CN110345971A - 具有热电动势补偿的传感器布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有热电动势补偿的传感器布置。响应于霍尔效应装置输出接触器和参考点之间的温差而提供信号的传感器布置具有：第一接触头，位于霍尔效应区域的外表面附近；第二接触头，位于参考点附近；第一导体元件，包括第一和第二末端部分，第一末端部分热耦合到第一接触头并且第二末端部分热耦合到第二接触头；第二导体元件，包括第三和第四末端部分，第三末端部分热耦合到第一接触头；第三导体元件，包括第五和第六末端部分，第五末端部分热耦合到第二接触头，其中所述第一和第三末端部分以电气方式耦合，第二和第五末端部分以电气方式耦合，第一、第二和第三导体元件中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，并且在第四和第六末端部分分接信号。

Description

具有热电动势补偿的传感器布置

本申请是申请号为2016111516357、发明名称为“具有热电动势补偿的传感器布置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本公开一般地涉及传感器，并且更具体地讲，涉及补偿热电动势(EMF)效应的传感器、系统和方法。

背景技术

传感器能够受到许多不同的内部和外部特性的影响，所述内部和外部特性能够使传感器输出信号不那么准确。这些特性之一是热电动势(thermo-EMF)，所述热电动势(thermo-EMF)与温度能够对材料中的电荷移动所具有的影响相关。例如，通过沿特定方向推动电荷，材料中的温度梯度能够影响材料中的电荷流，很像施加的电场一样。这能够在存在电场或磁场或浓度梯度的情况下被放大。热EMF也能够在以下两种基本情况下引起温度相关电荷：第一，均匀材料中的不均匀温度(即，温度梯度)；或者，不均匀材料中的均匀温度。例如，第二种情况能够发生在装置接触器处，其中所述电压被称为热接触电压。针对传感器操作和输出信号准确性，两种情况都是不希望的。

存在温度能够影响电荷的许多不同方式，所述许多不同方式中的仅一些方式与热EMF相关。例如，霍尔效应装置中的磁灵敏度和由于温度而导致的电阻率变化通常不与任何热EMF效应相关，并且因此可不由在本文中讨论的实施例解决或补偿。然而，特别地，当传感器根据旋转电流或电压方案操作时，传感器输出信号能够受到热EMF的影响。在一个示例中，传感器系统包括霍尔板，所述霍尔板在顺序的操作阶段中操作。霍尔板的不同端子在每个操作阶段中被分接作为电源端子和输出端子，从而电流方向或电流的空间分布针对每个阶段而不同。通过组合来自个体操作阶段的信号能够获得旋转输出信号。当不存在施加的磁场时，霍尔板(事实上通常是磁场传感器)能够经历导致输出信号的偏移误差。由于个体操作阶段信号的组合而能够在旋转方案中在很大程度上消除每个操作阶段中的偏移误差，从而很少剩余偏移保留在组合的输出信号中或者没有剩余偏移保留在组合的输出信号中。

不幸的是，剩余偏移误差经常存在，从而一些旋转方案传感器系统提供剩余偏移补偿。参照图1，这种系统通常包括靠近霍尔板布置的温度传感器，因为偏移校正通常并非在温度上是不变的。因此，系统能够感测温度，基于温度确定补偿信号，并且在旋转输出信号中考虑到这个补偿信号。因此，这个传统方案仅通过求平均值来组合阶段温度信号，这能够被视为等同于慢速温度传感器的隐式低通滤波。然而，挑战在于确定补偿信号。因为旋转霍尔方案的剩余偏移是随机的，所以它取决于实际个体装置和这个装置的温度，并且它能够在装置的操作寿命期间变化。因此，即使能够在下线测试期间高效地且有效地执行个体装置校准，在装置的寿命期间的变化也能够降低校准的准确性并且导致热EMF相关剩余偏移误差。

传统解决方案假设：通过在顺序的操作阶段中使用极性反转(即，仅电源的极性变化)并且使用旋转电压而非电流技术来消除热EMF效应。然而，情况可能并非如此，因为在实践中，当电源电压的极性反转时，温度分布能够变化。

附图说明

考虑到下面结合附图对本公开的各种实施例的详细描述，可更完整地理解本公开，在所述附图中：

图1是传感器系统的方框图。

图2A是根据实施例的霍尔板的示图。

图2B是根据实施例的垂直霍尔传感器装置的示图。

图2C是根据实施例的霍尔板的示图。

图2D是根据实施例的在操作阶段期间的霍尔板中的电势分布的透视图。

图2E是根据实施例的第一操作阶段中的霍尔板的耦合布置。

图2F是根据实施例的第二操作阶段中的霍尔板的耦合布置。

图2G是根据实施例的第三操作阶段中的霍尔板的耦合布置。

图2H是根据实施例的第四操作阶段中的霍尔板的耦合布置。

图2I是根据实施例的传感器系统的方框图。

图3是根据实施例的第一和第二传感器装置的布置的侧面剖视图。

图4A是根据实施例的传感器耦合布置的示图。

图4B是根据实施例的传感器耦合布置的示图。

图5A是根据实施例的传感器系统的方框图。

图5B是根据实施例的传感器系统的方框图。

图6A是根据实施例的另一耦合布置的示图。

图6B是根据实施例的另一传感器系统的方框图。

图6C是根据实施例的另一传感器系统的方框图。

图7A是根据实施例的霍尔板的耦合布置的示图。

图7B是根据实施例的霍尔板的耦合布置的示图。

图7C是根据实施例的霍尔板系统的耦合布置的示图。

图7D是根据实施例的旋转电流方案的两个操作阶段中的霍尔板的耦合布置的示图。

图7E是根据实施例的旋转电流方案的两个操作阶段中的霍尔板的耦合布置的示图。

图8A是根据实施例的霍尔板中的温度分布的描绘。

图8B是根据实施例的旋转电流方案中的霍尔板的瞬态温度行为的描绘。

图9是根据实施例的传感器装置的布置的侧面剖视图。

图10是根据实施例的传感器布置的示图。

图11是根据实施例的另一传感器布置的示图。

图12是根据实施例的另一传感器布置的示图。

图13是根据实施例的另一传感器布置的示图。

图14A和14B是根据实施例的传感器布置的电路图。

尽管本公开可具有各种修改和替代形式，但其细节已被作为示例示出在附图中并且将被详细地描述。然而，应该理解，并不意图使本公开限制于描述的特定实施例。相反地，意图是包括落在由所附权利要求定义的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

实施例涉及能够补偿热EMF效应的传感器系统和方法，所述热EMF效应能够在传感器系统中引起剩余偏移和其它误差。在一个实施例中，传感器系统包括至少一个温度或温度梯度传感器，所述至少一个温度或温度梯度传感器被布置为靠近第一传感器元件，所述第一传感器元件被配置为感测物理量，诸如磁场、温度、压力、力、机械应力或某种其它物理量。例如，在传感器系统包括霍尔效应磁场感测系统的实施例中，第一传感器元件包括例如霍尔板，但在其它实施例中，其它类型的磁场传感器(并且更一般地讲，传感器)能够被用作第一传感器。在另一实施例中，能够使用多个温度传感器，其中每个温度传感器被布置为靠近不同的传感器接触器或元件。在霍尔板根据旋转操作方案进行操作的示例中，所述至少一个温度传感器能够被配置为在每个操作阶段中感测温度，并且个体感测到的温度能够被组合并且用于提供温度相关补偿信号。

对于任何特定材料，热EMF(实施例旨在补偿的特性)能够由塞贝克系数量化。对于具有大约10^16/cm³的浓度(在一些实施例中，对于在本文中讨论的霍尔效应装置的有源区域，所述浓度是典型的浓度)的n掺杂硅，在室温，塞贝克系数是大约−1,200 μV/°C。具有大约7毫欧姆*cm的电阻率的n掺杂多晶硅具有大约200 μV/°C的塞贝克系数，并且具有大约0.8毫欧姆*cm的电阻率的n掺杂多晶硅具有大约80 μV/°C的塞贝克系数。在集成电路技术中经常用于金属互连线的铝具有可忽略的塞贝克系数，仅大约−0.5 μV/°C。这些塞贝克系数是能够适合用于实施例的材料的代表性示例，但如本领域技术人员所理解，针对能够使用或可使用的材料，这个列表不是穷尽的，它也不是限制性的。另外，塞贝克系数并不重要，并且实施例涉及减少或消除基础的热EMF。

实施例涉及这样的情况：在端子处分接输出信号，所述输出信号能够经受由热EMF引起的小的加性电压。在多数情况下，在处于不同温度的两个端子之间分接信号，并且因此，分接的信号具有与所述端子之间的温差成比例的小的加性部分。在其它情况下，能够在端子和参考端子(诸如，例如处于地电势的一个端子)之间分接信号。这里，再一次，端子和参考端子能够具有不同温度，所述不同温度能够引起小的叠加的加性热电动势信号。在其它情况下，能够在不同时间(例如，在不同操作阶段中)在相同的接触器处分接信号，其中多个采样值随后被组合以提供总体信号。如果在接触器的温度随时间而变化，则小的加性热电动势能够叠加在信号上。应该记住的是，在端子的不同温度不影响等温信号(即，在端子处于相同温度情况下的信号)，因此等温信号不乘以取决于温差的某个因子。作为替代，在处于不同温度的端子之间分接的信号等于等温信号加上小的加性热电动势贡献，所述小的加性热电动势贡献与端子之间的温差成比例。实施例旨在解决这种热电动势贡献。

参照图2A，描绘霍尔板202的简化示图。图2中的特定描绘未按照比例绘制。图2的示图以及在本文中可使用的其它示图用于示例和说明性目的，并且由本讨论、其它附图和整个本申请在整体上补充。一些图能够包括方框图，其中方框能够代表物理对象、功能、概念和/或其组合。此外，尽管在本文中讨论的一些实施例参照包括霍尔装置和垂直霍尔装置的磁场传感器，但在其它实施例中，能够使用其它传感器，并且这个实施例中的霍尔板202的使用和描绘不应被视为是限制性的。

霍尔板202包括三个接触器204a、204b和204c。在实施例中，霍尔板202能够按照旋转方案操作，其中接触器204a、204b、204c能够在不同操作阶段中作为电源和信号接触器以不同方式耦合。如前所述，在旋转电流或电压方案中，霍尔板202的不同接触器在每个顺序的操作阶段中耦合，从而霍尔板202中的电流方向或电流的空间分布针对每个操作阶段而不同。在实施例中，接触器的数量和操作阶段的数量能够变化。

尽管图2A描绘单个霍尔板202，但在其它实施例中，传感器能够包括在不同操作阶段中以类似方式彼此不同耦合的多个霍尔板202。图2B描绘霍尔装置212的横截面，其中装置212的顶部等于半导体基底的顶部——相反地，图2A是半导体基底的主表面的平面图。图2B描绘垂直霍尔装置212的一个示例，如本领域技术人员所理解，垂直霍尔装置212包括三个接触器214a、214b和214c并且能够以类似于霍尔板202的方式操作，除了与霍尔板202相比，垂直霍尔装置212对不同磁场分量敏感。图2C也是平面图，并且描绘示例性八边形霍尔板202，霍尔板202包括四个接触器或接触扩散204a、204b、204c、204d。如前所述，除了其它特性之外，接触器的尺寸、形状、配置和数量能够在实施例中变化，并且霍尔板202将会通常在本文中被用于指代针对图2A、2C的实施例或描绘的其它霍尔板、图2B的垂直霍尔装置212或其它特定特性而没有限制的霍尔板，所述其它特定特性能够针对每个实施例而不同。霍尔板202包括有源区域226和在周界227处的有源区域226的边界或隔离。图2D描绘在操作中的霍尔板202内的示例性电势分布。霍尔板202内的电势分布导致霍尔板202内的温度分布或温度的空间分布。热EMF的效应能够影响霍尔板202内的电势分布，并且因此也影响霍尔板202内的温度的空间分布。

