CN110196073B - 用于冗余传感器误差减少的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了冗余传感器误差减少。本发明涉及场传感器设备，包括：第一场传感器，其具有对场的第一传感器响应，该第一传感器响应在第一取向上被测量以产生第一传感器信号；第二场传感器，其具有对场的第二传感器响应，该第二传感器响应在第二取向上被测量以产生第二传感器信号；以及控制器，用于控制第一场传感器和第二场传感器以产生相应的第一传感器信号和第二传感器信号。控制器包括控制电路，该控制电路将第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合转换为在公共取向上的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，计算从第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号，并且调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减少误差信号。

Description

用于冗余传感器误差减少的设备和方法

发明领域

本发明总体上涉及场传感器误差减少结构、电路和方法的领域。

发明背景

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传感器值。具体地，磁传感器用于例如在诸如汽车的运输***中测量磁场。磁传感器可以包含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，期望传感器是小的并且与电子处理电路集成，以便减小总体传感器尺寸并提供改进的测量和集成到外部电子***中。例如，US2016/299200描述了一种用于测量磁场的霍尔效应磁传感器，该霍尔效应磁传感器包括在基板上的半导体材料中形成的集成电路，以及绝缘层和粘合层。

通常对传感器进行校准，以确保它们提供的测量准确无误。US2017/356966('Magnetic Field Sensor having Alignment Correction(具有对准校正的磁场传感器)')描述了用于检测磁场传感器中的两个传感器元件之间的非正交性的磁场传感器和方法。通过测量场传感器中的两个磁传感器元件对旋转磁场的响应，可以确定和补偿两个传感器元件之间的相对角度。

来自传感器的测量会随时间漂移，从而即使在暴露于相同的场时也提供不同的测量。例如，场测量会从期望的标称值偏离，灵敏度可能变化，使得测量是期望值的倍数(大于或小于1)，或者这两者。这种变化可能是环境条件(例如，温度或湿度)或操作因素(诸如，振动或老化)变化的结果。此外，由于类似的原因，设备可能随着时间而失效。此外，制造传感器的材料可能具有影响传感器响应的精度、偏移偏置或对称性的缺陷。

因此，重要的是要包括诊断能力，以检测复杂的安全关键性***(诸如，汽车***)中的故障或失效，以便可以执行维修或者可以为任何故障或失效的传感器设备提供替换。减少传感器漂移或其他传感器变化的影响使得传感器可以随时间提供更加一致且准确的测量也很重要。例如，WO2015/038564描述了一种用于验证来自霍尔效应传感器***中的磁霍尔效应传感器的测量的方法。在此方法中，霍尔效应传感器用具有第一值的激励电流激励。当霍尔效应传感器用具有第一值的激励电流激励时，对应于霍尔效应传感器的电压输出的第一测量被获得。另外，霍尔效应传感器用具有第二值的激励电流激励，该第二值不同于第一值。当霍尔效应传感器用具有第二值的激励电流激励时，对应于霍尔效应传感器的电压输出的第二测量被获得。然后，至少基于第一测量和第二测量来验证霍尔效应传感器的操作。

在US2016/252599中描述了用于管理磁场传感器中的诊断的另一种方法。该设计使用与磁场传感器相关联的、提供误差信息的开关。具体而言，提供一种设备，该设备包括磁场传感器、与磁场传感器相关联的多个开关、以及控制电路，该控制电路被配置为控制多个开关并且基于开关的操作来提供至少一个指示故障的信号。

US 9523589描述了一种旋转角度测量装置，该装置具有四个霍尔元件对，这四个霍尔元件对用于检测四个不同方向上的磁场分量并且用于计算旋转磁体的位置。比较检测到的场分量的角度来确定故障。在该设计中，幅度计算单元基于来自第一霍尔元件对和第二霍尔元件对的输出信号的强度来计算表示来自旋转磁体的磁场强度的第一幅度值M，并且基于来自第三霍尔元件对和第四霍尔元件对的输出信号的强度来计算表示来自旋转磁体的磁场强度的第二幅度值Mc。因此，幅度计算单元基于来自多对霍尔元件(即，磁传感器)的输出信号计算多条幅度信息；输出信号对应于多条旋转角度信息，并且通过比较多条旋转角度信息并且在一些版本中通过旋转元件场的强度来确定故障。

US8749005描述了一种具有多个多边形布置的垂直霍尔元件的磁场传感器。US9581426公开了一种在磁感测表面上具有四个磁-电换能器的磁场测量设备。US7664619描述了一种用于旋转角度检测设备的故障检测单元，该故障检测单元通过将测量到的值与正常范围进行比较，并以其他方式确定故障。

由于场传感器在传感器材料或设备中会受到导致不正确或可变的场测量的操作或结构故障、缺陷或变化的影响，因此，在可靠的传感器设备和***中需要操作并测试这些传感器设备和***以在关键操作条件下检测或校正传感器中的故障或误差的电路和方法。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种能够检测传感器中的误差的场传感器设备。

上述目的通过根据本发明的解决方案来完成。

本发明的实施例提供了一种场传感器设备，包括：以第一取向设置的第一场传感器，该第一场传感器响应于外部场以便产生第一传感器信号；以不同于第二取向的第二取向设置的第二场传感器，该第二场传感器响应于外部场以便产生第二传感器信号。第一场传感器可以具有对场的第一响应，该第一响应在对应于第一取向的方向上测量以产生第一传感器信号。类似地，第二场传感器可以具有对场的第二响应，该第二响应在对应于第二取向的方向上测量以产生第二传感器信号。

控制器包括控制电路，该控制电路控制第一场传感器和第二场传感器以产生对应且相应的第一传感器信号和第二传感器信号，接收第一传感器信号和第二传感器信号并将第一传感器信号或第二传感器信号或两者转换成在公共取向上的等效的可比较传感器信号。取向可以是或对应于坐标系，并且可以对应于方向。

在一个实施例中，控制器比较可比较传感器信号以确定故障的场传感器(如果有的话)，并且如果确定了有故障的场传感器，则可选地提供有故障传感器信号并确定第一场传感器和第二场传感器中的哪一个有故障，或者，如果未确定故障的传感器，则响应于第一传感器信号、第二传感器信号或可比较传感器信号提供输出传感器信号。在另一个实施例中，控制器计算从第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号，并调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减小误差信号。

根据本发明的实施例，场是具有幅度和方向的环境属性或特性，例如，矢量场。在各种实施例中，场可以是磁场、压力场、电场或重力场，并且场传感器可以是磁场传感器、压力场传感器、电场传感器或重力场传感器。

在本发明的一些实施例中，第一取向在两个正交的维度中与第二取向不同。在本发明的其他实施例中，第一取向在三个正交的维度中与第二取向不同。第一取向和第二取向可以是对应的第一和第二坐标系、方向或维度。场传感器的取向由场传感器提供的测量的轴线确定。如果第一场传感器具有与第二场传感器的测量轴线不共线的测量轴线，则第一场传感器和第二场传感器至少在由测量轴线限定的维度上具有不同的取向。

在一些配置中，控制电路包括存储电路，用于存储以下各项中的一个或多个：第一传感器信号、第二传感器信号、第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号、任何经校正或经调整的信号、误差信号、误差函数、校正或旋转矩阵。在一些配置中，控制器或控制电路包括转换电路(例如，具有存储的软件程序的计算机、处理单元、计算器或状态机)，用于将第一传感器信号和第二传感器信号中的任一个或这两者转换到不同的取向或坐标系。在一些配置中，控制器或控制电路包括比较电路，用于比较第一传感器信号、第二传感器信号和任何可比较传感器信号中的任何一个或多个。在各种实施例中，控制器可包括设置在不同基板或印刷电路板上的多个集成电路，或者可设置在单个集成电路中。控制器可以包括多个控制电路，用于提供不同的控制、计算或通信功能，例如一个或多个封装或结构中的或者在一个或若干个印刷电路板上实现的处理单元、专用控制电路、模拟电路、数字电路、可编程电路、或状态机。

在一些实施例中，第一场传感器或第二场传感器是可以测量场矢量相对于坐标的角度***的角度的角度场传感器，该角度场传感器包括一个或多个传感器元件、成对的传感器元件、或者是具有多个传感器元件的桥式传感器。每个传感器元件或每对传感器元件可以测量特定方向上的场矢量，并且公共角度场传感器中的传感器元件或成对的传感器元件可以基本上正交地布置在制造公差内以测量不同方向上的场，从而提供相对于坐标系的角度测量。例如，第一角度场传感器可以测量具有方向和幅度的场，并且根据第一坐标系提供具有两个分量(例如Bx，By)的角度传感器测量。第二角度场传感器可以测量相同的场，并且根据不同于第一坐标系的第二坐标系提供具有两个分量(例如Bx'，By')的角度传感器测量。在不同坐标系中进行的两次测量可以通过将它们转换为公共的、可比较的坐标系来进行比较，例如，通过将Bx'和By'测量转换到第一坐标系，通过将Bx和By测量转换到第二个坐标系，或通过将Bx和By测量以及Bx'和By'两者的测量转换到第三个公共的坐标系。

在一些配置中，第一和第二场传感器被设置在包括基板材料的设备基板上，并且第一或第二场传感器包括至少部分地不同于基板材料的一种或多种传感器材料。基板材料可以是半导体，并且控制电路可以至少部分地形成在半导体基板中或半导体基板上。控制电路可以包括控制电路材料，该控制电路材料至少部分地不同于基板材料，并且控制电路可以设置在基板上。

根据本发明的实施例的诊断场传感器设备的方法包括：提供场传感器设备；向场传感器设备提供电力；使用控制电路控制第一和第二场传感器产生相应的第一和第二传感器信号；使用控制电路接收第一和第二传感器信号；使用控制电路将第一或第二传感器信号或这两者转换为公共取向上的等效的可比较传感器信号；以及使用控制电路比较可比较传感器信号，并确定第一或第二场传感器是否有故障；以及如果确定了有故障的场传感器，则使用控制电路响应于可比较传感器信号提供有故障传感器信号，并且可选地，确定第一和第二场传感器中的哪一个有故障，或者如果有故障的场传感器未被确定，则使用控制电路响应于第一传感器信号、第二传感器信号或类似的传感器信号以提供输出传感器信号。如果第二场传感器有故障，则可以提供作为第一传感器信号或从第一传感器信号导出的输出传感器信号。如果第一场传感器有故障，则可以提供作为第二传感器信号或从第二传感器信号导出的输出传感器信号。因此，即使当场传感器中的一个发生故障时，本发明的场传感器设备也可以通过标识失效的场传感器并使用来自剩余的其他场传感器的传感器信号来继续操作。

在一些实施例中，第一场传感器或第二场传感器包括两个或更多个传感器元件，并且如果第一场传感器或第二场传感器中的一个有故障，则通过比较第一场传感器和第二场传感器的不同测量并对该不同测量进行分类来确定两个或多个传感器元件中的哪一个有故障，其中第一场传感器测量x和y维度上的场，并且第二场传感器测量不同于x、y维度的x’和y’维度上的场。如果测量被转换到第一坐标系，并且差异在x方向上，则第场一传感器的x传感器元件有故障。如果差异在y方向上，则第一场传感器的y传感器元件有故障。如果差异在x’方向，则第二场传感器的x’传感器元件有故障。如果差异在y’方向，则第二传感器的y’传感器元件有故障。当差异超过预定的幅度阈值、公差或裕度时，可以确定该差异，从而不必将小的差异(例如，由于制造可变性而导致的差异)视为故障。

在本发明的其他实施例中，根据形成误差信号的第一可比较信号与第二可比较信号之间的差异来计算对测量到的传感器值的校正或调整。在各种实施例中，差异可以是幅度差异、方向差异、幅度和方向两者的差异、或者矢量差异。计算误差信号的步骤可包括计算第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的分量或组成部分的任何组合、或者当第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号的任何组合的误差函数。确定对应于误差函数的校正并用于调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减小误差信号并调整任何测量信号或输出传感器信号。

校正函数可以是具有斜率和偏移的常数或线性函数。在一个实施例中，调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合的步骤可以包括将常数乘以第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合或将常数加到第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合。在其他实施例中，调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合的步骤可以包括：将从斜率导出的值乘以第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以产生第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合；将从偏移导出的值加到第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以产生第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合；以上两者；或者将从偏移导出的值加到通过将从斜率导出的值乘以第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合而产生的第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合，即，从斜率导出的值与第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合的积。

在其他实施例中，提供具有对场的第三传感器响应的第三场传感器，该第三传感器响应在第三取向上测量到以便产生第三传感器信号。另一控制电路可设置在控制器中，用于控制第三场传感器以产生第三传感器信号。如果第三取向不同于公共取向，则控制器可用于将第三传感器信号转换为在公共取向上的等效的第三可比较传感器信号，否则第三传感器信号是第三可比较传感器信号，并且计算从第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合的差异导出的误差信号。可以调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合以减少误差信号。

通常，可以以至少两个不同的取向提供两个或更多个(例如，三个或四个)场传感器。各种场传感器被提供或被转换成公共取向，以便提供可比较信号、计算出的可比较信号与所确定的误差函数之间的差异、以及从误差函数导出的用于减少输出传感器信号中的误差的校正和调整。可比较信号的各种组合之间的差异可以提供各种误差函数。误差函数可以组合成多维误差函数，该多维误差函数被分析以便确定针对每个场传感器的校正。

在本发明的方法中，计算误差信号包括计算第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号或第三可比较传感器信号的分量或组成部分的任何组合、或者当第一场传感器、第二场传感器和第三场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号的任何组合的误差函数。确定对误差函数的校正。校正可以是具有斜率和偏移的常数或线性函数。

在一些实施例中，调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的步骤可以包括将常数乘以第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器响应的任何组合或将常数加到第一传感器信号、第二传感器信号和传感器响应的任何组合。在其他实施例中，调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的步骤可以包括：将从斜率导出的值乘以第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合以产生第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合；将从偏移导出的值加到第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合以产生第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合；以上两者；或者将从偏移导出的值加到通过将从斜率导出的值乘以第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合而产生的第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合，即，将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的积。

在各种实施例中，第三取向不同于第一取向并且不同于第二取向，或者第三取向与第一取向相同，或者第三取向与第二取向相同。第一取向和第二取向可以在公共平面中，并且第一取向可以是从第二取向旋转45度，第一取向可以与第二取向不正交，或者第一取向和第二取向可以都与第二取向非正交并从第二取向旋转45度。

在本发明的其他方法中，提供响应于第一和第二传感器信号的任何组合以及任何调整的响应的输出传感器信号。

根据本发明的实施例，场传感器设备包括：第一场传感器，其具有对场的第一传感器响应，该第一传感器响应在第一取向上测量以产生第一传感器信号；第二场传感器，其具有对场的第二传感器响应，该第二传感器响应在第二取向上测量以产生第二传感器信号；以及控制器，用于控制第一场传感器和第二场传感器以产生相应的第一传感器信号和第二传感器信号。控制器可以包括控制电路，该控制电路将第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合转换为在公共取向上的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，并且计算从第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号并调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减少误差信号。

在本发明的实施例中，控制器可以包括控制电路，该控制电路计算第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的分量或组成部分的任何组合(例如，坐标系方向上的幅度、绝对幅度、方向)、或者当第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号(诸如指示传感器元件信号幅度的电压)的任何组合的误差函数。控制电路可以确定对应于误差函数的校正。校正函数可以是具有斜率和偏移的常数或线性函数。校正可用于调整第一传感器响应和第二传感器响应，以形成具有减少的误差的更准确的经校正或经调整的输出传感器信号。

在本发明的实施例中，控制器可以包括控制电路，该控制电路通过将常数乘以第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合或将常数加到第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合来调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合。在其他实施例中，控制器可以包括控制电路，该控制电路通过将从斜率导出的值乘以第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合、将从斜率导出的值加到第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合、以上两者、或者将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合的积，来调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合。

在本发明的其他实施例中，场传感器设备包括：第三场传感器，其具有对场的第三传感器响应，该第三传感器响应在第三取向上测量以产生第三传感器信号；以及设置在控制器中的另一控制电路，用于控制第三场传感器以产生第三传感器信号。如果第三取向不同于公共取向，则控制器可将第三传感器信号转换为在公共取向上的等效的第三可比较传感器信号，否则第三传感器信号是第三可比较传感器信号，计算从第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合的差异导出的误差信号，并且调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合以减少误差信号。控制器可以包括控制电路，该控制电路计算第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号或第三可比较传感器信号的组件或组成部分的任何组合、或者当第一场传感器、第二场传感器和第三场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号的任何组合的误差函数。控制电路可以确定对应于误差函数的校正。校正可以是具有斜率和偏移的常数或线性函数。

在本发明的实施例中，控制器可以包括控制电路，该控制电路通过将常数乘以第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合或将常数加到第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合来调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合。在其他实施例中，控制器可以包括控制电路，该控制电路通过将从斜率导出的值乘以第一响应、第二响应和第三响应的任何组合、将从斜率导出的值加到第一响应、第二响应和第三响应的任意组合、以上两者、或者将从偏移导出的值加到通过将从斜率导出的值乘以第一响应、第二响应和第三响应的任意组合而产生的第一传感器响应和第二传感器响应的任意组合(即，将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的积)，来调整第一和第三传感器响应的任何组合。

在场传感器设备的各种实施例中，第三取向不同于第一取向并且不同于第二取向，或者第三取向与第一取向相同，或者第三取向与第二取向相同。

在一些实施例中，在第一时间重复这些步骤，并且存储第一、第二或任何可比较传感器信号。在不同于第一时间的第二时间重复这些步骤，并且比较、处理或组合所存储的信号中的任何一个或多个以及第二时间的第一传感器信号、第二传感器信号或可比较传感器信号中的任何一个。在其他实施例中，可比较传感器信号或从第一传感器信号和第二传感器信号导出的信号被组合以提供输出传感器信号。在本发明的各种实施例中，传感器是磁霍尔效应传感器或磁阻传感器。传感器可以是桥式传感器，可以包含多个传感器元件或者可以包含一对或多对传感器元件。成对的传感器元件可以在场传感器内以不同的方向或维度取向。

本发明的实施例提供一种传感器设备，其具有改进的感测能力和使用更小且更便宜的电路减少了误差的测量，并且可以校正或减少传感器设备中的误差或者补偿或检测传感器或传感器材料中的故障或精细缺陷。测量误差可包括但不限于传感器漂移或传感器响应变化。故障可以包括但不限于断开、高电阻连接、短路或材料故障。检测可以在传感器电路正在操作的同时发生。

出于对本发明以及相对现有技术所实现的优势加以总结的目的，上文已描述了本发明的某些目的和优势。当然，应理解，不一定所有此类目的或优势都可根据本发明的任何特定实施例来实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到，本发明可按实现或优化如本文中所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要实现如本文可能教导或建议的其他目的或优势。

参考本文以下描述的(多个)实施例，本发明的上述和其他方面将是显而易见的和可阐明的。

附图说明

通过参照以下结合附图的描述，本公开的前述和其他目标、方面、特征和优点将变得更加明显且更好理解，在附图中：

图1是本发明的说明性实施例的透视图。

图2是本发明的其他说明性实施例的透视图。

图3是本发明另一说明性实施例的透视图。

图4是本发明的替代说明性实施例的透视图。

图5A图示出根据本发明实施例的第一坐标系。图5B图示出根据本发明实施例的第二坐标系。图5C图示出根据本发明实施例的第三坐标系。

图6是根据本发明的说明性实施例的控制器的说明性透视图。

图7A、图7B和图7C是根据本发明的说明性实施例的方法的流程图。

图8是根据本发明说明性实施例的坐标系中的传感器元件的示意图。

图9是根据本发明的说明性实施例的具有在两个不同坐标系中的传感器元件的场传感器的示意图。

图10和图11是根据本发明的说明性实施例的两个不同坐标系中的场矢量的图示。

图12是根据本发明的说明性实施例的在x坐标测量中具有误差的场矢量的图示。

图13是根据本发明的说明性实施例的在y坐标测量中具有误差的场矢量的图示。

图14A是在经旋转的x’坐标测量中具有误差的场矢量的图示，并且图14B是根据本发明的说明性实施例的、图14A的测量到的场矢量在x，y坐标系中的图示。

图15A是在经旋转的y’坐标测量中具有误差的场矢量的图示，并且图15B是根据本发明的说明性实施例的、图15A的测量到的场矢量在x，y坐标系中的图示。

图16A和图16B是图示出根据本发明实施例的可比较信号矢量和差矢量的图。

图17是图示出根据本发明的实施例的差异和误差函数的图。

图18是根据本发明的实施例的示例的表格图示。

图19是具有三个场传感器的本发明的实施例的透视图。

具体实施方式

将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。当结合附图时，本公开的特征和优点将从以下阐述的具体实施方式中变得更加明显，在附图中，相同的字符在整个说明书中标识对应的要素。在附图中，相同的附图标记一般指示完全相同的、功能上类似的和/或结构上类似的要素。这些图不是按比例绘制的，因为图中各种要素的尺寸变化过大而不能按比例绘制。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中所描述的本发明实施例与本文中所描述或展示的相比能够以其他顺序操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是A和B。

贯穿本说明书引述的“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性是包含在本发明的至少一个实施例中的。由此，短语“一个实施例中”或“一实施例中”在贯穿本说明书的各个地方的出现并非必要地全部引述同一实施例，但是可能引述同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如从本公开中对本领域普通技术人员将是显而易见的，特定的特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求反映的，各发明方面可以存在比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体描述之后所附的权利要求因此被明确纳入该具体描述中，其中每一项权利要求独自作为本发明单独的实施例。

此外，尽管本文所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

应当注意的是，在描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示该术语在本文中被重新定义以受限于包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。

在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免模糊本描述的理解。

本发明的实施例提供了一种传感器设备，其具有改进的诊断、校正和误差减少能力以及使用更小和更便宜的电路的更高精度，并且可以在传感器设备操作时补偿、检测或诊断传感器材料中的故障或精细缺陷或传感器的损坏或者校正或减少测量误差。这样的缺陷可以是用于制造传感器的材料中固有的，或者可以是由于使用或响应于传感器上的机械或其他环境应力而随时间形成的。此外，来自传感器的测量会随时间漂移，从而即使在暴露于相同的场时也提供不同的测量。例如，场测量会从期望的标称值偏离，灵敏度可能变化，使得测量是期望值的倍数(大于或小于1)，或者这两者。这种变化可能是环境条件(例如，温度或湿度)或操作因素(诸如，振动或老化)变化的结果。本发明的实施例可以校正或减少传感器测量中的误差，从而提供更一致和准确的测量结果。

在本发明的各种实施例中，传感器可以检测具有包括方向和幅度的矢量的场，例如磁场、电场、压力场或重力场。

参见图1和图2，在本发明的实施例中，场传感器设备99包括第一场传感器20A和第二场传感器20B，第一场传感器20A以第一取向设置，响应于外部场以产生第一传感器信号；第二场传感器20B以不同于第一取向的第二取向设置，响应于外部场以产生第二传感器信号。第一场传感器20A和第二场传感器20B(以及任何其他场传感器)统称为场传感器20。控制器30包括控制电路32，该控制电路32控制第一场传感器20A和第二场传感器20B以产生对应且相应的第一传感器信号和第二传感器信号，接收第一传感器信号和第二传感器信号并将第一传感器信号或第二传感器信号或两者转换成在公共取向上或公共坐标系中的等效的可比较传感器信号。

在本发明的一个实施例中，控制器30的控制电路32比较可比较传感器信号以确定第一场传感器20A或第二场传感器20B是否有故障，并且如果确定了有故障的场传感器20，则提供有故障传感器信号42并且可选地确定第一场传感器20A和第二场传感器20B中的哪一个有故障。如果未确定有故障的场传感器20，则控制器30提供响应于第一传感器信号、第二传感器信号或可比较的传感器信号的输出传感器信号40，该输出传感器信号指示所感测的场的属性(诸如幅度和方向)。在各种实施例中，场是磁场、电场、压力场或重力场，并且传感器20是磁场传感器、电场传感器、压力场传感器或重力场传感器。第一取向和第二取向也可以描述为对应的第一和第二坐标系、方向或维度，例如每个具有正交的x、y或z维度。在本发明的其他实施例中，多于两个或多于三个的场传感器20包括场传感器设备99。

在本发明的另一个实施例中，控制器30的控制电路32将第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合转换成公共取向或公共坐标系中的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，并计算从该第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的差异导出的误差信号。调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减小误差信号并提供具有减少的误差的经校正输出信号。此外，即使例如通过使用来自正常操作的场传感器20的校经正或经调整的测量确定场传感器20中的一个有故障，也可以提供经校正输出信号。如果三个或更多个场传感器20包括本发明的场传感器设备99，则可以从用于导出校正和调整的差异计算和误差函数中排除有故障的场传感器20。

常规意义上而言，当测量不同时，多个传感器对共同场的测量之间的比较可以指示传感器中的一个传感器的故障或误差。然而，根据本发明的实施例，第一场传感器20A和第二场传感器20B具有不同的取向，使得它们的测量轴线中的至少一些测量轴线不是共线的，因此场传感器20在不同的坐标系中提供冗余的场测量。因此，在公共坐标系中对冗余场测量的比较不仅可以指示第一场传感器20A或第二场传感器20B中的误差或故障，而且可以指示哪个场传感器20有故障，从而提供对场传感器20的附加测试和检查。

与可以检测到失效但由于无法标识失效或将失效与特定的场传感器20相关联而不能继续操作的传感器***形成对照，通过标识失效的场传感器20，场传感器设备99可以通过使用来自其他场传感器20的感测到的信号来继续操作。在包括两个以上的场传感器20的进一步实施例中，可以将两个以上的传感器信号转换成公共取向，并且可以比较两个以上的可比较信号以确定有故障的场传感器20，以便校正场传感器20的信号或调整场传感器响应并提供经校正的输出传感器信号，或者减少由两个以上的场传感器20提供的测量中的误差。

第一场传感器20A、第二场传感器20B以及控制器30可以被设置在设备基板10上，并且与诸如导线12之类的电导体电连接，并且可以包括单根的导线12或可以包括包含多根导线12的总线，该导线12或总线可以例如通过设置在设备基板10上的电接触焊盘14，将电力、接地和控制信号传送到场传感器设备99、控制器30、第一场传感器20A或第二场传感器20B或从场传感器设备99、控制器30、第一场传感器20A或第二场传感器20B传送电力、接地和控制信号。场传感器20可以是霍尔效应场传感器或磁阻传感器，并且可以包括化合物半导体材料。或者，场传感器20是电场传感器、压力场传感器或重力场传感器，并且可以包括例如微机电***(MEMS)设备。

第一和第二场传感器20A、20B可以被设置在公共平面中或公共表面上，如图1中所示，并且如果第一场传感器20A相对于第二场传感器20B旋转，则第一场传感器20A在两个取向(两个维度或两个方向x，y)上与第二场传感器20B(x'，y')不同，从而为第一场传感器20A和第二场传感器20B定义不同的坐标系。只有竖直的z维度具有相同的方向。如图2中所示，第二场传感器20B被设置在相对于第一场传感器20A被设置在的表面倾斜约45度的表面上，并且相对于第一场传感器20A旋转45度。因此，如图2中所示，第一场传感器20A也在z维度上相对于第二场传感器20B旋转，使得第一场传感器20A在三个取向(三个维度或方向x，y，z)上与第二场传感器20B(x’,y’,z’)不同。

控制器30可以是分立或集成电路或包括分立组件和集成组件两者。控制电路32可以是模拟信号电路、数字信号电路或混合信号电路。控制器30可以包括存储的程序机或状态机。导线12可以是任何图案化的导电体，例如金属、金属合金、导电金属氧化物或导电聚合物。设备基板10可以是具有一个或多个表面的任何基板，第一场传感器20A和第二场传感器20B可以被设置在该表面上并且电连接。控制器30也可以但不一定被设置在设备基板10的表面上。

场传感器设备99可以通过形成在设备基板10上的电接触焊盘14被电连接到外部***，电接触焊盘14通过导线12电连接到控制器30。虽然图1和图2将控制器30示出为设置在设备基板10上，但是在本发明的其他实施例中，控制器30或其一部分被设置在与设备基板10分开的基板或结构(例如，印刷电路板)上。类似地，第一场传感器20A和第二场传感器20B可以被设置在不同的基板、表面或设备上。

参考图3，在一些实施例中，设备基板10是半导体基板或包括半导体基板，该半导体基板包括控制器30的至少一部分，并且控制电路32或控制电路32的一部分形成在该半导体基板中或形成在该半导体基板上。在另一实施例中并且如图1和图2中所示，控制器30或控制器30的一部分是被设置在设备基板10上的集成电路，并且设备基板10是电介质或者具有电介质层或表面。因此，设备基板10可以包括基板材料，该基板材料至少部分地不同于第一场传感器20A和第二场传感器20B的材料，并且至少部分地不同于控制电路32的材料。在一些实施例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B包括化合物半导体，控制器30包括硅半导体，并且基板材料包括电介质(图1和图2)。在另一实施例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B包括化合物半导体，并且设备基板10材料包括硅半导体，并且控制电路32形成在硅半导体中或形成为硅半导体的一部分(图3)。

参考图4，设备基板10可以被安装在***基板16上，该***基板16例如另一个设备或***的***基板16。设备基板10、控制器30、第一场传感器20A或第二场传感器20B中的任何一个都可以是微转移印刷部件，并且包括断裂的、破碎的或分离的系链(tether)。控制器30、第一场传感器20A或第二场传感器20B可以是集成电路或裸管芯，并且可以微转移印刷到设备基板10上，并且设备基板10可以微转移印刷到***基板16上。

在本发明的实施例中，第一取向在一个维度上、在如图1中所示的两个维度上或在如图2中所示的三个维度上不同于第二取向。在一些实施例中，每个取向中的维度是正交的。在其他实施例中，维度不是正交的。例如，图5A示出了一个取向或坐标系中的三个正交维度(x，y，z)，图5B示出了另一取向或坐标系中的三个正交维度(x'，y'，z)，其中x'和y'维度相对于图5A的取向旋转45度，但z维度具有相同的取向，使得图5B的取向在两个维度上不同于图5A的取向。

图5C示出了在又一取向或坐标系中的三个正交维度(x’,y’,z’)，其中x、y和z维度都相对于图5A旋转了45度，使得图5C的取向在三个维度上不同于图5A的取向。图1中所示的第一场传感器20A和第二场传感器20B具有与图5A和图5B的不同取向对应的不同的第一取向和第二取向。图2中所示的第一场传感器20A和第二场传感器20B具有与图5A和图5C的不同取向对应的不同的第一取向和第二取向。

参见图6，控制电路32包括：存储电路34，用于存储第一传感器信号、第二传感器信号、任何经转换的或可比较的传感器信号、任何经校正或经调整的信号、误差信号、误差函数、校正和旋转矩阵中的任何一个或多个；转换电路36，用于将第一传感器信号或第二传感器信号转换成可比较的传感器信号；以及比较电路38，用于比较第一传感器信号、第二传感器信号和任何可比较的传感器信号或预定公差、裕度或阈值中的任何一个或多个。电路可以是例如硅电路，其是模拟电路或数字电路，例如，CMOS电路。

参见图7A，根据本发明的实施例，场传感器诊断方法包括：在步骤100中，提供场传感器设备99；以及在步骤110中，向场传感器设备99提供电力以操作场传感器设备99。在步骤120中，控制电路32用于接收相应的第一传感器信号和第二传感器信号。在步骤130中，使用控制电路32将接收到的第一传感器信号或第二传感器信号或者第一传感器信号和第二传感器信号两者转换为在公共取向或公共坐标系中的等效的可比较传感器信号，并在步骤140中对它们进行比较。

在图7B所图示的本发明的实施例中，控制电路32然后在步骤150中确定第一场传感器20A或第二场传感器20B中的任一个是否有故障。如果场传感器20有故障(在步骤160中测试)，则使用控制电路32以响应于可比较的传感器信号来提供有故障传感器信号42(步骤180)，并且可选地，确定第一场传感器20A和第二场传感器20B中的哪一个有故障(步骤190)。如果场传感器20没有故障(在步骤160中测试)，则在步骤170中，使用控制电路32以提供响应于第一传感器信号、第二传感器信号或可比较的传感器信号的或从第一传感器信号、第二传感器信号或可比较的传感器信号中导出的输出传感器信号40。在实施例中，输出传感器信号40是可比较传感器信号或从第一传感器信号和第二传感器信号导出的信号的组合，例如平均值，或者是经校正或经调整的输出传感器信号40，从而减少可变性并改善输出传感器信号40的准确度和一致性(图1、图2)。

步骤120至150可以在不同时间重复执行，并且第一传感器信号和第二传感器信号被存储在存储电路34中，并且随时间求平均或以其他方式组合以改善第一传感器信号和第二传感器信号的信噪比。替代地，经转换的、可比较的传感器信号可以被存储在存储电路34中，并随时间求平均或以其他方式组合以改善可比较的传感器信号的信噪比。

在本发明的一些方法中，如果第二场传感器20B有故障，则在步骤180中，提供作为第一传感器信号或从第一传感器信号导出的输出传感器信号40(图1、图2)，使得场传感器设备99可以继续操作。如果第一场传感器20A有故障，则在步骤180中，提供作为第二传感器信号或从第二传感器信号导出的输出传感器信号40(图1、图2)，使得场传感器设备99可以继续工作。因此，与可以检测失效但由于没有已知的好的场传感器信号可以被标识而不能继续操作的传感器***形成对照，通过标识失效的场传感器20，场传感器设备99可以通过使用来自其他场传感器20的感测到的信号来继续操作。

在本发明的其他方法中，参考图7C，从经比较的可比较信号(步骤140)计算第一可比较信号和第二可比较信号之间的一个或多个差异(步骤200)，并且在步骤210中从第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号之间的差异导出相应的误差信号。可选地，可以从误差信号导出误差函数，例如，最佳拟合到误差信号与所确定的相应校正的差异的函数(步骤220)。校正可以是函数，并且可以用于校正第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合，从而调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以便减少误差信号并提供对所测量的场的更准确的响应(步骤230)。在本发明的各种实施例中，差异是幅度差异、方向差异、测量值的幅度和方向两者的差异、或矢量差异。矢量可以包括幅度、正方向或负方向和原点的任何组合。

场传感器20可以是传感器元件22，或者可包括单个传感器元件22或多个传感器元件22。参见图8，在本发明的实施例中，第一场传感器20A或第二场传感器20B可以包括一个或多个传感器元件22或一对或多对传感器元件22，例如，一对霍尔效应传感器元件22。如图8中所示，场传感器20包括四个传感器元件22，这四个传感器元件22被布置成两个正交对(A、C和B、D)，以提供与这两个正交对的方向相对应的两个维度中的每个维度的测量。在一个方向上的每对传感器元件22可以提供该方向上的场幅度的测量。因此，在本发明的实施例中，第一场传感器20A或第二场传感器20B中的任一个包括被布置成检测在第一维度或方向上的场的幅度的两个传感器元件22以及被布置成检测在不同于第一维度或方向的第二维度或方向上的场的幅度的两个传感器元件22。在一些实施例中，第一维度和第二维度是正交的维度。

参见图9，第一场传感器20A和第二场传感器20B旋转45度，并布置在共同的平面中，使得第一取向在两个维度上不同于第二取向，并且还对应于图1、图3、图4、图5A、图5B以及图8的图示。在本发明的配置中，在笛卡尔坐标系中，不同坐标系的轴线之间的相关性在45度处最大化。在其他实施例中，使用其他坐标系，例如，柱坐标系、极坐标系或球坐标系。通常，测量是实际场到坐标系上的投影。在实施例中，本发明的方法包括：在步骤190(图7B)中，确定两个或更多个场传感器20中的哪个有故障。

在本发明的实施例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B在空间上彼此偏移，如图1-图4中所示。在本发明的另一实施例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B在空间上彼此重叠，如图9中所示。在本发明的进一步的实施例中，空间上重叠的第一场传感器20A和第二场传感器20B具有共同的中心，也如图9中所示。通过在具有公共原点的公共位置处定位和重叠第一场传感器20A和第二场传感器20B，第一场传感器20A和第二场传感器20B更可能测量相同的场。第一场传感器20A和第二场传感器20B都可以设置在本发明的场传感器设备99内的公共结构或设备中，例如，在单个集成电路中或在单个印刷电路板上。

场传感器20可以是磁传感器，诸如霍尔效应传感器，可以是磁阻传感器，诸如极磁阻传感器(XMR)、超磁电阻传感器(EMR)、巨磁阻传感器(GMR)、隧穿磁阻传感器(TMR)、庞磁阻传感器(CMR)或各向异性磁阻传感器(AMR)或者其他磁传感器。

场传感器设备99中的元件中的任何元件可以是模拟部件，包括模数转换器，或者可以是数字部件。电路可以包括具有存储在存储器中的程序的CPU、存储的程序机、状态机、硬连线数字逻辑或数字或模拟控制电路等。类似地，在本发明的各种实施例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B和控制器30中的每一个都能以分立电路部件或集成电路的组合来实现，或者可以集成到共同的电路或共同的集成电路中。在一些实施例中，第一场传感器20A或第二场传感器20B或控制电路32共享电路部件或封装。公共控制器30可以控制第一场传感器20A和第二场传感器20B。

第一场传感器20A和第二场传感器20B、控制器30或控制电路32可以包括电子电路、数字逻辑电路、模拟电路或混合信号电路或者电路类型与电子设备的组合。这些电路的部分或全部可以在一个或多个电路中、在共同电路中、在一个或多个集成电路或封装中或者在共同的集成电路或封装中提供。场传感器设备99的各种部件可以例如设置在与导线12电连接的电子电路、集成电路或分立电子设备中。

各种部件中的任何一个或全部可以被设置在一个或多个印刷电路板上或者一个或多个半导体基板上，或者各种部件中的任何一个或全部可以被集成为(多个)半导体基板内或(多个)半导体基板上的电路，或者集成为在(多个)半导体基板上提供的集成电路与在(多个)半导体基板内或(多个)半导体基板上形成的电路的某种组合。可以在被放置到或微转移印刷到(多个)半导体基板或(多个)其他基板上的封装的集成电路中或裸管芯中提供各种组件中的任何一个或全部。可以使用光刻方法和材料来提供导线12，以连接各种部件、集成电路管芯或集成在(多个)半导体基板上的电路。

第一场传感器20A或第二场传感器20B中的每一个可以是各种磁传感器(诸如，霍尔效应传感器或磁阻传感器)中的任何一个，并且可以例如在集成电路、分立元件中提供或作为单独的集成电路部件(诸如，裸管芯)来提供，该单独的集成电路部件例如通过贴片(pick-and-place)、表面安装、打印技术被安装在传感器设备基板10(诸如，玻璃、陶瓷、聚合物或半导体基板)上。场传感器设备99的集成电路部件或元件中的一个或多个(诸如，控制器30)可以被设置在第一场传感器20A或第二场传感器20B上，作为通过微转移印刷和电连接而沉积的裸管芯。替代地，第一场传感器20A或第二场传感器20B可以被设置在控制器30上，作为通过微转移印刷和电连接而沉积的裸管芯。控制电路32可以被提供为半导体基板中的光刻法限定的电路，并且第一场传感器20A或第二场传感器20B可以作为裸管芯被设置在半导体基板上，并且使用光刻工艺和材料电连接到控制电路32。

参见图10，相对于第一取向(第一坐标系)示出了任意的和说明性的场矢量B，并且参见图11，相对于第二取向(第二坐标系)示出了相同的场矢量B。由于场矢量B在这两种情况(图10和11)下是完全相同的，因此由第一场传感器20A和第二场传感器20B测量的第一传感器信号矢量和第二传感器信号矢量是等效的，但不是直接可比较的(即，对于第一取向和第二取向，测量轴线中的每个测量轴线中的场矢量的幅度值是不同的)。然而，由于第一场传感器20A相对于第二场传感器20B的相对设置(例如以45度)可以在构造(设置在设备基板10的表面上，图1)场传感器设备99时预先确定，因此第一传感器信号可以从第一取向(第一坐标系)转换(变换)到第二取向(第二坐标系)，并且直接比较场矢量的幅度。替代地，可以将第二传感器信号从第二取向(第二坐标系)转换(变换)为第一取向(第一坐标系)，并且直接比较场矢量的幅度。在又一其他实施例中，第一传感器信号可以被转换成不同于第一取向和第二取向(第一坐标系和第二坐标系)的第三取向(第三坐标系)，并且第二传感器信号也可以同样地被转换成第三取向(第三坐标系)，使得可以直接比较两个经转换的场传感器信号的场矢量的幅度或方向。当两个传感器信号被转换为公共取向(公共坐标系)时，它们是可比较的信号。该操作可以作为利用旋转矩阵的矩阵变换来执行。虽然不需要检测传感器故障，但是在标识出有故障传感器的实施例中，当测量轴线投影到另一个坐标系时，这些测量轴线在故障所位于的轴线坐标之间的变换矩阵中具有非对角子矩阵系数。

在图9中所示的示例(对应于图1、图5A和图5B)中，第一取向和第二取向在平行于设备基板10的x、y平面中相差角度θ(45°)(图1)，并且在z维度(正交于第一场传感器20A和第二场传感器20B设置在的公共平面)上是完全相同的，使得图9的示例中的第一取向(坐标系)和第二取向(坐标系)在两个维度或方向上不同。

第一坐标系中的测量到的场矢量可以具有值Bx和By，并且在第二坐标系中测量到的相同矢量可以具有值Bx'和By'。给定两个取向之间的已知角度θ，可以用x’＝xcos(θ)+ysin(θ)和y’＝ycos(θ)-xsin(θ)来计算x'和y'矢量。反向计算是x＝x’cos(θ)-y’sin(θ)和y＝y’cos(θ)+x’sin(θ)。可以类似地计算向任意第三取向的转换。

在其中θ＝45°的简化示例中，如在图1和图9的示例中，sin(θ)＝cos(θ)＝1/(2^1/2)＝k≈0.707。从第一坐标系转换到第二坐标系的简化方程是

x’＝k(x+y), y’＝k(y-x),并且

并且从第二坐标系转换到第一坐标系的方程是：

x＝k(x’-y’), y＝k(y’+x’).

在任何物理实现中，第一场传感器20A和第二场传感器20B不一定完全相同，并且可以具有精度和准确度的限制以及它们之间在预定公差内可接受的差异。使用在不同维度上相差45度的取向在不同维度上提供更大的幅度差异，从而改善了在不同维度中的每一个维度中的检测故障的能力，但是可以使用其他角度。

可以提供预定的测量公差裕度来确定来自第一场传感器20A和第二场传感器20B的测量是否有故障。可以在每个维度(Bx，By)中指定预定的测量公差裕度，或者该预定的测量公差裕度可指定为指定单个净场测量(Be)的组合。如果通过将第一传感器信号和第二传感器信号转换到相同的坐标系中而导出的可比较的传感器信号相差不超过期望的公差裕度，则可比较的传感器信号可以被组合并且被提供为输出传感器信号40。如果可比较的传感器信号相差超过期望的公差裕度，则第一场传感器20A或第二场传感器20B中的一个被认为是有故障的。

作为说明，图12中示出了任意的场矢量B，该场矢量B在x维度中的长度是在y维度中的长度的两倍，其中长度表示对应维度中的场强度。给定在第一取向上的第一场传感器20A和具有正交维度x、y的第一坐标系，以及在第二取向上的第二场传感器20B和具有从第一取向旋转θ＝-45度(图1和9)的正交维度x’、y’的第二坐标系，第一场传感器20A的x维度传感器中的误差导致错误的场测量B_e，场测量B_e仅在第一坐标系中的x维度上与正确的场B不同，由矢量R所图示。参照图13，第一场传感器20A的y维度传感器中的误差导致错误的场测量B_e，该错误的场测量B_e仅在第一坐标系中的y维度上与正确的场B不同，再次由矢量R所图示。

参照图14A，第二场传感器20B的x’维度传感器中的误差导致错误的场测量B_e，该错误的场测量B_e仅在第二坐标系中的x’维度上与正确的场B不同。当转换到第一坐标系(图14B)中时，错误的场测量B_e与正确场B相差与第二坐标系中的x’维度的方向对应的第一坐标系中的方向(用图14B中的实线箭头和标记的矢量R示出)。参照图15A，第二场传感器20B的y’维度传感器中的误差导致错误的场测量B_e，该错误的场测量B_e仅在第二坐标系中的y’维度上与正确的场B不同。当转换到第一坐标系(图15B)中时，错误的场测量B_e与正确的场B相差与第二坐标系中的y’维度的方向对应的第一坐标系中的方向(用图15B中的实线箭头示出，由矢量R图示出)。

在图12、图13、图14A、图14B、图15A、图15B的所有示例中，第一坐标系和第二坐标系之间的角度差为θ＝-45度(如图14A、图15A中所示)，并且误差是传感器响应在各个维度上的加倍(doubling)，由示图中的两个共线的箭头表示。

因此，给定第一坐标系和第二坐标系之间的角度差θ，误差矢量E＝Be-B，如果E≠0并且第一坐标系中的矢量E的角度等于：

0度，则误差在第一场传感器20A的x维度传感器中；

90度，则误差在第一场传感器20A的y维度传感器中；

θ度，则误差在第二场传感器20B的x’维度传感器中(在图14A和图14B的示例中为-45度)；以及

-θ度，则误差在第二场传感器20B的y’维度传感器中(在图15A和图15B的示例中为45度)。

通常，只要故障仅存在于单个场传感器维度测量中，误差矢量的方向就对应于由有故障的场传感器20测量的维度。换句话说，误差矢量R在测量到的有故障的传感器元件22的轴线(方向)方向上具有唯一的分量。误差矢量R可以表示为有故障的传感器测量的轴线(方向)的单位矢量的倍数。因此，控制电路32可以包括比较可比较的传感器信号(例如，Bx，By，Bx'，By')之间差异的方向以确定有故障的场传感器20的电路。

如上所述，在本发明的一些实施例中，可比较信号之间的差异用于标识有故障的场传感器20或传感器元件22。在本发明的其他实施例中，可比较的传感器信号之间的差异可用于校正所测量的传感器信号或通过计算从可比较的传感器信号差异导出的校正并使用所计算的校正来调整测量以便减少传感器信号测量中的误差。

通常，场传感器20对场传感器20检测和测量的场具有灵敏度。由于制造过程从未完美且材料永远不相同，因此所制造的场传感器20对场具有不同的响应。此外，场传感器20的响应可以随时间、各种不同的环境和使用而变化。因此，具有冗余场传感器20的场传感器设备99取决于场传感器20的灵敏度而产生不同的测量值。在一种配置中，不同的测量被简单地平均以便减少测量的可变性。

在一些实施例中，场传感器20具有对场的线性响应，例如利用电传感器信号。如果场传感器20漂移，则场传感器20的灵敏度可以变化，而且，电信号的DC偏移可以是非零的。因此，即使在不存在场的情况下，漂移的场传感器20也将测量非零场，并且当场存在时，对场可以或多或少地敏感。对于这样的场传感器20，电传感器响应可以是依存于场V＝F*S+O的电压，或者场传感器20响应是等于场(F)乘以灵敏度值(S)加上偏移值(O)的电压。对于理想的场传感器20，偏移值O为零，并且灵敏度值对于所有场传感器20是固定的并且相同。

然而，根据本发明的实施例，场传感器20的灵敏度值S和偏移值O都可以随时间变化或者受到不同环境或使用的影响。来自场传感器20的测量到的电压信号可以通过调整灵敏度S来校正，例如通过将灵敏度S乘以校正值并加上(或减去)偏移值。可以通过比较来自以不同取向提供的不同场传感器20的信号来估计校正，并且当场传感器20响应变化时，校正估计同样可以变化。

在本发明的方法中并且参考图7A和7C以及它们的上述描述，提供了第一场传感器20A，其具有对场的第一传感器响应，该第一传感器响应在第一取向上测量以产生第一传感器信号，并且提供了第二场传感器20B，其具有对场的第二传感器响应，该第二传感器响应在第二取向上测量以产生第二传感器信号。第一取向和第二取向是不同的。控制器30包括控制电路32，用于控制第一场传感器20A和第二场传感器20B以产生相应的第一传感器信号和第二传感器信号。

控制器30操作第一场传感器20A和第二场传感器20B以感测场并产生经受相应的第一传感器响应和第二传感器响应的相应的第一传感器信号和第二传感器信号。第一传感器信号和第二传感器信号在公共取向(坐标系)中被转换成等效的第一可比较信号和第二可比较信号，例如如图14A和图14B所示，并且如上面参照图7A所讨论。从第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号之间的差异导出误差信号，并且调节第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减小误差信号。通过调整传感器响应，还可以调整测量到的传感器信号，并且可以将其报告为具有减小的误差的经校正的场测量。

参考图16A，第一场传感器20A和第二场传感器20B的测量到的响应以公共取向示出。由于第一场传感器20A和第二场传感器20B不相同，所以它们对场的响应是不同的，由所图示的两个不同矢量示出。两个场传感器20的响应差异由差矢量D表示。参考图16B，差矢量D分别作为值D_x和D_y投影到x轴和y轴上。通常，差异可以是幅度差异、方向差异、幅度和方向两者的差异，原点差异或通常是矢量差异。

参考图17，第一可比较信号和第二可比较信号之间的差异(P)形成离散误差信号，该离散误差信号可以被确定为误差信号在y维度和x维度上相对于以下组合的误差函数E，该组合是第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何其他组合，或者是第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的组件或组成部分(例如，坐标系方向上的幅度、绝对幅度、方向)的任意组合，或者当第一场传感器和第二场传感器包括两个或更多个产生传感器元件信号的传感器元件时，该组合是传感器元件信号(诸如指示传感器元件信号幅度的电压)的任何组合。如图17所示，差异在y轴上绘制为传感器信号的幅度的函数。绘制的每个点表示例如测量为场强度大小的两个可比较信号之间的差异。表示差异P的点的集合形成误差信号，在该情况下是非连续的离散的多个点集合，例如可以在表格中记录。误差函数E可以针对所有x值估计误差信号，例如通过将诸如最小二乘函数之类的函数拟合到误差信号P。如果场传感器20是理想的，则误差函数E将是x轴。如果误差函数E具有非零斜率但通过原点，则不存在相对(净)偏移。如果误差函数E没有通过原点，则可比较信号(和误差函数E)具有相对偏移。如果误差函数不是平坦的(具有非零斜率)，则场传感器20和可比较信号具有不同的灵敏度(对场的响应)。因此，取决于场传感器20的信号差异，对信号的校正(调整)可以是减去常数值，诸如偏移值，或者将一个信号或另一个信号(或两者)乘以常数值因此，在实施例中，校正可以是常数值。在其他实施例中，校正是具有斜率和偏移的线性函数，并且校正是如上所述的线性函数。

图18提供了三个说明性实施例A，B和C。在这些示例中，第一场传感器20A和第二场传感器20B各自在两个不同的时间1和2测量变化的场，产生信号M_A1(第一场传感器20A测量时间1)、M_B1(第二场传感器20B测量时间1)、M_A2(第一场传感器20A测量时间2)、M_B2(第二场传感器20B测量时间2)。第一场传感器20A和第二场传感器20B在公共平面中以45度布置，并且场测量中的一个被转换为另一个场测量的坐标系(取向)，或者两者都被转换为不同的公共坐标系。由于场传感器20测量场，因此测量是由两个值表示的矢量。

在示例A中，第一场传感器20A在时间1处测量第一场矢量值为(4,4)，并且第二场传感器20B在公共坐标系中在相同的时间1处测量相同的第一场为(6,6)。类似地，第一场传感器20A在时间2处测量第二场矢量值为(2.2)，并且第二场传感器20B在公共坐标系中在相同的时间2处测量相同的第二场为(3,3)。因此，为误差信号提供两个点P，并且估计误差信号的误差函数可以是f(x)＝1.5x_A和f(y)＝1.5y_A。其他功能表示是可能的，例如作为场传感器20B测量的函数或用于第一场传感器20A和第二场传感器20B测量中的每一个的函数。该示例的解释是第二场传感器20B比第一场传感器20A灵敏1.5倍，或者替代地，第一场传感器20A的灵敏度比第二场传感器20B低三分之一。校正可以是将第一场传感器20A测量值以1.5或将第二场传感器20B测量乘以2/3。或者，两个场传感器20可以乘以从误差函数E斜率1.5导出的值。随着时间的推移，测量信号可以变化，并且校正也可以变化，从而减少信号误差并使冗余传感器受益。例如，如果一个场传感器20应该完全失效，则另一个场传感器20可以继续提供具有改进的准确度和减少的误差的经校正的测量信号。

场传感器20可以具有两个传感器元件22，每个传感器元件22具有不同的灵敏度并随时间变化。参考示例B，y传感器元件22对第二场传感器20B的响应是对第一场传感器20A的响应的两倍，并且x传感器元件22的响应与示例A中的响应相同。在这种情况下，对y的校正与对x的校正不同。对x值的校正是1.5或相关值，但对y的校正是2.0或相关值。

参考示例C，第一场传感器20A和第二场传感器20B的灵敏度之间的差异与实施例B的差异相同，除了即使没有场存在，信号响应也存在，从而暗示场传感器20中的一个或另一个、或两者具有偏移。在该情况下，可以假定在没有场存在时应该测量到零。示出了对第二场传感器20B而不是对第一场传感器的校正(如示例A和B中所示)。

选择图18的示例以简单地图示出来自不同场传感器20的可比较信号之间的各种差异。本领域技术人员将理解，在具有更多经采样的测量差异的一些实施例中，无法找到精确校正并且使用估计。此外，可以使用对场传感器20测量两者的校正来减少总误差。

可以通过时间对测量差异进行加权，使得可比较信号中的最近差异在校正的计算中承载更多权重。因此，随着场传感器20的响应随时间变化，校正可以变化以适应传感器变化。

场传感器20最初可以用已知的场以及在场传感器20投入使用之前建立的任何灵敏度或偏移调整单独校准。这种校准将提供场传感器20初始精度的置信度，并且可以提供针对进行后续改变的基线。

在本发明的另一实施例中，提供了第三场传感器20C(图19)，其具有对场的第三传感器响应。以第三取向测量第三传感器响应以产生第三传感器信号。控制器30可以包括另一个控制电路33，用于控制第三场传感器20C以产生第三传感器信号。如果第三取向不同于公共取向，则控制器30中的其他控制电路33可用于将第三传感器信号转换为公共取向上的等效的第三可比较传感器信号。如果第三取向与公共取向相同，则其他控制电路33可以使用第三可比较传感器信号作为可比较传感器信号而无需转换。其他控制电路33可以计算从第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异导出的误差信号。可以调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合以减少误差信号。与第一可比较信号和第二可比较信号之间的差异一样，与第三可比较信号的差异可以是幅度差异、方向差异、幅度和方向两者的差异或矢量差异。

在本发明的实施例中，计算误差信号的步骤包括计算第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的组件或组成部分(例如，坐标系方向上的幅度、绝对幅度、方向)的任何组合、或者当第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号(诸如指示传感器元件信号幅度的电压)的任何组合的误差函数。可以确定对应于误差函数或从误差函数导出的校正。

在本发明的一些实施例中，校正是常数或者是具有斜率和偏移的线性函数。调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的步骤可以包括将常数乘以第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器响应的任何组合或将常数加到第一传感器信号、第二传感器信号和传感器响应的任何组合。或者，调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的步骤可包括：将从斜率导出的值乘以第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合；将从偏移导出的值加到第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合；以上两者；或者将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的积。

可以计算校正以减小第一、第二和第三场传感器20C测量中的任何一个、或者第一、第二和第三场传感器20C测量的任何组合中的误差。例如，校正可以减小第一传感器信号与第三传感器信号、第二传感器信号与第三传感器信号、第一传感器信号与第二传感器信号或者所有第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号之间在可比较坐标系中的差异。因此，可以估计多变量、多维误差函数和校正，其从第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号中的任意可比较传感器信号之间的差异导出，并且可以用于调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应与相应的第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合或者被报告为具有减小的误差的经校正的场测量的第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合。因此，在本发明的实施例中，响应于第一传感器信号、第二传感器信号或第三传感器信号(如果存在)的任何组合的输出传感器信号40是被提供且经调整的第一响应、第二响应或第三响应(如果存在)。

在本发明的实施例中，第三取向不同于第一取向并且不同于第二取向，或者第三取向与第一取向相同，或者第三取向与第二取向相同。因此，第三场传感器20C可以以与第一场传感器20A相同的取向、以与第二场传感器20B相同的取向或者以与第一场传感器20A和第二场传感器20B两者不同的取向设置。在一些实施例中，第一取向和第二取向在公共平面中，并且第一取向不与第二取向正交。在这样的实施例中，第一取向可以是从第二取向旋转45度。

根据本发明的实施例，实现所描述的方法的场传感器设备99可以包括：第一场传感器20A，其具有对场的第一传感器响应，该第一传感器响应在第一取向上测量以产生第一传感器信号；第二场传感器20B，其具有对场的第二传感器响应，该第二传感器响应在第二取向上测量以产生第二传感器信号；以及控制器30，用于控制第一场传感器20A和第二场传感器20B以产生相应的第一传感器信号和第二传感器信号。控制器30包括控制电路32，该控制电路32将第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合转换为在公共取向上的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，计算从第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号，并且调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合以减少误差信号。

在一些实施例中，控制器30包括控制电路32，该控制电路32计算第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器和第二可比较传感器的组件或组成部分的任何组合(例如，坐标系方向上的幅度、绝对幅度、方向)、或者当第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号(诸如指示传感器元件信号幅度的电压)的任何组合的误差函数。校正可以是具有斜率和偏移的常数或线性函数。

在本发明的一些实施例中，控制器30包括控制电路32，该控制电路32通过将常数乘以第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合或将常数加到第一传感器信号和第二传感器信号的任何组合来调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合。在一些实施例中，控制器30包括控制电路32，该控制电路32通过将从斜率导出的值乘以第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合、将从斜率导出的值加到第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合、以上两者、或者将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合的积，来调整第一传感器响应和第二传感器响应的任何组合。

在本发明的一个实施例中并参考图19，场传感器装置99除了第一场传感器20A和第二场传感器20B之外还包括第三场传感器20C，其具有对场的第三传感器响应。第三传感器响应以第三方向测量以产生第三传感器信号，并且设置在控制器30中的另一控制电路33用于控制第三场传感器20C以产生第三传感器信号。如果第三取向不同于公共取向，则其他控制电路33将第三传感器信号转换为公共取向上的等效的第三可比较传感器信号。如果第三取向与公共取向相同，则第三传感器信号是第三可比较传感器信号。其他控制电路33计算从第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异导出的误差信号，并调整第一第三传感器响应、第二第三传感器响应和第三传感器响应的任何组合以减小误差信号。差异可以是幅度差异、方向差异、幅度和方向两者的差异、或者矢量差异。

在本发明的实施例中，控制器30包括控制电路(例如其他控制电路33)，该控制电路30计算第三可比较传感器信号与第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的任何组合之间的差异，该差异作为第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号的任何其他组合、第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的组件或组成部分(例如，坐标系方向上的幅度、绝对幅度、方向)的任何组合、或者当第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号(诸如指示传感器元件信号幅度的电压)的任何组合的误差函数。

在本发明的一些实施例中，校正是常数或者是具有斜率和偏移的线性函数。控制器30可以包括控制电路(例如其他控制电路33)，该控制电路通过将常数乘以第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合或将常数加到第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的任何组合来调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合。在其他实施例中，控制器30包括控制电路(例如其他控制电路33)，该控制电路通过将从斜率导出的值乘以第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合、将从斜率导出的值加到第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合、或者将从偏移导出的值加到从斜率导出的值与第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合的积，来调整第一传感器响应、第二传感器响应和第三传感器响应的任何组合。

在本发明的实施例中，第三取向不同于第一取向并且不同于第二取向，或者第三取向与第一取向相同，或者第三取向与第二取向相同。在一些实施例中并且如图19所图示，第三取向不同于第一取向并且不同于第二取向，并且与第一取向和第二取向两者正交取向。

如本文所预期的，两个项A和B的任何组合可仅包含A，可仅包含B或可包含A和B。三个项A、B和C的任何组合可仅包含A，可仅包含B，可仅包含C，可包含A和B，可包含A和C，可包含B和C或可包含A、B和C。在列表中使用“两者”一词包括列表中前两个要素两者。

根据本发明的实施例，场传感器设备99用于在检测到故障的情况下在监视和诊断第一场传感器20A和第二场传感器20B的同时测量场，以提供对应于第一场传感器20A和第二场传感器20B中的任何一者或两者的实时诊断信号。或者，确定并校正第一场传感器20A和第二场传感器20B测量的差异，以提供具有减小的误差的经调节的输出传感器信号。

本发明的实施例可以通过提供基板并将第一场传感器20A或第二场传感器20B和控制器30作为集成电路安装在该基板上来构造。可以使用贴片技术或者通过将它们从相应的源晶片微转移印刷到基板表面上来将集成电路设置在基板表面上。可替代地，基板表面可以是或可包括半导体层，并且第一场传感器20A或第二场传感器20B以及控制器30中的每一个中的一个或多个或任何部分形成在半导体层中，并且使用基板表面上的导线12、例如通过使用光刻或印刷电路板方法和材料与设置在基板表面上的任何集成电路电连接。可替代地，控制电路32或场传感器20可以通过光刻方式被限定在半导体基板中。

基板可以是具有能够支撑或接纳第一场传感器20A或第二场传感器20B和控制器30的一个或多个表面的许多基板中的一个，例如，具有两个相对的相对平面和平行侧面的玻璃、塑料、陶瓷或半导体基板。基板可以具有各种厚度，例如，从10微米到几毫米。基板可以是另一设备的一部分或表面，并且可以包括电子电路。

部件列表：

A 第一示例

B 第二示例

C 第三示例

E 误差函数

P 差异

R 误差矢量

D 差矢量

D_X X投影

D_Y Y投影

10 设备基板

12 导线

14 接触焊盘

16 ***基板

20 场传感器

20A 第一场传感器

20B 第二场传感器

20C 第三场传感器

22 传感器元件

30 控制器

32 控制电路

33 其他控制电路

34 存储电路

36 转换电路

38 比较电路

40 输出传感器信号

42 有故障传感器信号

99 场传感器设备

100 提供传感器设备步骤

110 操作传感器设备步骤

120 接收第一信号和第二信号步骤

130 转换(多个)所接收的传感器信号步骤

140 比较(多个)经转换的信号步骤

150 确定传感器是否故障步骤

160 有故障传感器判定步骤

170 提供输出传感器信号步骤

180 提供有故障传感器信号步骤

190 可选的确定有故障传感器步骤

200 计算差异步骤

210 导出误差信号步骤

220 确定校正步骤

230 调整信号步骤

尽管已经在附图和前面的描述中详细地说明并描述了本发明，但是此类说明和描述被认为是说明性或示例性的，而非限制性的。前面的描述具体说明了本发明的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本发明都能以许多方式实现。本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员可在实践要求保护的发明时理解和实施所公开实施例的其他变型。在权利要求中，单词“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一(a或an)”不排除复数。单个处理器或其他单元可实现权利要求书中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可被存储/分布在合适的介质(诸如，与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质)上，但也能以其他形式(诸如，经由因特网或者其他有线或无线电信***)来分布。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种场传感器设备，包括：

第一场传感器，该第一场传感器被布置成在第一坐标系中沿着三个正交的测量轴线中的一个或多个测量轴线测量响应于场的第一传感器信号并输出所述第一传感器信号，

第二场传感器，该第二场传感器被布置成在与所述第一坐标系不同的第二坐标系中沿着三个正交的测量轴线中的一个或多个测量轴线测量响应于所述场的第二传感器信号并输出所述第二传感器信号，

控制器，该控制器被布置用于操作所述第一场传感器和第二场传感器以产生相应的所述第一传感器信号和第二传感器信号，所述控制器包括控制电路，该控制电路被布置用于：

(i)将第一传感器信号和第二传感器信号的组合转换成公共坐标系中的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，并计算从所述第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号；以及

(ii)调整所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合以减小所述误差信号。

2.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的所述差异是幅度差异、方向差异、幅度和方向两者的差异或矢量差异。

3.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述控制电路被布置用于：

(a)计算所述第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的所述差异，所述差异作为所述第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的其他组合、所述第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的分量或组成部分的组合、或者当所述第一场传感器和第二场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号的组合的误差函数；以及

(b)确定对所述误差函数的校正。

4.如权利要求3所述的场传感器设备，其特征在于，所述校正是常数，并且所述控制电路被布置用于通过将所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合与所述常数相乘或将所述常数加到所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合，来调节所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合。

5.如权利要求3所述的场传感器设备，其特征在于，所述校正是具有斜率和偏移的线性函数，并且所述控制电路被布置用于通过以下操作调整所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合：

(a)将从所述斜率导出的值乘以所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合；

(b)将从所述斜率导出的值加到所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合；

(c)(a)和(b)两者；或者

(d)将从所述偏移导出的值加到从所述斜率导出的值与所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合的积上。

6.如权利要求1所述的场传感器设备，包括：第三场传感器，该第三场传感器被布置成在第三坐标系中沿着三个正交的测量轴线中的一个或多个测量轴线测量响应于所述场的第三传感器信号并输出所述第三传感器信号；以及另一控制电路，所述另一控制电路设置在所述控制器中，用于控制所述第三场传感器以产生所述第三传感器信号，所述另一控制电路被布置用于：

(i)如果所述第三坐标系与所述公共坐标系不同并且如果不是所述第三传感器信号为第三可比较传感器信号，则将第三传感器信号转换为所述公共坐标系中的等效的第三可比较传感器信号，计算从所述第三可比较传感器信号与所述第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的组合之间的差异导出的误差信号；以及

(ii)调整所述第一传感器信号、第二传感器信号和第三传感器信号的组合以减小所述误差信号。

7.如权利要求6所述的场传感器设备，其特征在于，所述另一控制电路被布置用于：

(a)计算所述第三可比较传感器信号与所述第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号的组合之间的所述差异，该差异作为所述第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号和第三可比较传感器信号的另一组合、所述第一可比较传感器信号、第二可比较传感器信号或第三可比较传感器信号的分量或组成部分的组合、或者当所述第一场传感器、第二场传感器和第三场传感器包括产生传感器元件信号的两个或更多个传感器元件时的传感器元件信号的组合的误差函数；以及

(b)确定与所述误差函数相对应的校正。

8.如权利要求6所述的场传感器设备，其特征在于：

(a)所述第三坐标系与所述第一坐标系不同并且与所述第二坐标系不同，或者

(b)所述第三坐标系与所述第一坐标系相同，或者

(c)所述第三坐标系与所述第二坐标系相同。

9.如权利要求8所述的场传感器设备，其特征在于，所述第三坐标系与所述第一坐标系不同，且与所述第二坐标系不同，并且与所述第一坐标系和第二坐标系两者正交地取向。

10.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述第一场传感器和第二场传感器各自包括两个传感器元件，该两个传感器元件被布置成在基本正交的方向上测量，以便测量所述场的幅度和方向来产生场矢量。

11.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述第一坐标系和第二坐标系在公共平面上并且：

(a)所述第一坐标系从所述第二坐标系旋转了45度，

(b)所述第一坐标系与所述第二坐标系不正交；或者

(c)(a)和(b)两者。

12.如权利要求1所述的场传感器设备，被配置成包括输出作为所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合的信号。

13.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述第一坐标系与所述第二坐标系在二维或三维上不同。

14.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述控制电路包括存储电路，该存储电路用于存储以下各项中的一个或多个：所述第一传感器信号、所述第二传感器信号、所述第一可比较传感器信号或所述第二可比较传感器信号。

15.如权利要求1所述的场传感器设备，其特征在于，所述第一场传感器和第二场传感器被设置在包括基板材料的设备基板上，并且所述第一场传感器和第二场传感器包括至少部分地不同于所述基板材料的一种或多种传感器材料。

16.一种操作场传感器设备的方法，包括：

在第一坐标系中沿着三个正交的测量轴线中的一个或多个测量轴线利用第一场传感器测量响应于场的第一传感器信号并产生第一传感器信号，

在不同于所述第一坐标系的第二坐标系中沿着三个正交的测量轴线中的一个或多个测量轴线利用第二场传感器测量响应于场的第二传感器信号并产生第二传感器信号，

利用控制器操作所述第一场传感器和第二场传感器以产生相应的所述第一传感器信号和第二传感器信号，所述控制器包括控制电路，所述控制电路使用所述控制器：

(i)将所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合转换为在公共坐标系上的等效的第一可比较传感器信号和第二可比较传感器信号，并且计算从所述第一可比较传感器信号与第二可比较传感器信号之间的差异导出的误差信号；以及

(ii)调整所述第一传感器信号和第二传感器信号的组合以减少所述误差信号。

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