CN102654567B - 360度角传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及360度角传感器。本公开涉及用于磁场角位置感测的技术。依据本公开设计的设备可包括磁阻传感器，被配置为产生指示磁场角位置的信号，该信号具有180度的角度范围，第一极性传感器，被配置为产生指示从第一位置感测的磁场极性的信号，以及第二极性传感器，被配置为产生指示从不同于该第一位置的第二位置所感测的磁场极性的信号。

Description

360度角传感器
技术领域
本公开涉及磁场传感器，并且更具体地，涉及被配置为感测磁场角位置的磁场传感器。
背景技术
磁位置感测包括磁传感器的使用以提供可旋转的磁场的角位置的指示。一种现有类型的磁场传感器是各向异性磁阻(AMR)传感器。AMR传感器可包括被配置在一个或多个惠斯通电桥配置中的电阻元件。电阻元件的每一个可具有依据入射在各自电阻元件上的磁场数量和/或方向而改变的电阻。惠斯通电桥配置可产生指示由磁场的幅度和方向所引起的电阻中的变化的输出电压值。
某些类型的AMR设备被配置为产生用于180度范围内入射磁场的旋转角的唯一的输出电压值。例如，AMR设备可包括彼此之间以旋转45度定向的两个惠斯通电桥配置。惠斯通电桥配置内的电阻元件可由坡莫合金材料形成。在这样的示例中，每一个电阻元件的电阻可依据cos2(θ)关系而改变，其中θ是在电阻元件的磁矩矢量和由该电阻元件所流过的电流之间的角度。这样的AMR设备能够产生依据sin(2θ)关系而改变的第一输出电压和依据cos(2θ)关系而改变的第二输出电压。该第一和第二输出电压可被用于确定入射(incident)在AMR设备上的磁场的角位置。由于sin(2θ)函数和cos(2θ)函数是均具有180度周期的周期函数，这样的AMR设备不能为360度范围内入射磁场的每一个旋转角度提供唯一的输出电压值。
发明内容
本公开涉及用于磁场角位置感测的技术。该技术可包括磁场角位置传感器和两个极性检测器的使用。磁场角位置传感器可被配置为产生指示入射(incident)磁场的角位置的第一信号。两个极性检测器可被定位两个不同的位置以产生指示在这两个不同位置的每一个上的入射磁场极性的信号。由极性检测器产生的信号可被用于与由磁场角位置传感器产生的第一信号结合以产生指示入射磁场角位置的第二信号。指示该入射磁场角位置的第二信号可具有一角范围，该角范围大于指示入射磁场角位置的第一信号的角范围。以该方式，相对于由磁场角位置传感器自身产生的信号，本公开的技术可提供具有增加的角范围的角位置感测信号。
在某些示例中，磁场角位置传感器可以是被配置为产生指示磁场角位置的第一信号的各向异性磁阻(AMR)传感器，这样第一信号具有180度的角范围，并且极性检测器可以是霍尔传感器。在这种示例中，由霍尔传感器产生的极性信息可被用于与指示磁场角位置的第一信号结合以产生指示磁场角位置的第二信号，所述磁场具有360度的角范围。以该方式，本公开的技术可基于具有180度角范围的AMR角位置感测信号来提供具有360度范围的磁场角位置感测信号。
依据一示例，设备包括被配置为产生指示磁场角位置的信号的磁阻传感器，该信号具有180度的角范围。该设备进一步包括被配置为产生指示从第一位置感测的磁场极性的信号的第一极性传感器。该设备进一步包括被配置为产生指示从第二位置感测的磁场极性的信号的第二极性传感器，所述第二位置不同于所述第一位置。
依据另一示例，方法包括，用磁阻传感器产生指示磁场角位置的信号，该信号具有180度的角范围。该方法进一步包括产生指示从第一位置感测的磁场极性的信号。该方法进一步包括产生指示从第二位置感测的磁场极性的信号，所述第二位置不同于所述第一位置。
依据另一示例，设备包括被配置为基于指示具有180度角范围的磁场的角位置的信号、指示从第一位置感测的磁场极性的信号，以及指示从第二位置感测的磁场极性的信号，而产生指示磁场角位置的被解码信号的解码器设备，该被解码的信号具有360度角范围。
依据另一示例，系统包括含有磁阻传感器的传感器设备，所述磁阻传感器被配置为产生指示磁场角位置的信号，该信号具有180度的角范围。该传感器设备进一步包括被配置为产生指示从第一位置感测的磁场极性的信号的第一极性传感器。该传感器设备进一步包括被配置为产生指示从不同于第一位置的第二位置感测的磁场极性的信号的第二极性传感器。该系统进一步包括被配置为基于指示磁场角位置的信号、指示从第一位置感测的磁场极性的信号以及指示从第二位置感测的磁场极性的信号，来产生指示磁场角位置的被解码的信号的解码器，被解码的信号具有360度角范围。
一个或多个示例的细节在附图以及下面的描述中被阐明。其它特征，目的，以及益处将从说明书，附图以及权利要求中变得明显。
附图说明
图1是依据本公开示出示例磁场角位置感测系统的结构图。
图2是依据本公开的示例感测设备的顶视图。
图3是依据本公开示出示例感测配置的侧视图的概念图。
图4是依据本公开示出图3的示例感测配置的顶视图的概念图。
图5是依据本公开示出由示例感测设备产生的波形的图。
图6A-6H是概念图，其依据本公开示出当磁源旋转通过360度角频谱时，示例感测配置的各种角定向的顶视图。
图7是一概念图，其示出当磁场源和感测设备在图6A的配置中被定向时，入射在感测设备上的磁场的侧视图。
图8是依据本公开示出示例解码器设备的示意图。
图9是依据本公开示出用于图8的示例解码器设备的输入信号和转换函数的图表。
图10是依据本公开示出图8的示例解码器设备如何产生输出信号的图表。
图11是依据本公开示出用于产生磁场角位置信息的示例技术的流程图。
图12是依据本公开示出用于产生指示在360度角范围内的磁场角位置的信号的示例技术的流程图。
图13是依据本公开示出用于产生指示磁场角位置的信号的示例技术的流程图。
图14是依据本公开示出用于产生指示磁场角位置的信号的另一示例技术的流程图。
具体实施方式
本公开涉及用于磁场角位置感测的技术。该技术可包括磁场角位置传感器和两个极性检测器的使用。磁场角位置传感器可被配置为产生指示入射磁场的角位置的第一信号。两个极性检测器可被定位两个不同的位置以产生指示在这两个不同位置的每一个上的入射磁场极性的信号。由极性检测器产生的信号可被用于与由磁场角位置传感器产生的第一信号结合以产生指示入射磁场角位置的第二信号。指示入射磁场角位置的第二信号可具一角范围，该角范围大于指示入射磁场角位置的第一信号的角范围。以该方式，相对于由磁场角位置传感器自身产生的信号，本公开的技术可提供具有增加的角范围的角位置感测信号。
包括彼此之间以旋转45度定向的两个惠斯通电桥配置的各向异性磁阻(AMR)传感器可提供在180度测量范围内的入射磁场的磁场角位置感测。对于某些类型的角位置感测应用，可能希望具有360度，而不是180度的角测量范围。例如，当感测转轴，诸如方向盘，的角位置时，可能希望提供360度的角测量范围。
对于期望360度的角测量范围的应用，由上述AMR传感器提供的180度角测量范围可能不足以区别入射磁场的角位置。例如，由AMR传感器产生的相应于180度角测量范围内的30度的输出值可以相应于360度角测量范围内的30度或210度。因此，这样的传感器不能区别入射磁场被定位在360度角频谱的哪一半中。
