具有热电动势补偿的传感器布置制造技术

本发明专利技术涉及具有热电动势补偿的传感器布置。响应于霍尔效应装置输出接触器和参考点之间的温差而提供信号的传感器布置具有：第一接触头，位于霍尔效应区域的外表面附近；第二接触头，位于参考点附近；第一导体元件，包括第一和第二末端部分，第一末端部分热耦合到第一接触头并且第二末端部分热耦合到第二接触头；第二导体元件，包括第三和第四末端部分，第三末端部分热耦合到第一接触头；第三导体元件，包括第五和第六末端部分，第五末端部分热耦合到第二接触头，其中所述第一和第三末端部分以电气方式耦合，第二和第五末端部分以电气方式耦合，第一、第二和第三导体元件中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，并且在第四和第六末端部分分接信号。

Sensor arrangement with thermoelectric momentum compensation

The present invention relates to a sensor arrangement having thermoelectric momentum compensation. The temperature difference between the response to the Holzer effect device output contactor and reference point and sensor arrangement signal has a first contact surface, located near the Holzer effect area; second contacts, located near the reference point; the first conductor element includes first and second end portions, a first end coupled to the first contact and part of the heat at the end of second to second coupling part of thermal contact; the second conductor element, including the third and the fourth end part, first contact to the third end portion coupled heat conductor element; third, including the fifth and the sixth end part, fifth at the end of thermal contact coupling part second, wherein the first and third end portions to be electrically coupled second, and the fifth end portion electrically coupling the first and the second and the third conductor element in at least two A conductor element has basically different Seebeck coefficient, and the signal in the fourth and sixth end parts.

