CN107037381A - 磁场感测装置及其感测方法 - Google Patents

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CN107037381A CN201611225294.3A CN201611225294A CN107037381A CN 107037381 A CN107037381 A CN 107037381A CN 201611225294 A CN201611225294 A CN 201611225294A CN 107037381 A CN107037381 A CN 107037381A
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Abstract

本发明涉及一种磁场感测装置及其感测方法。磁场感测装置包括异向性磁电阻磁场检测器、参考磁场检测器以及控制器。异向性磁电阻磁场检测器依据受测磁场产生第一输出电压。参考磁场检测器依据受测磁场产生第二输出电压。控制器依据第二输出电压以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于预设临界值，并借以选择第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。本发明的磁场检测结果进行判断的动作上不会产生误判断的现象，可提升磁场检测结果的准确性。

Description

磁场感测装置及其感测方法
技术领域
本发明涉及一种磁场感测装置以及磁场感测方法，且尤其涉及一种复合式的磁场感测装置及其感测方法。
背景技术
请参照图1，图1示出异向性磁电阻(anisotropic magneto-resistive,AMR)检测器依据受测磁场的磁场密度及产生的输出电压的关系曲线图。其中，异向性磁电阻磁场检测器可依据受测磁场的磁场密度大小而工作在线性区LR或是非线性区NL1、NL2。由图1的示出可以清楚的发现，异向性磁电阻磁场检测器所产生的输出电压可能对应到多个磁场密度。以输出电压V1为范例，当异向性磁电阻磁场检测器产生输出电压V1时，受测磁场的磁场密度可能是H1或也可能是H2而产生无法判定的现象，降低了磁场量测的准确性。
发明内容
本发明提供一种磁场感测装置以及磁场感测方法，以解决可能造成的磁场密度的误判现象。
本发明的磁场感测装置包括异向性磁电阻磁场检测器、参考磁场检测器以及控制器。异向性磁电阻磁场检测器依据受测磁场产生第一输出电压。参考磁场检测器依据受测磁场产生第二输出电压。控制器耦接异向性磁电阻磁场检测器以及参考磁场检测器，依据第二输出电压以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于预设临界值，并借以选择第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的异向性磁电阻磁场检测器依据受测磁场的磁场密度的绝对值以工作在线性区或非线性区，预设临界值依据对应线性区以及非线性区间的临界磁场密度值来设定。
在本发明的一实施例中，上述的预设临界值等于临界磁场密度值减去偏移值。
在本发明的一实施例中，当上述的受测磁场的磁场密度的绝对值大于或小于预设临界值，控制器选择第一输出电压以产生磁场检测结果，当磁场的磁场密度的绝对值不大于或不小于预设临界值，控制器选择饱和电压以产生磁场检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的控制器包括比较器以及选择器。比较器接收第二输出电压以及临界电压，依据比较第二输出电压以及临界电压以产生比较结果信号。选择器耦接比较器，接收第一输出电压以及饱和电压，依据比较结果信号以选择第二输出电压或饱和电压以产生磁场检测结果。其中，临界电压实质上等于参考磁场检测器接收磁场密度绝对值等于预设临界值的受测磁场时所产生的第二电压的电压值。
在本发明的一实施例中，当上述的第二输出电压大于或小于临界电压时，选择器依据比较结果信号选择饱和电压以产生磁场检测结果。
在本发明的一实施例中，当上述的第二输出电压不大于或不小于临界电压时，选择器依据比较结果信号选择第一输出电压以产生磁场检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的控制器包括比较器以及选择器。比较器接收第二输出电压、第一临界电压以及第二临界电压，依据使第二输出电压与第一临界电压以及第二临界电压进行比较以产生比较结果信号。选择器耦接比较器，接收第二输出电压以及饱和电压，依据比较结果信号以选择第二输出电压或饱和电压以产生磁场检测结果。其中，第一临界电压实质上等于参考磁场检测器接收磁场密度等于预设临界值的受测磁场时所产生的第二电压的电压值，第二临界电压实质上等于参考磁场检测器接收磁场密度等于负预设临界值的受测磁场时所产生的第二电压的电压值，预设临界值为负预设临界值的相反数。
在本发明的一实施例中，当上述的第二输出电压介于第一临界电压以及第二临界电压之间时，选择器依据比较结果信号选择第一输出电压以产生磁场检测结果，其中当第二输出电压大于第一临界电压或小于第二临界电压时，选择器依据比较结果信号选择饱和电压以产生磁场检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的参考磁场检测器为第二异向性磁电阻传感器、巨磁阻传感器、穿隧式磁阻传感器、磁阻感应传感器或霍尔测器。
