CN107356269A - 经应力及温度补偿的霍尔传感器及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量磁场强度的集成半导体设备(100、200、1500)，包括：霍尔传感器(11)、具有第一应力灵敏度(SS1)和第一温度灵敏度(TS1)的第一侧向各向同性传感器(21)、具有第二应力灵敏度(SS2)和第二温度灵敏度(TS2)的第二侧向各向同性传感器(31)、任选的放大装置(13)、数字化装置(14)；以及计算装置，其被配置成基于可被表示成仅含两个参数(Δσ_iso、ΔT或V1、V2)的n阶多项式的预定义的公式来在数字域中计算经应力和温度补偿的霍尔值(VHcomp)。这些参数(V1、V2)可直接从传感器元件被获得，或者它们(Δσ_iso、ΔT)可根据两个联立方程的组被计算出。一种获得霍尔电压信号并且针对应力和温度漂移补偿所述信号的方法。

Description

经应力及温度补偿的霍尔传感器及方法

技术领域

本发明一般涉及集成霍尔传感器的领域，并且具体而言涉及针对温度和机械应力作出补偿的集成霍尔传感器的领域。本发明还涉及一种针对机械应力和温度两者补偿霍尔传感器读数的方法。

背景技术

霍尔传感器的基本功能是基于所谓的“霍尔效应”来测量磁场的大小，借助霍尔效应，当电流在存在磁场的情况下流过导体时，在所述导体(例如导电板)上生成电压。这种现象在本领域中是众所周知的，并因此在这里无需作进一步解释。

然而，存在与霍尔传感器的读数相关的几个问题：

1)霍尔电压通常非常小(通常在微伏到毫伏的范围内)，因此需要被放大，但是霍尔元件和放大器两者可能具有偏移(放大器的输出在存在零磁场的情况下是非零的)。在现有技术中通常通过(在生产期间)测量校准中的偏移电压、将测得的值储存在设备中的非易失性存储器中并且在实际使用设备期间取回被储存的值并从放大器的输出中减去它来使该问题得到解决。

1b)另一个问题在于该偏移并非随时间不变，而是漂移的。在现有技术中通过使用称为“自旋电流”和/或“斩波”的原理来使该问题得到解决。与电流自旋结合的极性的切换被用来消除霍尔元件的偏移和放大器的偏移。简单来说，这意味着不是静态地将偏置电流(或偏置电压)施加到特定的输入节点对并读取特定输出节点对上的结果，而是将偏置电流(或电压)连续地施加到霍尔元件(例如，霍尔板)的不同节点(一次一个)，并且读取对应的输出节点上的输出，并对结果求平均值；

2)霍尔电压还和温度相关，尤其是因为上述的霍尔元件和/或放大器的偏移随温度而变化。在现有技术中通常通过在几个不同的温度下测量零磁场的偏移值、通过将测得的偏移值储存在设备中的非易失性存储器中、通过在实际使用期间(使用温度传感器)测量设备的温度并且通过针对测得的温度使用被储存的偏移值来补偿经放大的霍尔输出值从而使该问题得到解决。

3)由于称为“压电霍尔效应”和/或“压敏电阻”效应的现象，霍尔电压还取决于(被施加在霍尔元件上的)机械应力，并且上述温度传感器的输出同样取决于(被施加在温度传感器上的)机械应力。这样的机械应力通常由封装(例如塑料成型封装)造成。“压敏电阻效应”和/或“压电霍尔效应”的物理现象是众所周知的，并且在应力传感器中是非常合乎需要的，但是在诸如霍尔传感器设备之类的其他设备中是不期望的。如果机械应力不会随时间变化，则该问题可通过校准测试很容易地得到解决，但不幸的是，机械应力是随时间变化的，尤其是因为封装中的湿度。

压敏电阻效应和压电霍尔效应的数学模型在本领域中是已知的，其中机械应力被表示成具有6个独立分量的张量。因此，直截了当的数学方法将产生含6个应力变量加上一个附加的温度变量的6个联立方程的组。这样的直接的方法是非常复杂的。

US7980138认识到应力依赖性和温度依赖性的问题，并提出了(所述公开文件的图5)相对独立于温度的应力传感器。该传感器具有带有两个分支的桥接电路，每个分支具有“n型电阻器L”(即相对于彼此定位成90°串联连接的两个n型电阻器条)和“垂直n型电阻器”。因为所有的电阻器都是n型的，所以它们的温度特性是相同的，并因此它们的比率主要取决于机械应力，而仅最低程度地取决于温度。

仍有改进或替代的余地。

发明内容

本发明的各实施例的目的是提供一种用于针对温度和机械应力两者补偿霍尔传感器的方法和设备。

本发明的特定实施例的目的是提供一种(就算法复杂性或计算能力或两者而言)更容易执行的补偿方法，以及更容易生产(例如对工艺变动不那么严格)的设备。

这些目的通过根据本发明的实施例的方法和设备来实现。

在第一方面，本发明提供一种用于测量磁场强度的集成半导体设备，包括：至少一个霍尔元件，该至少一个霍尔元件被配置成用于提供指示待测量的磁场强度的霍尔信号；第一侧向各向同性传感器，该第一侧向各向同性传感器具有第一应力灵敏度和第一温度灵敏度，并且被配置成用于提供第一传感器信号；第二侧向各向同性传感器，该第二侧向各向同性传感器具有第二应力灵敏度并具有第二温度灵敏度，并且被配置成用于提供第二传感器信号；其中第一温度灵敏度不同于第二温度灵敏度，或者第一应力灵敏度不同于第二应力灵敏度，或者二者；任选的放大装置，该放大装置被布置成用于任选地放大霍尔信号，并且用于任选地放大第一传感器信号并用于任选地放大第二传感器信号；数字化装置，该数字化装置被布置成用于数字化经任选地放大的霍尔信号并且用于数字化经任选地放大的第一传感器信号并数字化经任选择地放大的第二传感器信号，以便获得三个数字值；计算装置，该计算装置被配置成用于求解仅含两个变量的带预定义参数的仅两个联立多项式方程的组，以便获得应力值和温度值，并且被配置成用于使用仅含作为所述计算出的应力值和所述计算出的温度值的两个参数的预定义的校正公式来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

其中“霍尔信号”是指来自霍尔元件的“原始霍尔信号”(通常是在两个输出节点上测得的差分电压)，或者是指通过本领域公知的并通常被用于偏移补偿的被称为“自旋电流”的技术对多次“原始”霍尔测量进行平均的结果。

(相比于垂直电阻器)使用侧向电阻器是有利的，因为这样的电阻器更容易设计和生产，并允许(通过光刻)对电阻器更好地进行匹配。一个优点在于，侧向电阻器的匹配对工艺变动不太敏感，而当使用垂直电阻器时，工艺参数的严格控制至关重要。

与至少一些现有技术解决方案相比，本发明提出的解决方案不要求理想的温度传感器(即：应力不敏感温度传感器)和/或理想的应力传感器(即：温度不敏感应力传感器)，而是利用两种传感器(在某种程度上)对应力和温度敏感的事实。

与至少一些现有技术解决方案相比，本发明提出的解决方案解决了主要在后端(通过在数字域中求解一组联立方程)而不是主要在前端(在硬件中)确定“真实”应力和“真实”温度的问题。与实现垂直电阻器并且/或者要求不同尺寸的电阻器(例如，一个电阻器的大小是另一个的8倍)以用于获得特定效果(诸如制造对应力(几乎)不敏感的电阻器)的一些现有技术解决方案相比，这允许更容易的实现，并且在设计布局中提供了更多的自由度。

一个优点在于，这样的集成半导体设备可使用CMOS技术来大批量生产。

使用常数系数(其与应力及温度无关)的多项式方程是有利的，因为(1)系数可使用测量和曲线拟合来相对容易地被找到，以及(2)因为仅有限数量的系数是被储存在设备的非易失性存储器(例如，作为参数或硬编码)中的，以及(3)这样的方程组用有限的处理能力(因为例如不需要指数函数或几何函数)来相对容易地求解。

各实施例的一个优点在于，其中由于比率设计和ADC，霍尔元件以及第一和第二传感器由电源电压供电。

集成半导体设备还可包括用于提供以下各项中的一个或多个的输出装置：经数字化和经任选地放大的霍尔信号、经数字化和经任选地放大的第一传感器信号、经数字化和经任选地放大的第二传感器信号、计算出的应力、计算出的温度、经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

优选地，第一侧向各向同性传感器和第二侧向各向同性传感器中的每一个都是电阻式传感器。

优选地，第一侧向各向同性传感器和第二侧向各向同性传感器中的每一个都是被布置在桥接电路中的电阻式传感器，每个桥接电路包括四个各向同性电阻器或者由四个各向同性电阻器组成。

使用桥接电路的一个优点在于，其提供了具有高灵敏度的差分电压信号，从而允许各个个体电阻器之间的极小差异被测得。使用桥接电路的另一个优点在于，各个个体电阻器的绝对值并非是重要的，只有它们的比率是重要的。

在一实施例中，仅两个方程的联立组的多项式方程是仅含两个变量的两个n阶多项式，其中仅两个方程的组由以下方程组来表示或者等同于以下方程组：

其中V1是第一传感器的经数字化和经任选地放大的输出值，V2是第二传感器的经数字化和经任选地放大的输出值，α_ij和β_ij是常数，K、L、i、j是整数值，Δσ_iso表示相对于参考应力的机械应力，ΔT表示相对于参考温度的温度，并且K表示第一方程的多项式的阶数，而L表示第二方程的多项式的阶数。

使用多项式是有利的，因为它们相对容易进行计算(与例如几何或指数函数不同，不需要巨大的处理能力)，还给予高度准确的结果。

对于给定的设计(例如特定布局和材料)，常数是固定的，并且可例如在设计阶段通过模拟或者通过使用曲线拟合技术的设计评估测量来确定。

一个优点在于，在选定的参考条件下，α₀₀和β₀₀可作为第一和第二传感器的输出值来被直接地测得。

在一实施例中，该方程组是一组二阶多项式方程。

这意味着在上述公式中K＝L＝2(并且意味着二阶系数中的至少一个非零)。“仅”使用二阶多项式是有利的，因为在这种情况下，联立方程组的系数的数量只有大约18个系数(包括第一和第二传感器的偏移值Voffset1和Voffset2)，或者在一些系数被省略的情况下甚至小于18个。

在一实施例中，该方程组可被表示成或者等同于：

该实施例具有的优点在于，(对于该联立方程组)仅八个系数需要通过曲线拟合来被确定并需要被储存在非易失性存储器中，并且在于该方程组更容易/更快地求解。然而，发现该方程组可在相对宽的温度范围(从约0℃至约+140℃)内产生高度准确的结果。

在一实施例中，预定义的校正公式可由以下公式表示，或者等同于以下公式：VHcomp＝VH/CF，其中CF是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

其中γ_ij是预定义的常数，M、i、j是整数，并且(Δσ_iso)和(ΔT)是根据两个联立方程的组计算出的值，而M表示多项式的阶数。

发现该校正因子提供了非常好的结果，即使是对于相对低的阶数M而言。

在另一实施例中，预定义的校正公式可由以下公式表示，或者等效于以下公式：VHcomp＝VH x CFb，其中CFb是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

其中τ_ij是预定义的常数，R、i、j是整数，并且(Δσ_iso)和(ΔT)是根据两个联立方程的组计算出的值，而R表示多项式的阶数。

该公式提供与CF的公式大致相同的准确度，但是该公式具有使用乘法运算而不是除法运算的优点。

根据第二方面，本发明提供一种用于测量磁场强度的集成半导体设备，包括：至少一个霍尔元件，该至少一个霍尔元件被配置成用于提供指示待测量的磁场强度的霍尔信号；第一侧向各向同性传感器，该第一侧向各向同性传感器具有第一应力灵敏度和第一温度灵敏度，并且被配置成用于提供第一传感器信号；第二侧向各向同性传感器，该第二侧向各向同性传感器具有第二应力灵敏度并具有第二温度灵敏度，并且被配置成用于提供第二传感器信号；其中第一温度灵敏度不同于第二温度灵敏度，或者第一应力灵敏度不同于第二应力灵敏度，或者二者；任选的放大装置，该放大装置被布置成用于任选地放大霍尔信号，并且用于任选地放大第一传感器信号并用于任选地放大第二传感器信号；数字化装置，该数字化装置被布置成用于数字化经任选地放大的霍尔信号并且用于数字化经任选地放大的第一传感器信号并数字化经任选择地放大的第二传感器信号，以便获得三个数字值；计算装置，该计算装置被配置成用于使用仅含作为所述经数字化和经任选地放大的第一传感器信号以及所述经数字化和经任选地放大的第二传感器信号的两个参数的预定义的校正公式来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

