CN107923955B

CN107923955B - 霍尔传感器

Info

Publication number: CN107923955B
Application number: CN201680039555.4A
Authority: CN
Inventors: 安德拉什·莫兹萨里; 罗斯维塔·普默; 格奥尔格·勒雷尔
Original assignee: AMS CO LTD
Current assignee: AMS CO LTD
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: EP3118640B1; US11047934B2; US20190128975A1; WO2017009038A1; CN107923955A; EP3118640A1

Abstract

一种霍尔传感器，具有至少四个传感器端子和多个霍尔传感元件，所述至少四个传感器端子用于连接霍尔传感器，所述多个霍尔传感元件具有元件端子。将该霍尔传感元件与元件端子在传感器端子之间的连接网格中进行互连，该连接具有多于一个维度。霍尔传感元件被物理地布置在具有多于一个维度并且不同于连接网格的布置网格中。该霍尔传感元件中的至少一些被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。

Description

霍尔传感器

本发明涉及一种霍尔传感器，特别是具有多个霍尔传感元件的霍尔传感器。

集成霍尔传感器通常具有可能在10mT范围内的偏移量。通过使用电流旋转技术(current spinning technique)来减少这种偏移量是众所周知的。这种电流旋转技术在换流(commuting)霍尔传感器的电触点时，产生所得的几个测量值的算术和或算术差。所得算术和或算术差通常仍包含一些小的偏移量，通常将其称为残差偏移量。对于横向霍尔传感器，这种残差偏移量的常见范围在20μΤ和200μΤ之间，并且对于垂直霍尔传感器，这种残差偏移量的常见范围在200μΤ和2mΤ之间。对于像测量地球磁场的水平分量的几个应用，这种残差偏移量范围仍然太高。例如，地球磁场的水平分量大约是20μΤ。

要实现的目的是提供一种改进的霍尔传感器，其允许具有进一步减少的残差偏移量的测量值。

该目的是以独立权利要求的主题来实现的。改进和实施例是从属权利要求的主题。

在本申请人的先前申请WO 2013/053534 A1(其导致了欧洲专利EP 2766740Bl并且还被公布为处于国家阶段的US 2014/0327435 A1)中，描述了一种包括多个霍尔传感元件的霍尔传感器，所述多个霍尔传感元件被互连在该霍尔传感器的传感器端子之间的网格结构中。这些公布的的内容在此全文并入。由于该网格状的互连，所以多个霍尔传感元件可以经由传感器端子像单个霍尔传感器那样接触。例如，矩阵状布置，特别是二维或二维以上网格由霍尔传感元件的电连接形成。

本发明基于如下思想：霍尔传感元件的物理布置可以不同于由霍尔传感元件之间的互连导致的逻辑布置或电布置。例如，单个霍尔传感元件被放置在布置网格中，例如在半导体本体上，并且由不同于布置网格的连接网格中的特定接线进行互连。每个传感元件在连接网格中具有相关联的连接网格位置并且在布置网格中具有布置网格位置。比较这两个网格时，这两个位置是不同的。例如，在布置网格中邻近的(即相邻地位于布置网格中的)霍尔传感元件在连接网格中可以不相互连接。因此，布置网格的一个区域中的生产效应(production effects)可能由于不同的电互连而对残差偏移量具有减小的影响。

根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器的示例性实施例包括用于连接霍尔传感器的至少四个传感器端子。霍尔传感器进一步具有多个具有元件端子的霍尔传感元件。霍尔传感元件与元件端子在传感器端子之间的连接网格中的连接网格位置处进行互连，其中连接网格具有多于一个维度，即至少是二维。霍尔传感元件被物理地布置在具有多于一个维度并且不同于连接网格的布置网格中的布置网格位置处。对于霍尔传感元件中的至少一些，特别是对于霍尔传感元件中的大多数，相关联的连接网格位置不同于相关联的布置网格位置。霍尔传感元件中的至少一些霍尔传感元件被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。例如，霍尔传感元件中的大多数霍尔传感元件被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。在一些实施方式中，霍尔传感元件中的每个都被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。

优选地，霍尔传感元件中的每个都被配置为提供其元件端子中的两个之间的单独传感器值。此外，优选地，被互连在连接网格中的霍尔传感元件可以经由传感器端子像单个霍尔传感器那样被接触。

对于其中布置网格不同于连接网格的这种实施例，其脱离了局部邻域(localneighbourhood)连接的专用。相反，采用了到至少第二邻近霍尔传感元件的更长距离的电连接。例如，有利于良好的残差偏移量的对称效应可以被用于放置被电互连的霍尔传感元件。

根据一些实施方式，布置网格的至少一个网格线的霍尔传感元件被连接至连接网格之内的霍尔传感元件，所述连接网格之内的霍尔传感元件不相邻地位于布置网格之内。例如，由霍尔传感元件的水平线和垂直线来定义这种网格线，例如由霍尔传感元件的水平线和垂直线来定义网格的行或列。因此，例如被电互连的两个网格线在布置网格中被物理地布置为彼此分开，例如，具有被物理地布置在两个互连的网格线之间的霍尔传感元件的至少一个进一步网格线。