本发明的磁场感测方法包括：提供异向性磁电阻磁场检测器以依据受测磁场产生第一输出电压；提供参考磁场检测器，依据受测磁场产生第二输出电压；以及，依据第二输出电压以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于预设临界值，并借以选择第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。
基于上述，本发明通过参考磁场检测器所产生的第二输出电压来判别受测磁场是否会使异向性磁电阻磁场检测器工作在线性区，并且，在当异向性磁电阻磁场检测器工作在线性区时，使异向性磁电阻磁场检测器产生的第一输出电压为磁场检测结果，而在当异向性磁电阻磁场检测器工作在非线性区时，使一饱和电压为磁场检测结果。如此一来，依据磁场感测装置所产生的磁场检测结果来判读的磁场密度不会发生误判断的现象，提升磁场检测结果的准确性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出异向性磁电阻磁场检测器依据受测磁场的磁场密度及产生的输出电压的关系曲线图。
图2示出本发明一实施例的磁场感测装置的示意图。
图3示出预设临界值的设定方式的示意图。
图4示出本发明实施例的控制器的实施方式的示意图。
图5示出本发明一实施例的参考磁场检测器特性曲线图。
图6示出本发明另一实施例的参考磁场检测器特性曲线图。
图7示出本发明另一实施例的控制器的实施方式的示意图。
图8示出本发明一实施例的磁场感测方法的流程图。
附图标号说明：
LR、LR1：线性区；
NL1、NL2：非线性区；
H1、H2：磁场密度；
200：磁场感测装置；
210：异向性磁电阻磁场检测器；
220：参考磁场检测器；
230：控制器；
V1、V2、VMAX、VMIN：输出电压；
VSAT：饱和电压；
DR：磁场检测结果；
310、510、610：特性曲线；
HK、-HK：临界磁场密度值；
dH：偏移值；
HTH、-HTH：磁场密度；
400、700：控制器；
410、710：比较器；
420、720：选择器；
CR：比较结果信号；
VTH、VTH1、VTH2：临界电压；
S810～S830：磁场感测方法的步骤。
具体实施方式
请参照图2，图2示出本发明一实施例的磁场感测装置的示意图。磁场感测装置200包括异向性磁电阻磁场检测器210、参考磁场检测器220以及控制器230。异向性磁电阻磁场检测器210依据受测磁场以输出电压V1。参考磁场检测器220则依据受测磁场产生输出电压V2。此外，控制器230耦接至异向性磁电阻磁场检测器210以及参考磁场检测器220以分别接收输出电压V1及V2。控制器230另接收饱和电压VSAT。其中，控制器230依据输出电压V2以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于一个预设临界值。另外，控制器230并依据受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于预设临界值来选择输出电压V1或饱和电压VSAT以产生磁场检测结果DR。
具体来说明，当控制器230依据输出电压V2判断出受测磁场的磁场密度的绝对值大于预设临界值时，控制器230选择饱和电压VSAT来产生磁场检测结果DR，相对的，当控制器230依据输出电压V2判断出受测磁场的磁场密度的绝对值不大于预设临界值时，控制器230选择输出电压V1来产生磁场检测结果DR。
关于上述的预设临界值设定方法，请参照图3示出预设临界值的设定方式的示意图。在图3中，特性曲线310为异向性磁电阻磁场检测器210所产生的输出电压V1与受测磁场的磁场密度的关系曲线。其中，异向性磁电阻磁场检测器210可依据受测磁场的磁场密度而工作在线性区LR1、非线性区NL1或NL2。线性区LR1分别非线性区NL1或NL2的交界点发生在临界磁场密度值HK以及-HK，临界磁场密度值HK以及-HK并分别对应最大的输出电压VMAX以及最小的输出电压VMIN。预设临界值则可依据临界磁场密度值HK以及-HK来进行设定。
在本发明一实施例中，预设临界值则可依据临界磁场密度值HK的绝对值来进行设置，其中，预设临界值可以等于临界磁场密度值HK的绝对值减去一个偏移值dH来设定。在图3中，预设临界值可以等于HK–dH，其中的临界磁场密度值HK大于0且偏移值dH也大于0。换言之，当受测磁场的磁场密度介于磁场密度HTH以及-HTH间，表示受测磁场的磁场密度的绝对值不大于预设临界值，而当受测磁场的磁场密度大于磁场密度HTH或小于磁场密度-HTH时，表示受测磁场的磁场密度的绝对值大于预设临界值。
以下请参照图4，图4示出本发明实施例的控制器的实施方式的示意图。其中，控制器400包括比较器410以及选择器420。比较器410接收临界电压VTH以及参考磁场检测器所产生的输出电压V2，并使临界电压VTH以及输出电压V2进行比较以产生比较结果信号CR。选择器420则耦接至比较器410，接收异向性磁电阻磁场检测器所产生的输出电压V1、饱和电压VSAT以及比较结果信号CR。选择器420则依据比较结果信号CR来选择输出电压V1或饱和电压VSAT来产生磁场检测结果DR。
关于临界电压VTH的设定方面，以下请同时请参照图4以及图5，其中，图5示出本发明一实施例的参考磁场检测器特性曲线图。在图5中，特性曲线510对称于纵轴的输出电压的电压坐标轴。对应图3中用以设定预设临界值的磁场密度HTH以及-HTH，特性曲线图510对应磁场密度HTH以及-HTH的输出电压可设定为临界电压VTH。如此一来，比较器410可通过比较参考磁场检测器所产生的输出电压V2以及临界电压VTH的大小，便可获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于预设临界值。也就是说，在本实施例中，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2不大于临界电压VTH时，表示受测磁场的磁场密度的绝对值大于预设临界值，此时选择器420依据所接收的比较结果信号CR选择饱和电压VSAT以产生磁场检测结果DR。相对的，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2大于临界电压VTH时，表示受测磁场的磁场密度的绝对值小于预设临界值，此时选择器420依据所接收的比较结果信号CR选择异向性磁电阻磁场检测器产生的输出电压V1以产生磁场检测结果DR。其中，饱和电压VSAT的电压值可设定为实质上等于异向性磁电阻磁场检测器所可能产生的输出电压的最大值。
附带一提的，上述的比较器410以及选择器420可以分别利用本领域具通常知识者所熟知的比较电路以及选择器电路来建构，没有固定的限制。
在某些实施例中，参考磁场检测器特性曲线图可能与图5的示出相对称于横轴而具有负的峰值时。在这样的条件下，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2不小于临界电压VTH时，表示受测磁场的磁场密度的绝对值大于预设临界值，此时选择器420依据所接收的比较结果信号CR选择饱和电压VSAT以产生磁场检测结果DR。相对的，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2小于临界电压VTH时，表示受测磁场的磁场密度的绝对值小于预设临界值，此时选择器420依据所接收的比较结果信号CR选择异向性磁电阻磁场检测器产生的输出电压V1以产生磁场检测结果DR。
以下并请参照图6，图6示出本发明另一实施例的参考磁场检测器特性曲线图。值得注意的，本发明并不限制于参考磁场检测器的特性曲线如图5所示。其中，具有如图6的特性曲线610的参考磁场检测器也可应用于本发明。对应图3中用以设定预设临界值的磁场密度HTH以及-HTH，特性曲线图610对应磁场密度HTH以及-HTH的输出电压分别可设定为第一临界电压VTH1以及第二临界电压VTH2。而通过判断参考磁场检测器所产生的输出电压V2是否介于第一临界电压VTH1以及第二临界电压VTH2间，可以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于预设临界值。具体来说明，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2介于第一临界电压VTH1以及第二临界电压VTH2间时，受测磁场的磁场密度的绝对值不大于预设临界值，相对的，当参考磁场检测器所产生的输出电压V2大于第一临界电压VTH1或小于第二临界电压VTH2间时，受测磁场的磁场密度的绝对值大于预设临界值。
接着请参照图7，图7示出本发明另一实施例的控制器的实施方式的示意图。其中，控制器700对应图6示出的特性曲线610。控制器700包括比较器710以及选择器720。比较器710接收第一临界电压VTH1、第二临界电压VTH2以及参考磁场检测器所产生的输出电压V2。并依据比较输出电压V2与第一临界电压VTH1及第二临界电压VTH2来产生比较结果信号CR。选择器720则可依据比较结果信号CR来选择异向性磁电阻磁场检测器产生的输出电压V1或饱和电压VSAT来产生磁场检测结果DR。
具体来说明，比较器710可包括两个比较电路，其中之一的比较电路使输出电压V2与第一临界电压VTH1进行比较，而其中之另一的比较电路则使输出电压V2与第二临界电压VTH2进行比较。比较器710并针对两个比较电路所产生的比较结果进行运算(例如逻辑运算)便可产生比较结果信号CR。在当输出电压V2介于第一临界电压VTH1与第二临界电压VTH2时，选择器720可依据较结果信号CR选择第一输出电压V1来产生磁场检测结果DR。相对的，当输出电压V2非介于第一临界电压VTH1与第二临界电压VTH2(大于第一临界电压VTH1或小于第二临界电压VTH2)时，选择器720可依据较结果信号CR选择饱和电压VSAT来产生磁场检测结果DR。
上述的比较器710以及选择器720可以分别利用本领域具通常知识者所熟知的比较电路以及选择器电路来建构，没有固定的限制。
依据图4至图7的实施方式可以得知，本发明的磁场感测装置中的参考磁场检测器的形式没有固定的限制，其中，本发明实施例中的参考磁场检测器可以为异向性磁电阻传感器、巨磁阻(GMR)传感器、穿隧式磁阻(TMR)传感器、磁阻感应(MI)传感器或霍尔(Hall)传感器。