【技术实现步骤摘要】
具有热电动势补偿的传感器布置相关申请本申请是申请序列号13/920,777的部分继续申请，该申请序列号13/920,777在2013年6月18日提交并且其全部内容通过引用包含在本文中。
本公开一般地涉及传感器，并且更具体地讲，涉及补偿热电动势(EMF)效应的传感器、系统和方法。
技术介绍
传感器能够受到许多不同的内部和外部特性的影响，所述内部和外部特性能够使传感器输出信号不那么准确。这些特性之一是热电动势(thermo-EMF)，所述热电动势(thermo-EMF)与温度能够对材料中的电荷移动所具有的影响相关。例如，通过沿特定方向推动电荷，材料中的温度梯度能够影响材料中的电荷流，很像施加的电场一样。这能够在存在电场或磁场或浓度梯度的情况下被放大。热EMF也能够在以下两种基本情况下引起温度相关电荷：第一，均匀材料中的不均匀温度(即，温度梯度)；或者，不均匀材料中的均匀温度。例如，第二种情况能够发生在装置接触器处，其中所述电压被称为热接触电压。针对传感器操作和输出信号准确性，两种情况都是不希望的。存在温度能够影响电荷的许多不同方式，所述许多不同方式中的仅一些方式与热EMF相关。例如，霍尔效应装置中的磁灵敏度和由于温度而导致的电阻率变化通常不与任何热EMF效应相关，并且因此可不由在本文中讨论的实施例解决或补偿。然而，特别地，当传感器根据旋转电流或电压方案操作时，传感器输出信号能够受到热EMF的影响。在一个示例中，传感器系统包括霍尔板，所述霍尔板在顺序的操作阶段中操作。霍尔板的不同端子在每个操作阶段中被分接作为电源端子和输出端子，从而电流方向或电流的空间分布针对每个阶段而不同。通过组合来自个体操作阶段的信号能够获得旋转输出信号。当不存在施加的磁场时，霍尔板(事实上通常是磁场传感器)能够经历导致输出信号的偏移误差。由于个体操作阶段信号的组合而能够在旋转方案中在很大程度上消除每个操作阶段中的偏移误差，从而很少剩余偏移保留在组合的输出信号中或者没有剩余偏移保留在组合的输出信号中。不幸的是，剩余偏移误差经常存在，从而一些旋转方案传感器系统提供剩余偏移补偿。参照图1，这种系统通常包括靠近霍尔板布置的温度传感器，因为偏移校正通常并非在温度上是不变的。因此，系统能够感测温度，基于温度确定补偿信号，并且在旋转输出信号中考虑到这个补偿信号。因此，这个传统方案仅通过求平均值来组合阶段温度信号，这能够被视为等同于慢速温度传感器的隐式低通滤波。然而，挑战在于确定补偿信号。因为旋转霍尔方案的剩余偏移是随机的，所以它取决于实际个体装置和这个装置的温度，并且它能够在装置的操作寿命期间变化。因此，即使能够在下线测试期间高效地且有效地执行个体装置校准，在装置的寿命期间的变化也能够降低校准的准确性并且导致热EMF相关剩余偏移误差。传统解决方案假设：通过在顺序的操作阶段中使用极性反转(即，仅电源的极性变化)并且使用旋转电压而非电流技术来消除热EMF效应。然而，情况可能并非如此，因为在实践中，当电源电压的极性反转时，温度分布能够变化。附图说明考虑到下面结合附图对本公开的各种实施例的详细描述，可更完整地理解本公开，在所述附图中：图1是传感器系统的方框图。图2A是根据实施例的霍尔板的示图。图2B是根据实施例的垂直霍尔传感器装置的示图。图2C是根据实施例的霍尔板的示图。图2D是根据实施例的在操作阶段期间的霍尔板中的电势分布的透视图。图2E是根据实施例的第一操作阶段中的霍尔板的耦合布置。图2F是根据实施例的第二操作阶段中的霍尔板的耦合布置。图2G是根据实施例的第三操作阶段中的霍尔板的耦合布置。图2H是根据实施例的第四操作阶段中的霍尔板的耦合布置。图2I是根据实施例的传感器系统的方框图。图3是根据实施例的第一和第二传感器装置的布置的侧面剖视图。图4A是根据实施例的传感器耦合布置的示图。图4B是根据实施例的传感器耦合布置的示图。图5A是根据实施例的传感器系统的方框图。图5B是根据实施例的传感器系统的方框图。图6A是根据实施例的另一耦合布置的示图。图6B是根据实施例的另一传感器系统的方框图。图6C是根据实施例的另一传感器系统的方框图。图7A是根据实施例的霍尔板的耦合布置的示图。图7B是根据实施例的霍尔板的耦合布置的示图。图7C是根据实施例的霍尔板系统的耦合布置的示图。图7D是根据实施例的旋转电流方案的两个操作阶段中的霍尔板的耦合布置的示图。图7E是根据实施例的旋转电流方案的两个操作阶段中的霍尔板的耦合布置的示图。图8A是根据实施例的霍尔板中的温度分布的描绘。图8B是根据实施例的旋转电流方案中的霍尔板的瞬态温度行为的描绘。图9是根据实施例的传感器装置的布置的侧面剖视图。图10是根据实施例的传感器布置的示图。图11是根据实施例的另一传感器布置的示图。图12是根据实施例的另一传感器布置的示图。图13是根据实施例的另一传感器布置的示图。图14A和14B是根据实施例的传感器布置的电路图。尽管本公开可具有各种修改和替代形式，但其细节已被作为示例示出在附图中并且将被详细地描述。然而，应该理解，并不意图使本公开限制于描述的特定实施例。相反地，意图是包括落在由所附权利要求定义的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。具体实施方式实施例涉及能够补偿热EMF效应的传感器系统和方法，所述热EMF效应能够在传感器系统中引起剩余偏移和其它误差。在一个实施例中，传感器系统包括至少一个温度或温度梯度传感器，所述至少一个温度或温度梯度传感器被布置为靠近第一传感器元件，所述第一传感器元件被配置为感测物理量，诸如磁场、温度、压力、力、机械应力或某种其它物理量。例如，在传感器系统包括霍尔效应磁场感测系统的实施例中，第一传感器元件包括例如霍尔板，但在其它实施例中，其它类型的磁场传感器(并且更一般地讲，传感器)能够被用作第一传感器。在另一实施例中，能够使用多个温度传感器，其中每个温度传感器被布置为靠近不同的传感器接触器或元件。在霍尔板根据旋转操作方案进行操作的示例中，所述至少一个温度传感器能够被配置为在每个操作阶段中感测温度，并且个体感测到的温度能够被组合并且用于提供温度相关补偿信号。对于任何特定材料，热EMF(实施例旨在补偿的特性)能够由塞贝克系数量化。对于具有大约10^16/cm3的浓度(在一些实施例中，对于在本文中讨论的霍尔效应装置的有源区域，所述浓度是典型的浓度)的n掺杂硅，在室温，塞贝克系数是大约−1,200μV/°C。具有大约7毫欧姆*cm的电阻率的n掺杂多晶硅具有大约200μV/°C的塞贝克系数，并且具有大约0.8毫欧姆*cm的电阻率的n掺杂多晶硅具有大约80μV/°C的塞贝克系数。在集成电路技术中经常用于金属互连线的铝具有可忽略的塞贝克系数，仅大约−0.5μV/°C。这些塞贝克系数是能够适合用于实施例的材料的代表性示例，但如本领域技术人员所理解，针对能够使用或可使用的材料，这个列表不是穷尽的，它也不是限制性的。另外，塞贝克系数并不重要，并且实施例涉及减少或消除基础的热EMF。实施例涉及这样的情况：在端子处分接输出信号，所述输出信号能够经受由热EMF引起的小的加性电压。在多数情况下，在处于不同温度的两个端子之间分接信号，并且因此，分接的信号具有与所述端子之间的温差成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器布置，被配置为响应于霍尔效应装置的输出接触器和参考点之间的温差而提供信号，所述布置包括：霍尔效应区域；第一接触头，位于霍尔效应区域的外表面附近；第二接触头，位于参考点附近；第一导体元件，包括第一和第二末端部分，第一末端部分热耦合到第一接触头并且第二末端部分热耦合到第二接触头；第二导体元件，包括第三和第四末端部分，第三末端部分热耦合到第一接触头；第三导体元件，包括第五和第六末端部分，第五末端部分热耦合到第二接触头，其中第一和第三末端部分以电气方式耦合，第二和第五末端部分以电气方式耦合，第一、第二和第三导体元件中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，并且在第四和第六末端部分分接信号。

