TWI474026B - 根據磁場感測器感測的旋轉速度來自動調整磁場感測器的電路及方法 - Google Patents

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Description

根據磁場感測器感測的旋轉速度來自動調整磁場感測器的電路及方法
本發明一般為關於一種磁場感測器，尤其是關於一種根據所感應之目標物體的旋轉速度而對磁場感測器內之電路的特性進行調整的磁場感測器。
磁場感測元件能夠被用於不同應用。在一應用中，磁場感測元件可使用為偵測一磁場之方向，以及例如該磁場之方向的角度。在其他應用上，一個磁場感測元件能夠被應用在感測一電流(electrical current)。其中一種電流感測器係使用一鄰近一載流導體的霍爾效應磁場感測元件。
平面霍爾元件和垂直霍爾元件是已知種類的磁場感測元件。一平面霍爾元件傾向回應(responsive)於垂直於基板(substrate)之表面的磁場，其中該平面霍爾元件係形成於該表面上。一垂直霍爾元件傾向回應於平行於基板之表面的磁場，其中該垂直霍爾元件係形成於該表面。
類似於垂直霍爾元件，一傳統磁阻元件(magnetoresistance elements)傾向回應於平行於基板之表面的磁場，其中該磁阻元件係形成於該表面。
其他類型的磁場感測元件已被知悉。舉例而言，一所謂的「環形垂直霍爾(Circular vertical Hall，CVH)」感測元件，其包含複數個垂直霍爾元件，係已於申請日2008 年5月28日，PCT專利申請號PCT/EP2008/056517，發明名稱為「用於在一平面中測量一磁場的方向之磁場感測器」一案中被知曉及描述，並於PCT公開案號WO2008/145662以英文公開，其申請案與公開案茲以引用方式納入。該CVH感測元件為垂直霍爾元件的環形配置，而建構於一基板的一共同之環形植入區之上。該CVH感測元件能夠被用於感測在一基板的平面中之磁場方向(即，一角度)(以及選擇性的，一強度)。
多種參數決定磁場感測元件和使用磁場感測元件之磁場感測器的效能。這些參數包括靈敏度(sensitivity)以及線性度(linearity)，該靈敏度係為在一磁場感測元件的輸出信號，其為回應於磁場感測元件所感受(experienced)之磁場變化的一變量(change)，該線性度係為磁場感測元件之輸出訊號隨著磁場而直接比例變動的一程度(degree)。這些參數也包含偏移量，其特性為，當磁場感測元件感測到零磁場時，從感測元件輸出的輸出訊號，而該輸出訊號不表示出零磁場。
以上所述之CVH感測元件係為關連於電路而可操作，以提供一代表磁場方向的角度的一輸出訊號。緣此，如以上所述，如果一磁鐵係被設置於或者是耦合對所謂的「目標物體」，舉例而言，一位於引擎中的凸輪軸時，該CVH感測元件能夠用以提供一代表該目標物體之旋轉角度的輸出訊號。
該CVH感測元件僅為一個元件能夠提供代表磁場角 度的一輸出訊號，即，一角度感測器(angle sensor)。舉例而言，一個角度感測器能夠藉由複數個分散垂直霍爾元件或是複數個磁阻元件而設置。
該磁場感測元件，例如，該CVH感測元件，係被限制於其所能夠提供標示目標物體之旋轉位置的訊號的一最大頻率。更甚之，該磁場感測元件，例如，該CVH感測元件，係習知地運作在一個速度，即，一取樣頻率。此外，大體而言，功率消耗在較高取樣頻率時為增加。
一磁場感測器，例如，一CVH感測元件，係有能力達成一代表目標物體之旋轉角度之訊號的一解析度(resolution)(位元之數目)該解析度隨著目標物旋轉速度增加而減少。
鑒於以上所述，本發明係為提供一種磁場感測器，其可調整在該磁場感測元件內之特定電路特性，舉例而言，一CVH感測元件之取樣頻率，以因應一目標物體之旋轉速度為增加或減少，而因此，該磁場感測元件能夠自動地調整自身以提供特性，例如，解析度，以因應受感測之目標物體的旋轉速度(當該目標物體為更快速或更慢地旋轉)。
本發明提供一種能夠調整磁場感測器內之特定電路特性的磁場感測器，舉例而言，CVH感測元件的取樣頻率，以因應一目標物體之旋轉速度為增加或減少。因此，該磁 場感測元件能夠自動地調整自身而提供特性，例如，解析度，以因應受感測之目標物體的旋轉速度(當該目標物體為更快速或更慢地旋轉)。
在根據本發明的一觀點，一種用於感測一物體的一位置的磁場感測器，包含：一半導體基板，具有第一以及第二平行主表面；一感測電路，設置於該半導體基板之上，並包含複數個磁場感測元件，其中該複數個磁場感測元件係配置以產生回應於一磁場的個別之複數個磁場感測元件輸出訊號，該磁場在平行於該半導體基板的第一主要表面的x-y平面具有一方向分量，其中該感測電路更包括一個或多個感測電路可編程電路元件，該感測電路可編程電路元件具有個別一個或多個感測電路可編程特性；一x-y方向分量電路，設置於該半導體基板之上，經耦合以接收一代表複數個磁場感測元件之輸出訊號的一第一中間訊號，並經設置以產生標示在x-y平面的磁場之方向分量之角度的一x-y角度訊號，其中該x-y方向分量電路包括一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件，該x-y方向分量電路可編程電路元件具有各別之一個或多個x-y方向分量可編程特性；一旋轉速度感測電路，設置於該半導體基板之上，經耦合而接收一代表x-y角度訊號之訊號，並經配置以產生一標示該物體的一旋轉速度的一旋轉速度訊號，其中該旋轉速度感測電路包括一個或多個旋轉速度感測電路可編程電路元件，該旋轉速度感測電路可編程電路元件具有個別一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性；以及 一處理器，設置於該半導體基板之上，經耦合以接收該旋轉速度訊號，並經配置以根據一旋轉速度訊號之值而產生一模組控制訊號，以編程以下經選擇的多個：一個或多個感測電路可編程特性、該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性，或該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性。
在一些實施例中，磁場感測器能夠包括一個或多個以下觀點。
在該磁場感測器的一些實施例中，其中該複數個磁場感測元件係建構為環形垂直霍爾(CVH)結構，其中每一個該複數個磁場感應元件係為CVH結構之一個別之垂直霍爾元件，該垂直霍爾元件為建構於該半導體基板上的一共同之環形植入區之上。
在一些實施例中，磁場感測器包括複數個記憶體暫存器，設置於該半導體基板之上，經配置以儲存於一第一時間自該x-y角度訊號導出的一當前角度值，並配置以儲存於一較該第一時間為先的一第二時間而自該x-y角度訊號導出的一先前角度值。
在該磁場感測器的一些實施例中，其中該旋轉速度感測電路包括一減法電路，經耦合以接收該當前角度值，經耦合以接收該先前角度值，並經配置以計算介於代表當前角度值的一數值和代表先前角度值的一數值的一差別而產生一差值。
在該磁場感測器的一些實施例中，一除法電路，經耦 合以接收該差值，經耦合以接收一時間值，並經配置以該差值除以該時間值而產生該旋轉速度訊號，其中該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性更包括該時間值或該第二時間的至少一個，且其中該一個或多個旋轉速度感測電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該時間的一數值或代表該第二時間的一數值的至少一個。
在該磁場感測器一些的實施例中，其中該x-y方向分量處理器包括一帶通濾波器，經耦合以接收代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第二中間訊號並經配置以產生一過濾訊號，其中該帶通濾波器具有一中心頻率以及一頻寬；一除頻電路，經耦合以接收一時脈訊號並經配置以產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比(divide ratio)；以及一計數電路，經耦合以接收該過濾訊號，經耦合以於接收該除頻時脈訊號，並經配置以比較該除頻時脈訊號的一相位以及該過濾訊號的一相位以提供代表該x-y角度訊號的一訊號，其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性包括該頻寬、該除頻比的至少一個，並且其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該中心頻率的一數值、代表該頻寬的一數值、或是代表該除頻比的一數值的至少一個。
在該磁場感測器的一些實施例中，其中該x-y方向分量處理器更包括一位元移位電路，經耦合以接收代表該x-y角度訊號的該訊號，並經配置以產生代表該x-y角度訊號以一位元量(a quantity of bits)移位之該訊號的位元 移位形式，其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性更包括該位元量，並且其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件更經耦合以接收代表該位元量的一數值。
在該磁場感測器的一些實施例中，其中該感測電路更包括一震盪器，經配置以產生一時脈訊號，其中該震盪器具有一震盪頻率；一除頻電路，經耦合以接收該時脈訊號並經配置以產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比；一偏壓產生電路；以及一切換電路，經耦合以接收該除頻時脈訊號，並耦合於該偏壓產生電路以及該CVH結構之複數個垂直霍爾元件之間，其中該切換電路具有一切換電路組態，其中該一個或多個感測電路可編程特性包括該震盪頻率、該除頻比、或是該切換電路組態的至少一個，其中該一個或多個感測電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該震盪頻率的一數值、代表該除頻比的一數值，或是代表該切換電路組態的一數值的至少一個。
在一些實施例中，該磁場感測器更包括一匯流排介面電路經耦合以接收一匯流排訊號並配置以根據該匯流排訊號而產生一指令訊號(command signal)，其中該處理器係更經耦合以接收該指令訊號並且配置以覆蓋(override)該旋轉速度訊號而根據該指令訊號的一數值以編程以下該經選擇的多個：一個或多個感測電路可編程特性、該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性、或是該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性。
在該磁場感測器的一些實施例中，其中每一個複數個垂直霍爾元件包括一個別之垂直霍爾元件接點群組耦合於該序列切換電路(sequence switching circuit)，其中該序列切換電路係操作以於一第一時間選擇一第一垂直霍爾元件以及於一第二相異時間選擇一第二垂直霍爾元件。
在一些實施例中，該磁場感測電路更包括一截波電路(chopping circuit)，其中每個垂直霍爾元件接點群組係藉由該截波電路而受多工處理，其中該截波電路係操作以耦合每個垂直霍爾元件接點群組的相異多個垂直霍爾元件接點，並於一相異時間(different time)接收一個別(respective)電流。
根據本發明的另一個觀點，一種用於一磁場感測器的方法，包括：藉由設置在一半導體基板之上的對應之複數個磁場感測元件而於該磁場感測器之中產生複數個磁場感測元件輸出訊號，其中該複數個磁場感測元件輸出訊號係回應於在x-y平面具有一方向分量的一磁場；於該磁場感測器中產生標示該方向分量於x-y平面之角度的一x-y角度訊號，以回應於代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第一中間訊號；於該磁場感測器中產生標示該物體旋轉速度的一旋轉速度訊號，以回應於代表該x-y角度訊號的一訊號；以及於該磁場感測器中產生一模組控制訊號，以根據該旋轉速度訊號的一數值而對該磁場感測器的一個或多個可編程特性進行編程。
在一些實施例中，該方法能夠包括一個或多個以下觀 點。
在該方法的一些實施例中，其中該複數個磁場感測元件係排列成一環形垂直霍爾(CVH)結構，其中每個該複數個磁場感測元件係為該CVH結構之一個別的垂直霍爾元件，該CVH結構係建構於該半導體基板的第一主要表面中的一共同環形植入區上。
在一些實施例中，該方法更包括於該磁場感測器中儲存自該x-y角度訊號於一第一時間導出的一當前角度值；以及於該磁場感測器中儲存自該x-y角度訊號於早於該第一時間的一第二時間導出的一先前角度值。
在該方法的一些實施例中，其中產生該旋轉速度訊號包括計算代表該當前角度值的一值與代表該先前角度值之間的一差別而產生一差值。
在該方法的一些實施例中，其中產生該旋轉速度訊號更包括：將差值除以一時間值而產生該旋轉速度訊號，其中產生該模組控制訊號包括根據該旋轉速度訊號的一數值，而產生代表該時間值的一數值或代表該第二時間的一數值其中至少之一，該先前角度值係儲存以對該時間值或第二時間其中至少之一進行編程。
在該方法的一些實施例中，其中產生該x-y角度訊號包括過濾代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第二中間訊號以產生一過濾訊號，其中該過濾(filtering)具有一中心頻率以及一頻寬；以及比較一時脈訊號之相位與過濾訊號之相位而提供代表x-y角度訊號的一訊號，其中該 時脈訊號具有一時脈頻率，其中產生該模組控制訊號包括：根據該旋轉速度訊號的一數值，而產生代表該中心頻率的一數值、代表該頻寬的一數值、或者是代表該時脈頻率的一數值其中至少之一，用於對該中心頻率、該頻寬、或該時脈頻率其中至少之一進行編程。
在該方法的一些實施例中，其中產生該x-y角度訊號更包括位元移位代表該x-y角度訊號的該訊號以提供代表該x-y角度訊號以一位元量移位的位元移位形式，其中產生該模組控制訊號更包括根據旋轉速度訊號的該數值，而產生代表位元量的一數值而用於對該位元量進行編程。
在該方法的一些實施例中，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號包括產生一時脈訊號，其中該時脈訊號具有一時脈頻率；自該時脈訊號產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比；產生一偏壓訊號；以及切換該偏壓訊號至該CVH結構之該複數個垂直霍爾元件以提供回應該磁場的一輸出訊號，其中該切換具有一切換組態，其中產生該模組控制訊號包括：根據該旋轉速度訊號的該數值，產生代表該震盪頻率的一數值、代表該除頻比的一數值、或者是代表該切換組態的一數值的至少一個以對該震盪頻率、該除頻比、或者是該切換組態的至少一個進行編程。
在一些實施例中，該方法更包括接收一匯流排訊號；根據該匯流排訊號而產生一指令訊號；以及覆蓋該旋轉速度訊號以根據該指令訊號對以下選擇的多個進行編程：一 個或多個感測電路可編程特性、該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性、或者是該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性。
在該方法的一些實施例中，其中每一個複數個垂直霍爾元件包括一個別之垂直霍爾元件接點群組，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號更包括於一第一時間選定一第一垂直霍爾元件以及於一第二相異時間選定一第二垂直霍爾元件。
在該方法的一些實施例中，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號更包括多工每個垂直霍爾元件接點群組，其中每一個該垂直霍爾元件接點群組中的相異多個垂直霍爾接點係耦合以於一相異時間接收一個別電流。
在描述本發明之前，將解釋一些基本入門的概念與專業術語。
在此所使用的“磁場感測元件”一詞係用於描述各式各樣能夠感測磁場的電子元件。磁場感測元件能夠是，但並不限定，霍爾效應元件、磁阻元件、或者是磁電晶體(magneto-transistors)。誠如已知，霍爾效應元件有多種不同類型，舉例而言，平面霍爾元件、垂直霍爾元件、以及環形霍爾元件。又誠如已知，磁阻也有多種不同類型，舉例而言，巨大磁阻(gaint magnetoresistance，GMR)元件、非等向性磁阻(anisotropic magnetoresistance，AMR )元件、穿隧式磁阻(tunneling magnetoresistance，TMR)元件，銻化銦(InSb)感測器，以及一磁穿隧接面(MTJ)。
垂直霍爾元件能夠在一基板之共同環形植入區之上而建構於所謂的環形垂直霍爾(CVH)感測元件中。
誠如已知，一些上述之磁場感測元件傾向於具有最高敏感度之一軸，該軸平行於支承該磁場感測元件之基板，而其他上述之磁場感測元件則傾向於具有最高敏感度之一軸，該軸垂直支承該磁場感測元件的基板。特別是，平面霍爾元件傾向於具有數個垂直於基板的敏感軸，其中磁阻元件及垂直霍爾元件(包括環形垂直霍爾(CVH)感測元件)傾向於具有數個平行於基板的敏感軸。
在本篇所使用的，「磁場感測器」一詞係用於描述一電路使用一磁場感測元件，普遍地與其他電路組合。磁場感測器係用於多種應用，包括，但並不限定，感測磁場方向角度的度感測器，感測由載流導體所承載電流產生之磁場的電流感測器，感測鐵磁性物體(ferromagnetic object)鄰近的磁開關，感測鐵磁性物品(ferromagnetic articles)通過的旋轉偵測器，舉例而言，環狀磁鐵的磁疇(magnetic domains)，及感測磁場之磁密度的磁場感測器。
其中一環形垂直霍爾(CVH)磁場感測元件，其具有複數個垂直霍爾元件，係已於下例描述，應當理解的是有些或類似技術及電路應用於任何類型的磁場感測元件以一 方法排列而偵測磁場指向(pointing direction)的角度，例如，被磁鐵吸附之目標物體的旋轉角度。
請參照第1圖，一環形垂直霍爾(CVH)感測元件12包括位於基板(圖未示)的一環形植入區18。該CVH感測元件12具有複數個垂直霍爾元件，其中一垂直霍爾元件12a係僅為一範例。每個垂直霍爾元件具有複數個霍爾元件接點(例如，4或5個接點)。該複數個垂直霍爾元件接點係設置於環形植入區18之上。每個垂直霍爾元件接點能夠由位於基板之一接觸擴散區(contact diffusion region)的一金屬接點所構成，擴散進入該環形植入區18。
於CVH感測元件12之內的一特定的垂直霍爾元件(例如，12a)(其舉例而言可具有5個毗鄰之接點)可分享，舉例而言，5個中的4個接點於一下一個的垂直霍爾元件(例如，12b)。因此，該下一個的垂直霍爾元件能夠自前一個垂直霍爾元件而位移一個接點。對於此位移一個接點，應可理解出垂直霍爾元件的數量係與垂直霍爾元件接點的數量相等，舉例而言，32個。然而，應也可理解下一個垂直霍爾元件能夠自前一個垂直霍爾元件位移多個節點，在此時，垂直霍爾元件的數量相較於CVH感測元件之垂直霍爾元件接點為少。
垂直霍爾元件0的中心係沿著x軸20設置，而垂直霍爾元件8的中心係沿著y軸22設置。在該示範性的(exemplary)CVH感測元件12，此處有32個垂直霍爾元 件及32個垂直霍爾接點。然而，一CVH能夠具有多於或少於32個垂直霍爾元件，並且能夠具有多於或少於32個垂直霍爾元件接點。在其他實施例，於以下描述，該CVH感測元件具有64個垂直霍爾元件及相對應的64個垂直霍爾元件接點。
在其他應用中，具有磁北端14a與磁南端14b的環狀磁鐵14能夠設置於CVH12之上。環狀磁鐵14傾於產生具有一方向自磁北端14a至磁南端14b的一磁場16，此處表現而指出的係為相對於x軸20的大約45度角方向。
在其他應用中，環狀磁鐵14機械耦合於旋轉目標物體，舉例而言，汽車凸輪軸或是汽車曲軸，以及是相對於CVH感測元件12在旋轉的一主體。藉由這樣的建構，CVH感測元件12組合於配合第3圖描述之電子電路能夠產生相對於磁鐵14旋轉角度的訊號，例如，磁鐵耦合於之目標物體的旋轉角度。
請參較第1A圖，複數個磁場感測元件30a~30h，一般而言，能夠為任何一種磁場感測元件。磁場感測元件30a~30h能夠為，舉例而言，分離(separate)垂直霍爾元件或是分離磁阻元件。這些元件能夠與配合第3圖描述相同或相似的電子電路耦合。可在接近磁場感測元件30a-30h處設置相同於或類似於第1圖的磁鐵14的磁鐵。
請參照第2圖，一圖像50具有一帶有刻度的水平軸以CVH垂直霍爾元件位置，n，為單位，於CVH感測元件之周圍，舉例而言，第1圖的CVH感測元件12。圖像 50也具有一帶有刻度的垂直軸以毫伏為振幅單位。垂直軸係代表自該CVH感測元件的複數個垂直霍爾元件的輸出訊號位準。
圖像50包括一訊號52代表該CVH該垂直霍爾元件用於測量第1圖的磁場指向45度方向的輸出訊號位準。
請簡要地參照第1圖，如前文所述，垂直霍爾元件0係沿著x軸20置中，而垂直霍爾元件8係沿著y軸22置中。在示範性的CVH感測元件12中，此處有32個垂直霍爾元件接點以及相對應的32個垂直霍爾元件，每個垂直霍爾元件具有複數個垂直霍爾元件接點，舉例而言，具有五個接點。
在第2圖中，訊號52的最大正峰值係實現於垂直霍爾元件置中於位置4，其係對準第1圖的磁場16，如此一來被繪製於位置4之垂直霍爾元件的垂直霍爾元件接點之間(例如，五個接點)的一線係垂直於磁場。訊號52的最大負峰值係實現於垂直霍爾元件置中於位置20，其係也對準第1圖的磁場16，如此一來被繪製於位置20之垂直霍爾元件的垂直霍爾元件接點之間(例如，五個接點)的一線係也垂直於磁場。在磁場16的其他角度，峰值和零位準交錯於該訊號。
一正弦波54係提供以更清楚地表示訊號52的理想行為。訊號52由於垂直霍爾元件偏移而具有變量，根據偏移錯誤於各元件，訊號52傾於有些隨機而致使元件輸出訊號相對於正弦波54為過高或過低。該偏移訊號錯誤係 非想望的。
第1圖中該CVH感測元件12及第2圖的訊號52的產生的完整運作係更詳細的描述於如前文所述之PCT專利申請號No.PCT/EP2008/056517，案名為「用於在一平面中測量一磁場的方向之磁場感測器」已於2008年5月28日申請，並於PCT公開案號WO2008/145662以英文公開，其申請案與公開案係全部於本文中被引用而作為參考。
能夠自PCT申請號No.PCT/EP2008/056517理解，每個垂直霍爾元件的接點群組能夠以多工或截波配置而自每個垂直霍爾元件產生截波輸出訊號。之後，新的鄰近霍爾元件接點群組能夠被選定(換言之，一新的垂直霍爾元件)，如此能夠藉由前一個群組的一個元件而偏移。該新群組能夠被用於多工、或是截波配置而產生其他截波輸出訊號自下一個的群組，諸如此類。
訊號52的每個步驟能夠代表來自其中一個個別的垂直霍爾元件接點群組的截波輸出訊號，例如，來自其中一個個別的垂直霍爾元件。然而，在其他實施例中，係無執行截波且訊號52的每個步驟係代表來自其中一個個別的的垂直霍爾元件接點群組的一未截波輸出訊號，換言之，來自其中一個個別的垂直霍爾元件。如此，圖像50係代表藉由或不藉由前文所述之群組以及垂直霍爾元件之截波的一CVH輸出訊號。
能夠被理解的是，所使用的技術在PCT專利申請號 NO.PCT/EP2008/056517於前文描述，訊號52的相位(例如，訊號54的相位)能夠被知曉而用於確認第1圖中磁場16相對於CVH12的指向。
請參照第3圖，一磁場感測器70包括一具有感測電路71，該感測電路71具有包含複數個垂直霍爾元件的一CVH感測元件72，每個垂直霍爾元件包含垂直霍爾元件接點群組(例如，五個垂直霍爾元件接點)，其中垂直霍爾元件接點73僅為範例。在其他實施例中，CVH感測元件72係由配合第1A圖描述之磁場感測元件群組所替代。
一磁鐵(圖未示)能夠設置近似於CVH感測元件72，且能夠耦合於一目標物體(圖未示)。磁鐵能與第1圖中的磁鐵14相同或相似。
在一些實施例中，一切換電路74能夠提供來自CVH感測元件72的一CVH差動輸出訊號72a、72b。
CVH差動輸出訊號72a、72b係由自CVH感測元件72周圍一次一個(one-at-a-time)擷取的時序輸出訊號，其中每個輸出訊號係產生於分離的訊號路徑，並由切換電路74切換而進入差動訊號72a、72b之路徑。第2圖之訊號52能夠代表差動訊號72a、72b。緣此，CVH差動輸出訊號72a、72b能夠以CVH輸出訊號Xn =x0 至xN-1 的切換集(switched set)所代表，一次擷取一個，其中n等於在CVH感測元件72內垂直霍爾元件位置(換言之，垂直霍爾元件之垂直霍爾元件接點群組的位置)，而此處有N個如此的位置。
在一特別的實施例中，垂直霍爾元件(每個包含垂直霍爾元件接點群組)在CVH感測元件72的數量中係等於感測元件位置N的總數量。換言之，切換電路74CVH差動輸出訊號72a、72b可包含序列的輸出訊號，其中切換電路74CVH差動輸出訊號72a、72b係相關於CVH感測元件72中的個別個之垂直霍爾元件，因此切換電路74以一個增量而間距地圍繞(steps around)於CVH感測元件72的垂直霍爾元件，而N等於CVH感測元件72中垂直霍爾元件的數量。然而，在其他實施例中，該增量能夠大於一個垂直霍爾元件，在其中一個案例N係小於CVH感測元件72之中垂直霍爾元件的數量。
在一特別的實施例中，CVH感測元件72具有32個垂直霍爾元件，換言之，N=32，而每一間距(step)係為垂直霍爾元件接點位置的一間距(亦即，一個垂直霍爾元件位置)。然而，在其他實施例中，CVH感測元件72內能夠有多於32個或少於32個的垂直霍爾元件，舉例而言，64個垂直霍爾元件。此外，垂直霍爾元件位置的增量，n，能夠大於一個垂直霍爾元件接點。
在一些實施例中，其他切換電路76能夠提供前文所述之垂直霍爾元件群組的截波(chopping)於CVH感測元件72之內。截波能夠被理解為一種配置(arrangement)，其中垂直霍爾元件接點群組(舉例而言，形成一個垂直霍爾元件的五個垂直霍爾元件接點)係由複數個不同連接組態的電流源86所驅動，而訊號由以相對應之不同連接 設定的垂直霍爾元件接點群組接收而產生CVH差動輸出訊號72a、72b。如此，根據每個垂直霍爾元件的位置，n，在截波期間能夠有複數個序列的輸出訊號，而後舉例而言，藉由一個垂直霍爾元件接點的增量，該群組增加為一新的群組。
磁場感測器70包括能夠提供時脈訊號78a、78b、78c的一震盪器78，該些時脈訊號能夠具有相同或相異的頻率。一除頻器80係經耦合以接收該時脈訊號78a並配置以產生除頻時脈訊號80a。一切換控制電路82係耦合以接收該除頻時脈訊號80a並配置以產生一切換控制訊號82a，該些切換控制訊號能夠由切換電路74、76所接收以控制該順序(sequencing)圍繞於該CVH感測元件72，並且，可選地，以前文所述之方式控制CVH感測元件72內之垂直霍爾元件群組的截波。
磁場感測器70能夠包括一除頻器88耦合以接收該時脈訊號78c並配置以輸出一除頻時脈訊號88a，在此處也稱作「角度更新時脈」訊號。
磁場感測器70能夠包括一除頻器123耦合以接收時脈訊號78b並配置以產生一除頻時脈訊號123a。
一個或多個控制暫存器108能夠以後文詳述之方式控制一個或多個感測電路71的特性。
磁場感測器70也包括一x-y方向分量電路90。x-y方向分量電路分量90能夠包括一放大器92耦合以接收CVH差動輸出訊號72a、72b。放大器92係配置以產生一放大 訊號92a。一帶通濾波器94係耦合以接收放大訊號92a並配置以產生一過濾訊號94a。一比較器96，具有或不具有磁滯，係配置以接收過濾訊號94a。比較器96係也耦合以接收臨界(threshold)訊號120。比較器96係配置藉由過濾訊號94a與臨界訊號120相比較以產生一臨界訊號96a。
x-y方向分量電路90也包括一放大器114耦合以接收除頻時脈訊號88a。放大器114係配置以產生一放大訊號114a。一帶通濾波器116係耦合以接收放大訊號114a並配置以產生一過濾訊號116a。一比較器118，具有或不具有磁滯，係配置以接收過濾訊號116a。比較器118係也耦合以接收臨界(threshold)訊號122。比較器118係配置藉由過濾訊號116a與臨界訊號122相比較以產生一臨界訊號118a。
應理解的是放大器114、帶通濾波器116、以及比較器118提供除頻時脈訊號88a的一延遲以匹配由放大器92、帶通濾波器94、以及比較器96所構成之電路通道的一延遲。匹配延遲提供相位匹配，特別是，磁場感測器70溫度偏移(temperature excursions)期間。
一計數器98能夠耦合以接收臨界訊號96a於一致能輸入，接收時脈訊號123a於一時脈輸入，並且接收臨界訊號118a於一重置輸入。
計數器98係配置以產生一相位訊號98a具有代表臨界訊號96a以及臨界訊號118a之間的一相位差的一計數 值。相位訊號98a係由一位元移位電路99接收配置以位元移位該相位訊號98a以提供一位元移位訊號99a，該些訊號能夠以0位元、1位元或大於一位元而位元移位。
位元移位訊號99a係由一閂鎖器100所接收以致閂鎖並且除頻時脈訊號88a的緣端。閂鎖器100係配置以產生一閂鎖訊號100a，此處也稱為「x-y方向訊號」。
明顯地閂鎖訊號100a係一多位元數位訊號而具有一值代表由CVH感測元件72所感受之磁場角度方向，而也就是，磁鐵與目標物體的一角度。
在其他實施例中，該時脈訊號72a、78b、78c每個具有一初始頻率約為30MHz，該除頻時脈訊號80a具有一初始頻率約為3MHz，該角度更新時脈訊號88a具有一初始頻率約為30kHz，而且除頻時脈訊號123a具有一初始頻率約為30MHz。然而在其它實施例中，初始頻率可高於或低於這些頻率。在一些實施例中，除頻器80、88、123係藉由一使用者以後文仔細描述之方式而可編程以產生相異的初始頻率(different initial freauencies)。
能夠由以下結論而清楚得知除頻器80、88、123的除頻比，與其他磁場感測器70的特性一樣，能夠根據偵測之目標物體旋轉速度而自動地設定或編程。
x-y方向分量電路90能夠也包括一個或多個控制暫存器112以後文詳述之方式而設定一個或多個x-y方向分量電路90特性。
磁場感測器70能夠也包括運行記錄暫存器124。運行 記錄暫存器124能夠包含一組暫存器126a-126N排列為多位元移位暫存器。x-y角度訊號100a能夠由一當前角度暫存器126a接收並儲存為一當前角度值。運行記錄暫存器124能夠藉由除頻時脈訊號88a(角度更新時脈訊號)而時脈控制(clocked)。因此，藉由每個除頻訊號88a的時脈，儲存於當前角度暫存器126a的當前角度值係通過運行記錄暫存器124向下位移，而成為一先前角度值，並且x-y角度訊號100a的一新當前角度值係儲存於當前角度暫存器126a。
磁場感測器70能夠也包括一電路133。如後文詳細描述，電路133係配置以產生標示目標物體旋轉速度的一旋轉速度訊號138a，並且可選地，產生標示由CVH感測元件72感測之目標物體旋轉方向的一方向訊號144a。
為此，電路133能夠包括一速度感測電路134。速度感測電路134能夠包括一切換電路132耦合以自運行記錄暫存器124接收一個或多個先前角度值。切換電路132能夠包括代表在先前時間目標物體旋轉角度的一選定先前角度值132a。速度感測電路134能夠也包括減法電路136。該減法電路136係耦合以自先前角度暫存器126a接收一當前角度值128。減法電路136係也耦合以接收選定之先前角度值132a。為了於後文描述更詳細的理由，減法電路136係也耦合以接收方向訊號144a以及交叉訊號146a。
減法電路136係操作以自當前角度值128減去先前角度值132a，其差值係為目標物體在當前角度值128與選定 之先前角度值132a先前儲存之時間之間的旋轉角度。如此，減法電路136能夠產生代表目標物體在儲存當前角度值128與選定之先前角度值132a時間之間的旋轉角度的一減去訊號136a。
速度感測電路134能夠也包括一除法電路138耦合以接收來自減法電路136的減去訊號136a。一時間暫存器140能夠保持一時間值並能夠傳遞時間值140a至除法電路138。除法電路138能夠將減去訊號136a除以時間值140a，而得到旋轉速度訊號138a。在其他實施例中，除法電路僅將減去訊號136a作位元移位。
能夠被理解的是，藉由時間值140a的適當選定配合(in conjunction with)用以產生選定之先前角度值132a的一個運行記錄暫存器124，旋轉速度訊號138a能夠具有任何所需之旋轉速度單位，舉例而言，每分鐘旋轉數(revolutions per minute,rpm)。速度感測電路134的操作更詳加描述於美國專利申請號NO.13/084,745，於2011年4月12日申請，案名為「一種能夠提供代表目標物體旋轉角度與旋轉速度之輸出訊號的磁場感測器」，已受讓給本發明之受讓人，其全文內容茲以提述方式納入。
電路133能夠也包括一方向偵測器144耦合以接收當前角度值128與先前角度值132a。方向偵測器144係配置以產生代表CVH感測元件72所感測之目標物體旋轉方向的方向訊號144a。
能夠被理解的是先前角度值132a能夠係為標示在連 續地操作期間目標物體於其他先前時間之旋轉角度的一值。如此，方向訊號144a係代表於截取當前角度值128與先前角度值132a時間之間的目標物體的方向。
電路133能夠也包括一0度或180度角度偵測器146耦合以接收當前角度值128與先前角度值132a。
0度或180度角度偵測器146能夠產生一穿越訊號146a代表目標物體旋轉於所截取先前角度值128與當前角度值132a時間之間通過0度及/或180度所發生(occurred)之穿越事件(occurrences of crossing)。
如前文所述，減法電路能夠耦合以接收方向訊號144a與穿越訊號146a。減法電路的計算結果能夠簡單地僅僅為當前角度值128與選定之先前角度值132a的差值。然而，若，在當前角度值128與選定之先前角度值132a的時間之間，目標物體旋轉的方向改變，則旋轉速度的計算會被警告或無效。再者，若旋轉角度在當前角度值128與先前角度值132a的時間之間穿越越過180度或360度，則旋轉速度的計算會被警告而將穿越納入計算，舉例而言，於減去之前反轉當前角度值或選定之先前角度值其中之一。
一控制暫存器156能夠以後文詳述之方式控制電路133的一個或多個特性。
磁場感測器70能夠也包括一匯流排介面電路160。匯流排介面電路160能夠耦合以接收x-y角度訊號100a與旋轉速度訊號138a。可選地，匯流排介面電路160能夠耦 合以接收方向訊號144a。所有這些訊號能夠藉由匯流排結構162傳遞至使用者。
應當理解的是，「匯流排」一詞係用於描述一串列或一平行匯流排具有一個導體或複數個導體任一種。
匯流排介面電路160係耦合於匯流排結構162以一標準規格與其他處理器(圖未示)傳輸，舉例而言，SPI規格、SENT規格、PSI5規格或I2C規格。匯流排介面電路162能夠傳遞x-y角度訊號100a與旋轉速度訊號138a至其他處理器。可選地，匯流排介面電路160能夠傳遞方向訊號144a及/或反轉計算(turns count)訊號146a至其他處理器。
匯流排介面電路160能夠也自匯流排介面結構162接收多種的控制資料。匯流排介面電路160能夠傳遞控制資料160a至解碼電路162，該匯流排介面電路160並能夠傳遞解碼資訊162a至主控制暫存器164，該主控制暫存器能夠儲存解碼控制資料。主控制暫存器164能夠傳遞一模組控制訊號164a至在前文所描述之多種模組內的控制暫存器108、112、156，以影響模組的特性。
磁場控制電路70能夠也包括一處理器或狀態機器170耦合以接收旋轉速度訊號138a並配置以產生一控制訊號170a耦合至主控置暫存器164。處理器或狀態機器170能夠也耦合以接收來自解碼器162的訊號162b。
藉由這樣的配置，主控制暫存器164能夠藉由經由流排介面160的訊號162a及/或藉由來自處理器或狀態機器 170的控制訊號170a而編程。在其他實施例中，訊號162b係僅用於開啟或關閉處理器或狀態機器170，舉例而言，而由使用者經由匯流排介面結構162控制。
在操作時，處理器或狀態機器170係配置以分析旋轉速度訊號138a並產生控制值給主控制暫存器164，其傳播至一個或多個控制暫存器108、112、156，從而控制一個或多個電路71、90、132的特定特性。
電路71能夠被控制的特性能夠包括，但並不限於此，震盪器78的一頻率、除頻器80、88的除頻比、以及切換控制電路82的組態。切換控制電路82的組態能夠包括，但並不限於此，是否截波(chop)或不截波該CVH感測元件72經由切換電路76，以及CVH感測元件72之中垂直霍爾元件經由切換電路74所取樣(sampled)的數量選擇。
電路90能夠被控制的特性能夠包括，但並不限於此，帶通濾波器的中心頻率及/或頻寬，臨界訊號120、122之數值、除頻器123的除頻比、位元移位電路99的位元移位數量、以及放大器92的增益。
電路133能夠被控制的特性能夠包括，但並不限於此，提供至切換電路132用於選擇提供先前角度值132a先前角度暫存器126b~126N其中一個的一選擇值(selection value)，以及一時間值儲存於時間暫存器140。
一般而言，應能理解的是，較高之目標物體旋轉速度如旋轉速度訊號138a所表示將想要導出以下一個或是多 個：震盪器78的較高頻率，除頻器80、88的較低除頻比，藉由切換電路74而在CVH感測元件72中選擇出較少數量的垂直霍爾元件，帶通濾波器94、118兩者其中之一的較高之中心頻率，除頻器123的較高除頻比、由位元移位電路99所移位的較大位元移位量，放大器92的較高增益，藉由切換電路132對於先前角度暫存器於運行歷史暫存器124中之選擇進一步提升(延遲較小)，或是在時間暫存器140的較小儲存時間值。
在操作時，根據其他上述所條列的特性當目標物體係以高速旋轉時，x-y角度訊號100a將具有一較低的解析度(resolution)，亦即，較小的位元數。在此情況下，若一較高的旋轉速度目標物體被偵測到，位元移位電路99能夠調整x-y角度訊號100a的數位值(digital values)而達到高位元(rmost significant bit)的一預定位置(predetermined)，亦即，左移，數位值。低位元(least significant bit)能夠以零補齊。
在其他實施例中，上述列舉之特性能夠以近似連續的方式而控制，亦即，具有許多步驟。然而，在另一個實施例中，上述列舉之特性能夠根據感測之旋轉速度訊號138a特定範圍內的小數量控制以具有數值。
磁場感測器70的控制操作係配合第4圖與第5而更描述於後文。控制特性的示範值係列於表格1當中。
能夠理會的是第4圖表現一流程圖對應於能夠應用於磁場感測器70(第3圖)之以下所設想(contemplated) 技術，舉例而言，在處理器或狀態機器170之中。方塊元件(以第4圖的元件208為典型)，在此處記為「處理區塊」，代表電腦軟體指令或指令集。鑽石狀元件(以第4圖的元件206為典型)，在此處記為「抉擇區塊」，代表電腦軟體指令，或是指令集，用以影響處理區塊代表之電腦軟體指令的執行。
可替代地，處理和抉擇區塊代表由功能性等效電路(諸如一數位訊號處理電路或是一特殊應用IC(application specific integrated circuit，ASIC))所執行的步驟。流程圖並未描述任何特定程式語言的語法。更確切地說(Rather)，流程圖描繪功能性資訊需要其中一個習知技術用於組裝電路或產生電腦軟體以執行特定設備需求的處理。應當注意的是許多例行程式元件，諸如迴圈初始化與變數以及暫時變數的使用並未表示。對通常知識者所讚賞之處在於(除非另有標示者)，所述區塊的特定序列係僅說明為且可在不離開本發明之精神而被變更。如此，除非另有說明，以下所描述之區塊的狀態係無順序，意指，可能的話，該些步驟能夠以任何方便或想要之順序而被執行。
請參照第4圖。一程序200能夠用於描述第3圖的磁場感測器70的操作。
程序200由區塊202開始，一個磁場感測器，舉例而言，第3圖的磁場感測器70能夠被初始化，即，磁場感測器能夠設定以進入具有磁場感測器特性的第一模式適用 於目標物體的第一旋轉速度。在第4圖的範例中，第一模式係一第3圖中磁場感測器70操作的最慢模式。然而，在另外的實施例中，第一速度模式能夠與目標物體任何絕對或相對旋轉速度相關。舉例而言在另外的實施例中，第一速度模式能夠係為磁場感測器的最快速度模式。在另外的實施例中，第一速度模式能夠係為磁場感測器的一中間速度模式。
在區塊204，測目標物體旋轉的角速度係量測，舉例而言藉由第3圖的速度感測器電路134，以產生量測之角速度值，舉例而言，於第3圖的旋轉速度訊號138a。
在區塊206，係確認量測之角速度是否小於一第一預測角速度。如果於區塊204量測之角速度係不小於第一預測角速度，則程序進行至區塊208。換言之，若於區塊204量測之角速度大於第一預測角速度，則磁場感測器能夠根據以下步驟調整，舉例而言，藉由第3圖的處理器或狀態機器170以致能磁場感測元器70較快的運作。
在區塊208，磁場感測器係設定為一第二角速度模式適用於較區塊202設定的第一角速度模式快的速度操作。
在區塊210，角速度係再一次由磁場感測器測量，此時磁場感測器設定為第二角速度模式。
在區塊212，區塊210量測之角速度係與第一預定角速度以及第二預定角速度相比。在區塊212若確認量測之角速度並不在第一預定角速度與第二預定角速度之間，則程序進行至區塊214。
在區塊214磁場感測器係設定為一第三角速度模式適用於比區塊202設定之第二角速度模式甚快的速度操作。
在區塊216，角速度再一次由磁場感測器量測，但現在磁場感測器設定為第三角速度模式。
在區塊218，區塊216量測之角速度係與第二預定角速度以及第三預定角速度比較。在區塊212若確認量測之角速度係不在第二預定角速度與第三預定角速度之間，則程序進行至區塊220。
在區塊220，區塊216量測之角速度係與第三預測角速度比較。若，在區塊220，量測之角速度係不大於第三預測角速度，則程序進行至區塊224。
在區塊224，區塊216量測之角速度係現在與第一預測角速度以及第二預測角速度比較。若在區塊224，量測之角速度系不在第一預測角速度以及第二預測角速度之間，則程序繼續至區塊226。
在區塊226，區塊216量測之角速度係現在與第一預測角速度比較。若在區塊226，量測之角速度係不小於第一預測角速度，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊228，設定一錯誤旗標並返回至區塊202。
在區塊206，若於區塊204量測之角速度係小於第一預測角速度，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊230，清除錯誤旗標並返回至區塊204。
在區塊212，若於區塊210量測之角速度係介於於第一預測角速度與第二預測角速度之中，則程序，在其他實 施例中，能夠，於區塊232，清除錯誤旗標並返回至區塊210。
在區塊218，若於區塊216量測之角速度係介於於第二預測角速度與第三預測角速度之間，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊234，清除錯誤旗標並返回至區塊216。
在區塊220，若於區塊216量測之角速度係大於第三預測角速度，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊234，清除錯誤旗標並返回至區塊216。
在區塊224，若於區塊216量測之角速度係介於於第一預測角速度與第二預測角速度之間，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊236，清除錯誤旗標並返回至區塊208。
在區塊226，若於區塊216量測之角速度係小於於第一預測角速度，則程序，在其他實施例中，能夠，於區塊238，清除錯誤旗標並返回至區塊202。
應當理解的是，若量測之角速度符合區塊206的標準，則程序能夠循環於區塊206。類似地，若量測之角速度符合區塊212的標準，則程序能夠循環於區塊212。類似地，若量測之角速度符合區塊218或220的標準，則程序能夠循環於區塊218或220。
任何上述之迴圈使得磁場感測器70維持在一特定的角速度模式1、角速度模式2、或是角速度模式3其中之。
程序200被理解為以最慢角速度模式開始於區塊202。在另外的實施例中，類似程序能夠替代為最快角速度模式。在還有其他實施例中類似程替代為以中間值角速度模式開始。
在操作的三種角速度模式係表示時，在另外的實施例中操作能夠有三個以上或少於三個的角速度模式。能夠被理解的是如何修改程序200而調和操作有三個以上或少於三個的角速度模式。
在其他實施例中，在角速度模式1、角速度模式2、以及角速度模式3時，磁場感測器，舉例而言，第3圖的磁場感測器70，能夠具有以下條列於表格1的特性。條列於以下的特性配合表格1係假設CVH感測元件，舉例而言，第3圖的CVH感測元件72，具有64個垂直霍爾元件。
現請參照第5圖，一圖像250具有代表垂直霍爾元件沿著第3圖之CVH感測元件72之位置的帶有刻度水平軸。在一示範性的實施例中，CVH感測元件72能夠有64個垂直霍爾元件接點以及對應之64個垂直霍爾元件於CVH感測元件72之中。
圖像250也包括一帶有伏特刻度垂直軸於四種不同之範圍對應於四種不同訊號252、254、256、258。
訊號252係代表第3圖中的時脈訊號80a，並代表CVH感測元件72中垂直霍爾元件係以時序地採樣的頻率。
訊號254係代表第3圖中的除頻時脈訊號88a。訊號256係代表第3圖中的放大訊號92a。訊號258係代表第3圖中的過濾訊號94a。
自訊號256，能夠看出在一磁場的存在下CVH感測元件72之中(第3圖)不同一個垂直霍爾元件提供相對於0之不同振幅的訊號。一最大負緣訊號係於垂直霍爾元件位置24號所達成而最大正緣訊號係於垂直霍爾元件56號在特定方向的磁場感測藉由CVH感測元件72。一訊號258的相位，亦即，感測元件位置的最大與最小，係相關於CVH感測元件72於CVH感測元件72平面(第3圖)所感受之的磁場方向分量角度。如此，對於磁場的其他角度，相位將會不同，並且最大和最小(且也包括0度穿越)將會在不同的垂直霍爾元件位置。
關於訊號256，訊號256不規則地上下偏離係代表DC補償訊號變化於CVH感測元件72的垂直霍爾元件之中。此補償電壓係非想要的。
訊號258的大小(magnitude)Bxy 係代表於CVH感測元件72於CVH感測元件104平面(第3圖)所感受之的磁場分量大小。
在此並未表示，但應當理解的是，第3圖的除頻時脈訊號123a必須為一實質地較高頻率與第3圖的除頻時脈訊號88a(訊號254)相比。一般而言，除頻時脈訊號123a、88a的頻率的比例係相關於最原始(ultimate)解析度(位元數)於x-y角度訊號100a。如此，兩個時脈訊號 的頻率的1024：1比例將會導致x-y角度訊號100a大約10-位元解析度。
也應當理解的是計數器98具有對應於能夠接收的最高時脈頻率有一限制。也應當理解的是磁場感測器70運作越快，則功率消耗越大。
對於磁場感測器70的一給定組態，當附近磁鐵的旋轉速度，亦即，目標物體，增加，磁場感測器70藉由CVH感測元件72而準確地追蹤角度位置與旋轉速度的功能能夠被其他電路特性的組合所妥協。
能夠期待的是磁場感測器70盡可能的快速操作以滿足所期待的解析度，但受限於期待之操作功率以及受限於除頻時脈訊號123a的最大頻率。換言之，能夠期待的是磁場感測器70的除頻時脈頻率80a盡可能的高以滿足應用，但不應太高，而避免導致較低的解析度以及較高的功率消耗。
根據上述之方法配合第4圖，並使用上述表格1呈現的值，顯而易見的是介於除頻時脈頻率123a、88a、80a頻率之間的比值能夠根據感測之目標物體旋轉速度而改變，比值相關於磁場感測器70的初始解析度。第3圖中磁場感測器70的其他電路特性能夠被改變或變更根據如表格1所呈現的值而改變。藉由這樣的方式，除頻時脈訊號80a能夠被維持頻率足夠低致使功率較低但足夠高致使正確地感測正在旋轉之目標物體，而除頻時脈訊號123a能夠被維持頻率維持在地於計數98a需求之最大時脈頻 率，但足夠高致使最佳的解析度(位元數)。
一般而言，必須能夠操作第3圖的磁場感測器70足夠快而致使訊號156、158在受感測的目標物體能夠旋轉非常多角度之前達到完整循環(full cycle)。舉例而言，在一特別的實施例中，除頻時脈訊號80a具有一頻率為10.24MHz，CVH感測元件72具有64個垂直霍爾元件，並且有四種取樣旋轉沿著CVH感測元件72用於產生一感測角度值以提供平均(averaging)。藉由這樣範例的排列，目標物體的角度能夠在25μs的回應時間內而偵測。
藉由使用上述範例之磁場感測器70的回應時間25μs，以22,000每分鐘旋轉圈數的目標物體於25μs僅旋轉9.16×10-3圈，亦即，大概三度。
在以上示範性的配置中，時脈123a係選定以至於越來越快，但並不會太快而使得計數器98無法運作。這樣的配置將達成一最高位元解析度。如以上表格1所示，使用40.96MHz的固定時脈123a，可利用除頻器80，88分別選擇其它時脈80a，88a的頻率，以便完成最高位元解析度。
上述電路以及技術使得當磁鐵或目標物體的角旋轉速度的效能衰減問題得以滿足，藉由自動地且妥善地調整磁場感應器電路而仍然能提供精準之角度與速度資訊，但也許在目標旋轉速度較快時有較低的解析度。此外，上述電路以及技術能夠提供功能，而在旋轉磁體以及目標物體的旋轉速度衰減時自動地且妥善地調整磁場感測器電路，致 使磁場感測器在較低的目標旋轉速度時能夠提供準確以及高解析度的角度與速度資訊。該調整係為動態地，也就是該調整能夠根據目標物體旋轉速度增加或減少時而調整電路。
藉由上述討論使用CVH感測元件72為範例，應理解的是相同或相似電路與技術應用於任何磁場感測器元件，舉例而言，分離垂直霍爾元件或是分離磁阻元件排列以於一平面提供磁場方向的感測。
所有在此引用之全文內容茲以提述方式納入本文。
討論完較佳之實施例，說明不同之概念、結構、和技術，其係為本專利之主題，應能體會的是其他實施例合併這些概念、結構以及技術的習知技術也能夠使用。緣此，能夠建議(submitted)的是本專利的技術領域不應被限制於所描述之實施例而應該僅限制於其精神以及專利範圍之領域。
0‧‧‧垂直霍爾元件
4‧‧‧位置
8‧‧‧垂直霍爾元件
12‧‧‧環形垂直霍爾感測元件
12a‧‧‧垂直霍爾元件
12b‧‧‧垂直霍爾元件
14‧‧‧環形磁鐵
14a‧‧‧北端
14b‧‧‧南端
16‧‧‧磁場
18‧‧‧環形植入區
20‧‧‧x軸
22‧‧‧y軸
30a-30h‧‧‧磁場感測元件
50‧‧‧圖像
52‧‧‧訊號
54‧‧‧正弦波
70‧‧‧磁場感測器
71‧‧‧感測電路
72‧‧‧CVH感測元件
72a‧‧‧CVH差動輸出訊號
72b‧‧‧CVH差動輸出訊號
73‧‧‧垂直霍爾元件接觸點
74‧‧‧轉換電路
76‧‧‧轉換電路
78‧‧‧震盪器
78a‧‧‧時脈訊號
78b‧‧‧時脈訊號
78c‧‧‧時脈訊號
80‧‧‧除頻器
80a‧‧‧除頻時脈
82‧‧‧轉換控制電路
82a‧‧‧轉換控制訊號
86‧‧‧電流源
88‧‧‧除頻器
88a‧‧‧除頻時脈
90‧‧‧x-y平面分量電路
92‧‧‧放大器
92‧‧‧放大訊號
94‧‧‧帶通濾波器
94a‧‧‧過濾訊號
96‧‧‧比較器
96a‧‧‧臨界訊號
98‧‧‧計數器
98a‧‧‧相位訊號
99‧‧‧位元位移電路
99a‧‧‧位元位移訊號
100‧‧‧閂鎖器
100a‧‧‧閂鎖訊號
108‧‧‧控制暫存器
114‧‧‧放大器
114a‧‧‧放大訊號
116‧‧‧帶通濾波器
116a‧‧‧過濾訊號
118‧‧‧比較器
118a‧‧‧臨界訊號
120‧‧‧臨界訊號
122‧‧‧臨界訊號
123‧‧‧除頻器
123a‧‧‧除頻時脈
124‧‧‧運行記錄暫存器
126a-126n‧‧‧暫存器
128‧‧‧當前角度值
132‧‧‧電路
132a‧‧‧先前角度值
133‧‧‧電路
134‧‧‧速度感測電路
136‧‧‧減法電路
136a‧‧‧減去訊號
138‧‧‧除法電路
138a‧‧‧旋轉速度訊號
140‧‧‧時間暫存器
140a‧‧‧時間值
144‧‧‧方向偵測器
144a‧‧‧方向訊號
146‧‧‧0或180度偵測器
146a‧‧‧穿越訊號
156‧‧‧控制暫存器
160‧‧‧匯流排介面電路
160a‧‧‧控制資料
162‧‧‧匯流排結構
162‧‧‧解碼電路
162a‧‧‧解碼資訊
162b‧‧‧訊號
164‧‧‧主控制暫存器
164a‧‧‧模組控制訊號
170‧‧‧處理器或狀態機器
170a‧‧‧控制訊號
250‧‧‧圖像
252‧‧‧訊號
254‧‧‧訊號
256‧‧‧訊號
258‧‧‧訊號
藉由附圖以及說明書之詳細描述，可以更充分地理解本發明之上述特徵以及本發明本身，其中：第1圖係為一圖案表現一環形垂直霍爾(CVH)感測元件具有複數個垂直霍爾元件排列於一共同植入區之上的一圓環並且設置一雙極磁鐵靠近於CVH感測元件；第1A圖係為一圖案(pictorial)表現複數個其他磁場感測元件； 第2圖係為一圖像表現一輸出訊號可由第1圖之CVH感測元件或者由第1A圖中的磁場感測元件產生；第3圖係為方塊圖表現一磁場感測器具有一角度感測電路可操作而提供代表一目標物體旋轉角度的一角度訊號，一速度感測電路可操作而提供代表該目標物體旋轉速度的一速度訊號，一方向感測電路可操作而提供代表該目標物體旋轉方向的一方向訊號，藉由多種具有特性的電路而能夠根據該速度訊號而自動地調整；第4圖係為流程圖表現一步驟能夠第3圖中的磁場感測器所使用；以及第5圖係為一圖像表現第3圖中的該磁場感測器的一些示範訊號。

Claims (24)

  1. 一種用於感測物體的位置的磁場感測器，包含：一半導體基板，具有第一以及第二平行主表面；一感測電路，設置於該半導體基板之上，並包含複數個磁場感測元件，其中該複數個磁場感測元件係配置以產生回應於一磁場的個別之複數個磁場感測元件輸出訊號，該磁場在平行於該半導體基板的第一主要表面的x-y平面具有一方向分量，其中該感測電路更包括一個或多個感測電路可編程電路元件，該感測電路可編程電路元件具有個別之一個或多個感測電路可編程特性；一x-y方向分量電路，設置於該半導體基板之上，經耦合以接收一代表該複數個磁場感測元件之輸出訊號的一第一中間訊號，並經設置以產生標示在該x-y平面的磁場之方向分量之角度的一x-y角度訊號，其中該x-y方向分量電路包括一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件，該x-y方向分量電路可編程電路元件具有個別之一個或多個x-y方向分量可編程特性；一旋轉速度感測電路，設置於該半導體基板之上，經耦合而接收一代表該x-y角度訊號之訊號，並經配置以產生一標示該物體的一旋轉速度的一旋轉速度訊號，其中該旋轉速度感測電路包括一個或多個旋轉速度感測電路可編程電路元件，該旋轉速度感測電路可編程電路元件具有個別之一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性；以及一處理器，設置於該半導體基板之上，經耦合以接收 該旋轉速度訊號，並經配置以根據一旋轉速度訊號之值而產生一模組控制訊號，以編程以下經選擇的多個：該一個或多個感測電路可編程特性、該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性，或該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁場感測器，其中該複數個磁場感測元件係建構為環形垂直霍爾(CVH)結構，其中每一個該複數個磁場感測元件係為CVH結構之一個別之垂直霍爾元件，該垂直霍爾元件為建構於該半導體基板上的一共同環形植入區之上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之磁場感測器，更包括複數個記憶體暫存器，設置於該半導體基板之上，經配置以儲存於一第一時間自該x-y角度訊號導出的一當前角度值，並配置以儲存於一較該第一時間為先的一第二時間自該x-y角度訊號導出的一先前角度值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之磁場感測器，其中該旋轉速度感測電路包括：一減法電路，經耦合以接收該當前角度值，經耦合以接收該先前角度值，並經配置以計算介於代表該當前角度值的一數值和代表該先前角度值的一數值的一差別而產生一差值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之磁場感測器，其中該旋轉速度感測電路更包括：一除法電路，經耦合以接收該差值，經耦合以接收一 時間值，並經配置以將該差值除以該時間值而產生該旋轉速度訊號，其中該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性更包括該時間值或該第二時間的至少一個，且其中該一個或多個旋轉速度感測電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該時間的一數值或代表該第二時間的一數值的至少一個。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之磁場感測器，其中該x-y方向分量處理器包括：一帶通濾波器，經耦合以接收代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第二中間訊號並經配置以產生一過濾訊號，其中該帶通濾波器具有一中心頻率以及一頻寬；一除頻電路，經耦合以接收一時脈訊號並經配置以產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比(divide ratio)；以及一計數電路，經耦合以接收該過濾訊號，經耦合以於接收該除頻時脈訊號，並經配置以比較該除頻時脈訊號的一相位與該過濾訊號的一相位以提供代表該x-y角度訊號的一訊號，其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性包括該頻寬、該除頻比的至少一個，並且其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該中心頻率的一數值、代表該頻寬的一數值、或是代表該除頻比的一數值的至少一個。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之磁場感測器，其中該x-y方向分量處理器更包括： 一位元移位電路，經耦合以接收代表該x-y角度訊號的該訊號，並經配置以產生代表該x-y角度訊號以一位元量(a quantity of bits)移位之該訊號的位元移位形式，其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性更包括該位元量，並且其中該一個或多個x-y方向分量電路可編程電路元件更經耦合以接收代表該位元量的一數值。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之磁場感測器，其中該感測電路更包括：一震盪器，經配置以產生一時脈訊號，其中該震盪器具有一震盪頻率；一除頻電路，經耦合以接收該時脈訊號並經配置以產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比；一偏壓產生電路；以及一切換電路，經耦合以接收該除頻時脈訊號，並耦合於該偏壓產生電路以及該CVH結構之複數個垂直霍爾元件之間，其中該切換電路具有一切換電路組態，其中該一個或多個感測電路可編程特性包括該震盪頻率、該除頻比、或是該切換電路組態的至少一個，其中該一個或多個感測電路可編程電路元件係經耦合以接收代表該震盪頻率的一數值、代表該除頻比的一數值，或是代表該切換電路組態的一數值的至少一個。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之磁場感測器，更包括：一匯流排介面電路，經耦合以接收一匯流排訊號並配 置以根據該匯流排訊號而產生一指令訊號，其中該處理器係更經耦合以接收該指令訊號並且配置以覆蓋該旋轉速度訊號而根據該指令訊號的一數值以編程以下該經選擇的多個：該一個或多個感測電路可編程特性、該一個或多個x-y方向分量電路可編程特性、或是該一個或多個旋轉速度感測電路可編程特性。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之磁場感測器，其中每一個該複數個垂直霍爾元件包括一個別之垂直霍爾元件接點群組，耦合於該序列切換電路，其中該序列切換電路係操作以於一第一時間選擇一第一垂直霍爾元件以及於一第二相異時間選擇一第二垂直霍爾元件。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之磁場感測器，更包括一截波電路，其中每個垂直霍爾元件接點群組係藉由該截波電路而受多工處理，其中該截波電路係操作以耦合每個該垂直霍爾元件接點群組的相異多個垂直霍爾元件接點，並於一相異時間接收一個別電流。
  12. 一種用於磁場感測器的方法，包括：藉由設置在一半導體基板之上的對應之複數個磁場感測元件而於該磁場感測器之中產生複數個磁場感測元件輸出訊號，其中該複數個磁場感測元件輸出訊號係回應於在x-y平面具有一方向分量的一磁場；於該磁場感測器中產生標示該方向分量於該x-y平面之角度的一x-y角度訊號，以回應於代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第一中間訊號； 於該磁場感測器中產生標示該物體旋轉速度的一旋轉速度訊號，以回應於代表該x-y角度訊號的一訊號；以及於該磁場感測器中產生一模組控制訊號，以根據該旋轉速度訊號的一數值而對該磁場感測器的一個或多個可編程特性進行編程，其中該一個或多個可編程特性包含下列其中一個或多個：該複數個磁場感測元件輸出訊號之取樣頻率；該複數個磁場感測元件內之磁場感測元件之數量；可操作用以過濾一第二中間訊號以產生過濾訊號之電子濾波器之特性，該第二中間訊號代表該複數個磁場感測元件輸出訊號；或該x-y角度訊號之數位位元之數量。
  13. 如申請專利範圍第12項所述方法，其中該複數個磁場感測元件係排列成一環形垂直霍爾(CVH)結構，其中每個該複數個磁場感測元件係為該CVH結構之一個別的垂直霍爾元件，該CVH結構係建構於該半導體基板的第一主要表面中的一共同環形植入區上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括於該磁場感測器中儲存自該x-y角度訊號於一第一時間導出的一當前角度值；以及於該磁場感測器中儲存自該x-y角度訊號於早於該第一時間的一第二時間導出的一先前角度值。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中產生該旋轉速度訊號包括：計算代表該當前角度值的一值與代表該先前角度值之間的一差別而產生一差值。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中產生該旋轉速度訊號更包括：將該差值除以一時間值而產生該旋轉速度訊號，其中產生該模組控制訊號包括：根據該旋轉速度訊號的一數值，而產生代表該時間值的一數值或代表該第二時間的一數值其中至少一個，在第二時間該先前角度值係被儲存以對該時間值或該第二時間其中至少一個進行編程。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中產生該x-y角度訊號包括：過濾代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的該第二中間訊號以產生該過濾訊號，其中該過濾具有一中心頻率以及一頻寬；以及比較一時脈訊號之相位與該過濾訊號之相位而提供代表該x-y角度訊號的一訊號，其中該時脈訊號具有一時脈頻率，其中該電子濾波器之特性包括下列其中一個或多個：該中心頻率或該頻寬，以及其中該一個或多個可編程特性更包含該時脈頻率。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中產生該x-y角度訊號更包括：位元移位代表該x-y角度訊號的該訊號以提供代表該x-y角度訊號以一位元移位量移位的位元移位形式，其中該一個或多個可編程特性更包括： 該位元移位量。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號包括：產生一時脈訊號，其中該時脈訊號具有一時脈頻率；自該時脈訊號產生一除頻時脈訊號，其中該除頻電路具有一除頻比；產生一偏壓訊號；以及切換該偏壓訊號至該CVH結構之該複數個垂直霍爾元件以提供回應該磁場的一輸出訊號，其中該切換具有一切換組態，其中該一個或多個可編程特性更包括下列其中至少一個：該震盪頻率、該除頻比、或該切換組態。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括：接收一匯流排訊號；根據該匯流排訊號而產生一指令訊號；以及覆蓋該旋轉速度訊號以根據該指令訊號對該一個或多個可編程特性其中所選擇者進行編程。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中每一個該複數個垂直霍爾元件包括一個別之垂直霍爾元件接點群組，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號更包括：於一第一時間選定一第一垂直霍爾元件以及於一第二相異時間選定一第二垂直霍爾元件。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中產生該複數個磁場感測元件輸出訊號更包括： 多工處理每個垂直霍爾元件接點群組，其中每一個該垂直霍爾元件接點群組中的相異多個垂直霍爾接點係耦合以於一相異時間接收一個別電流。
  23. 一種用於磁場感測器的方法，包括：藉由設置在一半導體基板之上的對應之複數個磁場感測元件而於該磁場感測器之中產生複數個磁場感測元件輸出訊號，其中該複數個磁場感測元件輸出訊號係回應於在x-y平面具有一方向分量的一磁場；於該磁場感測器中產生標示該方向分量於該x-y平面之角度的一x-y角度訊號，以回應於代表該複數個磁場感測元件輸出訊號的一第一中間訊號；於該磁場感測器中產生標示該物體旋轉速度的一旋轉速度訊號，以回應於代表該x-y角度訊號的一訊號；於該磁場感測器中產生一模組控制訊號，以根據該旋轉速度訊號的一數值而對該磁場感測器的一個或多個可編程特性進行編程；接收一匯流排訊號；根據該匯流排訊號產生一指令訊號；以及覆蓋該旋轉速度訊號以根據該指令訊號對下列所選擇者進行編程：一個或多個感測電路可編程特性、一個或多個x-y方向分量電路可編程特性、或一個或多個旋轉速度感測可編程特性。
  24. 如申請專利範圍第23項所述方法，其中該複數個磁場感測元件係排列成一環形垂直霍爾(CVH)結構，其 中每個該複數個磁場感測元件係為該CVH結構之一個別的垂直霍爾元件，該CVH結構係建構於該半導體基板的第一主要表面中的一共同環形植入區上。
TW101128976A 2011-08-19 2012-08-10 根據磁場感測器感測的旋轉速度來自動調整磁場感測器的電路及方法 TWI474026B (zh)

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