CN108507594B

CN108507594B - 位置传感器和位置感测的方法

Info

Publication number: CN108507594B
Application number: CN201810164197.0A
Authority: CN
Inventors: S·休伯林登贝格尔; J·毕尔巴鄂德蒙迪扎巴尔
Original assignee: Melexis Technologies SA
Current assignee: Melexis Technologies SA
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: EP3367067B1; EP3367067A1; CN108507594A; US10415997B2; US20180245948A1

Abstract

本发明题为“位置传感器和位置感测的方法”。本发明公开了一种确定传感器设备相对于外磁场的位置的方法，所述方法包括：向导体提供电流以生成将与外磁场叠加的内磁场，测量组合磁场的场分量，基于施加的电流和/或所测量的残余磁场来计算位置。还描述了一种用于执行所述方法的位置传感器。

Description

位置传感器和位置感测的方法

技术领域

本发明整体涉及位置传感器领域。更具体地，本发明涉及磁性位置传感器和磁性位置感测的方法。

背景技术

位置传感器在本领域中是已知的，例如用于测量(例如安装到定子的)传感器芯片相对于(例如安装到转子的)一个或多个磁体的角位置的角位置传感器。

各种磁体布置用于本领域中，例如，双极条形磁体或双极盘形磁体或双极环形磁体、或多极盘形磁体、或多极环形磁体、或布置在圆上的多个单独磁体等。

各种算法或公式用于本领域中，例如基于测角函数、傅立叶函数等。

通过测量由各个位置处的一个或多个磁体生成的磁场的强度来计算一个或多个磁体相对于传感器元件的位置或取向是可能的。

WO9854547(A1)描述了一种传感器布置结构，其包括具有至少三个感测元件和一个条形磁体的角位置传感器。描述了一种如何根据传感器值之间的差值的比率的反正切函数来计算角位置的方法。所得的角度对恒定外磁场(本文也称为“杂散场”或“外磁场”)相对不敏感(稳健)。

使用两个值的比率而不是测量值本身的优势在于此类方法对于老化效应更稳健。此原理是公知的，并且例如还用于惠斯特电桥的读出电路。

WO2014029885(A1)描述了一种传感器布置结构，其包括具有布置在虚拟圆形上的多个传感器元件的角位置传感器，以及包括多极盘形磁体或多极环形磁体。取决于若干参数(例如，磁极的数量、传感器元件的数量、使用的特定算法、传感器元件的取向)，所得的角度对于(传感器芯片相对于磁体的)位置误差、恒定外磁场而言相对不灵敏(稳健)，并且在一些情况下，甚至对场梯度是稳健的。后者则在汽车环境下尤其有利。

包括一个或多个磁体和一个或多个位置传感器的各种其他传感器布置结构在本领域中是已知的，并且取决于应用(例如，傅立叶序列)来使用各种算法或数学函数。各种方案解决不同的需求，并且每个方案具有其自身的优势和不足。

发明内容

本发明的实施方案的目的在于提供位置传感器和用于确定位置的方法。

该目的和其他目的通过根据本发明的实施方案的方法和位置传感器来实现。

在第一方面，本发明提供了一种确定传感器设备相对于外磁场的位置的方法。该方法包括向第一电导体施加或调节第一电流来生成将与外磁场叠加的第一内磁场以便形成第一总磁场；使用第一磁性感测元件在第一位置处测量第一总磁场的分量；向不同于第一电导体的第二电导体施加或调节第二电流来生成将与外磁场叠加的第二内磁场以便形成第二总磁场；使用不同于第一磁性感测元件的第二磁性感测元件在第二位置处测量第二总磁场的分量；根据至少第一电流和第二电流或者根据第一电流和第二电流以及考虑在第一位置处测量的第一总磁场的场分量和/或在第二位置处测量的第二总磁场的场分量来计算传感器设备的位置。

“施加或调节确定第一电流和第二电流”的步骤例如可指“将具有第一电流值和第二电流值的第一电流和第二电流分别初始化”为第一预定义值和第二预定义值，优选地分别初始化为第一非零值和第二非零值。

位置可为角位置，在此情况下位置传感器为角位置传感器。

有利地是，该方法能够确定位置传感器(例如，角位置传感器)相对于“弱磁体”的位置(例如，角位置)。

在一些实施方案中，每次仅施加一个电流并且在相应位置处测量所得的总磁场，并且在对电流中的每一者时分复用之后计算角度。在其他实施方案中，同时施加两个电流或所有电流。

在一些实施方案中，该方法包括在至少三个不同位置处测量至少三个电流。

在一些实施方案中，该方法还包括通过减去测量值中的一些测量值来计算场梯度(例如，dBz/dx或dBz/dy)的步骤。

需指出，可同时执行所述步骤中的一些或所有步骤，如在讨论图10时将详细所述。设想两个特定情况：(i)在不同时刻施加第一电流和第二电流的情况，(ii)同时施加第一电流和第二电流的情况(在此情况下，总磁场Btot为测量的磁场和生成的场的组合)。例如，施加电流和测量电流通常将同时进行。

在一个实施方案中，以时分复用方式施加第一电流和第二电流。

在一个实施方案中，同时施加第一电流和第二电流。

在一个实施方案中，确定或更新第一电流值的步骤包括：i)在第一位置处测量第一磁场分量；ii)基于所测量的第一磁场分量估计或计算或确定第一电流值，使得总磁场的场分量的幅值将小于单独的外磁场的幅值。

换言之，施加电流值使得总磁场分量的幅值减小。

减小总磁场分量的幅值是有利的，因为以此方式减小了由于在被适配用于在第一方向X上测量磁场的第一感测元件与被适配用于在第二方向Y上测量磁场的第二感测元件之间的匹配误差造成的误差。

在一个实施方案中，该方法包括通过在所述第一位置处测量所述第一磁场分量来确定或更新所述第一电流值的初始步骤以及基于所测量的第一磁场分量来确定所述第一电流值，使得总磁场的分量的幅值小于单独的外磁场的幅值，和/或通过在所述第二位置处测量所述第二磁场分量来确定或更新所述第二电流值，以及随后基于所测量的第二磁场分量确定所述第二电流值，使得总磁场的分量的幅值小于单独的外磁场的幅值。

在一个实施方案中，该方法包括测量第一电流和/或第二电流以及在计算位置时利用测量的第一电流和/或第二电流。

在一个实施方案中，该方法还包括：基于所测量的第一总磁场的场分量来调节第一电流以用于减小第一总磁场的场分量的幅值；基于所测量的第二总磁场的场分量来调节第二电流以用于减小第二总磁场的场分量的幅值；使用第一磁性感测元件在第一位置处再次测量第一总磁场的分量；使用第二磁性感测元件在第二位置处再次测量第二总磁场的分量。

