CN112985246B - 位置传感系统及位置传感方法 - Google Patents

位置传感系统及位置传感方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112985246B
CN112985246B CN202110100602.4A CN202110100602A CN112985246B CN 112985246 B CN112985246 B CN 112985246B CN 202110100602 A CN202110100602 A CN 202110100602A CN 112985246 B CN112985246 B CN 112985246B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
hall voltage
signal
unit
sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110100602.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112985246A (zh
Inventor
张天柱
S·瑞伊蒙德
P·凯吉克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN202110100602.4A priority Critical patent/CN112985246B/zh
Publication of CN112985246A publication Critical patent/CN112985246A/zh
Priority to US17/579,055 priority patent/US11630167B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112985246B publication Critical patent/CN112985246B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • G01R33/075—Hall devices configured for spinning current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0035—Calibration of single magnetic sensors, e.g. integrated calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/077—Vertical Hall-effect devices

Abstract

本申请公开了一种位置传感系统和位置传感方法。所述位置传感系统包括：传感单元、激励单元、校正单元、控制单元和信号处理单元。所述位置传感系统和方法补偿了传感器之间的物理非正交性，提高了位置检测精度。

Description

位置传感系统及位置传感方法
技术领域
本发明涉及一种传感器，更具体地说，本发明涉及一种位置传感系统及位置传感方法。
背景技术
霍尔效应器件被应用于多种场合，其中一种应用场合为位置传感器领域。图1示意性地示出典型的集成垂直霍尔效应器件。如图1所示，霍尔效应器件具有2对连接头(第一对连接头C0和C1、C3，第二对连接头C2和C4；或者第一对连接头C0和C2、C4，第二对连接头C1和C3)。图2示意性地示出了图1所示霍尔效应器件沿着CP线的剖面图。如图2所示，所述连接头为形成在N型阱区(N-well)内的高掺杂N型区(N+)，所述N型阱区形成在P型衬底(P-sub)上。当有磁场B垂直施加于霍尔效应器件的某一平面时，若其中一对连接头流过电流，如图3所示，当电流从连接头C0分别流向连接头C1和C3时，在另一对连接头C2和C4上将产生霍尔电压。当电流施加于霍尔效应器件、且合适的电压水平(相对于连接头上的电压)施加于P型衬底时，在N型阱区和P型衬底的连接处将产生有隔离作用的耗尽层。
位置传感技术通常采用正交放置的一对或两对垂直霍尔效应器件获取目标物的位置信息(如角方位信息、线性位置信息)。图4示出正交检测位置的方法。霍尔效应器件1、2、3、4被制作在同一芯片上，并被制作为彼此正交放置(如霍尔效应器件1、3沿着Bx方向放置，霍尔效应器件2、4沿着By方向放置)。当磁场方向B如图4左图所示时，对霍尔效应器件1、2、3、4各自的其中一对连接头依次施加电流(激励)，则在另一对连接头上依次得到如图4右图所示的霍尔电压Vhall。因此，根据检测到的霍尔电压滤出来的正弦波，将其与参考基准做比较，可以计算出当前磁场角度。
然而，在芯片制作过程中，霍尔效应器件之间不能完全正交，通常会有一定角度的误差，导致检测结果不够精确。
发明内容
因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种位置传感系统，包括：传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；激励单元，对第一传感器和第二传感器施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感器和第二传感器基于激励电流产生的霍尔电压信号；校正单元，对霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；控制单元，控制激励单元施加于第一传感器和第二传感器的激励电流的电流方向和旋转方式，同时控制校正单元对霍尔电压信号的校正；信号处理单元，基于校正信号，产生磁场的位置信号。
根据本发明的实施例，还提出了一种位置传感系统，包括：第一传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；第二传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；激励单元，对第一传感单元和第二传感单元的传感器依次施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感单元和第二传感单元基于激励电流分别产生的第一霍尔电压信号和第二霍尔电压信号；校正单元，在控制单元的控制下，将第二霍尔电压信号乘以第一比例系数后补偿入第一霍尔电压信号，以补偿第一传感单元的第一传感器和第二传感器之间的非正交性以及第二传感单元的第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；信号处理单元，基于校正信号，产生磁场的位置信号。
