CN115494434A - 具有误差检测的磁传感器设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了具有误差检测的磁传感器设备、系统和方法。使用至少两个磁感测元件(包括第一磁传感器元件和第二磁传感器元件)进行磁感测的方法(1000)，该方法包括：a)在第一配置中测量从两个传感器获得的第一信号和第二信号的组合；b)在第二配置中测量仅从所述第一传感器获得的单独信号；c)测试组合信号和单独信号的一致性，或测试由此导出的信号的一致性，以检测误差。被配置用于执行该方法的传感器设备。传感器系统，该传感器系统包括此传感器设备和可选地连接到此传感器设备的第二处理器。

Description

具有误差检测的磁传感器设备、系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及磁传感器设备、系统和方法的领域，且更具体地涉及具有误差检测能力的磁传感器设备、系统和方法。

背景技术

本领域中已知磁传感器，例如电流传感器、接近度传感器、位置传感器等。它们基于在一个或多个传感器位置测量磁场特性。取决于应用，(多个)测量的磁场特性可用于扣除另一个量，诸如，例如电流强度、所谓目标的接近度、传感器设备与磁体的相对位置等。

存在磁传感器设备、系统和方法的许多变体，以解决以下需求的一个或多个：使用简单或便宜的磁结构、使用简单或便宜的传感器设备、能够在相对大范围上进行测量、能够以高精度进行测量、仅需简单的算术、能够以高速进行测量、对定位误差是高度稳健的、对外部干扰场是高度稳健的、提供冗余、能够检测误差、能够检测并纠正误差、具有良好的信噪比(SNR)等。经常，这些需求中的两个或多个彼此冲突，因此需要进行权衡。

磁传感器通常用于机器人和汽车应用中，在这些应用中，故障检测对于机器和使用它们的人的安全而言是重要的。

已知具有误差检测能力的磁传感器设备，但它们通常涉及复制硬件，这就较不紧凑并且更昂贵。

总是存在改进或替代的余地。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供磁传感器方法、设备和系统，该磁传感器方法、设备和系统能够测量磁场，并且能够检测误差(例如，与有缺陷的传感器元件或有缺陷的换能器有关的误差，或它们的有缺陷的偏置，或它们的有缺陷的读出)。

本发明的实施例的目的是提供磁传感器方法、设备和系统，该磁传感器方法、设备和系统能够以改进的精度测量磁场，例如以改进的信噪比(与一些现有技术相比)。

本发明的实施例的目的是提供磁传感器方法、设备和系统，该磁传感器方法、设备和系统能够以相对简单的方式和/或仅通过添加极小的硬件来检测误差。

本发明的实施例的目的是提供磁传感器方法、设备和系统，该磁传感器方法、设备和系统能够以改进的性能(例如，只需要两个而不是三个数据采集步骤)测量磁场并检测误差。

本发明的实施例的目的是提供磁传感器设备，该磁传感器设备提供准确的测量数据和有效性值(或误差指示)。在这种情况下，不需要在传感器设备外部执行一致性测试，尽管可能。

本发明的实施例的目的是提供磁传感器设备，该磁传感器设备提供准确的测量数据，并且还输出辅助数据，以允许在传感器设备的外部(例如在ECU 中)执行误差检测。

本发明的特定实施例的目的是提供确定传感器设备相对于磁体或磁结构的位置的方法，并提供指示误差的附加信息，和/或提供允许连接到传感器设备的另一处理器检测误差的附加信息。本发明的实施例的目的还有提供被配置用于执行该方法的传感器设备和系统。

本发明的实施例的特定目的是提供此类系统、设备和方法，其中以对外部干扰场(也称为“杂散场”)高度不敏感的方式确定位置。

这些和其他目标通过本发明的实施例实现。

根据第一方面，本发明提供了使用集成电路以可靠方式测量至少一个磁量的方法，该集成电路包括：N个磁传感器元件的第一集合，N为至少一个；N 个磁传感器元件的第二集合；可配置互连电路，该可配置互连电路被适配成用于选择性地将第二集合的元件连接到第一集合的相关联的元件或从第一集合的相关联的元件断开；以及处理电路，该处理电路用于配置互连电路；该方法包括以下步骤：a)在第一模式中配置互连电路，其中，第一集合的每个元件连接到第二集合的相关联的(或对应的)元件(例如并联或串联)，以生成N个组合的信号，并且测量这些N个组合信号；b)在第二模式中配置互连电路，其中，第一集合的每个元件与第二集合的相关联的元件断开，并且测量来自第一集合的N个磁传感器元件的N个单独信号；c)对组合信号和单独信号执行一致性测试，和/或对从组合信号导出的第一信号和从单独信号导出的第二信号执行一致性测试；以及提供一致性测试的结果作为有效性信号；以及输出从由上述组合信号、单独信号、上述第一信号和上述第二信号组成的组中选择的至少一个信号；或者输出组合信号中的至少一个和/或从组合信号导出的第一信号中的一个，并且输出单独信号中的至少一个和/或从单独信号导出的第二信号中的一个，以允许外部处理器(ECU)执行一致性检查。

该方法可由包括至少两个磁感测元件的磁传感器设备(例如，如图3D的框图所示的)来执行。

发明人出乎意料地发现，可以通过以下方式来检测第一磁传感器元件或第二磁传感器元件的误差：对组合信号(例如，线性组合信号或求和信号或平均信号或加权平均信号)和单独信号中的仅一个单独信号(例如，或者从第一磁传感器元件获得的信号，或者从第二磁传感器元件获得的信号)进行一致性检查。这是本发明的基本原理中的一个原理。反直觉的是，能够不用将第二传感器元件提供的信号v2与其他进行比较而检测到例如第二传感器元件的误差。

注意，从中导出的(多个)单独信号或(多个)第二信号可能(并且通常确实)不如从中导出的(多个)组合信号或(多个)第一信号准确，但发现它们通常足够好，例如对于检测误差而言足够准确。

集成电路可以包括半导体衬底。半导体衬底可包括传感器元件、互连电路和处理器。

集成电路可以进一步包括至少一个模数转换器，用于将(多个)组合信号、 (多个)单独信号、从(多个)组合信号导出的(多个)第一信号和从(多个) 单独信号导出的(多个)第二信号中的至少一个数字化。

来自第一磁传感器元件的信号和来自第二磁传感器元件的信号在数字化之前在模拟域中被“组合”。以这种方式，定量噪声被减少，并且因此准确度被改进。

组合信号优选地是第一传感器信号和第二传感器信号的线性组合，例如使用两个不同于零的严格正系数的和、或平均值、或加权平均值。

在实施例中，使用有源组件生成(多个)组合信号，诸如例如，包括运算放大器的减法电路或包括运算放大器的加法电路。

在实施例中，通过串联或并联连接第一传感器元件和第二传感器元件(例如使用开关，例如MOSFET开关)、以被动方式生成(多个)组合信号。

优选地，第一传感器元件和第二传感器元件基本上相同(例如，使用相同的布局符号和相同的尺寸制造)，仅因生产公差和缺陷而不同。

在实施例中，步骤c)包括以下选项中的一个：

i)输出N个组合信号，并且测试N个组合信号和N个单独信号的一致性，并提供一致性测试的结果作为有效性信号；

ii)输出N个组合信号和N个单独信号，以允许外部处理器(ECU)执行一致性测试；

iii)确定从N个组合信号导出的至少一个第一信号，以及确定从N个单独信号导出的至少一个第二信号；以及测试N个组合信号和N个单独信号的一致性，和/或测试至少一个第一信号和至少一个第二信号的一致性，和/或测试从第一信号导出的至少一个进一步的第一信号和从第二信号导出的至少一个进一步的第二信号的一致性；提供一致性测试的结果作为有效性信号；以及输出从由上述N个组合信号、上述N个单独信号、上述至少一个第一信号、上述至少一个第二信号、上述至少一个进一步的第一信号和上述至少一个进一步的第二信号组成的组中选择的至少一个信号；

iv)确定从N个组合信号导出的至少一个第一信号，以及确定从N个单独信号导出的至少一个第二信号；以及输出至少一个第一信号和至少一个第二信号，和/或输出从第一信号导出的至少一个进一步的第一信号和从第二信号导出的至少一个进一步的第二信号，以允许外部处理器(ECU)执行一致性测试。

选项i)可被视为第一选项，其中，一致性检查在传感器设备内执行，并且基于(多个)组合信号和(多个)单独信号的比较。

选项ii)可被视为第二选项，其中一致性检查将在传感器设备外部执行，并且基于(多个)组合信号和(多个)单独信号的比较。

选项iii)可被视为第三选项，其中一致性检查在传感器设备内执行，并且基于至少一个第一信号和至少一个第二信号的比较。

选项iv)可以被视为第四选项，其中，一致性检查将在传感器设备外部执行，并且基于至少一个第一信号和至少一个第二信号的比较。

在实施例中，互连电路包括N个开关，该开关被适配成用于将第一集合的磁传感器元件与第二集合的相关联的磁传感器元件并联或串联地选择性连接。

取决于实现，步骤a)可包括闭合上述N个开关，且步骤b)可包括断开上述N个开关，反之亦然。发明人出乎意料地发现，添加开关(对于每个磁传感器对而言添加一个开关)基本上就是实现上文所提到的功能所需的全部(假设已经存在两个相同的磁传感器元件)。

在实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(例如Bx_full，By_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(例如Bx_part，By_part)；以及步骤iii)包括：测试至少一个第一差信号(例如Bx_full)和至少一个第二差信号(例如Bx_part) 的一致性；以及步骤iv)包括：输出至少一个第一差信号(例如Bx_full)，以及输出至少一个第二差信号(例如Bx_part)，以允许外部处理器(例如ECU) 执行一致性测试。

图5A、图7A、图8A、图9A中示出了此类实施例的示例，其中每个“差信号”例如Bx_full、By_full、Bx_part、By_part表示磁场分量，并且其中可以测试“组合”磁场分量和“单独”磁场分量的一致性。

此类实施例的另一个示例如图6A所示，其中每个“差信号”例如 dBz/dx_full、dBz/dy_full、dBz/dx_part、dBz/dy_part表示磁场梯度，并且其中可以测试“组合”磁场梯度和“单独”磁场梯度的一致性。

在实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相加来确定至少一个第一和信号(例如Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加来确定至少一个第二和信号(例如Bz_part)；以及步骤iii)包括：测试至少一个第一和信号 (例如Bz_full)和至少一个第二和信号(例如Bz_part)的一致性；以及步骤iv)包括：输出至少一个第一和信号(例如Bz_full)，以及输出至少一个第二和信号(例如Bz_part)，以允许外部处理器(例如ECU)执行一致性测试。

图5A、图7A、图8A和图9A中示出了这种实施例的示例，其中Bz_full、 Bz_part、Bz_avg表示磁场分量，并且其中“组合”磁场分量和“单独”磁场分量的一致性可以被测试。

在实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(例如Bx_full、By_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(例如Bx_part、By_part)，以及基于两个第一差信号的比率来计算第一角值(例如

)，以及基于两个第二差信号的比率来计算第二角值(例如e.g.

)；以及步骤iii)包括：测试第一角值(例如

)和第二角值(例如

)的一致性；以及步骤iv)包括：输出第一角值(例如

)和第二角值(例如

)，以允许外部处理器(例如ECU)执行一致性测试。图5A和图6A和图9A中示出了该实施例的示例。

在实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(例如Bx_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(例如Bx_part)，以及通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(例如Bz_full)，以及通过两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(例如Bz_part)，以及基于第一差信号和第一和信号的比率来计算第一角值(例如

)以及基于第二差信号和第二和信号的比率来计算第二角值(例如

)；以及步骤iii)包括：测试第一角值(例如

)和第二角值(例如

)的一致性；以及步骤iv)包括：输出第一角值(例如

)和第二角值(例如

)，以允许外部处理器(例如ECU)执行一致性测试。图5A和图9A中示出了该实施例的示例。

在一个实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(例如Bxa_full、Bya_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(例如Bxa_part、Bya_part)，和/或通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(例如Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(例如Bz_part)，以及通过将两个第一差信号相减或通过将两个第一和信号相减来确定至少一个第三差信号(例如dBx/dx_full、dBy/dx_full)，以及通过将两个第二差信号相减或通过将两个第二和信号相减来确定至少一个第四差信号(例如 dBx/dx_part、dBy/dx_part)；以及步骤iii)包括：测试至少一个第三差信号(例如dBx/dx_full；dBz/dx_full)和至少一个第四差信号(例如dBx/dx_part； dBz/dx_part)的一致性；以及步骤iv)包括：输出至少一个第三差信号(例如 dBx/dx_full)和至少一个第四差信号(例如dBx/dx_part)，以允许外部处理器 (例如ECU)执行一致性测试。图7A和图8A中示出了该实施例的示例。

在实施例中，该方法进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(例如，Bxa_full，Bya_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(例如，Bxa_part，Bya_part)，和/或通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(例如Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(例如Bz_part)，以及通过将两个第一差信号相减或通过将两个第一和信号相减来确定至少一个第三差信号(例如dBx/dx_full、dBy/dx_full)，以及通过将两个第二差信号相减或通过将两个第二和信号相减来确定至少一个第四差信号(例如dBx/dx_part、 dBy/dx_part)；以及基于两个第三差信号的比率计算第一角值(例如

)，以及基于两个第四差信号的比率计算第二角值(例如

)；以及步骤iii)包括：测试第一角值(例如

)和第二角值(例如

)的一致性；步骤iv)包括：输出第一角值(例如

)和第二角值(例如

)，以允许外部处理器(例如ECU)执行一致性测试。图7A和图8A中示出了该实施例的示例。

根据第二方面，本发明还提供了确定传感器设备的线性或角位置并且检测误差的方法，该传感器设备相对于磁源可移动，反之亦然，该方法包括：a) 确定至少一个角值(例如

)并且使用根据第一方面的实施例的方法检测误差，其中计算角值；b)将角值转换为线性或角度位置。

步骤b)可以以已知的方式执行，因此这里不需要详细解释。可以说，在线性系统的情况下，步骤b)可以包括例如偏移校正，以及使用预定义的常数的缩放(例如，在多极磁体的情况下)，以及可选地附加整数个完整匝数。在线性系统的情况下，步骤b)可以包括例如偏移校正，以及将角值转换为线性值，将角值转换为线性值通过使用预定义的常数缩放以及可选地附加整数个极间距来进行。

根据第三方面，本发明还提供了传感器设备，该传感器设备包括集成电路和处理电路；该集成电路包括：N个磁传感器元件的第一集合，N是至少为1 的整数值；N个磁传感器元件的第二集合，可配置的互连电路，该可配置的互连电路用于选择性地将第二集合的每个元件连接到第一集合的相关联的元件，或从第一集合的相关联的元件断开；处理电路被配置用于执行根据第一方面或第二方面的方法。

传感器设备可以是“线性霍尔”设备、线性或角位置传感器设备、电流传感器设备、接近度传感器设备等。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合和N个磁传感器元件的第二集合中的每一个包括垂直霍尔元件，例如，如图3A所示。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合和N个磁传感器元件的第二集合中的每一个都包括两个垂直霍尔元件，该两个垂直霍尔元件以正交方向定向，例如，如图4A所示。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合和N个磁传感器元件的第二集合中的每一个包括四个水平霍尔元件，该四个水平霍尔元件被布置在圆形IMC 的外围附近，其中第一集合的霍尔元件以基本上90°的倍数间隔，并且其中，第二集合的霍尔元件以基本上90°的倍数间隔，并且其中第二集合的霍尔元件相对于第一集合的相关联的霍尔元件被定位在小于80μm的距离处，例如，如图5A、图6A所示。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合和N个磁传感器元件的第二集合中的每一个包括被布置在第一圆形IMC的外围附近的四个水平霍尔元件，以及布置在第二圆形IMC的外围附近的四个水平霍尔元件，例如，如图7A所示。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合和N个磁传感器元件的第二集合中的每一个包括被布置在第一圆形IMC的外围附近的两个水平霍尔元件，以及布置在第二圆形IMC的外围附近的两个水平霍尔元件，例如，如图8A所示。

在实施例中，N个磁传感器元件的第一集合包括两个水平霍尔元件，该两个水平霍尔元件被布置在第一集成磁集中器的外围附近，并且以基本上180°间隔，并且N个磁传感器元件的第二集合包括两个水平霍尔元件，该两个水平霍尔元件被布置在第二集成磁集中器的外围附近，并且以基本上180°间隔，例如如图9B所示。

在实施例中，传感器设备是线性霍尔设备，被配置用于测量磁场分量。

在实施例中，传感器设备是电流传感器设备，被配置用于测量流过导电体 (例如总线)的电流。

在实施例中，传感器设备是接近度传感器设备，被配置用于检测预定义范围内目标的存在或不存在。

在实施例中，传感器设备是角位置传感器设备，被配置用于提供传感器设备相对于磁源的角位置；

在实施例中，传感器设备是线性位置传感器设备，被配置用于提供传感器设备相对于具有多个交变极的磁结构的线性位置。

根据第四方面，本发明还提供磁传感器系统，该磁传感器系统包括：根据第三方面的传感器设备；以及第二处理器(例如ECU)，该第二处理器通信地连接到传感器设备，并且被配置用于接收由传感器设备输出的信号中的至少一些，并且在选项ii)和选项iv)的情况下，被进一步配置为执行一致性测试。注意，第二处理器可以忽略由传感器设备发送的信号中的一些。

在实施例中，磁传感器系统进一步包括磁源，例如永磁体，例如轴向或径向磁化的两极磁体，或具有至少四极的轴向或径向磁化的多极磁体，例如以环形磁体或盘形磁体，或包括多个至少两个或至少四个或至少六个交变极的细长结构的形式。

根据第五方面，本发明还提供了使用根据第四方面的系统以可靠的方式测量至少一个磁量的方法，该系统包括通信地耦合到第二处理器(例如ECU)的传感器设备；其中，传感器设备执行根据第一方面的方法；以及其中，传感器设备和第二设备中的至少一个执行一致性检查以检测误差。

在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的那样。

根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。

附图说明

图1是本领域中已知的传感器电路的示意框图。传感器电路包括沿X轴在第一位置X1处的第一传感器结构，以及在第二位置X2处的第二传感器结构；每个传感器结构包括集成磁集中器(IMC)和被布置在IMC的相对侧上的两个水平霍尔元件。

图2是本领域中已知的、图1的变体的传感器电路的示意框图。该传感器电路包括沿X轴在第一位置X1处的第一传感器结构和在第二位置X2处的第二传感器结构；每个传感器结构包括集成磁集中器(IMC)和布置在IMC的外围的四个水平霍尔元件。

