CN104833305B - 单个封装中的轴向和垂直角度传感器 - Google Patents

Abstract

实施例涉及利用轴向和垂直传感器共同推断旋转角度的磁场角度传感器。在实施例中，传感器系统包括布置在单个传感器封装中或在单个基板上的至少一个轴向传感器单元和至少一个垂直传感器单元。两者均代表旋转位置的轴向和垂直传感器数据可以通过例如校准传感器系统而用于改善输出角度的精度。

Description

单个封装中的轴向和垂直角度传感器

技术领域

本发明总体上涉及磁场传感器，并且更具体地涉及包括单个封装中的轴向和垂直角度传感器两者的磁场传感器。

背景技术

磁场传感器可以用于感测轴的旋转角度。例如，磁体可以安装在轴上使得它与轴一起旋转，以及磁场传感器可以被布置在磁体附近的位置，以便感测在磁体随轴旋转时由磁体感应的磁场。当磁场传感器被安装为靠近或邻近轴、即离开轴的旋转轴时，传感器经常被称为“离轴”磁场角度传感器。当轴的端部不可用作传感器的位置或简单地在轴上没有可用空间时，离轴磁场角度传感器经常被实现。“轴上”磁场传感器是其中传感器被安装在或接近轴的端部、通常与旋转轴共线或者在旋转轴上的传感器。离轴和轴上传感器的示例是垂直角度传感器和轴向角度传感器。

轴向角度传感器是利用轴向磁场分量来推断旋转角度的磁场角度传感器。传感器在两个分量线性变化的场情况下执行得最佳，并且必须以离轴配置布置，因为针对诸如旋转形状的径向磁化磁体之类的许多类型的常用磁体，轴向磁场分量不能在旋转轴上被探测。轴向角度传感器的另外特征是，传感器对抵抗外部磁场干扰是稳健的。另一方面，垂直角度传感器在均匀磁场情况下执行得最佳，并利用径向和方位磁场分量来推断旋转角度。垂直角度传感器可被制造用于抵抗装配公差的稳健性，且可以轴上配置布置。在许多应用中，存在对廉价磁场角度传感器的优选，不论离轴或轴上或者轴向或垂直的，同时相对于外部磁场和其它干扰也是稳健的。那么，一些垂直角度传感器的缺点在于，它们对抵抗外部磁场和其它干扰不是稳健的。虽然轴向传感器相对于这些干扰更稳健，但轴向传感器对装配公差误差更敏感。传统方法的其它缺点包括，不能提供其有能力在全360度范围内检测角度的稳健传感器。因此，总之，存在与传统磁场角度传感器关联的大量缺点。

发明内容

实施例涉及磁场传感器，诸如包括在单个封装中的轴向和垂直角度传感器两者的磁场传感器。

在实施例中，磁场传感器系统包括：支撑结构；第一传感器，其相对于磁场源的旋转轴被布置在支撑结构上，并且包括第一多个传感器元件，第一多个传感器元件被配置为感测沿第一方向的磁场分量并导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；以及第二传感器，其相对于旋转轴被布置在支撑结构上，并且包括第二多个传感器元件，第二多个传感器元件被配置为感测沿与第一方向不同的第二方向的磁场分量并导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角，其中第一方向或第二方向中的仅一个方向垂直于旋转轴。

在实施例中，一种方法包括：提供传感器系统，传感器系统包括耦合到支撑结构的第一传感器和第二传感器；由第一传感器感测沿第一方向的磁场分量，以导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；由第二传感器感测沿与第一方向不同的第二方向的磁场分量，以导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角度；以及使用第一旋转角度或第二旋转角度中的至少一个校准传感器系统。

附图说明

考虑到结合附图对本发明的各种实施例的以下详细描述，本发明可以被更完全地理解，其中：

图1描绘根据实施例的磁场角度传感器的透视图。

图2描绘根据实施例的传感器封装的框图。

图3描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。

图4描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。

图5描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。

图6描绘根据实施例的方法的流程图。

图7A描绘根据实施例的传感器系统封装的顶剖视图。

图7B描绘根据实施例的传感器系统封装的侧剖视图。

虽然本发明经得起各种修改和替代形式，其细节已通过示例的方式被示出在附图中，并将进行详细描述。然而应当理解的是，并不旨在将本发明限制于所描述的特定实施例。相反，旨在涵盖落入如由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。

