[发明专利]三触点霍尔效应设备的系统和布置及相关方法

说明书

本发明涉及三触点霍尔效应设备的系统和布置及相关方法。实施例涉及垂直霍尔效应设备，所述垂直霍尔效应设备包括具有每个霍尔效应区域中的三个触点的霍尔效应结构。在一个实施例中，所述触点与端子互连，使得所述霍尔效应设备具有对称性以及在没有外部施加的磁场的情况下具有标称上相同的内部电阻。实施例能够在多个操作阶段中操作，使得旋转可以用来冗余地对场进行测量，并改进磁场测量精度。

技术领域

实施例涉及磁场传感器。更特别地，实施例涉及霍尔效应传感器的布置和配置。

背景技术

霍尔效应传感器在多种系统中被用于测量磁场。霍尔效应传感器使用霍尔效应，由此，由于移动电荷载流子上的洛伦兹力跨导体或半导体生成电压。称为霍尔电压的该电压可以被测量以确定施加的磁场的强度。霍尔电压与电荷载流子的密度成反比。相应地，霍尔效应设备通常由具有比导体相对更低的电荷载流子密度的半导体材料制成。

霍尔效应传感器可以在半导体管芯中垂直或水平地取向。也称为霍尔板的水平霍尔效应设备对垂直于其中它们被形成的管芯的主表面的磁场分量进行响应。相反，垂直霍尔效应设备对平行于管芯主表面的磁场分量进行响应。

霍尔效应传感器可以在半导体芯片或管芯中垂直或水平地取向。也称为霍尔板的水平霍尔效应设备对垂直于其中它们被形成的管芯的主表面的磁场分量进行响应。相反，垂直霍尔效应设备对平行于管芯主表面的磁场分量进行响应。

四触点和三触点霍尔效应设备是已知的。在四触点设备中，将功率（诸如电源电流）从第一触点驱动到第二触点（通常沿主轴与第一触点相对地安置在霍尔效应设备）。第三和第四触点被安置为测量磁场的作用下由电流流动生成的霍尔电压，并且同样地通常沿副轴彼此相对地被安置在霍尔效应设备。第三和第四触点被安置成使得在没有磁场的情况下第三和第四触点处于相同的电位。这通常通过彼此垂直地布置主轴和副轴来实现。

在三触点设备中，将功率（例如电源电流）从第一触点驱动到第二触点。第三触点处的电压不仅是供电功率的函数，而且是在设备敏感的方向上入射到霍尔效应设备上的任何磁场的函数。三触点设备可以被垂直（例如其中基本上沿线布置触点）或水平（例如，其中彼此共面并且不是沿线布置触点的霍尔板）布置。

三触点垂直霍尔效应设备中的触点（例如电源或信号触点）的作用可以被置换以在不同操作阶段中操作霍尔效应设备。该置换被称为旋转。在旋转操作期间产生各种偏移。在给定操作阶段内，在零施加磁场处，可以观察到被称为“原始偏移”的信号电压。通过旋转霍尔效应设备和组合产生的信号电压，可以校正原始偏移中的一些。其余被称为“残余偏移”。“电偏移”是可以通过霍尔效应设备和开关的等价电阻器模型来建模的偏移的部分。“热偏移”指代由于在霍尔效应设备中出现的诸如塞贝克和帕尔贴效应的热效应而产生的偏移误差。

一般说来，霍尔效应设备的旋转方案尝试产生高磁灵敏度，同时减少系统的残余偏移。在旋转期间，相同电流在全部操作阶段中被注入到设备中。然而，因为设备在各种操作阶段中具有不同的内部电阻，所以电源电压对于每个阶段不同。这是缺点，因为电压余量必须被提供在电路中，并且功率被不必要地耗尽在系统中。

发明内容

在实施例中，一种传感器系统包括第一霍尔效应结构，该第一霍尔效应结构包括被非线性地布置在第一霍尔效应区域的顶面处或附近的第一、第二和第三触点。所述第一触点与所述第三触点之间的所述第一霍尔区域的电阻与在没有磁场的情况下所述第二触点和所述第三触点之间的所述第一霍尔区域的电阻基本上相同。所述系统进一步包括第二霍尔效应结构，该第二霍尔效应结构具有被非线性地布置在第二霍尔效应区域的顶面处或附近的第四、第五和第六触点，并且所述第四触点和所述第六触点之间的电阻与在没有磁场的情况下通过所述第五触点和所述第六触点之间的第二霍尔效应区域的电阻基本上相同。所述系统进一步包括一组互连。这些互连包括：连接到第一和第六触点的第一端子；连接到第二触点的第二端子；连接到第三和第四触点的第三端子；以及连接到第五触点的第四端子。