CN111443310B - 磁场感测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例涉及磁场感测装置及其使用方法。例如，提供了一种感测元件，包括检测第一磁场分量的磁性传感器、以给定频率向磁性传感器施加至少一个附加磁场分量的至少一个AC磁场发生器，其中，第一磁场分量和至少一个附加磁场分量彼此正交，至少一个解调器使用给定频率来确定感测元件相对于至少一个附加磁场分量的灵敏度。此外，提出了操作这种感测元件的多种方法。

Description

磁场感测装置及其使用方法

技术领域

本发明的实施例涉及磁场的感测，具体地，涉及即使存在磁串扰，也感测至少一个磁场分量。

背景技术

磁场感测技术应用广泛。然而，在存在磁串扰的情况下，磁场感测难以顺利实现。

发明内容

目的是改善对磁场分量的感测。

这根据独立权利要求的特征来解决。进一步的实施例来自从属权利要求。

本文建议的示例尤其可基于以下解决方案中的至少一个。可利用以下特征的组合来实现期望结果。方法的特征可与设备、装置或***的任何特征组合，反之亦然。

提出了一种感测元件，包括：

–磁性传感器，检测第一磁场分量，

–至少一个AC磁场发生器，以给定频率向磁性传感器施加至少一个附加磁场分量，

–其中第一磁场分量和至少一个附加磁场分量彼此正交，

–至少一个解调器，使用给定频率来确定感测元件相对于至少一个附加磁场分量的灵敏度。

根据一个实施例，基于由至少一个AC磁场发生器提供的至少一个附加磁场分量和检测至少一个附加磁场分量的至少一个附加磁场传感器来确定第一磁场分量。

应注意，至少一个磁场分量可以是基带外的电子信号，并且由至少一个附加磁场分量检测的磁场分量可以在该基带内。因此，附加传感器不检测由AC磁场发生器生成的磁场分量。

根据一个实施例，确定第一磁场分量B_i包括：

–基于解调并且可选地滤波的输出信号S_ij·B′_j除以由AC磁场发生器施加的附加磁场分量B′_j，确定灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j，

–将灵敏度S_ij乘以由附加磁性传感器确定的附加磁场分量B_j。

根据一个实施例，基于以下方程确定磁场分量B_i

其中j可以是与方向i正交的任何方向，并且其中S_outi是感测元件的输出信号。

应注意，灵敏度S_ij可通过设计已知。

可选地，i可以是笛卡尔坐标系中的y坐标，以及j可以是x或z坐标中的任一个。

根据一个实施例，每个AC磁场发生器与磁性传感器电屏蔽。

根据一个实施例，磁性传感器是以下任一种：

-垂直霍尔效应设备，

-霍尔板，

-MR传感器，尤其是以下传感器中的至少一种：

–-AMR传感器，

–-GMR传感器，

–-TMR传感器。

根据一个实施例，每个AC磁场发生器的频率或带宽不同于第一磁场分量的频率或带宽。

用于驱动AC磁场发生器的频率可以足够低，以避免如引线框、传感器封装或电屏蔽的导电部分中的任何有害涡流。

根据一个实施例，至少一个AC磁场发生器包括电线或线圈。

与磁性传感器有关的电线或线圈的高精度对准可以是优选的。可选地，使用与磁性传感器相同的制造方法来制造电线或线圈。

根据一个实施例，至少一个AC磁场发生器被实现为片上电线或线圈。

因此，电线或线圈可位于还包括磁性传感器的芯片上。

此外，提供了一种感测***，用于确定至少一个磁场分量，包括：

-第一磁性感测元件，检测y方向上的第一磁场分量B_y，所述第一磁性感测元件包括：

-第一磁性传感器，

-第一AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加x方向上的磁场分量Bx'作为串扰信号，

-提取信号s_yx·B′_x的信号路径，其中S_yx是所述第一磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-第二磁性感测元件，检测x方向上的第二磁场分量B_x，包括：

-第二磁性传感器，

-第一AC磁场发生器，向所述第二磁场传感器施加y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_xy·B′_y的信号路径，其中S_xy是所述第二磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y基于以下方程确定：