在一个实施例中，至少一个温度传感器能够被布置为靠近霍尔板202。例如，霍尔板202能够被布置在半导体基底上，并且温度传感器能够被布置为在物理上靠近一个或多个接触器204a、204b、204c (通常，靠近霍尔板202)或靠近霍尔板202的另一相关部分。在一个实施例中，使用单个温度传感器，并且所述单个温度传感器被配置为感测与在旋转方案的不同操作阶段中能够发生在霍尔板202中的不同功率耗散关联的霍尔板202中的温度。从这些测量，系统100能够针对每个阶段估计热EMF变化或波动。在另一实施例中，温度传感器包括多个温度传感器元件，例如与霍尔板202的每个接触器关联的温度传感器元件、位于霍尔板202的每个相邻的接触器之间的温度传感器元件和/或包括耦合到霍尔板202或与霍尔板202耦合的多个导线或端子的温度传感器元件，从而能够感测霍尔板202中的温度的空间分布。然而，在本质上，至少一个温度传感器旨在感测和测量霍尔板202中的不同接触器(例如，在差动测量中使用的两个接触器)之间的热EMF失配。

与差动输出相比，也能够在实施例中使用包括单个输出电压或电流的温度传感器。在这些实施例中，总的热EMF促成在输出接触器的输出信号。一个示例能够是图2B的垂直霍尔装置212，其中电流在两个接触器之间流动并且输出信号是在第三接触器测量的电势。因此，不管实现的特定传感器是按照单个阶段操作还是根据多阶段旋转电流或电压方案操作，在每个操作阶段中在每个输出或信号端子的热EMF与补偿努力相关。在其它实施例中，垂直霍尔装置212也能够被用在旋转方案中。

在实施例中，温度传感器能够在霍尔板202的采样期间被采样，从而能够获得瞬时温度。在一个示例中，包括霍尔板202的传感器装置的操作阶段为至少大约1微秒(μs)长，例如大约2 μs，并且需要能够跟上节奏并且按照合适的时间间隔对信号进行采样的温度传感器。因此，在实施例中，温度传感器是具有低热质量和热保留的温度传感器。在实施例中，温度传感器也能够具有高带宽。例如，如果霍尔传感器202按照旋转电流方案在500 kHz操作，则合适的带宽能够是大约1 MHz。在实施例中，这样的情况也是有益的：温度传感器具有高空间分辨率以便检测霍尔板202中的温度的空间梯度。在实施例中，温度传感器的空间分辨率是至少大约10微米(μm)，例如大约1 μm。然而，另外，在实施例中，温度传感器能够相对简单以避免给总体传感器系统增加复杂性和费用，假定这一点以及热EMF补偿的基础目标能够是各种传感器系统和实现方式中的附加特征。温度传感器也不应该引入或增加寄生效应(诸如，高温漏电流或杂散电容)，特别是能够对霍尔传感器有影响的那些寄生效应。因此，需要太多功率、非常复杂的信号处理、大区域或其它特征(所述其它特征能够提高温度传感器的成本或对传感器系统内的资源的需要)的温度传感器可能在多数实施例中不太合适，但仍然能够在某些专门应用中具有适用性。

无论温度传感器是包括单个温度传感器元件还是包括多个温度传感器元件，以及无论是根据图3的实施例、图4的实施例还是根据以下在本文中讨论的某个其它实施例实现温度传感器，温度传感器能够在霍尔板202或另一传感器装置的旋转方案的每个操作阶段中操作。在其它实施例中，温度传感器不需要在每个阶段中操作。通过相同或不同的电路(片上或片外电路)，来自温度传感器的各种个体阶段温度信号能够被组合，而来自霍尔板202的个体阶段信号也能够被组合。能够确定温度信号和旋转输出信号，其中温度信号用于确定温度相关偏移校正信号，所述温度相关偏移校正信号能够与旋转输出信号组合以提供总体系统输出信号。

例如，参照图2I，空间梯度温度传感器230能够在热学上被布置为靠近基底234上的另一传感器元件232，在各种实施例中所述另一传感器元件232能够包括旋转霍尔传感器或某种其它传感器。传感器230被配置为在至少一个操作阶段的至少一部分期间感测传感器元件232内的温度的空间梯度。例如，在一个实施例中，传感器232能够根据旋转方案在多个操作阶段中操作。在实施例中能够被布置在基底234上或布置在基底234外部的电路236被耦合到传感器230和232，并且能够被配置为：组合与至少一个操作阶段中的每个操作阶段中感测到的物理量(例如，磁场)相关的传感器232的信号，并且组合在所述至少一个操作阶段的相同部分期间采样的、与传感器232中的感测到的温度空间梯度相关的来自传感器230的信号。那些信号能够随后被组合以获得指示物理量的总体输出信号。使用来自传感器230的组合信号，偏移校正能够被确定并且在组合中用于获得总体输出信号，由此针对与热EMF相关的偏移校正该总体输出信号。

转向温度和/或空间梯度温度传感器的特定示例性实施例，在一个示例性实现方式中，传感器包括pn结。pn结经常用于测量半导体基底上的温度，并且因此，能够在各种实施例中是合适的。pn结也具有这样的优点：相对容易布置为靠近例如霍尔板202的接触器。在图3中描绘包括pn结的温度传感器104的一个示例性实施例。温度传感器104被布置为靠近霍尔板202(特别地，接触器204a)，在基底302上利用可选的电流隔离分隔开距离d。在其它实施例中，温度传感器104和霍尔板202能够以电气方式耦合，但这将会影响霍尔板202和传感器104之一或二者的性能，并且因此可能并非在所有实现方式中是合适的。

温度传感器104包括n头(tub) 304和p头306，但这些能够在其它实施例中颠倒，并且由恒流源308偏置。电流源308上的电压是温度的强函数，并且因此，能够被用作温度传感器。在各种实施例中，能够包括未具体地描绘的另外的部件(包括信号调节电路部件，比如精密放大器和模数转换器(ADC))。

在图4中描绘了图3中描绘的温度传感器的替代实现方式。这里，通过提供另外的接触器、端子、导线和/或其它元件，温度感测与霍尔或其它传感器或类型的装置集成以感测霍尔板202中的温度和/或温度的空间梯度。图4的实施例的温度感测能够比图3的实施例的温度感测简单，并且能够基于不同材料之间的热电压差确定在霍尔板202的接触器处的温度或温度梯度或者在霍尔板202的接触器内的温度或温度梯度。

在图4A中，示出霍尔板202的两个端子204a和204b(例如，如图2C或另一附图中所描绘，或者具有在本文中明确地描述或未在本文中明确地描述的某种其它配置)。在实施例中，端子204a和204b能够包括导线、金属线或某种其它合适的配置。通常，端子或导线能够是装置、电路或电路部件，所述装置、电路或电路部件具有比在所述端子或导线分接的相应接触器处的传感器装置的信号输出电阻的大约十倍小的电阻，但这能够在实施例中变化。在实施例中，使导线或端子具有低电阻和低寄生效应能够是有益的。端子204a和204b以及端子410a和410b通常处于相同温度T′。虽然未在图4A中描绘，但端子204a和204b能够(例如，经由一个钨插头或一堆钨插头)被耦合到也按照等温方式布置的在信号放大器或其它电路中的晶体管对。

图4A的电路和元件能够被相对于霍尔板或其它装置的一个或多个接触器布置，并且在一个实施例中，霍尔板能够包括低掺杂n区，或者在其它实施例中，霍尔板能够包括某种其它配置或成分。端子204a和204b中的每个端子通过插头402分别耦合到互连线404a和404b，互连线404a和404b能够被布置在基底400中或基底400上的金属间氧化物层之间。在实施例中，插头402能够包括填充有钨的孔，已在基底400的金属间氧化物层中蚀刻或以其它方式形成所述填充有钨的孔，但在其它实施例中，能够使用其它材料、配置和形成方法。互连线404a和404b能够包括线、导线或其它合适的结构，并且分别经由各种另外的插头403a、403b将传感器的接触器204a和204b与接触扩散406a和406b耦合，在实施例中所述各种另外的插头403a、403b能够彼此相同或不同和/或与插头402相同或不同。在一个实施例中，接触扩散406a和406b包括形成在区域408a和408b中的浅n+S/D接触扩散。接触扩散406a和406b中的每个接触扩散分别经由插头403a和403b耦合到端子410a和410b，并且每个接触扩散能够包括用于提供与由传感器感测的物理量相关的信号的传感器的输出接触器或将要用于感测两个点之间的温差的参考点。

在实施例中，端子410a和410b能够包括导线、金属线或其它合适的材料或结构。通常，在图4A中描绘的元件204a、204b、404a、404b、410a和410b每个能够被视为导线、端子、互连或某种其它结构(包括在不同上下文中，考虑到附图是局部表示并且仅是示例性的)，但可在本文中为了示例和说明的目的而使用不同术语(例如，互连线比对端子和/或导线)。在实施例中能够更令人感兴趣的是：特别地当相对于彼此考虑以及针对在哪里(即，在哪些端子和/或导线之间和/或在接触器之间)分接信号考虑或在各种实施例中以其它方式考虑时那些元件204a、204b、404a、404b、410a和410b包括的塞贝克系数和/或材料。

例如，在实施例中，与端子410a、410b相比，互连线404a和404b包括不同材料和/或具有不同塞贝克系数。在一个实施例中，互连线404a和404b包括半导体材料，诸如多晶硅、硅、锗、单晶半导体材料或多晶半导体材料，但在其它实施例中，能够使用其它材料，从而与端子410a、410b的材料相比，互连线404a和404b的材料具有不同接触电压。在另一实施例中，能够选择所述材料以使它们之间的塞贝克系数的差异最大化。因此，能够存在材料之间的热EMF的差异，所述差异能够在端子410a和410b以及在端子204a和204b感测并且用于测量热EMF。在本文中自始至终，通常将会使用互连404a和404b包括多晶硅并且端子410a和410b包括金属的示例，但针对其它实施例，这个示例不应是限制性的。因此，能够在端子410a和410b的末端分接电势，但也能够在端子204a和204b分接电势，从而端子204a和204b能够被用于测量差动信号，所述差动信号能够与在端子410a和410b的差动信号进行比较，这两个差动信号应该彼此相差互连线404a和404b的多晶硅与互连线410a和410b的金属之间的热接触电压。

换句话说，在端子410a和410b之间测量的信号能够包括至少部分地分别由接触器406a、406b的不同温度T1、T2引起的某种未知的热EMF贡献，并且除了来自多晶硅互连线404a和404b的贡献之外，在端子204a和204b之间测量的信号能够包括相同的未知的热EMF贡献。在所述另外的多晶硅贡献和所述未知的热EMF贡献之间存在强相关，因为它们与接触器406a和406b的温差T1−T2成比例。因此，能够使用下面的公式：

V(C1′)−V(C2′)=F[B]+Off′和V(C1″)−V(C2″)=F[B]+Off″

其中F[B]是磁场的函数，其中F[0]=0，并且Off″=Off′+k(T1−T2)，其中k是端子410a和410b与互连线404a和404b的材料的塞贝克系数的差异。在一个操作阶段中，C1′代表端子410a，C2′代表端子410b，C1″代表端子204a，并且C2″代表端子204b，但所述耦合布置将会从一个操作阶段到下一个操作阶段变化。具体地参照图4：

V(204a)−V(204b)=k(404a)*(T1−T′)+k(408)*(T2−T1)+V(408ab)+k(404b)*(T′−T2)

V(410a)−V(410b)=k(410a)*(T1−T′)+k(408)*(T2−T1)+V(408ab)+k(410b)*(T′−T2)

→V(204a)−V(204b)−(V(410a)−V(410b))==(k(404a)−k(410a))*(T1−T′)+(k(404b)−k(410b))*(T′−T2)

这里假设：导电区域408a和408b具有有效塞贝克系数k(408)，并且在等温条件(T1=T2)，电压V(408ab)(例如，霍尔效应装置的输出电压)存在于在例如接触扩散406a和406b处分接的区域408a和408b之间。这假设：导线或互连404a和导线或端子410a之间的有效塞贝克系数的差异与在互连404b和导线或端子410b之间的有效塞贝克系数的差异相同。在实施例中，如以上在本文中所讨论，通过互连404a和404b包括相同材料并且导线或端子410a和410b包括相同材料，能够解决这一点。注意的是，感兴趣的是“有效”塞贝克系数，因为一个部分或材料的个体塞贝克系数能够是相同的。传感器系统的其它零件或部分的有效塞贝克系数通常是不相关的，只要所述零件或部分大体上处于均匀温度即可。例如，在图4A中，包括钨的插头402的有效塞贝克系数是不相关的，因为在每个插头402内不存在空间温度梯度。因此，如果端子410a直接或经由单个钨插头或经由一堆的两个或更多个钨插头耦合到接触扩散406a，只要每个钨插头在其体内没有显著温差，则没有差异。因此，在图4A中将会也可能的是：在接触器406a和导线404a之间具有第一钨插头并且在接触器406a和端子410a之间具有一堆的两个另外的钨插头，从而在所述一堆的两个另外的钨插头和导线404a之间不存在直接接触。实际上，可在接触扩散406a和导线404a或导线410a之间使用大量钨插头，所有钨插头以电气方式并联连接。由于接触扩散具有有限的尺寸，所以用于钨插头的空间在那里受到限制，并且因此人们通常倾向于堆叠层，每个层具有大量并联连接的插头，如图4A中针对每层单个插头示例性所示。因此，

V(204a)−V(204b)−(V(410a)−V(410b))=(k(404a)−k(410a))*(T1−T2)

如果如上所述的塞贝克系数(例如，在导线或互连404a和导线或端子410a之间以及在互连404b和导线或端子410b之间)不同，则这能够实现温差T1−T2的测量。

根据Off′=Off+Off_therm，第一传感器(例如，霍尔效应装置)的偏移包括原始偏移Off和热电贡献Off_therm。热电贡献Off_therm与温差T1−T2具有强相关。

尽管这对单个操作阶段是有效的，但在旋转方案中，霍尔板202在几个阶段中操作，并且总信号被计算为所有个体阶段的总和：

在端子410a和410b测量的S′=Σ(V(C1′)−V(C2′)=Σ(F[B]+Off′)=Σ(F[B]+Off+Off_therm)

以及

在端子204a和204b测量的S″=Σ(V(C1″)−V(C2″)=Σ(F[B]+Off″)=Σ(F[B]+Off+k(T1−T2)+Off_therm)，其中索引根据操作阶段而变化。所述差能够随后由传感器系统计算：

S″−S′=Σk(T1−T2)。

由于强相关，这个差能够被用于估计剩余偏移ΣOff_therm。用于获得这个估计的一种方法是乘以预定义因子x：

ΣOff_therm≅xΣk(T1−T2)

这个因子x能够取决于霍尔传感器的技术和几何形状以及取决于作用于传感器的温度、操作频率、电偏置和任何机械应力。在实施例中，能够基于实验室中的传感器装置的特性或制造水平测试来确定x。一旦ΣOff_therm被确定，能够从S′减去ΣOff_therm以获得没有由于热电动势导致的偏移的信号。由于旋转霍尔方案，纯电阻性偏移(即，能够由等效电路图中的不对称惠斯通电桥电路描述的偏移)消失，ΣOff=0，以使得S′−ΣOff_therm=S′−x(S″−S′)==(1+x)S′−xS″没有任何偏移。

因此，用于测量接触扩散406a和406b之间的温差的简单方法能够如下，其中T1是在接触扩散406a的温度并且T2是在接触扩散406b的温度：

T1−T2=(1/k)*(V(204a)−V(204b)−(V(410a)−V(410b)))

其中k是金属线(例如，端子410a和410b)和多晶硅线(例如，互连404a和404b)的塞贝克系数的差异。在实施例中，这能够被高效地实现，因为V(410a)−V(410b)和V(204a)−V(204b)已经由传感器的信号调节电路测量。因此，在实施例中，不需要专用硬件(诸如，前置放大器和ADC)来测量T1−T2。在另一实施例中，能够通过确定V(410a)−V(204a)来获得T1−T′，并且通过V(410b)−V(204b)来获得T2−T′，但传感器原本不需要的专用前置放大器可能是必要的。

因此，传感器系统能够被描绘为图5A中的系统500，系统500包括霍尔板202。如在本文中别处所述，图5A或任何其它附图(例如，图6、图7等)或实施例(无论是否明确地描绘)的霍尔板202能够如附图之一(例如，图2A或2C)中所描绘，具有未明确地描绘的某种其它配置，或包括垂直霍尔装置(例如，图2B的霍尔装置212或具有未在这里明确地描绘的某种其它配置)。由如以上所讨论的形成具有不同塞贝克系数的两个不同材料对的元件(例如，端子204a、204b、410a、410b和互连线404a和404b)在接触扩散406a和406b分接输出信号，以获得第一组阶段信号(例如，包括例如金属的端子410a和410b)和第二组阶段信号(例如，包括例如半导体材料并且经由端子204a和204b分接的互连线404a和404b)。来自所有阶段的信号随后在电路块506和508被组合，并且在块510确定组合的信号之差。在实施例中，块506和508能够被组合并且时间复用，其中金属或多晶硅阶段信号在任何特定阶段被采样，然后存储在存储器中，直至在块510组合。块510的输出是在各种操作阶段期间的传感器中的温度不对称性和/或在各种操作阶段期间的接触器(例如，接触器204a、204b)的温度波动的测量值。它可等于S″−S′=Σk(T1−T2)。在实施例中，这应该与剩余偏移相关。

这个差(块510的输出)随后被用于在块512估计剩余偏移。它的输出可等于xΣk(T1−T2)。例如根据(1+x)S′−xS″=ΣF[B]，随后在块514从来自块508的旋转输出信号减去这个估计的剩余偏移以获得具有显著减小或去除的剩余偏移的总体输出信号。

实际上，存在用于实现系统500的几种不同方法，所述系统500比如图1的系统100是根据实施例的系统及其操作的概念性或概括描述。在一个实施例中，第一放大器能够被用于第一组(例如，金属)阶段信号，并且第二放大器能够被用于第二组(例如，多晶硅)阶段信号。在另一实施例中，第一和第二组阶段信号能够被复用，从而在第一旋转方案中，第一组阶段信号被放大和处理，并且在第二旋转方案中，第二组阶段信号由(一个或多个)相同的放大器放大。这个第二实施例能够更加经济地实现，但能够受到与第一和第二旋转方案之间的磁场的变化相关的带宽的限制。然而，在低带宽，这个实施例能够更加准确，因为当两个旋转输出信号被组合时，任何放大器误差被消除。在图5B中描绘系统500的另一实施例，其中组合的第二组阶段信号(即，块506的输出)也被用于在块512确定总体输出信号。

返回到图4，图4B描绘具有以下耦合修改的图4A的系统的一半：替代于直接或经由钨插头403a将两个导线404a、410a连接到第一传感器装置202的接触扩散406a，在接触扩散406a和两个导线连接在一起的点之间也能够存在长度d1的短导线。如果d1远小于d2，则与温度T′相比，温度T11能够更加接近温度T1得多。因此评估电路499(例如，实施例中的前置放大器)的差动输入对测量与温差T′−T11成比例的信号，温差T′−T11接近于温差T′−T1。T′−T1=x′*(T′−T11)成立。对于在图4A中利用“b”标记的系统的第二部分能够实现相同的情况，从而T′−T2=x′*(T′−T22)成立，由此T22是导线410b和404b短路的温度。如果结合图5A使用这种配线，则块512的输出将会变为xΣk(T1−T2)=xx′Σk(T11−T22)。这示出：对于偏移补偿，温差T1−T2到T11−T22的变化仅意味着因子x到xx′的小的修改。如果距离d1相对于d2不小，则这将会导致温差的测量的显著变差，因为(i)这些差减小，以及(ii)系统的其它部分对T11、T22的热影响上升，以使得最后它们不再主要由接触温度T1、T2确定。

在另一实施例中，并且参照图6A，测量耦合到第一接触器的端子之间的电压，然后测量耦合到第二接触器的端子之间的电压。换句话说，并且参照图6A：

V(204a)−V(410a)=k(404a)*(T1−T′)+k(410a)*(T′−T1)

V(204b)−V(410b)=k(404b)*(T2−T)+k(410b)*(T′−T2)

如果互连404a和404b的塞贝克系数相同并且导线或端子410a和410b的塞贝克系数相同，则：

V(204a)−V(410a)−(V(204b)−V(410b))=k(404)*(T1−T2)+k(410)*(T2−T1)=(k(404)−k(410))*(T1−T2)

在图6A中，区域408a和408b是不同的头(诸如，两个接触器)的部分，每个区域位于霍尔装置的第一头和第二头中的每个头中，但在其它实施例中，区域408a和408b能够位于不同装置中或者能够在一个或不同装置内包括除了头之外的某物的一部分。在实施例中，电路401耦合区域408a和408b的两个接触器405a和405b。然后：

(204a)−V(204b)=k(404a)*(T1−T′)+k(408a)*(T1′−T1)+V(1′1)+V(2′1′)+V(22′)+k(408b)*(T2−T2′)+k(404b)*(T′−T2)

V(410a)−V(410b)=k(410a)*(T1−T′)+k(408a)*(T1′−T1)+V(1′1)+V(2′1′)+V(22′)+k(408b)*(T2−T2′)+k(410b)*(T′−T2)

→V(204a)−V(204b)−(V(410a)−V(410b))==(k(404a)−k(410a))*(T1−T′)+(k(404b)-k(410b))*(T′−T2)

由此，电路401上的电压降由V(2′1′)表示，并且405a、406a之间的电压降由V(1′1)表示，并且406b、405b之间的电压降由V(22′)表示。对于k(404a)−k(410a)=k(404b)−k(410b)，我们再一次获得与(T1−T2)成比例的V(204a)−V(204b)−(V(410a)−V(410b)，从而能够通过在端子410a、410b和204a、204b处的信号差异来测量温差。

还参照图6B，系统500的另一实施例包括两个乘法因数K1和K2，能够选择所述两个乘法因数K1和K2以便实现与在图5B中图示并且参照图5B讨论的那些计算相同的计算。然后，在简化的描绘中，并且参照图6C，块508能够在单个计算电路块508中执行在图5A、5B或6B中至少概念性地描绘为分开的一个或多个方法。

简要地返回到图2和其中描绘的示例性霍尔装置，图2E、2F、2G和2H描绘具有四个接触器1、2、3和4的霍尔板202的四个操作阶段。霍尔板202具有90度对称性并且被描绘为具有布置在四个拐角的接触器1-4的简单正方形，但这能够在实施例中变化。在具有四个阶段1-4的旋转电压方案中，电源电压Vs被耦合到具有相同阶段编号的接触器1-4，并且与该接触器相对的接触器被耦合到地电势。两个剩余接触器被短路，从而输出信号等于在它们之间流动的电流。例如，在图2E中，描绘阶段1，其中接触器1被耦合到Vs并且接触器3被耦合到地电势。在接触器2和4之间测量输出信号。输出电流因此能够是：

I24,1=F1[B]+Off1+k(T2,1−T4,1)+Off1,therm

在接下来的三个阶段中使图2E的耦合布置沿顺时针方向旋转一个接触器提供下述输出信号：

I31,2=F2[B]+Off2+k(T3,2−T1,2)+Off2,therm

I42,3=F3[B]+Off3+k(T4,3−T2,3)+Off3,therm

I13,4=F4[B]+Off4+k(T1,4−T3,4)+Off4,therm

每个方程的第一元素(例如，F2[B])代表磁场相关性，所述磁场相关性被假设为在每个阶段中不同但不需要在每个阶段中不同。例如，Off1代表能够取决于施加的电势的第一阶段的电阻性偏移项，并且完全由例如具有不对称惠斯通电桥电路的形式的等效电路图定义。例如，项k(T2,1−T4,1)表示由热耦合的接触器引起的热EMF，所述热耦合的接触器能够包括铝或多晶硅互连线(参照例如图4)。最后的项Off1,therm表示由于不均匀温度和/或不均匀掺杂梯度而发生在霍尔板202的有源区域内部的热EMF。

在金属线(例如，图4中的端子410a和410b)分接(并且k≈0)的电流之和是：

而在多晶硅线(例如，互连线404a和404b)分接的电流之和是：

I_p=I_m+k(T_2,1−T_4,1+T_3,2−T_1,2+T_4,3−T_2,3+T_1,4−T_3,4)

因此，参照例如图5A的系统500，能够在块510确定下面的公式：

I_p−I_m=k(T_2,1−T_4,1+T_3,2−T_1,2+T_4,3−T_2,3+T_1,4−T_3,4)

并且它能够被用作块512的输入，块512估计由热电压引起的旋转电压霍尔板的剩余偏移，因为在和(T_2,1−T_4,1+T_3,2−T_1,2+T_4,3−T_2,3+T_1,4−T_3,4)之间存在强相关，因为后者是前者的起因。在这个示例中，输出信号的共模电势悬空，但在其它实施例中，能够被绑定到某个预定义电势。这些方法也能够被应用于诸如在共同拥有的美国专利申请序列号13/022,844和13/488,709(所述美国专利申请整体通过引用包含在本文中)中公开的实施例：霍尔接触器被用作力感测接触器，其中在力接触器处的电压或电流被调整，直至分别在感测接触器处的电压或电流处于某个预定义值。能够以与这里讨论的各种接触器相同的方式处理这些接触器，从而温度传感器能够被用于测量在每个感测接触器处的温度，或者每个感测接触器被耦合到在本文中参照图4讨论的金属线和多晶硅互连线。

这些和其它实施例还能够包括另外的特征、元件、功能和概念。例如，如在本文中所讨论的系统还能够包括加热元件，所述加热元件耦合到传感器的接触器以基于由温度传感器、温度梯度传感器或温度感测电路执行的测量来控制接触器的温度。另外或者替代地，在各种实施例中，地参考能够被调整以便影响装置的非线性电流-电压特性并且因此控制一个或多个接触器的温度。考虑到当霍尔元件的周围环境(例如，周围的头、基底或作为顶板的浅头)的反向偏置电压增加时霍尔元件的电阻通常增加，这种效应能够被用于控制霍尔板的接触器的功率耗散或功率耗散的空间分布，并且因此控制霍尔板的接触器的温度分布。在各种实施例中，圆周隔离结构或元件(诸如，pn环或沟槽)也能够被用于实现这种特征。控制回路能够被以这种方式形成：调整霍尔板中的功率耗散或功率耗散的空间分布，直至使温度梯度传感器的温差信号最小化。由此，调整能够在完整旋转周期期间被冻结，或者它能够在完整旋转周期内的操作阶段之间被调整。

在图7A中描绘霍尔板202的另一实施例，并且霍尔板202的另一实施例包括四个接触器C1、C2、C3和C4以及四个温度传感器，在这个实施例中所述四个温度传感器包括二极管D1、D2、D3和D4，但在其它实施例中所述四个温度传感器能够包括其它装置或结构。接触器C1-C4包括接触扩散，并且被按照与以上本文中的图2E-2H中相同的次序标记。通常，相同或相似标号将会在本文中自始至终用于指代各种附图中的相同或相似的元件、部分、结构或其它特征。在图7中，霍尔效应装置的顶板是可选的并且未被描绘。

端子t1、t2、t3和t4被耦合到每个接触器，即t1耦合到C1，t2耦合到C2，t3耦合到C3，并且t4耦合到C4。二极管D1-D4被耦合到每个接触器，即D1耦合到C1，D2耦合到C2，D3耦合到C3，并且D4耦合到C4；并且温度端子tt1、tt2、tt3和tt4被耦合到每个二极管D1-D4，即tt1耦合到D1，tt2耦合到D2，tt3耦合到D3，并且tt4耦合到D4。在实施例中，每个二极管D1-D4被布置为与其相应的接触扩散C1-C4紧密热接触。

如在其它实施例中，能够实现旋转电流方案，从而在旋转电流周期的第一操作阶段中，在电源接触器C1、C3为霍尔板202提供电流，并且在信号端子C2、C4分接信号。更精确地讲，电源电流IsH被注入到端子t1中并且流入到接触器C1中，而第二端子t3被绑定到参考电势VsL(诸如，地电势或某个其它合适地选择的电势)，并且在端子t2和t4上测量第一输出电压。在一个实施例中，从端子tt2和tt4抽取电流IT2和IT4，从而：

|IT2|+|IT4|<|IsH|

在实施例中，IsH是IT2的大约10倍到大约100倍，并且IT2等于IT4。如果电流IT2流经二极管D2，则电压降发生在D2上。对于二极管D4，存在相同的情况。因此，tt4−tt2上的电压等于t4−t2上的电压加上温度装置D2和D4上的电压差：

V(t4)−V(t2)=V(t4)−V(tt4)+V(tt4)−V(tt2)+V(tt2)−V(t2)=V(D4)+V(tt4)−V(tt2)−V(D2)

因此：

V(tt4)−V(tt2)=V(t4)−V(t2)+V(D2)−V(D4)，

由此，如果二极管D2的阳极相对于阴极为正，则电压V(D2)被视为正，并且这同样适用于二极管D4。根据一个实施例，然后，在端子tt2和tt4上测量第一温度输出电压。

选择在图7A中被描绘并且描述为二极管但如前所述能够在其它实施例中变化的温度传感器，从而每个温度传感器上的电压是温度的强函数。在实施例中，因为已知二极管按照大约−2 mV/°C.对温度变化做出响应，所以它们能够是合适的。然而，在其它实施例中，能够使用简单的电阻器，诸如具有大的电阻温度系数的那些电阻器。低掺杂头在集成电路技术中是常见的，并且具有大约5000 ppm/°C.的温度系数；然后，对于电阻器上的大约1V的电压降，可实现具有1V*5000 ppm/°C.=5 mV/°C.的灵敏度的温度信号。然而，电阻器作为温度装置的缺点在于它们的电阻，这增加霍尔板202的内部电阻并且增加噪声。相比之下，二极管具有小得多的内部电阻，这不会将许多噪声添加到传感器信号。另一方面，电阻也能够被实现在位于硅基底上方并且因此位于霍尔效应装置的头上方的层中。例如，能够使用放置在相应接触器C1-C4上方的多晶硅电阻器R1、R2、R3和R4，并且在图7B中描绘这种配置的示例。通常，温度装置也能够是具有取决于温度的电压并且在实施例中具有低内部电阻的任何双极电路。特别地，这个电路能够采用反馈环以减小由霍尔效应装置的输出信号看见的电阻。

图7C描绘电路图，所述电路图图示了旋转电流霍尔探针202在第一操作阶段中连接到前置放大器A1和A2的一种方式。开关S1、S2、S3和S4被配置为连接端子t1-t4中的任何端子与电流源IsH、参考电压源VsL和/或放大器A1的输入中的任何一个。类似地，开关ST1-ST4被配置为连接端子tt1-tt4中的任何端子与放大器A2的任何输入。电流源IT1-IT4被配置为在任意操作阶段期间接通或断开，由此IT1和IT3的阴影旨在表示IT1和IT3可在第一操作阶段(在这个附图中以及在图7A中描绘的操作阶段)期间断开。替代地，所有电流源IT1-IT4可在所有操作阶段期间接通，这可使由于瞬态效应和/或自加热而导致的误差最小化。注意的是，电流IT1-IT4的符号可以是正或负，这意味着这些电流被从霍尔装置202抽取(正)或注入到霍尔装置202中(负)。这个符号改变在放大器A1、A2输入处的共模电势，并且可被合适地选择。放大器A1在第一操作阶段期间减去在t2和t4处的两个输出信号，并且在它的输出处提供阶段信号P1。放大器A2在第一操作阶段期间减去在tt2和tt4处的两个温度输出信号，并且在它的输出处提供阶段温度信号PT1。在一个实施例中，如果A1以时间复用方式操作，则A2能够与A1相同。

温度装置(例如，二极管D1-D4)上的电压能够随着温度以线性方式变化(至少按照一阶近似)：

V(D2)=VT20*(1+ST2*T2)

V(D4)=VT40*(1+ST4*T4)

其中T2和T4是在接触器C2和C4的温度，ST2和ST4是温度灵敏度，并且VT20和VT40是在零温度T2和T4的D2和C4上的电压。如果温度装置相同：

则VT20=VT40并且ST2=ST4。

然而，在多数情况下，温度装置具有失配：

VT20< >VT40并且ST2< >ST4

因此：

V(D2)−V(D4)=VT20−VT40+VT20*ST2*T2−VT40*ST4*T4

即使温度相同，即T2=T4，两个温度装置上的电压差也通常不是零。

在源IsH和VsL被交换的实施例中，如果系统执行第三操作阶段，则系统能够处理这些误差。因此，在这个第三操作阶段中，电流源IsH连接到端子t3并且参考电压VsL连接到t1。温度装置D1-D4可仍然以与操作阶段1中相同的方式连接。然后：

V′(D2)−V′(D4)=VT20−VT40+VT20*ST2*T2′−VT40*ST4*T4′

其中撇号或“′”表示这个操作阶段。注意的是，温度T2′和T4′不同于T2和T4，因为霍尔装置以不同电流方向操作，并且由于小的不对称性和电气非线性，这能够导致稍微不同的温度(例如，在实施例中大约0.01°C.)。系统如下计算差动阶段温度信号的差：

V(D2)−V(D4)−(V′(D2)−V′(D4))=VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)

并且将该差与两个操作阶段期间的霍尔输出信号的热电误差关联：

第一操作阶段：V(t4)−V(t2)=S*B+k*(T4−T2)

第三操作阶段：V′(t4)−V′(t2)=−S*B+k*(T4′−T2′)

由此电阻性偏移项被忽略，因为它们在全部旋转电流周期中被消除。在总体旋转电流输出信号中，减去第一和第三阶段的两个信号：

V(t4)−V(t2)−(V′(t4)−V′(t2))=2*S*B+k*(T4−T4′−T2+T2′)。

如果对阶段温度信号执行相同操作，则：

V(tt4)−V(tt2)−(V′(tt4)−V′(tt2))=2*S*B+k*(T4−T4′−T2+T2′)+VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)

因此，阶段信号具有由热电动势引起的误差：

k*(T4−T4′−T2+T2′)

阶段温度信号具有由热电动势引起的额外误差：

VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)

系统能够比较二者(例如，通过减去它们)。因此，系统能够测量下面的值：

VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)。

通过在实验室中表征，可建立k*(T4−T4′−T2+T2′)和VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)之间的典型关系。这种关系将会针对每个装置、针对每个生产批次而不同，但它应该在特定装置的寿命期间是稳定的(即，只要VT20*ST2和VT40*ST4稳定即可，这在实践中在使用稳定的pn结或稳定的电阻器或其它稳定装置的情况下通常成立)。这个典型关系能够被用在传感器系统的算法中以估计阶段信号中的热电动势误差并且最后补偿它(例如，通过从阶段信号减去预期误差)。

例如，假设在两个温度装置D2和D4之间不存在失配。然后，由于阶段温度信号中的热电动势而导致的额外误差是

V(tt4)−V(tt2)−V′(tt4)+V′(tt2)−V(t4)+V(t2)+V′(t4)−V′(t2)=VT0*ST*(T2−T2′-T4+T4′)

其中我们使用VT0=VT20=VT40和ST=ST2=ST4。如果这乘以合适的因子并且被添加到旋转方案中的原始阶段信号，则霍尔效应装置的热电动势可被消除：

Vcomp=V(t4)−V(t2)−V′(t4)+V′(t2)−x*{V(tt4)−V(tt2)−V′(tt4)+V′(tt2)−V(t4)+V(t2)+V′(t4)−V′(t2)}=2*S*B+k*(T4−T4′−T2+T2′)−x*VT0*ST*(T2−T2′−T4+T4′)=2*S*B

对于

k+x*VT0*ST=0

或

x=−k/(VT0*ST)

我们将Vcomp称为热电动势补偿信号。这个因子x能够根据经验确定，但能够在理论上确定近似值：如果二极管被用作温度装置，则

VT0*ST=−2 mV/°C.

并且k是例如具有k=−1500 µV/°C.的低n掺杂霍尔区域的塞贝克系数，这给出

x=−(−1.5 mV/°C.)/(−2 mV/°C.)=−0.75

因此，通过(1+x)*{V(t4)−V(t2)}−x*{V(tt4)−V(tt2)}来获得第一操作阶段中的热电动势补偿信号，

并且在第三操作阶段中，它由(1+x)*{V′(t4)−V′(t2)}−x*{V′(tt4)−V′(tt2)}给出，

并且在总体旋转方案中，减去两个信号。

因此，热电动势补偿信号是差动阶段信号(例如，V(t4)−V(t2))和差动阶段温度信号(例如，V(tt4)−V(tt2))(二者具有相同阶段)的线性组合。在以上情况下，阶段温度信号利用因子加权，所述因子是传统阶段信号的三倍：−x/(1+x)=−(−0.75)/(1−0.75)=3。因此，信号的主要部分来自阶段温度信号，而仅小部分来自传统阶段信号，这是相对于传统方案的区别。当然，差动阶段温度信号比对差动阶段信号的权重取决于温度传感器的温度灵敏度。如上所见，线性组合在阶段上是独立的：对于第一和第三阶段，存在相同的因子x。然而，假设装置D2和D4完全匹配。如果例如根据图2E-H在旋转霍尔周期的第二和第四阶段中使用其它装置D1和D3并且所述其它装置D1和D3具有不同的VT0和ST参数，则这也将会影响x。因此，通常在所谓的正交操作阶段(即，具有不同信号接触器的阶段(阶段1和2正交，然而1和3不正交))，针对热电动势补偿信号的线性组合是不同的。然而，在非正交阶段(诸如，通过使电源电压或电源电流的极性反转而获得的阶段)，针对热电动势补偿信号的线性组合通常是相同的。

各种实施例的一个基本方面是：针对电源反转的霍尔效应装置的热对称性能够被优化。如果这一点对于所有系统效果(比如，例如几何对称性)得以实现，则将会总是存在一些统计不对称性(比如，例如由于制造公差而导致的几何不对称性)，这在应该在没有制造公差的情况下具有相同温度的接触器之间引起温差。这些温差能够由温差传感器(即，温度的空间梯度的传感器)测量，并且从这些测量，在线推导校正值，所述校正值消除由热电动势引起的偏移，如果这些值被添加到霍尔效应信号(而非乘以霍尔效应信号)的话。也能够在图1、2I、5A、5B和6B中的方框图中看见将偏移校正值添加到未补偿信号以便获得补偿信号的这个特征。这区分偏移补偿的实施例与传统温度补偿方案，所述传统温度补偿方案将未补偿的霍尔信号乘以某个合适的温度函数(即，温度传感器信号)以便获得具有例如温度独立行为的补偿信号。这些传统温度补偿系统调整作为温度的函数的系统增益，而在本文中公开的实施例调整作为温度梯度的函数的系统偏移。

然而，现在假设在两个温度装置D2和D4之间存在失配。所述失配能够发生于 VT20< >VT40或ST2< >ST4，或发生于二者。以上我们看到：第一和第三操作阶段的信号的相减消除VT20和VT40项，这是期望的。由于由阶段温度信号中的热电动势而导致的额外误差是VT20*ST2*(T2−T2′)−VT40*ST4*(T4−T4′)，所以系统仅必须处理VT20*ST2< >VT40*ST4之间的失配。因此，我们能够说VT40*ST4=VT20*ST2*(1−MM)，其中MM是D2和D4之间的失配。由阶段温度信号中的热电动势而导致的额外误差是

VT20*ST2*(T2−T2′)−VT20*ST2*(T4−T4′)*(1−MM)=VT20*ST2*(T2−T2′−T4+T4′)+MM*VT20*ST2*(T4−T4′)

因此，在存在温度装置的失配的情况下，系统不测量T2−T2′−T4+T4′，而是测量：

T2−T2′−T4+T4′+MM*(T4−T4′)

因此，只要T4−T4′类似于T2−T2′−T4+T4′，误差就是适度的。然而，当|T4−T4′|>>|T2−T2′−T4+T4′|时，误差大。换句话说：在具有反转的电源电压或电流的两个操作阶段中在输出接触器处的温度的波动相对于在这些操作阶段中的两个输出接触器之间的温差波动不应该大。这意味着：当电源反转时，霍尔效应装置中的总功率耗散应该尽可能小地变化。这也意味着：当电源反转时，在输出接触器附近的功率密度应该保持尽可能不变。因此，在实施例中，操作条件应该使得：当电源反转时，在输出接触器处的共模电势应该保持相同或几乎相同。

这例如图示在图7D和7E中。图7D描绘具有四个接触器C1-C4的霍尔板202，所述霍尔板202以不希望的方式偏置，因为由于霍尔效应装置的电气非线性，当电源电压反转时，共模电势(0.5*V(C2)+0.5*V(C4))变化。由于装置的电气非线性，共模输出电压稍微低于电源电压的一半。因此，它在第一操作阶段中是大约0.45*V(C1)并且在第三操作阶段中是0.45*V′(C3)。假设完全对称的霍尔效应装置，则V(C1)=V′(C3)，即如果电源电流相同但具有不同极性，则电源电压相同。共模输出电压也在两个阶段中是相同的，并且因此，温度T2应该非常类似于T2′(并且T4也应该类似于T4′)。然而，如果霍尔效应装置稍微不对称，从而接触器C1例如比C3小大约1%，则这将会导致V(C1)不同于V′(C3)，于是，在两个阶段中的共模输出电压也不同。另外，与以前相比，温度T2和T2′(或T4和T4′)应该显著不同。

图7E示出以更有益的方式偏置的相同装置，其中共模电势被控制以在电源反转时处于相同电平。运算放大器OPA将参考电压Vref与总和V(C2)+V(C4)进行比较。如果所述总和是二者中较大的电压，则运算放大器OPA的输出上升，这将NMOS的栅极向上拉，从而NMOS吸收更多电流，这又向下拉V(C2)和V(C4)。因此，共模被控制为值Vref/2。

存在用于在旋转霍尔方案的各部分期间使持共模电势保持在固定值的许多其它方式，并且在本文中讨论的示例不是限制性的。这些方案中的许多方案是有益的，因为它们减少温度装置(例如，二极管D2和D4)的匹配要求。通常，目标是在电源反转时使输出的共模电势保持不变，但差动电势V(C2)−V(C4)仍然自由输出磁场信号。如果共模电势不变，则功率密度(并且因此，温度分布)也应该不变。注意的是，共模电势能够对霍尔区域具有各种影响：如果像通常那样由反向偏置的pn结将霍尔区域与环境隔离，则共模电势确定所述反向偏置并且这确定耗尽层的宽度，所述耗尽层的宽度定义霍尔区域的有源宽度。有源霍尔区域越薄，它的电阻将会越高。另一方面，共模电势可影响有源霍尔区域中的自由电荷的数量或者至少影响部分有源霍尔区域中的自由电荷的数量(例如，通过电荷积累效应)，并且这也影响电阻。电阻也影响功率耗散，并且因此影响装置中的温度分布。

在实施例中，如以上在本文中对具有完美匹配的简单情况的讨论中所示，系统估计T2−T4−T2′+T4′。失配将会在这种估计中导致降低的准确性，但想要或需要的准确性的水平能够变化。在实施例中，能够估计低至大约0.001°C.的霍尔效应装置的差动输出的温差T2−T4。这为1500 µV/°C的塞贝克系数提供大约1.5 μV的热电动势电压。当在1V电源下操作时，典型霍尔效应装置具有大约50 mV/T的磁灵敏度，从而1.5 μV对应于30 μT偏移。这个偏移发生在旋转霍尔探针的所有阶段，并且它是随机的，由此正交阶段中的偏移大概在统计上是独立的，并且非正交阶段中的偏移也应该是基本上独立的。因此，如果旋转方案具有4个操作阶段，则剩余偏移应该是大约一半或1/sqrt(4)。这给出大约15 μT的剩余偏移，这大体上对应于由本发明人在实验室中执行的观测结果。

当霍尔效应装置按照旋转霍尔方案操作时，温度也将会随着每个新的操作阶段而变化。此外，系统具有由于电路装置的热质量而导致的某种延时，并且这能够导致第n操作阶段中的温度也在某种程度上受到第(n−1)操作阶段或通常任何前面的操作阶段期间的温度的影响。再一次参照图2E (图2E示出在第一阶段中操作的霍尔效应装置)，由于装置的电气非线性，在最高电势的接触器(C1)也将会达到最高温度，而接地的接触器C3具有最低温度。如果图2F中示出的第二操作阶段紧跟在第一操作阶段之后，则接触器C1和C3改变作用：在阶段1中，接触器C1和C3中的每个接触器是电源接触器，而在阶段2中，接触器C1和C3中的每个接触器现在是信号接触器。当C1稍微比C3热时，这给出在阶段2的开始时的这两个输出接触器之间的温差。因此，它也提供热电动势电压，所述热电动势电压引起偏移误差。如果阶段2的持续时间显著地比霍尔效应装置的热时间常数长，则接触器C1和C3将会最终在阶段2的末尾处于相同的温度，如果假设装置的完美对称性。因此，输出接触器之间的瞬态温差能够发生，以使得它在阶段期间变化，并且操作阶段的持续时间能够对这些效应具有显著影响：如果旋转霍尔方案被非常缓慢地执行，则这些瞬态效应可被忽略，然而，如果它被非常快速地执行，则在操作阶段期间的温度可主要由前面的操作阶段确定，并且仅在可忽略的程度上由当前操作阶段确定。此外，系统同时测量霍尔信号和温差：在每个时间点，当测量霍尔信号时，热电动势误差是这个霍尔信号的一部分，并且因此，系统也应该知道针对这些时间点在输出接触器处的温差。

然而，这里，可区分两种类型的系统：积分系统和采样系统。积分系统(诸如，例如连续时间sigma-delta模数转换器(CT-SD-ADC))在某个时间间隔期间(例如，在整个操作阶段期间)对霍尔输出信号进行积分。在这种情况下，该系统也能够同时对输出接触器之间的温差进行积分。替代地，逐次近似模数转换器(SAR-ADC)通常对霍尔信号进行采样，这意味着它使用采样和保持技术冻结该值并且随后转换这个静态值。在这种情况下，也能够在对霍尔信号进行采样的同时对输出接触器的温差进行采样。

在静态条件下，在图8A中描绘在图2H的阶段4中在3V电源下操作的具有5 μm厚度和典型非线性的100 μm × 100 μm正方形硅霍尔板中的温度分布。能够看出，接触器C4处于最高电势并且也处于最高温度(高于300 K的室温大约0.062°C)。

图8B描绘在旋转霍尔周期期间的图8A的霍尔板202中的几个点的瞬态温度行为。脉冲形曲线表示四个接触器的温度，而平滑曲线是霍尔装置202的中心(例如，有源区域226)的温度。在这个实施例中，每个操作阶段为大约10 μs长，并且在该装置加电之前最初存在300 K。因此，能够看到大约1-2 μs的快速热时间常数。也存在每个操作阶段中的两个不同脉冲“齿”和两个相等的“谷”，所述两个不同脉冲“齿”是高电势电源接触器和低电势电源接触器，所述两个相等的“谷”是输出接触器。电源接触器和信号接触器之间的温差是大约0.03°C，而两个电源接触器之间的温差小于大约0.001°C。

