CN117849676A - 用于补偿磁阻元件输出电压谐波的方法和装置 - Google Patents

用于补偿磁阻元件输出电压谐波的方法和装置 Download PDF

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CN117849676A CN202311284476.8A CN202311284476A CN117849676A CN 117849676 A CN117849676 A CN 117849676A CN 202311284476 A CN202311284476 A CN 202311284476A CN 117849676 A CN117849676 A CN 117849676A
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Abstract

提供了一种用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)中的谐波的装置(10)和方法(100)。所述装置(10)包括至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)，其包括至少一个磁阻元件(15)、至少一个激发磁体(45)、至少一个解调单元(35)、一个缩放单元(40)和一个叠加单元(80)。所述方法(100)包括在解调单元(35)中检测(S100)至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)，在解调单元(35)中转换(S110)至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)，在缩放单元(40)中从解调电压生成(S130)补偿电压(USK)，以及在叠加单元(80)中将补偿电压(USK)与至少一个xMR传感器组件的输出电压(UMR)相叠加(S140)。

Description

用于补偿磁阻元件输出电压谐波的方法和装置
专利申请的交叉引用
本申请要求了2022年10月6日提交的第102022125821.1号德国专利申请的优先权。第102022125821.1号德国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于补偿磁阻元件输出电压谐波的方法和装置。
背景技术
通过对一些特殊层状材料施加磁场，这些材料或结构的电阻可以发生变化。这种导体电阻的变化是基于所谓的磁阻效应。在一些现代传感器组件中，磁阻效应被用于确定各种不同的参数。在大多数应用中，磁场被用作中间变量，用于实现各种位置或位移参数的测量，这些参数也可以包括角度和旋转速度。这些传感器组件通常至少包括一个磁阻元件(通常称为“xMR”元件)。因此，这些传感器组件通常被称为xMR传感器组件。磁阻元件至少包括一层阻挡层、一层固定层和一层自由层。阻挡层位于自由层和固定层之间。磁阻元件可以设计为隧道磁阻元件(通常也称为“TMR元件”或“TMR”)或巨磁阻元件(通常也称为“GMR元件”或“GMR”)。
图1a显示了TMR元件15a的已知示意结构。TMR元件15a包括一层阻挡层20a，一层固定层25a和一层自由层30a。阻挡层20a位于自由层30a和固定层25a之间。TMR元件15a由激发磁体45a激发。阻挡层20a、自由层30a、固定层25a和激发磁体45a沿着Z1a轴排列。Z1a轴平行于基本坐标系的z轴。激发磁体45a具有至少一个具有北极N和南极S的磁场。激发磁体45a可绕Z1a轴旋转。自由层30a由铁磁材料制成。TMR元件15a的自由层30a的磁化方向跟随激发磁体45a的磁场方向。固定层25a由永久磁性材料制成。固定层25a的磁化方向基本上固定。在TMR元件15a中，阻挡层20a形成作为导电材料。在TMR元件15a中，输入电压U0a沿平行于Z1a轴的方向施加。
图1b显示了GMR元件15b的已知示意结构。GMR元件15b包括一层阻挡层20b，一层固定层25b和一层自由层30b。阻挡层20b位于自由层30b和固定层25b之间。GMR元件15b由激发磁体45b激发。阻挡层20b、自由层30b、固定层25b和激发磁体45b沿着Z1b轴排列。Z1b轴平行于基本坐标系的z轴。激发磁体45b具有至少一个具有北极N和南极S的磁场。激发磁体45b可绕Z1b轴旋转。自由层30b由铁磁材料制成。如上所述，GMR元件15b的自由层30b的磁化方向跟随激发磁体45b的磁场方向。固定层25b由永久磁性材料制成。固定层25b的磁化方向基本上固定。在GMR元件15b中，输入电压U0b沿与Z1b轴正交的方向施加。
由于激发磁体45a、45b绕Z1a、Z1b轴旋转，TMR元件15a和GMR元件15b中的自由层30a、30b的磁场排列相对于固定层25a、25b发生变化。如上所述，这里的自由层30a、30b的磁场跟随激发磁体45a、45b的激发而变化。如果将输入电压U0施加到包括TMR元件15a和GMR元件15b的磁阻元件15上，同时激发磁体45绕Z1轴旋转，那么在TMR元件中会发生所谓的“TMR效应”，而在GMR元件15b中会发生所谓的“GMR效应”。
图1c显示了一个xMR传感器组件12。xMR传感器组件12通常包括至少四个相互间隔的以惠斯通桥(Wheatstone bridge)的形式相互连接的磁阻元件15，通常也称为xMR桥。磁阻元件15可以是TMR元件15a或GMR元件15b。当在惠斯通桥中使用TMR元件15a时，它们也被称为TMR传感器组件12或TMR桥12。
当在惠斯通桥中使用GMR元件15b时，它也被称为GMR传感器组件12或GMR桥12。xMR传感器组件12沿基本坐标系的x轴或y轴排列。x轴与y轴正交。x轴和y轴与基本坐标系的z轴正交。
此外，图1c示明了在四个磁阻元件15中每个元件的固定层25的方向，每个固定层25具有在所显示的方向上的磁场。固定层25的方向取决于激发磁体45的方向。
惠斯通桥由至少两个串联连接的磁阻元件15并联形成。输入电压U0施加到惠斯通桥上。当磁阻元件15连接在惠斯通桥中时，磁阻效应的发生改变了磁阻元件15的电阻。除了改变磁阻元件15的电阻，在测量激发磁体Z1的旋转位置或方向时，磁阻元件15的输出电压UMR中还会出现谐波。在这种情况下，谐波指的是频率为输入电压U0的基频的整数倍数的上谐波或上波。
特别优选地，可以将两个xMR传感器组件12a、12b相对于彼此错位排列或作基本上90°(九十度)的旋转。这可以获得两个相位偏移的信号(余弦、正弦)。图1d显示了这样一种配置，其中两个xMR传感器组件12a、12b基本上相对彼此旋转了90°。每个xMR传感器组件12a、12b包括至少四个相互间隔的以惠斯通桥的方式相互连接的磁阻元件15。因此，图1d显示了两个xMR传感器组件12a、12b(或称为xMR桥12a、12b)的布置，它们相对于彼此旋转了90度。例如，第一个xMR传感器组件12a沿x轴排列，第二个xMR传感器组件12b沿y轴排列。
此外，图1d示明了八个磁阻元件15中每个元件的固定层25的方向。固定层25的方向取决于激发磁体45的方向。
这种谐波是由固定层25的非理想性质引起的，可以通过固定层25的不可忽略磁化性质来描述。这种不可忽略的磁化性质引发了固定层25的磁场分量，该分量与固定层25的方向垂直。与激发磁体相关的谐波的发生，取决于振幅和方向等等，其方向依赖性的最大值出现在激发磁体45产生的激发磁场与固定层25的磁场相互正交对齐的情况下。
由此，谐波出现在xMR传感器组件12的输出电压UMR中。一些先前的技术通过下游处理器组件校准在最终应用端使用的激发磁体的角位置来补偿谐波。然而，目前并没有已知的解决方案可以在不使用单独的下游处理器模块的情况下根据一些参数(例如振幅和温度)来补偿谐波。
发明内容
本发明基于提供一种方法和装置来补偿由于谐波的出现而引起的输出信号失真的技术问题。鉴于这一背景，提供了一种通过从输出电压中解调并通过缩放单元进行加权或缩放来产生谐波来补偿至少一个xMR传感器组件的输出电压中的谐波的方法和装置。所述方法包括在解调单元中检测至少一个xMR传感器组件的输出电压，所述至少一个xMR传感器组件包括至少一个磁阻元件，在解调单元中转换至少一个xMR传感器组件的输出电压，在缩放单元中从解调电压生成补偿电压，以及在叠加单元中通过将补偿电压与至少一个xMR传感器组件的输出电压相叠加来补偿谐波。转换输出电压还包括生成解调电压。在缩放单元中从解调电压生成补偿电压通过使用缩放参数来进行。将补偿电压与至少一个xMR传感器组件的输出电压相叠加在叠加单元中进行。
所述方法容许补偿输出电压中的谐波。
在一个方面，所述方法还包括确定缩放参数。
确定所述缩放参数容许从解调电压中灵活地确定补偿电压。
在另一个方面，所述方法包括使用振幅单元来确定缩放参数。
使用所述振幅单元来确定缩放参数容许从解调电压中灵活地确定补偿电压。
在另一个方面，在所述方法中，所述缩放参数的确定包括比较第一磁场强度和/或第二磁场强度。第一磁场强度由第一霍尔(Hall)传感器感测或确定。第二磁场强度由第二霍尔传感器感测或确定。
使用所述振幅单元来确定第一磁场强度和第二磁场强度容许以感测到的第一磁场强度和/或第二磁场强度的函数方式灵活地确定缩放参数。
在另一个方面，在所述方法中，所述缩放参数的确定通过使用温度单元执行。所述缩放参数的确定包括确定至少一个xMR传感器组件的温度。
使用所述温度单元来确定缩放参数容许以灵活的方式确定缩放参数。
在另一个方面，在所述方法中，所述至少一个xMR传感器组件的温度的确定包括感测磁阻元件的温度，其中感测所述磁阻元件的温度包括感测所述磁阻元件的阻挡层、固定层或自由层中至少一层的温度。
使用温度单元来确定至少一个包括磁阻元件的xMR传感器组件的温度容许以灵活的方式确定缩放参数，所述缩放参数是作为感测磁阻元件的阻挡层、固定层或自由层中至少一层的温度的函数来确定的。
在另一个方面，一种用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中的谐波的方法包括在解调单元中检测至少一个xMR传感器组件的输出电压，在解调单元中转换至少一个xMR传感器组件的输出电压，并在叠加单元中将解调电压与所述至少一个xMR传感器组件的输出电压相叠加来补偿谐波。所述转换进一步包括生成解调电压。
所述方法容许补偿输出电压中的谐波。
在另一个方面，一种用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中的谐波的装置包括至少一个xMR传感器组件，所述至少一个xMR传感器组件包括至少一个磁阻元件、至少一个激发磁体、至少一个解调单元、一个缩放单元和一个叠加单元。所述至少一个磁阻元件包括一个阻挡层、一个固定层和一个自由层。所述磁阻元件的阻挡层位于自由层和固定层之间。所述至少一个xMR传感器组件还具有输出电压。所述至少一个解调单元与所述至少一个xMR传感器组件电连接。所述解调单元被设置为解调所述至少一个xMR传感器组件的输出电压，从而生成解调电压。具体来说，所述解调单元被设置为通过转换所述至少一个xMR传感器组件的输出电压来生成所述解调电压。所述缩放单元与所述解调单元电连接。所述缩放单元被设置为使用缩放参数生成补偿电压。所述叠加单元与所述至少一个xMR传感器组件和所述缩放单元电连接。所述叠加单元被设置为将补偿电压与所述至少一个xMR传感器组件的输出电压叠加或相叠或数学相加。
所述装置容许补偿所述输出电压中的谐波。
在另一个方面，所述阻挡层、固定层和自由层沿一轴排列。此外，所述激发磁体沿所述轴排列。
所述阻挡层、固定层和自由层沿所述轴排列的布置使得所述装置紧凑。
在另一个方面，在所述装置中，所述固定层包括铁磁体。
所述固定层的配置使得所述装置紧凑。
在另一个方面，在所述装置中，所述自由层包括永久磁体。
所述自由层的配置使得所述装置紧凑。
在另一个方面，在所述装置中，所述激发磁体设置为围绕或设置为可围绕相对于所述至少一个xMR传感器组件的轴旋转。
所述激发磁体的排列容许与所述至少一个xMR传感器组件的磁阻元件的自由层发生相互作用。
在另一个方面，在所述装置中，所述至少一个解调单元包括多个单独的解调单元。
所述包括多个单独解调单元的装置的配置容许对不同频率的谐波进行补偿。
在另一个方面，所述装置具有固定的缩放参数或已经固定地定义的缩放参数。
所述具有固定缩放参数的装置的配置容许在多个使用情况下适当补偿谐波。
在另一个方面，在所述装置中，所述缩放参数是可变的。此外，所述缩放单元使用振幅单元和/或温度单元确定缩放参数。
所述具有可变缩放参数的装置的配置容许根据使用振幅单元和/或温度单元适当补偿谐波。
在另一个方面，在所述装置中，所述振幅单元包括至少一个第一霍尔传感器和一个第二霍尔传感器。
所述具有第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的装置的配置容许以感测到的第一磁场强度和/或感测到的第二磁场强度的函数方式灵活地确定缩放参数。
在另一个方面，用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中的谐波的装置包括至少一个xMR传感器组件、至少一个激发磁体、至少一个解调逻辑、一个缩放逻辑和一个叠加逻辑。所述至少一个xMR传感器组件包括至少一个磁阻元件、至少一个激发磁体、至少一个解调单元、一个缩放单元和一个叠加单元。所述至少一个磁阻元件包括一个阻挡层、一个固定层和一个自由层。所述磁阻元件的阻挡层位于自由层和固定层之间。所述至少一个xMR传感器组件还具有输出电压。所述至少一个解调逻辑与所述至少一个xMR传感器组件逻辑连接。所述解调逻辑被设置为通过转换至少一所述个xMR传感器组件的输出电压来生成解调电压。所述缩放逻辑与所述解调逻辑逻辑连接。所述缩放逻辑被设置为使用缩放参数生成补偿电压。所述叠加逻辑与所述至少一个xMR传感器组件和所述缩放逻辑逻辑连接。所述叠加逻辑被设置为将所述补偿电压与所述至少一个xMR传感器组件的输出电压叠加。
所述包括至少一个xMR传感器组件、至少一个激发磁体、至少一个解调逻辑、缩放逻辑和叠加逻辑的装置的配置容许对谐波进行补偿。
在另一个方面，在缩放逻辑进行的用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中的谐波的计算机实施方法包括在解调逻辑中检测至少一个包括至少一个磁阻元件的xMR传感器组件的输出电压，转换至少一个xMR传感器组件的输出电压，从解调电压生成补偿电压，并在叠加逻辑中通过将补偿电压叠加到至少一个xMR传感器组件的输出电压上来补偿谐波。所述转换包括生成所述解调电压。所述补偿电压的生成通过使用缩放参数进行。
所述方法容许补偿输出电压中的谐波。
在另一个方面，用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中的谐波的计算机实施方法包括在解调逻辑中检测至少一个包括至少一个磁阻元件的xMR传感器组件的输出电压，转换所述至少一个xMR传感器组件的输出电压，并在叠加逻辑中通过将解调电压与至少一个xMR传感器组件的输出电压叠加来补偿谐波。所述转换包括生成解调电压。
所述方法容许补偿输出电压中的谐波。
附图说明
图1a显示了TMR元件的示意结构。
图1b显示了GMR元件的示意结构。
图1c显示了惠斯通桥的示意结构。
图1d显示了两个xMR传感器组件的排列。
图2显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第一配置。
图3显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第二配置。
图4显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第三配置。
图5显示了描述用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的方法的流程图。
图6显示了描述用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的方法的流程图。
图7显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第四配置。
图8显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第五配置。
图9显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的装置的第六配置。
图10显示了描述用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的方法的流程图。
图11显示了描述用于补偿至少一个xMR传感器组件输出电压中谐波的方法的流程图。
具体实施方式
现在将根据附图的基础描述本发明。应当理解，本文所描述的本发明的实施例和方面仅仅是示例，并且不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物限定。应当理解，在本发明的一个方面或实施例的特征可以与本发明的另一方面或其他方面和/或实施例相结合。
图2显示了用于补偿至少一个xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波的装置10的第一配置的示意图。装置10包括至少一个xMR传感器组件12、至少一个解调单元35、至少一个激发磁体45和一个叠加单元80。所述至少一个xMR传感器组件12包括至少一个磁阻元件15。优选地，xMR传感器组件12包括至少四个相互间隔的惠斯通桥的形式相互连接的磁阻元件15。这至少四个磁阻元件15基本上相同，因此以下将仅称之为磁阻元件15。尤其优选地，装置10包括两个xMR传感器组件12a、12b。所述两个xMR传感器组件12a、12b基本上相同并与xMR传感器组件12相对应。但是，两个xMR传感器组件12a、12b相对彼此旋转了约90°。这个约90°的旋转容许获得两个相位偏移的信号(余弦、正弦)。
磁阻元件15包括阻挡层20、固定层25和自由层30。阻挡层20位于自由层30和固定层25之间。xMR传感器组件12由激发磁体45激发。阻挡层20、固定层25、自由层30和激发磁体45沿Z1轴排列。激发磁体45b具有至少一个具有北极N和南极S的磁场。激发磁体45相对于固定层25排列。激发磁体45设置为围绕Z1轴相对于xMR传感器组件12旋转。自由层30由铁磁材料制成。磁阻元件15的自由层30的磁化方向跟随激发磁体45的磁场方向。固定层25由永久磁性材料制成。固定层25的磁场方向基本上是固定的。
xMR传感器组件12包括至少一个TMR元件15a或GMR元件15b中的至少一个。输入电压U0被施加于xMR传感器组件12。xMR传感器组件12还包括输出电压UMR。在xMR传感器组件12中，激发磁体45相对于Z1轴的xMR传感器组件12的旋转导致自由层30的磁场排列相对于固定层25发生变化。因此，分别发生TMR效应和GMR效应。由于这些磁阻效应，在xMR传感器组件12的输出电压UMR中发生谐波。
