CN103874929A - 霍尔传感器 - Google Patents

Abstract

一种霍尔传感器，其具有至少三个霍尔传感器元件（1，2，……，94）以及用于与霍尔传感器进行接触的至少三个传感器连接点（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D），其中，霍尔传感器元件均具有至少三个元件连接点（A，B，C，D，E，F，G，H）并且以具有大于一维的结构的电路网格进行互连。在这种情况下，每个传感器连接点（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）连接至霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少一个霍尔传感器元件的元件连接点（A，B，C，D，E，F，G，H）中的一个元件连接点处。

Description

霍尔传感器

技术领域

本发明涉及具有在半导体本体上布置的若干霍尔传感器元件的霍尔传感器。

背景技术

当存在垂直于电流的磁场时则发生霍尔效应，霍尔效应是根据美国物理学家Edwin Herbert Hall（1855-1938）的名字命名的。在这种情况下，磁场在垂直于磁场方向以及垂直于电流方向延伸的方向上产生被称为霍尔电压的电势差。霍尔电压的测量使得能够确定磁场的各分量的大小。

可以以半导体器件的形式来实现用于测量霍尔电压的霍尔传感器。评估电路也可以集成进半导体器件中并且可以例如在CMOS工艺过程期间制造。如果工作电流在其中流动并且霍尔电压在其中产生的有源区的平面布置成与半导体本体的上侧面共面，则可以对垂直于上侧面定向的磁场的分量所引起的霍尔电压进行测量。如果有源区的平面布置成与上侧面垂直，即，竖直地处于半导体本体内，则可以对平行于上侧面定向的磁场的分量所引起的霍尔电压进行测量。

在霍尔传感器半导体器件中，可达到的灵敏度受限于所使用的半导体材料中的电荷载流子的迁移率。在硅中，参考磁场强度和工作电压以霍尔电压的幅值的形式测量的霍尔传感器的最大灵敏度大约是0.1V/T。虽然其他的半导体材料提供了更高的电荷载流子迁移率，但是它们不太适合用于霍尔传感器与驱动和评估电子器件的集成。

霍尔传感器通常具有不可忽略的偏置电压。这样的偏置电压是在霍尔传感器中不存在外部磁场的情况下可以在霍尔传感器的两个触点之间测量的电压。

在由R.S.Popovic著作并由布里斯托尔和费城的物理出版协会于2004年出版的“Hall Effect Devices”第二版的教科书中，在第282页至第286页的第5.6.3节中描述了可以减小偏置电压的方法。这些方法也包括旋转操作电流的方法（旋转电流技术，“Spinning-Current technique”）以及配对方法（配对，“Pairing”）。

在使用这些方法之后所残留的偏置电压称为残余偏置电压。然而，相对于霍尔传感器的灵敏度，如果使用所描述的方法，仍然存在大于由地磁场引起的电压的残余偏置电压。残余偏置电压因此限制了霍尔传感器的精度。

要实现的目的包括公开具有高灵敏度和低偏置电压的霍尔传感器。

该目的通过独立权利要求的主题来达到。从属权利要求中限定了改进及实施例。

发明内容

例如，具有优选相同的设计的三个或更多个霍尔传感器元件布置在半导体本体上，并且借助于霍尔传感器元件的对应的内部端子彼此连接以及连接至霍尔传感器的外部端子。然而，不是霍尔传感器元件的所有内部端子同样地引向外部，即，引向霍尔传感器的外部端子，而是其中一些内部端子只是用于产生在各个霍尔传感器元件之间的连接。霍尔传感器可以像具有至少三个外部端子的传统霍尔传感器一样进行连接和工作，使得不必从外部考虑霍尔传感器元件的数量和布置。

内部端子也可以称为元件端子，而外部端子也可以称为传感器端子。

例如，其中两个传感器端子用于为霍尔传感器传递供给信号，例如供给电流，而至少一个附加的传感器端子用于获取测量信号，例如测量的电压。特别地，霍尔传感器元件的元件端子通常不能直接接触外部，而是只经由相应的传感器端子接触外部。换言之，除了别的之外，元件端子定义为不经由这些端子向霍尔传感器传递供给信号，例如供给电流。当霍尔传感器的个别元件端子向外延伸至一些端子时，如果在霍尔传感器工作期间，特别是在测量模式下的工作时间，需要或使用这些端子来接触霍尔传感器，则这些端子只表示传感器端子。然而，如果向外延伸的元件端子只用于内部目的，例如霍尔传感器中的测量，则这样的端子表示霍尔传感器的附加的辅助端子。

传感器端子功能上限定为多个互连的霍尔传感器元件可以像单独的霍尔传感器一样经由传感器端子接触。在这方面，传感器端子不同于任意向外延伸的元件端子。传感器端子特别设计成用于在工作期间接触霍尔传感器。

由于提供了若干霍尔传感器元件并且将所述霍尔传感器元件相应地互连，所以可以减小残余偏置电压并且同时能够提高精度。例如，这种效果基于以下事实：由于霍尔传感器元件的互连，亦即，由于施加于传感器端子的工作电压分配在若干霍尔传感器元件上，所以减小了单独的霍尔传感器元件中的电场。

具有相同设计的霍尔传感器元件的表述指这些霍尔传感器元件中的至少一些霍尔传感器元件具有相同性能。例如，霍尔传感器元件包括相同数量的元件端子和/或具有相同的几何尺寸。在不同的实施例中，也可以互连不具有相同设计的霍尔传感器元件。

在一个实施例中，霍尔传感器包括至少三个霍尔传感器元件以及至少三个用于接触霍尔传感器的传感器端子，所述霍尔传感器元件特别是分别包括至少三个元件端子并且以具有大于一维的结构的网格特别是电路网格进行互连的具有相同设计的霍尔传感器元件。每个传感器端子至少连接至霍尔传感器元件中的一个霍尔传感器元件的元件端子中的一个元件端子处。

由于网格，分别实现了霍尔传感器元件的二维互连或多维互连。例如，由于网格，另外实现了阵列状互连。换言之，通过以网格状方式互连的霍尔传感器元件来限定至少一个平面。

例如，以N×M网格或阵列的形式布置多个霍尔传感器元件，其中，N大于1并且M大于1。M和N可以相等或不同。例如，N和M是以2为底的指数。例如，三个霍尔传感器元件对角互连，使得2×2网格中的一个网格空间不被占用。例如，以具有相应数量的霍尔传感器元件的8×8网格、16×16网格、32×32网格或甚至更大的网格的形式来实现网格。更大数量的霍尔传感器元件使得可以进一步减小偏置电压或残余偏置电压。不必一定要完全填满网格，使得网格的个别节点也可以保持不被占用。因此，也可以使用矩形以外的形状来实现电路网格，例如圆形或十字形或者多边形形状。由于以网格形式的互连，所以实现了霍尔传感器元件的二维互连或多维互连。

在一些实施例中，各个霍尔传感器元件以如下方式布置在网格中：网格的一个或更多个列或行与相邻的列或行搭接，然而，不强制霍尔传感器元件彼此搭接。例如，霍尔传感器元件以蜂窝状网格结构互连。

在一个实施例中，网格由大于一维的矩阵构成。例如，可以以若干霍尔传感器元件的普通串联连接的形式来实现一维矩阵。

例如，通过二维坐标或多维坐标例如通过一对坐标来标识网格中的每个霍尔传感器元件。

在一个实施例中，例如，具有至少三个霍尔传感器元件——特别是具有相同设计的霍尔传感器元件——的霍尔传感器以如下方式互连：在两个相应的传感器端子的每个可能的组合中，在这两个传感器端子之间形成有至少一个信号通路，其中，在这个信号通路中连接的霍尔传感器元件的数量小于霍尔传感器的霍尔传感器元件的总数。

因此，霍尔传感器元件可以连接至例如两个传感器端子，其中，在不同的元件端子上产生两个这样的连接。此外，每个传感器端子也可以连接至若干霍尔传感器元件。因此，未提供霍尔传感器元件相对于传感器端子的普通并联连接或普通串联连接。

由于不同的霍尔传感器元件的互连，通常可以发现从霍尔传感器的任意传感器端子延伸通过某些数量的霍尔传感器元件至霍尔传感器的另一任意端子的若干信号通路。在这种情况下，实现了所述霍尔传感器的霍尔传感器元件以网格形或阵列状的电路的这种方式进行互连。