集成半导体设备还可包括用于提供以下中的一者或多者的输出装置：经数字化和经任选地放大的霍尔信号、经数字化和经任选地放大的第一传感器信号，经数字化和经任选地放大的第二传感器信号、经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

优选地，第一侧向各向同性传感器和第二侧向各向同性传感器中的每一个都是电阻式传感器。

优选地，第一侧向各向同性传感器和第二侧向各向同性传感器中的每一个都是被布置在桥接电路中的电阻式传感器，每个桥接电路包括四个各向同性电阻器或者由四个各向同性电阻器组成。

根据第二方面的各实施例提供与针对第一方面所述的相同的优点，但是附加地提供了不必计算实际应力及温度值的优点，但是它们允许直接使用两个传感器的输出值来计算补偿因子。

因此，以下优点中的一个或多个被获得：更小强度的计算装置被需要、硅面积可被节省、执行计算所需的功耗更少、每个时间单位可执行更多的霍尔测量(即测量带宽可被增加)、(例如，在舍入误差方面的)结果的准确度可被提高(当使用相同数量的ADC和处理器的位(例如14位ADC、16位处理器)时)。

在一实施例中，预定义的校正公式可由以下公式表示，或者等效于以下公式：VHcomp＝VH/CF，其中CF是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的第一传感器的经数字化和经任选地放大的输出，V2o是在校准期间测得的第二传感器的经数字化和经任选地放大的输出，是预定义的常数；M、i、j是整数；并且M表示多项式的阶数。

对于第一实施例的校正因子CF，上述同样的优点和说明也可应用于此。

在另一实施例中，预定义的校正公式可由以下公式表示，或者等效于以下公式：VHcomp＝VH x CFb，其中CFb是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的第一传感器的经数字化和经任选地放大的输出，V2o是在校准期间测得的第二传感器的经数字化和经任选地放大的输出，η_ij是预定义的常数，R、i、j是整数，并且R表示多项式的阶数。

该公式提供与CF的公式大致相同的准确度，但是该公式具有使用乘法运算而不是除法运算的优点。

在一实施例中，校正因子的多项式是以下中的一者：i)含两个变量的二阶多项式，ii)含与具有第一和第二传感器的最高温度灵敏度的传感器相关的变量的三阶多项式以及含另一变量的一阶多项式；iii)含与具有第一和第二传感器的最高温度灵敏度的传感器相关的变量的四阶多项式以及含另一变量的一阶的多项式。

已经发现，对于正在考虑的应用(其中应力仅由于封装应力造成)，与“应力传感器”相关的值的一阶项通常是足够的，而与“温度传感器”相关的值的二阶、三阶或四阶项对于在相对较大的温度范围(例如从-40℃至+120℃)内获得准确的结果将是期望/需要的，尽管两个传感器可能对温度和应力两者都敏感。

任选地，在以上所述的情况ii)或情况iii)中，计算装置被适配成用于使用第一和/或第二变量的等距或非等距间隔来将多项式表达式评估成分段线性或分段二次逼近。

分段线性或二次逼近可进一步降低计算复杂度和/或功率要求。通过选择适当的间隔，任何期望的准确度可被获得，同时对更高阶多项式的计算可被避免。

在根据第一或第二方面的各实施例中，半导体设备还包括可操作地连接到计算装置的非易失性存储装置，该存储装置被适配成用于储存在校准期间被确定的至少两个值，并且任选地用于储存多项式方程的预定义的系数。

在根据第一或第二方面的各实施例中，集成半导体设备还包括用于以恒定的预定电压偏置至少一个霍尔元件和第一传感器以及第二传感器的装置。

使用恒定的预定电压(例如经温度补偿的电压)的一个优点在于，信噪比可被增加(例如在设想的温度范围内被最大化)。

在根据第一或第二方面的各实施例中，至少一个霍尔元件是水平霍尔板。

使用水平霍尔板(而不是垂直霍尔板)的一个优点在于，其提供更大的信号，并且在于其更容易制造。

在根据第一或第二方面的各实施例中，第一侧向各向同性传感器和第二侧向各向同性传感器中的每一个是包括四个侧向各向同性电阻器的电阻式传感器。

在根据第一或第二方面的各实施例中，侧向各向同性电阻器中的每一个都包括串联连接的被组织成正交对的至少两个侧向电阻器条。

带有串联连接并成90°取向的(相同尺寸和材料的)两个电阻器条的所谓的“L布局”是有利的，因为经组合的电阻器对于在XY平面内的应力分量是各向同性的。

在根据第一或第二方面的各实施例中，侧向各向同性电阻器中的至少一些包括以双L形串联连接的至少四个侧向电阻器条。

带有串联连接的(相同尺寸和材料的)4个电阻器的所谓的“双L布局”是有利的，因为经组合的电阻器对于(在XY平面中的)侧向应力是各向同性的，即使在存在结型场效应(例如，当电阻器被实现成n阱或p阱电阻器)时。

在根据第一或第二方面的各实施例中，电阻器的材料被选择成使得第一侧向各向同性传感器的两个电阻器由第一材料制成，并且第一侧向各向同性传感器的另外两个电阻器由第二材料制成，而第二侧向各向同性传感器的两个电阻器由第三材料制成，并且第二侧向各向同性传感器的另外两个电阻器由第四材料制成，并且第一、第二、第三和第四材料中的至少三者是不同的材料。

通过为传感器的电阻选择三种或四种不同的材料，第一传感器的应力及温度特性可被选择成与第二传感器的应力及温度特性有很大的不同(不仅仅是公差范围内的差异，而且是例如至少因子1.5的不同)。使用这样的传感器的优点在于，它们允许找到(相对于参考值的)真实应力及真实温度值的相当准确的结果，并从而允许对霍尔值的良好的补偿。

使用三种不同材料的一个优点在于，(相对于参考值的)“真实应力”及“真实温度”可以以(与在作出本发明之前的约+/-10MPa和约+/-5K相比而言的)约+/-3MPa和约+/-1K的准确度被计算出。

一个优点在于，对“真实应力”及“真实温度”值的知晓允许针对寄生效应补偿霍尔值。

在根据第一或第二方面的各实施例中，电阻器的材料被选择成使得第一传感器的电阻器中的两个是p阱电阻器，而第一传感器的电阻器中的另外两个是p多晶电阻器，并且第二传感器的电阻器中的两个是重掺杂的p型(也被称为“p扩散”电阻器)，而第二传感器的电阻器中的另外两个是重掺杂的n型(也被称为“n扩散”电阻器)。

使用p阱或n阱电阻器作为传感器的一部分是有利的，因为轻掺杂的材料具有更高的电阻率温度系数，因此温度灵敏度更高。

在根据第一或第二方面的各实施例中，电阻器的材料被选择成使得第一传感器的电阻器中的两个是重掺杂的p型(也被称为“p扩散”电阻器)，而第一传感器的电阻器中的另外两个是p多晶电阻器，并且第二传感器的电阻器中的两个是重掺杂的n型(也被称为“n扩散”电阻器)，而第二传感器的电阻器中的另外两个是重掺杂的p型(也被称为“p扩散”电阻器)。

该实施例的一个优点在于其不要求在p阱或n阱中被实现的电阻器，并因此不要求双L布局。这使得更容易将传感器的电阻器放置在霍尔板周围，从而得到相对较大的传感器，这允许获得更加准确的结果。

在根据第一或第二方面的各实施例中，电阻器的材料被选择成使得第一传感器的电阻器中的两个是n阱电阻器，而第一传感器的电阻器中的另外两个是p多晶电阻器，并且第二传感器的电阻器中的两个是重掺杂的n型(也被称为“n扩散”电阻器)，而第二传感器的电阻器中的另外两个是重掺杂的p型(也被称为“p扩散”电阻器)。

一个优点在于，n阱和p多晶组合给出高的热灵敏度(良好的温度传感器)，但不要求分离的p阱。

该实现可能特别有利于在不具有绝缘p阱的CMOS产品中实现。在这样的技术中，对p阱和p多晶进行组合的解决方案是不可行的，但是如上所述的材料的组合是非常合适的。

本发明在例如当第一传感器(“温度传感器”)由n阱及p多晶电阻器制成时是特别有利的，因为在这种情况下温度传感器受到机械应力的很大影响，该影响被本发明所提供的解决方案消除。

在根据第一或第二方面的各实施例中，集成半导体设备包括数量N个的位于虚拟圆上的至少两个霍尔元件，以及位于圆内的单个第一侧向各向同性传感器，以及相同数量N的第二传感器，每个均被布置在霍尔元件中的一个的周围。

在根据第一或第二方面的各实施例中，集成半导体设备包括数量N的至少两个霍尔元件，每个霍尔元件具有被布置在霍尔元件周围的对应的第一传感器和对应的第二传感器。

一个优点在于，第一和第二传感器的所有电阻器可被布置在霍尔板周围或者在具有多个霍尔元件的设备中，围绕每个霍尔元件。在这样的一实施例中，每个霍尔元件可由各个(局部)温度及应力信息进行补偿。

根据第三方面，本发明提供了使用根据第一方面的半导体设备来测量针对机械应力且针对温度得到补偿的磁场强度的方法，该方法包括以下步骤：a)从所述至少一个霍尔元件获得霍尔信号；b)从第一侧向各向同性传感器获得第一传感器信号；c)从所述第二侧向各向同性传感器获得第二传感器信号；d)放大霍尔信号并且任选地放大第一传感器信号并任选地放大第二传感器信号；e)数字化经放大的霍尔信号以及经任选地放大的第一传感器信号和经任选地放大的第二传感器信号，以便获得三个数字值；f)用预定义的系数并用经数字化和经任选地放大的第一和第二传感器信号作为参数来计算满足仅含两个变量的仅两个联立的n阶多项式方程的预定的组的应力值及温度值；g)使用作为仅含两个变量的且具有预定的系数的n阶多项式表达式的校正因子来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

该方法还可包括步骤h)任选地输出任何经数字化的信号。

该方法还可以包括步骤i)任选地输出计算出的应力和/或计算出的温度。

该方法还可以包括步骤j)任选地输出经应力补偿和/或经温度补偿的霍尔值。

该方法在图13中得到例示。步骤a)可包括使用自旋电流技术获得多个霍尔测量，并且该方法还可包括在执行步骤f)之前对模拟域或数字域中的结果进行平均的步骤。

明确地指出，这些步骤只是为了可读性而被编号，但是可以按照明确描述的另外的顺序来被执行。任选地，一些步骤可被并行地执行(例如测量第一传感器信号以及对其进行放大和对其数字化被同时完成)。

该方法的一个优点在于，其可在相对简单的处理器(例如，以8MHz运行的16微控制器)上被执行。求解联立方程组可被迭代地实现。

该方法的一个优点在于，其在数字域中“计算”经补偿的值，数字域比在模拟域中更加灵活且准确。其还允许补偿通过校准来被执行，而无需修整硅。

该方法的一个优点在于，其可在具有相对简单的算术功能(加、减、乘和除)但不是测角或指数函数等的可编程处理器上被相对容易地实现。

根据第四方面，本发明提供了使用根据第二方面的半导体设备来测量针对机械应力且针对温度得到补偿的磁场强度的方法，该方法包括以下步骤：a)从所述至少一个霍尔元件获得霍尔信号；b)从第一侧向各向同性传感器获得第一传感器信号；c)从所述第二侧向各向同性传感器获得第二传感器信号；d)放大霍尔信号并且任选地放大第一传感器信号并任选地放大第二传感器信号；e)数字化经放大的霍尔信号以及经任选地放大的第一传感器信号和经任选地放大的第二传感器信号，以便获得三个数字值；f)使用作为仅含两个参数且具有预定义的系数的n阶多项式表达式的校正因子来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值。

