CN102881817A - 磁场传感器和用于确定和校正磁场传感器的偏置电压的方法 - Google Patents
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Abstract
磁场传感器具有霍尔传感器，所述霍尔传感器具有第一连接接触部并且具有第二连接接触部并且具有第三连接接触部并且具有第四连接接触部并且具有第五连接接触部，其中，在第一连接接触部与第五连接接触部之间设有具有控制输入端的第一开关并且所述第一开关将第一连接接触部与第五连接接触部连接或者彼此断开，并且设有控制单元并且所述控制单元与第一开关的控制输入端连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的磁场传感器和一种根据权利要求12的前序部分所述的用于确定和校正磁场传感器的偏置电压的方法。
背景技术
由DE10150955C1公开了一种磁场传感器。所述磁场传感器具有多个分别具有五个连接接触部的霍尔传感器。在此，至多四个霍尔传感器彼此平行地构造并且这些连接接触部借助于循环交换彼此连接。此外，由US2010/0123458A1以及由Kejik,P.,Reymond,S.,Popovic,R.S.《Circular HallTransducer for Angular Position Sensing》（Transducers & Eurosensors，07，固体传感器、致动器和微系统第14次会议，2007，第2593-2596页）公开了其他霍尔传感器。在此，在最后提到的文献中公开具有多个霍尔传感器的圆形布置，这些霍尔传感器具有各个霍尔接触部。借助于控制单元分别从多个霍尔传感器接触部中选出五个接触部，以便产生虚拟的五接触部霍尔传感器。借助于控制可以按时间顺序依次选择圆形布置上的其他霍尔接触部，从而所形成的虚拟的霍尔传感器在圆上在一定程度上旋转。
发明内容
在所述背景下，本发明的任务在于提供一种进一步改进现有技术的装置。
所述任务分别通过具有权利要求1的特征的磁场传感器和通过根据权利要求12的前序部分所述的方法解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
根据本发明的第一主题提供一种磁场传感器，其具有霍尔传感器，所述霍尔传感器具有第一连接接触部并且具有第二连接接触部并且具有第三连接接触部并且具有第四连接接触部并且具有第五连接接触部，其中在第一连接接触部与第五连接接触部之间设有具有控制输入端的第一开关，并且所述第一开关将第一连接接触部与第五连接接触部连接或彼此断开，并且设有控制单元，并且所述控制单元与第一开关的控制输入端连接。应当注意，在此磁场传感器尤其涉及被构造为单个的、分离的霍尔传感器的电绝缘的霍尔传感器。这样的霍尔传感器优选被构造为电绝缘的槽中的半导体部件并且尤其除所述的连接接触部以外不具有其他连接接触部。
根据本发明的第二主题提供一种用于确定和校正磁场传感器的偏置电压的方法，所述磁场传感器具有垂直的霍尔传感器，所述霍尔传感器具有第一连接接触部并且具有第二连接接触部并且具有第三连接接触部并且具有第四连接接触部并且具有第五连接接触部，其中在第一连接接触部与第五连接接触部之间设有控制单元和具有控制输入端的第一开关，并且在第一状态中借助于控制单元来控制开关的控制输入端并且确定霍尔传感器的偏置电压，其中借助于第一开关将第一连接接触部与第五连接接触部断开，以及在第二状态中借助于第一开关将第一连接接触部与第五连接接触部连接，并且测量施加了偏置电压的霍尔电压，并且以所述偏置电压校正所测量的霍尔电压。
根据本发明的装置和方法的优点是，通过根据本发明的连接以及借助于各个接触部之间的电阻的考虑可以求得减小了偏置电压的霍尔电压。由此增大磁场传感器或者霍尔传感器的信号/偏置比，也就是说，可以在最大程度上无偏置地确定霍尔电压。特别有利的是，可以不仅在存在磁场而且在不存在磁场时进行偏置电压的确定。由此，可以有利地使用根据本发明的用于确定磁场强度的方法。此外有利的是，所述方法和装置也可以用于优选-40℃和170℃之间的大的温度范围。
在一个优选的实施方式中，所有的连接接触部设置在一行中，其中霍尔传感器的第一连接接触部被构造为起始接触部而第五连接接触部被构造为所述行的终止接触部。根据另一实施方式，第一连接接触部和第五连接接触部分别构成位于外部的连接接触部，从而其他连接接触部构造在第一连接接触部和第五连接接触部之间。
在一个扩展构型中，第一开关由第二开关和第三开关组成，并且第二开关与第三开关彼此串联，并且第二开关通过一个控制输入端与控制单元连接并且第三开关通过一个控制输入端与控制单元连接。
在另一个扩展构型中，第一连接接触部和第二连接接触部和第三连接接触部和第四连接接触部和第五连接接触部与所述控制单元连接。优点是，借助于所述控制单元可以将这些连接接触部与电压源或电流源连接并且由此可以不同地控制这些连接接触部。
在另一个扩展构型中，控制单元被设置用于为了确定偏置电压在第一状态中借助于第一开关或者借助第二开关和第三开关将第一连接接触部与第五连接接触部断开以及在第二状态中为了测量施加了偏置电压的霍尔电压借助于所述开关将第一连接接触部与第五连接接触部连接。尤其是，在第一状态中，确定分别在两个相邻的连接接触部之间的电阻。优选地，为了确定连接接触部之间的电阻，向这些连接接触部施加不同的电压值。借助于测量到的电阻值基于等效电路图求得叠加到霍尔电压上的偏置电压。