霍尔传感器元件也不以特别是普通串联连接的方式来布置。在所述霍尔传感器中，因此总是可以分别找到经由小于霍尔传感器的霍尔传感器元件的总数的多个霍尔传感器元件来连接两个传感器端子的至少一个信号通路。如果若干霍尔传感器元件功能上互连成单个霍尔传感器元件，然后该单个霍尔传感器元件因此连接在霍尔传感器中，则相应的信号通路分别仅延伸通过这个单个霍尔传感器元件，而不通过其部件。例如，完全并联连接的两个霍尔传感器元件看作为单个霍尔传感器元件。

例如，成对使用传感器端子，以便将供给信号施加于一对传感器端子并且在另一对传感器端子处收集测量信号。根据所描述的电路，供给信号及测量信号分别通过若干霍尔传感器元件以获得减小的残余偏置电压。

在不同的实施例中，至少两个或所有霍尔传感器元件的未连接至传感器端子的至少一个元件端子连接至另一霍尔传感器元件（特别是相邻的霍尔传感器元件）的未连接至传感器端子的元件端子中的确定的一个元件端子处。这总是尤其适用于霍尔传感器的某个操作时间点：在该操作时间点，经由某些传感器端子接触霍尔传感器。

在一个实施例中，霍尔传感器以如下方式实现：每个霍尔传感器元件的至多两个元件端子分别连接至传感器端子中的一个传感器端子。根据霍尔传感器包括的霍尔传感器元件的数量，这确保了在霍尔传感器元件与传感器端子之间不存在触点或者在元件端子与传感器端子之间正好存在一个触点或者在霍尔传感器元件的两个不同的元件端子与两个不同的传感器端子之间正好存在两个触点。特别是在更大数量的霍尔传感器元件的情况下，例如，内部传感器元件未连接至传感器端子，使得只有外部霍尔传感器元件接触传感器端子。根据不同的霍尔传感器元件的布置，例如，霍尔传感器元件的仅一个元件端子相应地连接至例如居中地位于外部面的传感器端子。在较小的布置中，分别位于两个传感器端子之间的角部或过渡区的霍尔传感器元件也可以连接至两个传感器端子。

在一些优选实施例中，所有霍尔传感器元件中的至少一个元件端子未连接至传感器端子，而仅连接至另一霍尔传感器元件特别是相邻的霍尔传感器元件的元件端子。因此，所有霍尔传感器元件中的未连接至传感器端子的至少一个元件端子连接至未连接至传感器端子的相邻的霍尔传感器元件的确定的一个元件端子。这使得可以实现霍尔传感器元件的改进的互连，引起霍尔传感器的残余偏置电压减小。

在不同的实施例中，例如，霍尔传感器元件布置在具有限定形状的表面区域内，使得两个霍尔传感器元件分别彼此并联布置和/或彼此偏移。例如，不同的霍尔传感器元件在表面区域中产生一致的图案。因此，为了获得相对于霍尔传感器的偏置电压或残余偏置电压的有利特性，将霍尔传感器元件以具有相同方向或某个相应转动的旋转方向的限定方式布置在表面区域中。例如，通过穿过元件的电流方向或者通过几何结构或通过半导体阱中的特定结构来限定霍尔传感器元件的方向。

例如，其中布置有霍尔传感器元件的表面区域的形状具有至少一种对称关系，例如，线对称或点对称。此外，例如，表面区域可以具有下列特别是对称形状之一：矩形、正方形、十字形、环形或甚至多边形如六边形或八边形的形状。为了尽可能节约地利用例如在半导体本体上限定的表面区域，使半导体元件的形状和尺寸适合于霍尔传感器的表面区域的形状。例如，将表面区域划分成区，其中分别布置有适合于其形状的一个霍尔传感器元件。

特别是在较大数量的霍尔传感器元件的情况下，突出表面区域的边缘的各个霍尔传感器元件宏观上认为也被表面区域包括。因此，在不同的实施例中，也可以放弃表面区域的严格对称。表面区域或表面区域划分成部分实质上限定了霍尔传感器元件的互连类型，使得在不同实施例中也可以将表面区域理解为电路表面区域并且霍尔传感器元件的实际位置不取决于表面区域的尺寸。

在不同的实施例中，连接至传感器端子的霍尔传感器元件分别布置为与表面区域的外边缘相邻。此外，在不同的实施例中，布置为与表面区域的外边缘不相邻的霍尔传感器元件优选的是其所有的元件端子分别连接至相邻的霍尔传感器元件的确定的一个元件端子。

因此，霍尔传感器的霍尔传感器元件形成单独利用每个霍尔传感器元件的性能并且在外部像单个更大的霍尔传感器一样连接的互连网格。布置成与表面区域的外边缘不相邻的霍尔传感器元件优选地是各个元件端子分别连接至相邻的霍尔传感器元件。因此，这样的霍尔传感器元件的每个元件端子连接至相邻的另一霍尔传感器元件。

各个霍尔传感器，特别是布置成与表面区域的边缘相邻的那些霍尔传感器可以从外部与霍尔传感器的传感器端子接触。在不同的实施例中，连接至传感器端子中的一个传感器端子的霍尔传感器元件的数量可以不同，其中，在每个传感器端子与至少一个霍尔传感器元件之间产生接触。

在不同的实施例中，传感器端子中的一个传感器端子与元件端子中一个元件端子之间的至少一个连接是例如硬连线连接或半导体本体中限定的耦接的形式的固定连接。因此，传感器端子中的每个传感器端子可以以固定的方式连接至一个、两个或更多个霍尔传感器元件。

还有可能，除了固定连接之外，传感器端子可以分别包括与至少一个其他霍尔传感器元件在其元件端子中的确定的一个元件端子处的至少一个可切换连接。这样的可切换连接优选地通过与也连接（即，不管这个连接是固定的还是可切换的）至这个传感器端子的霍尔传感器元件相邻布置的霍尔传感器元件来产生。

连接至传感器端子的霍尔传感器元件的数量越大，整个霍尔传感器的输入电阻值越小。因此，霍尔传感器的输入电阻值随着连接至相应的传感器端子的霍尔传感器元件的数量的减小而升高。可以在霍尔传感器工作期间使用霍尔传感器的这个性能，或者将霍尔传感器的这个性能适用于针对某应用的霍尔传感器的需求中。因此，可以设置具有限定的输入电阻值的霍尔传感器。还可以在工作期间借助于可切换连接来改变霍尔传感器的输入电阻值。例如，可以在利用霍尔传感器的布置中的空闲模式或待机模式下调节引起低电流并且因此低能量消耗的霍尔传感器的高电阻值端子配置。在这个空闲模式下，霍尔传感器的精确度是次要的，而优选地是满足有意义的测量需求。例如，在正常工作模式下需要高精度，使得在这种情况下操作具有低电阻值端子配置的霍尔传感器。例如，为此，将多个霍尔传感器元件借助于可切换连接连接至传感器端子。

共同形成霍尔传感器的霍尔传感器元件可以包括测量垂直于霍尔传感器的表面的磁场的横向霍尔传感器，或者包括测量平行于霍尔传感器的表面的磁场的竖向霍尔传感器。若干横向霍尔传感器元件的互连因此使得可以实现也测量垂直于霍尔传感器元件的表面的磁场的更大的横向霍尔传感器。如果霍尔传感器由多个竖向霍尔传感器元件组成，则实现了用于测量平行于霍尔传感器的表面的磁场的更大的竖向传感器。由于多个霍尔传感器元件，提高了用于横向霍尔传感器元件以及用于竖向霍尔传感器元件的霍尔传感器的精度和灵敏度，同时减小了偏置电压或残余偏置电压。

关于其技术或几何方向，各个霍尔传感器元件可以一致地互连或者关于彼此分别旋转。竖向霍尔传感器元件的技术方向尤其取决于为测量而接触的各个元件端子。

例如，在不同的实施例中，霍尔传感器具有相同的设计并且分别包括由第一对元件端子及至少一个第二对元件端子形成的至少四个元件端子。在至少一些霍尔传感器元件中，霍尔传感器元件的第一对元件端子中的第一元件端子连接至特别是相邻的另一霍尔传感器元件的第二对元件端子中的一个元件端子。此外，这个霍尔传感器元件的第二对元件端子中的第一元件端子连接至特别是相邻的又一霍尔传感器元件的第一对元件端子中的一个元件端子。在本实施例中，在使用竖向霍尔传感器元件以及在使用横向霍尔传感器元件时，实现了相对于霍尔传感器元件的方向旋转的霍尔传感器元件的互连，使得霍尔传感器元件中的不同的相反干扰效果相互补偿并且有助于残余偏置电压的减小。

