CN114096807B - 具有减少的外部杂散磁场影响的磁场传感器 - Google Patents

具有减少的外部杂散磁场影响的磁场传感器 Download PDF

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Abstract

一种对目标对象的移动作出响应的磁场传感器，可以包括多个磁阻元件，所述多个磁阻元件布置在一行中并且具有根据y(1‑1/x)的跨度，其中y等于目标对象的整个空间周期，并且其中x等于多个磁阻元件中的磁阻元件的总数量。多个磁场感测元件可操作以生成基本上不对目标对象的移动作出响应而对杂散外部磁场作出响应的信号。

Description

具有减少的外部杂散磁场影响的磁场传感器
技术领域
本发明总体上涉及磁场传感器，并且更特别地，涉及具有减少的杂散的、不期望的磁场的影响的磁场传感器。
背景技术
如本文所使用的，术语“磁场感测元件”用于描述可以感测磁场的各种电子元件。一种这样的磁场感测元件是磁阻(MR)元件。磁阻元件具有相对于磁阻元件所经受的磁场而变化的电阻。
如已知的，存在不同类型的磁阻元件，例如，诸如锑化铟(InSb)的半导体磁阻元件、巨磁阻(GMR)元件、各向异性磁阻元件(AMR)和隧穿磁阻(TMR)元件，也称为磁隧道结(MTJ)元件。
在这些磁阻元件中，GMR和TMR元件利用自旋电子(即，电子自旋)来操作，其中电阻与由非磁性层分离的不同磁性层的磁取向相关。在自旋阀构造中，电阻与所谓的“自由层”相对于所谓的“参考层”的另一层的磁化的角方向有关。下面更全面地描述自由层和参考层。
磁阻元件可以用作单个元件，或者可替换地，可以用作以各种配置(例如，半桥或全(惠斯通)桥)布置的两个或更多个磁阻元件。
如本文所使用的，术语“磁场传感器”用于描述通常与其他电路结合的使用一个或多个磁场感测元件的电路。在典型的磁场传感器中，磁场感测元件和其他电路可以集成在公共衬底上，例如半导体衬底上。在一些实施例中，磁场传感器还可以包括引线框架和封装。
磁场传感器用于各种应用中，包括但不限于感测磁场的方向的角度的角度传感器、感测由载流导体所承载的电流生成的磁场的电流传感器、感测铁磁对象的接近的磁开关、感测经过的铁磁物体(例如，环形磁体或铁磁目标(例如，齿轮齿)的磁畴)的旋转检测器(其中磁场传感器与反向偏置或其他磁体组合使用)、以及感测磁场的磁场密度的磁场传感器。
各种参数表征磁场传感器和磁场感测元件的性能。关于磁场感测元件，参数包括灵敏度和线性度，灵敏度是磁场感测元件的输出信号响应于磁场的变化，线性度是磁场传感器的输出信号相对于磁场线性地(即，成正比地)变化的程度。参数还包括偏移，其描述来自磁场感测元件的在磁场传感器经历零磁场时不指示零磁场的输出。
已知GMR和TMR元件与例如霍尔效应元件相比具有相对较高的灵敏度。因此，使用GMR或TMR元件的电流传感器可以比使用霍尔效应元件的电流传感器感测更小的电流。
已知TMR元件具有比GMR元件更高的灵敏度，但是以在低频处的更高噪声为代价。
磁阻元件形成为设置在半导体衬底的表面上方(特别是设置在半导体衬底上方的氧化物或保护层上方)的多个专用层。在氧化物层下方可以是各种半导体电子结构，例如晶体管，其可以向下扩散到半导体衬底中。
磁场传感器会受到源自磁场传感器外部的杂散磁场的不期望的影响，杂散磁场会导致磁场传感器试图测量的误差。
期望提供一种磁场传感器，对于该磁场传感器，杂散磁场的影响被减小。特别希望提供一种使用磁阻元件或垂直霍尔元件并且杂散磁场对其的影响被减小的磁场传感器。
发明内容
本发明提供一种杂散磁场对其的影响被减小的磁场传感器。本发明可以提供一种使用磁阻元件或垂直霍尔元件并且杂散磁场对其的影响被减小的磁场传感器。
根据有助于理解本发明的方面的示例，磁场传感器对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，周期性图案具有宽度为y的空间周期，目标对象能够移动，使得目标特征相对于磁场传感器沿着移动方向移动。磁场传感器包括具有表面的衬底；以及设置在衬底上的第一多个磁场感测元件，第一多个磁场感测元件包括x个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于公共轴并且平行于衬底的表面的相应最大响应轴，第一多个磁场感测元件布置在平行于移动方向的行中，其中，第一多个磁场感测元件中的外部磁场感测元件的中心之间的距离是y(1-1/x)，其中，第一多个磁场感测元件以单个串联布置电耦合，从而产生串行串信号。
特征可以包括单独的或与其他特征组合的一个或多个以下特征。多个磁场感测元件的所有相邻对可以是等间隔的。串行串信号基本上不对目标对象的移动作出响应，并且其中，串行串信号与其对目标对象的移动作出响应相比，更多地对在磁场传感器外部生成的杂散磁场作出响应。磁场传感器还可以包括设置在衬底上并且不包括在第一多个磁场感测元件中的一个或多个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于公共轴并且平行于衬底的表面的相应最大响应轴，一个或多个磁场感测元件能够操作以响应于目标对象的移动而生成移动信号，其中，移动信号包括第一误差信号分量。磁场传感器还可以包括校正处理器，其被耦合以接收移动信号，被耦合以接收串行串信号，并且能够操作以生成具有小于第一误差信号分量的第二误差信号分量的磁场传感器信号。一个或多个磁场感测元件可以包括八个磁场感测元件，八个磁场感测元件中的前四个磁场感测元件以第一电桥电耦合，并且八个磁场感测元件中的后四个磁场感测元件以第二电桥耦合。第一电桥可以能够操作以响应于目标对象的移动而生成第一信号，并且第二电桥能够操作以响应于目标对象的移动而生成第二信号，其中，第一信号和第二信号彼此正交。磁场传感器还可以包括反正切处理器，其被耦合以接收第一信号和第二信号，并且能够操作以生成指示目标对象的移动的角度的角度信号，其中，移动信号对应于角度信号，并且其中，第一误差信号分量对应于第一角度误差分量。磁场传感器还可以包括校正处理器，其被耦合以接收角度信号，被耦合以接收串行串信号，并且能够操作以生成具有小于第一角度误差分量的第二角度误差分量的磁场传感器信号。目标对象可以是铁磁性目标对象。磁场传感器还可以包括靠近衬底设置的两磁极磁体。目标对象可以包括具有两个或更多个磁极的圆形磁体。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个磁阻元件。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个垂直霍尔元件。磁场传感器还可以包括设置在衬底上的第二多个磁场感测元件，第二多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第一磁方向的第一参考层，第二多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与第一磁方向正交的第二磁方向的第二磁层，第二多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与第一磁方向相反的第三磁方向的第三参考层，并且第二多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与第二磁方向相反的第四磁方向的第四参考层，第二多个磁场感测元件布置在垂直于移动方向的第一行中；以及设置在衬底上的第三多个磁场感测元件，第三多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第五磁方向的第五参考层，第三多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与第五磁方向正交的第六磁方向的第六磁层，第三多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与第五磁方向相反的第七磁方向的第七参考层，并且第三多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与第六磁方向相反的第八磁方向的第八参考层，第三多个磁场感测元件布置在垂直于移动方向并且平行于第一行的第二行中。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个磁阻元件，并且其中，第二多个磁场感测元件可以包括第二多个磁阻元件。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个垂直霍尔元件，并且其中，第二多个磁场感测元件可以包括第二多个垂直霍尔元件。磁场传感器还可以包括设置在衬底上并且不包括在第一多个磁场感测元件中的三个或更多个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有带有相应参考磁方向的相应参考层，三个或更多个磁场感测元件的参考磁方向平行于公共轴并且平行于衬底的表面，三个或更多个磁场感测元件布置在平行于移动方向的行中，其中，三个或更多个磁场感测元件以顺序模式被电激励，从而产生表示由三个或更多个磁场感测元件生成的顺序信号的分离的时间复用信号。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个磁阻元件，并且其中，三个或更多个磁场感测元件可以包括三个或更多个磁阻元件。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个垂直霍尔元件，并且其中，三个或更多个磁场感测元件可以包括三个或更多个垂直霍尔元件。
