CN107561459B

CN107561459B - 使用多个磁场敏感装置的设备和方法

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Publication number: CN107561459B
Application number: CN201710522043.XA
Authority: CN
Inventors: U.奥瑟莱希纳
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: CN107561459A; US10620278B2; US20210389392A1; US11131726B2; DE102016211964A1; US20200217906A1; US11768260B2; US20180003780A1

Abstract

一种用于磁场检测的设备包括多个磁场敏感装置，所述多个磁场敏感装置包括至少第一磁场敏感装置、第二磁场敏感装置和第三磁场敏感装置。所述设备包括：电源，被配置为提供通过第一磁场敏感装置的第一供电电流和通过第二磁场敏感装置的独立于第一供电电流的第二供电电流。第一至第三磁场敏感装置被耦合，以使得第一供电电流流经第一磁场敏感装置而不流经第二磁场敏感装置，第二供电电流流经第二磁场敏感装置而不流经第一磁场敏感装置，并且第一供电电流和第二供电电流之和流经第三磁场敏感装置。

Description

使用多个磁场敏感装置的设备和方法

技术领域

本公开涉及使用多个磁场敏感装置的设备和方法。

背景技术

磁场敏感装置被用于测量磁场。磁场敏感装置的示例是霍尔效应装置。霍尔效应装置具有与磁场成比例的输出信号。在零磁场，磁场敏感装置可能输出不同于零的信号。这个信号被称为所述装置的偏移误差(=零场误差)。

霍尔效应装置包括发生霍尔效应的霍尔效应区域，霍尔效应区域有时被称为有效区域并且具有三个或更多个接触器。通常，霍尔效应区域由半导体基底中的半导通材料形成。接触器可由位于霍尔效应区域中或与霍尔效应区域接触的接触桶（tub）形成。可通过接触扩散或注入过程来制造接触器。几个接触器可经金属线连接到诸如半导体技术的互连层中的同一端子。端子被用于为所述装置供应电力，并且引出它的输出信号。

霍尔板(有时称为HHall(水平Hall))是平坦装置，并且它们的厚度可能是它们的横向尺寸的万分之一至五分之一 (通常为五十分之一)。它们被用于沿着它们的厚度方向(即，进到半导体基底中的方向)检测磁场分量。在硅技术中，霍尔板通常是1至3 µm厚，并且在横向方向上是10至100 µm大。它们的布局可以是矩形、正方形、圆形、八边形、十字形或甚至三角形。

垂直霍尔效应装置(VHall)是粗壮的装置，其中横向维度之一与它们在厚度方向(即，进到半导体基底中的方向)上的维度相当(0.2倍至10倍)。VHall经常具有长条的形状，多数是直的，有时是弯曲的、弧形的或甚至圆环形的。VHall被用于检测平行于半导体主表面的磁场分量。

可在旋转电流操作中操作具有四个端子的霍尔效应装置，在旋转电流操作中，在第一操作阶段，通过第一对端子发送电流并且在第二对接触器处引出电压，并且在第二操作阶段，交换第一和第二对端子，并且最后，两个操作阶段的电压被组合(相加或相减)成总信号。这个总信号或总体信号的零场误差可被称为剩余偏移。相对于磁场(等效磁场)而言，它可以是每个个体操作阶段中的大约五百分之一。

包括三个端子的几个霍尔效应装置是已知的，并且已描述包括三个端子的几个霍尔效应装置的串联连接的偏移抵消操作。偏移抵消操作包括许多操作阶段，其中在不同操作阶段，霍尔效应装置的接触器与端子的耦合是不同的。在所有操作阶段获得的输出信号被组合成总信号，并且总信号中的偏移也被称为剩余偏移。

剩余偏移通常取决于操作所述装置的供电电压。在较大供电电压情况下，剩余偏移增加。这由装置的自加热和电气非线性引起，其中在较大的供电电压处，这些效应较大。为了实现低剩余偏移，装置可在例如0.5V的低供电电压(替代2……3V的较大供电电压)被操作。然而，传感器电路和传感器控制电路经常在3至5V的供电电压操作。可提供偏置电路来控制供电电压。通过使用偏置电路，控制电路可能浪费许多电压。如果外部供电电压是3V并且霍尔效应装置在0.5V操作，则控制电路浪费2.5V，这是霍尔效应装置的电力的5倍。在这种情况下，传感器的电力效率仅为六分之一。

已描述具有串联连接的霍尔效应区域的垂直霍尔传感器，其中电流流经串联的几个装置。因此，每个装置在较低的供电电压操作，并且这可导致更好的剩余偏移。对于具有四个端子的装置，这是简单的，然而，对于具有三个端子的装置，这并不简单。

发明内容

本公开的示例提供一种设备，所述设备包括：多个磁场敏感装置，包括至少第一磁场敏感装置、第二磁场敏感装置和第三磁场敏感装置；和电源，被配置为提供通过第一磁场敏感装置的第一供电电流和通过第二磁场敏感装置的独立于第一供电电流的第二供电电流。第一至第三磁场敏感装置被耦合，以使得第一供电电流流经第一磁场敏感装置而不流经第二磁场敏感装置，第二供电电流流经第二磁场敏感装置而不流经第一磁场敏感装置，并且第一供电电流和第二供电电流之和流经第三磁场敏感装置。

本公开的示例提供一种设备，所述设备包括：多个磁场敏感装置，包括至少第一磁场敏感装置、第二磁场敏感装置和第三磁场敏感装置；和电源。第一至第三磁场敏感装置彼此耦合并且耦合到电源，以使得第一供电电流路径延伸通过第一磁场敏感装置而不延伸通过第二磁场敏感装置，第二供电电流路径流经第二磁场敏感装置而不流经第一磁场敏感装置，并且第一和第二电流路径延伸通过第三磁场敏感装置。第三磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻小于第一磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻和第二磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻。

本公开的示例提供一种用于使用设备检测磁场的方法，所述设备包括多个磁场敏感装置，所述磁场敏感装置具有至少三个端子并且分组在N个组中，其中N > 1，其中对于1≤ k ≤ N，每个组k包括2^k-1个磁场敏感装置，其中k和N是自然数，其中所述多个磁场敏感装置被耦合，以使得对于1< k ≤ N，流经组k中的两个磁场敏感装置的供电电流流经组k-1中的一个磁场敏感装置。所述方法包括：通过组N的每个磁场敏感装置独立地提供供电电流，在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个接触器处引出输出电压，以及将引出的输出信号组合成代表磁场的测量值的总体输出信号。

附图说明

将使用附图描述本公开的示例，其中：

图1示出包括第一至第三磁场敏感装置的设备的示例的示意视图；

图2示出具有三个接触器的HHall效应装置的示意视图；

图3示出具有三个接触器的VHall效应装置的示意视图；

图4示出具有三个接触器的霍尔效应装置的等效电路图；

图5示出VHall元件的串联连接；

图6示出VHall元件的并联连接；

图7示出包括第一至第三磁场敏感装置的设备的示例的示意视图；

图8示出包括第一至第三磁场敏感装置的设备的示例的示意视图，所述设备包括开关；

图9示出磁场敏感装置的示例的示意视图；

图10示出包括三组磁场敏感装置的设备的示例的示意视图；

图11示出包括三组磁场敏感装置的设备的另一示例的示意视图；

图12示出具有三个和四个接触器的单个磁场敏感装置的剩余偏移的标准差的示意图；

图13a和13b示出图10或11的设备的示例性布局的示意视图；

图14示出包括MAG-FET的设备的示例的示意视图；

图15示出每个组中的装置由共同霍尔效应区域的各部分形成的示例的示意视图；和

图16示出用于检测磁场的方法的示例的示意性流程图。

具体实施方式

在下面，将使用附图详细地描述本公开的示例。应该指出，相同元件或具有相同功能的元件具有相同或相似的标号，并且具有相同或相似标号的元件的重复描述通常被省略。因此，为具有相同或相似标号的元件提供的描述是可相互交换的。在下面的描述中，阐述多个细节以提供对本公开的示例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员而言将会清楚的是，可在没有这些特定细节的情况下实施其它示例。在其它实例中，以方框图形式而非详细地示出公知结构和装置以便避免模糊这里描述的示例。另外，除非另外具体地指出，否则以下描述的不同示例的特征可彼此组合。