在特征为具有相同设计的霍尔传感器元件的另一实施例中，就至少其中一些霍尔传感器元件来说，霍尔传感器元件的第一对元件端子中的第一元件端子连接至特别是相邻的另一霍尔传感器元件的第一对元件端子中的第二元件端子，并且这个霍尔传感器元件的第二对元件端子中的第一元件端子连接至特别是相邻的又一霍尔传感器元件的第二对元件端子中的第二元件端子。在这个实施例中，霍尔传感器元件优选地以相同的方式技术互连。因此，在霍尔传感器工作期间，特别是在使用竖向霍尔传感器元件时，实现了在所有的霍尔传感器元件中优选地引起相似的电流分布的相同的互连。然而，在使用横向霍尔传感器元件时，霍尔传感器元件可以另外地几何旋转，使得在各个霍尔传感器元件中实现不同的效果。

在不同的实施例中，所有的霍尔传感器元件相对于第一对元件端子和第二对元件端子的对齐具有相同的方向。例如，这个方向对应于所有霍尔传感器的一致互连或相同互连。

在其他的实施例中，至少一些霍尔传感器元件相对于第一对元件端子和第二对元件端子的对齐具有不同的方向。特别地，这导致了霍尔传感器中的各个霍尔传感器元件的旋转互连效果。

在旋转互连中，例如，各个霍尔传感器元件布置在霍尔传感器中并且连接至传感器端子，使得无论在霍尔传感器的工作期间哪对传感器端子接触都实现了霍尔传感器中相同的或几乎相同的电流分布。例如，这可以通过使用横向霍尔传感器元件的示例以下述方式来实现，即，以如下方向将霍尔传感器元件布置在霍尔传感器的假设正方形的表面区域中：霍尔传感器的90°的旋转相对于单独的霍尔传感器元件的旋转产生了相同或几乎相同的图像。例如，正方形表面区域的每个象限因此具有相同的设计，但是关于相邻的象限具有相应的90°的旋转。这样，可以实现具有高对称性并且因此精度改进的霍尔传感器。对称性由电路相关对称或者也可以由霍尔传感器的形状的几何对称产生。

在特征为具有相同设计的霍尔传感器元件的其他实施例中，霍尔传感器包括至少四个霍尔传感器元件，至少四个霍尔传感器元件分别包括第一元件端子、第二元件端子、第三元件端子和第四元件端子。在至少一个四个霍尔传感器元件的组中，在该组中的第一霍尔传感器元件的第一元件端子、该组中的第二霍尔传感器元件的第二元件端子、该组中的第三霍尔传感器元件的第三元件端子以及该组中的第四霍尔传感器元件的第四元件端子之间产生了公共连接。在至少一些组中，四个霍尔传感器元件的各自的不同的元件端子因此互连。例如，这样的互连在借助于霍尔传感器元件的角上的相应的接触互连横向霍尔传感器元件时产生。因此，该互连在使用竖向霍尔传感器元件时相应地实现。例如，一个组中的四个霍尔传感器元件相邻布置。

在至少一个四个霍尔传感器元件的组中，在修改的实施例中产生了该组的霍尔传感器元件的相应第一元件端子之间的公共连接。因此，在至少一些组中，四个霍尔传感器元件的相同的元件端子分别互连。例如，也相邻布置某个组中的四个霍尔传感器元件。在至少一个四个霍尔传感器元件的组中，在该组中的第一霍尔传感器元件的第一元件端子、该组中的第二霍尔传感器元件的第三元件端子、该组中的第三霍尔传感器元件的第一元件端子以及该组中的第四霍尔传感器元件的第三端子之间可选地产生了公共连接。因此，在至少一些组中，两个霍尔传感器元件的两个相同的元件端子连接至两个其他霍尔传感器元件的两个分别相同的元件端子。当使用横向霍尔传感器元件时，例如，横向霍尔传感器元件也可以关于彼此几何旋转。

在一个实施例中，霍尔传感器包括分别包括至少三个元件端子的至少四个霍尔传感器元件以及第一传感器端子、第二传感器端子、第三传感器端子和第四传感器端子，特别是正好四个传感器端子。两个相应的传感器端子分别形成第一对传感器端子和第二对传感器端子。在这种情况下，霍尔传感器元件特别是利用点对称以如下方式互连：该方式使得第一对传感器端子中的传感器端子之间的电性能与第二对传感器端子中的传感器端子之间的电性能相同。

例如，在相对于霍尔传感器中的电路形成的四个象限中获得了对称性，其中，除了霍尔传感器元件的几何旋转或者霍尔传感器元件的元件端子的电路相对旋转之外，每个象限具有相同的设计。在霍尔传感器元件的所谓的旋转期间，可以在经旋转的端子处实现与在旋转之前存在于其他端子处的电路设计相同的电路设计。

在另一个实施例中，霍尔传感器包括分别包括三个元件端子的至少三个霍尔传感器元件以及第一传感器端子、第二传感器端子和第三传感器端子，特别是正好三个传感器端子。传感器端子中的两个传感器端子的相应的组合形成第一对传感器端子、第二对传感器端子和第三对传感器端子。在这种情况下，特别是具有电路对称性的霍尔传感器元件以如下方式互连：第一对传感器端子、第二对传感器端子以及第三对传感器端子之间的电性能相同。

在不同的实施例中，每个霍尔传感器元件功能地包括正好一个霍尔传感器元件或者若干互连的霍尔传感器元件的组合。特别地，也可以以根据所描述的实施例中的一个实施例的霍尔传感器的形式实现霍尔传感器元件中的每个霍尔传感器元件。然而，也可以借助于若干单独的霍尔传感器元件之间的并联连接或不同连接来实现功能性霍尔传感器元件。此外，也可以使用根据所描述的实施例的若干霍尔传感器来实现其他的电路类型。也可以像操作传统霍尔传感器一样在任意的驱动变化或操作变化过程中操作根据所描述的实施例中的一个实施例的霍尔传感器。

可以使用初始描述的方法如旋转电流技术或配对来容易地操作不同的实施例中描述的霍尔传感器，这是因为不管霍尔传感器包括多少数量的霍尔传感器元件，霍尔传感器都可以像单个霍尔传感器一样起作用及进行接触。

特别是当使用竖向霍尔传感器元件时，为了获得具有高精度的霍尔传感器元件，竖向霍尔传感器元件可以以小尺寸并且，特别上小阱深来实现。这使得因此可以制造具有相对更高精度的更大的竖向霍尔传感器，但是却不需要大的阱深。这对于制造工艺也是有利的。

当需要使用两个竖向霍尔传感器测量彼此以某角度延伸利如彼此成直角并且平行于霍尔传感器的表面的磁场时，也可以同样使用参考上述实施例描述的将各个霍尔传感器元件互连的原理。在这种情况下，特别地，可以将竖向霍尔传感器元件布置在半导体本体的相同区域内，但是具有不同的几何方向，其中，部分霍尔传感器元件属于一个霍尔传感器，而其余霍尔传感器元件属于另一霍尔传感器。因此，可以以这种方法在半导体本体的同一区域上实现二维磁场的测量。

附图说明

下面参考附图更详细地描述本发明的若干示例性实施例。在这些附图中，使用相同的附图标记表示具有相同功能的元件或部件。不会参考下列附图中的每个附图对电路部件或器件重复进行与其功能对应的描述。

在这些附图中：

图1示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的实施例，

图2示出了霍尔传感器的实施例的示意图，

图3示出了霍尔传感器元件的实施例，

图4示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图5示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图6示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图7示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图8示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图9示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图10示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的其他实施例，

图11示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图12示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的实施例的不同的示意图，

图13示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图14示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的其他实施例，

图15示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图16示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图17示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图18示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的其他实施例，

图19示出了霍尔传感器的另一实施例的示意图，

图20示出了霍尔传感器元件的实施例的示意图，

图21示出了霍尔传感器元件的实施例的另一示意图，

图22示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图23示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图24示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图25示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例，

图26示出了霍尔传感器元件的实施例的另一示意图，以及

图27示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的实施例的布局的示例性示例。

具体实施方式

图1示出了具有若干霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器的不同的实施例，所述若干霍尔传感器元件互连并且以这种方式共同形成更大的霍尔传感器。图1A示出了具有横向霍尔传感器元件的实施例，而图1B中使用竖向霍尔传感器元件。在图1A和图1B中所例示的两个实施例中，霍尔传感器元件11、12、21、22分别包括四个元件端子或元件端子A、B、C、D，其中一些元件端子连接至相邻的霍尔传感器元件，并且其中一些元件端子连接至外部端子或传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D。在两个实施例中类似地实现了电路，以使得电路的以下描述能够应用于图1A和图1B。