在xMR传感器组件12的输出电压UMR中谐波的发生取决于激发磁体45围绕Z1轴相对于xMR传感器组件12的旋转角度θ。在输出电压UMR中谐波的幅度可以用以下方程式近似计算。如下所示，针对正弦曲线和余弦曲线的观测可分别表示为：
UMRsin′θ＝UMRsin(θ+UMRsin(2*θ))
UMRcos′θ＝UMRcosθ+UMRcos(2*θ))
为了补偿谐波，解调单元35与xMR传感器组件12电连接。解调单元35被设置为从xMR传感器组件12的输出电压UMR中生成一个校正信号，以解调电压UDM的形式。在解调单元35中，xMR传感器组件12的输出电压UMR被转换。这种转换包括生成解调电压UDM。解调单元35可以是单个解调单元35，也可以包括多个独立的相互电连接的解调单元35。通过使用多个解调单元35，可以，例如，补偿不同频率的谐波。
在装置10的第一配置中，通过将解调电压UDM与xMR传感器组件12的输出电压UMR求和或(数学上)相加来进行谐波补偿。为了进行谐波补偿，叠加单元80与xMR传感器组件12电连接。叠加单元80被设置为将解调电压UDM与xMR传感器组件12的输出电压UMR叠加在一起，从而进行谐波补偿。叠加单元80包括，例如，吉尔伯特元件(Gilbert cell)(通常称为“吉尔伯特元件”或“吉尔伯特乘法器”)。
图3显示了装置10的第二配置的示意图。在这第二配置中，装置10基本包括第一配置的组件，并且还包括至少一个缩放单元40。该缩放单元40与至少一个解调单元35电连接，用于补偿xMR传感器组件12的输出电压UMR中的谐波。在这第二配置中，谐波的补偿通过使用缩放参数A进行。
如针对装置的第一配置所描述的，xMR传感器组件12的输出电压UMR中谐波的发生取决于激发磁体45围绕轴Z1相对于xMR传感器组件12的旋转角θ。输出电压UMR中谐波的幅度可以用以下方程式近似计算。针对正弦曲线和余弦曲线的观测，可分别表示如下，其中，A表示在这第二配置中的缩放参数。
UMRsin′θ＝UMRsin(θ+A*UMRsin(2*θ))
UMRcos′θ＝UMRcosθ+A*UMRcos(2*θ))
此外，为了补偿谐波，缩放单元40与解调单元35电连接。缩放单元40被设置为使用缩放参数A从解调单元35的解调电压UDM生成一个补偿电压USK。
缩放参数A可以是固定的或可变的。在图3所示的装置10的第二配置中，缩放参数A是可变的。在第二配置中，缩放参数A通过使用参考表格来确定。参考表格包含以表格形式呈现的多个固定定义值。例如，由解调单元35确定的解调电压UDM的参考表格可以包含缩放参数A的对应值。这容许从确定的解调电压UDM中确定缩放参数A。如果所确定的解调电压UDM的值在参考表格中的值之间或之外，那么缩放参数A可以通过从所确定的解调电压UDM进行插值来确定。该插值可以是，例如，在参考表格中定义的值之间的线性插值。然而，在该插值中也可以使用，例如，更高次数的多项式、三角插值，甚至对数插值。
基于缩放单元40确定的缩放参数A，通过缩放单元40从解调电压UDM生成补偿电压USK。为了补偿谐波，叠加单元80与xMR传感器组件12和缩放单元40电连接。叠加单元80被设置为在xMR传感器组件12的输出电压UMR上叠加补偿电压USK，从而补偿谐波。
图4显示了装置10的第三配置的示意图。装置10的第三配置进一步包括幅度单元55和温度单元60的至少一个。在第三配置中，缩放参数A是可变的。在第三配置中，缩放参数A通过使用幅度单元55和/或温度单元60来确定。
幅度单元55包括至少一个第一霍尔传感器65a和/或一个第二霍尔传感器65b。霍尔传感器65a、65b的数量取决于xMR传感器组件12、12a、12b的数量。假设装置10只包括一个xMR传感器组件12，则幅度单元55只包括第一个霍尔传感器65a或第二个霍尔传感器65b中的一个。假设装置10包括两个xMR传感器组件12a、12b，则幅度单元55包括第一个霍尔传感器65a和第二个霍尔传感器65b。
第一个霍尔传感器65a确定作用或辐射在xMR传感器组件12上的磁场沿基本坐标系的x轴方向磁场强度Bx。第二个霍尔传感器65b确定作用在xMR传感器组件12上的磁场的y轴方向磁场强度By。
第一个霍尔传感器65a和/或第二个霍尔传感器65b安装在xMR传感器组件12上。如果装置10包括第一个霍尔传感器65a和第二个霍尔传感器65b，则第一个霍尔传感器65a和第二个霍尔传感器65b沿与轴Z1正交的平面偏移。第一个霍尔传感器65a和/或第二个霍尔传感器65b设置为正交于固定层25的磁场方向。
如果装置10仅包括一个xMR传感器组件12，则第一个霍尔传感器65a或第二个霍尔传感器65b的方向是平行于xMR传感器组件12的方向的。因此，第一个霍尔传感器65a或第二个霍尔传感器65b检测到xMR传感器组件12所设置的沿着x轴或y轴方向的磁场。
如果装置10仅包括第一个xMR传感器组件12a和第二个xMR传感器组件12b，则第一个霍尔传感器65a和第二个霍尔传感器65b的方向是，第一个霍尔传感器65a或第二个霍尔传感器65b与第一个xMR传感器组件12a平行，而第一个霍尔传感器65a和第二个霍尔传感器65b中的另一个与第二个xMR传感器组件12b平行。
幅度单元55根据第一个霍尔传感器65a测定的磁场强度Bx和/或第二个霍尔传感器65b测定的磁场强度By来确定沿x轴方向和/或y轴方向作用在xMR传感器组件12上的磁场的幅度|B|。
缩放单元40使用由振幅单元55所确定的振幅|B|来确定缩放参数A。基于缩放单元40确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放单元40从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK与施加到叠加单元80的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加单元80叠加在一起。这样可以补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波。