以下请参照图8，图8示出本发明一实施例的磁场感测方法的流程图。其中，步骤S810提供异向性磁电阻磁场检测器以依据受测磁场产生第一输出电压。并且，在步骤S820中提供参考磁场检测器，以依据受测磁场产生第二输出电压。接着，步骤S830中依据第二输出电压以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于预设临界值，并借以选择第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。
关于上述步骤的实施方式即实施细节，在前述的实施例及实施方式已有详尽的说明，在此恕不多赘述。
综上所述，本发明的磁场感测装置利用复合式的磁场感测架构，通过参考磁场检测器来量测受测磁场的磁场密度，并依据磁场密度的大小，来选择输出异向性磁电阻磁场检测器所产生的输出电压或固定电压值的饱和电压。如此一来，针对磁场感测装置的磁场检测结果进行判断的动作上不会产生误判断的现象，可确定磁场检测结果的准确性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种磁场感测装置，其特征在于，包括：
异向性磁电阻磁场检测器，依据受测磁场产生第一输出电压；
参考磁场检测器，依据所述受测磁场产生第二输出电压；以及
控制器，耦接所述异向性磁电阻磁场检测器以及所述参考磁场检测器，依据所述第二输出电压以获知所述受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于预设临界值，并借以选择所述第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。
2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述异向性磁电阻磁场检测器依据所述受测磁场的磁场密度的绝对值以工作在线性区或非线性区，所述预设临界值依据对应所述线性区以及所述非线性区间的临界磁场密度值来设定。
3.根据权利要求2所述的磁场感测装置，其特征在于，所述预设临界值等于所述临界磁场密度值减去偏移值。
4.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，当所述受测磁场的磁场密度的绝对值大于或小于所述预设临界值，所述控制器选择所述第一输出电压以产生所述磁场检测结果，当所述磁场的磁场密度的绝对值不大于或不小于所述预设临界值，所述控制器选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
5.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述控制器包括：
比较器，接收所述第二输出电压以及临界电压，依据比较所述第二输出电压以及所述临界电压以产生比较结果信号；以及
选择器，耦接所述比较器，接收所述第一输出电压以及所述饱和电压，依据所述比较结果信号以选择所述第二输出电压或所述饱和电压以产生所述磁场检测结果，
其中，所述临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度绝对值等于所述预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值。
6.根据权利要求5所述的磁场感测装置，其特征在于，当所述第二输出电压不大于或不小于所述临界电压时，所述选择器依据所述比较结果信号选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
7.根据权利要求5所述的磁场感测装置，其特征在于，当所述第二输出电压大于或小于所述临界电压时，所述选择器依据所述比较结果信号选择所述第一输出电压以产生所述磁场检测结果。
8.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述控制器包括：
比较器，接收所述第二输出电压、第一临界电压以及第二临界电压，依据使所述第二输出电压与所述第一临界电压以及所述第二临界电压进行比较以产生比较结果信号；以及
选择器，耦接所述比较器，接收所述第二输出电压以及所述饱和电压，依据所述比较结果信号以选择所述第二输出电压或所述饱和电压以产生所述磁场检测结果，
其中，所述第一临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度等于所述预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值，所述第二临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度等于负预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值，所述预设临界值为所述负预设临界值的相反数。
