JP7130492B2 - 磁気センサにおける漂遊場拒絶 - Google Patents

Description

本発明は、概して、向上した漂遊場拒絶および低減された変動性を有する場センサデバイスの領域に関係している。

センサは、環境の属性を測定し、測定されたセンサ値を報告するために、電子デバイス内で広く使用されている。具体的には、磁気センサは、例えば自動車などの輸送システム内で、磁場を測定するために使用されている。磁気センサは、印加された磁場に比例する出力電圧を生成するホール効果センサ、または外部磁場を受けて電気抵抗が変わる磁気抵抗材料を組み込むことができる。多くの用途において、センサ全体のサイズを縮小し、測定向上、および外部電子システムへの統合をもたらすために、センサは、小型で、電子処理回路網と一体化されているのが望ましい。例えば、特許文献１は、絶縁体および接着層と一緒に、基板上の半導体材料内に形成された集積回路を組み込んでいる、磁場を測定するためのホール効果磁気センサを説明している。

磁気センサは、動いている機械的構造、例えば磁石を組み込んでいる回転している要素の位置を検出するために、使用されることが多い（磁気位置センサ）。特許文献２は、４つの異なる方向において磁場成分を検出するための４つのホール素子対を有し、かつ回転している磁石の位置を計算するのに使用される、回転角度測定装置を説明している。

米国特許出願公開第２０１６／２９９２００号明細書 米国特許第９，５２３，５８９号明細書 米国特許第８，８８９，４８５号明細書 米国特許第８，７２２，４５８号明細書 米国特許第７，６２２，３６７号明細書 米国特許第８，５０６，８６７号明細書 米国特許出願第１４／８２２，８６８号明細書 米国特許出願第１４／７４３，９８１号明細書

ＡＭＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ｕｓｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｅｒ－Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」（Ｊｏｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、２０１１年、ＤＯＩ＃１０．１８８９／ＪＳＩＤ１９．４．３３５、１０７１－０９２２／１１／１９０４－０３３５、ｐｐ．３３５～３４１

いずれの製造工程においても、製造されたデバイスが幾分異なるように、材料および構造は、異なっている。具体的には、製造されたセンサは、同じ大きさの環境属性に曝露されるとわずかに異なる出力を提供することがある。例えば、半導体ウエハ上に形成された磁気ホールセンサは、ウエハ内のエピタキシャル材料の品質におけるバラツキおよびフォトリソグラフィ工程方法におけるバラツキにより、または、例えばパッケージ型デバイスの温度変化およびパッケージ型デバイス内の電子回路とその周囲のパッケージ材料との熱膨張係数の不整合から起こる、機械的ストレスの局所的なバラツキにより、数パーセント異なっている信号を生じさせることがある。

センサおよびそれらの測定値の一貫性を向上させるための様々な手法が知られている。１つの単純な例では、複数の冗長センサが採用され得、それらの感知された値が、全体的な変動性を下げるように平均化される。それにも関わらず、著しい測定誤差が依然として、起こり得る。いくつかのセンサ用途において、センサは、それらの測定値が外部基準を確実に満たすように、較正または再較正され得る。しかしながら、他の用途では、このような較正は、可能ではないか、難しいか、または費用がかかり過ぎるものである。

その上、場センサは、その測定が望まれている場に無関係である漂遊場により、測定誤差を生じやすい。例えば、コンパスは、地球の磁場を測定することを目的とするものであるが、漂遊磁場を生じさせるモータまたは他の電気機械類などの局所磁場源によって影響を受けることがある。逆に、回転している磁石によって生じた磁場の時間的変動を測定するように設計された磁気センサは、地球の磁場、他の無関係の電気機械類からの場、または電磁干渉によって影響を受けることがある。それゆえ、漂遊場拒絶は、位置センサなどの実用的な磁場センサ設計の重要な属性である。

漂遊場拒絶を低減させるための１つの手法は、感知された信号に対する望ましくない外部場の相対的寄与が低減されるように、例えばより強い磁化性を有する磁石を採用することによって、または磁石をセンサに近付けることによって、センサからの有用な信号を増やすことである。しかしながら、この手法は、より大きな、より重い、またはよりかさばる磁石および／またはより厳しい許容範囲を有するより正確な機械的組立体を必要とし、それにより、サイズおよび／または費用を大きくする可能性がある。例えば、１つの市販の設計は、７０ｍＴの磁場を生じさせることのできる磁石を必要とする。対照的に、多くのセンサ用途は、向上した感度、向上した正確さ、向上した精度、および低減された費用を必要とする。

したがって、高められた漂遊場拒絶および向上した正確さをもたらす向上した場センサデバイスが求められている。

上述の欠点および制限のうちの１つまたは複数が回避されるかまたは克服されている場センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。このようなデバイスを較正する方法を提供することも、目的である。該場センサデバイスを動作させるやり方を提案することがさらなる目的である。

上記の目的は、本発明による解決策によって達成される。

本発明の実施形態は、基準電流でバイアスがかけられた基準場センサであって、場を受けて基準センサ信号を提供する、基準場センサと、調整可能な電流でバイアスがかけられた較正済み場センサであって、場を受けて較正済みセンサ信号を提供する、較正済み場センサとを備える、場センサデバイスを提供する。較正済み場センサの調整可能な電流が基準電流に等しいとき、基準センサ信号は、較正済みセンサ信号に等しくない（例えば材料、製造、または組み立てにおける違いにより）。較正済み場センサが、基準電流とは異なる較正済み電流においてバイアスがかけられているとき、較正済み場センサは、基準センサ信号とほぼ等しい較正済みセンサ信号を生じさせる。場センサデバイスは、較正モードにあるときには均一な較正場に、動作モードにあるときには場勾配である動作場に暴露されるように構成されている。

