CN104296650B - 分立磁角度传感器装置和磁角度传感器布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分立磁角度传感器装置和磁角度传感器布置。根据实施例的分立磁角度传感器装置包括第一磁场梯度计和第二磁场梯度计。所述第一磁场梯度计和所述第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型。实施例可以改进旋转角的确定的精确度。

Description

分立磁角度传感器装置和磁角度传感器布置
技术领域
实施例涉及分立磁角度传感器装置、磁角度传感器布置、用于生成角度信号的方法和用于提供传感器信号的方法，其可以例如用来例如在汽车应用的领域中确定第一部件相对于第二部件的旋转角。
背景技术
在许多应用中，第一部件相对于第二部件旋转或在枢轴上转动。示例例如来自汽车应用的领域，诸如转向角的确定。例如，可能可取的是，小汽车的控制单元通过测量转向柱的旋转角来确定转向角。常规地，磁体可以在磁化的情况下被安装在对应轴杆或轴线的末端上，使得沿着轴杆或轴线的旋转轴布置的磁场传感器能够响应于转向柱的旋转而检测磁场的改变。这样的布置也称为轴上角度传感器，因为磁场传感器是沿着轴线或轴杆的旋转轴被安装到末端，在所述末端上安装磁体。
然而，例如，由于安装空间约束或者确切地说是环境，这样的轴上角度传感器可能经常是不可实现的。在这样的情况下，可以使用具有贯穿轴磁体的离轴角度传感器。该布置可以称为离轴传感器，因为磁场传感器不沿着各自的轴线或轴杆的旋转轴放置。
由于磁体相对于磁场传感器的布置，传感器可能遭受非最佳磁场条件，其可能导致与更常规的设计相比的由磁体创建的磁场的角度的更高误差。
所以，存在改进例如磁场相对于参考方向的旋转角的确定的精确度的需求。当例如磁体在附接至轴线或轴杆的末端的离轴角度传感器布置中或在轴上布置中时，也可以存在类似的技术挑战和类似的需求。
发明内容
根据实施例的分立磁角度传感器装置包括第一磁场梯度计和第二磁场梯度计。第一和第二梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型。在被包含在分立磁角度传感器装置中的情况下，第一和第二磁场梯度计可以被容纳在传感器封装中。
根据实施例的分立磁角度传感器装置基于如下的发现：在分立磁角度传感器装置中使用至少两个不同类型的梯度计可以改进精确度以及因此减小角度确定相对于磁场的角度的误差。可选地，根据实施例的分立磁角度传感器装置可以进一步包括传感器电路，其被配置为基于第一磁场梯度计的第一梯度计信号并基于第二磁场梯度计的第二梯度计信号生成指示例如磁场的角度的旋转角的传感器信号。传感器信号因此可以被生成来针对背景磁干扰是稳健的。或者，换句话说，可以可选地配置传感器电路，使得传感器信号针对背景磁干扰是稳健的。这样的可选实施例可以基于如下的发现：角度传感器装置到系统或布置中的实现可以通过集成这样的传感器电路来简化。这可以使得能够在不必依赖来自外部源的梯度计信号的情况下确定磁场的角度。因此，该确定可以是更精确的。附加地或替换地，通过使用不同类型的两个梯度计，使磁场的角度的确定基于梯度计信号的两个不同的角度依存关系可以是可能的。此外，针对外部干扰磁场更稳健地确定角度也可以是可能的。
根据实施例的磁角度传感器布置包括至少一个分立磁角度传感器装置，分立磁角度传感器装置包括：第一磁场梯度计、第二磁场梯度计，其可以被容纳在封装中；以及传感器电路，其被配置为基于第一磁场梯度计的第一梯度计信号并基于第二磁场梯度计的第二梯度计信号生成指示旋转角的传感器信号，所述旋转角可以由磁场相对于参考方向或磁场源（例如，磁体或线圈）的角位置的角度给出。第一磁场梯度计和第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型。至少一个分立磁角度传感器装置相对于旋转轴固定地布置，在所述旋转轴周围，磁体可旋转地安装，使得至少一个分立磁角度传感器相对于旋转轴离轴布置。例如，旋转轴和其数学延长部分可以被定向成使得它不穿透或通过以下中的至少一个：一个或多个分立角度传感器、其传感器元件中的一个或多个、梯度计的有效位置或所使用的传感器元件的类似中心点。
根据实施例的磁角度传感器布置基于如下的发现：通过使用如前面描述的至少一个分立磁角度传感器装置，可以在至少一个分立磁角度传感器装置相对于旋转轴的离轴布置中改进角度的精确度。可选地，可以使用多个分立磁角度传感器装置，其可以最后例如通过针对在多个分立磁角度传感器装置之外的外部影响使该布置更稳健来进一步增加精确度。
根据实施例的用于生成角度信号的方法包括提供磁场。它进一步包括生成多个传感器信号，每一个传感器信号由各个分立磁角度传感器装置生成，传感器信号指示旋转角。各个分立磁角度传感器装置的传感器信号可以可选地本质上独立于同质外部磁扰动场。它们可以可选地在分立磁角度传感器装置的各自位置处进行测量。方法进一步包括基于多个传感器信号生成指示磁场的角度的角度信号。
根据实施例的用于生成角度信号的方法基于如下的发现：通过采用由各个分立磁角度传感器装置生成的多个传感器信号（传感器信号中的每一个传感器信号指示在分立磁角度传感器装置的位置处的旋转角），可以改进例如磁场的旋转角的精确度，所述磁场可以由磁体或线圈生成。换句话说，通过使用多个传感器信号，可以减少例如由未对准或精确度恶化效应引起的精确度。
根据实施例的用于提供传感器信号的方法包括使用第一梯度计生成第一梯度计信号。方法进一步包括使用第二梯度计生成第二梯度计信号。它进一步包括基于第一和第二梯度计信号生成指示旋转角的传感器信号，其中第一磁场梯度计和第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型，并且第一和第二梯度计被包含在分立磁角度传感器装置中。
根据实施例的用于提供传感器信号的方法基于如下的发现：可以通过使用不同类型的两个梯度计来改进旋转角的精确度，因为使磁场的角度的确定基于梯度计信号的两个不同的角度依存关系可以是可能的。此外，针对外部干扰磁场更稳健地确定角度也可以是可能的。增加总的灵敏度以及因此的待确定的磁场的角度的精确度也可以是可能的。
附图说明
本发明的若干实施例将在所附的图中进行描述。
图1示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置的示意图。
图2示出了根据实施例的用于提供传感器信号的方法的流程图。
图3示出了在离轴配置中的根据实施例的磁角度传感器布置的示意图。
图4示出了根据实施例的用于生成角度信号的方法的流程图。
图5示出了在离轴配置中的磁角度传感器布置的示意图表示。
图6示出了在离轴配置中的根据实施例的进一步的磁角度传感器布置的示意图表示。
图7示出了在离轴配置中的根据实施例的磁角度传感器布置的示意图表示。
图8示出了在离轴配置中的根据实施例的包括分立磁角度传感器装置的磁角度传感器布置的示意图表示。
图9示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置的示意平面图。
图10示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置的示意平面图。
图11示出了根据进一步的实施例的分立磁角度传感器装置100的示意平面图。
图12示出了沿着磁体的旋转角的两个磁场分量的图解。
图13示出了在沿着旋转轴的不同位置处的图12的沿着磁体的旋转角的两个磁场分量的图解。
图14图示了作为距磁体的中平面的距离的函数的不同的磁场分量的幅度。
图15示出了作为距中平面的距离的函数的针对三个不同的磁场分量在1.5mm的距离处取得的场差值或梯度的幅度的图解。
图16示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置的示意图。
图17示出了在离轴配置中的根据实施例的磁角度传感器布置的半透明透视图。
图18示出了图17所示的磁角度传感器布置的透视图。
图19示出了根据实施例移除的在从两个分立磁角度传感器装置移除塑封材料的情况下的图18的透视图的特写镜头。
图20示出了图19所示的布置的侧视图。
图21示出了作为距中平面的距离的函数的磁体的磁场分量的幅度的图解。
图22示出了根据实施例的进一步的分立磁角度传感器装置的示意图。
图23示出了作为距磁体M1的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图24示出了作为距磁体M2的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图25示出了作为距磁体M3的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图26示出了在离轴配置中的根据实施例的磁角度传感器布置的半透明透视图。
图27示出了图26的扩大的部分。
图28示出了图27所示的部分的透视图。
图29示出了图27和28的磁角度传感器布置的分立磁角度传感器装置的衬底的布置。
图30示出了图26至29所示的根据实施例的磁角度传感器布置的分立磁角度传感器装置的衬底的扩大的透视图。
图31示出了作为距磁体M1的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图32示出了作为距磁体M2的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图33示出了作为距磁体M3的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图34示出了在离轴配置中的包括八个分立磁角度传感器装置的根据实施例的磁角度传感器布置的透视图。
图35示出了在从两个分立磁角度传感器装置移除塑封材料的情况下的图34的磁角度传感器布置的扩大的透视图。
图36示出了在离轴配置中的包括两个分立磁角度传感器装置的根据实施例的磁角度传感器布置的半透明透视图。
图37示出了图36的磁角度传感器布置的立体透视图。
图38示出了在从分立磁角度传感器装置移除塑封材料的情况下的如图36和37所示的磁角度传感器布置的扩大的视图。
图39示出了作为距磁体M1的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图40示出了作为距磁体M2的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图41示出了作为距磁体M3的中心平面的距离的函数的不同梯度的图解。
图42示出了图示了在4.5mm的径向距离处作为沿着z方向的距离的函数的幅度的图解。
图43示出了图示了在8mm的径向距离处作为沿着z方向的距离的函数的幅度的图解。
图44示出了针对4.5mm的径向距离作为z方向的函数的梯度计输出的幅度的图解。
图45示出了针对8mm的径向距离作为z方向的函数的梯度计输出的幅度的图解。
图46示出了作为沿着z轴的距离的函数的在6mm和4.5mm的径向距离处作为差值取得的沿着径向方向的梯度计输出的幅度的图解。
图47示出了作为沿着z轴的距离的函数的在8mm和6.5mm的径向距离处作为差值取得的沿着径向方向的梯度计输出的幅度的图解。
图48示出了在离轴配置中的根据实施例的包括三个SMD类型的分立磁角度传感器装置的进一步的磁角度传感器布置的透明的透视图。
图49示出了图48的磁角度传感器布置的立体透视图。
图50示出了没有磁体的图48和49的磁角度传感器布置的透视图。
图51a示出了在从分立磁角度传感器装置移除塑封材料的情况下的图48至50所示的磁角度传感器布置的扩大的透视图。
图51b示出了图48至50和图51a所示的磁角度传感器布置的侧视图。
图52示出了径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的径向方向的梯度的图解。
图53示出了径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的切向方向的梯度的图解。
图54示出了径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的轴向方向的梯度的图解。
图55示出了在磁体的孔中径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的径向方向的梯度的图解。
图56示出了在磁体的孔中径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的切向方向的梯度的图解。
图57示出了针对磁体的孔的、径向、切向和轴向磁场分量相对于磁体M3的轴向方向的梯度的图解。
图58示出了基于FEM仿真的作为距磁体的中平面的距离的函数的磁场的径向、切向和轴向分量。
图59示出了FEM仿真的进一步的结果。
图60示出了包括两个梯度计的衬底的平面图，所述两个梯度计是在离轴配置中的根据实施例的分立磁角度传感器装置的一部分。
图61示出了包括两个梯度计的衬底的平面图，所述两个梯度计是在离轴配置中的根据实施例的分立磁角度传感器装置的一部分。
图62a示出了包括两个梯度计的衬底的平面图，所述两个梯度计是在离轴配置中的根据实施例的分立磁角度传感器装置的一部分。
图62b示出了包括两个梯度计的衬底的平面图，所述两个梯度计是在离轴配置中的根据实施例的分立磁角度传感器装置的一部分。
图62c示出了包括两个梯度计的衬底的平面图，所述两个梯度计是在离轴配置中的根据实施例的分立磁角度传感器装置的一部分。
图63示出了轴线、在直径上磁化的磁体和圆盘的透视的局部剖视图。
图64示出了包括含铁圆盘的在离轴配置中的根据实施例的磁角度传感器布置的透视图。
图65示出了图64的磁角度传感器布置的进一步的透视图。
图66示出了图64和65所示的磁角度传感器布置的透视的局部剖视图。
图67示出了图64至65所示的磁角度传感器布置的侧面局部剖视图。
图68示出了根据实施例的用于磁角度传感器布置的磁体的透视的局部剖视图。
图69示出了多部分磁体的透视图。
图70示出了作为磁体的旋转角的函数的图69所示的磁体的中平面中的沿着x方向和y方向的磁场分量的图解。
具体实施方式
在下文中，根据本发明的实施例将进行更详细地描述。在该上下文中，总结参考符号将用来同时地描述若干对象，或者用来描述这些对象的共同的特征、尺寸、特性等等。总结参考符号基于它们的各个参考符号。此外，在若干实施例或若干图中出现的对象（但其在它们的功能或结构性特征中的至少一些方面完全相同或至少类似）将用相同或类似的参考符号进行表示。为了避免不必要的重复，指代这样的对象的描述的一部分也涉及不同实施例或不同图的对应的对象，除非明确地或者考虑说明书和图的上下文隐含地另有说明。所以，类似或相关的对象可以用至少一些完全相同或类似的特征、尺寸和特性实现，但也可以用不同的性质实现。
图1示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置100的示意图。分立磁角度传感器装置100包括第一磁场梯度计110-1，其对于磁场的第一磁场分量120-1的梯度敏感。它进一步包括第二磁场梯度计110-2，其对于第二磁场分量120-2的梯度敏感，所述第二磁场分量120-2不同于第一磁场分量120-1。第一和第二磁场分量120-1、120-2在图1中分别由指示第一和第二方向的箭头图示，沿着所述第一和第二方向取得磁场分量120。因为磁场分量120是不同的，所以对应方向和因此的对应误差也是不平行对准的，或者换句话说是非共线的。因此，分立磁角度传感器100可以称为两维梯度传感器或传感器装置100。
换句话说，两个梯度计110具有一组梯度计类型中的不同类型。该组梯度计类型包括一阶的梯度计、二阶的梯度计和n阶的梯度计，其中n是大于2的整数，每一个梯度计至少对于磁场的第一磁场分量的梯度或对于不同于第一磁场分量的磁场的第二磁场分量的梯度敏感，梯度计进一步包括一组传感器类型的至少一个传感器元件，其中该组传感器类型包括垂直霍尔传感器、水平霍尔传感器、巨磁阻抗装置和磁阻传感器元件。换句话说，特定类型的梯度计至少由梯度计的阶数、梯度计对其于敏感的至少一个磁场分量以及它包括的传感器元件180的类型来限定。例如，当梯度计110对两个不同的磁场分量120响应时，，两个梯度计110可以具有不同的类型两个梯度计110，具有不同的阶数或者包括不同类型的传感器元件（例如，霍尔传感器元件和各向异性磁阻传感器元件（AMR））。
如下面将更详细地展示的，矢量的分量通过对应矢量与单位矢量或沿着分量的对应方向的长度为1的方向矢量的直接乘积来给出。一阶的梯度计110可以检测在两个不同位置处的（物理）量的差值。当这两个不同位置被充分地足够接近于彼此设置时，一阶的梯度计110的梯度计信号对应于沿着在两个位置之间的两个不同位置的方向的该量的斜率。它可以等于在两个位置之间的中间点（例如，中心）处的斜率乘以在两个位置之间的距离的值。中间点可以称为例如梯度计110本质上基于梯度计的阶数测量该量的斜率或高阶导数的地点。
因此，二阶的梯度计110的梯度计信号指示一阶的梯度计110的两个梯度计信号的差值，其再一次在两个梯度计110的中间点之间的位置处取得。因此，二阶的梯度计的梯度计信号可以指示沿着对应的梯度计方向150的该物理量的二阶导数。该系统针对（例如n阶的）高阶的梯度计110继续，其中n是大于2的整数。
自然地，物理量可以是磁场的分量、参考参考方向的磁场的角度或鉴于参考方向的磁场到平面上的投影角度。换句话说，角度可以指示磁体、线圈的或者按更一般方面是包括例如线圈和/或磁体的磁源的角位置。
分立磁角度传感器100可以可选地包括衬底130，所述衬底130包括在其上可以形成第一和第二场梯度计110-1、110-2的主表面140。然而，替换地或附加地，第一和第二场梯度计110-1、110-2也可以被形成在衬底130内。因而，使用薄膜处理步骤（诸如沉积金属、半导体或绝缘材料的层，对其进行图案化，对图案结构进行研磨，掺杂或其它工艺步骤）制造根据实施例的分立磁角度传感器装置100可以是可能的。附加地或替换地，可以分别由平行于衬底130的主表面140布置的第一和第二磁场梯度计110-1、110-2沿着第一和第二梯度计方向150-1、150-2取得第一和第二磁场分量120-1、120-2的梯度。第一和第二磁场梯度计110-1、110-2的梯度计方向150-1、150-2可以例如分别与磁场梯度计110-1、110-2的延长部分一致。
