CN108204785B - 磁性角度传感器设备和操作方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了磁性角度传感器设备和操作方法。提出一种磁场角度感测系统，其包括第一磁性感测设备、第二磁性感测设备、第三磁性感测设备、包括第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备的衬底，其中第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备每个被布置为响应于与衬底的主表面垂直的磁场分量，其中第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备每个包括相同数目的磁性感测元件，其中第二磁性感测设备在半导体表面上布置为鉴于第一磁性感测设备围绕参考点顺时针旋转120°，其中第三磁性感测设备在半导体表面上布置为鉴于第一磁性感测设备围绕参考点逆时针旋转120°。

Description

磁性角度传感器设备和操作方法
技术领域
本发明涉及磁性角度传感器领域。
背景技术
本发明的实施例涉及允许确定轴的旋转位置或运动的磁性角度传感器布置。
发明内容
第一实施例涉及一种磁性角度感测系统，其包括：
-第一磁性感测设备，
-第二磁性感测设备，
-第三磁性感测设备，
-包括第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备的衬底，
-其中第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备每个被布置为响应于与衬底的主表面垂直的磁场分量，
-其中第一磁性感测设备、第二磁性感测设备和第三磁性感测设备中的每个包括相同数目的磁性感测元件，
-其中第二磁性感测设备在半导体表面上布置为鉴于第一磁性感测设备围绕参考点顺时针旋转120°，
-其中第三磁性感测设备在半导体表面上布置为鉴于第一磁性感测设备围绕参考点逆时针旋转120°。
第二实施例涉及一种角度传感器检测系统，
-包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中每个磁性感测设备能够感测与衬底的主表面垂直的磁场分量，
-其中多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
-其中磁性感测设备的方位角坐标彼此相差120°，
-包括处理单元，处理单元被布置为：
-确定与由第一磁性感测设备和第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
-确定与由第二磁性感测设备和第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
-基于第一信号和第二信号来确定旋转角度。
第三实施例涉及一种用于确定轴的旋转角度的方法，
-其中轴被布置为围绕旋转轴线可旋转，并且其中磁场源连接到该轴，
-包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中每个磁性感测设备能够感测与衬底的主表面垂直的磁场源的磁场分量，
-其中多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
-其中磁性感测设备的方位角坐标彼此相差120°，
-该方法包括以下步骤：
-确定与由第一磁性感测设备和第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
-确定与由第二磁性感测设备和第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
-基于第一信号和第二信号来确定旋转角度。
第四实施例涉及一种直接可加载到数字处理设备的存储器中的计算机程序产品，其包括用于执行如本文中描述的方法的步骤的软件代码部分。
第五实施例涉及一种计算机可读介质，其具有被适于引起计算机系统执行如本文中描述的方法的步骤的计算机可执行指令。
附图说明
参考附图示出和说明实施例。附图用来说明基本原理，使得理解基本原理所必要的方面仅被说明。附图没有按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1示出了确定轴的角度的角度传感器设备的示例性布置，其中角度可以用于确定轴的运动和/或位置；
图2示出了位于围绕旋转轴线以半径R0同心地布置的所谓的读取圆圈上的三个磁性感测设备的示例性布置；
图3示出了基于图2的示例性布置，其中每个磁性感测设备包括矩形霍尔板；
图4示出了位于读取圆圈上的三个磁性感测设备的示例性布置，其中每个磁性感测设备包括以矩形图案布置的四个磁性感测元件；
图5示出了与图4中所示的相比的替代布置，其中磁性感测元件的定位基于正方形的旋转而变化，其中正方形的角部与磁性感测元件的位置相关联；
图6示出了与图4中所示的相比的替代布置，其中每个磁性感测设备的磁性感测元件与磁性感测设备的位置一起旋转；
图7示出了位于读取圆圈上的三个磁性感测设备的示例性布置，其中每个磁性感测设备包括在读取圆圈上基本上相切地布置在直线上的四个磁性感测元件；
图8示出了与图7中所示的相比的替代布置，其中所有磁性感测设备的磁性感测元件具有相同的取向(和旋转)。
图9示出了位于读取圆圈上的三个磁性感测设备的示例性布置，其中每个磁性感测设备包括基本上布置在读取圆圈上的四个磁性感测元件；
图10示出了位于读取圆圈上的三个磁性感测设备的示例性布置，其中每个磁性感测设备包括布置在基本上与读取圆圈的切线垂直的直线上的四个磁性感测元件；
图11示出了与图10中所示的相比的替代布置，其中所有磁性感测设备的磁性感测元件具有相同的取向(和旋转)。
具体实施方式
本文中描述的示例具体地涉及磁性角度传感器，其中永磁体附接到可旋转轴(shaft)并且磁场传感器被放置在旋转轴线上并且与磁体相邻。磁性角度传感器检测沿轴向方向指向的可旋转磁场，并且由此推断轴的旋转位置。磁体可以沿直径方向均匀地被磁化，但是它也可以例如以弧形被不均匀地磁化，或者磁体的一半可以沿轴向方向被磁化并且磁体的另一半可以沿相反的方向被磁化。磁体也可以包括胶合在一起的若干不相交部分或者可以以其他方式组装。
图1示出了示例性布置：轴101被布置为围绕旋转轴线106可旋转。磁体102(例如，永磁体)连接(例如，固定)到轴101。磁体102示出了径向磁化103。包括若干磁场传感器104的硅管芯105布置在磁体102附近，在该示例中在磁体102下方。每个磁场传感器也可以被称为感测元件。
z分量被称为与轴的旋转轴线平行(或沿着轴自身)的分量，x-y平面垂直于轴的旋转轴线。x-y-z分量跨越笛卡尔坐标系。
因此，旋转轴线106平行于z轴，并且磁场传感器104布置在x-y平面中。轴向磁场传感器104特别地响应于由磁体102发射的磁场的z分量。
可以使用各种传感器，例如各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、隧穿磁阻(TMR)、霍尔效应器件(例如，霍尔板、垂直霍尔效应器件)或MAG-FET(例如，分裂漏极MAG-FET)。
本文中涉及的示例特别地参考检测磁场的z分量的磁场传感器。因此，磁场传感器可以包括具有对于待确定的磁场敏感的y-z平面的霍尔板(也称为HHall)和/或MAG-FET。
使用单个芯片上的四个霍尔器件的示例性非接触式角度测量设备在[M.Metz，等:Contactless Angle Measurement Using Four Hall Devices on Single Chip,1997International Conference on Solid-State Sensors and Actuators,芝加哥,6月16日-6月19日,1997,IEEE]中被描述。
轴向角度传感器的示例性布局在[U.Ausserlechner:A theory of magneticangle sensors with hall plates and without fluxguides,Progress InElectromagnetics Research B,第49卷,77-106,2013]中公开。轴向C4角度传感器由四个霍尔板组成，四个霍尔板围绕旋转轴线均匀地间隔在半径为R0的霍尔圆处。轴向C8角度传感器由两个相互旋转±45°的轴向C4单元组成。轴向C8角度传感器的输出是两个轴向C4单元的输出的平均值。与轴向C4角度传感器相比，轴向C8角度传感器更精确并且可以与更一般的形状的磁体一起使用。
然而，这样的轴向C8角度传感器面临着以下问题：需要大量八个感测元件，并且所有这些感测元件都需要被供应和分接有电源线和信号线，电源线和信号线根据旋转电流方案周期性地交换以抵消偏移误差。这需要大量的MOS开关，并且导致大量的芯片空间，这进一步增加了寄生电容、电感和电阻，从而消耗了相当多的附加电功率。
本文中提供的示例提供了更高效的方法，特别是以高精度确定旋转角度的布局和算法，其需要减少数目的感测元件(即，磁场传感器)。
有利的是，本文中给出的方案对于磁干扰场是鲁棒的。旋转角度可以从不同位置处的磁场差值导出，并且这些差值可以特别地减少或抵消均匀干扰。
根据实施例，用于感测磁场的z分量(其是与包括感测元件的芯片的主表面垂直的分量)的三个磁性感测设备被定位或放置在与旋转轴线(实质上)同心的半径为R0的读取圆圈上。相邻磁性感测设备的测试点间隔120°。
每个磁性感测设备可以包括至少一个磁性感测元件。确定磁场的z分量的磁性感测设备被称为磁性感测系统(“系统”)。
有利的是，磁性感测系统使用三个磁性感测设备，例如全部布置在读取圆圈上并且彼此分开(实质上)120°。三个磁性感测设备可以用于根据由各个磁性感测设备确定的测量的磁性Bz场来重建轴的旋转角度(参见下面的算法)。
在示例性场景中，三个磁性感测设备具有平行的主轴线，即，磁性感测设备在x-y平面中具有相同的取向而不围绕z轴旋转。这是有益的，因为如果电流在硅晶体的<100>方向上流动，则霍尔板提供特别低的偏移。
图部分地示出了十字形霍尔板。然而，任何其他形状(例如，具有中间触点或末端触点的八角形、圆形盘或正方形)相应地工作。十字形霍尔板指示沿着两个交叉方向之一的电流流动方向。
图2示出了位于所谓的读取圆圈204上的三个磁性感测设备201至203的示例性布置，读取圆圈204围绕旋转轴线z 106以半径R0同心地布置。磁性感测设备201至203放置在具有位于x-y平面中的表面的硅管芯205上。x、y和z轴跨越笛卡尔坐标系。