其中，

S_outx是所述第二磁性传感器的输出信号，

S_outy是所述第一磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

灵敏度S_xx和S_yy可通过设计已知，或者它们可基于附加AC磁场发生器来确定。

第一磁性传感器和第二磁性传感器被布置为检测彼此正交的主磁场分量。在本示例中，B_y是第一磁性传感器的主磁场分量，而B_x是第二磁性传感器的主磁场分量。

有利地，这种感测***可用作角度感测***，以确定磁场分量B_x和磁场分量B_y之间的角度。

根据一个实施例，

-所述第一磁性感测元件还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_yz·B′_z的信号路径，其中S_yz是所述第一磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-所述第二磁性感测元件还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第二磁场传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_xz·B′_z的信号路径，其中S_xz是所述第二磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-提供第三磁性感测元件，以检测z方向上的第三磁场分量B_z，第三磁性感测元件包括：

-第三磁性传感器，

-两个AC磁场发生器，向所述第三磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'和y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_zx·B′_x的信号路径，其中S_zx是所述第三磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-提取信号S_zy·B′_y的信号路径，其中S_zy是所述第三磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y、B_z基于以下方程确定：

其中

S_outz是所述第三磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

灵敏度S_xx、S_yy和S_zz可通过设计已知，或者它们可基于附加AC磁场发生器来确定。

第一磁性传感器、第二磁性传感器和第三磁性传感器可包括至少一个磁性传感器元件。

第一磁性传感器、第二磁性传感器和第三磁性传感器被布置为检测彼此正交的主磁场分量。在该示例中，B_y是第一磁性传感器的主磁场分量，B_x是第二磁性传感器的主磁场分量，以及B_z是第三磁性传感器的主磁场分量。

根据一个实施例，

-每个AC磁场发生器以频率f_j施加所述磁场分量B′_j，

-提取信号S_ij·B′_j的所述信号路径包括使用所述频率f_j的解调器和可选的滤波器。

根据一个实施例，每个AC磁场发生器的频率f_j不同于磁场分量B_i的频率或带宽。

根据一个实施例，对于每个磁性感测元件，AC磁场发生器与磁性传感器电屏蔽。

根据一个实施例，磁性传感器是以下任一种：

-垂直霍尔效应设备，

-霍尔板。

提出了一种用于计算第一磁场分量的方法，包括：

-通过磁性传感器检测第一磁场分量，

-经由至少一个AC磁场发生器以给定频率施加至少一个附加磁场分量，其中第一磁场分量和至少一个附加磁场分量彼此正交，

-使用给定频率来确定感测元件相对于至少一个附加磁场分量的灵敏度，

-基于由至少一个AC磁场发生器提供的至少一个附加磁场分量和检测至少一个附加磁场分量的至少一个附加磁场传感器来确定第一磁场分量。

根据一个实施例，确定第一磁场分量B_i包括：

-基于解调并且可选地滤波的输出信号S_ij·B′_j除以由所述AC磁场发生器施加的附加磁场分量B′_j，确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j，

-将所述灵敏度S_ij乘以由所述附加磁性传感器确定的附加磁场分量B_j。

根据一个实施例，基于以下方程确定磁场分量B_i

其中j可以是与方向i正交的任何方向，并且其中S_outi是感测元件的输出信号。

提供了一种用于计算至少一个磁场分量的方法，包括：

-第一磁性感测元件，检测y方向上的第一磁场分量B_y，所述第一磁性感测元件包括：

-第一磁性传感器，

-第一AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'作为串扰信号，

-提取信号S_yx·B′_x的信号路径，其中S_yx是所述第一磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-第二磁性感测元件，检测x方向上的第二磁场分量B_x，包括：

-第二磁性传感器，

-第一AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_xy·B′_y的信号路径，其中S_xy是所述第二磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y基于以下方程确定：

其中

S_outx是所述第二磁性传感器的输出信号，

S_outy是所述第一磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

根据一个实施例，

-其中所述第一磁性感测元件还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_yz·B′_z的信号路径，其中S_yz是所述第一磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-其中所述第二磁性感测元件还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_xz·B′_z的信号路径，其中S_xz是所述第二磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-提供了第三磁性感测元件，以检测z方向上的第三磁场分量B_z，所述第三磁性感测元件包括：

-第三磁性传感器，

-两个AC磁场发生器，向所述第三磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'和y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_zx·B′_x的信号路径，其中S_zx是所述第三磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-提取信号S_zy·B′_y的信号路径，其中S_zy是所述第三磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y、B_z基于以下方程确定：

其中

S_outz是所述第三磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

根据一个实施例，

-每个AC磁场发生器以频率f_j施加所述磁场分量B′_j，

-提取信号S_ij·B′_j的所述信号路径包括使用所述频率f_j的解调器和可选的滤波器。

根据一个实施例，该方法连续或间歇地运行。

应注意，该串扰校准可连续或间歇地运行。优选地，串扰确定的带宽可以较小，因为串扰改变的原因通常以缓慢的速度发生(原因可基于机械应力或湿度)。串扰的校准尤其可以按秒缓慢地执行。这有助于节约能源。

此外，提供了一种计算机程序产品，其可直接加载到数字处理设备的存储器中，包括用于执行本文所述方法的步骤的软件代码部分。

附图说明

参考附图示出并说明实施例。这些附图用于说明基本原理，使得仅说明理解基本原理所必需的方面。这些附图不按比例绘制。在附图中，相同的参考标号表示相似的特征。

图1示出了沿x方向对准以检测磁场分量B_y的垂直霍尔效应设备(VHall)；

图2示出了包括用于y通道以确定磁场分量B_y的感测元件、用于x通道以确定磁场分量B_x的感测元件以及用于z通道以确定磁场分量B_z的感测元件的示例性布置。

具体实施方式

本文所描述的示例涉及磁性传感器，在理想情况下，其仅对第一方向上的磁场做出响应。然而，磁性传感器也可以对与第一方向正交的第二方向上的磁场做出响应，其中对第二方向的响应被称为第一方向和第二方向之间的串扰。

通常，磁串扰是不想要的。本文描述的示例进一步参考允许检测串扰量的技术方案。因此，可基于检测到的串扰进行校正。

不想要的串扰的示例

垂直霍尔效应设备可以在x方向上对准，即，接触件在x方向上分开。这种设备可用于检测磁场的y分量B_y。应注意，可使用任何磁阻(MR)传感器代替垂直霍尔效应设备。这种MR传感器可包括以下至少一种：AMR(各向异性MR)传感器、GMR(巨MR)传感器、TMR(隧道MR)传感器。该方法可与MR传感器、霍尔板或垂直霍尔效应设备组合使用。

假设这是没有任何不想要错误的理想设备，其将不会对x方向上的任何磁场B_x或z方向上的任何磁场B_z做出响应。然而，如果机械应力影响设备，其可能对磁场分量B_x和/或B_z做出响应。这种情况可总结如下：

S_outy＝S_yx·B_x+S_yy·B_y+S_yz·B_z，

其中

S_outy是设备的输出信号，

S_yy是设备相对于y方向上的磁场分量(B_y)的磁灵敏度，

S_yx是设备相对于x方向上的磁场分量(B_x)的磁灵敏度，以及

S_yz是设备相对于z方向上的磁场分量(B_z)的磁灵敏度。

通常，以下情况适用

|S_yx|＜＜|S_yy|以及|S_yz|＜＜|S_yy|

因为磁性传感器被设计为主要测量磁场分量B_y，而不是其他磁场分量B_x和/或B_z。

因此，磁灵敏度S_yx和S_yz是不想要的，并且可能源于例如由机械应力引起的误差。

然而，应注意，机械应力只是可导致磁串扰的一个示例。还存在一些其他现象也可能导致电磁串扰，其可能是传感器设备固有的(诸如移动离子和向外扩散、湿气进入)和/或可能源于环境(诸如在传感器的使用寿命期间改变其位置的附近的黑色金属物(ferrousobjects))。

本文描述的示例建议使用至少一个AC磁场发生器(AC：交流电)，其将至少一个磁场施加于经受磁串扰的磁场传感器元件。

应注意，AC磁场发生器可产生可能是但不限于正弦波形的信号。AC磁场发生器尤其可编译随时间变化的任何信号。信号的形状可以为***或应用所知。由AC磁场发生器编译的这种信号的一个示例是脉冲序列。