在实施例中，如果二极管D2-D4之间的初始失配太大，则系统能够执行自动校准。因此，在一个实施例中，能够使用加热元件，所述加热元件被以这种方式设计：在D2和D4上产生相同温度。这个加热元件能够在某个时间段内被激活，然后测量D2-D4的输出(即，在下线校准中测量一次，或在传感器系统的加电期间测量，或反复地测量，例如每100 ms测量)。如果当加热元件被激活时输出变化，则存储这个变化并且随后从每个测量值减去这个变化并且这个变化被用于校正随后的测量值。

例如，如果加热元件断开，则温度二极管D2-D4上的电压是V(D2)、V(D4)并且在二极管处的温度分别是T2、T4。如果加热元件接通，则电压是V″(D2)、V″(D4)，其中温度分别是T2+dT和T4+dT。系统能够测量这些电压，并且计算等于1+VT40*ST4/(VT20*ST2)的(V(D2)−V(D4)−V″(D2)+V″(D4))/(V(D2)−V″(D2))，这给出两个温度传感器的温度灵敏度的失配。

替代地，二极管D2或D4之一或二者的某个参数能够被调整以将观察到的D2-D4输出变化减小到零。例如，如以上所讨论，如果D2和D4是二极管或电阻器，则系统能够改变电流IT2-D2，直至在D2-D4观察到的温差不取决于加热元件接通或断开。这个过程能够调整D2的灵敏度以与D4匹配。虽然IT2的变化也改变温度传感器的自加热，但这通常对系统没有不利的影响，只要这种自加热在加热器的接通时间和断开时间期间相同即可。

注意的是，由于存在于系统中的其它热源或霍尔效应装置的操作，通常在D2和D4处存在不同温度。因此，系统仅能够提取在加热元件接通和断开之间的温差的差异，因此仅由对称加热元件引起的叠加的温差是相关的。在实施例中，用于自动校准的加热元件应该相对于两个温度传感器D2和D4完全对称(并且对于正交阶段，相同或不同加热元件需要针对D1和D3完全对称)，以使得它在D2和D4处产生相同的温度增加(在实施例中，如果可能，直至好于1%，诸如0.1%或甚至更好)。存在能够用于实现这一点的几个方案：例如，一个加热元件相对于两个温度传感器D2和D4(或根据具体情况在任何特定实施例或配置中的其它二极管或温度感测装置，其中仅为了方便起见这里的示例与附图中的描述相关)对称地放置，或者每个温度传感器具有它自己的专用加热元件。在第二情况下，加热元件应该完全匹配，从而现在能够看出，失配的问题仅从D2-D4自身转移到它们相应的加热元件。然而，如果加热元件的失配小于温度装置的失配，则这仍然可以是可行的选项。即使在这种情况下，使温度传感器和相应加热元件之间的间隔足够大也能够是有益的，因为层厚度或其它细节的每个微小变化可对由加热器引起的温度传感器上的温度漂移具有大的影响。

例如，假设D2和D4都是二极管并且具有加热元件HT2和HT4，所述加热元件HT2和HT4包括放置在它们上方的电阻条。电阻条和这种特定放置仅是合适的加热元件和布置的一个示例。即使HT2和HT4完全匹配，HT2和D2之间的金属间电介质或某种其它结构的厚度也可能与HT4和D4之间的相同结构相差例如1%。由于HT2和D2之间的垂直间隔仅为大约10 μm或类似垂直间隔，所以这是非常可能的。虽然HT2产生与HT4相同的热量和热密度，但在D2和D4处的温度将会不同。然而，如果D2和HT2之间的间隔以及还有D4和HT4之间的间隔增加例如大约10 μm的横向距离，则情况改善。然后，热耦合不那么紧密，但相对于生产公差更加稳定。另一方面，D2和HT2之间的距离越大，布置在那里的周围区域和结构能够对它们之间的热耦合具有的影响越大。因此，以下的情况能够是有益的：D2-HT2和D4-HT4周围的其它电路装置的布局是对称的以便在D2-HT2和D4-HT4之间具有正好相同的热耦合。如果仅单个加热元件被用于D2和D4二者，则这同样成立；然后，避免了HT2和HT4之间的失配。当然，通常在实践中无法使整个系统的布局相对于加热元件和所有温度传感器D1-D4对称。因此，在实施例中，能够在某个距离内使其对称，而在大距离时，对称性能够不完美，只要热源和温度传感器的耦合仍然足够强即可。利用以上给出的数字，人们能够估计某种不对称性是否仍然可接受：如果失配由于自动校准而应该减小至大约0.1%，则加热元件和D1-D4之间的热耦合必须至少匹配高达大约0.1%。能够在数字计算机代码(例如，有限元仿真)中对任何不对称性进行建模，并且能够研究热耦合。

如果主传感器具有第一导电型的接触扩散(例如，霍尔传感器具有n掺杂接触扩散)，则也许可能在第一导电型的接触扩散内放置第二相反导电型的较小扩散头。在霍尔传感器的情况下，这将会是n头内的较小p头。这给出pn结，所述pn结能够被用作这个相应接触器的温度装置。在图9中描绘一个示例，所述一个示例是以上讨论的图3的版本。这种配置能够节省空间，并且使接触器和温度传感器之间的热耦合更加紧密。在实施例中，接触器204a能够是环形的，当从顶部(与图9的侧面剖视图相比)观察时完全包围头306，以使得流入/流出温度装置的电流不影响主传感器中的电势分布。注意的是，图9是具有集成的pn温度二极管的单个接触器的示意图；实际上，霍尔效应装置(诸如，霍尔板或垂直霍尔效应装置)通常具有三个或更多个接触器，每个接触器具有这种pn结。通常，用于在旋转霍尔方案的至少一个阶段中分接信号的所有接触器应该具有这种pn结。

图10是根据实施例的传感器布置1000的示图。

作为概述，传感器布置1000克服前面的实施例的缺点，因为由具有大的塞贝克系数并且因此也具有相对高的电阻率的第一材料(例如，多晶硅)构成的第一导体元件1020仅被布置在霍尔装置的两个接触头1011、1012之间。在那里，第一导体元件1020的两端以电气方式分别耦合到第二导体元件1030和第三导体元件1040，所述第二导体元件1030和第三导体元件1040由第二材料(例如，铝)构成。第二材料具有小的塞贝克系数，并且因此也具有比第一材料低的电阻率，并且作为结果，可使第二导体元件1030和第三导体元件1040相对长，而它们的内部电阻不会变得不容许地高。在第二导体元件1030和第三导体元件1040的远端，检测电压，并且从中推导两个接触头1011、1012之间的温差。

传感器布置1000包括在图10中由虚线框示出的霍尔效应区域、接触头1011、1012、1013、1014、第一导体元件1020、第二导体元件1030、第三导体元件1040、电源线1050和信号线1060。

接触头包括第一接触头1011、第二接触头1012、第三接触头1013和第四接触头1014。第一接触头1011位于霍尔效应区域的外表面附近。可选地，第二接触头1012可位于霍尔效应区域的外表面附近。此外，可选地，第二接触头1012可位于与第一接触头1011相同的霍尔效应区域的外表面附近。接触头1011、1012、1013、1014具有大的掺杂浓度。因此，接触头1011、1012、1013、1014具有低电阻，并且它们的塞贝克系数也相对小。然而，接触头1011、1012、1013、1014的塞贝克系数和钨插头的塞贝克系数是不相关的，因为这些元件很小，以至于它们具有均匀温度。另一方面，霍尔效应区域相对大，并且在所述两个感测接触器之间存在温度梯度。霍尔效应区域可具有大约1.5 mV/度的塞贝克系数。

第一导体元件1020被整形为细长轨道，并且包括位于第一接触头1011和第二接触头1012之间的两端——第一末端部分1022和第二末端部分1024。第一导体元件1020包括例如具有相对高的电阻率的未硅化的n或p掺杂多晶硅、或位于霍尔装置上面的浅p头、或与第二导体元件1030和第三导体元件1040的金属相比具有显著不同的塞贝克系数的任何材料。多晶硅具有大约200 mV/开尔文的塞贝克系数。第一末端部分1022被热耦合到第一接触头1011。第二末端部分1024被热耦合到第二接触头1012。第一接触头1011和第二接触头1012之间的温差将要被测量。第一导体元件1020的末端与配线平面的通常的铝接触，从而第一和第二热电偶出现在接触位置。

第二导体元件1030包括两个末端——第三末端部分1032和第四末端部分1034。第三末端部分1032被热耦合到第一接触头1011。第一导体元件1020的第一末端部分1022和第二导体元件1030的第三末端部分1032以电气方式以点状耦合。在实践中，它们经常通过一个或几个钨插头耦合——如果人们使用几个钨插头，则它们通常以电气方式并联连接，然而，如果第二导体元件的金属层高于金属1，则按照串联连接使用几个钨插头可能也是必要的。

第三导体元件1040包括两个末端——第五末端部分1042和第六末端部分1044。第五末端部分1042被热耦合到第二接触头1012。第一导体元件1020的第二末端部分1024和第三导体元件1040的第五末端部分1042以电气方式以点状耦合。…或者如上面段落中所述。

第二导体元件1030和第三导体元件1040由具有大约1 µV/度的塞贝克系数的材料(例如，铝或铜)构成，并且具有比第一接触器元件1020低的电阻率。结果是：第二导体元件1030和第三导体元件1040能够具有相对长的长度，而它们的内部电阻不会变得不容许地高。

第一导体元件1020、第二导体元件1030和第三导体元件1040中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，也就是说，优选地大于5µV/°C，或优选地大于15 µV/°C，但本公开在这个方面不受限制。塞贝克系数的差异可以是视为适合于预期目的的任何差异。

电源线1050以电气方式耦合到第三接触头1013和第四接触头1014。电源线1050被配置为向霍尔装置提供电流。

信号线1060以电气方式耦合到第一接触头1011和第二接触头1012。信号线1060被配置为提供霍尔装置的输出信号。当不存在磁场时，预期将不会存在信号线1060的输出信号端子1062的输出信号。然而，存在金属信号线1060接触不同塞贝克系数的接触头1011、1012的n掺杂区域的热电偶，导致具有与第一接触头1011和第二接触头1012之间的温差相关的小热电动势(EMF)的输出信号。第一导体元件1020以电气方式与第二导体元件1030和第三导体元件1040耦合，但导体元件未必以电气方式与霍尔效应区域或四个接触头1011、1012、1013、1014中的任何接触头耦合。相反地，电源线1050和信号线1060、1062与霍尔效应区域电气接触。

可在第四末端部分1034和第六末端部分1044(即，热电偶信号端子)分接在第二导体元件1030和第三导体元件1040的远端的电压，并且从中推导第一接触头1011和第二接触头1012之间的温差。两个远端1034、1044之一或者第一、第二和第三导体元件之一可以可选地被耦合到参考电压Vref(未示出)。在热电偶信号端子(第四末端部分1034和第六末端部分1044)的电压与第三末端部分1032和第五末端部分1042(也就是说，第二导体元件1030和第三导体元件1040的金属与第一导体元件1020的多晶硅之间的物理接触器)之间的温差成比例。

在操作期间，没有电流流经第一导体元件1020以及耦合的第二导体元件1030和第三导体元件1040。在输出信号端子1062测量霍尔装置的输出电压。另外，在热电偶端子(第四末端部分1034和第六末端部分1044)测量热电偶的输出电压。这两个输出电压能够随后被组合，并且确定相关性。如果这些电压之一是大的，则另一个电压也通常是大的。相关性能够被确定，然后测量的热电偶电压能够乘以某个因子并且从霍尔装置输出电压减去所述测量的热电偶电压。结果是针对热EMF校正的霍尔装置输出电压。

传感器布置1000相对于以前的传感器布置的优点在于：第一导体元件1020不那么长，并且可以是例如50 µm。第一导体元件1020不从传感器布置1000延伸到远程放大器，而是替代地，仅在传感器布置1000的第一接触头1011和第二接触头1012之间延伸。结果是：内部电阻不像第一导体元件1020延伸到可能100-300 µm远的放大器的情况那么大，并且因此，温度测量更加准确。

图11是根据实施例的另一传感器布置1100的示图。

传感器布置1100与图10的传感器布置1000的不同之处在于：第一导体元件被整形为具有伸出部(第一末端部分1122和第二末端部分1124)的圆板1120，而非整形为细长轨道1020。这个实施例的第一导体元件1120较宽，并且因此，有益于减小温度测量的内部电阻。

传感器布置1100与图10的传感器布置1000的不同之处还在于：热电偶之一的信号线与霍尔装置输出信号线中的信号线组合。更具体地讲，除了以电气方式耦合到第一末端部分1122之外，第三末端部分1032还在接触器1164以电气方式耦合到第一接触头1012。在这个实施例中，热电偶以电气方式耦合到霍尔装置，从而热电偶的共模电势由霍尔装置确定。不需要另外的参考电势Vref，并且节省了信号线，也就是说，具有输出端子1162的输出信号线之一与具有第四末端部分1034的热电偶线之一相同。

图12是根据实施例的另一传感器布置1200的示图。

传感器布置1200与图11的传感器布置1100的不同之处在于：第一导体元件1220被整形为正方形并且小于霍尔效应区域，而非整形为圆板1120。此外，第一导体元件1220具有四个伸出部，而非仅具有两个伸出部。

传感器布置1200与图11的传感器布置1100的不同之处还在于：使用四个接触头1011、1012、1013、1014，而非仅使用两个接触头(第一接触头1011和第二接触头1012)进行热EMF补偿。如前面所讨论，霍尔装置通常在具有两个操作阶段的旋转电流模式下操作。在第一操作阶段中，通过直径相对的接触头发送电源电流，并且在另外两个接触头测量输出电压。在第二操作阶段中，存在交换，也就是说，第一对接触头被用于分接输出电压，并且通过第二对接触头发送电源电流。由于输出电压被交换，所以希望知道在用作输出端子的接触头处的温差。接触头在每个操作阶段被交换，因此热电偶也被交换。因此需要四个热电偶，其中每个热电偶归属于接触头1011、1012、1013、1014之一。

第一导体元件1220包括位于第一、第二、第四和第三接触头1011、1012、1014、1013之间的四个伸出部分——第一、第二、第七和第八末端部分1222、1224、1226、1228。第一末端部分1022被热耦合到第一接触头1011。第二末端部分1024被热耦合到第二接触头1012。第七末端部分1226被热耦合到第四接触头1014。第八末端部分1228被热耦合到第三接触头1013。将要在第一操作阶段期间测量第一接触头1011和第二接触头1012之间的温差，并且将要在第二操作阶段期间测量第三接触头1013和第四接触头1014之间的温差。第一导体元件1020的末端与配线平面的通常的铝接触，从而相应热电偶出现在接触位置。

第四导体元件1240包括两个末端——第九末端部分1242和第十末端部分1244。第一导体元件1220的第七末端部分1226和第四导体元件1240的第九末端部分1232以电气方式以点状耦合，或如上所述经由钨插头耦合。

第五导体元件1230包括两个末端——第十一末端部分1232和第十二末端部分1234。第十一末端部分1232被热耦合到第三接触头1013。第一导体元件1220的第八末端部分1228和第五导体元件1230的第十一末端部分1244以电气方式以点状耦合，… 或如上所述经由钨插头耦合。

第四导体元件1240和第三第五导体元件1230类似于第二导体元件1230和第三导体元件1240，因为它们由具有大约1 µV/度的塞贝克系数的材料(例如，铝或铜)构成并且具有比第一接触器元件1220低的电阻率。结果是：第四导体元件1240和第五导体元件1230能够具有长的长度，而它们的内部电阻不会变得不容许地高。

第一导体元件1220、第四导体元件1240和第五导体元件1230中的至少两个导体元件具有基本上不同的塞贝克系数，也就是说，优选地大于15 µV/°C，但本公开在这个方面不受限制。塞贝克系数的差异可以是视为适合于预期目的的任何差异。

在第一操作阶段期间，可在第四末端部分1034和第六末端部分1044(即，热电偶信号端子)分接在第二导体元件1030和第三导体元件1040的远端的电压差信号，并且从中推导第一接触头1011和第二接触头1012之间的温差。在热电偶信号端子(第四末端部分1034和第六末端部分1044)的电压与第三末端部分1032和第五末端部分1044(也就是说，第二导体元件1030和第三导体元件1040的金属与第一导体元件1020的多晶硅之间的物理接触器)之间的温差成比例。

在第二操作阶段期间，可在第十末端部分1234和第十二末端部分1234(即，热电偶信号端子)分接在第四导体元件1240和第五导体元件1230的远端的电压差信号，并且从中推导第三接触头1013和第四接触头1014之间的温差。在热电偶信号端子(第十末端部分1244和第十二末端部分1234)的电压与第九末端部分1232和第十一末端部分1232(也就是说，第四导体元件1240和第五导体元件1230的金属与第一导体元件1220的多晶硅之间的物理接触器)之间的温差成比例。

在第一操作阶段期间，通过线1260为传感器布置1200提供电流，并且从线1160分接输出信号。在第二操作阶段期间，这种情况颠倒，因为通过线1160为传感器布置1200提供电流，并且从线1260分接输出信号。

图13是根据实施例的另一传感器布置1300的示图。

传感器布置1300与图10-12的传感器布置1000、1100和1200的不同之处分别在于：热电偶是直线的或平面的，而非以点状。热电偶旨在检测整个接触头的平均温度，并且因此，热电偶是直线的或平面的可以是合适的。更具体地讲，如果笔直或弯曲路径或者区域直通连接到第一导体元件1320并且连接到第二导体元件1330和第三导体元件1340，则第一导体元件1320与第二导体元件1330和第三导体元件1340之间的多个接触点可沿着所述路径布置或布置在所述区域上。如果接触头1310的平均温度应该由热电偶检测，则以下情况是有益的：第一导体元件1320和第三导体元件之间的接触点在很大程度上包围接触头。

图13图示霍尔板的左下角。虚线是霍尔效应区域的一部分。示出一个接触头1310，但存在未示出的相同的接触头。接触头1310具有以电气方式耦合的第一接触器1312。

第一导体元件1320可与霍尔效应装置的顶板相同。顶板是覆盖霍尔效应区域的顶表面的绝大部分的薄导电板。顶板的主要目的是避免作用于相对低掺杂的霍尔效应区域的大电场，因为大电场能够作为力作用于霍尔效应区域中的移动离子。如果这些离子移动，则它们改变霍尔效应区域中的电荷分布，并且电荷分布的这种变化改变霍尔效应装置的磁灵敏度和偏移。顶板是通过某种间隙介电层以电气方式与霍尔效应区域隔离并且被耦合到参考电势的金属或多晶硅板，所述参考电势通常是地电势。替代地，浅p头可被放置在作为n头的霍尔效应区域上面，由此p头被耦合到比霍尔效应装置中的最低电势低的电势，以使得顶板和霍尔效应区域之间的pn结被反向偏置，并且因此，没有电流在它们之间流动。

这个顶板可以是第一导电元件1320，然而，所述顶板应该由具有与互连层的塞贝克系数显著不同的塞贝克系数的材料构成。此外，所述顶板应该与靠近至少两个信号/输出接触器的互连层的轨迹耦合。

这个实施例的顶板在本质上与霍尔效应区域具有相同尺寸，但除了矩形孔径1324用于接近相应接触头。第一导体元件1320具有以电气方式耦合的第二接触器1322的环，所述环分布在第一接触器元件1320上以包围接触头1310。第二接触器1342的这个环与第一导体元件1320接触。第二接触器1342的环测量接触头1310的温度。通过利用接触器包围接触头1310，可获得接触头1310上的平均温度。

作为第一导体元件1320的顶板可包括多晶硅，并且可通过介电层以电气方式与基础霍尔效应区域隔离。浅p掺杂头可替代地被用作盖，所述头位于n掺杂霍尔效应区域的表面中。这种头将会有益于具有更高的塞贝克系数，这在相同温度梯度的情况下导致更大的信号。这些盖的布局或几何形状类似于图11-13的实施例。

如果第一导体元件1320通过某种间隙电绝缘层与霍尔效应区域隔离，则在第一导体元件1320和下方的霍尔效应区域之间能够存在电耦合。为此，绝缘层应该被开口，插入钨插头，并且在霍尔效应区域上面添加与钨插头接触的小的接触扩散。优选地，这个接触器位于霍尔效应区域的中心(在平面图中)，以使得它的电势不会在旋转电流方案期间增加许多。这种位于霍尔效应区域的中心的中心第五接触头不引起大的不对称性，并且因此，它不会给霍尔效应装置增加显著偏移误差。在这种情况下，第一导体元件1320的共模电势等于霍尔效应区域的共模电势。替代地，第一导体元件1320可按照电气方式耦合到互连线，并且这个互连线被路由至参考电势。在这种情况下，接触头也可位于霍尔效应区域的中心附近，但它也可位于第一导体元件1320上的任何地方。

第二导体元件1330包括两个末端——第一末端部分1332和第二末端部分1334。第一末端部分1332以电气方式耦合到以电气方式耦合的第一接触器1312。第二末端部分1334是输出信号端子。

第三导体元件1340包括两个末端——第三末端部分1342和第四末端部分1344。第三末端部分1342以电气方式耦合到以电气方式耦合的第二接触器1342的环。第四末端部分1344是可以是霍尔效应装置的一部分的一个热电偶信号端子，并且可替代地是霍尔效应装置外部的参考点。

在这个实施例中，霍尔效应区域和第一导电元件1320是一致的。第一导体元件1320和第二或第三元件1330、1340之间的接触器不位于伸出部，因为这些接触器不需要伸出部。

在操作期间，可结合在第二接触头(未示出)的对应端子处的电压分接出在第二末端部分1334在第二导体元件1330的远端的电压以获得接触头1310和第二接触头之间的输出电压差，并且从中推导温差。可结合在第二接触头的对应端子处的电压分接出在第四末端部分1344在第三导体元件1340的远端的电压以获得霍尔装置的输出电压。这两个输出电压能够随后被组合，并且确定相关性。如果这些电压之一为大，则另一个电压也通常为大。相关性能够被确定，然后测量的热电偶电压能够乘以某个因子并且从霍尔装置输出电压减去所述测量的热电偶电压。结果是针对热EMF校正的霍尔装置输出电压。

图14A和14B是根据实施例的传感器布置1400的电路图。

作为概述，为了校正热EMF，替代于霍尔效应装置上方的顶板，这个实施例以时间交错方式使用霍尔效应装置本身。在第一操作阶段中，霍尔效应装置被供给能量并且输出信号被采样。在这个第一操作阶段中，在霍尔效应装置输出接触头C1和C3之间建立不均匀的温度分布。然后，在第二非操作阶段中，通过霍尔效应装置的电流被断开，从而霍尔效应装置中的电压分布不再受到电流流动或磁场的影响。作为替代，电压分布仅受到塞贝克效应的影响，也就是说，受到由不均匀的温度分布产生的热电压的影响。换句话说，在这个无电流状态下，能够在霍尔效应装置输出接触头C1和C3分接出热电压，并且从中推导温差。然而，由于霍尔效应装置未被供给能量，所以不存在自加热，并且在以前的供给能量状态下建立的温度分布现在按照由传感器布置1400的热时间常数确定的速度衰减。如果传感器布置1400能够足够迅速地(例如，在1 μs或更少时间内)在霍尔效应装置输出接触头C1和C3检测热电压，则这些测量值可与在供给能量的第一操作状态下的温度不均匀性关联。然后，可估计由于温度不均匀性而导致的偏移误差并且针对偏移误差校正霍尔效应装置输出信号。

当电流在第二非操作阶段期间断开时，霍尔效应装置输出接触头C1、C3的电压最初是浮动的。一个输出接触头C3通过第一电压源(1.15 V)而被耦合到参考电压。优选地，这个电压在第一操作阶段期间与在输出接触头C3的电压相同，因为在这个输出接触头C3的寄生电容最迅速地经受电荷反转。在无电流第二非操作阶段中，所有其它接触头C1、C2、C4随后按照时间常数经历这个电压的电荷反转，其中所述时间常数近似对应于接触头的内部电阻和针对地的在网络节点的寄生电容的乘积(例如，大体上5kΩ•200fF=1ns)。电容瞬态因此在电源电流断开后的大约50 ns之后在很大程度上衰减，而热瞬态持续高达1 μs，或者也许持续甚至10 μs。

图14A是在第一操作阶段期间的传感器布置1400A的电路图。

传感器布置1400A包括霍尔效应装置、前置放大器、开关S1、S2、S3、NMOS电流反射镜、PMOS电流反射镜、反馈环和第一电压源。

霍尔效应装置包括接触头C1-C4。接触头C1-C4被配置为供给能量并且分接霍尔效应装置的输出电压。接触头C1和C3是分接输出信号的输出端子。前置放大器被配置为放大输出信号。接触头C2和C4被配置为向霍尔效应装置提供电流。

PMOS电流反射镜是电流源，并且电流经由开关SW1从这个电流源提供给霍尔效应装置。

可选的反馈环被配置为抽取电流以控制在开关SW2的电压。反馈环包括运算跨导放大器(OTA)和第二电压源(例如，0.15 V)。OTA被配置为对在它的输入端子的电压进行比较。在一个输入端子的是参考电压(0.15 V的第二电压源)。如果在开关SW2的电压高于参考电压(0.15 V)，则OTA输出为高，上拉NMOS电流反射镜的栅极，这又下拉在开关SW2的电压，由此下拉OTA的同相输入的电压。这个负反馈环因此被配置为将在开关SW2的电压控制为参考电压(0.15 V)。开关SW1和SW2因此代表电源端子。

在开关SW1的电压不被直接控制；它由反馈环控制。当第一操作阶段结束并且第二非操作阶段开始时，开关SW1和SW2断开以中断通过霍尔效应装置的电流。霍尔效应装置仍然需要处于某个电压，并且该电压是经由开关SW3的第一电压(也就是说，在这种情况下，1.15 V)。当通过霍尔效应装置的电流被断开时，霍尔效应装置在输出接触头C3的电压不变化，因为它总是通过开关SW3耦合到1.15 V的第一电压源。前置放大器需要这个电压，因为前置放大器仅能够测量微伏；如果电压改变0.5或1 V，则前置放大器将会完全进入饱和并且不工作。

NMOS和PMOS电流反射镜可替代地被任何其它电流反射镜电路(诸如包括双极晶体管或共发共基放大器的那些电流反射镜电路)替换。此外，第一和第二电压源不限于提及的特定电压量。这些电压源可以是适合于预期目的的任何电压量。

在这个实施例中，不存在专用热电偶，因为输出接触头C1和C3在第一操作阶段中用作传统霍尔效应信号输出，并且在第二非操作阶段中用作热电偶。为了将输出接触头C1和C3用作热电偶，没有电流能够流经霍尔效应装置。这是两个阶段的原因。

如图14A中所描绘，第一操作阶段是传统操作阶段，除了开关SW3将第一电压源耦合到前置放大器。为了来自接触头C3的这个输出线不在通过霍尔效应装置的电流断开之后在电压上跳跃，传感器布置1400将这个输出钉住到第一电压源(1.15V)。

图14B是在第二非操作阶段中的传感器布置1400B的电路图。

在紧跟在第一操作阶段之后的第二非操作操作阶段中，开关SW1和SW2被断开，如图14B中所示。作为结果，电流不再流入或流出霍尔效应装置。然而，在霍尔效应装置的两个输出端子之一(在这种情况下，输出端子C3)的电压仍然经由第一电压源保持在1.15 V，因为开关SW3仍然闭合。霍尔效应装置电压并不自由浮动，因为开关SW3保持闭合并且使霍尔效应装置输出和前置放大器输入绑定到第一电压源(1.15 V)。在这一前置放大器输入，不存在第一和第二阶段之间的变化，因为它被耦合到第一电压(1.15 V)。另一前置放大器输入被耦合到将会现在变化的输出接触头C1。在第一操作阶段中，输出接触头C1和C3之差由霍尔效应装置的磁场引起。但由于电流在第二非操作阶段期间不再流经霍尔效应装置，所以磁场不再影响输出电压，所述输出电压现在减小。但热EMF电压仍然存在。输出接触头C1和C3处于稍微不同的温度(例如，相差大约20 mK)，并且这些输出接触头中的每个输出接触头用作热电偶。作为结果，在第二非操作阶段期间，在前置放大器的输入之间存在也许800µV的电压差。

前置放大器必须在比温差衰减的热时间常数短的时间段内迅速地测量这个热电压。如果合适，则采样和保持元件也能够被用于在开关SW1和SW2断开之后立刻检测热电压并且为前置放大器提供用于处理电压的更多时间。

当开关SW1和SW2断开时，小的干扰电压出现在霍尔效应输出接触头C1和C3。由于所有电路节点被加载有不可避免的杂散电容，所以干扰电压是不可避免的。在这个方面，在断开开关SW1之后，霍尔效应装置与开关SW1的连接从大约2.25 V下降至1.15 V(即，-1.1V)。同时，霍尔效应装置与开关SW2的连接从0.15V 上升至1.15 V(即，+1 V)。因为霍尔效应装置具有电气非线性，所以发生这种不对称性(-1.1 V比对+1.0 V)，从而随着消失的磁场，在输出接触头C1和C3的电压并不正好处于电源电压的中间，而是朝着较高的电压移动一点。如果在两个连接处的杂散电容在大小上类似(由于霍尔效应装置的对称性和类似导体连接)，则必须预期并不正好彼此抵消的负充电电流和正充电电流，并且该差值在开关SW1和SW2切换时导致短电压脉冲。例如，通过前置放大器的输入在切换期间简单地与霍尔效应装置断开连接，电路布置1400应该屏蔽这个脉冲。

存在用于在第二非操作阶段中定义在前置放大器输入的共模电势的许多方法。例如，在第一操作阶段中，辅助电路可分接在接触头C3或C1或接触头C3和C1的电势，并且将电容器充电至V(C3)或V(C1)或(V(C3)+ V(C1))/2。在第二非操作阶段中，辅助电路不再对这个电容器进行充电，而是替代地将该电容器耦合在地和任何接触头C1、C2、C3或C4之间。然后，在接触头C3或C1的电势在整个第二非操作阶段期间由这个电容器定义。

将霍尔效应装置直接用作热电偶的优点是金属/半导体结(所述金属/半导体结构成热电偶)更好地热耦合到输出接触头。霍尔效应装置输出接触头C1和C3被直接测量以获得接触头的真实温度，而非靠近接触头的热电偶的温度，导致更准确的温度测量。此外，霍尔效应装置的n掺杂接触头通常是具有最大塞贝克系数的元件。这是霍尔效应装置的最坏情况，因为它具有最大的热诱发误差。在第二非操作阶段中，霍尔效应装置被用作热电偶，但它是非常灵敏的热电偶。如果顶板被用作热电偶，则塞贝克系数是每开尔文100或200微伏，而霍尔效应装置本身具有大约每开尔文1500微伏的塞贝克系数，该塞贝克系数是前者塞贝克系数的10倍。与霍尔效应区域不是热电偶的一部分的前面实施例相比，这增加热偏移信号。

这个实施例不仅适用于传统霍尔效应装置。例如，这个实施例也适用于机械应力传感器装置，或者替代地适用于垂直霍尔效应装置。霍尔效应装置能够通常仅测量垂直于芯片表面的磁场分量，并且垂直霍尔效应装置能够测量平行于芯片表面的平面内磁场分量。顶板例如通过介电隔离层或通过阻塞pn结以电气方式与每个霍尔效应区域隔离，并且能够通过连接线耦合到电压。能够在半导体工艺中从具有一定塞贝克系数的材料生产这种顶板，所述一定塞贝克系数具有比铝或铜金属化的塞贝克系数绝对值大的绝对值。并且这种顶板能够设有在每种情况下在霍尔效应区域的接触头附近与顶板接触的多个连接线，并且因此可测量在这些接触头的温度。

因此，已在本文中参照不限于总体概念的几个示例性实施例和描绘讨论了用于补偿热EMF效应的传感器、系统和方法的各种实施例。例如，已讨论与霍尔效应传感器相关的示例，能够使用其它传感器类型，包括其它磁场传感器、机械应力传感器等。然而，通常，剩余偏移能够与在传感器接触器的温度波动关联，所述温度波动又能够与热EMF关联，并且基于在一个或多个传感器接触器感测到的温度，通过添加校正项或补偿信号或通过实现控制回路，能够减小或消除剩余偏移。

在本文中已描述系统、装置和方法的各种实施例。仅作为示例给出这些实施例，并且这些实施例并不意图限制本公开的范围。此外，应该理解，已描述的实施例的各种特征可以各种方式组合以产生许多另外的实施例。此外，尽管已描述供公开的实施例使用的各种材料、尺寸、形状、配置和位置等，但可在不超过本公开的范围的情况下利用除公开的那些材料、尺寸、形状、配置和位置等之外的其它材料、尺寸、形状、配置和位置等。

本领域普通技术人员将会意识到，本公开可包括比上述任何个体实施例中示出的特征少的特征。在本文中描述的实施例并不意图是本公开的各种特征可被组合的方式的穷尽表示。因此，实施例不是特征的互相排他性的组合；相反地，如本领域普通技术人员所理解，本公开能够包括从不同的个体实施例选择的不同个体特征的组合。此外，除非另外指出，否则即使当在这种实施例中未描述时，参照一个实施例描述的元件也能够被实现在其它实施例中。虽然从属权利要求可在权利要求中指代与一个或多个其它权利要求的特定组合，但其它实施例还能够包括所述从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题内容的组合或者一个或多个特征与其它从属或独立权利要求的组合。除非指出不想要特定组合，否则在本文中提出这种组合。另外，即使权利要求不直接从属于任何其它独立权利要求，也意图将这个权利要求的特征包括在所述独立权利要求中。

通过引用以上文档而实现的任何包括受到限制，从而不包括与在本文中的明确公开相反的主题内容。通过引用以上文档而实现的任何包括还受到限制，从而所述文档中所包括的权利要求并不通过引用而包含于本文中。通过引用以上文档而实现的任何包括还受到限制，从而在所述文档中提供的任何定义并不通过引用而包含于本文中，除非明确地包括在本文中。

为了解释本公开的权利要求的目的，明确地意图不援引35 U.S.C. Section 112(f)的条款，除非在权利要求中叙述特定术语“用于...的装置”或“用于...的步骤”。

尽管已结合示例性实施例描述了前面的内容，但应理解，术语“示例性”仅表示作为示例，而非最好或最佳。因此，本公开意图包括可被包含在本公开的范围内的替代物、修改和等同物。

虽然已在本文中示出和描述了特定实施例，但本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，各种替代和/或等同实现方式可替换示出和描述的特定实施例。本公开意图包括在本文中讨论的特定实施例的任何适配或变化。

Claims (5)

1.一种用于提供针对热电动势(热EMF)校正的霍尔效应信号的方法，所述方法包括：

在第一操作阶段期间：

为霍尔效应装置提供电能；以及

确定在至少一个第一输出接触器处的霍尔效应装置的第一输出信号；以及

在第二操作阶段期间：

停止为霍尔效应装置提供电能；以及

响应于霍尔效应装置的所述至少一个第一输出接触器和参考点之间的温差而确定在所述至少一个第一输出接触器处的霍尔效应装置的第二输出信号；以及

组合第一和第二输出信号以确定针对热EMF校正的磁场效应信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中在预定时间段之后执行所述确定霍尔效应装置的第二输出信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述预定时间段是在由从第一操作模式到第二操作模式的转变产生的电压干扰之后的时间量。

4.如权利要求2所述的方法，还包括：

在第一和第二操作阶段中的每个期间将电压源耦合到所述至少一个第一输出接触器，使得所述霍尔效应装置在所述第二操作阶段期间不是自由浮动的。

5.如权利要求2所述的方法，还包括：

对组合的第一和第二输出信号进行采样和保持。