该方法还可包括步骤g)任选地输出任何经数字化的信号。

该方法还可以包括步骤h)任选地输出经应力补偿和/或经温度补偿的霍尔值。

该方法在图14中得到例示。针对第三方面的方法所提及的相同的优点和说明在此是适用的，但是这些方法的比较清楚地表明，在根据第四方面的方法中，首先计算应力及温度的真实值的中间步骤可被跳过，因此该方法要求更少的功率和/或资源，并且可被更快地执行(假设相同的处理器和时钟速度)。

本发明的这些以及其他方面从下文所描述的实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性设备的框图，该设备包括霍尔元件、两个传感器、读出电路和数字处理电路，以及任选的用于偏置(多个)霍尔元件和传感器元件的恒定电压生成器。

图2(顶部)示出了图1的示例性设备的变体，并且图2(底部)更详细地示出了两个传感器的示例性实施例，即每个都被实现成电阻器桥。

图3示出了具有两个p多晶电阻器条的“电阻器-L”的示例。

图4示出了具有两个n阱电阻器条的“电阻器-L”的示例。

图5示出了具有四个n阱电阻器条的“双电阻器-L”的示例。

图6示出了“第一传感器”(本文中也被称为“温度传感器”)的示例，尽管其可能与应力非常相关。

图7示出了“第二传感器”(本文中也被称为“应力传感器”)的示例，尽管其可能与温度非常相关。在所示的示例中，传感器被布置在霍尔元件周围，尽管这对于本发明起作用而言不是绝对要求的。

图8示出了根据本发明的设备的示例，其中第一传感器(在本文中也被称为“温度传感器”)和第二传感器(在本文中也被称为“应力传感器”)均被布置在霍尔元件周围，并且其中两个传感器元件的每个电阻器具有按单L来布置的两个电阻器条。

图9示出了可以在本发明的各实施例中使用的第一传感器(温度传感器)和第二传感器(应力传感器)中的任一个的可能的替代布局的示例，其中传感器可以或者可以不围绕霍尔元件。

图10示出了图9的布局的等效电路。

图11示出了根据本发明的设备的另一示例，其中第一传感器(温度传感器)和第二传感器(应力传感器)均被布置在霍尔元件周围，并且其中每个电阻器都具有按“双L”来布置的四个电阻器条。

图12示出了根据本发明的一实施例的集成半导体设备的示例，其具有四个霍尔元件、单个(公共)第一传感器(主要用作温度传感器)和四个第二传感器(主要用作应力传感器)。每个霍尔元件被一个应力传感器包围。在该实施例中，第一传感器的温度灵敏度(在绝对值上)优选地比每个第二传感器的温度传感器大，并且每个第二传感器的压力灵敏度优选地(在绝对值上)大于第一传感器的压力灵敏度。

图13是根据本发明的一实施例的针对温度和机械应力补偿霍尔信号的第一方法的流程图。在该实施例中，在测量、任选地放大并数字化来自(多个)霍尔元件、第一传感器和第二传感器的信号之后，首先(在步骤f中)，实际应力及温度的值通过求解一组2个联立方程来被计算出，并且接着(在步骤g中)，被计算出的应力及温度的值被用来(例如被填入公式中)计算用于补偿应力及温度的经数字化的霍尔值的校正因子。

图14是根据本发明的一实施例的针对温度和机械应力补偿霍尔信号的第二方法的流程图。在该实施例中，在测量、任选地放大并数字化来自(多个)霍尔元件、第一传感器和第二传感器的信号之后，从传感器本身获得的值被用来(例如被填入公式中)计算用于补偿应力及温度的经数字化的霍尔值的校正因子，而不需要计算实际应力及温度的中间步骤。

图15示出了根据本发明的设备的另一示例性实施例。在这种情况下，四个霍尔元件是互连的，或者信号以其他方式被组合以获得“电流自旋”的效果。微控制器可用供执行第一方法(见图13)或第二方法(见图14)或两者的程序进行编程。

图16示出了可在本发明的各实施例中被使用的“温度传感器”的另一示例，其可具有与零非常不同的应力灵敏度。图16(a)是示意图，图16(b)是布局实现。

图17示出了可在本发明的各实施例中被使用的“应力传感器”的另一示例，其可具有与零非常不同的温度灵敏度。图17(a)是示意图，图17(b)是布局实现。

这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明目的，将某些元素的尺寸放大且未按比例绘出。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指相同或相似的元件。

具体实施方式

虽然将关于具体实施例并参考特定附图描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求来限定。所示附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明目的，将某些元素的尺寸放大且未按比例绘出。尺寸和相对尺寸并不必然对应于对本发明实践的实际修正简化。

此外，在说明书中且在权利要求中的术语“第一”、“第二”等等用于在类似的元件之间进行区分，并且不一定用于临时地、空间地、以排序或以任何其他方式描述顺序。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且在此描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或示出的之外的其他顺序来操作。

此外，在说明书中且在权利要求中的术语“顶部”、“底部”等等用于描述性的目的并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且在此描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或示出的之外的其他顺序来操作。

应当注意，权利要求中所使用的术语“包括”不应被解释为限于此后列出的手段；它不排除其他元件或步骤。它由此应当被解释为指定存在所声明的特征、整数、如所称谓的步骤或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或者它们的组。因此，措词“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着该设备的与本发明唯一或者最相关的组件是A和B。

本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿本说明书的各个地方的出现不一定都引用相同的实施例，但是可以如此。此外，在一个或多个实施例中，具体特征、结构、或者特性可以任何合适的方式组合，如根据本公开对本领域普通技术人员将是显而易见的。

类似地，应当领会在本发明的示例性实施例的描述中，出于流线型化本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个发明性方面的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起归组在单个实施例、附图、或者其描述中。然而，这种公开方式不应被解释为反映了这样一种意图，即所要求保护的发明需要比各权利要求清楚记载的特征要多的特征。相反，如所附权利要求书所反映，创造性方面存在于比单个先前已公开实施例的所有特征少的特征中。因此，详细描述之后的权利要求由此被明确地结合到该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管此处描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意图落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，大量具体细节得到阐述。然而，应当理解可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，为了不混淆对本说明书的理解，未详细地示出熟知的方法、结构和技术。

本发明涉及一种用于测量磁场强度的方法和集成电路，其针对温度和机械应力两者作出补偿，因此相对于变化的环境条件及在传感器的使用期内具有减小的漂移。

当在本发明中使用术语“应力”时，除非另有明确提及，否则指的是“机械应力”(而不是例如电压应力)。

在本文档中，表述“含两个变量的两个方程的组”指的是“仅含两个变量的仅两个方程的组”，其也相当于“恰好含两个变量的恰好两个方程的组”。

在本文档中，除非另有明确提及，否则术语“变量”和“参数”具有相同的含义，并可互换使用。术语“变量”通常被用来表示满足方程组的待找到的值，而术语“参数”更常用来指示需要被填入预定义的公式中的值，而不管该值是否是被直接测得的(如第二种方法的情况)，或者该值是否是根据方程组首先被计算出的(如在第一种方法中)。在这两种情况下，这些值都不是预先被固定的。这些值通常(临时地)被储存在RAM中。相比而言，“系数”和/或“偏移”的值(例如，在设计阶段期间和/或在校准阶段期间)被预先确定，并且后者的值通常被储存在非易失性存储器(诸如举例而言，闪存或EEPROM或这些的组合)中。术语“偏移”或“偏移值”可被认为是系数的特殊情况，例如，零阶多项式项X⁰Y⁰，其中X和Y表示变量或参数。偏移值通常在校准期间在逐个设备(device-per-device)基础上被确定，而系数通常针对一组设备(例如，针对单批单个管芯，或者针对按特定技术的整体设计)来被确定。但是这些是如何来被确定的与本发明无关，而知道这些值在设备的实际使用期间被“预先确定”就足够了。本段落不旨在以任何方式限制本发明，而仅旨在帮助澄清某些术语。

其中“p多晶(p-poly)”是指“p型多晶”。

其中“n多晶(n-poly)”是指“n型多晶”。

其中“p扩散(p-diff)”是指“高掺杂p型电阻器”或“重掺杂p型电阻器”。其中“重掺杂”是指具有至少1.0x10¹⁸/cm³的掺杂浓度，例如在1x10¹⁹/cm³至1x10²⁰/cm³的范围内。

其中“n扩散(n-diff)”是指“高掺杂n型电阻器”或“重掺杂n型电阻器”。其中“重掺杂”是指具有至少1.0x10¹⁸/cm³的掺杂浓度，例如在1x10¹⁹/cm³至1x10²⁰/cm³的范围内。

当在本文档中提到“被直接测得”时，是指在数字化和任选的放大之后由数字处理器从霍尔元件获得或者从传感器获得的特定值。

与霍尔传感器的温度及应力依赖性相关的问题在本领域中已知了几十年，但似乎只有很少的针对温度和应力作出补偿的解决方案。

就发明人所知，在现有技术中迄今为止所提出的解决方案似乎集中在构建理想的应力传感器(即传感器结构仅对应力而不是温度敏感)，从而能够提供与被施加在该设备上的应力成比例的信号，或者集中在构建理想的温度传感器(即传感器结构仅对温度而不是应力敏感)，从而能够提供与设备的温度成比例的信号。

在本领域中似乎存在偏见，即“真实的应力”只能通过使用对温度不敏感(或者仅最低限度地敏感)的应力传感器来被确定，而“真实的温度”只能通过使用对应力不敏感(或者仅最低限度地敏感)的温度传感器来被确定。

在本领域中似乎还存在偏见，即数学方法是不可能的或过于复杂的，并因此在实践中不可行。

US7980138中提出的解决方案(已经在背景部分中讨论过，并进一步被称为[参考文献1])是这种偏见的示例，并且提供了仅具有最小温度灵敏度的应力传感器。

在Samuel Huber等人的公开“按CMOS技术的具有低灵敏度的桥接型电阻式温度传感器”("A Bridge-Type Resistive Temperature Sensor in CMOS Technology with LowStress Sensitivity"by Samuel Huber et al.,SENSORS,2014IEEE,pp 1455-1458)中提出了仅具有对应力的最低的灵敏度的温度传感器，该公开在本文中进一步被称为[参考文献2]。

在上述两种方法中，基本思想似乎是提供特定的硬件，其允许仅对单一影响(要么机械应力要么温度但不是两者)的测量，同时对另一个(温度或机械应力)不敏感，或者后者的影响尽可能地小。如果第一和第二传感器的温度灵敏度分别由TS1、TS2表示，并且第一和第二传感器的应力灵敏度分别由SS1、SS2表示，则现有技术方法可被表述成如下：

[参考文献1]提供了：具有可忽略的温度灵敏度(TS2≈0)的应力传感器

[参考文献2]提供了：具有可忽略的应力灵敏度(SS1≈0)的温度传感器

相比而言，本发明的发明人采用了截然不同的方法，其中两个传感器被允许对机械应力和对温度都敏感，它们应当具有“不同的灵敏度”。用数学术语来表示，则两个传感器应具有：

i)对应力的不同的灵敏度(SS1<>SS2)，(不论TS1是否与TS2相等、近乎相等或不相等)，或者

ii)对温度的不同的灵敏度(TS1<>TS2)，(不论SS1是否与SS2相等、近乎相等或不相等)，或者

iii)对机械应力和温度两者的不同的灵敏度(SS1<>SS2且TS1<>TS2)。

(理论上更准确的数学公式将作进一步阐述，但是在实践中，上述表达式是足够的。)

在本发明的一些实施例中，两个传感器对机械应力和温度的灵敏度是不可忽略的，例如：SS1和SS2中的每一个的绝对值>20mV/GPa，而TS1和TS2中的每一个的绝对值>0.10mV/K。