本発明の様々な構成において、場センサデバイスは、複数の較正済み場センサを備えることができる。場は、磁場、電場、圧力場、または重力場とすることができる。基準場センサと１つまたは複数の較正済み場センサとは、共通の基準電圧においてバイアスがかけられ得る。

ある実施形態において、較正済み場センサが、基準センサ信号にほぼ等しい較正済みセンサ信号を提供するように、場センサデバイスは、基準電流とは異なる較正済み電流において、較正済み場センサの調整可能な電流バイアスを制御する制御回路を備える。制御回路は、基準電流を提供する基準電流源と、調整可能な電流を提供する調整可能な電流源とを備えることができる。制御回路は、基準センサ信号を較正済みセンサ信号と比較する比較器を備えることができる。制御回路は、基準センサ信号、較正済みセンサ信号、または基準センサ信号と較正済みセンサ信号との両方をデジタル信号に変換する変換器を備えることができる。

いくつかの実施形態において、基準場センサ、較正済み場センサ、または基準場センサと較正済み場センサとの両方が、デジタル形態においてそれらのセンサ信号を提供するデジタルセンサであるか、または、基準センサ信号、較正済みセンサ信号、または基準センサ信号と較正済みセンサ信号との両方が、デジタル信号である。他の実施形態において、基準場センサ、較正済み場センサ、または基準場センサと較正済み場センサとの両方が、アナログ形態においてそれらのセンサ信号を提供するアナログセンサであるか、または、基準センサ信号、較正済みセンサ信号、または基準センサ信号と較正済みセンサ信号との両方が、アナログ信号である。

本発明の実施形態における場センサデバイスを較正する方法は、場（例えば、較正場）を、基準場センサと較正済み場センサとの両方に提供することと、基準場センサと較正済み場センサとによってそれぞれ提供された、基準センサ信号と較正済みセンサ信号とを比較することと、基準センサ信号と較正済みセンサ信号とが、実質的に等しくない場合、比較信号を受けて、較正済み場センサを調整済み電流でバイアスをかけることと、基準センサ信号と較正済みセンサ信号との比較を繰り返して、較正済みセンサ信号が、例えば望ましい許容範囲内で、基準センサ信号にほぼ等しくなるまで、較正済みセンサ信号を調整することと、を含む。

一実施形態において、上述のステップは、顧客に場センサデバイスを提供する前に行われ、顧客に場センサデバイスを提供した後に、前記基準場センサ、前記較正済み場センサ、または前記基準場センサと前記較正済み場センサとの両方に動作場を提供するステップと、前記基準センサ信号、前記較正済みセンサ信号、前記基準センサ信号と前記較正済みセンサ信号との両方、または前記基準センサ信号と前記較正済みセンサ信号との組み合わせを出力するステップとが、行われる。

本発明のさらなる方法は、基準場センサ、較正済み場センサ、または基準場センサと前記較正済み場センサとの両方に、動作場を提供することによって場センサデバイスを動作させることと、基準センサ信号、較正済みセンサ信号、基準センサ信号と較正済みセンサ信号との両方、または基準センサ信号と較正済みセンサ信号との組み合わせを出力することと、を含む。

本発明の方法は、基準センサ信号および較正済みセンサ信号を、勾配信号を形成するように処理することをさらに含むことができる。このような勾配信号は、基準センサ信号と較正済みセンサ信号との間の違いを通して生成される。両方のセンサが同じ感度を有する場合、この違いは、両方のセンサの既知の距離で分けられている、場勾配である、各センサによって感知された局所場における違いに相当する。

いくつかの構成において、場センサデバイスは、複数の較正済み場センサを備え、本発明の方法は、複数の較正済み場センサからの較正済みセンサ信号のうちの２つ以上を、勾配信号を生じさせるように処理することを含む。別の構成において、場センサデバイスは、複数の較正済み場センサを備え、本発明の方法は、各較正済み場センサからの較正済みセンサ信号を、組み合わせセンサ信号を生じさせるように組み合わせることを含む。いくつかの実施形態において、基準場センサもしくは較正済み場センサが、方向と大きさとの両方を有する場の様々なベクトル成分を測定するか、または、基準場センサもしくは較正済み場センサが、場ベクトル成分（例えば、Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ、Ｂ_ｚ磁場成分）の様々な組み合わせを測定する。

本発明の実施形態は、向上した正確さと精度、および向上した漂遊場拒絶を有するセンサ場信号を備える場センサデバイスを提供する。

本発明、および先行技術にわたって達成された利点を手短に述べるために、本発明のある特定の目的および利点が、本明細書の上に説明されてきた。当然ながら、このような目的または利点の必ずしもすべてが、本発明のいずれか特定の実施形態により達成され得るわけではないことが理解されるべきである。したがって、例えば、本発明が、本明細書において教示または示唆され得るような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書において教示されているような１つの利点または利点群を達成または最適化するように、具体化または実行され得ることを、当業者であれば、察するであろう。

本発明の上記および他の態様が、本明細書の以降に説明されている実施形態から明らかになり、またそれに関連してはっきりしてくるであろう。

本発明は、ここで、例として、様々な図において、類似の参照番号が類似の要素を指す、添付の図面を参照してさらに説明されることになる。

本発明の例示的な実施形態の簡略図を示す。 本発明のある実施形態による方法を示すフローチャートを示す。 本発明の例示的な実施形態の回路図を表す。 本発明のある実施形態の性能を示すグラフを表す。

本開示の特徴および利点は、全体にわたって、類似の参照符号が、対応する要素を特定する図面と併せて考えられるとき、以下に明示される「発明を実施するための形態」からより明らかになるであろう。図面において、類似の参照番号は、概して、同一の要素、機能的に同様の要素、および／または構造的に同様の要素を示す。図における様々な要素のサイズにおけるバラツキが、原寸に比例した描写を可能にするには大きすぎるため、図は、原寸に比例して描かれてはいない。

本発明は、特定の実施形態に関して、また、ある特定の図面を参照して説明されることになるが、本発明は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

さらに、「発明を実施するための形態」および「特許請求の範囲」おける「第１の」、「第２の」などの用語は、同様の要素間で区別するのに使用され、必ずしも、時間的に、空間的に、序列において、または任意の他の方法で、順序を記述するのに使用されてはいない。そのように使用されている用語が、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に説明されている本発明の実施形態が、本明細書に説明または示されている以外の順序での動作が可能であることが理解されるべきである。

「特許請求の範囲」において使用されている用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」は、その後に列挙される手段に限定されると解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを排除するものではないことに留意されるべきである。したがって、それは、提示された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を言及されたように規定すると解釈されるべきであるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素、またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみから成るデバイスに限定されるべきではない。それは、本発明に関しては、デバイスの単に関連する要素が、ＡおよびＢであることを意味する。

本明細書の全体を通して、「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書全体を通した様々な個所における「一実施形態における」または「ある実施形態における」という言い回しの出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではないが、そうである場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、１つまたは複数の実施形態において、本開示から当業者には明らかであるように、任意の適切な方法で組み合わされてもよい。

同様に、本発明の代表的な実施形態の「発明を実施するための形態」において、本発明の様々な特徴が、本開示を簡素化し、かつ様々な発明の態様のうちの１つまたは複数の理解を促進する目的で、時には、ただ１つの実施形態、図、またはそれらの説明にまとめてグループ化されていることが察せられるはずである。しかしながら、この開示方法は、請求項に係る発明が各請求項に明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、続く請求項が反映するように、発明の態様は、ただ１つの上述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴にある。したがって、「発明を実施するための形態」に続く「特許請求の範囲」は、本明細書において、この「発明を実施するための形態」に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別々の実施形態としてそれ自体で成立している。

さらに、本明細書に説明されているいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれているいくつかの特徴を含むが、その他の特徴を含まない一方、様々な実施形態の特徴の組み合わせは、当業者には理解されるように、本発明の範囲内にあることが意図され、様々な実施形態を形成する。例えば、続く「特許請求の範囲」において、請求項に係る実施形態のいずれも任意の組み合わせにおいて使用され得る。

本発明のある特定の特徴または態様を説明する際の特定の専門用語の使用は、その専門用語が、その専門用語が関連している本発明の特徴または態様の任意の特定の特徴を含むと限定されるように、本明細書において再定義されていることを暗示していると取られるべきではないことに気付かれるはずである。

本明細書に提供されている「発明を実施するための形態」では、多くの具体的な細目が明示されている。しかしながら、本発明の実施形態が、これらの具体的な細目を伴わずに実施されてもよいことが理解されている。他の例において、よく知られている方法、構造、および技法は、この「発明を実施するための形態」の理解を不明瞭にしないために詳細には示されていない。

本発明の実施形態は、向上した漂遊場拒絶および低減された変動性を有する場センサデバイスを提供する。図１の簡略回路図を参照すると、場センサデバイス９９は、基準場センサ１０および１つまたは複数の較正済み場センサ２０を備える。基準場センサ１０は、基準電流源１２によって提供された基準電流でバイアスがかけられており、１つまたは複数の較正済み場センサ２０は、調整可能な電流源２２によって提供された個々に調整可能な電流でそれぞれバイアスがかけられている。調整可能な電流源は、例えば制御回路３０の制御下で、提供された電流を様々な電流の大きさに変えることができる。基準場センサ１０は、場を受けて基準センサ信号１４を提供し、１つまたは複数の較正済み場センサ２０は、それぞれ、場を受けて別々の較正済みセンサ信号２４を提供する。提示を分かりやすくするために、図１では、様々な制御信号およびセンサ信号が個々に区別されていない。基準センサ信号１４および較正済みセンサ信号２４は、ワイヤ８０またはワイヤ８０の集合体（バス）によって制御回路３０または外部システム（分かりやすくするために図示せず）に接続され得、差分信号とすることができる。別々の要素として示されているが、基準電流源１２と調整可能な電流源２２とは、制御回路３０の一部であるとみなされ得るか、または制御回路３０によって制御され、制御回路３０は、基準電流源１２および較正済み電流源２２を備えることができる。さらに、基準場センサ１０、較正済み場センサ２０のうちの１つまたは複数、またはそれらのサポートしている回路網は、共通の回路に統合されていることがあるか、または、共通のデバイスもしくは構造の一部であり、それらが同じ場をより容易に感知することができるように、共通のデバイス基板上に配置され、かつ１０ｍｍ以下、５ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、または０．０５ｍｍの距離で分けられていることがある。

１つまたは複数の較正済み場センサ２０のそれぞれの調整可能な電流が基準電流に等しいとき、基準センサ信号１４は、１つまたは複数の較正済み場センサ２０によって生じた較正済みセンサ信号２４に、実施的に等しくはない。したがって、較正済み場センサ２０と基準場センサ１０とが、例えば製造および材料のバラツキ、または機械的ストレスにおけるバラツキにより、共通の電流バイアスにおいて不適当に組み合わされるように、同じ場に暴露され、同じ電流でバイアスがかけられると、１つまたは複数の較正済み場センサ２０は、基準場センサ１０とは異なるセンサ信号を生じさせる。対照的に、較正済み場センサ２０が基準電流とは異なる較正済み電流においてバイアスがかけられているとき、較正済み場センサ２０は、基準センサ信号１４にほぼ等しい較正済みセンサ信号２４を提供する。

ほぼ等しいとは、場センサデバイス９９の製造および材料のバラツキ内、または場センサデバイス９９に対する望ましい許容範囲内を意味する。例えば、基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４との間、または異なる複数の較正済みセンサ信号２４間の０．１％の差は、場センサデバイス９９仕様に対して許容可能で、したがって、「ほぼ等しい」の意味内にあり得、しかし１％バラツキが許容可能ではない場合は、「ほぼ等しい」ということにはならない。「ほぼ等しい」に対する望ましい許容範囲は、場の共通部分対差部分の大きさに左右されることがある。共通の場は、場センサデバイス９９内の様々な場センサ（基準場センサ１０と１つまたは複数の較正済み場センサ２０）に対して同じである場の部分を示す。差場は、場センサデバイス９９内の様々な場センサに対して異なっている場の部分である。様々な場センサが場センサデバイス９９内の様々な場所に配置されていることから、不均一な場が、様々な場センサの異なる場所ごとで異なる場測定値を生じさせることがある。較正（各較正済み場センサ２０用の調整済み電流の選択）は、必要とされるバイアス電流を、共通の（均一な）場を受けて様々な場センサから同一のセンサ信号を提供するように整合させるのに基づいている必要がある。異なる部分がゼロである（場勾配がゼロである）場合、次いで場は、場センサデバイス９９内の様々な場センサに対して均一である。場が均一ではなく（勾配を有する）、場勾配測定が望まれる場合、勾配は、別の場センサ信号からの１つの場センサ信号の引き算によって計算された、様々な場センサの場測定値における差であり、様々な場センサ間の組み合わされた差を含むことがある。

本発明の実施形態によれば、漂遊場は、基準場センサ１０と１つまたは複数の較正済み場センサ２０との両方に対して共通の場部分である。したがって、基準センサ信号１４に一致する較正済みセンサ信号２４を提供するために、較正済み場センサ２０が、調整可能な電流源２２によって提供された調整可能な電流を通してトリミングされる。調整可能な電流源２２によって提供された様々なバイアス電流は、例えば数パーセント、基準電流とは異なる可能性がある。それゆえ、本発明の実施形態によれば、場センサデバイス９９は、内部較正構造、すなわち、較正済み場センサ２０と同一とすることができる基準場センサ１０を組み込んでいる。

調整可能な電流源２２は、可変能動または受動電子構成要素、例えば可変抵抗器、コンデンサ、加減抵抗器、電位差計、スイッチ、またはスイッチアレイを含むことができ、例えば、機械的または電気的に設定または制御され得る。本発明の場センサデバイス９９のある実装形態において、較正済み場センサ２０が、同じ共通の場に暴露されると、基準センサ信号１４にほぼ等しい較正済みセンサ信号２４を提供するように、制御回路３０が、基準電流とは異なる較正済み電流において、較正済み場センサ２０の調整可能な電流バイアスを制御する。

制御回路３０、基準場センサ１０、基準電流源１２、１つまたは複数の較正済み場センサ２０、および１つまたは複数の調整可能な電流源２２のうちのいずれか１つ、すべて、または任意の組み合わせは、電磁構成要素または磁気構成要素の有無に関わらず、対応するアナログ信号またはデジタル信号を提供するアナログ電気回路またはデジタル電気回路を備えることができ、基準センサ信号１４または較正済みセンサ信号２４は、アナログ信号またはデジタル信号とすることができる。制御回路３０、基準場センサ１０、１つまたは複数の較正済み場センサ２０、基準電流源１２、および１つまたは複数の調整可能な電流源２２は、１つまたは複数のワイヤ８０を通して電気的に相互接続され得る。制御回路３０は、電流制御回路３２、比較器として構成された演算増幅器などの比較器回路３４、アナログ－デジタル回路またはデジタル－アナログ回路などの変換器回路３６、または場センサデバイス９９において有用な他の回路などの回路をさらに備えることができる。変換器回路３６は、基準センサ信号１４、較正済みセンサ信号２４、または基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４との両方を、アナログ信号からデジタル信号に、またはデジタル信号からアナログ信号に、またはその両方のやり方で変換することができる。制御回路３０は、基準センサ信号１４、較正済みセンサ信号２４、または任意の変換済み信号のうちのいずれか１つまたは複数を記憶するための記憶回路を含むことができる。この回路は、例えば、シリコン回路、アナログ回路またはデジタル回路のいずれか、例えばＣＭＯＳ回路とすることができる。

制御回路３０は、離散回路もしくは集積回路とすることができるか、または、離散構成要素と集積構成要素との両方を含むことができ、アナログ回路、デジタル回路、または混合信号回路とすることができる。ワイヤ８０は、任意のパターン化導電体、例えば、フォトリソグラフィ法とその材料を使用して、半導体基板上に集積された様々な構成要素、集積回路ダイ、または回路を接続するように提供された、金属、金属アレイ、導電性金属酸化物、または導電性ポリマーとすることができる。

場は、磁場、電場、圧力場、または重力場とすることができ、場センサデバイス９９は、磁場センサデバイス、電場センサデバイス、圧力場センサデバイス、または重力場センサデバイスとすることができる。

本発明のある実施形態において、また図１に示されているように、基準場センサ１０と１つまたは複数の較正済み場センサ２０とは、共通の基準電圧においてバイアスがかけられている。このような共通の電圧バイアスは、場センサデバイス９９の場感度を高めることができるその上、本明細書で使用される場合、電流源は、電流を供給する電流供給部でもあり、電圧源は、電圧源にわたって電圧差を生じさせる電圧供給部である。

各較正済み場センサ２０用の調整可能な電流源２２を使用して調整可能な電流を調整することによって、較正済み場センサ２０は、基準場センサ１０によって生じた基準センサ信号１４に、より厳密に整合された較正済みセンサ信号２４を生じさせる。センサ信号を整合させることによって、センサ信号またはセンサ信号の組み合わせは、変動性とノイズとが低減されたセンサ信号を生じさせ、場センサデバイス９９は、したがって、向上した漂遊場拒絶を有することになる。

例えば、磁気位置センサは、最高２５ｍＴの漂遊場拒絶要件を有することができる。制限範囲内で漂遊場を取り消すように設計された従来の差分信号設計（例えば、１ｍｍ半径において対向するホール効果センサを使用して）は、正または負の１０ｍＴ磁場を受けて信号を提供する。したがって、このような先行技術の設計は、漂遊場要件よりもずっと小さな場を受けて、信号を生じさせる。センサ信号間の１％の差でも、多くの用途において、許容可能ではない０．７程度の誤差をもたらす可能性がある。

実際には、漂遊場が、場センサデバイス９９の近くに、通電用導体（ワイヤ）によって発生することがよくある。発生した漂遊場は、１／Ｒ関数（１／距離）に従って、ワイヤからの距離とともに減衰し、場センサデバイス９９内の場センサと通電用ワイヤとの間の距離が、場センサ自体間の距離の１００倍よりも大きくなると、事実上、均一な漂遊場になる。本発明の実施形態において、漂遊場は、基準場センサ１０と１つまたは複数の較正済み場センサ２０との両方に共通である。本発明のいくつかの実施形態において、基準場センサ１０と較正済み場センサ２０は、おおよそ１ｍｍ、離されており、それにより、事実上均一な漂遊場を生じさせる通電用ワイヤは、おおよそ１０ｃｍ、場センサデバイス９９から離されていることがある。

本発明の実施形態によれば、１つまたは複数の較正済み場センサ２０（ホール効果センサなど）は、電流ドメイン内で個々にバイアスがかけられる。各較正済み場センサ２０用の個々のバイアス電流は、基準場センサ１０（例えば、別のホール効果センサ）を流れる同じ基準電流から導出される。１つまたは複数の較正済み場センサ２０および基準場センサ１０のそれぞれの結果としてもたらされた電圧は、例えばフィードバックループを通して、場センサデバイス９９感度を高めるように、供給レール電圧（Ｖｄｄ）の近くに維持され得る。

本発明の実施形態において、各較正済み場センサ２０は、０．５％の調整ステップで、デジタル方式で個々に調整可能である。この較正は、場センサデバイス９９を使用可能状態にする前に工場で行われ得る。本発明の方法による、図２を参照すると、場センサデバイス９９が、ステップ１００において構築され、ステップ１１０において、均一な較正場に暴露される。ステップ１２０において、基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４とが比較される。基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４とが予め定められた範囲または許容範囲内で整合しない場合（整合ステップ１３０）、ステップ１４０において、各較正済み場センサ２０用の調整可能な電流源２２が、各較正済み場センサ２０に調整済み電流を提供するように調整される。ステップ１２０において、基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４とが再度比較され、ステップ１３０においてテストされる。基準センサ信号１４と較正済みセンサ信号２４とが整合するか、またはほぼ等しくなるまで、この工程が繰り返し起こり、場センサデバイス９９が較正される。整合またはほぼ等しいとは、較正工程、許容範囲、または製造工程の制限内で同じ大きさまたは同じ値を有することを意味している。次に、場センサデバイス９９は、例えばステップ１５０においてそれを顧客に販売し、場センサデバイス９９を動作場に置くことによって、使用可能にされ、動作させられ得る。使用可能状態になると、場センサデバイス９９は、任意選択のステップ１６０において、場および場勾配（複数の場センサが存在している場合）を測定するために使用され得る。任意選択のステップ１７０において、複数の感知された信号が組み合わされ得る（例えば、１つまたは複数の較正済みセンサ信号２４が組み合わされるか、または基準センサ信号１４が１つまたは複数の較正済みセンサ信号２４と組み合わされる）。信号が、所望に応じて処理されると、ステップ１８０において、例えば制御システムにおいて場センサデバイス９９信号を使用する外部システムに、この信号が出力され得る。

本発明の実施形態による、図３を参照すると、場センサデバイス９９は、基準センサ信号１４を生じさせるように基準電流でバイアスがかけられた基準場センサ１０と、較正済みセンサ信号２４を生じさせるように調整可能な電流でバイアスがかけられた４つの較正済み場センサ２０とを備える。基準場センサ１０と４つの較正済み場センサ２０とは、ほぼ同一のセンサとすることができる。較正済み場センサ２０は、機構の回転角（曲線矢印で示されている）を検出する回転位置センサなどの位置センサとすることができる。ある実施形態において、基準センサ信号１４および４つの較正済みセンサ信号２４は、制御回路３０または外部システム（図示せず）に電気的に接続され、差分信号とすることができる。各較正済み場センサ２０は、共通に制御されるトランジスタを含む調整可能な電流源２２から調整可能な電流を受け取る（共通のゲート信号接続）。較正ステップ１４０において、各調整可能な電流源２２が個々に調整される（図２）。基準電流源１２は、同じように、調整可能な電流源２２と共通にトランジスタによって制御されるが、必ずしも調整可能ではない。比較器回路３４は、分圧器を形成する予め定められた直列接続式抵抗器Ｒ１およびＲ２によって提供された固定電圧を、基準場センサ１０に提供された電圧と比較し、基準場センサ１０、ならびに基準電流源１２および調整可能な電流源２２と共にフィードバックループを形成するトランジスタを駆動する。電圧制御回路Ｖ_ｂｉａｓは、基準電流源１２とフィードバックループトランジスタとの間の適切な電圧差を維持する。バイアス選択スイッチは、動作モードと較正モードとの間で切り替えを行う。

図４を参照すると、図３に示されている本発明の実施形態が構築され、テストされている。本発明は、漂遊場の存在における磁気位置センサに対する信号変動性を、１／４～１／３低減することが証明されている。図４に示されているように、回転している位置センサ用の位置信号における誤差が、４５°で分けられた様々な異なる角度において示されている。トリミングされていない、より変動性の強い信号は、９０°および２７０°において、１°の回転誤差の動作制限を超え、すべての非ゼロ角度において、すべてのテストされた角度においてほぼ０．５未満の平均誤差を有する、図３の本発明のトリミングされた回路によって生じた変動性が少ない信号よりも大きな誤差を有する。テストは、５０試料が角度ごとに測定されるやり方で３ｍＴ／ｍｍ信号（従来の信号の１／７より少ない）を用いて、３５℃において行われ、本発明の実施形態の優れた性能を証明した。

さらなる実施形態において、場センサデバイス９９は、様々な温度またはストレス状態において、また様々な温度またはストレス状態において調整された調整可能な電流において動作させられ得る。較正済みセンサ信号２４が、様々な温度またはストレス状態において基準センサ信号１４に整合するように、調整可能な電流源２２が、様々な温度またはストレス状態ごとに異なる較正済みセンサ電流を提供するように、制御回路３０によって制御され得る。このような実施形態において、調整可能な電流の大きさは、温度依存であり、制御回路３０による動作中、制御、調整され得る。

基準場センサ１０または較正済み場センサ２０は、ホール効果場センサまたは磁気抵抗センサとすることができ、化合物半導体材料を備えることができる。別法として、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０は、電場センサ、圧力場センサ、または重力場センサとすることができ、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスを組み込むことができる。

本発明の実施形態において、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０は、１つまたは複数のセンサ素子、１つまたは複数のセンサ素子対、例えばホール効果センサ素子対を含むことができる。基準場センサ１０または較正済み場センサ２０は、２つの寸法で重複した測定値を提供するように、２つの直交対において構成された４つのセンサ素子を含むことができる。いくつかの実施形態において、第１の寸法および第２の寸法は、直交寸法である。

本発明のある実施形態において、場センサデバイス９９は、それぞれが少なくとも４つのセンサ素子を含むブリッジ場センサを備える。４つの感知素子は、直交対において構成され得、そこでは、各対が重複した感知素子を有するか、または４つの感知素子が別々であるとすることができる。様々な感知素子が、共通のテクノロジーもしくは共通の集積回路内に、または様々なテクノロジーもしくは様々な集積回路内に提供され得、ＣＭＯＳ集積回路に統合され得る。

本発明のいくつかの実施形態において、場センサデバイス９９は、共通の方向において場を測定する複数の較正済み場センサ２０を有することができる。様々な場方向における測定値を提供するように、複数の場センサデバイス９９が、システム内で組み合わされ得る。複数の場センサデバイス９９のそれぞれは、様々な場の向き、またはクロストークが何もない無相関の方向を有する場を受けて、調整可能な電流源２２の調整可能な電流を調整することによってトリミングされ得るが、必ずしもそうではない。

基準場センサ１０および較正済み場センサ２０は、ホール効果センサなどの磁気センサ、極限磁気抵抗センサ（ＸＭＲ：Ｅｘｔｒｅｍｅ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）、異常磁気抵抗センサ（ＥＭＲ：Ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）、巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）、トンネル磁気抵抗センサ（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）、超巨大磁気抵抗センサ（ＣＭＲ：Ｃｏｌｏｓｓａｌ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）、または異方性磁気抵抗センサ（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）などの磁気抵抗センサとすることができる。

基準場センサ１０または較正済み場センサ２０のそれぞれは、例えば、集積回路内に提供され得るか、離散要素とすることができるか、またはガラス、セラミック、ポリマー、もしくは半導体の基板などのセンサデバイス基板上に載置された別々の集積回路構成要素（ベアダイなど）として提供され得る。

場センサデバイス９９は、制御回路３０、または基準場センサ１０もしくは較正済み場センサ２０に、ワイヤ８０を通して電気的に接続されている外部システム（図示せず）に電気的に接続され得る。制御回路３０と、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０とは、異なる基板または共通の基板、面もしくはデバイス上に配置され得る。

場センサデバイス９９は、デバイス基板を備えることができ、基準場センサ１０、較正済み場センサ２０、および制御回路３０は、デバイス基板上に配置され、かつワイヤ８０などの導電体で電気的に接続され得、電力、アース、および制御信号またはセンサ信号を、場センサデバイス９９、制御回路３０、基準場センサ１０、または較正済み場センサ２０との間でやり取りすることができる、単一ワイヤ８０、または複数のワイヤ８０を備えるバスを含むことができる。デバイス基板は、基準場センサ１０および較正済み場センサ２０が配置され、かつ電気的に接続され得る１つまたは複数の面を有する任意の基板とすることができる。制御回路３０も、基板の面上に配置され得るが、必ずしも配置されているわけではない。

いくつかの実施形態において、デバイス基板は、半導体基板であるかまたはそれを含み、制御回路３０は、半導体基板内またはそれ上に形成されている。別の実施形態において、制御回路３０は、デバイス基板上に配置された集積回路であり、デバイス基板は、誘電体であるか、または誘電体層もしくは誘電体面を有する。したがって、デバイス基板は、基準場センサ１０および較正済み場センサ２０の材料とは少なくとも部分的に異なっており、また制御回路３０の材料とは少なくとも部分的に異なっている、基板材料を備えることができる。いくつかの実施形態において、基準場センサ１０および較正済み場センサ２０は、化合物半導体を備え、制御回路３０は、シリコン半導体を備え、基板材料は、誘電体を含む。別の実施形態において、基準場センサ１０および較正済み場センサ２０は、化合物半導体を備え、デバイス基板材料は、シリコン半導体を含み、制御回路３０は、シリコン半導体内に形成されているか、またはそれの一部として形成されている。

デバイス基板は、システム基板、例えば、別のデバイスまたはシステムのシステム基板上に載置され得る。デバイス基板、制御回路３０、基準場センサ１０、または較正済み場センサ２０のうちのいずれか１つは、微細転写プリント構成要素とすることができ、断片化した、破断した、または分離したテザーを備えることができる。制御回路３０、基準場センサ１０、または較正済み場センサ２０は、パッケージ集積回路またはベアダイとすることができ、デバイス基板上に微細転写プリントされ得、デバイス基板は、システム基板上に微細転写プリントされ得る。

本発明の場センサデバイス９９の要素のいずれも、共通の回路内に提供され得るか、または共通の集積回路内に提供され得、共通の電気構成要素をパッケージ化または共有することができる。別法として、本発明の場センサデバイス９９の要素のいずれも、別々の構成要素内に、例えば、離散回路構成要素の組み合わせまたは集積回路内に提供され得る。これらの構成要素のいずれも、アナログ構成要素とすることができるか、アナログ－デジタル変換器を含むことができるか、または、デジタル構成要素もしくは混合信号回路もしくは回路型と電子デバイスとの組み合わせとすることができる。制御回路３０は、メモリに記憶されたプログラムを備えるＣＰＵ、記憶式プログラムマシン、ステートマシンなどを含むことができる。

様々な構成要素のうちのいずれか１つまたはすべてが、プリント回路板上、または半導体基板上に配置され得るか、または、様々な構成要素のうちのいずれか１つまたはすべてが、半導体基板内またはそれ上の回路として、または半導体基板上に設けられた集積回路と半導体基板内またはそれ上に形成された回路とのある組み合わせとして、統合され得る。

制御回路３０など、場センサデバイス９９の１つまたは複数の集積回路構成要素または要素が、微細転写プリントによって蒸着され、かつ電気的に接続されたベアダイとして、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０上に配置され得る。別法として、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０が、微細転写プリントによって蒸着され、かつ電気的に接続されたベアダイとして、制御回路３０上に配置され得る。微細転写プリントデバイスは、微細転写プリント工程の結果として破断したまたは分離したテザーを備えることができる。制御回路３０は、半導体基板内に、フォトリソグラフィ的に定義済みの回路として提供され得、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０は、フォトリソグラフィ工程とその材料を使用して、ベアダイとして半導体基板上に配置され、かつ制御回路３０に電気的に接続され得る。

本発明の実施形態は、デバイス基板を提供し、デバイス基板の面上に、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０、および集積回路としての制御回路３０を配置することによって、構築され得る。集積回路は、集積回路を、スタンプを有するソースウエハに物理的に接続している破断しているまたは分離しているテザーによって、対応するソースウエハからデバイス基板面へそれらを微細転写プリントし、集積回路をスタンプに接着させてから、集積回路をデバイス基板面に送ることによって、デバイス基板面上に配置され得る。別法として、デバイス基板面は、半導体層とすることができるか、またはそれを含むことができ、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０、および制御回路３０のうちの１つもしくは複数、またはそれらのそれぞれのいずれかの部分が、例えばフォトリソグラフィック法またはプリント回路板法とその材料を使用することによって、半導体層内に形成され、かつデバイス基板面上のワイヤ８０を使用して、デバイス基板面上に配置された任意の集積回路と電気的に接続される（例えば、微細転写プリントを使用して）。別法として、制御回路３０、または基準場センサ１０もしくは較正済み場センサ２０は、半導体基板内にフォトリソグラフィ的に画定され得る。

デバイス基板は、基準場センサ１０または較正済み場センサ２０、および制御回路３０を支持するかまたは受容することのできる１つまたは複数の面を有する多くの基板のうちの１つ、例えば、２つの対向する比較的平坦で平行な辺を有するガラス、プラスチック、セラミック、または半導体の基板とすることができる。デバイス基板は、様々な厚み、例えば１０ミクロン～数ミリを有することができる。デバイス基板は、別のデバイスの部分または面とすることができ、電子回路網を含むことができる。

微細転写プリント可能な構造の形成方法が、例えば、非特許文献１の論文、および上に言及された特許文献３で説明されている。微細転写プリント技法の考察については、特許文献４～６を参照されたい。例えば、「Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｍｉｃｒｏ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された、２０１５年８月１０日に出願された、特許文献７に説明されているような、化合物超小形組立構造および方法を使用した微細転写プリントは、本発明でも使用され得る。ある実施形態において、場センサデバイス９９は、化合物超小形組立式デバイスである。本発明の態様を理解し、行うのに有用なさらなる詳細は、「Ｍｉｃｒｏ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」と題された、２０１５年６月１８日に出願された、特許文献８に説明されている。

ステップの順番またはある特定の動作を行う際の順番が、開示されたテクノロジーが動作可能なままである限り、重要ではないことが理解されるはずである。その上、いくつかの状況において、２つ以上のステップまたは動作が、同時に遂行され得る。本発明は、それのある特定の実施形態に特に関連して詳細に説明されてきたが、本発明の趣旨および範囲内で、変形形態および修正形態がもたらされ得ることが理解されるであろう。

部品リスト
１０ 基準場センサ
１２ 基準電流源（供給部）
１４ 基準センサ信号
２０ 較正済み場センサ
２２ 調整可能な電流源（供給部）
２４ 較正済みセンサ信号
３０ 制御回路
３２ 電流制御回路
３４ 比較器回路
３６ 変換器回路
８０ ワイヤ
９９ 場センサデバイス
１００ 場センサデバイスを構築するステップ
１１０ 較正場を提供するステップ
１２０ 基準センサ信号と較正済みセンサ信号とを比較するステップ
１３０ 整合をテストするステップ
１４０ 較正済み場センサバイアス電流を調整するステップ
１５０ 場センサデバイスを顧客に販売し、それを動作させるステップ
１６０ 勾配を計算する任意選択のステップ
１７０ 信号を組み合わせる任意選択のステップ
１８０ 信号を出力するステップ

本発明は、図面と上述の「発明を実施するための形態」において、詳細に示され、説明されてきたが、このような図示および「発明を実施するための形態」は、例示的または代表的なものとみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではない。上述の「発明を実施するための形態」は、本発明のある特定の実施形態を詳述している。しかしながら、上述の内容が本文にどんなに詳細に載っていても、本発明が色々な方法で実施され得ることが察せられるであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されない。

図面、本開示、および添付の「特許請求の範囲」の研究から、請求項に係る発明を実施する上で、開示された実施形態の他の変形形態が、当業者によって理解され、もたらされ得る。「特許請求の範囲」において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除するものではない。ただ１つのプロセッサまたは他のユニットが、「特許請求の範囲」に列挙されているいくつかの項目の機能を満たしてもよい。ある特定の手段が相互に異なる従属項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが利益をもたらすように使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に、またはその一部として提供された光記憶媒体またはソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶／分散されていてもよいが、インターネット、または他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してなど、他の形態でも分散されていてもよい。「特許請求の範囲」におけるいずれの参照符号も、範囲を限定していると解釈されるべきではない。

Claims (5)

1. 場センサデバイスを較正する方法であって、
   ａ）前記場センサデバイスの基準場センサ（１０）と較正済み場センサ（２０）との両方に、均一な較正場を提供することと、
   ｂ）前記基準場センサと前記較正済み場センサとによってそれぞれ提供された基準センサ信号（１４）と較正済みセンサ信号（２４）とを比較することとを含む方法において、
   ｃ）前記基準センサ信号と前記較正済みセンサ信号とが実質的に等しくない場合、前記比較することを受けて、調整済み電流で前記較正済み場センサにバイアスをかけることと、
   ｄ）前記較正済みセンサ信号が前記基準センサ信号に実質的に等しくなるまで、ステップｂ）およびｃ）を繰り返すことと、を含むことを特徴とする、方法。
2. ステップａ）からｄ）が、前記場センサデバイスを顧客に提供する前に行われ、前記場センサデバイスを前記顧客に提供した後に、前記基準場センサ、前記較正済み場センサ、または前記基準場センサと前記較正済み場センサとの両方に、動作場を提供するステップと、前記基準センサ信号、前記較正済みセンサ信号、前記基準センサ信号と前記較正済みセンサ信号との両方、または前記基準センサ信号と前記較正済みセンサ信号との組み合わせを出力するステップとが、行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準センサ信号および前記較正済みセンサ信号を、勾配信号を形成するように処理することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記場センサデバイスが、複数の較正済み場センサを備え、前記方法が、前記複数の較正済み場センサからの前記較正済みセンサ信号のうちの２つ以上を、勾配信号を提供するように処理することを含む、請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の方法。
5. 前記場センサデバイスが、複数の較正済み場センサを備え、前記方法が、各較正済み場センサからの前記較正済みセンサ信号を、組み合わせセンサ信号を提供するように組み合わせることを含む、請求項１～４のうちのいずれか１つに記載の方法。

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