CN105143903A

CN105143903A - 磁场传感器系统

Info

Publication number: CN105143903A
Application number: CN201480013715.9A
Authority: CN
Inventors: 安德拉斯·莫扎里; 乔治·勒雷尔
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: WO2014139848A1; JP6030782B2; KR20150127177A; EP2778704A1; US9684038B2; US20160018475A1; EP2778704B1; JP2016510116A; CN105143903B; KR101697895B1

Abstract

一种磁场传感器系统，包括：多个磁场传感器元件(CSE)，该多个磁场传感器元件(CSE)各自被配置成提供各个传感器值，以及多个磁场传感器元件(CSE)的第一部分被布置在第一连续区域(A1)中并且多个磁场传感器元件(CSE)的第二部分被布置在第二连续区域(A2)中；以及线圈导线布置(CWA)，该线圈导线布置(CWA)包括第一线圈部(CP1)和至少第二线圈部(CP2，...，CP10)，该第二线圈部(CP2，...，CP10)连接至第一线圈部(CP1)，其中，第一线圈部(CP1)被布置为接近于第一区域(A1)的传感器元件(CSE)并且第二线圈部(CP2)被布置为接近于第二区域(A2)的传感器元件(CSE)，使得如果向线圈导线布置(CWA)施加预定电流，则在第一区域(A1)处生成第一磁场分量并且在第二区域(A2)处生成与第一磁场分量相反的第二磁场分量。磁场传感器系统被配置成产生总传感器值，该总传感器值以第一区域(A1)内提供的各个传感器值与第二区域(A2)内提供的各个传感器值之间的差为基础。

Description

磁场传感器系统

技术领域

本发明涉及一种磁场传感器系统，该磁场传感器系统特别地可以被用于校准目的。

背景技术

在各种应用中，整体式线圈与磁场传感器一起使用以用于生成用于测试或者原位校准目的的磁场。这样的整体式线圈尤其是由线圈系数来限定，其中线圈系数确定向线圈施加的每一电流所生成的磁场。特别地，由线圈生成并且由磁场传感器感测的场是基于线圈电流乘以线圈系数，例如在磁场传感器的传感器区域上平均的线圈系数。对于预定的供给电压，通过将供给电压除以线圈的欧姆电阻来获得最大线圈电流。对于大型传感器，线圈长度变得非常长并且因此线圈的电阻较大。因而，在给定的供给电压下可实现的生成的最大场是有限的。

大型传感器可以由多个单一传感器元件形成，该多个单一传感器元件可以以不同方式电连接。在校准过程中，传感器元件中的每个测量线圈中生成的磁场。在传统方法中，线圈的线圈导线被布置为使得在大型传感器的每个传感器元件的各自位置处生成均匀磁场。这导致线圈导线的长度较高并且因而导致关于校准的效力降低。

文献US2011/0031960示出了具有不对称分布的校准线的三维霍尔传感器，其中该校准线被设置为至少在围绕一组横向霍尔元件放置的竖向霍尔元件上方。通过对部分传感器结果的输出信号进行平均来测量不同校准场分量的差。

发明内容

要解决的目标是提供针对具有多个磁场传感器元件和线圈导线布置的磁场传感器系统的有效构思。

该目标采用独立权利要求的主题来实现。实施例和改进是从属权利要求的主题。

例如，磁场传感器系统包括多个磁场传感器元件，该多个磁场传感器元件中的每个被配置成响应于施加至其的磁场来提供各个传感器值。传感器系统还包括线圈导线布置，可以向该线圈导线布置施加预定电流以生成磁场。

有效构思是基于下述想法：将多个磁场传感器元件划分成至少两部分，使得磁场传感器元件的第一部分被布置在第一连续区域中并且磁场传感器元件的第二部分被布置在第二连续区域中。此外，线圈导线布置包括第一线圈部和连接至特别是串联连接至第一线圈部的至少第二线圈部。不同的线圈部被布置为使得线圈部生成具有互相不同的定向的磁场分量。例如，第一线圈部生成相对于特定空间维度的正磁场并且第二线圈部生成相对于该空间维度的负磁场。由第一线圈部生成的磁场通过第一区域的传感器元件进行感测，以及由第二线圈部生成的磁场通过第二区域的传感器元件进行感测。优选地，在第一连续区域中还将磁场传感器元件的第一部分互联并且在第二连续区域中还将磁场传感器元件的第二部分互联。

将所得到的各个传感器值组合在一起，使得在来自第一区域的传感器值与来自第二区域的传感器值之间形成差。分别由于磁场的相反定向和传感器值，所得到的总传感器值对应于各个传感器值的绝对和。

根据有效构思，可以将至少两个线圈部放置得彼此接近即反向平行，而不需要延长线圈部之间的线圈。因此，可以使线圈导线布置的电阻最优化，从而基于针对线圈导线布置的相同的供给电压而引起较高的磁场。通过在每个区域中单独地将磁场传感器元件的各自电互联或者对于所有的磁场传感器元件整体地将磁场传感器元件的各自电互联可以立刻形成差。另外，可以使用建立差的其他方法。然而，特别是在向线圈导线布置施加供给电压或供给电流期间，优选地同时提供所有的各个传感器值。

根据磁场传感器系统的实施例，线圈导线布置的第一线圈部被布置为接近于第一区域的传感器元件并且第二线圈部被布置为接近于第二区域的传感器元件，使得如果向线圈导线布置施加预定电流，则在第一区域处生成第一磁场分量并且在第二区域处生成与第一磁场分量相反的第二磁场分量。磁场传感器系统被配置成产生以第一区域内提供的各个传感器值与第二区域内提供的各个传感器值之间的差为基础的总传感器值。同时提供所有相应的各个传感器值。

