CN102132167B - 可校准多维磁点传感器 - Google Patents

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Abstract

一种可校准磁场传感器(100)，用于感测参考点(101)中的磁场的第一和第二空间分量(By，Bz；Bx，By)，其中，所述磁场包括第一和第二测量场分量(BMy，BMz；BMx，BMy)和/或第一和第二校准场分量(BKy，BKz；BKx，BKy)。可校准磁场传感器(100)包括：第一传感器元件布置(104；106)，包括至少第一和第二传感器元件(104a，104b；106a，106b)以感测第一参考点(101)中相对于第一空间轴(y；x)的第一磁场分量(By；Bx)，所述第一磁场分量(By；Bx)包括第一测量场分量(BMy；BMx)和/或第一校准场分量(BKy；BKx)。此外，磁场传感器(100)包括：第二传感器元件布置(102；104)，用于感测第一参考点(101)中相对于第二空间轴(z；y)的第二磁场分量(Bz；By)，所述第二磁场分量(Bz；By)包括第二测量场分量(BMz；BMy)和/或第二校准场分量(BKz；BKy)。磁场传感器(100)还包括：激励线(108)，相对于第一传感器元件布置(104；106)而布置，使得在将默认电流(Ik1)施加到激励线(108)时，在第一传感器元件布置(104；106)中相对于第一空间轴(y；x)产生第一传感器元件(104a；106a)和第二传感器元件(104b；106b)中的一对不同的非对称默认校准场分量(BKya；BKxa；BKyb；BKxb)，其中两个空间轴(y，z；x，z；x，y)沿着线性无关位置矢量延伸。

Description

可校准多维磁点传感器
技术领域
本发明涉及磁场传感器，具体涉及用于检测参考点处的磁场空间分量的霍尔传感器，具体地，所述传感器在测量操作期间是可校准的，本发明还涉及所采用的校准和测量方法。
背景技术
除了在幅度和方向方面测量磁场以外，基于霍尔效应的霍尔传感器元件还频繁地用在非接触式无接触信号发生器的技术中，以无磨损的方式检测开关或控制元件的位置。另一种应用方式是测量电流，其中，霍尔传感器被置于与导电迹线接近的位置，并且通过检测导电迹线中的电流所产生的磁场来以非接触式方式测量导电迹线中的电流。在实际应用中，霍尔传感器的具体优点在于其对于诸如污染等外界环境影响相对非常不敏感。
就技术而言，已知所谓的水平或横向霍尔传感器元件和垂直霍尔传感器元件，根据现有技术，图6a示例性地示出了水平霍尔传感器元件，图6b示出了垂直霍尔传感器元件。
霍尔传感器元件通常包括半导体晶片，所述半导体晶片具有用于与外部控制电路电连接的四个接触端子。霍尔传感器元件的四个接触端子中，两个接触端子用于施加通过有源半导体区域的工作电流，而另两个接触端子用于检测霍尔电压。当工作电压流经的半导体晶片外露于具有电感
Figure GPA00001115629500011
的磁场时，在磁场中作用于运动电荷载流子的“洛伦兹力”使电流路径发生偏转。霍尔电压与电流方向垂直并且与施加在有源半导体区域中的磁场垂直。
如图6a基本上示出的，根据现有技术的水平霍尔传感器元件600通常包括p型掺杂半导体衬底604上的n型掺杂半导体区域602。与芯片表面(x-y平面)平行布置的霍尔传感器元件称作是水平的。
典型地，n型掺杂有源区域602经由四个接触电极606a-d连接至外部控制或评估逻辑，这四个接触电极606a-d彼此相对地成对布置在有源区域602中。为了清楚起见，在图6中没有示出控制或评估逻辑。四个接触电极606a-d被分成：两个相对的控制电流接触电极606a和606c，用于产生通过有源区域602的电流IH；并且还被分成两个相对的电压分接接触电极606b和606d，用于分接霍尔电压UH作为传感器信号，所述霍尔电压UH出现在垂直于电流而施加在有源区域602中的磁场
Figure GPA00001115629500021
中并且垂直于所施加的磁场。通过在不同接触电极之间施加电流IH并相应地在其他接触电极处分接垂直于电流的霍尔电压UH，可以实现允许对若干测量周期上霍尔传感器中出现的容差加以补偿的方法，所述容差例如是由于制造容差等而引起的。
从图6所示的水平霍尔传感器元件600可以看出，接触端子606a-d之间的有源区域可以被限定为，使得该有源区域具有有效长度L和有效宽度W。图6a所示的水平霍尔传感器元件600相对而言易于使用用于制造半导体结构的传统CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺来实现。
除了水平霍尔传感器元件之外，现有技术中还已知所谓的垂直霍尔传感器布置的实现方式，所述实现方式也允许使用标准半导体制造技术，例如，COMS工艺。图6b基本上示出了垂直霍尔传感器元件620的示例，其中，垂直在这里指的是与芯片表面的平面(X-Y平面)垂直的平面。在图6b所示的垂直霍尔传感器元件620中，优选地n型掺杂有源半导体区域622以阱的形式在p型掺杂半导体衬底624上延伸，有源半导体区域622具有深度T。如图6b所示，垂直霍尔传感器元件包括三个接触区域626a-c，这三个接触区域626a-c布置在半导体衬底624中并与半导体衬底624的主表面相邻，接触端子626a-c都布置在有源半导体区域622中。由于这三个接触区域，所以垂直霍尔传感器元件的这种变型还称作3引脚传感器。
图6b所示的垂直霍尔传感器元件620还包括沿着有源半导体区域622主表面的三个接触区域626a-c，接触区域626a连接至接触端子A，接触区域626b连接至接触端子B，接触区域626c连接至接触端子C。当在两个端子A和C之间施加电压时，可以在接触端子B处测量通过有源半导体区域622的电流IH以及与电流IH和磁场
Figure GPA00001115629500022
垂直的霍尔电压UH。有源半导体区域622的有效有源区域由有源半导体区域622的深度T以及与电流馈送接触电极626a和626c之间的距离相对应的长度L来预先确定。
例如在R.S.Popovic，“Hall Effect Devices，Magnetic Sensors andCharacterization of Semiconductors”，Adam Hilger，1991，ISBN0-7503-0096-5等文献中已知水平和垂直霍尔传感器以及减小由于元件容差而形成的偏移的方法，所述元件容差例如是使用旋转电流方法等时由于污染、非对称、压电效应、老化现象等引起的。如例如在DE 101 50 955和DE 101 50 950中所描述的，以旋转电流方式工作的垂直传感器常包括两个或或四个独立的传感器。
此外，除了3引脚垂直霍尔传感器元件的变型以外，在DE 101 50 955和DE 101 50 950中还描述了所谓的5引脚垂直霍尔传感器元件。在5引脚霍尔传感器元件中，也可以利用在若干测量阶段上进行的补偿方法来执行对独立元件的容差加以补偿的测量，其中典型地旋转电流方法也可以用在这里。
旋转电流技术意味着使用特定时钟频率，将用于检测霍尔传感器元件处霍尔电压的测量方向连续地周期性地转动例如90°，并对整个360°转动的所有测量信号求和。在包括四个接触区域并且其中两个相应的接触区域彼此成对布置的霍尔传感器元件中，根据旋转电流阶段，每个接触对既被用作用于馈送电流的控制电流接触区域，又被用作用于分接霍尔信号的测量接触区域。因此，在旋转电流阶段或在旋转电流周期中，工作电流(控制电流IH)在两个关联的接触区域之间流动，而在彼此相关联的另外两个接触区域处分接霍尔电压。
在下一周期中，测量方向转动90°，使得在前一周期中用于分接霍尔电压的接触区域现在用于馈送控制电流。通过在所有四个周期或阶段上求和，由于制造或材料而导致的偏移电压近似相互抵消，使得仅保留真正依赖于磁场的信号部分。当然，该过程还可以应用于更大数目的接触对，其中典型地，针对四个接触对(包括八个接触区域)，将旋转电流阶段周期地转动45°，以便能够对整个360°转动上的所有测量信号求和。
在水平霍尔传感器中，也经常使用四个传感器，这是因为在合适的布置下，也可以通过空间旋转电流操作来显著减小偏移，参见例如DE199 43 128。
当针对若干空间方向来测量磁场时，最常使用分离的霍尔传感器元件。例如，使用分离的传感器元件来检测磁场的三个空间方向通常导致以下问题：要测量的磁场不是在一个点测量的，而是在三个不同的点测量的。图7阐明了这一点，图7示出了霍尔传感器702、704和706。第一霍尔传感器702用于检测y空间分量，第二霍尔传感器704用于检测z空间分量，第三霍尔传感器706用于检测x空间分量。独立的传感器702、704和706测量近似在这些独立传感器中心点处的磁场的相应空间分量。
独立的传感器可以包括若干霍尔传感器元件。图7示例性地示出了三个独立的传感器，每个传感器包括四个霍尔传感器元件，其中，在图7中假定水平霍尔传感器704检测要测量的磁场的z分量，一个垂直霍尔传感器702和706分别针对磁场的y分量和x分量。如图7中示例性地示出的用于检测空间磁场分量的布置导致了以下问题：不能测量一个点的磁场，而是测量在各个独立传感器的相应中心点的磁场。这不可避免地导致了讹误，因为不可能基于在磁场传感器的不同位置处检测到的磁场分量来精确评估磁场。
另一方面是当利用霍尔传感器元件来检测和评估磁场时对独立元件的校准。根据现有技术，通常为霍尔传感器提供所谓的激励线，所述激励线允许在独立传感器的测量点产生限定的磁场，以便随后可以通过将所测量的霍尔电压与限定的磁场相比较或相关联来实现传感器的校准。
可以使用激励线在霍尔传感器处产生人造磁场，通过这种方式可以实现在操作期间的简单晶片测试(即，直接在衬底上测试)和自测试以及灵敏度校准，参照Janez Trontelj，“Optimization of Integrated MagneticSensor by Mixed Signal Processing，Proceedings of the 16th IEEE Vol.1。这在严格要求安全性的行业中尤为受到关注，例如，在汽车行业中或在医学工程中，因为这允许传感器甚至在操作期间监测传感器自身。
当示例性地若干独立传感器用于检测磁场的空间分量时，如图7示例性地示出的，每个独立的传感器需要相应的用于校准的激励线，其中，仍然独立地校准各个独立的传感器。这意味着根据独立传感器元件的数目来衡量校准执行，在空间上检测三个磁场分量的情况下校准执行与单独的传感器的校准执行相比增加了3倍。
允许评估磁场(即，检测在一个点的测量)的一个途径是EcolePolytechnique Federal Lausanne EPFL制作的3D传感器，参照C.Schott，R.S.Popovic，“Integrated 3D Hall Magnetic Field Sensor”，Transducers’99，June 7-10，Sensai，Japan，VOL.1，pages 168-171，1999。图8是在半导体衬底802上实现的这种霍尔传感器的示意图。3D传感器包括四个接触区域804a-d，可以经由这四个接触区域804a-d将电流施加到半导体基板802中。3D传感器还包括四个测量接触区域806a-d，可以经由这四个测量接触区域806a-d来检测不同的磁场分量。在图8的右侧示出了布线810。所示的包括四个运算放大器812a-d的布线评估与独立的磁场分量成比例的霍尔电压，并在端子814a-c处以信号Vx、Vy和Vz的形式输出相应的分量。
所示的传感器导致了以下问题：该传感器仅能由外部产生的限定的磁场来校准，而没有其自己的激励线。此外，由于其配置和功能模式，不能使用补偿方法(例如，旋转电流方法)来操作这种传感器。此外，图8所示的布置的缺点在于，由于半导体材料的污染、接触的非对称性、晶体结构的变化等，使得这种半导体元件呈现出偏移电压，而使用适于旋转电流的相应补偿布线无法抑制这些偏移电压。传感器测量聚焦的点中的磁场分量，然而该传感器呈现出高偏移，并从而仅适合有限程度上的精确测量。图9示出了支持补偿(旋转电流)的3D传感器，该3D传感器检测一个测量点中的空间磁场分量，在Enrico Schurig in“HighlySensitive Vertical Hall Sensors in CMOS Technology”，Hartung-GorreVerlag Konstanz，2005，Reprinted from EPFL Thesis No.3134(2004)，ISSN1438-0609，ISBN 3-86628-023-8 WW.page 185ff讨论了这种支持补偿(旋转电流)的3D传感器。在图9的顶部，示出了包括三个独立传感器的图7的3D传感器。在图9的顶部示出了用于检测空间磁场分量的三个独立的传感器902、904和906。在图9的底部，示出了独立传感器的备选布置。采用这种布置，由于图9中传感器904的测量点在布置900的中心，所以传感器904保持不变，此外，包括独立元件的两个独立传感器902和906是可分开的。现在，传感器902被分成两个传感器部分902a和902b，并且关于传感器元件904的中心点对称地布置。针对传感器906进行类似的过程，使得传感器906也被分成两个传感器部分906a和906b，这两个传感器部分906a和906b沿着相应的空间轴，关于传感器元件904的中心点对称地布置。由于独立传感器元件的对称布置，因此检测在布置的几何中心处的一个点中的磁场。
总而言之，可以认为关于中心点对称地布置的独立传感器可以用在测量多维磁场的传统技术领域中。具体地，可以以角传感器来实现这种布置，其中所有传感器都测量一点个中的磁场。然而，在这些布置中，传感器的监控、校准和测试是存在问题的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于对参考点中的磁场进行多维检测的磁场传感器，其中，可以高效地补偿该传感器的容差；可以以可靠且简单的方式来校准该传感器，所述校准可以在测量操作期间执行；并且可以在晶片上测试中或在操作期间以低成本且高效地测试该传感器。
通过根据权利要求1所述的可校准磁场传感器以及根据权利要求16所述的在测量操作期间校准磁场传感器的方法，实现了该目的。
在一个实施例中，本发明提供了一种可校准磁场传感器，用于感测参考点中的磁场的第一和第二空间分量，其中，所述磁场包括第一和第二测量场分量和/或第一和第二校准场分量，所述可校准磁场传感器包括：第一传感器元件布置，包括至少第一和第二传感器元件以感测第一参考点中相对于第一空间轴的第一磁场分量，所述第一磁场分量包括第一测量场分量和/或第一校准场分量。此外，磁场传感器包括第二传感器元件布置，用于感测参考点中相对于第二空间轴的第二磁场分量，所述第二磁场分量包括第二测量场分量和/或第二校准场分量。磁场传感器还包括激励线，相对于第一传感器元件布置而布置，使得在将默认电流施加到激励线时，在第一传感器元件布置中相对于第一空间轴，产生第一传感器元件布置的第一传感器元件和第二传感器元件中的一对不同的非对称默认校准场分量，其中两个空间轴沿着线性无关位置矢量延伸。
在另一实施例中，本发明提供了一种在测量操作期间可校准的磁场传感器，用于检测参考点中的磁场的第一、第二和第三空间分量Bz，By，Bx，所述磁场包括第一、第二和第三测量场分量BMz、BMy、BMx和/或第一、第二和第三校准场分量BKz、BKy、BKx。磁场传感器包括第一传感器元件布置，所述第一传感器元件布置具有至少两个传感器元件，用于检测参考点中相对于第一空间轴z的第一磁场分量Bz，第一磁场分量Bz包括第一测量场分量BMz和/或第一校准场分量BKz。
此外，磁场传感器包括第二传感器元件布置，第二传感器元件布置具有至少两个传感器元件，用于检测参考点中相对于第二空间轴y的第二磁场分量By，第二磁场分量By包括第二测量场分量BMy和/或第二校准场分量BKy。磁场传感器还包括第三传感器元件布置，第三传感器元件布置具有至少两个传感器元件，用于检测参考点中相对于第三空间轴x的第二磁场分量Bx，第三磁场分量Bx包括第三测量场分量BMx和/或第三校准场分量BKx。磁场传感器还包括激励线，所述激励线相对于第一、第二和第三传感器元件布置而布置，使得在将默认电流Ik1施加到激励线时，在第一传感器元件布置中相对于第一空间轴z产生第一对不同的预定校准场分量BKza、BKzb，在第二传感器元件布置中相对于第二空间轴y产生第二对不同的预定校准场分量BKya、BKyb，在第三传感器元件布置中相对于第三空间轴x产生第三对不同的预定校准场分量BKxa、BKxb，三个空间轴z、y和x沿着线性无关位置矢量延伸。
本发明基于以下发现：优选地，对称地成对布置的传感器元件能够提供用于对磁场进行多维检测的磁场传感器，当使用至少一个非对称激励线时，所述磁场传感器变得可校准。从而，激励线相对于在所述磁场中成对布置的传感器元件是非对称性的，这在于可以通过使用激励线施加电流来产生的磁场，在成对布置的传感器元件中引起不相等的磁场分量。因此，这里可以使用相等灵敏度的传感器元件，因为由于上述非对称性，可以使用磁场传感器来测量和校准不同的校准场分量之间的差别。当使用本发明的磁场传感器的实施例时，可以分别沿着两个和三个线性无关位置矢量来检测二维、甚至三维的磁场。
也可以使用如下激励线：相对于成对布置的传感器元件，所述激励线具有不同的、或镜像的或相反的非对称性。例如，激励线可以形成线圈，这些线圈的磁场彼此叠加，从而在传感器元件的灵敏度方向上产生激励场。这是具有有利效果的，因为磁场传感器可以被实现为是在测量操作期间可校准或可监控的。
本发明的磁场传感器和方法的另一优点是：可以在操作期间校准磁场传感器，从而可以节省附加的硬件成本或时间耗费。例如，可以由微控制器或处理器来组合和/或评估测量结果，使得附加的努力仅限于一个附加的计算操作。从而可以同时并且以补偿的方式获得测量场分量和校准场分量。由于可以连续地校准和/或调节磁场传感器并同时监控磁场传感器的功能，而不必需要许多情况下对测量的质量或数量的折中，所以这在安全性关键的应用情况下是尤为有利的，例如，在汽车或医学工程中。
附图说明
随后将参考附图来详细描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1a示出了根据本发明磁场传感器实施例的霍尔传感器元件和激励线的基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器，所述磁场传感器用于检测第一和第二空间磁场分量；
图1b示出了根据本发明磁场传感器实施例的霍尔传感器元件和激励线的另一基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器，所述磁场传感器用于检测第一和第二空间磁场分量；
图1c示出了根据本发明磁场传感器实施例的霍尔传感器元件和激励线的基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器，所述磁场传感器用于检测第一、第二和第三空间磁场分量；
图1d示出了根据本发明磁场传感器实施例的霍尔传感器元件和激励线的另一基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器，所述磁场传感器用于检测第一、第二和第三空间磁场分量；
图2示出了根据本发明磁场传感器另一实施例的霍尔传感器元件和激励线的基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器；
图3a示出了根据本发明磁场传感器另一实施例的霍尔传感器元件和激励线的基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器；
图3b示出了根据本发明磁场传感器另一实施例的霍尔传感器元件和激励线的基本布置，其中在测量操作期间可以校准所述磁场传感器；
图4示出了磁场传感器的另一实施例；
图5示出了磁场传感器的另一实施例；
图6a示出了根据现有技术的水平霍尔传感器元件的基本设置；
图6b示出了根据现有技术的垂直霍尔传感器元件的基本设置；
图7示出了根据现有技术的用于在空间上检测磁场分量的独立传感器的基本布置；
图8示出了根据现有技术的用于检测空间磁场分量的备选3D传感器；以及
图9示出了用于检测一点中空间磁场的独立霍尔传感器元件的基本布置。
具体实施方式
参考以下说明，应当注意，不同实施例中相同或看似相同的功能单元具有相同的参考数字，从而在下文所述的不同实施例中可以相互交换。
图1a示出了用于检测在参考点101处的磁场的第一和第二空间分量(BY，Bz)的可校准磁场传感器100，其中，磁场包括第一和第二测量场分量(BMy，BMz)和/或第一和第二校准场分量(BKy，BKz)。磁场传感器10包括第一传感器元件布置104，所述第一传感器元件布置104包括至少第一和第二传感器元件(104a，104b)，以检测在参考点101处参照第一空间轴y的第一磁场分量By，第一磁场分量By包括第一测量场分量BMy和/或第一校准场分量BKy。
此外，磁场传感器100包括第二传感器元件布置102，第二传感器元件布置102用于检测在参考点101处参照第二空间轴z的第二磁场分量Bz，所述第二磁场分量Bz包括第二测量场分量BMz和/或第二校准场分量BKz。磁场传感器100还包括激励线108，相对于第一传感器元件布置104来布置所述激励线108，使得在将预定的电流Ik1施加到激励线108中时，在第一传感器元件布置104中产生参照空间轴y的一对不同的预定校准场分量：在第一传感器元件104a中的BKya和在第二传感器元件104b中的BKyb，其中两个空间轴y和z沿着线性无关位置矢量延伸。
图1b示出了用于检测在参考点101处的磁场的第一和第二空间分量(Bx，By)的可校准磁场传感器100的另一实施例，其中，磁场包括第一和第二测量场分量(BMx，BMy)和/或第一和第二校准场分量(BKx，BKy)。磁场传感器100包括第一传感器元件布置106，第一传感器元件布置106包括至少第一和第二传感器元件106a和106b，以检测在参考点101处参照第一空间轴x的第一磁场分量Bx，第一磁场分量Bx包括第一测量场分量BMx和/或第一校准场分量BKx。
图1b所示的磁场传感器还包括第二传感器元件布置104，第二传感器元件布置104用于检测在参考点101中参照第二空间轴y的第二磁场分量By，第二磁场分量By包括第二测量场分量BMy和/或第二校准场分量BKy。
在图1b所示的实施例中，磁场传感器100还包括激励线108，相对于第一传感器元件布置106来布置所述激励线，使得在将预定的电流Ik1施加到激励线108中时，在第一传感器元件布置106中产生参照空间轴x的一对不同的预定校准场分量：在第一传感器元件106a中的BKxa和在第二传感器元件106b中的BKxb，其中两个空间轴x和y沿着线性无关位置矢量延伸。在另一实施例中，可以将传感器元件布置为使这些传感器元件涉及两个空间轴x和z，其中，在这样的实施例中，第一传感器元件布置可以与图1b的传感器元件布置106相对应，第二传感器元件布置可以与图1a的传感器元件布置102相对应。在一般情况下，本发明的实施例可以是根据沿着线性无关位置矢量延伸的两个空间方向来检测磁场，其中，将激励线108布置为使得该激励线108至少关于包括至少两个传感器元件在内的磁场传感器的一个传感器元件布置而言，产生不同的校准场分量。这里，线性无关位置矢量的方向不是固定的，使得可以实现两个随机的空间方向。
根据图1b所示的实施例，可校准磁场传感器100可以包括第二传感器元件布置104，第二传感器元件布置104也包括至少第一传感器元件104a和第二传感器元件104b，其中，还相对于第二传感器元件布置104来布置激励线，使得在第二传感器元件布置104中产生参照第二空间轴y的第二对不同的预定校准场分量：在第一传感器元件104a中的BKya和在第二传感器元件104b中的BKyb。
除了以上参考图1a和1b描述的为了检测至少两个空间维度的磁场传感器以外，还可以检测三个空间方向。图1c示出了可校准磁场传感器100的实施例，所述可校准磁场传感器100还被实现为检测参考点100处的磁场的第三空间分量Bx或Bz，其中磁场包括第三测量场分量BMx或BMz和/或第三校准场分量BKx或BKz。
参考图1a，图1c所示的磁场传感器的实施例还检测空间磁分量Bx，参考图1b，图1c所示的磁场传感器的实施例还检测空间磁分量Bz。
图1c所示的磁场传感器100的实施例还包括第三传感器元件布置106或102，所述第三传感器元件布置106或102用于检测参考点101中参照考第三空间轴x或z的第三磁场分量Bx或Bz，第三磁场分量Bx或Bz包括第三测量场分量BMx或BMz和/或第三校准场分量BKx或BKz，其中三个空间轴z、y和x沿着线性无关位置矢量延伸。
图1d示出了磁场传感器100的另一实施例，在图1d的实施例中，第三传感器元件布置102还包括第一和第二传感器元件102a和102b，其中，相对于第三传感器元件布置102来布置激励线108，使得在将预定的电流Ik1施加到激励线108中时，在第三传感器元件布置中产生参照第一空间轴z的一对不同的预定校准场分量：在第一传感器元件102a和在第二传感器元件102b中的BKza和BKzb。
一般而言，实施例包括用于检测两个或三个空间磁场分量的可校准磁场传感器。图1a至1d示出了不同的变型，这里独立的空间方向可以相互交换的。因此，例如可以向根据图1a的磁场传感器添加根据图1c的第三传感器元件布置106。
在下文中，详细地说明了本发明的实施例。为了避免重复，在以下实施例中假定各个磁场传感器检测朝向三个空间方向的磁场，其中这三个空间方向沿着线性无关位置矢量延伸。然而，在下文中描述的所有实施例也可以用于仅检测磁场的两个空间方向。因此在以下说明的实施例中，可以省略一个传感器元件布置102、104或106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或以下实施例在传感器元件及其实现方式方面也可以等效地应用于图1a和1b的实施例。
图1d示出了磁场传感器100的实施例，可以在测量操作中校准磁场传感器100，并且磁场传感器100用于检测参考点101处的磁场的第一、第二和第三空间分量Bz、By和Bx，其中，磁场包括第一、第二和第三测量场分量BMz、BMy、BMx和/或第一、第二和第三校准场分量BKz、BKy和BKx。
磁场传感器100包括第一传感器元件布置102，第一传感器元件布置102包括至少两个传感器元件102a和102b，以检测参考点101中参照第一空间轴z的第一磁场分量Bz，第一磁场分量Bz包括第一测量场分量BMz和/或第一校准场分量BKz。磁场传感器100还包括第二传感器元件布置104，第二传感器布置104包括至少两个传感器元件104a和104b，以检测参考点101处参考空间轴y的第二磁场分量By，第二磁场分量By包括第二测量场分量BMy和/或第二校准场分量BKy。磁场传感器100还包括第三传感器元件布置106，第三传感器布置106包括至少两个传感器元件106a和106b，以检测参考点101处参考空间轴x的第三磁场分量Bx，第三磁场分量Bx包括第三测量场分量BMx和/或第三校准场分量BKx。
磁场传感器100还包括激励线108，相对于第一传感器元件布置102、第二传感器元件布置104和第三传感器元件布置106来布置所述激励线108，使得在将预定的电流Ik1施加到激励线108中时，在第一传感器元件布置102中产生相对于第一空间轴z的第一对不同的预定校准场分量，在传感器元件102a中的BKza和在传感器元件102b中的BKzb，在第二传感器元件布置104中产生相对于第二空间轴y的第二对不同的预定校准场分量，在传感器元件104a中的BKya和在传感器元件104b中的BKyb，在第三传感器元件布置102中产生相对于第三空间轴x的第三对不同的预定校准场分量，在传感器元件106a中的BKxa和在传感器元件106b中的BKxb，其中三个空间轴z、y和x沿着线性无关位置矢量延伸。
图1d示出了磁场传感器100的实施例，该磁场传感器100包括非对称布置的激励线108。这里，通过激励线相对于参考点101的非对称性，来实现与每个传感器元件布置(例如，102，104，106)中的至少两个传感器元件(例如，102a，102b；104a，104b；106a，106b)有关的不同预定校准场分量对。可以例如根据图1d的实施例来布置激励线108，使得激励线108形成具有至少一个绕组的线圈。
从几何上可以看出，在本实施例中可以将激励线108布置为使得具有至少一个绕组的线圈包括到传感器元件布置(例如，102，104，106)的至少两个传感器元件(例如，102a，102b；104a，104b；106a，106b)的最短距离，这些最短距离不同。由于激励线108与传感器元件布置(104，106)的距离较短，所以当电流在激励线108中流动时，距离越远，产生的校准场分量越强。这里激励线108与传感器元件(例如，104a，104b，106a，106b)的最短距离可以与平均有效距离有关。
例如，可以关于激励线108对称地成对实现传感器元件(例如，104a，104b，106a，106b)，参考图1d所示的示例，传感器元件104a和106a和/或104b和106b。然而，通常也可以实现任何“非对称”几何结构，其中，在不同的传感器元件(例如，104a，104b，106a，106b)或传感器元件布置(例如，104，106)中，相对于校准场分量，产生所限定的非对称性。也可以经由不同强度的激励电流来实现非对称性。成对的对称布置使得可以实现简单的评估，而在传感器元件之间(例如，104和104b和/或106和106b)，由于不同的距离，使得可以存在所限定的非对称性，从而也可以存在关于可能产生的校准场分量的所限定的非对称性。例如，根据图1a至1d，可以通过激励线108相对于参考点101的几何移位或非对称性来实现这一点。在图1c和1d的实施例中，激励线108在传感器元件104b和106b正上方延伸，但是在传感器元件104a和106a横向旁边延伸。到目前为止，激励线108与传感器元件布置(例如，104，106)的传感器元件(例如，104a，104c；106a，106b)之间不同的最短距离可以被视为：激励线108呈现出到传感器元件布置(例如，104和/或106)的两个传感器元件(例如，104a和104b和/或106a和106b)的不同距离，使得由于激励线108中的电流Ik1而在传感器元件布置(例如，104和/或106)的传感器元件(例如，104a和104b和/或106a和106b)中引起的磁场分量也不同。
如上所述，在所说明的实施例中，也可以省略一个传感器元件布置102、104或106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以便检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或关于传感器元件及其实现方式的说明也可以等效地应用于图1a和1b的实施例。
在其他实施例中，还可以相对于参考点101对称地布置激励线108。图2中示出了这样的实施例。图2示出了磁场传感器100的另一实施例，磁场传感器100包括与参考图1d已经示出并说明的组件相同的组件。与图1d的差别在于现在在图2中作为具有1.5个绕组的线圈而实现的激励线108的布置。通常，在实施例中，具有任何数目个绕组的线圈实现方式都是可能的，然而，如图2中示意性地示出的，也可以利用不完整的绕组和/或部分绕组来实现上述非对称性。通常，一个独立的部分绕组也是可能的，参见图1a和1b。在这些情况下，从而可以根据图1a和1b利用导电迹线来实现部分绕组，所述导电迹线相对于传感器元件布置的传感器元件而非对称地布置。
实施例也可以包括激励线108，所述激励线108没有相对于参考点101对称布置，并且包括非整数个绕组。相应地，激励线108可以被实现为使得该激励线108包括一个完整的绕组以及一个部分的绕组。此外，激励线108可以相对于传感器元件(例如，104a，104b，106a，106b)成对对称布置，其中，一般情况不限于这种对称性，在实施例中可以实现能产生所限定的“非对称”校准场分量的任何布置。
如上所述，在上述实施例中，也可以省略一个传感器布置102、104或106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或关于传感器元件及其实现方式的实施例也可以等效地应用于图1a和1b的实施例。
图3a示出了磁场传感器100的另一实施例。图3a的磁场传感器100包括与参考图1a至d和图2示出和说明的组件相同的组件。此外，在图3a的实施例中，存在第二激励线109。根据图3a，第二激励线109相对于激励线108而移位，即，激励线108在传感器元件104b和106b正上方延伸，而在传感器元件104a和106a横向旁边延伸。第二激励线109在传感器元件104a和106a正上方延伸，而在传感器元件104b和106b横向旁边延伸。
此外，在所说明的实施例中，也可以省略一个传感器元件布置102、104、106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或关于传感器元件及其实现方式的实施例也可以等效地应用于图1a和1b的实施例。
在实施例中，可以相对于第一传感器元件布置102、第二传感器元件布置104和第三传感器元件布置106来布置第二激励线109，使得在将另外的预定电流Ik2施加到第二激励线109中的情况下，在第一传感器元件布置102中产生相对于第一空间轴z的第一另一对不同的预定校准场分量，即在传感器元件102a中的BKza2和在传感器元件102b中的BKzb2，在第二传感器元件布置104中产生相对于第二空间轴y的第二另一对不同的预定校准场分量，即在传感器元件104a中的BKya2和在传感器元件104b中的BKyb2，在第三传感器元件布置102中产生相对于第三空间轴x的第三另一对不同的预定校准场分量，即在传感器元件106a中的BKxa2和在传感器元件106b中的BKxb2。
根据图3a，也可以经由第二激励线产生附加的校准场分量。此外，第二激励线109可以相对于传感器元件(例如，104a，104b，106a，106b)成对对称布置，其中，一般情况不限于这种对称性，在实施例中可以实现能产生所限定的校准场分量的任何布置。
在实施例中，第一激励线108和第二激励线109可以被布置为使得：第一另一对不同的预定校准场分量与第一对校准场分量相比彼此成相反关系，第二另一对不同的预定校准场分量与第二对校准场分量相比彼此成相反关系，并且第三另一对不同的预定校准场分量与第三对校准场分量相比彼此成相反关系。在图3a中以第一激励线108和第二激励线109的几何结构作为示例示出了这一点。
作为示例，电流流经第一激励线108，而没有电流流经第二激励线。相应地，传感器元件104b和106b中的第一激励线108产生强校准场分量BKyb和BKxb，在传感器元件104a和106a中产生弱校准场分量BKya和BKxa。如果将激发和/或电流反转，使得第一激励线108无电流而第二激励线承载先前在第一激励线中流动的电流Ik2，则第二激励线109在传感器元件104b和106b中产生弱校准场分量BKyb2和BKxb2，在传感器元件104a和106a中产生强校准场分量BKya2和BKxa2。在实施例中，激励线108和109可以被布置为使得在这样的示例中可以应用以下等式：
BKyb/BKya＝BKxb/BKxa，
BKyb2/BKya2＝BKxb2/BKxa2，
或者
BKyb/BKya＝BKxa2/BKxb2。
在实施例中，第一传感器元件布置102可以包括相对于磁场传感器主表面的水平霍尔传感器元件102a或102b。通常，在实施例中，可以使用对于不同磁场分量(Bx，By，Bz)具有相应灵敏度的任何磁场传感器。例如，也可以使用磁阻传感器元件。在下文中，作为示例将本发明实施例描述为霍尔传感器元件的实现。第一传感器元件布置102还可以包括相对于磁场传感器的主表面而言水平的多个霍尔传感器元件，其中，多个水平霍尔传感器元件(例如，102a；102b)的几何布置可以相对于参考点101成对对称，霍尔传感器元件还彼此耦合，使得可以以偏移补偿的方式来检测磁场分量。
在实施例中，第二传感器元件布置104可以包括相对于磁场传感器主表面垂直的至少两个霍尔传感器元件(例如，104a；104b)，其中，至少两个垂直传感器元件的几何布置可以相对于参考点101成对对称，并且传感器元件可以彼此耦合使得可以以偏移补偿的方式来检测磁场分量。通常，在实施例中，也可以使用对于不同磁场分量(Bx，By，Bz)具有相应灵敏度的任何磁场传感器。
在实施例中，第三传感器元件布置106可以包括相对于磁场传感器主表面垂直的至少两个霍尔传感器元件(例如，106a；106b)，其中，至少两个垂直传感器元件的几何布置可以相对于参考点101成对对称，并且这些传感器元件可以彼此耦合，使得以偏移补偿的方式来检测磁场分量。在另一实施例中，第一传感器元件布置102、第二传感器元件布置104或第三传感器元件布置106也可以工作在旋转电流模式下，在实施例中，也可以使用任何磁场传感器。
图3b示出了另一实施例。如上所述，在所说明的实施例中，也可以省略一个传感器元件布置102、104或106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或关于传感器元件及其实现方式的实施例也可以等效地应用于图1a和1b的实施例。
图3b的磁场传感器100包括与参考图1、图2和图3a示出和说明的组件相同的组件。此外，在图3b的实施例中，存在以虚线表示的第二激励线109。根据图3b，第二激励线109相对于激励线108而移位，即，激励线108在传感器元件104b和106b正上方延伸，而在传感器元件104a和106a横向旁边延伸。第二激励线109在传感器元件104a和106a正上方延伸，而在传感器元件104b和106b横向旁边延伸。在图3b中，每个传感器元件(例如，102a，102b，104a，104b，106a，106b)是由两个独立传感器组合成的，这两个独立传感器元件是根据它们的测量排列而指定的。
作为示例，在图3b中假定传感器元件布置102包括两个传感器元件102a和102b，其中，传感器元件102a包括两个独立的传感器Z1和Z2，传感器元件102b包括两个独立的传感器Z3和Z4。根据图3b的右上角示意性示出的坐标，传感器元件102被布置为使得可以检测z方向上的磁场分量。例如，可以由水平霍尔传感器来实现独立的传感器Z1-Z4。类似地，在图3b中，传感器元件布置104包括传感器元件104a和104b，传感器元件104a和104b同样包括用于检测y方向上的磁场分量的独立传感器Y1-Y4。为了检测x方向上的磁场分量，传感器元件布置106相应地以传感器元件106a和106b和独立传感器X1-X4的形式来排列。独立传感器X1-X4和Y1-Y4例如也可以由垂直霍尔传感器来实现。
在实施例中，可以仅由一个线圈和/或激励线108来激励磁场传感器。从而在下文中不考虑第二激励线109和/或线圈，并在稍后考虑的其他实施例中更详细地说明第二激励线109和/或线圈。如果存在仅一个激励线108和/或线圈，则例如检测z方向磁场的传感器元件布置102可以以磁场来激励，该磁场的大小是例如使用两个线圈时磁场大小的二分之一。在例如检测x方向和y方向磁场的传感器元件布置104和106中，激励以不同方式进行。
传感器元件布置104和106可以包括四个部分传感器，每个部分传感器例如如图3b所示的。在该实施例中，两个部分传感器(例如，X1，X2，Y1，Y2)分别检测线圈的完整磁场，另外两个部分传感器(例如，X3，X4，Y3，Y4)仅检测指向另一方向的实质上较弱以至于近乎消失的弥散场。通过部分传感器(例如，X1-4，Y1-4)的相应连接(例如，并联)，可以对部分传感器的输出信号求平均。在本实施例中，两个部分传感器分别示出了完整信号(例如，X1，X2，Y1，Y2)，相应的另外两个部分传感器(例如，X3，X4，Y3，Y4)实际上没有检测到信号。这意味着，总之在该实施例中，产生具有相比较而言二分之一强度的输出信号。
因此，与具有两个激励线的实施例相比，在本实施例中，传感器元件布置104和106通过以整个磁场激励一半的部分传感器(例如，X1，X2，Y1，Y2)，来检测二分之一的信号。与具有两个激励线的实施例相比，在本实施例中，因为仅使用了一个线圈，所以检测z方向磁场的传感器元件布置102通过以二分之一的场等同地激励所有的部分传感器，来检测二分之一的信号。
与具有两个激励线的实施例相比，得到二分之一信号的中心(hub)，即，即，二分之一的信噪比。为了与具有两个激励线的激励实现相同的质量，可以对测量和/或更长的测量执行滤波。此外，不激励传感器元件布置104和106(例如，X和Y传感器)中所有的部分传感器(例如，X1-X4，Y1-Y4)。作为示例，在根据图3b的实施例中，利用仅一个激励线108，不对独立传感器X3、X4、Y3和Y4进行磁激励，或只对其进行微小的磁激励。因此，这些独立传感器的灵敏度的磁测试起初看起来是不可能的，由于这些独立传感器与相应的相对传感器元件具有相同的设置，可以执行根据这些相对传感器元件的反算(count-back)和推断。基于传感器元件布置(例如，104，106)的对称布置，首先可以执行向一个传感器元件(例如，104b)插入校准场分量。由于所限定的校准场分量，使得可以校准该传感器元件。此外，基于给定的对称性以及同样的传感器元件104a和104b的使用，以针对传感器元件106a和106b的方式，可以得到对以校准场分量直接激励的传感器元件的校准的结论。
以下说明根据图3b的具有第二激励线109的实施例。如上所述，在所说明的实施例中，也可以省略一个传感器元件布置102、104或106。所说明的构思也非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，和/或关于传感器元件及其实现方式的实现方式也可以以相同的方式应用于图1a和1b的实施例。
在图4中示出了另一实施例。图4示出了例如可以由四个水平霍尔传感器102a、102b、102c和102d来实现的第一传感器元件布置102。此外，图4示出了可以由四个垂直霍尔传感器104a、104b、104c和104d来实现的第二传感器元件布置104。此外，图4示出了可以由四个垂直霍尔传感器106a、106b、106c和106d来实现的第三霍尔传感器布置106。此外，在图4中示出了作为线圈A的第一激励线108和作为线圈B的第二激励线109。例如，这里可以使用相同灵敏度的传感器元件102a-d、104a-d或106a-d。如图4所示，在这样的实施例中，两个激励线108和109可以被实现为相对于彼此而几何移位的两个线圈。
根据图4的实施例允许线圈A和B的两个磁场叠加，并从而在灵敏度方向产生结果的激励或校准场。例如，线圈可以布置在传感器元件正上方的传感器元件布置的一侧，例如在图4中相对于传感器元件104a、104c、106b和106d的线圈A和/或相对于传感器元件104b、104d、106a和106c的线圈B。此外，线圈可以在传感器旁边的另一侧延伸，例如在图4中相对于传感器元件104a、104c、106b和106d的线圈B和/或相对于传感器元件104b、104d、106a和106c的线圈A。在实施例中，线圈可以被放置或布置为相对的。如上所述，激励线(例如，108，109)也可以优选地相对于传感器元件而成对对称布置，然而情况并不必须如此，允许在传感器元件布置内产生所限定的不同校准场分量的任意几何结构通常都是可以设想的。
如果线圈在垂直传感器元件的正上方延伸，则线圈对垂直传感器的影响显著地大于相邻的或横向偏移的线圈的影响，其中，在一个实施例中这种影响也是可忽略的。因此，图4的线圈A主要激励垂直传感器104a、104b、106b和106d，和/或线圈B主要激励传感器元件104b、104d、106a和106c。这两个线圈都激励传感器元件布置中心处的水平传感器元件102a/d。以下表格再次示出了分别针对这两个线圈而言，按照传感器元件布置102、104和106，激励方向如何根据激励电流的方向来表现。图4中的电流箭头指示正电流方向，即，线圈A中的正电流Ik1首先在传感器元件106a、106c、104a和104b横向旁边流过，然后在传感器元件106d、106b、104a和104c正上方流过，线圈B中的正电流Ik2首先在传感器元件106a、106c、104d和104b上方流过，然后在传感器元件106d、106b、104a和104c横向旁边流过。
  激励电流   激励106   激励104   激励102
 线圈A，Ik1   +   +   +   +
  -   -   -   -
 线圈B，Ik2   +   -   -   +
  -   +   +   -
图5示出了磁场传感器100的另一实施例。图5的实施例包括与图4相同传感器元件(例如，102a-d、104a-d，106a-d)、相同的传感器元件和传感器元件布置的几何结构，因此将省略重复描述。图5的磁场传感器100包括仅一个激励线108，所述激励线108被实现为具有1.5个绕组的线圈并且在垂直传感器元件的正上方延伸。从而，图5中通过激励线108的电流Ik1流经传感器元件106a、106c、104b和104d两次，而流经传感器元件106d、106b、104a和104c仅一次，从而实现传感器元件对中校准场分量的差异或非对称性。在另外的实施例中，磁场传感器还可以包括第二激励线，所述第二激励线也具有1.5个绕组并且可以被布置为与以上描述的相对。通常，激励线圈可以具有任何数目个绕组，最终包括用于产生校准场非对称性的部分绕组。
在实施例中，得到了可以利用一个或者两个激励线108、109来实现的各种测量过程。例如，如果可以向线圈施加电流，参考图1、2、3、5和上述表，可以激励所有三个传感器布置102、104和106。基于图3b、4和表格的实施例，通过线圈A的正电流Ik1产生对所有传感器元件的正激励。这里，所有水平传感器元件102a-d都被激励，然而垂直传感器元件中仅左侧的传感器元件(例如，106b，106d)和底部的传感器元件(例如，104a，104c)被激励。以线圈A的整个磁场来激励水平传感器元件102a-d，而仅以二分之一磁场来激励垂直传感器元件(例如，104a，104c，106b，106d)，因为这四个传感器元件中只有两个被激励。
与此相比，如果仅激励线圈B，则垂直传感器元件(例如，104a，104b，104d，106a，106c)经历负激励，水平传感器元件(例如，102a-d)经历正激励。与上述相类似地，激励所有的水平传感器元件(例如，102a-d)，从而感测线圈B的整个磁场。相应地，仅激励垂直传感器元件(例如，104a-d，106a-d)中的一半(例如，104a，104b，104d，106a，106c)，从而仅感测线圈B的二分之一磁场。
在实施例中，通过将线圈A和B的控制相结合，可以监控和校准磁场传感器。例如，可以以正电流方向来控制这两个线圈。从而，以两倍的磁场来激励水平传感器元件(例如，102a-d)，并且在垂直传感器元件(例如，104a-d，106a-d)中场可以自身抵消。
如果在相反方向上激励这两个线圈，则可以利用两倍的场来激励垂直传感器元件(例如，104a-d，106a-d)，其中在水平传感器元件(例如102a-d)中场自身抵消。在另外的实施例中，也可以向线圈施加不同强度的电流。例如，如果向两个线圈施加正方向的电流，但是在第一线圈A中采用两倍的电流强度，则针对水平传感器元件(例如，102a-d)产生三倍的磁场，而针对垂直传感器元件(例如，106d，106b，104a，104c)仅产生单倍磁场。例如，在其他实施例中，如图5所示，也可以通过具有部分绕组的线圈来实现这种激励。在图5中，可以以双倍负方式来激励磁场传感器100的右侧，而可以以单倍正方式来激励左侧，从而总计得到三倍的磁场。在这样的实施例中，可以不以两个线圈的方式，而是以一个具有1.5个绕组的线圈的方式来实现激励比率2∶1。一般而言，在实施例中线圈可以具有允许产生非对称校准场的任意数目个绕组，其中，例如，能产生“非对称”激励比率的非整数个绕组是可能的。
如果在上述示例中向第一线圈A施加两倍电流Ik1并且向第二线圈施加反方向的电流，水平传感器元件(例如，102a-d)经历单倍磁场，而垂直传感器(例如，104a-d，106a-d)经历三倍磁场。根据所考虑的示例，在其他实施例中仍然可以找到用于增强和/或抑制独立磁场分量的其他组合或控制。
根据要提取或抑制哪个分量，这些控制中的每个控制都具有优点。例如，如果仅监控或校准垂直传感器元件(例如，104a-d，106a-d)，则可以采用向线圈施加反方向的电流。例如，如果仅激励水平传感器元件(例如，102a-d)，则可以向线圈施加同方向的电流。如果对水平传感器元件(例如，102a-d)和垂直传感器元件(例如，104a-d，106a-d)都考虑，则根据上述示例，可以依次地或以不同电流强度向独立线圈施加电流。
如上所述，在所说明的实施例中，也可以省略一个传感器元件布置102、104或106。所说明的构思非限制性地应用于其余两个传感器元件布置以检测沿着两个线性无关空间方向的磁场，关于传感器元件及其实现方式的说明也可以等效地应用图1a和1b的实施例。
如果激励所有传感器元件(例如，X1-4，Y1-4)，则可以得到附加的优点。这可以通过第二激励线109来实现，参见图3b，以时间上偏移的方式向第二激励线109施加电流，例如，如上所述的。下表总结了基于图3b所示的磁场传感器的示例，向激励线108和/或线圈A以及激励线109和/或线圈B施加电流的效果。这里“+”指示正方向的电流和/或磁通势的施加，“-”指示负方向，“0”代表根本没有信号。
 电流Ik1线圈A  电流Ik2线圈B   信号X1，X2   信号Y1，Y2   信号X3，X4   信号Y3，Y4  信号X总共  信号Y总共  信号Z
  +   0   +   +   0   0   +   +   +
  -   0   -   -   0   0   -   -   -
  0   +   0   0   -   -   -   -   +
  0   -   0   0   +   +   +   +   -
  +   +   +   +   -   -   0   0   ++
  +   -   +   +   +   +   ++   ++   0
  -   +   -   -   -   -   --   --   0
  -   -   -   -   +   +   0   0   -
在以上概述中，还假定经过两个线圈的电流是相等的。在其他实施例中，如上文已经提到的，也可以使用各种电流和/或各种数目的绕组。在一个实施例中，在线圈的交替操作中得到了优点。然后可以感测所有传感器元件布置102、104和106中的信号部分，在上述表中右侧的三列中示出了这一点。
根据以上陈述，在交替操作中不可以同时测试传感器元件布置的所有传感器元件。然而，在线圈的同时操作中，可以得到相比较而言高达两倍的信号，其中，可以同时测试传感器元件布置的所有传感器元件。仅可以交替地校准或测试不同的传感器元件布置，例如，104-106(例如，X，Y传感器)和102(例如，Z传感器)。
总之，关于在测量期间可校准的多维点磁传感器的本发明的构思，可以声明：根据本发明实施例的磁传感器可以仅以一个激励线来进行管理，但是以第二激励线提供了附加的监控和校准可能性。本发明的实施例提供的优点是，可以在非常近似于一点处测量所有三个场分量，其中，例如可以补偿由组件容差、半导体材料的污染、半导体材料的结构不均匀性等所引起的偏移，并使得测量值可以具有很少的偏移。通过使用也包括任意数目的绕组和/或部分绕组的激励环，使得可以实现简单的晶片测试，即，所有三个传感器的芯片上测试。此外，通过将来自独立激励的测量信号相组合，可以允许在测量操作运行期间的自测试，这是因为可以显著地减小一方面来自于测量场分量的测量信号部分和另一方面来自于校准场分量的测量信号部分。因此，可以在操作期间在这样的磁场传感器上执行灵敏度校准。也可以测试激励回路自身，这是因为具有分离的评估电子装置的三个传感器同时发生故障的可能性非常低。
具体地，可以指出，根据情况，也可以以软件来实现本发明的方案。可以实现在数字存储介质上，具体地，实现在盘或CD上，所述盘或CD具有能够与可编程计算机系统和/或微处理器协作以便执行相应的方法的电可读控制信号。一般而言，本发明也针对一种计算机程序产品，所述计算机产品具有存储在计算机可读载体上的程序代码，所述程序代码用于当在计算机和/或微处理器上执行计算机程序时执行本发明的方法。换言之，本发明可以被实现为具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于在计算机和/或微处理器上执行计算机程序时执行所述方法。

Claims (26)

1.一种可校准磁场传感器(100)，用于感测参考点(101)中的磁场的第一和第二空间分量(By，Bz；Bx，By)，其中，所述磁场包括第一和第二测量场分量(BMy，BMz；BMx，BMy)和/或第一和第二校准场分量(BKy，BKz；BKx，BKy)，所述可校准磁场传感器(100)包括：
第一传感器元件布置(104；106)，包括至少第一和第二传感器元件(104a，104b；106a，106b)以感测第一参考点(101)中相对于第一空间轴(y；x)的第一磁场分量(By；Bx)，所述第一磁场分量(By；Bx)包括第一测量场分量(BMy；BMx)和/或第一校准场分量(BKy；BKx)；
第二传感器元件布置(102；104)，用于感测第一参考点(101)中相对于第二空间轴(z；y)的第二磁场分量(Bz；By)，所述第二磁场分量(Bz；By)包括第二测量场分量(BMz；BMy)和/或第二校准场分量(BKz；BKy)，其中两个空间轴(y，z；x，z；x，y)沿着线性无关位置矢量延伸；
激励线(108)，相对于第一传感器元件布置(104；106)而布置，使得在将默认电流(Ik1)施加到激励线(108)时，相对于第一空间轴(y；x)，产生第一传感器元件(104a；106a)和第二传感器元件(104b；106b)中的一对不同的非对称默认校准场分量(BKya，BKxa；BKyb，BKxb)。
2.根据权利要求1所述的可校准磁场传感器(100)，其中，第二传感器元件布置(102；104)包括至少两个传感器元件(102a，102b；104a，104b)，激励线(108)还相对于第二传感器元件布置(102；104)而布置，使得在第二传感器元件布置(102；104)中相对于第二空间轴(z；y)，产生所述至少两个传感器元件(102a，102b；104a，104b)中的第二对不同的非对称默认校准场分量(BKza，BKya；BKzb，BKyb)。
3.根据权利要求1所述的可校准磁场传感器(100)，还被形成为感测参考点(101)中的磁场的第三空间分量(Bx；Bz)，其中，所述磁场还包括第三测量场分量(BMx；BMz)和/或第三校准场分量(BKx；BKz)，所述磁场传感器(100)还包括第三传感器元件布置(106；102)，所述第三传感器元件布置(106；102)用于感测参考点(101)中相对于第三空间轴(x；z)的第三磁场分量(Bx；Bz)，所述第三磁场分量(Bx；Bz)包括第三测量场分量(BMx；BMz)和/或第三校准场分量(BKx；BKz)，其中三个空间轴(z，y，x)沿着线性无关位置矢量延伸。
4.根据权利要求3所述的可校准磁场传感器(100)，其中，第三传感器元件布置(106；102)包括至少两个传感器元件(106a，106b；102a，102b)，激励线(108)相对于第三传感器元件布置(106；102)而布置，使得在将默认电流(Ik1)施加到激励线(108)时，在第三传感器元件布置(106；102)中相对于第三空间轴(x；z)，产生所述至少两个传感器元件(106a，106b；102a，102b)中的一对不同的非对称默认校准场分量(BKxa，BKxb；BKza；BKzb)。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器(100)，其中，激励线(108)被形成为使得所述激励线(108)包括部分绕组。
6.根据权利要求5所述的磁场传感器(100)，其中，激励线(108)被布置为使得具有至少一个绕组的线圈包括与传感器元件布置(102，104，106)的至少两个传感器元件(102a，102b；104a，104b；106a，106b)的最短距离，所述最短距离不同。
7.根据权利要求5所述的磁场传感器(100)，其中，激励线(108)相对于参考点(101)而对称布置，并且以不同的次数扫过传感器元件布置(102；104；106)的传感器元件(102a，102b；104a，104b；106a，106b)。
8.根据权利要求1所述的磁场传感器(100)，其中，激励线(108)被布置为使得所述激励线(108)包括具有至少一个完整绕组的线圈。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的磁场传感器(100)，还包括第二激励线(109)。
10.根据权利要求3至8中任一项所述的磁场传感器(100)，其中，还包括第二激励线(109)，第二激励线(109)相对于第一传感器元件布置(102)、第二传感器元件布置(104)或第三传感器元件布置(106)而布置，以便在将另一默认电流(Ik2)施加到第二激励线(109)时，在第一传感器元件布置(102)中相对于第一空间轴(z)产生第一传感器元件(102a)和第二传感器元件(102b)中的第一另一对不同的非对称默认校准场分量(BKza2，BKzb2)，或者以便在第二传感器元件布置(104)中相对于第二空间轴(y)产生第一传感器元件(104a)和第二传感器元件(104b)中的第二另一对不同的非对称默认校准场分量(BKya2，BKyb2)，或者以便在第三传感器元件布置(106)中相对于第三空间轴(x)产生第一传感器元件(106a)和第二传感器元件(106b)中的第三另一对不同的非对称默认校准场分量(BKxa2，BKxb2)。
11.根据权利要求10所述的磁场传感器(100)，其中，第一激励线(108)和第二激励线(109)被布置为使得：第一另一对不同的非对称默认校准场分量与第一对校准场分量彼此成相反关系，第二另一对不同的非对称默认校准场分量与第二对校准场分量彼此成相反关系，第三另一对不同的非对称默认校准场分量与第三对校准场分量彼此成相反关系。
12.根据权利要求3至8中任一项所述的磁场传感器(100)，其中，第二或第三传感器元件布置(102)包括相对于磁场传感器的主表面而水平的霍尔传感器元件。
13.根据权利要求3至8中任一项所述的磁场传感器(100)，其中，第二或第三传感器元件布置(102)包括相对于磁场传感器的主表面而水平的多个霍尔传感器元件，其中，该多个水平霍尔传感器元件的几何布置相对于参考点(101)而成对对称，并且这些霍尔传感器元件彼此耦合，使得能够以偏移补偿的方式来感测磁场分量。
14.根据权利要求3至8中任一项所述的磁场传感器(100)，其中，第一、第二或第三传感器元件布置(104；102)包括相对于磁场传感器(100)的主表面而垂直的至少两个霍尔传感器元件，其中，该至少两个垂直霍尔传感器元件的几何布置相对于参考点(101)而成对对称，并且该至少两个垂直霍尔传感器元件彼此耦合，使得能够以偏移补偿的方式来感测磁场分量。
15.根据权利要求3至8中任一项所述的磁场传感器(100)，其中，第一传感器元件布置(102)、第二传感器元件布置(104)或第三传感器元件布置(106)能够工作在旋转电流模式下。
16.一种用于感测参考点(101)中磁场的第一和第二空间分量(By，Bz；Bx，By)的方法，其中，所述磁场包括第一和第二测量场分量(BMy，BMz；BMx，BMy)和/或第一和第二校准场分量(BKy，BKz；BKx，BKy)，所述方法包括：
在第一传感器元件布置(104；106)的第一和第二传感器元件(104a，104b；106a，106b)中，感测参考点(101)中相对于第一空间轴(y；x)的第一对磁场分量(Bya，Byb；Bxa，Bxb)，所述第一对磁场分量包括第一测量场分量(BMya，BMyb；BMxa，BMxb)和/或第一校准场分量(BKya，BKyb；BKxa，BKxb)；
在第二传感器元件布置(102；104)中，感测参考点(101)中相对于第二空间轴(z；y)的第二磁场分量(Bz；By)，所述第二磁场分量(Bz；By)包括第二测量场分量(BMz；BMy)和/或第二校准场分量(BKz；BKy)，其中两个空间轴(y，z；x，y)沿着线性无关位置矢量延伸；
在第一传感器元件布置(104；106)的第一和第二传感器元件(104a，104b；106a，106b)中，产生相对于第一空间轴(y；x)的第一对不同的非对称校准场分量(BKya，BKyb；BKxa，BKxb)。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
感测参考点(101)中相对于第二空间轴(z；y)的第二对磁场分量(Bza，Bzb；Bya，Byb)，所述第二对磁场分量(Bza，Bzb；Bya，Byb)包括第二磁场分量(BMza，BMzb；BMya，BMyb)和/或第二校准场分量(BKza，BKzb；BKya，BKyb)；以及
产生相对于第二空间轴(z；y)的第二对不同的非对称校准场分量(BKza，BKzb；BKya，BKyb)。
18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：
感测参考点(101)中磁场的第三空间分量(Bx；Bz)，其中所述磁场还包括第三测量场分量(BMx；BMz)和/或第三校准场分量(BKx；BKz)；以及
产生相对于第三空间轴(x；z)的第三校准场分量(BKx；BKz)，其中三个空间轴(z，y，x)沿着线性无关位置矢量延伸。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
感测参考点(101)中相对于第三空间轴(x；z)的第三对磁场分量(Bxa，Bxb；Bza，Bzb)，所述第三对磁场分量(Bxa，Bxb；Bza，Bzb)包括第三测量场分量(BMxa，BMxb；BMza，BMzb)和/或第三校准场分量(BKxa，BKxb；BKza，BKzb)；以及
产生相对于第三空间轴(x；z)的第三对不同的非对称校准场分量(BKxa，BKxb；BKza，BKzb)。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：相对于第一、第二和第三空间轴(z，y，x)产生第一、第二和第三另一校准场分量(BKz2，BKy2，BKx2)，以及感测第一、第二和第三另一磁场分量(Bz2，By2，Bx2)，所述第一、第二和第三另一磁场分量(Bz2，By2，Bx2)包括第一、第二和第三另一测量场分量(BMz2，BMy2，BMx2)和/或第一、第二和第三校准场分量(BKz2，BKy2，BKx2)。
21.根据权利要求16、17、19至20中任一项所述的方法，还包括：
对与所述磁场分量相关联的磁场分量测量信号进行第一线性组合，以组合成第一总测量值，以便减小第一总测量值中测量场分量的影响；或者
对与所述另一磁场分量相关联的磁场分量测量信号进行第二线性组合，以组合成第二总测量值，以便减小第二总测量值中校准场分量的影响。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，对与所述磁场分量或所述另一磁场分量相关联的磁场分量测量信号进行第一线性组合，以组合成第一总测量值，使得第一总测量值中测量场分量的比例减小至小于第一总测量值的10％、1％或0.1％。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，对与所述磁场分量或所述另一磁场分量相关联的磁场分量测量信号进行第二组合，以组合成第二总测量值，使得第二总测量值中校准场分量的比例减小至小于第二总测量值的10％、1％或0.1％。
24.根据权利要求16、17、19、20、22至23中任一项所述的方法，还包括：对与所述磁场分量或所述另一磁场分量相关联的磁场分量测量信号进行组合，以便以偏移补偿的方式来感测磁场分量。
25.根据权利要求16、17、19、20、22至23中任一项所述的方法，其中，根据旋转电流方法来执行工作阶段。
26.根据权利要求16、17、19、20、22至23中任一项所述的方法，还包括：
存储用于校准的激励电流强度、测量场分量或校准场分量；
将激励电流强度与校准场分量或磁场强度相关联；以及
提供由测量场分量和磁场强度组成的值对。
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