具体实施方式

实施例涉及利用轴向和垂直传感器共同推断旋转角度的磁场角度传感器系统。在实施例中，传感器系统包括布置在单个传感器封装中或在单个基板上的至少一个轴向传感器和至少一个垂直传感器。代表旋转位置的轴向和垂直传感器数据两者均可以通过例如校准传感器系统而用于改善输出角度的精度。例如，在一个实施例中，垂直传感器可以提供旋转位置的第一估算或近似，轴向传感器可以提供旋转位置的第二估算或近似，并且传感器系统或与其耦合的电路系统可以组合第一和第二估算。

术语“垂直角度传感器”和“轴向角度传感器”在文章Ausserlechner,“A Theoryof Magnetic Angle Sensors with Hall Plates and Without Fluxguides,”Progressin Electromagnetics Research B,Vol.49,77-106,2013中被提及，通过引用方式将其整体并入于此。

参照图1，传感器系统100的示例被描绘出。传感器系统100包括安装或以其它方式贴附到轴104的磁体102，使得磁体102与轴104一起旋转。传感器封装105包括基板106，并被布置在磁体102和轴104附近的位置。在各种实施例中，基板106可以包括基板、半导体裸片、与一个或多个半导体裸片耦合的引线框架、部件板、它们的组合、或者有能力建立和/或维持传感器110和111相对于彼此和/或至少一个其它部件的精确或相对放置的一些其它支撑结构。例如且简单地，术语“基板”一般将在本文中通篇使用，但相对于所有实施例和/或权利要求的范围不是限制性的。在传感器系统100中，传感器封装105与轴104同轴布置，其中基板106垂直于轴104定向。如图所示，基板106的主平面(即在图1的定向中面朝上的xy平面表面)被布置为垂直于轴104的旋转轴。在其他实施例中，基板106可以被布置成具有远离磁体102、面朝下的xy平面表面。

在实施例中，传感器封装105包括布置在基板106上的至少两个轴向传感器110和至少两个垂直传感器111。当提到传感器110时，“轴向”一般是指如下传感器，其包含对轴向磁场分量有响应的两个或更多磁传感器元件，并且通过组合两个或更多磁传感器元件的输出信号导出磁体102的旋转位置。另外，当提到传感器111时，“垂直”一般指的是如下传感器，其包含对垂直于旋转轴的磁场分量有响应的两个或更多磁传感器元件。虽然在本文中给出的示例中一个或另一个传感器110或111可以被标识为轴向或垂直的，这些指定可以相互颠倒，或者在其他实施例中具有一些其它配置。另外，图1中的传感器系统100的描绘仅仅是基本部件的简化图，其不是按比例的，并且其放置和相对布置可以并且将在其它实施例中变化。基板106和磁体102的相对位置可以在实施例中变化，轴向传感器110和垂直传感器111的相对布置和定向也可以变化，其中图1是只一个实施例的示例。例如，在其他实施例中，传感器封装105的传感器110和111可以单独布置在两个基板上、布置在单个裸片上在彼此附近的位置(例如，同心的、邻近的或以一些其它布置)、以裸片叠裸片(die-on-die)配置布置、或邻近地布置在引线框架的两侧上。此外，图1不是按比例的，并且是简化的概念描绘，以图示传感器系统100的实施例的基本部件和特征。其它示例实施例将在本文中其它地方讨论。

磁体102具有在图1所示方向(即y方向)上的径向磁化，且感应垂直于轴104和磁体102的旋转轴的磁场。在其他实施例中，磁体102可以具有附加的或唯一的轴向磁化或包括某种其他类型的磁体。轴向传感器110对垂直于基板106的xy平面表面(即，相对于旋转轴轴向)的磁场分量敏感。垂直传感器111对平行于基板106的xy平面表面(即，相对于旋转轴垂直)的磁场分量敏感。

在实施例中，轴向传感器110和垂直传感器111各自可以包括被配置为感测每个传感器被配置为检测的对应磁场分量的至少两个传感器元件。例如，轴向传感器110可包括至少两个传感器元件，诸如被配置和/或布置成检测至少一个磁场分量的霍尔效应传感器元件(例如，霍尔板)、MAGFET和/或其他类型的磁场传感器元件或它们的组合。类似地，垂直传感器111可包含至少两个磁场传感器元件，诸如磁阻(MR)传感器元件(例如，AMR、GMR、TMR等)、巨磁阻抗(GMI)传感器元件、霍尔效应传感器元件(例如，竖直霍尔等)及其它的磁场传感器元件以及它们的组合。如先前所讨论的，虽然传感器110和111的相对布置可以在实施例中变化，在实施例中可能有利的是建立传感器110相对于传感器111的精确放置，使得传感器封装105和/或基板106以及传感器110、111具有对应的安装公差。因此，各种技术可被使用，诸如以相同的制造顺序制造传感器110和111两者，例如微电子制造前端线，其通过光刻步骤或其他类似的技术来限定所有元件的相对位置，以建立高达亚微米(例如，好于约20μm)的精度。

参照图2，传感器基板106根据实施例被示出。基板106可以在实施例中被布置在传感器封装(例如图1中的105)上或在传感器封装(例如图1中的105)中。在实施例中，轴向传感器110可以包括多个传感器元件206。多个传感器元件206可包括水平霍尔(HHall)、MAGFET或其它合适的磁场传感器元件。在图2的实施例中，轴向传感器110包括沿着基板106上的圆形曲线对称布置并且角度上等距间隔的八个传感器元件206。在实施例中，圆形曲线的中心可以在例如轴104和/或磁体102的旋转轴到基板106上的投影上。在图2中，多个传感器元件206中的邻近元件沿圆形曲线彼此间隔开约45度。在实施例中，传感器元件206对轴向磁场分量Bz敏感，其中Bz场分量垂直于基板106的xy平面表面。与具有仅180度的明确输出范围的一些传统传感器系统相比，实施例中的轴向传感器110可被配置为输出360度的角度范围，以提供对轴向磁场分量的连续和明确检测。

在实施例中，垂直传感器111可包括布置在轴104和/或磁体102的旋转轴在基板106上的投影的中心附近的位置的至少两个传感器元件208，诸如图2的实施例中的四个传感器元件208a至208d。在各种实施例中，传感器元件208可以包括磁阻或霍尔传感器元件，诸如TMR、GMR、或再其它合适的传感器元件。在实施例中，垂直传感器111传的传感器元件208a至208d可以被耦合以形成第一和第二评价电路202、204。在示例实施例中，第一和第二评估电路202、204可被配置以形成如图2所示的两个半桥电路或特定于应用或传感器要求的任何其它电路。每个评估电路202、204可被配置为测量垂直磁场分量(例如，Bx、By)和计算(或通过外部电路或设备提供计算)磁场分量角度的对应余弦和正弦函数。替代地，评估电路202、204可被配置成测量在磁场到xy平面上的投影和基准方向之间的角度的余弦、正弦、或在AMR情况下的余弦或正弦的平方。在这样的配置中，例如，基准方向可以由如图2中描绘的箭头符号表示，并且评估电路202可以提供与在磁场到xy平面上的投影和正x方向之间的角度的余弦成比例的输出信号。在其他实施例中，传感器元件208可以对其它场分量敏感，这取决于基板106、传感器元件208、轴104和/或磁体102的特定布置。第一评估电路202可包括以彼此180度定向(即，在至少一个实施例中通常彼此共线)对称布置的传感器元件208a、208b，其中传感器元件208a被电耦合到传感器元件208b，以形成评估电路202。每个传感器元件208a、208b被配置为响应于在基准方向(即，正或负x方向)与所施加磁场的面内投影(即，xy投影)之间的角度。第二评估电路204可包括传感器元件208c、208d，它们以彼此180度定向对称地布置以形成电串联连接。评估电路204的每个传感器元件208c、208d可被配置成响应于在基准方向(即，正或负y方向)与所施加磁场的面内投影(即，xy投影)之间的角度。如本文中所描述的传感器元件208a至208d的布置仅仅是示例性的，并且可以在其它实施例中变化，其中例如可以提供更多或更少的传感器元件。

在实施例中，评估电路202、204可以被配置为生成与磁体102的角位置有关的输出信号OUTx和/或OUTy，其中那些信号是由与径向和方位场分量相关联的磁场的存在感应的。例如，磁场的存在可以造成传感器元件208a至208d中的电阻变化，使得在传感器元件208c和208d的电阻减小时，传感器元件208a和208b的电阻增加。这样，电阻的改变可由在OUTx和OUTy处提供的信号表征。每个传感器元件208a至208d的型号和大小可以在实施例中变化，其中例如各个电阻器型号的范围可以从大约几百欧姆到大约50k欧姆或更大的相对大的型号。类似地，如先前所讨论的，垂直传感器111可以包括各种磁阻传感器元件208a至208d，其中使用诸如例如TMR之类的传感器元件可以生成更大的输出信号OUTx、OUTy，这允许原始(即非缩放的)数据由外部处理单元(例如，计算机、控制器、处理器或实施例中的其他电路系统)进行处理。另外，在实施例中使用TMR传感器元件可以是有利的，因为：i)不需要额外的芯片空间，因为传感器元件可以溅射在包括轴向传感器110和信号调节电路系统两者的基板106上方，ii)可避免使用偏压电路系统，因为传感器元件可以被布置在由电压源供电的全桥或半桥电路中，iii)不需要信号调节，因为输出电压强(例如，>100mV)，使得电压可以直接由连接到传感器的任何电压表来测量，iv)因为高磁灵敏度，可以忽略偏移误差，并且还可以忽略其他错误(例如，在第一级输出信号中被抵消的正交桥之间的同步性和正交性误差或各种参数的温度依赖性)，以及v)在2V供应下，电流消耗可降低到低于100μA。

在实施例中，并且在操作中，评估电路202、204可被配置成选择性地使垂直传感器111通电和断电，以减少由传感器系统100所消耗的功率量。例如，在一个实施例，在安装或校准期间，系统100可以使用传感器111来标识装配公差的大小，而在正常操作期间，轴向传感器110可单独使用。在实施例中，评估电路202、204可以经由正电势(Vsup)和基准电势(Gnd)电耦合到提供功率给垂直传感器111的电源，其中基准电势(Gnd)可由轴向传感器110和垂直传感器111两者共同使用，使得传感器111具有专用正电势(Vsup)。在这种配置中，垂直传感器111可以通过断开正电势(Vsup)或通过连接正电势(Vsup)与基准电势(Gnd)而被选择性地断电，而轴向传感器110保持供电。在其他实施例中，例如，传感器元件208a至208d可以配置具有相对高的电阻(例如，实施例中的大于50k欧姆)，以减少对额外电路系统的需要以移除垂直传感器111的电源，其中高电阻会导致由传感器系统100消耗的电流量的同时减少。虽然作为使用相对高的电阻的结果，垂直传感器111会经历增加的噪声，但是这可以通过具有较长的测量时间(即，较长的积分时间)和/或更大量的采样数据来处理，因为旋转速度可在校准期间减少。这些示例实施例仅用于说明目的，并且决不限制于其它或所有实施例。

参照图3和图4，另一实施例被描述。在图3和图4中，轴向传感器110包括布置在基板106上的多个传感器元件310、410，并且垂直传感器111包括布置在基板106上的多个(诸如至少三个)传感器元件311、411。与图2的实施例的传感器元件206类似，传感器元件310和410可沿着闭合曲线、开放曲线或者一些其它合适布置对称地布置并且角度上等距间隔，闭合曲线可以是如在图3和图4中描绘的圆形或诸如正方形或实施例中的一些其它形状之类的另一种闭合曲线，并且传感器元件310和410可以包括水平霍尔(HHall)、MAGFET或其它合适的磁场传感元件。在实施例中，传感器元件311a至311d可以包括竖直霍尔传感器元件，其中传感器元件响应于平行于基板106的xy平面表面(即，相对于旋转轴垂直)的磁场分量Bx和By。如图3所示，传感器元件311a至311d可以被布置在轴104和/或磁体102的旋转轴在基板106上投影的中心附近的位置，并且可以以从传感器元件311中的邻近传感器元件的90度旋转被定向，并且可以彼此角度上等距间隔。实施例中的传感器元件311a至311d可以具有相对小的尺寸，并相对于旋转轴的投影集中布置，以增加所测量的磁场角度的精度。

用于增加所测量的角度的精度的另外技术可以是，减少传感器元件311a至311d处的偏移电压(即，不存在磁场情况下的传感器设备的感测触头处的输出电压)。为了减少偏移电压，传感器元件部311a至311d可以被配置为动态偏移补偿电路(例如，自旋(spinning)电流、自旋电压或其它合适的操作方案)，其中电路可以被配置为连续地校正或补偿所测量的输出电压。例如，自旋电流技术可利用具有若干对称布置的触头(例如，四个或八个触头)的霍尔器件感应自旋电流(即，由在不同相位施加到不同触头的电换向感应的电流，其中不同的触头还可被用作那些相位中的基准和信号触头)。在这种配置中，偏移误差(例如，电压误差)可以通过对测量的传感器元件311a至311d的输出信号进行平均而减小，其中输出信号可以是相对小的，并且可以进行芯片上或芯片外(即，由外部处理单元或电路分析输出信号)处理，以提供估算的角度测量。在其它实施例中，包括竖直霍尔效应器件或其它磁传感器元件的每个传感器元件311a至311d可以被配置为共享诸如放大器、数字到模拟转换器、偏压电路等之类的电路部件，这也可导致装配成本的降低。这样的方案可以被用在其它实施例中和/或应用到各种实施例中的其他传感器元件。

再在如图4所描绘的其他实施例中，传感器元件411a至411d可以包括AMR传感器元件，其中与磁场分量相关联的基准方向是由电流流动的方向确定的，而不考虑其极性。传感器元件411a至411d可以耦合以形成类似于参照图2所讨论的实施例的第一和第二评估电路402和404，使得评估电路402、404可被配置成根据单个基准方向形成如图4所示的两个半桥A和B(即，A1、A2...An或B1、B2...Bn)。在实施例中，传感器元件的子部分可以沿圆形曲线以交替布置(即，A1、B1、A2、B2...AnBn)或以共质心布置(即，A1、B1...B(n-1)、A(n-1)、An、Bn)来布置。在基板106上传感器元件411的交替或质心布置可以导致角度误差的降低，因为传感器元件411的有限型号和尺寸。在实施例中，由垂直传感器111生成的角度读数可以被限制于连续的180度的角度范围。垂直传感器111的有限的180度的角度范围可用于在360度范围内校准轴向传感器110。例如，角度范围0°到180°可由两个传感器测量，但包括AMR传感器元件的垂直传感器111可以将范围180°至360°映射到0°至180°上，而轴向传感器110唯一测量0°到360°的角度范围。

作为装配公差的结果，传感器110和111两者都可以显示稍微不同的值。在校准期间，期望避免干扰场，并且由传感器111提供的角度测量可以使用，因为尽管装配公差，它至少在0°到180°的角度范围内更准确。在180°到360°的范围内，传感器111例如输出3°而轴向传感器110输出181°。由传感器111输出的3°实际上对应于183°，传感器111将183°映射到3°，然而由于装配公差，轴向传感器110输出181°，而不是准确的183°。这样，与轴向传感器110相关联的角度误差可以通过使用包含AMR传感器元件411的传感器111标识，虽然AMR传感器元件在角度范围0到360°内不是唯一的。因此，为了提高角度精度，系统100可被配置为校正传感器110的测量输出，以对应于传感器111的测量值(例如，如果轴向传感器110输出181°，它必须加2°以获得准确的值183°)。在场中操作(即，正常的操作)期间，干扰场可能存在，使得系统100可以仅仅依靠来自轴向传感器110的输出，因为它对抵抗干扰是稳健的。如果垂直传感器111例如在183°下输出5°而不是3°，系统100将仅使用来自轴向传感器110的读数，并且如果读数在183°附近，使读数加2°。虽然垂直传感器111对抵抗干扰磁场不如轴向传感器110稳健，传感器111仍然可以在场中操作，以便提供第二旋转角度，第二旋转角度可用于验证(例如，至少具有约+/-5°的精度)是否轴向角度传感器正确工作。因此，诸如微处理器之类的电路系统可被配置为测量两个角度，其中轴向传感器110的输出被用作估算并且垂直传感器111的输出被用作冗余信息源，以增加系统100的可靠性(即，以增加功能安全特征)。

参照图5，并且不管传感器封装105、基板106、轴向传感器110和/或垂直传感器111的特定配置或实施例，传感器系统100可以进一步包括控制单元520，其耦合到轴向传感器110和垂直传感器111的输出并且被配置为确定对旋转角度的估算。在实施例中，控制单元520可以包括或者可以耦合到存储器电路系统522。控制单元520和/或存储器电路系统522可以是外部的但耦合到传感器105，和/或存储器电路系统522可以在控制单元520外部，其中图5中的描绘是只一个实施例的示例。在实施例中，存储器电路系统522可以被用来存储偏移值或由控制单元520计算的其他数据。如前所述，传感器110和111可被配置成感测与磁体102的旋转位置相关联的它们相应的磁场分量。在实施例中，控制单元520可以被配置为处理输出信号Sa和Sb(通过例如计算Sa和Sb的正弦和余弦函数)，以确定旋转角度，并且从而计算从S_a1、S_a2和S_b1、S_b2中导出的角度差。

在实施例中，由控制单元520计算出的角度差可用于标识离群值(即，有缺陷传感器或传感器元件)，和/或用于确定来自传感器110和传感器111的角度估算的差量，以提高传感器系统100角度测量的精度。例如，在校准期间，系统100比较两个传感器110和111的估算角度，以计算角度差。这样，角度差可以被用来确定由于装配公差导致的测量角度从实际角度的变化程度，其中大的(例如，大于5度，或在其他实施例中一些其它合适的阈值)的角度差可以指示大的角度误差。此外，在其它的操作条件期间，角度差可以用作偏移，以通过对该值与传感器110的每个输出进行求和，校正与轴向传感器110相关联的角度误差。在这样的操作条件期间，轴向传感器110可以单独使用，因为它对抵抗干扰是稳健的，如参照图4所讨论的。换句话说，使用和组合两个不同的传感器110、111可以利用一个的长处或优点，该长处或优点补偿或补救另一个的弱点或缺点。因此，与有缺陷的或表现不佳的传感器元件相关联的各个值和/或所有值可以被标识和/或在计算和其他确定中从考虑中移除。此外，对其中传感器110或111中的一个或另一个更强或更弱的情况的更基本识别可以通过以如下方式操作传感器来处理：利用长处，最小化弱点和/或由传感器110、111的一个补偿另一个。

例如，并且参照图6，根据实施例的流程图被描绘。在实施例中，方法600可以被用来标识由轴向传感器110和垂直传感器111生成的角度误差。在602处，提供传感器系统100，其中每个部件可以利用CMOS技术或其他制造技术来制造。此外，在602处，系统100被安装和装配(即，传感器封装105被安装在磁体102附近的位置，并且磁体102附接到轴104)，以标识公差和系统100是否可以和/或应补偿公差。在604处，并在传感器系统100的操作中，磁场可以通过磁体102旋转感应，其中诸如暂时利用磁屏蔽和/或暂时抑制电动机的操作之类的技术可以用于降低磁场干扰的影响。例如，诸如合金之类的高导磁率材料(例如，具有高磁化的材料)或其它合适的材料可以用于创建围绕磁体102的外部屏障或防护罩，以吸引通过材料的磁场并且使通过材料的磁场改变定向，以防止磁场造成意想不到的干扰。类似地，供应到电动机的功率的暂时减少或消除可以减少由使用电动机造成的电磁干扰的影响。在606处，通过测量输出信号Sa和Sb获得对应读数。Sa和Sb之间的角度差在608处计算，并且可用于在608处标识并丢弃离群值(即有缺陷的传感器)。例如，所计算的角度差可被评估以确定从装配或其他公差、或其它源所产生的角度误差的幅度。这些角度差可以针对单个旋转角度、针对一些应用相关的旋转角度、或者针对在操作期间发生的角度的全范围内的许多旋转角度来计算。如果角度误差超出了预定义的可接受范围，则在610处有缺陷的传感器系统或其部分可以被丢弃。

如参照图2所讨论的，在一些实施例中，系统100可以使用包括例如TMR传感器元件208a至208d的垂直传感器111，以标识角度误差。传感器元件208a至208d可以被配置为形成一个或多个评估电路202、204(即，桥接电路)，其中传感器元件208a至208d提供可以在没有信号调节的情况下由外部电路系统(例如，微处理器或电压表)测量的大的输出信号(Sb)。因此，TMR传感器元件的使用可以是有利的，因为系统成本得以降低而不折中角度精度。

在一些实施例中，来自608的计算差量可被用作在612处存储在存储器522中的偏移值。在实施例中，操作612至618可以在仅仅一些操作时期之后、与仅仅一些操作时期并行、代替仅仅一些操作时期、或者在仅仅一些操作时期中执行，其中图6中描绘的方法600仅仅示出了可以在不同的实施例中以不同的方式来执行的各种操作。在一个实施例中，一旦该值在612处被存储，在614处可以设置标记，诸如在控制单元520内的寄存器的预定位，以通知系统100在616处关闭到垂直传感器111的供应信号。如先前所讨论的，垂直传感器111可通过移除电源或通过连接供应电势(Vsup)到基准电势(Gnd)(参照例如图2)而被关闭。然后磁体102的旋转角度可以由轴向传感器110唯一确定，在实施例中轴向传感器110可被配置为提供连续的和明确的360度的角度范围。在618处，控制单元520可以对轴向传感器110的每个输出信号Sa与计算的偏移值进行求和，以降低角度误差并且改善由轴向传感器110测量的角度读数的精确度。

例如，如先前所讨论的，AMR传感器元件可以被限制于180度的角度范围。角位置可以由psi表示，其中psi是电流流线和AMR传感器元件的软磁层的磁化之间的角度。因此，通过利用在608处计算出的偏移值，结合轴向传感器110的输出，传感器系统100的角位置可在全360度范围内(即，psi和psi+180)确定。在实施例中，例如，控制单元520可被配置为评估传感器110和111的输出，其中轴向传感器110的输出可被单独使用，以确定大于180度(即，psi+180)的角度读数。在这样的区域中，轴向传感器110的角度读数可以被用来估算垂直传感器111的对应角度读数，其中测量的角度读数之间的差量一般是小的(例如，小于5度)。

虽然本文中讨论的实施例描绘传感器110和111在单个基板上，在实施例中传感器110和111可以被布置在相同封装或不同封装中的分离基板上。例如，在图7A中，在传感器系统封装700内，传感器110被布置在第一基板702上，并且传感器111被布置在与第一基板水平邻近的第二基板704上。在其他实施例中，基板702和704可以彼此更加靠近和接触，或者可以间隔开更远、不同尺寸等。基板702和704还可以被布置为如图7B所示的彼此竖直邻近。在其他实施例中，图7A或图7B中的基板702和704的相对位置可以颠倒，和/或在图7B中可以实现裸片叠裸片的配置，其中一个基板(或裸片)安装在另一个上。在又一个实施例中，第一基板或裸片702可布置在引线框架的第一侧上，并且第二基板或裸片704可被布置在引线框架的第二侧上。其它配置仍然可以在其它实施例中来实现，并且通常传感器110和111两者都被布置在同一封装中，但无需在每一个实施例或配置中。

实施例因此提供系统和方法，可以检测角度误差，诸如与装配误差和公差相关的那些角度误差。所讨论的系统和方法的实施例的至少一个应用可以在生产线末端制造测试和校准中，诸如用于确定与装配公差相关的任何误差是否可能存在于任何特定的传感器或传感器系统中。例如，传感器系统可被装配并安装在磁场源(诸如配置为绕旋转轴旋转的磁体)附近的位置。磁场源可旋转，并且可以获得第一和第二(例如，轴向和垂直)传感器数据。可以确定轴向传感器数据和垂直传感器数据之间的差量。然后可以输出数据(诸如轴向和/或垂直传感器数据、和/或所确定的差量)，并且可选地差量数据可以存储在传感器中，以用于在操作期间使用。在一些实施例中，传感器可以被编程为在操作期间将数据考虑在内。在生产线末端检测和校准后的操作期间的定期实现可能是有用的，以确定可能发生在操作中的任何随使用期的漂移或其他改变，但无需在所有的情况下实现。

系统、设备和方法的各种实施例已经描述于此。这些实施例仅通过示例的方式给出，并且不旨在限制本发明的范围。而且，应当理解，已经描述的实施例的各种特征可以以各种方式组合，以产生许多另外的实施例。而且，虽然各种材料、尺寸、形状、配置和位置等已利用所公开的实施例被描述用于使用，除公开的那些外的其他可在不超出本发明的范围情况下被利用。

相关领域的普通技术人员将认识到，本发明可包括比上述任何个体实施例中说明的更少的特征。本文所描述的实施例并不意指对其中本发明的各种特征可被组合的方法的穷举式呈现。因此，实施例并不是特征的互排它的组合；相反，本发明可以包括从不同个体实施例中选择的不同个体特征的组合，正如本领域的普通技术人员所理解的。此外，除非另有说明，相对于一个实施例所描述的元件可以实现在其它实施例中，即使在这样的实施例中没有描述。虽然从属权利要求可以在权利要求书中是指与一个或多个其他权利要求的特定组合，其他实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合或者一个或多个特征与其它从属或独立权利要求的组合。这样的组合在本文中被提出的，除非说明不旨在进行特定组合。此外，还旨在在任何其它独立权利要求中包括权利要求的特征，即使这个权利要求不直接从属于该独立权利要求。

上面通过引用方式的文献的任何并入被限制，使得不会并入违背本文中的明确公开内容的主题。上面通过引用方式的文献的任何并入被进一步限制，使得没有包括文献中的权利要求通过引用方式并入于此。上面通过引用方式的文献的任何并入又进一步被限制，使得在文献中提供的任何定义不通过引用方式并入于此，除非明确包括在本文中。

为了解释本发明的权利要求的目的，明确旨在的是，35 U.S.C.的第112节、第六段的条款不应被援引，除非在权利要求中记载特定术语“用于……的装置”或“用于……的步骤”。

Claims (20)

1.一种磁场传感器系统，包括：

支撑结构；

第一传感器，相对于磁场源的旋转轴被布置在所述支撑结构上，并且包括第一多个传感器元件，所述第一多个传感器元件被配置为感测沿第一方向的磁场分量并且导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；以及

第二传感器，相对于所述旋转轴被布置在所述支撑结构上，并且包括第二多个传感器元件，所述第二多个传感器元件被配置为感测沿与所述第一方向不同的第二方向的磁场分量并且导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角度；

其中所述第一方向或所述第二方向中的仅一个方向垂直于所述旋转轴。

2.根据权利要求1所述的磁场传感器系统，其中所述第一传感器包括轴向传感器并且所述第一方向通常轴向于所述旋转轴，并且其中所述第二传感器包括垂直传感器并且所述第二方向通常垂直于所述旋转轴。

3.根据权利要求2所述的磁场传感器系统，其中所述第二传感器被布置在所述支撑结构的第一部分上，所述第一部分限定垂直于与z轴平行的所述旋转轴的xy平面，并且其中沿所述第二方向的所述磁场分量中的至少一个磁场分量是以下中的至少一项：所述磁场的x分量，或者所述磁场的y分量，或者所述磁场的x分量与y分量的组合。

4.根据权利要求3所述的磁场传感器系统，其中沿所述第一方向的所述磁场分量中的至少一个磁场分量是所述磁场的z分量。

5.根据权利要求4所述的磁场传感器系统，其中所述第一传感器被布置在所述支撑结构的所述第一部分上。

6.根据权利要求4所述的磁场传感器系统，其中所述第一传感器被布置在所述支撑结构的第二部分上，并且其中所述第一部分和所述第二部分相对于彼此水平地或者竖直地被布置。

7.根据权利要求2所述的磁场传感器系统，其中所述第二多个传感器元件包括磁阻传感器元件、巨磁阻抗传感器元件、或霍尔效应传感器元件中的至少一个。

8.根据权利要求2所述的磁场传感器系统，其中所述第一多个传感器元件包括霍尔效应传感器元件或MAGFET传感器元件中的至少一个。

9.根据如权利要求1所述的磁场传感器系统，其中所述第一多个传感器元件被布置为沿具有在所述旋转轴上的重心的闭合曲线有规律地间隔开。

10.根据权利要求9所述的磁场传感器系统，其中所述闭合曲线为圆形曲线。

11.根据权利要求9所述的磁场传感器系统，其中所述第二多个传感器元件被布置在所述闭合曲线内。

12.根据权利要求11所述的磁场传感器系统，其中所述第二多个传感器元件包括至少一个半桥电路。

13.根据权利要求1所述的磁场传感器系统，其中所述第一和第二多个传感器元件相对于旋转轴同心地被布置。

14.根据权利要求13所述的磁场传感器系统，进一步包括：存储器电路系统，被配置为存储与所述第一旋转角度或所述第二旋转角度中的至少一个有关的数据。

15.根据权利要求1所述的磁场传感器系统，其中所述磁场传感器系统被配置为选择性地使所述第二传感器断电。

16.一种用于校准传感器系统的方法，包括：

提供所述传感器系统，所述传感器系统包括耦合到支撑结构的第一传感器和第二传感器；

由所述第一传感器感测沿第一方向的磁场分量，以导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；

由所述第二传感器感测沿与所述第一方向不同的第二方向的磁场分量，以导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角度；以及

使用所述第一旋转角度或所述第二旋转角度中的至少一个来校准所述传感器系统。

17.根据权利要求16所述的用于校准传感器系统的方法，进一步包括确定所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的差量。

18.根据权利要求17所述的用于校准传感器系统的方法，进一步包括在所述传感器系统的存储器中存储所述差量。

19.根据权利要求17所述的用于校准传感器系统的方法，进一步包括基于所述差量来消除所述第一传感器或所述第二传感器的至少一个传感器元件的贡献。

20.根据权利要求16所述的用于校准传感器系统的方法，进一步包括提供信号，所述信号在旋转的360度内是唯一的，并且是以下中的至少一项：与轴向磁场分量有关的角度、与垂直磁场分量有关的角度、或所述轴向磁场分量和所述垂直磁场分量之间的差量。