参考图10，根据该实施方案的方法由此实际上在步骤b)和c)中执行两次“通过”。步骤d)的计算可计算一次，或者可取决于应用而计算多于一次，例如两次。

在一个实施方案中，重复执行调节和测量步骤，直到在所述第一位置处测量的第一总磁场的场分量的幅值的绝对值和第二位置处测量的第二总磁场的场分量的幅值的绝对值均小于预定义阈值，该预定义阈值小于250mT，例如小于200mT，例如小于100mT，例如小于50mT，例如小于20mT，例如小于10mT，例如小于5mT，例如小于2mT，例如小于1mT。

在一个实施方案中，对位置进行计算的步骤基于第一电流值和第二电流值而无需考虑所测量的第一总磁场和第二总磁场的场分量。

在第二方面，本发明涉及一种跟踪传感器设备相对于外磁场的位置的方法，所述方法包括：根据第一方面确定位置，其中连续重复执行调节和测量步骤。

在一个实施方案中，调节第一电流和/或第二电流的步骤包括：测试第一总磁场分量的幅值的绝对值和第二总磁场的分量的幅值的绝对值是否均小于预定义阈值，该预定义阈值小于250mT，例如小于200mT，例如小于100mT，例如小于50mT，例如小于20mT，例如小于5mT，例如小于2mT，例如小于1mT，是指测试由电流生成的内磁场是否大体上抵消外磁场；并且如果测试结果是否定的，这是指内磁场大体上未抵消外磁场，则调节第一电流和第二电流中的至少一者；并且如果测试结果是肯定的，这是指内磁场大体上抵消外磁场，则保持第一电流和第二电流。

两个分量值可为磁场中特定方向上的幅值或者可为场梯度的值。

在一个实施方案中，调节电流是指取决于所测量的总磁场的分量大于零还是小于零而以预先确定的量增大或减小；或者其中调节电流是指取决于所测量的总磁场的分量大于还是小于一组预定义阈值而以选自一组有限的预先确定的量的量增大或减小；(这可例如通过将测量值与模拟或者数字的多个阈值进行比较来实现)；或者其中调节电流是指施加选自由P控制环路、PI控制环路、PD控制环路、PID控制环路组成的组的过程控制环路。

在一个实施方案中，外磁场由永磁体产生。

在一个实施方案中，测量第一磁场和第二磁场包括使用第一霍尔元件和第二霍尔元件。

在一个实施方案中，测量总磁场的磁场分量包括使用第一磁阻元件和第二磁阻元件。

在一个实施方案中，测量总磁场的磁场分量包括使用第一霍尔元件和第二霍尔元件，以及还使用具有不同于第一霍尔元件和第二霍尔元件的范围的第一磁阻元件和第二磁阻元件，以及选择或组合来自第一霍尔元件和第一磁阻元件的测量值，以及选择或组合来自第二霍尔元件和第二磁阻元件的测量值。

在一个实施方案中，计算位置包括使用一个或多个测角函数。

在第三方面，本发明涉及一种用于确定传感器设备相对于外磁场的位置的传感器设备，该传感器设备包括：至少第一磁性感测元件，其被适配用于在第一位置处感测磁场分量，和第二磁性感测元件，其用于在不同于第一位置的第二位置处感测磁场分量；读出电路，其连接到所述第一磁性感测元件和第二磁性感测元件以用于获得指示所述第一磁场分量和第二磁场分量的第一信号和第二信号；至少第一电导体和第二电导体或第一线圈和第二线圈；电流发生器电路，其连接到所述第一电导体和第二电导体并且被适配用于使得至少第一电流流入第一电导体以及被适配用于使得第二电流流入第二电导体，由此生成将与外磁场叠加的内磁场以便形成组合磁场；控制器，其连接到所述读出电路以及连接到所述电流发生器电路，并且被适配用于执行根据第一方面或第二方面的方法。

传感器设备可为集成硅器件。

在一个实施方案中，第一感测元件和第二感测元件为第一霍尔元件和第二霍尔元件。

在一个实施方案中，第一感测元件和第二感测元件为第一磁阻元件和第二磁阻元件。

在一个实施方案中，第一感测元件和第二感测元件为第一霍尔元件和第二霍尔元件，并且传感器设备还包括呈磁阻元件的形式的布置在彼此顶部的第三感测元件和第四感测元件。

在一个实施方案中，电流发生器电路包括至少一个电流DAC，并且其中对位置进行计算的步骤基于从提供至电流DAC的信号获得的信号，以及另选地还基于从读出电路获得的信号；或者其中传感器设备还包括至少一个基准电阻器(reference resistor)，其被适配用于将流过第一电导体和第二电导体的电流转换为电压，以及模/数转换器，其用于数字化所述电压。

在第四方面，本发明还提供一种传感器布置结构，所述传感器布置包括：永磁体，其用于生成传感器设备外部的磁场；靠近永磁体布置的根据第三方面的传感器设备。

在所附的独立权利要求和从属权利要求中讨论了本发明的特定和优选方面。如果合适的话，并且不仅如权利要求中所明确讨论的，从属权利要求的特征可与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征相结合。

参考下文描述的实施方案，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

图1(a)为对WO9854547(A1)的图1的复制，其示出了双极磁体相对于具有四个集成磁性感测元件的传感器芯片的传统布置。

图1(b)为对WO9854547(A1)的图2的复制，其示出了图1(a)的四个集成磁性感测元件的布置，其中两个传感器对位于垂直于旋转轴的传感器平面内。

图2(a)为类似于图1(a)的传感器布置结构的3D透视图，但是使用了双极盘形磁体。

图2(b)示出了一对传感器元件如何提供正弦值以及另一对传感器元件如何提供余弦值以及如何使用反正切函数根据正弦值和余弦值计算角位置。

图3示出了本发明解决的问题。

图4示出了如可用于本发明的实施方案的包括三个感测元件的传感器设备，每个感测元件由用于产生本地磁场的线圈围绕。

图5示出了还包括一个或多个磁通量引导件(例如IMC)的图4的传感器设备。

图6到图9示出了如可用于本发明的实施方案的磁性感测元件和导体或线圈的若干布置。

图10示出了根据本发明的实施方案的方法。

图11示出了图10的方法。

图12示出了图10的方法的实施例或变体。

图13示出了图12的方法。

图14示出了根据本发明的传感器布置结构，包括根据本发明的永磁体和传感器设备。

图15示出了适用于图14的传感器布置结构的一组公式。

具体实施方式

本发明将参考特定实施方案以及某些附图来描述，但是本发明不限于此而仅由权利要求加以限制。所述附图仅为示例性的而非限制性的。在附图中，出于说明目的，一些元件的尺寸可能被放大并且未按比例示出。尺寸和相关尺寸未对应于本发明的实施的实际缩减。

而且，说明书和权利要求中的术语第一、第二等用于区分类似元件并且不必用于以时间、空间、排名或者以任何其他方式描述次序。应当理解，如此使用的术语在适当环境下可以互换，并且本文所述的本发明的实施方案能够以本文描述或示出的其他次序操作。

然而，说明书和权利要求中的顶部、底部等术语用于描述性目的并且不必用于描述相对关系。应当理解，如此使用的术语在适当环境下可以互换，并且本文所述的本发明的实施方案能够以本文描述或示出的其他取向操作。

应当注意，权利要求中使用的术语“包括”不应当解释为限于其后列出的装置，其不排除其他元件或步骤。因此被解释为指定所述特征、整体、所指代的步骤或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤或部件、或其分组的存在或添加。因此，表达式“包括装置A和B的设备”的范围不应当限于仅由部件A和B组成的设备。其意味着就本发明而言，该设备的相关部件仅是A和B。

在整个说明书中提到的“一个实施方案”或“实施方案”是指结合该实施方案所述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各个地方出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定都指的是同一个实施方案，但也可能是指同一个实施方案。此外，如本领域的普通技术人员将从本公开内容中所认识到的，具体特征、结构或特性可采用任何合适的方式在一个或多个实施方案中被组合。

类似地，应当理解，在描述本发明的示例性实施方案时，为了精简公开内容并帮助理解各个创新性方面中的一个或多个方面，本发明的各种特征有时在单个实施方案、附图或其说明中组合在一起。然而，本公开的该方法不应理解为体现了这样的意图，即，受权利要求书保护的发明要求比每项权利要求中所明确列举的更多的特征。相反，如以下权利要求书所体现的，创新性方面未能体现上文公开的单个实施方案的所有特征。因此，据此将具体实施方式之后的权利要求书明确并入该具体实施方式中，其中每项权利要求单独地作为本发明的独立的实施方案。

此外，虽然本文所述的一些实施方案包括一些特征且不包括其他实施方案中包括的其他特征，但不同实施方案的特征的组合也应在本发明的范围内，并且形成不同的实施方案，如本领域的技术人员将理解的那样。例如，在下文的权利要求书中，受权利要求书保护的实施方案中的任一者都可以任何组合使用。

本文所提供的说明书中描述了许多具体细节。然而，应当理解，可不需要这些具体细节来实践本发明的实施方案。在其他情况下，没有详细示出熟知的方法、结构和技术，以免影响对本说明书的理解。

在该文档中，术语“线圈”和“电感器”和“绕组”被用作同义词。在本发明的实施方案中，线圈可在单个平面或多个平面中实现，例如在硅衬底的表面，和/或在硅平面上方的多个金属层中，或者甚至在集成设备的外部，例如使用键合线。

在该文档中，术语“组合磁场”或“总磁场”(称为“Btot”)具有相同含义。它们指代(在特定位置x、y、z处的)磁场，其是所谓(例如由永磁体生成的)外磁场矢量“Bext”和(例如由流过一个或多个相应导体例如单独或同时流过一个或多个相应线圈的一个或多个电流生成的)一个或多个内磁场矢量“Bint”叠加的结果。

表述“内磁场”可指代由流过优选地布置在单个磁性感测元件附近的单个导体(例如，单个线圈)的单个电流生成的磁场，或者可指代各自由流过相应导体或线圈的相应电流生成的“多个此类磁场的矢量组合”，取决于上下文，每个导体或线圈优选地布置在相应磁性感测元件附近。

表述“总磁场大体上为零(在传感器位置)”用于表示“总磁场具有小于预定义阈值(在传感器位置)的幅值”，或者更准确地说，“可由磁性感测元件测量的磁场的分量的幅值(例如，在水平霍尔板情况下，总磁场的Bz分量的幅值)小于预定义阈值”。

当在距磁体大约2毫米的距离处测量时，“弱磁体”表示磁体生成具有强度小于20豪特斯拉的磁场，例如，小于15豪特斯拉，例如小于10豪特斯拉，例如小于5豪特斯拉，例如小于2豪特斯拉，或小于1.5豪特斯拉，或小于1豪特斯拉。

本发明整体涉及位置传感器和位置感测的方法。更具体地，本发明涉及磁性角位置传感器和方法。

图1(a)为对WO9854547(A1)的图1的复制，其示出了双极磁体101(具有北极N和南极S)相对于具有四个集成磁性感测元件104的传感器芯片102的传统布置，在图1(a)中仅三个集成磁性感测元件可见。磁体101可围绕轴103旋转。

图1(b)为对WO9854547(A1)的图2的复制，其示出了图1(a)的四个集成磁性感测元件104的布置，其中两个传感器对位于垂直于旋转轴103的传感器平面内。如在WO9854547(A1)中所解释的，计算磁体101相对于传感器设备102的唯一角位置(在360度范围内)是可能的。这可通过测量四个传感器位置中的每个位置上的磁场分量“Bz”以及通过使用数学计算，尤其基于不同值的比率的反正切函数来实现。

图2(a)为类似于图1(a)的传感器布置结构200的3D透视图，但是使用了双极盘形磁体201而不是条形磁体。但是操作原理是一样的。假定图2(a)的传感器设备也具有四个感测元件，如同图1(b)。

图2(b)示出了一对传感器元件如何(根据角位置α)提供正弦值以及另一对传感器元件如何(根据角位置α)提供余弦值，以及例如通过计算值的比率的反正切函数如何根据正弦值和余弦值来计算角位置α。

所得的角度α的精度取决于各个方面，诸如例如四个感测元件中的每一者的灵敏度。所谓“灵敏度”是指缩放系数或缩放函数以将磁场值“B”转换为可从感测元件获得的信号(例如，在霍尔板的输出节点处测量的差分电压信号)。

本领域中已知在校准测试期间确定每个单独感测元件(或传感器元件对的)灵敏度，例如作为生产期间结束测试(EOL)的一部分，以及将校准数据存储在设备中的非易失性存储器中以供稍后使用。这在短期内提供准确结果，即使在各个磁性感测元件之间存在灵敏度失配的情况下，只要感测元件的灵敏度不变，但是实际上精度随时间减小，因为元件中的每一者的灵敏度随时间变化，例如，由于老化效应、机械应力等，并且通常对于感测元件中的每一者，灵敏度变化不同。

本发明涉及传感器设备的多个感测元件之间长期灵敏度失配的特定问题。

该问题在图3中针对两个感测元件示出，但是当然，传感器设备可具有多于两个感测元件，例如角度传感器设备通常具有至少三个磁性感测元件，例如，具有四个或六个或八个或十个或十二个或十六个，或多于十六个感测元件，其中每一个都可具有(以及通常将具有)不同灵敏度，例如，第一感测元件可具有灵敏度S1，第二感测元件可具有灵敏度S2等。

重复提到的是，本发明试图解决的具体问题不是S1不同于S2的事实，该问题可通过校准测试(如上所述)得到有效的解决，本发明涉及S1和S2由于老化效应(也被称为“漂移”或“长期漂移”)可(以及通常将)随时间以不同方式变化的具体问题。例如S1可随时间增大而S2可随时间减小。

换言之，本发明涉及传感器设备的感测元件之间长期灵敏度失配的具体问题。

本发明至少部分地基于以下见解，当待测量的磁场分量较大(例如具有较大幅值)时，由于灵敏度漂移造成的偏差(或误差)通常较大，并且当待测量的磁场分量较小(例如具有较小幅值)时，偏差较小。

本发明的发明人得到以下想法：通过减小待测量磁场来减小(或者在一些实施方案中甚至消除)长期灵敏度失配的影响。

更具体地，本发明的发明人提议(通过向布置在感测元件附近的特定导体或线圈施加一个或多个电流I1,I2等)产生一个或多个本地磁场，以减小但优选地以完全抵消外磁场“Bext”。

发明人得到进一步见解，不需要产生在芯片上每个位置处的大体上为零的内磁场

(实际上是不可能的，尤其用于抵消复杂磁场，诸如由四极磁体生成的磁场)，但是他们认识到这足以使得总磁场

选择性地在传感器元件的每个位置处大体上为零。这在本发明的一些实施方案中通过仅向位于特定传感器元件附近的相应导体(例如线圈)中的一者施加各个电流来实现。

但是他们认识到还可以产生组合内场，该内场为通过在选择的所述导体或线圈中同时施加至少两个电流生成的多个单独内磁场

的叠加，使得总磁场

同时在所有传感器位置中大体上为零。这在本发明的其他实施方案中实现。

当传感器设备的感测元件中的一者或每一者的位置处的总磁场Btot大体上为零时，感测元件中的一者或每一者的输出信号也将为零(参见图3，未考虑潜在偏移)。在这种情况下(在一个传感器位置处的零总场，或者同时在传感器位置中的每一者处的零总场)，内磁场“Bint”或场大体上等于所述一个或多个传感器位置处的外磁场。但是由于一个或多个内磁场借助本地生成的电流产生，电流的幅值被明确限定(例如，电流幅值已知，例如当通过使用电流DAC生成时，或者例如可使用基准电阻器和ADC测量时)，因此能够根据这些一个或多个电流以准确方式以及以独立于由于老化或漂移引起的幅值灵敏度失配的方式来表达角位置α。

在本发明的优选实施方案中，使用数字或模拟控制环路重复地或连续地确定或调节电流，使得在所述单个传感器位置处或者同时在所述多个传感器位置处测量所得的总磁场Btot大体上为零。位置传感器的此类实施方案在本文被称为“闭环位置传感器”。

这些是本发明的基本思想。

图4为具有位于衬底上三个不同位置LOC1、LOC2、LOC3处的用于测量三个磁场值的三个磁性感测元件401、403、405的传感器设备400的示例性表示。但是当然，本发明不限于此特定布置，并且根据本发明的传感器设备还可具有多于三个传感器元件。

在示出的实施例中，磁性感测元件为水平霍尔元件(也被称为水平霍尔板)，但是本发明并不限于此，并且还可使用其他磁性感测元件，诸如像垂直霍尔元件，或磁阻元件，例如GMR元件或TMR元件等。但是为了便于说明，本发明将针对水平霍尔元件进行进一步描述。

在一些实施方案中，至少三个感测元件401、403、405并未定位在直线上。

在其他实施方案中，至少三个感测元件401、403、405定位在直线上。

水平霍尔元件允许测量垂直于衬底平面而取向的磁场分量，在本文被称为“Bz”分量。通过测量衬底上三个不同位置LOC1、LOC2、LOC3处的垂直场分量“Bz”的值，可以确定dBz/dx和dBz/dy。如果传感器元件布置在圆上，则可使用其他技术(例如，傅立叶分析)。如已在背景技术部分所述，存在若干合适的布置和对应算法或公式来计算角位置，其中的许多或全部可与本发明的原理结合使用，但是本发明的焦点不在于找到新拓扑或新公式，而是确定磁场的方式，即通过产生内场，所述内场至少减小但优选地完全抵消外磁场Bext。

返回参考图4的实施例。第一感测元件401在第一位置LOC1处测量在垂直于衬底平面的Z方向上取向的第一场分量Bz1，第二感测元件403在衬底上的第二位置LOC2处测量在Z方向上取向的第二场分量Bz2，以及第三感测元件405在第三位置LOC3处测量在Z方向上取向的第三场分量Bz3。感测元件例如可为集成在CMOS器件中的水平霍尔板。

可以看出，三个感测元件401、403、405中的每一者由相应线圈402、404、406围绕。第一线圈402被适配用于主要在第一传感器位置LOC1处生成本地磁场

在本发明的一些实施方案中，最多一个电流I1、I2或I3在任意时刻流过线圈402，404，406。控制器或控制环路例如将I2和I3设为零，并且将估计或确定第一电流I1，该第一电流的总磁场(读数：Bext+Bint1的叠加)在第一传感器位置LOC1处大体上为零。在求出第一电流I1之后，I1和I3被设为零，并且控制器或控制环路可求得第二电流I2，其总磁场(读数：Bext+Bint2)在第二传感器位置LOC2处大体上为零。最后，在求出第二电流I2之后，I1和I2被设为零，并且控制器或控制环路可求得第三电流I3，其总磁场(读数：Bext+Bint3)在第三传感器位置LOC3处大体上为零。如果外场是静止的，或者仅缓慢变化，则也可通过每次仅施加一个电流以时分复用方式依次“测量”场分量中的每一者。在由此确定三个场分量之后，传感器设备的角度α随后可根据电流值I1、I2和I3来计算。此实施方案具有以下优势，即不需要考虑不同线圈402、404、406之间的串扰，并且总电流消耗相对较小。

在本发明的其他实施方案中，至少两个电流或至少三个电流I1，I2，I3同时流过相应线圈。以此方式，第一电流I1生成的场Bint1还对由第二传感器元件和第三传感器元件测量的值具有影响，并且反之亦然。此现象称为“串扰”。然而，此串扰的值由拓扑结构明确限定，并且可以相对容易地考虑到。以此方式，优选地同时施加三个电流，并且选择(例如调节)它们的值，使得总磁场(读数：Bext+Bint1+Bint2+Bint3)同时在传感器位置LOC1、LOC2、LOC3中的每一者处大体上为零。此实施方案具有以下不足：计算稍过复杂，因为需要考虑串扰，但是具有很大优势：它可提供准确结果以及允许快速跟踪角位置α，尤其因为每次仅需要微调电流。需注意，控制环路可在每次迭代时调节所有三个电流，或者在每次迭代时仅调节一个电流或仅调节两个电流。控制环路在本领域公知，并且因此无需在此详细解释。

图5示出了图4的传感器设备400的变体，还包括磁通量引导件，也称为“集成磁力集中器”，缩写为IMC。不熟悉IMC的读者例如可在WO2014029885(A1)中找到更多信息。IMC通过集中通量线提供以无源方式增大信号强度的优势，并且还提供使得通量线弯曲的优势，使得水平霍尔板用于测量外磁场Bext的Bx和By分量，该外磁场以另外方式被取向成沿平行于衬底的方向。

然而，本发明并不限于具有水平霍尔板或仅具有水平霍尔板作为感测元件的传感器设备，并且也可使用其他磁性感测元件，诸如例如垂直霍尔板，或磁阻(MR)设备，例如大型MR(GMR)元件，或隧道MR(TMR)元件。