根据本发明的实施例，还提出了一种位置传感方法，包括：将放置在待测磁场的传感单元施加具有时钟周期的激励电流，采集所产生的霍尔电压信号，所述传感单元具有第一传感器和第二传感器；对采集到的霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；处理校正信号，得到磁场的位置信号。
根据本发明各方面的上述位置传感系统和方法补偿了传感器之间的物理非正交性，提高了位置检测精度。
附图说明
图1示意性地示出典型的集成垂直霍尔效应器件；
图2示意性地示出了图1所示霍尔效应器件沿着CP线的剖面图；
图3示意性地示出了图1所示霍尔效应器件的其中一对连接头施加电流时的内部电流走向；
图4示出图1所示垂直霍尔效应器件正交位置检测方法；
图5为根据本发明实施例的位置传感系统500的电路结构示意图；
图6为根据本发明实施例的位置传感系统600的电路结构示意图；
图7为根据本发明实施例的位置传感系统700的电路结构示意图；
图8为根据本发明实施例的位置传感系统800的电路结构示意图；
图9为根据本发明实施例的位置传感系统900的电路结构示意图；
图10为根据本发明实施例的位置传感系统1000的电路结构示意图；
图11为根据本发明实施例的位置传感方法1100的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图5为根据本发明实施例的位置传感系统500的电路结构示意图。如图5所示，所述位置传感系统500包括：传感单元501，具有用于感应磁场B强度的第一传感器51和第二传感器52；激励单元502，对第一传感器51和第二传感器施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感器51和第二传感器52基于激励电流产生的霍尔电压信号Vhall；校正单元503，对霍尔电压信号Vhall进行校正，以补偿第一传感器51和第二传感器之间52的非正交性，产生校正信号Vtrim；控制单元510，控制激励单元502施加于第一传感器51和第二传感器52的激励电流的电流方向和旋转方式，同时控制校正单元503对霍尔电压信号Vhall的校正；信号处理单元504，基于校正信号Vtrim，产生磁场B的位置信号DA。
在本发明的一个实施例中，所述传感单元501检测磁场B的角位置信息或者线性位置信息。所述第一传感器51和第二传感器52被正交放置，并分别放置在传感平面的y方向和x方向。在控制单元510的控制下，所述激励单元502对第一传感器51和第二传感器52依次施加电流方向随时间变化的激励电流，所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得传感单元501在每1/4时钟周期内分别在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生相应的霍尔电压信号Vhall(+x、+y、-x、-y)；所述校正单元503在控制单元510的控制下对霍尔电压信号Vhall在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向分别进行补偿，产生所述校正信号Vtrim。
在本发明的一个实施例中，所述校正单元503每1/4时钟周期内分别对霍尔电压信号Vhall在传感平面的+x方向、+y方向、-x方向和-y方向进行补偿，所述补偿包括：将+y方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入+x方向、将+x方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入+y方向、将-y方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入-x方向、将-x方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入-y方向得到校正信号Vtrim(+x+k1*y、+y+k1*x、-x-k1*y、-y-k1*x)。
在本发明的一个实施例中，所谓+x方向的霍尔电压表示被放置在传感平面y方向的传感器51的其中一对连接头被施加第一方向(如正向)的激励电流时，在另一对连接头上产生的霍尔电压信号；所谓-x方向的霍尔电压表示被放置在传感平面y方向的传感器51的其中一对连接头被施加与第一方向相反的第二方向(如负向)的激励电流时，在另一对连接头上产生的霍尔电压信号；所谓+y方向的霍尔电压表示被放置在传感平面x方向的传感器52的其中一对连接头被施加第一方向的激励电流时，在另一对连接头上产生的霍尔电压信号；所谓-y方向的霍尔电压表示被放置在传感平面x方向的传感器52的其中一对连接头被施加第二方向的激励电流时，在另一对连接头上产生的霍尔电压信号。
在本发明的一个实施例中，所述校正单元503在传感平面的+x方向、+y方向、-x方向和-y方向分别对霍尔电压信号Vhall进行补偿，所述补偿包括：将+x方向、+y方向、-x方向和-y方向的霍尔电压分别进行二分频，将每个方向的霍尔电压信号分为时长相等的第一信号和第二信号，其中：+x方向和-x方向的第一信号保持不变、第二信号乘以第二比例系数k2；+y方向和-y方向的第二信号保持不变、第一信号乘以第二比例系数k2，得到校正信号Vtrim(+x、+k2*x、+k2*y、+y、-x，-k2*x、-k2*y、-y)。
在本发明的一个实施例中，所述传感器包括霍尔效应器件。
