CN114966088A - 具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器 - Google Patents

具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114966088A
CN114966088A CN202210166625.XA CN202210166625A CN114966088A CN 114966088 A CN114966088 A CN 114966088A CN 202210166625 A CN202210166625 A CN 202210166625A CN 114966088 A CN114966088 A CN 114966088A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
signal
differential measurement
measurement signal
magnetic field
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.)
Pending
Application number
CN202210166625.XA
Other languages
English (en)
Inventor
S·丰塔内西
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.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN114966088A publication Critical patent/CN114966088A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/56—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for comparing two speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本公开的各实施例总体上涉及具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器。一种磁传感器包括多对传感器元件和传感器电路，每对传感器元件包括相对地设置在布置在磁传感器的传感器平面中的圆的圆周上的两个传感器元件，传感器电路被配置为基于所选择的差分测量信号生成第一脉冲输出信号，所选择的差分测量信号指示物体的旋转速度。传感器电路被配置为生成多个差分测量信号，多对传感器元件中的每对传感器元件均对应一个差分测量信号，其中多个差分测量信号中的每个差分测量信号是从由对应的一对传感器元件生成的传感器信号中导出的。传感器电路还被配置为从多个差分测量信号中选择幅值最大的差分测量信号作为所选择的差分测量信号。

Description

具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器
技术领域
本公开的各实施例涉及具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器。
背景技术
为了测量车轮速度(例如，在汽车应用中)，通常将铁磁车轮与磁敏传感器和安装到传感器的磁体结合使用。传感器生成输出脉冲。控制单元对脉冲进行计数，并且能够计算旋转车轮的轮速和实际角度，以及可选地确定车轮的旋转方向。
在凸轮轴感测应用中，可以使用霍尔单单元(monocell)配置，该配置使得能够在齿轮的齿缘处进行输出切换。z磁化背偏置传感器与Bz敏感单单元传感器相结合在当铁目标轮在传感器前面旋转时生成正弦信号。当齿通过传感器时，实现最大幅度，而当传感器面对齿轮的槽口时，实现最小信号。因此，传感器设备在齿缘处切换。
使用霍尔单单元传感器的一个好处是，传感器是扭转不敏感的，使得传感器将独立于安装位置工作，而不管其围绕其z轴的旋转取向。因此，传感器模块与轮之间的气隙可以在安装期间使用螺丝进行调节。也就是说，像螺丝一样扭转传感器模块将调节气隙，并且传感器的旋转取向可以忽略。因此，在传感器的安装期间，由于对扭转不敏感，装配公差被放宽。
在不利方面，霍尔单单元传感器在杂散场鲁棒性方面具有缺点。杂散场是由位于传感器的近侧环境中的外部装置引入的磁场。例如，位于车辆内的部件(例如，对于混合动力汽车，由于电流轨道靠近感测设备驱动高电流或由于感测电池充电)或流过生成磁场的火车系统的铁路的电流可能引起杂散场干扰。
作为霍尔单单元传感器的备选方案，差分霍尔感测元件可以用于增加杂散场鲁棒性。在差分霍尔传感器中，两个霍尔板隔开。通过从第二霍尔板的Bz信号中减去第一霍尔板的Bz信号来计算输出信号，并且由于差分计算，z方向上的均匀杂散场将被抵消。
差分霍尔信号在轮齿的上升沿具有信号最大值，在轮齿的下降沿具有信号最小值。因此，与霍尔单单元传感器相比，差分霍尔传感器的输出在齿中央和槽口中央处切换。
然而，由于切换点不同，需要重新配置车辆的电子控制单元(ECU)以调节切换点。此外，差分霍尔传感器的另一缺点是它对扭转不敏感。围绕其z轴扭转传感器模块将导致信号减弱。最坏的情况是90°的扭转角，此时两个霍尔板感测相同Bz场。在这种情况下，没有可用的差分信号，并且传感器无法检测到齿或槽口。
因此，可能需要一种既对杂散场鲁棒又对扭转不敏感(即，扭转独立)的改进设备。
发明内容
提供了被配置为检测物体的旋转并且更具体地检测物体的旋转速度的磁传感器模块、系统和方法。
一个或多个实施例提供了一种被配置为检测物体的旋转的磁传感器。磁传感器包括布置在磁传感器的传感器平面中的多个传感器元件，其中多个传感器元件被配置为响应于感测到由物体的旋转调制的振荡磁场而生成多个传感器信号，其中每个传感器信号是由多个传感器元件中的一个传感器元件生成的，其中多个传感器元件被布置在圆的圆周上，其中多个传感器元件被分组为多对传感器元件，其中每对传感器元件包括相对地设置在圆的圆周上的两个传感器元件；以及被配置为基于指示物体的旋转速度的所选择的差分测量信号生成第一脉冲输出信号的传感器电路，其中传感器电路被配置为使用多个传感器信号生成多个差分测量信号，多对传感器元件中的每对传感器元件均对应一个差分测量信号，其中多个差分测量信号中的每个差分测量信号是从由对应的一对传感器元件生成的传感器信号中导出的，并且其中传感器电路被配置为从多个差分测量信号中选择幅值最大的差分测量信号作为所选择的差分测量信号。
一个或多个实施例提供了一种通过磁传感器测量旋转物体的旋转的方法，磁传感器包括多个传感器元件，多个传感器元件布置在磁传感器的传感器平面中的圆的圆周上并且被分组为多对传感器元件，其中每对传感器元件包括相对地设置在圆的圆周上的两个传感器元件。该方法包括响应于感测到由旋转物体的旋转调制的振荡磁场，由多个传感器元件生成多个传感器信号，其中每个传感器信号是由多个传感器元件中的一个传感器元件生成的；基于指示旋转物体的旋转速度的所选择的差分测量信号生成第一脉冲输出信号；使用多个传感器信号生成多个差分测量信号，多对传感器元件中的每对传感器元件均对应一个差分测量信号，其中多个差分测量信号中的每个差分测量信号是从由对应的一对传感器元件生成的传感器信号中导出的；以及从多个差分测量信号中选择幅值最大的差分测量信号作为所选择的差分测量信号。
附图说明
本文中参考附图描述实施例。
图1A和图1B示出了根据一个或多个实施例的两种类型的磁速度传感器的平面图；
图2示出了提供根据一个或多个实施例的由传感器电路使用的扭转方向和角度算法概要的表格；