图3A和图3B是包括两个垂直霍尔元件的电路的示意表示。图3A示出了操作的第一模式，其中测量来自两个垂直霍尔元件的信号的组合(例如线性组合，例如和(sum)、加权和、或平均值)。图3B示出了操作的第二模式，其中仅测量来自垂直霍尔元件中的一个的信号。

图3C是可与图3A的传感器元件结合使用的说明性可配置的互连电路的示意表示，该可配置的互连电路当以第一模式(其中开关闭合)进行配置时允许测量组合信号，以及当以第二模式(其中开关断开)进行配置时仅允许测量一个单独信号。

图3D是包括图3A的传感器和图3C的互连电路(一起形成“前端”)的传感器设备的示意表示，并且进一步包括模数转换器(ADC)和具有可编程控制器的处理电路，可编程控制器用于选择性地将互连电路以第一模式进行配置并从ADC获得数据(称为“组合信号”)以及将互连电路以第二模式进行配置并从ADC获取数据(称为“单独信号”)。

图4A和图4B是包括四个垂直霍尔元件的电路的示意表示。图4A示出了操作的第一模式，其中来自两个传感器元件的信号在被测量之前被组合。图4B 示出了操作的第二模式，其中仅测量两个单独信号。

图4C是可与图4A所示的传感器元件结合使用的说明性可配置互连电路的示意表示。

图5A和图5B是包含仅一个集成磁集中器盘和八个水平霍尔元件的电路的示意表示。图5A示出了操作的第一模式，其中来自传感器元件的信号在被测量和进一步处理(例如成对相减)之前成对组合(例如，相加或平均)。图5B 示出了操作的第二模式，其中信号在被测量之前不被组合，但其中四个单独信号被测量并进一步处理(例如，成对相减)。

图5C是可与图5A的传感器元件结合使用的说明性可配置互连电路的示意表示，该可配置互连电路用于选择性地提供信号Bx_full和By_full(在模式1 中)，以及信号Bx_part和By_part(在模式2中)。

图5D示出了可与图5A的传感器元件结合使用的另一可配置互连电路。

图6A和图6B是包括八个水平霍尔元件的电路的示意表示，该八个水平霍尔元件被布置在假想圆上，但没有IMC。图6A示出了操作的第一模式(其中来自相关联的传感器元件的信号被成对组合)。图6B示出了操作的第二模式。

图7A和图7B是包括两个如图5A所示的传感器结构的电路的示意表示，该两个传感器结构间隔开预定义的距离ΔX。图7A示出了操作的第一模式(其中来自相关联的传感器元件的信号在读出之前被成对组合)。图7B示出了操作的第二模式。

图8A和图8B是与图7A和图7B类似的电路的示意表示，该电路具有两个IMC盘，但在每个IMC的外围仅具有四个水平霍尔元件。图8A示出了操作的第一模式(其中来自相关联的传感器元件的信号在读出之前被成对组合)。图8B示出了操作的第二模式。

图9A和图9B是与图1类似的电路的示意表示，该电路具有两个IMC盘，并且在每个IMC的外围仅具有两个水平霍尔元件。图9A示出了操作的第一模式。图9B示出了操作的第二模式。

图10示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。

图11示出了可由本文中描述的传感器设备执行的方法的流程图。

各附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将参照具体实施例并且参考某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。

说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等是用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的取向不同的取向进行操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应当限于仅由组件A和B构成的设备。它意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助理解各发明性方面中的一个或多个发明性方面的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

在本文档中，除非另外明确提及，否则术语“磁传感器设备”或“传感器设备”是指包括至少两个磁传感器元件(优选地集成在半导体衬底中)的设备。传感器设备可被包括在封装(也被称为“芯片”)中，但这不是绝对必需的。

在本文件中，术语“传感器元件”或“磁传感器元件”指单个垂直霍尔元件或单个水平霍尔元件或单个磁阻元件(例如GMR元件或XMR元件)。

在本文件中，术语“磁传感器”或“磁传感器结构”可指一组部件或子电路或能够测量磁量的结构，诸如例如一组至少两个磁传感器元件，或包含四个MR 元件的惠斯通电桥。

在本发明的某些实施例中，术语“磁传感器”或“磁传感器结构”可指包括一个或多个集成磁集中器(IMC)(也称为集成磁通集中器)以及布置在IMC 的外围附近的两个或四个或八个水平霍尔元件的布置，例如，如图1、或图2、或图5A或图8A所示。

在本文档中，表述“磁场向量的平面内分量”和“磁场向量在传感器平面内的正交投影”含义相同。如果传感器设备是或包括半导体衬底，则这也意味着“磁场分量平行于半导体衬底”。

在本文档中，表述“向量的平面外分量”和“向量的Z分量”以及“向量在垂直于传感器平面的轴上的正交投影”含义相同。

本发明的实施例通常使用正交坐标系来描述，该正交坐标系固定到传感器设备并且具有三个轴X、Y、Z，其中X轴和Y轴平行于衬底，并且Z轴垂直于衬底。

在本文档中，表述“空间导数”或“导数”或“空间梯度”或“梯度”被用作同义词。在本发明的上下文中，梯度通常被确定为在两个不同位置处测量的两个值之间的差，这两个位置可以以在1.0mm到3.0mm的范围内的距离间隔。理论上，梯度被计算为两个值之间的差除以传感器位置之间的距离“dx”，但实际上，除以“dx”的除法通常被省略，因为无论如何，所测得的信号都需要被缩放。

在本申请中，水平霍尔板通常由H1、H2等指代，来自这些水平霍尔板的信号通常由h1、h2等指代；垂直霍尔板通常由V1、V2等指代；并且来自这些垂直霍尔板的信号通常由v1、v2等指代。

在本发明的上下文中，公式arctan(x/y)、atan2(x,y)、arccot(y/x)被认为是等效的。

在本文件中参考“传感器元件提供的信号”的地方，可以是电流信号或电压信号，除非明确提及或上下文中有明确说明。

在本发明的上下文中，“两个相关联的传感器元件”或“两个对应的传感器元件”意味相同，即它们通过可配置的互连电路互连，使得能够以第一模式测量来自这些传感器元件的组合信号，以及能够以第二模式测量来自这些传感器元件的单独信号。

本发明总体上涉及磁传感器设备、系统和方法领域，更具体地，涉及具有误差检测能力的磁传感器设备、系统和方法。

参考附图。

图1是本领域中已知的传感器电路的示意框图。该传感器设备包括沿X轴位于第一位置X1处的第一传感器结构S1和位于第二位置X2处的第二传感器结构S2。每个传感器结构S1、S2包括集成磁集中器IMC1、IMC2和两个水平霍尔元件，该两个水平霍尔元件布置在上述IMC的相对侧上并且位于X轴上。从图1所示的公式可以理解，具有两个水平霍尔元件的每个IMC允许测量在X 方向上定向的平面内磁场分量Bx(平行于其中实现霍尔元件的半导体衬底)，以及在Z方向上定向的平面外磁场分量Bz(垂直于半导体衬底)。传感器设备具有以约1.0mm至约3.0mm的距离Δx间隔的两个此类IMC结构，该传感器设备允许确定四个磁场分量Bx1、Bz1、Bx2、Bz2，从这四个磁场分量可导出两个磁场梯度dBx/dx和dBz/dx。取决于应用，这些磁场值或这些梯度值可以以已知方式转换为电流、线性或角位置等。然而，如果霍尔元件中的一个有缺陷，则一个或多个分量值和一个或多个梯度值可能不正确，且因此由此导出的电流或位置值也不正确，这是不可取的。

图2是本领域中已知的、图1的变体的另一个传感器电路的示意框图。该传感器电路包括沿X轴在第一位置X1处的第一传感器结构和在第二位置X2 处的第二传感器结构；每个传感器结构包括集成磁集中器(IMC)和布置在IMC 的外围的四个水平霍尔元件。每个IMC的水平霍尔元件中的两个水平霍尔元件位于X轴上，其他两个水平霍尔元件沿垂直于X轴的Y轴布置。带有四个水平霍尔元件的这些IMC中的每一个允许测量三个正交磁场分量Bx、By和 Bz。传感器设备具有以约1.0mm至约3.0mm的距离Δx间隔的两个此类IMC 结构，该传感器设备允许确定六个磁场分量Bx1、By1、Bz1、Bx2、By2、Bz2，从该六个磁场分量可以导出三个磁场梯度dBx/dx、dBy/dx和dBz/dx。取决于应用，这些磁场值或这些梯度值可以以已知方式转换为电流、线性或角位置等。然而，如果霍尔元件中的一个有缺陷，则一个或多个分量值和一个或多个梯度值可能不正确，且因此由此导出的电流或位置值也不正确，这是不可取的。

本发明的发明人希望找到一种磁传感器设备，该磁传感器设备不仅能够测量磁场特性，例如磁场分量和/或磁场梯度，而且还能够检测误差，尤其是与磁传感器元件本身和/或磁传感器元件的偏置电路和/或读出电路的正常运作有关的误差。

现有的解决方案通常通过复制整个硬件链，从传感器、偏置和读出电路、可选解调器电路、模数转换器(ADC)，直到并包括处理电路，来在系统级解决这个问题。此类解决方案起效，但不那么紧凑，耗电更多，而且更昂贵。

图3A和图3B是包括两个垂直霍尔元件V1、V2的电路的示意表示，每个垂直霍尔元件具有在X方向上定向的最大灵敏度轴(如黑色箭头示意地所示)。优选地，这些传感器元件的尺寸和布局相同，但它们彼此间隔。

在经典电路中，传感器元件V1提供指示磁场分量Bx1的信号v1，且传感器元件V2提供指示磁场分量Bx2的信号v2。如上文所提及的，且为了保持描述简单，从该描述中省略了比例因子，因此可以写为Bx1＝v1和Bx2＝v2。v1 的值可以使用第一ADC(未示出)读取，且v2的值可以使用第二ADC(未示出)读取。为了测试垂直霍尔元件中的每一个是否在正确地运作，可以比较v1 和v2的值，并且如果它们偏差不超过预定义的阈值，则可以判定传感器在正确地运作，且如果它们偏差超过上述阈值，则可以判定存在误差。

然而，本发明的发明人提出了另一种读出方案，其中在第一模式中(例如，在第一时刻)测量两个垂直霍尔元件的组合信号，例如，仅使用与零不同的正系数的v1和v2的线性组合，例如和、平均值或加权平均值。此类组合信号可以数学地写成：combined(组合)＝A*v1+B*v2，其中A和B是大于0.0的预定义常数，例如对于简单和而言，A＝1且B＝1；或者对于简单平均值而言， A＝0.5且B＝0.5；或者作为加权平均值的示例，A＝0.25且B＝0.75，且其中在第二模式中(例如，在第二时刻)测量单独信号中的一个，例如v1。

发明人出乎意料地发现，组合信号(例如v1+v2)和单独信号中的仅一个单独信号(例如v1)的一致性检查足以检测V1和V2中的任何一者的缺陷。这是反直觉的，因为人们预期：为了检测V1是否正确地运作，必须将V1与组合信号进行比较，且为了检测V2是否正确地运作，必须将V2与组合信号进行比较，但发明人发现这不是必需的。

事实上，假设(情况i)在正常操作期间，V1和V2二者都将提供正确的信号V(例如，特定的电压或电流)，并且假设组合信号被实现为和。在这种情况下，“组合信号”将被测量为2V，而单独信号将被测量为V，并且“组合信号”(2V)和“单独信号”(V)是一致的，因为在预定义的公差范围内，和应该是单独值的大约两倍。

现在假设(情况ii)V1正确地运作，并提供了正确的值v1＝V，但V2有缺陷，并提供了有误差的值v2＝V+E(其中E可被视为误差信号)。在这种情况下，“组合信号”和“单独信号”不一致，因为组合信号(2V+E)通常不是信号 v1的两倍(2V)。

现在假设(情况iii)V2正确地运作，并提供了正确的值v2＝V，但V1有缺陷，并提供了有误差的值v1＝V+E。在这种情况下，“组合信号”和“单独信号”也不一致，因为组合信号(2V+E)通常不是信号v1的两倍(即(2V+2E))。

因此，(v1)和“组合信号”(例如v1+v2)的比较允许检测元件V1和V2 中任何一者的误差，并且这同样适用于(v2)和“组合信号”的比较。或者换言之，只有当传感器元件V1和V2二者都正确地运作时，“单独信号”(例如v1) 和“组合信号”(例如v1+v2)才是一致的。这是本发明的基本原理中的一个原理。

相关联的元件V1和V2优选地紧密地位于一起，例如以小于250μm、或小于150μm、或小于100μm的距离Δx紧密地位于一起，因此在许多应用中测量了基本上相同的磁场值。

在实施例中，组合信号是信号v1和信号v2的和，其可以例如通过(例如临时地)串联或并联连接垂直霍尔元件的差分输出(例如，取决于它们是使用电流源还是电压源进行偏置)、或使用包含放大器的有源电路、或以任何其他方式来在硬件中实现。如果两个霍尔元件均正确地工作，则“和信号”将具有单独信号的两倍振幅，且因此将具有改进的信噪比(SNR)。

在另一优选实施例中，组合信号是v1和v2的平均值，其可通过(例如临时地)并联或串联连接垂直霍尔元件、或使用包括放大器的有源电路、或以任何其他方式来在硬件中实现。如果两个霍尔元件均正确地工作，则这通常会将内阻降低1/2，从而降低噪声，并因此改善信噪比。

图3C是说明性前端391的示意表示，该说明性前端391包括图3A中的传感器元件V1、V2和可配置互连电路399。图3C所示的互连电路包括开关(例如MOSFET)和“加法器”或“平均器”以及布线，或由它们组成。例如，可以使用一个或多个物理组件或使用包括放大器的子电路来实现加法或平均，但这不是绝对必需的，并且“加法”或“平均”还可以被动地被执行，例如通过借助一个或多个开关(例如MOSFET晶体管)串联或并联地连接两个霍尔元件V1、V2 的输出节点。

仅作为示例，一个或多个开关可被布置用于选择性地短接霍尔元件的输出节点(或不短接)，或可被布置用于选择性地短接差分放大器的输入，或可被布置为选择性地将节点连接到参考电压(例如，接地)，或可被布置用于断开放大器的端子中的一个端子，等等。

互连电路399可被视为此类电路的示意表示或概念性表示，此类电路允许在其中开关SW闭合的第一模式中配置时测量“组合信号”(例如v1+v2)；并且允许在其中开关SW断开的第二模式中配置时测量“单独信号”(例如v1)，但本发明不限于此，并且本领域技术人员可以容易地找到允许在开关断开时测量“组合信号”的电路，以及在开关闭合时测量“单独信号”的电路。

图3D是包括图3A的传感器元件V1、V2和图3C的可配置互连电路399 的传感器设备390的示意表示，并且进一步包括模数转换器(ADC)392，该模数转换器(ADC)392之后是包括可编程控制器CPU的处理电路393，处理电路393用于获取“组合信号”的或从中导出的信号的数字化版本，以及用于获取“单独信号”的或从中导出的信号的数字版本，以及被适配成用于配置互连电路的开关。图3A的传感器电路不需要表达“或从中导出的信号”，但将进一步变得清楚，例如在讨论图5C时。

传感器设备可按如下进行工作：

在第一模式中，例如在第一时刻，CPU通过闭合开关SW在第一模式中配置互连电路，并测量和数字化组合信号，例如v1和v2的和或平均值。在图3A 中通过将两个传感器元件都涂成黑色来示意性地说明了“组合测量”，意味着来自相关联的传感器元件V1和V2的信号是成对组合的，在这种情况下是来自 V1和V2的信号是成对组合的。因此，处理器将测量(v1+v2)，这是磁场分量Bx的低噪声测量，表示为Bx_full。

在第二模式中，例如在第二时刻，CPU通过断开开关SW在第二模式中配置互连电路，并测量和数字化单独信号中的一个信号，在图3B的示例中，仅信号v1，这通过将V1涂成黑色同时留下V2为白色来示意性地示出。单独测量信号被表示为Bx_part。

在测量组合信号Bx_full和单独信号Bx_part后，可以接着执行“组合信号”和“单独信号”的一致性检查，以检测误差。然后，一致性测试的结果可以以有效性信号或误差信号的形式输出。

一致性测试可以以几种方式实现。例如，如果组合信号是和，一致性检查可以测试是否|Bx_full-2*Bx_part|<ε，其中|...|是指绝对值，ε是预定义的公差裕度，和/或测试是否(Bx_full/Bx_part)的比率在预定义的公差裕度内约等于 2.00(例如±10％或±5％或±2％)，和/或测试(Bx_part/Bx_full)是否在上述公差裕度内约等于0.50。如果组合信号被实现为v1和v2的平均值，而不是和，则一致性检查可能包括测试是否|Bx_full-Bx_part|<ε，或测试是否 (Bx_avg/Bx_part)≈1，其中≈意味着在预定义的公差范围内“约等于”。取决于一致性测试的结果，可以输出有效性信号或误差信号。

一致性检查可在传感器设备390本身内部执行。在这种情况下，传感器设备390可以输出(低噪声)组合信号Bx_full，以及有效性信号或误差信号。但本发明不限于此，并且一致性测试在传感器设备390之外执行也是可行的，例如通过外部处理器，例如通过通信地连接到传感器设备390的电子控制单元 (ECU)执行。在这种情况下，为了允许在传感器设备之外执行一致性检查，传感器设备390将需要输出组合信号Bx_full以及单独信号Bx_part，并且不必内部地执行一致性检查，尽管它可以。

在实际实现中，开关SW可以被周期性地操作，以交替地将互连电路399 配置为用于测量组合信号的第一模式和用于测量单独信号的第二模式。然而，取决于应用，可能不需要对每次测量执行一致性检查，并且例如仅每两次测量测试一次一致性，或仅每三次测量测试一次一致性，或仅每十次测量测试一次一致性，或以其他分数测试一致性可能就足够。

在图3A至图3D中，示出了本发明的实施例的非常简单的示例，其中传感器设备包含两个垂直霍尔元件V1、V2，每个元件测量磁场分量Bx，但本发明当然不限于此示例，并且对于具有其他传感器结构的其他传感器设备同样起效，其他传感器结构诸如水平霍尔元件，该水平霍尔元件可以测量一个或多个磁场分量和/或一个或多个磁场梯度，并且可以计算从上述分量和/或梯度导出的一个或多个角度。上文所描述的相同原理经过必要的修改也可在此处应用，其最简单形式可概括如下：i)通过成对组合来自两个相关联的传感器元件的信号来测量“组合信号”，例如通过并联或串联连接两个相关联的传感器元件；ii) 通过断开上述相关联的传感器元件来测量“单独信号”；iii)输出组合测量；以及iv)执行一致性检查并输出有效性信号或误差信号。但是如上文所提及的，在传感器设备外部执行一致性检查也是可行的，在此情况下，传感器设备可以输出组合信号的测量和单独信号的测量。但是，如果测量了多个磁场分量，则不需要对组合信号和单独信号本身的实际测量执行一致性检查，但一致性检查可以基于从测量信号中导出的量，诸如例如磁场梯度的比较，或者基于从(多个)组合信号和(多个)单独信号导出的两个角值的比较，如将进一步解释的。此类传感器设备可以具有类似于图3D的框图，但其将包括另一前端391(参见例如图4C)，并且CPU将被配置用于以不同方式处理信号(例如，根据图 4A和图4B中所示的数学公式等)，但也可以使用其他框图。例如，图3D的框图示出了仅一个ADC，但本发明不限于此，并且传感器设备可以包括多个 ADC。还应注意，从(多个)组合信号和(多个)单独信号导出的信号可在模拟域(例如和或减法)或数字域(例如反正切)中进一步处理，或部分在模拟域且部分在数字域中进一步处理。这对于图3A的电路不太相关，但对于图4A 至图9A中示出的电路更相关。

图4A和图4B是包括四个垂直霍尔元件V1至V4的电路400的示意表示。

该电路是图3A和图3B中所示电路的变体，并且上文所解释的大部分内容在经过必要的修改也适用于这里。只将描述主要区别。

从图4A可以看出，两个垂直霍尔元件V1和V2具有在X方向上定向的最大灵敏度轴，并且形成第一对相关联的传感器元件。另外两个元件，即V3和 V4，具有在Y方向上定向的最大灵敏度轴，并且形成第二对相关联的传感器元件。V1和V2之间的距离Δx，以及V3和V4之间的距离Δy优选地小于250μm、或小于150μm、或小于100μm。

图4A示出了操作的第一模式，在该模式中，来自相关联的对的信号在被测量之前被组合。在图4A的示例中，源自传感器元件V1和V2的信号v1和信号v2被组合，例如求和，并且和(v1+v2)(本文中称为“Bx_full”)被测量。类似地，源自传感器元件V3和V4的信号v3和信号v4被组合，例如求和，并且和(v3+v4)(本文中称为“By_full”)被测量。取决于实现，Bx_full和By_full 的测量可同时并行发生，在这种情况下，需要两个ADC，或者可顺序地发生，在这种情况下，仅一个ADC就足够了。可选地，可以基于两个组合信号Bx_full 和By_full来计算角值

例如，通过计算两个组合信号的比率的反正切。

图4B示出了操作的第二模式(这里也称为“诊断模式”)。在该模式下，测量每个相关联的对(V1、V2)和(V3、V4)中的一个单独信号。在图4B的具体示例中，针对相关联的传感器对(V1、V2)测量单独信号v1，并且针对相关联的传感器对(V3、V4)测量单独信号v3。信号v1在本文中被称为Bx_part，而信号v3被称为By_part。同样，取决于实现，Bx_part和By_part的测量可同时并行发生，或者也可顺序地发生。可选地，可以基于两个单独信号Bx_part 和By_part来计算角值

例如，通过计算两个单独信号的比率的反正切。

图4C是可与图4A所示的传感器元件V1至V4结合使用的可配置互连电路499的示意表示。可以看出，在这种情况下，互连电路499包括两个开关 SW1、SW2，对于每对需要组合的信号一个开关。如上文所解释的，选择性测量(在第一模式中)成对组合信号和(在第二模式中)单独信号所需的开关的数量可能是传感器元件的数量的一半。互连电路499进一步包括两个“加法器”或“求和器”，但如上文所提及的，求和或求平均或线性组合不一定需要有源组件(例如放大器)，但可以通过串联或并联连接垂直霍尔元件的差分输出来无源地执行。

如上文所提及的，一致性检查可在传感器设备内部或传感器设备外部执行。回到图4B，一致性检查可以包括：i)测试Bx_full和Bx_part的一致性，以及测试Bx_full和Bx_part的一致性；或ii)测试

和

的一致性，例如，通过测试这些角值是否在预定义的公差范围(例如±5°、或±2°、或±1°)内相同。取决于应用，可以输出值Bx_full、Bx_part、By_full、By_part、

中的任何值或所有值。如果在传感器设备内部执行一致性检查，则仅输出

和有效信号便足够。但一致性检查可在传感器设备外部执行，例如通过连接到传感器设备的外部处理器(例如ECU)执行。如果一致性检查基于组合信号和单独信号的比较，则传感器设备必须输出Bx_full、Bx_part、Bx_full和Bx_part。如果一致性检查基于两个角

和

的比较，则传感器设备必须输出这些角值。当然，通过比较分量和/或通过比较角度，在传感器设备内部和外部执行一致性检查也是可行的。受益于本公开的技术人员可以容易地选择这些选项中的一个选项，例如，取决于外部处理器(例如ECU)的可用通信带宽和/或的可用功能和处理能力。

为了便于描述，传感器元件V1、V2、V3、V4的总数(图4A中N＝4)可以被划分为具有N/2＝2个传感器元件(包含V1和V3)的第一集合SET1，以及两个传感器元件V2和V4的第二集合。传感器元件的第一集合SET1是其输出在操作的第一模式和第二模式二者中均使用的元件。在图4B中，这些传感器元件被涂成黑色。传感器元件的第二集合SET2是其输出仅在操作的第一模式使用而不在操作的第二模式中使用的元件。在图4B中，这些传感器元件被涂成白色。对该划分的良好理解可能有助于更好地理解本发明的原理，尤其是在具有相对大量传感器元件的以下图中。

图5A和图5B是电路500的示意表示，电路500包括集成磁集中器IMC1 和布置在IMC的外围附近的八个水平霍尔元件H1至H8。IMC可具有约150μm 至约250μm的直径d5的圆形。霍尔元件可具有约15μm至约25μm的长度和宽度的方形。如可以看到的，八个水平霍尔元件并非绕IMC的外围均匀地分布，而是被布置为四组，每组包括紧密地被定位在一起(例如，距离小于50μm) 的两个水平霍尔元件。这些组位于IMC的外围上，在由图5A中的黑点指示的位置L1至位置L4处，并且间隔90°。

相邻的霍尔元件形成四个相关联的对。奇数霍尔元件H1、H3、H5和H7 形成传感器元件的第一集合(set1)，并且偶数霍尔元件H2、H4、H6、H8形成传感器元件的第二集合(set2)。

在操作的第一模式中，可以测量四个“组合信号”。具体而言：

组合信号h1和h2，并测量组合信号(h1+h2)，以及

组合信号h3和h4，并测量组合信号(h3+h4)，以及

组合信号h5和h6，并测量组合信号(h5+h6)，以及

组合信号h7和h8，并测量组合信号(h7+h8)。

取决于硬件实现(例如，ADC的数量)，可以同时测量或捕获所有组合信号，但这不是绝对必需的，并且顺序地、在四步中或在两个组合信号中的两步中来测量或捕获组合信号也是可行的。

从这些“组合信号”中，可以导出其他信号。例如，通过在模拟域或数字域中将组合信号(h3+h4)和(h1+h2)相减，可以生成信号Bx_full。类似地，通过在模拟域或数字域中将组合信号(h5+h6)和(h7+h8)相减，可以生成信号By_full，并且通过在模拟域或数字域中将组合信号(h3+h4)和(h1+h2) 相加，可以生成信号Bz_full。信号Bx_full和By_full可被称为“第一差信号”，其中单词“第一”指第一模式。信号Bz_full可被称为“第一和信号”。

可选地，可以从第一差信号和/或第一和信号导出进一步信号或值。例如，“第一角值”

可以基于“第一差”信号Bx_full和By_full来计算，例如根据以下公式：

可以基于第一差信号Bx_full和第一和信号Bz_full计算另一个第一角值

例如，根据以下公式：

图5B示出了操作的第二模式，其中来自第一集合和第二集合的信号不被组合，但其中来自第一集合(set1)的水平霍尔元件H1、H3、H5、H7的单独信号被单独测量。在图5B的特定示例中，在操作的第二模式下测量以下“单独信号”：h1、h3、h5、h7。与组合信号类似，这些测量可能同时全部发生，或连续发生，在多个步骤中发生，例如在两个步骤或四个步骤中发生。

从这些“单独信号”可以导出其他信号。例如，通过在模拟或数字域中将单独信号(h3)和(h1)相减，可以生成信号Bx_part。同样，通过在模拟域或数字域中将单独信号(h5)和(h7)相减，可以生成信号By_part。通过在模拟域或数字域中将单独信号(h3)和(h1)相加，可以生成信号Bz_part。单独信号周围的括号用于示出与对组合信号执行的操作的相似性，但用于第一项。信号Bx_part和By_part可被称为“第二差信号”，其中词“第二”指第二模式。信号Bz_part可被称为“第二和信号”。

可选地，可以从第二差信号和/或第二和信号导出更多信号或值。例如，“第二角值”

可以基于“第二差”信号Bx_part和By_part来计算，例如根据以下公式：

另一个第二角值

可以基于第二差信号Bx_part和第二和信号Bz_part来计算，例如根据以下公式：

图5C是可与图5A所示的传感器结构结合使用的说明性可配置互连电路 599的示意表示。在所示的示例中，使用两个减法电路SUB1、SUB2在模拟域中生成第一差信号Bx_full、By_full和第二差信号Bx_part、By_part。这些减法电路的输出可以输入到放大器和ADC等。

为了测试传感器设备的正确运作或为了检测误差，可以通过执行以下项中的一个或多个来执行一致性检查：

通过比较“组合信号”和相应的“单独信号”，例如通过测试是否(h1+h2)≈ (2*h1)，并通过测试是否(h3+h4)≈(2*h3)等；和/或

通过比较“第一差信号”和相应的“第二差信号”，例如通过测试是否Bx_full ≈2*Bx_part，以及通过测试是否By_full≈2*By_part；和/或

通过比较第一角度

和相应的第二角度

例如通过测试是否

其中ψ是图5B中所示的角，并且ε是预定义的阈值(例如5°或2°或1°)，和/或通过比较

和

如果在传感器设备内执行一致性测试，则有效信号或误差信号优选地由传感器设备输出，并且当然也取决于应用(优选地以数字形式)输出以下信号中的一个或多个：Bx_full、By_full、Bz_full、

如上文所提及的，在传感器设备外部执行一致性检查也是可行的，在这种情况下，传感器设备需要将要比较的值输出到外部处理器(例如ECU)，例如经由高速总线(例如LAN总线)，以允许外部处理器执行一致性检查。

图5D是可与图5A所示的传感器结构结合使用的另一说明性可配置互连电路598的示意表示。可以看出，该电路具有附加加法块ADD5。当在第一模式中时，该互连电路598允许在模拟域中生成第一差信号Bx_full、By_full和第一和信号Bz_full，并且当在第二模式中时，允许在模拟域中生成第二差信号 Bx_part、By_part和第二和信号Bz_part。

如上文所提及，在数字域中生成导出信号也是可行的，在这种情况下，可以省略块SUB1、SUB2和ADD5。

虽然图5B可能表明每一集合的传感器元件必须精确地间隔90°，并且“黑色元件”(即在第二模式中测量的元件)必须与“白色元件”(即在第二模式中未测量的元件)交错，但实际上并不需要如此，并且，如果在第二模式中测单独传感器元件中的任何一个，和/或如果元件之间的间隔角在约80°到约100°范围内，例如通过使用不太严格的一致性检查，本发明也将起效。

图6A和图6B是电路600的示意表示，电路600包括八个水平霍尔元件，这些元件布置在虚拟圆上，但没有IMC或磁通集中器。图6A类似于图5A，但其尺寸大不相同，并且其测量非常不同的特性。

图6A的虚拟圆的直径d6通常是约1.5mm到约2.5mm范围内的值，其通常比图5A的直径d5大10倍；

图6A的传感器元件H1至H8中的每一个测量在垂直于半导体衬底的Z方向上定向的磁场分量Bz；

组合信号(h1+h2)、(h3+h4)、(h5+h6)和(h7+h8)中的每一个与将在位置L1、L3、L2和L4处测量的磁场分量Bz成比例；

差信号(h3+h4)-(h1+h2)表示磁场分量Bz沿X方向的磁场梯度dBz/dx，并且差信号(h5+h6)-(h7+h8)表示磁场分量Bz沿Y方向的磁场梯度dBz/dy；

并且图6A中的角值

是基于磁场梯度的，它对外部干扰场高度不敏感。

尽管存在这些差异，为了检测误差，也可以经过必要修改应用上文所描述的相同原理。

图6A示出了操作的第一模式，其中来自相关联的元件的信号被组合，并且测量“组合信号”。两个第一差信号dBz/dx_full和dBz/dy_full可在模拟域或数字域中从这些组合信号导出，并且可基于这些第一差信号计算角值

图6B示出了操作的第二模式，其中测量了“单独信号”h1、h3、h5、h7，并且两个“第二差信号”dBz/dx_part和dBz/dy_part可以在模拟域或数字域中从这些单独信号导出，并且可以基于这些第二差信号来计算角值

以与图5A中相同的方式，可以通过比较相应的“组合信号”和“单独信号”，和/或通过比较相应的“第一差信号”和“第二差信号”，和/或通过比较第一角值

和第二角值

来执行一致性检查。如果在传感器设备内部执行一致性测试，则传感器设备优选地输出有效信号或误差信号，并且优选地还以数字形式输出以下信号中的一个或多个：dBz/dx_full、dBz/dy_full、

如上文所提及的，在传感器设备外部执行一致性检查也是可行的，在这种情况下，待比较的值由传感器设备输出到外部处理器(例如ECU)，例如经由高速总线(例如LAN总线)，以允许外部处理器执行一致性检查。

为了完整性，需要提及的是，如果图6A和图6B的水平霍尔元件不位于单个假想圆上，而是如果例如H1、H3、H5和H7位于具有第一半径R1的第一圆上，并且如果元件H2、H4、H6，H8位于具有略大于或略小于R1的半径 R2的第二圆上，图6A和图6B的传感器设备也将起效。元件H2、H4、H6、 H8中的每一个分别与其相关联的元件H1、H3、H5、H7紧密地布置(例如，距离小于80μm)就足够了。

并且为了完整性，需要提及的是，还是在图6B的实施例中，如果选择一对中的任何元件作为单独元件，则本发明仍将起效；它们不需要如图6B所示交替排列。事实上，在第二模式中，甚至不需要总是测量相同的单独信号，但它可能更容易实现。

图7A和图7B是电路700的示意表示，电路700包括如图5A所示的两个传感器结构，以预定义的距离Δx(例如，在1.0mm至3.0mm或1.5mm至2.5mm 的范围内)间隔。

图7A示出了操作的第一模式。在该模式中，可以测量多个“组合信号”，即： (h1a+h2a)、(h3a+h4a)、(h5a+h6a)、(h7a+h8a)、(h1b+h2b)、(h3b+h4b)、 (h5b+h6b)、(h7b+h8b)。从这些“组合信号”可以导出四个“第一差信号”和两个“第一和信号”，即：

Bxa_full＝(h3a+h4a)-(h1a+h2a)

Bya_full＝(h5a+h6a)-(h7a+h8a)

Bxb_full＝(h3b+h4b)-(h1b+h2b)

Byb_full＝(h5b+h6b)-(h7b+h8b)

Bza_full＝(h1a+h2a)+(h3a+h4a)

Bzb_full＝(h1b+h2b)+(h3b+h4b)

例如，在模拟域中，使用与图5D类似的两个互连电路，或在数字域中。

从这些“第一差信号”和“第一和信号”导出进一步的信号是可行的，例如，可以使用以下公式中的一个或多个计算三个“第一磁场梯度”：

dBx/dx_full＝Bxb_full-Bxa_full

dBy/dx_full＝Byb_full-Bya_full

dBz/dx_full＝Bzb_full-Bza_full

并且一个或多个“第一角值”可以从这些梯度信号中导出，例如使用以下公式中的一个或多个：

优点是这些角值对外部干扰场高度不敏感。

图7B示出了操作的第二模式。在该模式中，可以测量多个“单独信号”，即： (h1a)、(h3a)、(h5a)、(h7a)、(h1b)、(h3b)、(h5b)和(h7b)。从这些“单独信号”，可以导出四个“第二差信号”和两个“第二和信号”，即：

Bxa_part＝(h3a)-(h1a)

Bya_part＝(h5a)-(h7a)

Bxb_part＝(h3b)-(h1b)

Byb_part＝(h5b)-(h7b)

Bza_part＝(h1a)+(h3a)

Bzb_part＝(h1b)+(h3b)

例如，在模拟域中，使用与图5D类似的两个互连电路，或在数字域中。

从这些“第二差信号”和“第二和信号”导出进一步的信号是可行的，例如，可以根据以下公式中的一个或多个在模拟或数字域中确定三个“第二磁场梯度”：

dBx/dx_part＝Bxb_part-Bxa_part

dBy/dx_part＝Byb_part-Bya_part

dBz/dx_part＝Bzb_part-Bza_part，

并且一个或多个“第二角值”可以从这些“第二梯度信号”中导出，优选地在数字域中，例如使用以下公式中的一个或多个：

优点是这些角值也对外部干扰场高度不敏感。

以与图5A中类似的方式，然后可以通过比较相应的“组合信号”和“单独信号”，和/或通过比较相应的“第一差信号”和“第二差信号”(在图7的示例中表示磁场分量)，和/或通过比较相应的磁场梯度，和/或通过比较相应的第一角值和第二角值来执行一致性检查。

如果在传感器设备内执行一致性测试，则有效信号或误差信号(并且例如，还有组合信号中的一个或多个，或从组合信号导出的信号(例如，一个或多个分量信号)，和/或一个或多个梯度信号，和/或一个或多个角值，优选地以数字形式)优选地由传感器设备输出。

如上文所提及的，在传感器设备外部执行一致性检查也是可行的，在这种情况下，传感器设备将要比较的值输出到外部处理器(例如ECU)，例如经由高速总线(例如LAN总线)，以允许外部处理器执行一致性检查。

在图7A和图7B的变体(未示出)中，第一传感器结构与第二传感器结构中的每一个可包括由四个垂直霍尔元件包围的水平霍尔元件，两个垂直霍尔元件具有在X方向上定向的最大灵敏度轴，两个垂直霍尔元件具有在Y方向上定向的最大灵敏度轴，例如，以类似于图4A和图4B所示的方式，但在中心添加水平霍尔元件。这些传感器结构中的每一个都能够测量三个磁场分量：Bx、 By、Bz(尽管使用不同的公式)，并且计算多达三个磁场梯度，以及计算多达三个角也是可行的。因此，相同的原理也适用于该实施例。

图8A和图8B是与图7A和图7B类似的电路800的示意表示，电路800 也有两个圆形IMC盘，但在每个IMC盘的外围只存在四个水平霍尔元件，而不是八个。图8A示出了操作的第一模式，并且图8B示出了操作的第二模式。图8A和图8B中所示的信号分别是图7A和图7B中所示的信号的子集，但操作的原理是相同的。因此，不需要进一步解释。

在图8A和图8B变体(未示出)中，第一传感器结构和第二传感器结构中的每一个都可以包括位于两个垂直霍尔元件之间的水平霍尔元件，每个垂直霍尔元件都具有在X方向上定向的最大灵敏度轴，例如，以类似于图3A和图3B 所示的方式，但在两者之间添加水平霍尔元件。每个传感器结构都能够测量两个磁场分量：Bx、Bz(尽管使用不同的公式)，并且计算多达两个磁场梯度也是可行的，从梯度可以计算出角度。同样的原理经过必要的修改也适用于本实施例。

在进一步的变体(未示出)中，两个垂直霍尔元件不是如图3A和图3B中所示布置用于测量Bx分量，而是布置用于测量By分量。在这种情况下，每个结构将能够测量By和Bz，从中可以导出两个磁场梯度dBy/dx和dBz/dx，从磁场梯度可以导出角度。同样的原理经过必要的修改也适用于本实施例。

图9A和图9B是电路的示意表示，乍一看与图1相似，因为它也具有以约 1.0mm至3.0mm或者1.5mm至2.5mm的距离Δx间隔的两个IMC盘，并且在每个IMC的外围也存在两个水平霍尔元件，该两个水平霍尔元件以180°的角间隔，但电路不同地操作。

注意，尽管霍尔元件H1a和H1b的距离相对较大，但它们在上文所描述的意义上是“相关联的”，并且注意，霍尔元件H2a和H2b是“相关联的”，并且传感器元件的第一集合set1包含H1a、H2a，并且传感器元件的第二集合set2包含H1b、H2b。

图9A示出了操作的第一模式。在第一配置模式(其中开关闭合)中，使用例如如图4C所示的可配置互连电路，可以测量以下组合信号：(h1a+h1b) 和(h2a+h2b)。结果表明，表示为Bx_avg的组合信号的差可以被视为两个IMC 盘中间的测量的磁场分量Bx的两倍，并且表示为Bz_avg的组合信号的和可以被视为两个IMC盘中间测量的磁场分量Bz的两倍。第一角度

可计算为值Bx_avg和Bz_avg的比率的反正切。

图9B示出了操作的第二模式。在第二配置模式(其中开关断开)中，使用例如如图4C所示的可配置互连电路，可以测量以下单独信号：(h1a)和 (h2a)。结果表明，表示为Bx_part的这些单独信号的差对应于在IMC1处测量的磁场分量Bx，并且表示为Bz_part这些单独信号的和对应于在IMC1处测量的磁场分量Bz。如上文所提及的，可以在模拟域(例如，如图5C中所示) 或在数字域(例如，在数字处理器中)中生成该差与和。第二角度

可以计算为值Bx_avg和Bz_avg的比率的反正切。

一致性检查可以通过比较相应的“组合信号”和“单独信号”，和/或通过比较相应的磁场分量，和/或通过比较第一角值

和第二角值

来执行。后者可以例如通过测试是否

来执行，其中ψ是预定义值，且ε是预定义阈值(例如5°或2°或1°)。注意，ψ的值可能不同于0°，并且可能取决于应用(例如，取决于与传感器设备结合使用的磁体的尺寸，或该磁体的极距)，并且可以在校准过程期间确定并存储在非易失性存储器中，并在正常操作期间检索。如上文所提及的，在传感器设备外部执行一致性检查也是可行的，在这种情况下，要比较的值由传感器设备输出到外部处理器。当然，在传感器设备内部以及外部执行一致性检查也是可行的。

图10示出了方法1000的流程图，如可由根据本发明的实施例的传感器系统执行的。在系统级，一致性测试是在传感器设备内部还是外部执行，以及是否存在第二个处理器都无关紧要，只要执行至少一次一致性检查。方法1000 包括以下步骤：

a)配置(1002)如上文所描述的传感器设备的互连电路，例如该传感器设备具有磁传感器元件的第一集合N(≥1)；以及N个磁传感器的第二集合；以及可配置的互连电路，该可配置的互连电路用于选择性地将第二集合中的每个磁传感器元件连接到第一集合中的相关联的磁传感器元件或从第一集合中的相关联的磁传感器元件断开；以及处理电路，该处理电路用于以第一模式配置互连电路，其中第一集合的每个元件连接到第二集合的相关联的元件，以生成 N个组合信号，并测量这N个组合信号；

b)以第二模式配置(1003)互连电路，其中第一集合的每个元件从第二集合的其相关联的元件断开，并且测量由第一集合的磁传感器元件提供的N个单独信号；

c)测试N个组合信号和N个单独信号或从中导出的信号的一致性(1004)。

该方法可包括提供(1001)上述传感器设备的附加步骤a)。

如上文所解释的，该方法的所有步骤可由传感器设备本身执行，或部分地由传感器设备执行(例如，步骤a和b)以及部分地由与传感器设备通信地连接的第二设备(例如，ECU)执行(例如，步骤c的一致性检查)。在这种情况下，传感器设备将向第二设备提供N个组合信号和N个单独信号和/或从中导出的信号，例如从以下项所构成的组中选择的信号：从组合信号导出的第一差信号、从单独信号导出的第一和信号、从组合信号或第一差信号导出的第一角值、从单独信号或第二差信号导出的第二角值，

在一致性检查由传感器设备本身以及第二设备执行的情况下，可以构建具有高置信水平或高度的完整性的系统。本发明的实施例在机器人、工业或汽车应用中特别有用。

该方法的许多具体实施例是可行的，不仅取决于使用哪种组合(例如，求和或平均或加权平均)，还取决于哪个处理器执行一致性检查(例如，内部或外部处理器)，和/或传感器设备中实现了哪种传感器结构：

-在图3A至图9B的所有实施例中，测量至少一个组合信号和至少一个单独信号。该值可表示磁场分量；

-在一些实施例中，测量至少两个正交磁场分量(例如Bx和By)，并且可以基于这些分量的比率计算角度。

-在一些实施例中，在两个不同的位置测量至少一个磁场分量(例如Bx)，从而允许计算至少一个磁场梯度(例如dBx/dx)。

-在一些实施例中，确定两个正交磁场分量或两个正交磁场梯度(例如 dBx/dx和dBz/dx)，并且基于这些分量或梯度的比率计算角度。

如上文所描述的传感器设备可用于各种传感器系统，诸如例如线性霍尔设备(基本上仅包括一个或两个没有霍尔元件而没有IMC)；线性位置传感器系统，包括如上文所描述的传感器设备和具有多个交变极的磁结构；或诸如进一步包括永磁体的角位置传感器系统，永磁体可相对于传感器设备旋转，反之亦然。磁体可以是轴向或径向双极环形磁体或盘形磁体，或者具有至少四极或至少六极或至少八极的轴向或径向磁化环形或盘形磁体。传感器设备可位于“轴上”位置或“离轴”位置(即，在与旋转轴的非零径向距离处)，或“卫星位置” (即，位于大于磁体的外半径的径向位置处，且优选地位于底表面和顶表面中间的轴向位置处)。但是，本发明不限于位置传感器设备和系统，而是还可用于其他应用中，诸如，例如具有诊断能力的电流传感器、接近度传感器等。

图11示出了可由如上文所描述的传感器设备执行的方法1100的流程图。该传感器设备包括N个磁传感器元件的第一集合(set1)，N是至少一个；N 个磁传感器元件的第二集合(set2)；可配置互连电路，该可配置互连电路包括至少一个开关，至少一个开关用于选择性地将第二集合(set2)的元件连接到第一集合(set1)的相关联的元件或从第一集合(set1)的相关联的元件断开；以及处理电路，该处理电路用于配置互连电路。该方法包括以下步骤：

a)在第一模式中配置(1102)互连电路，其中第一集合(set1)的每个元件连接到第二集合(set2)的相关联的元件(例如并联或串联)，以生成N个组合信号，并测量这些N个组合信号；

b)在第二模式中配置(1103)互连电路，其中第一集合(set1)的每个元件与第二集合(set2)的相关联的元件断开，并且测量来自第一集合(set1)的 N个磁传感器元件的N个单独信号；

c1)对组合信号和单独信号执行一致性测试，和/或对从组合信号导出的第一信号和从单独信号导出的第二信号执行一致性测试；以及提供一致性测试的结果作为有效性信号；以及输出上述组合信号、单独信号、第一信号和第二信号中的至少一个；

或

c2)输出组合信号中的至少一个和/或从组合信号导出的第一信号中的一个，并且输出单独信号中的至少一个和/或从单独信号导出的第二信号中的一个，以允许外部处理器执行一致性检查。

可以针对图3A至图9B中所示的每个特定实施例更详细地阐述该方法。

Claims (15)

1.一种使用集成电路以可靠方式测量至少一个磁量的方法(1100)，所述集成电路包括：

N个磁传感器元件的第一集合(set1)，N是至少一个；

N个磁传感器元件的第二集合(set2)；

能配置的互连电路(399；499；599；598)，所述互连电路(399；499；599；598)被适配成用于选择性地将所述第二集合(set2)的元件连接到所述第一集合(set1)的相关联的元件或从所述第一集合(set1)的相关联的元件断开；以及

处理电路(393)，所述处理电路(393)用于配置所述互连电路；

所述方法包括以下步骤：

a)在第一模式中配置所述互连电路，其中，所述第一集合(set1)的每个元件连接到所述第二集合(set2)的相关联的元件，用于生成N个组合信号，并且测量这些N个组合信号；

b)在第二模式中配置所述互连电路，其中，所述第一集合(set1)的每个元件与所述第二集合(set2)的相关联的元件断开，并且测量来自所述第一集合(set1)的所述N个磁传感器元件的N个单独信号；

c)对所述组合信号和所述单独信号执行一致性测试，和/或对从所述组合信号导出的第一信号和从所述单独信号导出的第二信号执行一致性测试；以及提供所述一致性测试的结果作为有效性信号；以及输出从由所述组合信号、所述单独信号、所述第一信号和所述第二信号组成的组中选择的至少一个信号；或

输出所述组合信号中的至少一个和/或从所述组合信号导出的所述第一信号中的一个，并且输出所述单独信号中的至少一个和/或从所述单独信号导出的所述第二信号中的一个，用于允许外部处理器(ECU)执行一致性检查。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括以下选项中的一个：

i)输出所述N个组合信号，并且测试所述N个组合信号和所述N个单独信号的一致性，并且提供所述一致性测试的结果作为有效性信号；

ii)输出所述N个组合信号和所述N个单独信号，用于允许外部处理器(ECU)执行一致性测试；

iii)确定从所述N个组合信号导出的至少一个第一信号，以及确定从所述N个单独信号导出的至少一个第二信号；以及测试所述N个组合信号和所述N个单独信号的一致性，和/或测试所述至少一个第一信号和所述至少一个第二信号的一致性，和/或测试从所述第一信号导出的至少一个进一步的第一信号和从所述第二信号导出的至少一个进一步的第二信号的一致性；提供所述一致性测试的结果作为有效性信号；并且输出从由所述N个组合信号、所述N个单独信号、所述至少一个第一信号、所述至少一个第二信号、所述至少一个进一步的第一信号和所述至少一个进一步的第二信号组成的组中选择的至少一个信号；

iv)确定从所述N个组合信号导出的至少一个第一信号，以及确定从所述N个单独信号导出的至少一个第二信号；并且输出所述至少一个第一信号和所述至少一个第二信号，和/或输出从所述第一信号导出的至少一个进一步的第一信号和从所述第二信号导出的至少一个进一步的第二信号，用于允许外部处理器(ECU)执行一致性测试。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述互连电路包括N个开关(SW)，每个开关被适配成用于选择性地将所述第一集合(set1)的磁传感器元件与所述第二集合(set2)的相关联的磁传感器元件并联或串联地连接。

4.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(Bx_full、By_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(Bx_part、By_part)；

并且其中，步骤iii)包括：测试所述至少一个第一差信号(Bx_full)和所述至少一个第二差信号(Bx_part)的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述至少一个第一差信号(Bx_full)，以及输出所述至少一个第二差信号(Bx_part)，用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

5.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相加来确定至少一个第一和信号(Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加来确定至少一个第二和信号(Bz_part)；

并且其中，步骤iii)包括：测试所述至少一个第一和信号(Bz_full)和所述至少一个第二和信号(Bz_part)的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述至少一个第一和信号(Bz_full)，以及输出所述至少一个第二和信号(Bz_part)，用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

6.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(Bx_full、By_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(Bx_part、By_part)，

以及基于两个第一差信号的比率计算第一角值

以及基于两个第二差信号的比率计算第二角值

并且其中，步骤iii)包括：测试所述第一角值

和所述第二角值

的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述第一角值

和所述第二角值

用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

7.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(Bx_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(Bx_part)，

以及通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(Bz_full)，并通过将两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(Bz_part)，

以及基于第一差信号与第一和信号的比率计算第一角值

以及基于第二差信号与第二和信号的比率计算第二角值

并且其中，步骤iii)包括：测试所述第一角值

和所述第二角值

的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述第一角值

和所述第二角值

用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

8.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(Bxa_full、Bya_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(Bxa_part、Bya_part)，和/或通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(Bz_part)，

以及通过将两个第一差信号相减或通过将两个第一和信号相减来确定至少一个第三差信号(dBx/dx_full、dBy/dx_full)，并且通过将两个第二差信号相减或通过将两个第二和信号相减来确定至少一个第四差信号(dBx/dx_part、dBy/dx_part)；

并且其中步骤iii)包括：测试所述至少一个第三差信号(dBx/dx_full；dBz/dx_full)和所述至少一个第四差信号(dBx/dx_part；dBz/dx_part)的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述至少一个第三差信号(dBx/dx_full)和所述至少一个第四差信号(dBx/dx_part)，用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

9.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：通过将两个组合信号相减来确定至少一个第一差信号(Bxa_full、Bya_full)，以及通过将两个单独信号相减来确定至少一个第二差信号(Bxa_part、Bya_part)，和/或通过将两个组合信号相加或平均来确定至少一个第一和信号(Bz_full)，以及通过将两个单独信号相加或平均来确定至少一个第二和信号(Bz_part)，

以及通过将两个第一差信号相减或通过将两个第一和信号相减来确定至少一个第三差信号(dBx/dx_full、dBy/dx_full)，以及通过将两个第二差信号相减或通过将两个第二和信号相减来确定至少一个第四差信号(dBx/dx_part、dBy/dx_part)；

以及基于两个第三差信号的比率计算第一角值

以及基于两个第四差信号的比率计算第二角值

并且其中，步骤iii)包括：测试所述第一角值

和所述第二角值

的一致性；

并且其中，步骤iv)包括：输出所述第一角值

和所述第二角值

用于允许外部处理器(ECU)执行所述一致性测试。

10.一种确定传感器设备的线性位置或角位置并且检测误差的方法，所述传感器设备相对于磁源是可移动的，反之亦然，所述方法包括：

a)确定至少一个角值

并且使用根据权利要求1所述的方法检测误差；以及

b)将所述角值转换为线性位置或角位置。

11.一种传感器设备，所述传感器设备包括集成电路，所述集成电路包括：

N个磁传感器元件的第一集合，N是至少为1的整数值；

N个磁传感器元件的第二集合；

能配置的互连电路，所述互连电路用于选择性地将所述第二集合(set2)的每个元件连接到所述第一集合(set1)的相关联的元件或从所述第一集合(set1)的相关联的元件断开

处理电路，所述处理电路被配置用于执行根据权利要求1所述的方法。

12.根据权利要求11所述的传感器设备，

其中，N个磁传感器元件的所述第一集合和N个磁传感器元件的所述第二集合中的每一个包括垂直霍尔元件；

或者其中，N个磁传感器元件的所述第一集合和N个磁传感器元件的所述第二集合中的每一个包括两个垂直霍尔元件，所述两个垂直霍尔元件被定向在正交方向上；

或者其中，N个磁传感器元件的所述第一集合和N个磁传感器元件的所述第二集合中的每一个都包括四个水平霍尔元件，所述四个水平霍尔元件被布置在圆形IMC的外围附近，其中，所述第一集合(set1)的霍尔元件以90°的倍数间隔，并且其中，所述第二集合(set2)的霍尔元件以90°的倍数间隔，并且其中，所述第二集合(set2)的霍尔元件相对于所述第一集合的相关联的霍尔元件被定位在小于80μm的距离处；

或者其中，N个磁传感器元件的所述第一集合和N个磁传感器元件的所述第二集合中的每一个包括被布置在第一圆形IMC的外围附近的四个水平霍尔元件，以及被布置在第二圆形IMC的外围附近的四个水平霍尔元件；

或者其中，N个磁传感器元件的所述第一集合和N个磁传感器元件的所述第二集合中的每一个包括被布置在第一圆形IMC的外围附近的两个水平霍尔元件，以及被布置在第二圆形IMC的外围附近的两个水平霍尔元件；

或者其中，N个磁传感器元件的所述第一集合包括被布置在第一集成磁集中器(IMC1)的外围附近并且间隔180°的两个水平霍尔元件，且N个磁传感器元件的所述第二集合包括被布置在第二集成磁集中器(IMC2)的外围附近并且间隔180°的两个水平霍尔元件。

13.根据权利要求11所述的传感器设备，

其中，所述传感器设备是线性霍尔设备，所述线性霍尔设备被配置用于测量磁场分量；

或者其中，所述传感器设备是电流传感器设备，所述电流传感器设备被配置用于测量流过导体的电流；

或者其中，所述传感器设备是接近度传感器设备，所述接近度传感器设备被配置用于检测预定义范围内目标的存在或不存在；

或者其中，所述传感器设备是角位置传感器设备，所述角位置传感器设备被配置用于提供所述传感器设备相对于磁源的角位置；

或者其中，所述传感器设备是线性位置传感器设备，所述线性位置传感器设备被配置用于提供所述传感器设备相对于具有多个交变极的磁结构的线性位置。

14.一种磁传感器系统，包括：

根据权利要求11所述的传感器设备，

以及第二处理器(ECU)，所述第二处理器(ECU)通信地连接到所述传感器设备，并且被配置用于接收由所述传感器设备输出的所述信号中的至少一些，并且在选项ii)和选项iv)的情况下，被进一步配置为执行所述一致性测试。

15.根据权利要求14所述的磁传感器系统，

进一步包括磁源。

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