CN105929343A - 磁场传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁场传感器。提供了设备和方法，其中与磁场传感器相关联的开关被用于提供差错信息。

Description

磁场传感器

技术领域

本申请涉及磁场传感器以及相应的方法。

背景技术

磁场传感器在很多应用中被用于感测磁场。例如，为了检测磁体的位置或运动，可被安装到像磁极轮或线性可移动元件的可移动元件上。当可移动元件移动时，磁体变化生成磁场，其可以通过磁场传感器来检测。这样的布置可以例如被用于感测位置、速度、在智能仪表中的干扰磁场或加速。

有时，这样的布置和磁场传感器在安全关键应用中（例如在汽车领域中）使用。在这样的应用中，磁场传感器的可靠操作是重要的。此外，在这样的应用中，可能需要的是，磁场传感器的故障是可检测的，使得其中使用磁场传感器的系统可以识别例如磁场传感器的故障。

在常规的方法中，提供了有时冗余的磁场传感器，例如主磁场传感器和可能较小的辅助磁场传感器。主磁场传感器和辅助磁场传感器可以被提供在相同芯片管芯上。在其它方法中，两个分开的传感器管芯可被组装在单个封装中。可以比较主磁场传感器和辅助磁场传感器的输出，并且如果例如它们相差大于预定阈值，则这可以指示故障条件。

然而，同时提供两个传感器可以帮助满足功能性安全要求，提供两个传感器还需要额外的芯片面积，并且因此引起额外的成本。

因此，获得关于磁场传感器的可能故障或其它问题的信息的可替换的可能性是所期望的。

发明内容

根据实施例，提供如权利要求1中所定义的设备。根据进一步的实施例，提供如权利要求14中所定义的设备。根据另一个实施例，提供如权利要求17中所定义的方法。从属权利要求定义进一步的实施例。

附图说明

图1是图示了根据实施例的设备的框图。

图2是图示了被配置为采用自旋电流技术的设备的框图。

图3是图示了自旋电流技术的图。

图4是被配置为采用自旋电流技术的磁场传感器设备的电路图。

图5图示了在针对图4的磁场传感器的模数转换器的输出端处的示例信号。

图6图示了根据实施例的磁场传感器设备。

图7图示了根据进一步实施例的磁场传感器设备。

图8图示了根据进一步实施例的磁场传感器设备。

图9图示了根据进一步实施例的磁场传感器设备。

图10图示了根据实施例的针对磁场传感器设备的示例环境。

图11是图示了根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，各种实施例将参考附图被详细描述。这些实施例被给出仅用于说明的目的，并且不要被解释为限制性的。例如，虽然实施例可被描述为包括多个特征或元件，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略，和/或可以由可替换的特征或元件来代替。在其他实施例中，进一步的特征或元件（除了明确示出或描述的那些以外）可以被提供。

在本文中所描述或在附图示出的实施例中，任何直接的电连接或耦合（即，没有额外的介入元件的任何连接或耦合）也可以通过间接连接或耦合（即，与一个或多个额外的介入元件的连接或耦合）来实施，或反之亦然，只要例如用于发送某种信号或发送某种信息的连接或耦合的一般用途基本上被保持。来自不同实施例的特征可以被组合以形成进一步的实施例。例如，关于实施例中的一个所描述的变化或修改也可适用于其它实施例，除非相反地指出。

在一些实施例中，磁场传感器比如霍尔传感器可与多个开关相关联。开关可以被用于实施用于传感器的读出的自旋电流方案。此外，在实施例中，可以使用开关获得关于在磁场传感器设备中出现的故障的信息。将在后面更详细地讨论示例。

本文中使用的自旋电流技术一般是指其中在各种相位中磁场传感器的不同端子被用于施加电流并且用于读取测量信号（例如电压）的技术。将例如参考图2-5在后面讨论针对自旋电流技术的示例。

现在转到附图，图1图示了根据实施例的磁场传感器设备。

图1的实施例的磁场传感器设备包括磁场传感器10。在实施例中，磁场传感器10可以包括一个或多​​个霍尔传感器，例如平面的或垂直的霍尔传感器。在多个霍尔传感器的情况下，这样的霍尔传感器可以并联或串联连接。在其它实施例中，可以使用其他类型的磁场传感器，例如使用磁阻效应的传感器（xMR传感器），例如使用隧道磁阻效应（TMR）的传感器，使用巨磁阻效应（GMR）的传感器，使用庞磁阻效应（CMR）的传感器或使用各向异性磁阻效应（AMR）的传感器。

在图1的实施例中，磁场传感器10与多个开关11相关联。开关11可以由控制器12控制以选择性地施加例如测量电流到磁场传感器10的所选端子和/或选择性地测量位于磁场传感器10的所选端子处的测量信号，例如电压。例如，开关11可以由控制器12控制以应用自旋电流技术，如将在后面更详细地讨论的那样。基于测量，控制器12可输出指示所测量的磁场的信号。

此外，控制器12可以输出可用于指示或给出关于图1的设备中的可能的差错或故障（例如，磁场传感器10或开关11的故障）的信息的信号b。在一些实施例中，为了这个目的，控制器12可以在自旋电流技术的不同相位期间评估测量。在其它实施例中，控制器12可控制开关11来执行特定的测试，以检测可能的故障。将在后面更详细地讨论示例。

应当指出，虽然信号a和b在图1中被图示为分开的信号，但在其他实施例中仅单个信号可被输出。在这样的情况下，例如，可以使用信号的一个或多个特定值以指示故障，而其它值可以指示所测量的磁场。

应当进一步指出的是，图1的设备不需要是整体的设备，但例如在物理分开的实体中从剩余功能可提供控制器12的功能的部分，并且实体之间的通信可以以基于有线或无线的方式出现。

为了提供对实施例的更透彻理解，下面参考图2-5将解释如在一些实施例中可用的磁场传感器设备中的自旋电流技术。

图2图示了可以形成一些实施例的基础的磁场传感器设备。

图2的磁场传感器设备包括磁场传感器24。磁场传感器24可以包括一个或多​​个霍尔传感器，例如垂直或平面的霍尔传感器，但不限于此。举例来说，在图2中图示了两个并联耦合的霍尔传感器。

经由电流源22施加偏置电流到传感器24。数字20和213指示电源电压。例如，数字20可以指示正电源电压，并且数字213可以指示接地。

在实施例中电流源22生成的偏置电流被具有数字斩波器频率fchop的斩波器21、23进行斩波。

在图2实施例中的磁场传感器24处的电压（例如霍尔电压）经由模数转换器来测量。在图2的示例中，模数转换器包括具有反馈路径的Σ-Δ模数转换器27，该反馈路径包括数字积分器211和数模转换器212。然而，在其它实施例中，可使用其它种类的模数转换器，例如跟踪转换器、逐次近似转换器、流水线转换器、闪速转换器或其任何的组合，仅举几个非限制性示例。可以提供反馈路径以补偿偏移波纹。提供也以斩波频率fchop操作的模拟斩波器26、28和数字斩波器29。自旋电流技术可以与斩波同时地被应用，如通过箭头25指示的那样。数字214指示要被测量的磁场。自旋电流技术意味着，经由模数转换器在多个自旋电流相位的每个中传感器25的端子被用于施加偏置电流和端子被用于测量电压变化。

磁场测量的结果可在210处被选出。

这样的自旋电流技术现在将参考图3进行更详细地解释。

图3图示了具有四个相位（在图3中被标记为自旋电流相位1-4）的自旋电流技术的示例。此外，在图3中指示两个斩波相位。图3示出了针对每个斩波相位的磁场传感器30。为了便于参考和说明的目的，磁场传感器30被图示为具有四个电阻器的电桥。例如，在一些实施例中，传感器30可以是霍尔传感器。在其他实施例中，传感器30可以是使用电桥配置的xMR传感器。磁场传感器30被用于测量磁场B。

正如在图3中可以看出，其中电流源31与传感器30耦合的位置从相位到相位进行“旋转”或“自旋”，因而名称为自旋电流。

在图3的示例中的传感器30的输出信号是通过差分放大器32放大的霍尔电压VH。在图3的示例中，传感器30可以具有（不期望的）非对称性。例如，所图示的电阻器中的一个可以以值ΔR不同于其它电阻器。这样的非对称性可以由非对称传感器（例如非对称霍尔板）引起或者可以由于传感器经受的机械应力而产生。

该非对称性引起霍尔电压VH的偏移VOh。放大器偏移VOa的累加由图3中的电压源33（其不是真实的电压源）用符号表示，但仅仅表示由放大器引起的偏移。

用图3中图示的自旋电流技术，在相位1中放大器32的输出信号对应于+ VH + VOh + VOa，在自旋电流相位2中输出信号对应于+ VH-Voh-VOa，在自旋电流相位3中对应于+ VH + VOh + VOa以及在自旋电流相位4中对应于 + VH - Voh - VOa。