在霍尔传感器中，霍尔传感器元件11、12的元件端子A共同连接至传感器端子EXT_A。同样地，元件11、21的元件端子B连接至传感器端子EXT_B，元件21、22的元件端子C连接至传感器端子EXT_C，以及元件12、22的元件端子D连接至传感器端子EXT_D。此外，元件11的端子D与元件12的端子B、元件11的端子C与元件21的端子A、元件21的端子D与元件22的端子B以及元件12的端子C与元件22的端子A彼此连接。

例如，霍尔传感器元件11、12、21、22布置在具有正方形形状或矩形形状的半导体本体的表面区域。图1A和图1B中象征地例示的实施例可以理解为半导体本体的表面区域或表面的俯视图。霍尔传感器元件也可以包括单独的离散元件。

在图1A和图1B所例示的实施例中，各个霍尔传感器元件11、12、21、22布置成具有相同的方向（特别是具有相同的几何方向）以及相同的电路相关方向，使得在霍尔传感器工作期间在单独的霍尔传感器元件中产生基本上相似的电流分布。例如，信号或信号流特别是在连接至传感器端子EXT_A的元件端子A与连接至传感器端子EXT_C的元件端子C之间以及在连接至传感器端子EXT_B的元件端子B与连接至传感器端子EXT_D的元件端子D之间产生。

在图2中示意性地示出了这个方向作为示例，其中，各个霍尔传感器元件11、12、21、22中的箭头的方向表示例如通过在霍尔传感器元件中的在元件端子A、C之间的电流方向所限定的示例性方向。

图3示出了示例性霍尔传感器元件及其工作期间的可能电流流动方向。在这种情况下，图3A示出了横向霍尔传感器元件的实施例，其中，在例如旋转电流技术的一个工作阶段中电流I1从元件端子A流动至元件端子C，而在另一工作阶段中电流I2从元件端子B流动至元件端子D。例如，元件端子A、B、C、D的触点分别居中地设置在示出的正方形横向霍尔传感器元件的侧面。这样的横向霍尔传感器元件使得可以测量垂直于所示出的元件的正方形表面的磁场。

图3B示出了竖向霍尔传感器元件的实施例，其中，例如，n型参杂势阱W设置在p型参杂半导体本体HL中。元件端子A、B、C、D的触点区域分别设置在半导体本体HL和势阱W的表面，其中，以双触点或对称触点的形式实现元件端子A的触点。

与图3A所示出的横向霍尔传感器元件相似，在第一工作阶段，在根据图3B的竖向霍尔传感器元件中产生了由电流箭头I1a、I1b标识的从元件端子C至元件端子A的触点的电流。在第二工作阶段，类似地产生从元件端子B至元件端子D的电流I2。图3B中例示的霍尔传感器元件使得可以测量平行于半导体本体HL和势阱W的表面的磁场。正在进行的测量特别涉及比方说垂直延伸进图3B中的示例的磁场。

竖向霍尔传感器元件的灵敏度和残余偏置不仅取决于外部触点之间的物理距离，还取决于势阱W的阱深。为了得到更大的竖向霍尔传感器，因此增加了传统霍尔传感器中的阱深。然而，大的阱深的实现受到工艺相关条件的限制，使得在传统霍尔传感器中不能实现任意尺寸。然而，具有受限制的阱深的若干较小的竖向霍尔传感器元件根据参考图1B描述的原理的互连使得可以实现相对于传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D像更大的霍尔传感器一样起作用的更大的霍尔传感器。霍尔传感器元件11、12、21、22的互连产生了具有改进的精度和灵敏度的更大的霍尔传感器。此外，霍尔传感器元件的互连使得可以减小特别是与具有较小尺寸的传统霍尔传感器有关的霍尔传感器的偏置电压或残余偏置电压。此外，这是在传感器端子的霍尔电压分配在各个霍尔传感器元件上的结果，并且因此减小了各个霍尔传感器元件中的电场。减小的电场相对于偏置电压产生了改进的性能。

从外部看，霍尔传感器可以像传统的霍尔传感器一样进行操作并且，特别是也可以与其他霍尔传感器互连。此外，可以使用传统技术例如旋转电流技术和配对来操作这样的霍尔传感器，以实现偏置电压或残余偏置电压的进一步的减小。

图4示出了基于参考图1和图2所描述的原理的霍尔传感器的另一实施例。在这种情况下，霍尔传感器具有二维的8×8网格的霍尔传感器元件，即，由标号11、12、……、88标识的总共64个霍尔传感器元件。霍尔传感器也包括分别连接至霍尔传感器元件中的两个霍尔传感器元件的四个传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D。具体地，传感器端子EXT_A连接至霍尔传感器元件14、15，传感器端子EXT_B连接至霍尔传感器元件41、51，传感器端子EXT_C连接至霍尔传感器元件84、85，传感器端子EXT_D连接至霍尔传感器元件48、58。例如，所有的霍尔传感器元件11、12、……、88具有相同的设计，并且还具有相同的方向，例如图2示出的方向。由于更大数量的霍尔传感器元件，所以可以附加地减小残余偏置电压。

根据图4的霍尔传感器中所使用的霍尔传感器元件可以例如也包括横向霍尔传感器元件或竖向霍尔传感器元件。

图5示出了具有以横向霍尔传感器元件形式实现的64个霍尔传感器元件的示例性实施例。与图1A所例示的实施例相似，所有的霍尔传感器元件在正方形基底的侧面上进行居中地接触并且不进行旋转。在附图中，这通过角度0（°）表示。例如，与根据图4的实施例相似，在具有元件14、15的行以及具有元件41、51的列中的霍尔传感器元件上分别实现与传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D的接触。

相比之下，图6示出了具有在正方形基底的角上接触的64个霍尔传感器元件的霍尔传感器。这个图示出了内部霍尔传感器元件在角上分别彼此连接，使得不同的霍尔传感器元件的四个不同的元件端子A、B、C、D分别互连。角上的接触产生了与参考图3A所描述的原理类似的对角地延伸穿过霍尔传感器元件的电流或信号流。在附图中，这通过角度45（°）表示。

可以例如在半导体本体上几乎不费力地实施图6所例示的霍尔传感器元件的接触。例如，可以在位于用于端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D的角处的霍尔传感器元件18、11、81、88的相应元件端子上实现与EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D的接触。可选地，与传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D的接触也可以根据图4例示的互连来实现，即，在具有元件14、15的行以及具有元件41、51的列中的相应霍尔传感器元件上实现。

虽然在霍尔传感器的上述实施例中的各个霍尔传感器元件分别具有相同的对齐或方向，然而图7示出了若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的其他实施例，所述霍尔传感器元件分别互连并布置成使得这些霍尔传感器元件的方向相对于彼此旋转。在这种情况下，图7A也示出了具有横向霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器的实施例，图7B示出了具有竖向霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器的实施例。

与图1A和图1B所例示的实施例相比，霍尔传感器元件12、21分别在图7A中几何旋转了90°，而在图7B中电旋转了90°，然而元件端子A、B、C、D与彼此以及与传感器端子的标称连接是相同的。对于横向霍尔传感器元件，各个元件的方向例如由所产生的不同的金属化层引起，使得它们相对于彼此旋转。然而，横向霍尔传感器元件也可以对称地构造，特别是相对于金属化层的旋转对称。由于其中一些霍尔传感器元件的旋转，在霍尔传感器工作期间产生了分别贡献一部分偏置电压的不同方向效果的补偿，从而减小了整体偏置。

横向霍尔传感器元件以各个霍尔传感器元件的实际几何旋转的形式相对于彼此旋转，然而这在具有根据图7B的竖向霍尔传感器元件的实施例中以半导体势阱W的经旋转的接触的形式来实现。例如，图7B中的霍尔传感器元件11、22不进行旋转并且其元件端子具有接触顺序A-B-C-D，然而元件12、21的90°旋转通过接触顺序B-C-D-A来实现，即，通过端子的旋转来实现。然而，关于偏置的减小，与图7A中相同的内部偏置补偿效果也可以使用竖向霍尔传感器元件或其形成的霍尔传感器来获得。