图6为根据本发明实施例的位置传感系统600的电路结构示意图。图6所示实施例示出了根据本发明一个实施例的激励单元502和信号处理单元504的电路结构示意图。在图6所示实施例中，所述激励单元502包括：电流源电路21，提供激励电流I；接线单元22，在控制单元510的控制下，将激励电流I提供给传感单元501，并在每个时钟周期的不同时间段内选取对应的传感器，使传感器的其中一对连接头流通激励电流、另一对连接头产生霍尔电压。所述信号处理单元504包括：滤波单元41(如带通滤波器)，对校正信号Vtrim进行滤波，产生滤波信号BPF；比较电路42，对滤波信号BPF与参考信号进行比较，产生比较信号；相位检测单元43，响应比较信号、控制单元510提供的复位信号Res及时钟信号clk，产生所述位置信号DA。所述时钟信号clk具有所述时钟周期。
在本发明的一个实施例中，参考信号为参考零电压，如地电势。
图7为根据本发明实施例的位置传感系统700的电路结构示意图。图7所示实施例示出了根据本发明一个实施例的校正单元503的电路结构示意图。在图7所示实施例中，所述校正单元503包括：加法器单元31，对传感器在传感平面+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生的霍尔电压分别进行第一比例系数k1的补偿：将+y方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入+x方向的霍尔电压、将+x方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入+y方向的霍尔电压、将-y方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入-x方向的霍尔电压、将-x方向的霍尔电压乘以第一比例系数k1后补偿入-y方向的霍尔电压；多路选择器(MUX)32，在控制单元510的控制下将加法器单元31补偿后的补偿信号选出，得到校正信号Vtrim为(+x+k1*y、+y+k1*x、-x-k1*y、-y-k1*x)，即：在每个时钟的第一个1/4周期，校正信号Vtrim为+y方向霍尔电压与第一比例系数k1的乘积与+x方向霍尔电压的相加；在每个时钟的第二个1/4周期，校正信号Vtrim为+x方向霍尔电压与第一比例系数k1的乘积与+y方向霍尔电压的相加；在每个时钟的第三个1/4周期，校正信号Vtrim为-y方向霍尔电压与第一比例系数k1的乘积与-x方向霍尔电压的相加；在每个时钟的第四个1/4周期，校正信号Vtrim为-x方向霍尔电压与第一比例系数k1的乘积与-y方向霍尔电压的相加。
图8为根据本发明实施例的位置传感系统800的电路结构示意图。图8所示实施例示出了根据本发明另一个实施例的校正单元503的电路结构示意图。在图8所示实施例中，所述校正单元503包括：分频补偿单元33，对传感器在传感平面+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生的霍尔电压分别进行二分频，将每个方向的霍尔电压拆分为时长相等的第一信号和第二信号，并将+x方向和-x方向的第一信号保持不变、第二信号均乘以第二比例系数k2，将+y方向和-y方向的第二信号保持不变、第一信号均乘以第二比例系数k2；多路选择器32，将分频补偿单元33补偿后的信号选出，得到校正信号Vtrim为(+x、+k2*x、+k2*y、+y、-x，-k2*x、-k2*y、-y)，即：在每个时钟的第一个1/8周期，校正信号Vtrim为+x方向霍尔电压；在每个时钟的第二个1/8周期，校正信号Vtrim为+x方向霍尔电压与第二比例系数k2之积；在每个时钟的第三个1/8周期，校正信号Vtrim为+y方向霍尔电压与第二比例系数k2之积；在每个时钟的第四个1/8周期，校正信号Vtrim为+y方向霍尔电压；在每个时钟的第五个1/8周期，校正信号Vtrim为-x方向霍尔电压；在每个时钟的第六个1/8周期，校正信号Vtrim为-x方向霍尔电压与第二比例系数k2之积；在每个时钟的第七个1/8周期，校正信号Vtrim为-y方向霍尔电压与第二比例系数k2之积；在每个时钟的第八个1/8周期，校正信号Vtrim为-y方向霍尔电压。
在本发明的一个实施例中，第一比例系数k1介于0-1之间、接近0，例如k1＝0.01；第二比例系数k2介于0-1之间、接近1，例如k2＝0.99。
图9为根据本发明实施例的位置传感系统900的电路结构示意图。在图9所示实施例中，所述位置传感系统900包括：第一传感单元5011，具有用于感应磁场B强度的第一传感器511和第二传感器521；第二传感单元5012，具有用于感应磁场B强度的第一传感器512和第二传感器522；激励单元502，对第一传感单元5011和第二传感单元5012的传感器依次施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感单元5011和第二传感单元5012基于激励电流分别产生的第一霍尔电压信号Vhall1(+x、+y、-x、-y)和第二霍尔电压信号Vhall2(+y、+x、-y、-x)；校正单元503，在控制单元510的控制下，将第二霍尔电压信号Vhall2乘以第一比例系数k1后补偿入第一霍尔电压信号Vhall1，以补偿第一传感单元5011的第一传感器511和第二传感器之间521的非正交性以及第二传感单元5012的第一传感器512和第二传感器之间522的非正交性，产生校正信号Vtrim；信号处理单元504，基于校正信号Vtrim，产生磁场B的位置信号DA。
在本发明的一个实施例中，在第一传感单元5011中，第一传感器511被放置在传感平面的y方向、第二传感器521被放置在传感平面的x方向；在第二传感单元5012中，第一传感器512被放置在传感平面的y方向、第二传感器522被放置在传感平面的x方向。所述激励单元502对第一传感单元5011和第二传感单元5012的传感器依次施加电流方向随时间变化的激励电流，所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得第一传感单元5011在每1/4时钟周期内分别在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生霍尔电压，形成第一霍尔电压信号Vhall1(+x、+y、-x、-y)、第二传感单元5012在每1/4时钟周期内分别在+y方向、+x方向、-y方向、-x方向产生霍尔电压，形成第二霍尔电压信号Vhall2(+y、+x、-y、-x)。