在一些实施例中使用的自旋电流技术中，将所有自旋电流相位的结果相加，从而产生4 VH的结果。偏移彼此抵消。因此，通过使用自旋电流技术，可以获得偏移补偿的测量。

图4图示了采用自旋电流技术的磁场传感器设备的实施方式示例。图4的磁场传感器设备可用作各种实施例的基础，其中一些实施例将在后面更详细地进行讨论。图4的设备包括磁场传感器49，例如包括霍尔板或多个并联耦合的霍尔板。在其它实施例中，可以使用其他类型的磁场传感器。在图4的示例中的磁场传感器49包括四个端子45-48。在自旋电流技术的每个相位中，例如传感器49的两个端子，比如两个相对侧上的两个端子，可以用于施加偏置电流，以及传感器49的两个其它端子，例如相对侧上的两个其它端子，可以用于测量电压，比如霍尔电压。

为了实施自旋电流方案，图4的实施例包括四个电导体41-44，其在图4的示例中围绕磁场传感器49。在其他实施例中，可以使用导体41-44的其他外形。导体41与供应偏置电流的电流源40耦合。导体42与差分放大器410的负输入端耦合。导体43与接地413耦合。导体44与差分放大器410的正输入端耦合。

如图4中图示的端子45-48经由开关PH1-PH4耦合到导体41-44。在自旋电流技术的第一相位中，开关PH1闭合并且剩余开关PH2-PH4打开。在第二相位中，所有开关PH2闭合，并且剩余开关打开。在第三自旋电流相位中，所有开关PH 3闭合，并且剩余开关打开。开关比如PH1/ 3或PH2 / 4的标记指示在两个相位（例如针对开关PH1/3的相位1和3以及针对开关PH2 / 4的相位2和4）中闭合的开关。为便于参考，在提到开关PH / 1-PH / 4时包括这些开关。在第四自旋电流相位中，所有开关PH4闭合，并且剩余开关打开。因此，如图3中图示的，通过选择性地打开和闭合开关PH1至PH4，端子45-48被用作用于供应偏置电流的偏置端子或用作用于经由差分放大器410测量电压的测量端子。图4中图示的外形仅仅用作示例，还可以使用开关和导体的其它布置。

差分放大器410的输出被提供给模数转换器411，其被提供有参考电压REF1和/或接地作为参考。如通过“DEMUX”所指示的，模数转换器411向平均器412提供​​针对四个自旋电流相位的输出，平均器412可能在多个周期内提供相位的平均和/或和，其指示具有补偿偏移的磁场，如参考图3解释的那样。

虽然四个相位被图示在图3和4中，以及还在后面要描述的实施例中，但是这不要被解释为限制性的，并且本文中公开的技术也可应用于不同数目的相位，特别是多于四个相位（六个相位，八个相位），但是也可能可适用于仅使用三个相位的自旋电流技术。

图5图示了通过如在使用示例信号的实施例中采用的自旋电流技术的使用的平均效果。图5的信号被给出仅用于说明目的，并且在其他实施例中可以使用其他的信号波形。

图5中的箭头图示了相位PH1-PH4中电流（偏置电流）的方向。曲线50示出了针对包含出现在自旋电流相位的个体自旋电流相位中测量的信号中的偏移的测量结果的示例。51指定零值。 52图示了当对自旋电流相位1和2的结果进行求和时的偏移的效果，并且53图示了当对针对自旋电流相位3和4的结果进行求和时的偏移的效果。如能够看出的，曲线52和53中的偏移相对于如出现在曲线50中的偏移已经被大大地减小。此外，根据曲线53的偏移相比于根据曲线52的偏移具有相反的行为，并且通过将曲线53和53进行平均，偏移的效果可以被进一步抵消。当对仅两个相邻相位进行求和时偏移已经很大程度上被抵消的事实，在一些实施例中被用来检测故障，如将在下面进行解释的那样。

接下来，参考图6-9，将讨论磁场传感器设备的各种实施例。用于说明目的图6到9的磁场传感器设备基于图4的磁场传感器设备，并且类似的参考数字被用于指定相似或相应的元件，其出于简明的原因将不被重复描述。

图6图示了根据实施例的磁场传感器设备。在图6的实施例中，类似于图4提供了磁场传感器49，例如霍尔传感器，其可以经由开关PH1-PH4选择性地与导体41-44耦合以实施如上面描述的自旋电流技术。除了测量使用如上面描述的自旋电流技术的磁场外，图6中的设备可提供各种诊断功能，以例如能够检测磁场传感器设备中的差错、故障或失效。虽然多个不同的诊断功能将参考图6以及参考其他实施例进行描述，但是要理解的是，这不要被解释为限制性的，并且其他实施例可以实施所描述的诊断功能中的仅一个或一些。

在图6的实施例中可以实施的诊断功能的一个示例基于提供自旋电流相位的仅一些结果上的部分和。如上面参考图3解释的，在具有四个相位的常规自旋电流技术中，四个相位可以求和以抵消偏移。在图6的实施例中，开关65可以提供例如四相位自旋电流技术的前两个相位的信号到第一平均器66，并且提供例如来自第三和第四相位的输出到第二平均器67。平均器66、67可以在一些实施例中被用于形成所提供的信号的平均，平均可以在多于一个测量周期内形成，一个测量周期包括示例中的四个相位。在其他实施例中，平均器66、67可以在一个测量周期内形成来自不同相位的信号上的平均。

例如，第一平均器66可以输出如图6中图示的来自第一和第二自旋电流相位的测量结果的平均，并且平均器67可以输出如在图3中图示的第三和第四自旋电流相位的测量结果的和的平均作为信号d。如上面参考图5解释的，已经对于两个相邻的相位（例如1和2或3和4），偏移基本上彼此抵消。因此，在无差错操作中，信号c应当近似等于信号d（例如，参见图5的信号52和53）。如果信号c和d之间的差值大于预定阈值，则这可以指示故障，例如所涉及的开关中的一个的故障。因此，在实施例中，通过提供两个部分和而非所有自旋电流相位上的和，可以实施差错检测。

应当指出，在一些实施例中，开关65可以被配置为改变部分和。例如，如上面提到的，信号c可对应于图3的自旋电流相位1和2的和，并且信号d在一个实施例中可以对应于自旋电流相位3和4的和。在一些实施例中，开关65然后可以改变向平均器66、67提供的信号，使得例如信号c是图3的自旋电流相位1和4的结果的和，并且信号d是自旋电流相位2和3的结果。同样用该求和，可以比较信号c和d，并且如果它们相差大于预定阈值，则这可以指示差错，例如一个或多个开关的故障。通过如上面解释的那样提供不同的部分和，可提供额外的冗余。

此外，通过向另一实体（例如系统）输出信号c和d，也在无错操作中在一些实施例中可获得冗余，因为信号c和d中的每个信号至少近似提供了正确值。通过提供这样的冗余，可以增加功能安全。

另外或可替换地，来自自旋电流相位的结果的不同求和可以在一些实施例中被执行以获得偏移值。

虽然在如图3中指示的正常自旋电流模式中，求和被执行以抵消偏移并获得霍尔电压，但是，出于测试或诊断的目的，可以形成和，使得霍尔电压（或要被测量的其它电压）被抵消，并且仅测量偏移。在图3的示例中，这例如可以通过在总和中减去而非增加在相位2和4中由模数转换器411输出的信号来获得，使得在图3的示例中对于这些相位而言输出结果基本上是-VH +Vah+ VOa。对所有相位的结果求和然后产生4 VOh + 4VOa，即偏移的测量结果。偏移例如可以在实施例中与预定阈值比较。大于阈值的偏移例如可指示比如开关PH1…PH4的高的漏电流的故障和/或其中一个开关有缺陷并且例如不能闭合或一直处于闭合的情况。

控制用于自旋电流模式和这样的诊断两者的开关以获得偏移可通过由计数器612控制的控制器611执行，计数器612针对四个自旋电流相位从1计数到4。可以通过PHTST使能信号确定操作的模式。例如，操作的模式可以在其中霍尔电压被确定的规则自旋电流模式和其中如上面解释的那样确定偏移的测试模式之间进行切换。计数器612可通过时钟信号clk来计时。此外，在测试模式中开关PH1...PH4和额外的开关TSTa到TSTd可以如下面所解释的那样被控制。

此外，可以提供额外导体60，其可以选择性地经由测试开关TSTa到TSTd与磁场传感器49的端子45-48耦合，如在图6中图示的那样。此外，导体60可选择性地经由开关68、69与电流源耦合，如在图6中图示的那样。导体60与电流源的该耦合与各自的开关TSTd的闭合一起可用于向图6的设备注入差错电流。在一些实施例中注入差错电流可以用于检查所提供的诊断功能是否正确地操作。例如，经由开关TSTa到TSTd中的一个注入差错电流应该导致通过如上面解释的那样评估信号c和d检测的差错。如果没有差错被检测到，则这可指示诊断功能的故障。

在一些实施例中，其中差错电流被注入的这样的注入测试可以仅在启动时被执行，这将提供至少一些潜在的故障诊断。在其它实施例中，另外或可替换地可以在运行时间期间（例如，在传感器设备的实际使用期间）执行这样的注入测试。在这样的情况下，注入测试可在额外测量相位中被适当地处理（例如通过每个全测量周期中测试TSTa到TSTd中的一个开关以给出非限制性示例）。

此外，在一些实施例中，经由开关68或经由开关69注入电流可以被用于检测短路或漏电流。例如，在导体被正确地彼此绝缘的情况下，经由开关PH1-PH4和TSTa-d，差错电流可被提供到导体41-44中任何一个并且不应在任何其他导体上出现。

为进一步测试的目的，在一些实施例中，可以提供开关61，其可用于经由连接器610将进一步的模数转换器63与导体41和43中的一个或模数转换器411的参考输入端耦合。此外，模数转换器63可以是同样用于如由开关62指示的其他目的（例如用于温度测量）而提供的模数转换器。在实施例中，模数转换器63可以被用于执行除了测量温度以外的额外测试程序。通过使用已经提供的模数转换器63用于其他目的比如温度测量、也用于提供针对磁场传感器设备的诊断功能，在一些实施例中，芯片面积可以相比于其中提供额外模数转换器的情况而被节省。

开关61和62可以被控制器64（其在图6中与控制器611被分开地描绘，但是其也可以在具有控制器611的单个控制器中被实施）控制，以向模数转换器63选择性地提供信号。如由多路分解器DEMUX指示的，模数转换器63然后可根据被执行的测试而输出各种信号。控制器64可以由VTST使能信号控制以选择要被执行的测试或测量。

在图6的实施例中，模数转换器63相比于模数转换器411使用不同的参考/偏置电压（在图6中被标记为REF2/GND）。因此，在一些实施例中，模数转换器63经由导体610和各自的开关61可测量模数转换器411的参考电压并且可输出相应的指示（在图6中被标记为代码Vref）。通过这种方式，在一些实施例中，可测试模数转换器411的参考电压。此外，通过闭合与导体41、43耦合的适当开关61，通过偏置电流源40生成的在导体41、43之间的偏置电压可以被测量并且输出（在图6中被标记为代码Vbias）。通过这种方式，实施例可测试是否提供用于霍尔传感器设备49的正确偏置。

这样的诊断功能可以例如是作为启动测试执行的、或是循环执行的、或是执行在系统提供的诊断测试信号处（例如，在任何异常被检测以在进入任何失效状态前做出完全的系统检查的情况下）的、或使用额外模数转换器（或者简化的比较器或甚至能视为具有一个或两个比特输出的模数转换器的窗口比较器）与正常操作并行执行的。

当开关62闭合并且开关61打开时，模数转换器63可以例如测量温度并输出结果作为被标记为代码Tj的信号（其在这个实施例中可以是指芯片结温，但是也包括在特定应用中要被测量的任何其他温度）。该温度测量仅仅是针对模数转换器63可被用于执行的任何进一步测量的示例。这样的温度测量或其他测量例如可被用于对磁场传感器的修整或校准。

其它实施例可以可替换地或另外测量应力相关信道、具有电阻回路的芯片裂纹、压力、光、电场、内部或外部（已知）电压或特定应用需要的任何其他物理性质（直接或间接地，例如用于修整和/或校准目的，或利用在系统方法中共享模数转换器比如转换器63以测量与磁场测量相关或不相关的任何额外物理量。在一些实施例中，转换器比如转换器63可另外或可替换地被用于使用除了包括霍尔传感器49的设置以外的额外霍尔传感器来执行除了转换器411的结果以外的冗余磁场测量（例如用于以到霍尔传感器49的某个距离提供测量，例如用于测量磁性背景场）。

此外，在一些实施例中，冗余磁场测量可以使用不同的测量原理（例如，使用磁阻传感器，一般例如GMR、TMR或xMR）而非额外的霍尔探头。这样的磁阻传感器可以再次经由多路复用开关与模数转换器63连接。这在实施例中可以进一步用于改进冗余测量设置的独立性（测量的多样性：H场对B场）。

应当指出，在其他实施例中，另外或可替换地，使用与这里描述的原理相同的原理的具有其他方向上的灵敏度的霍尔传感器（横向或垂直的霍尔传感器）可以被使用。这也适用于霍尔传感器49。

上述诊断功能可以单独地或彼此组合地改进针对所示出的设备的单点故障度量以及针对需要磁场传感器比如所示出的霍尔传感器设备的安全系统的潜在故障度量。如已经提到的，尽管在图6的实施例中，多个不同诊断功能被实施并且已经在上面被描述，但是在其他实施例中，仅这些功能中的一个或一些可以被实施。例如，如果由安全性分析足够给出减少的冗余，则两个ADC甚至能够使用相同的参考电压并且因此不再需要连接610和相应的多路复用。

应当提到的是，也可需要在特定应用中通过使用不同技术来实施甚至更多样的设置以实施参考电压，例如，基于带隙的原理对基于多晶硅电阻的原理（其可能需要额外的修整），以仅举两个示例。在图6的实施例中示出的设置提供了用于提供用于多样化实施方式的高度灵活的设置。

相同的原理可适用于模数转换器的选择。例如，出于多样性目的，针对转换器411和63的不同原理可在实施例中使用，以在设计中针对一般引起的故障而改进鲁棒性（或者甚至在实施方式期间的系统故障）。由于经济的原因，可能不期望在一些情况下使用多于两个的转换器，但是，如果需要的话，例如出于安全的目的，其他实施例可以使用额外转换器，而不是多路复用输出转换器63的输入（例如，出于并行测量的目的，以减少故障检测时间）。在其他实施例中，由图6的实施例中的模数转换器63转换的信道（模拟信号）（比如结温信道62）可在其他实施例中由转换器411（使用在其输入端的额外多路复用器）转换。一般地，通过使用这样的多路复用器，在模数转换器的不同操作相位中可以测量/转换不同的量。

接下来，参考图7-9可以描述对图6的实施例的各种修改。为了避免重复，类似的元件具有相同的参考数字，并且将仅更详细地描述与图6的实施例相比的差异或修改。

在图6的实施例中，在需要诊断的非常高的独立性的情况下，诊断至少部分地可以出现在传感器设备外部。例如，可以由外部实体来执行在信号c和d彼此不同得多于阈值的情况的评估。同样地，可以由外部实体做出在信号代码Vbias和代码Vref指示差错的情况的评估。

例如，在其中系统已经要求第二物理分开的传感器IC的情况下，诊断和独立性要求可以被减少以在系统中两次实施所使用的更经济单个传感器设置。特定应用的较低的所需安全水平同样地还可以引起对独立性的要求可以被降低。例如，在这样的情况下，如在图6的实施例中示出的设置可以被进一步简化，如图7-9中示出的那样。

在图7的实施例中，诊断的评估仅仅在所示出的传感器设备内出现。如果例如传感器设备被实施在单个芯片上，则这可以允许片上分析。

在图7的实施例中，代替图6控制器611，提供控制器711。此外，代替控制器64，提供控制器74。

此外，在图7的实施例中，提供单个平均器70，代替图6的平均器66、67。平均器70形成用于自旋电流技术的所有四个相位的模数转换器411的输出信号上的和或者甚至多个测量周期上的平均，并且将其输出为信号e。因此，信号e提供针对由传感器49测量的磁场的测量。此外，向控制器711提供针对四个相位的输出。控制器711可以执行如关于图6所描述的针对信号c和d的功能，即，控制器711可以形成（例如，第一和第二相位以及第三和第四相位的）部分和，并且评估部分和之间的差值是否大于阈值。此外，控制器711可以组合针对四个相位的信号以确定偏移，如关于图6所描述的那样，并且评估结果。在结果不指示差错的情况下，控制器711可以输出指示没有检测到故障的“OK”信号。在其他实施例中，另外或可替换地，控制器711可以输出指示检测到差错或故障的差错信号。

在控制器711检测到差错条件的情况下，控制器711可以控制平均器70来禁用更新，使得信号e被冻结，或者可以控制平均器70来输出指示差错的信号e的值。在后一种情况下，分开地输出“OK”信号可以被省略。

此外，在图7的实施例中，控制器74评估信号代码Vref和代码Vbias，以确定电流源40提供的偏置和供应到模数转换器411的参考信号是否是正确的。在没有差错的情况下，可以输出“OK”信号，和/或在差错或故障的情况下，可以输出差错信号。应当注意，由控制器74、711输出的信号（例如，“OK”信号）可以例如使用组合信号的逻辑门被提供在公共输出端处。

另外，图7的实施例的操作可以如对图6的实施例所描述的那样。应当注意，在一些实施例中，可以提供仅控制器711或仅控制器74，并且相应的其他控制器可以如参考图6讨论的那样进行操作。

图8图示了进一步实施例。在图8的实施例中，与图6的实施例相比较，省略了模数转换器411，并且模数转换器63被另外用于使用自旋电流技术和/或偏移测量来执行霍尔电压测量。为此，提供了额外开关83，其经由模数转换器63来能够实现霍尔电压的测量。耦合到模数转换器63的多路分解器82用于输出通过闭合开关61、83、84和62到相应的输出连接所测量的信号。自旋电流技术的测量结果（开关83闭合）被提供到平均器83，其提供所有四个相位上的和或多个测量周期上的平均和，并且将其输出为信号h。因此，信号h提供针对由磁场传感器测量的磁场的测量。

控制器80用于通过评估由自旋电流方案输出的信号（例如，通过提供如以上所讨论的部分和）来提供以上讨论的诊断功能，用于通过评估在闭合开关61时获得的代码Vbias信号来计算偏移。此外，在实施例中，经由开关84，模数转换器63可以测量内部生成的或外部的电压（例如，如示出的分电源电压VDD/4或者来自系统的任何其他已知电压）。在一些实施例中，这再次可以改进转换器和参考63的诊断（特别是如果可以测量多于一个的电压电平）。

控制器80还控制开关PH1-PH4、TSTa-d以及开关61、83、84和62。为了执行该控制，控制器80由从1计数到N的计数器81供应。在图8的实施例中，N可以是4（用于四个自旋电流相位）加上额外测量相位的数目，其用于诊断功能，例如在开关61闭合的情况下测量偏置电流的诊断或在注入差错电流的情况下的测量，如先前所描述的那样。

如果没有差错出现，则控制器80可以输出“OK”信号，和/或如果检测到差错，则控制器可以输出差错信号。

图9图示了根据进一步实施例的磁场传感器设备。图9的实施例在一定程度上是图6和图8的实施例的组合。与图8的实施例类似，在图9的实施例中，使用单个模数转换器63。与图6的实施例类似，控制器92基于针对开关PH1-PH4和TSTa-TSTd的PHTST使能信号并且基于针对开关61的VTST使能信号来控制开关的切换。而且，类似于图6的实施例，在所示出的设备外部执行评估。例如，将与四个自旋电流相位相关的输出信号从多路分解器82提供给由控制器92控制的开关90，其向第一平均器91和第二平均器92提供信号。第一和第二平均器91和92的功能与图6的平均器66、67的功能相同，即提供每个都可以表示个体自旋电流相位的输出结果上的部分和的两个信号h、k。

开关90可以由控制器80来控制，例如以改变计算部分和的方式，也如先前关于图6所解释的（例如，使相位1和2相加以获得信号h，并且使相位3和4相加以获得信号k，或者使来自相位1和4的信号相加以获得信号h，并且使来自相位2和3的信号相加以获得信号k）。

因此，图9图示了来自不同实施例的特征可以被组合以形成进一步实施例，并且来自各种实施例的其他特征也可以被组合以形成进一步实施例。

用所讨论的诊断功能，在一些实施例中，用于提供冗余的副传感器的提供可以被省略，而仍然保持高水平的功能安全。在其他实施例中，先前讨论的磁场传感器设备可以与进一步磁场传感器设备（常规或如描述的）组合，以提供先前讨论的诊断功能和冗余两者。

如以上所讨论的磁场传感器设备可以例如在汽车环境中使用，但是不限于此。在图10中图示了示例环境。

在图10中示出的系统包括磁场传感器设备101，其如先前参考图1-9所讨论的那样被实施。通过供应设备100，磁场传感器设备101被供应有例如时钟信号clk和/或电源电压或参考电压。供应设备100可以包括用于提供电源电压和/或用于提供时钟信号的任何常规电路。供应设备100还可以向图10的系统的其他设备提供电源电压和时钟信号。

图10的系统由ECU（电子控制单元）系统102（例如汽车的ECU）来控制。在可替换的实施例中，系统可以由任何种类的微控制器来控制，该微控制器可以与磁场传感器设备101集成，或者可以被提供在磁场传感器设备101外部。

ECU系统110经由接口103来控制磁场传感器设备101。例如，ECU系统102可以提供信号，比如在外部诊断控制的情况下的以上讨论的信号VTST使能和PHTST使能。相反​，ECU系统102经由接口103并且可选地经由数字信号处理器104来从磁场传感器设备101接收数据。在一些实施例中，数字信号处理器104可以例如基于图6的信号c、d、代码Vbias和代码Vref来提供通过磁场传感器设备101提供的信号的评估用于诊断功能。在其他实施例中，这样的评估可以通过ECU系统102来执行。在又其他实施例中，例如参考图7和图8所描述的，这样的评估可以在磁场传感器设备101中被内部地提供。

图10的系统仅仅是示例环境，并且如本文中描述的磁场传感器设备通常可以在其中要测量的磁场的应用中使用。

图11是图示根据实施例的方法的流程图。尽管图11的方法被图示为一系列的动作或事件，但是以其示出和描述这些动作或事件的顺序不要被解释为限制性的。例如，可以以与所示出的顺序不同的顺序执行动作或事件，和/或可以例如使用电路的不同部分来同时执行动作或事件中的一些。图11的方法可以使用先前讨论的磁场传感器设备中的任何一个来实施，但不限于此。

在图11中的110处，方法包括提供磁场传感器设备。磁场传感器设备可以包括与多个开关相关联的磁场传感器。例如，磁场传感器设备可以是如以上参考图1-9所讨论的磁场传感器设备。

在111处，磁场传感器设备的开关被控制为提供自旋电流读出。在112处，基于自旋电流读出来提供差错信息。例如，如以上所解释的部分和可以被形成并且彼此比较，和/或可以计算偏移。

在113处，开关被控制为提供额外差错信息。例如，除了在111处控制的那些开关之外的开关可以被控制为注入差错电流和/或能够实现偏置电压或参考电压的测量，例如如先前所解释的那样。应当注意，在图11的实施例中，在一些情况下，与111相关联的动作或与113相关联的动作可以被省略，由此提供差错信息的仅一部分。

上述实施例仅用作示例，并且不要被解释为限制性的。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

磁场传感器，

与所述磁场传感器相关联的多个开关，以及

控制电路，被配置为控制所述多个开关并且基于开关的操作来提供指示故障的至少一个信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路被配置为控制多个开关中的至少一些以将自旋电流方案应用于所述磁场传感器，所述自旋电流方案包括多个相位，在所述多个相位中所述磁场传感器的不同端子被用于偏置和读出。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制电路被配置为形成多个相位的读出结果上的至少两个部分和以提供至少一个信号。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制电路被配置为在部分和中的两个之间的差值超过预定阈值的情况下提供指示差错的信号。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的设备，其中所述控制电路被配置为基于多个相位的读出结果来获得偏移。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述控制电路被配置为控制多个开关中的至少一个以将差错电流注入到磁场传感器，并且进一步被配置为基于所注入的差错电流来评估提供指示故障的至少一个信号的正确操作。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述控制电路被配置为控制所述多个开关中至少一个以测量对所述磁场传感器进行偏置的偏置电流或偏置电压中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的设备，包括被配置为测量表示磁场的磁场传感器的输出的第一模数转换器，以及被配置为测量偏置电流或偏置电压的第二模数转换器。

9.根据权利要求7所述的设备，包括模数转换器，所述模数转换器被配置为测量指示磁场的磁场传感器的输出信号并且进一步被配置为测量偏置电流或偏置电压。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的设备，其中所述设备的至少一个模数转换器进一步地被配置为测量至少一个进一步的量。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的设备，进一步包括输出端，所述输出端将至少一个信号提供给进一步实体以允许进一步实体确定可能的故障。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的设备，其中所述设备是单个芯片上的集成设备。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的设备，其中所述磁场传感器包括霍尔传感器。

14.一种磁场传感器设备，包括：

磁场传感器，所述磁场传感器包括

多个端子，

偏置源，

至少一个模数转换器，

多个开关，以及

控制器，所述控制器被配置为控制所述多个开关以在多个相位期间选择性地将偏置源和模数转换器与多个端子耦合，

用于提供处于多个相位的不同相位中的模数转换器的输出上的至少两个部分和的加法电路。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述控制器进一步被配置为评估多个部分和之间的差值以及如果所述差值超过阈值则输出差错信号。

16.根据权利要求14或15所述的设备，其中所述控制器进一步被配置为将处于不同相位的模数转换器的输出组合以确定所述设备的偏移。

17.一种方法，包括：

提供磁场传感器，

控制与磁场传感器相关联的开关，其中控制开关包括控制开关中的至少一些以提供处于多个相位的自旋电流读出，

基于控制开关来提供差错信息。

18.根据权利要求17所述的方法，其中提供差错信息包括计算自旋电流读出上的至少两个部分和，以及评估部分和之间的差值。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中提供差错信息包括基于所述自旋电流读出来计算偏移。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中控制开关包括控制开关中的至少一些，用于提供额外差错信息、提供额外修整测量或提供额外诊断测量中的至少一个。