根据有助于理解本发明的另一方面的另一示例，磁场传感器对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，周期性图案具有空间周期，目标对象能够移动，使得目标特征相对于磁场传感器沿着移动方向移动。磁场传感器包括具有表面的衬底。磁场传感器还包括设置在衬底上的第一多个磁场感测元件，第一多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第一磁方向的第一参考层，第一多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与第一磁方向正交的第二磁方向的第二磁层，第一多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与第一磁方向相反的第三磁方向的第三参考层，并且第一多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与第二磁方向相反的第四磁方向的第四参考层，第一多个磁场感测元件布置在垂直于移动方向的第一行中。磁场传感器还包括设置在衬底上的第二多个磁场感测元件，第二多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第五磁方向的第五参考层，第二多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与第五磁方向正交的第六磁方向的第六磁层，第二多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与第五磁方向相反的第七磁方向的第七参考层，并且第二多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与第六磁方向相反的第八磁方向的第八参考层，第二多个磁场感测元件布置在垂直于移动方向并且平行于第一行的第二行中。
特征可以包括单独的或与其他特征组合的一个或多个以下特征。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个磁阻元件，并且其中，第二多个磁场感测元件包括第二多个磁阻元件。第一多个磁场感测元件可以包括第一多个垂直霍尔元件，并且其中，三个或更多个磁场感测元件包括三个或更多个垂直霍尔元件。
根据有助于理解本发明的另一方面的另一示例，磁场传感器对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，周期性图案具有空间周期，目标对象能够移动，使得目标特征相对于磁场传感器沿着移动方向移动。磁场传感器包括具有表面的衬底；以及设置在衬底上的三个或更多个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有带有相应参考磁方向的相应参考层，三个或更多个磁场感测元件的参考磁方向平行于公共轴并且平行于衬底的表面，三个或更多个磁场感测元件布置在平行于移动方向的行中，其中，三个或更多个磁场感测元件以顺序模式被电激励，从而产生表示由三个或更多个磁场感测元件生成的顺序信号的分离的时间复用信号。
特征可以包括单独的或与其他特征组合的一个或多个以下特征。三个或更多个磁场感测元件可以包括三个或更多个磁阻元件。三个或更多个磁场感测元件包括三个或更多个垂直霍尔元件。
附图说明
通过以下对附图的详细描述，可以更全面地理解本发明的前述特征以及本发明本身，其中：
图1是具有反向偏置磁体的磁场传感器的侧视图，该磁场传感器靠近旋转的铁磁齿轮，该磁场传感器具有磁场感测元件和电子电路；
图2是没有反向偏置磁体的磁场传感器的侧视图，该磁场传感器靠近旋转的环形磁体，该磁场传感器具有磁场感测元件和电子电路；
图3是磁场传感器的俯视图，该磁场传感器具有用于感测目标对象的运动的四个磁场感测元件、用于感测杂散磁场的多个磁场感测元件、以及电子电路；
图4是图3的四个磁场感测元件的示意图，所述四个磁场感测元件布置在两个全桥电路中以生成正弦和余弦信号；
图5是示出以串联耦合布置布置的图3的多个磁场感测元件的示意图；
图6是可以用作图1-3的电子电路的说明性电子电路的框图；
图7是磁场传感器的俯视图，该磁场传感器具有用于感测目标对象的运动的八个磁场感测元件、用于感测杂散磁场的多个磁场感测元件、以及电子电路；
图8是图7的八个磁场感测元件中的四个磁场感测元件的示意图，所述四个磁场感测元件布置在两个全桥电路中以生成第一正弦信号和第一余弦信号；
图9是图7的八个磁场感测元件中的另外四个磁场感测元件的示意图，所述另外四个磁场感测元件布置在另外两个全桥电路中以生成第二正弦信号和第二余弦信号；
图10是示出第一信号、第一余弦信号、第二正弦信号和第二余弦信号的耦合以产生组合的正弦信号和组合的余弦信号的示意图；
图11是可以用作图7的电子电路的说明性电子电路的框图；
图12是磁场传感器的俯视图，该磁场传感器具有用于感测目标对象的运动的第一多个磁场感测元件、用于感测杂散磁场的第二多个磁场感测元件以及电子电路；
图13是可以包括可以用作图12的电子电路的电子电路的说明性磁场传感器的框图；
图14是示出可以由图13的电子电路生成的信号的曲线图；
图15是示出气隙对图13的电子电路内的信号的影响的曲线图；
图16是磁场传感器的俯视图，该磁场传感器具有用于感测目标对象的运动的多对磁场感测元件、用于感测杂散磁场的多个单独的磁场感测元件、以及电子电路；
图17是示出图16的多对磁场感测元件中的一对磁场感测元件的示意图，此处以全桥布置；具有两个定值电阻器；以及
图18是可以具有可以用作图16的电子电路的电子电路的说明性磁场传感器的框图。
具体实施方式
在描述本发明之前，解释一些介绍性概念和术语。
如本文所使用的，术语“磁场感测元件”用于描述可以感测磁场的各种电子元件。磁场感测元件可以是但不限于霍尔效应元件、磁阻元件或磁晶体管。如已知的，存在不同类型的霍尔效应元件，例如，平面霍尔元件、垂直霍尔元件和圆形垂直霍尔(CVH)元件。还如已知的，存在不同类型的磁阻元件，例如，诸如锑化铟(InSb)的半导体磁阻元件、例如自旋阀的巨磁阻(GMR)元件、各向异性磁阻元件(AMR)、隧穿磁阻(TMR)元件和磁隧道结(MTJ)。磁场感测元件可以是单个元件，或者可替换地，可以包括以各种配置(例如，半桥或全(惠斯通)桥)布置的两个或更多个磁场感测元件。根据器件类型和其他应用要求，磁场感测元件可以是由IV型半导体材料(例如硅(Si)或锗(Ge))或III-V型半导体材料(例如砷化镓(GaAs)或铟化合物(例如锑化铟(InSb))制成的器件。
如已知的，上述磁场感测元件中的一些磁场感测元件倾向于具有平行于支撑磁场感测元件的衬底的最大灵敏度轴，而上述磁场感测元件中的其他磁场感测元件倾向于具有垂直于支撑磁场感测元件的衬底的最大灵敏度轴。特别地，平面霍尔元件倾向于具有垂直于衬底的灵敏度轴，而基于金属的或金属磁阻元件(例如GMR、TMR、AMR)和垂直霍尔元件倾向于具有平行于衬底的灵敏度轴。
如本文所使用的，术语“磁场传感器”用于描述通常与其他电路结合的使用磁场感测元件的电路。磁场传感器用于各种应用中，包括但不限于感测磁场的方向的角度的角度传感器、感测由载流导体所承载的电流生成的磁场的电流传感器、感测铁磁对象的接近的磁开关、感测经过的铁磁物体(例如，环形磁体或铁磁目标(例如，齿轮齿)的磁畴)的旋转检测器(其中磁场传感器与反向偏置或其他磁体组合使用)、以及感测磁场的磁场密度的磁场传感器。
术语“平行”和“垂直”在本文的各种上下文中使用。应当理解，术语平行和垂直不需要精确的垂直度或精确的平行度，而是旨在应用正常的制造公差，该公差取决于使用术语的上下文。在一些情况下，术语“基本上”用于修饰术语“平行”或“垂直”。通常，术语“基本上”的使用反映了超出制造公差的角度，例如在+/-十度内。
如本文所使用的，术语“处理器”用于描述执行功能、操作或操作序列的电子电路。功能、操作或操作序列可以被硬编码到电子电路中，或者通过保存在存储器设备中的指令被软编码。“处理器”可以使用数字值或使用模拟信号来执行功能、操作或操作序列。
在一些实施例中，“处理器”可以在专用集成电路(ASIC)中实现，ASIC可以是模拟ASIC或数字ASIC。在一些实施例中，“处理器”可以在具有相关联的程序存储器的微处理器中实现。在一些实施例中，“处理器”可以以分立电子电路实现，其可以是模拟的或数字的。
如本文所使用的，术语“模块”用于描述“处理器”。
处理器可以包含执行处理器的功能、操作或操作序列的部分的内部处理器或内部模块。类似地，模块可以包含执行模块的功能、操作或操作序列的部分的内部处理器或内部模块。
虽然本文的图中所示的电子电路可以模拟块或数字块的形式示出，但是应当理解，模拟块可以由执行相同或类似功能的数字块代替，并且数字块可以由执行相同或类似功能的模拟块代替。模数或数模转换可能未在图中明确示出，但是应当被理解。
特别地，应当理解，所谓的比较器可以包括具有指示输入信号高于或低于阈值电平(或指示一个输入信号高于或低于另一输入信号)的双态输出信号的模拟比较器。然而，比较器也可以包括具有输出信号的数字电路，该输出信号具有至少两个状态，分别指示输入信号高于或低于阈值电平(或指示一个输入信号高于或低于另一输入信号)，或分别指示数字值高于或低于数字阈值(或另一数字值)。
如本文所使用的，术语“预定”在指代值或信号时用于指代在制造时在工厂中或之后通过外部手段(例如，编程)设定或固定的值或信号。如本文所使用的，术语“确定”在指代值或信号时用于指代在制造之后由电路在操作期间识别的值或信号。
如本文所使用的，术语“放大器”用于描述具有大于一、小于一或等于一的增益的电路元件。
虽然磁场感测元件在本文中的一些图中通过指示符号被示为TMR元件，并且在本文中的其他图中通过指示符号被示为GMR元件，但是在一些实施例中，TMR和GMR元件可以由另一类型的磁场感测元件代替，例如，TMR由GMR代替(反之亦然)，由AMR元件代替，或者由垂直霍尔元件代替。
现在参考图1，说明性磁场传感器100可以包括磁场感测元件104和电子电路106，它们都设置在例如半导体衬底的衬底102的第一表面102a上。磁场感测元件104可以沿着平行于表面102a的一条或多条直线110设置。表面102a可以基本上设置在x-y-z坐标122内的x-y平面中。
磁场传感器100可以包括用于生成磁场的永磁体108，磁场感测元件可以响应于铁磁目标对象112(例如齿轮)的运动来感测磁场的波动，该铁磁目标对象可操作以绕着旋转轴114旋转，旋转方向由线118指示。线118可以具有切线120。基本上平行于z轴的线116可以穿过旋转轴114，并且可以垂直于衬底102的第一表面102a。切线120可以基本上垂直于线116。这种布置提供了所谓的“反向偏置”布置。
穿过磁体108的北磁极和南磁极的线可以基本上平行于与表面102a垂直的线116。磁场传感器100可以在由线126指示的方向上倾斜至少+/-二十度，而对磁场传感器100的性能仅有小的影响。磁场传感器100可以在不影响磁场传感器100的行为的情况下在线124的方向上旋转到相对于所示位置一百八十度的位置。
现在参考图2，另一说明性磁场传感器200可以包括磁场感测元件204和电子电路206，它们都设置在例如半导体衬底的衬底202的第一表面202a上。磁场感测元件204可以沿着平行于表面202a的一条或多条直线208设置。表面202a可以基本上设置在x-y-z坐标220内的x-y平面中。
与图1的磁场传感器100不同，磁场传感器200不包括永磁体。相反，磁场传感器200可以响应于铁磁目标对象210的运动来感测磁场波动，该铁磁目标对象例如环形磁体，其可操作以绕着旋转轴212旋转，其中旋转方向由线216指示。线216可以具有切线218。基本上平行于z轴的线214可以穿过旋转轴212，并且可以垂直于衬底202的第一表面202a。切线218可以基本上垂直于线214。
磁场传感器200可以在由线224指示的方向上倾斜至少+/-二十度，而对磁场传感器200的性能仅有小的影响。磁场传感器200可以在不影响磁场传感器200的行为的情况下在线222的方向上旋转到相对于所示位置一百八十度的位置。
现在参考图3，磁场传感器可以包括衬底300，例如半导体衬底。在一些实施例(即，反向偏置布置)中，磁场传感器还可以包括靠近衬底300设置的永磁体314。
四个磁场感测元件302、304、306、308可以被设置在衬底300上。四个磁场感测元件302、304、306、308也分别被指定为C1、S1、C2、S2。磁场感测元件302、304、306、308可以沿着直线设置。四个磁场感测元件302、304、306、308可以包括在图1和图2的磁场感测元件104、204中，沿线110、208设置。从下面的讨论中可以理解，磁场感测元件302、304、306、308可以对具有宽度由线318表示的特征的目标对象316作出响应。对于反向偏置布置，目标对象316可以是具有齿轮齿和齿轮谷(即，特征316a、316b)的铁磁齿轮。对于非反向偏置布置，目标对象316可以是具有交替的北磁极区域和南磁极区域(即316a、316b)的环形磁体。
使用符号来绘制四个磁场感测元件302、304、306、308以指示TMR元件。在符号内的是箭头，其指示TMR元件内的参考层的磁方向。由箭头指示的参考层的磁方向平行于四个磁场感测元件302、304、306、308的最大响应轴。四个磁场感测元件302、304、306、308的最大响应轴彼此平行，并且可以平行于衬底300的主表面。四个磁场感测元件302、304、306、308的最大响应轴可以平行于由线320指示的目标对象316的运动方向。
在其他实施例中，四个磁场感测元件302、304、306、308可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如GMR元件、AMR元件或垂直霍尔效应元件，它们也具有平行于衬底300的主表面的最大响应轴。
四个磁场感测元件302、304、306、308对指示目标对象316的运动的磁场作出响应。然而，四个磁场感测元件302、304、306、308也不期望地对可能由任何外部磁源引起的外部杂散磁场作出响应。
线324指示目标对象316的完整空间周期，例如从齿轮的齿轮齿的上升沿到下一个上升沿，或者从环形磁体的北磁极边缘到下一个北磁极边缘。
目标对象316可以可操作以绕着旋转轴322旋转，使得目标对象的特征基本上平行于线320移动。
如图1和图2所示，俯视图中所示的目标对象320实际上可以在磁场感测元件302、304、306、308上方，但是此处仅为了清楚起见而未示出在衬底300上方。对于下面描述的类似附图，同样如此。
多个磁场感测元件310a-310N也可以设置在衬底300上，并且也可以被包括在图1和图2的磁场感测元件104、204中。多个磁场感测元件310a-310N可以可操作以检测和测量来自外部磁场源的杂散(不期望的、外部的或共模)磁场，但是如从下面的讨论中将理解的，多个磁场感测元件310a-310N不对目标对象的运动作出响应。因此，通过使用多个磁场感测元件310a-310N对杂散磁场的响应，可以去除四个磁场感测元件302、304、306、308对杂散磁场的响应。
如上文结合四个磁场感测元件302、304、306、308所述，绘制了多个磁场感测元件301a-310N，其示出了参考层磁方向与四个磁场感测元件302、304、306、308的参考层磁方向平行并且对准的TMR元件。因此，多个磁场感测元件310a-310N中的每一个具有各自的最大响应轴，它们彼此平行并且与四个磁场感测元件302、304、306、308的最大响应轴平行。
与四个磁场感测元件302、304、306、308类似，多个磁场感测元件310a-310N可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如GMR元件、AMR元件或垂直霍尔效应元件。
电子电路312也可以设置在衬底302上。电子电路312可以电耦合到四个磁场感测元件302、304、306、308并且电耦合到多个磁场感测元件310a-310N。下面结合图4-图6进一步描述电子电路312。电子电路312可以可操作以使用四个磁场感测元件302、304、306、308来感测目标对象316的移动，这四个磁场感测元件还可以感测杂散(不期望的)磁场。多个磁场感测元件310a-310N可以可操作以仅感测杂散磁场，并且因此，电子电路312可以从由四个磁场感测元件302、304、306、308所感测的结果中扣除杂散磁场的影响。
磁场感测元件302、306之间的间隔和磁场感测元件304、308之间的间隔各自是由线324表示的空间周期的大约一半，如由线326、327表示的。然而，上述元件对之间的间隔可以在三百六十度空间周期的大约一百七十度与大约一百九十度之间。
在一些实施例中，间隔是相同的，而在其他实施例中，间隔是不同的。四个磁场感测元件302、304、306、308中的外部磁场感测元件的中心之间的总跨度可以是由线324表示的空间周期的大约百分之七十五。
为了实现来自磁场感测元件302、306的在第一电桥中组合的输出信号，该信号与由磁场感测元件304、308在目标对象移动时在第二电桥中组合所生成的信号相隔一百八十度(见图6的反正切处理器606)，在一些实施例中，由线326、327表示的间隔可以接近但不同于由线324表示的目标对象316的整个空间周期的一半。该差异可能是由于线315所指示的气隙以及目标对象绕着旋转轴322的曲率半径所致。
由线328表示的多个磁场感测元件310a-310N的总间隔可以比由线324表示的整个空间周期小一个磁场感测元件。具体地，如果多个磁场感测元件310a-301N包含x个磁场感测元件并且由线324表示的整个空间周期是y，则多个磁场感测元件310a-310N中的相邻元件之间的间隔是y/x。由线324表示的多个磁场感测元件310a-310N的跨度是y(1-1/x)，其是比由线324表示的整个空间周期小的一个磁场感测元件间隔。
由线328表示的上述跨度导致经历特征316a的多个磁场感测元件310a-310N的数量与经历特征316b的磁场感测元件的数量相等，例如，经历北磁极的数量与经历南磁极的数量相等，而与目标对象316相对于衬底的旋转位置(其可以被认为是目标对象的绝对旋转位置)无关。因此，多个磁场感测元件310a-310N不对由目标对象316的移动引起的磁场变化作出响应(或者最低限度地响应，例如低于百分之一响应)。然而，多个磁场感测元件310a-310N对杂散(外部)磁场作出完全响应，并且以与四个磁场感测元件302、304、306、308对杂散磁场作出响应相同或相似的方式来对杂散磁场作出响应。
现在参考图4，并且使用图3中也示出的标记C1、C2、S1、S2，四个磁场感测元件C1、C2、S1、S2可以分别耦合到第一电桥布置400和第二电桥布置420中，以生成差分余弦信号404a、404b和差分正弦信号424a、424b。第一电桥布置400和第二电桥布置420可以分别耦合到电压发生器402、422。在一些实施例中，随着图3的目标对象316移动，由于四个磁场感测元件C1、C2、S1、S2的物理分离，差分余弦信号404a、404b和差分正弦信号424a、424b在相位上间隔开约九十度，如以上结合图3所述的。
现在参考图5，其中图3的类似元件被示出具有类似的附图标记，多个磁场感测元件310a-310N可以与电流发生器502串联耦合，以生成仅对杂散磁场作出响应而基本上不对图3的目标对象316的移动作出响应的杂散场信号504。
现在参考图6，电子电路600可以与图1、图2和图3的电子电路104、204、312相同或相似。
放大器602、604可以耦合到图4的余弦信号404a、404b和正弦信号424a、424b。放大器602可以生成经放大的信号602a，并且放大器604可以生成经放大的信号604a。
反正切处理器606(例如，CORDIC处理器)可以耦合到经放大的信号602a、604a，并且可以生成未校正的角度信号606a，其指示由图3的四个磁场感测元件304、306、308、310所感测的磁场的未校正的角度。所感测的角度可以指示由线324表示的目标对象316的整个空间周期内的角度。因此，未校正的角度信号606a指示经过图3的衬底300的目标对象316的特征316a、316b。未校正的角度信号606a可能具有角度误差。
存储在非易失性存储器(例如EEPROM)内的存储的偏移校正系数614可以作为偏移校正值614a提供给反正切处理器606。偏移校正值614a可以校正图3和图4的四个磁场感测元件302、304、306、308的输出和/或余弦信号404a、404b和正弦信号424a、424b的偏移(DC误差)。
在使用电子电路600的磁场传感器的制造期间，例如通过测试和校准设备，可以将存储的偏移校正系数614作为来自电子电路600外部的信号611提供给偏移校正系数614。
电子电路600还可以包括角度校正系数610，其可以存储在非易失性存储器(例如EEPROM)中，并且其可以作为角度校正值610a提供给误差校正处理器608。误差校正处理器608还可以接收未校正的角度信号606a。利用角度校正值610a，误差校正处理器608可以在不存在杂散磁场时校正角度信号606a内的否则在存在杂散磁场的情况下会发生的角度误差。
在使用电子电路600的磁场传感器的制造期间，例如通过测试和校准设备，可以将存储的角度校正系数610作为来电子电路600外部的信号613提供给角度校正系数610。
电子电路600还可以包括放大器612，以接收杂散场信号，例如图5的杂散场信号504。放大器612可以生成耦合到误差校正处理器608的经放大的杂散场信号612a。误差校正处理器608可以可操作以去除未校正的角度信号606a内的杂散磁场的影响，杂散磁场由经放大的杂散场信号612a指示。
作为上述校正的结果，误差校正处理器608可操作以生成经校正的角度信号608a，其具有从未校正的角度信号606a的角度误差大大减少的角度误差。
现在参考图7，其中图3的类似元件被示出具有类似的附图标记，磁场传感器可以包括衬底700，例如半导体衬底。在一些实施例中(即反向偏置布置)，磁场传感器还可以包括靠近衬底700设置的永磁体314。
前四对磁场感测元件702、704、706、708可以设置在衬底700上。前四对磁场感测元件702、704、706、708也分别被指定为LC1a、b和LS1a、b和LC2a、b和LS2a、b，其中标记a、b指两个磁场感测元件。前四对磁场感测元件702、704、706、708可以沿着与线320所指示的运动的方向垂直的直线设置。
后四对磁场感测元件710、712、714、716也可以设置在衬底700上。后四对磁场感测元件710、712、714、716也分别被指定为RC1a、b和RS1a、b和RC2a、b和RS2a、b。后四对磁场感测元件710、712、714、716可以沿着垂直于由线320指示的运动的方向的直线设置，并且与前四对磁场感测元件702、704、706、708间隔开由线718指示的距离，该间隔可以是由线324表示的目标对象316的整个物理周期(具有空间周期)的大约一半。然而，该间隔可以在目标对象316的空间周期的约0.4与约0.6之间。
为了实现来自前四对磁场感测元件702、704、706、708的输出信号，该输出信号与当目标对象移动时由后四对磁场感测元件710、712、714、716生成的信号相隔一百八十度(参见图11的反正切处理器1106)，在一些实施例中，由线718表示的间隔可以接近但不同于由线324表示的目标对象316的空间周期的一半。即，线718的长度可以与线324的一半的长度略有相差。该差异可能是由于线315所指示的气隙以及目标对象绕着旋转轴322的曲率半径所致。
从下面的讨论中可以理解，前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716可以对具有带有由线318表示的宽度的特征的目标对象316作出响应。然而，前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716也对不期望的外部杂散磁场作出响应。
使用符号来绘制前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716以指示TMR元件。在符号内的是箭头，其指示TMR元件内的参考层的磁方向。由箭头指示的参考层的磁方向在四个不同的方向上，它们平行于前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716的相应最大响应轴。前四对磁场感测元件702、704、706、708的最大响应轴各自在不同的方向上，其中的每一个都可以平行于衬底700的主表面。后四对磁场感测元件710、712、714、716的最大响应轴也各自在不同方向上，其中的每一个都可以平行于衬底700的主表面。四个不同的方向平行于笛卡尔坐标轴。前四对磁场感测元件中的两对702、706和后四对磁场感测元件中的两对710、714的最大响应轴也可以平行于由线320指示的目标对象316的运动的方向。
前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716可以被包括在图1和图2的磁场感测元件104、204中。
在其他实施例中，前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如GMR元件、AMR元件或垂直霍尔效应元件，它们也具有平行于衬底700的主表面的最大响应轴。
以上结合图3描述的多个磁场感测元件310a-310N也可以设置在衬底700上。多个磁场感测元件310a-310N可以可操作以检测和测量来自外部磁场源的杂散(不期望的)磁场。由于以上结合图3所述的原因，多个磁场感测元件310a-310N不对目标对象316在由线320指示的方向上的移动作出相应(或最低限度地作出响应)。
电子电路720也可以设置在衬底702上。电子电路720可以电耦合到前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716及多个磁场感测元件310a-310N。下面结合图8-图11进一步描述电子电路720。电子电路720可以可操作以使用前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716来感测目标对象716的移动，它们也可以感测杂散(不期望的)磁场。多个磁场感测元件310a-310N可以可操作以仅感测杂散磁场，并且因此，电子电路720可以从由前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716所感测的结果中扣除杂散磁场的影响。
现在参考图8，并且使用也在图7中示出的标记LC1a、b和LS1a、b和LC2a、b和LS2a、b，前四对磁场感测元件LC1a、b和LS1a、b和LC2a、b和LS2a、b可以分别耦合到第一电桥布置800和第二电桥布置820中，以生成差分左余弦信号804a、804b和差分左正弦信号824a、824b。第一电桥布置800和第二电桥布置820可以分别耦合到电压发生器802、822。当图7的目标对象316移动时，差分左余弦信号804a、804b和差分左正弦信号824a、824b可以在相位上间隔开大约九十度。
现在参考图9，并且使用也在图7中示出的标记RC1a、b和RS1a、b和RC2a、b和RS2a、b，后四对磁场感测元件RC1a、b和RS1a、b和RC2a、b和RS2a、b可以分别耦合到第一电桥布置900和第二电桥布置920中，以生成差分右余弦信号904a、904b和差分右正弦信号924a、924b。第一电桥布置900和第二电桥布置920可以分别耦合到电压发生器902、922。当图7的目标对象316移动时，差分右余弦信号904a、904b和差分右正弦信号924a、924b可以在相位上间隔开大约九十度。
现在参考图10，其中，图8和图9的类似元件具有类似的附图标记，由电桥布置800和900生成的信号可以被组合以产生组合电桥布置1000，从而生成差分组合余弦信号1002a、1002b。类似地，由电桥布置820和920生成的信号可以被组合以产生组合电桥布置1020，从而生成差分组合正弦信号1022a、1022b。
电桥800和900(以及电桥820和920)响应于目标316而生成相对于彼此成一百八十度的信号，但是响应于杂散(或外部)磁场而生成同相的信号。因此，组合电桥布置1000和组合电桥布置1020可以分别生成差分电桥信号1002a、1002b和1022a、1022b，对于这些信号，保留响应于目标316的信号，但消除响应于杂散(或外部)磁场的信号。鉴于上述内容，组合电桥布置1000和1020可以减少杂散(或外部)磁场对图7的磁场感测元件702-716的影响，而不需要多个磁场感测元件310a-310N。然而，电桥布置1000和1002仍然可以与多个磁场感测元件310a-310N组合使用，以进一步改进对来自杂散(或外部)磁场的影响的抑制。
现在参考图11，类似于图6的电子电路600的电子电路1100可以与图1、图2和图7的电子电路104、204、720相同或相似。
放大器1102、1104可以分别耦合到图10的差分组合余弦信号1002a、1002b和差分组合正弦信号1022a、1022b。放大器1102可以生成经放大的信号1102a，并且放大器1104可以生成经放大的信号1104a。
反正切处理器1106(例如，CORDIC处理器)可以耦合到第一经放大的信号1102a和第二经放大的信号1104a，并且可以生成未校正的角度信号1106a，其指示由图7的前四对磁场感测元件702、704、706、708和后四对磁场感测元件710、712、714、716感测的磁场的未校正的角度。所感测的角度可以指示由图7的线324表示的目标对象316的整个空间周期内的角度。因此，未校正的角度信号1106a指示经过图7的衬底700的目标对象316的特征316a、316b。未校正的角度信号1106a可能具有角度误差。
存储在非易失性存储器(例如，EEPROM)内的存储的偏移校正系数1114可以作为偏移校正值1114a提供给反正切处理器1106。偏移校正值1114a可以校正图7的前四对磁场感测元件702、704、706、708的输出和后四对磁场感测元件710、712、714、716的输出的偏移(DC误差)，和/或图10的差分组合余弦信号1002a、1002b和差分组合正弦信号1022a、1022b的偏移(DC误差)。
在使用电子电路1100的磁场传感器的制造期间，例如通过测试和校准设备，可以将存储的偏移校正系数1114作为来自电子电路1100外部的信号1111提供给偏移校正系数1114。
电子电路1100还可以包括角度校正系数1110，其可以存储在非易失性存储器(例如，EEPROM)中，并且其可以作为角度校正值1110a提供给误差校正处理器1108。误差校正处理器1108还可以接收未校正的角度信号1106a。利用角度校正值1110a，当不存在杂散磁场时，误差校正处理器1108可以校正角度信号1106a内的否则在存在杂散磁场的情况下会发生的角度误差。
在使用电子电路1100的磁场传感器的制造期间，例如通过测试和校准设备，可以将存储的角度校正系数1110作为来自电子电路1100外部的信号1113提供给角度校正系数1110。
电子电路1100还可以包括放大器1112，以接收杂散场信号，例如图5的杂散场信号504。放大器1112可以生成耦合到误差校正处理器1108的经放大的杂散场信号1112a。误差校正处理器1108可以可操作以去除未校正的角度信号1106a内的杂散磁场的影响，杂散磁场由经放大的杂散场信号1112a指示。
作为上述校正的结果，误差校正处理器1108可操作以生成经校正的角度信号1108a，其具有从未校正的角度信号1106a的角度误差大大减少的角度误差。
现在参考图12，其中图3的类似元件被示出具有类似的附图标记，磁场传感器可以包括衬底1200，例如半导体衬底。在一些实施例中(即反向偏置布置)，磁场传感器还可以包括靠近衬底1200设置的永磁体314。
第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以设置在衬底1200上。第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以包括三个或更多个磁场感测元件。第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以沿着直线设置。第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以被包括在图1和图2的磁场感测元件104、204中，沿着线110、208设置。从下面的讨论中将理解，第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以对具有带有由线318表示的宽度的特征的目标对象316作出响应。对于反向偏置布置，目标对象316可以是具有齿轮齿和齿轮谷(即特征316a、316b)的铁磁齿轮。对于非反向偏置布置，目标对象316可以是具有交替的北磁极区域和南磁极区域(即316a、316b)的环形磁体。
使用符号来绘制第一多个磁场感测元件1202a以指示GMR元件。在符号内的是箭头，其指示GMR元件内的参考层的磁方向。由箭头指示的参考层的磁方向平行于第一多个磁场感测元件1202a-1202M的最大响应轴。第一多个磁场感测元件1202a-1202M的最大响应轴可以彼此平行，并且可以平行于衬底1200的主表面。第一多个磁场感测元件1202a-1202M的最大响应轴可以平行于由线320指示的目标对象316的运动的方向。
在其他实施例中，第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如TMR元件、AMR元件或垂直霍尔效应元件，它们也具有平行于衬底1200主表面的最大响应轴。
第一多个磁场感测元件1202a-1202M对指示目标对象316的运动的磁场作出响应。为此，与下面描述的第二多个磁场感测元件1204a-1204N不同地处理第一多个磁场感测元件1202a-1202M。然而，第一多个磁场传感元件1202a-1202M也不期望地对可能由任何外部磁源产生的外部杂散磁场作出响应。
线324指示目标对象316的整个空间周期，例如从齿轮的齿轮齿的上升沿到下一个上升沿，或者从环形磁体的北磁极边缘到下一个北磁极边缘。
目标对象316可以可操作以绕着旋转轴322旋转，使得目标对象的特征基本上平行于线320移动。
如图1和图2所示，俯视图中所示的目标对象320实际上可以在第一多个磁场感测元件1202a-1202M上方，但是此处仅仅为了清楚起见而没有被示出在衬底1200上方。对于下面描述的类似附图，同样如此。
第二多个磁场感测元件1204a-1204N也可以设置在衬底1200上，并且也可以被包括在图1和图2的磁场感测元件104、204中。第二多个磁场感测元件1204a-1204N可以可操作以检测和测量来自外部磁场源的杂散(不期望的)磁场，但是如从下面的讨论中将理解的，第二多个磁场感测元件1204a-1204N不对目标对象的运动作出响应。因此，通过使用第二多个磁场感测元件1204a-1204N对杂散磁场的响应，可以去除第一多个磁场感测元件1202a-1202M对杂散磁场的响应。
如上所述，第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以包括三个或更多个磁场感测元件。第二多个磁场感测元件1204a-1204N也可以包括三个或更多个磁场感测元件。第一多个磁场感测元件1202a-1202M中的磁场感测元件的数量可以与第二多个磁场感测元件1204A-1202M中的磁场感测元件的数量相同或不同。
如上结合第一多个磁场感测元件所述的，第二多个磁场感测元件1201a-1210N被绘制为GMR元件，其具有与第一多个磁场感测元件1202a-1202M的参考层磁方向平行并且对准的参考层磁方向。因此，第二多个磁场感测元件1204a-1204N可以各自具有彼此平行并且平行于第一多个磁场感测元件1202a-1202M的最大响应轴的相应最大响应轴。
与第一多个磁场感测元件1202a-1202M类似，第二多个磁场感测元件1204a-1204N可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如TMR元件、AMR元件或垂直霍尔效应元件。
电子电路1206也可以设置在衬底1202上。电子电路1206可以电耦合到第一多个磁场感测元件1202a-1202M和并且电耦合到第二多个磁场感测元件1210a-1210N。下面结合图13-图15进一步描述电子电路1206。电子电路1206可以可操作以使用第一多个磁场感测元件1202a-1202M来感测目标对象316的移动，第一多个磁场感测元件1202a-1202M也可以感测杂散(不期望的)磁场。第二多个磁场感测元件1204a-1204N可以可操作以仅感测杂散磁场，并且因此，电子电路1206可以从由第一多个磁场感测元件1202a-1202M所感测的结果中扣除杂散磁场的影响。
在一些实施例中，第一多个磁场感测元件1202a-1202M的相邻对可以具有相应的间隔，这些间隔导致第一多个磁场感测元件1202a-1202M具有由线324表示的整个空间周期的大约0.5与大约1.5之间的总跨度。
在一些实施例中，间隔是相同的，而在其他实施例中，间隔是不同的。
由线1228表示的第二多个磁场感测元件1210a-1210N的总跨度比线324表示的整个空间周期小一个磁场感测元件，与上面针对图3的多个磁场感测元件310a-310N所描述的相同。具体地，如果第二多个磁场感测元件1210a-1201N包含x个磁场感测元件并且由线324表示的整个空间周期是y，则第二多个磁场感测元件1204a-1204N中的相邻元件之间的间隔是y/x。由线324表示的多个磁场感测元件1204a-1204N的跨度是y(1-1/x)，其是比由线324表示的整个空间周期小的一个磁场感测元件间隔。
由线1228表示的上述跨度导致经历特征316a的第二多个磁场感测元件1204a-1204N与经历特征316b的磁场感测元件的数量相等，例如，经历北磁极与经历南磁极的数量相等，而与目标对象316相对于衬底的旋转位置(即，绝对旋转位置)无关。因此，第二多个磁场感测元件1204a-1204N不对由目标对象316的移动引起的磁场变化作出相应(或最低限度地响应，例如低于百分之一响应)。然而，第二多个磁场感测元件1204a-1204N对杂散(外部)磁场作出完全响应，并且以与第一多个磁场感测元件1202a-1202M对杂散磁场的作出响应相同或相似的方式来对杂散磁场作出相应。
在一些实施例中，第一多个磁场感测元件1202a-1202M的总数和总跨度可以与第二多个磁场感测元件1202a-1204N的总数和总跨度相同。由于对来自第一多个磁场感测元件1202a-1202M和来自第二多个磁场感测元件1202a-1204N的信号的不同处理，对磁场的相应响应可以不同。实质上，第二多个磁场感测元件1202a-1204N可以如图5所示的串联耦合，但是可以如下面结合图13更全面描述的那样单独处理第一多个磁场感测元件1202a-1202M的元件。
在其他实施例中，第一多个磁场感测元件1202a-1202M的总数和总跨度可以与第二多个磁场感测元件1202a-1204N的总数和总跨度不同。
当与下面结合图13描述的磁场传感器1300结合使用时，第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以对杂散(或外部)磁场的影响略微不敏感(即，元件1202a-1202M可以被布置成提供对杂散场不敏感的输出)。即，杂散场可以通过偏移和放大它们来影响图14的曲线。然而，由于仅检测这些曲线的相位，因此输出可以对杂散场不敏感。因此，在磁场传感器1200的一些实施例中可以不需要第二多个磁场感测元件1204a-1204N。然而，第一多个磁场感测元件1202a-1202M仍然可以与第二多个磁场感测元件1204a-1204N组合使用，以进一步改进对来自杂散(或外部)磁场的影响的抑制。
现在参考图13，其中图12的类似元件被示出具有类似的附图标记，磁场传感器1300可以包括与图12的电子电路1206相同或相似的电子电路，并且可以包括第一多个磁场感测元件1202a-1202M，并且还包括第二多个磁场感测元件1204a-1204N。
振荡器1328可以可操作以生成耦合到(例如)移位寄存器1330的振荡器信号1328a。移位寄存器1330可以生成多路复用器控制信号1330a。
电流源1302可以可操作以生成耦合到多路复用器1304的电流信号1302a。多路复用器1304可以在多路复用器控制信号1330a的控制下可操作，以便一次一个顺序地向第一多个磁场感测元件1202a-1202M提供电流信号1304a。顺序控制可以导致信号1308，其具有在到多路复用器1310的单独(并行)耦合上的来自第一多个磁场感测元件1202a-1202M的信号的样本。多路复用器1310可以可操作以生成串行样本信号1310a，其具有在串行信号通道上一次一个地承载的信号样本。
放大器1312可以耦合到串行采样信号1310a，并且可以可操作以生成经放大的串行采样信号1312a。模数转换器1314可以接收经放大的串行采样信号1312a，并且可以一次一个地生成具有数字样本的数字串行采样信号1314a，每个数字样本具有多个数字位，并且每个样本作为数字位的串行集合或数字位的并行集合传送。
相关处理器1316可以耦合到数字串行采样信号1314a。正弦存储器1320可以存储正弦值，该正弦值可以作为信号1320a被提供给相关处理器1316。
偏移校正系数1324也可以作为偏移校正值1324a被提供给相关处理器1316。
在操作中，相关处理器1316可以使用偏移校正值1324a来从数字串行采样信号1314a的样本中去除任何DC偏移。此后，相关处理器1316可以执行经偏移校正的数字串行采样信号1314a与正弦值之间的相关。该相关可以生成指示经偏移校正的数字串行采样信号1314a的相位的相位信号1316a。信号在下面的图14中描述。然而，此处只要说所计算的相位提供了图12的目标对象316相对于第一多个磁场感测元件1202a-1202M的位置的位置(例如，由图12的线324表示的空间周期的旋转或线性相位角)(即，绝对位置或绝对角度)的指示就足够了。
误差校正处理器可以耦合到相位信号1316a。存储的校正因子1322可以向误差校正处理器1318提供校正因子1322a。误差校正处理器1318可以将校正因子1322a应用于相位信号以生成更好地指示图12的目标对象316的位置(例如，由线324表示的空间周期的旋转或线性相位角)的经校正的相位信号1318a。
在一些实施例中，在用于磁场传感器1300的生产的制造(测试)步骤期间生成和存储偏移校正系数和校正因子1322。
从上文中应当清楚，第一多个磁场感测元件1202a-1202M可以作为单独的样本被顺序地处理，而第二多个磁场感测元件1204a-1204N根据图5的多个磁场感测元件310a-310N作为一个组合信号被一起处理。
虽然相关处理器1316可以生成相位信号，但是应当认识到，存在可以用于识别经偏移校正的数字串行采样信号1314a的相位的其他电路和技术。例如，相关处理器1316可以由过零处理器1332代替。过零处理器1332可通过识别经偏移校正的数字串行采样信号1314a的过零(或跨越阈值)来识别经偏移校正的数字串行采样信号1314a的相位。下面结合图14描述的信号将使这种关系变得明显。
电子电路1300还可以包括放大器1326，以接收杂散场信号，例如图5的杂散场信号504。放大器1326可以生成耦合到误差校正处理器1318的经放大的杂散场信号1326a。误差校正处理器1318可以可操作以去除未校正的角度信号1316a内的杂散磁场的影响，杂散磁场由经放大的杂散场信号1326a指示。
作为上述校正的结果，误差校正处理器1318可操作以生成经校正的角度信号1318a，其具有从未校正的角度信号1316a的角度误差减少的角度误差。
现在参考图14，曲线图1400具有水平轴，其具有以图12和图13的第一多个磁场感测元件1204a-1204N的元件索引为单位的刻度。曲线图1400具有纵轴，其具有以欧姆电阻为单位的刻度。
曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442表示从第一多个磁场感测元件1202a-1202M取得的电阻的样本(圆圈)，这些样本是一次一个或同时取得的，假设在第一多个磁场感测元件1202a-1202M中存在十六个磁场感测元件。曲线1432指示图12的目标对象316的位置处于相对于第一多个磁场感测元件1202a-1202M为零度的位置(即，零度的绝对位置或绝对角度)，使得特征318以第一多个磁场感测元件1204a-1204N为中心，如图所示。曲线1434、1436、1438、1440、1442中的其他曲线分别指示其他位置，例如六十度、一百二十度、一百八十度、二百四十度和三百度。由图13的磁场传感器1300生成的信号样本(例如1310a、1312a)之后的曲线可以指示这些和其他角度，但是为了清楚起见，没有示出其他角度。
例如，根据图13的偏移校正系数1324a，曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442被校正为不具有来自第一多个磁场感测元件1202a-1202M中的任何一个的DC偏移电压。
曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442可以表示对于大约0.5mm的气隙315(图12)的第一多个磁场感测元件1202a-1202M的电阻。
从曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442可以理解，曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442的不同相位指示目标对象316的不同位置(即，旋转角度)。因此，一个位置对应于一条曲线，如曲线1432、1434、1436、1438、1440、1442。
上述相关处理器1316可以用于识别相位，并且因此识别目标对象316的位置。然而，在其他实施例中，过零处理器1332可以用于识别相位，仅通过在曲线(例如1432)上找到曲线跨过阈值(例如3900Ohms)的位置。
现在参考图15，曲线图1500具有水平轴，其具有与第一多个磁场感测元件1202a-1202M与目标对象316之间的例如图12的315的气隙有关的以毫米为单位的刻度。曲线图1500还具有纵轴，其具有与第一多个磁场感测元件1202a-1202M中的每一个的电阻有关的以欧姆为单位的刻度。
可以通过针对目标对象316的所有旋转并且针对所指示的气隙范围内的许多气隙(例如，参见图7的315)计算图14的波形(从第一多个磁场感测元件1202a-1202M生成的)来生成曲线1502和1504。在存在不同方向上的杂散磁场的情况下，可以计算这些波形的峰峰值。可以计算每个气隙的最大幅度和最小幅度，以得到曲线1502、1504。
在操作中，相关处理器1316可以使用曲线1502、1504以基于所测量信号(例如，图13的1314a)的幅度来推导气隙。相关处理器1316还可以计算被第一多个磁场传感元件1202a-1202M截获的目标对象316的周期量。然后，该值可以用于相关处理器1316所使用的相关算法中
因为用对数垂直轴示出曲线图1500，所以应当清楚，对于在所指示的气隙范围内的所有气隙，曲线1502、1504之间的差在百分比上是类似的。
现在参考图16，其中图3和图12的类似元件被示出具有类似的附图标记，磁场传感器可以包括衬底1600，例如半导体衬底。在一些实施例中(即反向偏置布置)，磁场传感器还可以包括靠近衬底1600设置的永磁体314。
第一多个磁场感测元件1602a-1602M可以如图12的第一多个磁场感测元件1202a-1202M一样。然而，此处，第一多个磁场感测元件1602a-1602M被布置在四个磁场感测元件的组中，其中每组四个GMR元件中的两个具有指向右侧的参考方向(即，定向响应轴)，并且每组四个磁场感测元件中的两个具有指向左侧的参考，此处示出为具有磁轭形状的GMR元件。
对于第一多个磁场感测元件1202a-1202M由GMR元件组成的实施例，由两个方向上的箭头指示的参考层的磁方向与第一多个磁场感测元件1602a-1602M的定向最大响应轴平行并且处于相同的方向。
第一多个磁场感测元件1602a-1602M的定向最大响应轴可以彼此平行并且可以平行于衬底1600的主表面。第一多个磁场感测元件1602a-1602M的定向最大响应轴可以平行于由线320指示的目标对象316的运动的方向。
第二多个磁场感测元件1204a-1204N的定向最大响应轴可以平行于第一多个磁场感测元件1602a-1602M的最大响应轴。
当与下面结合图17描述的磁场传感器1700结合使用时，第一多个磁场感测元件1602a-1602M可以对杂散(或外部)磁场的影响略微不敏感(即，元件1602a-1602M可以被布置成提供对杂散场不敏感的输出)。即，杂散场可以通过偏移和放大它们来影响图14的曲线。然而，由于仅检测这些曲线的相位，因此输出可以对杂散场不敏感。因此，在磁场传感器1600的一些实施例中可以不需要第二多个磁场感测元件1204a-1204N。然而，第一多个磁场感测元件1602a-1602M仍然可以与第二多个磁场感测元件1204a-1204N组合使用，以进一步改进对来自杂散(或外部)磁场的影响的抑制。
在其他实施例中，第一多个GMR元件1602a-1602M可以由其他类型的磁场感测元件代替，其他类型的磁场感测元件例如TMR元件、AMR元件、或垂直霍尔效应元件，其也具有平行于衬底1600的主表面的最大响应轴。
现在参考图17，电子电路1700以四个磁场感测元件1704aa、1704ab、1704ac、1704ad的电桥布置，其可以类似于图16的四个磁场感测元件1602a-1602M的组中的每一个。
四个磁场感测元件1704aa、1704ab、1704ac、1704ad可以以全桥布置耦合在电压发生器1702与接地之间。电子电路可以生成差分信号1710a、1710b。
现在参考图18，其中图12、图13和图16的类似元件被示出具有类似的附图标记，磁场传感器1800可以包括与图16的电子电路1606相同或相似的电子电路，并且可以包括第一多个磁场感测元件1602a-1602M，还包括第二多个磁场感测元件1204a-1204N。
图18的其他元件是图13的类似元件，但是此处用不同的附图标记示出，以便将它们区别为由于由第一多个磁场感测元件1602a-1602N生成的差分信号1808和1810a、1810b而略有不同。因此，磁场传感器1800类似于图13的磁场传感器1300，并且此处不再讨论。
本文引用的所有参考文献都通过引用的方式整体上并入本文。
已经描述了用于说明作为本专利的主题的各种概念、结构和技术的优选实施例，现在将变得明显的是，可以使用结合这些概念、结构和技术的其他实施例。因此，认为本专利的范围不应限于所描述的实施例，而是应仅由所附权利要求书的精神和范围来限制。
本文所述的实施例的元件可以组合以形成上面没有具体阐述的其他实施例。在单个实施例的上下文中描述的各种元件也可以单独地或以任何合适的子组合提供。本文没有具体描述的其他实施例也在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种磁场传感器，对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，所述周期性图案具有宽度为y的空间周期，所述目标对象能够移动，使得所述目标特征相对于所述磁场传感器沿着移动方向移动，所述磁场传感器包括：
具有表面的衬底；
设置在所述衬底上的第一多个磁场感测元件，所述第一多个磁场感测元件包括x个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于公共轴并且平行于所述衬底的所述表面的相应最大响应轴，所述第一多个磁场感测元件布置在平行于所述移动方向的行中，其中，所述第一多个磁场感测元件中的外部磁场感测元件的中心之间的距离是y(1-1/x)，其中，所述第一多个磁场感测元件以单个串联布置电耦合，从而产生串行串信号；以及
设置在所述衬底上并且不包括在所述第一多个磁场感测元件中的一个或多个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于所述公共轴并且平行于所述衬底的所述表面的相应最大响应轴，所述一个或多个磁场感测元件能够操作以响应于所述目标对象的所述移动而生成移动信号，其中，所述移动信号包括第一误差信号分量。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述多个磁场感测元件的所有相邻对是等间隔的。
3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述串行串信号不对所述目标对象的所述移动作出响应，并且其中，所述串行串信号与其对所述目标对象的所述移动作出响应相比，更多地对在所述磁场传感器的外部生成的杂散磁场作出响应。
4.根据权利要求1所述的磁场传感器，还包括：
校正处理器，被耦合以接收所述移动信号，被耦合以接收所述串行串信号，并且能够操作以生成具有小于所述第一误差信号分量的第二误差信号分量的磁场传感器信号。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述一个或多个磁场感测元件包括八个磁场感测元件，所述八个磁场感测元件中的前四个磁场感测元件以第一电桥电耦合，并且所述八个磁场感测元件中的后四个磁场感测元件以第二电桥耦合。
6.根据权利要求5所述的磁场传感器，其中，所述第一电桥能够操作以响应于所述目标对象的所述移动而生成第一信号，并且所述第二电桥能够操作以响应于所述目标对象的所述移动而生成第二信号，其中，所述第一信号和所述第二信号彼此正交。
7.根据权利要求6所述的磁场传感器，还包括：
反正切处理器，被耦合以接收所述第一信号和所述第二信号，并且能够操作以生成指示所述目标对象的所述移动的角度的角度信号，其中，所述移动信号对应于角度信号，并且其中，所述第一误差信号分量对应于第一角度误差分量。
8.根据权利要求7所述的磁场传感器，还包括：
校正处理器，被耦合以接收所述角度信号，被耦合以接收所述串行串信号，并且能够操作以生成具有小于所述第一角度误差分量的第二角度误差分量的磁场传感器信号。
9.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述目标对象包括铁磁性目标对象。
10.根据权利要求9所述的磁场传感器，还包括：
靠近所述衬底设置的两磁极磁体。
11.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述目标对象包括具有两个或更多个磁极的圆形磁体。
12.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个磁阻元件。
13.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个垂直霍尔元件。
14.一种磁场传感器，对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，所述周期性图案具有宽度为y的空间周期，所述目标对象能够移动，使得所述目标特征相对于所述磁场传感器沿着移动方向移动，所述磁场传感器包括：
具有表面的衬底；
设置在所述衬底上的第一多个磁场感测元件，所述第一多个磁场感测元件包括x个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于公共轴并且平行于所述衬底的所述表面的相应最大响应轴，所述第一多个磁场感测元件布置在平行于所述移动方向的行中，其中，所述第一多个磁场感测元件中的外部磁场感测元件的中心之间的距离是y(1-1/x)，其中，所述第一多个磁场感测元件以单个串联布置电耦合，从而产生串行串信号，其中，所述串行串信号不对所述目标对象的所述移动作出响应，并且其中，所述串行串信号与其对所述目标对象的所述移动作出响应相比，更多地对在所述磁场传感器的外部生成的杂散磁场作出响应；
设置在所述衬底上的第二多个磁场感测元件，所述第二多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第一磁方向的第一参考层，所述第二多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与所述第一磁方向正交的第二磁方向的第二磁层，所述第二多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与所述第一磁方向相反的第三磁方向的第三参考层，并且所述第二多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与所述第二磁方向相反的第四磁方向的第四参考层，所述第二多个磁场感测元件布置在垂直于所述移动方向的第一行中；以及
设置在所述衬底上的第三多个磁场感测元件，所述第三多个磁场感测元件中的第一磁场感测元件具有带有第五磁方向的第五参考层，所述第三多个磁场感测元件中的第二磁场感测元件具有带有与所述第五磁方向正交的第六磁方向的第六磁层，所述第三多个磁场感测元件中的第三磁场感测元件具有带有与所述第五磁方向相反的第七磁方向的第七参考层，并且所述第三多个磁场感测元件中的第四磁场感测元件具有带有与所述第六磁方向相反的第八磁方向的第八参考层，所述第三多个磁场感测元件布置在垂直于所述移动方向并且平行于所述第一行的第二行中。
15.根据权利要求14所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个磁阻元件，并且其中，所述第二多个磁场感测元件包括第二多个磁阻元件。
16.根据权利要求14所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个垂直霍尔元件，并且其中，所述第二多个磁场感测元件包括第二多个垂直霍尔元件。
17.一种磁场传感器，对具有以周期性图案布置的多个目标特征的目标对象作出响应，所述周期性图案具有宽度为y的空间周期，所述目标对象能够移动，使得所述目标特征相对于所述磁场传感器沿着移动方向移动，所述磁场传感器包括：
具有表面的衬底；
设置在所述衬底上的第一多个磁场感测元件，所述第一多个磁场感测元件包括x个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有平行于公共轴并且平行于所述衬底的所述表面的相应最大响应轴，所述第一多个磁场感测元件布置在平行于所述移动方向的行中，其中，所述第一多个磁场感测元件中的外部磁场感测元件的中心之间的距离是y(1-1/x)，其中，所述第一多个磁场感测元件以单个串联布置电耦合，从而产生串行串信号，其中，所述串行串信号不对所述目标对象的所述移动作出响应，并且其中，所述串行串信号与其对所述目标对象的所述移动作出响应相比，更多地对在所述磁场传感器的外部生成的杂散磁场作出响应；以及
设置在所述衬底上并且不包括在所述第一多个磁场感测元件中的三个或更多个磁场感测元件，每个磁场感测元件具有带有相应参考磁方向的相应参考层，所述三个或更多个磁场感测元件的所述参考磁方向平行于所述公共轴并且平行于所述衬底的所述表面，所述三个或更多个磁场感测元件布置在平行于所述移动方向的行中，其中，所述三个或更多个磁场感测元件以顺序模式被电激励，从而产生表示由所述三个或更多个磁场感测元件生成的顺序信号的分离的时间复用信号。
18.根据权利要求17所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个磁阻元件，并且其中，所述三个或更多个磁场感测元件包括三个或更多个磁阻元件。
19.根据权利要求17所述的磁场传感器，其中，所述第一多个磁场感测元件包括第一多个垂直霍尔元件，并且其中，所述三个或更多个磁场感测元件包括三个或更多个垂直霍尔元件。
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