9.根据权利要求8所述的磁场感测装置，其特征在于，当所述第二输出电压介于所述第一临界电压以及所述第二临界电压之间时，所述选择器依据所述比较结果信号选择所述第一输出电压以产生所述磁场检测结果，其中当所述第二输出电压大于所述第一临界电压或小于所述第二临界电压时，所述选择器依据所述比较结果信号选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
10.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述参考磁场检测器为第二异向性磁电阻传感器、巨磁阻传感器、穿隧式磁阻传感器、磁阻感应传感器或霍尔传感器。
11.一种磁场感测方法，其特征在于，包括：
提供异向性磁电阻磁场检测器以依据受测磁场产生第一输出电压；
提供参考磁场检测器，依据所述受测磁场产生第二输出电压；以及
依据所述第二输出电压以获知受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于预设临界值，并借以选择第一输出电压或饱和电压来产生磁场检测结果。
12.根据权利要求11所述的磁场感测方法，其特征在于，所述异向性磁电阻磁场检测器依据所述受测磁场的磁场密度的绝对值以工作在线性区或非线性区，所述磁场感测方法还包括：
依据对应所述线性区以及所述非线性区间的临界磁场密度值来设定所述预设临界值。
13.根据权利要求12所述的磁场感测方法，其特征在于，依据对应所述线性区以及所述非线性区间的所述临界磁场密度值来设定所述预设临界值包括：
使所述临界磁场密度值减去偏移值以获得所述预设临界值。
14.根据权利要求11所述的磁场感测方法，其特征在于，依据所述第二输出电压以获知所述受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于所述预设临界值，并借以选择所述第一输出电压或所述饱和电压来产生所述磁场检测结果的步骤包括：
当所述磁场的磁场密度的绝对值大于或小于所述预设临界值，选择所述第一输出电压以产生所述磁场检测结果；以及
当所述磁场的磁场密度的绝对值不大于或不小于所述预设临界值，选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
15.根据权利要求11所述的磁场感测方法，其特征在于，依据所述第二输出电压以获知所述受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于或小于所述预设临界值，并借以选择所述第一输出电压或所述饱和电压来产生所述磁场检测结果的步骤包括：
比较所述第二输出电压以及临界电压以产生一比较结果信号；
依据所述比较结果信号以选择所述第二输出电压或所述饱和电压以产生所述磁场检测结果，
其中，所述临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度绝对值等于所述预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值。
16.根据权利要求15所述的磁场感测方法，其特征在于，依据所述比较结果信号以选择所述第二输出电压或所述饱和电压以产生所述磁场检测结果的步骤包括：
当所述第二输出电压大于或小于所述临界电压时，依据所述比较结果信号选择所述第二输出电压以产生所述磁场检测结果；以及
当所述第二输出电压不大于或不小于所述临界电压时，依据所述比较结果信号选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
17.根据权利要求11所述的磁场感测方法，其特征在于，依据所述第二输出电压以获知所述受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于所述预设临界值，并借以选择所述第一输出电压或所述饱和电压来产生所述磁场检测结果的步骤包括：
使所述第二输出电压与第一临界电压以及第二临界电压进行比较以产生比较结果信号；以及
依据所述比较结果信号以选择所述第二输出电压或所述饱和电压以产生所述磁场检测结果，
其中，所述第一临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度等于所述预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值，所述第二临界电压等于所述参考磁场检测器接收磁场密度等于负预设临界值的所述受测磁场时所产生的所述第二电压的电压值，所述预设临界值为所述负预设临界值的相反数。
18.根据权利要求16所述的磁场感测方法，其特征在于，依据所述第二输出电压以获知所述受测磁场的磁场密度的绝对值是否大于所述预设临界值，并借以选择所述第一输出电压或所述饱和电压来产生所述磁场检测结果的步骤包括：
当所述第二输出电压介于所述第一临界电压以及所述第二临界电压之间时，依据所述比较结果信号选择所述第一输出电压以产生所述磁场检测结果；以及
当所述第二输出电压大于所述第一临界电压或小于所述第二临界电压时，所述选择器依据所述比较结果信号选择所述饱和电压以产生所述磁场检测结果。
CN201611225294.3A 2015-12-29 2016-12-27 磁场感测装置及其感测方法 Pending CN107037381A (zh)

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