有用信号的带宽可以允许区分基于AC磁场发生器生成的信号的磁场分量与(将要)被测的磁场分量的方式而分离。

在本文描述的示例中，假设传感器元件理想地响应磁场分量B_y。然后，AC磁场发生器能够在x或z方向上施加磁场，即，磁场分量B_x或B_z。

在没有任何磁串扰的情况下，传感器元件不会基于磁场分量B_x或B_z产生任何结果。然而，在存在磁串扰的情况下，传感器元件响应磁场分量B_x和/或B_z。

图1示出了作为示例性传感器元件101的沿x方向对准以检测磁场分量B_y的垂直霍尔效应设备(VHall)。传感器元件101以俯视透视图(即，芯片表面的视图)示出。传感器元件101包括五个接触件，其中外边两个接触件连接至地，中间的接触件经由电流源104接地。电流源104提供电流I_sup。在第二和第四接触件之间，提供输出信号S_outy。

AC磁场发生器的第一示例是传感器元件101上方的电线103。为了施加磁场分量B_x，电线103沿y方向对准。

磁场发生器的第二示例是传感器元件101上方的电线102。该电线102具有围绕传感器元件101以生成磁场分量B_z的半环或环的形状。

因此，图1示出了如何经由AC磁场发生器向传感器元件101提供附加磁场分量B_x和B_z的示例。

尤其可经由以下步骤确定磁场分量B_y：

(1)提供AC磁场发生器，以施加磁场分量B_x'和B_z'(优选在高对准精度下)。

例如，可以提供线圈，其在霍尔元件附近的芯片的互连层上实施。

已知电流I_x'和I_z'被注入线圈。

线圈具有线圈常数CC_x和CC_z(通过设计已知，例如通过数值仿真)。因此，以下适用：

B′_x＝CC_x·I′_x以及

B′_z＝CC_z.I′_z.

因此，由AC磁场发生器提供的磁场分量B_x'和B_z'是已知的。

(2)磁场分量B_x'和B_z'使用不同频率(即，用于磁场分量B_x'的频率f_x'和用于磁场分量B_z'的频率f_z')的AC来提供。优选地，频率f_x'和f_z'中的每一个都不同于磁场分量B_y的频率预期的带宽。

(3)提供信号路径来提取磁场分量B_x'和B_z'。

例如，可以提供滤波器来滤波频率f_x'和f_z'。经由这种滤波器在信号路径上提供的输出信号等于

S_yx·B′_x以及

S_yz·B′_z，

它们由***测量和/或记录。

(4)估计灵敏度矩阵{S_yx，S_yy，S_yz}。

灵敏度S_yy通过设计给出。例如，已知霍尔元件的几何结构和材料参数通过半导体工艺的布局和技术来限定。其也可以取决于霍尔元件的供电电流，这由电路决定。

***将两个记录信号除以B_x'和B_z'(***已知，参见上文)，由此得到灵敏度S_yx和S_yz。

(5)确定磁场分量B_x和B_z(在包括所测量磁场分量的带宽的有用信号的带宽内)。

这可以使用两个磁场传感器来实现，诸如霍尔传感器或MR传感器，每个磁场分量B_x和B_z对应一个传感器。

(6)以下等式为磁场分量B_y求解：

S_outy＝S_yx·B_x+S_yy·B_y+S_yz·B_z.

因此：

S_outy已知为主信号路径的输出信号，即，低频基带(频率f₀处)，其低于频率f_x'和f_z'。

S_yx是基于记录信号S_yxB_x'的灵敏度，其除以已知磁场分量B_x'。B_x是由附加霍尔传感器检测的磁场分量。

S_yz是基于记录信号S_yzB_z'的灵敏度，其除以已知磁场分量B_z'。B_z是由又一个霍尔传感器检测的磁场分量。

灵敏度S_yy通过设计已知。

图2示出了示例性布置，其包括用于y通道以确定磁场分量B_y的感测元件201、用于x通道以确定磁场分量B_x的感测元件202以及用于z通道以确定磁场分量B_z的感测元件203。

感测元件201包括传感器元件204(例如，磁场传感器，如垂直霍尔效应设备VHall)、放大器205、低通滤波器206、解调器207、低通滤波器208、解调器209和低通滤波器210。

感测元件201还包括在串扰方向(即B_x'和B_z')施加AC磁场的电线或线圈。源于AC磁场发生器的这些磁场也可被视为用于校准目的的磁场。它们可优选地内部(即，在感测元件201内)生成。