在图9所示实施例中，校正单元503包括：第一多路选择器(MUX)321，在每个时钟周期依次选出第一传感单元5011产生的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向的霍尔电压；第二多路选择器(MUX)322，在每个时钟周期依次选出第二传感单元5012产生的+y方向、+x方向、-y方向、-x方向的霍尔电压；加法器单元31，将第二多路选择器322选出的霍尔电压乘以第一比例系数k1后与第一多路选择器321选出的霍尔电压相加，产生所述校正信号Vtrim。
图10为根据本发明实施例的位置传感系统1000的电路结构示意图。在图10所示实施例中，所述位置传感系统1000包括：传感单元501，具有被放置在传感平面y方向用于感应磁场B的第一传感器51和被放置在传感平面x方向用于感应磁场B的第二传感器52；激励单元502，对第一传感器51和第二传感器52同时施加具有时钟周期的彼此方向相反的激励电流(即第一传感器51的激励电流与第二传感器52的激励电流在同一时刻互为反向：当第一传感器51被施加正向激励电流时、第二传感器52被施加负向激励电流，当第一传感器51被施加负向激励电流时、第二传感器52被施加正向激励电流)，并采集第一传感器51和第二传感器52基于激励电流分别产生的第一霍尔电压信号Vhall1(+x、+y、-x、-y)和第二霍尔电压信号Vhall2(+y、+x、-y、-x)；校正单元503，对第一霍尔电压信号Vhall1和第二霍尔电压信号Vhall2进行校正，以补偿第一传感器51和第二传感器之间52的非正交性，产生校正信号Vtrim；控制单元510，控制激励单元502施加于第一传感器51和第二传感器52的激励电流的电流方向和旋转方式、同时控制校正单元503对第一霍尔电压信号Vhall1和第二霍尔电压信号Vhall2的校正；信号处理单元504，基于校正信号Vtrim，产生磁场B的位置信号DA。
在图10所示实施例中，校正单元503包括：第一多路选择器(MUX)321，在每个时钟周期依次选出第一传感器51产生的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向的霍尔电压；第二多路选择器(MUX)322，在每个时钟周期依次选出第二传感器52产生的+y方向、+x方向、-y方向、-x方向的霍尔电压；加法器单元31，将第二多路选择器322选出的霍尔电压乘以第一比例系数k1后与第一多路选择器321选出的霍尔电压相加，产生所述校正信号Vtrim。
在本发明的一个实施例中，所述在每个时钟周期依次选出第一传感单元5011(和/或第一传感器51)产生的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向的霍尔电压表示：在每个时钟的第一个1/4周期，选出第一传感单元5011(和/或第一传感器51)在+x方向的霍尔电压；在每个时钟的第二个1/4周期，选出第一传感单元5011(和/或第一传感器51)在+y方向的霍尔电压；在每个时钟的第三个1/4周期，选出第一传感单元5011(和/或第一传感器51)在-x方向的霍尔电压；在每个时钟的第四个1/4周期，选出第一传感单元5011(和/或第一传感器51)在-y方向的霍尔电压。在每个时钟周期依次选出第二传感单元5012(和/或第二传感器52)产生的+y方向、+x方向、-y方向、-x方向的霍尔电压表示：在每个时钟的第一个1/4周期，选出第二传感单元5012(和/或第二传感器52)在+y方向的霍尔电压；在每个时钟的第二个1/4周期，选出第二传感单元5012(和/或第二传感器52)在+x方向的霍尔电压；在每个时钟的第三个1/4周期，选出第二传感单元5012(和/或第二传感器52)在-y方向的霍尔电压；在每个时钟的第四个1/4周期，选出第二传感单元5012(和/或第二传感器52)在-x方向的霍尔电压。
图11为根据本发明实施例的位置传感方法1100的流程图。如图11所示，所述位置传感方法包括：
步骤1101，将放置在待测磁场的传感单元施加具有时钟周期的激励电流，采集所产生的霍尔电压信号，所述传感单元具有第一传感器和第二传感器。
步骤1102，对采集到的霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号。
步骤1103，处理校正信号，得到磁场的位置信号。
在本发明一个实施例中，所述第一传感器被放置在传感平面的x方向，第二传感器被放置在传感平面的y方向，两者依次被施加激励电流。
在本发明一个实施例中，所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得传感单元在每1/4时钟周期内分别在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生相应的霍尔电压信号。
在本发明一个实施例中，对霍尔电压信号在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向分别进行校正，产生所述校正信号。
在本发明一个实施例中，所述校正包括：将+y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+x方向的霍尔电压、将+x方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+y方向的霍尔电压，将-y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入-x方向的霍尔电压、将-x方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入-y方向的霍尔电压，得到所述校正信号。
在本发明一个实施例中，所述校正包括：将+x方向、+y方向、-x方向和-y方向的霍尔电压均进行二分频，每个方向得到时长相等的第一信号和第二信号；将+x方向和-x方向的第一信号保持不变、第二信号乘以第二比例系数，将+y方向和-y方向的第二信号保持不变，第一信号乘以第二比例系数；得到所述校正信号。
与现有技术相比，前述根据本发明多个实施例的位置传感系统和位置传感方法提供了更精确的位置传感。不同于现有技术，前述根据本发明多个实施例的位置传感系统将传感单元产生的霍尔电压进行校正，以补偿传感器之间因不完全正交引起的误差。因此，前述根据本发明多个实施例的位置传感系统和位置传感方法显著提高了检测精度。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种位置传感系统，包括：
