外部磁场角度确定制造技术

磁阻传感器通常被用于在很多汽车应用中进行角度检测。根据本发明专利技术示例性实施例，提供了一个传感器，其中，第一半桥包括具有螺旋条纹的磁阻电阻器，第二半桥包括没有螺旋条纹的磁阻电阻器。没有螺旋条纹的电阻器之一相对于其它三个电阻器旋转９０度。这可提供可降低由于偏移而导致的角度误差的改善的磁场角度确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁场角度确定的领域。尤其是，本专利技术涉及用于测量外部磁场角度的传感器，还涉及用于测量外部磁场角度的方法、计算机可读介质和程序组件。
技术介绍
磁阻传感器通常被用于在很多汽车应用中进行角度检测，例如，用于踏板定位或节流阀控制。当前生产和开发的传感器使用了两个彼此旋转分开45度角的惠斯通电桥。如果外部磁场的角度a被改变，则这两个电桥发送具有45度相位差的信号。然而，该传感器元件可具有相对髙的偏移，并且该偏移可能随着温度而漂移。这可能导致需要由客户进行或在信号调节芯片上进行复杂的偏移补偿。
技术实现思路
期望的是具有对磁场角度的改进的确定。本专利技术提供了具有根据独立权利要求的特征的传感器、方法、程序组件和计算机可读介质。应该注意，以下描述的本专利技术的示例性实施例也应用于测量外部磁场角度的方法、程序组件和计算机可读介质。根据本专利技术的第一方面，提供一种基于磁场调制来测量外部磁场角度的传感器，该传感器包括第一半桥、第二半桥和用于在两个方向调制磁场的调制单元，其中，第一半桥具有第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器，所述第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器具有螺旋条纹(barber-pole stripes)，并且其中，第二半桥具有第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器，所述第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器不具有螺旋200880017765.9 条纹或具有与第一半桥的第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器的螺旋条纹朝向不同的螺旋条纹。换言之，第一半桥可包括第一电阻器R2和第二电阻器R4。第二半桥可包括第三电阻器R1 (例如，等于R2)和第四电阻器R3 (例如，等于R4)。这四个电阻器都具有螺旋条纹。可选地，第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器不具有螺旋条纹。这可提供传感器信号的幅度最大化，并且因此提供了改善的磁场角度确定。根据本专利技术的另一示例性实施例，调制单元包括第一线圈，其在x方向产生了磁调制场；第二线圈，其在y方向产生了磁调制场；和振荡器，其以交替方式激励第一线圈和第二线圈以产生磁调制场。换言之，提供了磁阻惠斯通电桥和两个线圈，其中，四个电阻中的两个电阻具有螺旋条纹，并且另外两个不具有螺旋条纹。这两个线圈被用于在x方向和y方向上产生磁调制场。根据本专利技术的另一示例性实施例，以连续方式激励第一线圈和第二线圈二者以产生磁调制场，其中，用正弦信号激励第一线圈，并且其中，用余弦信号激励第二线圈，从而通过使磁场矢量旋转来使外部磁场重叠。在此情况下，得到的输出信号的交流(AC)部分具有相对于原始正弦信号的相移，该相移与外部磁场的角度相等(或者通过例如使该相移与外部磁场的角度成比例来与外部磁场的角度相关联)。根据本专利技术的另一示例性实施例，还采用计算和控制单元，其基于测得的峰值幅度来判断两个半桥中的哪一个被用于计算外部磁场角度。另外，根据本专利技术的另一示例性实施例，用于检测与来自两个半桥的输出相对应的峰值幅度的检测器形成了传感器的一部分。另外，传感器包括计算和控制单元，其用于根据下式来计算外部磁场角度a = arctan (Ulpk/U2pk)，其中，Ulpk和U2pk是测得的峰值幅度。另外，根据本专利技术的另一示例性实施例，第三磁阻电阻器相对 于第四磁阻电阻器旋转90度，其中，第一磁阻电阻器和第二磁阻电 阻器被布置为与第三磁阻电阻器平行。换言之， 一个半桥包含具有螺旋条纹的磁阻电阻器，并且另一 个半桥包含不具有螺旋条纹的磁阻电阻器，两个半桥彼此旋转分开90度。可选地，根据本专利技术的另一示例性实施例，两个半桥彼此旋转 分开45度，其中，每个半桥都包括两个平行的磁阻电阻器。根据本专利技术的另一方面，提供一种基于磁场调制来测量外部磁 场角度的方法，其中，由调制单元在两个方向上调制磁场，调制单元 包括第一半桥和第二半桥，其中，第一半桥具有第一磁阻电阻器和第 二磁阻电阻器，所述第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器具有螺旋条 纹，并且其中，第二半桥具有第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器，所 述第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器不具有螺旋条纹。这可提供可消除由于偏移而导致的角度误差的改善的磁场角度 确定。根据本专利技术的另一示例性实施例，该方法还包括在x方向和y 方向上交替地产生磁调制场的步骤。根据本专利技术的另一示例性实施例，该方法还包括步骤以连续 方式激励第一线圈和第二线圈以产生磁调制场，其中，用正弦信号激 励第一线圈，并且其中，用余弦信号激励第二线圈，从而通过使磁场 矢量旋转来使外部磁场重叠。另外，根据本专利技术的另一方面，提供一种计算机可读介质，其 中存储了一种基于磁场调制来测量外部磁场角度的计算机程序，当由 处理器执行时，该计算机程序使得处理器执行上述方法步骤。