可以以灵活的方式使用有效构思。例如，将多个磁场传感器元件布置在与要校准的传感器元件的阵列具有相同形式或类似形式的整个区域中。可以将这样的传感器阵列放置在具有线圈线布置的多个磁场传感器元件的附近。

此外，可以以交错方式来布置磁场传感器系统的不同区域，使得可以将要校准的磁场传感器元件放置在不同区域之间。因此，整个区域由用于校准的磁场传感器以及用于测量并且要校准的磁场传感器元件两者形成。

作为更进一步的选择，依赖于磁场分量的方向来对通过多个磁场传感器元件形成的不同区域进行求值，使得出于校准目的，如前所述地形成基于各个传感器值的差，然而出于测量目的，形成基于所有区域的各个传感器值的和。

根据各种实施例，每个区域呈由磁场传感器元件的相应部分构造的一个或更多个直列或直行的形式。例如，每个区域因此具有矩形形状。例如，每列或每行包括四个或更多个磁场传感器元件。

如果区域呈单行或单列的形式，则该区域的磁场传感器元件可以以串联方式或并联方式互连，或者以串联连接和并联连接的组合方式互连。

在一些实施例中，区域中的至少一个区域呈至少两个直列或直行的形式。这样的区域可以由以具有多于一个维度的网格的方式连接的相应的磁场传感器元件进行构造。

应当注意的是，不同区域可以具有不同尺寸和不同数目的磁场传感器元件。然而，如果以同质(congenerously)方式来构造所有区域，则会是有利的。

在各种实施例中，可以将磁场传感器元件互连，使得在其相应区域内该区域具有下述连接，该连接使得能够像操作较大尺寸的单个磁场传感器一样来操作完整区域。另外，或者作为替选方案，可以将单个磁场传感器元件或者单个区域互联，使得可以像操作单个磁场传感器一样来操作一组或更多组的区域。例如，采用固定连接将提供与正磁场分量相对应的传感器值的区域连接在一起，并且以固定方式将提供负磁场分量的区域电互联。这使得能够容易地形成上述差以产生总传感器值。另外，如果适用，则还可以容易地产生不同区域的传感器值的和。

此外，在一些实现方式中还可以将全部多个磁场传感器元件以具有多于一个维度的网格的方式互联。例如，采用固定连接将提供与正磁场分量和负磁场分量相对应的传感器值的所有传感器元件连接在一起，其中，根据各个磁场传感器元件的各自的极性来选择各个磁场传感器元件的连接端子。因此，可以在磁场传感器元件阵列的外部连接处取得差即总传感器值，这使得能够像操作较大尺寸的单个磁场传感器一样来操作完整阵列。

例如，将至少两个区域的磁场传感器元件以具有多于一个维度的网格的方式互联。还可以像操作较大尺寸的单个磁场传感器一样来操作这样的网格。

在磁场传感器系统的各种实施例中，每个线圈部可以通过单条导线或者并联连接的至少两条导线形成，或者通过平行导引的至少两条导线形成。各个线圈部中的至少一条导线被布置为接近于相应区域的每个磁场传感器元件。

如果如上所述区域呈一个或更多个直列或直行的形式，则各个线圈部中的至少一条导线以直线或线性方式布置为分别接近于相应区域的每列或每行。

在上述各种实施例中，关于由相应的磁场传感器元件构造的两个区域的定义来说明有效构思。然而，如果将多个磁场传感器元件划分成更大数目的区域：其中，线圈导线布置的相应的线圈部被布置为接近于该区域，则有效构思会变得甚至更加有效。在这样的实现方式中，类似于上述的第一区域和第二区域对另外的区域的各个传感器值进行求值。特别地，通过基于各个传感器值和由各个线圈部生成的正向磁场分量或负向磁场分量来分别加上或减去相应区域的贡献来形成该区域的绝对值。显然，总传感器值的符号依赖于线圈电流的方向，使得和——即绝对值——为正值或者负值。

例如，将多个磁场传感器元件的第三部分布置在第三连续区域中。线圈导线布置包括串联连接在第二线圈部之后的第三线圈部。换言之，第二线圈部串联连接在第一线圈部与第三线圈部之间。第三线圈部被布置为接近于第三区域的传感器元件，使得如果向线圈导线布置施加预定电流，则在第三区域处生成与第一磁场分量具有相同定向的第三磁场分量。例如，在产生总传感器值时，像对待第一区域内提供的各个传感器值一样来对待第三区域内提供的各个传感器值，也就是说，采用与第一区域的符号相同的符号来求和。

在另外的改进中，将多个磁场传感器元件的第四部分布置在第四连续区域中。线圈导线布置包括以串联方式附接至第三线圈部的第四线圈部。换言之，第三线圈部被布置在第二线圈部与第四线圈部之间。第四线圈部被布置为接近于第四区域的传感器元件，使得如果向线圈导线布置施加预定电流，则在第四区域处生成与第二磁场分量具有相同定向的第四磁场分量。换言之，第二区域和第四区域的磁场分量具有与第一区域和第三区域的磁场分量相反的定向。因此，在产生总传感器值期间，像对待第二区域的各个传感器值一样来对待第四区域的各个传感器值。