图8示意性例示了霍尔传感器元件的旋转或者部分旋转的布置的相应原理，其中，与图2类似，箭头的方向表示相应霍尔传感器元件的对应方向。

可以也将旋转的原理扩展至如图9中以示例性8×8网格的形式例示的更大数量的霍尔传感器元件。在这种情况下，也可以以横向霍尔传感器元件或竖向霍尔传感器元件的形式来实现各个霍尔传感器元件。各个霍尔传感器元件的相应方向可以任意地选择，特别是也根据应用来选择。在这方面，图9中所例示的方向的选择应当仅理解为示例。

例如，选择了各个元件的方向，使得形成了具有基本对称的结构的霍尔传感器。为此，对各个霍尔传感器元件进行布置或接触，使得从传感器端子来看在所有的合理的端子组合中存在相同的或类似的配置。

在示出的实施例中，霍尔传感器元件例示为正方形或矩形。然而，相对于霍尔传感器的包封（envelop），也可以以十字形或圆形或任何已知的形状例如桥形、三叶草形等来实现霍尔传感器元件。根据形状例如根据十字形霍尔传感器元件的这些面来发生元件端子的接触。在不同的实施例中，横向霍尔传感器元件的元件端子可以布置在例如圆形或椭圆形霍尔传感器元件的圆周的包封或圆周的任意点。在角霍尔传感器元件中，可以相应地将元件端子放置在霍尔传感器元件的可变宽度的横向面和/或角上。

图10示出了其中实现了这个原理的具有四个霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器的示例性实施例。在这种情况下，图10A和图10C示出了具有横向霍尔传感器元件的实施例，图10B和图10D示出了具有竖向霍尔传感器元件的实施例。

在根据图10A和图10C的实施例中，为了形成可用的各个元件端子A、B、C、D，类似于根据图6的实施例，在所限定的角上接触霍尔传感器元件。相邻的霍尔传感器元件布置成使得它们相对于彼此旋转90°。传感器端子EXT_A连接至元件12的元件端子A，传感器端子EXT_B连接至元件11的元件端子B，传感器端子EXT_C连接至元件21的元件端子C，传感器端子EXT_D连接至元件22的元件端子D。此外，所有这四个霍尔传感器元件在其元件端子中的一个元件端子处互连，即在元件21的端子A，元件22的端子B，元件12的端子C及元件11的端子D处互连。还以相同的方式提供与相邻布置的元件的相应连接。在这种情况下，元件12的端子B连接至元件11的端子A，元件11的端子C连接至元件21的端子B，元件21的端子D连接至元件22的端子C，元件22的端子A连接至元件12的端子D。使用相应的角度值45、135、225、315（以度为单位）来表示元件的旋转。在根据图10A和图10C的实施例中旋转方向是不同的。

由于所例示的和所描述的各个霍尔传感器元件的连接，所以实现了霍尔传感器的旋转对称或点对称的形式。除了上述偏置补偿效果，就不同的接触选择而言，对称也使得可以获得霍尔传感器的均衡的工作性能。

图10B和图10D示出了用于竖向霍尔传感器元件的可比较的互连原理。在这种情况下，通过旋转元件端子A、B、C、D的触点，因此产生了对应的角度0°、90°、180°及270°。在这种情况下，相应的霍尔传感器元件11具有端子顺序C-D-A-B，图10B中的霍尔传感器元件12和图10D中的霍尔传感器元件21分别具有元件顺序D-A-B-C，相应的元件22具有端子顺序A-B-C-D，图10B中的元件21和图10D中的元件12分别具有端子顺序B-C-D-A。名义上实现了与具有图10A和图10C所例示的横向霍尔传感器元件的实施例相同的各个元件端子的连接。因此，图10B和图10D中所例示的相应霍尔传感器也获得了关于对称、偏置减小及改进的工作性能的类似效果。根据图10B和图10D的实施例中的元件端子的旋转方向不同。

图11中示意性地例示了参考图10所描述的原理，其中，与图2和图8中相似，使用箭头表示霍尔传感器元件的相应方向。本图清楚地示出了任何90°的旋转相对于各个霍尔传感器元件的对齐及传感器端子的接触也产生了相同的图像。

图12示出了本原理的以具有64个霍尔传感器元件的8×8网格的形式的不同实施例。在这种情况下，使用箭头表示各个霍尔传感器元件的相应方向。

在图12A中，使用相同地对齐的霍尔传感器元件来实现每个象限。

在图12B所例示的实施例中，每个象限中设置有具有相同方向的霍尔传感器元件的L形布置，其中，每个L形包括相对于相邻的L形旋转了90°的元件。然而，再求助于任何90°的旋转来对称地实现了整个霍尔传感器。

图12C示出了具有分别相对彼此对称地旋转的象限的实施例，其中，每个霍尔传感器元件相对其相邻霍尔传感器元件旋转了90°。

由于霍尔传感器的对称设计，图10、图11及图12所例示的不同的实施例具有有效的偏置补偿和良好的工作性能。不应当将各个霍尔传感器元件的分别选择的方向理解为限制性的，因此所例示的的实施例仅作为其它可能的实施例的示例。

图13示出了霍尔传感器的另一示例性实施例，其中，分别包括三个元件端子A、B、C的三个霍尔传感器元件1、2、3以这样方式互连：相对于旋转对称实现相似或相同的电性能。为此，三个霍尔传感器元件1、2、3的元件端子A连接在一起。此外，相应的元件端子B连接至相邻的元件的元件端子C，使得例如元件1的元件端子B连接至元件2的元件端子C，元件2的元件端子B连接至元件3的元件端子C，以及元件3的元件端子B连接至元件1的元件端子C。传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C被分别设置在元件端子B、C之间的这些连接中的每个连接处。互连对应于在霍尔传感器元件之间的相应相对旋转120°。

例如，由于所例示的互连，端子EXT_A与EXT_B之间的电性能与端子EXT_B与EXT_C之间以及端子EXT_C与EXT_A之间的电性能相同或基本上相同。在这种情况下，假设，霍尔传感器元件1、2、3具有相同的性能。为了操作这些霍尔传感器，例如，分别使用两个传感器端子来为霍尔传感器供给BIAS电流，而第三传感器端子用于获取霍尔电压。除了所示出的竖向霍尔传感器元件，也可以使用相应旋转了的具有三个元件端子的横向霍尔传感器元件。

在霍尔传感器的上述示例性实施例中，各个霍尔传感器元件布置在半导体本体上的正方形或矩形表面区域中。虽然可以有利地实施这一形状，但是应当仅将这样的形状理解为具有相应互连的霍尔传感器元件的霍尔传感器的任意形状的示例。在其他实施例中，也可以选择任何其他形状用于在其上布置有霍尔传感器元件的表面区域。

图14示出了具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的其他实施例，其中，选择了十字形形状用于表面区域。在这种情况下，图14A示出了具有横向霍尔传感器元件的实施例，而图14B示出了具有竖向霍尔传感器元件的实施例。五个霍尔传感器元件12、21、22、23、32分别在这种情况下设置并且以这样的方式布置：霍尔传感器元件12、21、23、32围绕霍尔传感器元件22布置。传感器端子EXT_A连接至元件12的元件端子A，而传感器端子EXT_B连接至元件21的元件端子B，传感器端子EXT_C连接至元件32的元件端子C，以及传感器端子EXT_D连接至元件23的元件端子D。元件12、21、22、23、32布置成使得它们相对于彼此不进行旋转。因此，元件22的元件端子A连接至元件12的元件端子C，元件22的元件端子B连接至元件21的元件端子D，元件22的元件端子C连接至元件32的元件端子A，元件22的元件端子D连接至元件23的元件端子B。个别元件端子不接触，并且因此个别元件端子既不连接至其他元件端子也不连接至传感器端子。

在图14A和图14B中所例示的霍尔传感器的工作期间，施加于各个传感器端子EXT_A、EXT_C或EXT_B、EXT_D的电压被分布在位于传感器端子EXT_A与传感器端子EXT_C或传感器端子EXT_B与霍尔传感器端子EXT_D之间的霍尔传感器元件中，这又引起各个霍尔传感器元件中的E场的减小。以这种方式，残余偏置或残余偏置电压可以保持很小。