传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；
激励单元，对第一传感器和第二传感器施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感器和第二传感器基于激励电流产生的霍尔电压信号；
校正单元，对霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；
控制单元，控制激励单元施加于第一传感器和第二传感器的激励电流的电流方向和旋转方式，同时控制校正单元对霍尔电压信号的校正；
信号处理单元，基于校正信号，产生磁场的位置信号；其中所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得传感单元在每1/4时钟周期内分别在传感平面的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生相应的霍尔电压信号；
所述校正单元对霍尔电压信号在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向分别进行补偿，产生所述校正信号；所述校正单元包括：
加法器单元，对传感器在传感平面+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生的霍尔电压分别进行第一比例系数的补偿：将+y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+x方向的霍尔电压、将+x方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+y方向的霍尔电压、将-y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入-x方向的霍尔电压、将-x方向的霍尔电压乘以第一比例系数、后补偿入-y方向的霍尔电压；
多路选择器，将加法器单元补偿后的补偿信号选出，得到校正信号。
2.一种位置传感系统，包括：
传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；
激励单元，对第一传感器和第二传感器施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感器和第二传感器基于激励电流产生的霍尔电压信号；
校正单元，对霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；
控制单元，控制激励单元施加于第一传感器和第二传感器的激励电流的电流方向和旋转方式，同时控制校正单元对霍尔电压信号的校正；
信号处理单元，基于校正信号，产生磁场的位置信号；其中所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得传感单元在每1/4时钟周期内分别在传感平面的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生相应的霍尔电压信号；
所述校正单元对霍尔电压信号在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向分别进行补偿，产生所述校正信号；其中所述校正单元包括：
分频补偿单元，对传感器在+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生的霍尔电压信号分别进行二分频，将每个方向的霍尔电压信号分为时长相等的第一信号和第二信号，并将+x方向和-x方向的第一信号保持不变、第二信号均乘以第二比例系数，将+y方向和-y方向的第二信号保持不变、第一信号均乘以第二比例系数；
多路选择器，将分频补偿单元补偿后的信号选出，得到校正信号。
3.如权利要求2所述的位置传感系统，其中第一传感器和第二传感器被同时施加彼此方向相反的激励电流。
4.一种位置传感系统，包括：
第一传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；
第二传感单元，具有用于感应磁场强度的第一传感器和第二传感器；
激励单元，对第一传感单元和第二传感单元的传感器依次施加具有时钟周期的激励电流，并采集第一传感单元和第二传感单元基于激励电流分别产生的第一霍尔电压信号和第二霍尔电压信号；
校正单元，在控制单元的控制下，将第二霍尔电压信号乘以第一比例系数后补偿入第一霍尔电压信号，以补偿第一传感单元的第一传感器和第二传感器之间的非正交性以及第二传感单元的第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；
信号处理单元，基于校正信号，产生磁场的位置信号；其中
所述激励单元对第一传感单元和第二传感单元的传感器依次施加电流方向随时间变化的激励电流，所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得：
第一传感单元在每1/4时钟周期内分别在传感平面的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生霍尔电压，形成所述第一霍尔电压信号；
第二传感单元在每1/4时钟周期内分别在+y方向、+x方向、-y方向、-x方向产生霍尔电压，形成第二霍尔电压信号。
5.一种位置传感方法，包括：
将放置在待测磁场的传感单元施加具有时钟周期的激励电流，采集所产生的霍尔电压信号，所述传感单元具有第一传感器和第二传感器；其中所述激励电流每1/4时钟周期变化电流方向，使得传感单元在每1/4时钟周期内分别在传感单元的+x方向、+y方向、-x方向、-y方向产生相应的霍尔电压信号；
对采集到的霍尔电压信号进行校正，以补偿第一传感器和第二传感器之间的非正交性，产生校正信号；