在一些实施方式中，连接网格包括第一网格线、第二网格线和第三网格线，其中连接网格的第二网格线的霍尔传感元件被连接在连接网格的第一网格线的霍尔传感元件与第三网格线的霍尔传感元件之间。此外，连接网格的进一步网格线的霍尔传感元件被物理地布置在连接网格的第二网格线的霍尔传感元件与第三网格线的霍尔传感元件之间。在这种实施方式中，例如，连接网格的第一网格线与第二网格线不必要彼此直接连接，但可以在之间具有进一步网格线。然而，也不排除这种直接连接。

在根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器的各种实施方式中，连接网格和布置网格各自都为具有第一维度和第二维度的各自结构网格，并且各自都包括沿着第一维度和第二维度中的每个的网格线。这种结构网格也可以被称为规则网格并且可以例如被实施为笛卡尔网格。特别地，这种结构网格具有规则拓扑结构，其不必要限定(condition)网格单元的规则尺寸。然而，如果使用相同或相似霍尔传感元件，结构网格的几何结构也可以是规则的。

在这种网格线沿着两个维度的结构网格中，可以像矩阵之内的元件那样，由用于两个维度中的每个的唯一索引来标识每个霍尔传感元件。由于连接网格与布置网格之间的差异，所以用于一个任意选择的霍尔传感元件的这种索引在连接网格中的定义与布置网格中的定义之间可以不同。换言之，每个布置网格位置或连接网格位置由两个相应的索引来定义，一个用于布置网格(相应地用于连接网格)的两个维度中的每个。因此这些索引对应于两个维度的网格线的交叉点。

在具有这种结构网格的特定实施方式中，连接网格中的每个网格线在排列网格中恰好具有一个网格线作为对应方，使得连接网格中的所述网格线与布置网格中的所述对应方网格线共享相同的霍尔传感元件。因此，例如，一组相同的霍尔传感元件可以被互连在连接网格的一个网格线中并且被布置在布置网格的一个网格线中。优选地，在相同维度中找到这种对应的网格线。

在具有结构网格的特定实施方式中，布置网格的第一维度的至少一个网格线的霍尔传感元件被连接至连接网格的第一维度的网格线的霍尔传感元件，所述连接网格的第一维度的网格线未被物理地布置为相邻于布置网格的第一维度的至少一个网格线。优选地，布置网格的第二维度的至少一个网格线的霍尔传感元件也被连接至连接网格的第二维度的网格线的霍尔传感元件，所述连接网格的第二维度的网格线未被物理地布置为相邻于布置网格的第二维度的至少一个网格线。

在具有结构网格的进一步实施方式中，对于被直接连接在连接网格中的至少一个维度的网格线中的每两个网格线，布置网格中的所述网格线的位置距离小于或等于2。例如，恰好一个进一步网格线被物理地布置在被电互连在连接网格中的两个网格线之间。这可以适用于两个维度。

在一些具有结构网格的实施方式中，连接网格的网格线的排序与布置网格的网格线的排序至少在一个维度上通过排列函数相关。例如，除了允许霍尔传感元件的平衡布置的特定排序(例如，采用对称效应)外，不存在网格线的任意排序、相应排序。

例如，排列函数将连接网格的网格线的连续的前半部分的网格线排序在连接网格的网格线的连续的后半部分部的网格线之间。因此，排列函数实现了对布置网格的网格线的排序。这允许在连接网格中不间断的连续的前半部分的网格线在连接网格的连续的后半部分的连续网格线之间以倒序进行排序，使得实现对布置网格的网格线的排序。

想象连接网格、相应地连接网格的霍尔传感元件显示在一张纸上，倒序的排序对应于纸张沿着由连接网格的中间或近似中间所定义的轴线折叠，假设在单独霍尔传感元件之间具有充足的空间。

根据一些实施方式，排列函数可以被定义为

其中，i_arr_grid表示布置网格中的网格线的位置编号，i_conn_grid表示连接网格中的网格线的位置编号，并且N表示对于相应维度，存在于布置网格和连接网格中的网格线数目。在该函数中，将沿着一个维度的网格线的奇数数目N和偶数数目N加以区分。

在具有结构网格的霍尔传感器的各种实施方式中，可以以相对于相邻于连接网格中的至少一个网格线的连接网格中的网格线的霍尔传感元件的对齐或方位的不同定向来布置连接网格中的所述至少一个网格线的霍尔传感元件。

霍尔传感元件可以由上述各种实施例中的横向霍尔传感器元件形成。这种横向霍尔传感元件可以具有方形或矩形形状并且具有分别布置在这种矩形的每个侧面处的四个端子。作为替代，这些矩形的拐角可以被用于提供元件端子。可以提供在侧面和拐角二处的附加元件端子，使得存在八个元件端子。可以取而代之地使用其他众所周知的形状，特别是十字形形状。