对于该问题的一种解决方案是采用霍尔效应传感器以感测入射磁场的极性。霍尔效应传感器可被定位于其中入射磁场包括方向性组件的位置中，该方向性组件垂直于产生入射磁场的源磁体的旋转平面。当以这种方式定位时，霍尔效应传感器可提供关于入射磁场被定位到360度角频谱的哪个半频谱的信息。该信息可被用于与AMR传感器的输出值结合以确定相应于360度角位置的输出值。
由于磁参数改变，例如在霍尔效应传感器中的操作和释放改变，在360度角频谱的第一半相位和第二半相位之间的转换角可在转换范围内改变。例如，假设第一半相位被定义为包括所有的角度θ，0≤θ＜180度，并且第二半相位被定义为包括所有的角度θ，180≤θ＜360度。在这样的示例中，霍尔效应传感器信号的转换中的变化可引起在近似0，180，以及360度转换角的的角度上不正确的半相位测定。例如，如果入射磁场被定位在179度上，在霍尔效应传感器输出中的错误使得AMR-Hall系统被检测的角位置是359度，而不是179度。因此，包含180度AMR传感器和单一霍尔传感器的系统不能为近似于360度角频谱的半相位之间转换的角度产生精确的360度角感测。
依据本公开，磁场感测设备可包括180度AMR传感器和彼此之间被定位在不同位置中的两个霍尔传感器。第二霍尔传感器可提供有关磁场在其中被定位的半相位的附加信息。由第二霍尔传感器提供的附加信息可被用于阻止错误发生在与第一霍尔传感器相关联的转换角附近。以该方式，鲁棒的360度角位置信号可基于具有180度角范围的AMR角位置感测信号而被产生。
图1是依据本公开示出示例磁场角位置感测系统10的结构图。磁场角位置感测系统10被配置为产生指示磁场源12的角位置的信号28。磁场角位置感测系统10包括磁场源12和感测子系统14。磁场源12经由入射磁场20被磁性地耦合至感测子系统14。
磁场源12被配置为产生入射磁场20。磁场源12可关于旋转轴旋转。当磁场源12绕旋转轴旋转，入射磁场20的角位置也旋转。因此，入射磁场20的角位置可以是磁场源12角位置的指示。尤其是，入射磁场20的每一个角位置可对应磁场源12的角位置。在某些示例中，入射磁场20的旋转轴可以与磁场源12的旋转轴相同。
在某些示例中，磁场源12可旋转地被定位于360度角频谱内的任意角度上。换言之，在这样的示例中，磁场源12可以能够在关于磁场源12的旋转轴的完整周期中旋转。在这样的示例中，入射磁场20也可通过360度角频谱旋转。
磁场源12可从被配置为产生入射磁场20的任意类型的磁场源形成。在某些示例中，磁场源12可以是条状磁体，圆柱状磁体，环状磁体，或任意其它类型的被配置为产生磁场的设备。在进一步示例中，由磁场源12产生的入射磁场20有足够的强度以使得包含在感测子系统14中的磁阻角位置传感器饱和。在进一步示例中，入射磁场20的强度可以近似等于100G或更高。
感测子系统14被配置为接收入射磁场20并产生被解码的角位置信号28。在某些示例中，被解码的角位置信号28可具有角频谱，其实质上等于入射磁场20的角频谱。在进一步示例中，被解码的角位置信号28可具有等于360度的角频谱。在另外的示例中，被解码的角位置信号28可依据360度频谱之上的实质上的线性函数关于入射磁场20改变。换言之，在这样的示例中，对于360度频谱内的任意角位置，具有作为输入值的入射磁场20和作为输出值的被解码角位置信号28的函数的斜率实质上是常量。
感测子系统14包括感测设备16和解码器设备18。感测设备16被通信地耦合至解码器设备18。感测设备16被配置为感测入射磁场20并基于被感测的磁场20产生角位置信号22，极性信号24和极性信号26。由感测设备16产生的三个信号共同作为360度频谱内入射磁场20的角位置的指示。
在某些示例中，入射磁场20的角位置可对应于入射磁场20的组件的角位置，其平行于感测设备16的灵敏度平面。在某些示例中，灵敏度平面可对应于包含在感测设备16中的磁阻设备的灵敏度平面，例如，由磁阻设备内的惠斯通电桥配置定义的平面。在进一步示例中，可为灵敏度平面内的感测设备16定义固定的角度，并且入射磁场20的角位置可以是相对于该固定角度的入射磁场20的角位置。
感测设备16可产生角位置信号22，这样，角位置信号22依据周期函数关于入射磁场20改变。例如，角位置信号22可依据正弦曲线函数关于入射磁场20改变。如在此所使用的，正弦曲线函数可指的是关于入射磁场20的角位置像正弦函数或余弦函数振荡的函数。正弦函数或余弦函数可被移位，拉伸，压缩，平方，等等。在某些示例中，周期函数的周期可等于180度。
在某些示例中，角位置信号22可依据cos2(θ)函数改变，其中θ是入射磁场20的角位置。在进一步示例中，角位置信号22可以包括两个独立信号。第一信号可依据sin(2θ)关系改变且第二信号可依据cos(2θ)关系改变。第一信号和第二信号共同可作为180度范围内的入射磁场20的角位置的指示。
极性信号24和极性信号26的每一个可以是能够在灵敏度的特定位置上指示入射磁场20极性的信号。在某些示例中，入射磁场20的极性可以指的是在灵敏度位置上的入射磁场20的方向组件的极性。例如，方向组件可以是实质上垂直于在灵敏度位置上的感测设备16的灵敏度平面的方向组件。极性信号24的灵敏度位置可不同于极性信号26的灵敏度位置。
极性信号24和极性信号26可共同提供象限信息至解码器设备18。在某些示例中，象限信息可以是360度角频谱内近似象限的指示，入射磁场20在该360度角频谱内被定位。在某些示例中，象限可以是重叠象限。在进一步示例中，象限信息可以是入射磁场20不在其中被定位的象限的指示。
在某些示例中，极性信号26和被解码的角位置信号28的一个或二者可以是指示入射磁场20的极性的数字信号，例如，数字位。在进一步示例中，极性信号24和极性信号26的一个或二者可以是指示入射磁场20的极性的模拟信号。当极性信号24和26是模拟信号时，预定的阈值连同模拟信号可共同指示入射磁场20的极性。例如，大于第一阈值的极性信号24的模拟值可以是第一极性的指示，以及小于或等于第一阈值的模拟信号是第二极性的指示。
感测设备16可包含一个或多个被配置为产生角位置信号22，极性信号24和极性信号26的磁场传感器。在某些示例中，该一个或多个磁场传感器可被固定或附着至共用基板。
解码器设备18被配置为接收角位置信号22，极性信号24和极性信号26，并基于角位置信号22，极性信号24和极性信号26产生被解码的角位置信号28。被解码的角位置信号28可以是指示360度频谱内入射磁场20的角位置的信号。
解码器设备18可至少部分通过执行基于角位置信号22，极性言号24和极性信号26的双输入反正切函数来产生被解码的角位置信号28。在某些示例中，解码器设备18可执行数字双输入反正切函数。在这样的示例中，解码器设备18可以在此称为数字解码器设备18。当执行数字双输入反正切函数时，解码器设备18可使用时序电路元件来执行双输入反正切函数。如这里所使用的，时序电路元件指的是在到电路元件的输入被解断言之后保持特定状态的电路元件。例如，解码器设备18可使用存储在存储器或寄存器库中的查询表来执行双输入反正切函数。
在进一步示例中，解码器设备18可执行模拟双输入反正切函数。在这样的示例中，解码器设备18在此指的是模拟解码器设备18。当执行模拟双输入反正切函数时，解码器设备18可使用非时序电路元件来执行该双输入反正切函数。如在此所使用的，非时序电路元件指的是在到电路元件的输入被解断言之后不保持特定状态的电路元件。例如，解码器设备18可使用组合电路元件来执行双输入反正切函数。