根据本专利技术的另一方面，提供一种基于磁场调制来测量外部磁 场角度的程序组件，当由处理器执行时，该程序组件使得处理器执行 上述方法步骤。附图说明7本专利技术的这些和其他方面将从以下描述的实施例变得清楚，并 且参照所述实施例进行阐明。以下将参照附图来描述本专利技术的示例性实施例。图1示出了具有反位和补偿线圈的罗盘传感器的示意图。图2示出了根据图1的传感器的输出信号。图3A和图3B示出了当交替激励x线圈和y线圈时指向0度方向的磁场矢量的影响。图4B和图4B示出了当交替激励x线圈和y线圈时指向90度方向的磁场矢量的影响。图5示出了信号调节单元的框图。图6示出了根据本专利技术的示例性实施例的通过以正弦/余弦信号激励集成线圈的外部磁场的调制。图7A示出了根据本专利技术示例性实施例的线圈激励信号。图7B示出了来自30度的外部磁场角度的磁阻惠斯通电桥的输出信号，与图7A的激励信号相对应。图8示出了根据本专利技术的示例性实施例的角度感测的传感器。图9示出了根据图8的传感器的两个半桥的输出信号。图IO示出了根据本专利技术的示例性实施例的包括图8的传感器组件的角度计算传感器装置。图ll示出了根据本专利技术的示例性实施例的同时具有线圈激励和 相位差评估的角度计算的传感器装置，其包括图8所示的传感器。具体实施例方式图中所示为示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件由 相同的标号表示。当前在生产和开发中用于角度感测的磁阻传感器使用两个彼此 旋转分开45度角的惠斯通电桥。如果外部磁场的角度oc被改变，则 这两个电桥发送具有45度相位差的信号。这些信号通常被放大并被转换为数字信号。在以下步骤中，外 部磁场角度通过a = 1/2 * arctan (Ul/U2)计算得到，其中，U1和U2是两个惠斯通电桥的输出电压。 该方法的缺点可能是相对高的传感器元件偏移和随温度而导致 其偏移漂移，这引起了显著的角度误差。这些缺点可能导致需要在信 号调节芯片上进行复杂的偏移补偿。提出了新的元件和新的信号调节 概念，这将消除由于偏移而导致的角度误差，并且因此消除了对偏移 补偿的需要。以上方法是通过用在传感器芯片上实现的平面线圈来调制外部 磁场而实现的。图1示出了具有本专利技术所基于的反位和补偿线圈的罗盘传感器 的示意图。图1所示的传感器元件包括一个磁阻惠斯通电桥和两个被 用于在x方向和y方向产生磁场的线圈105和106。惠斯通电桥包括四个磁阻电阻器101、 102、 803和804。电阻 102和804之间的接点连接到地电位118。而且，分别在电阻101和 803之间、电阻101和102之间、以及电阻803和804本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁场调制来测量外部磁场角度的传感器，该传感器（１００）包括：　第一半桥；　第二半桥；　用于在两个方向调制磁场的调制单元；　其中，第一半桥具有第一磁阻电阻器（１０１）和第二磁阻电阻器（１０２），所述第一磁阻电阻 器和第二磁阻电阻器具有螺旋条纹，并且　其中，第二半桥具有第三磁阻电阻器（１０３）和第四磁阻电阻器（１０４），所述第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器不具有螺旋条纹或具有与第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器的螺旋条纹朝向不同的螺旋条纹。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-5-29 07109055.91.一种基于磁场调制来测量外部磁场角度的传感器，该传感器(100)包括第一半桥；第二半桥；用于在两个方向调制磁场的调制单元；其中，第一半桥具有第一磁阻电阻器(101)和第二磁阻电阻器(102)，所述第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器具有螺旋条纹，并且其中，第二半桥具有第三磁阻电阻器(103)和第四磁阻电阻器(104)，所述第三磁阻电阻器和第四磁阻电阻器不具有螺旋条纹或具有与第一磁阻电阻器和第二磁阻电阻器的螺旋条纹朝向不同的螺旋条纹。2.如权利要求1所述的传感器，其中，调制单元包括 第一线圈(105)，其在x方向产生了磁调制场； 第二线圈(106)，其在y方向产生了磁调制场；和 振荡器(107)，其以交替方式激励第一线圈(105)和第二线 圈(106)以产生磁调制场。3.如权利要求1所述的传感器，其中，以连续方式激励第一线圈和第二线圈二者以产生磁调制场；其中，用正弦信号激励第一线圈，并且其中，用余弦信号激励 第二线圈，从而通过使磁场矢量旋转来使外部磁场重叠。4.如权利要求2或3所述的传感器，其中，还采用计算和控制单元(1101、 1001)，其基于测得的 峰值幅度来判断两个半桥中的哪一个被用于计算外部磁场角度。5. 如权利要求2所述的传感器，还包括检测器(1113)，其用于检测与来自两个半桥的输出相对应的 峰值幅度；以及计算和控制单元(115)，其用于根据下式来计算外部磁场角度<formula>formula see original document page 3</formula>其中，Ulpk和U2pk是测得的峰值幅度。6. 如权利要求1所述的传感器，其中，第三磁阻电阻器(103)相对于第四磁阻电阻器(104) 旋转90度的角度，并且其中，第一磁阻电阻器(101)和第二磁阻电阻器(102)被布 置为与第三磁阻电阻器(103)平行。7. 如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡布茨曼，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]