以类似的方式，还可以使用垂直霍尔传感元件，其也可以被实施为四个元件端子(相应五个元件端子)，对应于具有四个元件端子的横向霍尔传感器。此外，可以使用具有八个元件端子(相应九个元件端子)的垂直霍尔传感元件。

例如，如果使用具有四个或五个元件端子的垂直霍尔传感元件，则可以借助于半导体芯片的恰好两个金属层来将这些传感器元件互连在连接网格中(假设霍尔传感器集成在这种芯片上)。如果使用具有八个或九个元件端子的垂直霍尔传感元件，则可以借助于半导体芯片的恰好三个金属层来将这些传感器元件互连在连接网格中。因此，尽管霍尔传感元件的布置不同于其电互连，但在半导体芯片上实施接线仅需要很少的额外工作量。如果利用了对称性或镜像特性，则这变得特别有效。此外，即使在采用最小或几乎最小距离来放置霍尔传感元件也不需要额外工作量。

一般来说，通过实施改进的霍尔传感器概念，可以在不改变基础布置的电特性的情况下，改变搭载了霍尔传感元件的半导体本体的区域的布局。因此，可以执行对所使用的区域的优化。

下面将参照附图针对几个实施例详细描述本发明。相同参考数字指定了具有相同功能的元件或组件。至于在功能上彼此对应的元件或组件，将不会在下列图中的每幅中重复描述它们。

在图中：

图1示出了具有被互连在连接网格中的多个霍尔传感元件的霍尔传感器的示例性实施例；

图2示出了被互连在连接网格中的多个霍尔传感元件的示例实施例；

图3示出了从连接网格到布置网格的变换的图形示例实施方式；

图4示出了布置网格的示例实施方式；

图5A和图5B示出了横向霍尔传感元件和垂直霍尔传感元件的示例实施方式；

图6A和图6B示出了横向霍尔传感元件和垂直霍尔传感元件的进一步示例实施方式；

图7示出了被互连在连接网格中的霍尔传感元件的示例实施方式的细节；

图8示出了被互连在连接网格中的多个霍尔传感元件的进一步示例实施方式；

图9A和图9B示出了根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器的示例实施方式。

图10示出了连接网格中的多个霍尔传感元件和布置网格中的多个霍尔传感元件的示例表示；并且

图11示出了连接网格中的多个霍尔传感元件和布置网格中的多个霍尔传感元件的进一步示例表示。

图1示出了根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器的示例实施例。霍尔传感器HS包括被互连在传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D之间的连接网格中的多个霍尔传感元件11、12、……88。霍尔传感元件11、12、……88中的每个具有元件端子(未示出)，所述元件端子被用于将相应的霍尔传感元件彼此互连以形成连接网格，并且用于(特别是在外部霍尔传感元件处)将连接网格连接至传感器端子EXT_A至EXT_D。特别地，传感器端子EXT_A被连接至霍尔传感元件14、霍尔传感元件15，传感器端子EXT_B被连接至霍尔传感元件41、霍尔传感元件51，传感器端子EXT_C被连接至霍尔传感元件84、霍尔传感元件85并且传感器端子EXT_D被连接至霍尔传感元件48、霍尔传感元件58。例如，所有霍尔传感元件11、12、……88具有相同的设计。由于霍尔传感器元件的数目较多，所以可以额外减少残差偏移电压。

在该示例配置中，霍尔传感元件形成8x8网格，其中导致了64个霍尔传感元件的8x8的尺寸是被任意选择的。在替选实施方式中，还可以选择更大或更小数目，并且还可以不同地选择每个维度中的网格尺寸。

霍尔传感元件11至88中的每个都被配置为在其元件端子中的两个之间提供单独传感器。此外，被互连在连接网格中的霍尔传感元件11至88可以经由传感器端子EXT_A至EXT_D像单个霍尔传感器那样被接触。

这种网格状连接也被描述在申请人的先前国际申请WO 2013/053534 A1中，该国际申请导致了欧洲专利EP 2766740 B1并且也被公布为US 2014/327435 A1。

因此，霍尔传感元件的互连导致了具有改进的精确度或灵敏度的较大霍尔传感器。另外，霍尔传感元件的互连使得可以减少霍尔传感器的偏移电压或残差偏移电压，特别是涉及具有较小尺寸的常规霍尔传感器。除了别的以外，这是分布在传感器端子处的单独霍尔传感元件上的霍尔电压的结果并且因而减少了单独霍尔传感元件中的电场。所减少的电场导致了关于残差偏移量的改进的行为。

外表上，霍尔传感器可以像常规霍尔传感器那样运行，并且特别地，还可以被互连至其他霍尔传感器。此外，为了实现偏移电压或残差偏移电压的额外减少，可以以诸如电流旋转技术和配对的常规技术来运行这种霍尔传感器。

图2示出了由霍尔传感元件1至88形成的连接网格的连接方案的示例实施方式，其可以被用于图1的霍尔传感元件。例如，除了列1和列8以及行1和行8的霍尔传感元件，所有霍尔传感元件在相应元件端子A、B、C、D处被连接至每个邻近的霍尔传感元件。例如，霍尔传感元件33被连接至其四个邻近的霍尔传感元件，例如霍尔传感元件23、霍尔传感元件32、霍尔传感元件43和霍尔传感元件34。

更一般来说，霍尔传感元件11至88的至少一些或大多数被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。在一些实施方式中，霍尔传感元件11至88中的每个都被连接至连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。

在图1和图2的实施例中，连接网格为规则网格或结构网格的形式。

根据改进的霍尔传感器概念，霍尔传感器的霍尔传感元件被物理地布置在不同于连接网格的布局的布置网格中。参照图1和图2，这意味着连接网格中所示出的位置不必要对应于布置网格中的霍尔传感元件的物理位置。优选地，连接网格之间的定位与布置网格中的布置之间可能存在某种变换。在这种变换之内，可以实现的是，存在于布置网格的一个区域中的可能影响整体霍尔传感器的残差偏移量的效应可以由于连接网格中的不同电连接而被抵消。

优选地，在半导体芯片上实施具有多个霍尔传感元件的霍尔传感器，其中霍尔传感元件自身和用于形成连接网格的相应接线二者都在半导体衬底中或半导体衬底上。例如，可以以半导体芯片上的与相应霍尔传感元件适当接触的相应金属层来实施接线。

图3示出了从连接网格到布置网格的变换的示例实施方式。将连接网格实施为具有第一维度和第二维度的结构网格，所述第一维度和第二维度由用于列的索引I和用于行的索引J来表示。将每个霍尔传感元件电放置在相应索引组合处，例如，霍尔传感元件11在位置1/1处等。

在该示例变换实施方式中，执行了第一维度和第二维度的网格线的重新排序，在该示例中用了排列函数。例如，第一维度的网格线对应于结构网格的行并且第二维度的网格线对应于结构网格的列。

在该示例实施方式中，排列函数将连接网格的网格线的连续的前半部分的网格线(即行1、2、3、4和列1、2、3、4)排序在连接网格的网格线的连续的后半部分的网格线(即行5、6、7、8，相应列5、6、7、8)之间。

具体地，这通过执行重新排序来完成，使得在连接网格中不间断的连续的前半部分的网格线在连接网格的连续的后半部分的连续网格线之间以倒序进行排序。在图3中，通过将列、相应行放置在其新位置处的相应箭头而使得排序可见。

想象图3的连接网格，连接网格的霍尔传感元件分别显示在一张纸上，倒序的排序对应于纸张沿着由连接网格的中间或近似中间所定义的轴线折叠，假设在单独霍尔传感元件之间具有充足的空间。这里这个轴将被相应地假设在列4和列5之间。

应当注意到，优选地，连接网格中的每个网格线在布置网格中恰好具有一个网格线作为对应方，使得连接网格中的所述网格线与布置网格中的所述对应方网格线共享相同霍尔传感元件。例如，属于由第一列形成的网格线的霍尔传感元件11至18也在布置网格(特别是布置网格的列)中形成了相应的网格线。

执行图3中指示的变换、相应排列，导致了如图4所示的布置网格。特别地，图4示出了例如在半导体芯片上的霍尔传感元件11至88的物理布置。如上面图3的描述中所示，具有霍尔传感元件11至18的连接网格的第一列在布置网格中被布置为第八列。

为了更好的概述，相应霍尔传感元件11至18的实际接线或互连未在图4中示出。然而，例如如图2所示执行互连。然而，其他互连方案也是可能的，其将联系图7和图8稍后被描述。

在图3和图4中示出的实施方式中，对第一维度和第二维度二者执行用于实现对应的布置网格的对连接网格的网格线的重新排序。然而，该重布置的有利效果也对其他重布置生效，例如，对于仅重布置两个维度中的一个的网格线。从上面的说明中，仅有一个维度被重布置的相应布置网格对于本领域技术人员容易变得显而易见。在改进的霍尔传感器概念的更普遍实施方式中，布置网格的第一维度的至少一个网格线的霍尔传感元件11至88被连接至连接网格的第一维度的网格线的霍尔传感元件，所述霍尔传感元件未被物理地布置为相邻于或邻近于布置网格的第一维度的至少一个网格线。因此，可以执行除图3和图4中所示出的重新排序以外的其他重新排序。

此外，还可以对其他尺寸的连接网格执行用于实现布置网格的对连接网格的网格线的重新排序。假设例如沿着第一维度或第二维度的16个连续网格线，被表示为

[01；02；03；04；05；06；07；08；09；10；11；12；13；14；15；16]

可以导致具有如下表示的被重新排序的网格线的布置网格

[09；08；10；07；11；06；12；05；13；04；14；03；15；02；16；01]。

然而，可以使用如下表示的排列来实现布置网格中的不同布局

[09；08；07；10；11；06；05；12；13；04；03；14；15；02；01；16]

从而使用群组二。

相对于连接网格的接线的后面的排列的布线复杂度与上面表示的第一排列的相同。

使用群组二的后面的排列也被称为共质心排列(common centroidpermutation)。

可以对沿着维度的网格线的数目是偶数和是奇数来执行排列。从上面给出的折叠示例，沿着一个维度具有奇数数目的网格线的所得布置网格对于本领域技术人员容易变得显而易见。特别地，由于奇数数目的网格线，所以在连接网格中存在一个较小的连续半部，并且在连接网格中存在一个较大的连续半部。优选地，较小的连续半部的网格线被折叠在较大的连续半部的网格线之间。这将参照图9A和图9B更详细地解释。

在一些特定实施方式中，排列函数可以被定义为

其中，i_arr_grid表示布置网格中的网格线的位置编号，i_conn_grid表示连接网格中的网格线的位置编号，并且N表示对于相应维度，存在于布置网格和连接网格中的网格线数目。

如上所述，可以仅对连接网格的一个维度应用这种排列函数或者对连接网格的两个维度都应用这种排列函数。

霍尔传感元件可以是横向霍尔传感元件或垂直霍尔传感元件，这将在下面更详细地描述。

图5示出了示例性霍尔传感元件及其在运行期间可能的电流方向。在这种情况下，图5A示出了横向霍尔传感元件的实施例，其中，在例如旋转电流技术的一个运行阶段中，电流I1从元件端子A流动至元件端子C，而在另一个运行阶段中，电流I2从元件端子B流动至元件端子D。例如，元件端子A、B、C、D的触点分别居中地被设置在所示出的正方形横向霍尔传感器元件的侧面。这种横向霍尔传感器使得可以测量出垂直于所示出的元件的正方形表面的磁场。

图5B示出了垂直霍尔传感元件的实施例，其中，例如，n型掺杂阱W被设置在p型掺杂半导体本体HL中。元件端子A、B、C、D的触点区域被分别设置在半导体本体HL和阱W的表面上，其中，以双触点或对称触点的形式实现元件端子A的触点。在其他实施方式中，可以以单个触点的形式实现元件端子A，使得霍尔传感元件仅具有四个触点，这对应于图5A中所示出的横向霍尔传感器。

与图5A中所示出的横向霍尔传感元件相似，在第一工作阶段，在根据图5B的垂直霍尔传感元件中产生了由电流箭头I1a、I1b标识的从元件端子C至元件端子A的触点的电流。在第二工作阶段，类似地产生从元件端子B至元件端子D的电流I2。图5B中示出的霍尔传感器元件使得可以测量平行于半导体本体HL和阱W的表面的磁场。正在进行的测量特别涉及比方说垂直延伸至图5B中的示例的磁场。

垂直霍尔传感元件的灵敏度和残差偏移量不仅取决于外部触点之间的物理距离，还取决于阱W的阱深。为了得到更大的垂直霍尔传感器，因此增加了常规霍尔传感器中的阱深。然而，大的阱深的实现受到工艺相关条件的限制，使得在常规霍尔传感器中不能实现任意尺寸。然而，具有受限制的阱深的若干较小的垂直霍尔传感器元件根据上述原理的互连使得可以实现相对于传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D像更大的霍尔传感器一样起作用的更大的霍尔传感器。

图6A和图6B示出了分别类似于图5A和图5B中所示出的霍尔传感元件的霍尔传感元件的进一步实施例。然而，在该实施方式中，霍尔传感元件具有四个附加的元件端子AB、BC、CD、DA。

对于图6A的横向霍尔传感元件，这些附加的元件端子被放置在霍尔传感元件的拐角处。如图6B所示，具有可以说位于居中放置的元件端子之间的额外的元件端子的原理也可以被转移到垂直霍尔传感元件。因此实现了具有九个元件端子的垂直霍尔传感元件。如上面关于图5B所述，同样在图6B中，垂直霍尔传感元件的双触点A可以由单个触点A代替，导致了八个元件端子。

对于两种类型的霍尔传感元件，这为接触霍尔传感元件导致了更高的灵活性。当根据改进的霍尔传感器概念互连连接网格中的单个霍尔传感元件时，这可以变得尤其有用。

例如，图7示出了具有彼此互连的四个霍尔传感元件的连接网格的细节。此外，为了更好的概述，省略了被放置于所描绘的四个霍尔传感元件之上、之下、之右或之左的霍尔传感元件。

从图7中可以看出，例如，四个霍尔传感元件在其各自拐角连接元件端子AB、BC、CD、DA中的一个处被互连。此外，居中放置的元件端子被连接至相邻霍尔传感元件的相对的邻近元件端子。因此，在这种实施方式中，在所有八个元件端子处将至少这些未被放置在连接网格的外边界处的霍尔传感元件进行互连。

尽管图7中的霍尔传感元件被示出为横向霍尔传感元件，但当使用如图6B所示的垂直霍尔传感元件时，可以应用针对连接网格的相同连接方案。

图8示出了具有8x8霍尔传感元件的连接网格的示例性连接方案。类似于图7的实施方式，在其拐角元件端子AB、BC、CD、DA处将霍尔传感元件进行互连。在该实施方式中，没有使用居中放置的元件端子A、B、C、D。

图9示出了根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器HS的示例性实施例，其具有被布置在5×5连接网格中的的示例数目的25个霍尔传感元件11至55。

特别地，图9A示出了连接网格中的逻辑布置，其中在其拐角元件端子处将霍尔传感元件11至55如图8所示地进行互连。霍尔传感器的外部传感器端子EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D被连接至被放置在连接网格的拐角处的霍尔传感元件11、51、55、15。特别地，传感器端子EXT_A被连接至霍尔传感元件11，传感器端子EXT_B被连接至霍尔传感元件51，传感器端子EXT_C被连接至霍尔传感元件55并且传感器端子EXT_D被连接至霍尔传感元件15。

图9B示出了由图9A的连接网格的变换导致的布置网格的示例实施方式。特别地，对连接网格的第一维度和第二维度二者都执行了排列，导致霍尔传感元件的不同物理放置。在图9B的图中，除霍尔传感元件的放置之外，还示出了如图9A中所定义的霍尔传感元件11至55的互连。特别地，连接网格的接线在图9B中可见，其中交叉线仅在所示出的连接点所处的位置处被连接。图9B中也示出了至传感器端子EXT_A至EXT_D的触点。

应当注意到，形成了整体霍尔传感器的物理连接的霍尔传感元件11、51、55、15相邻地位于布置网格中。因此，如果在制造期间发生了工艺效应或其他效应，则其将很可能影响所有的霍尔传感元件11、51、55、15。因此，在传感器端子EXT_A至EXT_D中的每个处，这种潜在效应都将存在生效，使得可以将通过霍尔传感器HS的信号流假设为均衡的。

应当注意到，布置网格中的前两行1和5被示出为与第三行2和第四行4间隔开并且与第五行3进一步分开。然而，作出该表示仅仅是为了对互连线给出更好的概述，其中在物理布置中，可以相应地省略行之间的间隔。

可以通过采用如下定义的排列函数来实现图9B中所示出的布置网格的物理布置

对于本领域技术人员显而易见的是，五行和五列的数目仅被选择为允许对改进的霍尔传感器概念的更好概述，而其他尺寸，特别是更大数目的行和列也可以被用于实施改进的霍尔传感器概念。

图10示出了根据改进的霍尔传感器概念的从连接网格至布置网格的变换的示例实施方式。基本上，基本变换、分别排列与图3和图4中所示出的相同。在图10的部分(a)中，示出了连接网格中的霍尔传感元件11至88的逻辑布置，而在部分(b)中描绘了布置网格中的所得物理布置。从部分(a)和部分(b)可以看出，位于连接网格的对角线上的霍尔传感元件在变换、分别排列之后仍位于对应的布置网格的对角线上。

如图9A和图9B所述，将可以被用于将传感器端子EXT_A至EXT_D进行连接的霍尔传感元件11、18、81和88物理地布置为在布置网格中相邻，导致相同效应。

应当注意到，在霍尔传感器运行期间，这些位于对角线上的霍尔传感元件可以搭载信号流，从而利用重布置的积极效应。

图11示出了几个示例变换，其中在每个情况下通过附图中的相应标记来突出显示四个霍尔传感元件。例如，映像部分(a)与(b)示出了霍尔传感元件11、12、21、22的变换。尽管这些霍尔传感元件在部分(a)的逻辑连接网格中邻近，但其在部分(b)的物理布置网格中被分开放置。然而，对于每种情况，霍尔传感元件中的一个与其连接网格中的相邻的邻近霍尔传感元件的距离为二，即，恰好存在一个被布置在相对于布置网格之间的其他连接霍尔传感元件。

映像部分(c)和(d)中所示出的霍尔传感元件33、34、43、44也存在类似的情况，其也由附图中的相应标记来突出显示。因此，还是在这种情况下，相对于部分(d)中所示出的布置网格，霍尔传感元件之间的位置距离对于在逻辑上邻近地位于部分(c)中所示出的连接网格中的霍尔传感元件33、34、43、44中的每个是二。从映像部分(e)和(f)、(g)和(h)以及(i)和(j)可以看到相同的变换行为。在所有后面指定的情况下，部分(e)、(g)和(i)中所示出的连接网格中的邻近霍尔传感元件的位置距离在部分(f)、(h)和(j)中所示出的布置网格中等于二。这也适用于连接网格中的霍尔传感元件所属于的全部网格线。

在图11的映像部分(k)和(l)中，霍尔传感元件44、45、54、55被变换为部分(l)左上角中所示出的布置网格中的物理位置。在这种情况下，不同于先前所描述的情况，还将四个霍尔传感元件物理地布置为在布置网格之内相邻。

因此，布置网格中的所述霍尔传感元件的位置距离为小于二的一。

在上述实施例和实施方式中，提供了几种在连接网格之内和布置网格之内设置霍尔传感元件的不同放置的方法。这种不同的放置对于以包括霍尔传感元件的整体霍尔传感器而进行的测量提供了积极影响。特别地，相比于常规解决方案可以减少残差偏移量。

尽管连接网格与布置网格之间的任意变换是可能的，但使用对称性作为变换的基础可能是有利的。例如，为了实现布置网格的物理布置，可以使用镜像对称，导致由连接网格定义的逻辑结构的上述折叠。

可以通过沿着两个轴执行折叠来采用镜像对称或手征性，一个轴用于两个维度中的每个。

上述对称性可以抑制已经存在或者由生产工艺导致的缺陷的干扰，特别是如果同质半径大于两个霍尔传感元件的尺寸的话。这可以被定义为用于匹配的最小距离。

在上述各种实施例中，可以假设相对于方位或对齐(例如霍尔传感元件的旋转对齐)的相同定向。然而，还可以将不同的定向提供给一些霍尔传感元件，即，在不同的元件端子处进行连接。例如，以相对于相邻于所述连接网格中的至少一个网格线的连接网格中的网格线的霍尔传感元件的方位或对齐的不同定向来布置连接网格中的所述至少一个网格线的霍尔传感元件。例如，可以由通过元件的电流方向或者由几何结构或者由半导体阱中的特殊结构来定义霍尔传感元件的定向。特别地，垂直霍尔传感元件的技术定向取决于被连接以用于测量的相应元件端子。

可以以改进的霍尔传感器概念来解决的缺陷可以是二阶、三阶或更高阶的不均匀晶片处理梯度，与器件相关的非线性，如JFET效应或其他已知的干扰。

改进的霍尔传感器概念可应用于所有宏观阵列形状，比如正方形、矩形、八边形、希腊十字架或十字形等。此外，改进的霍尔传感器概念可应用于像侧面上、边缘上的各种可能的宏观阵列触点布置，也可应用于任何数目的元件端子。

改进的霍尔传感器概念可应用于所有可能的2D阵列点阵类型，例如简单矩形、体心矩形、六边形等。

可以在三维霍尔传感器布置中实施根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器，其中一个横向霍尔传感器被放置在中央以用于测量例如磁场的z坐标，并且垂直霍尔传感器被放置在中央横向霍尔传感器的每个侧面处，导致存在用于例如x坐标的两个垂直霍尔传感器以及用于测量磁场的y坐标的两个垂直霍尔传感器。优选地，至少垂直霍尔传感器是根据上述改进的霍尔传感器概念而实施的，但更优选地，横向霍尔传感器也是根据改进的霍尔传感器概念而实施的。

例如，根据改进的霍尔传感器概念的霍尔传感器可以被用于由于减少的残差偏移量(特别是低于20μT的残差偏移量)而具有增强的灵敏度的指南针应用。

例如，通过实施改进的霍尔传感器概念，可以在不改变基础布置的电特性的情况下，改变半导体本体的区域的布局。因此，执行了所使用的区域的优化。

Claims

1.一种霍尔传感器(HS)，其包括用于连接所述霍尔传感器(HS)的至少四个传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)以及具有元件端子(A、B、C、D)的多个霍尔传感元件(11、12、……88)，其中

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)与所述元件端子(A、B、C、D)在所述传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)之间的连接网格中的连接网格位置处进行互连，所述连接网格具有多于一个维度；

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)被物理地布置在具有多于一个维度并且不同于所述连接网格的布置网格中的布置网格位置处；

—对于所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的至少一些，相关联的连接网格位置不同于相关联的布置网格位置；

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的至少一些被连接至所述连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件；

—所述连接网格和所述布置网格各自都为具有第一维度和第二维度的结构网格，并且各自都包括沿着所述第一维度和所述第二维度中的每个维度的网格线；并且

—以相对于与所述连接网格中的至少一个网格线相邻的所述连接网格中的网格线的霍尔传感元件(11、12、……88)的方位的不同定向来布置所述连接网格中的所述至少一个网格线的所述霍尔传感元件(11、12、……88)。

2.一种霍尔传感器(HS)，其包括用于连接所述霍尔传感器(HS)的至少四个传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)以及具有元件端子(A、B、C、D)的多个霍尔传感元件(11、12、……88)，其中

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的至少一些被连接至所述连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件；并且

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的每个霍尔传感元件都被配置为提供其元件端子(A、B、C、D)中的两个元件端子之间的单独传感器值。

3.一种霍尔传感器(HS)，其包括用于连接所述霍尔传感器(HS)的至少四个传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)以及具有元件端子(A、B、C、D)的多个霍尔传感元件(11、12、……88)，其中

—被互连在所述连接网格中的霍尔传感元件(11、12、……88)经由所述传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)像单个霍尔传感器那样是可接触的。

4.一种霍尔传感器(HS)，其包括用于连接所述霍尔传感器(HS)的至少四个传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)以及具有元件端子(A、B、C、D)的多个霍尔传感元件(11、12、……88)，其中

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)由垂直霍尔传感器元件组成，并且其中

—所述垂直霍尔传感元件具有四个或五个元件端子并且借助于半导体芯片的恰好两个金属层而被互连在所述连接网格中；或者

—所述垂直霍尔传感元件具有八个或九个元件端子并且借助于半导体芯片的恰好三个金属层而被互连在所述连接网格中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述布置网格的至少一个网格线的所述霍尔传感元件(11、12、……88)被连接至所述连接网格之内的霍尔传感元件(11、12、……88)，所述霍尔传感元件(11、12、……88)不相邻地位于所述布置网格之内。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述连接网格包括第一网格线、第二网格线和第三网格线，所述连接网格的所述第二网格线的霍尔传感元件被连接在所述连接网格的所述第一网格线与所述第三网格线的霍尔传感元件之间，并且所述连接网格的所述第一网格线的霍尔传感元件被物理地布置在所述连接网格的所述第二网格线与所述第三网格线的霍尔传感元件之间。

7.根据权利要求2至4中的任一项所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述连接网格和所述布置网格各自都为具有第一维度和第二维度的结构网格，并且各自都包括沿着所述第一维度和所述第二维度中的每个维度的网格线。

8.根据权利要求1所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述连接网格中的每个网格线都在所述布置网格中恰好具有一个网格线作为对应方，使得所述连接网格中的网格线与所述布置网格中的对应方网格线共享相同霍尔传感元件(11、12、……88)。

9.根据权利要求7所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述连接网格中的每个网格线都在所述布置网格中恰好具有一个网格线作为对应方，使得所述连接网格中的网格线与所述布置网格中的对应方网格线共享相同霍尔传感元件(11、12、……88)。

10.根据权利要求1或8所述的霍尔传感器(HS)，其中

—所述布置网格的第一维度的至少一个网格线的霍尔传感元件(11、12、……88)被连接至所述连接网格的第一维度的网格线的霍尔传感元件(11、12、……88)，所述连接网格的第一维度的网格线不被物理地布置为与所述布置网格的第一维度的至少一个网格线相邻；并且

—所述布置网格的第二维度的至少一个网格线的霍尔传感元件(11、12、……88)被连接至所述连接网格的第二维度的网格线的霍尔传感元件(11、12、……88)，所述连接网格的第二维度的网格线不被物理地布置为与所述布置网格的第二维度的至少一个网格线相邻。

11.根据权利要求1或8所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述布置网格位置由所述布置网格的第一维度与第二维度的网格线的交叉点来定义，并且所述连接网格位置由所述连接网格的第一维度与第二维度的网格线的交叉点来定义。

12.根据权利要求1或8所述的霍尔传感器(HS)，其中，对于被直接连接在连接网格中的至少一个维度的网格线中的每两个网格线，所述布置网格中的所述网格线的位置距离小于或等于二。

13.根据权利要求1或8所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述连接网格的网格线的排序与所述布置网格的网格线的排序至少在一个维度上通过排列函数相关。

14.根据权利要求13所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述排列函数将所述连接网格的网格线的连续的前半部分的网格线排序在所述连接网格的网格线的连续的后半部分的网格线之间，使得实现了对所述布置网格的网格线的排序。

15.根据权利要求14所述的霍尔传感器(HS)，其中，在所述连接网格中不间断的连续的前半部分的网格线在所述连接网格的连续的后半部分的不间断网格线之间以倒序进行排序，使得实现了对所述布置网格的网格线的排序。

16.根据权利要求13所述的霍尔传感器(HS)，其中，所述排列函数被定义为

其中，i_arr_grid表示所述布置网格中的网格线的位置编号，i_conn_grid表示所述连接网格中的网格线的位置编号，并且N表示对于相应维度，存在于所述布置网格和所述连接网格中的网格线数目。

17.一种霍尔传感器(HS)，其包括用于连接霍尔传感器(HS)的至少四个传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)以及具有元件端子(A、B、C、D)的多个霍尔传感元件(11、12、……88)，其中

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)与所述元件端子(A、B、C、D)在所述传感器端子(EXT_A、EXT_B、EXT_C、EXT_D)之间的连接网格中进行互连；

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)被物理地布置在不同于所述连接网格的布置网格中；

—所述连接网格和所述布置网格各自都为具有第一维度和第二维度的结构网格并且各自都包括沿着所述第一维度和所述第二维度中的每个维度的网格线；

—所述连接网格的网格线的排序与所述布置网格的网格线的排序至少在一个维度上通过排列函数相关，其中所述排列函数被定义为

18.根据权利要求1至4中任一项所述的霍尔传感器(HS)，其中

—对于所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的大多数，相关联的连接网格位置不同于相关联的布置网格位置；并且

—所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的大多数被连接至所述连接网格中的至少两个相邻霍尔传感元件。

19.根据权利要求1至4中任一项所述的霍尔传感器(HS)，其中所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的每个霍尔传感元件的布置网格位置针对所述布置网格内的第一维度和第二维度中的每个而被相应唯一索引标识，并且所述霍尔传感元件(11、12、……88)中的每个霍尔传感元件的连接网格位置针对所述连接网格内的第一维度和第二维度中的每个而被相应唯一索引标识。