图3示出了根据一个或多个实施例的磁速度传感器的各种扭转角取向；
图4示出了根据一个或多个实施例的传感器系统的截面图；
图5示出了根据一个或多个实施例的传感器模块；
图6示出了图5的传感器模块的平面图并且示出了根据一个或多个实施例的在传感器模块周围的环境中耦合成环路的磁场模式；以及
图7是根据一个或多个实施例的包括磁速度传感器的传感器系统的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，阐述细节以提供对示例性实施例的更透彻的解释。然而，对于本领域技术人员来说很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。在其他情况下，众所周知的结构和设备以框图形式或示意图而不是详细示出，以避免混淆实施例。此外，除非另有特别说明，否则下文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合。还应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应当被理解为限制性的。
此外，在以下描述中，等效或相似的元件或具有等效或相似功能的元件用等效或相似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可以相互交换的。
诸如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“后面”、“前部”、“尾部”、“之上”、“之下”等方向性术语可以参考所描述的图和/或元素的取向来使用。因为实施例可以定位在很多不同取向上，所以方向性术语用于说明的目的并且绝不是限制性的。在一些情况下，方向术语可以基于实施例的取向而与等效方向术语交换，只要维持元件之间的一般方向关系及其一般目的即可。
在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”等序数的表达可以修改各种元素。然而，这样的元素不限于上述表述。例如，上述表达式不限制元素的顺序和/或重要性。上述表达仅用于将一个元素与其他元素区分开来。例如，第一框和第二框表示不同的框，尽管它们都是框。又例如，第一元素可以称为第二元素，并且类似地，第二元素也可以称为第一元素，而没有脱离本公开的范围。
应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。
在本文中描述的或在附图中所示的实施例中，任何直接的电连接或耦合(即，没有附加的中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合来实现，即，与一个或多个附加中间元件的连接或耦合，或反之亦然，只要基本保持连接或耦合的一般目的，例如用于传输某种信号或传输某种信息。来自不同实施例的特征可以组合以形成另外的实施例。例如，关于实施例中的一个而描述的变化或修改也可以适用于其他实施例，除非有相反的说明。
术语“基本上”在本文中可以用于说明在工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％以内)，而不背离本文中描述的实施例的方面。
取决于某些实现要求，存储介质可以包括RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、或其上存储有电子可读控制信号的任何其他介质，它们与可编程计算机系统协作(或能够与可编程计算机系统协作)从而执行相应方法。因此，存储介质可以被认为是计算机可读的非暂态存储介质。
另外，指令可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或者其他等效的集成或分立逻辑电路装置。因此，如本文中使用的术语“处理器”是指任何前述结构或适合于实现本文中描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，本文中描述的功能可以在专用硬件和/或软件模块内提供。此外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。包括一个或多个处理器的“控制器”可以使用电信号和数字算法来执行其接收、分析和控制功能，这些功能还可以包括校正功能。
如本文中使用的，信号调节指的是操纵模拟信号以使得该信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离、以及使传感器输出适合于在调节之后处理所需要的任何其他过程。
实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获取关于传感器和传感器系统的信息。传感器可以是指将待测物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。物理量例如可以包括磁场、电场、压力、力、电流或电压，但不限于此。如本文所述，传感器设备可以是测量诸如齿轮等物体的旋转速度的速度传感器。
例如，磁场传感器包括一个或多个磁场传感器元件，该磁场传感器元件测量磁场的一个或多个特性(例如，磁场通量密度的量、场强、场角、场方向，场取向等)。磁场可以由磁体、载流导体(例如，电线)、地球或其他磁场源生成。每个磁场传感器元件被配置为响应于撞击在传感器元件上的一个或多个磁场而生成传感器信号(例如，电压信号)。因此，传感器信号指示撞击在传感器元件上的磁场的幅值和/或取向。
磁传感器例如包括磁阻传感器、电感传感器和霍尔效应传感器(Hall sensor)。磁阻是材料在施加外部磁场时改变其电阻值的特性。磁阻效应的一些示例是：巨磁阻(GMR)，GMR是在由交替的铁磁和非磁导电层组成的薄膜结构中观察到的量子力学磁阻效应；隧道磁阻(TMR)，TMR是在磁阻磁隧道结(MTJ)中发生的效应，MTJ是由通过薄绝缘体隔开的两个铁磁体组成的部件；或各向异性磁阻(AMR)，AMR是一种材料特性，可以在其中观察电阻对电流方向与磁化方向之间的角度的依赖性。例如，在AMR传感器的情况下，AMR传感器元件的电阻根据投影在ARM传感器元件的感测轴线上的磁场分量的角度的正弦的平方而变化。
多个不同磁阻效应通常缩写为xMR，其中“x”充当各种磁阻效应的占位符。xMR传感器可以通过使用单片集成磁阻传感器元件测量正弦和余弦角分量来检测所施加的磁场的取向。
这种xMR传感器的磁阻传感器元件通常包括多个层，其中至少一个层是具有参考磁化(即，参考方向)的参考层。参考磁化提供与xMR传感器的感测轴线相对应的感测方向，从而使传感器元件对应于与感测方向对准的磁场分量。例如，磁场分量可以是x磁场分量(Bx)、y磁场分量(By)或z磁场分量(Bz)，其中在所提供的示例中，Bx和By磁场分量位于芯片面内，并且Bz位于芯片面外。因此，如果磁场分量正好指向与参考方向相同的方向，则xMR传感器元件的电阻最大，而如果磁场分量正好指向与参考方向相对的方向，则xMR传感器元件的电阻最小。
在一些应用中，xMR传感器包括多个磁阻传感器元件，该磁阻传感器元件具有相同或不同的参考磁化强度。使用各种参考磁化的这样的应用的示例是角度传感器、罗盘传感器或特定类型的速度传感器(例如，称为单单元的桥式布置的速度传感器)。
作为示例，这种磁阻传感器元件用于速度、角度或转速测量装置，其中磁体可以相对于磁阻传感器元件移动并且因此磁阻传感器元件的位置处的磁场在移动的情况下变化，这进而导致电阻的可测量的变化。出于角度传感器的目的，可以将磁体或磁体布置应用于可旋转轴，并且xMR传感器可以相对于其固定地布置。
霍尔效应传感器是响应于磁场而改变其输出电压(霍尔电压)的换能器。它基于利用洛伦兹力的霍尔效应。洛伦兹力在存在垂直于流过传感器或霍尔板的电流的磁场的情况下使移动的电荷偏转。因此，霍尔板可以是一块薄的半导体或金属。偏转导致电荷分离，从而生成霍尔电场。该电场作用于与洛伦兹力相反方向的电荷。两种力相互平衡并且产生垂直于电流方向的电位差。电位差可以作为霍尔电压来测量，并且对于较小值，它与磁场呈线性关系变化。霍尔效应传感器可以用于接近开关、定位、速度检测和电流感测应用。
竖直霍尔传感器是一种由霍尔元件构造的磁场传感器，霍尔元件垂直于传感器芯片的平面(例如，从芯片的主表面延伸到芯片本体中)。它感测垂直于其定义的敏感边缘(相对于芯片的主表面的顶部、右侧或左侧)的磁场。这通常表示，竖直霍尔传感器对平行于其表面延伸并且平行于其中集成有竖直霍尔传感器的芯片的主表面或在该主表面面内延伸的磁场分量敏感。特别地，竖直霍尔传感器可以从主表面垂直延伸到芯片中(例如，延伸到半导体衬底中)。灵敏度平面在本文中可以称为“灵敏度轴线”或“感测轴线”，并且每个感测轴线具有参考方向。对于竖直霍尔传感器元件，传感器元件输出的电压值根据其感测轴线方向上的磁场强度而变化。出于本公开的目的，传感器芯片的主表面被定义在XY平面中，并且竖直霍尔传感器对XY平面中的场(例如，在X方向、Y方向或它们之间的方向上)敏感。
另一方面，横向(平面)霍尔传感器被构造成霍尔元件在与传感器芯片的主表面相同的平面中。它感测垂直于其平面表面的磁场。这表示，它们对垂直于芯片的主表面或在芯片的主表面面外的磁场敏感。灵敏度平面在本文中可以称为“灵敏度轴线”或“感测轴线”，并且每个感测轴线具有参考方向。与竖直霍尔传感器元件类似，横向霍尔传感器元件输出的电压值根据其感测轴线方向上的磁场强度而变化。出于本公开的目的，传感器芯片的主表面被限定在XY平面中，并且横向霍尔传感器对沿着垂直于XY平面的Z方向对准的场敏感。
根据一个或多个实施例，多个磁场传感器和传感器电路装置可以都被容纳(即，集成)在同一芯片中。传感器电路可以称为信号处理电路和/或信号调节电路，该电路从一个或多个磁场传感器元件以原始测量数据的形式接收一个或多个信号(即，传感器信号)并且从传感器信号中导出表示磁场的测量信号。
在一些情况下，测量信号可以是差分测量信号，该差分测量信号是从由具有相同感测轴线的两个传感器元件(例如，对相同磁场分量敏感的两个传感器元件)使用微积分生成的传感器信号中导出的。差分测量信号为均匀的外部杂散磁场提供鲁棒性。
如本文中使用的，信号调节指的是操纵模拟信号使得该信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离、以及使传感器输出适合于在调节之后处理所需要的任何其他过程。
因此，传感器电路可以包括将来自一个或多个传感器元件的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)。传感器电路还可以包括对数字信号执行某种处理的DSP，这将在下面讨论。因此，也可以称为集成电路(IC)的芯片可以包括经由信号处理和/或调节来调节和放大一个或多个磁场传感器元件的较小信号的电路。
如本文中使用的，传感器设备可以指代包括如上所述的传感器和传感器电路的设备。传感器设备可以集成在单个半导体管芯(例如，硅管芯或芯片)上。因此，传感器和传感器电路设置在同一半导体管芯上。
图1A和图1B分别示出了根据一个或多个实施例的磁速度传感器100A和100B的平面图。特别地，磁速度传感器100A包括对面外磁场分量(即，沿着垂直于传感器芯片10的XY平面的Z方向对准的磁场)敏感的磁场传感器元件1。换言之，传感器元件1是对Bz磁场分量敏感的横向霍尔传感器元件。相比之下，磁速度传感器100B包括对面内磁场分量(例如，沿着平行于传感器芯片10的XY平面的X方向或Y方向对准的磁场)敏感的磁场传感器元件11。换言之，传感器元件11是对面内磁场分量(诸如Bx或By磁场分量)敏感的竖直霍尔传感器元件或xMR传感器元件。
转向图1A，传感器元件1包括传感器元件1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W和1NW，它们彼此等距地布置在圆12上。传感器元件1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W和1NW彼此等距地布置在圆12的圆周上。因此，传感器元件1围绕圆12的中央轴线13在空间上均匀分布，使得所有传感器元件1暴露于基本相同(由于3％的典型装配公差)或完全相同的磁场工作点。这里，传感器元件1N、1NE、1E、1S、1SE、1SW、1W和1NW被布置为彼此成22.5°。
传感器元件1还包括中央传感器元件1C，中央传感器元件1C布置在圆12的中心、以中央轴线13为中心、或靠近中央轴线13。当一般地提及磁速度传感器100A的传感器元件时，传感器元件1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W、1NW和1C可以统称为传感器元件1。传感器元件1的感测轴线在(平行于)z方向上对准，以用于感测Bz磁场分量。
传感器元件1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W和1NW还被分组为不同的互斥的差分对，这些传感器元件在整个圆12上彼此相对设置以形成差分对。因此，示出了四个差分对，包括：第一对传感器元件1N和1S、第二对传感器元件1E和1W、第三对传感器元件1NE和1SW、以及第四对传感器元件1NW和1SE。所提供的差分对越多，传感器的性能就越好。例如，更多的差分对表示更高的分辨率和更好的速度感测和旋转方向检测精度，这将在下面更详细地讨论。
虽然示出了四个差分对，但仅需要彼此垂直布置的两对。例如，两对可以包括第一对和第二对，因为延伸通过中央轴线13和第一对的线垂直于延伸通过中央轴线13和第二对的线。同样，两对可以包括第三对和第四对，因为延伸通过中央轴线13和第三对的线垂直于延伸通过中央轴线13和第四对的线。附加差分对可以添加到最少两对，以增强传感器的性能。
传感器芯片10可以是半导体衬底，该半导体衬底还包括用于处理由传感器元件1生成的传感器信号的附加电路装置。磁速度传感器100A还包括向传感器芯片供电的电源引脚V+和GND 10及其部件。
每个传感器元件1的传感器信号被提供给传感器电路20(未示出)，传感器电路20使用抵消均匀杂散场的差分计算来为每个差分对生成或计算速度测量信号。因此，每个速度测量信号都是根据两个传感器信号而计算的差分信号。例如，可以基于由每个传感器元件1输出的传感器信号计算以下速度测量信号：
Vspeed1＝V1W-V1E(1)，
Vspeed2＝V1N-V1S(2)，
Vspeed3＝V1SW-V1NE(3)，以及
Vspeed4＝V1NW-V1SE(4)。
每个电压值V1N、V1NE、V1E、V1SE、V1S、V1SW、V1W和V1NW表示来自相应传感器元件1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W和1NW的传感器信号。如果使用xMR传感器，传感器信号可以以类似方式表示为电阻值。
传感器电路20还被配置为实时分析每个速度测量信号(Vspeed1、Vspeed2、Vspeed3和Vspeed4)的幅值，并且确定哪个速度测量信号具有最大幅值(或幅度，而与符号无关)。在任何给定时刻，传感器电路20选择幅值最大的速度测量信号以用作所选择的速度测量信号以用于生成输出信号。其他未选择的速度测量信号不用于生成输出信号，并且在这个意义上，被传感器电路20忽略。
任何时候一个速度测量信号变成幅值最大的信号，该速度测量信号被选择用于输出。这表示，传感器电路20通过将每个速度测量信号彼此比较来连续监测每个速度测量信号的幅值，并且可以在速度测量信号变成最大幅值信号时在速度测量信号之间动态切换。如果两个速度测量信号的幅值相等，则传感器电路20选择两个速度测量信号中的一个。传感器电路20可以使用多个通道和多路复用器来选择性地输出所选择的速度测量信号。
速度测量信号中的每个的幅值可以基于扭转取向并且具体地基于传感器100A相对于参考方向或参考轴线围绕中央轴线13的扭转旋转而改变。例如，目标轮在切点处的切线可以平行于传感器平面的一个轴(例如，x轴)。切点是在传感器芯片10与目标轮之间具有最小距离(最小气隙)的点。沿着这个参考轴，在感测方向上的感测磁场将具有最大峰峰值变化，并且因此随着目标轮的旋转具有最大幅值。因此，沿着参考轴最紧密对准的差分对将提供要用于生成输出信号的最佳速度测量信号。
速度测量信号表示目标物体的旋转速度，诸如由交替的北极和南极制成的齿轮或磁极轮。中央传感器元件1C也可以生成用作方向信号的传感器信号Sdir。相对于速度测量信号的方向信号表示目标物体的运动的旋转方向(例如，顺时针或逆时针旋转)。特别地，方向信号具有相对于速度测量信号的相移，并且相移的符号(即，正相移或负相移)指示目标物体的旋转方向。
特别地，相移可以是正或负90度，但不一定限于此。方向信号可以是具有相同振荡频率的速度测量信号的相移副本，尽管其幅度较小，因为它是由单单元传感器元件生成的。因此，可以想象，通过放大和信号处理，速度信号可以用作方向信号，反之亦然。
传感器电路20可以被配置为每当所选择的速度测量信号在上升转变、下降转变或这两者上跨越一个或多个开关阈值时评估所选择的速度测量信号与对应方向信号之间的相移。切换阈值的跨越被视为触发评估的采样时间。换言之，周期性地进行评估以确定目标物体的旋转方向。
备选地，传感器电路20可以对来自两个正交差分对的差分信号使用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法以确定目标轮的旋转方向。与所选择的速度测量信号相对应的两个正交差分对中的一个将由传感器电路20选择，并且另一差分对将是与其正交的对。
因此，传感器电路20可以评估所选择的速度测量信号以及由传感器元件1C生成的方向信号以确定目标物体的旋转方向。
取决于哪个速度测量信号被确定为幅值最大的信号，传感器电路20还可以确定传感器100A围绕中央轴线13的扭转取向并且特别是其扭转旋转。这个以度为单位的旋转值也可以称为传感器100A的扭转旋转。
例如，传感器电路20还可以使用被确定为最大幅值信号的速度测量信号(即，所选择的速度测量信号)来确定传感器100A相对于零度参考位置的扭转旋转。例如，传感器元件的每个差分对可以具有映射到相应扭转旋转角的位置。生成最大幅值的差分信号(速度测量信号)的差分对与参考轴(例如，x轴)最紧密地对准(如果不是完全对准的话)并且指示传感器100B的扭转旋转角。如果两个速度测量信号幅值相等，则传感器电路20还可以基于哪两个速度测量信号幅值及其符号(正或负)相等来确定扭转旋转角。
例如，图2示出了提供根据一个或多个实施例的传感器电路20使用的扭转方向和角度算法概要的表格。在图2所示的表中，灰色单元是指代“主要”差分对(即，幅值最大的感测元件对)的单元。对于存在两个主要差分对(即，具有相同最大幅值的感测元件对)的情况，也示出了扭转角分配。扭转方向也被指定为正扭转方向被指定用于从270到90度的扭转角并且负扭转方向被指定用于从90到270度的扭转角。
此外，最大幅值的速度测量信号的特定值可以映射到模拟或离散的扭转角值。因此，每个速度测量信号可以覆盖传感器电路20可以辨别的扭转角值的范围。
通过确定扭转角，传感器100A可以用作角度传感器。
转向图1B，传感器元件11包括传感器元件11N、11NE、11E、11SE、11S、11SW、11W和11NW，它们彼此等距地布置在圆12上。传感器元件11N、11NE、11E、11SE、11S、11SW、11W和11NW彼此等距地布置在圆12的圆周上。因此，传感器元件11围绕圆12的中央轴线13在空间上均匀分布，使得所有传感器元件11暴露于基本相同(由于3％的典型装配公差)或完全相同的磁场工作点。这里，传感器元件11N、11NE、11E、11S、11SE、11SW、11W和11NW被布置为彼此成22.5°。
传感器元件11还包括传感器元件11Cx和11Cy，传感器元件11Cx和11Cy布置在圆12的中心或靠近圆12的中心。当一般地提及磁速度传感器100B的传感器元件时，传感器元件11N、11NE、11E、11SE、11S、11SW、11W、11NW、11Cx和11Cy可以统称为传感器元件11。
传感器元件11各自具有用于速度传感器的感测轴线，该感测轴线与面内磁场分量Bx或By中的一个对准。每个传感器元件11上的箭头表示传感器元件11的感测方向。传感器元件11N、11S、11NE、11SW和11Cy的感测方向相同。传感器元件11E、11W、11NW、11SE和11Cx的感测方向相同。特别地，根据该示例，相对设置的传感器元件11E和11W可以具有沿着x方向的感测轴线，该感测轴线被配置为感测面内磁场分量Bx(即，对x平面中的磁场敏感)。类似地，相对设置的传感器元件11N和11S可以具有沿着y方向的感测轴线，该感测轴线被配置为感测面内磁场分量By(即，对y平面中的磁场敏感)。
如果传感器元件11是xMR传感器，则每个传感器元件11具有参考层，该参考层的参考方向限定其感测轴线(即，其感测方向)。因此，如果磁场指向与参考方向完全相同的方向，则xMR传感器元件的电阻最大，而如果磁场指向与参考方向正好相对的方向，则xMR传感器元件的电阻最小。
传感器元件11N、11NE、11E、11SE、11S、11SW、11W和11NW还被分组为不同的互斥的差分对，这些传感器元件在整个圆12上彼此相对设置以形成差分对。因此，示出了四个差分对，包括：第一对传感器元件11N和11S、第二对传感器元件11E和11W、第三对传感器元件11NE和11SW、以及第四对传感器元件11NW和11SE。所提供的差分对越多，传感器的性能就越好。例如，更多的差分对表示更高的分辨率和更好的旋转方向检测精度，这将在下面更详细地讨论。
虽然示出了四个差分对，但仅需要两对。这两对可以彼此垂直布置。例如，两对可以包括第一对和第二对，因为延伸通过中央轴线13和第一对的线垂直于延伸通过中央轴线13和第二对的线。同样，两对可以包括第三对和第四对，因为延伸通过中央轴线13和第三对的线垂直于延伸通过中央轴线13和第四对的线。
每个传感器元件11的传感器信号被提供给传感器电路20(未示出)，该传感器电路20使用抵消x和y方向的均匀杂散场的差分计算来为每个差分对生成或计算速度测量信号，并且面外磁场分量不影响输出信号(即，传感器输出)。因此，每个速度测量信号是根据两个传感器信号而计算的差分信号。例如，可以基于由每个传感器元件11输出的xMR传感器信号计算以下速度测量信号：
Rspeed1＝R11W-R11E(5)，
Rspeed2＝R11N-R11S(6)，
Rspeed3＝R11SW-R11NE(7)，以及
Rspeed4＝R11NW-R11SE(8)。
每个电阻值R11N、R11NE、R11E、R11SE、R11S、R11SW、R11W和R11NW分别表示来自相应传感器元件11N、11NE、11E、11SE、11S、11SW、11W和11NW的传感器信号。备选地，每个差分对可以与两个已知电阻器一起布置在单独的桥式电路中。每个桥式电路的输出是差分电压值，该差分电压值可以用作相应速度测量信号Vspeed1、Vspeed2、Vspeed3或Vspeed4。
如果霍尔传感器元件用作传感器元件11，则等式1-4可以用于计算速度测量信号。
传感器电路20还被配置为实时分析每个速度测量信号(Rspeed1、Rspeed2、Rspeed3和Rspeed4或Vspeed1、Vspeed2、Vspeed3和Vspeed4)的幅值，并且确定哪个速度测量信号具有最大幅值(或幅度，而与符号无关)。在任何给定时刻，传感器电路20选择幅值最大的速度测量信号以用作所选择的速度测量信号以用于生成输出信号。其他未选择的速度测量信号不用于生成输出信号，并且在这个意义上，被传感器电路20忽略。
任何时候一个速度测量信号变成幅值最大的信号，该速度测量信号被选择用于输出。这表示，传感器电路20通过将每个速度测量信号彼此比较来连续监测每个速度测量信号的幅值，并且可以在速度测量信号变成最大幅值信号时在速度测量信号之间动态切换。如果两个速度测量信号的幅值相等，则传感器电路20选择两个速度测量信号中的一个。传感器电路20可以使用多个通道和多路复用器来选择性地输出所选择的速度测量信号。
速度测量信号中的每个的幅值可以基于扭转取向并且具体地基于传感器100B相对于参考方向或参考轴线围绕中央轴线13的扭转旋转而改变。例如，目标轮在切点处的切线可以平行于传感器平面的一个轴(例如，x轴)。切点是在传感器芯片10与目标轮之间具有最小距离(最小气隙)的点。沿着这个参考轴，在感测方向上的感测磁场将具有最大峰峰值变化，并且因此随着目标轮的旋转具有最大幅值。因此，沿着参考轴最紧密对准的差分对将提供要用于生成输出信号的最佳速度测量信号。
速度测量信号表示目标物体的旋转速度，诸如由交替的北极和南极制成的齿轮或磁极轮。中央传感器元件11Cx和11Cy还可以生成用作方向信号的传感器信号Sdir。相对于速度测量信号的方向信号表示目标物体的运动的旋转方向(例如，顺时针或逆时针旋转)。方向信号相对于速度测量信号具有相移，并且相移的符号(即，正相移或负相移)指示目标物体的旋转方向。
特别地，相移可以是正或负90度，但不一定限于此。方向信号可以是速度测量信号的相移副本，尽管其幅度较小，因为它是由单单元传感器元件生成的。这样，基于哪个差分对被选择用于速度测量信号的输出，从中央传感器元件11Cx和11Cy的传感器输出中选择方向信号Sdir。如果感测Bx磁场分量的差分对被选择为幅值最大的信号，则中央传感器元件11Cx的输出被传感器电路20选择为有用方向信号。相比之下，如果感测By磁场分量的差分对被选择为幅值最大的信号，则中央传感器元件11Cy的输出被传感器电路20选择为有用方向信号。这确保了方向信号是所选择的速度测量信号的相移副本。
传感器电路20可以评估所选择的速度测量信号连同所选择的方向信号以确定目标物体的旋转方向，如上文类似地描述的。
取决于哪个速度测量信号被确定为幅值最大的信号，传感器电路20还可以确定传感器100A围绕中央轴线13的扭转取向并且特别是其扭转旋转。这个以度为单位的旋转值也可以称为传感器100B的扭转旋转。
例如，传感器电路20还使用被确定为最大幅值信号的速度测量信号(即，所选择的速度测量信号)来确定传感器100B相对于零度参考位置的扭转旋转。例如，传感器元件的每个差分对可以具有映射到相应扭转旋转角的位置。生成最大幅值的差分信号(速度测量信号)的差分对与参考轴(例如，x轴)最紧密地对准(如果不是完全对准的话)并且指示传感器100B的扭转旋转角。如果两个速度测量信号幅值相等，则传感器电路20还可以基于哪两个速度测量信号幅值及其符号(正或负)相等来确定扭转旋转角。
例如，图2示出了提供扭转方向和角度算法概要的表格。在图2所示的表中，灰色单元是指代“主要”差分对(即，幅值最大的感测元件对)的单元。对于存在两个主要差分对(即，具有相同最大幅值的感测元件对)的情况，也示出了扭转角分配。扭转方向也被指定为正扭转方向被指定用于从270到90度的扭转角并且负扭转方向被指定用于从90到270度的扭转角。
此外，最大幅值的速度测量信号的特定值可以映射到模拟或离散的扭转角值。因此，每个速度测量信号可以覆盖传感器电路20可以辨别的扭转角值的范围。
通过确定扭转角，传感器100B可以用作角度传感器。
图3示出了根据一个或多个实施例的磁速度传感器100A的各种扭转角取向。类似的扭转角取向和结果同样适用于磁速度传感器100B。这里，x轴是参考轴(方向)，并且0°处的磁速度传感器对应于参考位置。为简单起见，仅标记了主要的传感器元件对。当差分对与参考轴对准(或最接近对准)时，差分对是主要对。
当传感器元件1E和1W是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为正时，确定扭转角为0°。相比之下，当传感器元件1E和1W是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为负时，确定扭转角为180°。
当传感器元件1NE和1SW是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为正时，确定扭转角为45°。相比之下，当传感器元件1NE和1SW是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为负时，确定扭转角为225°。
当传感器元件1N和1S是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为负时，确定扭转角为90°。相比之下，当传感器元件1N和1S是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为正时，确定扭转角为270°。
当传感器元件1NW和1SE是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为负时，确定扭转角为135°。相比之下，当传感器元件1NW和1SE是主要差分对(即，幅值最大的感测元件对)并且它们的速度测量信号为正时，确定扭转角为315°。
附加扭转角可以从图2所示的表格中收集。
图4示出了根据一个或多个实施例的传感器系统200的截面图。特别地，图4示出了传感器系统200，传感器系统200包括磁化编码器轮(即，磁极轮)61，其作为由交替的北极部分62和南极部分63组成的目标物体。目标物体也可以是齿轮。因此，北极部分62和南极部分63表示齿和槽轮的齿和槽口。这里，磁速度传感器100B被示出为传感器芯片10位于背偏置磁体15上并且与轮61具有气隙。背偏置磁体14是轴向极化的背偏置磁体，诸如圆柱体或丸状体，该背偏置磁体在传感器平面中产生径向对称偏置磁场，其中径向对称偏置磁场在轴向极化的背偏置磁体的中央轴线13处为零并且在传感器平面中从中央轴线13沿着径向方向增加。
传感器元件11对受轮61的北极部分62和南极部分63影响的背偏置磁体15的径向磁场敏感。此外，示出了磁速度传感器100B的传感器电路20。传感器电路20通过检测交变磁场的变化来生成与轮61的旋转速度和轮61的旋转方向相对应的传感器输出。传感器电路20还可以输出表示传感器芯片10相对于参考轴或参考方向的扭转角的扭转角信号。
传感器电路20可以将传感器输出信号传输到外部处理器或控制器单元，诸如用于速度计算和确定的ECU，外部处理器或控制器单元进而可以向用户或其他处理或输出部件(诸如显示器)提供速度测量。
图5示出了根据一个或多个实施例的传感器模块70。特别地，图5示出了磁速度传感器100A，磁速度传感器100A包括横向霍尔传感器元件1和能够实现对目标轮(例如，齿轮或磁化编码器轮)的扭转不敏感和杂散场鲁棒感测的磁性背偏置电路74。
传感器模块70包括具有从其延伸的引线框架72的传感器芯片71、位于传感器芯片10的背面并且在(面内)x方向上磁化的背偏置磁体74、第一磁磁通引导件76a和第二磁通引导件76b。
传感器芯片10包括传感器元件(例如，霍尔板)1N、1NE、1E、1SE、1S、1SW、1W、1NW和1C，它们的灵敏度轴线平行于z轴对准，z轴是传感器芯片10的面外分量并且对磁场分量Bz(即，z平面中的磁场)敏感。这里，传感器芯片10的背面是指距离目标轮最远的一侧，传感器芯片10的正面在z方向上朝向目标轮。
背偏置磁体74平行于传感器芯片71的面内部件在x方向上被磁化。背偏置磁体74可以是例如放置在第一磁通量引导件76a与第二磁通量引导件76b之间并且耦合到传感器芯片71的背面的块状或圆柱状磁体。
第一磁通量引导件76a和第二磁通量引导件76b位于磁体74的相对磁极处并且由能够重定向由磁体74产生的磁场的材料(例如，铁)制成。具体地，图6示出了传感器模块70的平面图，示出了在传感器模块70周围的环境中耦合在环路77中的磁场模式。随着磁体74在x方向上被磁化，B磁场(磁通线)在点77a处在x方向上开始，B磁场的一部分在点77b和77c处由第二磁通引导件76b重定向，使得B磁场被引导与x方向反平行地在点77d处穿过传感器封装71的(面内)x平面，并且B磁场的一部分在点77e和77f处由第一磁通量引导件76a再次重定向，使得B磁场再次指向x方向。
在没有铁质目标轮的情况下(或在槽口之前)，B磁场将从第二磁通量引导件76b退出并且再次直接耦合到第一磁通量引导件76a中。因此，在传感器位置(即，在传感器元件1处)存在强负Bx场并且几乎没有Bz或By场。因此，Bz敏感霍尔板暴露于低Bz场，并且偏移很小。
相比之下，在轮存在的情况下(或在齿的前面)，磁场将在z方向上被拉向目标轮。例如，传感器元件1W和传感器元件1E上的Bz场由于Bz场强度的增加而以相反符号增加。
图7是根据一个或多个实施例的包括磁速度传感器的传感器系统300的示意性框图。传感器系统300包括磁速度传感器100A或100B，其由传感器芯片10表示。
传感器芯片10被配置为生成至少两个输出信号OUT1和OUT2，第三输出信号OUT3是可选的。微控制器30被配置为接收输出信号OUT1、OUT2和OUT3用于附加的分析和/或处理。
第一输出信号OUT1可以是所选择的速度测量信号，并且第二输出信号OUT2可以是方向信号或表示其的信号。此外，第三输出信号OUT3可以是基于传感器芯片10的扭转取向来提供传感器芯片10的扭转角的扭转角信号。
磁性芯片10包括传感器元件1或11，如在图1A和图1B中描述的。传感器元件感测磁场强度的变化，磁场强度随着由旋转目标物体调制的正弦波形(即，随着信号调制)而变化(振荡)。正弦波形具有与旋转目标物体(诸如轮或驱动轴)的旋转速度相对应的频率。
传感器芯片10包括传感器电路20，传感器电路20包括传感器处理电路21，传感器处理电路21被配置为从传感器元件接收模拟传感器信号并且对其执行信号处理和/或调节。模拟传感器信号可以从每个传感器元件个体地接收，或者可以从每个差分对生成以作为速度测量信号和方向信号。如果传感器元件1、11以差分配置耦合，诸如桥式电路，则传感器处理电路21包括对应的差分电路装置。如果模拟传感器信号来自个体传感器元件，则传感器处理电路21还可以通过对其应用微积分来生成速度测量信号。传感器处理电路21还可以包括将模拟传感器信号转换成数字传感器信号的模数转换器(ADC)。
处理后的传感器信号从传感器处理电路21输出并且提供给速度和方向处理电路22。在该示例中，速度和方向处理电路22从传感器元件的每个差分对接收速度测量信号，并且从中央传感器元件接收任何方向信号。速度和方向处理电路22评估每个速度测量信号的幅值(例如，经由比较)，确定哪个速度测量信号是幅值最大的信号，并且选择幅值最大的速度测量信号用作有用速度信号。在磁速度传感器100B的情况下，速度和方向处理电路22还选择来自传感器元件11Cx和11Cy的传感器信号中的一个作为有用方向信号。有用方向信号是与所选择的速度测量信号相对应的相同磁场分量(例如，Bx或By)的测量。如果传感器信号还没有被转换成数字，则速度和方向处理电路22可以包括将所选择的(有用的)信号转换成数字信号的ADC。
速度和方向处理电路22还可以基于上述算法确定传感器芯片10的扭转角。
输出发生器23分析所选择的速度测量信号和对应的方向信号，并且生成脉冲输出信号OUT1和OUT2。具体地，输出发生器23可以包括电流调制器，也称为协议发生器，电流调制器接收所选择的速度测量信号和对应方向信号，并且根据例如由比较器构建的编程电流交换协议或规则集来生成脉冲输出信号OUT1和OUT2作为输出电流。输出电流可以在两个电流值之间以生成电流脉冲。当所选择的速度测量信号在上升转变、下降转变或这两者时跨越一个或多个切换阈值时，电流脉冲被触发，电流脉冲的频率与目标物体的速度直接相关。脉冲输出信号OUT2具有与脉冲输出信号OUT1相同的频率。然而，脉冲输出信号OUT2的脉冲与脉冲输出信号OUT1的脉冲同相(即，具有零相移)或者与脉冲输出信号OUT1的脉冲完全异相(即，具有180°相移)，具体取决于目标物体的移动(例如，旋转)方向。例如，对于旋转的目标物体，在目标物体沿着第一方向(例如，逆时针)旋转的情况下，OUT1和OUT2信号的脉冲边缘可以对准并且彼此同相。相比之下，在目标物体沿着第二方向(例如，顺时针)旋转的情况下，OUT1和OUT2信号的脉冲边缘可以对准并且彼此异相。输出发生器23可以基于所选择的速度测量信号与方向信号之间的90°相移是正还是负来确定方向。
输出发生器23还可以接收和输出扭转角作为输出信号OUT3(模拟的或数字的)。
因此，上述实施例提供了具有旋转方向检测和可选的扭转角确定的差速传感器100A和100B的扭转不敏感安装。
虽然在检测轮或凸轮轴速度的上下文中描述了上述实施例，但传感器可以用于检测任何旋转构件或物体的旋转速度，该旋转构件或物体在其旋转时在磁场中产生正弦变化并且可以由传感器感测，包括曲轴和变速器速度感测。例如，铁轮和背偏置磁体的组合可以用于生成随时间变化的磁场。
此外，虽然已经描述了各种实施例，但是对于本领域普通技术人员来说很清楚的是，在本发明的范围内可以有更多的实施例和实现。因此，本发明不受限制，除非根据所附权利要求及其等同物。关于由上述部件或结构(部件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于(除非以其他方式指示)执行所描述的部件的指定功能(即，在功能上等同)的任何部件或结构，即使在结构上不等同于执行本文中说明的本发明的示例性实现中的功能的所公开的结构。
此外，以下权利要求在此并入详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的示例实施例独立存在。虽然每个权利要求都可以作为单独的示例实施例独立存在，但要注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。这样的组合在本文中提出，除非声明不打算使用特定组合。此外，旨在将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不直接依赖于独立权利要求。
还应当注意，在说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个的装置的设备来实现。
此外，应当理解，说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开可以不被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制为特定顺序，除非这样的动作或功能由于技术原因而不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分成多个子动作。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在内，并且是该单一动作的公开的一部分。

Claims (20)

1.一种被配置为检测物体的旋转的磁传感器，包括：
多个传感器元件，布置在所述磁传感器的传感器平面中，其中所述多个传感器元件被配置为响应于感测到由所述物体的所述旋转调制的振荡磁场而生成多个传感器信号，其中每个传感器信号是由所述多个传感器元件中的一个传感器元件生成的，
其中所述多个传感器元件被布置在圆的圆周上，
其中所述多个传感器元件被分组为多对传感器元件，其中每对传感器元件包括相对地设置在所述圆的所述圆周上的两个传感器元件；以及
传感器电路，被配置为基于所选择的差分测量信号生成第一脉冲输出信号，所选择的差分测量信号指示所述物体的旋转速度，
其中所述传感器电路被配置为使用所述多个传感器信号生成多个差分测量信号，所述多对传感器元件中的每对传感器元件均对应一个差分测量信号，
其中所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号是从由对应的一对传感器元件生成的传感器信号中导出的，以及
其中所述传感器电路被配置为从所述多个差分测量信号中选择幅值最大的差分测量信号作为所选择的差分测量信号。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述传感器电路被配置为通过将所述幅值彼此比较并且从所述多个差分测量信号中动态地选择幅值最大的所述差分测量信号作为所选择的差分测量信号来连续监测所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号的所述幅值。
3.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述多个传感器元件围绕所述圆的中心以等距角布置在所述圆的所述圆周上。
4.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述传感器电路被配置为针对输出信号生成不考虑所述差分测量信号的未被选择为所选择的差分测量信号的剩余部分。
5.根据权利要求1所述的磁传感器，还包括：
中央传感器元件，布置在所述传感器平面中的所述圆的中央区域中，所述中央传感器元件被配置为响应于感测到所述振荡磁场而生成中央传感器信号，
其中所述传感器电路被配置为使用所述中央传感器信号生成相移测量信号，并且还基于所述相移测量信号和所选择的差分测量信号生成第二脉冲输出信号。
6.根据权利要求5所述的磁传感器，其中相对于所述第一脉冲输出信号的相位的所述第二脉冲输出信号的相位指示所述物体的旋转方向。
7.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述多个传感器元件具有与所述传感器平面正交地延伸的感测轴线并且对所述振荡磁场的面外磁场分量敏感。
8.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述多对传感器元件包括：
至少一个第一对传感器元件，对沿着所述传感器平面的第一面内方向对准的所述振荡磁场的第一面内磁场分量敏感，以及
至少一个第二对传感器元件，对沿着所述传感器平面的第二面内方向对准的所述振荡磁场的第二面内磁场分量敏感。
9.根据权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一面内方向与所述第二面内方向正交。
10.根据权利要求8所述的磁传感器，还包括：
第一中央传感器元件，布置在所述传感器平面中的所述圆的中央区域中并且对所述振荡磁场的所述第一面内磁场分量敏感，其中所述第一中央传感器元件被配置为响应于感测到所述振荡磁场的所述第一面内磁场分量而生成第一中央传感器信号；以及
第二中央传感器元件，布置在所述传感器平面中的所述圆的所述中央区域中并且对所述振荡磁场的所述第二面内磁场分量敏感，其中所述第二中央传感器元件被配置为响应于感测到所述振荡磁场的所述第二面内磁场分量而生成第二中央传感器信号，
其中所述传感器电路被配置为基于所选择的差分测量信号选择所述第一中央传感器信号或所述第二中央传感器信号以用作相移测量信号，并且还基于所述相移测量信号和所选择的差分测量信号生成第二脉冲输出信号。
11.根据权利要求10所述的磁传感器，其中相对于所述第一脉冲输出信号的相位的所述第二脉冲输出信号的相位指示所述物体的旋转方向。
12.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述圆具有中央轴线，所述磁传感器围绕所述中央轴线扭转以到达相对于参考方向具有不同扭转角的不同扭转取向。
13.根据权利要求12所述的磁传感器，其中所述传感器电路被配置为基于所选择的差分测量信号确定所述磁传感器相对于所述参考方向的扭转角。
14.根据权利要求13所述的磁传感器，其中所述传感器电路被配置为生成表示所确定的扭转角的扭转角输出信号。
15.根据权利要求12所述的磁传感器，其中所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号的所述幅值基于所述磁传感器的所述扭转角而改变。
16.一种通过磁传感器测量旋转物体的旋转的方法，所述磁传感器包括多个传感器元件，所述多个传感器元件布置在所述磁传感器的传感器平面中的圆的圆周上并且被分组为多对传感器元件，其中每对传感器元件包括相对地设置在所述圆的所述圆周上的两个传感器元件，所述方法包括：
响应于感测到由所述旋转物体的所述旋转调制的振荡磁场，由所述多个传感器元件生成多个传感器信号，其中每个传感器信号是由所述多个传感器元件中的一个传感器元件生成的；
基于指示所述旋转物体的旋转速度的所选择的差分测量信号生成第一脉冲输出信号；
使用所述多个传感器信号生成多个差分测量信号，所述多对传感器元件中的每对传感器元件均对应于一个差分测量信号，其中所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号是从由对应的一对传感器元件生成的传感器信号中导出的；以及
从所述多个差分测量信号中选择幅值最大的差分测量信号作为所选择的差分测量信号。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
通过将所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号的所述幅值彼此比较来连续监测所述幅值；以及
随着所述幅值变化，从所述多个差分测量信号中动态地选择幅值最大的所述差分测量信号作为所选择的差分测量信号。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
响应于感测到所述振荡磁场，由布置在所述传感器平面中的所述圆的中央区域中的中央传感器元件生成中央传感器信号；
使用所述中央传感器信号生成相移测量信号；以及
基于所述相移测量信号和所选择的差分测量信号生成第二脉冲输出信号。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述圆具有中央轴线，所述磁传感器围绕所述中央轴线扭转以到达相对于参考方向具有不同扭转角的不同扭转取向，所述方法还包括：
基于所选择的差分测量信号确定所述磁传感器相对于所述参考方向的扭转角。
20.根据权利要求16所述的方法，其中：
所述圆具有中央轴线，所述磁传感器围绕所述中央轴线扭转以到达相对于参考方向具有不同扭转角的不同扭转取向，以及
所述多个差分测量信号中的每个差分测量信号的幅值基于所述磁传感器的所述扭转角而改变。
CN202210166625.XA 2021-02-24 2022-02-23 具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器 Pending CN114966088A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/183,763 US11796557B2 (en) 2021-02-24 2021-02-24 Twist insensitive mounting differential speed sensor with direction detection
US17/183,763 2021-02-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114966088A true CN114966088A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82702309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210166625.XA Pending CN114966088A (zh) 2021-02-24 2022-02-23 具有方向检测的扭转不灵敏安装差速传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11796557B2 (zh)
CN (1) CN114966088A (zh)
DE (1) DE102022201890A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019132356A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Tdk Electronics Ag Zweikanaliger Detektor
US11493527B2 (en) * 2020-10-21 2022-11-08 Infineon Technologies Ag Zero-gauss-magnet for differential, twist-insensitive magnetic speed sensors
KR102670369B1 (ko) * 2021-09-27 2024-05-30 현대모비스 주식회사 차량용 휠스피드센서

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10466071B2 (en) * 2014-08-06 2019-11-05 Infineon Technologies Ag True-phase two-dimensional magnetic field sensor
US9933448B1 (en) 2017-01-11 2018-04-03 Infineon Technologies Ag Stray-field robust, twist-insensitive magnetic speed sensors
DE102017121467A1 (de) * 2017-09-15 2019-03-21 Infineon Technologies Ag Magnetsensorbauelement und verfahren zum bestimmen einer rotationsgeschwindigkeit, einer rotationsrichtung und/oder eines rotationswinkels einer magnetischen komponente um eine rotationsachse

Also Published As

Publication number Publication date
US11796557B2 (en) 2023-10-24
DE102022201890A1 (de) 2022-08-25
US20220268803A1 (en) 2022-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109141482B (zh) 杂散场鲁棒磁位置传感器装置
CN108303562B (zh) 退磁场鲁棒、扭转敏感的磁速传感器
CN110231494B (zh) 具有分布式惠斯通桥的磁性速度传感器
US11796557B2 (en) Twist insensitive mounting differential speed sensor with direction detection
CN109212439B (zh) 磁场传感器
US11525874B2 (en) Magnetic sensor with an asymmetric Wheatstone bridge
US11215681B2 (en) Magnetic field sensor with stray field immunity and large air gap performance
US11137456B2 (en) Frequency increasing sensor protocol in magnetic sensing
US10837753B2 (en) Magnetic field sensor using MR elements for detecting flux line divergence
CN114384267A (zh) 用于差分扭曲不敏感磁速度传感器的零高斯磁体
US7019607B2 (en) Precision non-contact digital switch
US10852365B2 (en) Stray field suppression in magnetic sensor Wheatstone bridges
US12013235B2 (en) Absolute position measurement using single magnet strip
US11965909B2 (en) Front bias magnetic speed sensor with true-power-on capability
Slatter Low power miniaturized tunnel magnetoresistive (TMR) sensors for Industry 4.0 applications
US20240230796A9 (en) Dual current magnetic field sensor
US11824478B2 (en) Two output pin protocol for speed, direction, and diagnosis
JP2003075195A (ja) パルスエンコーダ

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