此外，发明人决定在两个传感器中仅使用侧向和各向同性的电阻器。仅使用侧向电阻器意味着不需要“垂直电阻器”(即在垂直于衬底表面的方向上延伸)，这极大地放宽了工艺约束，并且允许对电阻器更好地进行匹配，因为侧向电阻器值的比率主要由光刻来确定。此外，当仅侧向组件被使用时，布局可被容易地缩小，这对于具有垂直组件(例如具有垂直电阻器)的设计来说是不可能的。此外，侧向电阻器还允许将电阻器放置在霍尔元件的紧邻区域，优选地或理想地将其完全包围。这改进了对霍尔元件、第一和第二传感器的温度和应力的匹配。

可能最重要的是，发明人已经发现当仅使用侧向和各向同性的电阻器时，(本领域已知的)非常复杂的6个方程的组可出乎意料地被化简成仅含两个变量(σ_iso和T)的仅2个方程的相对简单的组，其中

σ_iso＝(σ_xx+σ_yy) [1]

表示各向同性的机械应力，而T表示温度。

注意到，两个联立方程的方法隐含地假设两个传感器都经受相同的温度T并受到相同的应力，这在实践中仅近似准确，但是当传感器在相同的管芯上更靠近彼此来被定位时，该近似是更加准确的。为了量化术语“足够接近”，在本发明的各实施例中，并且如图12所例示的，第一传感器1221的中心(或几何重心)与第二传感器1222的中心(或几何重心)之间的距离“d3”优选地小于平均直径davg＝(d1+d2)/2的10倍，优选地小于6倍，优选地小于4倍，优选地小于3倍，优选地小于2倍，其中d1、d2分别是完全围绕第一/第二传感器的最小假想圆的直径。在特定示例中，两个传感器1221、1222甚至可具有例如图11中所示的重合的中心。

I.应力和温度的计算

两个联立方程的组可被写成：

其中V1是在(任选的放大和)数字化之后由第一传感器测得的值，而V2是在(任选的放大和)数字化之后由第二传感器测得的值。

此外，惊奇地发现，仅含两个变量的函数f1和f2可有利地由两个多项式表达式或相对小的阶数(例如仅四阶或更小)来近似。

此外，发现特别有利的是不使用T和σ_iso的绝对值，而是使用相对于参考温度Tref的值ΔT以及相对于相同的两个传感器所经受的但是在不同的条件(例如封装之后或在晶片探测(wafer probing)期间存在的应力)下被测得的参考各向同性机械应力值的值Δσ_iso。如果对公式[2]和[3]的测量在参考温度和参考应力下被执行，或者以其他方式来表述，如果执行对V1和V2的测量所处的温度和应力被认为是“参考温度”和“参考应力”，则测得的值V1是第一传感器的偏移，而测得的值V2是第二传感器的偏移。

因此：

即使参考应力σ_iso__ref本身的准确大小未知，该记法也允许执行计算。偏移测量可在任何温度(例如，Tref可以约为20℃或任何其他合适的温度)下被执行。此外，其允许(均被实现成电阻器桥的)第一传感器和第二传感器的偏移通过定义(实际上，在参考条件Δσ_iso＝0和ΔT＝0下)被直接地测得。

考虑：_

其中V1是第一传感器的(差分电压)输出，V2是第二传感器的(差分电压)输出，Voffset1是(在参考条件下测得的)第一传感器的偏移，Voffset2是(在参考条件下测得的)第二传感器的偏移，如上所述。

两个联立方程的组随后可被写成：

其中系数α_ij和β_ij是常数，而K、L、i、j是整数值。可以看出，α₀₀＝Voffset1，而β₀₀＝Voffset2。换言之，α₀₀和β₀₀的值不需要通过曲线拟合来确定，而是可被“直接地测得”。

“K”和“L”的值分别被称为多项式[8]和[9]的“阶数”。值K可以与值L相同，或者可以不同。这些值取决于应用可由本领域技术人员进行选择，并且考虑到所设想的温度和应力范围，可取决于例如所需或期望的准确度。对于温度范围相对较大而应力范围相对较小的所设想的应用，具有较高温度灵敏度(假设TS1>TS2)的传感器21的公式[8]可被选择成具有比另一传感器22的公式[9]更高的阶数“K”，尽管本发明不限于此。在每种情况下，本领域技术人员可通过使用曲线拟合来容易地找到多项式的合适的阶数，并且计算经拟合的曲线与测量之间的最大偏差，并且如果最大偏差大于期望的偏差，则增加多项式的阶数。

系数α_ij和β_ij是与应力及温度无关的，但却尤其取决于传感器的几何形状，并且取决于所使用的材料和所使用的掺杂水平，这些常数可根据文献或者通过模拟或通过测量或其组合来被确定。系数不取决于物理尺寸，因为具有四个相等的电阻器值的电阻器桥被用于第一和第二传感器两者，因此只有各个个体电阻器的相对尺寸才是重要的，而不是它们的绝对值。

使用两个多项式表达式是一个主要的优点，因为其允许系数被选择以在期望的操作条件下拟合，并且因为方程组相对容易在数值上求解。换言之，系数α_ij和β_ij可通过在不同的应力和温度条件下执行测量并且通过使用距离准则(例如最小均方或最小绝对距离或本领域已知的任何其他合适的准则)以应用曲线拟合技术来被相对容易地确定。一旦系数(例如在设计阶段期间或在校准期间或两者的组合)得到确定，则它们可被储存在设备中的非易失性存储器中(例如，在闪存或EEPROM中)。

在设备的实际使用期间，这些系数值可从非易失性存储器中被读取，来自每个传感器的值V1和V2将被测得，并且方程组能够通过可被嵌入在相同设备中的数字处理器来相对容易地求解。正是以下所有这些元素的组合才使得该解决方案在实践中可行：(1)确定系数所需的相对较少的测量的数量，因此在生产期间仅要求有限的时间和资源，(2)所需系数的相对较少的数量，因此在非易失性存储器中仅要求有限的存储空间，(3)相对简单的方程，因此在最终设备中仅要求有限的时间和处理能力。就发明人所知，在现有技术(即使是最近的现有技术)中，这些方面中的至少一个始终被认为是无法克服的障碍。具体而言，一些现有技术文献(例如US7980138B2)似乎表明大量的(对两个变量：应力和温度的)测量需要被执行，并且结果需要被储存在巨大的矩阵中，以供由设备直接查找，这与本发明所提供的基于求解两个方程的联立组的解决方案完全相反。

一般示例

在本发明的各实施例中，两个多项式[8]和[9]都是四阶多项式(意味着K＝4且L＝4)，其中一个或多个系数可为零。

在本发明的各实施例中，两个多项式[8]和[9]都是三阶多项式(意味着K＝3且L＝3)，其中一个或多个系数可为零。

在本发明的各实施例中，两个多项式[8]和[9]都是二阶多项式(意味着K＝2且L＝2)，其中一个或多个系数可为零。实验已经表明，四阶多项式、三阶多项式，然而甚至二阶多项式都可在宽的温度范围(例如，从-20℃至+150℃，或者甚至从-40℃至+170℃)以及适度的压力范围(例如高于或低于参考压力+/-200MPa)内提供高度准确的结果。

在本发明的各实施例中，两个多项式都是二阶多项式(意味着K＝2且L＝2，以及α₂₀<>0且β₂₀<>0)，但是交叉项的系数被设为零，意味着：α₁₁＝α₁₂＝α₂₁＝α₂₂＝0且β₁₁＝β₁₂＝β₂₁＝β₂₂＝0。该实施例的优点在于，仅八个系数需要通过曲线拟合来被确定。

在本发明的各实施例中，两个多项式都是二阶多项式(意味着K＝2且L＝2，以及α₂₀<>0且β₂₀<>0)，但是以下系数被设为零：α₁₁＝α₁₂＝α₂₀＝α₂₁＝α₂₂＝0且β₁₁＝β₁₂＝β₂₀＝β₂₁＝β₂₂＝0。该实施例的优点在于，仅六个系数需要通过曲线拟合来被确定。

在本发明的各实施例中，两个多项式都是一阶多项式(意味着K＝1且L＝1)，其可在约0℃至约+120℃或者甚至从约0℃至约+140℃的范围内提供足够准确的结果。

在本发明的各实施例中，多项式中的一个是一阶多项式，而另一个多项式是二阶多项式，意味着K＝1且L＝2，或者K＝2且L＝1。

在本发明的各实施例中，多项式中的一个是三阶多项式，而另一个多项式是二阶多项式，意味着K＝2且L＝3，或者K＝3且L＝2。

在本发明的各实施例中，多项式中的一个是三阶多项式，而另一个多项式是一阶多项式，意味着K＝3且L＝1，或者K＝1且L＝3。

在本发明的各实施例中，多项式中的一个是四阶多项式，而另一个多项式是一阶多项式，意味着K＝4且L＝1，或者K＝1且L＝4。

在本发明的各实施例中，多项式中的一个是四阶多项式，而另一个多项式是二阶多项式，意味着K＝4且L＝2，或者K＝2且L＝4。

在本发明的各实施例中，两个多项式都是一阶多项式，并且交叉项的系数为零，因此K＝1且L＝1，并且α₁₁＝0和β₁₁＝0。

示例#1：

在第一示例中，以下一组二阶多项式得到了使用：

如上所述，α₀₀＝Voffset1、β₀₀＝Voffset2、α₂₀、α₁₁、α₀₂、α₁₀、α₀₁、β₂₀、β₁₁、β₀₂、β₁₀、β₀₁的值因此可在生产期间(例如在封装之后或在晶片探测期间)被确定，并且将被储存在设备中的非易失性存储器中。

在设备的实际使用期间，第一和第二传感器的输出将被测得，并且方程[9]、[10]的组将例如通过迭代方法或通过逐步近似或以任何其他已知方式得到求解，从而产生满足方程组的Δσ_iso和ΔT的值。Δσ_iso的数值与相对于参考应力的“真实应力”(即使在漂移之后)相对应，而ΔT的数值与相对于参考温度的“真实温度”相对应。这些值接着可被用于另一公式中(进一步看出)以用于实际补偿霍尔电压读数。

示例2：

在示例1的变体中，一些系数被选择为等于零，从而导致待确定及储存的较少的系数以及待求解的更简单的方程。第二示例的方程组是：

示例3：

第三示例与第二示例实际上是一样的，但用公式不同地表示。该示例的主要原因是显示多项式表示也可被用来表示“与温度相关的系数”。方程[11]、[12]的组可被重新写成：

或：

其中ε1和ε2的值不是常数，而实际上是和温度相关的值ε1(T)和ε2(T)，其可作为例如表示分段线性逼近的值的列表被储存在非易失性存储器中。

该公式的一个可能的优点在于，该方程组[16]、[17]可通过迭代过程再次被“求解”，该迭代过程从Δσ_iso和ΔT的起始值开始，确定ε₁(T₀)和ε₂(T₀)的对应值(其随后被认为是临时常数)，求解(具有常数系数的)方程组，从而得到新的一组值Δσ_iso和ΔT，这些值可接着被用作新的起始值等。

应当清楚的是，本发明的公式化的表述因此也可表示与温度相关的系数。

示例4：

如上所述，更简单的变体可通过将特定值设为零来用公式表示。例如，如果示例2(方程[12]、[13])的系数α₁₁和β₁₁也被设为零，则方程组变成：

即使是这种简单的方程组也可在将作进一步讨论的应用中产生高度准确的结果，以用于在约0℃至约140℃的温度范围内补偿霍尔传感器读数。

一个优点在于，该方程式尤其容易求解(例如，通过首先从方程组中消除参数Δσ_iso，接着求解含单个变量ΔT的二次方程，并随后将ΔT代入方程中的一个以找到Δσ_iso)，但是其他求解方程组的方法当然也可以被使用。该解决方案的简单性与其高准确度的结合是相对于现有技术解决方案的主要优点。

II.温度和应力的补偿

以上描述了如何能够使用一组多项式方程从不是理想的第一和第二传感器获得表示(如从对机械应力不敏感的理想温度传感器获得的)“真实温度”的值ΔT以及表示(如从对温度不敏感的理想机械应力传感器获得的)“真实机械应力”的Δσ_iso的值。

当满足两个方程的联立组的特定的一组值(Δσ_iso和ΔT)被找到(并且具有技术意义)时，经放大和经数字化的霍尔电压VH可例如通过使用以下公式来被校正：

VHcomp＝VH/CF [20]