如上所述，AC磁场发生器以f_x频率提供磁场分量B_x'，而另一AC磁场发生器以f_z频率提供磁场分量B_z'，其中两个频率f_x和f_z有利地彼此不同。传感器元件204的输出经由放大器传送到

-低通滤波器206，

-解调器207，以及

-解调器209。

解调器207使用通过低通滤波器208馈送的频率f_x来提供输出信号S_yx·B′_x。优选地，提供给解调器的频率和提供给AC磁场发生器的频率是锁相的。

解调器209使用通过低通滤波器210馈送的频率f_z来提供输出信号S_yz·B′_z。

低通滤波器206可具有小于任何频率f_x和f_z的截止频率。低通滤波器208可具有小于频率f_x的截止频率，并且低通滤波器210可具有小于频率f_z的截止频率。

上述同样适用于感测元件202和203：

感测元件202包括传感器元件214(例如，磁场传感器，如垂直霍尔效应设备VHall)、放大器215、低通滤波器216、解调器217、低通滤波器218、解调器219和低通滤波器220。

感测元件202还包括在串扰方向(即B_y'和B_z')上施加AC磁场的电线或线圈。源于AC磁场发生器的这些磁场也可被视为用于校准目的的磁场。它们可优选地内部(即，在感测元件202内)生成。

如上所述，AC磁场发生器以频率f_y提供磁场分量B_y'，而另一AC磁场发生器以频率f_z提供磁场分量B_z'，其中两个频率f_y和f_z有利地彼此不同。传感器元件214的输出经由放大器传送到

-低通滤波器216，

-解调器217，以及

-解调器219。

解调器217使用通过低通滤波器218馈送的频率f_y来提供输出信号S_xy·B′_y。

解调器219使用通过低通滤波器220馈送的频率f_z来提供输出信号S_xz·B′_z。

低通滤波器216可具有小于任何频率f_y和f_z的截止频率。低通滤波器218可具有小于频率f_y的截止频率，并且低通滤波器220可具有小于频率f_z的截止频率。

感测元件203包括传感器元件224(例如，磁场传感器，如霍尔板)、放大器225、低通滤波器226、解调器227、低通滤波器228、解调器229和低通滤波器230。

感测元件203还包括在串扰方向(即B_x'和B_y')施加AC磁场的电线或线圈。源于AC磁场发生器的这些磁场也可被视为用于校准目的的磁场。它们可优选地内部(即，在感测元件203内)生成。

如上所述，AC磁场发生器以f_x频率提供磁场分量B_x'，而另一AC磁场发生器以f_y频率提供磁场分量B_y′，其中两个频率f_x和f_y有利地彼此不同。传感器元件224的输出经由放大器传送到

-低通滤波器226，

-解调器227，以及

-解调器229。

解调器227使用通过低通滤波器228馈送的频率f_x来提供输出信号S_zx·B′_x。

解调器229使用通过低通滤波器230馈送的频率f_y来提供输出信号S_zy·B′_y。

低通滤波器226可具有小于任何频率f_x和f_y的截止频率。低通滤波器228可具有小于频率f_x的截止频率，并且低通滤波器230可具有小于频率f_y的截止频率。

传感器元件204、214和224各自感测彼此正交的磁场分量。

感测元件201-203的输出信号如下：

S_outy＝S_yx·B_x+S_yy·B_y+S_yz·B_z，

S_outx＝S_xx·B_x+S_xy·B_y+S_xz·B_z，

S_outz＝S_zx·B_x+S_zy·B_y+S_zz·B_z，

感测元件201使用解调器207和209来确定(例如，估计)串扰灵敏度S_yx和S_yz。

感测元件202使用解调器217和219来确定(例如，估计)串扰灵敏度S_xy和S_xz。

感测元件203使用解调器227和229来确定(例如，估计)串扰灵敏度S_zx和S_zy。

上述三个等式可按照矢量形式概括如下：

灵敏度矩阵S包含灵敏度，其通过设计已知(对于S_xx、S_yy、S_zz)或者经由校准场(即，源于使用频率f_x、f_y和f_z的AC磁场发生器的磁场分量B_x′、B_y′和B_z′)确定。

