CN102261922A - 设备、传感器电路以及用于操作设备或传感器电路的方法 - Google Patents

设备、传感器电路以及用于操作设备或传感器电路的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及设备、传感器电路以及用于操作设备或传感器电路的方法。描述了一种设备，该设备包括：被适配成对输入信号进行处理以获得输出信号的信号处理电路；用于感测预定物理量的传感器元件，其中所述传感器元件被适配成响应于所述预定物理量生成传感器信号；其中所述信号处理单元被适配成根据所述传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；并且其中所述设备还包括评估电路，该评估电路被适配成对所述传感器信号进行评估并且在所述传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的指示信号。

Description

设备、传感器电路以及用于操作设备或传感器电路的方法
技术领域
本发明的实施例涉及包括传感器元件的设备、传感器电路及其操作方法。
背景技术
在最大限度的可靠性和对于滥用或欺诈性操纵的预防至关重要的应用中常常使用传感器：医疗中的生命维持应用，在发生故障的情况下可能会有生命受到威胁的运输中的应用，需要针对伪造或欺诈性做假提供保护的计量、记帐和远程支付系统。
一般对于磁传感器的应用以及特别对于差分磁传感器的应用例如有对例如用于测量流经管道的水量或者测量汽车轮的圈数的机械构件的旋转进行计数的系统，其中必须保护所述系统免受电磁激励的操纵。例如，有人可能会试图对这样的传感器系统施加旋转磁场以模仿机械构件的旋转，从而操纵所检测到的旋转次数。所述旋转场可以通过将永磁体附着到手持式钻机上来生成，或者通过使用为之提供具有90?相移的两个正弦电流的两个正交线圈来生成。
另一个例子涉及电表，其中有人可能会试图将小永磁体附着在传感器附近以进行欺诈。如果例如使用磁传感器来测量流经导体的电流，则有人可能会试图弯曲所述导体，从而使得电流在相反方向上并且靠近原来的传感器流动，由此减小该传感器上的磁场，这将降低视在电流的测量值。
除了如前所述的刻意滥用之外，如果这些传感器系统对于非刻意的操纵也是鲁棒的，或者更一般来说对于异常操作条件也是鲁棒的话，则是有益。例如，如果旋转位置传感器暴露于大磁场，其精度可能会受损。在汽车系统中，这可能会导致错误的点火定时连同增加的燃料消耗并增加空气污染。在医疗仪器中，这可能会导致在精细的心脏或脑部手术期间对微小手术工具的三维位置（3D位置）的错误地确定。
因此，需要制作对于操纵或异常操作条件鲁棒的传感器或者利用所述传感器的系统，并且/或者需要检测是否发生操纵或异常操作条件。
发明内容
本发明的实施例提供一种设备，其包括：被适配成对输入信号进行处理以获得输出信号的信号处理电路；用于感测预定物理量的传感器元件，其中传感器元件被适配成响应于所述预定物理量生成传感器信号；其中，所述信号处理单元被适配成根据传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；并且其中，所述设备还包括评估电路，其被适配成对传感器信号进行评估，并且在传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的信号。
所述评估电路的实施例可以被适配成只在检测到异常操作条件的情况下才输出信号（其也被称作评估信号），或者可以被适配成在任何情况下都输出信号，其中例如所述信号的第一值表明正常操作条件，不同于第一值的第二值表明异常操作条件。在检测到异常操作条件的情况下由所述评估电路生成的信号也可以被称作异常操作条件信号。
不应当把由所述评估电路产生的所述信号或评估信号与传感器信号或测量信号混淆，例如由温度传感器输出的温度值，其代表温度，但是不包括对关于测得所述温度信号的操作条件的所述温度的任何评估或评价。换句话说，与传感器信号或测量信号不同，所述评估信号不表示将要测量的物理量，而是包括例如关于获得所述传感器信号和测量信号的操作条件被认为正常与否的评估或评价的信息。如果所述评估表明操作条件是正常的，则可以把所述传感器信号和测量信号（或者由信号处理单元产生的任何其他输出信号）认为是例如“值得信任的”或“可靠的”，而如果所述评估信号表明操作条件是不正常的或异常的，则可以把所述传感器信号和测量信号（或者由信号处理单元产生的任何其他输出信号）认为是“不值得信任的”或“不可靠的”。
本发明的实施例提供一种传感器电路，其包括：第一主要传感器元件，其被适配成响应于包括第一所需部分或第一多余周围部分的第一主要物理量生成第一主要传感器信号；以及第二主要传感器元件，其被适配成响应于包括第二所需部分或第二多余周围部分的第二主要物理量生成第二主要传感器信号，其中所述第二主要物理量的类型与第一物理量相同；信号处理电路，其被适配成根据第一算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行处理以获得测量信号；以及评估电路，其被适配成根据不同于第一算法的第二算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行评估，并且在第二算法传感器信号的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的信号。
本发明的实施例提供一种传感器电路，其包括：信号处理电路，其被适配成处理由至少一个传感器元件生成的多个传感器信号当中的至少一个传感器信号以获得测量信号；以及评估电路，其被适配成对所述多个传感器信号当中的所述至少一个传感器信号进行评估，以在所述至少一个传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下导出表明异常操作条件的信号，其中，所述预定正常操作标准定义在正常操作期间所述至少一个传感器信号的值与所述多个传感器信号当中的至少一个其他传感器信号的值之间的预定关系，或者定义在正常操作期间所述至少一个传感器信号的值与测量信号的值之间的关系。
在某些实施例中，所述多个传感器信号可以由相同传感器元件或者相同传感器元件分类的其他传感器元件随着时间产生，以评估所述至少一个传感器信号与所述至少一个其他传感器信号或测量信号之间的时间关系。
在另外的实施例中，所述多个传感器信号可以由相同传感器元件分类的不同传感器元件产生，即由被适配成测量相同类型的物理量的传感器元件产生，以评估所述至少一个传感器信号与所述至少一个其他传感器信号或测量信号之间的空间关系。
在另外的实施例中，所述多个传感器信号可以由不同传感器元件分类的不同传感器元件产生，即由被适配成测量不同类型的物理量的传感器元件产生，并且所述评估电路可以被适配成评估所述至少一个传感器信号与所述至少一个其他传感器信号或测量信号之间的时间或空间关系。例如，在有高电流流经磁电流传感器的情况下，温度会由于内部发热生成而升高。这一效应或其他类似效应可以被用来基于次要传感器信号评估主要传感器信号。
本发明的实施例提供一种包括用于感测预定物理量的传感器元件的设备的操作方法，所述方法包括：通过所述传感器元件感测所述预定物理量并且响应于所述预定物理量生成传感器信号；根据所述传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；以及对所述传感器信号进行评估，并且在所述传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的信号。
本发明的实施例提供一种用于操作包括第一主要传感器元件和第二主要传感器元件的传感器电路的方法，所述方法包括：由第一主要传感器元件响应于包括第一所需部分或第一多余周围部分的第一主要物理量生成第一主要传感器信号；以及由第二主要传感器元件响应于包括第二所需部分或第二多余周围部分的第二主要物理量生成第二主要传感器信号，其中所述第二主要物理量的类型与第一物理量相同；根据第一算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行处理以获得测量信号；以及根据不同于第一算法的第二算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行评估，并且在第二算法传感器信号的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的信号。
本发明的实施例例如提供一种对于外部干扰鲁棒的设备或传感器系统。换句话说，本发明的实施例涉及能够检测异常操作条件的设备和/或传感器系统，其中“异常操作条件”是与正常操作条件显著不同的操作条件。
正常操作条件例如在电子系统的数据表中给出。所述数据表例如列出供电电压、周围温度，对于传感器系统还列出对于将要测量的物理量的应用值的特定范围。所述数据表还可以包括环境量，比如最大允许辐射剂量、周围压力或湿度或者允许海拔高度范围或最大加速度或振动。这些操作条件也可以被称作“明确给出的正常操作条件”。
许多操作条件不是明确给出而是隐含地给出的，例如如果所述数据表解释了用于把器件焊接或安装到模块中的规则或者如何将其固定到散热块上或者如何弯曲其引线。对于这一规则的任何违反都可能导致偏离正常的操作条件，例如导致组装期间（以及潜在地还有操作期间）的过高机械应力或温度，从而又可能使得测量质量恶化。
术语“异常操作条件”不应当与“缺陷”或“缺陷系统”混淆。例如，（i）高密度存储器可能会检测到所述存储器的特定地址空间困在0或1处，或者（ii）电信系统可能检测到在由比如对于用于音频记录的紧致盘的公知的Reed-Solomon代码的误差编码技术完成的数据存储或传输期间发生了误差，或者（iii）传感器系统可能检测到大型传感器元件阵列的一部分可能有缺陷，这是因为其给出了显著不同于所述传感器阵列的剩余部分的信号，尽管整个阵列暴露于相同的压力、温度或磁场或者由所述传感器阵列所测量的任何物理量。任何这样的缺陷或者其他内部产生的缺陷（例如生产瑕疵）或者由某种外部起源导致的缺陷都不应当与本发明的实施例所提到的“异常操作条件”混淆，其中所述由外部起源导致的缺陷比如由于静电放电（ESD）导致的损坏、或冷却不足、或过高供电电压或者到电子系统的特定输入/输出端口（I/O端口）的电压的反极性。
异常操作条件还可能导致系统误差，但是不一定会发生这种情况。与前面所解释的在系统中检测到的缺陷不同，异常操作条件与这些“缺陷”相比常常导致较不明显的效果，例如尚未被分类为“错误”或故障的降低的系统质量，例如增大的噪声、不准确的信号处理、不准确的传感器值读数、缩短的使用时限（例如由于系统上的应力增大）或者降低的可靠性（例如更高的误比特率、降低的数据传输速度）。此外，异常操作条件的存在还可能是所述系统工作在其中的环境或周围条件出了某种问题的信号。最后，异常操作条件还可能是用户对系统的刻意滥用或者纯粹搞破坏的结果，例如在记帐系统中用户可能会试图操纵所述系统。
为了区分这里所讨论的“异常操作条件”与前面提到的“缺陷”，所述异常操作条件还可以被称作“异常周围条件”或“异常周围操作条件”，这是因为本发明的实施例涉及异常周围条件的检测。这样的异常周围条件或环境条件通常仅暂时地（即不会对所述传感器或系统造成持续损坏）具有这样的效果：传感器或系统的行为或性能不如预期（例如在正常周围条件下所预期的那样）。
因此，还需要检测是否出现异常周围操作条件，例如所述异常周围操作条件是否超出特定极限，在所述特定极限之间所述传感器或系统可接受地执行，并且需要例如向控制器发信号通知超出所述特定极限。通过检测到异常周围操作条件，可以使得传感器或者使用这样的传感器的系统对于操纵（例如对于这样的操纵：通过施加干扰所述设备或系统的正常操作的外部物理量，形成用以在所述传感器或系统处实现特定效应的异常周围操作条件的刻意情况）更加鲁棒或者对于非刻意恶化所述周围操作条件以使得周围操作条件变为异常更加鲁棒。
传感器被用来把物理量转换成传感器信号，所述传感器信号代表所述物理量的属性。将由传感器元件测量的物理量还可以被称作物理被测量（measurand），并且例如可以是磁场、温度、机械应力等等。所述传感器信号例如可以是主要或基本上取决于将要测量的物理量的电压或电流。例如，在用于测量磁场的Hall传感器的情况下，由Hall传感器输出的传感器信号的极性和电压值或电流值主要取决于所述Hall传感器所测量的磁场的极性和强度。此外，所述传感器信号通常还取决于其他周围物理量，例如施加到Hall传感器的温度或机械应力。但是温度和机械应力的影响通常比将由传感器元件测量的主要物理量对传感器信号的影响或相关性小很多。因此，在被设计用于测量物理量“磁场”的Hall传感器的情况下，所述磁场可以被称作“主要物理量”（传感器被设计以感测或测量的物理量），并且这些其他物理量也可以被称作“次要物理量”（传感器未被设计以感测或测量的但是对传感器的主要物理量的测量有影响（例如导致其漂移）的物理量）。这些次要物理量对主要物理量的测量的影响例如可以通过实施次要传感器元件来补偿，所述次要传感器元件被适配成把这些次要物理量转换成相应的传感器信号并且对主要传感器元件的操作或读出进行适配以实现基本上独立于一项或几项这样的次要物理量的主要物理量的测量，这例如通过补偿由于温度或机械应力而导致的由磁场传感器生成的磁场测量信号的漂移来实现。换句话说，次要物理量可以是不同于主要物理量或者属于不同物理量类型的任何物理量，其中例如所述磁场构成第一物理量类型，温度是第二物理量类型，机械应力是第三物理量类型。
由于对应于正常操作条件的传感器信号和测量值的范围是已知的，因此可以关于其预期特性或值（针对正常操作条件所做的预期）对其进行评估。因此，所述评估电路的实施例可以被适配成基于传感器信号和从中导出的测量信号的静态或动态特性来对一个或多个传感器信号进行评估以检测异常操作条件。
所述设备或传感器电路的另外的实施例利用了以下事实：不同的传感器信号在正常操作条件期间通常会表现出特定关系，所述关系可以被用来检测是否存在异常操作条件。该关系可以是时间的或空间的。
比如周围温度之类的周围物理量通常表现出均匀的空间特性。这一点可以被例如包括作为次要传感器元件的几个（至少两个）温度传感器元件的实施例使用来持续地评估这些温度传感器元件是否真的测量到相同的温度。如果至少两个温度传感器元件之间的差异变得过大，则可以发信号通知异常周围条件。
将由磁场电流传感器测量的电流的磁场通常表现出不均匀的空间特性。例如由于磁场的径向特性和/或由于导体的结构或几何形状，例如由于电流导体内的改变的横截面、凹口和/或由于电流导体的弯曲。与此相对，叠加在将要测量的电流的所需磁场上的多余地球磁场在空间上（和时间上）是均匀的，至少关于传感器电路的尺度是这样。此外，靠近电流传感器的其他电流导体也会产生多余磁场，其与由将要测量的电流产生的所需磁场叠加。该多余磁场可能会表现出不均匀的空间特性（径向等），但是这一不均匀的空间特性不同于将要测量的电流的空间特性。例如，在具有设置在磁电流传感器的主要导体的相对侧并且与所述主要导体距离相等的两个磁场传感器元件的磁电流传感器的情况下，将要测量的电流的所需磁场在两个磁场传感器元件处具有相同的量值但不同的符号。其他平行电流导体也将产生径向磁场，但是该多余磁场在所述两个磁场传感器元件的位置处将具有不同的量值并且将具有相同的符号。因此，可以通过其不同的空间特性来区分所需和多余磁场部分。
因此，所述设备或传感器电路的实施例可以使用关于所需物理量的特定空间（或时间）特性的知识，并评估所感测或测量到的物理量是否至少基本上表现出预期特性，并且在所感测或测量到的物理量特性与预期特性的偏差相差过大的情况下发信号通知异常操作条件。换句话说，实施例可以检验传感器信号和测量信号是否一致，即是否反映出预期的空间或时间相关性，并且在所述信号或测量信号不一致或者至少不够一致的情况下产生异常操作条件信号。
因此，另外的实施例包括电流传感器电路，其包括：信号处理单元，其被适配成处理由至少一个磁场传感器元件生成的多个传感器信号当中的至少一个传感器信号以获得测量信号；以及评估电路，其被适配成利用至少一个其他传感器信号或测量信号来评估所述多个传感器信号当中的所述至少一个传感器信号以在所述至少一个传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下导出表明异常操作条件的信号，其中所述预定正常操作标准是从正常操作条件期间的所述至少一个传感器信号的值与所述多个传感器信号当中的至少一个其他传感器信号的值之间的预定时间或空间关系导出的。
所需物理量的空间或时间不均匀性的程度越高，试图操纵所述设备或传感器电路的人就越难以仿制该特性，从而就可以更好地保护所述设备或传感器电路免受刻意操纵，而且还免受任何非刻意的干扰物理量的影响。
本发明的具体实施例涉及一种特别易受操作条件影响的系统的分类，这是因为所述系统测量环境或周围物理量：传感器系统。
典型的电子传感器系统被适配成测量至少一个物理量，并且通过至少一个信号输出该测量的结果。为此目的，与其他电子系统相比，传感器必须更加直接地与其环境进行交互。因此，传感器系统或传感器一般来说更容易受到一般环境或周围条件的影响。实际上，传感器通常被适配成测量至少一个主要物理量，而对于该至少一个主要物理量的测量通常会受到至少一个次要物理量的影响。例如，Hall传感器被适配成测量对其施加的磁场的分量（即可能包括所需和多余部分的磁场分量），但是其对于为之施加的温度改变或机械应力也是敏感的。另一个例子是磁阻传感器，其被适配成测量磁场的一个分量（即具有第一三维指向的磁场分量），但是所述磁阻传感器对于所述磁场的第二垂直分量（即具有与第一指向正交的第二三维指向的第二磁场分量）也是敏感的。
根据本发明的另一方面，所述传感器电路的实施例包括被适配成测量相同物理量或相同类型的物理量的多于一个传感器元件。包括相同类型或分类的两个或更多传感器元件的这样的传感器系统的一个具体分类被称作“梯度计”。梯度计检测主要物理量的空间变化。一个简单的例子是差分Hall传感器，其测量半导体衬底上的两个点或位置处的磁场差异。所述两个点例如彼此相距2.5mm。梯度计的优点在于其允许把干扰或者主要物理量的多余部分与所述物理量的所需部分分离。一个例子是磁电流传感器，其具有两个Hall板以及其两个之间的电线。流经所述电线的电流生成环状磁场线，从而使得关于所述电线对称定位的（例如关于流经所述电线的电流在所述电线的相对侧的）两个Hall板检测到所述场的相同的量值，但是具有不同的符号。所述信号处理电路根据该差分传感器原理将两个Hall板的信号相减，其中每一个所述信号例如包括所需部分（由流经所述电线的电流产生的磁场）和多余部分（地球磁场或者任何其他背景磁场），这样实际上就把所述环状场线的贡献（所需部分）加倍，同时由于地球磁场（多余部分）在全部两个Hall板上完全相同（在磁场的符号和指向方面完全相同），因此在把所述两个总测得主要物理量相减之后就被抵消。因此，所述差分传感器原理允许把来自地球的多余磁场部分与流经所述电线的电流的所需场部分分离。
该例还表明了梯度计的第二属性：冗余度。所描述的系统具有两个Hall板来测量仅仅一个电流。在没有任何背景场的情况下，第二Hall板的信号是冗余的，这是因为其是第一Hall板的信号乘以“-1”。因此，第二Hall板没有给出关于将要测量的电流的附加信息。但是如果存在背景场的话第二Hall板就会给出信息，这是因为于是其不同于第一Hall板上的场乘以“-1”，并且是背景场的两倍。换句话说，通过把第一Hall板的传感器信号与第二Hall板的传感器信号相加会抵消所需信号部分（这是因为其量值基本上相等但是符号不同），并且导致提供代表地球磁场或者任何其他均匀磁场乘以2的强度和指向的值。评估电路（EC）可以把该均匀磁场的值与预定值（比如20mT）进行比较，并且在所述均匀磁场超出该值的情况下输出“异常操作条件”。于是所述系统在正常操作条件下完美地工作（即误差可忽略），并且当所述均匀场大到危及所述系统的适当操作时发信号通知“异常操作条件”。
一般来说，n阶梯度计由n+1个相同类型或相同分类的传感器元件构成。其可以被用来导出主要物理量以及检测所述主要物理量的n空间导数，即0阶空间导数（其对应于所述主要物理量的不依赖于位置的均匀部分）、一阶空间导数（其对应于斜率）、二阶空间导数（其对应于曲率）等等，以及最后的(n-1)阶空间导数。所有这些空间导数的其中之一可以被用于确定被测量，并且所有其他空间导数可以被用来检查是否违反了正常操作条件。n阶空间导数与所述系统的尺寸的n次幂相称，其对于集成传感器系统来说大约是几毫米或更小。
本发明的实施例可以被适配成通过（比如用于磁场、温度或机械应力的）板上传感器来检测集成电路上的操纵或异常周围条件，这是通过利用算法处理其读出并且在特定时间内将所述结果与预定的固定或动态极限进行比较而实现的，并且本发明的实施例还可以被适配成通过输出端口发信号向外部控制器通知所述操纵或异常周围条件。
在许多情况下，使用差分场测量是良好的做法：为此目的，所述系统例如采样两个位置处的磁场分量并且将其两个相减。这种测量系统的一个重要优点在于，其抵消均匀背景场（比如例如地球磁场或者电动机或其他电磁致动器的杂散场）。
本发明的特定实施例可以被适配成通过利用由管芯上的多个传感器元件提供的冗余信息来检测差分磁场传感器上的操纵，这是通过利用算法处理其读出并且在特定时间内将所述结果与预定的固定或动态极限进行比较而实现的，本发明的特定实施例还可以被适配成通过输出端口发信号向控制器通知所述操纵。
附图说明
下面将参照附图描述各实施例。
图1A示出了包括传感器元件和评估电路的设备的示意性实施例。
图1B示出了根据图1A的设备的实施例的方框图，所述设备附加地包括时间基础和去到所述评估电路的输出信号反馈。
图2示出了传感器电路的实施例的方框图，所述电路包括主要传感器元件以及附加的（主要或次要）传感器元件和评估电路。
图3示出了传感器电路的实施例的方框图，所述电路具有设置在所述传感器电路的两个不同位置处的两个主要传感器元件和评估电路。
图4示出了具有两个Hall传感器元件的磁场电流传感器的顶视图。
图5A示出了具有三个Hall传感器元件的磁场电流传感器电路的实施例的顶视图。
图5B示出了具有用于干扰磁场的两个外部源的磁场电流传感器包装的横截面图。
图5C示出了根据图5A的磁场电流传感器的主要导体的一部分中的示例性电流密度分布。
图5D示出了对于根据图5A的磁场电流传感器的一部分的磁场的垂直分量的示例性磁通量密度分布。
图6示出了具有处于2个位置处的2个磁场传感器元件的磁旋转传感器电路的示意图。
在下面对附图的描述中，用相同或等效的附图标记来表示相同或等效的元件或者具有相同或等效功能的元件。
具体实施方式
图1A示出了包括信号处理电路（SPC）110、传感器元件（SE）120和评估电路（EC）130的设备的实施例的方框图。信号处理电路110被适配成处理输入信号110a以获得输出信号110b。传感器元件120被适配成感测预定物理量140，例如可能对信号处理电路110有影响或作用的周围物理量140，其中传感器元件120被适配成根据或响应于预定物理量140生成传感器信号120b。
所述预定物理量（例如温度或机械应力）例如可能对输入信号110a本身或者对信号处理电路110对输入信号的处理有多余的影响，其例如可能导致输入信号出现偏差（例如由于温度变化而导致的漂移）。因此，信号处理电路110被适配成根据传感器信号120b处理输入信号110a以获得输出信号110b（参见箭头），以例如补偿由于温度变化而导致的漂移。
在一个特定实施例中，正如后面将基于图2所描述的那样，输入信号110a可以是由主要传感器生成的信号，其中传感器信号120b被用来补偿信号110a的漂移，以便于进行较不易受温度变化影响或者基本上与温度变化无关的测量。
评估电路130被适配成评估传感器信号120b，并且在传感器信号120b不满足预定正常操作标准或正常操作条件的情况下生成表明异常操作条件的信号130b，或者以肯定方式定义的话，则是在传感器信号120b确实满足预定的异常操作标准或异常操作条件的情况下生成信号130b。
在下面的实施例中将主要基于所述标准的否定定义来描述本发明，即在传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下获得异常操作条件。但是应当认识到，肯定或否定定义两个均可以同样适用于获得相同的结果。因此，关于所述标准的否定定义给出的解释以相应方式应用于判定标准的肯定定义。
换句话说，评估电路130被适配成获得传感器信号的特性，并且在传感器信号120b与表明正常操作的传感器信号的预期特性不符的情况下生成信号130b。
传感器元件120可以被适配成转换次要周围物理量或主要物理量，例如多余主要周围物理量，其例如可能是主要物理量的多余周围部分。
这里所描述的传感器元件可以被适配成响应于对应的传感器元件被适配成感测或测量的物理量而产生传感器信号，其中由所述传感器元件输出的传感器信号可以是代表包括时间上连续的模拟值的对应物理量的连续模拟信号。在替换实施例中，传感器元件可以被适配成包括模拟到数字转换器（ADC），并且把例如由Hall板或磁场测量输出的模拟连续信号或者由负温度系数电阻器（NTC）或正温度系数电阻器（PTC）产生的电压转换成一系列数字传感器信号或传感器信号值（即随时间的离散传感器信号序列或传感器信号值），并且将这些数字值作为传感器信号110a或120b输出。
所述异常操作标准可以定义例如传感器信号在正常操作期间不应当超出的阈值或者可以从中导出（这是因为无法再足够地补偿输入信号的漂移，或者是因为对输入的测量偏差或处理偏差变得过大）。所述异常操作标准可以定义传感器信号不应当超出的最大值和最小值或者可以从中导出（正常操作范围被定义为所述最小值与最大值之间的范围），或者可以定义传感器信号不应当超出的最大时间偏差量值或者可以从中导出（正常操作范围由传感器信号在所述最大时间偏差量值下随时间的偏差定义）。此外，所述异常操作标准可以从所述信号不应当具有的符号或极性导出，从平均值导出（例如在所需周围物理量具有已知频率f或周期T并且多余或异常周围物理量具有不同频率或周期的情况下），或者从传感器信号不应当具有的频率贡献导出（例如在所需周围物理量具有已知的有限频谱的情况下）。
所述异常操作标准还可以包括或定义对于前述或其他标准的容差以考虑到传感器信号上的噪声或其他影响以及对传感器信号的评估，以避免例如由于上述影响而导致的对于异常操作条件的错误检测，从而实现对于真正异常的周围或操作条件的更为可靠的检测。
根据一个实施例，所述预定正常操作标准定义传感器信号120b的最大值，所述评估电路被适配成把传感器信号的值与所述最大值进行比较，并且在传感器信号的值高于所述最大值的情况下生成表明异常操作或周围条件的信号130b。作为对于前面提到的最大值的补充或替换，所述预定正常操作标准还可以定义传感器信号120b的最小值，并且所述评估电路可以被适配成把传感器信号的值与所述最小值进行比较，并且在传感器信号120b的值小于所述最小值的情况下生成信号130b。
根据另一个实施例，所述最大值或最小值是零值。因此，其符号、极性或指向不同于周围物理量的预期或可接受符号、极性或指向的周围物理量可以被检测到，并生成表明异常周围条件的信号130b并且例如由设备100输出。周围物理量的预期或可接受符号、极性或指向例如定义所述物理量的正常周围或操作条件。
在其他实施例中，所述传感器元件被适配成响应于周围物理量随时间生成多个传感器信号120b，例如传感器信号的时间序列，其中所述传感器信号的时间序列代表随时间的物理量，包括所述物理量随时间的任何变化。为了获得所述传感器信号的时间序列，所述设备例如包括或者单独对于每一个电路元件或者集中对于某些或全部电路元件的时间基础。所述时间基础例如可以是振荡器或简单的RC低通滤波器，其把快速变化与慢速变化分离。
在这样的其他实施例的进一步发展中，所述预定正常操作标准可以定义传感器信号随时间的改变的最大量值，并且所述评估电路可以被适配成将传感器信号随时间的改变量值与所述传感器信号的最大改变量值进行比较，并且在传感器信号随时间的改变量值高于所述传感器信号的最大改变量值的情况下生成信号130b。所述预定异常操作标准例如可以定义所述传感器信号在两个相继传感器信号之间或者在具有预定时间差的两个传感器信号之间的最大改变量值。这种方法也可以被称作时间梯度检测方法。
在利用由传感器元件在不同时刻获得的多个传感器信号的这样的其他实施例的进一步发展中，所述预定正常操作标准可以定义传感器信号在预定持续时间内的最大平均值，并且所述评估电路可以被适配成确定传感器信号在所述预定持续时间内的平均值，并且在所述传感器信号的平均值高于所述传感器信号的最大平均值的情况下生成所述信号。对于这样的进一步发展，所述预定正常操作标准可以（作为对最大平均值的补充或替换）定义传感器信号在预定持续时间内的最小平均值（其持续时间与对应于最大平均值的持续时间相同的持续时间或不同的持续时间），并且所述评估电路可以被适配成确定传感器信号在所述预定持续时间内的平均值，并且在所述传感器信号的平均值低于或小于所述传感器信号的最小平均值的情况下生成所述信号。
例如在不存在预定或周围物理量的多余部分的情况下，所述预定持续时间可以对应于所述预定或周围物理量在正常操作条件下的周期，或者可以对应于将由传感器元件120测量的物理量类型的预期或所需物理量，而将要测量的物理量类型的异常或多余物理量或部分完全不是周期性的或者具有不同的周期T并且从而可以被检测到，这是因为由评估电路130获得的平均值小于所述最小平均值或者高于所述最大平均值。
在利用由传感器元件在不同时刻获得的多个传感器信号的所述其他实施例的进一步发展中，所述预定正常操作标准可以定义传感器信号的最大频率，其中所述评估电路被适配成处理所述多个传感器信号以获得所述多个传感器信号的频谱表示，并且在所述频谱表示在高于所述最大频率的至少一个频率下有显著贡献的情况下生成所述信号。在另外的实施例中，所述预定正常操作标准可以附加地或替换地定义传感器信号的最小频率，其中所述评估电路被适配成处理所述多个传感器信号以获得所述多个传感器信号的频谱表示，并且在所述频谱表示在小于所述最小频率的至少一个频率下有显著贡献的情况下生成所述信号。所谓的显著贡献例如可以是高于所述频谱表示的最大量值的10%或20%的任何量值。
在设备100的另外的实施例中，传感器元件120位于所述设备的第一位置处，并且所述设备包括位于该设备的第二位置处的另一个传感器元件（图1A或1B中未示出）以用于感测该第二位置处的周围物理量。在这种情况下，传感器元件120被适配成根据第一位置处的周围物理量140生成传感器信号120b，并且所述另一个传感器元件被适配成根据第二位置处的周围物理量生成另一个传感器信号。此外，所述预定正常操作标准还定义传感器信号120b与所述另一个传感器信号之间的差的最大量值，并且所述评估电路被适配成评估所述传感器信号与所述另一个传感器信号之间的差，并且在所述差的量值高于所述传感器信号与所述另一个传感器信号之间的差的最大量值的情况下生成所述信号。这种方法也可以被称作空间梯度检测方法。为了进行空间梯度检测而将要进行比较的所述传感器信号和所述另一信号例如被同时生成，即同步生成，或者基本上同时生成，即没有显著延迟，其中所谓的没有显著延迟意味着所述两个信号的测量或感测之间的时间差远小于所应当检测的干扰的时间尺度。后一种情况也可以被称作实时测量。
图1B示出了根据图1A的设备的实施例的方框图，其中所述设备的实施例100’还包括时间基础（TB）180和用于输出异常操作条件信号130b的输出端口190。图1B中的点线表示可选特征。
所述输出端口可以是任何接口，例如基于电接触的接口（例如用于通过连接线或粘合连接把所述设备或传感器电路电连接到外部器件的外部接触件或焊盘）或者无接触接口（例如天线或者任何其他射频接口或光学接口）。所述设备或传感器电路被适配成通过所述输出端口或者瞬时传送或者在同时存储之后延迟传送信号130b。所述设备或传感器电路的另外的实施例可以包括用于信号130b和输出信号或测量信号110b的单独输出端口，或者可以使用一个公共输出端口来输出这两个：信号130b和输出或测量信号110b。
所述时间基础可以是集成到传感器元件120中的滤波器元件。在一个替换实施例中，时间基础180可以是单独的振荡器单元，其被适配成为传感器元件120提供时钟信号，例如用于模拟到数字转换或者由该传感器元件执行的任何其他处理。在另外的实施例中，时间基础180不仅向传感器元件120提供时钟信号180b，而且还向所述设备的其他电路元件提供时钟信号180b，例如信号处理电路110、评估电路130或者其他传感器元件。在另外的实施例中，每一个所述元件具有其自身的时间基础，或者与所述设备的其他元件共享时间基础。
与根据图1A的设备不同，设备100’包括被适配成接收输出信号110b或测量信号110b并且基于所述测量信号或输出信号110b对传感器信号120b执行评估，即执行评估是否存在异常操作条件的评估电路130。
这里所描述的设备或传感器电路的实施例可以被适配成利用静态标准或阈值来评估传感器信号，例如传感器信号的静态最小值或最大值或者符号（即所述标准不取决于其他传感器信号或测量信号），或者可以被适配成利用动态标准或阈值进行评估，例如所述标准取决于其他传感器信号或测量信号，并且/或者还可以被适配成仅利用一个或几个其他传感器信号来评估所述传感器信号，仅利用输出或测量信号110b，或者利用一个或几个其他传感器信号以及输出或测量信号110b来进行评估。
例如在下面基于图2到6描述的设备和/或传感器电路的其他实施例还可以包括被适配成接收测量信号110b以用于评估传感器信号120b的评估电路130。这些其他实施例还可以包括输出端口190来输出异常操作条件信号130b，并且/或者可以包括一个或更多时间基础单元180以用于向所述传感器电路的不同元件提供时钟信号180b。
另外的实施例包括评估电路130，其被适配成不仅使用输入或传感器信号120b来进行操纵评估，而且还使用输入信号110a或另一个传感器信号110a和/或输出信号110b或测量信号110b。所述评估电路还可以被适配成只有在输入信号110a或输出信号110b为小的情况下才评估传感器元件120的传感器信号120b。例如，在设备100或110’是电流测量单元或电流计并且信号处理电路110表明大电流（即大信号或信号值110b）的情况下，电流计100、100’可以被适配成不对传感器信号120b进行评估以检测操纵。但是在由测量信号110b所表明的测得电流为小（即测量值110b具有低值）的情况下，可能很重要的是排除操纵并且对传感器信号120b执行评估。
应当提到的是，特别对于具有集成传感器电路的设备来说很容易确定物理量在芯片表面上的空间分布，这是因为：（i）由于高精度生产技术，可以在微米级别控制不同传感器元件的方位或位置；（ii）由于集成在单个芯片或单个半导体管芯上的各元件的间距非常小，例如只有几毫米，因此传感器元件的生产变异性可以被保持得较小（这一点与其中不同传感器元件被集成到不同芯片或半导体管芯中的情况下的逐批次或逐晶片或逐芯片的变异性不同）；以及（iii）可以在生产线末端测试中平衡由于方位变异性或者由于传感器元件自身的其他生产变异性而导致的例如传感器信号值的剩余变异性，这是因为各单独的传感器元件保持在相同芯片上，并且因此不会与其他芯片的传感器元件混合，而对于分立传感器元件就将发生所述混合情况，其中“分立”意味着每个芯片实现单个传感器元件。
还应当强调的是，在系统（例如这里所描述的设备或传感器电路）受到来自外部的干扰（刻意或非刻意）的情况下，干扰源与传感器元件的距离越大，那么多余外部物理量或外部干扰物理量的空间相关性就越小。集成半导体技术的一个优点现在是小型化方面。因此有可能把电流传感器设计成使得所需主要物理量（流经集成到包装中或者甚至集成到半导体衬底中的主要电流导体的将要测量的电流的磁场）导致对于传感器元件的相对较强的空间相关性。对于壳装设备、壳装传感器、壳装传感器电路或壳装传感器包装的实施例，所述壳装或包装的设计使得外部干扰源到各单独的传感器元件有特定的最小距离，从而使得从外部施加到传感器元件的干扰或多余物理量只有较小空间相关性。这一点例如可以很容易通过塑料外壳或塑料封装来实现，正如后面将参照图5B更加详细地描述的那样。
图2示出了设备100的一个特定实施例的方框图，其中设备100是传感器电路200。传感器电路200包括信号处理电路110、传感器元件120、评估电路130并且（与图1A相比）还有主要传感器元件220。主要传感器元件220被适配成转换主要物理量，换句话说就是响应于主要物理量240生成主要传感器信号110a以作为输入信号110a。信号处理电路110被适配成根据传感器信号120b处理主要传感器信号110a以获得作为输出信号110b的主要测量信号，其中主要测量信号110b代表主要物理量240的属性。
传感器元件120可以是用于测量预定次要物理量或周围次要物理量的次要传感器元件，或者可以是用于测量预定主要物理量、周围主要物理量或者与主要传感器元件220所测量的主要物理量属于相同物理量类型的物理量的周围部分的主要传感器元件。
在Hall传感器的情况下，将要测量的磁场构成主要物理量，温度或机械应力构成次要周围物理量140。由Hall传感器220（例如Hall板）输出的电压取决于由所述传感器元件测量的磁场的场强度和极性并且还取决于磁场240随时间的变化，因此其包括关于所述主要物理量的至少一项或几项属性，例如场强度、极性和随时间的变化。传感器元件120例如还可以被适配成提供电压信号以作为传感器信号120b，其中电压信号120b代表次要周围物理量（例如温度值或机械应力值）的至少一项属性。
正如前面所解释的那样，所述信号处理电路可以被适配成关于测量信号110b补偿由于温度或机械应力的变化而导致的主要传感器信号的漂移，以减小次要周围物理量的多余效应。
对于设备100，传感器元件120可以是被适配成转换次要周围物理量（以例如补偿主要传感器信号110a的漂移）的次要传感器元件，或者是被适配成转换主要物理量的多余周围部分的主要传感器元件，其中传感器信号120b例如被用来通过差分测量原理减小背景磁场部分的效应。
传感器电路200的实施例包括输出端口（例如外部接触件或焊盘或无线接口）以输出主要测量信号110b。
传感器电路200的实施例可以构成传感器包装，其中主要传感器元件220、传感器元件120、信号处理电路110和评估电路130被封装材料完全或至少部分地封装，其中所述传感器电路包括用以输出主要测量信号110b的一个外部接触件以及可选地用以输出异常操作条件信号120b的另一个外部接触件，并且其中所述两个外部接触件不被所述封装材料覆盖或者仅仅被部分地覆盖。在另外的实施例中，所述传感器电路被适配成通过与主要测量信号110b相同的外部接触件或接口输出异常操作条件信号120b。
主要传感器元件220、传感器元件120、信号处理单元110和评估电路130可以被设置在不同的半导体管芯或芯片上（多芯片包装），或者被集成在相同的半导体管芯或芯片（单芯片包装或单管芯包装）。在另外的实施例中，除了所述外部接触件之外的所述传感器电路的所有组件（包括未在图2中示出的另外的组件）都被所述封装材料封装或者从环境密封。
通过把主要传感器元件220、传感器元件120、信号处理单元110和评估电路130集成在一个半导体管芯上使得更加难以从外部操纵传感器信号110a和120b（这是由于传感器元件与信号处理电路并且特别是评估电路之间的连接线的集成和较小尺寸）。
此外，提供如由这样的集成传感器电路的实施例所提供的周围操作条件监测，提供高度可靠的小型传感器。使用这样的集成传感器电路的设计工程师只需要读取或监测异常周围条件信号来检验所述传感器的正确运作，并且在所述传感器发信号通知异常操作条件下可以采用自动或人工反措施。
前面关于包装、外部接触件或接口以及在不同或相同半导体管芯上的集成所做的解释以相应的方式应用于设备100和这里所描述的传感器电路的其他实施例。
图3示出了根据图2的传感器电路的特定实施例的方框图，其中传感器元件120是另一个主要传感器元件120。因此，传感器电路300包括第一主要传感器元件220和第二主要传感器元件120。第一和第二主要传感器元件被设置在不同位置处，第一主要传感器元件位于第一位置处，第二主要传感器元件120位于第二位置处。第一主要传感器元件220被适配成测量第一位置或方位处的主要物理量，而第二主要传感器元件120测量第二位置或方位处的主要物理量。由第一主要传感器元件测量或感测的主要物理量可以包括第一所需部分（例如第一所需主要物理量部分）和第一多余部分（例如第一多余主要物理量部分）。取决于具体情境，还可以通过把所需部分称作“第一主要物理量”或者“第一所需主要物理量”并且把多余部分称作“第一周围主要物理量”或者“第一多余周围主要物理量”来区分所需和多余部分。这种称谓相应地应用于第二物理量以及潜在地包括的所需和多余部分或其部分。
另外的实施例可以包括设置在所述传感器电路的另外的（第三、第四等等）位置处的另外的（第三、第四等等）主要传感器元件，以测量所述另外的位置处的主要物理量，并且响应于所述主要物理量产生另外的（第三、第四等等）主要传感器信号，其表明所述另外的位置处的主要物理量或者表明所述另外的位置处的主要物理量的至少一项属性。任何另外的位置（第三、第四等等）都不同于其他主要传感器元件的第一、第二或其他位置。关于第一和第二主要物理量，所述另外的主要物理量以及有关的另外的主要传感器信号也可以包括所需和多余部分，其中被用来描述和/或区分两个部分的相同术语同样适用，正如在前面的段落中对于第一和第二主要传感器信号所解释的那样。
传感器电路300例如是一方面被适配成执行差分测量原理的传感器电路，这是通过从第一主要传感器信号120a中减去第二主要传感器信号120b以获得测量信号110b而实现的。所述传感器电路另一方面还被适配成评估操作条件应当被视为正常还是异常，这例如是通过把第一主要传感器信号110a与第二主要传感器信号120b相加并且把两个之和与阈值或最大值进行比较而实现的，并且在所述和高于特定阈值的情况下产生异常操作条件信号。
在另外的实施例中，信号处理电路110被适配成根据第一算法或函数处理第一110a和第二120b主要传感器信号，以获得主要测量信号110b，并且评估电路130被适配成根据不同于第一算法的第二算法处理第一110a和第二120b主要传感器信号，并且在第二算法的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成异常操作条件信号130b。
第一算法可以包括从第二主要传感器信号120b或其倍数中减去第一主要传感器信号110a或其倍数（或者反之亦可），并且输出差或者从中导出的信号（例如其经过漂移补偿的版本）以作为测量信号110b。
第二算法可以包括把第一主要传感器信号110a或其倍数与第二主要传感器信号120b或其倍数相加，并且在其和高于某一阈值的情况下产生并输出异常操作条件信号130b。在另外的实施例中，第二算法不包括从第二主要传感器信号120b或其倍数中减去第一主要传感器信号110a或其倍数（或者反之亦可）。
所述设备的另外的实施例构成电子传感器系统，其包括至少两个传感器元件120、220，所述至少两个传感器元件120、220把两个点或两个位置处的相同物理量转换成具有第一传感器信号值的第一传感器信号110a和具有第二传感器信号值的第二传感器信号120b，所述电子传感器系统还包括信号处理单元110，所述信号处理单元110被适配成输出作为第一传感器信号110a的值与第二传感器信号120b的值之差的函数的输出信号110b或测量信号110b，并且所述电子传感器系统还包括评估电路130，所述评估电路130被适配成提供第二信号130b或异常操作条件信号130b，该信号也取决于第一传感器信号110a的和第二传感器信号120b的值，但是不取决于第一传感器信号110a的值与第二传感器信号120b的值之差。
在上述背景中术语“函数”指代任何函数或算法，其中对于函数f(x)的每一个输入值x，所述系统或电路得到输出值f(x)。在严格的数学意义下该输出值应当是唯一的，但是在实际的传感器系统中，该输出值仅仅是近似唯一的，这是因为其可能会被随机噪声覆盖。但是在实际的传感器系统中，可以对所述函数进行量子化，从而当x对着足够小的使用范围内时，例如x1<x<x2，即在输入值x保持在足够的输入值范围内的情况下，输出值f(x)保持恒定。但是所述函数对于相同的x值不会有不同的f(x)值。
另外的实施例包括电子传感器系统或传感器电路，其包括至少三个传感器元件，所述至少三个传感器元件把三个不同点或位置处的相同物理量转换成第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号，并且输出作为第一与第二传感器信号的值差的函数并且作为第二与第三传感器信号的值差的函数的第一信号或测量信号，其中所述评估电路生成或导出信号130b，从而使得不能仅通过对于输出信号或测量信号110b执行仅一系列数学运算而获得该信号。换句话说，所述评估电路所使用的函数或算法对传感器信号值进行处理，从而使得所述函数的结果具有关于与测量信号110b相比的所述物理量的附加信息。
在另外的实施例中，所述电子传感器系统或传感器电路包括至少四个传感器元件，所述至少四个传感器元件把四个不同点或位置处的相同物理量转换成第一、第二、第三和第四传感器信号，其中所述信号处理电路被适配成输出作为第一传感器信号与第四传感器信号的值差的函数并且作为第二传感器信号与第三传感器信号的值差的函数的测量信号或输出信号，并且其中所述评估电路被适配成根据第一、第二、第三和第四传感器信号当中的至少两个值来提供信号130b，并且其中所述评估电路还被适配成对这些至少两个传感器信号值进行处理，从而使得不能通过对于输出或测量信号110b执行仅一系列数学运算而获得所述函数的结果或信号130b。
下面将结合设备100和传感器电路200、300的特定实施例来解释对应于处理第一主要传感器信号110a、第二主要传感器信号120b和可选的另外的（第三、第四等等）主要传感器信号以获得测量信号110b以及/或者评估是否存在异常周围操作条件的上述和其他实施例。
被适配成测量相同类型的物理量的所述两个或更多传感器元件不需要是相同类型的传感器。为了测量温度，实施例例如可以使用电阻器和二极管，例如在所述电路或管芯的两个点处测量温度的情况下，可以利用第一点或位置处的电阻器以及利用二极管作为第二点或位置处的第二传感器元件来测量温度。在下文中将把用于测量相同物理量的这种不同类型的传感器元件称作属于相同的传感器或传感器元件分类，而用于测量温度的不同电阻器则被称作属于相同的传感器或传感器元件类型（即电阻器类型）。
图4示出了被实施为例如无核电流传感器400的差分磁场传感器或差分磁场传感器电路300的实施例的顶视图。传感器电路400包括第一Hall传感器元件或第一Hall板220、第二Hall传感器元件或Hall板120，其被设置在半导体管芯430中处于所述电流传感器的电流导体410的相对侧。将要测量的电流I流经电流导体410并且生成取决于将要测量的电流的电流密度和流动方向（参见箭头）的径向磁场B。在电流（关于图4的指向）从左向右流动的情况下，所述电流产生径向磁场B，其在第一主要传感器元件320所处的第一位置x1处具有正z指向（关于如图4中所示的坐标系，参见导向画面外的B1），并且在第二主要传感器元件120所处的第二位置x2处具有负z指向（关于如图4中所示的坐标系，参见导向画面内的B2）。信号处理电路110和评估电路130未在图4中示出。
电流导体410包括关于电流的流动方向处于电流导体的相对侧的凹口420a和420b，以便增大电流密度并且从而提高测量灵敏度。
第一和第二传感器元件120、220就其侧向方位（x-y平面，参见图4的坐标系）被设置在凹口420a、420b上方或者至少部分地设置在凹口420a、420b上方，所述传感器元件尽可能靠近导体410并且关于电流的流动方向处在所述导体的相对侧。在凹口420a和420b是对称的并且第一和第二传感器元件220、120也被设置成关于所述电流导体的电流流向的中心轴对称的情况下，由第一主要传感器元件测得的第一磁场的量值与在第二主要传感器元件110处测得的磁场的量值相同，这两个只有所测得的磁场的符号或指向不同。
电流传感器电路300的另外的实施例可以包括具有其他几何结构的凹口420a、420b，只有一个凹口，或者根本没有凹口。所述电流传感器的其他实施例可以包括作为导体的电线，其中所述电线可以被直的形式或弯曲形式，例如以曲折形式，并且所述主要传感器元件可以被设置在所述电线的相对侧。
磁场电流传感器400的实施例还可以包括作为电流传感器包装400的集成组件或元件的电流导体410以便于Hall传感器220和120关于所述电流导体的固定且精确的相对定位。在需要测量电流的情况下，可以把整个包装400连接到应当为之测量电流的外部（关于所述包装自身）导体。
回到图4，差分磁场传感器400测量两个位置x1、x2处的磁场B或者所述磁场的单一分量，以获得代表位置x1处的磁场或B场B1的第一主要传感器信号110a和代表x2处的磁场或B场B2的第二主要传感器信号120b。信号处理电路110计算代表所述两个方位处的磁场之间的差的所述两个传感器信号或传感器信号值的差，即信号处理单元110计算差B1-B2。将要测量或者作为输出或测量信号110b输出的数量是该差的函数：Q=f(B1-B2)，其中B1和B2可以包括所需和多余磁场部分。该数量或测得量可以是流经所述电流导体的电流的强度、符号、相位、频率、波纹或占空比，或者在后面基于图6所解释的磁旋转传感器的情况下是目标轮的角方位或角速度或角加速度。
更高阶差分系统具有在n个不同位置处测量磁场的相同分量的n个磁传感器元件，其中n>2。所述更高阶差分系统例如根据下式把数量Q计算为许多差的函数：
Q=f(B1-B2,B2-B3,…,Bn-1-Bn)
换句话说，这样的测量系统包括3个或更多个磁场传感器H1、H2、H3等等，其中把两个传感器元件的信号相减并且把所得到的各项相加为具有固定系数的线性组合。
图5A示出了具有分别是H1、H2和H3的三个（n=3）Hall传感器220、120和520的磁电流传感器或电流传感器电路500的顶视图（信号处理电路和评估电路未被示出）。每一个所述Hall传感器H1、H2和H3位于不同的位置x1、x2和x3处，并且测量所述Hall传感器的对应位置处的磁场B1、B2和B3。电流导体包括三个沟槽，其中每一个所述Hall传感器或Hall板被至少部分地设置在所述沟槽420a、420b和420c中的一个上方并且靠近电流导体410。第一传感器元件H1响应于磁场B1产生第一传感器信号S1（其对应于110a），第二传感器元件H2响应于磁场B2产生第二传感器信号S2（其对应于120b），并且第三传感器元件H3响应于磁场B3产生第一传感器信号S3。对于具有如图5A中所示的导体结构（三个沟槽420a到420c延伸到所述导体的中轴，并且关于电流流动方向上的中轴以交替顺序被设置在所述电流导体的相对侧）和如图5A中所示的Hall板设置（每一块所述Hall板被设置在所述沟槽中的一个上方并且成直线地被设置在所述电流导体的中轴或中心轴590的上方）的实施例，传感器信号S1和S3的符号和量值近似相同，传感器信号S2的量值近似是传感器信号S1或S3的量值的2倍高，并且第二传感器信号的符号与第一和第三传感器信号S1和S3的符号相反或相对。在电流从左向右流动（根据图5A的指向）的情况中，传感器信号S1和S3例如具有正符号，并且传感器信号S2具有负符号。在电流从右向左流动（根据图5A的指向）的情况中，情况相反，传感器信号S1和S3具有负符号，并且传感器信号S2具有正符号。所述三个传感器信号的量值和符号之间的关系涉及对流经电流导体410的电流I的磁场的测量，并且不考虑任何背景磁场，例如地球磁场。与将要测量的电流的磁场不同，地球磁场在电流传感器500的区域内是均匀的，即地球磁场叠加附加的周围磁场或周围磁场部分，其就符号和量值而言对于所有三个传感器H1到H2都是相同的（由于其均匀性）。
信号处理单元130例如被适配成根据下式计算流经具有所述三个沟槽的导电条410的电流I：
I=(S1-S2)-(S2-S3)=S1+S3-2*S2
其中，S1、S2、S3是前面提到的平面型Hall板H1、H2、H3的信号。因此，正如前面所解释的那样，在S1=S3=S并且S2=-2*S的情况下，地球磁场分量被抵消，而所述电流则被计算为I=6*S。类似地也抵消掉例如由于相邻导体而导致的或者被施加来操纵所述磁场电流传感器的任何其他均匀磁场。换句话说，所述差分磁场电流传感器对于这样的均匀周围磁场是鲁棒的。由于所述传感器由三个位置处的3个Hall元件组成，因此其是2阶梯度计。因此其不仅可以抵消0阶空间导数（均匀背景场），而且还可以抵消1阶空间导数（背景场的线性梯度）。但是具有二阶或更高阶空间导数的磁场可能无法被抵消，并且其可能导致不可接受的测量条件，即无法被本发明的实施例检测到的异常周围操作条件。因此，梯度计的阶数越高，对于例如被施加到所述传感器以操纵该传感器的异常周围条件的检测就越好。
由将要测量的电流I产生的磁场部分构成第一、第二和第三主要物理量或第一、第二和第三所需主要物理量部分，而由地球磁场或任何其他周围磁场源产生的磁场部分则构成第一、第二和第三周围主要物理量或第一、第二和第三多余主要物理量部分。
下面将针对磁场电流传感器描述用于检测异常周围条件的另外的实施例，特别是针对基于图5A描述的差分电流传感器。如果利用外部施加的磁场对传感器系统进行刻意或非刻意操纵，则可以通过多种措施将其与所需物理量Q进行区分。下面关于例如基于图5A和5B（也基于图4）描述的磁场电流传感器电路，由流经所述电流传感器电路的电流导体的电流所产生的磁场被视为“内部磁场”，而由除了流经所述电流导体的电流之外的任何其他源所导致的任何磁场则被视为干扰磁场或外部磁场（关于所述电流传感器电路并且特别是关于所述电流传感器包装为外部），例如地球磁场或者被设置在所述电流传感器旁边的永磁体或者由流经附近导体的电流生成的磁场等等被视为“外部磁场”。在该语境中，还可以把“外部”解释为“周围”、“多余”或“干扰”，并且把“内部”解释为“所需”。
所述外部施加的磁场或周围磁场例如可以具有超出极限的场强度。在具有100A的全尺度范围的电流传感器中，在中心Hall探测器H2上的磁场例如是25mT。因此如果由Hall探测器H2或者评估电路130检测到35mT，则可能是由于过电流事件或者是由于利用带到紧邻所述传感器的永磁体所进行的操纵。
外部施加的磁场可能具有场模式，其空间相关性与由所需物理量Q生成的场模式显著不同。例如，在导体带中具有3个沟槽的图5A的电流传感器中，由电流生成的场B高度不均匀：其在H1和H3上为正，并且在H2上为负。很难通过表现出相同的空间相关性的永磁体来外部施加磁场：其不仅必须在所述3个传感器元件上具有不同符号，而且还必须在H1和H3上具有相等量值，并且H2上的量值必须等于H1和H3上的量值之和。因此可以使用几个指标来检测操纵或者一般来说的异常周围条件，正如下面将要解释的那样。
作为第一指标或标准，传感器信号或传感器信号值之和S1+S2+S3不能超出特定阈值。在理想情况下，所述和应当为零，在实践中其应当例如处在-10mT（对应于正常操作的最小值）到+10mT（对应于正常操作的最大值）的范围内。在所述和值S1+S2+S3超出这些阈值的情况下，所述评估电路被适配成检测到异常周围条件并且产生信号130b。
其他实施例还可以使用比如S1+S3-2*S2的与被测量Q直接有关的动态阈值，并且在下面的不等式为真时可以检测出操纵或异常周围条件：
abs(S1+S2+S3)>X*abs(S1+S3-2*S2)
其中X是权重因数，并且例如可以具有比如0.1的值。X的值调节操纵或异常操作条件的可能性。
在实践中，所述传感器信号的精度对于小信号变得较差，因此用于检测异常周围条件的更加鲁棒的算法可以如下读出：
abs(S1+S2+S3)>max(X*abs(S1+S3-2*S2);Y)
其中max(a,b)是a或b当中的较大值，Y是前面提到的比如10mT的绝对极限。
针对检测异常周围或操作条件的第二标准是S1和S3彼此不能偏差太多：在理想情况下，如果没有施加外部场的话则两个应当相等。如果发生以下情况则检测到操纵或强外部场：
abs(S1/S2-1)>EPS
EPS例如可以是0.1。如果EPS为小，则可以提高对于操纵的可检测性。EPS应当被选择成使得只有在背景磁场超出会显著恶化Q的测量的水平的情况下所述条件才变为真（TRUE）。在实践中，如果S2接近零，则可以利用下面的条件取消前面的该条件：
abs((abs(S1)+X)/(abs(S2)+Y)-1)>EPS
其中，X可以等于Y。一般来说，X和Y应当被选择成传感器的过零误差的2到10倍。作为磁传感器的过零误差，可以标记其在零场处的输出（例如Hall传感器的偏移量或者涉及软磁部件的传感器的矫顽磁性）。例如自旋电流集成Hall传感器的残留偏移量是大约50μT，并且因此X例如应当是50到500μT。在前面的等式中可以用x^(2*n)替换abs(x)，其中n是正偶整数。
针对检测异常周围或操作条件的第三标准是S1+S3不能与(-1)*S2偏差太多：这与第一标准完全相同。
针对检测异常周围或操作条件的第四标准是(-2)*S1与S2彼此不能偏差太多：这和第一标准与第二标准的组合完全相同。
针对检测异常周围或操作条件的第五标准是(-2)*S3与S2彼此不能偏差太多：这和第一标准与第二标准的组合完全相同。
作为前述内容的总结：对于3个传感器元件S1、S2、S3，可以按照多种线性组合对其进行组合，但是其中只有3种组合实质上不同，所有其他组合都可以从这三种组合的叠加导出。这些组合中的一种可以被用来找到被测量Q，即换句话说可以被信号处理单元110使用来确定测量信号110b。在消除了磁干扰或周围磁场的情况下，另外2种线性组合应当等于零。这2种组合可以被用来估计背景磁场，因此其可以被评估电路130使用来估计是否有人想要操纵所述传感器或者是否存在异常周围或操作条件。
针对检测异常周围或操作条件的第六标准是评估传感器信号S1、S2或S3的符号。外部施加的磁场的符号例如可能与来自所需物理量或被测量Q的场相反。再次参照图5A的磁场电流传感器500，如果电流的极性是已知的，则3块Hall板上的磁场的极性也是已知的。如果电流在图中所示的方向上流动，则传感器H1和H3上的磁场的平面外分量指向绘图平面外，同时在传感器H2上指向所述平面内。如果施加了外部场则其可能具有错误的方向，这一点可以被用来检测操纵。
针对检测异常周围或操作条件的第七标准是评估一个或几个传感器信号的平均值。外部施加的磁场的时间平均值可能与来自所需被测量Q的场相反，或者不同于所需被测量Q的平均值。如果考虑沿其周界具有相等北极和南极的旋转码盘，则每一个传感器上的磁场的时间平均值为零（除非观测周期短于北极和南极在传感器前经过一次的时间）。
图6示出了磁旋转传感器电路600的示意图，其包括第一和第二主要磁场传感器220和120，例如Hall传感器或比如XMR传感器的磁阻传感器（所述信号处理电路和评估电路未示出）。图6中所示的系统还包括用于偏置磁场传感器电路600的永磁体以及围绕所述永磁体和传感器电路的保护罩634。应当通过磁旋转传感器600测量其旋转的目标轮610例如是在其边缘处有齿的铁制齿轮，并且所述两个磁传感器元件被设置成与这些齿相距一定距离612（其也被称作磁气隙）并且持续测量由所述齿和其间的空隙导致的磁场。
类似地，对于例如长于1/50或1/60秒的积分时间，流经干线供电的纯正弦电流的平均值为零。因此电流计（例如测量家庭使用的电流的电流计）的传感器系统可以简单地在合理地长的时间内对输出信号进行积分。如果结果大于预先定义的值，则背景场过高。
当然还有可能对差分传感器系统中的每一个单独传感器的信号进行积分，实际上这一点对于仅具有单个传感器元件的绝对传感器同样成立。
针对检测异常周围或操作条件的第八标准是评估所测量的磁场或物理量的频谱。外部施加的磁场可能具有落在所需被测量Q的信号带宽之外的显著频谱贡献。如果考虑用于干线供电的能量计，很明显的是主导频谱接近50Hz或60Hz的干线频率。如果正在发生具有显著不同频率的操纵，例如低于40Hz或高于70Hz（或者低于30Hz或高于80Hz），则在总信号中或者在各单独的传感器信号中可以检测到这一操纵。
磁传感器系统或任何其他传感器系统还可以包括温度传感器以补偿主要物理量或传感器特性对次要物理量温度的漂移。对于差分磁传感器，在半导体管芯上的温度不均匀的情况下，则更好是具有靠近每一个磁传感器的温度传感器。这些温度传感器还可以被用来检测操纵或异常周围或操作条件（第九标准）。这样的操纵可以是有人利用热气喷枪或者利用打火机或喷灯加热传感器电路。由于传感器系统通常还具有定义时间框架（其例如用于Hall板的自旋电流操作或者用来定义离散时间信号处理或者用来驱动数字电路以处理数据或者用来定义在数据传输协议中使用的时隙）的板上振荡器，因此还可以组合温度与磁场信息以检测异常周围条件。如果温度离开某一指定带（过低或过高温度），则有可能发生操纵并且检测到异常周围条件。此外，如果管芯上的空间温度梯度过大，则有可能发生操纵并且检测到异常周围条件。最后，如果温度的改变率或者温度的时间梯度过大，则有可能发生操纵并且检测到异常周围条件：例如在能量计中，除非电流过大否则温度在1秒内上升100?C的情况并不常见，这一点可以被用来检测利用明火进行的操纵。
精确的磁传感器常常需要某种板上机械应力传感器作为次要传感器，其测量半导体管芯上的机械应力。所测量的机械应力被信号处理电路110使用来补偿由于机械应力的改变而导致的传感器特性的漂移。例如通过利用例如硫酸腐蚀掉包装的部分或者通过机械方式刮擦、切割、挤压、铣削或研磨掉传感器包装的部分，可以在恒定温度或适度温度改变下进行操纵。还可以通过故意改变传感器包装的模具复合材料的含水量（通过将其干燥或弄湿）来进行操纵。所有这些操纵都导致管芯上的机械应力的突然或显著改变，并且可以通过板上应力传感器检测到。如果管芯上的机械应力改变过大或者应力改变率（即应力改变除以时间）或机械应力的时间梯度过高，则评估电路130可以被适配成检测操纵或异常周围条件。
下面将描述如图5A中所示的磁场电流传感器电路或磁场电流传感器包装的打包的其他方面。但是应当提到的是，这些解释以相应地方式应用于其他电流传感器实施例或者一般的其他传感器。
图5B示出了集成电流传感器的包装500’，或者换句话说是电流传感器包装500’。电流传感器包装500’包括半导体管芯550，其包括磁场传感器560，例如图5A中所示的磁场传感器元件120、220或620的其中之一。电流传感器包装500’还包括导体或主要导体410，将要测量的电流I从中流过。电介质隔离层540被放置在导体410与半导体管芯550之间，以提供高电流410与传感器电路或磁场传感器560之间的电压隔离。半导体管芯550被安装在衬底570上或者引线框570上。前面提到的所有部件都被模具复合材料520覆盖。模具复合材料520的目的是保护传感器电路并且特别是电流导体和半导体管芯免受环境的影响，例如免受光、水分或机械影响。关于如图5中所示的电流传感器包装500’，现在有两种可能性把干扰或多余物理量的源放置在所述一个或多个传感器元件附近。另一方面，所述干扰物理量的源可以被设置在所述包装顶上，正如附图标记510所描绘的那样，或者设置在所述包装下方，正如关于附图标记580所描绘的那样。把传感器元件560与电流导体410的底表面之间的（z方向上）垂直距离标记为DI，电流导体自身的垂直厚度标记为TC，所述导体上方（关于图5B的指向）的模具复合材料的垂直厚度标记为TM，并且传感器元件560与所述包装的底表面之间的垂直距离标记为TB，干扰源510、580到传感器元件560的垂直距离是TB或DI+TC+TM。在任何情况下，当设计包装时，这些距离可以被选择成使其远大于DI，从而作用在传感器560上的由外部源510或580生成的干扰物理量的空间不均匀性与由导体530生成并且作用在传感器560上的所需物理量的空间不均匀性相比较不明显。
在根据图5B的某些实施例中，在电流导体540具有大约TC=1mm的垂直厚度的情况下，垂直距离DI可以是大约10微米到100微米。在电流导体顶上的模具材料的垂直厚度为大约TM=0.3mm的情况下，干扰源510与传感器元件之间的最小距离是DI+TC+TM≈1.4mm。换句话说，所述最小距离大约是电流导体与传感器元件之间的距离DI的14倍。这样的封装在图5B中示出，并且例如可以与如图5A中所示的电流传感器500一起使用。
因此，所述电流传感器包装的实施例可以包括封装或模具体，其中所述模具体的封装的外表面被设置成使得所述外表面与任何磁场传感器元件之间的最小距离超过将要测量的电流流经其中的电流导体与任何磁场传感器元件之间的最大距离的10倍、20倍或30倍。
图5C示出了如图5A中所示的导体410的右半部分的平面图。左半部分与右半部分镜像对称，正如图5A中所示出的那样。图5C示出了电流线及其如何围绕所述沟槽弯曲。图5D示出导体410上方或下方几微米处的磁通量密度30的相应的垂直分量或z分量。最强正磁场或Bz场的点由附图标记P表示，最强负Bz场的点由N表示，并且消失Bz场的位置由标记为S的蛇形图表示。（参照附图）在蛇形线S下方的位置处有正磁场，在蛇形线S上方的位置处有负磁场。因此，A点处的场具有较大量值但是符号为负。在从-0.02T（特斯拉）延伸到+0.02T的右侧图例上示出了z方向上的Bz场的强度。从图5C和5D可以看出，有利的是将磁场传感器H2和H3（参见图5A）放置在点或位置P和N处。P与N和P与A之间的垂直直线是由流经所述导体的电流生成的磁场的最高不均匀性（即最陡斜率或最大空间导数）出现在其上的路径。操纵者很难提供产生沿着这些路径具有类似不均匀性的磁场的外部干扰源。因此，所述设备或传感器电路的实施例包括沿着这些路径放置的一个或更多传感器元件以优化对外部源的检测。
所述评估电路130例如可以被适配成把这些传感器元件的所有读数与前面提到的将由流经所述导体的电流导致的空间模式进行比较，并且如果出现与该理论模式的显著差异，则评估电路130确定存在显著干扰并且向输出端口190输出异常操作条件信号。
根据所述传感器系统或传感器电路的一个实施例，把一块Hall板放置或设置在P点处，并且把另一块Hall板放置或设置在N点处。在这种情况下，流经所述导体的电流可以由信号处理电路110确定为由设置在P点和N点处的两个传感器元件H2和H3检测到的磁场值的线性组合。
此外，还有可能找到与电流无关的另一种线性组合。该第二种线性组合由评估电路130计算并且与参考值进行比较。如果偏差或差异过大，则所述评估电路在输出端口190处发信号通知“异常操作条件”。
所述传感器系统的另一个实施例包括P点处的一块Hall板和S线处的另一块Hall板。评估电路130于是可以被适配成把所述两个值（即在P点处测得的传感器信号值和在S线处测得的传感器信号值）进行比较，并且如果差异过小并且同时P点处的值表明中等或大电流，则所述评估电路在输出端口190处发信号通知“异常操作条件”。
在检测外部干扰方面更加鲁棒或可靠的甚至更加鲁棒的传感器系统包括不仅如图5A中所示的那样沿直线590定位的传感器元件。相反，这些实施例具有跨越整个x-y平面的传感器元件。这种设置的优点在于，如果外部场只需要沿着单一方向产生明确定义的干扰，例如沿着x轴的一维干扰，则操纵所述系统要容易得多，但是要沿着两个方向产生具有精确不均匀性的明确定义的干扰则要更加困难，特别是沿着两个垂直方向，例如沿着x轴和沿着y轴。因此，电流传感器的前一个例子的另外的实施例包括三块Hall板，其中第一Hall板被设置在P点处，第二Hall板只在x方向上偏移（例如第二块整板被设置在位置或点N处），并且第三Hall板只在y方向上偏移（例如第三块整板被设置在A点处）。基于这三个不同的点或三项不同的测量，可以确定这三个传感器读数的第一种线性组合，其与将要测量的电流成比例（例如图5A中所示的总信号函数），而第二种线性组合与将要测量的电流无关，例如被确定成使得将要测量的电流的所需磁场部分彼此抵消掉并且只保留多余或干扰磁场部分，并且对其进行评估以检测是否存在异常操作条件。例如可以由所述评估电路将第二种线性组合与第一种线性组合以及与其他参考值进行比较，以判定是否存在异常操作条件。应当提到的是，对于三个传感器元件或三个传感器读数可获得独立于电流并且表明异常操作条件的两种线性组合。
在另一个实施例中，还可以把传感器元件镜像对称地放置在所述导体左部的上方，这在图5C和5D中没有示出。如前所述，可以在对应于图5A的Hall板H1的位置的N’点处设置另一块或其他块Hall板。
作为前述内容的总结，在放置传感器元件以检测异常操作条件方面有许多可能性。传感器元件的最优放置是在除以间距的读数或感测值中给出最大差的放置，正如基于图5D关于一方面是P和N点与另一方面是P和A点的组合所描述的那样。这与应当把所述传感器元件放置成使其感测周围或干扰物理量的最大空间导数的事实完全相同。如果使用至少三个传感器元件，则例如将其沿着至少两个优选地正交的方向放置。
因此，所述电流传感器电路的另外的实施例可以包括被适配成产生第三传感器信号的作为第三主要传感器元件的第三磁场传感器元件，其中第一、第二和第三磁场传感器元件未被设置在一条直线上，或者被设置成使得第一和第二主要传感器元件定义第一维度并且第一和第三主要传感器元件定义与第一维度正交的第二维度，并且其中所述信号处理电路被适配成根据差分测量原理处理第一、第二和第三传感器信号以获得测量信号。
如果使用至少四个传感器元件，则将其沿着三个优选地正交的方向放置，这对于普通CMOS技术来说很困难，但是有时有可能将传感器元件设置在半导体管芯的几个表面上，例如设置在所述管芯的顶侧和后侧或者还沿着周线设置。
因此，所述电流传感器电路的另外的实施例可以包括被适配成产生第四传感器信号的作为第四主要传感器元件的第四磁场传感器元件，其中第一、第二和第三磁场传感器元件未被设置在相同的二维平面上，或者被设置成使得第一和第二主要传感器元件定义第一维度，第一和第三主要传感器元件定义与第一维度正交的第二维度，并且第一和第四主要传感器元件定义与第一和第二维度正交的第三维度，其中所述信号处理电路被适配成根据差分测量原理处理第一、第二、第三和第四传感器信号以获得测量信号。
将要测量的主要物理量（例如在电流传感器的情况下是流经所述导体的电流的磁场）的差异越大，或者换句话说，将要测量的物理量在传感器元件的位置之间的空间分布越不均匀，对异常操作条件或干扰源的检测就越可靠。
这对于生成所述主要物理量的源需要特定先决条件。
因此，包括电流传感器的所述设备或传感器电路的实施例包括生成在空间上不均匀的磁场的导体。例如，如果其导体是细电线，则电流传感器产生不均匀磁场：于是所述磁场按照1/r衰减，r是到电线中心的径向距离，并且对于比如例如100微米的径向r，可以获得强不均匀性。对于较大电流，所述导体需要是平面导体或片状，以便具有足够低的电阻。在这种情况下，所述平面导体中的细沟槽或凹口导致电流的不均匀性，因此也导致磁场的不均匀性，正如基于图5A到5D所描述的那样。
在速度传感器的情况下，所述设备或传感器电路包括具有细齿或小磁畴的目标轮。
还应当提到的是，所述评估电路的实施例评估传感器信号120b，即不仅把所述传感器信号传递到输出端口190。换句话说，在传感器元件120是磁场传感器的情况下，所述评估电路不提供代表所测量的磁场的输出信号130b，或者在传感器元件120是温度传感器的情况下，则所述评估电路不输出代表所测量的温度的信号130b。所述评估电路的实施例对传感器信号120b进行评估，并且例如在基本的情况下只提供表明是否存在正常操作条件的二进制信号，例如具有表明正常操作条件的第一值（例如真）并且具有表明异常操作条件的第二值（例如假）的二进制信号。另外的实施例可以不仅在正常操作条件与异常操作条件之间进行区分，而且可以通过在三个或更多值之间进行区分来表明不同程度的“异常”条件，其中例如这些值中的只有一个表明正常操作条件而其他值表明不同程度的异常操作条件。所述评估电路的这种实施例被适配成输出离散值或者离散异常操作条件值。不同离散值的数目通常较小，例如小于十几个。信号130b的离散值的数目例如可以对应于传感器元件的冗余度。例如，在三个传感器的情况下，产生一个主要传感器信号并且保留可以被用来表明正常操作条件的不同违反的两个其他条件，其中在这种情况下可以给出四个不同的信号或警告：第一类违反，第二类违反，正常操作条件（NOC）的两个条件都不满足，或者满足正常操作条件。
下面将描述由所述评估电路的实施例执行来确定是（“NOC=真”）否（“NOC=假”，即存在异常操作条件）存在正常操作条件（NOC）的一种方法或算法。
由所述信号处理电路按照最可靠的方式计算信号110b，通常其使用所有或大多数传感器元件来进行该计算。所述评估电路检查信号110b是否落在测量值的所需边界或预定范围内。例如，如果所述系统是电流传感器并且电流过高，则110b过高。于是这已经足以通过信号130b输出“NOC=假”。
在所述测量信号落在预定范围内的情况下，所述评估电路例如按照迭代方式评估一个或所有传感器信号120b、110a等等。
所述评估电路开始于评估设置在不同位置处的多个传感器当中的第一传感器的传感器信号，这是通过检查第一传感器元件的信号是否落在以由对应于信号110b的值的物理量导致的值为中心的窄范围内。例如在电流传感器的情况下，如果由信号110b所表示的特定数量的电流流经所述导体，则所述系统知晓第一传感器元件的信号值。如果第一传感器元件的信号落在该预定范围之外，则所述评估电路的输出130b被设定到“NOC=假”以表明异常操作条件。所述预定窄范围可以是固定值，或者更常常是固定值的百分比，其中所述百分比取决于信号110b。但是常常必须考虑被测量的大小（在低电流下，由于比如噪声和不可避免的小背景场的系统误差，所述百分比范围必须更窄）。
随后所述评估电路对于第二传感器元件的传感器信号重复前述步骤，随后是第三传感器元件，等等。因此，所述评估电路评估所述多个传感器元件当中的每一个传感器元件。一旦一个传感器信号不满足正常操作标准（即不一致），则所述评估电路可以停止迭代并且输出异常操作条件信号，或者可以继续检查另外的传感器信号是否也不一致。
下面将关于示例性值解释根据图5A到5D的电流传感器的例子。假设所述导体的沟槽以这样的方式定形以及厚度和垂直距离使得1A的电流在传感器P处给出100μT，在传感器N和N’处给出-80μT（其中N’被放置在未在图5D中示出的所述导体的左半上方的镜像对称位置处），并且在传感器A处给出-90μT。如果将P处的磁场标记为BP，N处的磁场标记为BN，N’处的磁场标记为BN’，并且A处的磁场标记为BA，则通过I=(3*BP-BN-BN’-BA)/(550μT/A)来计算信号110b，其中I表示电流的估计值，即测量结果110b。还假设传感器具有100A的最大峰值电流：无法测量更高的电流，这是因为所述电路或传感器元件中的放大器将会饱和。评估电路EC首先比较I是否处在-100A到+100A之间：如果不是，则存在异常操作条件，并且通过信号130b和端口190输出“NOC=假”；如果是，则存在正常操作条件，并且可以通过信号130b和端口190输出“NOC=真”。接下来，所述评估电路把BP与I*100μT/A进行比较，这是因为在位置P处磁场应当是100μT每安培。如果差异过大：则通过信号130b和端口190输出“NOC=假”。接下来，所述评估电路EC把BN与I*(-80)μT/A进行比较，这是因为在位置N处磁场应当是-80μT每安培。如果差异过大：则通过信号130b和端口190输出“NOC=假”。接下来，所述评估电路EC把BN’与I*(-80)μT/A进行比较，这是因为在位置N’处磁场应当是-80μT每安培。如果差异过大：则通过信号130b和端口190输出“NOC=假”。接下来，所述评估电路EC把BA与I*(-90)μT/A进行比较，这是因为在位置A处磁场应当是-90μT每安培。如果差异过大：则通过信号130b和端口190输出“NOC=假”。此时，所述评估电路EC已对所有单独的传感器信号比较了其是否与所述估计值I或测量信号一致。在一致的情况下，所述评估电路通过端口190输出“NOC=真”，在相反情况下所述评估电路通过信号130b和端口190输出“NOC=假”。
有可能跳过单独地检查这些传感器之一，这是因为其信息已经被包含在由所述评估电路在开始时检查的I的估计中。
因此，本发明的实施例提供一种传感器电路100、200、300、400、500，其包括：信号处理单元110，被适配成处理由至少一个传感器元件120生成的多个传感器信号当中的至少一个传感器信号120b以获得测量信号120b；以及评估电路130，被适配成对所述多个传感器信号当中的所述至少一个传感器信号120b进行评估，以在所述至少一个传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下导出表明异常操作条件的信号，并且其中所述预定正常操作标准定义在正常操作期间所述至少一个传感器信号的值与所述多个传感器信号当中的至少一个其他传感器信号的值之间的预定关系（这是由于所述至少一个传感器信号与所述至少一个其他传感器信号的预定时间或空间关系）、或者在正常操作期间所述至少一个传感器信号的值与测量信号的值之间的关系（这也是由于都被用来确定所述测量信号的所述至少一个传感器信号与所述至少一个其他传感器信号的预定时间或空间关系）。
还应当提到的是，所述评估电路的实施例可以被适配成在测试模式期间或者在正常操作模式期间执行评估。所述设备或传感器电路例如可以被切换到测试模式以例如测试单独传感器元件、信号处理单元和/或评估电路的功能。在该测试模式期间，还可以通过施加已定义的电流并且对所有单独传感器元件的读数进行采样来校准所述电路。由于制造容差，可能发生例如图5D中的传感器N及其镜像对称对应物N’的读数不完全相同。所采样的值可以被存储在作为所述系统的一部分的存储器中，并且后面在磁场中进行操作期间所述评估电路可以使用这些存储的参考值来判断“NOC=假”还是“NOC=真”。在测试之后，所述设备或传感器电路可以被切换到操作模式，在该模式下所述设备或传感器电路执行其正常或主要操作，即对输入信号和传感器信号进行处理以获得输出信号或测量信号，与此同时所述评估电路监测正常操作条件，并且在对传感器信号的评估揭示出其不满足正常操作条件的情况下发信号通知异常操作条件。所述信号处理电路和评估电路可以被实现为单独的电路或者被实现为执行两项任务的一个电路。
一旦由评估电路130检测到操纵之后，所述评估电路就被适配成传达已检测到异常周围或操作条件。
有几种策略可用于所述评估电路。可以把所述事件存储在例如EEPROM（电子可擦写可编程只读存储器）之类的板上存储器中，并且后面将其传达给传感器，或者其通过专用引脚立即传达给所述传感器或者例如通过脉冲代码调制（PCM）或脉冲宽度调制（PWM）或者比如SPI的数字协议而编码到输出信号中，或者作为简单的模拟输出电压。在已编码输出信号的情况下，在没有操纵或异常操作条件的情况下也应当有关于操纵状态的信息，从而在该信息缺失的情况下控制器将其解释为“检测到操纵”。因此就提供了故障安全通信。
在特殊情况下可能有利的是将所检测到的操纵反馈到所述系统中，以便立即对其做出反应：例如在信用卡的情况下，如果检测到任何操纵则可能希望立即禁用或锁定信用卡。在用于能量计的记帐系统中，如果检测到操纵则可能希望输出最大电流。
本发明的各部分也可以被用于其他种类的传感器，比如压力传感器。它们甚至可以被用于其他种类的用于除了感测物理量之外的其他目的的集成电子电路：例如信用卡或通信电路。
取决于本发明的方法的特定实现方式要求，本发明的方法可以用硬件或软件来实现。该实现方式可以利用数字存储介质来执行，特别是其上存储有电子可读控制信号的盘、CD、DVD或蓝光盘，其与可编程计算机系统协作从而执行本发明的方法的实施例。因此一般来说，本发明的实施例是具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，当所述计算机程序产品运行在计算机上时，所述程序代码适于执行本发明的方法。因此换句话说，本发明的方法的实施例是具有程序代码的计算机程序，当计算机程序运行在计算机上时，所述程序代码用于执行至少一种本发明的方法。
前述内容特别是参照本其具体实施例而示出及描述的，本领域技术人员将会理解，在不偏离其精神和范围的情况下可以在形式和细节方面做出许多其他改变。因此要理解的是，在不偏离这里所公开的并且由所附权利要求书所涵盖的更广泛概念的情况下，可以做出许多改变以适配于不同实施例。

Claims (24)

1. 一种设备，包括：
被适配成对输入信号进行处理以获得输出信号的信号处理电路；
被适配成感测预定物理量的传感器元件，其中所述传感器元件被适配成响应于所述预定物理量而生成传感器信号；
其中所述信号处理单元被适配成基于所述传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；以及
评估电路，被适配成对所述传感器信号进行评估，并且在所述传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下从所述传感器信号导出表明异常操作条件的指示信号。
2. 根据权利要求1的设备，其中所述设备还包括输出端口并且被适配成通过所述输出端口输出所述指示信号。
3. 根据权利要求1的设备，其中所述设备被适配成通过与所述指示信号相同的输出端口输出所述输出信号，或者包括另一个输出端口并且被适配成通过所述另一个输出端口输出所述输出信号。
4. 根据权利要求1的设备，其中所述设备包括包装并且包括用以输出所述指示信号的输出端口，并且其中用封装材料将所述传感器元件、信号处理单元和评估电路封装在所述包装内。
5. 根据权利要求1的设备，其中所述预定物理量是温度并且所述传感器元件包括温度传感器元件，或者所述预定物理量是机械应力并且所述传感器元件包括机械应力传感器元件。
6. 根据权利要求5的设备，其中所述传感器元件位于第一方位处，并且所述设备包括位于该设备的第二方位处的另一个传感器元件，其中所述传感器元件被适配成根据第一方位处的所述预定物理量生成所述传感器信号，其中所述另一个传感器元件被适配成根据第二方位处的所述预定物理量生成另一个传感器信号，其中所述预定正常操作标准定义所述传感器信号与所述另一个传感器信号之间的差的最大量值，并且其中所述评估电路被适配成评估所述传感器信号与所述另一个传感器信号之间的差，并且在所述差的量值高于所述传感器信号与所述另一个传感器信号之间的差的最大量值的情况下生成所述指示信号。
7. 根据权利要求1的设备，其中所述设备包括用于测量主要物理量的传感器电路并且还包括：
主要传感器元件，被适配成响应于所述主要物理量生成主要传感器信号作为所述输入信号；并且
其中所述信号处理单元被适配成基于所述输入信号对所述主要传感器信号进行处理以获得作为所述输出信号的主要测量信号，其中所述主要测量信号代表所述主要物理量的属性。
8. 根据权利要求7的设备，其中所述传感器元件是次要传感器元件，并且其中所述预定物理量包括与所述主要物理量是不同类型的物理量的次要物理量。
9. 根据权利要求8的设备，其中所述信号处理单元被适配成补偿由所述预定物理量的变化而导致的、所述主要传感器信号的值关于所述主要测量信号的漂移。
10. 根据权利要求7的设备，其中所述预定正常操作标准定义所述传感器信号随时间的改变的最大量值，并且其中所述评估电路被适配成将所述传感器信号随时间的改变量值与所述传感器信号的最大改变量值进行比较并且在所述传感器信号随时间的改变量值高于所述传感器信号的最大改变量值的情况下生成所述指示信号。
11. 根据权利要求7的设备，其中所述预定物理量对应于所述主要物理量，其中所述主要传感器元件包括第一主要传感器元件，该第一主要传感器元件被适配成响应于第一方位处的所述主要物理量产生所述主要传感器信号作为第一主要传感器信号，并且所述传感器元件包括第二主要传感器元件，该第二主要传感器元件被适配成响应于第二方位处的所述主要物理量生成第二主要传感器信号作为传感器信号，
其中所述信号处理电路被适配成根据第一算法对第一和第二主要传感器信号进行处理以获得所述测量信号；并且
其中所述评估电路被适配成根据不同于第一算法的第二算法对第一和第二主要传感器信号进行处理，并且在第二算法的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成所述指示信号，或者
其中所述评估电路被适配成根据不同于第一算法的第三算法对第二主要传感器信号和所述测量信号进行处理，并且在第三算法的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成所述指示信号。
12. 根据权利要求11的设备，其中所述第一算法是差分测量算法，并且包括从第二主要传感器信号或其倍数中减去第一主要传感器信号或其倍数，或者反之亦可。
13. 根据权利要求12的设备，其中所述第二算法包括把第一主要传感器信号或其倍数与第二主要传感器信号或其倍数相加以获得和值，并且
其中所述预定正常操作标准定义静态最大值，其中所述评估电路被适配成在所述和值或从中导出的值大于所述静态最大值的情况下生成所述指示信号，或者
其中所述预定正常操作标准定义静态最大量值，其中所述评估电路被适配成在所述和值或从中导出的值的量值大于所述静态最大量值的情况下生成所述指示信号，或者
其中所述预定正常操作标准基于至少所述第一主要传感器信号或所述测量信号来定义动态最大值，其中所述评估电路被适配成在所述和值或从中导出的值大于所述动态最大值的情况下生成所述指示信号，或者
其中所述预定正常操作标准基于至少所述第一主要传感器信号或所述测量信号来定义动态最大量值，其中所述评估电路被适配成在所述和值或从中导出的值的量值大于所述动态最大量值的情况下生成所述指示信号。
14. 根据权利要求11的设备，其中所述第二算法包括确定所述第一主要传感器信号与第二主要传感器信号的比值或者反之亦可，并且其中所述预定正常操作标准定义最大比值，并且其中所述评估电路被适配成在所述比值、所述比值的量值或者从所述比值导出的另一个值大于所述最大比值的情况下生成所述指示信号，或者
其中所述第三算法包括确定所述第二主要传感器信号与测量信号的比值或者反之亦可，并且其中所述预定正常操作标准定义最大比值，并且其中所述评估电路被适配成在所述比值、所述比值的量值或者从所述比值导出的另一个值大于所述最大比值的情况下生成所述指示信号。
15. 根据权利要求11的设备，其中所述第二主要传感器元件被适配成随时间生成多个传感器信号，其中所述预定正常操作标准定义所述第二主要传感器信号在预定持续时间内的最大平均值，并且其中所述评估电路被适配成确定第二主要传感器信号在所述预定持续时间内的平均值并且在第二主要传感器信号的所述平均值高于所述传感器信号的最大平均值的情况下生成所述指示信号，并且/或者
其中所述预定正常操作标准定义所述第二主要传感器信号在预定持续时间内的最小平均值，并且其中所述评估电路被适配成确定第二主要传感器信号在所述预定持续时间内的平均值并且在第二主要传感器信号的所述平均值小于所述传感器信号的最小平均值的情况下生成所述指示信号。
16. 根据权利要求15的设备，其中所述预定持续时间对应于正常操作条件下的所需主要物理量的周期。
17. 根据权利要求11的设备，其中所述传感器电路是磁场电流传感器电路，该磁场电流传感器电路包括主要导体以及作为第一和第二主要传感器元件的第一和第二磁场传感器元件，其中由流经所述主要导体的将要测量的电流产生的磁场在两个传感器元件上是不同的，
其中第一磁场传感器元件和第二磁场传感器元件被设置并且所述信号处理电路被适配成处理第一和第二传感器信号以获得所述测量信号，从而使得由除了将要测量的电流之外的其他源所导致的第一和第二传感器信号的多余均匀磁场部分彼此抵消或者至少彼此减小，并且
其中所述评估电路被适配成利用所述第一传感器信号和/或测量信号来评估第二主要传感器信号。
18. 根据权利要求7的设备，其中所述主要传感器元件和传感器元件被集成到单个半导体管芯中，或者其中所述主要传感器元件、传感器元件、信号处理单元以及评估电路被集成到单个半导体管芯中。
19. 一种电流传感器电路，包括：
信号处理单元，被适配成处理由至少一个磁场传感器元件生成的多个传感器信号当中的至少一个传感器信号以获得测量信号；以及
评估电路，被适配成利用至少一个其他传感器信号或所述测量信号来评估所述多个传感器信号当中的所述至少一个传感器信号，以在所述至少一个传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下导出表明异常操作条件的指示信号，
其中所述预定正常操作标准是从正常操作条件期间的所述至少一个传感器信号的值与所述多个传感器信号当中的所述至少一个其他传感器信号的值之间的预定时间或空间关系中导出的。
20. 根据权利要求19的电流传感器电路，还包括主要导体以及分别作为第一和第二主要传感器元件的第一和第二磁场传感器元件，其中由流经所述主要导体的将要测量的电流产生的磁场在两个传感器元件上是不同的，其中所述至少一个传感器信号由第一磁场传感器元件产生，并且所述至少一个其他传感器信号由第二磁场传感器元件产生，
其中第一磁场传感器元件和第二磁场传感器元件被设置在所述主要导体的相对侧，并且其中所述信号处理电路被适配成根据差分测量原理处理所述至少一个传感器信号和所述至少一个其他传感器信号以获得所述测量信号。
21. 根据权利要求20的电流传感器电路，还包括被适配成产生另一个传感器信号的作为第三主要传感器元件的第三磁场传感器元件，其中所述第一、第二和第三磁场传感器元件未被设置在一条直线上，并且其中所述信号处理电路被适配成根据差分测量原理处理所述至少一个传感器信号、所述至少一个其他传感器信号和所述另一个传感器信号以获得所述测量信号。
22. 一种用于操作包括用于感测预定物理量的传感器元件的设备的方法，所述方法包括：
通过所述传感器元件感测所述预定物理量并且响应于所感测的预定物理量生成传感器信号；
基于所述传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；以及
对所述传感器信号进行评估，并且在所述传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的指示信号。
23. 一种用于操作包括第一主要传感器元件和第二主要传感器元件的传感器电路的方法，所述方法包括：
由第一主要传感器元件响应于包括第一所需部分或第一多余周围部分的第一主要物理量生成第一主要传感器信号；以及
由第二主要传感器元件响应于包括第二所需部分或第二多余周围部分的第二主要物理量生成第二主要传感器信号，其中第二主要物理量的类型与第一主要物理量相同；
根据第一算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行处理以获得测量信号；以及
根据不同于第一算法的第二算法对第一主要传感器信号和第二主要传感器信号进行评估，并且在第二算法传感器信号的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的指示信号，或者
根据不同于第一算法的第三算法对第二主要传感器信号和所述测量信号进行评估，并且在第三算法的结果不满足预定正常操作标准的情况下生成所述指示信号。
24. 一种具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于执行一种用于操作包括用于感测预定物理条件的传感器元件的设备的方法，所述方法包括：
由所述传感器元件感测所述预定物理量并且响应于所述预定物理量生成传感器信号；
基于所述传感器信号对输入信号进行处理以获得输出信号；以及
对所述传感器信号进行评估，并且在所述传感器信号不满足预定正常操作标准的情况下生成表明异常操作条件的指示信号。
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