磁传感器灵敏度匹配校准制造技术

本发明专利技术提供了磁传感器灵敏度匹配校准。磁传感器装置包括：具有表面的衬底；第一磁传感器，设置在表面上的、表面上方的或与表面直接接触的第一位置处，第一磁传感器检测磁场；第二磁传感器，设置在表面上的、表面上方的或与表面直接接触的第二位置处，第二位置与第一位置不同，第二磁传感器检测磁场；一个或多个电感器，设置在衬底的表面上方，并且被定位为向第一磁传感器和第二磁传感器提供磁场；和磁传感器控制器，具有用于控制第一磁传感器、第二磁传感器和一个或多个电感器的控制电路；其中控制电路包括适于以下操作的电路：控制第一磁传感器和第二磁传感器测量相应的磁场，并控制一个或多个电感器提供相应的磁场；计算相对灵敏度匹配值。

【技术实现步骤摘要】
磁传感器灵敏度匹配校准
本专利技术涉及集成磁传感器校准。
技术介绍
传感器在电子设备中广泛用于测量环境属性并报告测量的传感器值。特别地，磁传感器用于测量磁场，例如在运输系统如汽车中或者在便携式电子设备中。磁传感器可以包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器产生与施加的磁场成比例的输出电压，或者电阻响应外部磁场而变化的磁阻材料。也使用磁感和磁通门传感器。例如，美国专利号6,545,462描述了一种传感器，其用于检测具有磁通量集中器和霍尔元件的磁场的方向。霍尔元件布置在磁场集中器边缘的区域中。其他磁系统与导电线圈集成在一起，例如缠绕在形成螺线管的螺旋中的导线。通过向螺线管施加电流，形成可由磁传感器检测的磁场。各种螺线管可以在螺旋中具有不同的材料，例如空气磁芯或铁磁芯，例如铁。其他设计使用磁铁来提供磁场。美国专利号5,831,431说明了一种用于检测导磁材料的微型线圈装置。在这种设计中，磁芯设置在衬底平面中或平行于衬底平面，线圈缠绕在磁芯截面的周围，使得线圈的至少一部分伸出衬底平面。相反，美国专利号6,404,192公开了一种集成平面磁传感器，该传感器具有形成在平面绕组中的激励线圈，该平面绕组使用集成电路技术在半导体衬底上制成。提供的扁平检测线圈具有不同结构。美国专利公开号2015/0316638也描述了一种平面线圈。WO2006067100描述了一种具有调制磁场的磁阻传感器。EP1407945描述了一种具有磁传感器和两块磁体的磁传感器系统，所述两块磁体向传感器提供磁场以克服杂散的外部磁场。来自磁传感器的测量值会随着时间而变化，即使在相同的磁场下，也能提供不同的传感器测量值。例如，磁场测量值可以偏离期望的标称值，灵敏度可以变化，使得测量值是期望值的倍数(大于或小于1)，或者两者兼有。磁传感器响应的这些变化可能有多种原因，包括环境操作条件的变化，例如温度或湿度，磁传感器材料的变化，包括由于老化导致的导磁材料的变化，寄生效应，例如环境温度变化，或者磁传感器或安装磁传感器的组件上的机械应力。因此，重要的是校准磁传感器，以便在磁传感器首次投入使用时以及在操作期间，提供精确的测量结果，例如定期地地或者当打开或使用磁传感器时。此外，在校准期间或操作中可能存在杂散外部环境磁场，这使得精确测量期望磁场的过程复杂化。而且，由于制造工艺和材料的变化，以及材料和运行老化，不同的磁传感器可以具有不同的性能和对磁场的灵敏度，使得对相同磁场的测量可以产生不同的测量值。因此，通常会在使用磁传感器之前对其校准，以消除或至少减少任何不精确、测量不准确或干扰，例如制造过程中的过程分散、由控制磁传感器的电路引起的磁干扰、由外部原因引起的干扰(例如扬声器、电池、铁磁元件)，以及对温度或时间的依赖。校准通常包括为磁力计(例如三轴位置传感器)的每个检测轴选择一组合适的增益和偏移值。通常在制造过程中或者在将设备安装在将要使用该设备的仪器中(例如，在汽车的导航系统中)时实施校准方法。已知存在多种磁传感器校准方法，其依赖于磁传感器绝对灵敏度的校准，即磁传感器对外部施加的磁场的响应，例如由集成螺线管产生的磁场。校准可以通过连续增益校准回路来完成，例如电子放大器，其增益被设置为响应已知的外部磁场匹配期望值。一些校准方法通过物理移动传感器并进行一组测量来校准设备。例如，美国专利号8,240,186描述了用于校准磁传感器的技术，该技术通过使用一个或多个磁传感器在传感器绕轴旋转时采样至少四个数据点，执行数学运算以获得测量值的偏移值，并用偏移值校正测量的场值以校准仪器。磁传感器可以在空间上分离，并由控制器控制。美国专利号7,835,879发现了多个解决方案集，并从这些解决方案中进行选择。美国专利号8,825,426通过操作期间的运动来进行不同的磁场测量，并将测量的数据点拟合到椭圆体上来计算磁场。美国专利申请公开号2014033696也采用椭圆体模型。另一种提供用于校准的传感器运动的方法使用产生的磁场，例如使用如美国专利号7,259,550中描述的磁体，其中磁校准装置包括至少一个待校准的磁传感器，例如霍尔传感器。至少一个线圈卡可拆卸地连接，并包括三个彼此基本正交的线圈。磁体产生一个基本均匀且恒定的校准磁场，旋转器在校准磁场中围绕两个基本正交的轴旋转所述卡。美国专利申请公开号20090072815描述了一种磁传感器装置，包括至少一个用于产生磁激励场的磁激励场发生器和至少一个用于产生磁校准场的磁校准场发生器。至少一个磁传感器元件测量由磁粒子响应磁激励场和/或磁校准场而产生的磁反应场。评估测量值以校准磁传感器元件。美国专利号9,547,050公开了包括磁场产生电路的另一种磁传感器设计，其中由电子设备承载的传感器系统配置成检测由磁源发射的外部磁场。所述传感器系统包括由非磁性材料形成并具有第一表面和偏离第一表面的第二表面的单个衬底、位于第一表面的第一磁传感器和位于第二表面的第二磁传感器，两个磁传感器检测不同位置的外部磁场。第一磁传感器和第二磁传感器同时(i)检测外部磁场并(ii)分别提供第一检测信号和第二检测信号。第一检测信号对应于第一磁场强度，第二检测信号对应于第二磁场强度。处理电路耦合到第一磁传感器和第二磁传感器。处理电路通过第一检测信号和第二检测信号之间的差异来提供外部磁场的方向。美国专利号8,089,276公开了一种磁场传感器组件，其具有集成到半导体芯片中的至少一个磁场传感器，并且具有至少一个磁场源。所述半导体芯片和所述至少一个磁场源以这样的方式相对于彼此布置，即借助于至少一个磁场传感器可以检测由磁场源产生的磁场。美国专利号8,669,761描述了一种在干扰出现的情况下配置和操作的传感器电路。结合各种示例实施例，杂散磁场用电流传感器来感测，所述电流传感器也分别感测由沿相反方向流过导体不同部分的电流产生的电流感应磁场。电流感应磁场和杂散磁场共面，并且电流传感器布置成使得当传感器输出组合时，来自每个电流传感器的对应于杂散磁场的输出的一部分被抵消。这些磁传感器通常基于绝对灵敏度校准，使得它们只校正测量的偏差，例如使用集成线圈和连续增益校准回路，如以上参考资料中所述。然而，该方法具有限制有效性的缺点，例如来自集成线圈的磁场相对较低，抑制了磁传感器克服外部杂散磁场的能力，并且校准仅与用于产生通过集成螺线管线圈的电流的电流源一样精确。这些缺点导致磁传感器校准不准确。因此，仍然需要有效的校准方法和结构，其用于可以在各种测量条件下操作以检测不同位置的各种磁场的磁传感器。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种磁传感器装置，包括具有表面的衬底；用于检测位于表面上面、表面上方或与表面直接接触的第一位置处的磁场的第一磁传感器A；用于检测位于不同于第一位置的表面上面、表面上方或与表面直接接触的第二位置处的磁场的第二磁传感器B；以及一个或多个电感器，其设置在衬底表面上方，并且被定位为向第一磁传感器A和第二磁传感器B提供磁场。磁传感器控制器具有用于控制第一磁传感器A、第二磁传感器B和一个或多个电感器的控制电路。控制电路控制第一磁传感器A测量第一磁场A1，控制第二磁传感器B测量第二磁场B1，而一个或多个电感器在控制下不提供磁场(第五磁场)。控制电路控制第一磁传感器A测量第三磁场A2，控制第二磁传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁传感器装置(99)，包括：具有表面的衬底(10)；第一磁传感器(A)，设置在所述表面上的、所述表面上方的或与所述表面直接接触的第一位置处，所述第一磁传感器(A)检测磁场；第二磁传感器(B)，设置在所述表面上的、所述表面上方的或与所述表面直接接触的第二位置处，所述第二位置与所述第一位置不同，所述第二磁传感器(B)检测磁场；一个或多个电感器(20)，设置在所述衬底的表面上方，并且被定位为向所述第一磁传感器(A)和所述第二磁传感器(B)提供磁场；以及磁传感器控制器(40)，具有用于控制所述第一磁传感器(A)、所述第二磁传感器(B)和所述一个或多个电感器(20)的控制电路(42)；其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述第一磁传感器(A)测量第一磁场(A1)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供第五磁场；控制所述第一磁传感器(A)测量第三磁场(A2)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供第六磁场；控制所述第二磁传感器(B)测量第二磁场(B1)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供所述第五磁场；控制所述第二磁传感器(B)测量第四磁场(B2)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供所述第六磁场；计算相对灵敏度匹配值(S)，所述相对灵敏度匹配值(S)将由所述第一磁传感器(A)测量的磁场值(A1、A2)转换成由所述第二磁传感器(B)测量的可比磁场值(B1、B2)，或者将由所述第二磁传感器(B)测量的磁场值(B1、B2)转换成由所述第一磁传感器(A)测量的可比磁场值(A1、A2)。...

【技术特征摘要】
2017.10.06 EP 17195165.01.一种磁传感器装置(99)，包括：具有表面的衬底(10)；第一磁传感器(A)，设置在所述表面上的、所述表面上方的或与所述表面直接接触的第一位置处，所述第一磁传感器(A)检测磁场；第二磁传感器(B)，设置在所述表面上的、所述表面上方的或与所述表面直接接触的第二位置处，所述第二位置与所述第一位置不同，所述第二磁传感器(B)检测磁场；一个或多个电感器(20)，设置在所述衬底的表面上方，并且被定位为向所述第一磁传感器(A)和所述第二磁传感器(B)提供磁场；以及磁传感器控制器(40)，具有用于控制所述第一磁传感器(A)、所述第二磁传感器(B)和所述一个或多个电感器(20)的控制电路(42)；其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述第一磁传感器(A)测量第一磁场(A1)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供第五磁场；控制所述第一磁传感器(A)测量第三磁场(A2)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供第六磁场；控制所述第二磁传感器(B)测量第二磁场(B1)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供所述第五磁场；控制所述第二磁传感器(B)测量第四磁场(B2)，并且控制所述一个或多个电感器(20)提供所述第六磁场；计算相对灵敏度匹配值(S)，所述相对灵敏度匹配值(S)将由所述第一磁传感器(A)测量的磁场值(A1、A2)转换成由所述第二磁传感器(B)测量的可比磁场值(B1、B2)，或者将由所述第二磁传感器(B)测量的磁场值(B1、B2)转换成由所述第一磁传感器(A)测量的可比磁场值(A1、A2)。2.根据权利要求1所述的磁传感器装置(99)，其中所述电感器(20)是线圈(25)、螺线管或直导体。3.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器装置(99)，其中所述第五磁场或所述第六磁场为零，或者其中所述第五磁场和所述第六磁场具有相反的极性，或者其中所述第五磁场和所述第六磁场具有共同的幅度。4.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器装置(99)，其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述第一磁传感器(A)测量第一环境磁场(A3)；控制所述第二磁传感器(B)测量第二环境磁场(B3)；用所述相对灵敏度匹配值(S)校正所述第二磁传感器(B)的环境磁场测量值以形成校正的测量值；以及组合所述第一磁传感器(A)的环境磁场测量值和校正的环境磁场测量值以形成磁场测量值。5.根据权利要求4所述的磁传感器装置(99)，其中所述控制电路(42)包括其适于以下操作的电路：在所述电路控制所述第二磁传感器(B)测量环境磁场(B3)的同时控制所述第一磁传感器(A)测量环境磁场(A3)。6.根据权利要求3所述的磁传感器装置(99)，其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述一个或多个电感器(20)提供具有正向极性的磁场并控制所述第一磁传感器(A)测量包括所述正向极性的磁场的环境磁场；控制所述一个或多个电感器(20)提供具有反向极性的磁场并控制所述第一磁传感器(A)测量包括所述反向极性的磁场的环境磁场；然后通过组合两个测量值计算除了由所述一个或多个电感器(20)提供的任何场以外的环境磁场。7.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器装置(99)，其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述一个或多个电感器(20)提供具有正向极性的磁场并控制所述第一磁传感器(A)测量包括所述正向极性的磁场的环境磁场；控制所述一个或多个电感器(20)提供具有反向极性的磁场并控制所述第二磁传感器(B)测量包括所述反向极性的磁场的环境磁场；使用所述相对灵敏度匹配值(S)校正所述第二磁传感器(B)的测量值以产生校正的测量值；然后通过组合所述第一磁传感器(A)的测量值和所述校正的测量值计算除了由所述一个或多个电感器(20)提供的任何场以外的环境磁场。8.根据权利要求1所述的磁传感器装置(99)，其中所述控制电路(42)包括适于以下操作的电路：控制所述第一磁传感器(A)测量环境磁场并且同时控制所述第二磁传感器(B)测量环境磁场；使用所述相对灵敏度匹配值(S)校正所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·休伯林登贝格尔，J·毕尔巴鄂德蒙迪扎巴尔，
申请(专利权)人：迈来芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE