CN107063310B - 具有提高的准确性的冗余磁角度传感器 - Google Patents

具有提高的准确性的冗余磁角度传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有提高的准确性的冗余磁角度传感器。一种角度传感器可包括第一主感测元件和第二主感测元件。第一主感测元件可在相对于磁体的面基本上平行的平面中被安置为与第二主感测元件相邻。所述角度传感器可包括第一辅助感测元件和第二辅助感测元件。第一主感测元件和第二主感测元件可在相对于磁体的面基本上平行的平面中被安置在第一辅助感测元件和第二辅助感测元件之间。

Description

具有提高的准确性的冗余磁角度传感器
背景技术
磁角度传感器可被用于确定由磁体产生的磁场的方位(例如，零度和三百六十度之间的角度)。磁角度传感器可以是霍尔效应传感器、磁阻(MR)传感器、可变磁阻传感器(VRS)、磁通门传感器等。
发明内容
根据一些可能的实现方式，一种角度传感器可包括：第一主感测元件和第二主感测元件，其中第一主感测元件可在相对于磁体的面基本上平行的平面中被安置为与第二主感测元件相邻；以及第一辅助感测元件和第二辅助感测元件，其中第一主感测元件和第二主感测元件可在相对于磁体的面基本上平行的平面中被安置在第一辅助感测元件和第二辅助感测元件之间。
根据一些可能的实现方式，一种磁传感器可包括：第一主感测元件和第二主感测元件，其中第一主感测元件可在基本上平行于磁体的面的平面中被安置为与第二主感测元件相邻，其中第一主感测元件和第二主感测元件可在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等；以及第一辅助感测元件和第二辅助感测元件，其中第一主感测元件和第二主感测元件可在基本上平行于磁体的面的平面中被安置在第一辅助感测元件和第二辅助感测元件之间，其中第一辅助感测元件和第二辅助感测元件可在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等。
根据一些可能的实现方式，一种磁角度传感器可包括：第一主感测元件；第二主感测元件；第一辅助感测元件；和第二辅助感测元件，其中第一主感测元件可被安置为与第二主感测元件相邻，其中第一辅助感测元件可被安置为与第一主感测元件相邻，其中第二辅助感测元件可被安置为与第二主感测元件相邻，以及其中第一主感测元件和第二主感测元件可被安置在第一辅助感测元件和第二辅助感测元件之间。
附图说明
图1A和1B是在本文中描述的示例性实现方式的概述的示图；
图2是可实现在本文中描述的设备的示例性环境的示图；
图3是在图2的示例性环境中所包括的角度传感器的示例性部件的示图；
图4是在图3的角度传感器中所包括的感测元件的示例性中心布置的示图；
图5A和5B是示出在相对于旋转轴线具有零偏心距的情况下角度传感器内的感测元件的中心布置和角度传感器内的感测元件的偏移布置之间的示例性角度准确性的比较的图形表示；和
图6A和6B是示出在相对于旋转轴线具有偏心距的情况下角度传感器内的感测元件的中心布置和角度传感器内的感测元件的偏移布置之间的示例性角度准确性的另外示例性比较的图形表示。
具体实施方式
下面对示例性实现方式的详细描述参照附图。不同附图中的相同标号可标识相同或相似元件。
功能安全代表用于与例如汽车产业关联的当前和未来产品的微分器。如此，可能必须发展概念以达到功能安全目标(诸如，汽车安全完整性等级(ASIL))。为了达到特定ASIL等级，不同参数(例如，单位时间故障(FIT)率、诊断覆盖率、单点故障度量(SPFM)、潜在故障度量(LPFM)等)可能需要达到目标值(例如，基于预期ASIL等级)。
对于磁角度传感器(在本文中被称为角度传感器)，功能安全目标可以是确保阈值时间量内的特定角度准确性等级。例如，功能安全目标可以是确保在五毫秒(ms)或更少时间内检测到相对于磁场的实际角度(例如，与由角度传感器感测到的磁场的角度相比)的五度或更大角度的偏差。然而，为了实现这个安全目标，角度传感器可能需要被配置成为由角度传感器感测到的角度提供冗余。
在典型情况下，一对在空间上分离的角度传感器可被用于提供冗余。例如，可将与由主角度传感器感测到的磁场关联的信号(例如，正弦信号和余弦信号)和与由辅助角度传感器感测到的磁场关联的信号进行比较。这里，当例如主信号和辅助信号之差导致满足阈值(例如，小于或等于三度，小于五度等)的计算的角度时，可确认与主角度传感器关联的信号。在这种情况下，主角度传感器和辅助角度传感器两者都应该在测量范围上表现出相同或几乎相同的角度误差。