图15示出了根据图14A和图14B中的实施例的霍尔传感器元件的布置的示意图。类似于图2，通过相应的箭头表示霍尔传感器元件12、21、22、23、32的一致方向。

也可以任意增大十字形形状，使得得到的霍尔传感器包括更大数量的霍尔传感器元件。在根据图16的实施例中以示例性方式中示出这种情形。在这种情况下，霍尔传感器在分支的方向上分别包括八个霍尔传感器元件。十字的分支分别具有四个霍尔传感器元件的宽度。布置在分支的边缘的霍尔传感器元件连接至相应的传感器端子。例如，霍尔传感器元件13、14、15、16连接至传感器端子EXT_A，霍尔传感器元件31、41、51、61连接至传感器端子EXT_B，霍尔传感器元件83、84、85、86连接至传感器端子EXT_C，霍尔传感器元件38、48、58、68连接至传感器端子EXT_D。与前面的实施例类似，霍尔传感器的各个霍尔传感器元件以通过对应排列的箭头表示的不同方向来布置。

除了已经描述的低偏置电压或低残余偏置电压的性能之外，霍尔传感器的十字形形状的特征还在于，在工作期间在相邻的传感器端子之间产生了很低或可忽略的交叉电流。例如，在工作期间，在传感器端子EXT_A与传感器端子EXT_C之间以及在传感器端子EXT_B与传感器端子EXT_D之间分别需要电流，然而，例如在端子EXT_A与端子EXT_B之间不应当产生电流。由于在十字的空闲角（free corner）未设置霍尔传感器元件，即，例如，与图4相比，元件11、12、21、22缺失，在这些位置没有电流。此外，这改进了霍尔传感器的灵敏度。

图17也示出了与图4所例示的类似的具有8×8网格的正方形或矩形霍尔传感器。在图4中，每侧的两个居中的霍尔传感器元件分别连接至传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D中的一个传感器端子，而在根据图17的实施例中，连接的霍尔传感器元件的数量增加到四个。因此，传感器端子EXT_A连接至霍尔传感器元件13、14、15、16，传感器端子EXT_B连接至霍尔传感器元件31、41、51、61，传感器端子EXT_C连接至霍尔传感器元件83、84、85、86，传感器端子EXT_D连接至霍尔传感器元件38、48、58、68。

由于连接至传感器端子的霍尔传感器元件的数量更大，所以在霍尔传感器的工作期间，在相应的传感器端子之间获得了更低的输入电阻值。例如，这个输入电阻值对影响霍尔传感器精度的热噪声有影响。霍尔传感器的输入电阻值通常随着外部连接的霍尔传感器元件的数量的增加而降低。此外，霍尔传感器的精度随着输入电阻值的降低而提高。然而，更高的输入电阻值需要更高的操作电流，以便达到霍尔传感器的霍尔电压的期望数量级。这就是在霍尔传感器工作期间更低的输入电阻值通常引起增加的能量消耗的原因。因此，期望的输入电阻值或者期望的外部接触的霍尔传感器元件的数量的选择可以根据具体应用而不同。

图18示出了霍尔传感器的其他实施例，其中，所有霍尔传感器端子布置在互连的霍尔传感器元件11、……、94的一侧上。图18的示例分别仅示出了霍尔传感器元件的四行电路矩阵和五行电路矩阵作为示例，其中，例如，为了实现霍尔传感器的正方形电路矩阵，还可以选择更高的行数或者不同的行数。

在图18A中，设置了三个传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C，其中，传感器端子EXT_A连接至霍尔传感器元件21，传感器端子EXT_B连接至霍尔传感器元件51，传感器端子EXT_C连接至霍尔传感器元件81。在图18A中所例示的类型的霍尔传感器的工作期间，例如，通过将供给信号施加于其中两个传感器端子并且同时在第三传感器端子处相对于参考电势测量霍尔电压来进行了测量。

图18B示出了霍尔传感器的实施例，其中，根据上述示例性实施例设置了四个传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D。在这种情况下，传感器端子EXT_A连接至霍尔传感器元件21，传感器端子EXT_B连接至霍尔传感器元件41，传感器端子EXT_C连接至霍尔传感器元件61，并且传感器端子EXT_D连接至霍尔传感器元件81。

图18C示出了其中设置了五个传感器端子的霍尔传感器的另一实施例。与图3B中的竖向霍尔传感器元件的实施例类似，在这种情况下，以双传感器端子的形式实现了一个外部传感器端子EXT_A。因此，在本实施例中，传感器端子EXT_A连接至霍尔传感器元件11和91，传感器端子EXT_B连接至霍尔传感器元件31，传感器端子EXT_C连接至霍尔传感器元件51，传感器端子EXT_D连接至霍尔传感器元件71。

不管在根据图18的实施例中所使用的传感器端子的数量如何，都可以分别将霍尔传感器元件与例如四个或五个元件端子互连。在外部，即，在传感器端子，霍尔传感器根据所设置传感器端子的所选择数量来起作用。

图19示出了基于根据图4或图17的实施例的霍尔传感器的另一实施例。与图4相似，传感器端子EXT_A永久地连接至霍尔传感器元件14、15，传感器端子EXT_B永久地连接至霍尔传感器元件41、51，传感器端子EXT_C永久地连接至霍尔传感器元件84、85，传感器端子EXT_D永久地连接至霍尔传感器元件48、58。此外，在传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D与分别位于永久地连接的霍尔传感器元件的相邻位置的元件之间设置可切换的连接。因此，也就是经由可以借助于控制信号ACT触发的相应开关，传感器端子EXT_A以可切换的方式连接至霍尔传感器元件13、16，传感器端子EXT_B以可切换的方式连接至霍尔传感器元件31、61，传感器端子EXT_C以可切换的方式连接至霍尔传感器元件83、86，传感器端子EXT_D以可切换的方式连接至霍尔传感无38、68。

在这样的互连中，例如，霍尔传感器可以工作在两个工作模式，即空闲模式或待机模式和触发模式或正常模式。例如，在空闲模式中，期望霍尔传感器具有低的精度，这样借助于控制信号ACT控制的开关断开。这引起了霍尔传感器的更高输入电阻值，进而引起更低的电流及因此减少了能量消耗。然而，虽然具有更低的精度或灵敏度，霍尔传感器仍然是起作用的并且可以测量磁场信号。霍尔传感器因此工作在高电阻模式。

如果需要更高的精度，则可以通过用对应的控制信号ACT闭合开关来转变成触发模式。这使得霍尔传感器工作在低电阻模式。因此，可以利用处于触发模式的霍尔传感器进行更精确的或更灵敏的测量。例如，空闲模式与触发模式之间的转变可以使用外部控制或基于处于空闲模式的霍尔传感器的测量信号（例如，当霍尔传感器的测量期间超过了限制值时）来实现。

根据所使用的霍尔传感器元件的数量，在触发模式中，也可以将更大数量的其他的霍尔传感器元件连接至传感器端子。图19中选择正方形或矩形形状作为示例，但是在其他实施例中这个正方形或矩形形状也可以用不同的表面区域形状例如图16所示出的十字形形状来代替。

当选择要接触的霍尔传感器元件时，必须考虑到所连接的霍尔传感器元件会促进经过角部的在相邻的传感器端子之间的不期望的短路电流的产生。

通过选择所使用的霍尔传感器元件的不同形状或不同数量的元件端子，可以实现上述实施例的其他变形。目前为止所描述的实施例中，使用具有三个元件端子或四个元件端子的正方形或矩形横向霍尔传感器元件或者具有四个触点的对应竖向霍尔传感器元件。相对于竖向霍尔传感器元件，也可以使用具有五个触点的元件，其中如图3B所例示，元件端子A分成两个触点。还可以使用具有四个触点及两个外部短路触点的竖向霍尔传感器元件。

在图2、图4、图8、图9、图12、图17、图18及图19所例示的实施例的不同变形中，尤其在以横向霍尔传感器元件的形式实现霍尔传感器元件情况下，则可以在角落和/或横向面上实现霍尔传感器元件之间的接触。因此实现了例如根据图5和图6的互连。

作为示例，图20示出了也可以选择三角形形状用于单独的元件，尤其，横向霍尔传感器元件。本图示出了具有相应的元件端子A、B、C的两个三角形霍尔传感器元件1、2。也可以选择不同的形状来代替三角形形状，其中，霍尔传感器元件分别包括三个元件端子。在这种情况下，元件的元件端子A分别电连接至另一元件的元件端子C。具有以这种方式互连的三个对应元件端子A、B、C的两个三角形霍尔传感器元件1、2实际上像具有四个元件端子A、B、C、D的矩形或正方形横向霍尔传感器元件一样起作用，其中，这通过图20中的等号来表示。