灵敏度矩阵S可反转为S^-1。磁场分量B_x、B_y和B_z可经由该反转灵敏度矩阵S^-1确定如下：

因此，具有三个感测元件201、202和203的***(也称为3D***)允许在单个步骤中计算所有三个正交磁场分量B_x、B_y和B_z。

每个感测元件201-203尤其可具有两个AC磁场发生器(线圈)，其在感测元件的标称感测方向之外的其他两个相应方向上施加磁场分量。

解调器和附接的低通滤波器允许提取线圈的信号和测量(估计)交叉灵敏度(即，具有不同指数的灵敏度)。

应注意，放大器205、215或225中的任何一个是可选的。

进一步的实施例和优点

在图2所示的示例性实施例中，没有电线或线圈在相应感测元件的磁场分量的方向上建立AC磁场发生器，即，不为感测元件201生成磁场分量B_y'，不为感测元件202生成磁场分量B_x'，以及不为感测元件203生成磁场分量B_z'。这是一个选项，因为灵敏度S_xx、S_yy和S_zz可通过设计已知。

然而，还存在为这些附加磁场分量提供AC磁场发生器以确定灵敏度S_xx、S_yy和S_zz的选项。如果灵敏度S_xx、S_yy和S_zz的精度太低，这可能尤其适用。在这种情况下，可经由附加频率f_x、f_y、f_z(在感测元件201的情况下为频率f_y；在感测元件202的情况下为频率f_x，以及在感测元件203的情况下为频率f_z)来激发主磁场分量。此外，还必须提供使用该附加频率的解调器以及随后的低通滤波器。

如果必须通过***以高精度测量单个磁场分量(例如，磁场分量B_y)，则只有感测元件201(检测y方向)可必须设置有AC磁场发生器，其提供串扰校准场B_x'和B_z'。在这种情况下，***使用感测元件202和203(在这种情况下都没有AC磁场发生器)以中等精度测量磁场分量B_x和B_z。这对于整体精度来说可仍然足够且有用，因为磁场分量B_x和B_z对于通过测量磁场分量来说只是次要的(它们是磁场分量B_y的测量的二阶误差)。

现有技术知道用于自动校准的具有芯片上电线的磁性传感器(霍尔)。区别在于，在现有技术中，芯片上电线在z霍尔上生成B_z场，在x-VHall上生成B_x场，以及在y-VHall上生成B_y场。

另一种选项是只提供两个感测元件来检测磁场分量B_x和B_y。在没有(显著的)磁场分量B_z影响感测元件(图2中的201和202)的任何感测元件的情况下，这种使用情况可尤其变得重要。这种应用可有利于高精度角度传感器测量(在这种情况下，关于磁场分量B_x和B_y之间的角度)。

有一种选项是，可以在用于(由AC磁场发生器)生成AC信号的传导路径与磁性传感器之间放置电屏蔽或任何电屏蔽装置。这避免了不想要的电耦合。电屏蔽优选耦合至地。在一个或多个示例中，本文描述的功能可至少部分地在硬件中实施，诸如特定的硬件部件或处理器。更一般地，这些技术可以在硬件、处理器、软件、固件或任何它们的组合中实施。如果在软件中实施，则这些功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或作为一个或多个指令或代码传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括与诸如数据存储介质的有形介质相对应的计算机可读存储介质，或者包括有助于计算机程序例如根据通信协议从一个地方传送到另一个地方的任何介质的通信介质。以这种方式，计算机可读介质通常可对应于(1)非暂时性的有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是可由一个或多个计算机或者一个或多个处理器访问以检索用于实施本公开所述技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包括计算机可读介质。

作为示例但不限制，这种计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁性存储设备、闪存、或者可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码且可由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接被恰当地称为计算机可读介质，即，计算机可读传输介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(诸如红外、无线电和微波)都包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬态介质，而是指向非瞬态、有形存储介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中，磁盘通常以磁性地再生数据，而光盘利用激光光学地再生数据。上述组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，本文所使用的术语“处理器”可指前述结构中的任一种或者适合于实施本文所述技术的任何其它结构。此外，在一些方面中，本文描述的功能可以在被配置用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内提供，或者结合到组合编码解码器中。此外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实施。

本公开的技术可以在各种设备或装置中实施，包括无线手持机、集成电路(IC)或IC集合(例如，芯片集)。本公开描述了各种部件、模块或单元，以强调被配置为执行所公开技术的设备的功能方面，但不一定要求通过不同的硬件单元实现。相反，如上所述，各种单元可以组合在单个硬件单元中，或者由互操作硬件单元的集合(包括上述一个或多个处理器)连同适当的软件和/或固件来提供。

尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改来实现本发明的一些优点。本领域技术人员应理解，可以适当地替换执行相同功能的其它部件。应当提及，参照特定附图解释的特征可以与其他附图的特征相结合，即使在没有明确提及这一点的情况下也是如此。此外，本发明的方法可以在使用适当处理器指令的所有软件实施中实现，或者在利用硬件逻辑和软件逻辑的混合实施中实现以实现相同结果。对本发明概念的这种修改被所附权利要求所涵盖。

Claims (23)

1.一种感测元件(201)，包括：

-磁性传感器(204)，检测第一磁场分量，

-至少一个AC磁场发生器，以给定频率向所述磁性传感器施加至少一个附加磁场分量，

-其中所述第一磁场分量和所述至少一个附加磁场分量彼此正交，所述磁性传感器基于所述第一磁场分量和所述至少一个附加磁场分量产生输出信号，

-至少一个解调器，使用所述给定频率来解调输出信号以产生解调的输出信号，

其中基于所述解调的输出信号S_ij·B′_j除以由所述AC磁场发生器施加的附加磁场分量B′_j，确定所述感测元件相对于所述至少一个附加磁场分量的灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

2.根据权利要求1所述的感测元件，其中基于由所述至少一个AC磁场发生器提供的所述至少一个附加磁场分量和检测所述至少一个附加磁场分量的至少一个附加磁性传感器来确定所述第一磁场分量。

3.根据权利要求2所述的感测元件，其中确定所述第一磁场分量B_i包括：

-将所述灵敏度S_ij乘以由所述附加磁性传感器确定的附加磁场分量B_j。

4.根据权利要求2所述的感测元件，其中基于以下方程确定所述第一磁场分量B_i

其中j可以是与方向i正交的任何方向，并且其中S_outi是所述感测元件的输出信号，S_ij是所确定的灵敏度，B_j是由所述附加磁性传感器确定的附加磁场分量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中每个AC磁场发生器与所述磁性传感器电屏蔽。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的感测元件，其中所述磁性传感器是以下任一种：

-垂直霍尔效应设备，

-霍尔板，

-MR传感器，选自以下传感器中的至少一种：

–-AMR传感器，

–-GMR传感器，

–-TMR传感器。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的感测元件，其中每个AC磁场发生器的频率或带宽不同于所述第一磁场分量的频率或带宽。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的感测元件，其中所述至少一个AC磁场发生器包括电线或线圈。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的感测元件，其中所述至少一个AC磁场发生器实现为片上电线或线圈。

10.一种感测***，用于确定至少一个磁场分量，包括：

-第一磁性感测元件(201)，检测y方向上的第一磁场分量B_y，所述第一磁性感测元件包括：

-第一磁性传感器(204)，

-第一AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加x方向上的磁场分量Bx'作为串扰信号，

-提取信号S_yx·B′_x的信号路径，其中S_yx是所述第一磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-第二磁性感测元件(202)，检测x方向上的第二磁场分量B_x，所述第二磁性感测元件包括：

-第二磁性传感器(214)，

-第一AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_xy·B′_y的信号路径，其中S_xy是所述第二磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y基于以下方程确定：

其中，

S_outx是所述第二磁性传感器的输出信号，

S_outy是所述第一磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

11.根据权利要求10所述的感测***，

-其中所述第一磁性感测元件(201)还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_yz·B′_z的信号路径，其中S_yz是所述第一磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-其中所述第二磁性感测元件(202)还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_xz·B′_z的信号路径，其中S_xz是所述第二磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-所述感测***包括第三磁性感测元件(203)，检测z方向上的第三磁场分量B_z，所述第三磁性感测元件包括：

-第三磁性传感器(224)，

-两个AC磁场发生器，向所述第三磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'和y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_zx·B′_x的信号路径，其中S_zx是所述第三磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-提取信号S_zy·B′_y的信号路径，其中S_zy是所述第三磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y、B_z基于以下方程确定：