处理校正信号，得到磁场的位置信号；其中对采集到的霍尔电压信号进行校正包括：将+y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+x方向的霍尔电压、将+x方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入+y方向的霍尔电压，将-y方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入-x方向的霍尔电压、将-x方向的霍尔电压乘以第一比例系数后补偿入-y方向的霍尔电压。
CN202110100602.4A 2021-01-25 2021-01-25 位置传感系统及位置传感方法 Active CN112985246B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110100602.4A CN112985246B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 位置传感系统及位置传感方法
US17/579,055 US11630167B2 (en) 2021-01-25 2022-01-19 Position sensing system with improved accuracy and the method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110100602.4A CN112985246B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 位置传感系统及位置传感方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112985246A CN112985246A (zh) 2021-06-18
CN112985246B true CN112985246B (zh) 2023-03-31

Family

ID=76345490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110100602.4A Active CN112985246B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 位置传感系统及位置传感方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11630167B2 (zh)
CN (1) CN112985246B (zh)

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4431703C2 (de) * 1994-09-06 1997-01-30 Itt Ind Gmbh Deutsche Magnetfeldsensor mit Hallelement
EP2000813A1 (en) 2007-05-29 2008-12-10 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Magnetic field sensor for measuring a direction of a magnetic field in a plane
EP2056104B1 (de) 2007-10-29 2017-12-27 General Electric Technology GmbH Verfahren zum Bestimmen geometrischer Eigenschaften einer Anomalie in einem Werkstück sowie Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US8058866B2 (en) * 2008-09-08 2011-11-15 Infineon Technologies Ag Off-center angle measurement system
US9366547B2 (en) * 2009-12-07 2016-06-14 Ams Ag Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement
EP2402779A1 (en) 2010-07-02 2012-01-04 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Hall sensor system
US8508218B2 (en) 2011-05-11 2013-08-13 Sensima Technology Sa Hall-effect-based angular orientation sensor and corresponding method
JP5364814B2 (ja) * 2012-05-15 2013-12-11 株式会社フジクラ 磁気素子制御装置、磁気素子制御方法及び磁気検出装置
US8963540B2 (en) 2012-09-07 2015-02-24 Sensima Technology Sa Hall-effect-based angular orientation sensor and corresponding methods and devices
EP3019830B1 (en) 2013-07-11 2019-03-27 MPS Tech Switzerland Sàrl Angular orientation sensor and corresponding methods and devices
US9448288B2 (en) 2014-05-20 2016-09-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with improved accuracy resulting from a digital potentiometer
JP6483418B2 (ja) 2014-11-27 2019-03-13 エイブリック株式会社 ホールセンサおよびホールセンサの温度によるオフセットの補償方法
US9851417B2 (en) * 2015-07-28 2017-12-26 Allegro Microsystems, Llc Structure and system for simultaneous sensing a magnetic field and mechanical stress
US9551762B1 (en) * 2015-07-29 2017-01-24 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for removing a gain offset in a magnetic field sensor
EP3144639A1 (en) 2015-09-16 2017-03-22 Monolithic Power Systems, Inc. Magnetic angular sensing system with side-shaft mounted sensor and method thereof
US10132879B2 (en) * 2016-05-23 2018-11-20 Allegro Microsystems, Llc Gain equalization for multiple axis magnetic field sensing
CN207037057U (zh) * 2017-07-28 2018-02-23 无锡思泰迪半导体有限公司 一种多点多载波校正系统
CN107340488B (zh) * 2017-07-28 2023-09-19 杭州思泰微电子有限公司 一种多点多载波校正系统及校正方法
CN111474456B (zh) * 2020-04-14 2021-03-05 新磊半导体科技（苏州）有限公司 一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112985246A (zh) 2021-06-18
US11630167B2 (en) 2023-04-18
US20220236345A1 (en) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9261572B2 (en) Low offset spinning current hall plate and method to operate it
US11035739B2 (en) Integrated electronic device comprising a temperature sensor and sensing method
US9016135B2 (en) Stress sensor for measuring mechanical stresses in a semiconductor chip and stress compensated hall sensor
US9400164B2 (en) Magnetic field sensor and related techniques that provide an angle correction module
US20140225597A1 (en) Magnetic Field Sensor and Related Techniques That Provide an Angle Correction Module
US20170299684A1 (en) Sensors, systems and methods for compensating for thermal emf
EP2472279B1 (en) Integrated sensor array with offset reduction
EP3531151B1 (en) Redundant sensor error reduction
WO2011115722A1 (en) Magnetometer
EP1654552A1 (en) Method and apparatus for measuring a magnetic field by using a hall-sensor
JP2000131013A (ja) オフセット補償角度測定システム
US10438835B2 (en) System reference with compensation of electrical and mechanical stress and life-time drift effects
CN112985246B (zh) 位置传感系统及位置传感方法
US6683358B1 (en) Silicon integrated accelerometer
US10677858B2 (en) Magnetic sensor, a magnetic detection apparatus, and a magnetic detection method
TW201305586A (zh) 霍爾感測器與操作霍爾感測器的方法
US11112275B2 (en) Devices, systems and methods for determining and compensating for offset errors arising in inductive sensors
Heidari et al. Sensitivity characteristics of horizontal and vertical Hall sensors in the voltage-and current-mode
EP3591416A1 (en) Semiconductor device
JP5866496B2 (ja) 半導体圧力センサ
US9684042B2 (en) Magnetic field sensor with improved accuracy and method of obtaining improved accuracy with a magnetic field sensor
JPH09126780A (ja) 磁気方位センサ
Von Kluge Analysis of split-current magnetic field sensitive resistors
JP2011043338A (ja) 電流センサ
KR20230079974A (ko) 박막 자기저항 센서의 구동 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant