[发明专利]磁传感器中的杂散场抑制

说明书

本发明涉及一种场传感器设备(99)，该场传感器设备包括：参考场传感器(10)，用参考电流偏置，该参考场传感器响应于场提供参考传感器信号(14)；以及校准场传感器(20),用单独可调电流偏置并响应于该场提供校准传感器信号(24)。控制电路以不同于参考电流的校准电流来控制校准场传感器的可调电流偏置，使得校准场传感器响应于共同场提供基本上等于参考传感器信号的校准传感器信号。该场传感器设备被布置成当处于校准模式时暴露于均匀校准场，并且当处于操作模式时暴露于为场梯度的操作场。

发明领域

本发明大体涉及具有改进的杂散场抑制和降低的可变性的场传感器设备的领域。

背景技术

传感器被广泛用于电子设备中以测量环境的属性并报告测量到的信号值。特别地，磁传感器用于测量磁场，例如在诸如汽车的运输系统中。磁传感器可以包括霍尔效应传感器或磁阻材料，霍尔效应传感器生成与施加的磁场成比例的输出电压，磁阻材料的电阻响应于外部磁场而改变。在许多应用中，期望传感器较小并且与电子处理电路系统集成，以便降低总传感器尺寸并提供改进的测量和到外部电子系统的集成。例如，US2016/299200描述了一种用于测量磁场的霍尔效应磁传感器，其包括在衬底上的半导体材料中形成的集成电路，以及绝缘层和粘合层。

磁传感器通常用于检测移动的机械结构的位置，例如包括磁体的旋转元件(磁位置传感器)。US 9,523,589描述了一种旋转角度测量装置，具有四个霍尔元件对，用于检测四个不同方向上的磁场分量并用于计算旋转磁体的位置。

在任何制造过程中，材料和结构变化使得制造的装置略微变化。特别地，当暴露于相同幅度的环境属性时，制造的传感器可以提供稍微变化的输出。例如，由于晶片中外延材料的质量的变化以及光刻过程方法中的变化或者由于机械应力的局部变化(例如由封装设备的温度变化以及封装设备中电子电路及其周围封装材料的热膨胀系数的不匹配引起)，形成在半导体晶片上的磁霍尔传感器可以产生变化达几个百分比的信号。

已知改进传感器及其测量的一致性的各种方法。在一个简单的示例中，可以采用多个冗余的传感器，并且对它们的感测值求平均以降低总可变性。但是，显著的测量误差仍然是可能的。在某些传感器应用中，传感器可以被校准或重新校准，以确保它们的测量符合外部标准。然而，在其他应用中，这种校准是不可能的、困难的或太昂贵的。

此外，由于与期望测量的场无关的杂散场，场传感器经受测量误差。例如，罗盘旨在测量地球的磁场，但可能受到局部磁场源(诸如产生杂散磁场的电机或其他电力机器)的影响。相反，设计用于测量由旋转磁体产生的磁场的时间变化的磁传感器可以受到地球磁场、来自其他不相关的电力机器的场或电磁干扰的影响。因此，杂散场抑制是实际场传感器设计(诸如位置传感器)的重要属性。

降低杂散场抑制的一种方法是例如通过采用具有更强磁化的磁体或通过使磁体更靠近传感器来增加来自传感器的有用信号，使得不期望的外部场对感测到的信号的相对贡献被降低。然而，这可能需要更大、更重或更大块的磁体和/或更准确的具有更严格的公差的机械组装，从而增加尺寸和/或成本。例如，一种商业上可获得的设计需要能够产生70mT磁场的磁体。相反，许多传感器应用需要提高灵敏度、准确度、精确度和降低成本。

因此，需要改进的场传感器设备，其提供增加的杂散场抑制和改进的准确度。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种场传感器设备，其中避免或克服上述缺点和限制中的一个或多个。本发明的另一个目的是提供一种校准这种设备的方法。本发明的进一步目的是提出一种操作场传感器设备的方法。

上述目标通过根据本发明的解决方案来实现。