图1示出用于检测磁场的设备的示例，所述设备包括第一磁场敏感装置10、第二磁场敏感装置20和第三磁场敏感装置30。所述设备包括电源40，电源40被配置为提供通过第一磁场敏感装置10的第一供电电流42并且提供通过第二磁场敏感装置20的独立于第一供电电流的第二供电电流。磁场敏感装置10、20和30耦合，从而使得第一供电电流42流经第一磁场敏感装置10而不流经第二磁场敏感装置20，使得第二供电电流44流经第二磁场敏感装置20而不流经第一磁场敏感装置10，以及使得第一供电电流42和第二供电电流44之和流经第三磁场敏感装置30。

例如，第一磁场敏感装置10的第一供电端子可被耦合到电源40，第二磁场敏感装置20的第一供电端子可被耦合到电源40，第一磁场敏感装置10的第二供电端子可被耦合到第三磁场敏感装置30的第一供电端子，第二磁场敏感装置20的第二供电端子可被耦合到第三磁场敏感装置30的第二供电端子，并且第三磁场敏感装置30的第三供电端子可被耦合到参考电势(诸如，地)。

电源40被配置为提供彼此独立的第一和第二供电电流42、44。在示例中，电源可被配置为强制各供电电流通过各磁场敏感装置。换句话说，电源被配置为强加特定量的电流通过每个装置，其中所述特定量由电源精确地限定，而不管所述装置如何。在示例中，电源可包括用于提供第一供电电流42的第一电流源46和用于提供第二供电电流44的第二电流源48。供电电流42和44可具有相同方向，并且可具有相同量值。

在本公开的示例中，所述多个磁场敏感装置中的每个磁场敏感装置可包括至少三个端子，其中至少两个端子被用作供电端子并且至少一个端子被用作用于引出输出信号的输出端子。在一个输出端子或多个输出端子处引出取决于作用在磁场敏感装置上的磁场的输出信号。在本公开的示例中，每个磁场敏感装置的三个端子被用作供电端子，并且用作供电端子的三个端子中的两个端子也被用作输出端子。

在本公开的示例中，磁场敏感装置是霍尔效应装置，诸如在以上背景技术中描述的那些霍尔效应装置。霍尔效应装置的示例被示出在图2和3中。图2示出水平霍尔效应装置(霍尔板)的示例，所述水平霍尔效应装置具有形成在有效霍尔效应区域50的表面(诸如，顶表面)中或形成在所述表面上的三个接触器C₁、C₂、C₃。图2中示出的霍尔板是120°对称的。图3示出不对称垂直霍尔效应装置的示例，所述不对称垂直霍尔效应装置包括形成在有效霍尔效应区域52的表面(诸如，顶表面)中或形成在所述表面上的三个接触器C₁、C₂、C₃。图3中示出的垂直霍尔效应装置的示例可按照BiCMOS技术形成为具有埋入层54。在图3中指示有效霍尔效应区域52的维度，即长度、宽度和深度。霍尔效应区域的长度可以是大约10µm，并且宽度和深度可分别是大约5 µm。在其它示例中，垂直霍尔效应装置可按照CMOS技术实现为没有埋入层54。应该注意的是，本公开不限于描述的霍尔效应装置，而是也能够被利用其它磁场敏感装置实现。

在零磁场情况下具有三个接触器的霍尔效应装置的等效电路被示出在图4中。存在接触器C₁和C₂之间的内部电阻R₁、接触器C₂和C₃之间的内部电阻R₂以及接触器C₁和C₃之间的内部电阻R₃。

图5和6示出三个电气不对称VHall如何能够利用导线连接在一起以获得电气对称总体磁场敏感装置的两种不同可能方案，所述电气对称总体磁场敏感装置在它的三个端子T1、T2、T3中的任何两个端子之间具有相等的电阻并且在电流流入和流出其它两个端子的情况下在任何端子处具有相同的磁灵敏度。图5和6示出所述装置的横截面，其中沿水平方向的每个装置的尺寸是它的长度并且沿垂直方向是它的深度。图5示出磁场敏感装置56，磁场敏感装置56包括三个分离的霍尔元件(霍尔桶（tub）)60、62、64，所述霍尔元件的接触器C₁、C₂、C₃连接到端子T1、T2和T3，从而使得霍尔元件串联连接。图6示出磁场敏感装置58，磁场敏感装置58包括三个分离的霍尔元件(霍尔桶)60、62、64，所述霍尔元件的接触器C₁、C₂、C₃连接到端子T1、T2和T3，从而使得霍尔元件并联连接。在本公开的示例中，一些或全部磁场敏感装置可由串联连接的几个磁场敏感元件形成，或者可由并联连接的几个磁场敏感元件形成，诸如图5和6中示出的那些磁场敏感装置。

如以上参照图1所述，电流42和44被注入(强制)到磁场敏感装置10和20中，并且电流42和44之和46流经磁场敏感装置30。因此，如果使用相同的装置10、20和30，则跨装置30的供电端子的供电电压降高于装置10和20中的每个装置的跨供电端子的供电电压降。根据本公开的示例，磁场敏感装置30被修改，使得它的内部电阻低于磁场敏感装置10和20的内部电阻。因此，所述设备可被配置为使跨磁场敏感装置的供电端子的供电电压降彼此对应。在这种情况下，对应可能意味着：供电电压不会彼此偏离超过最高供电电压的20%。在理想情况下，供电电压可以是相同的。

存在相对于另一磁场敏感装置(诸如，装置10和20)减小磁场敏感装置(诸如，装置30)的内部电阻的几种可能方案：

1)所述装置的有效区域的掺杂浓度能够大于其它装置的有效区域的掺杂浓度。

2)所述装置的布局能够被修改，例如用作供电端子的所述装置的接触器的间隔能够小于其它装置的对应接触器的间隔。

3)所述装置的有效区域的宽度能够大于其它装置的有效区域的宽度。

4)用于隔离所述装置的pn结能够利用比其它装置的反向偏置电压小的反向偏置电压被偏置，因为反向偏置pn结的耗尽层减小各装置的有效霍尔效应区域。在这种情况下，当与导致较薄的耗尽层的反向偏置电压相比时，导致较厚的耗尽层的反向偏置电压被视为代表较大的反向偏置电压。因此，术语“较大”和“较小”表示反向偏置电压的绝对值。

5)所述装置能够被实现为彼此相同的几个装置的并联连接。在这种情况下，霍尔效应装置的并联连接表示对应接触器彼此短路的至少两个霍尔效应装置，诸如具有接触器C1m、C2m、C3m和C1n、C2n、C3n的至少两个3C-Hall(比如装置m和n)，其中C1m与C1n短路，C2m与C2n短路，并且C3m与C3n短路。

哪种可能方案被用于减小内部电阻可取决于磁场敏感装置的结构。可能方案1、2和4可能不良好适合于以适当限定且便宜的方式修改垂直霍尔效应装置的内部电阻。针对垂直霍尔效应装置的更好的解决方案可以是可能方案3和5。对于霍尔板(HHall)，可能难以修改有效霍尔效应区域的厚度，因为所述厚度由所述技术限定，并且人们通常可能必须在针对晶片上的所有霍尔板利用一个特定厚度的情况下进行工作。因此，针对HHall的更好的解决方案可以是可能方案5，即几个装置的并联连接。对于VHall，调整宽度简单，因为它是自由布局参数，并且因此，可能方案3可以良好适合VHall，但可能方案5也是针对VHall的选择。

图7示出根据示例的三个垂直霍尔效应装置70、72和74的电路。所述垂直霍尔效应装置可具有以上参照图3所述的结构。在图7中示出的示例中，电源包括四个电流源80、82、84和86。电流源80被耦合到第一霍尔效应装置70的第一接触器C_1a，电流源82被耦合到第一霍尔效应装置70的第二接触器C_2a，电流源84被耦合到第二霍尔效应装置72的第一接触器C_3b，并且电流源86被耦合到第二霍尔效应装置72的第二接触器C_2b。第一霍尔效应装置70的第三接触器C_3a被耦合到第三霍尔效应装置74的第一接触器C_1c。第二霍尔效应装置72的第三接触器C_1b被耦合到第三霍尔效应装置74的第二接触器C_2C。第三霍尔效应装置74的第三接触器C_3C被耦合到参考电势(诸如，地)。霍尔效应装置74属于组1，并且霍尔效应装置70和72属于组2。

电流源80被配置为将电流I₁注入到接触器C_1a中，电流源82被配置为将电流I₂注入到接触器C_2a中，电流源84被配置为将电流I₃注入到接触器C_3b中，并且电流源86被配置为将电流I₄注入到接触器C_2b中。这将会导致组2中的最大供电电压V_sup2 = max{V_C1a-C3a, V_C2a-C3a,V_C2b-C1b, V_C3b-C1b}。为了避免任何疑问，应该注意的是，V_sup2不代表跨电流源84的电压降，而是代表跨两个电源接触器的最大供电电压。电流之和I1 + I2流入到组1中的装置74的接触器C_1c中，并且电流之和I3 + I4流入到组1中的装置74的接触器C_2c中。因此，组1中的最大供电电压V_sup1 = max{V_C1c-C3c, V_C2c-C3c}建立。如果所有装置70、72和74是相同的并且所有电流I1、I2、I3、I4是相同的，则很明显，V_sup1 > V_sup2，因为比流经装置70和72中的每个装置的电流大的电流流经装置74。由于霍尔效应装置的旋转电流方案的剩余偏移在较大的供电电压情况下较大，所以装置74将会具有比装置70和72大的剩余偏移的标准差–并且，这是次优的。

在本公开的示例中，装置74被修改，使得它的内部电阻低于装置70和72的内部电阻，使得V_sup1类似于V_sup2(对应于V_sup2)。然后，总供电电压V_sup1 + V_sup2(至少近似)相等地分布在两个组上。因此，所有装置可在比较低的供电电压处被操作，并且这可给出较小的剩余偏移。

如图7中所示，可在电流被注入到各装置中的各接触器(即，装置70的接触器C_1a和C_2a、装置72的接触器C_3b和C_2b以及装置74的接触器C_1c和C_2c)之间引出(读出)输出信号(电压)V_a、V_b和V_c。输出信号V_a、V_b和V_c可被组合(诸如，相加或相减)以给出总输出信号。信号调节电路可被提供用于读出输出信号，这可考虑V_c处于比V_a和V_b低的共模电势。

如上所述，霍尔效应装置74可被视为属于组1，并且霍尔效应装置70和72可被视为属于组2。图7中示出的霍尔效应装置的布置可被视为具有两个组或层(其中这些术语可被可互换地使用)的漏斗（funnel）。

本公开的基础构思可扩展至超过两个组。在本公开的示例中，所述设备可包括多个磁场敏感装置，所述多个磁场敏感装置被分组在N个组(或层)中，其中N > 1。每个组k包括2^k-1个磁场敏感装置，其中1 ≤ k ≤ N。k和N是自然数，并且k是针对从1到N的相应组的索引。电源可被配置为独立地提供通过组N的每个磁场敏感装置的供电电流。所述多个磁场敏感装置被耦合，以使得对于1 < k ≤ N，流经组k中的两个磁场敏感装置的供电电流流经组k-1中的一个磁场敏感装置。换句话说，流经具有较高编号的组中的两个磁场敏感装置的供电电流流经具有紧邻的较低编号的组中的两个磁场敏感装置。在示例中，存在通过所述设备的N个供电电流路径，其中每个供电电流路径延伸通过每个组中的正好一个磁场敏感装置。在示例中，除了经组N-1中的一个磁场敏感装置的连接之外，在组N中的磁场敏感装置之间不存在永久欧姆连接。换句话说，在示例中，除了经组N-1中的一个磁场敏感装置的连接之外，在组N中的磁场敏感装置的有效区域之间不存在永久欧姆连接。

在示例中，每个磁场敏感装置包括三个端子，其中对于组N中的每个磁场敏感装置，电源包括用于将电流注入到对应磁场敏感装置的第一端子中的第一电流源。在示例中，对于组N中的至少一些磁场敏感装置，电源包括用于将电流注入到对应磁场敏感装置的第二端子中的第二电流源，其中对应磁场敏感装置的第三端子被耦合到组N-1中的磁场敏感装置的一个端子。在这种示例中，对于1 ≤ k < N并且对于组k中的每个磁场敏感装置，第一端子可被耦合到组k+1中的磁场敏感装置的第三端子，第二端子可被耦合到组k+1中的另一磁场敏感装置的第三端子，并且对于k=1，第三端子可被耦合到参考电势或电流源，或者对于k≠1，第三端子可被耦合到组k-1中的磁场敏感装置的端子。在示例中，所述设备被配置为在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个端子处引出输出信号并且将引出的输出信号组合成总体输出信号。在示例中，在磁场敏感装置的第一和第二端子之间引出输出信号。

通常，在本公开的示例中，对于至少一个k（其中1 < k ≤ N），组k的磁场敏感装置为供电电流提供的内部电阻可小于组k-1的磁场敏感装置为供电电流提供的内部电阻。

在示例中，通过组N中的每个磁场敏感装置提供的电流可以是相同的。参照图7，电流I₁、I₂、I₃和I₄可标称上相同。实际上，当然，在所述四个电流源80、82、84、86之间可存在一些不可避免的不匹配。这可通过传统DEM(动态元件匹配)策略来处理。为此，控制电路可循环地或随机地重排列所述四个电流源，并且可计算输出信号的平均值。

在示例中，装置70和72可以是相同的。在示例中，单个组中的所有装置是相同的。然而，将会可以使用缩放因子以便例如选择I₁ = I₂ = 2*I₃ = 2*I₄并且使用两个并联装置b代替装置a。

如果所有电流I₁、I₂、I₃和I₄是相同的并且装置70和72是相同的，则装置74的内部电阻可以是装置70和72的内部电阻的一半。因此，当与装置70、72相比时，装置74可具有两倍宽度(而所述装置的所有其它参数是相同的) – 或者装置74可以是与装置70、72相同的两个装置的并联连接。然后，通过装置74的电流是通过装置70的电流的两倍，并且每组(层)的电压是相等的：V_sup1 = V_sup2。

理所当然地，霍尔效应装置70、72、74中的每个霍尔效应装置可由霍尔板（诸如图2中所示的三角形霍尔板）实现，或者它可以是复合装置，比如图5和6中示出的复合装置。这些装置的优点在于：它们在电气方面对称，从而使得无论哪对接触器用作输入电流端子，在恒定电流I₁、I₂、I₃、I₄情况下，供电电压V_sup2是恒定的。

此外，个体装置可相对于磁场具有相同或不同的取向，并且它们可定位成彼此接近以暴露于基本上相同的磁场，或者它们可定位成彼此相距显著距离(例如，芯片的左侧和右侧)以在不同点对磁场进行采样(像倾斜计中的情况一样)。

在示例中，图7中的电路图代表在旋转电流操作或电路转换操作的一个操作阶段期间的快照。通常，旋转电流操作或电路转换操作可包括多个操作阶段，并且有时被称为旋转电流方案。开关可与每个接触器关联。为了简单起见，在图7中未示出与每个接触器关联的开关。这些开关可被用于选择性地将霍尔效应装置的不同接触器连接到电流源，将霍尔效应装置的不同接触器连接到参考电势(诸如，地)，以及将组2的不同接触器与组1的接触器连接(短路)。图8示出与图7的设备对应的设备的示例，不同之处在于：开关S被示出。在图8中，仅示出开关阵列的那些开关，所述开关在图7中示出的操作阶段(开关状态)期间闭合(导通)以获得图7中示出的装置70、72和74的耦合。

因此，图8示出所述设备的示例，其中在旋转电流操作或接触转换操作的一个操作模式或操作阶段期间把电流路由通过霍尔效应装置以抵消偏移所需的所有开关有效(即，导通)。开关由NMOS晶体管表示，然而，它们也可由PMOS晶体管或传输门或任何其它技术实现。未示出用于引出电势V_a、V_b、V_c的开关，因为它们明显可连接在各接触器C_1a、C_2a、C_2b、C_3b、C_1c、C_2c之一和某个前置放大器输入之间。每个有效开关可归属于它连接到的接触器。因此，在接触器C_3a和C_1c之间存在两个串联的开关。这些开关可被合并为单个开关。这同样适用于在接触器C_1b和C_2c之间串联连接的两个开关。

现在描述图8中示出的设备的旋转电流操作或电路转换操作的示例。

在操作阶段1，如图8中所示实现连接，并且也如图8中所示引出信号。

在操作阶段2，电流I₂仍然被注入到接触器C_1a中，电流I₄仍然被注入到接触器C_3b中，而电流I₁现在被注入到接触器C_3a中，电流I₃现在被注入到接触器C_1b中，并且接触器C_2a和C_2b现在连接到组1。在组1中，来自装置70和72的电流可与操作阶段1中一样流入到相同的接触器C_1c、C_2c中，或者可流入到接触器C_1c和C_3c中。因此，可在旋转操作中仅操作组中的几个装置或仅操作特定几组中的装置，并且使其它装置处于非旋转操作(当然，随后它们的信号可能遭受较高的偏移误差，但如果所述装置仅用于磁场的AC检测，则这可能是无关的，而在旋转操作中操作的装置也可被用于磁场的DC检测)。此外，可在不同旋转频率操作装置：例如，组2中的装置可仅在与组1中的装置相比时旋转频率的一半操作，这意味着组2中的装置的连接仅在组1中的装置的连接每第二次改变时改变。在电流被注入的所述装置的两个接触器之间引出每个装置的信号。

在操作阶段3，电流I₁被注入到接触器C_3a中，电流I₃被注入到接触器C_1b中，电流I₂被注入到接触器C_2a中，电流I₄被注入到接触器C2b中，并且接触器C_1a和C_3b连接到组1。在组1中，来自装置70和72的电流可与第一操作阶段中一样流入到相同的接触器C_1c、C_2c中，或者流入到接触器C_2c和C_3c中，或者流入到接触器C_1c、C_3c中。在电流被注入的所述装置的两个接触器之间引出每个装置的信号。

最后，在所有三个阶段的所有旋转装置的信号被组合(例如，相加或求平均值或被低通滤波或积分)以给出总输出信号，所述总输出信号可具有大大减小的零点误差(=偏移误差)。

在参照图7和8描述的示例中，在同一装置的接触器之间：C_1a-C_2a、C_2b-C_3b、C_1c-C_2c引出输出信号。原则上，任何端子的电势可通过对这个端子相对于地或某个其它(任意)参考电势的电压进行采样而被用作输出信号，只要这个参考电势在旋转操作的所有操作阶段中恒定即可。在这种情况下，参考电势可保持接近于各端子的电势，因为随后处理输出信号的电路可更好地处理输出信号。通常，参考电势可被选择为使得个体操作阶段的输出信号不超过整个旋转操作的组合信号的100至1000倍。另外，如果针对低参考电势(诸如，地)对所述电势进行采样，则个体操作阶段的信号是大约几伏特，其中在旋转操作中，它们可基本上被减去，从而仅留下由磁场引起的微小差异。与减去小量相比，减去大量可导致更大的误差。

用于引出信号的替代方式可通过修改图8的设备实现。在替代示例中，电流源82和86可被跳过，并且接触器C_1a和C_3b之间的电压而非V_a和V_b可被采样。因此，在示例中，所述设备可被配置为引出一个组中的两个磁场敏感装置的相应端子之间的电压作为输出信号。当与图8中的方案相比时，这可导致较大的信噪比，但可能在抵消所述装置的偏移误差方面不太有效。

如以上已经指示的，在本公开的示例中，至少一些(或全部)磁场敏感装置包括至少三个接触器和开关阵列，所述开关阵列被配置为选择性地将所述至少三个接触器耦合到相应磁场敏感装置的至少三个供电端子。开关阵列还可被配置为选择性地将第一输出端子耦合到所述三个接触器之一并且选择性地将第二输出端子耦合到所述三个接触器之一。

包括开关阵列的磁场敏感装置的示例被示出在图9中。图9示出子电路的一种可能方案，子电路包括具有三个接触器C₁、C₂和C₃的霍尔效应装置，其中开关S连接到霍尔效应装置的接触器以及端子T₁、T₂和T₃。在每个接触器C₁、C₂、C₃和每个端子T₁、T₂、T₃之间提供一个开关，从而使得每个接触器能够被选择性地耦合到每个端子。端子T₁、T₂、T₃被用作供电端子，用于为所述装置供应电力并且把电流路由通过所述装置。在示例中，在个体操作阶段期间仅可提供或使用两个供电端子来为所述装置供应电力。另外，可在每个接触器(或每个端子)和两个输出OUT1、OUT2中的每个输出之间提供一个另外的开关，从而使得每个接触器(或端子)能够被耦合到每个输出。所述输出(端子)OUT1、OUT2被用于引出输出信号。在示例中，仅可提供或使用一个输出来引出输出信号。

这里描述的设备的示例包括控制电路，所述控制电路被配置为控制所述开关以实现电路转换操作(或旋转电流操作)的不同操作阶段。

在图9的右手侧的符号是快捷符号，其中输出OUT1、OUT2也可根据开关S的状态连接到端子T1、T2、T3中的其它端子。快捷符号中的箭头表示接触器能够被转换，即能够应用旋转操作。

使用图9的快捷符号，现在参照图10和11描述包括超过两组的磁场敏感装置的更复杂的布置。

图10示出用于检测磁场的设备的示例，所述设备包括三组磁场敏感装置。图10的布置可被视为具有三个组(层)的漏斗。组1包括一个磁场敏感装置100，组2包括两个磁场敏感装置102和104，并且组3包括四个磁场敏感装置106、108、110和112。电源包括八个电流源，所述八个电流源耦合到组3中的磁场敏感装置的端子。第一电流源被耦合到装置106的第一供电端子，第二电流源被耦合到装置106的第二供电端子，第三电流源被耦合到装置108的第一供电端子，第四电流源被耦合到装置108的第二供电端子，第五电流源被耦合到装置110的第一供电端子，第六电流源被耦合到装置110的第二供电端子，第七电流源被耦合到装置112的第一供电端子，并且第八电流源被耦合到装置112的第二供电端子。装置106的第三供电端子被耦合到装置102的第一供电端子，装置108的第三供电端子被耦合到装置102的第二供电端子，装置110的第三供电端子被耦合到装置104的第一供电端子，并且装置112的第三供电端子被耦合到装置104的第二供电端子。装置102的第三供电端子被耦合到装置100的第一供电端子，并且装置102的第三供电端子被耦合到装置100的第二供电端子。装置100的第三供电端子被耦合到参考电势V_ref(诸如，地)。

在操作中，第一和第二电流源提供通过装置106的供电电流，第三和第四电流源提供通过装置108的供电电流，第五和第六电流源提供通过装置110的供电电流，并且第七和八电流源提供通过装置112的供电电流。因此，存在通过图10中示出的设备的四个供电电流路径，第一供电电流路径延伸通过装置106、102和100，第二供电电流路径延伸通过装置108、102和100，第三供电电流路径延伸通过装置110、104和100，并且第四供电电流路径延伸通过装置112、104和100。

在示例中，所述设备被配置为控制与每个磁场敏感装置关联的开关以在不同开关状态之间变化，所述不同开关状态限定供电端子和接触器之间以及输出端子和接触器之间的不同耦合，以便获得偏移减小或偏移补偿。

通常，供电电流可具有两种极性。电流源可将电流注入到组N的装置中。然后，参考电势V_ref可以为低，例如0V。然而，电流源也可从组N中的装置抽取电流。然后，V_ref可以大，例如在2V和3V之间。在示例中，在旋转电流操作或接触转换操作中，一半操作阶段可将电流注入到组N中的装置中，而另一半操作阶段可从组N的装置抽取电流。通常，供电电流极性可在不同操作阶段切换为不同以便努力使通过每个装置的供电电流极性反转，以便抵消旋转操作中的热电误差，所述热电误差可以是霍尔装置偏移误差的几个起因之一。

在示例中，相应组中的磁场敏感装置的内部电阻被调整，从而使得每个组中的最大电压降V_sup1、V_sup2和V_sup3彼此对应，即它们是类似的。组2中的每个磁场敏感装置的内部电阻可以是组3中的每个磁场敏感装置的内部电阻的一半，并且组1中的每个磁场敏感装置的内部电阻可以是组2中的每个磁场敏感装置的内部电阻的一半。如图10中所示，组3(组N)中的每个磁场敏感装置可由代表单元装置的磁场敏感装置形成。组2中的每个磁场敏感装置可由并联连接的两个单元装置形成，并且组1中的每个磁场敏感装置可由并联连接的四个单元装置形成。如果所有单元装置是相同的并且所有电流是相等的并且所述装置是电气对称的，则对于旋转操作的所有操作阶段，V_sup1 = V_sup2 = V_sup3成立。

下面解释：如果装置不是电气对称的，可如何实现旋转操作。所述解释参照图8中所示的磁场敏感装置。如果相等的电流被注入到两个邻近接触器(诸如，装置70的接触器C_1a和C_2a)中，则跨所述装置的电压降大于电流被注入到两个外接触器(诸如，装置70的接触器C_1a和C_3a)中的情况。由于所述装置的电气非线性，甚至仅仅电流流动方向的反转也可在某种(较小但仍然可检测) 程度上改变电压降。因此，通常，人们可以认为每个装置能够在几个操作阶段操作，其中一些操作阶段可在所述装置上(在电流输入和输出之间)具有相同的电压降，而其它操作阶段将会具有基本上相同的电压降。为了这个解释的目的，人们可不必关心哪些操作阶段导致哪个电压降–替代地，人们可仅仅限定电压降能够被按照上升次序排列，V_supph1 < V_supph2 < V_supph3 < …… V_supphn，其中n不大于操作阶段的总数。对于对称装置，n = 1，并且对于不对称装置，它至少是2或更大。接下来，人们可区分个体装置的操作阶段(=装置操作阶段)和装置的完整漏斗电路(即，这里所解释的磁场敏感装置的布置)的操作阶段(=漏斗操作阶段)。在某个时间，装置#1可在操作阶段2操作，而装置#2可在操作阶段3操作。在某个时刻个体装置的所有这些操作阶段的组合可被称为“漏斗操作阶段”。如果在随后的时刻(步骤)改变这个组合，则人们可以说第一对第二漏斗操作阶段等等。

利用这些限定，人们能够解释在旋转操作中操作漏斗电路的不同策略：

(i)一个方案是对于旋转操作的所有操作阶段在具有相同的供电电压的阶段中操作所有组的所有装置(并且因此，操作完整漏斗电路的所有装置)。因此，在第一漏斗操作阶段，所有装置可在它们的操作阶段2中被操作，在第二漏斗操作阶段，它们可在阶段3中被操作，以此类推。但是，如果偶然装置操作阶段1和3具有相同的供电电压，则当然也可在它们的阶段1中操作一些装置并且在它们的阶段3中操作其它装置。这是图8中的装置70和72的情况。

(ii)另一方案是在具有第一供电电压的操作阶段操作第一组的所有装置，但在具有第二供电电压的操作阶段操作第二组的所有装置，以此类推。这适用于第一漏斗操作阶段。在第二漏斗操作阶段中，第一组的所有装置可在具有第二供电电压的操作阶段被操作，并且第二组的所有装置可在第一供电电压被操作。在这个操作中，不同组的供电电压通常不同。特定示例可组合装置操作阶段，以使得所有组的供电电压之和(即，整个漏斗的供电电压)对于所有漏斗操作阶段而言是相同的(或者至少不同漏斗操作阶段之间的供电电压波动被最小化)。这可给出漏斗电路的最高效率，因为它在所有漏斗操作阶段期间使用相同的电流和相同的电压。利用示例解释这一点：电气不对称装置在不同操作模式下操作各个组的装置可能是更有益的。例如，如果人们使用像图3中一样的装置，则存在两组操作阶段：如果两个电流流入或流出两个邻近接触器，则供电电压大于电流流入或流出两个外接触器的情况。因此，人们能够说出低欧姆阶段和高欧姆阶段。在具有偶数个组(层)的布置(漏斗)中，可能有益的是，在低欧姆阶段操作一半组中的装置并且在高欧姆阶段操作另一半组中的装置，因为那时在连接到电流源的接触器(即，组N中的接触器)处的最大电势可在所有操作阶段保持(至少几乎)不变。

在图10中示出的示例中，通过将组N中的每个磁场敏感装置的第一和第二端子耦合到电流源之一来强加电流分布。在其它示例中，可按照不同方式强加相同的电流分布。图11示出这种示例。图11中示出的设备与图10中示出的设备的不同之处在于：磁场敏感装置106的第一端子被耦合到参考电势V_ref，而非耦合到电流源之一，并且磁场敏感装置100的第三端子被耦合到电流源120，而非耦合到参考电势。因此，根据图11的示例，电流被强加到组N中的所有端子中，除了第一和第二端子中的一个端子之外，其中在组N中的这一个端子处强加电势，而电流也被强加到组1的一个端子中。如果连接到组N的所有电流源强加相等的电流，则连接到组1的电流源120可强加相反极性的这个电流的八倍。图11中示出的偏置电路可遭受轻微的不对称，因为连接到组1的电流源120的极性与连接到组1的电流源的极性相反。因此，在实践中，可能难以足够准确地在组1实现所述电流，并且这可在输出信号中引起误差。

通常，在示例中，在N个组的布置中，2^N个相同的电流源可连接到组N中的2^N-1个装置。在组N-1中可存在2^N-2个装置，……，并且在组1在可存在单个装置。如果人们使用单元装置，则组N可使用单元装置，而组N-1使用作为并联连接的两个单元装置的装置，并且组N-2使用作为并联连接的四个单元装置的装置，……并且最后，组N使用作为并联连接的2^N-1个单元装置的装置。在这种示例中，单元装置的总数是N*2^N-1，对于两个组而言这是四个单元装置，对于三个组而言是十二个单元装置，对于四个组而言是三十二个单元装置，并且对于五个组而言是八十个单元装置。应该注意的是，除了每个供电电压随着增加的装置数量而减小的事实之外，剩余偏移随着装置数量的平方根而减小，因为剩余偏移是随机量。

图12示出具有三个和五个接触器的单个装置的剩余偏移的标准差，其中具有三个接触器的装置与图3中示出的装置相同。如果人们假设系统具有可用的2.4 V的供电并且如图12中所示，单个装置的剩余偏移对供电电压增加，则人们可获得下面的具有不同数量的组(层)的各种漏斗布置的剩余偏移：

组的数量	每组的供电	单元装置的数量	剩余偏移	总电流
					1	2.4V	1	700/ = 700 µTrms	I0
2	1.2V	4	400/ = 200 µTrms	I0
					3	0.8V	12	200/ = 58 µTrms	1.33*I0
4	0.6V	32	120/ = 21 µTrms	2*I0
					5	0.48V	80	95/ = 11 µTrms	3.2*I0

因此，能够看出，这里描述的示例可有效地将偏移减小至非常低的值。增加装置的数量可导致大量的装置和关联的开关、信号线和导线所需的增加的芯片面积。如果人们采用具有15 µm x 10 µm的空间消耗的如图3中所示的单个3C-VHall装置并且将它与具有四个接触器的霍尔板的传统四元组(其具有4 * 80 µm x 80 µm的空间消耗)进行比较，则可在相同空间中放置171个3C-VHall。具有五个组(层)的漏斗布置仅具有80个单元装置，并且因此，安装到大约所述空间的一半中。因此，如果使用相同的芯片尺寸，则与利用4C-HHall的情况相比，人们可利用3C-VHall实现类似的剩余偏移。事实上，在相同的布局尺寸，3C-VHall的体积可以是4C-VHall的体积的大约3倍，因为3C-VHall以3倍深度到达基底中。

从以上表的能够得知，电流消耗适度增加。如果人们采用单元电流源和单元装置并且如果人们忽略装置的电气非线性(即，如果装置的接触器处于较高电势则装置的电阻可按照大约10%/V增加的事实)，则与单个装置相比，具有N个组的漏斗可消耗(1/N)*2^N-1倍的电流。

图13a和13b示出具有三组磁场敏感装置的设备(即，例如如图10中所示的设备)的布局的示例。在图13a中，装置的宽度被缩放以在组2和3中获得减小的内部电阻。例如，组2中的装置的宽度可以是组3中的装置的宽度的大约两倍，并且组1中的装置的宽度可以是组2中的装置的宽度的两倍。在图13b中，使用单元装置，其中组2和组1中的装置的相应接触器通过导线被短路。因此，组2中的每个磁场敏感装置由并联连接的两个单元装置(每个单元装置代表磁场敏感元件)形成，并且组1中的磁场敏感装置由并联连接的四个单元装置形成。当然，可改变装置相对于彼此的布置(例如，将它们沿水平方向或沿垂直方向排列)。应该注意的是，如果霍尔效应装置的面积保持基本上不变，即当装置的主要部分位于它的周界时，霍尔效应装置的剩余偏移可随着增加的周界而增加，因为电气非线性现象(比如，在pn隔离处的耗尽宽度的调制和在沟槽隔离处的电荷调制)在周界处发生。因此，与并联连接的四个单元装置(比如，在图13b的组1中)相比，具有宽接触器的装置(比如，在图13a的组1中)非常可能表现出更小的剩余偏移，并且这可甚至进一步减小整个设备的剩余偏移。

在示例中，磁场敏感装置是霍尔效应装置。在示例中，磁场敏感装置是垂直霍尔效应装置。

在其它示例中，磁场敏感装置可由其它装置形成。例如，MAG-FET能够使用相同原理。特别地，分裂漏极MAG-FET是类似于霍尔效应装置的装置，并且其沟道用作霍尔效应区域。在MAG-FET中，通过栅极体电势来影响电荷载流子的浓度，这不同于霍尔效应装置。在MAG-FET中，供电接触器是源极接触器和两个漏极接触器，因为漏极被分成两个部分。图14示出包括按照两个层(组)形式的漏斗布置的设备的示例，其中组1包括MAG-FET3并且组2包括MAG-FET1和MAG-FET2。MAG-FET被耦合，从而使得来自MAG-FET3的电流在零磁场被分成两个相等的部分并且每个部分流经组2中的一个MAG-FET。如果施加磁场，则通过MAG-FET1和MAG-FET2的电流不再相等，因为对MAG-FET3的沟道中的电荷载流子的洛伦兹力将它们转移到两个分裂漏极之一。然而，即使在高磁场，MAG-FET3的两个漏极电流之差也只是很少量。能够如图14中的箭头所指示那样在每个MAG-FET的两个漏极之间引出输出信号。在示例中，栅极G1和G2处于相等的电势。组2的MAG-FET的漏极可连接到负载(即，电阻)或形成电源的一部分的电流源以便独立地提供通过MAG-FET1和MAG-FET2的供电电流。

在示例中，每组中的装置的内部电阻被调整，以使得跨每组的供电电压降是相同的。然而，如上所述，如果装置是不对称的，则处于高欧姆操作阶段的组中的供电电压降可大于处于低欧姆操作阶段的组中的供电电压降。在这种情况下，可实现旋转操作，以使得在整个旋转操作期间获取的平均供电电压降在每个组中是相同的。在其它示例中，稍微不同的供电电压降或平均供电电压降可被调整。例如，在具有2V的总供电电压的具有三个组的布置中，装置宽度(或通常，装置电阻)可被调整，以使得在组3中，供电电压降是0.8V，并且在其它两个组中，电压降是0.6 V。由于较大的供电电压，顶部的组中的装置的偏移将会稍微较大。此外，由于电气非线性，可能难以调整装置电阻以使得在每个组中电压非常精确地相同。因此，在实践中，可能优选的是，使用单元装置并且通过并联连接几个单元装置来构造下部的组的装置。然后，由于装置的电气非线性，跨组N的供电电压降可稍微大于跨组N-1的供电电压降(例如，按照大约10%/V)，因此，如果组N处于2V，则它的单元装置的内部电阻可比第一组中的处于地电势的相同的单元装置大20%。

在示例中，每个磁场敏感装置被形成在与其它磁场敏感装置的霍尔效应区域分离的霍尔效应区域中。

在示例中，一些磁场敏感装置可被形成在共同霍尔效应区域中，其中用作磁场敏感装置的共同霍尔效应区域的各部分由霍尔效应区域的接触器限定。图15示出包括三组装置(即，N=3)的示例的示意视图，其中每个组中的装置由共同霍尔效应区域的各部分形成。组3的装置被形成在共同霍尔效应区域150中，组2中的装置被形成在共同霍尔效应区域152中，并且最下部的组1中的装置被形成在霍尔效应区域154中。霍尔效应区域150包括并排的十二个接触器，霍尔效应区域152包括并排的六个接触器，并且霍尔效应区域154包括并排的三个接触器。每个磁场敏感装置由三个相邻接触器形成，如图15中由虚线所示。接触器可被耦合到供电端子，如图15中所示。图15示出在一个操作阶段中的情况。同样，接触器可具有开关阵列以选择性地将接触器耦合到供电端子和输出端子。如图15中所示，霍尔效应区域的宽度被修改以调整装置的内部电阻。例如，霍尔效应区域152的宽度可以是霍尔效应区域150的宽度的两倍，并且霍尔效应区域154的宽度可以是霍尔效应区域152的宽度的两倍。通常，在包括N个组的设备中，组k可具有3x2^k-1个接触器，其中1≤k≤N。

图16示出根据本公开的用于检测磁场的方法的示例的流程图。在200，独立地提供供电电流，所述供电电流通过分组在N个组中的多个磁场敏感装置中的组N的每个磁场敏感装置，其中N > 1，其中对于1 ≤ k ≤ N，每个组k包括2^k-1个磁场敏感装置，其中所述多个磁场敏感装置被耦合，以使得，对于1< k ≤ N，流经组k中的两个磁场敏感装置的供电电流流经组k-1中的一个磁场敏感装置。在202，在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个接触器处引出输出电压。在204，引出的输出信号被组合成代表磁场的测量值的总体输出信号。

在示例中，最下部的组包括超过一个磁场敏感装置，即k > 1。在这种示例中，在最下部的组中不存在全部电流流经的单个装置。

在示例中，独立地提供通过组N中的每个磁场敏感装置的供电电流包括：对于组N中的至少一些磁场敏感装置：通过(在)相应磁场敏感装置的第一端子强加电流，并且通过(在)相应磁场敏感装置的第二端子强加电流，其中相应磁场敏感装置的第三端子被耦合到组N-1中的磁场敏感装置的一个端子，从而使得通过(在)对应磁场装置的第一和第二端子强加的电流流经组N-1中的所述磁场敏感装置（在组N-1中的所述磁场敏感装置流动）。

在示例中，可使用具有多个输出的电流镜提供供电电流，每个输出在磁场敏感装置之一的一个端子处强加相应电流。

在示例中，在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个接触器处引出输出电压包括在磁场敏感装置的第一和第二端子之间引出输出信号。

在示例中，独立地提供通过组N中的每个磁场敏感装置的供电电流包括：通过对应磁场敏感装置的第一端子强加电流，并且引出输出电压包括在组N中的两个磁场敏感装置的第二端子之间引出输出信号。

在示例中，至少一些磁场敏感装置包括具有至少三个接触器的磁场敏感元件和开关阵列，所述方法包括控制开关阵列以选择性地将所述至少三个接触器和所述至少三个供电端子彼此耦合。开关阵列可被控制为选择性地将第一输出端子耦合到所述三个接触器之一并且选择性地将第二输出端子耦合到所述三个接触器之一。开关阵列可被控制为在不同开关状态之间变化以便获得偏移减小或偏移补偿，所述不同开关状态限定端子和接触器之间以及输出端子和接触器之间的不同耦合。

本公开的示例提供一种具有至少三个接触器的磁场敏感装置的布置，所述布置包括：第一组(层)中的至少一个磁场敏感装置、第二组(层)中的至少两个磁场敏感装置；用于为所述三个磁场敏感装置中的至少两个磁场敏感装置供应电力的构件；和用于将第二组中的所述至少两个磁场敏感装置与第一组中的所述至少一个磁场敏感装置连接从而使得流经第二组中的所述至少两个磁场敏感装置的电流之和流经第一组中的所述至少一个磁场敏感装置的构件。在示例中，在第二组中的所述至少两个磁场敏感装置之间不存在任何永久欧姆连接。所述三个磁场敏感装置中的至少一个磁场敏感装置可连接到参考电势。可在每个组的至少一个装置处引出输出信号，并且输出信号可被组合以给出总体输出信号。第一组中的针对（一个或多个）供电电流的最大电阻可小于第二组中的针对供电电流的最大电阻。至少一个装置可具有连接到三个不同端子的正好三个不同接触器。可提供用于选择性地将每个接触器连接到每个端子的构件。

本公开的示例提供一种具有至少三个接触器的磁场敏感装置的布置，所述布置包括：整数N>1个组(层)；第一组中的一个磁场敏感装置；在具有组编号k(其中1 ≤k < N)的每个组中，存在具有组编号k+1的组中的一半数量的磁场敏感装置；和用于把通过组编号k+1的两个磁场敏感装置的电流之和路由通过组编号k的一个磁场敏感装置的构件，其中对于至少一个k，组编号k中的磁场敏感装置的针对供电电流的内部电阻小于组编号k+1中的磁场敏感装置的针对供电电流的内部电阻。

本公开的示例提供一种磁场敏感装置的新的耦合，所述新的耦合允许具有三个端子的多个磁场敏感装置的互连(堆叠)和接触转换。示例提供一种磁场敏感装置的漏斗布置，在所述漏斗布置中，所述装置被分组在几个组或层中(其中术语组和层可被以可交换方式使用)。当与装置连接到环的布置相比时，示例可提供通过装置的更高效的电流流动。因此，示例可提供增加的磁灵敏度和减小的剩余偏移。

在示例中，相同组中的装置可被视为距延伸通过所述装置的供电电流路径的相应末端端子具有相同的距离。术语距离表示连接在相应末端端子和所述磁场敏感装置之间的其它磁场敏感装置的数量。作为示例，在图10中，组3中的装置与第一(上部)末端端子的距离为0并且与第二(下部)末端端子距离为2，而组2中的装置与两个末端端子距离都为1。

在示例中，彼此独立地提供通过装置的供电电流意味着：在相应装置的一个或多个端子处强制(强加)导致相应供电电流的一个或多个电流。因此，通过每个装置的电流的量由（一个或多个）强制的电流精确地限定，而不管所述装置如何。在示例中，提供分离的电流源以在关联的端子处强加(强制)每个相应电流。

在示例中，所述设备可包括被配置为控制设备的操作(诸如，电流源和开关阵列的操作)以便实现这里描述的操作的电路。此外，清楚的是，所述设备可包括被配置为处理引出的输出信号的电路。替代地，可提供用于处理输出信号的分离的信号处理器。处理引出的输出信号可包括下面的至少一个操作：组合在不同输出端子处引出的输出信号，以及组合在不同操作阶段期间引出的输出信号。组合输出信号可包括：对输出信号执行加法、减法、求平均值、低通滤波或积分。

如这里所使用的，术语“磁场敏感装置”可表示具有接触器(诸如，至少三个接触器)的单个磁场敏感元件。术语“磁场敏感装置”也可涉及包括多个磁场敏感元件的复合装置，所述多个磁场敏感元件的接触器彼此连接，从而使得所述装置具有并联连接的几个磁场敏感元件。最后，术语“磁场敏感装置”可涉及复合装置，所述复合装置使几个磁场敏感元件的接触器连接，从而使得所述几个磁场敏感元件串联连接，诸如图5中所示的装置。这种复合装置的元件的接触器可被以这种方式连接：所述复合装置具有与个体元件相同的数量的接触器。例如，图5和6中示出的装置的端子T₁、T₂、T₃可被视为代表对应复合装置的接触器。

虽然一些方面已被描述为在设备的情况下的特征，但清楚的是，这种描述也可被视为方法的对应特征的描述。虽然一些方面已被描述为在方法的情况下的特征，但清楚的是，这种描述也可被视为关于设备的功能的对应特征的描述。

在前面的详细描述中，能够看出，为了简化本公开的目的，各种特征在示例中被聚集在一起。公开的这种方法不应该被解释为反映如下意图：要求保护的示例需要比在每个权利要求中明确地记载的特征多的特征。相反地，如下面的权利要求所反映，发明主题可以在于比单个公开的示例的所有特征少的特征。因此，下面的权利要求因此被包括在详细描述中，其中每个权利要求可独立作为单独的示例。尽管每个权利要求可独立作为单独的示例，但应该注意的是，虽然从属权利要求可在权利要求中表示与一个或多个其它权利要求的特定组合，但其它示例还可包括所述从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合或每个特征与其它从属或独立权利要求的组合。除非指出不预期特定组合，否则这里提出这种组合。另外，还意图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该独立权利要求。

上述示例仅说明本公开的原理。应该理解，这里描述的装置和细节的修改和变化将会对于本领域其它技术人员而言是清楚的。因此，它意图仅由即将发生的专利权利要求的范围限制，而非由通过描述和解释这里的示例的方式呈现的特定细节限制。

Claims

1.一种用于检测磁场的设备，包括：

多个磁场敏感装置，包括至少第一磁场敏感装置、第二磁场敏感装置和第三磁场敏感装置；和

电源，被配置为提供通过第一磁场敏感装置的第一供电电流和通过第二磁场敏感装置的独立于第一供电电流的第二供电电流；

其中第一至第三磁场敏感装置被耦合，以使得第一供电电流流经第一磁场敏感装置而不流经第二磁场敏感装置，第二供电电流流经第二磁场敏感装置而不流经第一磁场敏感装置，并且第一供电电流和第二供电电流之和流经第三磁场敏感装置。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述第三磁场敏感装置向第一和第二供电电流之和提供的内部电阻小于第一磁场敏感装置向第一供电电流提供的内部电阻并且小于第二磁场敏感装置向第二供电电流提供的内部电阻。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述多个磁场敏感装置被分组在N个组中，其中N >1，

其中对于1 ≤ k ≤ N，每个组k包括2^k-1个磁场敏感装置，

其中所述电源被配置为独立地提供通过组N的每个磁场敏感装置的供电电流，

其中所述多个磁场敏感装置被耦合，以使得，对于1 < k ≤ N，流经组k中的两个磁场敏感装置的供电电流流经组k-1中的一个磁场敏感装置。

4.如权利要求3所述的设备，其中，对于至少一个k，1 < k ≤ N，组k的磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻大于组k-1的磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻。

5.如权利要求4所述的设备，其中组k的磁场敏感装置具有

小于组k-1的磁场敏感装置的掺杂浓度；

大于组k-1的磁场敏感装置中的供电端子之间的间隔；

小于组k-1的磁场敏感装置的有效区域的宽度；

用于隔离利用大于组k-1的磁场敏感装置中的反向偏置电压偏置的有效区域的pn结；和/或

并联连接的多个磁场敏感元件。

6.如权利要求3至5之一所述的设备，其中每个磁场敏感装置包括至少三个端子，其中对于组N中的每个磁场敏感装置，所述电源在对应磁场敏感装置的第一端子处强加电流。

7.如权利要求6所述的设备，其中对于组N中的至少一些磁场敏感装置，所述电源在对应磁场敏感装置的第二端子处强加电流，其中对应磁场敏感装置的第三端子被耦合到组N-1中的磁场敏感装置的第一端子。

8.如权利要求6所述的设备，其中对于1 ≤ k < N并且对于组k中的每个磁场敏感装置，第一端子被耦合到组k+1中的磁场敏感装置的第三端子，第二端子被耦合到组k+1中的另一磁场敏感装置的第三端子，并且对于k≠1，第三端子被耦合到组k-1中的磁场敏感装置的端子。

9.如权利要求6所述的设备，被配置为在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个端子处引出输出信号并且将引出的输出信号组合成总体输出信号。

10.如权利要求7所述的设备，被配置为在至少一些磁场敏感装置的第一和第二端子之间引出输出信号。

11.如权利要求6所述的设备，被配置为在组N中的两个磁场敏感装置的第二端子之间引出输出信号。

12.如权利要求6所述的设备，其中至少一些磁场敏感装置包括具有至少三个接触器的磁场敏感元件和开关阵列，所述开关阵列被配置为选择性地将所述至少三个接触器和所述至少三个端子彼此耦合。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述开关阵列还被配置为选择性地将第一输出端子耦合到所述三个接触器之一并且选择性地将第二输出端子耦合到所述三个接触器之一。

14.如权利要求13所述的设备，其中所述设备被配置为控制开关阵列以在不同开关状态之间变化以便获得偏移减小或偏移补偿，所述不同开关状态限定端子和接触器之间以及输出端子和接触器之间的不同耦合。

15.如权利要求3至5和7至14之一所述的设备，其中每个组的磁场敏感装置被形成在共同磁场敏感区域中。

16.如权利要求1至5和7至14之一所述的设备，其中至少一个磁场敏感装置包括串联连接的几个磁场敏感元件或包括并联连接的几个磁场敏感元件。

17.如权利要求1至4之一所述的设备，其中所述磁场敏感装置包括霍尔效应装置或MAGFET。

18.一种用于检测磁场的设备，包括：

电源，

其中第一至第三磁场敏感装置彼此耦合并且耦合到所述电源，以使得第一供电电流路径延伸通过第一磁场敏感装置而不延伸通过第二磁场敏感装置，第二供电电流路径延伸通过第二磁场敏感装置而不延伸通过第一磁场敏感装置，并且第一和第二电流路径延伸通过第三磁场敏感装置，并且

其中第三磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻小于第一磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻和第二磁场敏感装置向供电电流提供的内部电阻。

19.一种用于使用设备检测磁场的方法，所述设备包括具有至少三个端子并且分组在N个组中的多个磁场敏感装置，其中N > 1，其中对于1 ≤ k ≤ N，每个组k包括2^k-1个磁场敏感装置，其中所述多个磁场敏感装置被耦合，以使得对于1< k ≤ N，流经组k中的两个磁场敏感装置的供电电流流经组k-1中的一个磁场敏感装置，所述方法包括：

独立地提供通过组N的每个磁场敏感装置的供电电流；

在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个接触器处引出输出信号；以及

将引出的输出信号组合成代表磁场的测量值的总体输出信号。

20.如权利要求19所述的方法，其中独立地提供通过组N中的每个磁场敏感装置的供电电流包括：对于组N中的至少一些磁场敏感装置，

在相应磁场敏感装置的第一端子处强加电流；

在相应磁场敏感装置的第二端子处强加电流；

其中相应磁场敏感装置的第三端子被耦合到组N-1中的磁场敏感装置的一个端子，从而使得在对应磁场敏感装置的第一和第二端子处强加的电流流到组N-1中的所述磁场敏感装置。

21.如权利要求19所述的方法，其中，对于1 ≤ k < N并且对于组k中的每个磁场敏感装置，第一端子被耦合到组k+1中的磁场敏感装置的第三端子，第二端子被耦合到组k+1中的另一磁场敏感装置的第三端子，并且对于k≠1，第三端子被耦合到组k-1中的磁场敏感装置的端子，从而使得电流从组k中的所述两个磁场装置的第三端子经组k-1中的相应磁场敏感装置流到其第三端子。

22.如权利要求21所述的方法，其中在每个组的至少一个磁场敏感装置的至少一个接触器处引出输出信号包括在磁场敏感装置的第一和第二端子之间引出输出信号。

23.如权利要求19所述的方法，其中独立地提供通过组N中的每个磁场敏感装置的供电电流包括在对应磁场敏感装置的第一端子处强加电流，并且其中引出输出信号包括在组N中的两个磁场敏感装置的第二端子之间引出输出信号。

24.如权利要求19至23之一所述的方法，其中至少一些磁场敏感装置包括具有至少三个接触器的磁场敏感元件和开关阵列，所述方法包括控制开关阵列以选择性地将所述至少三个接触器和所述至少三个端子彼此耦合。

25.如权利要求24所述的方法，包括：控制开关阵列以选择性地将第一输出端子耦合到所述三个接触器之一并且选择性地将第二输出端子耦合到所述三个接触器之一。

26.如权利要求25所述的方法，包括：控制开关阵列以在不同开关状态之间变化以便获得偏移减小或偏移补偿，所述不同开关状态限定端子和接触器之间以及输出端子和接触器之间的不同耦合。