在根据图2的示例中，磁性感测设备201至203中的每一个包括单个磁性感测元件，该单个磁性感测元件被描绘为具有两个方向206和207的十字，这两个方向指示每个磁感测设备的可能的电流流动方向。鉴于旋转轴线z，在磁性感测设备201至203中的两个之间具有120°的角度。因此，磁性感测设备201至203均等地分布在读取圆圈204上。磁性感测设备201至203中的每一个能够感测磁场分量Bz(z方向的磁场分量)。
硅管芯205可以对应于图1的硅管芯105。因此，硅管芯205可以布置在磁体102附近(例如，下方)，使得轴101的旋转(即，位置或旋转角度)可以经由由磁性感测设备201至203提供的信号来被确定。硅管芯205优选地是(100)硅。
图3示出了包括位于读取圆圈204上的三个磁性感测设备301至303的替代布置，读取圆圈204围绕旋转轴z 106以半径R0同心地布置。磁性感测设备301至303放置在硅管芯205上。磁性感测设备301至303均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备301至303中的每一个包括用于指示相对取向的矩形霍尔板。在这方面，磁性感测设备301相对于磁性感测设备302旋转120°，并且磁性感测设备303相对于磁性感测设备302旋转240°。
注意，磁性感测设备可以具有矩形、正方形、十字形、圆形、八边形或三叶草叶子形状。而且，可以使用更多等同的形状。这种等同的形状可以经由保形映射来实现。等同形状具有相同的电属性(特别是关于一阶近似，即，没有压电效应或温度相关电压效应)。
磁性感测设备可以具体地是霍尔板，其具有四个电触点，其中第一组两个电触点布置成第一直线，第二组两个电触点布置成第二直线，其中第一直线和第二直线彼此垂直。因此，可以将电流施加到第一直线，并且跨第二直线，可以分接输出电压。
注意，芯片(即，硅管芯205)的尺寸可以在几毫米的量级，并且半径R0可以在例如0.5mm到2mm的范围内。半径R0的优选尺寸可以是0.8mm。每个磁场感测元件(其是每个磁性感测设备的部分)可以具有在从20μm到200μm的范围内的尺寸，其可以是半径R0的1/10。磁性感测元件的优选尺寸可以是80μm。
有利的是，将各个磁性感测元件以预定义的对称性或图案来放置以确保它们以120°的整数倍和(基本上)相同的读取半径等距地采样磁场。
在若干实施例中，可以布置两个或更多个(具体地是四个)磁性感测元件(例如，霍尔板)的布置，而不是仅布置单个磁性感测元件。在这种情况下，每个磁性感测设备可以包括至少两个磁性感测元件。
可选地，并联电连接磁性感测设备的磁性感测元件，即，它们的输入和它们的输出，使得四部分(即，每个磁性感测设备四个磁性感测元件)的输入和输出电阻是具有单个磁性感测元件的磁性感测设备的输入和输出电阻的四分之一。因此，四部分的四个磁性感测元件中的电流流动方向沿着方向ψ0、ψ0+90°、ψ0+180°、ψ0+270°(ψ0为任意角度)，其中四部分的偏移(＝零点)误差平均地小于由于每个磁性感测设备仅使用单个磁性感测元件而导致的偏移误差。
图4示出了包括位于读取圆圈204上的三个磁性感测设备401至403的替代布置。磁性感测设备401至403放置在硅管芯205上。磁性感测设备401至403的重心均等地分布在读取圆圈204上。磁性感测设备401相对于磁性感测设备402旋转120°，并且磁性感测设备403相对于磁性感测设备402旋转240°。
磁性感测设备401至403中的每一个包括四个磁性感测元件。例如，磁性感测设备401包括磁性感测元件404至407，磁性感测元件404至407被布置为使得它们的组合重心位于读取圆圈204上。
在图4所示的示例中，磁性感测元件404至407示出了平行于x轴和y轴(每个磁性感测元件)的读取方向(其指示可能的电流流动方向)。这相应地适用于磁性感测设备402和403的磁性感测元件。各个磁性感测设备401至403内的磁性感测元件的布置基本上相同，即，磁性感测设备401至403可以通过平移来彼此映射而不旋转。
图5示出了包括三个磁性感测设备501至503的替代布置，其中它们的重心位于读取圆圈204上。磁性感测设备501至503放置在硅管芯205上。磁性感测设备501至503的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备501至503中的每一个包括四个磁性感测元件。例如，磁性感测设备501包括磁性感测元件504至507，其中各个感测元件504至507的重心位于正方形的角部上，并且其中该正方形的重心位于读取圆圈204上。与图4所示的实施例相反，图5的正方形被旋转，即，磁性传感器设备501的正方形相对于磁性传感器设备502的正方形旋转120°，并且磁性传感器设备503的正方形相对于磁性传感器设备502的正方形旋转240°。
然而，磁性感测元件504至507示出了平行于x轴和y轴(每个磁性感测元件)的读取方向(其示出可能的电流流动方向)。这相应地适用于磁性感测设备502和503的磁性感测元件。
图6示出了包括三个磁性感测设备601至603的替代布置，其中它们的重心位于读取圆圈204上。磁性感测设备601至603放置在硅管芯205上。磁性感测设备601至603的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备601至603中的每一个包括四个磁性感测元件。例如，磁性感测设备601包括磁性感测元件604至607，其中感测元件604至607的重心位于正方形的角部上，并且其中该正方形的重心位于读取圆圈204上。磁性传感器设备601的正方形相对于磁性传感器设备602的正方形旋转120°，并且磁性传感器设备603的正方形相对于磁性传感器设备602的正方形旋转240°。