优选地，同样将磁场传感器元件的各个部分在它们的连续区域中互联。

例如，总传感器值基于第一区域和第三区域内提供的各个传感器值的和与第二区域和第四区域内提供的各个传感器值的和之间的差。优选地呈一个或更多个行或列的不同区域可以按照它们的编号的次序进行布置。在这样的配置中，可以以蛇形方式形成线圈导线布置，使得一个线圈部沿一个方向经过相应的区域并且随后的线圈部沿相反方向经过随后的区域，直到所有区域或所有磁场传感器元件分别被覆盖为止。这对于具有仅两个区域的实现方式也是可行的。

更一般而言，可以形成两组区域，第一组例如包括奇数区域，以及第二组包括偶数区域。然后，在第一组的各个传感器值与第二组的各个传感器值之间形成差，以产生总传感器值。

在具有至少四个区域以及相应的四个线圈部的一个特定实现方式中，线圈导线布置可以为蜗牛状形式，使得例如奇数编号的区域被布置在一起并且偶数编号的区域被布置在一起。线圈部在不同区域上方形成蜗牛状或螺旋状。

例如，对于四个区域配置，将第三区域和第四区域定位在第一区域与第二区域之间，其中，第三区域被定位为紧邻第一区域并且第四区域被定位为紧邻第二区域。线圈部以螺旋状方式布置为接近于相应区域。

在具有至少四个区域的替选实现形式中，线圈部形成双导线卷绕。双导线卷绕类似于蛇形卷绕，但是在每一位置处具有被布置得彼此接近的向前路径和返回路径。相应地，线圈部中的每两个线圈部被平行导引为接近于区域中被定位为彼此相邻的两个区域。优选地，区域的数目为偶数以便更容易地实现线圈导线布置的双导线卷绕。

在各种实施例中，可以将不同的区域间隔地布置以减小线圈部对各自相邻区域的影响。

在一些实施例中，磁场传感器系统包括两个或更多个线圈导线布置，该两个或更多个线圈导线布置可以彼此独立地进行操作。特别地，不同的线圈导线布置具有对向线圈导线布置施加的线圈电流或电压的独立供给。所有线圈导线布置可以像具有上述不同的线圈部的单个线圈导线布置一样进行构造。特别地，线圈导线布置的线圈部可以被布置为接近于不同的区域以生成相反方向的磁场分量。可以以与上面针对单个线圈导线布置所描述的方式相同的方式来生成总传感器值。

更一般而言，可以将上述不同实施例的单个线圈导线布置分成两个或更多个线圈导线布置，该两个或更多个线圈导线布置中的每个线圈导线布置被独立进行供给。然而，在不同区域上方的任意线圈导线的结构可以与单个线圈导线布置的结构相同。

通过使用被独立进行供给的两个或更多个线圈导线布置，例如，通过提供另外的供给连接可以克服供给电压限制。

在各种实施例中，磁场传感器系统被配置成向线圈导线布置施加预定校准电流。在该情况下，在施加校准电流期间产生的总传感器值对应于校准值。在磁场传感器系统的操作期间，可以改变向线圈导线布置施加的电流的符号或流动方向。

这样的校准值可以分别被用于校准目的或测量目的。例如，磁场传感器系统包括另外多个磁场传感器元件，该另外多个磁场传感器元件中的每个被配置成响应于施加至其的磁场来提供各个传感器值，并且该另外多个磁场传感器元件电互联。磁场传感器系统被配置成基于校准值和另外多个磁场传感器元件的各个传感器值来产生测量值。如果个别磁场传感器元件被用于仅测量目的，则它们可以与各个区域的互连类似地互连，而不会如针对线圈的应用所描述的那样形成差。然而，这些传感器元件可以以具有多于一个维度的网格的方式进行电连接。

在一些实施例中，磁场传感器系统被配置成产生以第一区域内提供的各个传感器值与第二区域内提供的各个传感器值的和为基础的测量值。或者，更一般而言，磁场传感器系统可以被配置成产生以第一组区域内提供的各个传感器值与第二组区域内提供的各个传感器值的和为基础的测量值。

根据不同的实现方式，可以同时执行或者非同时——例如以交替的方式——执行总传感器值即校准值的产生和测量值的产生。

优选地，特别是对于同时产生的情况，同时提供所有相应的各个传感器值。在向线圈导线布置施加校准电流期间在由于线圈导线布置生成的磁场分量而引起的信号贡献彼此抵消的情况下，以上所述同样可行。

因此，每个磁场传感器元件用作两个目的，即，用于校准目的和测量目的。这减小了要实现磁场传感器系统所需的尺寸。

优选地，由磁场传感器系统产生的测量值对应于外部磁场分量。例如，外部磁场分量由外部永磁体或外部电磁场生成。外部磁场也还可以是地磁场。

在上述实施例中，可以将用于校准和测量的磁场传感器元件集成在通用的半导体本体中。因此，可以在集成电路内实现磁场传感器系统。

例如，所有磁场传感器元件具有相同传感器类型，该传感器类型选自以下中之一：霍尔传感器；巨磁阻(GMR)元件；各向异性磁阻(AMR)元件；以及隧道磁阻(TMR)元件。可以将磁场传感器元件设置在平坦表面中或平坦表面上。磁场传感器元件可以对与这样的表面基本垂直或者与该表面基本平行的磁场分量敏感。