也可以将图20的左半部分所例示出的两个霍尔传感器元件1、2的互连的概念转移至竖向霍尔传感器元件。作为示例，在图21中使用分别包括三个元件端子A、B、C的两个竖向霍尔传感器元件来示出这种情形。第一霍尔传感器元件1的元件端子A（1）、B（1）、C（1）因此与第二霍尔传感器元件2的元件端子A（2）、B（2）、C（2）互连，其中，具体地，在元件端子A（2）与C（1）之间以及在元件端子A（1）与C（2）之间分别产生了电接触。这实际上也对应于具有四个端子A-B-C-D或五个端子A-B-C-D-A或者具有外部短路电路E-A-B-C-D-E的四个端子的传统竖向霍尔传感器元件，其中，这也使用图21中的等号来表示。

图22示出了具有在这种情况下以三角形实现的若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的另一实施例。具体地，霍尔传感器包括八个霍尔传感器元件1、2、……、8，这八个霍尔传感器元件分别包括三个元件端子A、B、C。彼此直接相邻的各个霍尔传感器元件的元件端子彼此电连接。例如，元件1的元件端子A连接至元件2的元件端子C以及元件5的元件端子B。此外，元件2、3、4、5、6、7的居中布置的端子电接触。例如，霍尔传感器的传感器端子可以设置在所得到的正方形或矩形的角上。或者，传感器端子也可以居中地布置在正方形或矩形的侧面上。此外，居中地布置在侧面上的端子以及在角上布置的端子可以用作霍尔传感器的传感器端子，从而实现具有八个传感器端子的霍尔传感器。

图23示出了本实施例中的具有若干霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器的另一实施例，这些霍尔传感器元件分别包括八个元件端子A、B、C、D、E、F、G、H。霍尔传感器元件11、12、21、22中的每个霍尔传感器元件可以包括具有八个元件端子的完整的正方形或矩形横向霍尔传感器元件或者例如具有八个图22中所例示的类型的端子的霍尔传感器。彼此相邻布置的各个霍尔传感器元件的元件端子也彼此电连接。例如，元件11的相应元件端子H和G连接至元件12的相应元件端子B和C。此外，元件11的端子F连接至元件21的端子H，元件22的端子B以及元件12的端子D。其他连接可以根据图直接确定，并且为了避免重复在此不进行更详细的讨论。

根据图23得到的霍尔传感器可以也用作具有四个传感器端子的霍尔传感器，这四个传感器端子在例如在正方形形状或矩形形状的相应角上或在这个形状的横向中央接触。与图22中所例示的实施例类似，也可以实现具有在角上以及横向中央接触的八个传感器端子的霍尔传感器。

在图22和图23中，霍尔传感器的整个正方形或矩形表面区域填充有各个霍尔传感器元件。然而，霍尔传感器的正方形或矩形表面区域的某些区域也可以保持不被占用。图24示出了具有基本正方形或矩形形状并且包括只覆盖可用表面区域的一半的八个三角形霍尔传感器元件1、2、……、8的霍尔传感器的实施例。在这种情况下，霍尔传感器的每个象限中设置有分别由两个三角形霍尔传感器元件形成的菱形。如根据图22和图23的前述实施例，例如，各个霍尔传感器元件的接界或相邻的元件端子彼此电连接，使得元件2和5或者元件4和7的元件端子B彼此连接，或者端子A连接至分别相邻的霍尔传感器元件的端子C。

所示出的实施例产生了具有四个传感器端子的霍尔传感器，这四个传感器端子由元件1和3的元件端子B，元件3、4、7、8的外部元件端子A、C，元件6、8的元件端子B以及元件1、2、5、6的外部元件端子A、C形成。

实质上，这实际上与图25所示出的类型的具有四个矩形或正方形霍尔传感器元件11、12、21、22的霍尔传感器相对应。例如，霍尔传感器元件11由三角形元件1和2的组合形成，霍尔传感器元件21由元件3和4的组合形成等。关于电路，图25所例示的实施例因此可以追溯到根据图1实现的霍尔传感器的变形，其中，正方形或矩形霍尔传感器元件中的每个霍尔传感器元件包括根据图24例示的布置的两个三角形霍尔传感器元件。

虽然在图22至图25中作为示例例示了横向霍尔传感器元件，但是也可以在竖向霍尔传感器元件之间产生对应的互连。这也可以通过考虑图21中所例示的关系来实现。图22至图25中所例示的实施例表示霍尔传感器元件的网格形互连的示例。

图26示出了霍尔传感器的另一示例性实施例，其中，分别包括三个元件端子A、B、C的霍尔传感器元件1、2、3、4互连。在这种情况下，图26A示出了具有例如三角形形状的横向霍尔传感器元件的实施例，而图26B示出了具有竖向霍尔传感器元件的对应实施例。

在本实施例中，霍尔传感器元件1、2、3、4的各个元件端子A互连或彼此连接。在图26A中，例如，由于将矩形或正方形表面区域划分成四个三角形表面区域来实施了这个实施例。此外，霍尔传感器元件的元件端子B分别连接至相邻的霍尔传感器元件的元件端子C，其中，例如，这分别在图26A中以霍尔传感器元件与相对的元件端子B、C的相邻的布置的形式示出。元件端子B、C的公共连接点分别形成四个传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D中的一个传感器端子。互连对应于霍尔传感器元件之间的90°的相应相对旋转。

与图10至图13所例示的实施例相似，图26在所例示的霍尔传感器元件的互连产生了旋转对称的形式，使得例如传感器端子EXT_A与传感器端子EXT_C之间的电性能与传感器端子EXT_B与传感器端子EXT_D之间的电性能相同或基本上相同。也可以使用更大数量的霍尔传感器元件来实现图26中所例示的实施例。仅选择具有图26中所例示的四个霍尔传感器元件的变形以便提供更好的概述。

除了所示出的形状之外，也可以选择其他形状用于霍尔传感器的表面区域。此外，也可以将表面区域以不同的方式划分成各个霍尔传感器元件。例如，如果选择等边三角形用于划分横向霍尔传感器元件的表面区域，则可以将六个这样的三角形组合成具有六个传感器端子的霍尔传感器。例如，这样的具有六个触点的横向霍尔传感器也对应于具有六个触点的竖向霍尔传感器。以六个分别为等边三角形的形式的霍尔传感器元件的所公开组合使得可以将霍尔传感器的表面区域划分成具有若干六边形的蜂窝状结构。

在所例示的实施例中，霍尔传感器元件，尤其，横向霍尔传感器元件还例示为正方形、矩形或十字形。然而，也可以将霍尔传感器元件实现为多边形或圆形或任何已知的形状，例如桥形、三叶草形等。在这方面，因此应当仅将例示的实施例理解为不同可选变形的示例。

在霍尔传感器的上述实施例中，以永久连接的形式，例如，以直接电接触的形式，实现了各个霍尔传感器元件的元件端子之间的内部连接。然而，在其他的实施例中，可以以可切换的方式，例如借助于晶体管，来实现霍尔传感器元件的元件端子之间的内部链接。例如，可以因此调节两个或更多个不同的内部切换配置，其中，在每个经调节的切换配置中优选地实施上述示例性实施例中的一个实施例。因此可以切换霍尔传感器的工作性能。为此，例如，设置具有相应数量的晶体管的切换矩阵，以便将霍尔传感器从第一内部切换配置变换至第二内部切换配置。

在具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的上述实施例中的一些实施例中，各个霍尔传感器包括至少三个霍尔传感器元件。此外，每个霍尔传感器元件在三角形霍尔传感器元件的情况下包括三个元件端子以及在正方形或矩形霍尔传感器元件的情况下包括四个或更多个元件端子。也可以将使用的霍尔传感器元件的最少三个元件端子应用于竖向霍尔传感器元件。所描述的霍尔传感器的传感器端子分别连接至霍尔传感器元件中的至少一个霍尔传感器元件的其元件端子中的至少一个元件端子处。此外，在霍尔传感器元件中的至少两个霍尔传感器元件上或在所有的霍尔传感器元件上，未连接至传感器端子的至少一个元件端子连接至另一霍尔传感器元件（具体地，也未连接至传感器端子的相邻的霍尔传感器元件）的确定的一个元件端子。优选地，每个霍尔传感器元件的不多于两个的元件端子分别连接至传感器端子中的一个传感器端子。

