，将要理解的是这样的形状不是强制的，而是可选的。在一个或多个实施例中，偏压电极的布置可以包含：第一对偏压电极B1、B2，其在第一方向D1上跨感测元件10相互相对；以及第二对偏压电极B3、B4，其在第二方向D2上跨感测元件10相互相对，其中第二方向D2正交于第一方向D1，以便可以说，根据十字形图案布置偏压电极B1、B2、B3、B4。在一些实施例中，感测电极的布置可以包含：第一对感测电极S1、S3，其在第三方向D3上跨感测元件10相互相对；以及第二对感测电极S2、S4，其在第四方向D4上跨感测元件10相互相对，其中第四方向D4正交于第三方向D3。相似于偏压电极B1到B4，感测电极S1到S4因此可以根据十字形图案来布置。如图2中看到的，在图2中明确指示了方向D1到D4(为了简易，这些未在其他图中表示)，第三和第四方向D3、D4相对于第一和第二方向D1、D2转动45°，因此，在一个或多个实施例中，感测电极S1到S4中的每一个感测电极可以布置在第一对偏压电极B1、B2和第二对偏压电极B3、B4之间。例如，在一些实施例中，感测电极S1可以布置在偏压电极B1(第一对)和偏压电极B3(第二对)之间；感测电极S2可以布置在偏压电极B3(第二对)和偏压电极B2(第一对)之间；感测电极S3可以布置在偏压电极B2(第一对)和偏压电极B4(第二对)之间；以及感测电极S4可以布置在偏压电极B1(第一对)和偏压电极B4(第二对)之间。在一个或多个实施例中，偏压电极B1到B4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种霍尔传感器，包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；第一对偏压电极，在第一方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；第二对偏压电极，在第二方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第二方向正交于所述第一方向；第一对感测电极，在第三方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第四方向正交于所述第三方向，每个感测电极处于所述第一对偏压电极中的偏压电极和所述第二对偏压电极中的偏压电极之间。

【技术特征摘要】
2015.07.28 IT 1020150000391501.一种霍尔传感器，包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；第一对偏压电极，在第一方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；第二对偏压电极，在第二方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第二方向正交于所述第一方向；第一对感测电极，在第三方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第四方向正交于所述第三方向，每个感测电极处于所述第一对偏压电极中的偏压电极和所述第二对偏压电极中的偏压电极之间。2.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其中所述第三方向和所述第四方向分别与所述第一方向和所述第二方向在角度上隔开45°。3.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其中每个偏压电极包括棒形电极；其中所述第一对偏压电极平行延伸；以及其中所述第二对偏压电极平行延伸。4.根据权利要求1所述的霍尔传感器，进一步包括：偏压模块，配置用于有选择地应用在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流；以及读出模块，配置用于有选择地感测在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压。5.根据权利要求4所述的霍尔传感器，进一步包括相位发生器，所述相位发生器与所述偏压模块和所述读出模块耦合，并且配置用于产生所述偏压模块和所述读出模块的相互地分时段操作。6.根据权利要求4所述的霍尔传感器，其中所述偏压模块被配
\t置用于有选择地改变在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流的方向。7.根据权利要求4所述的霍尔传感器，其中所述读出模块包括配置用于差分地感测在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压的第一差分检测器和第二差分检测器。8.根据权利要求7所述的霍尔传感器，其中所述读出模块包括第一减法单元和第二减法单元，所述第一减法单元和所述第二减法单元耦合到所述第一差分检测器和所述第二差分检测器，以及配置用于将在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间感测的相反极性的霍尔电压彼此相减。9.根据权利要求8所述的霍尔传感器，其中所述第一减法单元和所述第二减法单元各自包括开关电容器电路。10.根据权利要求8所述的霍尔传感器，进一步包括配置用于储存从所述第一减法单元和所述第二减法单元获得的霍尔电压的第一电容器电路和第二电容器电路。11.根据权利要求10所述的霍尔传感器，进一步包括：采样和保持电路，配置用于对来自所述第一电容器电路和所述第二电容器电路的霍尔电压进行采样；以及模拟到数字电路，配置用于转换来自所述采样和保持电路的霍尔电压并且压缩所述霍尔电压。12.一种电子设备，包括：电路；以及霍尔传感器，耦合到所述电路并且包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压，第一对偏压电极，在第一方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，第二对偏压电极，在第二方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第二方向正交于所述第一方向，第一对感测电极，在第三方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，以及第二对感测电极，在第四方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第四方向正交于所述第三方向，每个感测电极处于所述第一对偏压电极中的偏压电极和所述第二对偏压电极中的偏压电极之间。13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述第三方...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·克雷斯森蒂尼，M·塔塔格尼，A·罗马尼，R·卡内加罗，M·马彻西，D·克里斯陶多，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT