转动侦测装置及可转动设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种转动侦测装置及可转动设备，该转动侦测装置包括：各向异性磁阻器件，各向异性磁阻器件用于侦测平行于基板平面的磁场分量，并产生第一输出信号及第二输出信号；平面霍尔器件，平面霍尔器件用于侦测垂直于基板平面的磁场分量，并产生第三输出信号；垂直霍尔器件，垂直霍尔器件用于侦测平行基板平面一方向的磁场分量，并产生第四输出信号；信号处理电路，分别与各向异性磁阻器件、平面霍尔器件及垂直霍尔器件连接，信号处理电路用于根据第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号及第四输出信号产生对应的角度信息并输出。本实用新型专利技术通过平面霍尔器件、垂直霍尔器件与各向异性磁阻器件的结合，以实现转动物体相位侦测。相位侦测。相位侦测。

Rotation detection device and rotatable equipment

【技术实现步骤摘要】
转动侦测装置及可转动设备


[0001]本技术涉及传感器
，特别涉及一种转动侦测装置及可转动设备。

技术介绍

[0002]转动侦测的装置的一个实施例如图1所示，通常包括一磁传感器芯片，距离磁感测芯片一段距离处配置一磁场信号源，该磁场信号源可为一双级磁铁或一多极配向磁铁；该磁铁固定于待测物体的一端，当磁感测芯片配置对齐磁铁几何中心时，磁铁的转动将导致磁感测芯片所感测到的磁场方向产生一对应转动，而产生一输出。当磁场方向旋转360度时，霍尔器件、巨磁阻与穿隧磁阻可产生一正弦与一余弦波输出，并以此二输出运算以得到角度信息；而以各向异性磁阻技术构成的感测装置，在磁场方向旋转360度时则会产生两个正弦与两个余弦波输出，这意味着各向异性磁阻磁感测芯片仅能量测180度的角度变化，此为该技术先天的一个限制。许多技术方案为了解决此一限制而被开发。
[0003]为解决各向异性磁阻器件180度侦测角度的限制，其中一类做法是将各向异性磁阻器件与一可量测360度磁场转动的磁传感器件整合，配合对应算法而使各向异性器件得以输出360角度信息。有别于各种磁阻技术需要特殊工艺，霍尔器件完全兼容于CMOS工艺，故在实现360度磁场感测的做法中，以各向异性磁阻器件整合霍尔器件最具有成本优势，以下相关技术分析即针对各向异性磁阻器件整合霍尔器件的方案进行比较。
[0004]现有技术一(CN108474669B)
[0005]此装置中磁场感测单元32包括一个或多个整合在半导体基板的平面霍尔器件，与两个各向异性磁阻器件，如图2所示。其中各向异性磁阻器件配置于图2中34的位置；而多个平面霍尔器件围绕着各向异性磁阻器件配置在36、37、38，与39的位置。转动测量装置由磁场感测单元32与一信号磁场源构成，图3所示范例中信号磁场源为一永久磁铁42，其磁极配向方向为平行于基板平面，该磁场感测单元32配置于该永久磁铁42的上方或下方，并与该永久磁铁42的几何中心对齐；多个霍尔器件以正交方式配置于该各向异性磁阻器件周围。该磁场感测单元32所侦测到的磁场如图4所示，为该永久磁铁42外露磁场，配置于磁场感测单元32中心位置的各向异性磁阻器件侦测信号磁场平行基板平面方向的分量；而周围的平面霍尔器件侦测信号磁场垂直基板平面方向的分量，因该霍尔器件群的正交配置，而产生输出波形的相位差。
[0006]当该磁铁42转动时，磁场感测单元32内平行与垂直于基板方向的磁信号分量均发生旋转，该两个各向异性磁阻器件产生一周期为180度的正弦与余弦输出，藉由运算而得到180度旋转的角度信息；而周围的霍尔器件则透过差动方式，如图2中霍尔器件34与37的信号差与36与38的信号差，产生一周期为360度的正弦与余弦输出，藉由信号处理电路，可通过磁场信号的相位判断，使该各向异性磁阻器件产生一周期为360度的最终输出。
[0007]现有技术一的缺点
[0008]生产成本较高：
[0009]平面霍尔器件面积较大，且需要使用并联结构以降低零点飘移，若使用多个平面
霍尔器件实现360度周期的角度测量，会导致较高的芯片成本，使产品竞争力下降。
[0010]设计较复杂：
[0011]平面霍尔器件必须围绕各向异性磁阻器件排列，已获得较为准确的量测结果，而此配置将导致较为复杂的电路布局，增加设计的复杂度。
[0012]对信号磁场的对齐相当敏感：
[0013]装置中霍尔器件输出波形的相位差，是通过该霍尔器件群以永久磁铁的几何中心，正交配置而产生的，但在实际应用情形中，由于装配误差的缘故，永久磁铁的中心必然与感测装置的中心位置有所偏移，故该霍尔器件群的输出波形相位必然小于90度，随着装配偏差的增加，相位的偏移相对减小，一者使差动输出的信号严重衰减，信噪比劣化；二者使输出波形相位严重偏移，相位判断失准，导致最终输出错误。
[0014]现有技术二(CN112097800A)
[0015]此装置中磁场感测单元包括一个或多个整合在半导体基板的垂直霍尔器件，与两个各向异性磁阻器件。其中各向异性磁阻器件为两个惠斯同全桥，该二全桥间以夹角45度配置；而垂直霍尔器件可在基板平面上以正交方向配置，其结构如图5所示，由一N阱202与多个电极所构成。驱动电流在电极间以弧形路径流动，其输出电压正比于Y方向的磁场分量。
[0016]当信号磁场旋转时，该二组各向异性磁阻器件感测平行于基板平面的信号磁场分量，产生一周期为180度的正弦波形输出与一180度周期的余弦波形输出；通过运算，可得到一180度周期的角度输出。而该正交配置的垂直霍尔器件，同样感测平行基板方向的磁场信号分量，但产生一周期为360度的正弦与余弦波形输出。通过垂直霍尔器件群的输出与各向异性磁阻器件的输出，可产生一最终周期为360度的信号。
[0017]现有技术二的缺点
[0018]垂直霍尔器件开发成本较高，时程较长：
[0019]垂直霍尔器件的输出是由器件中电流的垂直分量变化而产生，此种结构在开发上时间较长，投入资源较多，且往往需要特殊工艺支持，在成本与时间上较不具竞争力。
[0020]垂直霍尔器件感度较低：
[0021]垂直霍尔器件本质上对磁场的感度较平面霍尔器件低，为达到所需要的信噪比，需要较长的采样时间，将导致磁场感测单元较为耗电，且反应较慢，带宽较低。
[0022]垂直霍尔器件零点飘移较大：
[0023]垂直霍尔器件本质上零点飘移较平面霍尔器件大，且对工艺偏差较为敏感。

技术实现思路

[0024]本技术的主要目的是提出一种转动侦测装置及可转动设备，旨在通过平面霍尔器件、垂直霍尔器件与各向异性磁阻器件的结合，以实现转动物体相位侦测。
[0025]为实现上述目的，本技术提出一种转动侦测装置，所述转动侦测装置包括：
[0026]基板；
[0027]各向异性磁阻器件，设置于所述基板上，所述各向异性磁阻器件用于侦测平行于基板平面的磁场分量，并产生第一输出信号及第二输出信号；
[0028]平面霍尔器件，设置于所述基板上，所述平面霍尔器件用于侦测垂直于所述基板
平面的磁场分量，并产生第三输出信号；
[0029]垂直霍尔器件，设置于所述基板上，垂直霍尔器件用于侦测平行基板平面一方向的磁场分量，并产生第四输出信号；
[0030]信号处理电路，分别与所述各向异性磁阻器件、所述平面霍尔器件及所述垂直霍尔器件连接，所述信号处理电路用于根据所述第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号及第四输出信号产生对应的角度信息并输出。
[0031]可选地，所述转动侦测装置还包括：
[0032]第一切换模块，串联设置于所述平面霍尔器件与所述信号处理电路之间，所述第一切换模块的多个连接端子与所述平面霍尔器件的多个连接点一一对应连接；所述第一切换模块用于切换所述平面霍尔器件多个连接点之间的连接状态，以使所述平面霍尔器件能够至少工作于第一工作状态或者第二工作状态。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转动侦测装置，其特征在于，所述转动侦测装置包括：基板；各向异性磁阻器件，设置于所述基板上，所述各向异性磁阻器件用于侦测平行于基板平面的磁场分量，并产生第一输出信号及第二输出信号；平面霍尔器件，设置于所述基板上，所述平面霍尔器件用于侦测垂直于所述基板平面的磁场分量，并产生第三输出信号；垂直霍尔器件，设置于所述基板上，垂直霍尔器件用于侦测平行基板平面一方向的磁场分量，并产生第四输出信号；信号处理电路，分别与所述各向异性磁阻器件、所述平面霍尔器件及所述垂直霍尔器件连接，所述信号处理电路用于根据所述第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号及第四输出信号产生对应的角度信息并输出。2.如权利要求1所述的转动侦测装置，其特征在于，所述转动侦测装置还包括：第一切换模块，串联设置于所述平面霍尔器件与所述信号处理电路之间，所述第一切换模块的多个连接端子与所述平面霍尔器件的多个连接点一一对应连接；所述第一切换模块用于切换所述平面霍尔器件多个连接点之间的连接状态，以使所述平面霍尔器件能够至少工作于第一工作状态或者第二工作状态。3.如权利要求1所述的转动侦测装置，其特征在于，所述转动侦测装置还包括：第二切换模块，串联设置于所述垂直霍尔器件与所述信号处理电路之间，所述第二切换模块的多个连接端子与所述垂直霍尔器件的多个连接点一一对应连接；所述第二切换模块用于切换所述垂直霍尔器件多个连接点之间的连接状态，以使所述垂直霍尔器件能够至少工作于第三工作状态或者第四工作状态。4.如权利要求1所述的转动侦测装置，其特征在于，所述转动侦测装置还包括：输出处理电路，其输入端分别与所述平面霍尔器件及所述垂直霍尔器件连接，所述输...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令丞，许畅泽，罗薛，胡术云，崔瑜强，毕磊，毕超，
申请(专利权)人：峰岹科技深圳股份有限公司，
类型：新型
国别省市：