然而，由于空间分离，主角度传感器的主感测元件可暴露于与辅助角度传感器的辅助感测元件不同的磁场条件。如此，主角度传感器所暴露于的磁场角度可不同于辅助角度传感器所暴露于的磁场角度。例如，在一些情况下，主感测元件可相对于磁场位于理想位置(诸如，允许主感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心(例如，在一毫米内、在十微米内等)的位置)，而辅助感测元件可位于非理想位置(诸如，使每个辅助感测元件相对于磁体的旋转轴线处于不同距离(即，并不基本上以旋转轴线为中心)的位置)。在这种情况下，由于不同磁场条件，与主角度传感器的角度准确性相比，辅助角度传感器可表现出较差的角度准确性。
作为结果，可在主角度传感器和辅助角度传感器之间存在性能的差异，由此减少与所述一对角度传感器关联的信号确认的可靠性。此外，在主感测元件和旋转轴线之间存在未对准(例如，偏心距)的情况下，信号确认的可靠性可能甚至更差。另外，当通过使用一对分离的基底(每个基底包括角度传感器结构和可选的集成电路)来实现主角度传感器和辅助角度传感器的空间分离时，可通过导线接合来实现所述一对分离的基底之间的电气连接，这从成本和/或可靠性角度可能是不利的。
在本文中描述的实现方式可提供(例如，在单个基底上)集成主角度传感器和辅助角度传感器的角度传感器。集成角度传感器可包括与确定由磁体产生的磁场的主角度测量关联的一组主感测元件(例如，第一对全惠斯通电桥)和与确定由磁体产生的磁场的辅助角度测量关联的一组辅助感测元件(例如，第二对全惠斯通电桥)。在一些实现方式中，角度传感器可包括分立角度传感器(例如，如上所述包括惠斯通电桥)。另外或者替代地，角度传感器可包括(单片集成的)集成电路(例如，用于信号捕获和调节)。
在集成角度传感器内，所述一组辅助感测元件可在空间上分离，从而所述一组主感测元件位于所述一组辅助感测元件之间。这种布置可允许与由所述一组辅助感测元件感测到的角度关联的提高的角度准确性，和/或可在所述一组主感测元件被相对于磁体的旋转轴线以偏心方式安置时允许减小的对辅助传感器的角度准确性的影响。如此，可提高集成角度传感器的冗余(例如，与在空间上分离主角度传感器和辅助角度传感器相比)，从而可实现功能安全目标。
图1A和1B是在本文中描述的示例性实现方式100的概述的示图。图1A示出与为由围绕轴线旋转的磁体产生的磁场的角度测量实现冗余关联的主角度传感器和辅助角度传感器的示例性布置。
如图1A中所示，主角度传感器可在空间上与辅助角度传感器分离(例如，主角度传感器和辅助角度传感器可位于两个不同基底上，主角度传感器和辅助角度传感器可在同一基底上在空间上分离，等等)。如图所示，主角度传感器可包括一组主感测元件(例如，主感测元件1和主感测元件2)。如图另外所示，所述一组主感测元件可被安置，从而所述一组主感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心。
如图另外所示，辅助角度传感器可包括一组辅助感测元件(例如，辅助感测元件1和辅助感测元件2)。如图所示，所述一组辅助感测元件可被安置，从而每个辅助感测元件与磁体的旋转轴线相隔不同距离。换句话说，辅助感测元件可能并不基本上以旋转轴线为中心。在一些实现方式中，主感测元件和辅助感测元件的这种布置可被描述为偏移布置。在这种情况下，所述一组辅助感测元件可暴露于与所述一组主感测元件所暴露于的磁场条件不同的磁场条件。
作为结果并且如图1A中所指出，基于由所述一组辅助感测元件提供的信号计算的角度测量的准确性可能比基于由所述一组主感测元件提供的信号计算的角度测量的准确性差。这可导致减小的与实现期望的冗余关联的信号确认的可靠性。如另外所指出，在所述一组主感测元件并不基本上以旋转轴线为中心的情况下(例如，在存在偏心距从而旋转轴线向图1A的主感测元件2的右侧偏移的情况下)，信号确认的可靠性可进一步变差。
图1B示出与(例如，与图1A中示出的布置相比)为由围绕轴线旋转的磁体产生的磁场的角度测量实现提高的辅助角度传感器准确性关联的集成角度传感器的示例性布置。
如图1B中所示，集成角度传感器可包括所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件。如图所示并且类似于图1A，所述一组主感测元件可被安置，从而所述一组主感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心。
如图另外所示，所述一组辅助感测元件可在集成角度传感器内在空间上分离。例如，如图所示，第一辅助感测元件(例如，辅助感测元件1)可位于所述一组主感测元件的第一侧(例如，与位于左侧的主感测元件1相邻，如图1B中所示)。如图另外所示，第二辅助感测元件(例如，辅助感测元件2)可相对于第一辅助感测元件位于所述一组主感测元件的第二(相对)侧(例如，与位于右侧的主感测元件2相邻，如图1B中所示)。
需要注意的是，从第一辅助感测元件到旋转轴线的距离可近似等于从第二辅助感测元件到旋转轴线的距离。如此，所述一组辅助感测元件可按照与所述一组主感测元件相同的方式基本上以磁体的旋转轴线为中心。在一些实现方式中，主感测元件和辅助感测元件的这种布置可被描述为中心布置。在这种情况下，与偏移布置相比，所述一组辅助感测元件可暴露于与所述一组主感测元件所暴露于的磁场条件更接近的磁场条件。
作为这种中心布置的结果并且如图1B中所指出，可提高基于由所述一组辅助感测元件提供的信号计算的角度测量的准确性(例如，与在偏移布置中基于由所述一组辅助感测元件提供的信号计算的角度测量的准确性相比)，从而在测量范围上的角度误差与在测量范围上的主感测元件的角度误差基本上相同。这可导致增加的与实现期望的冗余关联的信号确认的可靠性。如图1B中另外所指出，在各组感测元件并不基本上以旋转轴线为中心的情况下，与图1A的偏移布置相比，可提高信号确认的可靠性。
图2是可实现在本文中描述的设备的示例性环境200的示图。如图2中所示，环境200可包括可围绕轴线215旋转的磁体210、角度传感器220和控制器230。
磁体210可包括安置为围绕轴线215(例如，假想线)旋转的一个或多个磁体。在一些实现方式中，磁体210可(例如，以机械方式)连接到可旋转物体(未示出)，从而磁体210的旋转角度对应于可旋转物体的旋转角度(例如，当在可旋转物体的端面和磁体210之间存在非滑动关系时)。
在图2中示出的示例性环境200中，磁体210包括形成北极(N)的第一半和形成南极(S)的第二半，以使得磁体210包括一个极对。在一些实现方式中，磁体210可非限制性地包括超过一个极对。在一些实现方式中，磁体210可包括以同心方式围绕轴线215安置的盘形磁体，所述轴线215穿过磁体210的中心，如图2中所示。尽管磁体210在图2中被示出为圆形，但磁体210可以是另一形状，诸如正方形、矩形、椭圆形等。例如，在与磁体210的表面对应的平面和轴线215之间的角度偏离基本上垂直的关系的实例中，磁体210可具有椭圆形形状。该平面可包括这样的平面：所述平面对称地切过磁体210并且包括磁体210的磁体中心。在多数实际情况下，该平面可基本上垂直于轴线215。作为另一示例，磁体210可包括安置为(与可旋转物体一起)围绕轴线215旋转的环形磁体。对于在可旋转物体的末端布置磁体210而言，环形磁体可能令人感兴趣。
在一些实现方式中，磁体210可包括位于磁体210的两个部分上的两个交替磁极(例如，位于磁体210的第一半上的北极、位于磁体210的第二半上的南极)。另外或者替代地，磁体210可包括偶极磁体(例如，偶极条形磁体、圆形偶极磁体、椭圆形偶极磁体等)、永磁体、电磁体、磁带等。磁体210可包括铁磁材料(例如，硬铁氧体)，并且可产生磁场。磁体210还可包括稀土磁体，所述稀土磁体可能由于稀土磁体的固有高磁场强度而是有益的。如上所述，在一些实现方式中，磁体210可附连到可旋转物体或与可旋转物体耦合，所述可旋转物体的旋转角度可基于磁体210的旋转角度(例如，由角度传感器220、由控制器230)确定。
角度传感器220可包括用于检测用于确定(例如，磁体210、磁体210连接到的可旋转物体等的)旋转角度的磁场分量的一个或多个设备。例如，角度传感器220可包括一个或多个电路(例如，一个或多个集成电路)。在一些实现方式中，角度传感器220可相对于磁体210放置在某个位置，从而角度传感器220可检测由磁体210产生的磁场的分量。在一些实现方式中，角度传感器220可包括集成电路，所述集成电路包括集成控制器230(例如，从而角度传感器220的输出可包括描述磁体210和/或可旋转物体的旋转角度的信息)。
在一些实现方式中，角度传感器220可包括一组感测元件，所述一组感测元件被配置为感测存在于角度传感器220处的由磁体210产生的磁场分量的幅度。例如，角度传感器220可包括一组主感测元件和一对辅助感测元件。以下参照图3描述关于角度传感器220的另外的细节。
控制器230可包括与确定磁体210的旋转角度以及提供与磁体210的旋转角度（以及因此磁体210连接到的可旋转物体的旋转角度）关联的信息关联的一个或多个电路。例如，控制器230可包括一个或多个电路(例如，集成电路、控制电路、反馈电路等)。控制器230可从一个或多个传感器(诸如，一个或多个角度传感器220)接收输入信号，可处理输入信号(例如，使用模拟信号处理器、数字信号处理器等)以产生输出信号，并且可将输出信号提供给一个或多个其它装置或***。例如，控制器230可从角度传感器220接收一个或多个输入信号，并且可使用所述一个或多个输入信号产生包括磁体210和/或磁体210连接到的可旋转物体的角度位置的输出信号。
图2中示出的设备的数量和布置被提供作为示例。实际上，与图2中示出的设备相比，可存在另外的设备、更少的设备、不同的设备或以不同方式布置的设备。另外，图2中示出的两个或更多个设备可被实现在单个设备内，或者图2中示出的单个设备可被实现为多个分布式设备。另外或者替代地，环境200的一组设备(例如，一个或多个设备)可执行描述为由环境200的另一组设备执行的一个或多个功能。
图3是图2的示例性环境220中所包括的角度传感器220的示例性部件的示图。如图所示，角度传感器220可包括一组感测元件310、模数转换器(ADC) 320、数字信号处理器(DSP) 330、可选存储部件340和数字接口350。
感测元件310可包括用于感测存在于角度传感器220处的磁场(例如，由磁体210产生的磁场)的分量幅度的一个或多个设备。例如，感测元件310可包括基于霍尔效应操作的霍尔传感器。作为另一示例，感测元件310可包括MR传感器，MR传感器包括磁阻材料(例如，镍铁(NiFe))，其中磁阻材料的电阻可取决于存在于磁阻材料处的磁场的强度和/或方向。这里，感测元件310可基于各向异性磁阻(AMR)效应、巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应等测量磁阻。作为另外的示例，感测元件310可包括基于感应操作的可变磁阻(VR)传感器。
在一些实现方式中，感测元件310可包括全桥(例如，惠斯通电桥)。如此，在一些实现方式中，所述一组感测元件310可包括一组全桥。每个全桥可被配置为输出与存在于相应全桥的位置处的磁场分量的幅度对应的信号(例如，正弦信号、余弦信号等)。在一些实现方式中，该输出信号可(例如，由角度传感器220和/或控制器230)用于确定磁体210的旋转角度并且因此确定磁体210连接到的可旋转物体的旋转角度。
在一些实现方式中，角度传感器220的所述一组感测元件310可包括与为由角度传感器220感测到的角度实现冗余关联的感测元件。例如，所述一组感测元件310可包括一组主感测元件和一组辅助感测元件。所述一组主感测元件可包括安置为感测磁场的分量的一组感测元件310，从而角度传感器220和/或控制器230可确定磁体210的旋转角度的主测量。所述一组辅助感测元件可包括安置为感测磁场的分量的一组感测元件310，从而角度传感器220和/或控制器230可确定磁体210的旋转角度的辅助(例如，冗余、备用等)测量。
作为一个示例，所述一组感测元件310可包括第一主感测元件(例如，第一全桥)、第二主感测元件(例如，第二全桥)、第一辅助感测元件(例如，第三全桥)和第二辅助感测元件(例如，第四全桥)。第一主感测元件可被配置为提供与在第一主感测元件的位置的磁场的正弦分量对应的正弦信号。第二主感测元件可被配置为提供与在第二主感测元件的位置的磁场的余弦分量对应的余弦信号。第一辅助感测元件可被配置为提供与在第一辅助感测元件的位置的磁场的正弦分量对应的信号，并且第二辅助感测元件可被配置为提供与在第二辅助感测元件的位置的磁场的余弦分量对应的信号。
在一些实现方式中，所述一组感测元件310可相对于磁体210旋转所围绕的轴线215按照中心布局布置以便提高与角度传感器220关联的角度准确性和/或信号确认的可靠性。以下参照图4描述关于所述一组感测元件310的布置的另外细节。
ADC 320可包括将来自所述一个或多个感测元件310的模拟信号转换成数字信号的模数转换器。例如，ADC 320可将从一个或多个感测元件310接收的模拟信号转换成数字信号以便由DSP 330处理。ADC 320可将数字信号提供给DSP 330。在一些实现方式中，角度传感器220可包括一个或多个ADC 320。
DSP 330可包括一个数字信号处理装置或一批数字信号处理装置。在一些实现方式中，DSP 330可从ADC 320接收数字信号并且可处理数字信号以形成输出信号(例如，以如图2中所示的控制器230为目的地)，诸如与确定随着可旋转物体旋转的磁体210的旋转角度关联的输出信号。
可选存储部件340可包括只读存储器(ROM)(例如，EEPROM)、随机存取存储器(RAM)和/或另一类型的存储由角度传感器220使用的信息和/或指令的动态或静态存储装置(例如，闪存、磁存储器、光存储器等)。在一些实现方式中，可选存储部件340可存储与由DSP330执行的处理关联的信息。另外或者替代地，可选存储部件340可存储用于感测元件310的配置值或参数和/或用于角度传感器220的一个或多个其它部件(诸如，ADC 320或数字接口350)的信息。
数字接口350可包括这样的接口：角度传感器220可经该接口从另一装置(诸如，控制器230(参见图2))接收信息和/或将信息提供给另一装置(诸如，控制器230(参见图2))。例如，数字接口350可将由DSP 330确定的输出信号提供给控制器230，并且还可从控制器230接收信息。
图3中示出的部件的数量和布置被提供作为示例。实际上，与图3中示出的部件相比，角度传感器220可包括另外的部件、更少的部件、不同的部件或以不同方式布置的部件。另外或者替代地，角度传感器220的一组部件(例如，一个或多个部件)可执行描述为由角度传感器220的另一组部件执行的一个或多个功能。
图4是角度传感器220中所包括的感测元件310的示例性中心布置400的示图。如图4中所示，所述一组感测元件310可包括标识为主感测元件410-1和主感测元件410-2的一组主感测元件(例如，第一对惠斯通电桥)以及标识为辅助感测元件420-1和辅助感测元件420-2的一组辅助感测元件(例如，第二对惠斯通电桥)。如上所述，为了实现冗余，所述一组主感测元件可被配置为提供与确定磁体210的旋转角度的主测量关联的信号，并且所述一组辅助感测元件可被配置为提供与确定磁体210的旋转角度的辅助测量关联的信号。
如图所示，所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件中的每个可包括一组四个电阻器430。图4示出使用基于GMR或TMR技术的自旋阀结构的实现方式的示例性布置。自旋阀结构可表现出：传感器(自由)层，其中传感器层的磁化受到外部磁场影响；和参考层，具有固定磁化方向。这里，电阻器430内的箭头的方向可指示与每个相应电阻器430关联的参考层的磁化的方位。对于使用基于AMR的技术的实现方式，电阻器430内的箭头的不同方向可指示不同电流方向。在AMR实现方式中，箭头可在特定感测元件310中分开90度方向(例如，而非180度)，并且也可旋转45度。独立于使用的技术，电阻器430对的位置可变化(例如，基于参考方向定义一对电阻器430)。换句话说，在一些实现方式中，一个或多个感测元件310中所包括的电阻器430和/或电阻器430对的位置可互换。
如图4中另外所示，所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件可相对于轴线215按照中心布置方式安置。
如图所示，主感测元件410-1可被安置为与轴线215相隔第一距离(标识为dP1)。如图另外所示，主感测元件410-2可被安置为与轴线215相隔第二距离(标识为dP2)。在一些实现方式中，dP1可近似等于dP2。如图另外所示，主感测元件410-1和主感测元件410-2也可被安置，从而主感测元件410-1和主感测元件410-2位于基本上垂直于轴线215(例如，与磁体210的表面对应的轴线)的平面上。换句话说，所述一组主感测元件可基本上以轴线215为中心。
如图另外所示，所述一组辅助感测元件可在空间上分离，从而所述一组主感测元件位于所述一组辅助感测元件之间。例如，如图所示，辅助感测元件420-1可被安置为与轴线215相隔第三距离(标识为dA1)。如图还所示，辅助感测元件420-2可被安置为与轴线215相隔第四距离(标识为dA2)。在一些实现方式中，dA1可近似等于dA2。如图另外所示，在一些实现方式中，辅助感测元件420-1和辅助感测元件420-2也可沿着基本上垂直于轴线215的轴线安置。例如，辅助感测元件420-1可被安置为与主感测元件410-1相邻(例如，沿离开轴线215的方向位于左侧)，而辅助感测元件420-2可被安置为与主感测元件410-2相邻(例如，沿离开轴线215的方向位于右侧)。换句话说，所述一组辅助感测元件也可在空间上分离的同时基本上以轴线215为中心，从而所述一组主感测元件位于所述一组辅助感测元件之间。
以这种方式，可实现感测元件310的中心布置。然而，如以上所指示，仅作为示例提供图4。换句话说，仅作为示例提供与示例性中心布置400关联的所有布置、位置、方位等以方便理解可如何布置感测元件310。其它示例是可能的并且所述其它示例可不同于参照图4描述的内容。
图5A和5B分别是示出角度传感器220内的感测元件310的中心布置和角度传感器220内的感测元件310的偏移布置之间的示例性角度准确性的比较的图形表示500和550。就图5A和5B而言，磁体210是具有3.0毫米(mm)的厚度和直径6.0 mm的盘形磁体，并且被配置为围绕轴线215旋转。另外，为了确定磁体210的旋转角度的目的，角度传感器220被安置为感测由磁体210产生的磁场。
就图5A而言，假设：角度传感器220包括按照中心布置方式安置的一组主感测元件和一组辅助感测元件，如以上参照图1B和图4所述。另外，假设：主感测元件被安置，从而所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件以轴线215为中心(即，不存在偏心距，如图5A的上部中所指出)。如虚线(例如，在图5A中标记为线“P”)所示，对于磁体210的任何旋转角度(例如，从0度到360度)，由所述一组主感测元件经历的角度误差可在大约0.10度和大约-0.05度之间变化。如实线(例如，在图5A中标记为线“A”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组辅助感测元件经历的角度误差可在大约0.25度和大约-0.25度之间变化。
就图5B而言，假设：角度传感器220包括按照偏移布置方式安置的一组主感测元件和一组辅助感测元件，如图1A中所图示。另外，假设：主感测元件被安置，从而所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件以轴线215为中心(即，不存在偏心距，如图5B的上部中所指出)。如虚线(例如，在图5B中标记为线“P”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组主感测元件经历的角度误差可在大约0.10度和大约-0.05度之间变化(即，所述一组主感测元件的行为可与图5A相同)。然而，如实线(例如，在图5B中标记为线“A”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组辅助感测元件经历的角度误差可在大约0.50度和大约-0.50度之间变化。
如通过比较图5A和5B所图示，由按照偏移布置方式安置的所述一组辅助感测元件经历的角度误差(即，角度准确性的降低)可以是由按照中心布置方式安置的所述一组辅助感测元件经历的角度误差的至少大约两倍。如上所述，这种角度准确性的降低可引起减小的信号确认的可靠性，由此不利地影响针对角度传感器220的冗余的实现。
如以上所指示，仅作为示例提供图5A和5B。其它示例是可能的并且所述其它示例可不同于参照图5A和5B描述的内容。
图6A和6B分别是示出角度传感器220内的感测元件310的中心布置和角度传感器220内的感测元件310的偏移布置之间的示例性角度准确性的另外示例性比较的图形表示600和650。就图6A和6B而言，磁体210是具有3.0毫米(mm)的厚度和直径6.0 mm的盘形磁体，并且被配置为围绕轴线215旋转。另外，为了确定磁体210的旋转角度的目的，角度传感器220被安置为感测由磁体210产生的磁场。
就图6A而言，假设：角度传感器220包括按照中心布置方式安置的一组主感测元件和一组辅助感测元件，如以上参照图1B和图4所述。另外，假设：主感测元件被安置，从而所述一组主感测元件和所述一组辅助感测元件不以轴线215为中心(即，存在0.2 mm的偏心距，如图6A的上部中所指出)。如虚线(例如，在图6A中标记为线“P”)所示，对于磁体210的任何旋转角度(例如，从0度到360度)，由所述一组主感测元件经历的角度误差可在大约0.20度和大约-0.10度之间变化。如实线(例如，在图6A中标记为线“A”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组辅助感测元件经历的角度误差可在大约0.55度和大约-0.55度之间变化。
就图6B而言，假设：角度传感器220包括按照偏移布置方式安置的一组主感测元件和一组辅助感测元件，如图1A中所图示。另外，假设：主感测元件被安置，从而所述一组主感测元件不以轴线215为中心(即，存在0.2 mm的偏心距，如图6B的上部中所指出)。如虚线(例如，在图6B中标记为线“P”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组主感测元件经历的角度误差可在大约0.20度和大约-0.10度之间变化(即，所述一组主感测元件的行为可与图6A相同)。然而，如实线(例如，在图6B中标记为线“A”)所示，对于磁体210的任何旋转角度，由所述一组辅助感测元件经历的角度误差可在大约1.10度和大约-1.10度之间变化。
如通过比较图6A和6B所图示，由按照偏移布置方式安置的所述一组辅助感测元件经历的角度误差(即，角度准确性的降低)可以是由按照中心布置方式安置的所述一组辅助感测元件经历的角度误差的至少大约两倍。如上所述，这种角度准确性的降低可引起减小的信号确认的可靠性，由此不利地影响针对角度传感器220的冗余的实现。另外，如通过比较图6A和6B所图示，当所述一组主感测元件和/或所述一组辅助感测元件相对于轴线215以偏心方式安置时，按照中心布置方式安置主感测元件和辅助感测元件可减小对角度准确性的影响。
如以上所指示，仅作为示例提供图6A和6B。其它示例是可能的并且所述其它示例可不同于参照图6A和6B描述的内容。
在本文中描述的实现方式可提供(例如，在单个基底上)集成主角度传感器和辅助角度传感器的角度传感器。在集成角度传感器内，一组辅助感测元件可在空间上分离，从而一组主感测元件位于所述一组辅助感测元件之间。这种布置可允许与由所述一组辅助感测元件感测到的角度关联的提高的角度准确性，和/或可在所述一组主感测元件相对于磁体的旋转轴线以偏心方式安置时允许减小的对角度准确性的影响。如此，可提高集成角度传感器的冗余(例如，与在空间上分离主角度传感器和辅助角度传感器相比)，从而可实现功能安全目标。
前面的公开提供说明和描述，但并不意图是穷尽的或将实现方式限制于公开的精确形式。考虑到以上公开，修改和变化是可能的，或者可通过实现方式的实施来取得。
虽然在权利要求中叙述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但这些组合不意图限制可能的实现方式的公开。事实上，这些特征中的许多特征可被以未具体地在权利要求中叙述和/或在说明书中公开的方式组合。虽然以下列出的每个从属权利要求可直接从属于仅一个权利要求，但可能的实现方式的公开包括与权利要求集合中的每个其它权利要求结合的每个从属权利要求。
在本文中使用的元件、动作或指令不应该被解释为关键或必要，除非明确地描述为如此。此外，如在本文中所使用，冠词“一”和“一个”意图包括一个或多个项，并且可与“一个或多个”可互换地使用。另外，如在本文中所使用，术语“集合”意图包括一个或多个项(例如，相关项、不相关项、相关项和不相关项的组合等)，并且可与“一个或多个”可互换地使用。在意图仅一个项的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如在本文中所使用，术语“具有”等意图是开放式术语。另外，短语“基于”意图表示“至少部分地基于”，除非另外明确地指出。

Claims (20)

1.一种角度传感器，包括：
一组主感测元件，所述一组主感测元件提供与确定由磁体产生的磁场的主角度测量相关联的信号，
所述一组主感测元件包括第一主感测元件和第二主感测元件，
第一主感测元件在相对于所述磁体的面基本上平行的平面中被安置为与第二主感测元件相邻；以及
所述磁体的旋转轴线在第一主感测元件和第二主感测元件之间与相对于所述磁体的面基本上平行的所述平面相交；以及
一组备用感测元件，所述一组备用感测元件提供与确定所述磁场的备用角度测量相关联的信号，
所述一组备用感测元件包括第一备用感测元件和第二备用感测元件，
所述第一备用感测元件具有与所述第一主感测元件的第一相同全桥配置，
所述第二备用感测元件具有与所述第二主感测元件的第二相同全桥配置，
所述第一相同全桥配置与所述第二相同全桥配置不同，并且
第一主感测元件和第二主感测元件在相对于所述磁体的面基本上平行的所述平面中被安置在第一备用感测元件和第二备用感测元件之间。
2.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一备用感测元件和第一主感测元件之间的距离基本上等于第二备用感测元件和第二主感测元件之间的距离。
3.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一主感测元件和第二主感测元件在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
4.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一备用感测元件和第二备用感测元件在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
5.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一主感测元件包括第一惠斯通电桥，第二主感测元件包括第二惠斯通电桥，第一备用感测元件包括第三惠斯通电桥，并且第二备用感测元件包括第四惠斯通电桥。
6.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一主感测元件、第二主感测元件、第一备用感测元件和第二备用感测元件基于霍尔效应、隧道磁阻(TMR)效应、巨磁阻(GMR)效应或各向异性磁阻(AMR)效应感测由所述磁体产生的所述磁场。
7.如权利要求1所述的角度传感器，其中所述第一主感测元件和第二主感测元件相对于磁体的旋转轴线以偏心方式安置，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
8.一种磁传感器，包括：
一组主感测元件，所述一组主感测元件提供与确定由磁体产生的磁场的主角度测量相关联的信号，
所述一组主感测元件包括第一主感测元件和第二主感测元件，
第一主感测元件在基本上平行于所述磁体的面的平面中被安置为与第二主感测元件相邻，
所述磁体的旋转轴线在第一主感测元件和第二主感测元件之间与相对于所述磁体的面基本上平行的所述平面相交；以及
第一主感测元件和第二主感测元件在相对于所述磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等；以及
一组备用感测元件，所述一组备用感测元件提供与确定所述磁场的备用角度测量相关联的信号，
所述一组备用感测元件包括第一备用感测元件和第二备用感测元件，
所述第一备用感测元件具有与所述第一主感测元件的第一相同全桥配置，
所述第二备用感测元件具有与所述第二主感测元件的第二相同全桥配置，
所述第一相同全桥配置与所述第二相同全桥配置不同，并且
第一主感测元件和第二主感测元件在基本上平行于磁体的面的所述平面中被安置在第一备用感测元件和第二备用感测元件之间，
第一备用感测元件和第二备用感测元件在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等。
9.如权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一备用感测元件和第一主感测元件之间的距离基本上等于第二备用感测元件和第二主感测元件之间的距离。
10.如权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一主感测元件和第二主感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
11.如权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一备用感测元件和第二备用感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
12.如权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一主感测元件包括第一全桥，第二主感测元件包括第二全桥，第一备用感测元件包括第三全桥，并且第二备用感测元件包括第四全桥。
13.如权利要求8所述的磁传感器，其中所述第一主感测元件、第二主感测元件、第一备用感测元件和第二备用感测元件基于霍尔效应、隧道磁阻(TMR)效应、巨磁阻(GMR)效应或各向异性磁阻(AMR)效应感测由所述磁体产生的所述磁场。
14.一种磁角度传感器，包括：
一组主感测元件，所述一组主感测元件提供与确定由磁体产生的磁场的主角度测量相关联的信号，
所述一组主感测元件包括：
第一主感测元件，以及
第二主感测元件；和
一组备用感测元件，所述一组备用感测元件提供与确定所述磁场的备用角度测量相关联的信号，
所述一组备用感测元件包括：
第一备用感测元件；和
第二备用感测元件，
第一主感测元件被安置为与第二主感测元件相邻，
第一备用感测元件被安置为与第一主感测元件相邻，
第二备用感测元件被安置为与第二主感测元件相邻，
第一主感测元件和第二主感测元件被安置在第一备用感测元件和第二备用感测元件之间，
第一主感测元件和第二主感测元件处于相对于所述磁体的面基本上平行的平面中，
所述磁体的旋转轴线在第一主感测元件和第二主感测元件之间与相对于所述磁体的面基本上平行的所述平面相交，
所述第一备用感测元件具有与所述第一主感测元件的第一相同全桥配置，
所述第二备用感测元件具有与所述第二主感测元件的第二相同全桥配置，并且
所述第一相同全桥配置与所述第二相同全桥配置不同。
15.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一备用感测元件和第一主感测元件之间的距离基本上等于第二备用感测元件和第二主感测元件之间的距离。
16.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一主感测元件和第二主感测元件基本上以磁体的旋转轴线为中心，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
17.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一备用感测元件和第二备用感测元件在相对于磁体的旋转轴线的距离方面基本上相等。
18.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一主感测元件包括第一惠斯通电桥，第二主感测元件包括第二惠斯通电桥，第一备用感测元件包括第三惠斯通电桥，并且第二备用感测元件包括第四惠斯通电桥。
19.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一主感测元件、第二主感测元件、第一备用感测元件和第二备用感测元件基于霍尔效应、隧道磁阻(TMR)效应、巨磁阻(GMR)效应或各向异性磁阻(AMR)效应感测由所述磁体产生的所述磁场。
20.如权利要求14所述的磁角度传感器，其中所述第一备用感测元件和第二备用感测元件相对于磁体的旋转轴线以偏心方式安置，
所述旋转轴线基本上垂直于磁体的面。
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