将霍尔传感器作为示例，可以将横向霍尔传感器用于第一种情况，然而可以将竖向霍尔传感器用于第二种情况。因为容易实现线圈导线布置，所以使用对与表面平行的分量敏感的磁场传感器会是有益的。例如，可以将导线布置在相应的磁场传感器元件上方中心以在右边位置处生成具有向右定向的磁场。

附图说明

以下正文参照附图、使用示例性实施例对本发明进行详细说明。相同附图标记用于各个图中的相同要素或电路部件或者具有类似功能的要素或电路部件。因此，对于一幅图中的要素或电路部件的描述在随后的图中不再重复。

在附图中：

图1示出磁场传感器系统的实施例，

图2示出磁场传感器系统的另外的实施例，

图3A示出横向霍尔传感器的实现方式，

图3B示出竖向霍尔传感器的实现方式，以及

图4至图12示出磁场传感器系统的另外的实施例。

具体实施方式

图1示出包括多个磁场传感器元件CSE的磁场传感器系统的示例性实施例。传感器元件CSE被布置为10×10阵列，其中，有意地选择了阵列的长度和宽度。特别地，还可以选择其他尺寸，特别地可以选择不同的宽度尺寸和长度尺寸。每个磁场传感器元件CSE被配置成响应于施加至其的磁场来提供各个传感器值。

在该实施例中，将多个磁场传感器元件CSE划分成十个独立的连续区域A1至A10。因此，在每个区域A1至A10中，将十个磁场传感器元件CSE互联。在该实施例中，区域A1至A10的空间排序依据它们的编号。

磁场传感器系统还包括线圈导线布置CWA，该线圈导线布置CWA例如由放置在磁场传感器元件CSE的阵列的上方的导线或金属片形成。线圈导线布置CWA包括十个串联连接的线圈部CP1至CP10，其中，每个线圈部CP1至CP10被布置在包含各自的磁场传感器元件CSE的对应区域A1至A10中的一个区域的上方。

在该实施例中，以蛇形方式形成线圈导线布置CWA，其中蛇状体的每个部分由以直线方式布置在相应区域的磁场传感器元件CSE的行或列的上方的一个线圈部CP1至CP10形成。这具有以下效果：可以保持不同线圈部之间的连接尽可能短。因此，特别是与传统方法相比较而言，可以保持线圈导线布置CWA的总电阻较低。

采取图1的实施例并且在线圈导线布置CWA的两端之间提供预定的直流电流，对于本领域技术人员而言以下所述将变得明显：由第一线圈部CP1生成的磁场分量具有与由第二线圈部CP2生成的磁场分量相反的方向。通常，奇数编号的线圈部CP1、CP3、CP5、CP7和CP9将生成一个方向的磁场分量，而偶数编号的线圈部CP2、CP4、CP6、CP8和CP10将生成相反方向的磁场分量。假设磁场传感器元件CSE中的每个基本上对同一定向的磁场敏感，那么奇数编号的区域A1、A3、A5和A9的CSE的磁场传感器元件CSE将各自提供与偶数编号的A2、A4、A6、A8和A10的磁场传感器元件CSE的各个传感器值相比具有相反符号的各个传感器值。

为了在传感器元件CSE的整个阵列上方实现与均匀磁场可相比的结果，磁场传感器系统被配置成产生以奇数编号的A1、A3、A5、A7和A9内提供的各个传感器值与偶数编号的区域A2、A4、A6、A8和A10内提供的各个传感器值之间的差为基础的总传感器值，其中，可以同时提供所有相应的各个传感器值。因此，总传感器值与单个区域A1的绝对值至单个区域A10的绝对值的和相对应。显然，总传感器值的符号依赖于线圈电流的方向，使得和为正值或者负值。

总传感器值可以用作用于测量目的的校准值。

因为根据图1的实施例线圈导线布置CWA的总电阻可以实现较低的值，所以当在线圈导线布置CWA的两端施加预定校准电压时产生较高的校准电流。因此，由线圈导线布置CWA生成的磁场强度增大。结果，磁场传感器元件CSE的各个传感器值由于较高的磁场强度而具有较高的重要性。

如在对图1的描述的开始所提到地，可以以不同方式来选择线圈部中的各个区域的编号。例如，可以使用大于等于2的每个编号来采用所描述的原理，也就是说，基于每个区域内的绝对值来形成总传感器值，这特别地通过建立相应的差来执行。

更一般而言，可以形成两组区域，第一组例如包括奇数编号的区域A1、A3、A5、A7和A9，以及第二组包括偶数编号的区域A2、A4、A6、A8和A10。然后，在第一组的各个传感器值与第二组的各个传感器值之间形成差，以产生总传感器值。

在各种实施例中，所描述的原理可以用于在操作前或操作期间对磁场传感器进行校准。例如，可以为磁场传感器系统提供电互联的另外多个磁场传感器元件。在这样的实施例中，磁场传感器系统被配置成基于校准值和另外多个磁场传感器元件的各个传感器值来产生测量值。例如，测量值对应于外部磁场分量。

图2示出这样的实施例的特定实现方式，其中，磁场传感器系统包括图1所示的布置。因为图1中的该布置的磁场传感器元件被用于校准目的，所以它们又可以被称为校准传感器元件CSE。图2的磁场传感器系统还包括用于测量目的的另外多个磁场传感器元件，因此该另外多个磁场传感器元件又可以被称为测量传感器元件MSE。

优选地，测量传感器元件MSE的阵列与校准传感器元件CSE的阵列具有相同或至少类似的尺寸。这支持所得到的阵列具有相同或类似的敏感性，使得借助于校准传感器元件CSE生成的校准值对采用测量传感器元件MSE进行的实际测量具有重要意义。

感测元件CSE和MSE中的每个应当具有相同的传感器类型和实现方式。例如，可以使传感器元件MSE和CSE形成为霍尔传感器、巨磁阻(GMR)元件、各向异性磁阻(AMR)元件或者隧道磁阻(TMR)元件，上述元件在本领域中是公知的。这样的磁场传感器元件可以被实施为使得它们对空间中仅一个方向的磁场分量敏感。例如，传感器元件CSE和MSE可以对与它们的表面基本垂直的磁场分量敏感，该表面可以对应于目前所示的阵列状结构的表面。此外，感测元件可以对与所述表面平行的磁场分量敏感。

关于图1和图2中或者下面的图4至图11中所示的实现方式，磁场传感器元件CSE和MSE对与阵列的表面基本平行并且与线圈部CP1至CP10的各自的直线垂直的磁场分量敏感。

虽然可以使用不同类型的磁场元件，但是简要描述霍尔传感器元件以更好地理解基本原理。

在图3A和图3B中，采用操作期间可能的电流流动方向示出霍尔传感器元件的示例性实施例。在本文中，图3A示出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操作阶段中，电流I1从元件端子A流向元件端子C，而在另一操作阶段中，电流I2从元件端子B流向元件端子D。例如，在被示为正方形的霍尔传感器元件的边上居中设置有用作元件连接A、B、C和D的电接触点。采用这样的横向霍尔传感器元件，可以测量与被示为正方形的元件的表面垂直的磁场。

图3B示出竖向霍尔传感器元件的实施例，对于该竖向霍尔传感器元件，例如将n型掺杂阱W设置在p型掺杂半导体本体HL内。分别在半导体本体HL和阱W的表面上设置有用于元件端子A、B、C和D的接触焊盘，其中，用于元件端子A的接触焊盘分别被实施两次或者被对称地实施。

与图3A所示的霍尔传感器元件的相类比，图3B的竖向霍尔传感器元件中的电流在第一操作阶段中从元件端子C流向元件端子A的接触焊盘——由流动箭头I1A和I1B所表征。在第二操作阶段中，电流I2以类似方式从元件端子B流向元件端子D。采用图3B所示的霍尔传感器元件，可以测量与半导体本体HL或阱W的表面平行的磁场。特别地，执行对下述磁场的测量，在图3B的图示中该磁场象征性地垂直延伸。

图4示出磁场传感器系统的另外的实施例，该磁场传感器系统具有多个磁场传感器元件CSE特别是校准传感器元件以及相同数目的测量传感器元件。图4的实施例基于与图1关于校准过程的想法相同的想法。为此，线圈导线布置CWA具有蛇形形状。磁场传感器系统包括五个区域A1、A2、A3、A4和A5，该五个区域各自具有布置为一行的五个校准传感器元件CSE。区域A1至区域A5被布置为与测量传感器元件MSE的相应行交错，其中该测量传感器元件MSE被布置为与每个区域A1至A5相邻。

与图1的布置类似，奇数编号的区域A1、A3、A5提供响应于由线圈部CP1、CP3、CP5产生的第一磁场分量的各个传感器值。偶数编号的区域A2、A4提供与由对应的偶数编号的线圈部CP2和CP4产生的相反方向的磁场分量相对应的各个传感器值。像图4中一样，形成奇数编号的区域的各个传感器值与偶数编号的区域的各个传感器值之间的差以得到绝对值。由于校准传感器元件CSE与测量传感器元件MSE的紧密布置，所以可以实现传感器元件MSE与CSE之间的良好匹配。

在图4的实施例中，在向线圈导线布置CWA施加校准电流期间，也可以进行测量。为此，线圈导线布置CWA包括第六线圈部CP6，该第六线圈部CP6以与第五线圈部CP5平行的方式被导引而在下方不具有传感器元件。然而，对于在第五区域A5右边的测量传感器元件MSE，由第五线圈部CP5生成的磁场分量抵消了由第六线圈部CP6生成的相应磁场分量。然而，应当注意的是，特别地如果不意图同时进行测量和校准，则也可以省去线圈部CP6。此外，如果向线圈电流提供随时间交替的符号或流动方向，则也可以容易地省去线圈部CP6。

图5示出与图1的磁场传感器系统基本类似的磁场传感器系统的另外的实施例。然而，将校准传感器元件CSE仅划分成五个区域A1、A2、A3、A4和A5，所述五个区域中的每个区域呈由磁场传感器元件CSE的相应部分构造的两个直行的形式。

对应线圈部CP1、CP2、CP3、CP4和CP5中的每个由并联连接的两条导线形成，其中在每个情况下，一条导线被以直线方式布置为接近于相应区域的每行或者布置在相应区域的每行上方。由于在每个线圈部CP1至CP5中两条导线的并联连接，所以线圈导线布置CWA的电阻被进一步减小。

对同时测量的传感器元件CSE的各个传感器信号的求值对应于先前所述的原理。

图6中示出磁场传感器系统的类似实施例。与图5的实施例对比，线圈部CP1至CP5不包括两条导线的实际的并联连接，而是包括被平行导引为接近于每个区域中的相应行的或者在每个区域中的相应行的上方的两条导线。在每个情况下，一个区域的一条导线串联连接至相邻区域的一条导线。从电学角度来看，线圈导线布置CWA包括并联连接的两条导线，其中，这些被平行导引的导线以蛇形方式布置在不同的区域A1至A5上方。关于校准值的求值和确定，使用与例如图5中所应用的原理相同的原理。

图7A和图7B示出磁场传感器系统的另外的实施例，该磁场传感器系统像先前的示例一样包括多个校准传感器元件CSE和线圈导线布置CWA。在图7A和图7B二者中，将校准传感器元件划分成两个区域A1和A2，两个区域A1和A2中的每个区域具有矩形形式以及5×10传感器元件的尺寸。相应地，线圈导线布置CWA包括两个线圈部CP1和CP2，该两个线圈部CP1和CP2中的每个由五个并联连接的直线进行构造，其中，对于感测元件CSE中的每行，将一条导线布置为接近于该行或者布置在该行的上方。如果向线圈导线布置CWA施加校准电流，则借助于线圈部CP1和CP2生成不同定向的磁场分量。根据有效构思，在第一区域A1内生成的各个传感器值与第二区域A2内生成的各个传感器值之间形成差。

在图7A中，校准传感器元件CSE被布置有规则的间隔，该规则的间隔特别地在区域A1与区域A2的边缘行之间是连续的。相反，在图7B中，两个区域A1、A2被间隔开。这减小了由相应的另一区域生成的磁场的相互影响。因此，可以实现甚至更加精确的校准值。在图7A和图7B的两个实施例中，可以保持线圈导线布置CWA的线圈电阻较低。因此，相对于其他实施例，可以生成较高的磁场。

图8A和图8B示出磁场传感器系统的与图7A和图7B的实施例类似的另外的实施例。特别地，将多个校准传感器元件CSE划分成两个区域A1和A2，并且将线圈导线布置CWA分成两个线圈部CP1和CP2。然而，像从图5至图6的转变一样，线圈部CP1和线圈部CP2的导线在每个线圈部中并未并联连接，而是在传感器元件CSE的相应的行的上方被单独地平行导引。特别地，第一线圈部CP1的每条导线恰好串联连接至第二线圈部CP2的导线中的一条导线。

如针对图7A和图7B所描述的，图8A的实施例对于校准传感器元件CSE具有规则的间距，而在图8B的实施例中两个区域A1和A2被间隔开。在此同样可以减小由线圈部中的一个生成的磁场对其他区域的影响。

应当注意的是，在图7A、图7B、图8A和图8B所示的实施例中，可以例如依赖于测量传感器元件MSE的阵列(在此未示出)的尺寸来改变校准传感器元件MSE的阵列的尺寸。优选地，每个线圈部CP1、CP2的并联连接或平行导引的导线的数目相同。此外，在另外的实施例中，可以增大每个线圈部中的导线的数目，以不同于行的数目。例如，对于每行，可以存在被平行导引为接近于该行的传感器元件CSE的两条导线。因此，可以使用线圈导线布置CWA中的导线的密集布置。这可以进一步增大在向线圈导线布置CWA施加校准电流期间要由传感器元件CSE感测的磁场。

图9A和图9B示出了下述磁场传感器系统的实施例，在该磁场传感器系统中线圈导线布置CWA呈双导线卷绕的形式。在图9A中，提供了校准传感器元件的10×10阵列，其中，校准传感器元件被划分成十个区域A1至A10，每个区域由单行的传感器元件CSE形成。与先前的实施例对比，特别是相对于图1的实施例，改变了不同区域A1至A10的排序。考虑校准电流的电流方向，各个线圈部CP1至CP10被布置为使得沿前向的一个线圈部被布置为与沿反向的线圈部平行，从而形成线圈导线布置CWA的双导线结构。平行导引的前向部和反向部从阵列的左侧绕至右侧。

因为相应的场分量随着距线圈导线布置CWA的距离增加而彼此抵消，所以双导线布置减小了要在系统外部进行感测的磁场。然而，如在图1的实施例中，奇数编号的区域A1、A3、A5、A7和A9的组的传感器元件CSE感测一个方向的磁场分量，而偶数编号的区域A2、A4、A6、A8和A10的组的校准传感器元件CSE感测相反方向的磁场分量。如先前所说明地，校准传感器值由磁场传感器系统以来自奇数编号的区域的各个传感器值与偶数编号的区域的各个传感器值之间的差为基础来形成。

图9B示出了下述磁场传感器系统的实施例，该磁场传感器系统具有减小尺寸的双导线卷绕的线圈导线布置CWA，即，具有相应的四个区域A1、A2、A3和A4以及四个线圈部CP1、CP2、CP3和CP4的校准传感器元件CSE的4×4阵列。在此应用与针对图9A所说明的原理相同的原理。

图10A和图10B示出了磁场传感器系统的另外的实施例，在该磁场传感器系统中线圈导线布置CWA具有线圈部CP1至CP10，线圈部CP1至CP10以类螺旋方式布置为接近于相应区域A1至A10。在图10A和图10B的实施例中，螺旋体从外部区域A1和A2绕至内部区域A9和A10。相应地，在校准传感器元件CSE的阵列的左半边，定位有奇数编号的区域A1、A3、A5、A7和A9，而在右半边定位有偶数编号的区域A2、A4、A6、A8和A10。因此，如果将直流电流作为校准电流施加至线圈导线布置CWA，则在每一半中电流沿相同方向流动，因而生成同一定向的磁场。对于各个校准传感器元件CSE，这与图7A、图7B、图8A和图8B所示的实施例类似——尽管线圈电阻不同。然而，对各个传感器信号求值以产生总校准值与针对图7A、图7B、图8A和图8B所描述地相同。

分别参照图7A与图7B之间的差异或者图8A与图8B之间的差异，图10B的实施例与图10A的实施例在以下方面不同：具有奇数编号的阵列A1、A3、A5、A7、A9和偶数编号的阵列A2、A4、A6、A8和A10的两半被间隔布置，从而减小所生成的磁场的相互影响。

图11示出了磁场传感器系统的另外的实施例，该磁场传感器系统关于校准传感器元件CSE和线圈导线布置CWA的布局是基于图1的实施例。然而，在图11的实施例中，形成有两组传感器元件和相应的区域，即，奇数编号的区域A1、A3、A5、A7和A9的组和偶数编号的区域A2、A4、A6、A8和A10的组，其中，在奇数编号的区域中传感器元件CSE采用虚线来标记，在偶数编号的区域中传感器元件CSE采用实线来标记。

根据该实施例，磁场传感器系统被配置成产生基于第一组的各个传感器值的组合的第一值并且产生基于第二组的各个传感器值的组合的第二值。关于先前的说明，如果向线圈导线布置CWA施加校准电流，则可以通过形成第一值与第二值之间的差来取得校准值，从而可以说取得所生成的磁场的绝对值。

另外，磁场传感器布置被配置成产生以第一值和第二值的和为基础的测量值，该测量值因而对应于外部磁场。这在施加校准电流期间和在不施加校准电流的情况下均可行，这是因为各个磁场分量由于各自不同的定向而彼此抵消。这在正贡献和负贡献均匀分布的情况下效果最好。根据不同的实现方式，可以同时地或者非同时地例如以交替的方式执行总传感器值即校准值的产生和测量值的产生。特别地对于同时产生的情况，将相同的各个传感器值用于测量值和总传感器值即校准值二者。

图11所示的布置具有下述优点：磁场传感器元件CSE可以用于校准目的和测量目的二者。因此，用于测量外部场的另外的磁场传感器元件是不必要的。

图12示出基于图1的实施例的磁场传感器系统的另外的实施例。特别地，提供了相同数目的磁场传感器元件CSE和相同次序的区域A1、…、A10。作为与图1的实施例的差异，图12的实施例包括两个线圈导线布置CWA和CWA2。第一线圈导线布置CWA包括布置在区域A1至A5上方的线圈部CP1至CP5，而第二线圈导线布置CWA2包括布置在区域A6至A10上方的线圈部CP6至CP10。可以彼此独立地对两个线圈导线布置CWA和CWA2进行供给。

与图1的实施例相比，在图12中图1的线圈导线布置被分成两个线圈导线布置。例如，通过该措施可以克服供给电压限制。在此处未示出的另外的实施例中，可以对磁场传感器系统提供甚至更大数目的线圈导线布置。

在磁场传感器系统的操作期间，对磁场传感器元件CSE的各个传感器值的求值与图1的实施例的对磁场传感器元件CSE的各个传感器值的求值对应。

在上述实施例中，示出了实现有效构思的原理的各种示例。特别地，每个情况下的线圈导线布置CWA被形成和布置为使得在不同线圈部处生成具有不同定向的磁场。此外，特别地通过形成各个传感器值的差形成了所得到的各个传感器值的绝对值。

上述实施例全部可以与磁场传感器元件——特别是与例如图2所示的测量传感器元件具有相同或类似的元件尺寸和元件数目的测量传感器元件——的另外的阵列一起使用或者用于磁场传感器元件的另外的阵列。

有效构思可以与对沿不同的可能空间定向中的一个空间定向的磁场分量敏感的各种磁场传感器元件一起使用。特别地，可以使用对与其表面垂直的分量敏感的磁场传感器元件或者对与其表面平行的磁场分量敏感的磁场传感器元件。这在图3A和图3B中被示出作为横向霍尔传感器和竖向霍尔传感器的示例。线圈部可以被布置为使得所生成的磁场分量可以由分别使用的磁场传感器元件进行感测。

优选地将磁场传感器元件在它们的区域内互联以减小从传感器元件至求值电路的连接线的数目。例如，在具有一行或一列的区域中，可以在区域或区域的组合内将传感器元件串联或并联连接。例如在国际专利申请公布WO2012/140074A1中描述了这样的互联，所述申请的全部内容通过引用合并到本文中。

在由两行或更多行构造的区域中，或者对于至少两个区域，也可以将磁场传感器元件以网格状连接的方式进行连接，特别是将磁场传感器元件连接在具有多于一个维度的网格中。这意味着并非传感器元件的每个单一连接可从外部接触，而是对于传感器元件中的一些传感器元件，存在这些传感器元件之间的仅内部连接。这在国际专利申请PCT/EP2012/066697中被更详细地描述，所述申请的全部内容通过引用合并到本文中。

通过分别对具有相同定向的相应区域的各个传感器值进行求值可以产生要在不同区域之间形成的差。这可以例如适用于图11所示的实施例。然而，也可以通过考虑到单个传感器输出的极性的各个电连接来形成所述差。这样的实现方式例如在欧洲专利申请EP12143493中被进行了描述，所述申请的全部内容合并到本文中。

Claims

1.一种磁场传感器系统，包括：

-多个磁场传感器元件(CSE)，所述多个磁场传感器元件(CSE)各自被配置成响应于施加至其的磁场来提供各个传感器值，以及所述多个磁场传感器元件(CSE)的第一部分被布置在第一连续区域(A1)中并且所述多个磁场传感器元件(CSE)的第二部分被布置在第二连续区域(A2)中；以及

-线圈导线布置(CWA)，所述线圈导线布置(CWA)包括第一线圈部(CP1)和至少第二线圈部(CP2，...，CP10)，所述第二线圈部(CP2，...，CP10)连接至，特别地串联连接至，所述第一线圈部(CP1)，其中，所述第一线圈部(CP1)被布置为接近于所述第一区域(A1)的传感器元件(CSE)并且所述第二线圈部(CP2)被布置为接近于所述第二区域(A2)的传感器元件(CSE)，使得如果向所述线圈导线布置(CWA)施加预定电流，则在所述第一区域(A1)处生成第一磁场分量并且在所述第二区域(A2)处生成与所述第一磁场分量相反的第二磁场分量；

其中，所述磁场传感器系统被配置成产生总传感器值，所述总传感器值以所述第一区域(A1)内提供的各个传感器值与所述第二区域(A2)内提供的各个传感器值之间的差为基础。

2.根据权利要求1所述的系统，

其中，每个区域(A1，...，A10)呈由磁场传感器元件(CSE)的相应部分构造的一个或更多个直列或直行的形式。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的系统，

其中，每个线圈部(CP1，...，CP10)由下述中之一形成：

-单条导线；

-至少两条导线的并联连接；

-平行导引的至少两条导线；以及

其中，相应线圈部的至少一条导线被布置为接近于相应区域(A1，...，A10)的每个磁场传感器元件(CSE)。

4.根据权利要求2和3所述的系统，

其中，相应线圈部(CP1，...，CP10)的至少一条导线以直线方式被布置为分别接近于相应区域(A1，...，A10)的每列或每行。

5.根据权利要求3或4所述的系统，

其中，每个线圈部(CP1，CP2)的并联连接的导线或平行导引的导线的数目相同。

6.根据权利要求2至5中的一项所述的系统，

其中，所述区域(A1，...，A10)中的至少一个区域呈至少两个直列或直行的形式，并且由以具有多于一个维度的网格的方式连接的磁场传感器元件(CSE)的相应部分构造。

7.根据权利要求2至6中的一项所述的系统，

其中，至少两个区域(A1，...，A10)的所述磁场传感器元件(CSE)以具有多于一个维度的网格的方式互联。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的系统，其中，

-所述多个磁场传感器元件(CSE)的第三部分被布置在第三连续区域(A3)中；

-所述线圈导线布置(CWA)包括第三线圈部(CP3)；

-所述第二线圈部(CP2)串联连接在所述第一线圈部(CP1)与所述第三线圈部(CP3)之间；以及

-所述第三线圈部(CP3)被布置为接近于所述第三区域(A3)的传感器元件(CSE)，使得如果向所述线圈导线布置(CWA)施加预定电流，则在所述第三区域(A3)处生成具有与所述第一磁场分量相同的定向的第三磁场分量。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，

-所述多个磁场传感器元件(CSE)的第四部分被布置在第四连续区域(A4)中；

-所述线圈导线布置(CWA)包括串联附接至所述第三线圈部(CP3)的第四线圈部(CP4)；以及

-所述第四线圈部(CP4)被布置为接近于所述第四区域(A4)的传感器元件(CSE)，使得如果向所述线圈导线布置(CWA)施加预定电流，则在所述第四区域(A4)处生成与具有所述第二磁场分量相同的定向的第四磁场分量。

10.根据权利要求9所述的系统，其中

-所述第三区域(A3)和所述第四区域(A4)被定位在所述第一区域(A1)与所述第二区域(A2)之间；

-所述第三区域(A3)被定位为紧邻所述第一区域(A1)；

-所述第四区域(A4)被定位为紧邻所述第二区域(A2)；以及

-所述线圈部(CP1，CP2，CP3，CP4)以螺旋状方式被布置为接近于相应区域(A1，A2，A3，A4)。

11.根据权利要求9所述的系统，

其中，所述线圈部(CP1，CP2，CP3，CP4)形成双导线卷绕，其中所述线圈部(CP1，CP2，CP3，CP4)中的每两个线圈部被平行导引为接近于所述区域中被定位为彼此相邻的两个区域。

12.根据权利要求1至11中的一项所述的系统，

所述系统被配置成向所述线圈导线布置(CWA)施加预定校准电流，以及其中，在施加所述校准电流期间产生的所述总传感器值对应于校准值。

13.根据权利要求12所述的系统，

还包括另外多个磁场传感器元件(MSE)，所述另外多个磁场传感器元件(MSE)各自被配置成响应于施加至其的磁场来提供各个传感器值，并且所述另外多个磁场传感器元件(MSE)电互联，其中，所述磁场传感器系统被配置成基于所述校准值和所述另外多个磁场传感器元件(MSE)的各个传感器值来产生测量值。

14.根据权利要求1至12中的一项所述的系统，

还被配置成产生测量值，所述测量值以所述第一区域(A1)内提供的各个传感器值和所述第二区域(A2)内提供的各个传感器值的和为基础。

15.根据权利要求13或14所述的系统，

其中，所述测量值对应于外部磁场分量。

16.根据权利要求1至15中的一项所述的系统，

其中，全部所述磁场传感器元件(CSE，MSE)具有相同的传感器类型，所述传感器类型选自下述中之一：

-霍尔传感器；

-巨磁阻元件；

-各向异性磁阻元件；

-隧道磁阻元件。