根据另一实施方式，借助于一种转换方法、即“转换电流（swiching-current）”方法求得四个校正了相应的偏置电压的霍尔电压并且由所述四个霍尔电压确定平均霍尔电压。研究已经表明，具有总共五个接触部的霍尔传感器可以在四个不同的模式中运行，其中在第一模式和第二模式中向第一连接接触部和第五连接接触部施加第一参考电压并且同时向第三连接接触部施加第二参考电压。在此，在第二连接接触部上以及在第四连接接触部上截取霍尔电压。相应地，在第三模式和第四模式中，在第一连接接触部上、在第五连接接触部上以及在第三连接接触部上截取霍尔电压。为此，向第二连接接触部施加第一参考电压并且向第四连接接触部施加第二参考电压。
优选地，在每个模式中实施第一状态中的测量以及随后实施第二状态中的测量。由此，对于每个模式计算校正了所求得的偏置电压的霍尔电压。随后，在考虑正负号的情况下实施四个模式的霍尔电压的相加。应理解的是，替代地也可以由四个霍尔电压的数值计算算数平均值。
在一个优选的实施方式中，第一连接接触部直到包括第五连接接触部设置在一条直线上。此外优选的是，霍尔传感器被构造为垂直的霍尔传感器。
根据另一个扩展构型，所述霍尔传感器具有一个槽区域，所述槽区域具有第一导电类型，其中所述槽区域包括所有连接接触部并且在两个相邻的连接接触部之间构造有预给定的间距。优选地，连接接触部之间的间距基本上一样大。有利的是，在槽边界与第一连接接触部之间以及在槽边界与第五连接接触部之间的槽区域同样具有所述预给定的间距。应注意到的是，在一个替代实施方式中，第二连接接触部和第三连接接触部之间的间距与第三连接接触部和第四连接接触部之间的间距基本上一样大就足够了。在此，第一连接接触部和第二连接接触部之间的间距与第四连接接触部和第五连接接触部之间的间距基本上一样大。在由此当前实施方式中，与槽边界的间距优选至少选择为与接触部彼此间的相应间距中的最小间距一样大。
在一个优选的扩展构型中，霍尔传感器与一个集成电路共同设置在唯一的半导体基体中。由此，霍尔传感器可以被构造为所述集成电路的一部分并且与有效连接（Wirkverbildung）的控制电路和分析处理电路单片地集成。应注意到的是，概念“有效连接”也理解为集成电路与磁场传感器之间的电连接。此外优选地，将霍尔传感器和集成电路设置在一个唯一的共同的壳体中。
附图说明
以下参考附图详细说明本发明。在此，相同类型的部件具有相同的符号。所示出的实施方式是极其示意性的，也就是说，间距以及横向延伸和垂直延伸不是按比例的并且只要没有其他说明彼此也不具有可推导的几何关系。附图示出：
图1：磁场传感器的根据本发明的实施方式的示意性俯视图，
图2：沿图1的实施方式的线II的示意性横截面图，
图3：磁场传感器的另一实施方式的示意性俯视图。
具体实施方式
图1的示图示出根据本发明的磁场传感器10的一个实施方式，所述磁场传感器具有优选垂直构造的霍尔传感器20，所述霍尔传感器具有第一连接接触部22、第二连接接触部24、第三连接接触部26、第四连接接触部28和第五连接接触部30，其中，所有连接接触部与控制单元ST连接。在此，第一连接接触部22直至包括第五连接接触部30优选设置在一条直线上。在第一连接接触部22与第五连接接触部30之间接入第一开关S1。所述第一开关S1具有控制输入端，所述控制输入端通过导线L1与控制单元ST连接。
借助于控制单元ST，第一连接接触部22与第五连接接触部30之间的连接在第一状态中被断开而在第二状态中被闭合。可以注意到，垂直的霍尔传感器20的连接接触部22至30在绘制的x-z平面中构造在半导体基体的表面上。待测量的磁场线B在正z方向或负z方向上示出。借助于控制单元ST测量所选择的连接接触部上的电压或者电流，而向其他所选择的连接接触部施加一个电压。总体上，可以通过借助于控制单元ST的互换在第一状态中以及在第二状态中分别形成四种不同的连接布线。由此，可以在四种不同的模式中分别确定校正了偏置的霍尔电压。
在图2中示出了沿根据本发明的图1的实施方式的线II的横截面。以下仅仅说明与在图1中示出的实施方式的不同。紧邻第一连接接触部22直至包括第五连接接触部30的下方分别构造有一个高掺杂的n接触区域，以便将各个连接接触部22至30低欧姆地连接到一个低掺杂的n槽区域40上。所述n槽区域40构造在半导体基体中。在各个n接触区域之间分别构造有一个隔离区域45，其优选由氧化物或p+扩散组成。所述半导体基体优选被构造为p衬底。优选地，n槽区域40具有磷掺杂，而n接触区域优选具有砷掺杂，其中，接触区域的掺杂的浓度高于槽的掺杂。相反，p衬底具有硼掺杂。连接接触部22至30分别通过间距d彼此间隔开。此外，在第一连接接触部22与n槽区域40的边缘之间以及在第五连接接触部与n槽区域40的边缘之间分别也构造有间距d。根据示出的实施方式，待测量的磁场的方向指向正z方向或负z方向，也就是从图平面向内或向外。
在图3中示出了磁场传感器的另一实施方式的示意性俯视图。以下仅仅说明与图1中示出的实施方式的不同。因此，第一开关S1目前由第二开关S2和第三开关S3替代，其中，第二开关S2和第三开关S3彼此串联并且第二开关S2通过第二导线L2以一个控制输入端与控制单元ST连接而第三开关S3通过第三导线L3以一个控制输入端与控制单元ST连接。在第一状态中测量时，通过控制单元闭合第二开关或者闭合第三开关，并且由此第一连接接触部22或者第五连接接触部30与控制单元连接。所述实施方式的优点是，在第二开关S2和第三开关S3闭合的第二状态中，至第一连接接触部22和至第五连接接触部30的相应导线中第二开关S2和第三开关S3的开关电阻构造成对称的。
Claims (15)
1.磁场传感器（10），其具有：
霍尔传感器（20），所述霍尔传感器具有第一连接接触部（22）并且具有第二连接接触部（24）并且具有第三连接接触部（26）并且具有第四连接接触部（28）并且具有第五连接接触部（30），