温度单元60包括至少一个温度传感器，设置在xMR传感器组件12的磁阻元件15的阻挡层20、固定层25或自由层30中的至少一个上。例如，可以在阻挡层20、固定层25和自由层30中的每一层上分别设置独立的温度传感器。例如，也可以只在阻挡层20、固定层25或自由层30中的某一层上提供一个温度传感器。例如，也可以在阻挡层20、固定层25或自由层30的其中一层上提供多个温度传感器。例如，也可以在阻挡层20、固定层25和自由层30的每一层上提供多个温度传感器。例如，温度单元60的温度传感器也可以被xMR传感器组件12的磁阻元件15相互分离。温度单元60的温度传感器能够感测阻挡层20、固定层25和自由层30的温度。
缩放单元40使用由温度单元60感测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度来确定缩放参数A。基于缩放单元40确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放单元40从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK与施加到叠加单元80的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加单元80叠加在一起。这样可以补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波。
缩放单元40还可以使用振幅单元55检测到的振幅|B|和温度单元60检测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度之一来确定缩放参数A。基于缩放单元40确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放单元40从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK与施加到叠加单元80的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加单元80叠加在一起。
图5展示了一个过程流程图，描述了通过缩放单元40补偿至少一个xMR传感器组件12的输出电压UMR中的谐波的方法100。方法100涉及通过装置10的第二配置和第三配置对输出电压UMR进行的谐波补偿。
方法100包括在步骤S100中通过解调单元35检测xMR传感器组件12的输出电压UMR。
方法100进一步包括在步骤S110中通过解调单元35将xMR传感器组件12的输出电压UMR进行转换。这个转换包括生成解调电压UDM。
方法100进一步包括在步骤S120中确定缩放参数A。
方法100进一步包括在步骤S130中通过缩放单元40从解调电压UDM生成补偿电压USK。步骤S120中生成补偿电压USK是使用缩放参数A进行的。
方法100进一步包括在步骤S140中通过叠加单元80将补偿电压USK与xMR传感器组件12的输出电压UMR叠加在一起。步骤S140中的叠加补偿了谐波。
图6展示了一个过程流程图，描述了通过装置10补偿至少一个xMR传感器组件12的输出电压UMR中的谐波的方法200。方法200涉及通过装置10的第一配置对输出电压UMR进行的谐波补偿。
方法200包括在步骤S200中在解调单元35中检测xMR传感器组件12的输出电压UMR。
方法200进一步包括在步骤S210中在解调单元35在转换xMR传感器组件12的输出电压UMR。这个转换包括生成解调电压UDM。
方法200进一步包括在步骤S220中在叠加单元80中将补偿电压USK与xMR传感器组件12的输出电压UMR叠加在一起。步骤S220中的叠加补偿了谐波。
装置10和方法100、200用于补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波，例如，用于旋转传感器。装置10和方法100可以提高旋转传感器的起始精度。通过在旋转传感器的首次完整旋转期间减小谐波对其启动的影响，可以实现这种起始精度的提高。此外，装置10和方法100还可用于提高旋转角度θ的检测精度。
此外，通过使用可变的缩放参数A，可以降低校准旋转传感器的成本。例如，在装置10的第二配置中，可以使用参考表格确定缩放参数A。通过使用参考表格，可以提高旋转传感器的测量精度，适用范围更广。
例如，在装置10的第三配置中，可以使用振幅单元55或温度单元60确定缩放参数A。通过使用振幅单元55，缩放参数A可以根据第一磁场强度B1和/或第二磁场强度B2的函数确定。通过使用温度单元60，缩放参数A可以根据温度单元60检测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度的函数确定。
例如，在装置10的第三配置中，也可以使用振幅单元55和温度单元60确定缩放参数A。通过使用振幅单元55和温度单元60，缩放参数A可以根据第一磁场强度B1、第二磁场强度B2、阻挡层20的感测温度、固定层25的感测温度和/或自由层30的感测温度的函数确定。
图7展示了装置10的第四配置，用于通过至少一个计算模块70来补偿至少一个xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波。在第四配置中，装置10包括基本上与第一配置相同的组件。此外，装置10的第四配置包括计算模块70。例如，计算模块70可以包括逻辑元件，例如用于执行计算的商用计算机芯片。此外，该逻辑元件可能包括用于缓存或存储计算结果的内存单元。
为了补偿谐波，计算模块70与xMR传感器组件12电连接。计算模块70被配置为从xMR传感器组件12的输出电压UMR生成一个以解调电压UDM形式的校正信号。计算模块70包括至少一个解调逻辑735和一个叠加逻辑780。
在解调逻辑735中，将xMR传感器组件12的输出电压UMR进行转换。这个转换包括生成解调电压UDM。计算模块70可以是单一的解调逻辑735，也可以包括多个独立的在逻辑上互连的解调逻辑735。通过使用多个解调逻辑735可以，例如，补偿不同频率的谐波。
在装置10的第四配置中，补偿谐波是通过在叠加逻辑780中将解调电压UDM和xMR传感器组件12的输出电压UMR相加来执行的。为了补偿谐波，叠加逻辑780在逻辑上与xMR传感器组件12相连。叠加逻辑780被配置为将解调电压UDM叠加到xMR传感器组件12的输出电压UMR上，从而补偿谐波。
根据装置10的第四配置，可以在汽车电子控制单元的计算机芯片中执行补偿谐波，从而可以轻松地在现有的汽车结构中补偿谐波。
图8显示了装置10的第五配置的示意图。在这第五配置中，装置10基本上包括第四配置的组件，并进一步包括至少一个缩放逻辑740。这个缩放逻辑740与用于补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波的至少一个解调逻辑735在逻辑上相连。在这第五配置中，补偿谐波是通过使用缩放参数A执行的。
缩放逻辑740还在逻辑上与解调逻辑735相连，以执行补偿谐波。缩放逻辑740被配置为使用缩放参数A从解调逻辑735的解调电压UDM生成补偿电压USK。
缩放参数A可以是固定的或可变的。在图8所示的装置10的第五配置中，缩放参数A是可变的。在第五配置中，使用一个参考表格来确定缩放参数A。参考表格包含以表格形式呈现的多个固定定义值。例如，参考表格可以包含与由解调逻辑735确定的解调电压UDM相应的缩放参数A值。这容许从确定的解调电压UDM中确定缩放参数A。如果确定的解调电压UDM值在参考表格中定义的值之间或之外，可以通过插值从确定的解调电压UDM中确定缩放参数A。插值可以是，例如，线性插值，也可以是更高阶多项式插值、三角插值甚至对数插值。
基于由缩放逻辑740确定的缩放参数A，通过缩放逻辑740从解调电压UDM生成补偿电压USK。为了补偿谐波，叠加逻辑780在逻辑上与xMR传感器组件12和缩放逻辑740相连。叠加逻辑780被配置为将补偿电压USK叠加到xMR传感器组件12的输出电压UMR上，从而补偿谐波。
根据装置10的第五配置，可以在汽车电子控制单元的计算机芯片中执行补偿谐波，从而可以轻松地在现有的汽车结构中补偿谐波。此外，根据装置10的第五配置，可以确定用于补偿谐波的缩放参数。
图9显示了装置10的第六配置的示意图。装置10的第六配置基本上与装置10的第五配置相同。装置10的第六配置进一步包括至少一个振幅单元55和温度单元60。在第六配置中，缩放参数A是可变的。在第六配置中，确定缩放参数A是通过使用振幅单元55和/或温度单元60来进行的。装置10的第六配置的振幅单元55基本上与装置10的第三配置的振幅单元55相同。
装置10的第六配置的缩放逻辑单元740使用振幅单元55确定的振幅|B|来确定缩放参数A。基于缩放逻辑740确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放逻辑740从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK与施加到叠加逻辑780的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加逻辑780叠加在一起。这样可以补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波。
装置10的第六配置的温度单元60基本上与装置10的第三配置的温度单元60相同。缩放逻辑740使用温度单元60感测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度来确定缩放参数A。缩放逻辑740使用温度单元60感测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度来确定缩放参数A。基于缩放逻辑740确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放逻辑740从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK施加到叠加逻辑780的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加逻辑780叠加在一起。这样可以补偿xMR传感器组件12输出电压UMR中的谐波。
缩放逻辑740也可以使用振幅单元55检测到的振幅|B|和温度单元60检测到的阻挡层20、固定层25和/或自由层30的温度来确定缩放参数A。基于由缩放逻辑740确定的缩放参数A，补偿电压USK由缩放逻辑740从解调电压UDM生成。这个补偿电压USK与施加到叠加逻辑780的xMR传感器组件12的输出电压UMR被叠加逻辑780叠加在一起。
根据装置10的第六配置，可以在汽车电子控制单元的计算机芯片中执行补偿谐波，从而可以轻松地在现有的汽车结构中补偿谐波。此外，根据第六配置的装置10，可以确定用于补偿谐波的缩放参数。此外，根据第六配置，装置10可以使缩放参数根据磁场强度或温度的函数来确定。
图10显示了通过装置10补偿xMR传感器组件12的输出电压UMR中的谐波的计算机实施方法300的过程流程图。计算机实施方法300可以在，例如，计算模块70的计算机芯片上执行。
计算机实施方法300涉及通过装置10的第五配置或第六配置进行谐波补偿。
计算机实施方法300包括在步骤S300中在解调逻辑735中检测xMR传感器组件12的输出电压UMR。
计算机实施方法300进一步包括在步骤S310中在解调逻辑735中将xMR传感器组件12的输出电压UMR进行转换。这个转换包括生成解调电压UDM。
计算机实施方法300进一步包括在步骤S320中确定缩放参数A。
计算机实施方法300进一步包括在步骤S330中使用缩放逻辑740从解调电压UDM中生成补偿电压USK。在步骤S330中生成补偿电压USK是使用缩放参数A执行的。
计算机实施方法300进一步包括在步骤S340中在叠加逻辑780中将补偿电压USK与xMR传感器组件12的输出电压UMR叠加在一起。这样的叠加在步骤S340中补偿了谐波。
图11显示了通过装置10对xMR传感器组件12的输出电压UMR进行谐波补偿的计算机实施方法400的过程流程图。计算机实施方法400可以在，例如，计算模块70的计算机芯片上执行。
计算机实施方法400涉及通过装置10的第四配置进行谐波补偿。
计算机实施方法400包括在步骤S400中在解调逻辑735中检测xMR传感器组件12的输出电压UMR。
计算机实施方法400进一步包括在步骤S410中在解调逻辑735中将xMR传感器组件12的输出电压UMR进行转换。这个转换包括生成解调电压UDM。
计算机实施方法400进一步包括在步骤S420中在叠加逻辑780中将补偿电压USK与xMR传感器组件12的输出电压UMR叠加在一起。这样的叠加在步骤S420中补偿了谐波。
附图标记列表
10 装置
12 xMR传感器组件
15 磁阻元件
15a 隧道磁阻元件
15b 巨磁阻元件
20 阻挡层
25 固定层
30 自由层
35,735 解调单元
40,740 缩放单元
45 激发磁体
55 振幅单元
60 温度单元
65a 第一霍尔传感器
65b 第一霍尔传感器
70 计算模块
80,780 叠加单元/逻辑
100 方法
A 缩放参数
U0 输入电压
UMR 输出电压
UDM 解调电压
USK 补偿电压
Z1 轴
N 北极
S 南极

Claims (22)

1.一种通过缩放单元(40)补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)中的谐波的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：
在解调单元(35)中检测(S100)所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)，其中所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)包括至少一个磁阻元件(15)；
在所述解调单元(35)中将所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)进行转换(S110)，其中所述转换(S110)包括生成解调电压(UDM)；
通过缩放单元(40)从所述解调电压(UDM)生成(S130)补偿电压(USK)，其中所述补偿电压(USK)的生成(S130)是使用缩放参数(A)执行的；
在叠加单元(80)中通过将所述补偿电压(USK)与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)叠加(S140)来补偿所述谐波。
2.根据权利要求1的方法(100)，还包括：
确定(S120)缩放参数(A)。
3.根据权利要求2的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)是使用振幅单元(55)执行的。
4.根据权利要求2的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)包括比较由第一霍尔传感器(65a)检测到的第一磁场强度(B1)和由第二霍尔传感器(65b)检测到的第二磁场强度(B2)。
5.根据权利要求2的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)包括比较由第一霍尔传感器(65a)检测到的第一磁场强度(B1)或由第二霍尔传感器(65b)检测到的第二磁场强度(B2)。
6.根据权利要求3的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)包括比较由第一霍尔传感器(65a)检测到的第一磁场强度(B1)和由第二霍尔传感器(65b)检测到的第二磁场强度(B2)。
7.根据权利要求3的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)包括比较由第一霍尔传感器(65a)检测到的第一磁场强度(B1)或由第二霍尔传感器(65b)检测到的第二磁场强度(B2)。
8.根据权利要求2的方法(100)，其中：
所述缩放参数(A)的确定(S120)是使用温度单元(60)执行的，其中所述缩放参数(A)的确定(S120)包括确定至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)中的温度。
9.根据权利要求8的方法(100)，其中：
所述确定至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)中的温度包括检测磁阻元件(15)的温度，其中检测磁阻元件(15)的温度包括检测磁阻元件(15)的阻挡层(20)、固定层(25)或自由层(30)中的至少一个层的温度。
10.一种用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)中的谐波的方法(200)，所述方法(200)包括以下步骤：
在解调单元(35)中检测所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)，其中所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)包括至少一个磁阻元件(15)；
在所述解调单元(35)中将所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)进行转换，其中所述转换(S210)包括生成解调电压(UDM)；以及
在叠加单元(80)中将所述解调电压(UDM)与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)叠加来补偿所述谐波。
11.一种用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)中的谐波的装置(10)，所述装置(10)包括：
所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)，包括至少一个磁阻元件(15)，其中所述至少一个磁阻元件(15)包括阻挡层(20)、固定层(25)和自由层(30)，其中所述阻挡层(20)位于所述自由层(30)和所述固定层(25)之间，并且所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)具有所述输出电压(UMR)；
至少一个激发磁体(45)；
至少一个与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)电连接的解调单元(35)，其中所述解调单元(35)被设置为通过转换所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)来生成解调电压(UDM)；
电连接到所述解调单元(35)的缩放单元(40)，所述缩放单元(40)被设置为使用缩放参数(A)生成补偿电压(USK)；以及
电连接到所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)和所述缩放单元(40)的叠加单元(80)，所述叠加单元(80)被设置为将所述补偿电压(USK)与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)叠加。
12.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述阻挡层(20)、所述固定层(25)和所述自由层(30)沿着一轴(Z1)排列；并且
所述激发磁体(45)沿着所述轴(Z1)排列。
13.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述固定层(25)包括一铁磁体。
14.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述自由层(30)包括一永久磁体。
15.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述激发磁体(45)被设置为可绕所述轴(Z1)相对于所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)旋转。
16.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述至少一个解调单元(35)包括多个独立的解调单元(35)。
17.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述缩放参数(A)是固定地定义的。
18.根据权利要求11的装置(10)，其中
所述缩放参数(A)是可变的，且
所缩放单元(40)使用至少一个振幅单元(55)和温度单元(60)来确定所述缩放参数(A)。
19.根据权利要求11的装置(10)，其中huo
所述振幅单元(55)包括至少一个第一霍尔传感器(65a)和一个第二霍尔传感器(65b)。
20.一种用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)中的谐波的装置(10)，所述装置(10)包括：
所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)，包括至少一个磁阻元件(15)，其中所述至少一个磁阻元件(15)包括阻挡层(20)、固定层(25)和自由层(30)，其中所述阻挡层(20)位于自由层(30)和固定层(25)之间，并且所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)具有所述输出电压(UMR)；
至少一个激发磁体(45)；
至少一个与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)逻辑连接的解调逻辑(735)，其中所述解调逻辑(735)被设置为通过转换所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)来生成解调电压(UDM)；
逻辑连接到解调逻辑(735)的缩放逻辑(740)，所述缩放逻辑(740)被设置为使用缩放参数(A)生成补偿电压(USK)；以及
逻辑连接到所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)和所述缩放逻辑(740)的叠加逻辑(780)，其中所述叠加逻辑(780)被设置为将所述补偿电压(USK)与所述至少一个xMR传感器组件(12；12a，12b)的输出电压(UMR)叠加。
21.一种通过缩放逻辑(740)用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)输出电压(UMR)中的谐波的计算机实施方法(300)，所述计算机实施方法(300)包括以下步骤：
在解调逻辑(735)中检测(S300)所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)，其中所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)包括至少一个磁阻元件(15)；
在所述解调逻辑(735)中将所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)进行转换(S310)，其中所述转换(S310)包括生成解调电压(UDM)；
在所述缩放单元(40)中从所述解调电压(UDM)生成(S330)补偿电压(USK)，其中所述解调电压(UDM)的生成(S330)是利用缩放参数(A)进行的；以及
在叠加逻辑(780)中通过将所述补偿电压(USK)叠加(S340)到所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)上来补偿所述谐波。
22.一种用于补偿至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)输出电压(UMR)中的谐波的计算机实施方法(400)，所述计算机实施方法(400)包括以下步骤：
在解调逻辑(735)中检测(S400)所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)，其中所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)包括至少一个磁阻元件(15)；
在所述解调逻辑(735)中将所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)进行转换(S410)，其中所述转换(S410)包括生成解调电压(UDM)；以及
在叠加逻辑(780)中通过将所述解调电压(UDM)叠加(S420)到所述至少一个xMR传感器组件(12；12a,12b)的输出电压(UMR)上来补偿所述谐波。
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