图2是依据本公开的示例感测设备30的顶视图。感测设备30被配置为基于入射磁场20的角位置产生角位置信号22，极性信号24，以及极性信号26。在某些示例中，感测设备30可相应于图1的感测设备16。感测设备30包括基板32，角位置传感器34以及极性检测器36和38。角位置传感器34，极性检测器36和极性检测器38中的一个或多个可被固定或附着至基板32。
图2中的轴描述了从左向右延伸的x轴以及从底向上延伸的y轴。中心具有圆点的圆圈描述了从纸面向观察者延伸的z轴。
角位置传感器34被配置为感测入射磁场20并基于入射磁场20产生角位置信号22。在某些示例中，角位置传感器34可产生角位置信号22，以便该角位置信号22是180度测量范围内的入射磁场20的角位置的指示。
在进一步示例中，角位置传感器34可以是磁阻传感器。该磁阻传感器可以包括彼此之间以旋转45度角定向的两个惠斯通电桥配置。
在某些示例中，每个惠斯通电桥配置可包括四个电阻元件，两个偏置节点和两个测量节点。第一电阻元件可被电性耦合在第一偏置节点和第一测量节点之间。第二电阻元件可被电性耦合在第一测量节点和第二偏置节点之间。第三电阻元件可被电性耦合在第一偏置节点和第二测量节点之间。第四电阻元件可被电性耦合在第二测量节点和第一偏置节点之间。在这种配置中，为了产生角位置信号22，角位置传感器34可在第一和第二偏置电压节点之间施加偏置电压，并测量跨越第一和第二测量节点的结果电压以产生被测量的电压。
惠斯通电桥配置内的电阻元件的一个或多个可包括磁阻材料。磁阻材料可以是具有这样的特性的材料，其中当外部磁场被施加在材料上时，当被施加的外部磁场的数量改变和/或当外部磁场的方向改变时，材料的电阻发生变化。在某些示例中，每一个电阻元件的电阻可依据cos2(θ)关系而改变，其中θ是电阻元件的磁矩矢量和经过该电阻元件的电流之间的角度。例如，磁阻材料可由坡莫合金材料形成或包括坡莫合金材料。
当两个惠斯通电桥配置彼此之间旋转45度定向时，从第一惠斯通电桥配置接收的第一被测量电压可依据被应用于入射磁场20的角位置的第一周期函数而改变，以及从第二惠斯通电桥配置接收的第二被测量电压可依据应用于入射磁场20的角位置的第二周期函数而改变。在某些示例中，第一和第二周期函数的每一个可具有180度周期。在进一步示例中，第一和第二周期函数可以是正弦曲线函数。在某些示例中，第一和第二正弦曲线函数可以是相同的正弦曲线函数，但是第一正弦曲线函数可以关于第二正弦曲线函数相移90度。在进一步示例中，第一正弦曲线函数可包括sin(2θ)项，其中θ是入射磁场20与角位置传感器34的感测平面内的固定角之间的角度，以及第二正弦曲线函数可包括cos(2θ)项，其中θ是入射磁场20与固定角之间的角度。在这样的示例中，第一正弦曲线函数和第二正弦曲线函数可包括除sin(2θ)和cos(2θ)项之外的其它比例因子或常量。第一和第二被测量的电压可以共同是180度测量范围内的入射磁场20的角位置的指示。
上述示例角位置传感器34仅仅是能够随本公开被使用的角位置传感器34的一个示例。在进一步示例中，角位置传感器34可采用从霍尼维尔国际公司可用的APS00B感测芯片的形式。能够产生指示磁场的信号的磁场传感器的其它示例可被用于替代角位置传感器34，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
如图2的示例感测设备30所示，极性检测器36被定位在第一位置中且极性检测器38被定位在第二位置中。极性检测器36被配置为从第一位置感测入射磁场20并产生极性信号24。类似地，极性检测器38被配置为从第二位置感测入射磁场20并产生极性信号26。在某些示例中，第一和第二位置可被选择，这样极性检测器36和极性检测器38产生指示入射磁场20被定位在多个重叠的象限的哪一个中的象限信息。在进一步示例中，第一和第二位置可被选择，这样极性检测器36和极性检测器38在正交配置中被定位，如在本公开中将进一步详细描述的。在另外的示例中，角位置传感器34，极性检测器36和极性检测器38可以共面。
在某些示例中，极性检测器36和极性检测器38的一个或多个可以是霍尔传感器。在某些示例中，霍尔传感器可使用霍尔效应或洛仑兹力作为工作原理。例如，这样的传感器可包括具有两个偏置电极和两个测量电极的半导体板。在某些示例中，两个偏置电极可被定位在彼此相对的板的侧面上且两个测量电极可被定位在板的侧面上，该板在偏置电极被定位的板的侧面之间。偏置电流可以通过偏置电极之间的半导体板被施加，例如，通过在板的偏置电极之间施加电压。当入射磁场施加于板时，洛仑兹力使得电荷载体在垂直于电流和所施加的磁场的方向上被偏转。被偏转的电荷载体产生跨越板的侧面的电压，测量电极被定位在所述板上，其足以抵消洛仑兹力。跨越测量电极的电压(即，霍尔电压)可以是被施加的磁场的磁场强度的指示。
更具体地，跨越测量电极的电压可以是被施加的磁场的方向组件的强度指示。被施加的磁场的方向组件可对应于垂直于所施加的电流的方向和洛仑兹力方向的方向组件。在半导体基板实质上是平的情况下，由霍尔传感器所感测的被施加的磁场的方向组件是垂直于平面半导体基板的方向组件。由被测量电压指示的方向组件在此指的是霍尔传感器灵敏度的方向。
在某些示例中，霍尔传感器可输出被测量的电压以产生模拟信号。该模拟信号可以是被施加的磁场的方向组件的极性的指示，例如，平行于霍尔传感器的灵敏度的方向的方向组件。例如，大于0的模拟的被测量电压信号可以是被施加的磁场的方向组件的第一极性或方向的指示。类似地，小于或等于0的模拟的被测量电压信号可以是被施加的磁场方向组件的第二极性或方向的指示。
在另外的示例中，霍尔传感器可转换模拟的被测量电压信号至数字信号并输出该数字信号。例如，霍尔传感器可包括模拟-数字转换器，诸如，比较模拟的被测量电压值与阈值电压值并基于该比较产生数字输出值的比较器。在某些示例中，该阈值可以等于0V，尽管其它的阈值是可能的。该数字信号可以是被施加的磁场的方向组件的极性的指示。例如，该数字信号可包括两个数字状态，该两个数字状态具有指示被施加的磁场的方向组件的第一极性或方向的第一数字状态和指示被施加的磁场的方向组件的第二极性或方向的第二数字状态。
在某些示例中，极性检测器36可包括平面基板。在这样的示例中，极性检测器36可感测入射磁场20的方向组件，该入射磁场20垂直于极性检测器36的平面基板，并产生极性信号24，这样，极性信号24是入射磁场20的被感测的方向组件的极性或方向的指示。类似地，在进一步的示例中，极性检测器38可包括平面基板。在这样的示例中，极性检测器38可感测入射磁场20的方向组件，其垂直于极性检测器38的平面基板，并产生极性信号26，这样，极性信号26是入射磁场20的被感测的方向组件的极性或方向的指示。
上述的示例霍尔传感器仅仅是能够被与本公开一起使用的极性检测器36的一个示例。在进一步的示例中，极性检测器36和极性检测器38的一个或二者可采用从霍尼维尔国际公司可用的SS495A感测芯片的形式。能够产生指示磁场的信号的磁场传感器的其它示例可被用来替代极性检测器36和/或极性检测器38，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
图3是依据本公开示出用于图2的感测设备30的示例感测配置的侧视图40的概念图。在某些示例中，磁体42可对应于图1中示出的磁场源12。在进一步的示例中，感测设备30可对应于图1中示出的感测设备16。
图3中的轴描述了在负方向上从左到右延伸的y轴和在正方向上从底向上延伸的z轴。中心有“x”的圆圈描述了远离观察者向页面内延伸的x轴。
磁体42和感测设备30的一个或多个可被配置为关于轴44旋转。在某些示例中，磁体42可以被配置为关于轴44旋转，以及感测设备30可被配置为保持静止。在另外的示例中，感测设备30可被配置为关于轴44旋转，且感测设备30可被配置为保持静止。在进一步示例中，磁体42和感测设备30均可被配置为关于轴44旋转。在这些情形的每一个中，磁体42可被认为相对于感测设备30旋转，且由磁体42产生的磁场可被认为相对于感测设备30旋转。在某些示例中，由磁体42产生的磁场可相应于图1中示出的入射磁场20。
轴44可相应于由磁体42产生的磁场的旋转轴。由磁体42所产生的磁场的旋转轴可替换地被称为相对于感测设备30由磁体42产生的磁场的旋转轴。在磁体42旋转的示例中，磁场的旋转轴可相应于磁体42的旋转轴。在磁体42静止且感测设备30旋转的示例中，磁场的旋转轴可相应于感测设备30的旋转轴。感测设备30的旋转轴可指基板32的旋转轴和/或极性检测器感测平面46的旋转轴。
包括极性检测器36和极性检测器38的极性检测器感测平面46可被定义为垂直于轴44的平面。在极性检测器36和极性检测器38是霍尔传感器的情形下，极性检测器感测平面46可称为霍尔传感器感测平面46。如图3中所示，轴44与极性检测器感测平面46的交点可形成顶点48，这将在图4中进一步详细描述。
如图3的示例配置中所示出的，角位置传感器34的灵敏度平面实质上平行于极性检测器感测平面46，并且尤其是，极性检测器感测平面46包括除极性检测器36和极性检测器38之外的角位置传感器34。然而，在其他示例中，角位置传感器34可不被包含在极性检测器感测平面46中并且/或者角位置传感器34的灵敏度平面可不平行于极性检测器感测平面46。
如在图3的示例配置中同样示出的，磁体42的磁偶极子的方向平行于极性检测器感测平面46并垂直于轴44。磁体42的磁偶极子的方向可被定义为自磁体42的北极起始并向磁体42的南极延伸的矢量。然而，在其他示例中，磁体42的磁偶极子的方向可不平行于极性检测器感测平面46并且/或磁体42的磁偶极子的方向可不垂直于轴44。
图4是依据本公开示出图3的示例感测配置的顶视图50的概念图。图4中的轴实质上类似于图2中的轴。尽管感测设备30确实包括角位置传感器34，为便于说明图4的原理，角位置传感器34未示出。
顶点48相应于图3中示出的顶点48，并被定义在其中磁场旋转轴和极性检测器感测平面46相交的位置。如图4所示，线段52可以在顶点48和极性检测器36之间被定义，且线段54可以在顶点48和极性检测器38之间被定义。顶点48，线段52和线段54可定义角56，该角具有作为角56顶点的顶点48。
在某些示例中，极性检测器36和极性检测器38可被定位，使得角56的测量在大约70至110度的范围内。在进一步示例中，极性检测器36和极性检测器38可被定位，使得角56的测量实质上等于90度。当极性检测器36和极性检测器38被定位，使得角56的测量实质上等于90度时，极性检测器36和极性检测器38可被认为关于磁场的旋转轴定位在正交配置中。
图5是依据本公开示出由示例感测设备16产生的波形的图60。图60包括以度为单位的角位置轴和以任意单位的输出值轴。角位置轴示出具有360度范围的角频谱，表示在入射磁场20的360度旋转频谱内的每一个角。图60包括角位置信号62和64以及半相位信号66和68。
角位置信号62和64可由角位置传感器34产生，并可共同形成图1中的角位置信号22。角位置信号62可由角位置传感器34的第一惠斯通电桥配置产生，以及角位置信号64可由角位置传感器34的第二惠斯通电桥配置产生。该第二惠斯通电桥配置可关于该第一惠斯通电桥配置旋转45度被定位。换言之，该第二惠斯通电桥配置可关于第一惠斯通电桥配置旋转，使得第二惠斯通电桥配置中每个电阻元件的方向从第一惠斯通电桥配置中相应的电阻元件的方向偏移45度。在某些示例中，第二惠斯通电桥配置也可从第一惠斯通电桥配置垂直或水平地移动。
给定角位置的角位置信号62的输出值和角位置信号64的输出值可以共同是180度角范围内入射磁场20的角位置的指示。180度角范围内入射磁场20的角位置可以是360度角频谱内两个可能的角位置的指示。例如，如果角位置信号62指示近似-0.9单位的输出值且角位置信号64指示近似0.5单位的输出值，这样的输出值组合可相应于近似150度和近似330度的可能角位置。
半相位信号66可由图2中的极性检测器36产生并可相应于图1中的极性信号24。类似地，半相位信号68可由图2中的极性检测器38产生并可相应于图1中的极性信号26。在图6的特定示例中，半相位信号66和半相位信号68由产生数字输出值的霍尔传感器产生。然而，在另一实例中，半相位信号66和半相位信号68可由另一类型的极性检测器产生。
给定角位置的半相位信号66的输出值和半相位信号68的输出值可共同形成象限信息。在图5示出的示例中，象限信息可以是指示由极性检测器36和极性检测器38所感测的象限的两位二进制值。象限信息可被用于与由角位置信号62和64提供的信息结合来产生指示360度范围内入射磁场20的角位置的信号。
图6A-6H是依据本公开示出当磁场源旋转通过360度角频谱时，示例感测配置的各个角定向的顶视图的概念图。图6A-6H中概念图的每一个包括类似于图2中所示的顶视图的顶视图，除了由虚线表示的磁体重叠在感测设备30之上。图6A-6H的每一个表示关于感测设备30的磁体的特定角定向或位置。例如，图6A表示与图5中被标记为“A”的箭头相关的角定向。类似的，图6B-6H分别表示与图5中被标记为“B”至“H”的箭头相关的角定向。
图7是当磁源和感测设备在图6A的配置中被定向时，示出入射在感测设备16之上的磁场的侧视图80的概念图。如图7所示，角位置传感器34具有平行于霍尔传感器感测平面46的灵敏度平面。因而，角位置传感器34被配置为感测入射磁场20的角组件，其入射在角位置传感器34之上且平行于霍尔传感器感测平面46。
极性检测器36和38的每一个具有垂直于霍尔传感器感测平面46的灵敏度方向。因而，极性检测器36被配置为从第一位置感测入射磁场20的方向组件，该第一位置垂直于霍尔传感器感测平面46，如同由向量82表示的。类似地，极性检测器38被配置为从第二位置感测入射磁场20的方向组件，该第二位置垂直于霍尔传感器感测平面46，如同由向量84表示的。因而，在图7所示出的示例中，极性检测器36和38被配置为感测入射磁场20的方向组件，其垂直于角位置传感器34的感测平面。角位置传感器34的感测平面可被定义为由角位置传感器34中的惠斯通电桥配置占据和/或平行于角位置传感器34中的惠斯通电桥配置的平面。然而，在其它实例中，极性检测器36和38中的一个或二者的灵敏度方向可不垂直于角位置传感器34的感测平面。由极性检测器36和极性检测器38的每一个感测到的入射磁场20的方向组件可指的是极性检测器的各自被感测到的方向组件。
当极性检测器36检测到入射磁场20的被感测的方向组件，如在第一方向指向(例如，关于灵敏度方向的反方向)，则极性检测器36产生作为极性检测器36的输出值的第一逻辑值。当极性检测器36检测到被感测的方向组件，如在第二方向指向(例如，关于灵敏度方向的正方向)，则极性检测器36产生作为极性检测器36的输出值的第二逻辑值。在某些示例中，模拟数字转换器，例如比较器，可将被感测的方向组件的模拟数量转换为数字逻辑值。
当极性检测器36检测到被感测的方向组件近似等于0或在近似为0的特定范围内，在此称为转换范围时，极性检测器36可被认为在转换状态中操作。当不在转换状态操作时，在感测到负的被感测的方向组件时，极性检测器36可被认为在负感测状态操作，以及在感测到正的被感测的方向组件时，极性检测器36可被认为在正感测状态操作。极性检测器38在类似于极性检测器36的方式中操作。
如图7中所示，当磁体42被定位在角位置A(参见图6A)中时，入射在极性检测器38之上的磁场的方向组件，其平行于极性检测器38的灵敏度方向，指向负方向。如此，极性检测器38操作在负感测状态中并输出低逻辑值(参见图5)。另一方面，入射在极性检测器36之上的磁场近似地垂直于极性检测器36的灵敏度方向。因而，入射在极性检测器36之上的磁场的方向组件近似等于0。极性检测器36由此操作在图5示出的转换状态中。
由于磁体旋转通过图6B-6H中位置B至H的每一个，极性检测器36和极性检测器38的感测状态可改变。对应于图6A-6H中示出的角定向的感测状态在下表中详细说明：
角位置 霍尔1感测状态 霍尔2感测状态
A 转换 负
B 正 负
C 正 转换
D 正 正
E 转换 正
F 负 正
G 负 转换
H 负 负
图8是依据本公开示出示例解码器设备100的示意图。解码器设备100被配置为基于角位置信号162和164以及半相位信号166和168来产生被解码的角位置信号170。在某些示例中，解码器设备100可相应于图1中示出的解码器设备18，角位置信号162和164可共同相应于图1中示出的角位置信号22，半相位信号166可相应于图1中示出的极性信号24，半相位信号168可相应于图1中示出的极性信号26，以及被解码的角位置信号170可相应于图1中示出的被解码的角位置信号28。解码器设备100包括中间信号产生器112，偏移值产生器114以及求和节点116。
解码器设备100被配置为基于角位置信号162和164以及半相位信号166和168产生被解码的角位置信号170。在某些示例中，角位置信号162和164可关于入射磁场20的角位置正弦曲线地改变，且解码器设备100可被配置为产生输出信号170，这样被解码的角位置信号170关于入射磁场20以实质上线性的方式改变。解码器设备100包括中间信号产生器112，偏移值产生器114以及求和节点116。
中间信号产生器112被配置为基于角位置信号162和164以及半相位信号166和168产生中间信号172。中间信号产生器112包括电性耦合至角位置信号162的第一输入端，电性耦合至角位置信号164的第二输入端，电性耦合至半相位信号166的第三输入端，以及电性耦合至半相位信号168的第四输入端。在某些示例中，中间信号产生器112可包括电性耦合至偏移值174的第五输入端。在另一示例中，偏移值174可以在中间信号产生器112内部生成。在任意情况中，中间信号产生器112可除正弦曲线信号162和164之外基于偏移值174产生中间信号172。在图8的示例解码器设备100中，中间信号产生器112包括转换函数电路118和120，以及候选中间信号选择器122。
角位置信号162和角位置信号164可以是共同指示入射磁场20的角位置的信号。在某些示例中，入射磁场20的角位置可以是角频谱内的角，例如，360度角频谱。
在某些示例中，角位置信号162可依据第一正弦曲线函数关于入射磁场20的角位置改变，且角位置信号164可依据第二正弦曲线函数关于入射磁场20的角位置改变。如在此使用的，正弦曲线函数指的是关于入射磁场20的角位置像正弦函数或余弦函数一样振荡的函数。正弦函数或余弦函数可被移位，拉伸和/或压缩。与角位置信号162和角位置信号164关联的正弦曲线函数的每一个具有周期和相位。如在此使用的，周期指的是含有正弦函数的一个完整周期或重复的角位置的区间的长度。如在此使用的，相位指的是在振荡周期中特定正弦曲线函数开始的位置。
在进一步示例中，第一正弦曲线函数的周期实质上与第二正弦函曲线函数的周期相等。在另外示例中，第一正弦曲线函数的相位可不同于第二正弦曲线函数的相位。在某些示例中，第一正弦曲线函数的正弦曲线函数类型不同于用于第二正弦曲线函数的正弦曲线函数的类型。例如，第一正弦曲线函数可以是正弦波且第二正弦曲线函数可以是余弦波。然而，可认识到，这些不同类型的正弦曲线函数的每一个可以被重写为具有合适相移的相同类型的正弦曲线函数。
如图8的特定示例中所示出，角位置信号162依据sin2θ正弦曲线函数关于角位置θ改变，以及角位置信号164依据cos2θ正弦曲线函数关于角位置θ改变。因而，在图8的特定示例中，角位置信号162和角位置信号164依据具有实质上180度的相同周期的正弦曲线函数关于θ改变。由于os2θ函数等同于sin2θ函数的相移型式，角位置信号162和角位置信号164可被认为依据具有不同相位的正弦曲线函数关于θ改变。
在图8示出的示例配置中，中间信号产生器112包括转换函数电路118，转换函数电路120，以及候选中间信号选择器122。转换函数电路118被配置为基于角位置信号162，角位置信号164以及偏移值174产生候选中间信号176。在某些示例中，对于角位置的一个或多个范围或区间，候选中间信号176可关于入射磁场20的角位置以实质上线性的方式改变。换言之，对于角位置的特定区间，当角位置变化时，候选中间信号176可依据在特定区间上具有实质上恒定的斜率的函数改变。在某些实现中，其中候选中间信号176以实质上线性的方式改变的角位置的区间长度，可大于其中正弦曲线信号162和164近似线性函数的角位置的区间长度。例如，区间的长度可大于或等于90度。
转换函数电路120被配置为基于角位置信号162，角位置信号164以及偏移值174产生候选中间信号178。类似于候选中间信号176，对于角位置的一个或多个范围或区间，候选中间信号178可关于入射磁场20的角位置以实质上线性的方式改变。在某些实现中，其中候选中间信号178以实质上线性的方式改变的角位置的区间长度，可大于其中正弦曲线信号162或164的任一个近似线性函数的角位置的区间长度。例如，区间的长度可大于或等于90度。
候选中间信号178在其上实质上线性的角位置的一个或多个区间，可不同于候选中间信号176在其上是实质上线性的一个或多个区间。然而，这些区间在一个或多个子区间范围内可重叠。
如图9所示，对于图8的特定示例解码器设备100，对于角位置信号162和164周期的至少二分之一，候选中间信号176(S1)和178(S2)的每一个关于入射磁场20的角位置线性地改变。更明确地，如图9所示，候选中间信号176(S1)在包括0度至90度范围内的角位置的角位置第一区间和包括180度至270度范围内的角位置的角位置第二区间之上是实质上线性的。同时，候选中间信号178(S2)在包括90度至180度范围内的角位置的角位置第一区间和包括270度至360度范围内的角位置的角位置第二区间之上是实质上线性的。如图9中所示，候选中间信号176(S1)和候选中间信号178(S2)在其上实质上是线性的角位置的区间也可包括在任一方向上扩展到以上识别的范围之外的角位置。
返回参考图8，转换函数电路118执行一个或多个算术运算以产生候选中间信号176。该一个或多个算术运算可包括运算，例如，加，减，乘和/或除。在图8的示例转换函数电路118中，转换函数电路118依据下列转换函数产生候选中间信号176：
其中，S1相应于候选中间信号176，θ相应于入射磁场20的角位置，sin 2θ相应于角位置信号162，cos2θ相应于角位置信号164，并且off相应于偏移值174。
转换函数电路120执行一个或多个算术运算以产生候选中间信号178。由转换函数电路120执行的算术运算集合可不同于由转换函数电路118执行的算术运算集合。在图8的特定示例中，转换函数电路120依据下列转换函数产生候选中间信号178：
其中，S2相应于候选中间信号178，θ相应于入射磁场20的角位置，sin 2θ相应于角位置信号162，cos 2θ相应于角位置信号164，并且off相应于偏移值174。
在某些示例中，偏移值174可实质上恒定，例如，偏移值174可以是实质上恒定电压。偏移值174可被选择以使S1和S2均包括大于或等于90度的线性区域。例如，偏移值174可在正弦曲线信号162和164的一个或二者的振幅近似1倍至近似10倍的范围之内。在某些示例中，为了提供具有高线性度的候选中间信号176和178，偏移值174可实质上等于正弦曲线信号162和164的一个或二者的振幅的1.6倍。然而，偏移值174的其它值，可以被选择以调节候选中间信号176和178的斜率和/或线性度。在另外的示例中，偏移值174和偏移电压182可被选择使得偏移电压182除以3与偏移值174的乘积近似等于正弦曲线信号162和164的振幅的两倍，从而提供具有高线性度的输出信号170。在这样的示例中，偏移值174可被调节以控制需要用来维持正弦曲线信号162和164的振幅近似2倍的乘积的偏移电压182的值。
转换函数(1)和(2)表示角位置信号162和角位置信号164为关于入射磁场20的角位置的正弦曲线函数。这些转换函数可不需角位置参数而被重写以更好地示出由转换函数电路118和转换函数电路120实现的操作。例如，转换函数电路118可被配置为依据下列转换函数产生候选中间信号176：
其中，S1相应于候选中间信号176，A相应于角位置信号162，B相应于角位置信号164，并且off相应于偏移值174。类似的，转换函数电路120可以被配置为依据下列转换函数产生候选中间信号178：
其中，S2相应于候选中间信号178，A相应于角位置信号162，B相应于角位置信号164，并且off相应于偏移值174。
在图8的示例解码器100中，转换函数电路118包括求和单元124，减法单元126和除法单元128，并且转换函数电路120包括减法单元130，求和单元132和除法单元134。求和单元124和132各自被配置为将两个输入值相加以生成等于这两个输入值的和的输出值。减法单元126和130各自被配置为从第一输入值减去第二输入值以生成等于这两个输入值之间差的输出值。
求和单元124包括电性耦合至角位置信号162的第一加数输入端，电性耦合至偏移值174的第二加数输入端，以及输出端。减法单元126包括电性耦合至求和单元124的输出端的被减数输入端，电性耦合至角位置信号164的减数输入端，以及输出端。减法单元130包括电性耦合至偏移值174的被减数输入端，电性耦合至角位置信号162的减数输入端，以及输出端。求和单元132包括电性耦合至减法单元130的输出端的第一加数输入端，电性耦合至角位置信号164的第二加数端，以及输出端。
除法单元128和减法单元130各自被配置为用第一输入值除以第二输入值以生成等于第一输入值除以第二输入值之商的输出值。除法单元128包括电性耦合至减法单元126的输出端的被除数输入端，电性耦合至求和单元124的输出端的除数输入端，以及电性耦合至候选中间信号选择器122的输出端。除法单元134包括电性耦合至求和单元132的输出端的被除数输入端，电性耦合至减法单元132的输出端的除数输入端，以及电性耦合至候选中间信号选择器122的输出端。除法单元128的输出端可形成输出候选中间信号176的转换函数电路118的输出端，以及除法单元134的输出端可形成输出候选中间信号178的转换函数电路120的输出端。
半相位信号166可以是指示在第一半相位划分内入射磁场20的角位置所占用的半相位的信号。半相位信号168可以是指示在第二半相位划分内入射磁场20的角位置所占用的半相位的信号。如在此使用的，半相位可以指的是跨越角位置信号162和角位置信号164的一个或二者的一个周期的角位置区间的子区间。例如，跨越角位置信号162和/或角位置信号164的一个周期的角位置的区间可以依据半相位划分被细分为或划分为两个子区间。这些子区间的每一个可称为半相位划分内的半相位。
在某些示例中，半相位信号166和半相位信号168的一个或二者可以是采用两个不同二进制逻辑值中的一个的数字信号。在其它示例中，半相位信号166和半相位信号168的一个或二者可以是模拟信号，且解码器设备100可使用比较器或其它模拟-数字转换器产生指示由入射磁场20的角位置所占用的半相位的数字信号。半相位信号166和半相位信号168可由解码器设备100外部的一个或多个组件产生。例如，一个或多个模拟或数字霍尔传感器可被用于产生半相位信号166和/或半相位信号168。
在图8的特定示例中，第一半相位划分可被定义为包括相应于角位置θ的第一半相位，其中0°≤θ≤180°，以及相应于角位置θ的第二半相位，其中180°＜θ≤360°。第二半相位划分可被定义为包括相应于角位置θ的第一半相位，其中90°≤θ≤270°，以及相应于角位置θ的第二半相位，其中0°＜θ≤90°或270°＜θ≤360°。然而，在其它示例中，半相位可不同地被划分，且半相位之间的转变可出现在不同的角位置。此外，尽管用于图8的示例的半相位长度相等，即180度，但半相位不必在长度上相等。
由半相位信号166和168提供的半相位信息的组合可以在此称为象限信息。第一象限可被定义为相应于角位置θ，其中0°≤θ≤90°，第二象限可被定义为相应于角位置θ，其中90°≤θ≤180°，第三象限可被定义为相应于角位置θ，其中180°≤θ≤270°，以及第四象限可被定义为相应于角位置θ，其中270°≤θ≤360°。然而，在其它示例中，象限可不同地被划分，且象限转变可出现在不同的角位置。此外，尽管用于图8的示例的象限的长度相等，即90度，但象限在长度上不必相等。
候选中间信号选择器122被配置为基于半相位信号166和半相位信号168，选择候选中间信号176和候选中间信号178中的一个作为中间信号172输出。在图8的示例配置中，如果半相位信号166等于半相位信号168，候选中间信号选择器122选择候选中间信号176作为中间信号172输出，以及，如果半相位信号166不等于半相位信号168，候选中间信号选择器122选择候选中间信号178作为中间信号172输出。候选中间信号选择器122包括电性耦合至转换函数电路118的输出端的第一输入端，电性耦合至转换函数电路120的输出端的第二输入端，电性耦合至半相位信号166的第一控制端，电性耦合至半相位信号168的第二控制端，以及可形成输出中间信号172的中间信号产生器122的输出端的输出端。
候选中间信号选择器122包括解码器136和开关138及140。解码器136可基于半相位信号166和半相位信号168控制开关138及140将候选中间信号176或候选中间信号178中的一个引导至候选中间信号选择器122的输出端。例如，如果半相位信号166等于半相位信号168，解码器136可关闭开关138并打开开关140，以及如果半相位信号166不等于半相位信号168，则打开开关138并关闭开关140。
偏移值产生器114被配置为基于半相位信号166和半相位信号168产生偏移值180。偏移值产生器114包括电性耦合至半相位信号166的第一控制端，以及电性耦合至半相位信号168的第二控制端。在某些示例中，中间信号产生器112可包括电性耦合至偏移电压182的输入端和电性耦合至接地电压184的输入端的一个或二者。在其他示例中，偏移电压182和接地电压184中的一个或二者可在偏移值产生器114的内部产生。偏移值产生器114包括候选偏移值产生器142和偏移值选择器144。
候选偏移值产生器142被配置为基于偏移电压182和接地电压184产生候选偏移值186，188，190以及192。候选偏移值产生器142包括电性耦合至偏移电压182的第一输入端，电性耦合至接地电压184的第二输入端，以及每个电性耦合至偏移值选择器144的四个输出端。候选偏移值产生器142也包括电阻146，148和150。在某些示例中，电阻146，148和150可具有相等的电阻值。电阻146的第一端电性耦合至偏移电压182，以及候选偏移值产生器142的第一输出端。电阻146的第二端电性耦合至电阻148的第一端，以及候选偏移值产生器142的第二输出端。电阻148的第一端电性耦合至电阻146的第二端，以及候选偏移值产生器142的第二输出端。电阻148的第二端电性耦合至电阻150的第一端，以及候选偏移值产生器142的第三输出端。电阻150的第一端电性耦合至电阻148的第二端，以及候选偏移值产生器142的第三输出端。电阻150的第二端电性耦合至接地电压184，以及候选偏移值产生器142的第四输出端。
在某些示例中，偏移电压182可以实质上是恒定的。偏移电压182的值可基于距离，线性区域S1和S2以该距离彼此偏移。例如，偏移电压182可在正弦曲线信号162和164的一个或二者的振幅近似0.2倍至近似2倍的范围内。在某些示例中，偏移值174和偏移电压182可被选择使得偏移值174与偏移电压182的三分之一的乘积近似等于正弦曲线信号162和164的振幅的2倍，从而提供具有高线性度的输出信号170。在进一步示例中，当偏移值174被设置为正弦曲线信号162和164的一个或二者的1.6倍时，偏移电压182的值可被选择使得偏移电压182的值近似等于正弦曲线信号162和164的一个或二者的振幅的3.75倍。接地电压184可以实质上等于0伏。
偏移值选择器144被配置为基于半相位信号166和半相位信号168产生偏移值180。例如，偏移值选择器144可基于半相位信号166和半相位信号168选择候选偏移值186，候选偏移值188，候选偏移值190以及候选偏移值192中的一个作为偏移值180输出。在图8的示例配置中，当半相位信号166等于逻辑值1且半相位信号168等于逻辑值0时，偏移值选择器144选择候选偏移值186作为偏移值180输出；当半相位信号166等于逻辑值1且半相位信号168等于逻辑值1时，选择候选偏移值188作为偏移值180输出；当半相位信号166等于逻辑值0且半相位信号168等于逻辑值1时，选择候选偏移值190作为偏移值180输出；当半相位信号166等于逻辑值0且半相位信号168等于逻辑值0时，选择候选偏移值192作为偏移值180输出。偏移值选择器144包括每个电性耦合至候选偏移值产生器142的相应输出端的四个输入端。偏移值选择器144也包括可形成输出偏移值180的偏移值产生器114的输出端的输出端。偏移值产生器144包括解码器152，以及开关154，156，158和160。解码器152可基于半相位信号166和半相位信号168控制开关154，156，158和160以引导候选偏移值186，候选偏移值188，候选偏移值190以及候选偏移值192中的一个至偏移值选择器144的输出端。
求和节点116被配置为将偏移值180加上中间信号172以生成被解码的角位置信号170。求和节点116包括电性耦合至中间信号产生器112的输出端的第一加数输入端，电性耦合至偏移值产生器114的输出端的第二加数输入端，以及输出端。求和节点116的输出端可形成产生被解码的角位置信号170的解码器设备100的输出端。
现在，将参考图9和10描述解码器设备100的操作。图9是依据本公开示出由转换函数电路118和120产生的转换函数输出以及正弦信号162和164的图。图10是依据本公开示出解码器设备100如何基于中间信号172和偏移值180产生被解码的角位置信号170的图。
解码器设备从感测设备16接收角位置信号162，角位置信号164，半相位信号166以及半相位信号168。转换函数电路118应用第一转换函数至角位置信号162和角位置信号164的值以产生图9中示出的候选中间信号176(S1)。类似的，转换函数电路120应用第二转换函数至角位置信号162和角位置信号164的值以产生图9中示出的候选中间信号178(S2)。候选中间信号选择器122基于半相位信号166和半相位信号168选择候选中间信号176和候选中间信号178中的一个作为中间信号172输出。
第一象限可被定义为相应于角位置θ，其中0°≤θ≤90°，第二象限可被定义为相应于角位置θ，其中90°≤θ≤180°，第三象限可被定义为相应于角位置θ，其中180°≤θ≤270°，以及第四象限可以被定义为相应于角位置θ，其中270°≤θ≤360°。如图9中所示出，候选中间信号176在第一象限和第三象限中实质上是线性的，且候选中间信号178在第二象限和第四象限中实质上是线性的。如此，由半相位信号166和半相位信号168提供给候选中间信号选择器122的象限信息允许候选中间信号选择器122选择候选中间信号176和候选中间信号178中的哪一个当前正在线性区域中操作。例如，当半相位信号166和半相位信号168指示角位置在第一或第三象限中，候选中间信号选择器122选择候选中间信号176作为中间信号172。类似地，当半相位信号166和半相位信号168指示角位置在第二或第四象限中，候选中间信号选择器122选择候选中间信号178作为中间信号172。
同时，候选偏移值产生器142产生候选偏移值186，188，190和192，且偏移值选择器144选择候选偏移值186，188，190以及192中的一个作为偏移值180与中间信号172相加。求和节点116将偏移值180与中间信号172相加以生成被解码的角位置信号170。在被解码的角位置信号170中的每一个值可映射至正弦信号162和164的周期内的唯一的角位置。以这种方式，解码器设备100可执行双输入反正切函数来解码两个正弦曲线输入信号而不需要使用时序存储器元件或查找表。
在某些示例中，对于角位置信号162和/或角位置信号164的至少一个周期，被解码的角位置信号170以实质上线性的方式关于角位置改变。在这样的示例中，解码器100能够提供线性输出，该线性输出指示不需要使用查找表的角位置。
如图10中所示，候选中间信号176(S1)和候选中间信号178(S2)每个可以在两个不同的角位置区间内是实质上线性的。候选中间信号176的线性角位置区间可与定义一个或多个重叠区域的候选中间信号178的线性角位置区间重叠。候选中间信号176和候选中间信号178每个可以关联于两个不同的偏移值。对于给定的重叠区域，候选中间信号176与关联于候选中间信号176的偏移值之一的和，可以实质上等于候选中间信号178与关联于候选中间信号178的偏移值之一的和。半相位信号166和半相位信号168可提供指示由入射磁场20的角位置所占用的象限的象限信息，并被用来选择两个不同的候选中间信号及相关联的偏移值中的哪个用来产生被解码的输出信号。四个象限之间的每个转换可被定义为发生在定义了转换区域的角位置的区间内。定义特定重叠区域的角位置集合可包括定义相应的转换区域的角位置的集合。换言之，在转换区域内的每一个角位置可被包括在定义相应重叠区域的角位置的集合内。在某些示例中，由于在产生指示半相位的信号的传感器内的容错，象限之间的转换可在转换区间内改变。通过产生具有实质上相等的和的候选中间信号及相关联的偏移值，解码器设备100可对在重叠区域中的半相位信号166和半相位信号168的转换中的变化不敏感。
