磁场角度传感器和传感方法技术

提出了一种磁阻传感器和感测方法，其中将外部磁场发生器用于提供第一模式，在所述第一模式中沿预定方向提供dc外部磁场，并且所述dc外部磁场相对于输入装置产生的待感测磁场是主导的。在第二模式中，所述外部磁场较小。对来自两种模式的角度传感器装置输出进行组合，并且这使得能够利用偏移电压补偿来确定输入装置的角度取向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁场传感器和感测方法。具体地，本专利技术涉及磁阻角度传感器。
技术介绍
磁传感器在各种行业正变得越来越重要。具体地在汽车工业中，在现代交通领域已经见到了诸如停车传感器、角度传感器、ABS(自动刹车系统)传感器和胎压传感器之类的各种传感器的存在，用于改善舒适性和安全性。磁传感器在汽车应用方面尤为重要，因为磁场容易穿透大多数材料。与例如光学传感器不同，磁传感器对于污垢非常不敏感。诸如基于霍尔效应或磁阻效应的传感器之类的几种不同磁传感器技术目前是可用的。各向异性磁阻(AMR)和巨磁阻(GMR)传感器是基于磁阻效应的传感器类型的具体示例。可以将霍尔效应传感器单片集成到集成电路中，从而使其便宜，但是也知晓霍尔效应传感器也由于其低灵敏度和随之而来的不精确性。尽管AMR传感器与霍尔效应传感器相比具有更高的灵敏度，AMR传感器要求更多的制造步骤，因为它们不能够单片集成，使得整体传感器系统更加昂贵。通常可以通过在分立管芯上或者在单片结构的顶部上溅射Ni8We^l来沉积AMR传感器。退火工艺(有时在磁场中)通常用于增加磁阻材料中的磁状态的稳定性。GMR传感器典型地具有比AMR传感器更高的灵敏度。然而，GMR传感器包括各种薄层和临界界面。制造这种传感器所要求的技术相当复杂和昂贵。另外，由于组成GMR传感器的薄的多层，也限制了工作温度范围。因此，通常选择AMR传感器作为磁传感器应用中的良好折衷。本专利技术通常可应用于磁阻传感器。作为示例，图1左侧简要绘出了 AMR传感器101。AMR传感器提供感测电流Isense, 所述感测电流Ismse可以例如从与电阻器R串联的参考电压提取。在图1右侧示出了根据所施加的(或者外部)磁场Hrait的典型AMR传递函数102，将其定义为AMR传感器电阻Ramr。在角度传感器中，由具有待测量的角度位置的器件的旋转引起外部磁场旋转。当所述外部磁场与电流路径对齐时，与电流方向垂直的分量为零，这就处于图中的峰值。传递函数相对于y轴对称，并且因此具有在Hext的零交叉附近消失的灵敏度。这强烈地妨碍了对零场交叉的精确检测对于这种对称的传递曲线，电噪声和其他干扰电信号在Hrart = 0处以及周围具有较大影响。解决这种问题的一种已知方式是在AMR传感器的顶部上添加线圈201，参见图2左侧。当通过所述线圈驱动DC电流(Ibias)时在AMR传感器中产生附加场Hbias。如图2右侧所示，现在在AMR传递函数上将AMR传感器的偏置点从0 (点22)偏移至Hbias (点23)。AMR 现在在零Hrart处是灵敏的，并且其对于AMR传感器的正弦Hext的响应看起来和图2右侧所示的一样。用于解决这种灵敏度问题的角度传感器的一种已知备选电路实现是双桥传感器， 具有两个全惠斯通桥，所述两个惠斯通桥互相交织以节省空间。这两个桥相同，但是彼此成 45度角，使得一个具有外部场角度的正弦函数的输出，而另一个具有外部场角度的余弦函数的输出。将正弦和余弦输出(Vy = Ssin(2 Φ)和Vx = Scos (2 Φ))用于计算角度φ = l/2arctg(Vy/Vx)磁角度传感器的问题是存在偏移，使得即使在没有磁场的情况下也会产生输出， 或者当产生零输出时，实际上存在磁场。对于这种双桥实现，每一个桥对于双倍角度2 φ敏感，因此只可能测量角度间隔 0-180°。如果\和/或vx包含偏移电压，以上算法将产生角度误差。因此需要减小偏移， 或者优选地完全抵消所述偏移。这包括设置双桥传感器的灵敏度和偏移。为此目的，在系统中可以使用预校准传感器，或者可以在ASIC板上存储器中存储偏移值。对于传感器的几乎每一种应用，这种偏移仍然是个问题，在存在已知值的激励 (在该情况下是磁场)的情况下，要求工厂将电压或电流或阻抗输出微调为固定值。通常在工厂中所谓的“零高斯”腔室中针对零场条件来设置该偏移。在传感器的寿命期间，偏移由于老化而可能变化。甚至在较短的时间间隔中，所述偏移也将由于环境条件的变化而改变。最常见的影响因素是温度。同样，机械(振动、压力)或化学条件可以影响这种偏移。已经提出了考虑这些变化条件的偏移补偿方法。这要求对于诸如温度之类的实际参数值的充分了解。然而在非线性情况下，补偿算法将变得非常复杂。另一个因素是在使用传感器时，无法设置与偏移微调期间的工厂条件类似的条件。在角度传感器的情况下，用于检测位置的磁场将总是存在于传感器邻近。因此，不可能再次实现零场条件。本专利技术目的在于提供一种角度传感器，其中实现了对于这种偏移的补偿。图3中示出了用于补偿这种偏移的第一种已知方法。将测试线圈施加在磁阻传感器的顶部上。这提供了产生AC测试场HTsin(coT*t)的可能性，例如，针对余弦χ桥。由于在磁阻传感器的区域中存在旋转磁场HA，这提供了添加至传感器信号的ac桥输出电压。这种测试场提供了具有与具有(yj的χ传感器相同偏移的输出。如果Ha = 0(正在感测器件的磁场)，所述方法包括测量测试线圈输出的平均值；以及使用所述平均值来调节系统下一部分中的放大器的dc电平。如果Ha >0，这种输入场的旋转频率《4应该足够大，以将其与测试线圈频率ωτ分离(滤波)。通常不会是这种情况，并且所述方法将变得无用。 此外，如果ωΑ>0，ωΑ上的信号本身可以用于确定偏移。那么，测试场就不是必须的。图4用于解释偏移补偿的另一种已知方法，例如US 4，694，248中所述。这种方法称作灵敏度调制。传感器具有用于在S和S’之间调制灵敏度的控制参数。这产生了如所示的环形(vx，vy)输出，其中^和\是两个桥式电路输出。在某些时刻，输出位于点A。对于灵敏度S以及当切换到较低灵敏度S’(这将输出设置到点A’)时，示出了 Vxa和VyA的值。然后，应用值Vxa，和VyA，。如果对于χ通道和y通道分别存在偏移Vxtl和Vytl，可以如下抵消偏移VxA = Vx0+SxHacos ( Φ)VxA, = Vx0+S' xHAcos (Φ)VyA = Vy。+SyHAsin(cj5)VyA’ = Vy0+S，yHAsin((j5)现在可以计算电压差Vxa-Vxa, = (Sx-S，x). HaC0S (Φ)VyA-VyA’ = (Sy-S，y) · HAsin ( Φ)这与任意偏移完全无关。定义Qe (Vxa-Vxa, )/(VyA, -VyA)如果Sx = Sy = S 并且 S，x = S，y，三 S，，那么 S-S，= SX_S，x = Sy_S，y。如果S乒S，，得到Φ = arctg(_l/Q)。只有满足以下条件时这种方法才工作良好a)偏移不会受到S和S’之间的切换的影响；b)需要提供用于改变灵敏度的控制参数对于某些类的硅基霍尔传感器，这是如此，但是对于磁阻传感器，这种灵敏度控制不容易实现。因此，需要一种磁阻角度传感器中抵消偏移的方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提出了一种磁阻角度传感器，包括角度传感器装置；输入装置，所述输入装置的角度取向是要感测的，并且所述输入装置包括磁场发生器；外部磁场发生器；控制装置，用于控制所述外部磁场发生器；以及处理装置，用于处理角度传感器装置输出，其中所述控制装置适于控制外部磁场发生器提供第一模式和第二模式，在所述第一模式中，沿预定本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种磁阻角度传感器，包括：角度传感器装置（１５０）；输入装置（１５４），所述输入装置的角度取向被感测，并且所述输入装置包括磁场（ＨＡ）发生器；外部磁场（Ｈｘ，Ｔ；Ｈｙ，Ｔ；Ｈｘｙ，Ｔ；Ｈｙｘ，Ｔ）发生器（１５２）；控制装置（１５６），用于控制所述外部磁场发生器；以及处理装置（１５８），用于处理角度传感器装置输出，其中所述控制装置适于控制所述外部磁场发生器以提供第一模式和第二模式，在所述第一模式中，沿预定的方向提供ｄｃ外部磁场，并且ｄｃ外部磁场相对于输入装置产生的磁场是主导的，在所述第二模式中，所述外部磁场较小，并且其中所述处理装置适于对来自两种模式的角度传感器装置输出进行组合，并且利用偏移电压补偿来确定输入装置角度取向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·泽尔恩，罗伯特·H·M·范费尔德温，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL