[发明专利]霍尔传感器以及传感器装置

说明书

本发明涉及具有若干霍尔传感元件的霍尔传感器，并且涉及具有这样的霍尔传感器的传感器装置。

当存在垂直于电流的磁场时则发生霍尔效应，霍尔效应是根据美国物理学家Edwin Herbert Hall(1855-1938)的名字命名的。在这种情况下，磁场在既垂直于磁场方向又垂直于电流方向的方向上产生被称为霍尔电压的电势差。通过测量霍尔电压，可以确定磁场分量的大小。

用于测量霍尔电压的霍尔传感器可以实现为半导体器件。在该半导体器件中也可以集成求值电路，其例如作为CMOS工艺的一部分来生产。如果在其中工作电流进行流动并且产生霍尔电压的活动区的平面被定位成与半导体本体的顶部共面，则可以对垂直于该顶部定向的磁场分量所引起的霍尔电压进行测量。如果活动区的平面布置成与顶部垂直，即在半导体本体内是纵向的，则可以对平行于该顶部的磁场分量所引起的霍尔电压进行测量。

使用霍尔传感器半导体器件，可实现的灵敏度受限于所使用的半导体材料中的电荷载流子的迁移率。在硅中，通过霍尔电压相对于磁场强度和工作电压的大小而测量的霍尔传感器的最大灵敏度大约是0.1V/T。其他的半导体材料具有更高的电荷载流子迁移率，但是它们可能不太适合用于霍尔传感器与控制和求值电子器件的集成。

在各种应用例如旋转编码器或电流传感器中，测量两个位置之间的磁场的差。根据传统布置，使用两个霍尔传感器，针对每个霍尔传感器具有放大级，其中，通过数字减法或模拟减法来对放大级的输出的差进行求值。

本发明的目的是提供用于对不同位置的磁场的差进行求值的改进的概念。

这个目的通过使用独立权利要求的主题来实现。进展及另外的实施方式是从属权利要求的主题。

改进的概念基于下述思想：提供具有测量不同位置处的磁场的至少两个霍尔传感元件的霍尔传感器。霍尔传感元件以下述方式连接在一起：当霍尔传感元件可以测量同一方向的磁场时，以电的形式形成各个传感器值之间的差。此外，霍尔传感元件在霍尔传感器的传感器端子之间连接。因此，霍尔传感元件不直接连接至求值电路，而是经过霍尔传感器的数目减少的传感器端子连接。因此，霍尔传感器的输出信号，即与两个位置处的磁场的差相对应的差值，可以由单个放大级直接求值和放大。因此，改进的概念导致装置的较少的功耗以及减小的噪声。因此，在一个单个的测量中，针对两个位置同时地或同步地形成差值。

根据一个实施方式，霍尔传感器包括用于连接霍尔传感器的至少四个传感器端子以及连接在一起的至少两个霍尔传感元件，霍尔传感元件的元件端子连接在传感器端子之间。霍尔传感元件中的每个被配置成提供其元件端子中的两个元件端子之间的各个传感器值。至少两个霍尔传感元件被分成基本相同的两个半部并且被连接，使得在传感器端子中的两个之间以电的形式形成由相应的各个传感器值引起的差值。一个半部的各个传感器值形成差值的被减数，而另一个半部的各个传感器值形成差值的减数。

因此，霍尔传感元件中的每一个半部的霍尔传感元件的各个传感器值都对霍尔传感器的两个传感器端子之间的作为结果的差值有贡献。例如，布置两个半部使得在将强度相同且方向相同的均匀磁场施加至两个半部的情况下，被减数和减数彼此相消。

例如，霍尔传感器及所包括的霍尔传感元件布置在半导体本体上。霍尔传感器经由传感器端子接通，传感器端子也可以称为外部端子。与之相比，霍尔传感元件的元件端子是不可直接接通的，尤其是不能作为单个接触件接通，使得元件端子也被称为内部端子。具体地，霍尔传感器可以如传统的霍尔传感器那样分别经由外部端子或传感器端子接通和工作。然而，与传统的霍尔传感器不同的是，不是测量绝对的磁场强度，而是测量两个磁场强度的差。

例如，不是所有的元件端子引向霍尔传感器的相应的外部传感器端子，而是仅在各个霍尔传感元件之间存在部分的元件端子的连接。

例如，传感器端子中的两个传感器端子用于提供功率信号如霍尔传感器的供给电流，而另外两个传感器端子用于例如以差电压的形式记录测量信号，即差值。特别地，霍尔传感元件的元件端子通常不与外部直接连接，而是仅经由相应的传感器端子连接。换言之，由下述事实限定元件端子：没有供给信号如供给电流经由这些端子提供至霍尔传感器。如果霍尔传感元件的一些元件端子连接至外部的端子，则如果这些端子用于在操作期间特别是在测量操作的操作期间接通霍尔传感器，这些端子仅被认为是传感器端子。然而，如果连接至外部的这样的元件端子仅用于内部目的例如霍尔传感器内的测量，则这样的端子被认为是霍尔传感器的另外的辅助端子。