在本发明的特定实施方案中，传感器设备包括每个感测位置处的两个不同种类的磁性感测元件，例如霍尔板和GMR元件(同样参见图9)。

图6至图9示出了如可用于本发明的实施方案的导体和感测元件的若干布置。这些实施例不是限制性的，而仅意在示出可通过使得电流通过布置在感测元件附近的电导体而生成与外磁场抵消的本地磁场。

图6(a)在顶视图(在上面的矩形中)和剖视图(矩形下方)示出了三个导体，每个导体靠近磁性感测元件布置。图6(a)左侧的导体可沿第一方向X生成平行于平面的磁场“Bx”。图6(a)中间的导体可沿优选地垂直于方向X的方向Y生成平行于表面的磁场“By”。图6(a)右侧的导体可具有线圈形状，并且可生成垂直于表面的磁场“Bz”。

图6(b)在顶视图(上方)和剖视图(下方)示出了具有两个线圈和IMC的布置。传感器元件位于线圈和IMC之间。这例如可通过使用后处理技术，诸如例如溅射、叠芯、电镀、外延生长来实现。

图6(c)示出了图6(b)的变体，具有两个独立的通量引导件(或IMC)而不是仅一个。图6(d)为图6(b)的变体，并且图6(e)为图6(c)的变体。

图7(a)至图7(e)分别为图6(a)到图6(e)的变体，其中至少一个导体或线圈的位置高于感测元件或者位于感测元件上方或感测元件顶部上，而在图6中，导体或线圈的位置低于感测元件或者位于感测元件下方。

图8(a)至图8(e)分别为图6(a)到图6(e)的变体，具有位于感测元件下方或感测元件底下的导体，以及位于感测元件上方或感测元件顶部上的导体，或者换言之，感测元件位于上部导体或线圈和下部导体或线圈之间。当然，也可将导体定位成处于与感测元件相同的水平(例如，在与水平霍尔元件相同的平面中)。

图9(a)至图9(c)为类似于图8(b)的底部部分的示意图，其示出了传感器设备的剖视图，传感器设备包括衬底901、以及一个或多个导体902或线圈、以及第一种类和第一尺寸的第一磁性感测元件903、以及第二种类和第二尺寸的第二磁性感谢元件904，所述第一感测元件和第二感测元件903，904位于大体上相同的位置处以用于感测相同磁场分量。

例如，元件中的一者可为水平霍尔板，并且另一者可为大型磁阻(GMR)元件。在使用期间，例如在总磁场相对较大例如大于250毫特斯拉时，可使用从霍尔元件获得的值，并且当总磁场相对较小例如小于50毫特斯拉时，可使用从GMR获得的值。在50豪特斯拉和250豪特斯拉之间的范围内，传感器值例如可被结合例如求平均值，或者可以选择所述值中的一个。

图9(b)示出了实施例，其中不同类型(例如，霍尔对GMR对TMR)和/或不同尺寸的两个感测元件两者的位置低于一个或多个电导体或一个或多个线圈912或者在一个或多个电导体或一个或多个线圈912下方。

图9(c)示出了实施例，其中不同类型和/或不同尺寸的两个感测元件(例如，霍尔对GMR对TMR)均位于下部电导体或线圈922和上部电导体或线圈925之间。

在图9(a)至图9(c)所示的布置的变体中，添加了IMC。

但是本发明并不限于图6至图9示出的拓扑或布置，并且得益于本发明的技术人员会容易地想到其他变体，例如，像图9(a)所示的变体也是可能的，其中电导体位于第一感测元件903和第二感测元件904之间。例如，在使用具有以多个层实现的多个绕组的线圈的情况下，感测元件可被布置在这些层中的任意层下方/上方/之间。但是本发明的原理是一样的。

图10示出了根据本发明的实施方案的确定传感器设备相对于外磁场Bext的位置α的方法1000。此方法例如可在图14中示出的传感器设备1450中实现。该方法包括步骤：

-在任选步骤1001中，例如通过在传感器设备1450附近布置永磁体1490(参见图14)来在传感器设备附近施加外磁场Bext，或者通过使得一个或多个电流流过电导体结构来生成外磁场，或者外场也可为地磁场(例如，在罗盘应用中)。在本发明的优选实施方案中，假定传感器设备已经布置在永磁体附近，例如图1(a)或图2(a)中所示，但是永磁体无需为双极磁体，但可为多极磁体，例如四极或六极磁体；

-在任选步骤1002中，确定至少两个电流值，即第一电流值Iv1和第二电流值Iv2，例如通过使用第一霍尔元件401在第一传感器位置LOC1处测量第一磁场值以及使用第二霍尔元件403随后使用ADC或一个或多个比较器在第二传感器位置LOC2处测量第二磁场值，以及通过估计或计算当被施加到分别位于所述第一位置和第二位置处的电导体或线圈402、404时将可能减小或理想地完全抵消外磁场Bext的电流值Iv1、Iv2。如上所述，可以时分复用方式或同时地确定电流I1和I2的值。

-在步骤1003a中，将第一电流I1(任选地对应于第一电流值Iv1)施加到第一电导体，由此生成将与外磁场“Bext”叠加的内磁场“Bint1”以便形成组合磁场“Btot1”。同时地或在不同时刻，在步骤1003b中，将第二电流I2(任选地对应于第二电流值Iv2)施加到不同于第一电导体的第二电导体，由此生成将与外磁场“Bext”叠加的内磁场“Bint2”以便形成组合磁场“Btot2”；

-在任选步骤1007a中，测量第一电流I1(例如，使用与第一导体串联的第一基准电阻器以及第一ADC)，并且在任选步骤1007b中，测量第二电流I2(例如，使用与第二导体串联的第二基准电阻器以及第二ADC)。第一ADC可与第二ADC相同，在此情况下通常将使用模拟复用器。在施加磁场电流的情况下，步骤1002a和1002b可为

-在步骤1004a中，在第一传感器位置LOC1处测量第一磁场Btot1的值Btot1，并且在步骤1004b中，在第二传感器位置LOC2处测量总磁场Btot2的值Btot2。如上所述，这可以时分复用方式或者同时地发生；

-在步骤1005中，位置α(例如，角位置)根据第一电流值和第二电流值Iv1、Iv2和/或第一电流和第二电流I1、I2来被计算或估计或以另外方式确定，以及另选地，还考虑在步骤1004(a/b)中测量的第一(残余)场和第二(残余)场Btot1、Btot2。

步骤1002、1003、1004和1005的组合描述了根据本发明的方法的第一基本形式。

步骤1003、1007、1004和1005的组合描述了根据本发明的方法的第二基本形式。

步骤1002、1003、1007、1004和1005的组合描述了根据本发明的方法的第三基本形式。

需注意，在独立地、依次施加电流I1和I2的情况下，施加竖直线左侧的步骤1002a、1003a、1007a和1004a中的一些或所有步骤(其中I2＝0)，以及随后施加竖直线右侧的步骤1002b、1003b、1007b和1004b中的一些或所有步骤(其中I1＝0)。