衬底130可以包括板形状，所述板形状包括与主表面140垂直的厚度，所述主表面140小于平行于主表面140的衬底130上的延长部分。衬底130可以例如是半导体衬底。例如，衬底可以是硅衬底（Si）或绝缘体上硅衬底（SOI）。然而，根据想到的应用使用绝缘的衬底也可以是可能的。
如前面描述的，实施例涉及分立磁角度传感器装置100。作为分立装置，分立磁角度传感器装置100可以被实现为电气或电子系统，其被布置在封装中。例如，衬底130（其在实施例中可以被称为管芯或芯片）可以是PEL塑料密封的，仅举密封材料的一个示例。换句话说，分立磁角度传感器装置100形成单个单元，其可以容易地被处理并被集成到更复杂的电子电路中或被安装到印刷电路板或另一个载体上。通常，根据实施例的分立磁角度传感器装置100的尺寸最大50mm、最大30mm或者最大20mm，例如4mm。自然地，分立磁角度传感器装置100可以包括多于一个的衬底130。换句话说，它可以被实现为包括容纳在相同的封装中的两个或更多的芯片衬底130的多芯片模块。两个或更多的衬底可以相对于彼此平行地或正交地进行布置。例如，一个或多个衬底130可以被布置在垂直位置中，同时另一个衬底130可以水平地进行布置。例如，当根据实施例的分立磁角度传感器装置100可以用作蜂窝电话中的罗盘传感器时可以使用这样的布置。将理解的是，在实施例中，诸如本文中描述的分立磁角度传感器装置的分立装置可以已经实现了例如用来提供用于传感器装置的补偿、自校准、信号处理的逻辑电路。这些功能可以在与感测元件相同的芯片衬底上，或者在容纳在相同的模块封装内的不同的衬底上。
分立传感器装置例如可以被包含在单个衬底内或形成在单个衬底上。它也可以分布在若干衬底之上，其中所述衬底被布置或被包含在单个封装中。例如，可以在单个工艺序列（诸如用来制造分立传感器装置100的半导体晶片工艺）中制造传感器的全部部分。有时，可以在通常的微电子晶片制造工艺之后制造传感器的部分。例如，在已经制造了最后的互连层之后，可以将磁通量集中器粘合到晶片的顶部，或者可以将磁电阻器溅射在晶片的顶部上。为了不污染晶片加工，这些部分可以在普通的晶片工艺之后立即完成，然而这些处理步骤仍可以与晶片制造紧密地联系，特别是如果之后施加保护电路和传感器元件的最终钝化层。分立传感器100的另一个可能的特征可以是它在它与最终角度传感器系统中的可旋转磁体装配在一起之前已经经历磁测试。如果已经执行了这样的测试，则通过该测试的各个部分可以称为分立传感器。例如，测试可以包括允许验证分立传感器装置是否工作和它们的性能是否在它们的预期的界限内的简化的测试过程。换句话说，测试可以用来看出附加的校准是否可以是不必要的、可取的或者可能甚至必要的。然而，可能令人感兴趣的是，试图避免附加的校准，以避免实现用来存储校准数据的附加的存储器或其它存储单元。例如，这可以通过使用具有在指定的专用裕度内的类似的性质和/或特性的分立传感器装置的集合来避免。例如，分立传感器装置可以耦合至相同的电源和/或在相同的工艺步骤期间制造。
换句话说，根据实施例的分立磁角度传感器装置100可以被实现为包含在传感器封装内的角度传感器，所述传感器封装包括对两个不同的磁场方向敏感的两个磁场梯度计。角度确定的精确度可以通过更完美地使第一和第二梯度计110-1、110-2对准来改进。这可以通过例如在同时制造梯度计110-1、110-2时在相同的衬底130上实现梯度计110-1、110-2来成本效率高且精确地可达到。例如，传感器元件可以被放置在例如10µm或更好的预先限定的精确度内。附加地或替换地，它们可以被放置在单个封装内。
梯度计，或者更确切地说，第一梯度计方向150-1和第二梯度计方向150-2可以可选地平行于在衬底130上的主表面140或芯片表面进行布置。其也可以应用于磁场分量120-1、120-2或它们的对应第一和第二方向。然而，在图1所示的实施例中，第一磁场分量120-1及其第一方向与衬底130的主表面140垂直，同时第二磁场分量120-2及其第二方向被定向为平行于主表面140。因而，在图1所示的实施例中，第一磁场分量120-1与第二磁场分量120-2垂直。例如当磁场分量120中的一个磁场分量不被定向为与主表面140垂直，或者甚至被定向为平行于主表面140时，这也可以被实现。通过因此配置磁场梯度110，与在不同的配置中相比更精确地确定磁场的角度可以是可能的。
磁场可以被分裂在三个正交分量中，例如在沿着正交笛卡儿坐标系统的x方向、y方向和z方向的正交分量Bx、By和Bz中，或者例如沿着沿圆柱坐标系统的正交方向的径向分量BR、切向分量Bpsi和z分量Bz。在数学上，分量可以通过确定指示磁场的矢量与沿着对应方向的单位矢量的直接乘积来导出。
此外，例如，可以通过相对于x对依存关系求微分（例如，dBx/dx和dBpsi/dx）来获得沿着x方向的梯度。从更一般的方面来说，沿着方向{nx, ny, nz}的（物理）量T的梯度通过T的梯度 （即，grad(T) = )={dT/dx,dT/dy,dT/dz}）与方向矢量{nx, ny, nz}的内积或直接乘积（即，nx*dT/dx + ny*dT/dy + nz*dT/dz）来给出，其中方向矢量{nx, ny, nz}被归一化以具有长度1。梯度可以通过差值来近似。例如，沿着x方向的grad（T）可以由dT/dx =(T(x+dx) – T(x))/dx近似。因而，通过对在彼此分开特定距离的两个位置处的对应量的值进行检测或测量并通过用该距离除两个测量的值的差值来确定或近似沿着某一方向的梯度可以是可能的。
在磁场分量方面，也可以基于麦克斯韦（Maxwell）方程式确定梯度。例如，基于用于磁学的高斯定律（没有磁单极子） dBx/dx + dBy/dy + dBz/dz = 0，通过在主表面140平行于x-y平面布置的情况下测量沿着衬底130的磁场梯度dBx/dx和dBy/dy，可以计算梯度dBz/dz。所以，测量与衬底130的主表面140垂直的梯度可以是可能的。
基于进一步的麦克斯韦方程式，例如，安培环路定律（B磁场（magnetic B-field）是没有旋度的）可以允许基于方程式dBx/dz = dBz/dx和dBy/dz = dBz/dy来确定与衬底130垂直（沿着z方向）的梯度Bx和By。因而，装置或系统可以能够基于两个或更多的传感器元件180的更复杂的布置来确定沿着特定方向的梯度。
可选地，根据实施例的分立磁角度传感器装置100可以进一步包括传感器电路，所述传感器电路可以例如在磁角度传感器装置100的管芯之中或之上形成，并且被配置为基于第一磁场梯度计110-1的第一梯度计信号GS1并基于第二磁场梯度计110-2的第二梯度计信号GS2生成指示磁场的角度的传感器信号SS。为了促进此，第一梯度计110-1可以被配置为确定沿着第一方向的磁场的第一磁场分量的梯度，并且因此生成指示梯度的第一梯度计信号GS1。类似地，第二梯度计110-2也可以被配置为确定沿着第二方向的磁场的第二磁场分量120-2的梯度并且生成指示该梯度的第二梯度计信号GS2。为了能够接收第一和第二梯度计信号GS1、GS2，传感器电路170可以分别电耦合至第一和第二磁场梯度计110-1、110-2。电耦合可以通过将各自的部件彼此直接连接或者通过将各自的部件彼此间接耦合（例如，通过在一个或多个进一步的部件、电气元件或电路之间进行连接）来促进。
如下面将更详细地展示的，通过实现传感器电路170，分立磁角度传感器装置100可以能够更精确地提供指示旋转角、磁场的角度、和/或磁场源（例如，包括磁体和/或线圈）的角位置的传感器信号SS，因为通过将第一和第二磁场梯度计110-1、110-2集成到分立磁角度传感器装置100中，角度的估计可以由传感器电路170执行。换句话说，各自的梯度计信号GS1、GS2的处理可以在分立磁角度传感器装置100内执行，从而使包括这样的分立磁角度传感器装置100的布置针对梯度计110的磁灵敏度的失配、未对准和其它安装容差（仅举几例）更稳健。由于使用了磁场梯度计110，分立磁角度传感器装置100提供针对同质干扰磁场稳健的或独立于同质干扰磁场的输出信号（传感器信号SS）。
传感器电路170可以在这样的情况下可选地被配置为基于第一和第二梯度计信号GS1、GS2的组合生成传感器信号SS，使得第一和第二梯度计信号GS1、GS2的共同的依存关系被抵销，诸如共同的增益系数（仅举一例）。这样的共同的系数或者按更一般的方面为共同的依存关系例如可以是磁场梯度计110的不同的磁灵敏度的结果，如果不考虑这些不同的磁灵敏度，其可能创建角度误差。然而，通过实现传感器电路170，使得这样的共同的依存关系被考虑，在不同的分立磁角度传感器装置100中的不同的磁灵敏度可能不导致在系统或布置中的附加的角度误差，所述系统或布置包括多于一个的分立磁角度传感器装置100。
换句话说，通过实现传感器电路170，可以基于不同的磁灵敏度的梯度计信号GS1、GS2在分立磁角度传感器装置100的内部进行处理。换句话说，在分立磁角度传感器装置100的校准处理期间可以照料这些灵敏度，当与其中信号的处理不在分立装置100的内部执行的实现相比时，其可以在装置特定的基础上而非在全系统或全布置校准的基础上执行。
先前提到的第一和第二梯度计信号GS1、GS2的组合可以基于在第一和第二梯度计信号GS1、GS2中包含的信息的商的反正切确定。这样的反正切确定例如可以基于查找表、CORDIC算法（CORDIC=坐标旋转数字计算机）或类似的实现来实现。
第一和第二梯度计信号GS1、GS2可以例如包括分别对磁体的旋转位置或对在与旋转轴同心的圆柱参考系中的方位角坐标或对磁场的角度的正弦依存关系或类正弦依存关系和余弦依存关系或类余弦依存关系。自然地，反之其也可以适用。在物理量上的类正弦或类余弦依存关系是分别具有类似的正弦或余弦依存关系的性质的依存关系。然而，例如，可以在最大值（幅度）、零交叉等等方面相对于彼此和/或相对于理想的正弦或余弦依存关系从理想的正弦或余弦依存关系出现偏差。根据傅里叶级数展开，类正弦或类余弦依存关系可以称为若干正弦曲线项的和，其中基频周期分别是基础正弦或余弦，并且所有高次谐波是根据该正弦的偏差。这些高次谐波可以具有比基频项小的幅度（通常十分之一），并且可以针对基频项进行相位偏移。
换句话说，分立磁角度传感器装置100被配置为基于第一磁场分量120-1相对于第一梯度计方向150-1的梯度生成传感器信号SS。此外，分立磁角度传感器装置100也可以被配置为基于第二磁场分量120-2相对于第二梯度计方向150-2的梯度生成传感器信号SS。然而，在不同的实施例中，第二梯度计方向150-2可以与第一梯度计方向150-1平行或一致。在这样的情况下，分立磁角度传感器装置100可以被配置为基于第二磁场分量120-2相对于第一梯度计方向150-1的梯度生成传感器信号SS。换句话说，根据分立磁角度传感器装置100的具体实现，梯度计方向150-1、150-2可以是完全相同的、平行的或非共线的。
梯度计方向150可以相对于各自磁场梯度计110对其敏感的对应磁场分量120的方向平行或非共线。换句话说，如图1所示，各自梯度计方向150可以与磁场梯度110的磁场分量120非共线。甚至更确切地说，可选地，磁场分量120与对应的各自磁场梯度计110的梯度计方向150可以是垂直的。然而，在分立磁角度传感器装置100的不同实施例中，梯度计方向150可以平行于一个或多个磁场梯度计110的磁场分量120的方向，或者与其完全相同。
基本上，磁场梯度计110-1、110-2可以独立于实现为任意阶的梯度计的彼此。例如，一阶梯度计能够提供关于沿着各自梯度计方向150的物理量的斜率的信息。一阶梯度计因此通常包括至少两个传感器元件，其能够在两个不同的位置处检测各自的物理量。比较起来，二阶梯度计也能够提供关于沿着各自梯度计方向的曲率的信息。这样的梯度计通常包括在三个不同的位置处的至少三个对应传感器元件。高阶梯度计可以包括附加的传感器元件，并且因而可以能够提供关于各自物理量的空间依存关系的附加的信息。例如，N阶梯度计通常可以包括至少（N+1）个传感器元件。
虽然分立磁角度传感器装置100的实施例可以利用任何阶的彼此独立的梯度计，但是通过将第一磁场梯度计110-1和第二磁场梯度计110-2中的至少一个实现为一阶梯度计，各自梯度计信号GS1、GS2的实现复杂度和估计分别在没有显著地牺牲在确定角度中的可达到的精确度的情况下可以被简化。例如，第一和第二磁场梯度计110-1、110-2都可以被实现为一阶梯度计。
自然地，分立磁角度传感器装置100可以包括包含在第一和/或第二梯度计110-1、110-2中的或与其相关联的进一步的磁场传感器元件。它也可以包括一个或多个附加的梯度计110。当然，第一和第二梯度计110-1、110-2的角色在其它实施例中可以被交换。
然而，根据实施例的其它分立磁角度传感器装置100可以包括正好两个梯度计110，或者更确切地说，第一磁场梯度计110-1和第二磁场梯度计110-2。然而，这些梯度计可以被实现为一阶梯度计，或者全部或部分地被实现为高阶梯度计。
可选地，在根据实施例的分立磁角度传感器装置100中，第一磁场梯度计110-1可以包括第一磁传感器元件180-1和第二磁传感器元件180-2，其具有一组传感器类型的相同的传感器类型。因此，第二磁场梯度计110-2可以包括第三磁传感器元件180-3和第四磁传感器元件180-4，其具有一组传感器类型的相同的传感器类型。该组传感器类型包括垂直霍尔传感器、水平霍尔传感器、巨磁阻抗装置（GMI）、磁场效应晶体管（MAG-FET）和磁阻传感器元件（xMR），诸如各向异性磁阻传感器元件（AMR）、巨磁阻传感器元件（GMR）、非常的磁阻传感器元件（EMR）和隧穿式磁阻传感器元件（TMR）。换句话说，梯度计110-1、110-2中的每一个梯度计可以包括相同的传感器类型的至少两个传感器元件。然而，不同的梯度计110的传感器元件180可以不同于彼此。例如，第一和第二传感器元件180-1、180-2可以被实现为横向或水平霍尔传感器元件，而第三和第四传感器元件180-3、180-4可以被实现为垂直霍尔传感器元件。横向霍尔传感器或横向霍尔传感器元件180通常对与管芯或衬底130的主表面140垂直的磁场分量响应。通过选择适当的传感器元件，可以是可能的是，配置分立磁角度传感器装置100，使得它可以被设计来对特定磁场分量120敏感。在一些情况下，也可以是有利的是，如果若干梯度计共享共同的元件，例如，如果两个传感器元件沿着第一方向进行布置以构成第一梯度计110-1，并且相同类型的两个传感器元件被布置在第二垂直方向上以构成第二梯度计110-2，可以将传感器元件180布置在L形状的末端和角落中，由此在角落中将得到两个传感器元件，并且它们可以由作为梯度计110两者的一部分的单个传感器元件来代替。可选地，第一和第二梯度计110可以包括对相对于衬底130的主表面140的平面内磁场分量120响应或敏感的至少一个传感器元件180。
第一和第二磁传感器元件180-1、180-2可以可选地沿着第一梯度计方向150-1进行布置。因此，根据第一和第二梯度计方向150-1、150-2是平行的还是完全相同的还是非共线的，第三和第四磁传感器元件180-3、180-4可以沿着第一梯度计方向150-1或沿着第二梯度计方向进行布置。然而，为了简化对实施例的描述，有时第二梯度计方向150-2也可以平行于第一梯度计方向150-1或与其完全相同。
在图1所示的实施例中，第三和第四磁传感器元件180-3、180-4沿着第二梯度计方向150-2进行布置，所述第二梯度计方向150-2与第一梯度计方向150-1垂直。
应当注意的是，第一和第二梯度计110可以共享一个或多个传感器元件180。
图2示出了根据实施例的用于提供传感器信号SS的方法的流程图。在可选地在子工艺S100中提供磁场之后，用于提供传感器信号SS的方法包括在子工艺S110中使用第一梯度计110-1生成第一梯度计信号GS1，所述第一梯度计信号GS1指示相对于第一梯度计方向150-1的磁场的第一磁场分量120-1的梯度。方法进一步包括：在子工艺S120中，根据梯度计110-1、110-2的实现，使用第二梯度计110-2生成第二梯度计信号GS2，所述第二梯度计信号GS2指示相对于第一梯度计方向150-1或相对于与第一梯度计方向150-1不同的第二梯度计方向150-2的、不同于第一磁场分量120-1的磁场的第二磁场分量120-2的梯度。第一和第二梯度计110-1、110-2被包含在分立磁角度传感器装置100中。
方法进一步包括在子工艺S130中基于第一和第二梯度计信号GS1、GS2生成指示磁场的角度的传感器信号SS。
然而，虽然图2的流程图示出了子工艺S100、S110、S120和S130的序列，但是各个子工艺可以同时地、时间重叠地或以与图2描绘的不同的次序执行。例如，在子工艺S110和S120中生成第一和第二梯度计信号GS1、GS2分别可以同时地或准同时地执行。然而，因为在子工艺S130中生成传感器信号SS是基于第一和第二梯度计信号GS1、GS2的，所以在子工艺S110和S120之后执行子工艺S130可以是可取的，然而不在所有情况下都是必要的。
图3示出了根据实施例的磁角度传感器布置200的示意图。磁角度传感器布置200包括根据实施例的至少一个分立磁角度传感器装置100，如前面概述的。换句话说，分立磁角度传感器装置100包括：第一磁场梯度计110-1，对磁场的第一磁场分量120-1的梯度敏感；第二磁场梯度计110-2，对不同于第一磁场分量120-1的磁场的第二磁场分量120-2的梯度敏感；以及传感器电路170，被配置为基于第一磁场梯度计110-1的第一梯度计信号GS1并基于第二磁场梯度计110-2的第二梯度计信号GS2生成指示磁场的角度的传感器信号。
至少一个分立磁角度传感器装置100相对于旋转轴210被固定地布置，磁体220可旋转地安装在所述旋转轴210周围，使得至少一个分立磁角度传感器装置100相对于旋转轴210被离轴布置。换句话说，至少一个分立磁角度传感器装置100当安装时相对于磁体200被径向地移位。
如前面概述的，分立磁角度传感器装置100例如可以用在分立磁角度传感器装置100相对于磁体200的离轴配置中。由于第一和第二梯度计110-1、110-2的实现，不同的磁场分量120-1、120-2可以改进在这样的离轴配置中的角度确定的精确度。然而，如前面概述的，分立磁角度传感器装置100也可以用在不同的应用中，诸如轴上配置，其中根据实施例的分立磁角度传感器装置沿着旋转轴210对准。
可选地，根据实施例的磁角度传感器布置可以包括多于一个的分立磁角度传感器装置100。换句话说，它可以包括在旋转轴210周围根据预先限定的图案布置的多个分立磁角度传感器装置100。在图3的示意图中，磁角度传感器布置200包括第一分立磁角度传感器装置100-1和第二分立磁角度传感器装置100-2。
甚至更确切地说，在图3所示的实施例中，根据实施例的磁角度传感器布置200包括两个分立磁传感器装置100，其在旋转轴210周围相对于彼此以180°的角度在直径上布置，使得在理想的情况下，将分立磁角度传感器装置100的第一和第二梯度计110-1、110-2的共同中心点彼此连接的连接线230和旋转轴210交叉。使用该预先限定的图案可以能够至少部分地补偿磁体220相对于其旋转轴210的离心率。换句话说，该配置可以进一步改进角度确定的精确度。
从更一般的方面来说，每当实现了多个分立磁角度传感器装置100，可选地，分立磁角度传感器装置100可以根据在旋转轴210周围或与其垂直的角度在旋转轴210周围等距离地布置。图3示出了在两个分立磁角度传感器装置100的情况下的该布置。通过在旋转轴210周围等距离地布置分立磁角度传感器装置100，可以是可能的是，改进了由磁角度传感器布置200确定的角度的精确度以补偿磁体220相对于旋转轴210的离心安装。换句话说，当磁角度传感器布置200包括n个分立磁角度传感器装置110-1、……、110-n时，可以是可取的是，布置分立磁角度传感器装置100使得两个相邻的分立磁角度传感器装置100包括360°/n的在它们之间的角度。又换句话说，等距离或有规律的方位角布置可以是可取的。或者又换句话说，可选地，布置200可以包括相对于旋转轴210的n重旋转对称，其中n是整数。
可选地，分立磁角度传感器装置100可以进一步在距旋转轴210且在其周围的本质上恒定的径向距离处进行设置，在所述旋转轴210周围，磁体当安装时是可旋转的。例如，如图3所示的分立磁角度传感器装置100相对于旋转轴210的径向布置也可以有益地影响角度确定的精确度。由于在理想地安装的磁体220的情况下距旋转轴210的相同的径向距离，所以当磁220围绕旋转轴210旋转时，所有分立磁角度传感器装置100将遭受相对于第一和第二磁场分量120-1、120-2的磁场的相同的梯度。因而，分立磁角度传感器装置100可以感测磁场分量120的梯度的相同的或类似的幅度。因而，类似的信号强度可以通过所有分立磁角度传感器装置100来可达到。在传感器封装中的正弦曲线梯度计信号GS的幅度的比率可以取决于径向位置。可以是可取的是，布置传感器装置100，使得所有卫星（装置100）的比率可以是完全相同的或类似的。如下面将更详细地展示的，这可以导致全部的角度的更精确的平均或类似确定，因为可以是可能的是，当计算指示角度的角度信号AS时更均匀地消除误差。
根据实施例的磁角度传感器布置可以附加地或替换地包括控制电路240，其被配置为从多个分立磁角度传感器装置100接收传感器信号SS1、SS2。它被进一步配置为基于从多个分立磁角度传感器装置100接收的传感器信号SS1、SS2生成指示由磁体220提供或生成的磁场的角度的角度信号AS。
为了使得能够进行此，控制电路240可以以如下的方式耦合至分立磁角度传感器装置100：控制电路240能够从分立磁角度传感器装置100接收包含信息的信号。这可以全部地或部分地通过电气地、光学地、电感地或由基于无线电的传输传送各自的信号（诸如传感器信号SS1、SS2）来包含。再一次地，可以实现将分立磁角度传感器装置100与控制电路240直接地或经由一个或多个附加的部件或电路间接地耦合。这样的附加的部件或电路可以例如包括接收器、发射器、放大器或信号影响电路。自然地，虽然图3示出了使用点到点接触的控制电路240，但是其它通信网络（诸如数据总线或菊花链配置）也可以用来发送、接收或交换信号（仅举几例）。
为了说明此，梯度计信号GS1和GS2可以被认为是两个独立的坐标。一对值（GS1、GS2）可以被关联到GS1-GS2平面中的点。可以确定该点的位置、其距GS1/GS2坐标轴的原点的距离以及相对于参考方向（例如，GS1轴）的角度。距离与该点的角度相比可以是没有重要性或较小重要性的，其可以被传送到控制电路240。然而，这可以更复杂，因为它可以包括确定比率的反正切。传送两个值GS1和GS2的比率可以是更切实可行的。然而，当分母变成（近似）零时这可能是更成问题的。此外，信息可能被丢失，因为，例如，使点（GS1、GS2）相对于两个坐标轴镜像导致点（-GS1、-GS2），仍导致相同的比率，因为符号消除了。然而，可以是可能的是，传送GS1和GS2的绝对值的最小值除以GS1和GS2的绝对值的最大值的商（min (abs(GS1),abs(GS2)) / max (abs(GS1),abs(GS2))）。在二维平面中，每个距原点的半径值仅8个不同的点以上面指示的相同的值存在。因此，可以是充分的是，附加地传送关于包括各自（GS1、GS2）的点的45°跨越的子象限的信息片。为此，仅三个附加的位可以是必要的。
分立磁角度传感器装置100的传感器信号SS1、SS2可以包括关于包含在第一和第二梯度计信号GS1、GS2中的值的比率且关于磁场的角度的象限且关于这些梯度计信号GS的象限或子象限的信息。然而，在其它实施例中，使用关于包含在单个或一些传感器装置100的梯度计信号GS1和GS2两者中的值的符号的信息可以是充分的。然而，例如当例如在零交叉期间或在零交叉附近，符号相关的信息可能够被偏移误差或其它影响扭曲时，获得并使用关于至少进一步的传感器装置100的符号的信息可以是可取的。
如果系统针对任何传感器装置100的随机故障将是稳健的，则实现提供符号相关的信息的多于一个的卫星可以是可取的。然而，例如当待检测的角度范围充分地小时，在不使用符号相关的信息的情况下实现布置可以是可能的。
因此，通过实现分立磁角度传感器装置100，不实现角度确定，例如不实现用于反正切计算的查找表或先前提到的CORDIC算法最后可以是可能的。在这样的情况下，分立磁角度传感器装置100（其也被称为卫星）将仅连同关于磁场的角度的象限或子象限的各自的信息一起提供梯度计信号的比率，同时主或控制电路240例如使用线性组合来组合这些信号，其中该线性组合的系数可以是关于角度的象限或子象限的信息的函数。然后，控制电路240可以实现如前面概述的反正切函数或等效查找表以生成角度信号AS。
代替实现控制电路240或另外实现控制电路240，也可以是可能的是，以如下的方式实现分立磁角度传感器装置100中的至少一个，使得该至少一个分立磁角度传感器装置100被配置为从多个分立磁角度传感器装置100中的其它分立磁角度传感器装置接收传感器信号SS。然后，该至少一个分立磁角度传感器装置也可以被配置为基于从其它分立磁角度传感器装置100接收的传感器信号SS并基于传感器信号并基于其自身确定的第一和第二磁场分量120-1、120-2的梯度生成指示磁体220的磁场的角度的角度信号AS。例如，这可以基于第一和第二梯度计信号GS1、GS2或者所述分立磁角度传感器装置100的传感器信号SS。
尽管实现单独的控制电路240最后可以提供简化根据实施例的各个分立磁角度传感器装置100的机会，但是使用能够基于其它分立磁角度传感器装置100的传感器信号执行先前描述的角度信号AS的生成的至少一个分立磁角度传感器装置100可以降低电连接的数量并简化磁角度传感器布置200的布线。因此，根据环境和边界条件，实现单独的控制电路240可以是或可以不是可取的。或者换句话说，控制电路240可以被包含在分立磁角度传感器装置100中的一个或多个中。
可选地，根据选择的实现的控制电路240或分立磁角度传感器装置100中的至少一个分立磁角度传感器装置可以进一步被配置为生成触发信号TS。多个分立磁角度传感器装置中的分立磁角度传感器装置可以进一步被配置为生成指示由分立磁角度传感器装置100基于触发信号TS进行的同步测量的它们各自的传感器信号SS。然而，各个传感器信号SS可以被顺序地且异步地传送。触发信号TS使装置100（卫星）开始、执行或提供对装置100的同步测量。这可以进一步改进角度确定的精确度，因为通过提供指示同步测量的传感器信号，由于在时间点方面的偏差而导致的误差或不精确当进行测量时可以被降低。
换句话说，在该情况下，分立磁角度传感器装置100中的一个将是控制其它分立磁角度传感器装置100的主导装置，然后，所述其它分立磁角度传感器装置100被认为从动装置或卫星。
分立磁角度传感器装置100可以被配置为周期地、间歇地或例如当履行预先限定的条件时生成它们的传感器信号SS。任何参数或条件最后可以是可编程的或可改变的。
在图3所示的实施例中，此外，控制电路240耦合至分立磁角度传感器装置100以提供对各自的分立磁角度传感器装置100的触发信号TS。在接收到触发信号TS时，分立磁角度传感器装置100可以通过例如对各自的梯度计信号GS1、GS2进行采样或通过另一种类似的技术实现来执行第一和第二磁场分量120-1、120-2的梯度的各自的确定。在接收触发信号TS之后，然后，对应于先前提到的同步测量的传感器信号SS可以被传送到控制电路240或作为主导装置进行操作的分立磁角度传感器装置100。然而，可以在过去，例如在10 µs或50 µs之前进行测量。又换句话说，触发信号TS可以提供使卫星（分立磁角度传感器装置100）优选地在相同的时间时刻处执行测量的机会。在理想的环境下，触发信号TS开始在装置100中的全部或至少一些装置中的数据采集。然而，这可能难以达到，因为装置100可能异步地进行操作，除非它们可以被提供有共同的时钟信号。每一次数据采集可以花费一时间周期。根据相对于数据采集的周期的时刻，传感器100可以提供先前确定的值、目前值或这些和可选较早数据的任何组合。这样的组合可以包括对时间点的内插或外推，所述时间点相同于接收到触发信号TS的时间或者针对该时间由限定的时间间隔移动的时间。
根据实现，充当主导装置的分立磁角度传感器装置100或控制电路240可以被配置为在考虑分立磁角度传感器装置100的预先限定的图案的情况下生成角度信号AS。例如，这可以是基于在根据预先限定的图案从包含在传感器信号中的角度减去分立磁角度传感器装置的位置之后对包含在分立磁角度传感器装置100的传感器信号中的角度进行平均。换句话说，角度信号AS可以指示由在角度ψi（第i个分立磁角度传感器装置100-i的各自的传感器信号指示所述角度ψi）与角位置ψi0（在所述角位置ψi0下例如相对于参考方向布置各自的分立磁角度传感器装置100-i）之间的差值的平均给出的角度。该平均可以例如基于算术平均、加权的算术平均或另一种简单或加权的平均算法。
然而，在该上下文中，重要的是，注意到先前描述的平均和减去不必如上面指示的实现。仅仅充分的是，充当主导装置的分立磁角度传感器装置100或控制电路240能够基于实现该可选特征的该或类似的方程式来执行计算或确定。例如，平均可以包括操纵模拟电压或电流，所述模拟电压或电流操纵仅指示各自的角度的数字值。例如，在不计算传感器信号指示的明确的角度的情况下，这些计算可以通过使用基于各自的传感器信号自己的线性组合或另一种更容易实现的函数来执行。然而，在其它实施例中，先前描述的平均例如可以根据实际角度值来执行。
可选地，分立磁角度传感器装置100可以被配置为基于第一磁场分量120-1相对于分立磁角度传感器装置100的第一梯度计方向150-1的梯度生成传感器信号。分立磁角度传感器装置100可以进一步被配置为基于第二磁场分量120-2相对于分立磁角度传感器装置100的第一梯度计方向150-1或相对于不同于第一梯度计方向150-1的分立磁角度传感器装置的第二梯度计方向150-2的梯度生成传感器信号。分立磁角度传感器装置100可以在这样的情况下被布置，使得所有第一磁场分量120-1具有相同类型的磁场分量，并且所有第二磁场分量120-2也具有相同类型的磁场分量。该组磁场分量包括相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的轴向分量、相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的径向分量、和相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的切向分量。此外，所有第一梯度计方向150-1可以具有相同的方向类型，并且所有第二梯度计方向150-2也可以具有相同的方向类型。类似于该组磁场分量，该组类型的方向包括相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的轴向方向、相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的径向方向、和相对于旋转轴210和各自的分立磁角度传感器装置100的位置的切向方向。因此，所有第一类型的梯度计110可以对磁场的相同的圆柱分量（径向、方位角或轴向）敏感，并且所有梯度计110的梯度可以沿着相同的圆柱方向（径向、方位角或轴向），由此圆形圆柱参考系与旋转轴同心。
磁角度传感器布置200可以可选地包括旋转地安装的磁体220。磁体220可以包括本质上这样定向的在直径上的磁化250，使得磁化250本质上与旋转轴210垂直地定向。可选地，如下面将更详细地概述的，可以进一步是可取的是，磁体220连同在其附近的可选铁磁部分一起包括本质上旋转对称的形状。
换句话说，如图3所示的磁体220不包括径向磁化，但磁化（其本质上与旋转轴210垂直地定向）根据其遍及整个磁体220的方向本质上是恒定的。这样的磁体220对于使用如图3所示的离轴配置可以是特别有益的。
分立磁角度传感器装置100的第一梯度计110-1可以包括分别作为第一和第二磁传感器元件180-1、180-2的第一横向霍尔传感器元件和第二横向霍尔传感器元件。因此，第二梯度计110-2可以包括分别作为第三和第四磁传感器元件130-3、130-4的第一垂直霍尔传感器元件和第二垂直霍尔传感器元件。在该情况下，至少一个分立磁角度传感器装置100可以被这样布置，使得相对于磁体220的最大指定旋转角范围，第一磁场分量120-1的梯度的幅度小于第二磁场分量120-2的梯度的幅度。最大指定旋转角范围例如针对磁体220能够围绕旋转轴210自由地旋转的应用可以例如包括全程旋转（即，360°），或者它例如针对角度将仅相对于更小的最大指定旋转角范围被确定的应用可以是小于360°的角度范围。示例例如可以来自汽车应用的领域中的风挡刮水器的领域。
换句话说，可以相对于磁体220布置分立磁角度传感器装置100，使得具有较大幅度的磁场梯度将由垂直霍尔传感器元件监控或检测，同时布置横向霍尔传感器元件，使得这些传感器元件检测较弱的梯度。仅在非常罕见的情况下，沿着第一和第二方向（第一磁场分量120-1和第二磁场分量120-2）的正交梯度两者都本质上同等地强。换句话说，在大多数应用中，一个梯度总是显著地比另一个强。在这样的情况下，可以是可取的是，针对较弱的梯度使用具有较低偏移误差的霍尔传感器元件（换句话说，横向霍尔传感器元件），并且针对较强的梯度使用具有较大偏移误差的霍尔元件（换句话说，垂直霍尔传感器元件），以便与相反的布置相比改进总的精确度。自然地，这对于其它传感器元件180也可以成立。一般来说，可以是可取的是，针对两个梯度计110的具有较低幅度的梯度计110使用具有较高精确度的传感器元件180。传感器元件的精确度可以由滞后、偏移误差、增益误差、噪声或串扰突出地影响。梯度计信号GS1、GS2的幅度可以是所讨论的一个或多个磁场分量的正弦或类余弦梯度的幅度值。
布置200的实施例可以包括多于一个的装置100。例如，它可以包括N个分立磁传感器装置100，其中N是大于1的整数。可以在相对于旋转轴210的恒定径向距离处布置装置100，从而在相邻的装置100之间具有360°/N的角度差。装置100可以被附接或布置在定子上，其中在直径上磁化的磁体220可以针对定子被可旋转地安装。磁体220可以包括具有相对于旋转轴210的M重旋转对称的几何形状，其中M是整数，其可以大于或等于N。转子可以是可相对于定子在枢轴上转动的。布置可以被配置为通过组合分立磁传感器装置100的传感器信号SS来生成角度信号AS和/或确定磁体220相对于定子的角度。当轴存在，使得对象可以通过围绕轴使该对象旋转360°/M来按数学意义进行映射时，对象可以包括M重旋转对称。该轴可以与旋转轴210一致。自然地，磁体可以包括正好一个部分，但也可以包括多于一个的部分。
图4示出了用于生成角度信号AS的方法的流程图。方法包括在子工艺S200中提供磁场。在子工艺S210中，方法包括生成多个传感器信号SS，每一个传感器信号SS由根据实施例的各个分立磁角度传感器装置生成。因此，传感器信号SS基于磁场的第一磁场分量120-1相对于第一梯度计方向150-1的梯度指示在分立磁角度传感器装置100的位置处的磁场的角度。根据各自的分立磁角度传感器装置100的设计和实现，它进一步基于不同于第一磁场分量120-1的磁场的第二磁场分量120-2相对于第一梯度计方向150-1或不同于第一梯度计150-1的第二梯度计方向150-2的梯度。在进一步的子工艺S220中，方法进一步包括基于多个传感器信号SS生成指示磁场的角度的角度信号AS。
如上面指示的和下面更详细概述的，通过采用多个分立磁角度传感器装置100，增加角度确定的精确度可以是可能的。例如，这在离轴配置的情况下可以是有益的。例如，提供磁场可以可选地包括提供由可旋转地安装的磁体220引起的磁场，其中磁体220包括本质上在直径上的磁化250，所述磁化250被这样定向，使得磁化本质上与旋转轴210垂直地定向，磁体220围绕所述旋转轴210可旋转。在这样的情况下，可以是可取的是，将磁体连同在其较近的附近的铁磁部分一起实现为本质上旋转地对称或具有至少M折对称，其中M是大于1的整数。
如前面概述的，方法也可以可选地或替换地包括在子工艺S230中生成触发信号TS。在这样的情况下，可以是可取的是，在子工艺S210中生成多个传感器信号SS包括基于触发信号生成指示同步测量的每一个传感器信号SS。因而，增加角度确定的精确度再一次可以是可能的。
然而，生成并使用触发信号TS是可选的。传感器装置100可以周期地生成指示它们的最近的测量的传感器信号SS或至少基于最近的测量生成传感器信号SS。传感器信号SS可以包括时间索引，并且充当主导装置的装置100或控制器电路240可以基于时间索引使用数据，以便例如外推或内插数据。
自然地，在图4的上下文中描述的子工艺不被要求来以如由图4指示的次序执行。各个子工艺可以同时地、时间重叠地、以不同的次序或者其任何组合来执行。
在下文中，将在聚焦理论背景以及技术细节两者的情况下更详细地描述进一步的实施例。例如，在下面的实施例中的许多实施例中，将描述垂直霍尔传感器元件（其也被称为垂直霍尔元件或垂直霍尔传感器）和横向霍尔传感器元件（其也被称为水平或横向霍尔传感器或霍尔片）。然而，这些磁传感器元件可以例如由其它类型的磁传感器元件180（诸如先前提到的磁阻传感器元件（xMR）或巨磁阻抗传感器元件（GMI））来交换或补充。所以，每当描述霍尔传感器元件，如前面描述并提到的，用另一种类型的磁传感器元件180来代替该霍尔传感器元件可以是可能的。其也可以应用于诸如传感器电路170的其它部件，所述传感器电路170例如可以由处理器或另一种电路来实现。所以，将注意的是，下面实施例的具体细节可以同样很好地被不同实现。
图5示出了根据实施例的磁角度传感器布置200的示意图表示。如较早概述的，实施例涉及磁角度传感器100，其也可以称为二维梯度传感器和例如图5所示的布置。例如，在贯穿轴260上安装磁体220，并且将布置为梯度计110的传感器元件180放置在旋转轴210一侧或离开旋转轴210。将梯度计110布置在磁角度传感器100的衬底130之上或之中，其可以被实现为硅管芯。为了简单起见，旋转轴210与对应坐标系统的z轴完全相同。
当轴线260的末端对于磁体220的附接不可用时或者当旋转的轴210上没有可用的空间来放置传感器100时，可以使用这样的系统。图5示出了与旋转轴210垂直布置（或者换句话说，在具有传感器管芯130的正交定向的情况下）的传感器管芯130。换句话说，图5示出了具有贯穿轴磁体220的离轴角度传感器100。磁体220包括在直径上的磁化250，其被定向为在与z轴垂直的平面中。在图5所示的情况下，磁化250被定向为沿着y轴，所述y轴连同x轴和z轴一起形成正交坐标系统。
图6示出了根据实施例的进一步的磁角度传感器布置200的示意图表示，其中传感器管芯130平行于旋转轴210对准。硅管芯130的主表面140因此平行于旋转轴210（传感器管芯130的轴向定向）布置，同时在图5所示的布置200中，硅管芯130的主表面140与旋转轴210正交地布置。图6的布置200包括根据实施例的离轴角度传感器100，其具有在直径上磁化的贯穿轴磁体220。
原则上，无限地存在许多这样的传感器管芯130的轴向定向。传感器管芯130的一个边缘可以被保持为平行于旋转轴210，并且管芯130可以围绕该边缘转动。特别是，两个这样的方向包括管芯130的主表面140与圆柱表面相切地布置的情况，其中圆柱的轴与旋转轴210一致，并且管芯130的主表面140与该圆柱表面垂直地布置。
自然地，如图7所示，磁体220也可以被安装在轴线260的末端上。可以独立地选择传感器100的定向和数量。因此，图7示出了具有在直径上磁化的轴线末端磁体220的离轴角度传感器100的实施例。传感器管芯130相对于旋转轴210轴向定向。
实施例可以提供针对外部磁扰动增加稳健性的可能性。传感器100可以被配置为估算独立于在高达限制磁场强度的任何方向上的叠加的同质磁场的磁体220的旋转角。根据所使用的磁传感器元件180，限制磁场强度可以是约100mT。在其它情况下，它可以更高或更低。常规的传感器可以对外部磁扰动更敏感。
图8示出了在离轴配置中的根据实施例的包括分立磁角度传感器装置100或传感器100的磁角度传感器布置的示意图表示。此处，传感器管芯130的主表面140本质上与旋转轴210垂直地布置。布置包括具有在直径上磁化的轴线末端磁体220的轴上角度传感器100。
为了更紧密地概述实施例的操作，在下文中，将假定磁体220，其是针对平面z = 0镜面对称的。所以，如前面示出的，z轴与旋转轴210一致。当然，在许多真实世界的实现中，这仅在近似意义上是真的，因为许多磁体220可能具有安装容差，并且包括几何形状的轻微不对称。
磁体220是在直径上磁化的。在没有丢失一般性的情况下，我们假定它在上面所示的y方向上磁化。磁化250可以是同质的，尽管事实上可能经常存在某种小的不同质。所以，将假定的是，磁体220包括至少在y方向上的显著的偶极矩，并且所有相关的高阶多极矩与该偶极矩相比都是小的。实施例、磁体布置和配置的数量仍然是巨大的。
偶极矩通常相当于磁化250的体积平均。它经常是对磁场最重要的磁贡献。然而，如果磁体的形状不同于同质地磁化的球体，则磁场可以被分解为偶极或高阶多极贡献。通常，用于角度传感器的磁体具有小平板（短圆柱）、平的平行六面体或一般的块的形状。因此，这些磁体220通常包括偶极矩和高阶多极矩。
可能是可取的是，偶极矩存在且支配所有其它力矩。高阶多极矩可以对角度测量具有部分有益且部分变坏的效果。它在通过引用并入的参考文献“Inaccuracies ofAnisotropic Magneto-Resistance Angle Sensors due to Assembly Tolerances” (U.Ausserlechner, Progr. Electromagn. Research B, vol. 40, pp. 79-99 (2012))、“Inaccuracies of Giant Magneto-Resistive Angle Sensors Due to AssemblyTolerances” (U. Ausserlechner, IEEE Trans. Magn., 2009年5月, vol. 45, no. 5,pp. 2165 – 2174)和 “The Optimum Layout for Giant Magneto-Resistive AngleSensors” (U. Ausserlechner, IEEE Sens. J., vol. 10, no. 10, pp. 1571 – 1582(2010))中解释了高阶多极矩如何影响角度传感器的精确度。高阶多极矩的起源可以是由于磁体几何形状和不同质磁化250。不同质磁化的起源可以主要归因于磁体220的有限矫顽性和/或不充分大的磁化脉冲。
所谓的“相关高阶多极矩”是指导致影响角度传感器中的磁场传感器元件的磁场分量。例如，如果传感器元件180是霍尔片，则它们可以仅受与传感器管芯130垂直的磁场分量影响，只要其它分量在例如约100mT的临界值以下。在另一方面，磁阻（MR）装置通常不受平面外磁场分量120影响，只要它们在例如约500mT的另一个临界值以下。这些可以被认为是不相关的。
在理想的情况下，磁体220应当具有旋转对称的形状。也将变得清楚的是，在由传感器100进行的角度估算中，以精确度为代价，距该理想对称的偏差可以是可允许的。
角度传感器系统100可以包括至少四个角度传感器元件180，其可以优选地位于单个传感器管芯130上的至少两个位置处。传感器管芯130可以具有轴向定向，使得与管芯130垂直且通过传感器100的中心点（其可以被认为这些传感器元件180的“重心”）的线与旋转轴210相交。第一类型的两个磁场传感器元件180-1、180-2的第一集合可以沿着第一梯度计方向150-1移动。它们可以形成第一梯度计110-1。第二类型的第二集合两个磁场传感器元件180-3、180-4可以沿着第一梯度计方向150-1或第二梯度计方向150-2移动。假定第一和第二梯度计方向150-1、150-2也可以是平行的或本质上完全相同，这些方向150可以是平行或正交的。
第一类型的磁场传感器元件180可以例如主要响应于平面外磁场分量120，而第二类型的磁场传感器元件180可以主要响应于平面中磁场分量120。第二类型的磁场传感器元件180可以主要响应于平面中磁场分量120，所述平面中磁场分量120平行于第二梯度计方向150-2。
传感器电路170可以计算由第一两个磁场传感器元件180-1、180-2检测的磁场分量120-1的第一差值，并且它也可以计算由第二两个磁场传感器元件180-3、180-4检测的磁场分量120-2的第二差值。传感器电路170可以例如计算这些第一和第二差值的比率的反正切。第一类型的磁场传感器元件180可以是霍尔片，而第二类型的磁场传感器元件180可以是垂直霍尔效应装置或磁电阻器。轴线260可以是含铁的或不含铁的。换句话说，它可以具有在µr = 1与例如µr =10000之间的相对磁导率。
实施例促进了现在将更详细解释的概念。假定如下的最简单的情况：非磁性的轴线260沿着z方向，围绕所述轴线260安装具有在y方向上的同质磁化250的旋转对称的磁体220，则磁场可以由下面的方程式表达。在一般的情况下（像，例如锥体），磁体的半径是坐标的函数。在圆柱坐标中，达到下面的公式：
（1）
（2）
（3）
其中：
（4）
（5）
（6）
并且，其中，是磁体的厚度，并且剩磁。指示超几何函数。有撇号的坐标指示源点，而无撇号的坐标指示测试点。方程式（1）-（6）基于磁体220没有孔的假定。具有孔的磁体220可以被视作没有孔的磁体220与形状为孔但具有负剩磁的另一个磁体的叠加。径向和方位角场分量由以下给出：
（7）
（8）。
对于具有对中平面的镜面对称的磁体220，它保持和和。当我们插入并假定镜面对称时，这是从方程式（7）和（8）得出的。例如，对于，得出：
（9）。
如果磁体220是相对于它的中平面（）镜面对称的，则可以履行该条件，因为，然后，在下半部中的被积函数具有与在上半部中的被积函数相反的符号。所以，可能是可取的是，寻找磁体220，所述磁体220对它的中平面（）镜面对称。
用方程式（3）、（7）和（8），得出：
（10）
（11）
（12）。
对于角度感测、确定或估算，可能是可取的是，使用分别包括正弦和余弦依存关系的一对方程式。因此存在变化的实现原理的若干可能性，其将在下面进行概述。
图9示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置的示意平面图。图9类似于图1，但关于一些方面不同。在衬底或传感器管芯130上，再次布置均包括两个磁传感器元件180的两个梯度计110-1、110-2。类似于图1所示的实施例，第一梯度计110-1对与传感器管芯130垂直的磁场分量120-1响应或敏感。换句话说，第一磁场分量120-1可以是平面外磁场分量。磁传感器元件180-1、180-2可以例如是霍尔片，确切地说，平面外磁场传感器元件180。
包括磁传感器元件180-3、180-4的第二梯度计110-2对在z方向上的磁场分量120-2响应。因此，磁传感器元件180-3、180-4可以例如被实现为垂直霍尔效应装置或垂直霍尔传感器元件。然而，也可以使用其它平面中磁场传感器元件180，因为对应的第二磁场分量120-2被定向为沿着管芯130的主表面140（因为此，所述第二磁场分量120-2也被称为平面中磁场分量）。
第一和第二磁传感器元件180-1、180-2被定向为沿着第一梯度计方向150-1，其在图9所示的实施例中被定向为沿着磁体的圆周方向。换句话说，水平方向对应于方向ψ。因此，两个霍尔片180-1、180-2在的距离处彼此间隔，由此R是距旋转轴的点270的径向距离。对应地，第三和第四磁传感器元件180-3、180-4或者换句话说，在图9所示的实施例中的两个垂直霍尔元件180-3、180-4，由沿着z轴的距离分开。
两个梯度计110-1、110-2的磁传感器元件180-1、180-2、180-3、180-4的中心点270，其可以例如对应于在第一梯度计110-1的传感器元件180之间的连接线和第二梯度计110-2的传感器元件180的对应连接线的相交点。如前面概述的，中心点270可以例如被这样定向，使得它落在平面上，所述平面处于例如图6或7所描绘的布置中的磁体220的中心。
图10示出了进一步的分立磁角度传感器装置100的类似的示意平面图，其在若干方面不同于图9所示的示意平面图。例如，第二梯度计110-2现在被定向为沿着第一梯度计方向150-1。更确切地说，在第三和第四磁传感器元件180-3、180-4之间的距离现在被定向为沿着第一梯度计方向150-1。然而，如由指示对应于第二梯度计110-2的第一梯度计方向150’-1的箭头图示的，在第三和第四磁传感器元件180-3、180-4之间的距离不同于第一和第二磁传感器元件180-1、180-2的对应距离。
不管这方面，分立磁角度传感器装置100再次包括用于第一和第二梯度计110-1、110-2两者的共同的中心点270。共同的中心点270被设置为沿着在第一和第二磁传感器元件180-1、180-2之间的连接线的一半并沿着连接第三和第四磁传感器元件180-3、180-4的连接线。
共同的中心点270位于沿着第一梯度计方向150-1连接第一和第二磁传感器元件180-1、180-2的连接线的中心点处，并且位于沿着第二梯度计方向150-2连接第二梯度计110-2的第三和第四磁传感器元件180-3、180-4的连接线的中点处。换句话说，中心点270对应于两个梯度计110-1、110-2的两者中点，以及同时对应于所有四个磁中心元件180-1、……、180-4。因此，它可以被认为传感器装置100的重心。
此外，与图9所示的传感器装置100相比，第二磁场分量120-2在平行于主表面140的平面中倾斜90°。因此，第三和第四磁传感器元件180-3、180-4也对平行于硅管芯130的主表面140的平面中磁场分量120敏感。
然而，应当注意的是，梯度计110-1、110-2可以以这样的方式进行布置，使得连接线的中点以及因此它们的中心点270不一致。然而这在一些环境下可以是次优的。
图11示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置100的对应示意平面图，其不同于图10所示的示意平面图，使得梯度计110-1、110-2和它们的磁传感器元件180-1、……、180-4根据它们的连接线的中点进行移位，从而使得它们的中心点沿着对应于R•ψ方向的水平轴进行移位。因此，先前描述的共同的中心点270分别由第一和第二梯度计110-1、110-2的两个中心点270-1、270-2代替。在图11所示的实施例中，梯度计110-1、110-2被这样布置，使得在例如图6和7所示的磁角度传感器布置200中的实现的情况下，它们的中心点270-1、270-2相对于对应于z轴的垂直轴对称地进行布置。
因此，分立磁角度传感器装置100的实施例可以包括由沿着第一梯度计方向150-1的第一距离间隔的两个平面中磁场传感器元件180，以及例如由沿着第一梯度计方向150-1或第二梯度计方向150-2（其不同于第一梯度计方向150-1）的第二距离间隔的两个平面外磁场传感器元件180。它可以进一步包括传感器电路170，其被配置为基于两个平面中磁场传感器元件180计算或确定磁场的差值，或者换句话说，磁场的梯度。类似地，传感器电路170可以被配置为基于两个平面外磁场传感器元件180计算场的差值或对应梯度。它可以进一步被配置为基于算法在这两个差值或梯度的基础上估算磁体220的角位置，传感器元件180检测所述磁体220的磁场。这可以基于反正切计算或基于查找表来完成。然而，存在许多方式来执行该计算或估算。
此外，根据实施例的磁角度传感器布置200可以包括磁体220。可以基于大量的参数（其中的一些将在下面更详细地概述）选择至少一个传感器装置100相对于磁体220的位置。
对应磁角度传感器布置200可以包括如前面概述的根据实施例的至少一个磁角度传感器装置100连同在转子上安装的或可安装的在直径上磁化的磁体220。磁角度传感器装置100的传感器管芯130可以被安装在定子上。自然地，如下配置也是可能的：至少一个传感器装置100被安装或可安装到转子，同时磁体220被安装或可安装到定子上。
至少一个磁角度传感器装置100的管芯130可以例如包括由第一距离间隔的两个平面中磁场传感器元件180以及由第二距离间隔的两个平面外磁场传感器元件180，由此“平面中”和“平面外”指的是它们位于其上或其中的衬底的主表面。如前面概述的，角度传感器装置100可以进一步包括电路170，其可以被配置为减去由两个平面中磁场传感器元件180检测的磁场分量120以获得第一差值或梯度。它可以进一步被配置为减去由两个平面外磁场传感器元件180检测的磁场分量120以获得第二差值或梯度，并且使用在第一和第二差值或梯度的基础上进行操作的算法来估算转子针对定子的角位置。
可选地，管芯130可以相对于旋转轴210离轴放置。旋转轴210可以平行于管芯130的主表面140。换句话说，分立磁传感器装置100可以用作差分轴外角度传感器。
磁角度传感器装置100的实施例可以例如使用四个磁场传感器元件180，其中的两个构成第一组或第一梯度计110-1。它们可以对磁场的两个正交分量120-1、120-2的第一分量120-1敏感。其它两个磁场传感器元件180构成第二组或第二梯度计110-2。它们可以对磁场的第二分量120-2敏感。
在实施例中，一个分立磁角度传感器装置的传感器元件180的间距经常可以小于10mm或小于5mm，因为磁传感器元件180通常被布置在单个管芯130之上或之中。传感器元件180的该布置可以是有益的，因为传感器元件180例如在它们的磁灵敏度方面可以是更容易匹配的。这可以导致对同质背景磁场和其它扰动的更有效的抑制。此外，传感器元件180的间距可以被保持得更小，其也可以改进对背景磁场的抑制。
磁角度传感器装置100和对应布置200的实施例可以使用对正切磁场分量120敏感的传感器。这可以是有益的，因为径向场分量120的差值对于大直径的磁体可以是更小的。实施例可以针对径向分量利用用于这些分量的水平霍尔传感器元件180，其与例如垂直霍尔传感器元件相比更好地适合于较弱的磁场分量。
在图10和11所示的实施例中，梯度计110-1、110-2两者都这样定向，使得两个梯度计110-1、110-2的传感器元件180沿着磁体220的运动方向偏移。在图9所示的实施例中，仅第一梯度计110-1的两个传感器元件180-1、180-2（其可以被实现为用于沿着径向定向的第一梯度计方向150-1的梯度的水平或横向霍尔片）可以沿着运动方向（方向）偏移，而其它元件180-3、180-4可以被实现为用于沿着z方向的磁分量的垂直霍尔元件，其在z方向上偏移。
如图10和11所示，传感器元件可以被这样布置，使得两个梯度计110的中心点270一致或可以是彼此偏移的。换句话说，中心斑点270未必在相同的斑点处，虽然这也可以被实现。
在实施例中，在可能的反正切实现的分母（denominator）和分母（nominator）中的信号（参见在方程式（10）-（12）中的信号）也可以是正弦曲线的。也对于一般的磁体，这些信号可以具有不同的幅度。这在实现中可能必须被处理。如下面将概述的，不同的幅度的问题可能必须被单独考虑。
然而，实施例基于测量磁场分量120的斜率或梯度。换句话说，不直接对磁场分量120执行反正切确定，但改为使用通过使用梯度计110容易取得的差值或梯度。因此，虽然根据实施例的角度传感器装置100使用四个传感器元件180，但是在两个斑点（中心点270）（其紧密在附近）处的两个斜率或梯度用于角度确定。该点位于相同的管芯130上，使得它们小于彼此分开的管芯130的大小。
自然地，使用梯度计110通过感测在由磁传感器元件180的位置给出的两个斑点中的各自的磁场分量120来确定在梯度的近似值中的梯度结果，使用它们的差值并且用在相关的传感器装置180之间的距离除该差值。因此，取得两个传感器元件180，其对在两个位置处的相同的磁场分量120敏感，然后，用它们的间距除的两者的相减给出了用于在元件180两者之间的中点或中心点270处的各自场分量120的斜率或梯度的近似值。
根据实施例，磁体270的旋转位置可以例如基于几对或用（仅举几例）进行估算。第一对的数字是沿着相同的方向的斜率，而第二对的数字是沿着正交方向的斜率和。
在另一方面，曲线的幅度可以主要取决于磁体220的轴向尺寸或厚度。所以磁体220的厚度可以提供在传感器系统或布置200的设计中的进一步的自由度。可以是可能的是，修整它以便将曲线的幅度调整至接近于曲线的幅度的值。
这些考虑打开了对根据实施例的差分离轴角度传感器100的一般工作原理的了解。也可以使用在其它方向（例如，径向方向）上的梯度。关于方程式（3）、（7）和（8），下面的表格是可导出的，其给出了磁场分量120的斜率的psi依存关系（依存关系）：
根据对应于三个梯度计方向150的三个分量、、和三个导数、、，当集成为磁角度传感器布置200或类似的布置时，出现总共九个组合。如表格示出的，这给出了五个具有正弦的psi依存关系的信号（正弦信号）和四个具有余弦的psi依存关系的信号（余弦信号）。对于角度传感器，原则上，可以选择包括一个正弦和一个余弦函数的任意对。
然而，不是所有的在该表格中的九个函数都是独立的。根据麦克斯韦方程式，B场的旋度在自由空间中变为零。这导致方程式和。所以具有完全相同的或类似的强调的边界的表格中的两个场是完全相同的。
从传感器观点出发，使用水平霍尔传感器元件180可以是令人感兴趣的，因为它们的误差（例如偏移和噪声）比垂直霍尔传感器元件的误差小。这可以意味着在第二和第三方向（梯度计方向150）上检测（沿着第一方向，其是平面外方向）第一磁场分量120-1的斜率的系统可能是令人感兴趣的，由此三个方向是互相垂直的。例如，如果R是第一方向，则使用对可以是令人感兴趣的。如果（psi）是第一方向，则使用对可以是令人感兴趣的，然而信号两者具有余弦依存关系，所以该对可能针对角度传感器100不工作。如果z是第一方向，则使用对可能是令人感兴趣的。
图12和13示出了磁体220的三维仿真的结果。磁体220的外直径约30mm，其中具有6mm直径的孔和沿着z轴通过孔的铁轴线260。磁体220沿着z轴是8mm厚，并且包括在y方向上指向的220mT的剩磁Brem。图12示出了作为用于平面z = 0的psi的函数的BR和Bpsi的图解，所述平面z = 0是磁体220的中平面。图13示出了在移动了3.5mm至4mm的距离的移动的平面处的相同的磁场分量120的曲线。
图14示出了在距旋转轴210的17mm的径向距离处三个磁场分量120对它们的轴向位置（沿着z轴的z坐标）的幅度，其中位置z = 0对应于磁体220的中平面。从中平面（z = 0）开始，Bz分量的幅度线性增加，直到测试点粗略地达到磁体220的顶部表面的位置，它在所述磁体220的顶部表面的位置又落下。在约z = t/2（其中t是磁体220的厚度）处，Bz场具有最大的幅度，其几乎是那里的Bpsi场分量的两倍大，并且约与BR分量一样大。
图15示出了在一个点位于R=17mm的距离处且一个点位于R=18.5mm处的情况下，在1.5mm径向距离处的三个磁场分量的场差值。所以这是用于具有径向梯度计方向的梯度计的相关磁输入。此处，dBR信号在约z = 0mm到约z = 2mm的范围中是最强的，而dBz信号在z=4.0mm到4.5mm附近是最强的。在z = 3.5mm附近，两个信号根据该仿真是相等地或同等地强的。
图16示出了根据实施例的分立磁角度传感器装置100的示意图，其可以用在根据实施例的差分轴外传感器布置200的体系结构中。磁角度传感器装置100再次包括具有主表面140的管芯130，在所述主表面140上实现第一梯度计110-1和第二梯度计110-2。梯度计110-1、110-2两者都分别沿着第一梯度计方向150-1、150’-1布置，其平行于径向方向，其中旋转轴是对称中心。
第一梯度计110-1包括第一和第二磁传感器元件180-1、180-2，其对沿着z方向的第一磁场分量120-1敏感或响应。这些磁传感器元件180-1、180-2可以例如被实现为垂直霍尔效应装置。两个磁传感器元件180-1、180-2在的沿着径向方向的距离处沿着第一梯度计方向150-1进行布置。索引Z指示了两个磁传感器元件180-1、180-2被布置为对沿着z方向的第一磁场分量120-1响应。第一和第二梯度计110-1、110-2的中心点沿着z方向移动，以便为了允许确定图15所示的在z = 0处的梯度dBR/dR以及在z = 4.5mm处的dBz/dR。换句话说，装置100的位置和/或定向可以根据布置200的几何形状进行适应。
第二梯度计110-2包括第三和第四磁传感器元件180-3、180-4，其也沿着第一梯度计方向150’-1进行布置，其对第二磁场分量120-2响应，其沿着径向方向（R）被定向在图16中描绘的布置中。换句话说，磁传感器元件180-3、180-4对径向磁场分量响应，所述径向磁场分量可以例如由适当地定向的垂直霍尔效应装置检测。所以，磁传感器元件180-3、180-4可以被实现为垂直霍尔效应传感器元件。它们沿着梯度计方向150’-1分开距离，其中索引R指示了磁传感器元件180对径向分量的灵敏度。
第一和第二梯度计110-1、110-2进一步沿着对应于实际方向的z轴分开距离。图16中进一步示出了四个磁传感器元件180-1、……、180-4的中心点270，其对应于这些传感器元件180的“重心”。
传感器管芯130可以被放置在磁体220的周长附近，其中z轴平行于旋转轴210，且R轴被对准使得它的投影通过旋转轴210。传感器管芯130的轴向位置可以被调整，使得BR传感器对（梯度计110-2）可以尽可能地接近于磁体220的中平面（z = 0），并且Bz传感器对（梯度计110-1）可以接近于图15所示的amp（dBz）曲线的最大值（z = 4mm）。
理论上，这可能要求mm，其对于通常的硅管芯经常可能是太大的。便宜的硅管芯经常提供约1.6 mm · 1.6 mm的大小，使得距离在这样的情况下可以是mm。在这些边界条件下，可以是可取的是，如果重心或中心斑点270具有z位置，接近于所述z位置，amp（dBR/dR）和amp（aBz/dR）曲线彼此相交。换句话说，它可以位于z = 3.5mm附近。则两个信号在上面概述的情况下可以具有约13mT的幅度。如果用作传感器元件180的垂直霍尔传感器元件具有例如75µT最坏情况偏移误差，这可以对应于75 µ/ 13m · 180°/ = 0.33°最坏情况角度误差，其中 = 3.1415…。如果四个这样的装置被放置在0°、90°、180°和270°的psi角度处，则偏移误差可以有效地二等分，其可以给出非常好的角度精确度。
图17、18、19和20示出了包括前面描述的分立磁角度传感器装置100中的五个的根据实施例的磁角度传感器布置200的半透明透视图、透视图、特写镜头和侧视图。磁角度传感器装置100围绕磁体被安装到的轴线260相等间隔地进行布置。如前面概述的，磁体220在直径上进行磁化，并且以通孔配置固定到轴线260。磁体220进一步为如前面概述的环状形状。
分立磁角度传感器装置100被布置在承板280上，其被定向为本质上与轴线260垂直，并且因此与轴线260的旋转轴210垂直。例如，如图19和20所示，分立磁角度传感器装置100通过三个引脚290来机械和电耦合至承板280。中间引脚290’机械和电耦合至其上安装分立磁角度传感器装置100的衬底或管芯130的引线框架300。图19和20进一步示出了如先前在图16的上下文中概述的四个磁传感器元件180-1、……、180-4的位置和定向。
为了示出分立磁角度传感器装置100的内部结构，在图19和20中，在没有密封引线框架300和管芯130的周围塑封材料310的情况下示出了这些装置100中的两个。自然地，也可以使用其它密封技术来代替塑封材料310。
图21示出了作为距中平面的距离的函数的如图14、15所示的相同的磁体的磁场分量的psi梯度的幅度的图解。如图21所示，磁场分量120对psi方向的斜率可以比在图15中小。在此处所示的情况下，径向场分量120的psi梯度具有最大的斜率，其落在约17mm的径向距离处的中平面（z = 0）处，但它的值仍仅是在R方向上的斜率的三分之一。信号（dB/dpsi*1.5mm/R）本质上相同于信号B乘以系数（1.5 mm/R = 1.5/17 = 1/11.3）。因此，差值场仅是绝对场的1/11。换句话说，如果在差值对（梯度计110）的两个传感器180之间的失配是约0.1%，则它可以将约1.13%的贡献添加到差值信号，其与它正交且其可能给出附加的角度误差。
在z = 0平面中或换句话说在磁体220的中平面附近，信号幅度获取下面的绝对值（不计及信号的符号）：
最大的梯度信号是和，然而它们两者是同相的，并且因此对于角度传感器是不适当的。这两个信号中的任意一个可以与或相组合，以组成具有正弦信号和余弦信号的角度传感器100。虽然两个信号几乎相等地强，但是使用可能是更好的，因为Bpsi可能比BR小得多，并且因此Bpsi对R梯度计可能比BR对psi梯度计较小地受传感器对的失配影响。
类似地，对于正弦信号，可能是可取的是，使用胜过。虽然后者信号可能是更强的，但是它由于大的BR场而可能更多地受BR对中的传感器的失配影响。这可以给出类似于上面在图9的上下文上描述的传感器100的传感器。
图22示出了根据实施例的磁角度传感器装置100的示意图，其类似于图9所示的装置100。然而，与图9中的装置100相比，第二梯度计110-2（Bz传感器对）被移动到管芯130的左侧。换句话说，第二梯度计110-2沿着第一梯度计方向150-1或径向方向（R）移动。此处，第一梯度计110-1的第一磁传感器元件180和第二梯度计110-2的磁传感器元件180-3、180-4被布置在与第一梯度计方向150-1垂直的直线上。因此，管芯130可以以这样的方式定向，使得水平轴指向在径向方向上而非在方位角方向上。
因而，在z = 4mm坐标处的平面中或换句话说在磁体220的顶部表面附近，信号幅度可以假定以下的绝对值（不计及信号的符号）。
最大的梯度信号是和。两者是同相的，所以，可能是可取的是，使用附加的余弦（psi）信号。因为Bz场比BR场（径向场分量）场小15%，所以使用可以是稍微更好的，因为它可能较小地受Bz对（梯度计110-1）中的传感器元件180的失配影响。不幸地，所有余弦信号可能是弱的（4.3mT或更小），使得它是不清楚的，其信号组合可能给出最好可用的结果。一般地，可以选择梯度计110，使得一个具有类正弦依存关系且另一个具有类余弦依存关系，并且根据类正弦依存关系（或类余弦依存关系）的各种可能性，可以选择具有大的梯度幅度且不具有太大的场分量（梯度计对其敏感）的幅度的梯度计。所以，如果例如梯度检测dBx/dy（x和y指示R、psi和z方向中的任何一个方向），则当然dBx/dy的幅度应当是充分大的（amp（dBx/dy）），但Bx和dBx/dy的幅度之比应当是小的（amp（Bx）/amp（dBx/dy）），例如小于10。
如上所示，存在许多传感器布局。实施例可以利用一个或多个基本想法。例如，实施例可以基于传感器单元110或节点，其测量两个磁场分量120（例如，像BR、Bpsi、Bz的正交分量）的梯度。然而，未必使用正交分量。当它们不是共线时是充分的。例如，这可以在靠近一起的两个位置中完成。换句话说，两个位置在相同的传感器管芯130上，且通常远离彼此小于3mm。在它们之间的距离经常小于磁体220的半径。所以，它们的间距可以例如以由于可达到的精确度而导致的微米精度非常精确地进行限定，现代集成电路技术用所述可达到的精确度限定传感器元件180的几何形状和位置。梯度计110可以消除同质背景场扰动，使得所有梯度计输出可以被任意组合，而不得到由于背景场而导致的误差。
每一个传感器单元100可以通过代数组合来估算旋转角，其消除了在两个梯度计输出上的共同的乘法系数（例如，比率或比率的反正切）。该类别的代数组合可以消除磁场强度。所以，传感器100可能不受磁体220的磁化的寿命或温度漂移影响。此外，该类别的代数组合可以允许组合由不同的传感器100或传感器管芯130获得的角度，即使磁场传感器100的场灵敏度在管芯130之间可以变化。
例如，当第一传感器单元100具有第一梯度计输出GN1和第二梯度计输出GT1时，两个输出可以与磁体220的磁化M成比例，并且与由共同的偏置电路限定的灵敏度S1成比例，并且与旋转角N1（psi）、T1（psi）的函数成比例。因此可以获得：
GN1 = M*S1*N1(psi) (13)
GT1 = M*S1*T1(psi) (14)。
因为代数组合消除共同的乘法系数，所以第一传感器单元100可以根据以下内容估算旋转角：
psi1 = f1(GN1/GT1) = f1(N1(psi) / T1(psi)) . (15)。
由此，f1是某个函数，诸如反正切或更复杂的算法。消除了磁体220的强度和在传感器单元1上的磁场传感器100的灵敏度。
在具有第二传感器单元100的情况下，它可以再次具有第一和第二梯度计输出GN2和GT2。用以下的方程式：
GN2 = M*S2*N2(psi) (16)
GT2 = M*S2*T2(psi) (17)
电路可以计算角度
psi2 = f2(GN2/GT2) = f2(N2(psi) / T2(psi)) . (18)。
因此，消除了在传感器单元2上的场传感器180的灵敏度（即S2）。这可以用来达到更高的精确度，因为通常几乎不可能的是，在不同的分立传感器（例如，不同的传感器单元100和/或不同的传感器管芯130）上具有完美的完全相同的灵敏度（S1 = S2）。实施例可以简单地通过除去在角度（psi1、psi2）的估算中的灵敏度来应付该事实。
不完美的磁化和装配容差也可能导致在单个传感器单元100的估算的角度中的大的误差。然而，当若干传感器单元围绕磁体220进行布置且他们的输出例如通过在考虑传感器单元100的位置的情况下平均它们的输出来组合时，输出的该组合可以导致极其较小的角度误差。例如，磁体220在被安装到轴线260时相对于旋转轴210的离心率可以通过例如在围绕旋转轴210的180°的角度处在直径上放置至少两个传感器元件180来最终抵消。由此，可以是可能的是，通过平均两个传感器100的角度估算来增加精确度。类似地，磁体220内的材料不同质（诸如空隙率）可以通过在围绕轴210的圆圈上放置若干传感器100且平均它们的角度估算来最终抵消。通过这些测量，可以是可能的是，当磁体220围绕旋转轴210旋转时，至少部分地抵消与类纯正弦波磁场依存关系的偏差。
先前描述的平均仅表示一种组合传感器装置或单元100的输出的方式。可以使用其它组合包含在输出中的信息的方案，其指示在更大的区域上（例如围绕磁体的圆周或围绕旋转轴）散布的不同的位置。
传感器管芯130的主表面140可以与磁体220正切，因此，表面法线可以与从旋转轴210向外发送通过传感器100的径向线完全相同。这可以适合于引线式封装。因此，梯度计110可以能够例如直接地检测两个种类的斜率（d/dpsi和d/dz）以及通过采用在场分量（针对分量BR、Bpsi、Bz中的每一个分量）之间的麦克斯韦关系式来间接地检测第三个种类的斜率（d/dR）。这可以给出2 · 3 = 6的直接的梯度计输出。
如前面概述的，可以使用传感器管芯130的各种定向。例如，可以使用仅水平霍尔传感器元件180、仅垂直霍尔传感器元件180或者混合的霍尔传感器元件180。根据用于传感器装置100的载体、传感器管芯130的定向、可用梯度和传感器元件180的可能的组合，最终可以使用不同的封装类型。例如，对于(R,z)平面定向的传感器管芯130，磁场梯度dB{R,psi,z}/d{R,z}可以直接是可用的。梯度dB{R,psi,z}/dpsi可以通过麦克斯韦方程式的使用来从梯度dB{R,psi,z}/d{R,z}当中计算出。这些可以由水平和垂直霍尔传感器元件180来检测。可以使用引线式封装类型。对于(R,psi)平面定向的传感器管芯130，磁场梯度dB{R,psi,z}/d{R,psi}可以直接是可用的。这些可以由水平和/或垂直霍尔传感器元件180来检测。可以使用SMD封装类型（SMD = 表面可安装器件）。对于(psi,z)平面定向的传感器管芯130，磁场梯度dB{R,psi,z}/d{psi,z}可以直接是可用的。这些可以由水平和/或垂直霍尔传感器元件180来检测。可以使用引线式封装类型。
为了算出哪些磁场梯度是最强的，后来将概述关于三个磁体的仿真。磁体M1具有4mm的内直径、12mm的外直径和3mm的厚度。剩磁Brem是220mT。磁体M2具有8mm的内直径、28mm的外直径、7mm的厚度和220mT的剩磁Brem。磁体M3在具有220mT的剩磁Brem的情况下具有30mm的内直径、60mm的外直径、10mm的厚度。磁体M3具有1.5的相对磁导率µr。对于一些仿真，它将被假定在直径为24mm的铁轴线260和1mm厚的铁盘上进行安装。
传感器管芯130的径向位置对于M1是7mm（1mm的空隙），对于M2是15.5mm（1.5mm的空隙）以及对于M3是32mm（2mm的空隙）。梯度计110被假定为由在1.5mm间距处的两个点状传感器元件组成。
图23、24和25分别示出了作为距磁体M1、M2和M3的中心平面（z = 0）的距离的函数的若干梯度的图解。如仿真示出的，两个信号针对所有磁体是大的：
和
不幸地，两个都具有sine(psi)依存关系。第三最大的梯度信号是
其具有cosine(psi)依存关系。为了增大该信号，可以是可能的是，将沿着psi方向的间距从1.5mm增加到例如2.5mm（使信号增加为大约1.67倍）并且试图降低磁体220的厚度。所以一个实施例（其对于在一些环境下使用可以是可取的）使用在z = 0处（即，在磁体220的中平面中）的信号dBR/dpsi和dBz/dz。然后，甚至对于60mm的大磁体直径，幅度高达8mT可以是可能的。
该实施例的积极方面可以是小信号幅度dBR/dpsi可以由水平霍尔传感器元件180可检测，而较大的信号
可以由例如垂直霍尔传感器元件180可检测。信号的比率可以对于M1是40/14 =2.9，对于M2是22/8 = 2.8以及对于M3是16/4 = 4。这些比率与水平对垂直霍尔传感器元件180的偏移误差一致。三倍大的信号可以由具有三倍大的偏移误差的垂直霍尔传感器元件180检测。因此，它给出了相同的角度误差，其可以优化传感器100的总的角度误差。在任何情况下，可以是可取或令人感兴趣的是，将传感器100定中心在磁体的中平面（z = 0）周围。然后，在z方向上的小移动在信号的幅度中仅很少改变。如果假定了针对水平霍尔传感器元件180的该梯度计110存在6mT的dBR/dpsi信号幅度和15µT的最坏情况偏移，则可以针对单个传感器单元100给出15/6000*180/pi = 0.14°的最坏情况角度误差。这样的传感器100的布局可以与图9所示的实施例完全相同。图26-30示出了由在0°、90°、180°、270°处的四个传感器单元组成的完整的传感器的布置。当然，也可以例如在对先前提到的角度的45°的附加偏移角度处添加例如在所示的传感器单元之间中途的附加传感器单元100以进一步改进精确度。
此处，图26示出了作为包括四个分立磁角度传感器装置100的整个或总的系统的磁角度传感器布置200的透明的透视图。传感器装置100围绕旋转轴210等距离地布置，具有附接至它的磁体220的轴线260可以围绕所述旋转轴210旋转。磁体220再次被布置为具有在直径上磁化的通孔磁体220，其当使磁体220围绕其旋转轴210旋转时本质上导致磁场分量的正弦曲线依存关系。分立磁角度传感器装置100再次被布置在承板280上，其中它们的硅管芯130（如图27所示的图26的扩大部分示出的）面向旋转轴210。虽然在一些条件下可以是令人感兴趣的是，可以最小化传感器元件距磁体的距离，但是也可以选择的是，以这样的方式放置传感器封装，使得管芯150的背后侧或管芯踏板面向磁体220。这可以降低以下的风险：如果磁体或传感器在操作期间通过一些错误条件来横向移位，则传感器管芯150可能被磁体220在旋转期间损坏。换句话说，在旋转轴210处开始并径向地向外指向的线可以垂直地与硅管芯130的主表面140交叉。
图28示出了图27的总的系统的实线透视图，而图29示出了在移除了分立磁角度传感器装置100的磁体220和塑封材料310的情况下的图28的视图。图29再次图示了管芯130被安装在引线框架300上且经由引脚290耦合至承板280。此外，图29图示了磁传感器元件180的位置。
磁体220是例如如上面概述的磁体M1的小磁体。换句话说，它可以由带有0.22T的剩磁Brem、4mm的内直径、12mm的外直径和3mm的厚度的铁氧体制成。
图30示出了图29的扩大部分，其示出了连同其管芯130一起的分立磁角度传感器装置100中的一个。管芯130被安装到引线框架300，所述引线框架300通过引脚290连接到承板280。为了简单起见，未在图26至30中示出键合引线。
如在图9的上下文中概述的，分立磁角度传感器装置100再次包括两个梯度计110，所述梯度计110包括先前提到的四个磁传感器元件180-1、……、180-4。
在传感器系统或布置200的装配期间，可以使用量规（gauge），其在焊接或装配过程期间将传感器封装100保持在适当位置。由此，最终可以在具有相对于磁体220或至少相对于承板280中的孔的最高可能精确度的情况下放置传感器封装，所述承板280中的孔被配置为以后容纳磁体220。承板280例如可以是电路板。量规可以限定传感器管芯130的R、psi和z位置。
构成dBR/dpsi梯度计110-1的两个传感器元件180-1、180-2可以被实现为水平霍尔传感器装置。构成dBz/dz梯度计110-2的两个传感器元件180-3、180-4例如可以被实现为垂直霍尔传感器元件。理想地，水平霍尔传感器元件180-1、180-2可以在磁体220的中平面中（即，在z = 0处）。可替换地，传感器元件180-3、180-4可以由AMR电阻器条来实现，所述AMR电阻器条具有螺旋条状纹以及可选的翻转线圈和/或在AMR电阻器条两端的场补偿线圈。
梯度计110的传感器元件180可以彼此分开1.5mm。在针对水平霍尔传感器元件180-1、180-2具有例如14µT的偏移误差的情况下，在dBR/dpsi梯度计中实现0.1°的角度误差可以是可能的。类似地，在针对垂直霍尔传感器元件180-3、180-4具有例如40µT的偏移的情况下，在dBz/dz梯度计中实现0.1°的角度误差也可以是可能的。换句话说，它是混合的垂直/水平霍尔传感器系统，如果使用四个卫星（分立传感器装置100），则所述系统可能实现0.1°的系统误差。
可替换地，能够将传感器100定中心在和的最大值处的z位置附近，其也相对于psi方向正交。对和也可以具有类似的幅度，并且它们是正交的。然而，它们可能遭受弱信号，其甚至比上面的更弱。此外，它们可能必须由垂直霍尔传感器元件180检测，而更强的信号可以由水平霍尔传感器元件180检测。所以，这些系统可能需要用较不适当的传感器类型测量弱的场，并且这可能增加角度误差。
根据实施例的传感器布置200和/或装置100的进一步的实施例可以在z = 0处使用用于dBpsi/dpsi的一阶梯度计110和用于d2Bpsi/dpsi2的二阶梯度计110。梯度计幅度可能是小的，但是可以非常好地使用包括螺旋条状纹、翻转线圈和/或补偿线圈的基于AMR的传感器元件180。AMR传感器元件180可以如图16中描绘的进行布置，被布置在位置z = 0处。传感器元件180的对可以是叠加的，或者它们的中心点可以被布置得稍微偏移。
类似地，一阶和二阶的梯度计110可以用于psi方向，其AMR传感器元件180被倾斜90°以检测BR分量。这可以允许使用非常大的磁体220，从而导致非常小的梯度计信号。作为传感器装置100，可以使用引线式封装以及SMD封装（SMD = 表面可安装装置）。
假定了传感器管芯130，其主表面140平行于(R,z)平面，其例如适合引线式封装。因此梯度计110可以直接检测两个种类的斜率：用于分量BR、Bpsi、Bz中的每一个分量的d/dR和d/dz。磁体220可以是完全相同的，然而径向位置可以是不同的，因为传感器100可能由于封装约束而不再被放置得如此接近于磁体220。例如，可能是不可能的是，将霍尔装置定位得比大约0.55mm更接近于引线式封装（像例如PG-SSO-3）的边缘。因此，可能是必要的是，与上面给出的用于切向管芯定向的值相比，将0.25mm添加到d/dz梯度计110的径向位置且将1.0mm添加到d/dR梯度计110的径向位置。
传感器的径向位置可以针对M1是7.25mm和8.0mm，针对M2是15.75mm和16.5mm，针对M3是32.25mm和33mm。假定传感器100被放置为最接近于磁体220的可能路线（即，最小R位置），对于磁体M1、M2、M3，如图31、32和33所示，作为距中平面的距离的函数的梯度可以得到。
图31、32和33示出了存在比在切向管芯定向上更强的信号。然而，这些曲线都具有sin(psi)依存关系。最强的cos(psi)信号是，其针对传感器装置100要求z=0位置（磁体的中平面）。然而，该分量可以由水平霍尔传感器180检测。与垂直霍尔传感器180（其检测或）一起，可以实现角度传感器100。由垂直霍尔传感器元件180检测的磁场分量可以是将由水平霍尔效应传感器180检测的分量的三倍到四倍大，其可以有利于达到好的角度精确度。
然而，用于水平霍尔传感器元件的差值场针对磁体M3可以仅是4mT。像在切向管芯定向的情况下，可以增加梯度计的距离（在R方向上）以便使更小幅度提高为2倍。然后，信号可以变得类似像在切向管芯定向的情况下。
在图34和35中示出了根据实施例的这样的布置200的布局和布置对磁体220。等距离地分布的八个磁角度传感器装置100中的每一个传感器装置包括如图22所示的{dBz/dz,dBpsi/dR}梯度计110。像上面概述的，传感器元件180可以包括在磁体的中平面中（即，在z=0处）对准的水平霍尔传感器元件180和对磁场Bz的z分量敏感的垂直霍尔传感器元件180。该布局类似于在dBz/dz梯度计110朝向磁体220移动的情况下的图22所示的布局。
该布局也可以用于上面讨论的切向管芯定向，所以，可能是可能的是，比图9所示的实施例的原始布局更一般地实现该布局。图34和35示出了位于45°的整数倍数处的八个分立磁角度传感器100，然而更多或更少的分立传感器100也可以是可能的，其可能导致更高或更低的精确度。磁体220可以在直径方向上进行磁化。
完整的角度传感器布置200的大小可以稍微大一些，因为传感器封装100在径向方向上对准（在直径上6mm）。这在实践中可能是不相关的，因为电路板280自身为了结构稳定性可能需要特定的宽度。
在图36、37和38中示出了根据实施例的包括两个分立磁角度传感器装置100的磁角度传感器布置200的替换版本。布置200使用{dBR/dR, dBpsi/dR}梯度计110，其导致布局类似于图10和11所示的布局，但其中梯度计110沿着z方向彼此分开。该布局可能使两个类型的传感器元件180能够沿着相同的方向（此处径向方向）分隔开，使得对于给定的管芯大小，可以径向地布置更长的管芯130的边缘。该增加的R间距可能给出了更大的信号和更小的误差。磁体220再次在直径上进行磁化。传感器系统或布置200可以仅包括在磁体的相对侧处的两个传感器单元100。使用布置在180°的位置偏移处的在直径上的两个卫星或分立传感器装置100已经可以强有力地降低由磁体220相对于旋转轴210的离心率引起的角度误差。使用偶数的分立传感器装置100可以允许这样放置它们，使得针对相对于旋转轴的每一个分立传感器装置100，在直径上放置的分立传感器装置100存在。换句话说，在具有指示分立传感器装置100的数量的整数L的情况下，在至少一些环境下使用偶数可能是有利的。这可以允许一种消除例如由磁体或分立传感器装置100的载体引起的离心率误差的更高效的方式。然而，奇数的分立传感器装置100（L）对于在一些环境下实现也可以是可取的。
在图38中，移除了塑封材料310。第一梯度计110-1包括两个磁传感器元件180-1、180-2，其可以被实现为水平霍尔传感器元件，其检测与管芯表面140垂直的磁场分量120（即，Bpsi）。第二梯度计110-1包括磁传感器元件180-3、180-4，其可以被实现为垂直霍尔传感器元件，其检测径向磁通量分量BR。它们可以在轴向方向（即，z方向）上稍微移动，以便不叠加。然而，将它们放置在相同的z位置上且使它们沿着R方向稍微移动也是可能的。图38示出了两个传感器元件180可以被定向在相同的方位角方向上（例如，在顺时针方向上），然而它们中的一个也可以围绕它的对称轴（通过中心引脚）旋转180°，使得最终一个传感器被定向为顺时针，且另一个逆时针。这可以导致在电路板上的更简单的布局。
基于假定梯度计110的磁传感器元件180沿着梯度计方向与彼此分开1.5mm的距离，在具有针对dBR/dpsi梯度的水平霍尔传感器元件的9.5µT的偏移误差的情况下，大约0.1°的角度误差可以是可达到的。在具有针对dBz/dz梯度的垂直霍尔传感器元件的15µT的偏移误差的情况下，0.3°的角度误差可以是可达到的，从而产出了针对该2个卫星混合的垂直/水平霍尔元件系统的大约0.2°的总的误差。
对于包括8个或12个混合的垂直/水平霍尔元件卫星（其具有沿着梯度计方向的梯度计110的磁传感器元件180的1.5mm的距离）的系统，在具有小磁体（例如，M1）和针对dBpsi/dR的水平霍尔传感器元件的9.5µT的偏移误差的情况下，0.1°的角度误差可以是可达到的。类似地，对于垂直霍尔传感器元件，在具有针对dBz/dz梯度的32µT的偏移误差或针对dBR/dR梯度的30µT的偏移误差的情况下，0.1°的角度误差可以是可达到的，从而产出了0.1°的系统误差。
最后，实施例假定了传感器管芯130，其主表面140平行于(R,psi)平面，并且其适合于SMD封装，图39、40和41示出了作为距不同的磁体220的中平面的距离的函数的不同的梯度。因此，梯度计110可以能够直接检测两个种类的斜率：用于分量BR、Bpsi、Bz中的每一个分量的d/dR和d/dpsi。磁体220被假定为与上面讨论的磁体M1、M2和M3完全相同。此外，径向位置与针对d/dR梯度计110的最后情况完全相同，而d/dpsi梯度计可能需要像先前讨论的d/dz梯度计的径向位置。
传感器元件180的径向位置针对M1是7.25mm和8.0mm，针对M2是15.75mm和16.5mm，并且针对M3是32.25mm和33mm。假定分立传感器100被放置为最接近于磁体220的可能路线（即，最小R位置），对于磁体M1、M2、M3，在图39、40和41中示出了作为距中平面的距离的函数的梯度。
再次存在两个大信号，其是同相的：
和
在z = 0处，实施例可以利用以及作为余弦信号的或。然而两个选项都不可以产出最好的结果，因为它们可能偏爱垂直霍尔传感器元件180。这可能给出比上面讨论的布置大的角度误差。
然而，也可以是可能的是，紧邻轴线260但在磁体220的下方或上方放置传感器100。这可以避免大的径向距离，并且因此针对方位角梯度计110增加dpsi = 1.5mm/R。
例如，对于具有6mm的内直径、30mm的外直径、8mm的厚度的磁体220和通过它具有1000或更大的µr的相对磁导率的铁轴线260，增加信号强度可以是可能的。磁体由剩磁Brem= 0.22T、µr(反冲) = 1.5表征。
BR场在轴线260附近可以是强的，但也在较大的径向距离处是强的。然而，Bpsi和Bz场仅当位置不太接近于轴线260时可以是强的，因为如分别针对4.5mm和8mm的径向位置在图42和43中图示的，轴线可能使场线变短。如针对前面提到的两个径向位置在图44和45中图示的，沿着psi方向的梯度计输出是相当地弱，除了接近于轴线260的dBR/dpsi以外。图46和47分别针对位于R = 4.5mm和6.5mm处的1.5mm梯度计最后示出了沿着R方向的梯度计输出，其中梯度计110的第二传感器元件180被进一步朝外放置1.5mm。它们的输出也是相当地弱。
Bpsi/dR和dBR/dpsi依存关系两者对于小径向距离都是相当地强。然而，它们两者都是cos(psi)函数。
然而，使用两个梯度计110的梯度对{dBR/dpsi, dBz/dR}可能是更好的解决方案。如在图39的上下文中概述的，它们可能具有余弦和正弦依存关系对角度psi，并且它们的幅度分别是大约13mT和4mT，由此较弱的信号可能由水平霍尔传感器元件检测，如果封装是如图48-51所示的SMD类型。
图48和49示出了包括作为布置在承板280上的表面安装器件（SMD）的三个等距离地布置的分立磁角度传感器装置100的根据实施例的磁角度传感器布置200的透视图，所述承板280例如可以被实现为印刷电路板。磁体220再次被实现为机械地固定到轴线260的通孔磁体220。然而，也如图51b所示，分立磁角度传感器装置100沿着旋转轴210在磁体220与承板280之间进行布置。
图50示出了在移除了磁体200的情况下的磁角度传感器布置200的透视图。图50图示了分立磁角度传感器装置100包括塑封材料310，其已经被移除以便在图51a的扩大的透视图中提供到分立磁角度传感器装置100的内部结构中的洞察。图51a再次图示了分立磁角度传感器装置100包括具有主表面140的传感器管芯130，在所述主表面140上提供磁传感器元件180。管芯130被安装到耦合至三个引脚290的引线框架300，其中，为了简单起见，再次未在图51a中示出键合引线。中心引脚290耦合至引线框架300，从而例如提供用于分立磁角度传感器装置100的地电势。自然地，引脚290的数量可以不同于在该实施例以及先前描述的实施例和下面描述的实施例中的三个地进行选择。此外，也可能的是，倒转传感器封装的定向，使得管芯被放置为面向下，以及引线框架的管芯踏板面向移动磁体。如果在移动磁体与传感器封装之间的空隙是小的，则这可能是更可靠的，因为然后，传感器管芯不仅由塑封材料而且也由距移动磁体的管芯踏板保护。
传感器封装100的引脚290可以朝向电路板280的表面弯曲，其中，它们可以被焊接到铜迹线。然而，在图48-51中未示出该弯曲。代替在单侧上具有所有引脚290的封装100，也可以使用在相对侧上具有引脚290的常规SMD封装。也可能的是，使用VQFN类型的封装，其不具有远离封装本体的引线，而仅具有连接盘或焊盘或鸥翼（gull-wings）。因此，代替引脚290，其它耦合结构也可以被实现来将分立传感器装置100机械和/或电耦合至系统。换句话说，术语“耦合结构”用作包括引脚290的所有这些结构的总结术语，其在实施例中可以全部或部分地由适当的耦合结构取代。