其中CF是校正因子，其可由以下M阶多项式表示：

其中Δσ_iso和ΔT是以上找到的值，系数γ_ij是常数，而M、i、j是整数值。γ₀₀的值可等于1。

系数γ_ij是与应力及温度无关的，但却尤其取决于(传感器的)几何形状、所使用的材料和所使用的掺杂水平(这些常数可根据文献或者通过模拟或通过测量来被确定)，并且取决于霍尔元件的偏置(例如恒定电流或恒定电压或其组合的偏置)。这些系数不取决于所使用的实际尺寸，因为传感器被实现成具有相等的电阻器值的电阻器桥。

系数γ_ij可通过执行测量并且通过使用距离准则(例如最小均方或最小绝对距离或本领域已知的任何其他合适的准则)以应用曲线拟合技术来被相对容易地确定。一旦系数已知，并且一组值(Δσ_iso和ΔT)被计算出(见上文)，则表达式[21]可被容易地计算出。

值“M”被称为多项式的“阶数”。该值取决于应用可由本领域技术人员进行选择，并且可取决于例如所需的准确度并且取决于所设想的温度和应力范围。

要指出的是，用于计算应力Δσ_iso和温度ΔT的方程组的多项式的阶数“K”和“L”可以但不一定与用于补偿的多项式的阶数“M”相同。换言之，K、L和M可被独立地选择。K、L和M的一些可能的组合如下，但是本发明不限于此，并且其他组合也可被使用。

表1：K、L、M的组合的示例

要指出的是，公式[21]也可被写成两个多项式的乘积，如下所示：

但这只是一个不同的公式表述。

一般示例

在本发明的特定实施例中，公式[21]中的多项式是二阶多项式(意味着M＝2，并且二阶系数中的至少一个非零)，其可在约-20℃至约+150℃或者甚至-40℃至约+170℃的温度范围内提供高度准确的结果。

在本发明的各实施例中，公式[21]中的多项式是二阶多项式，但交叉项的系数被设为零，意味着：γ₁₁＝γ₁₂＝γ₂₁＝γ₂₂＝0。该实施例的优点在于，仅四个伽马系数需要通过曲线拟合来被确定(即γ₀₁、γ₀₂、γ₁₀、γ₂₀)。

在本发明的各实施例中，公式[21]中的多项式是二阶多项式，但以下系数被设为零：

γ₁₁＝γ₁₂＝γ₂₀＝γ₂₁＝γ₂₂＝0。该实施例的优点在于，仅三个系数需要通过曲线拟合来被确定(即γ₀₁、γ₀₂、γ₁₀)。

在本发明的各实施例中，公式[21]中的多项式是一阶多项式(意味着M＝1)，其仍可在约0℃至约+120℃或者甚至从约0℃至约+140℃的范围内提供足够准确的结果。

在本发明的各实施例中，公式[21]中的多项式是一阶多项式，意味着M＝1。

在本发明的各实施例中，公式[21]中的多项式是一阶多项式(因此M＝1)，并且交叉项的系数被设为零，意味着：γ₁₁＝0。

本领域技术人员可通过使用曲线拟合来容易地找到多项式的合适的阶数，并且计算经拟合的曲线与测量之间的最大偏差，并且如果最大偏差大于期望的偏差，则增加多项式的阶数。

示例1：

在第一示例中，以下校正因子CF被使用：

CF＝(γ00+γ₂₀.Δσ_iso^2+γ₁₁.Δσ_iso.ΔT+γ₀₂.ΔT^2+γ₁₀.Δσ_iso+γ₀₁.ΔT)[23]

如上所述，γ₀₀、γ₂₀、γ₁₁、γ₀₂、γ₁₀、γ₀₁的值可在生产期间(例如在封装之后或在探测之后)被确定，并且可被储存在物理可连接或被物理地嵌入设备的非易失性存储器中。

示例2：

在示例1的变体中，一些系数被选择为等于零，从而导致待确定及储存的较少的系数以及待计算的更简单的公式。第二示例的校正因子是：

CF＝(γ₀₀+γ₁₁.Δσ_iso.ΔT+γ₀₂.ΔT^2+γ₁₀.Δσ_iso+γ₀₁.ΔT) [24]

示例3：

第三示例与第二示例实际上是一样的，但用公式不同地表示。该示例的主要原因是显示多项式表示也可被用来表示“与温度相关的系数”。方程[23]可被重新写成：

CF＝(γ₀₀+(γ₁₀+γ₁₁.ΔT).Δσ_iso+γ₀₂.ΔT^2+γ₀₁.ΔT) [25]

或：

CF＝(γ₀₀+λ₁.Δσ_iso+γ₀₂.ΔT^2+γ₀₁.ΔT) [26]

其中λ₁的值不是恒定的，然而却是和温度相关的，并且可作为例如表示分段线性逼近的值的列表与系数γ_ij一起被储存在非易失性存储器中。

从该示例应当清楚的是，作为多项式的校正因子的公式表述因此也可表示与温度相关的系数，即使系数γ_ij是常数。

示例4：

如上所述，校正公式的更简单的变体可通过将特定值设为零来被使用。例如，如果示例2的系数γ₁₁也被设为零，则校正因子变成：

CF＝(γ₀₀+γ₁₀.Δσ_iso+γ₀₂.ΔT^2+γ₀₁.ΔT) [27]

即使是这种简单的方程组也可在将作进一步讨论的应用中产生高度准确的结果，以用于在约0℃至约140℃的温度范围内补偿霍尔传感器读数。

示例5：

作为第二公式表述(参见式[22])的示例，在P＝2且Q＝2的实施例中，CF可被写成：

CF＝(η₀+η₁.Δσ_iso+η₂.Δσ_iso^2).(ν₀+ν₁.ΔT+ν₂.ΔT^2) [28]

其中系数η_i和ν_i是和温度无关的。

示例6：

作为又一示例，多项式CF可被写成如下：

CF＝(1+δ₀₁.ΔT+δ₀₂.ΔT^2).[1+(δ₁₀+δ₁₁.ΔT).Δσ_iso] [29]

其中δ_ij是和温度无关的系数，

或者是：

CF＝(1+δ₀₁.ΔT+δ₀₂.ΔT^2).[1+λ₂.Δσ_iso] [30]

其中δ_ij是和温度无关的系数，但是λ₂是和温度相关的。值δ_ij中的每一个可作为单个系数被储存在非易失性存储器中，而λ2可作为几个系数的列表来被储存。

替代的补偿公式：

作为具有除法运算的公式[20]的替代，经补偿的霍尔电压还可使用以下公式来被近似：

VHcomp＝VH x CFb [31]

其中CFb是第二校正因子，其可由以下n阶多项式表示：

其中Δσ_iso和ΔT是以上找到的值，系数τ_ij是常数，而R、i、j是整数值。τ₀₀的值可等于1。

针对公式[21]所述的一切也适用于公式[32]，例如，该多项式还可用公式表示成两个多项式的乘积，诸如举例而言在特定实施例中，该多项式可以是一阶、二阶、三阶或更高阶，而阶数R可独立于K和L来被选择(如上针对(K、L、M)的组所述的同一表格同样适用于(K、L、R)的组等)。使用公式[30]和[31]或其特定示例具有的优点在于，除法运算可被避免，并且可由通常要求较少的处理时间的乘法运算代替。

侧向各向同性电阻器：

迄今为止尚未回答的一个问题是：如何使两个传感器仅具有带有以下各项的侧向各向同性电阻器：

i)(SS1<>SS2)，或

ii)(TS1<>TS2)，或

iii)(SS1<>SS2且TS1<>TS2)。

鉴于多项式表达式，以及理解到项SS1、SS2、TS1、TS2分别主要指项(Δσ_iso)和(ΔT)的一阶系数，因此SS1指的是α₁₀(或与其具有高度相关性)，SS2指的是β₁₀，TS1指的是α₀₁，而TS2指的是β₀₁，该条件现在可用公式重新表示成如下：

i)(α₁₀<>β₁₀)，或

Ii)(α₀₁<>β₀₁)，或

iii)(α₁₀<>β₁₀)且(α₀₁<>β₀₁)。

或者用数学术语来表述：方程组需要是“独立的”。实际上，这归结为阐明比率α₁₀/α₀₁必须与比率β₁₀/β₀₁相差例如至少因子1.1，优选地至少因子1.5。

在本发明的优选实施例中，这可通过使用所谓的“电阻器-L”布局(将作进一步描述的单-L或双-L)并且通过使用用于两个传感器的电阻器的至少三种(任选地四种)不同的“材料”来实现。其中“材料”不仅是指化学组成(如硅+硼)，而且还包括掺杂浓度。在不同的“材料”中实现的电阻器的一些示例是：

-p多晶电阻器，

-(具有特定掺杂浓度的)p阱电阻器，

-(具有特定掺杂浓度的)n阱电阻器，

-高掺杂p型电阻器，在本文中也称为“p-扩散电阻器”，

-高掺杂n型电阻器，在本文中也称为“n-扩散电阻器”，

-等等。

现在转向附图。

图1示出了根据本发明的设备100的第一实施例的框图。其包括：

-霍尔元件11。在所示的示例中，(霍尔板的形式的)霍尔元件具有“十字”形状并且由被施加到两个相对侧的恒定电流或恒定电压偏置，但是这对于本发明而言不是必需的，并且具有被施加到其角部的偏置电流或电压的任何其他合适的形状(诸如举例而言正方形)同样可被使用；

第一传感器21，本文中也称为“温度传感器”21，即使其不需要是具有对应力为零或接近零的灵敏度的“纯”(或理想或近似理想的)温度传感器。根据本发明，第一传感器21具有与零非常不同的(例如至少1.0mV/K的)温度灵敏度TS1，并且具有可能或可能不接近零(例如小于或大于或等于20mV/GPa)的应力灵敏度SS1；

第二传感器31，本文中也称为“应力传感器”31，即使其不需要是具有对温度为零或接近零的灵敏度的“纯”(或理想或近似理想的)应力传感器。根据本发明，第二传感器31具有与零非常不同的(例如至少100mV/GPa的)应力灵敏度SS2，并且具有可能或可能不接近零(例如小于或大于或等于0.10mV/K)的温度灵敏度TS2；

用于以本领域已知的方式向霍尔元件施加自旋电流或自旋电压的切换装置12。图1所示的设备100的切换装置12还被适配成用于选择性地将霍尔元件的输出和第一传感器21的输出以及第二传感器31的输出中的一者连接到放大器13的输入；

被配置成用于放大来自切换装置12的差分信号的差分放大器13；

用于选择性地数字化经放大的霍尔信号和经放大的第一传感器信号以及经放大的第二传感器信号的模数转换器14(ADC)；

控制器(例如微处理器或DSP(数字信号处理器)等)，该控制器被配置成用于从ADC14接收经数字化的值，并且被配置成用于控制切换装置12。控制器被连接到存储器16，存储器16可包括非易失性存储器(诸如ROM、FLASH或EPROM)和诸如RAM之类的易失性存储器。非易失性存储器包括关于设备100的校准数据，诸如举例而言，偏移值Voffset1、Voffset2和常数α_ij、β_ij、γ_ij，或者(取决于哪个公式被使用)δ_ij，ν_i，η_i和/或任选地((在一些实施例中)取决于哪个方程正在被使用，例如借助表示阶梯函数或分段线性逼近或分段二次逼近的短列表的)至少两个不同温度的ε₁、ε₂、λ₁、λ₂的值的(小)列表。

其中“恒定电流”或“恒定电压”是指经温度补偿的电流或电压。恒定电流源和恒定电压源在本领域中是已知的，并因此在这里无需作进一步描述。用恒定电压偏置相对于用恒定电流偏置是优选的，因为其在整个温度范围内产生较大的信噪比。

控制器具有计算单元，该计算单元被配置成通过求解上述(关于公式[1]至[19]的)任何一方程组组来计算温度的值(例如，无应力的温度“ΔT”)和应力的值(例如，无温度的应力“Δσ_iso”)，并且被配置成用于通过使用公式[20]至[30]或者通过使用公式[31]和[32]或其变体来补偿(经任选地自旋的和/或经放大的)霍尔信号。这可以以本领域本身已知的方式在(例如，作为ASIC或可编程逻辑的)硬件中或者作为在可编程处理单元上的软件程序被实现。公式中所使用的一个或多个系数可(例如在程序中)被硬编码，或者可(作为参数或变量)被加载自非易失性存储器。例如，偏移值Voffset1和Voffset2对于每个单独的设备可能是不同的，并且将需要(在校准期间)被储存在非易失性存储器中并且(在设备的实际使用期间)从所述存储器中被检索，但是如果过程参数将显示足够小的扩展，则多项式的组中的其他系数中的一些或全部可被硬编码。替代地，所有的系数可在生产阶段期间针对每个单独的设备来被确定并且被储存在非易失性存储器中。

设备100优选地被实现成集成半导体电路，具体而言是使用所谓的(100)晶体硅衬底的CMOS晶片。当然，集成电路可具有进一步的功能，例如可具有被布置成用于在多个位置处测量磁场的多个霍尔元件，并且控制器15或另一控制器(图1中未示出)可例如被适配成用于计算角位置。然而这当然只是一个示例，并且本发明不限于角位置传感器，而是还可被用于许多其他应用，例如罗盘应用和磁力计。

在图1的变体(未示出)中，设备100不包含单个霍尔元件(其节点被切换以供应用“自旋电流”技术)，但是包含例如四个互连的霍尔元件，如WO2015067675(A1)所述，以用于获得经偏移补偿的霍尔值。

图2示出了根据本发明的设备200的第二实施例，其是图1所示的设备100的变体，其中切换装置具有被配置成用于向霍尔元件施加自旋电流或电压并用于读取对应的板输出的第一部分12a，以及用于将来自霍尔元件11或第一传感器21或第二传感器31的输出施加到ADC 14以供数字化的第二部分12b。可以看出，在该实施例中，在数字化之前，从传感器获得的值没有被放大，而从霍尔元件获得的值却被放大。图2还(在图顶部的左侧)示出了可能的时序图，其示出了霍尔元件11可被读数四次(例如，以供应用自旋电流技术)，接着是第一传感器21，然后是第二传感器31，但是其他时序方案当然也可被使用，假设例如温度或机械应力的变化率低于磁场的变化率。

在图2的变体中，放大器13被省略。这是可能的，例如通过直接地数字化来自霍尔板11的信号(例如，如果数字化仪14具有足够的准确度)，或者例如如果切换电路12a自身提供足够的放大的话则这是可能的。

图2(左下)示出了第一传感器21由被配置在桥接电路中的四个电阻器组成，其由电源电压Sup+(其可等于芯片的电源电压VDD，但这不是绝对要求的)供电。根据本发明的一个重要方面，电阻器R1a、R1b、R1c、R1d、R2a、R2b、R2c、R2d中的每一个都是“侧向电阻器”(不是垂直电阻器)，并且这些电阻器中的每一个基本上是各向同性的，例如对面内法向机械应力各向同性。

优选地，四个电阻器R1a、R1b、R1c、R1d中的每一个的电阻值基本相同(例如，被设计成同样地处于参考温度T_ref和参考机械应力σ_ref下)，在这种情况下将不会存在VS1+和VS1-之间的偏移电压，但这并不是绝对必要的，并且当电阻R1a＝R1d且R1b＝R1c而R1a<>R1b时，电路也可以工作，但在这种情况下可能会存在较大的偏移，这可能会限制信号的放大，并因此最好避免。

电阻器R1a和R1d由第一材料制成，而电阻器R1b和R1c由不同于第一材料的第二材料(例如具有不同的化学元素或具有基本上不同的掺杂水平或两者)制成，并因此整个桥21作为整体尤其取决于第一材料和第二材料而具有第一温度灵敏度TS1和第一应力灵敏度SS1。

同样，图2(右下)示出了第二传感器31由被配置在桥中的四个电阻器R2a至R2d组成，并且由可等于整个设备(例如芯片)的电源电压VDD(例如3.3V)的偏置电压Sup+供电，并且电阻器R2a、R2d由第三材料制成，而电阻器R2b、R2c由第四材料制成，并因此整个桥31尤其取决于第三材料和第四材料而具有第二温度灵敏度TS2和第二应力灵敏度SS2。

通过选择四种材料中的至少三种不同(例如p阱或n阱或p扩散(＝高度p掺杂)或n扩散(＝高度n掺杂)或p多晶(＝p型多晶)或n多晶(＝n型多晶))，第一和第二侧向各向同性传感器21、31可被设计成以便具有：

i)对应力的不同的灵敏度(SS1<>SS2)，或

i)对温度的不同的灵敏度(TS1<>TS2)，或

iii)对应力和温度两者的不同的灵敏度(SS1<>SS2且TS1<>TS2)。

或者以数学上更精确的方式来阐述：使得比率α₁₀/α₀₁不同于比率β₁₀/β₀₁)。当然也可以选择所有四种材料都不同。

图3示出了所谓的侧向“电阻器-L”的示例，即两个串联连接并且相对于彼此成90度取向并具有相同电阻的电阻器条R1a'、R1a”。这样的电阻器R1a对面内应力是各向同性的。在所示的示例中，两个条都由“p多晶”材料制成，并且它们一起形成“侧向各向同性电阻器”R1的示例。该电阻R1对面内机械应力的灵敏度为4.9x 10^-11每Pa(也被写成4.9E-11每Pa)。

但是侧向各向同性电阻器也可由其他材料制成，例如两条“p扩散”(即，用p型掺杂剂高度掺杂的硅)或两条“n扩散”(即，用n型掺杂剂高度掺杂的硅)，并且每个这样的电阻器的温度依赖性和应力依赖性将是不同的。根据本发明的各实施例，四个电阻器R1a、R1b、R1c、R1d中的每一个是各向同性电阻器，例如，被实现成面内电阻器-L结构。因此，当通过将两对这样的电阻器布置在桥中来构建电阻式传感器时，传感器21本身是具有特定温度和应力灵敏度的侧向各向同性电阻式传感器。根据本发明的设备使用两个侧向各向同性电阻桥。

图4示出了侧向电阻器R1a的另一示例，其由串联连接并成90°取向以形成“电阻器-L”的两个侧向电阻器条R1a'、R1a”组成，但在该示例中，电阻器条为被制成n阱电阻器。然而，因为由归咎于电阻器上的电压降的耗尽层的非恒定的厚度造成的结型场效应(在图4的底部被例示出)，所以该电阻器R1不被认为是“各向同性”的。对于深n阱中的p阱电阻器条也是如此。

然而，图5示出了当四个电阻器条串联连接并被布置以便形成双L(例如，如图所示)时，经组合的电阻R1是各向同性的，因为R1a'+R1a””＝R1a”+R1a”'。由p阱电阻器条(例如，具有约1E16...1E17每cm³的掺杂水平)制成的这样的电阻器R1a的应力灵敏度为约2.7x10^-11每Pa(也被写成：2.7E-11每PA)。同样的原理对于p衬底或深p阱内的n阱电阻器条也是如此，但不具有相同的值。n阱L型电阻器的压敏电阻系数约为-24E-11每Pa。因此，包括四个n阱电阻器条或由四个n阱电阻器条组成的侧向各向同性电阻器也可以被形成。

因此，图3至图5例示了“侧向各向同性电阻器”如何能够由不同材料制成的几个示例，这些不同的材料例如但不限于：p多晶、n多晶、p扩散、n扩散、p阱或n阱。

现在回到图2(左下)，第一侧向各向同性传感器21(本文中也称为“温度传感器”)因此可通过将四个侧向各向同性电阻器R1a、R1b、R1c、R1d布置在桥中来被制成，其中例如R1a和R1d每个可由具有四个p阱电阻器条的双L制成，而R1b和R1c每个可由具有两个p多晶电阻器条的单L制成，并且结果可以是具有(在25℃、3.3V电源下的)约3.9mV/K的温度灵敏度TS1，以及在25℃、3.3V的供电电压下的约28mV/GPa的应力灵敏度SS1和一些更高阶的项的第一传感器21。图6中示出了这样的第一传感器21的可能的布局的示例，其中节点Temp+对应于图2的V1+，而节点Temp-对应于图2的V1-，从而一起形成第一传感器(本文中也称为“温度传感器”)的差分输出节点，即使第一传感器可能对机械应力高度敏感。

回过来参考图2(右下)，第二传感器31(也被称为“应力传感器”)可例如由在n阱内部被实现的两个侧向各向同性电阻器R2a和R2d制成，并且两个侧向各向同性电阻器R2b和R2c可例如由具有两个n扩散电阻器条的单L制成，从而得到具有(在25℃、3.3V电源下的)约0.2mV/K的温度灵敏度TS2以及约158mV/GPa的应力灵敏度SS2和一些更高阶的项的第二传感器31(本文中也被称为“应力传感器”)。

图7中示出了这样的第二传感器31的可能的布局的示例，其中传感器的电阻器条被布置在霍尔元件周围(不是第二传感器的一部分)，并且其中节点Stress+对应于图2的V2+，而节点Stress-对应于V2-。传感器由与设备的电源电压VDD(例如3.3V)相同的电压Sup+偏置，但并不是绝对必要的。

图8示出了根据本发明的一实施例的设备800(的一部分)的示例，其包括霍尔元件(例如正方形霍尔板)，以及均被布置在霍尔元件周围的第一传感器821(温度传感器)和第二传感器831(应力传感器)。在所示的示例中，(两个传感器的)每个电阻器都由一起形成电阻器-L的两个电阻器条(如R2a'、R2a”)组成。阴影被用来指示由相同材料制成的条。可以看出，四种不同的材料被用在图8的示例中，但是这并不是绝对要求的，并且如果三种不同的材料被使用，本发明也将起作用。第一和第二传感器821、831分别由(Sup1+，Sup1-)及(Sup2+，Sup2-)电压进行偏置，其可以是相同或者可以是不同的电源电压。第一传感器由第一电源电压sup1供电，而第二传感器由与第一电源电压sup1相同或者不同的第二电源电压sup2供电。优选地，用于偏置霍尔元件的偏置电压与第一电源电压sup1和第二电源电压sup2相同，尽管这不是绝对要求的。

图9示出了使用双L电阻器的第一或第二传感器的电阻器布置的示例，其中两种所使用的材料之一被布置成以45度角形成电阻器条。这对于电阻器节段的匹配可能是有利的。

图10示出了图9的布局结构的等效电路。

图11示出了根据本发明的一实施例的设备1100的示例，其包括霍尔元件1111(例如正方形霍尔板)，以及均被布置在单个霍尔元件周围的第一传感器1121(温度传感器)和第二传感器1131(应力传感器)。在所示的示例中，(两个传感器的)每个电阻器都由一起形成电阻器-L的四个电阻器条(如R2a'、R2a”、R2a”'、R2a””)组成。阴影被用来指示由相同材料制成的条。可以看出，四种不同的材料被用在图11的示例中，但是这并不是绝对要求的，并且如果仅三种不同的材料被使用，本发明也将起作用。第一和第二传感器1121、1131分别由(Sup1+，Sup1-)及(Sup2+，Sup2-)电压进行偏置，其可以与(Vdd，Gnd)相同，但这不是绝对要求的。

在图8中，所有的电阻器都具有两个电阻器条，而在图11中，所有的电阻器都具有四个电阻器条，但是其中一个传感器的电阻器具有两个条而另一个传感器的电阻器具有四个条的混合情况也是可能的。

一个传感器具有仅带有两个电阻器条的两个电阻器以及带有四个电阻器条的两个电阻器甚至是可能的。其他变体是可能的，如关于图17将作讨论的。

图12示出了包括四个霍尔元件、单个(公共)第一传感器1221(被称为“温度传感器”)和四个第二传感器(被称为“应力传感器”)(每个被布置在四个不同的霍尔元件中的一个的周围)的集成电路的一部分的示例。在该实施例中，四个霍尔元件中的每一个的输出可通过使用从温度传感器获得的值Vsens1和位于特定的霍尔元件周围的特定应力传感器的值Vsens2来求解上述方程组中的一者以单独地计算每个霍尔元件的“无温度的应力”Δσ_iso和“无应力的温度”ΔT，并且通过应用公式[19]或[21]以用于补偿从该特定霍尔元件测得的霍尔输出电压的灵敏度来得到补偿。

在替代实施例(未示出)中，集成电路具有类似于图12的布置，但是中心传感器主要用作应力传感器，并且每个被布置在霍尔元件周围的四个其他传感器主要用作温度传感器。其中“主要用作应力传感器”是指传感器1221的应力灵敏度SS1(在绝对值上)比传感器1222、1223、1224、1225中的每一个的应力灵敏度SSi更大。同样，“主要用作温度传感器”是指传感器1222、1223、1224、1225的温度灵敏度TSi(在绝对值上)比传感器1221的温度灵敏度TS1更大。

取决于温度梯度和应力梯度，图12的实施例或替代实施例(未示出)可提供更加准确的结果。当然，如果每个霍尔元件都有其本身的局部应力传感器和其本身的局部温度传感器(如图11所示)，则更好的结果可被获得。

实际实现：

在本发明的实际实现(其布局未被示出，但与图11的布局类似)中，霍尔元件具有约40μm x 40μm的尺寸，并且第一传感器(温度传感器)由p阱和p多晶的电阻器条制成，而第二传感器(应力传感器)由p扩散和n扩散的电阻器条构成。对于该特定的实现，以下第一和第二传感器的方程组被找到。

并且以下校正因子CF针对用恒定电流供电的霍尔传感器被找到：

CF＝[1.0+(4E‐10).Δσ_iso‐(2E‐13).Δσ_iso.ΔT+(1E‐3).ΔT+(5E‐6).ΔT^2

+(14E‐16).Δσ_iso.ΔT^2‐(3E‐18).Δσ_iso.ΔT^3] [35]

(由此系数被归一化到帕斯卡和开尔文。)

注意到，如果期望的话，某些较高阶的项可能被忽略，尤其当(ΔT)很小时。

但是这当然只是示例，并且当其他材料和/或几何形状被选择时，值将不同于该示例。

多个霍尔元件：

在实际的实现中，一个或多个霍尔元件和一个或多个温度传感器以及一个或多个应力传感器的几种布置都是可能的，例如：

1)单个霍尔元件、单个温度传感器、单个应力传感器；全部都在芯片上的分离的位置处(例如不在霍尔元件的紧邻区域)，

2)单个霍尔元件、单个温度传感器、单个应力传感器；温度传感器被布置在霍尔元件周围，应力传感器位于芯片上的分离的位置处(例如不在霍尔元件的紧邻区域)

3)单个霍尔元件、单个温度传感器、单个应力传感器；应力传感器被布置在霍尔元件周围，温度传感器位于芯片上的分离的位置处(例如不在霍尔元件的紧邻区域)

4)单个霍尔元件、单个温度传感器、单个应力传感器；温度传感器和应力传感器两者被布置在霍尔元件周围。(例如，图8和图11。)

5)多个霍尔元件、单个温度传感器、单个应力传感器

6)多个霍尔元件、多个温度传感器、单个应力传感器

7)多个霍尔元件、单个温度传感器、多个应力传感器(如(例如图12)所示)

8)多个霍尔元件、多个温度传感器、多个应力传感器

9)单个霍尔元件，伴随多个温度传感器和多个应力传感器。

在多个霍尔元件的情况下，这些霍尔元件可以按矩阵或虚拟圆的圆周(通常为角位置传感器的情况)或者以任何其他方式来布置。

方法：

图13示出根据本发明的一实施例的方法1300的流程图。

在步骤(a)中，霍尔元件11的输出信号(或模拟组合(例如来自多个互连的霍尔元件的输出信号的平均或相加或相减))被获得，

在步骤(b)中，第一传感器21(温度传感器)的输出信号被获得，

在步骤(c)中，第二传感器31(应力传感器)的输出信号被获得，

在步骤(d)中，霍尔传感器信号被放大，并且任选地来自第一传感器21的信号被放大，并且任选地，第二传感器31的信号被差分放大器13放大，

在步骤(e)中，经放大的霍尔信号、来自第一传感器21的信号V1(任选地在放大之后)以及来自第二传感器31的信号V2(任选地在放大之后)在ADC 14中被数字化，并且输入到控制器15，

在步骤(f)中，传感器1和传感器2的值V1、V2被插入到上述方程组中的一者(例如[18]和[19])中，并且控制器15的计算单元通过在数字域中求解方程组来计算无应力地温度“ΔT”的值以及无温度地应力“Δσ_iso”的值，

在步骤(g)中，在步骤(f)中找到的数字值VH和应力的值Δσ_iso以及温度的值ΔT被插入到例如公式[20]和[26]中，并且数字霍尔输出值VHcomp被获得，其针对应力及温度得到了补偿。

注意到，可以改变步骤的顺序并且/或者可以组合或拆分一些步骤。例如，步骤a)至c)可以被规划成单一步骤，并且/或者步骤d)可被规划成三个分开的步骤，但这仅仅是另一规划。同样，一些步骤可能同时发生，例如：获得霍尔信号和放大霍尔信号以及数字化霍尔经放大的霍尔信号可同时发生。

还注意到，一些步骤可被多次执行，例如，从霍尔传感器获得霍尔电压的步骤可被应用四次，其中霍尔元件每次(例如通过自旋电流)被不同地偏置，并且其中所获得的四个结果可被平均或被相加，并且各个个体信号可在放大之前或者之后但在数字化之前在模拟域中进行组合。

图14示出了作为本发明的另一实施例的图13的方法的变体。在实际实现和样本的评估期间，发明人洞察到，实际上步骤f)中的图13的方法执行第一非线性变换以将测得的值(V1，V2)转换成值(Δσ_iso，ΔT)，并接着在步骤g)中执行第二非线性变换以将值(Δσ_iso，ΔT)转换成校正因子CF或CFb，并且他们意识到实际上该两步法不被要求以用于补偿霍尔信号，因为校正因子CF或CFb可使用单个非线性直接变换从测得的值(V1，V2)中被直接地确定。事后看来，在阅读了他的应用之后，这可能看似微不足道，但是如上所述，“现有技术”设备正主要以获得与应力无关的温度值和/或与温度无关的应力值的方式来逼近针对温度及应力作出补偿的问题，而事实上即使在数字域中执行计算时也不要求知道实际应力或实际温度，并且不管物理现象与温度及压力相关的事实。

以上针对图13所示的第一种方法和针对用于执行该方法的设备所述的所有内容在这里同样适用，除非另有明确地说明。具体地，步骤a)至e)可完全相同，并且计算装置仍被配置成用于使用仅含两个参数的预定义的校正公式CF、CFb来计算经应力补偿的以及经温度补偿的霍尔值VHcomp。但是与上述各实施例(其中校正公式的参数基于与温度无关的应力值(尽管相对于参考应力)和与应力无关的温度值(尽管相对于参考温度))相比而言，在图14的实施例和对应的设备中，校正公式基于在任选的放大和数字化之后直接从传感器获得的信号V1、V2，而没有首先必须计算应力及温度的“绕行”。而且同样在此，非线性转换可被表示成仅含两个变量/参数的n阶多项式表达式。

(与图13的间接方法相比)该“直接转换”的主要优点在于：在校准期间更少的参数待被确定、更少的计算复杂度(没有方程组需要被求解)、更少的代码待被写入、更小的存储器大小、更少的被要求的功率处理器和/或更低的被要求的时钟速度、更小的舍入误差。简言之：该实施例更快且更容易，并且(对于相同阶数的多项式)由于舍入误差而更加准确。当然，该实施例(与图13相比)的缺点在于真实应力及温度值没有被确定，但是这在大多数应用中不被要求。

第一示例：

在第一示例中，以下校正公式可被使用：

VHcomp＝VH/CF [37]

其中校正因子可被表示成或等同于：

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的第一传感器的经数字化和经任选地放大的输出，V2o是在校准期间测得的第二传感器的经数字化和经任选地放大的输出，是预定义的常数；M、i、j是整数；并且M表示多项式的阶数。公式[38]或任何等效的公式表述于是将替代公式[22]来被使用。

如上所述，系数的值可通过使(例如，作为半导体晶片的一部分的)设备经受(例如通过以已知的方式弯曲晶片或者通过将已知的压力施加在晶片的顶表面上而造成的)已知的应力，并且通过改变测试环境的温度，并且通过使用“曲线拟合”技术将测得的值与已知的应力及温度值相匹配来被确定。本领域技术人员可选择多项式的阶数(例如2)、使用已知技术找到合适的系数(在此无需作出解释)、确定多项式与测量之间的最大偏差，并且如果该最大偏差被认为太大的话，则选择更高阶数的多项式并且重复过程直到合适的阶数被找到。

多项式的系数和阶数可以以任何合适的方式来被确定。仅作为示例，本发明不限于此，如US2015142342中所述的校准方法(即，即应力变化可从晶片探测相对经封装的设备、湿封装相对干封装、晶片弯曲、4点弯曲桥流体静压力中的任何一者中被获得)可被使用。晶片探测和(在封装中的)最终测试之间的数据的组合被认为是特别有用的。

第二示例

在第二示例中，以下校正公式可被使用：

VHcomp＝VH x CFb, [39]

其中校正因子CFb可被表示成或等同于：

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的第一传感器(21)的经数字化和经任选地放大的输出，V2o是在校准期间测得的第二传感器(31)的经数字化和经任选地放大的输出，是预定义的常数；R、i、j是整数；并且R表示多项式的阶数。公式[40]或任何等效的公式表述于是将替代公式[22]来被使用。

优选实施例：

在优选实施例中，校正因子CF、CFb的多项式是以下中的一者：

i)含变量ΔV1、ΔV2两者的二阶多项式，或

ii)含与具有第一和第二传感器21、31(在本文中被称为“温度传感器”)的最高温度灵敏度TS1的传感器相关的变量ΔV1的三阶多项式，以及含与第二传感器(在本文中被称为“应力传感器”)相关的另一变量ΔV2的一阶多项式，或

iii)含与具有第一和第二传感器21、31的最高温度灵敏度TS1的传感器相关的变量ΔV1的四阶多项式，以及含另一变量ΔV2的一阶多项式。

以下公式被找到以提供出乎意料的好的结果：

CFb＝1+η₁₀.(ΔV1)+η₂₀.(ΔV1)²+η₃₀.(ΔV1)³+η₀₁.(ΔV2) [41],

CFb＝1+η₁₀.(ΔV1)+η₂₀.(ΔV1)²+η₃₀.(ΔV1)³+η₀₁.(ΔV2)+η11.(ΔV1).(ΔV2)[42],

其中ΔV1与具有最高温度灵敏度的传感器相关，而ΔV2与具有最高应力灵敏度的传感器相关。

任选地，在情况ii)或情况iii)中，计算装置被适配成用于使用第一和/或第二变量ΔV1、ΔV2的等距或非等距间隔来将多项式表达式评估成分段线性或分段二次逼近。注意到，“分段线性逼近”或“分段二次逼近”归结为在整个测量范围(Δσ_iso，ΔT)或(V1，V2)内不使用单个组的系数，而是基于测得的值V1和V2从多个至少两组系数中选择一组系数。

在分段线性逼近或分段二次逼近的第一示例中，如果(V1低<＝V1测得<＝V1中)，则第一组系数可被使用，并且如果(V1中<V1测得<＝V1高)，则第二组系数可被使用，而不论V2。在该示例中，V1轴被划分成两个子区域。

在第二示例中，V1轴被划分成三个子区域，而V2轴被划分成两个子区域，在这种情况下将存在六组系数。取决于测得的V1、V2的值，正确的组将被选择。

但是，本发明当然不限定于这两个示例，而V1轴和V2轴中的每一个可独立地被划分成2个、3个、4个或4个以上的子区域。

使用分段线性或二次方法的主要优点在于，对于给定的多项式阶数并且对于系数的给定数量的位，结果的准确度可被增加。

图15示出了与图1非常类似的框图，其可被用来实现图14所述的方法，但是图1或图2的电路也可在这里被使用。实际上，与图1的唯一真正区别在于微控制器是用不同的算法来被编程的。如关于图2所述，低噪声放大器LNA并不是绝对要求的，并且例如如果数字化仪ADC具有足够的准确度，则可被省略。

图16示出了可在本发明的各实施例中被使用的“温度传感器”的另一示例，而不管第一算法(参见图13)或者第二算法(参见图14)是否被使用。图16(a)是示意图，图16(b)是布局实现。注意到，该温度传感器不位于霍尔元件周围，而是可以位于半导体衬底上的任何地方。所示的温度传感器包括16个经适当布置的p阱和p型多晶硅电阻器节段，其被连接以形成惠斯通电桥。电阻器材料的所选组合提供高的热灵敏度并且保持相对于机械应力的寄生交叉灵敏度小。附加地，表示单个桥式电阻器的四个电阻器节段被连接成双L形电阻器。因此，剩余的应力灵敏度相对于面内法向应力是各向同性的；使得其可用片上应力传感器得到补偿。可以注意到，该温度传感器主要使用p阱电阻器的并联连接来获得约10kOhm的输出阻抗。

图17示出了可在本发明的各实施例中被使用的“应力传感器”的另一示例，而不管第一算法(参见图13)或者第二算法(参见图14)是否被使用。图17(a)是示意图，图17(b)是布局实现。注意到，电阻器条在这种情况下被组织成并联连接，这提高了准确度。该应力传感器由16个高度掺杂的n型和p型L形电阻器制成，它们被布置在四个霍尔元件中的每一个的周围并被连接以构建单个应力传感器。电阻器材料(即高度掺杂的n型和p型)以保持热交叉灵敏度相对较低同时提供相对较高的应力灵敏度的方式被选择。电阻器被连接以形成惠斯通电桥。

由于图16的温度传感器和图17的应力传感器使用不同的材料，所以它们具有不同的温度及应力灵敏度，并因此可被适当地组合在根据本发明的单个设备中。

实验结果

对被封装在标准TSSOP-16模制塑料封装中的CMOS样品的实验已经证明，在相对于从-40℃至+120℃的温度范围的从+46％至-37％的范围内的并且相对于机械应力的高达2.6％的磁灵敏度“S”的寄生变化通过仅含两个参数(应力及温度)的二维多项式同时地得到了补偿。在实验中，温度(或V1)的阶数为三，而应力(或V2)的阶数为一。在使用基于V1和V2的第二方法的补偿之后的磁灵敏度S的残余误差被发现小于±0.4％。非常出乎意料的是，这样高的准确度可通过相对简单的计算，此外使用都具有非零的应力和温度灵敏度的两个传感器来被获得。

结语

虽然上述数值示例是用硅衬底，具体而言是用在(100)平面中被切割的硅晶片给出的，并且考虑到CMOS工艺，但是本发明的原理也可通过改变数值值以及任选地还有电阻器条的角取向而被应用于其他半导体设备(诸如举例而言包括垂直霍尔元件的设备，并且甚至诸如带隙基准的关键电路)和/或所使用的其他工艺(诸如举例而言砷化镓或铟化锑霍尔元件)。本发明不仅对由塑料模制封装造成的应力补偿有用，而且还可被用于归因于例如流体静压力、模块级上地包覆成型、由焊接造成地应力、湿度等的补偿应力。

尽管在上述优选实施例中第一和第二侧向各向同性传感器21、31由不是绝对要求的电阻元件R1a-R1d和R2a-R2d组成，但是另一类型的传感器元件(例如侧向各向同性电容式传感器)也可被使用。

此外，即使在上述优选实施例中，每个侧向各向同性传感器元件由被布置在桥接电路中的多个电阻元件组成以用于允许不是绝对要求的差分测量，(例如提供绝对测量而不是差分测量的)其他读数电路也可被使用。

附图标记

100,200 集成半导体设备

11 霍尔设备

12,12a,12b 切换装置

13 放大器

14 ADC

15 处理器

16 存储器；

17 恒定电压生成器

21 第一传感器(在本文中也被称为温度传感器)

22 第一传感器的电阻器条

31 第二传感器(在本文中也被称为应力传感器)

32 第二传感器的电阻器条

1300 针对应力及温度补偿霍尔传感器读数的方法

Claims (13)

1.一种用于测量磁场强度的集成半导体设备(100、200)，包括：

至少一个霍尔元件(11)，所述至少一个霍尔元件被配置成用于提供指示待测量的所述磁场强度的霍尔信号(Vh)；

第一侧向各向同性传感器(21)，所述第一侧向各向同性传感器具有第一应力灵敏度(SS1)和第一温度灵敏度(TS1)，并且被配置成用于提供第一传感器信号(Vsens1)；

第二侧向各向同性传感器(31)，所述第二侧向各向同性传感器具有第二应力灵敏度(SS2)并具有第二温度灵敏度(TS2)，并且被配置成用于提供第二传感器信号(Vsens2)；

其中所述第一温度灵敏度(TS1)不同于所述第二温度灵敏度(TS2)，或者所述第一应力灵敏度(SS1)不同于所述第二应力灵敏度(SS2)，或者二者；

数字化装置(14)，所述数字化装置被布置成用于数字化所述霍尔信号和所述第一传感器信号以及所述第二传感器信号，以便获得经数字化的霍尔信号(VH)、经数字化的第一传感器信号(V1)以及经数字化的第二传感器信号(V2)；

计算装置，所述计算装置被配置成用于使用仅含作为所述经数字化的第一传感器信号(V1)和所述经数字化的第二传感器信号(V2)的两个参数的预定义的校正公式(CF、CFb)来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值(VHcomp)。

2.根据权利要求1所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述预定义的校正公式(CF、CFb)可由下式中的一者表示或者等同于下式中的一者：

a)公式：VHcomp＝VH/CF，

其中CF是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的所述第一传感器(21)的经数字化的输出，V2o是在校准期间测得的所述第二传感器(31)的经数字化的输出，是预定义的常数；M、i、j是整数；并且M表示所述多项式的阶数；或者

b)公式：VHcomp＝VH x CFb，

其中CFb是校正因子，其可由以下仅含两个变量的n阶多项式表示或者等同于以下仅含两个变量的n阶多项式：

<mrow> <mi>C</mi> <mi>F</mi> <mi>b</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>R</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>.</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>V</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>i</mi> </msup> <mo>.</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>V</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>j</mi> </msup> </mrow>

其中ΔV1＝V1-V1o，ΔV2＝V2-V2o，V1o是校准期间测得的所述第一传感器(21)的经数字化的输出，V2o是在校准期间测得的所述第二传感器(31)的经数字化的输出，是预定义的常数；R、i、j是整数；并且R表示所述多项式的阶数。

3.根据权利要求2所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述校正因子(CF、CFb)的多项式是以下中的一者：

i)含两个变量(ΔV1、ΔV2)的二阶多项式；

ii)含与具有所述第一和第二传感器(21、31)的最高温度灵敏度(TS1)的所述传感器相关的所述变量(ΔV1)的三阶多项式以及含所述另一变量(ΔV2)的一阶多项式；

ii)含与具有所述第一和第二传感器(21、31)的最高温度灵敏度(TS1)的所述传感器相关的所述变量(ΔV1)的四阶多项式以及含所述另一变量(ΔV2)的一阶多项式；

并且任选地，其中在情况ii)或情况iii)中，所述计算装置被适配成用于使用所述第一和/或第二变量(ΔV1、ΔV2)的等距或非等距间隔来将所述多项式表达式评估成分段线性或分段二次逼近。

4.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，还包括可操作地连接到所述计算装置的非易失性存储装置，所述存储装置被适配成用于储存在校准期间被确定的至少两个值(σ_{iso_ref}、T_ref；V1offset、V2offset)，并且任选地用于储存所述多项式方程的预定义的系数。

5.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，还包括用于以恒定的预定电压偏置所述至少一个霍尔元件和所述第一传感器(21)以及所述第二传感器(31)的装置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述至少一个霍尔元件是水平霍尔板。

7.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，所述第一侧向各向同性传感器(21)和所述第二侧向各向同性传感器(31)中的每一个均为包括四个侧向各向同性电阻器((R1a、R1b、R1c、R1d)；(R2a、R2b、R2c、R2d))的电阻式传感器。

8.根据权利要求7所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述侧向各向同性电阻器(R1a、R1b、R1c、R1d；R2a、R2b、R2c、R2d)中的每一个都包括串联连接的被组织成正交对的至少两个侧向电阻器条。

9.根据权利要求7所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述侧向各向同性电阻器(R1a、R1b、R1c、R1d；R2a、R2b、R2c、R2d)中的至少一些包括以双L形串联连接的至少四个侧向电阻器条。

10.根据前述权利要求7至9中的任一项所述的集成半导体设备，其特征在于，其中所述电阻器的材料被选择成使得：

a)所述第一侧向各向同性传感器(21)的两个电阻器(R1a、R1d)由第一材料制成，并且所述第一侧向各向同性传感器(21)的两个另外的电阻器(R1b、R1c)由第二材料制成，而所述第二侧向各向同性传感器(31)的两个电阻器(R2a、R2d)由第三材料制成，并且所述第二侧向各向同性传感器(31)的两个另外的电阻器(R2b,R2c)由第四材料制成，并且所述第一、第二、第三和第四材料中的至少三者是不同的材料；或者

b)所述第一传感器(21)中的两个所述电阻器(R1a、R1d)是p阱电阻器，而所述第一传感器(21)中的另外两个所述电阻器(R1b、R1c)是p多晶电阻器，并且所述第二传感器(31)中的两个所述电阻器(R2a、R2d)是重掺杂的p型(p扩散)电阻器，而所述第二传感器(31)中的另外两个所述电阻器(R2b、R2c)是重掺杂的n型(n扩散)电阻器；或者

c)所述第一传感器(21)中的两个所述电阻器(R1a、R1d)是重掺杂的p型(p扩散)电阻器，而所述第一传感器(21)中的另外两个所述电阻器(R1b、R1c)是p多晶电阻器，并且所述第二传感器(31)中的两个所述电阻器(R2a、R2d)是重掺杂的n型(n扩散)电阻器，而所述第二传感器(31)中的另外两个所述电阻器(R2b、R2c)是重掺杂的p型(p扩散)电阻器；或者

d)所述第一传感器(21)中的两个所述电阻器(R1a、R1d)是n阱电阻器，而所述第一传感器(21)中的另外两个所述电阻器(R1b、R1c)是p多晶电阻器，并且所述第二传感器(31)中的两个所述电阻器(R2a、R2d)是重掺杂的n型(n扩散)电阻器，而所述第二传感器(31)中的另外两个所述电阻器(R2b、R2c)是重掺杂的p型(p扩散)电阻器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述集成半导体设备包括数个(N)位于虚拟圆上的至少两个霍尔元件，以及位于所述圆内的单个第一侧向各向同性传感器(21)，以及相同数量(N)的第二传感器(31)，每个均被布置在所述霍尔元件中的一个的周围。

12.根据前述权利要求中任一项所述的集成半导体设备(100、200)，其特征在于，其中所述集成半导体设备包括数个(N)至少两个霍尔元件(11)，每个霍尔元件具有被布置在所述霍尔元件周围的对应的第一传感器(21)和对应的第二传感器(31)。

13.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的半导体设备(100、200)来测量针对机械应力且针对温度得到补偿的磁场强度的方法，所述方法包括以下步骤：

从所述至少一个霍尔元件(11)获得霍尔信号(Vh)；

从所述第一侧向各向同性传感器(21)获得第一传感器信号(Vsens1)；

从所述第二侧向各向同性传感器(31)获得第二传感器信号(Vsens2)；

数字化所述霍尔信号和所述第一传感器信号以及所述第二传感器信号，以便获得经数字化的霍尔信号(VH)、经数字化的第一传感器信号(V1)以及经数字化的第二传感器信号(V2)；

使用作为仅含作为所述经数字化的第一传感器信号(V1)和所述经数字化的第二传感器信号(V2)的两个参数且带有预定义的系数的n阶多项式表达式的校正因子(CF、CFb)来计算经应力补偿和经温度补偿的霍尔值(VHcomp)。