需注意，步骤1002a/b通常是指在使用电流-DAC的情况下，可独立于实际电流生成自身(步骤1003a/b)来确定(步骤1002a/b)电流值Iv1、Iv2，但是在未使用电流-DAC的情况下，可省略电流值的确定(步骤1002a/b)，但是可采用其他方式例如模拟方式施加和/或调节电流I1、I2。

需注意，如果电流I1、I2不由电流-DAC生成，则通常存在步骤1007a/b，但是该电流例如以模拟方式生成，在这种情况下通常不存在步骤1002a/b。

但是当然，即使在电流由电流-DAC生成时，测量电流(步骤1007a/b)也是可能的，在此情况下将存在步骤1002a/b和步骤1007a/b两者。

图11(不包括任选部分)示出了针对单个感测元件和仅用于一次迭代的上述方法1000。在将电流同时施加到多个电导体中的每一者情况下，针对每个感测元件可示出类似曲线。

简单地说，该方法归结如下：不同于测量与(没有内磁场时外磁场的)磁场分量B1对应的值V1，其需要使用特定感测元件的灵敏度系数或函数，由于老化原因灵敏度可能会并且通常将会随时间而漂移，通过生成至少部分地但优选地完全抵消外场“Bext”的本地磁场“Bint”来减小外磁场“Bext”，磁场将叠加从而形成减小的磁场B2。随后可根据至少第一电流和第二电流或者根据至少第一电流和第二电流并由此考虑在第一位置处测量的第一总磁场的分量和/或在第二位置处测量的第二总磁场的分量来计算角度α。此角度不太会受到不同感测元件的灵敏度失配的影响。

可经由在分别施加第一电流和第二电流之前确定的电流值Iv1、Iv2或者在分别施加第一电流和第二电流之后测量的电流值来采用第一电流和第二电流。

电流值Iv1，Iv2例如可为被发送到“电流DAC”的8位或10位或12位或14位、16位数字值。电流I1和I2为流过导体或线圈的实际电流，其幅值例如可使用基准电阻器和ADC转换器来测量。

在电流I1和I2生成恰好与外磁场Bext反向的内磁场Bint1和Bint2的情况下，传感器设备的角位置α可单独从电流值Iv1和Iv2(或测量的电流I1、I2)导出，而不必考虑所测量的剩余场Btot，因为后者大体上为零。

尽管本文所述方法可首先准确确定Iv1、Iv2的值(用于获得零磁场)，实际上通常并非如此，并且可能需要一个或多个调节来逐渐将总场“Btot”减小到较小值，例如，大体上为“零”，或实际上将传感器位置处的总磁场Btot的幅值减小到预定义阈值ε以下，或将读出信号V的幅值减小到预定义阈值δ以下。

最后，方法1000还包括任选步骤，其中例如基于在步骤1004中获得的测量值Btot1、Btot2或者基于在步骤1005中计算的角位置α来更新Iv1、Iv2(或者I1、I2)的值。随后重复步骤1003、1004和1005来确定更新后的角度。可以理解，(实际上计算角度的)步骤1005可执行两次，但不是绝对必需的，并且也可仅在第一次迭代之后或者两次迭代之后等执行步骤1005。

这在图11中示例性地示出，包括任选部分。因此，在第一次通过时，Bext的Bz分量的幅值从B1减小到B2，并且在第二次通过时(在更新一个或多个电流值之后)，总磁场(Bext和Bint的叠加)进一步从B2减小到B3，从而更接近零。

需注意，“更新”可以各种方式实现，例如通过以固定值递增或缩减(例如，通过以电流DAC的1个最低有效位(LSB)递增或缩减)，但是也可使用其他更新算法，例如动态调节步长大小的算法，或者在使用模拟控制环路的情况下，控制环路任选自所谓的P控制环路、PI控制环路、PD控制环路、PID控制环路中的任一者。(P代表比例，I代表积分，D代表微分，如在控制理论领域中所公知)。更新算法可每次调节一个电流，或者可同时调节所有电流，例如在三个感测元件的情况下为三个电流I1、I2、I3。

当然，迭代次数可以但不必仅限于两次，并且“环路”也可重复或连续执行，从而得到可准确跟踪角位置α的方法，即使角度随着时间而变化。

在本发明的优选实施方案中，步骤1004的测量值使用“高灵敏”感测元件来执行，诸如例如磁阻(MR)元件，例如GMR或TMR元件。尽管此类设备具有有限动态范围，并且因此将不适合对原始外磁场Bext进行直接测量，但是在本发明的实施方案中可有利地使用，其中待由感测元件测量的(总)磁场减小，优选地减小到接近于零的值。

在一些实施方案中，每个传感器位置包括仅作为磁敏元件的MR元件，以及导体(例如，线圈)。

在其他实施方案中，每个传感器位置包括霍尔元件和MR元件，以及导体(例如，线圈)。

在其他实施方案中，一些传感器位置(例如，LOC1到LOC3)包含霍尔元件而不具有线圈，而其他传感器位置(称为LOC4到LOC6)包含GMR元件和导体，例如线圈，以用于在后者位置处产生大体上等于零的磁场。

受益于本发明的本领域技术人员可容易地想到其他替代实施方案。

图12示出了图10中示出的方法的实施例或变体，其包含重复或连续执行的环路。控制环路适于调节电流值Iv1、Iv2和/或相应电流I1、I2，使得所得的总磁场“Btot”减小到大体上为“零场”(或者更准确地说，可由磁场传感器测量的分量减小到接近零的值)。角位置α根据电流值Iv1、Iv2或所测量的电流I1、I2来计算，但是不必考虑所测量的残余磁场(总之其接近零)。图12的方法包含以下步骤：

在任选步骤1201中，例如通过在传感器设备附近布置永磁体(例如，双极或四极环形磁体或四极环形磁体等)来施加外磁场“Bext”。

在步骤1202中，电流值Iv1、Iv2被初始化，例如被预设为预定义值，或者使用具有相对较大动态范围的感测元件(例如，霍尔元件)来测量外磁场Bext，如果存在的话。

在步骤1203中，生成对应于电流值Iv1和Iv2的电流I1和I2。

在步骤1204中，这些电流I1、I2被施加到电导体或线圈，以便生成内磁场Bint1、Bint2，其优选地至少部分地抵消但理想的是完全抵消位于感测元件的位置处的外磁场Bext。通常在一次迭代中不会实现完全抵消，但是在后续迭代中，抵消会越来越好。