在具有若干霍尔传感器元件的霍尔传感器的所有上述实施例中，相应霍尔传感器元件优选地以具有大于一维的结构的网格或者具有多于一行且多于一列的阵列分别进行互连。

作为示例，图27示出了根据上述原理互连的具有64×64网格的竖向霍尔传感器元件的霍尔传感器的布局。霍尔传感器包括四个传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D。图27进一步示出了网格的放大的细节，其中，更清晰地例示了各个竖向霍尔传感器元件。具体地，这个细节示出各个霍尔传感器元件实现有五个元件端子，例如如图3B中的示例性方式所例示的。

在示出的实施例中，测量了磁场，具体地，与半导体本体的表面平行的磁场，其中，所述磁场还垂直于霍尔传感器的矩形表面区域的长边延伸。

在其他实施例中，也可以以以下方式将分别包括若干竖向霍尔传感器元件的两个霍尔传感器组合：将一个霍尔传感器的霍尔传感器元件和另一霍尔传感器的霍尔传感器的元件布置在公共表面区域，其中，所述一个霍尔传感器的竖向霍尔传感器元件相对于所述另一霍尔传感器的竖向霍尔传感器元件旋转了某一角度，具体地，90°。因此，可以在半导体本体的空间相同的表面区域上平行于半导体本体的表面区域进行正交磁场分量的测量。

在上述实施例中，主要例示并且单独描述了可能的变形和修改。然而，可以对各个不同的变形和实施例进行任意组合。以这种方式，可以实现分别相对于偏置电压或残余偏置电压具有有利性能并且特征在于高精度或高灵敏度的磁场测量的霍尔传感器的多种实施例。

Claims (22)

1.一种霍尔传感器，所述霍尔传感器具有至少三个霍尔传感器元件（1，2，……，94）并且具有至少三个传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D），所述霍尔传感器元件特别是相同的霍尔传感器元件，所述霍尔传感器元件分别包括至少三个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）并且以具有大于一维的结构的电路网格进行互连，所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）用于接触所述霍尔传感器，其中，每个传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）连接至所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少一个霍尔传感器元件的元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）中的一个元件端子处。

2.根据权利要求1所述的霍尔传感器，

其中，在两个相应的传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）的每个可能的组合中，在这两个传感器端子之间形成有至少一个信号通路，并且其中，连接在所述信号通路中的霍尔传感器元件（1，2，……，94）的数量小于所述霍尔传感器的霍尔传感器元件（1，2，……，94）的总数。

3.根据权利要求1或2所述的霍尔传感器，

其中，每个霍尔传感器元件（1，2，……，94）的至少一个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）分别未连接至所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）中的一个传感器端子。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少两个霍尔传感器元件的未连接至传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）的至少一个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）连接至另一霍尔传感器元件（1，2，……，94）的元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）中的未连接至所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）中的一个传感器端子的确定的一个元件端子处。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）布置在限定的表面区域形状内。

6.根据权利要求5所述的霍尔传感器，

其中，所述表面区域形状具有至少一种对称关系以及下述形状中的一种形状：

-矩形

-正方形

-十字形

-圆形

-偶数多边形，特别是六边形或八边形。

7.根据权利要求5或6所述的霍尔传感器，

其中，连接至所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）的所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）分别布置成使得所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）与所述表面区域的外边缘接界。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的霍尔传感器，

其中，未布置成与所述表面区域的外边缘接界的所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所有元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）分别连接至相邻的霍尔传感器元件（1，2，……，94）的确定的一个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）。

9.根据权利要求8所述的霍尔传感器，

其中，未布置成与所述表面区域的外边缘接界的所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）的各个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）分别连接至不同的相邻霍尔传感器元件（1，2，……，94）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）中的一个传感器端子与所述元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）中的一个元件端子之间的至少一个连接分别包括永久连接。

11.根据权利要求10所述的霍尔传感器，

其中，除了所述永久连接之外，所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）分别包括与至少一个其他霍尔传感器元件（1，2，……，94）在其元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）中的一个元件端子处的至少一个可切换连接。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）具有相同的设计，并且分别包括至少四个元件端子（A，B，C，D），所述至少四个元件端子（A，B，C，D）形成有第一对元件端子（A，C）以及至少一个第二对元件端子（B，D），其中，在所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少一些霍尔传感器元件上，

-一个霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第一对元件端子中的第一元件端子连接至另一霍尔传感器元件（1，2，……，94），特别是相邻的另一霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第二对元件端子中的一个元件端子；并且

-这个霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第二对元件端子中的第一元件端子连接至又一霍尔传感器元件（1，2，……，94），特别是相邻的又一霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第一对元件端子中的一个元件端子。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）具有相同的设计，并且分别包括至少四个元件端子（A，B，C，D），所述至少四个元件端子（A，B，C，D）形成有第一对元件端子（A，C）以及至少一个第二对元件端子（B，D），其中，在所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少一些霍尔传感器元件上，

-一个霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第一对元件端子中的第一元件端子连接至另一霍尔传感器元件（1，2，……，94），特别是相邻的另一霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第一对元件端子中的第二元件端子；并且

-这个霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第二对元件端子中的第一元件端子连接至又一霍尔传感器元件（1，2，……，94），特别是相邻的又一霍尔传感器元件（1，2，……，94）的所述第二对元件端子中的第二元件端子。

14.根据权利要求13所述的霍尔传感器，

其中，所有的霍尔传感器元件（1，2，……，94）相对于所述第一对元件端子和所述第二对元件端子的对齐具有相同的方向。

15.根据权利要求13所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）中的至少一些霍尔传感器元件相对于所述第一对元件端子和所述第二对元件端子的对齐具有不同的方向。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）包括横向霍尔传感器元件。

17.根据权利要求1至13中任一项所述的霍尔传感器，

其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）包括竖向霍尔传感器元件。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的霍尔传感器，

所述霍尔传感器具有至少四个霍尔传感器元件（1，2，……，94），所述至少四个霍尔传感器元件（1，2，……，94）具有相同的设计并且分别包括第一元件端子、第二元件端子、第三元件端子和第四元件端子（A、B、C、D），其中，在至少一个四个所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）的组中，在所述组中的第一霍尔传感器元件的所述第一元件端子、所述组中的第二霍尔传感器元件的所述第二元件端子、所述组中的第三霍尔传感器元件的所述第三元件端子以及所述组中的第四霍尔传感器元件的所述第四元件端子之间形成有公共连接。

19.根据权利要求1至17所述的霍尔传感器，

所述霍尔传感器具有至少四个霍尔传感器元件（1，2，……，94），所述至少四个霍尔传感器元件（1，2，……，94）具有相同的设计并且分别包括第一元件端子、第二元件端子、第三元件端子和第四元件端子（A、B、C、D），其中，在至少一个四个所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）的组中，

-在所述组中的所述霍尔传感器元件的相应第一元件端子之间；或者

-在所述组中的第一霍尔传感器元件的所述第一元件端子、所述组中的第二霍尔传感器元件的所述第三元件端子、所述组中的第三霍尔传感器元件的所述第一元件端子以及所述组中的第四霍尔传感器元件的所述第三元件端子之间，

形成有公共连接。

20.根据权利要求1至17中任一项所述的霍尔传感器，

所述霍尔传感器具有分别包括至少三个元件端子（A，B，C，D，E，F，G，H）的至少四个霍尔传感器元件（1，2，……，94），并且具有第一传感器端子、第二传感器端子、第三传感器端子和第四传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D），其中，所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C，EXT_D）中的两个传感器端子分别形成第一对传感器端子和第二对传感器端子，其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）以所述第一对传感器端子中的传感器端子之间的电性能与所述第二对传感器端子中的传感器端子之间的电性能相同的方式，特别是利用点对称的方式互连。

21.根据权利要求1至17中任一项所述的霍尔传感器，

所述霍尔传感器具有分别包括三个元件端子（A、B、C）的至少三个霍尔传感器元件（1，2，……，94），并且具有第一传感器端子、第二传感器端子和第三传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C），其中，所述传感器端子（EXT_A，EXT_B，EXT_C）中的两个传感器端子的相应组合形成第一对传感器端子、第二对传感器端子和第三对传感器端子，其中，所述霍尔传感器元件（1，2，……，94）以所述第一对传感器端子中的所述传感器端子之间的电性能、所述第二对传感器端子中的所述传感器端子之间的电性能以及所述第三对传感器端子中的所述传感器端子之间的电性能相同的方式，特别是利用点对称的方式互连。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的霍尔传感器，

其中，每个霍尔传感器元件（1，2，……，94）包括正好一个霍尔传感器元件或者若干互连的霍尔传感器元件的组合。

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