位于正方形的角部上的磁性感测元件也旋转与正方形本身相同的量。这相应地适用于磁性传感器设备601至603的磁性传感器元件。
在图4、图5和图6所示的实施例中，每个磁性传感器设备包括布置在正方形的角部上的四个磁性感测元件，其中正方形的角部对应于各个磁性感测元件的重心。可选地，磁性传感器设备的四个磁性传感器元件基本上布置在直线上(在读取圆圈204上切向地)或者在读取圆圈204上。这将在下面进行说明。
图7示出了包括三个磁性感测设备701至703的布置，其中每个磁性感测设备包括布置在直线上的四个磁性感测元件。该直线在读取圆圈204上切向地布置，使得各个磁性感测设备701至703的重心(或四个磁性传感器元件的中间)接触读取圆圈204。
磁性感测设备701至703放置在硅管芯205上。磁性感测设备701至703的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备701包括磁性感测元件704至707，其中磁性感测元件704至707的中心布置在直线上，并且磁性感测元件704至707具有相同的取向(旋转)。这相应地适用于每个磁性传感器设备702和703的每组磁性传感器元件。
磁性传感器设备701的磁性传感器元件704至707相对于磁性传感器设备702的磁性传感器元件旋转120°，并且磁性传感器设备703的磁性传感器元件相对于磁性传感器设备702的磁性传感器元件旋转240°。
图8示出了包括三个磁性感测设备801至803的布置，其中每个磁性感测设备包括布置在直线上的四个磁性感测元件。该直线在读取圆圈204上切向布置，使得各个磁性感测设备801至803的重心(或四个磁性传感器元件的中间)接触读取圆圈204。
磁性感测设备801至803放置在硅管芯205上。磁性感测设备801至803的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备801包括磁性感测元件804至807，其中磁性感测元件804至807的中心布置在直线上，并且磁性感测元件804至807具有相同的取向(旋转)。与图7所示的实施例不同的是，所有磁性感测设备801至803的磁性感测元件具有相同的取向，并且没有示出任何旋转。在图8的示例中，所有磁性感测元件的读取方向(其指示可能的电流流动方向)平行于x轴和y轴。
图9示出了包括三个磁性感测设备901至903的布置，其中每个磁性感测设备包括四个磁性感测元件。与图8所示的实施例不同的是，每个磁性感测设备的四个磁性感测元件并没有布置在直线上，而是布置在读取圆圈204上。特别地，磁性感测元件的重心布置在读取圆圈204上。
图10示出了包括三个磁性感测设备1001至1003的布置，其中每个磁性感测设备包括布置在直线上的四个磁性感测元件。该直线布置为与接触读取圆圈204的切线垂直，使得各个磁性感测设备1001至1003的重心(或四个磁性传感器元件的中间)接触读取圆圈204。
磁性感测设备1001至1003放置在硅管芯205上。磁性感测设备1001至1003的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测设备1001包括磁性感测元件1004至1007，其中磁性感测元件1004至1007的中心布置在直线上，并且磁性感测元件1004至1007具有相同的取向(旋转)。这相应地适用于每个磁性传感器设备1002和1003的每组磁性传感器元件。
磁性传感器设备1001的磁性传感器元件1004至1007相对于磁性传感器设备1002的磁性传感器元件旋转120°，并且磁性传感器设备1003的磁性传感器元件相对于磁性传感器设备1002的磁性传感器元件旋转240°。
图11示出了包括三个磁性感测设备1101至1103的布置，其中每个磁性感测设备包括布置在直线上的四个磁性感测元件。该直线布置为与接触读取圆圈204的切线垂直，使得各个磁性感测设备1101至1103的重心(或四个磁性传感器元件的中间)接触读取圆圈204。
磁性感测设备1101至1103放置在硅管芯205上。磁性感测设备1101至1103的重心均等地分布在读取圆圈204上。
磁性感测元件1101包括磁性感测元件1104至1107，其中磁性感测元件1104至1107的中心布置在直线上，并且磁性感测元件1104到1107具有相同的取向(旋转)。与图10所示的实施例不同的是，所有磁性感测设备1101至1103的磁性感测元件具有相同的取向，并且彼此之间不示出任何旋转。在图11的示例中，所有磁性感测元件的读取方向(其指示可能的电流流动方向)平行于x轴和y轴。
以上实施例示例性地示出了每个磁性传感器设备的四个磁性传感器元件。可选地，每个磁性传感器设备使用例如两个或多于四个磁性传感器元件。
本文中描述的实施例可以特别地利用对磁场的z分量敏感的任何种类的磁性感测元件。例如，霍尔板或MAG-FET可以与本文中描述的布局拓扑结合使用。
确定旋转(角度)：
以下示出了如何经由三个磁性传感器设备来确定旋转角度。这些磁性传感器设备可以如上所述布置。
可以在具有120°的整数倍处的三个磁性传感器设备的系统中确定角度
Figure BDA0001510509420000111
如下：
Figure BDA0001510509420000112
其中磁场的z分量Bz在固定到磁体的坐标系中被测量。
实部等于
Figure BDA0001510509420000113
并且虚部等于
Figure BDA0001510509420000121
因此，旋转角度
Figure BDA0001510509420000122
由下式确定
Figure BDA0001510509420000123
注意，arctan函数在遍及360°不是没有歧义的。arctan函数的范围只有-90°到+90°。在所使用的示例中，从-180°到+180°的范围可以是优选的。这可以通过函数arctan2(x,y)来实现，如果x≥0，其与arctan(y/x)相同。但是，如果x<0，则以下等式适用：
Figure BDA0001510509420000124
其用弧度(rad)表示。
所提出的方案针对磁场的三次和五次谐波是特别鲁棒的，由此提供确定旋转角度的稳定方式。
本文中提出的示例可以特别地基于以下方案中的至少一个。具体地，可以使用以下特征的组合以便达到期望的结果。该方法的特征可以与设备、装置或系统的任何特征组合，反之亦然。
提供一种磁性角度感测系统，包括：
-第一磁性感测设备，
-第二磁性感测设备，
-第三磁性感测设备，
-衬底，包括所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备，
-其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备每个被布置为响应于与所述衬底的主表面垂直的磁场分量，
-其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备每个包括相同数目的磁性感测元件，
-其中所述第二磁性感测设备在半导体表面上布置为鉴于所述第一磁性感测设备围绕参考点顺时针旋转120°，
-其中所述第三磁性感测设备在所述半导体表面上布置为鉴于所述第一磁性感测设备围绕所述参考点逆时针旋转120°。
注意，磁性感测设备可以布置在衬底上。衬底具体地可以是半导体衬底，是或者包括硅(半导体)芯片或管芯。
根据实施例，参考点位于半导体器件的表面上，其中参考点还位于固定到可旋转轴(shaft)的磁场源的旋转轴线上。
角度感测系统被布置为检测这个可旋转轴的旋转角度。
根据实施例，
-其中所述第二磁性感测设备布置在所述半导体表面上，其中所述第二磁性感测设备的重心鉴于所述第一磁性感测设备的重心围绕所述参考点顺时针旋转120°，并且
-其中所述第三磁性感测设备布置在所述半导体表面上，其中所述第三磁性感测设备的重心鉴于所述第一磁性感测设备的重心围绕所述参考点逆时针旋转120°。
根据实施例，所述磁性感测设备的所述磁性感测元件与所述磁性感测元件的相关联的磁性感测设备以相同的方式旋转。
根据实施例，若干磁性感测设备的若干磁性感测元件示出相同的取向和旋转。
因此，若干磁性感测设备的所有磁性感测元件可以彼此平行。
根据实施例，所述磁性感测元件是霍尔板或MAG-FET中的至少一项。
根据实施例，每个磁性感测设备包括一个磁性感测元件、两个磁性感测元件或四个磁性感测元件。
根据实施例，磁性感测设备的磁性感测元件布置为矩形形状、布置在直线上或者布置在读取圆圈上。
根据实施例，每个磁性感测设备的磁性感测元件经由互连层并联连接。
因此，整组磁性感测元件的输入电阻或输出电阻不大于单个磁性感测元件的相应输入电阻或输出电阻。
另外，提出了一种角度传感器检测系统，
-包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中所述磁性感测设备中的每个磁性感测设备能够感测与所述衬底的主表面垂直的磁场分量，
-其中所述多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
-其中所述磁性感测设备的方位坐标彼此相差120°，
-包括被布置为进行以下操作的处理单元：
-确定与由第一磁性感测设备和第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
-确定与由所述第二磁性感测设备和第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
-基于所述第一信号和所述第二信号来确定旋转角度。
所述处理单元可以包括以下中的至少一个：处理器、微控制器、硬连线电路、ASIC、FPGA、逻辑器件。
根据实施例，处理单元还被布置为：
-确定与由所述第三磁性感测设备和所述第一磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第三信号，
-基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号来确定所述旋转角度。
根据实施例，由所述磁性感测设备感测的磁场分量平行于旋转轴线，其中轴被布置为围绕所述旋转轴线可旋转，并且其中磁场源连接到所述轴。
轴并且特别地磁体可以布置在多个磁性感测设备附近。
根据实施例，确定旋转角度还包括以下步骤：
-根据(Sx，Sy)平面中的指示器来确定所述旋转角度，其中Sx是与所述第一信号成比例的坐标，并且Sy是与所述第二信号和所述第三信号的加权和成比例的坐标，
-其中所述旋转角度是在所述指示器与沿着所述Sx坐标的方向或沿着所述Sy坐标的方向之间的角度。
注意，加权和也可以是差值。这特别适用于系数根据它们的量而相等但是具有不同的代数符号的情况。
根据实施例，旋转角度是在所述指示器与沿着所述Sx坐标或所述Sy坐标的方向之间的角度加上任意常数。
任意常数可以用来调整零位。任意常数可以等于23°、90°或180°。
另外，提供了一种用于确定轴的旋转角度的方法，
-其中所述轴被布置为围绕旋转轴线可旋转，并且其中磁场源连接到所述轴，
-包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中所述磁性感测设备中的每个磁性感测设备能够感测与所述衬底的主表面垂直的所述磁场源的磁场分量，
-其中所述多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
-其中所述磁性感测设备的方位坐标彼此相差120°，
-所述方法包括步骤：
-确定与由第一磁性感测设备和第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
-确定与由所述第二磁性感测设备和第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
-基于所述第一信号和所述第二信号来确定旋转角度。
根据实施例，该方法还包括：
-确定与由所述第三磁性感测设备和所述第一磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第三信号，
-基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号来确定所述旋转角度。
提出了一种计算机程序产品，其可直接加载到数字处理设备的存储器中，并且包括用于执行如本文中描述的方法的步骤的软件代码部分。
提供了一种计算机可读介质，其具有被适配为引起计算机系统执行如本文中描述的方法的步骤的计算机可执行指令。
在一个或多个示例中，本文中描述的功能可以至少部分地以硬件(诸如特定硬件部件或处理器)来实现。更一般地，这些技术可以用硬件、处理器、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质进行传输并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质(其对应于诸如数据存储介质的有形介质)或通信介质(其包括促进例如根据通信协议将计算机程序从一处传送到另一处的任何介质)。以这种方式，计算机可读介质通常可对应于(1)非暂态有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波等通信介质。数据存储介质可以是可以由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以取回用于实现本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
作为示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备、闪速存储器、或者可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质，即，计算机可读传输介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波等无线技术被包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他暂态介质，而是针对非暂态有形存储介质。本文中使用的磁盘和光盘包括光碟(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光器光学地再现数据。以上的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
指令可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文中使用的术语“处理器”可以指代任何前述结构或适合于实现本文中描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面中，本文中描述的功能可以在被配置用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内提供，或者并入到组合编解码器中。而且，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。
本公开的技术可以在各种各样的设备或装置中实现，包括无线手持机、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)。在本公开中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置为执行所公开的技术的设备的功能方面，但是不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，如上所述，与合适的软件和/或固件结合，各种单元可以被组合在单个硬件单元中，或者通过包括如上所述的一个或多个处理器的互操作的硬件单元的集合来被提供。
虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出将实现一些本发明的优点的各种变化和修改。对于本领域普通技术人员显而易见的是，执行相同功能的其他部件可以被适当地替换。应当指出，参考具体数字解释的特征可以与其他数字的特征组合，即使在没有明确提及的情况下也是如此。此外，本发明的方法可以在全软件实现中、使用适当的处理器指令、或者在利用硬件逻辑和软件逻辑的组合的混合实现中实现以实现相同的结果。本发明构思的这种修改意图由所附权利要求覆盖。

Claims (22)

1.一种磁性角度感测系统，包括：
第一磁性感测设备，
第二磁性感测设备，
第三磁性感测设备，
衬底，其中所述第一磁性感测设备，所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备被布置在所述衬底上，
其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备每个被布置为响应于与所述衬底的主表面垂直的磁场分量，
其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备每个包括相同数目的磁性感测元件，
其中所述第二磁性感测设备在所述主表面上布置为鉴于所述第一磁性感测设备围绕参考点顺时针旋转120°，
其中所述第三磁性感测设备在所述主表面上布置为鉴于所述第一磁性感测设备围绕所述参考点逆时针旋转120°，
其中所述磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第一读取方向，
其中所述磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第二读取方向，
其中所述第一读取方向与所述第二读取方向垂直。
2.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述参考点位于半导体器件的表面上，其中所述参考点还位于固定到可旋转轴的磁场源的旋转轴线上。
3.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，
其中所述第二磁性感测设备布置在所述主表面上，其中所述第二磁性感测设备的重心鉴于所述第一磁性感测设备的重心围绕所述参考点顺时针旋转120°，并且
其中所述第三磁性感测设备布置在所述主表面上，其中所述第三磁性感测设备的重心鉴于所述第一磁性感测设备的重心围绕所述参考点逆时针旋转120°。
4.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备中的每个磁性感测设备的所述磁性感测元件与所述磁性感测设备以相同的方式旋转。
5.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中若干磁性感测设备的若干磁性感测元件示出相同的取向和旋转，其中所述若干磁性感测设备包括所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备中的至少一个磁性感测设备。
6.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述磁性感测元件是霍尔板或MAG-FET中的至少一项。
7.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备中的每一个磁性感测设备包括一个磁性感测元件、两个磁性感测元件或四个磁性感测元件。
8.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备中的每个磁性感测设备的所述磁性感测元件布置为矩形形状、布置在直线上或者布置在读取圆圈上。
9.根据权利要求1所述的磁性角度感测系统，其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备中的每个磁性感测设备的所述磁性感测元件经由互连层并联连接。
10.一种角度传感器检测系统，
包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中所述多个磁性感测设备中的每一个磁性感测设备能够感测与所述衬底的主表面垂直的磁场分量，
其中所述多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
其中所述多个磁性感测设备的方位坐标彼此相差120°，
其中所述多个磁性感测设备中的每个磁性感测设备包括一个或多个磁性感测元件，
其中所述一个或多个磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第一读取方向，
其中所述一个或多个磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第二读取方向，
其中所述第一读取方向与所述第二读取方向垂直，
包括处理单元，所述处理单元被布置为：
确定与由所述多个磁性感测设备中的第一磁性感测设备和所述多个磁性感测设备中的第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
确定与由所述第二磁性感测设备和所述多个磁性感测设备中的第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备位于所述读取圆圈上的不同位置，
基于所述第一信号和所述第二信号来确定旋转角度。
11.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中所述处理单元进一步被布置为：
确定与由所述第三磁性感测设备和所述第一磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第三信号，
基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号来确定所述旋转角度。
12.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中由所述多个磁性感测设备感测的磁场分量平行于旋转轴线，其中轴被布置为围绕所述旋转轴线可旋转，并且其中磁场源连接到所述轴。
13.根据权利要求11所述的角度传感器检测系统，其中确定所述旋转角度还包括以下步骤：
根据(Sx，Sy)平面中的指示器来确定所述旋转角度，其中Sx是与所述第一信号成比例的坐标，并且Sy是与所述第二信号和所述第三信号的加权和成比例的坐标，
其中所述旋转角度是在所述指示器与沿着所述Sx坐标的方向或沿着所述Sy坐标的方向之间的角度。
14.根据权利要求13所述的角度传感器检测系统，其中所述旋转角度是在所述指示器与沿着所述Sx坐标或所述Sy坐标的方向之间的角度加上任意常数。
15.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中所述多个磁性感测设备中的每个磁性感测设备具有矩形、正方形、十字形、圆形、八边形或三叶草叶子形状。
16.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中所述第一磁性感测设备中的每个磁性感测元件并联电连接，其中所述第二磁性感测设备中的每个磁性感测元件并联电连接，并且其中所述第三磁性感测设备中的每个磁性感测元件并联电连接。
17.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中所述第一磁性感测设备的一个或多个第一磁性感测元件的第一布置与所述第二磁性感测设备的一个或多个第二磁性感测元件的第二布置相同，并且其中所述第一布置和第二布置与所述第三磁性感测设备的一个或多个第三磁性感测元件的第三布置相同。
18.根据权利要求10所述的角度传感器检测系统，其中所述第一磁性感测设备的一个或多个第一磁性感测元件的第一布置相对于所述第二磁性感测设备的一个或多个第二磁性感测元件的第二布置旋转120°，并且其中所述第二布置相对于所述第三磁性感测设备的一个或多个第三磁性感测元件的第三布置旋转240°。
19.一种用于确定轴的旋转角度的方法，
其中所述轴被布置为围绕旋转轴线可旋转，并且其中磁场源连接到所述轴，
包括布置在衬底上的多个磁性感测设备，其中所述多个磁性感测设备中的每一个磁性感测设备能够感测与所述衬底的主表面垂直的所述磁场源的磁场分量，
其中所述多个磁性感测设备在读取圆圈上布置在三个不同且等距的位置处，
其中所述多个磁性感测设备的方位坐标彼此相差120°，
其中所述多个磁性感测设备中的每个磁性感测设备包括一个或多个磁性感测元件，
其中所述一个或多个磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第一读取方向，
其中所述一个或多个磁性感测元件被定向在所述衬底上以具有彼此平行的第二读取方向，
其中所述第一读取方向与所述第二读取方向垂直，
所述方法包括步骤：
确定与由所述多个磁性感测设备中的第一磁性感测设备和所述多个磁性感测设备中的第二磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第一信号，
确定与由所述第二磁性感测设备和所述多个磁性感测设备中的第三磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第二信号，
其中所述第一磁性感测设备、所述第二磁性感测设备和所述第三磁性感测设备位于所述读取圆圈上的不同位置，
基于所述第一信号和所述第二信号来确定旋转角度。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
确定与由所述第三磁性感测设备和所述第一磁性感测设备提供的磁场分量的差值成比例的第三信号，
基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号来确定所述旋转角度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述旋转角度包括：
根据(Sx，Sy)平面中的指示器来确定所述旋转角度，
其中Sx是与所述第一信号成比例的坐标，
其中Sy是与所述第二信号和所述第三信号的加权和成比例的坐标，并且
其中所述旋转角度是在所述指示器与沿着所述Sx坐标的方向或沿着所述Sy坐标的方向之间的角度。
22.一种计算机可读介质，具有被适于引起计算机系统执行根据权利要求19所述的方法的步骤的计算机可执行指令。
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