磁场“Bint”与外磁场“Bext”叠加，以便形成组合的或总磁场“Btot”。

在步骤1206中，使用磁敏元件测量该总磁场“Btot”的分量，该磁敏元件可为与步骤1202中使用的元件相同，或者可为其他元件，例如多个感测元件，例如MR元件。

在步骤1207中，测试这些测量的场分量值的绝对值比预定义阈值ε小还是大，或者对应电压的绝对值比阈值δ小还是大。

在步骤1208中，角位置α根据电流值Iv1、Iv2或根据(例如可使用图12中未示出的基准电阻器和ADC测量的)所测量的电流I1、I2来计算。

在步骤1209中，测试所得的总磁场的值(或者感测元件的值V)是否小于零，等于零或大于零，并且根据测试结果，通过相应地减小、保持或增大这些值来更新电流值Iv1、Iv2或I1、I2。

随后再次执行步骤1203，并且使用更新后的电流值Iv1、Iv2或I1、I2来重复该循环。

对图10的方法所作的标注也适用于此，例如关于更新算法，例如P或PI或PD或PID算法，或者关于以时分复用方式一次仅施加一个电流并且针对每个电流单独进行如此操作(在计算角度之前)或者通过同时更新和施加所有电流等。

当比较图10和图12时，可以看出，使用图10所示的方法计算的角位置α仍对各个感测元件的灵敏度具有一些依赖，但是由于总磁场“Btot”被减小，因此不同感测元件之间的灵敏度变化的漂移的影响被减小。然而，在图12的方法中，独立于感测元件的灵敏度来计算角位置α，并且因此该值不受由于老化原因造成的灵敏度失配的影响。

图13示出了针对一个场分量的图12的方法，例如在第一位置处测量的Bz，但是对于在其他位置处测量的场分量Bz可示出类似的曲线。

在图12的方法的变体中(未示出)，在步骤1208中，角度根据电流值Iv1、Iv2或者电流I1、I2来计算，但是也考虑所测量的残余场值Btot1和Btot2。设想此类实施方案可更好地跟踪角位置，因为可考虑瞬时磁场值，甚至在更新将产生零总场的电流Iv1、Iv2、I1、I2之前。

图14示出了包括(例如，安装到转子的)永磁体1490和传感器设备1450(例如，安装到定子的集成半导体器件)的传感器布置结构。

永磁体1490产生磁场“Bext”。由磁体生成的磁场可为相对较弱的磁场(参见上文定义)。

传感器设备1450靠近永磁体1490布置，例如在0.5mm和20.0mm之间的距离处，例如在大约2.0mm处或大约5.0mm处或大约10mm处，并且不与永磁体1490物理接触，由此以不与磁体接触的方式布置。

传感器设备1450包括：

-多个至少两个或至少三个磁性感测元件1401、1402、1403，例如至少两个或至少三个霍尔元件，或至少两个或至少三个磁阻元件，或者至少两个或至少三个霍尔元件加上至少两个或至少三个MR元件；

-用于读出磁性感测元件1401、1402、1402的读出电路1410。在霍尔元件的情况下，读出电路还可包括用于向霍尔板施加电流或电压的偏置电路，并且可包括用于施加公知的“自旋电流技术”的开关设备，并且可包括本领域都公知的复用器和/或放大器，或者可包括通常在读出电路中出现的任何其他合适的子电路；

-控制器1420，其例如可为数字状态机，或者可编程处理器包括或连接到存储器，例如易失性存储器(RAM)和/或非易失性存储器(例如，ROM、EEPROM、FLASH等)。非易失性存储器可包括软件代码段，其用于执行图10或图12中所示的方法的步骤中的至少一些步骤；

-用于生成至少两个或至少三个电流Ix，Iy的电流发生器电路1430。电流发生器电路例如可包括电流DAC并任选地包括解复用器和/或电流镜等。

-用于生成一个或多个内磁场的多个至少两个或至少三个电导体和/或线圈1441、1442、1443；

控制器被适配用于执行例如图10或图12中的上述方法。

传感器设备1450的许多变体是可能的。例如，传感器设备还可包括布置在磁性感测元件和读出电路之间或布置在读出电路和控制器1420之间的信号处理电路(未示出)。信号处理电路例如可包括低通滤波器和/或低噪声放大器等。

电流发生器电路1430可包括电流DAC和/或一个或多个电流镜。

传感器设备1450还可包括位于电流发生器电路1430和电导体或线圈之间的复用器或解复用器。

传感器设备1450还可包括用于测量流过至少两个或至少三个电导体或线圈的电流的电流测量装置。电流测量装置可包括一个或多个基准电阻器和ADC。ADC可为控制器的一部分。

图15示出了可用于本发明的实施方案中的两个公式，具体地：

是指总磁场Btot为外磁场和内磁场Bint的叠加。后者可对应于单个磁场，或者自身可为两个或更多个磁场的叠加，并且可表示如下：

其中

由流过位于第一磁场传感器附近的第一导体(例如第一线圈)中的第一电流I1生成，

由流过位于第二磁场传感器附近的第二导体(例如第二线圈)中的第二电流I2生成，以及

由流过位于第三磁场传感器附近的第三导体(例如第三线圈)中的第三电流I3生成。

当电流为时分复用时，那么内磁场等于：

当施加第一电流I1(但是I2＝I3＝0)时，内磁场等于：

当施加第二电流I2(但是I1＝I3＝0)时等。

尽管在单独附图中描述了本发明的各个方面，但是设想到可以合适的方式组合各个方面。

传感器设备1450的一些实施方案仅包含霍尔元件优选地水平霍尔元件来作为磁性感测元件。传感器设备1450的其他实施方案仅包含磁阻元件作为磁性感测元件。传感器设备1450的其他实施方案包含霍尔元件和磁阻元件两者作为感测元件(例如参见图9)，其中每个霍尔元件和对应磁阻元件被布置成用于测量大体上相同的磁场分量，但是以不同分辨率或不同动态范围。

图4和图5示出了仅具有三个感测元件的拓扑结构，(图4不具有IMC，图5具有IMC)以解释本发明的原理，但是当然，本发明并不限于此特定拓扑。明确设想到感测元件可布置在圆上，例如在WO2014029885(A1)中所述，其全文以引用方式并入本文，尤其对于传感器元件的物理布置，以及对于传感器元件和IMC的特定布置和针对特定公式。例如，当使用WO2014029885(A1)的图12的拓扑结构时，根据本发明的传感器设备将具有位于180度和45度的四个霍尔元件，并且每个霍尔元件将具有围绕其的本地线圈。

在附图中，出于示例性目的，仅在单个层中示出线圈，但是本发明并不限于具有仅含单个绕组的线圈的传感器设备1450，在本发明的实施方案中也可使用具有多个绕组的线圈。在此方面需注意，具有多个绕组的集成线圈中在本领域中是公知的，例如，举例来说根据EP0902443B1，或US5610433A，或US6870457B2或US8054155B2。线圈可集成在芯片中，例如在2个金属层或3个金属层或4个金属层或5个金属层，或6个金属层，或多于6金属层中实现。但是，例如还可通过键合线来部分地实现线圈。

尽管本发明主要被描述用于确定围绕单个轴的单个角位置，但是应当理解，还可应用相同原理来确定线性轴上的位置。这例如可通过以下操作来完成：提供用于提供正弦信号的磁导轨、以及通过使用位于隔开四分之一波长的至少两个传感器元件、或者通过测量两个正交磁分量诸如例如Bx和Bz使得它们测量正弦信号和余弦信号。

但是其他变体也是可能的，例如，以不同时段使用两个纵向磁体导轨，以及针对其中每一个使用至少两个传感器元件，以及在计算位置时使用游标刻度原理。以此方式，可更准确地产生角位置。

在另一实施方案中，使用上述原理确定围绕第一轴的第一角位置α，以及使用相同原理但是使用另一磁体以及使用另一组传感器元件来确定围绕第二轴的角位置β，以及还任选地确定围绕第三轴的角位置γ。第一轴、第二轴和第三轴可彼此垂直。此方法随后可用来确定三维角位置。

Claims

1.一种确定传感器设备相对于外磁场的位置的方法，所述方法包括步骤：

-向第一电导体施加或调节第一电流来生成将与所述外磁场叠加的第一内磁场以便形成第一总磁场；

-使用第一磁性感测元件在第一位置处测量所述第一总磁场的分量；

-向不同于所述第一电导体的第二电导体施加或调节第二电流来生成将与所述外磁场叠加的第二内磁场以便形成第二总磁场；

-使用不同于所述第一磁性感测元件的第二磁性感测元件在第二位置处测量所述第二总磁场的分量；

-根据至少所述第一电流和所述第二电流或根据所述第一电流和所述第二电流以及考虑在所述第一位置处所测量的所述第一总磁场的分量和/或在所述第二位置处所测量的所述第二总磁场的分量来计算所述传感器设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下初始步骤：

通过以下操作来确定或更新所述第一电流的值：

i)在所述第一位置处测量所述第一磁场分量；

ii)基于所测量的第一磁场分量来确定所述第一电流值，使得所述总磁场的所述分量的幅值小于单独的所述外磁场的幅值；

和/或通过以下操作来确定或更新所述第二电流的值：

i)在所述第二位置处测量所述第二磁场分量；

ii)基于所测量的第二磁场分量来确定所述第二电流值，使得所述总磁场的所述分量的幅值小于单独的所述外磁场的幅值。

3.根据权利要求1所述的方法，包括在计算所述位置时测量所述第一电流和/或所述第二电流以及利用所测量的第一电流和/或第二电流。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

-基于所测量的所述第一总磁场的分量来调节所述第一电流以减小所述第一总磁场的所述分量的幅值；

-基于所测量的所述第二总磁场的分量来调节所述第二电流以减小所述第二总磁场的所述分量的幅值；

-使用所述第一磁性感测元件在所述第一位置处再次测量所述第一总磁场的所述分量；

-使用所述第二磁性感测元件在所述第二位置处再次测量所述第二总磁场的分量。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中重复所述调节和测量步骤，直到在所述第一位置处测量的所述第一总磁场的所述分量的幅值的绝对值和所述第二位置处测量的所述第二总磁场的所述分量的幅值的绝对值均小于预定义阈值，所述预定义阈值小于250mT。

6.根据权利要求3所述的方法，其中多次重复所述调节和测量步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，

其中调节所述第一电流和/或所述第二电流的所述步骤包括测试所述第一总磁场的所述分量的幅值的绝对值和所述第二总磁场的所述分量的幅值的绝对值是否均小于预定义阈值，所述预定义阈值小于250mT，并且如果所述测试的结果是否定的，则调节所述第一电流和所述第二电流中的至少一者，并且如果所述测试的结果是肯定的，则保持所述第一电流和所述第二电流。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中调节所述电流是指取决于所测量的总磁场的所述分量大于零还是小于零而以预先确定的量增大或减小；或者

其中调节所述电流是指取决于所测量的总磁场的所述分量大于还是小于一组预定义阈值而以选自一组有限的预先确定的量的量增大或减小；或者

其中调节所述电流是指施加选自由比例(P)控制环路、比例积分(PI)控制环路、比例微分(PD)控制环路、以及比例微分积分(PID)控制环路组成的组的过程控制环路。

9.根据权利要求1所述的方法，

其中所述外磁场由永磁体产生；并且/或者

其中测量所述第一磁场分量和所述第二磁场分量包括使用第一霍尔元件和第二霍尔元件；并且/或者

其中测量所述总磁场的所述磁场分量包括使用第一磁阻元件和第二磁阻元件；并且/或者

其中测量所述总磁场的所述磁场分量包括使用第一霍尔元件和第二霍尔元件，还使用具有不同于所述第一霍尔元件和第二霍尔元件的范围的第一磁阻元件和第二磁阻元件，以及选择或组合来自所述第一霍尔元件和所述第一磁阻元件的测量值，以及选择或组合来自所述第二霍尔元件和所述第二磁阻元件的测量值；并且/或者

其中计算所述位置包括使用一个或多个测角函数。

10.一种用于确定传感器设备相对于外磁场的位置的传感器设备，所述传感器设备包括：

-至少第一磁性感测元件和第二磁性感测元件，所述至少第一磁性感测元件被适配用于在第一位置处感测磁场分量，所述第二磁性感测元件用于在不同于所述第一位置的第二位置处感测磁场分量；

-读出电路，所述读出电路连接到所述第一磁性感测元件和所述第二磁性感测元件以获得指示所述第一磁场分量和所述第二磁场分量的第一信号和第二信号；

-至少第一电导体和第二电导体或第一线圈和第二线圈；

-电流发生器电路，所述电流发生器电路连接到所述第一电导体和所述第二电导体并且被适配用于使至少第一电流流入所述第一电导体以及使第二电流流入所述第二电导体，由此生成将与所述外磁场叠加的内磁场以便形成组合磁场；

-控制器，所述控制器连接到所述读出电路并连接到所述电流发生器电路，并且被适配用于执行根据权利要求1所述的方法。

11.根据权利要求10所述的传感器设备，

其中所述第一磁性感测元件和所述第二磁性感测元件为第一霍尔元件和第二霍尔元件；或者

其中所述第一磁性感测元件和所述第二磁性感测元件为第一磁阻元件和第二磁阻元件；或者

其中所述第一磁性感测元件和所述第二磁性感测元件为第一霍尔元件和第二霍尔元件，并且所述传感器设备还包括呈磁阻元件的形式的布置在彼此的顶部的第三感测元件和第四感测元件。

12.根据权利要求10所述的传感器设备，

其中所述电流发生器电路包括至少一个电流数/模转换器(DAC)，并且其中计算所述位置的所述步骤基于从提供至所述电流DAC的信号获得的信号；或者

其中所述传感器设备还包括被适配用于将流过所述第一电导体和第二电导体的电流转换为电压的至少一个基准电阻器，和用于数字化所述电压的模/数转换器。

13.根据权利要求12所述的传感器设备，其中计算所述位置的所述步骤还基于从所述读出电路获得的信号。

14.一种传感器布置结构，所述传感器布置结构包括：

-用于生成磁场的永磁体；

-靠近所述永磁体布置的根据权利要求10所述的传感器设备。