【技术特征摘要】
2015.12.14 US 14/9682161.一种传感器布置，被配置为响应于霍尔效应装置的输出接触器和参考点之间的温差而提供信号，所述布置包括：霍尔效应区域；第一接触头，位于霍尔效应区域的外表面附近；第二接触头，位于参考点附近；第一导体元件，包括第一和第二末端部分，第一末端部分热耦合到第一接触头并且第二末端部分热耦合到第二接触头；第二导体元件，包括第三和第四末端部分，第三末端部分热耦合到第一接触头；第三导体元件，包括第五和第六末端部分，第五末端部分热耦合到第二接触头，其中第一和第三末端部分以电气方式耦合，第二和第五末端部分以电气方式耦合，第一、第二和第三导体元件中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，并且在第四和第六末端部分分接信号。2.如权利要求1所述的传感器布置，其中所述基本上不同的塞贝克系数相差超过15µV/°C。3.如权利要求1所述的传感器布置，其中所述第二接触头位于霍尔效应区域的外表面附近。4.如权利要求3所述的传感器布置，其中所述第二接触头与第一接触头位于相同的霍尔效应区域的外表面附近。5.如权利要求1所述的传感器布置，其中第一和第三末端部分以电气方式以点状耦合，并且第二和第五末端部分以电气方式以点状耦合。6.如权利要求1所述的传感器布置，其中所述第三末端部分经由至少一个接触头以电气方式耦合到霍尔效应区域。7.如权利要求1所述的传感器布置，其中所述第一导体元件被整形为细长轨道。8.如权利要求1所述的传感器布置，其中所述第一导体元件被整形为板。9.如权利要求1所述的传感器布置，还包括：第三接触头，位于参考点附近；第四接触头，位于霍尔效应区域的外表面附近；所述第一导体元件包括第七和第八末端部分，第七末端部分热耦合到第四接触头并且第八末端部分热耦合到第三接触头；第四导体元件，包括第九和第十末端部分，第九末端部分热耦合到第四接触头；第五导体元件，包括第十一和第十二末端部分，第十一末端部分热耦合到第三接触头，其中第七和第九末端部分以电气方式耦合，第八和第十一末端部分以电气方式耦合，第一、第四和第五导体元件中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，并且在第十和第十二末端部分分接信号。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：U奥瑟莱希纳，
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