轴线可以是非磁的（µr =1）或含铁的（µr > 1000）。磁体220可以在直径方向上进行磁化。系统包括围绕轴线260按120°的整数倍数放置的三个传感器单元100。在传感器封装100与磁体220的底部表面之间的间隙可以被选择为约1mm。在管芯130上的传感器元件180-1、180-2可以被实现为检测Bz分量的水平霍尔传感器元件，而在管芯130上的传感器元件180-3、180-4可以被实现为垂直霍尔传感器元件，其检测Bpsi分量。
为了找到其中梯度计输出大的位置，针对磁体M3确定(R,z)平面中的磁场导数。图52、53和54分别示出了作为参数s的函数的三个磁场分量相对于径向、切向和轴向方向的梯度。在图52中，宽曲线图示了dBz/dR*1.5mm依存关系，细浅曲线图示了dBpsi/dR*1.5mm依存关系，以及细黑线图示了dBR/dR*1.5mm依存关系。类似地，在图53中，宽曲线图示了dBz/dpsi*1.5mm/R依存关系，细浅曲线图示了dBpsi/dpsi*1.5mm/R依存关系，以及细黑线图示了dBR/dpsi*1.5mm/R依存关系。最后，在图53中，宽曲线图示了dBz/dz*1.5mm依存关系，细浅曲线图示了dBpsi/dz*1.5mm依存关系，以及细黑线图示了dBR/dz*1.5mm依存关系。
梯度随着到磁体220的表面的较大的距离而衰减。所以，可能是可能的是，沿着包络线在到表面的1mm的距离中比较梯度。在下文中，参数s是沿着下面的路径的长度：在s =0处开始，其对应于(R,z)=(0, 6mm)。然后，对于(R,z)=(31mm, 6mm)，s向上增加到s = 31。对于较大的s，位置是(R,z)=(31mm, 37mm)。因此，例如，s = 31对应于(R,z) = (31mm,6mm)，并且s = 37对应于(R,z) = (31mm, 0mm)。
根据这些绘图，在特定位置处的导数可以被确定，并且它们可以根据它们的强度分等级。找到强的正弦余弦对可以提供实现对应角度传感器装置100或对应布置200的可能性。大体上，具有零斜率（d/ds = 0，即，极值）的位置是令人感兴趣的，因为它们表示在s方向上针对错位稳健的点。然而，与s方向正交的错位的问题可能仍存在。
对于s = 33mm的总结，其是(R,z) = (31mm, 0mm)：
1.5 mm*dBR/dR 22 mT Sin(psi)
1.5 mm*dBz/dz 18 mT Sin(psi)
1.5 mm*dBpsi/dR 5 mT Cos(psi)
1.5 mm/R*dBR/dpsi 4.5 mT Cos(psi)
对于s = 33mm至34mm的总结，其是(R,z) = (31mm, 3mm至4mm)：
1.5 mm*dBz/dz 28 mT Sin(psi)
1.5 mm*dBR/dR 24 mT Sin(psi)
1.5 mm/R*dBR/dpsi 4.4 mT Cos(psi)
对于s = 32mm至33mm的总结，其是(R,z) = (31mm, 4mm至5mm)：
1.5 mm*dBR/dz 45 mT Sin(psi)
1.5 mm*dBz/dR 32 mT Sin(psi)
1.5 mm/R*dBz/dpsi 3.7 mT Cos(psi)
1.5 mm*dBpsi/dz 3.7 mT Cos(psi)
对于s = 30mm的总结，其是(R,z) = (30mm, 6mm)：
1.5 mm*dBR/dR 40mT Sin(psi)
1.5 mm*dBz/dz 28mT Sin(psi)
1.5 mm/R*dBz/dpsi 4mT Cos(psi)
对于s = 16mm的总结，其是(R,z) = (16mm, 6mm)：
1.5 mm*dBz/dR 27mT Sin(psi)
1.5 mm*dBR/dz 17mT Sin(psi)
1.5 mm*dBpsi/dR 4.7mT Cos(psi)
1.5 mm/R*dBR/dpsi 4.7mT Cos(psi)
对于s = 15mm的总结，其是(R,z) = (15mm, 6mm)：
1.5 mm*dBR/dR 39mT Sin(psi)
1.5 mm*dBz/dz 30mT Sin(psi)
1.5 mm/R*dBz/dpsi 7.5mT Cos(psi)
1.5 mm*dBpsi/dz 5mT Cos(psi)
因此，最强的余弦信号出现在R = 15mm处。小的径向距离在dBz/dpsi前面增加了系数“1.5mm/R”。因此，如分别对应于图52、53和54的图55、56和57中图示的，可以在磁体的孔中找到甚至更强的梯度。然而，代替作为参数s的函数的图解，在这些图中使用距磁体220的中平面的轴向距离。
对于(R,z) = (14mm, 0mm)的总结
1.5 mm*dBz/dz 17 mT Sin(psi)
1.5 mm*dBR/dR 12.6 mT Sin(psi)
1.5 mm/R*dBR/dpsi 6.7 mT Cos(psi)
因此，对{dBz/dz, dBR/dpsi}可以是用于切向管芯定向的好的替换，其可以很好地适合在磁体220与轴线260之间的小的间隙。如果传感器封装100例如被布置在具有14mm的半径（R = 14mm）的圆圈上，并且每一个封装100具有约6mm的宽度，则可以容纳最大数量的14个传感器单元100。因此，具有总数12个分立传感器单元100的30°的角度间距仍可以是可能的，并且如果这12个传感器单元的角度估算由控制单元组合（例如，平均），则它应当足以达到非常好的角度精确度。
在下文中，将讨论有限元方法仿真（FEM仿真）的结果。这些仿真基于µr为1000或更大且直径为24mm的铁轴线260。磁体220的内直径为30mm，外直径为60mm，厚度为10mm，并且它在具有剩磁Brem= 0.22T（µr(反冲) = 1.5）的情况下进行磁化。
图58示出了FEM仿真的第一结果。曲线320示出了按特斯拉的单位给出的作为距磁体220的中平面的距离的函数且在径向距离R = 14mm处的梯度计信号1.5 mm/R*dBR/dpsi。曲线322示出了与dBz/dpsi成比例的梯度计信号，并且曲线324示出了与dBx/dpsi成比例的梯度计信号。曲线320示出了在z = 0mm的位置处的值0.007783T。
这比在µr=1的轴线的情况下大约16%。其它两个分量（1.5mm/R*dBz/dpsi、1.5mm/R*dBpsi/dpsi）由于值分别为非磁轴线260的值的约57%和38%的铁轴线而更小。
然而，正弦信号1.5mm*dBz/dz（图59中的曲线330）也由于含铁轴线而弱得多：在R= 14mm和z = 0处仅6.3mT。
因此，含铁轴线260可以降低两个梯度计信号之一。所以，如果传感器单元100被安装在含铁轴线260上，则可能是可取的是，不将传感器单元100放置在环状磁体220的内直径附近。如果轴线260是非磁的，则可能是可取的是，将传感器单元100放置在内直径附近的磁体环220的中平面中。
图60示出了包括三个横向霍尔传感器装置180-1（H1）、180-2（H2）和180-3（H3）的分立磁角度传感器装置100的示意平面图。三个霍尔传感器装置180（其在其它实施例中可以由诸如AMR传感器装置180的其它磁传感器装置180来取代）被布置在管芯130上，并且形成第一梯度计110-1（其包括第一和第三霍尔传感器元件180-1、180-3）和第二梯度计110-2（其包括用来估算磁场的角度的所有三个霍尔传感器装置180）。第一梯度计110-1是一阶梯度计110，第二梯度计110-2是二阶梯度计110。
霍尔传感器元件可以沿着公用线340彼此等距离地分开地被布置在公用线340上。可选地，如图60所示，第二霍尔传感器元件180-2可以与线340垂直地进行移位。例如，三个传感器元件180可以被布置在圆形弧上，其中心可以与旋转轴210一致。
第一梯度计信号GS1可以分别基于第一和第三传感器元件180-1、180-3的信号H1、H3。第一梯度计信号GS1可以等于GS1 = H1 – H3。第二梯度计信号GS2可以分别基于所有传感器元件180-1、180-2、180-3的信号H1、H2、H3，并且等于GS2 = H1 + H3 – 2 * H2。因而，当例如线340被定向为与围绕旋转轴210同心地布置的圆圈成切线时，第一梯度计信号GS1可以与sin(psi)成比例，第二梯度计信号GS2与cos(psi)成比例。因此，两个梯度计110沿着与线340共线的共同的梯度计方向150进行布置。
如前面概述的，第一梯度计信号GS1可以与sin(psi)成比例。因而，然后，第二梯度计信号GS2与cos(psi)成比例，因为它（大约）与第一梯度计信号GS1的相对于psi的导数成比例。因此，基于两个信号GS1和GS2，角度可以是基于反正切计算（在具有系数k的情况下的psi = arctan (GS1, k * GS2)）或如前面概述的类似的计算而可导出的。
例如，如图8或60所示，可以相对于磁体220布置装置100。例如，这样的封装可以被布置在磁体220下面（未在图60中示出）。可替换地，装置100可以径向地朝外移动，使得如图60所示，旋转轴210不与管芯130交叉。因此，装置100可以最终用作轴上传感器或用作离轴传感器。在后者的情况下，当轴线260被布置在两个装置之间时，可以使用两个分立装置100。
由于小数量的传感器装置180与其它系统和装置相比可以提供受限的空间和小的能量消耗，所以使用这样的装置100可以是令人感兴趣的。此外，可以仅使用相同类型的传感器元件180，其可以被制造为具有类似的相关技术和热性质以及类似的预期寿命。
图61示出了进一步的装置100的平面图，其可以基于垂直霍尔传感器元件180、AMR传感器元件180或另一种类型的传感器元件180。装置100包括四个传感器元件180-1、180-2、180’-2、180-3，其可以是单个传感器元件180或包括例如xMR传感器元件（诸如AMR传感器元件）的串联连接。因此，传感器元件180-1、180-2可以形成第一桥345-1，同时传感器元件180’-2和180-3形成第二桥345-2。根据图61所示的传感器元件180是单个元件180还是形成半桥的传感器元件180的串联连接，桥345是半桥或全桥。传感器元件180可以被布置在管芯130上。
假定传感器元件180-1、180-2、180’-2和180-3分别提供信号A1、A2、A2’和A3，两个梯度计信号GS1、GS2可以是分别基于提供信号B1 = A1-A2、B2 = A2’-A3的桥345-1、345-2而可导出的。GS1可以由GS1 = B1+B2 = (A1-A2)+(A2’-A3)给出，并且GS2由GS2 = B1-B2 =(A1-A2)-(A2’-A3)给出。换句话说，信号B1和B2是一阶梯度计信号。信号GS1也是一阶梯度计信号，并且它与一阶梯度计信号B1和B2的和完全相同。信号GS2也是二阶梯度计信号，并且它与一阶梯度计信号B1和B2的差值完全相同。
装置100的进一步的实施例可以包括布置在圆圈上的四个传感器元件180，其中的两个例如是在直径上布置的横向霍尔传感器元件180，并且其中的两个是在直径上布置的磁场效应晶体管（MAG-FET）。自然地，磁场效应晶体管可以由三角形霍尔传感器元件取代，信号在两个三角形霍尔传感器元件之间的节点处可导出。
图62a、62b和62c示出了根据实施例的进一步的装置100的平面图，其将在下面进行描述。这些装置100使用对。如果管芯130平行于(psi,z)平面，则使用例如对BR敏感的单个类型的磁场传感器180可以是可能的。该类型的传感器元件180可以是水平霍尔片，其误差可以比垂直霍尔传感器元件小。在该情况下，使用矩形管芯130可能是令人感兴趣的，其中在z方向上对准的对的间距比在psi方向上对准的对的间距小。在上面讨论的示例中，当例如第一对具有仅0.9mm的间距且第二对具有2.45mm的间距时，这可以给出对于在z方向上的梯度计的15.7*0.9/1.5 = 9.4 mT的幅度以及对于在psi方向上的梯度计的3.6*2.45/1.5 = 5.9 mT。因此，用于两个梯度计110的信号幅度的差值可以比上面给定的小。如果每一个梯度计110具有15 µT的最坏情况偏移误差，这可以给出15 µ/5.9 m*180°/pi = 0.15°的最坏情况角度误差。
如图62b示出的，甚至可以是可能的是，仅使用三个传感器元件180，以便降低电路的面积消耗和功率消耗。在该情况下，传感器100可以计算GS1 = BR(右) – BR(左)以获得作为一阶梯度计110的梯度计信号GS1的第一正弦曲线信号，并且计算GS2 = BR(中心) –(BR(右)+BR(左))/2以获得作为二阶梯度计110的梯度计信号GS2的与第一正弦曲线信号（余弦信号）正交的第二正弦曲线信号。
可替换地，如图62c所示，可以不对称地放置形成“L”形设计的上部传感器元件180。
然后，传感器可以计算GS1 = BR(右下) - BR(左下)以获得第一正弦曲线信号，并且计算GS2 = BR(左上) - (BR(右下) + BR(左下))/2以获得第二正弦曲线信号。可替换地，第二正弦曲线信号由GS2‘ = BR(左上) – BR(左下)获得。GS2‘是一阶梯度计的梯度计信号，而GS2是近似二阶梯度计信号。这两个正弦曲线信号可能不再是正好90°相移（相对于psi），但对于给定磁体，该正交性误差可以被计及。自然地，梯度计信号GS1、GS2可以用作上面在图62b上下文中概述的。
图63示出了轴线260、具有中心孔（轴线260通过其延伸）的圆盘状磁体220的透视图。磁体220再次在直径上进行磁化。然而，所示的布置进一步包括具有与环状磁体220相同的外直径的圆盘350。圆盘350进一步包括传感器孔，轴线260也延伸通过所述传感器孔。圆盘350包括沿着旋转轴210的厚度，其小于圆盘350的外直径。
圆盘350可以是铁磁或含铁的，例如由含铁材料制成，并且具有沿着旋转轴210（z方向）的1mm的厚度。它被固定在轴线260上。在由含铁材料产生的情况下，它可以包括1000或更大的相对磁导率µr。基于图63所示的结构，已经执行了FEM仿真。
在使用非磁轴线260的情况下，含铁圆盘350的单独的存在降低了dBR/dpsi并增加了dBz/dz。这最终可能使可达到的精确度降级。总之，如果轴线260和圆盘350是含铁的，则可以获得最强信号。然后，具有1.5mm的间距的{dBz/dz, dBR/dpsi}梯度计对110的幅度分别可以是15mT和9.5mT。例如，如果使用切向管芯定向，则这可以完美地适合窄间隙。然而，对于dBz/dz梯度计可能存在限制，因为它可能仅由垂直霍尔传感器元件180可检测，而dBR/dpsi梯度计可以由水平霍尔传感器元件180可检测。
假定75µT的最坏情况垂直霍尔传感器元件偏移误差，可以得到75/15000·180°/π= 0.3°的角度误差，同时在15µT的水平霍尔传感器元件偏移的情况下，可以给出15/9500*180°/π = 0.1°的角度误差。在该情况下，可以增加对应梯度计的垂直霍尔传感器元件的z间距，并且降低水平霍尔传感器元件的psi间距。附加地或替换地，可以降低磁体220的厚度以增加梯度dBz/dz。
图64示出了磁角度传感器布置200的机械组装的透视图。布置200包括轴线260，其可以可选地包括含铁材料，诸如铁。材料可以包括1000或更大的相对磁导率µr（µr＞1000）。
布置200进一步包括圆盘350，其也可以可选地和附加地或替换地包括含铁材料。布置200进一步包括可选地在直径上磁化的磁体220。圆盘350可以具有与磁体220相同的外直径，其可以是环状的或圆柱状的。布置200可以进一步包括承板280，其可以被实现为单个或多于一个的电路板。在图64-67所示的实施例中，承板280包括两个分开的印刷电路板。承板280或换句话说一个或多个印刷电路板可以保持传感器单元或根据实施例的分立磁角度传感器装置100。布置200可以包括一个或多个传感器装置100。承板280可以进一步被配置为进行到传感器装置100的电连接并且可能也进行在传感器装置100之间的电连接。
图65示出了底部视图，其中传感器单元100的引线或引脚290的部分通过电路板。传感器装置100可以被定位在围绕轴线260的圆圈上。因此，传感器装置100在该实施例中不在磁体220的外部，但在具有环形的形状的磁体220的孔的内部。电路板280被分裂为两个半部分，因为这可以简化布置200的装配过程。两个半部分可以由某个机械夹具保持在一起，或者它们被安装在单个框架上，所述单个框架保持它们在一起，仅举两个可替换的方法。
当然，传感器单元100对磁体220和轴线260的位置容差没有被电路板的分裂过分削弱可以是可取的，如果不重要的话。自然地，电路板（承板280）可以被不对称地分裂，使得一部分（较大的部分）可以保持至少两个相对的传感器单元100。然后，可以是可能的是，比较在装配之后的测试中的相对两个单元100的读数和其它相对的对的读数。如果它们不类似，则这可能是两个板没有足够精确地定位或没有围绕旋转轴210足够对称地定位的指示。
在图66和67中，磁体220的四分之一被切掉，并且两个电路板中的一个电路板被隐藏，以便使得能够得到传感器单元100的更好的视图。传感器管芯130以切向方式定向，使得它们的主表面140平行于(psi,z)平面。示出了两个梯度计。梯度计包括两个传感器元件180，其可以例如被实现为水平霍尔传感器元件，所述水平霍尔传感器元件组成dBR/dpsi梯度计110。分立传感器装置100进一步包括两个传感器元件180’，其可以被实现为垂直霍尔传感器元件，所述垂直霍尔传感器元件组成dBz/dz梯度计110。
管芯130的有源表面或主表面140此处被定向为朝向磁体220的内直径，并且不朝向轴线260。事实上，从磁的观点出发，它可以是有益的，如果在传感器元件180与磁体220之间的间隙是小的，而在传感器元件180与轴线260之间的间隙可以是较大的。
图67示出了元件180的轴向位置。两个梯度计110的中心都可以在磁体220的中平面中。
此外，可以将进一步的圆盘添加在电路板的下方，或换句话说在面向远离圆盘350的一侧上。进一步的圆盘可以可选地包括如前面概述的含铁材料，或由其制造。对于特定尺寸，这可以增加信号，并且它也可以增加针对外部场的屏蔽。附加地或替换地，它可以改进系统的机械稳健性，虽然它可能使布置200的装配更复杂。
所有固定到磁体220的含铁部分的磁滞效应可以是不相关的，因为它们相对于磁场是固定的，它们不可能扭曲信号对旋转角的函数关系。
在图64-67中，含铁圆盘350具有比磁体220大的直径。它又可能也具有较小的直径或完全相同的直径。外直径对于磁原因可能不是那么重要的，因为可以在内直径处估计场。然而使用在内直径附近的圆盘350的特定压型可以是可取的。然而，这样的轮廓可能独立于旋转角psi（没有psi依存关系）。它可以具有(R,z)依存关系，例如，圆盘350可以具有在磁体220与轴线260之间的直径处的圆锥形状。替换地或附加地，它可以在轴向方向上接近分立传感器单元100例如在那里的约1mm。
实现这样的圆盘350（其也被称为旋转斜盘）可以自由地与前面描述的实施例相组合，其例如具有若干传感器单元100和控制单元170，每一个传感器单元输出角度估算，所述控制单元170组合所有这些估算以得到改进的角度估算。
因为可以使用多于一个的传感器单元100，它们应当提供用来获得同步读数的装置。例如，如前面概述的，像微处理器（µC）的外部控制单元可以能够向它们发送同步脉冲或触发信号，其发起在所有传感器单元110处的对磁场或估算的旋转角的同步测量或者采样。因为分立传感器100通常根据它们自身的在各个传感器单元100中生成的时钟非同步地运行，所以它们可以具有板上算法，其根据从前的读数内插或外推同步角度值。如果假定的是，例如，分立传感器100每30µs计算旋转角的值的更新，则它可以将预先限定数量的在前值（例如，在前的五个值）存储在片上寄存器中。如果在计算最近的更新之后22µs将同步脉冲施加至传感器单元100，则传感器单元100可以例如通过在寄存器中的五个值拟合二阶多项式，并且计算在同步脉冲的时间处的外推值。然后，将该值传送到微处理器。因此，微处理器可以获得所有传感器单元100的同步值，并且它可以使用这些读数来通过各种算法得到旋转角的改进的估算，例如简单地通过取得所有值相对于它们在布置200中的位置的平均。
图68示出了具有一般形式的磁体220的透视图，其可以连同旋转形状一起提供在直径上的和/或同质的磁化。然而，它可以不是对实现可行的磁体。然而，它可以根据下面的方程式允许纯正弦曲线场：
（19）
（20）
（21）。
图69连同基于通常铁氧体材料的真实退磁曲线的磁化的数值模拟的结果一起示出了包括三个螺旋管形状的部分360-1、360-2、360-3的进一步的磁体220。图图示了前面所示的磁体220例如也可以基于多于一个的部分360来实现。此外，图70图示了磁场的x和y分量Bx、By的正弦曲线依存关系。
描述和附图仅图示了本发明的原理。因此将理解的是，本领域技术人员将能够设计虽然未在本文中明确描述或示出但体现本发明的原理并被包含在其精神和范围内的各种布置。此外，本文中叙述的所有示例原则上明白地意在仅用于教育目的，以帮助读者理解本发明的原理和由一个或多个发明人用来增进技巧而贡献的概念，并且将被解释为对这样具体叙述的示例和条件没有限制。此外，本文中叙述原理、方面和本发明的实施例以及其特定示例的所有声明意在包含其等同形式。
指示为“用于……的装置”的功能块（执行特定功能）将被理解为功能块包括适于分别执行或将执行特定功能的电路。因此，“用于某物的装置”也可以被理解为“适于或适合于某物的装置”。适于执行特定功能的装置因此就不暗示这样的装置有必要执行所述功能（在给定的时间点处）。
本文中描述的方法可以被实现为软件，例如被实现为计算机程序。子工艺可以由这样的程序通过例如写入到存储器位置中来执行。类似地，读取或接收数据可以通过从相同的或另一个存储器位置读取来执行。存储器位置可以是寄存器或另一个适当的硬件的存储器。在图中所示的各种元件的功能（包括标注为“装置”、“用于形成的装置”、“用于确定的装置”等等的任何功能块）可以通过使用专用硬件（诸如“形成器”、“确定器”等等）以及能够执行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享的处理器或者由多个各个处理器（其中的一些可以是共享的）来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以含蓄地包括但不限于：数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）和非易失性存储装置。也可以包括其它常规的和/或定制的硬件。类似地，图中所示的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的相互作用、如从上下文更特别地理解的由实现者可选定的特别的技术来执行。
应当由本领域技术人员理解的是，本文中的任何框图表示体现了本发明的原理的说明性电路的概念性视图。类似地，将理解的是，任何流程图、作业图、状态转移图、伪码等等表示各种过程，其可以基本上在计算机可读媒介中表示，并且因此由计算机或处理器执行，无论是否明确地示出了这样的计算机或处理器。
此外，下面的权利要求据此并入到详细的描述中，其中每一个权利要求可以作为分开的实施例独立存在。尽管每一个权利要求可以作为分开的实施例独立存在，但将注意的是，虽然从属权利要求可以在权利要求中指代与一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它实施例也可以包括从属权利要求与彼此从属权利要求的主题的组合。本文中提出了这样的组合，除非声明不意图特定组合。此外，意图的是，也将权利要求的特征包括到任何其它独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于独立权利要求。
进一步将注意的是，在说明书或在权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各自的步骤中的每一个步骤的装置的设备来实现。
此外，将理解的是，在说明书或权利要求中公开的多个步骤或功能的公开内容可以不被解释为在特定次序内。所以，多个步骤或功能的公开内容将不把这些限制到特别的次序，除非这样的步骤或功能因为技术原因而不可交换。
此外，在一些实施例中，单个步骤可以包括或可以被拆开为多个子步骤。这样的子步骤可以被包含且是该单个步骤的公开内容的部分，除非明确地排除。

Claims (27)

1.一种分立磁角度传感器装置，包括：
第一磁场梯度计；以及
第二磁场梯度计，
其中，所述第一磁场梯度计和所述第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型,
其中第一和第二磁场梯度计在衬底的主表面之内或之上形成，所述衬底是半导体衬底、无机衬底和单晶衬底中的至少一个，
其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于第一磁场分量相对于第一梯度计方向的梯度生成所述传感器信号，并且其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于第二磁场分量相对于所述第一梯度计方向或者相对于不同于所述第一梯度计方向的第二梯度计方向的梯度来生成所述传感器信号。
2.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中所述一组梯度计类型包括至少由一组阶数中的所述梯度计的阶数、一组梯度计方向中的梯度计方向、所述梯度计对其敏感的一组磁场分量中的所述磁场的磁场分量以及一组传感器元件类型中的所述梯度计包括的至少一个传感器元件的类型限定的梯度计类型，
其中所述一组阶数包括：一阶、二阶、三阶和n阶，其中n是大于3的整数，
其中所述一组梯度计方向包括第一梯度计方向和不同于所述第一梯度计方向的第二梯度计方向，
其中所述一组磁场分量包括第一磁场分量和不同于所述第一磁场分量的第二磁场分量，以及
其中所述一组传感器元件类型包括垂直霍尔传感器、水平霍尔传感器、巨磁阻抗装置、磁场效应晶体管、磁电阻器和磁阻传感器元件。
3.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，进一步包括：传感器电路，被配置为基于所述第一磁场梯度计的第一梯度计信号并基于所述第二磁场梯度计的第二梯度计信号来生成指示旋转角的传感器信号。
4.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中所述传感器电路被配置为基于第一和第二梯度计信号的组合来生成所述传感器信号，使得共同的乘法系数被消除。
5.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中第一和第二梯度计中的至少一个具有比1高的阶数。
6.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中所述第一磁场分量与所述衬底的所述主表面垂直，并且所述第二磁场分量平行于所述衬底的所述主表面。
7.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中所述第一磁场分量与所述第二磁场分量垂直。
8.根据权利要求1所述的分立磁角度传感器装置，其中所述第一磁场梯度计包括第一磁传感器元件和第二磁传感器元件，所述第一磁传感器元件和第二磁传感器元件具有一组传感器类型中的相同的传感器类型，并且其中所述第二磁场梯度计包括第三磁传感器元件和第四磁传感器元件，所述第三磁传感器元件和第四磁传感器元件具有所述一组传感器类型中的相同的传感器类型，其中所述一组传感器类型包括垂直霍尔传感器、水平霍尔传感器、巨磁阻抗装置、磁场效应晶体管和磁阻传感器元件。
9.根据权利要求8所述的分立磁角度传感器装置，其中所述第一磁场梯度计包括第一横向霍尔传感器元件和第二横向霍尔传感器元件，其中所述第二磁场梯度计包括第一垂直霍尔传感器元件和第二垂直霍尔传感器元件。
10.一种磁角度传感器布置，包括：
至少一个分立磁角度传感器装置，所述分立磁角度传感器装置包括第一磁场梯度计、第二磁场梯度计和传感器电路，所述传感器电路被配置为基于所述第一磁场梯度计的第一梯度计信号并基于所述第二磁场梯度计的第二梯度计信号生成指示旋转角的传感器信号，其中所述第一磁场梯度计和所述第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型；
其中所述至少一个分立磁角度传感器装置相对于旋转轴固定地布置，至少一个磁体围绕所述旋转轴可旋转地可安装，使得所述至少一个分立磁角度传感器装置相对于所述旋转轴离轴布置；
其中所述一组梯度计类型包括至少由一组阶数中的所述梯度计的阶数、一组梯度计方向中的梯度计方向、所述梯度计对其敏感的一组磁场分量中的所述磁场的磁场分量以及一组传感器元件类型中的所述梯度计包括的至少一个传感器元件的类型限定的梯度计类型；
其中所述一组阶数包括：一阶、二阶、三阶和n阶，其中n是大于3的整数，
其中所述一组梯度计方向包括第一梯度计方向和不同于所述第一梯度计方向的第二梯度计方向，
其中所述一组磁场分量包括第一磁场分量和不同于所述第一磁场分量的第二磁场分量，以及
其中所述一组传感器元件类型包括垂直霍尔传感器、水平霍尔传感器、巨磁阻抗装置、磁场效应晶体管、磁电阻器和磁阻传感器元件。
11.根据权利要求10所述的磁角度传感器布置，其中所述传感器电路被配置为也至少基于距所述旋转轴的所述第一磁场梯度计的径向距离和距所述旋转轴的所述第二磁场梯度计的径向距离生成所述传感器信号。
12.根据权利要求10所述的磁角度传感器布置，包括围绕所述旋转轴根据预先限定的图案布置的多个分立磁角度传感器装置。
13.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述多个分立磁角度传感器装置包括：两个分立磁传感器装置，围绕所述旋转轴以相对于彼此180°的角度布置，使得连接所述两个分立磁传感器装置的连接线与所述旋转轴交叉。
14.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述多个分立磁角度传感器装置相对于参考方向围绕所述旋转轴在360°·i/L的角位置处进行布置，其中L是大于或等于2的整数，指示所述分立磁角度传感器装置的数量，并且i = 0, …, (L-1)是整数。
15.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述分立磁角度传感器装置本质上位于到所述旋转轴的相同的径向距离处。
16.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所有分立传感器装置位于平面上，所述平面被定向为与所述旋转轴垂直。
17.根据权利要求16所述的磁角度传感器布置，其中所有分立传感器装置被安装到单个印刷电路板，或者被安装到并排放置并平行于所述平面的两个印刷电路板。
18.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述磁角度传感器布置包括：控制电路，被配置为从所述多个分立磁角度传感器装置接收所述传感器信号并且基于从所述多个分立磁角度传感器装置接收的所述传感器信号生成指示所述磁体的所述旋转角的角度信号。
19.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述分立磁角度传感器装置中的至少一个分立磁角度传感器装置的至少一个传感器电路被配置为从所述多个分立磁角度传感器装置中的其它分立磁角度传感器装置接收所述传感器信号并且基于从其它分立磁角度传感器装置接收的所述传感器信号并基于第一和第二磁场分量的所确定的梯度生成指示所述磁体的所述磁场的所述角度的所述角度信号。
20.根据权利要求18所述的磁角度传感器布置，其中所述分立磁角度传感器装置的所述传感器信号包括关于从第一和第二梯度计信号可导出的值的比率的信息，并且其中至少一个分立磁角度传感器的所述传感器信号包括关于其各自的第一和第二梯度计信号的符号的信息。
21.根据权利要求18所述的磁角度传感器布置，其中所述控制电路或所述至少一个传感器电路被进一步配置为生成触发信号，并且其中所述多个分立磁角度传感器装置中的分立磁角度传感器装置被进一步配置为基于所述触发信号生成指示同步测量的它们各自的传感器信号。
22.根据权利要求18所述的磁角度传感器布置，其中所述控制电路或所述至少一个传感器电路被配置为基于对从所述传感器信号可导出的所述角度进行平均来生成所述角度信号。
23.根据权利要求12所述的磁角度传感器布置，其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于所述第一磁场分量相对于所述分立磁角度传感器装置的第一梯度计方向的所述梯度生成所述传感器信号，并且其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于所述第二磁场分量相对于所述分立磁角度传感器装置的所述第一梯度计方向或相对于不同于所述分立磁角度传感器装置的所述第一梯度计方向的所述分立磁角度传感器装置的第二梯度计方向的所述梯度生成所述传感器信号，其中所述分立磁角度传感器装置被布置成使得所有第一磁场分量具有相同类型的磁场分量并且所有第二磁场分量具有相同类型的磁场分量，其中所述一组磁场分量包括：相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的轴向分量，相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的径向分量，以及相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的切向分量，并且其中所有第一梯度计方向具有相同的方向类型，并且所有第二梯度计方向具有相同的方向类型，其中一组方向类型包括：相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的轴向方向，相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的径向方向，以及相对于各自的分立磁角度传感器装置的位置和所述旋转轴的切向方向。
24.根据权利要求10所述的磁角度传感器布置，进一步包括所述可旋转安装的磁体，所述磁体包括：本质上在直径上的磁化，被定向为使得所述磁化本质上被定向为与所述旋转轴垂直。
25.根据权利要求24所述的磁角度传感器布置，其中所述磁体包括旋转对称或M重旋转对称，其中M是等于或大于分立磁角度传感器装置的数量的整数。
26.根据权利要求10所述的磁角度传感器布置，其中所述第一梯度计包括第一横向霍尔传感器元件和第二横向霍尔传感器元件，其中所述第二梯度计包括第一垂直霍尔传感器元件和第二垂直霍尔传感器元件，并且其中所述至少一个分立磁角度传感器装置被布置成，使得相对于所述至少一个磁体的最大指定旋转角范围，将由所述第一梯度计检测的第一磁场分量的梯度的幅度小于将由所述第二梯度计检测的第二场分量的梯度的幅度。
27.一种用于提供传感器信号的方法，包括：
使用第一磁场梯度计生成第一梯度计信号；
使用第二磁场梯度计生成第二梯度计信号；以及
基于第一和第二梯度计信号生成指示磁场的旋转角的所述传感器信号，
其中所述第一磁场梯度计和所述第二磁场梯度计具有一组梯度计类型中的不同类型；以及
其中第一和第二磁场梯度计被包括在分立磁角度传感器装置中，
其中第一和第二磁场梯度计在衬底的主表面之内或之上形成，所述衬底是半导体衬底、无机衬底和单晶衬底中的至少一个，
其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于第一磁场分量相对于第一梯度计方向的梯度生成所述传感器信号，并且其中所述分立磁角度传感器装置被配置为基于第二磁场分量相对于所述第一梯度计方向或者相对于不同于所述第一梯度计方向的第二梯度计方向的梯度来生成所述传感器信号。
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