其中

S_outz是所述第三磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

12.根据权利要求10或11中所述的感测***，

-其中每个AC磁场发生器以频率f_j施加所述磁场分量B′_j，

-其中提取信号S_ij·B′_j的所述信号路径包括使用所述频率f_j的解调器。

13.根据权利要求12所述的感测***，其中每个AC磁场发生器的频率f_j不同于磁场分量B_i的频率或带宽。

14.根据权利要求10、11或13中任一项所述的感测***，其中对于每个磁性感测元件，所述AC磁场发生器与所述磁性传感器电屏蔽。

15.根据权利要求10、11或13中任一项所述的感测***，其中所述磁性传感器是以下任一种：

-垂直霍尔效应设备，

-霍尔板。

16.一种用于计算第一磁场分量的方法，包括：

-通过感测元件的磁性传感器(204)检测第一磁场分量，

-经由至少一个AC磁场发生器以给定频率施加至少一个附加磁场分量，其中所述第一磁场分量和所述至少一个附加磁场分量彼此正交，基于所述第一磁场分量和所述至少一个附加磁场分量产生输出信号

-使用所述给定频率来解调输出信号以产生解调的输出信号，其中基于所述解调的输出信号S_ij·B′_j除以由所述AC磁场发生器施加的附加磁场分量B′_j，确定所述感测元件相对于所述至少一个附加磁场分量的灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j，

-基于由所述至少一个AC磁场发生器提供的所述至少一个附加磁场分量和检测所述至少一个附加磁场分量的至少一个附加磁性传感器来确定所述第一磁场分量。

17.根据权利要求16所述的方法，其中确定所述第一磁场分量B_i包括：

-将所述灵敏度S_ij乘以由所述附加磁性传感器确定的附加磁场分量B_j。

18.根据权利要求17所述的方法，其中基于以下方程确定所述磁场分量B_i：

其中j可以是与方向i正交的任何方向，并且其中S_outi是所述感测元件的输出信号，S_ij是所确定的灵敏度，B_j是由所述附加磁性传感器确定的附加磁场分量。

19.一种用于计算至少一个磁场分量的方法，包括：

-第一磁性感测元件(201)，检测y方向上的第一磁场分量B_y，所述第一磁性感测元件包括：

-第一磁性传感器(204)，

-第一AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'作为串扰信号，

-提取信号S_yx·B′_x的信号路径，其中S_yx是所述第一磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-第二磁性感测元件(202)，检测x方向上的第二磁场分量B_x，所述第二磁性感测元件包括：

-第二磁性传感器(214)，

-第一AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_xy·B′_y的信号路径，其中S_xy是所述第二磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y基于以下方程确定：

其中

S_outx是所述第二磁性传感器的输出信号，

S_outy是所述第一磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

20.根据权利要求19所述的方法，

-其中所述第一磁性感测元件(201)还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第一磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_yz·B′_z的信号路径，其中S_yz是所述第一磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-其中所述第二磁性感测元件(202)还包括：

-第二AC磁场发生器，向所述第二磁性传感器施加z方向上的磁场分量B_z'作为串扰信号，

-提取信号S_xz·B′_z的信号路径，其中S_xz是所述第二磁性传感器在z方向上的灵敏度，

-包括第三磁性感测元件(203)，检测z方向上的第三磁场分量B_z，所述第三磁性感测元件包括：

-第三磁性传感器(224)，

-两个AC磁场发生器，向所述第三磁性传感器施加x方向上的磁场分量B_x'和y方向上的磁场分量B_y'作为串扰信号，

-提取信号S_zx·B′_x的信号路径，其中S_zx是所述第三磁性传感器在x方向上的灵敏度，

-提取信号S_zy·B′_y的信号路径，其中S_zy是所述第三磁性传感器在y方向上的灵敏度，

-其中至少一个磁场分量B_x、B_y、B_z基于以下方程确定：

其中

S_outz是所述第三磁性传感器的输出信号，

其中基于信号S_ij·B′_j除以由相应AC磁场发生器施加的已知的磁场分量B′_j来确定所述灵敏度S_ij，其中i，j∈{x，y，z}且i≠j。

21.根据权利要求19或20所述的方法，

-其中每个AC磁场发生器以频率f_j施加所述磁场分量B′_j，

-其中提取信号S_ij·B′_j的所述信号路径包括使用所述频率f_j的解调器。

22.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，所述方法连续或间歇地运行。

23.一种计算机可读介质，包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可直接加载到数字处理设备的存储器中，包括用于执行权利要求16至21中任一项所述方法的步骤。

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