应注意到，对于接近在0度和360度的象限转换的角，可能出现两个不同的输出。然而，由于这两个信号的每一个能够被映射至360度区间内的单一角位置，被解码的角位置信号170可仍然是唯一的角位置的指示。此外，当被解码的角位置信号170被认为以实质上线性的方式关于角位置在角位置的完整周期之上改变时，例如360度，这样的变化可包括这种理解，接近0/360度象限转换的角可映射至被解码的角位置信号170的部分，该部分延伸超出图10所示出的被解码的角位置信号170的最大和最小值。通过将偏移操作紧随其后的模操作应用至被解码的角位置信号170，其中模等于在360度的被解码的角位置信号170的值减去在0度的被解码的角位置信号170的值，且偏移等于在0度的被解码的角位置信号170的值，这些离群值(outlier value)的任意一个可被映射至图10中示出的360度区间内的区域。
图10示出由小偏移隔离的候选中间信号176和被解码的角位置信号170。然而，在某些示例中，候选中间信号176可实质上重叠于被解码的输出信号170，即，没有被偏移从输出信号170隔离。
图11是依据本公开示出用于产生磁场角位置信息的示例技术的流程图。在某些示例中，图11中的技术可被用于图1的感测设备16中和/或图2的感测设备30中。
感测设备16和/或角位置传感器34产生指示具有180度角范围的磁场的角位置的信号(200)。感测设备16和/或极性传感器36产生指示从第一位置感测的磁场的极性的信号(202)。感测设备16和/或极性传感器38产生指示从不同于第一位置的第二位置感测的磁场的极性的信号(204)。
图12是依据本公开示出用于产生指示在360度角范围内的磁场的角位置的信号的示例技术的流程图。在某些示例中，图12中的技术可被用于图1的感测子系统14中。
感测设备16产生指示磁场角位置的第一信号，该信号具有180度的角范围(206)。感测设备16产生指示从第一位置感测的磁场极性的信号(208)。感测设备16产生指示从不同于第一位置的第二位置感测的磁场极性的信号(210)。解码器设备18基于指示磁场角位置的第一信号，指示从第一位置感测的磁场极性的信号，以及指示从第二位置感测的磁场极性的信号，产生指示磁场角位置的被解码的信号，该被解码的信号具有360度角范围(212)。
图13是依据本公开示出用于产生指示磁场角位置的信号的示例技术的流程图。在某些示例中，图13中的技术可被用于图8的解码器设备100中。在进一步示例中，图13中的技术可被用于实现图12中示出的过程框212。
中间信号产生器112基于指示磁场角位置的第一信号，指示从第一位置感测的磁场极性的信号，以及指示从第二位置感测的磁场极性的信号，产生中间值(214)。偏移值产生器114基于指示从第一位置感测的磁场极性的信号和指示从第二位置感测的磁场极性的信号中的至少一个，从偏移值集合中选择偏移值以与中间信号相加(216)。求和节点116将被选择的偏移加至中间值以产生指示磁场角位置的被解码的信号。
图14是依据本公开示出用于产生指示磁场角位置的信号的另一示例技术的流程图。在某些示例中，图14中的技术可被用于图8的解码器设备100中。在进一步示例中，图13中的技术可被用于实现图12中示出的过程框212。
转换函数单元118应用第一转换函数至指示磁场角位置的第一和第二信号以生成第一候选中间信号(220)。转换函数单元120应用第二转换函数至指示磁场角位置的第一和第二信号以生成第二候选中间信号(222)。候选中间信号选择器122选择第一和第二候选中间信号中的一个作为中间信号(224)。偏移值选择器114从偏移值集合中选择偏移值(226)。在某些示例中，偏移值集合可包括至少两个偏移值。在进一步示例中，偏移值即集合可包括至少四个偏移值。求和节点116将被选择的偏移加至中间值以产生指示磁场角位置的被解码的信号(228)。
尽管以上一些实施例已被详细描述，但其它修改是可能的。例如，附图中所描述的流程图不需要所示的特定顺序，或者连续的顺序，以实现期望的结果。可以向描述的流程提供其他步骤，或者可以从描述流程删除步骤，并且可以向描述的系统增加或删除组件。其他实施例可以落在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于磁场角度位置的设备，包括：
磁阻传感器，被配置为产生指示在感测平面内磁场角方向的信号，该信号具有180度的角范围；
第一极性传感器，被配置为产生指示从第一位置感测的与感测平面垂直的磁场的定向分量的极性的信号；以及
第二极性传感器，被配置为产生指示从不同于该第一位置的第二位置感测的与感测平面垂直的磁场的定向分量的极性的信号；
其中感测平面被定义为包括所述第一极性传感器和所述第二极性传感器的平面，且垂直于磁场旋转轴。
2.如权利要求1的设备，其中所述第一极性传感器和所述第二极性传感器被定位，使得由所述第一极性传感器、所述第二极性传感器以及顶点形成的角的测量在70度至110度的范围内，所述顶点定义在其中磁场旋转轴与感测平面相交的位置上。
3.如权利要求2的设备，其中角的测量实质上等于90度。
4.如权利要求2和3中任一项的设备，其中所述指示磁场角位置的信号包含关于所述磁场角位置正弦曲线变化的一个或多个信号。
5.如权利要求1的设备，其中所述磁场通过关于所述磁阻传感器可旋转的磁源产生。
6.如权利要求1的设备，其中所述第一极性传感器包括第一霍尔传感器，且所述第二极性传感器包括第二霍尔传感器。
7.如权利要求1的设备，其中所述磁阻传感器、所述第一极性传感器、以及所述第二极性传感器各自被附着至平面基板，
其中所述磁阻传感器被配置为感测磁场的分量，其与所述平面基板共面，
其中所述第一极性传感器被配置为感测磁场的分量，其在第一位置垂直于所述平面基板，以及
其中所述第二极性传感器被配置为感测磁场的分量，其在第二位置垂直于所述平面基板。
8.如权利要求1的设备，其中所述第一极性传感器和所述第二极性传感器关于所述磁阻传感器被定位于正交配置中。
9.一种用于磁场角度位置的方法，包括：
使用磁阻传感器产生指示在感测平面内的磁场角方向的信号，所述信号具有180度的角范围；
产生指示从第一位置感测的与感测平面垂直的磁场的定向分量的极性的信号；
产生指示从不同于该第一位置的第二位置感测的与感测平面垂直的磁场的定向分量极性的信号；
其中感测平面被定义为包括所述第一位置和所述第二位置的平面，且垂直于磁场旋转轴。
10.一种用于磁场角度位置的设备，包括：
解码器，被配置为基于在感测平面内指示具有180度角范围的磁场的角方向信号，指示从第一位置感测的与感测平面垂直的磁场定向分量极性的信号，以及指示从第二位置感测的与感测平面垂直的磁场定向分量极性的信号，产生指示磁场角位置的被解码的信号，所述被解码的信号具有360度的角范围以及感测平面被定义为包括第一位置和第二位置的平面，且垂直于磁场的旋转轴。
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