其特征在于，
在所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）之间设有具有控制输入端的第一开关（S1），并且所述第一开关（S1）将所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）连接或者彼此断开，并且设有控制单元（ST），并且所述控制单元（ST）与所述第一开关（S 1）的控制输入端连接。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述第一开关（S1）由第二开关（S2）和第三开关（S3）组成，并且所述第二开关（S2）和所述第三开关（S3）彼此串联，并且所述第二开关（S2）通过一个控制输入端与所述控制单元（ST）连接并且所述第三开关（S3）通过一个控制输入端与所述控制单元（ST）连接。
3.根据权利要求1或2所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述第一连接接触部（22）和所述第二连接接触部（24）和所述第三连接接触部（26）和所述第四连接接触部（28）和所述第五连接接触部（30）与所述控制单元（ST）连接。
4.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述控制单元（ST）被设置用于为了确定偏置电压在第一状态中借助于所述第一开关（S1）或者借助于所述第二开关（S2）与所述第三开关（S3）将所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）断开以及在第二状态中为了测量施加了所述偏置电压的霍尔电压借助于所述开关（S1）将所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）连接。
5.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述第一连接接触部（22）直到包括所述第五连接接触部（30）设置在一条直线上。
6.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述霍尔传感器（20）被构造为垂直的霍尔传感器。
7.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述霍尔传感器（20）具有槽区域，所述槽区域具有第一导电类型，并且所述槽区域包括所有的连接接触部，其中，在两个相邻的连接接触部之间构造有间距（d），并且所述槽区域在槽边界与所述第一连接接触部（22）之间以及在所述槽边界与所述第五连接接触部（30）之间具有所述间距（d）。
8.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所有的连接接触部（22，24，26，28，30）设置在一行中。
9.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述第一连接接触部（22）和所述第五连接接触部（30）分别构成位于外部的连接接触部，从而其他连接接触部构造在所述第一连接接触部（22）和所述第五连接接触部（30）之间。
10.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述霍尔传感器（20）设置在半导体基体上，并且在所述半导体基体上构造有集成电路。
11.根据权利要求10所述的磁场传感器（10），其特征在于，所述霍尔传感器（20）和所述集成电路电连接并且设置在一个唯一的共同的壳体中。
12.用于确定和校正磁场传感器（10）的偏置电压的方法，所述磁场传感器具有垂直的霍尔传感器（20），所述霍尔传感器具有第一连接接触部（22）并且具有第二连接接触部（24）并且具有第三连接接触部（26）并且具有第四连接接触部（28）并且具有第五连接接触部（30），
其特征在于，在所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）之间设有控制单元（ST）和具有控制输入端的第一开关（S1），并且在第一状态中借助于所述控制单元（ST）控制所述开关（S1）的控制输入端并且确定所述霍尔传感器（20）的偏置电压并且借助于所述第一开关（S1）将所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）断开，以及在第二状态中借助于所述第一开关（S1）将所述第一连接接触部（22）与所述第五连接接触部（30）连接并且测量施加了偏置电压的霍尔电压并且以所述偏置电压校正所测量的霍尔电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第一状态中，确定分别在两个相邻的连接接触部之间的电阻，以及为了确定所述电阻向所述连接接触部（22，24，26，28，30）施加不同的电压值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由所求得的电阻值确定在所述霍尔电压上叠加的偏置电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，借助于转换方法求得四个校正了相应偏置电压的霍尔电压，以及由所述四个霍尔电压确定平均霍尔电压。
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