CN114413749A - 磁场感测装置及磁场感测方法 - Google Patents

磁场感测装置及磁场感测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁场感测装置及磁场感测方法，旨在通过切换电路使第一组磁传感器、第二组磁传感器内的每个磁传感器依时序交替处于对应的第一工作状态和第二工作状态，从而交替产生一个对应于第一工作状态的信号输出和一个对应于第二工作状态的信号输出，进而消除了由于径向磁化的磁源的微小错位而导致的误差，并且可以同时得到用于确定与目标磁场源相关联的角度信息的第一差动输出和第二差动输出，由此，输出处理电路对于最终的第一差动输出和第二差动输出的形成不会存在时间上的差异性。采用本发明的技术方案不仅具有较高的输出带宽，还具有极低的时延误差，同时还具有抗外界电磁干扰的特性。

Description

磁场感测装置及磁场感测方法
技术领域
本发明涉及用于测量旋转角度的传感器的技术领域，特别涉及磁角度传感器的技术领域。
背景技术
量测一物体的旋转角度，如一齿轮或一机械装置的旋转轴；或量测一移动物件的位置与移动信息如阀门的开关行程等在工业、汽车、甚至商用领域均扮演重要的角色，该量测可实现各种***的监测与报警，如空转滑动等、各种自动的动作回授控制，如动作或姿态控制、或各种操作的触发等。在上述应用领域中，多以磁感测实现各种量测，这是因为磁感测有非接触量测、优异的抗震动、抗磨损与抗油污特性，以及能够提供足够的精准度与反应速度等优点。
一般来说，测量转动角度或是位置的装置包含一个磁传感器与一个磁编码器，磁编码器通常由一永久磁铁构成，其中有规律并南极北极交替排列的磁化区域，这样的结构产生了周期变化的磁场强度与方向，此磁场即为讯号；磁传感器则侦测此磁场的强度或是方向变化，产生一电信号的输出。现今广为使用的磁传感器中有以霍尔效应、各向异性磁阻、巨磁阻、以及穿隧磁阻等原理设计的器件；其中霍尔器件为历史最久，应用范围最广的一种技术，其与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺的极佳兼容性与相对较小的传感器尺寸，使其无论在IC（Integrated CircuitChip，芯片）尺寸与后段的封装方面都拥有最佳的成本效率。
图1示出了现有技术中包括四个磁传感器和控制电路的磁场感测装置的电路结构示意图，图2示出了图1中的磁场感测装置对应的目标磁场源（磁编码器）的结构示意图，图3示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器的放置在磁铁上的结构示意图，图4A示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第一设置下的极性配置的示意图，图4B示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第二设置下的极性配置的示意图。
如图1-图3所示，现有技术US8030916B2揭露了一种可测量的磁场感测装置，该磁场感测装置中包括四个磁传感器、四个放大器、四个信号调节器、一个信号相加装置。其中，四个磁传感器的信号输出端与四个放大器的输入端一一对应电连接，四个放大器的输出端再与四个信号调节器一一对应电连接，从而形成四路独立的输出，该四路独立输出电连接至一个信号相加装置。
现有技术中，将该四个磁传感器（10’、11’、12’、13’）作为一个整体，通过图1中的与每个磁传感器一一对应的信号调节器，将四个磁传感器交替设定成第一设置和第二设置，以交替产生第一状态输出和第二状态输出。该第一设置和第二设置用于对每个磁传感器输出信号的极性符号进行配置，然后将四个磁传感器的输出乘以相应的极性符号后再在信号相加装置内进行相加运算得到第一状态输出和第二状态。例如，在第一设置下，将磁传感器10’与磁传感器11’的输出乘上一正号；将磁传感器12’与磁传感器13’的输出乘上一负号(反向)，随后将该第一设置下的四个输出通过信号相加装置运算后得到第一总和值，即得到对应第一时间点的第一状态输出。在第二设置下，将磁传感器10’与磁传感器13’的输出乘上一负号；将磁传感器11’与磁传感器12’的输出乘上一正号，随后将该第二设置下的四个输出通过信号相加装置运算后得到第二总和值，即得到对应第二时间点的第二状态输出。
当磁铁9’沿顺时针方向旋转时，该第一状态输出会呈现一第一弦波的波形变化，该第二状态输出会呈现一第二弦波的波形变化；该第一弦波与第二弦波相位差为90度，即其中一为正弦波，另一为余弦波。基于该第一状态输出与第二状态输出可计算出目标磁场源相关联的旋转角度信息。
现有技术中，产生的第一状态输出需要通过将四个磁传感器的输出结果在信号相加装置内进行相加，产生的第二状态输出也需要通过将四个磁传感器的输出结果在信号相加装置内进行相加，故该磁场感测装置对于第一状态输出和第二状态输出的采集只能是分时采集的，此时间上的差异将不可避免地导致最终通过运算产生的角度信息带有误差。
示例性地，以GHALL作为该磁传感器10’的电放大系数的磁场的振幅B0，由以下方程式给出，并取决于角度α：
B10’=B0·sin(α)。
因此，如图4A所示，在第一设置下，所有磁传感器的总***信号由磁传感器10’、磁传感器11’、磁传感器12’和磁传感器13’提供给信号输出等于：
VK1=B0·GHALL·(+sin(α+45°)-sin(α+135°)-sin(α+225°)+ sin(α+315°))。
转换后结果为：
VK1=2√2·B0·GHALL·sin(α)。
因此，如图4B所示，在第二设置下，所有磁传感器的总***信号由磁传感器10’、磁传感器11’、磁传感器12’和磁传感器13’提供给信号输出等于：
VK2=2√2·B0·GHALL·cos(α)。
基于第一设置提供给信号输出的结果和第二设置提供给信号输出的结果，执行以下计算，可求出角度信息：
α=arctan(VK1:VK2)。
现有技术中，产生的第一状态输出需要通过将四个磁传感器的输出结果在信号相加装置内进行相加，产生的第二状态输出也需要通过将四个磁传感器的输出结果在信号相加装置内进行相加，故该磁场感测装置对于第一状态输出和第二状态输出的采集只能是分时采集的，此时间上的差异将不可避免地导致最终通过运算产生的角度信息带有误差。其针对第二状态输出的采样并非是当下的绝对值，而是与第一状态输出的位置所对应的值再加上时间平移后的输出结果。一般地，针对第二状态输出的采样误差与待测物体转动的速度成正比例关系，这造成了对于需要瞬时角度信息的应用来说会有不确定的准确度问题。
此外，若该磁场感测装置为数字输出，则因为使用信号调节器所交替设定形成的第一设置与第二设置的工作机制，数字化采样输出也势必交替进行，从而该磁场感测装置的反应带宽势必降低为采样带宽的二分之一，对于需要高速反应的应用来说，是一种不可避免的限制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新的磁场感测装置及磁场感测方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
根据本发明的一方面，提供一种磁场感测装置，所述磁场感测装置包括：第一组磁传感器和第二组磁传感器，所述第一组磁传感器和第二组磁传感器位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器均包括至少两个磁传感器；至少一个切换电路，所述至少一个切换电路分别与所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器电连接，用于使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；输出处理电路，所述输出处理电路与所述至少一个切换电路电连接，以接收并处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
可选地，所述输出处理电路以如下方式处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出：对所述第一组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第一组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第一差动输出；对所述第二组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第二组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第二差动输出。
进一步地，每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
进一步地，每个所述磁传感器的所述四个接点电连接至所述至少一个切换电路，所述至少一个切换电路通过按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
进一步地，所述磁场感测装置还包括：至少一个放大器，所述至少一个放大器电连接于所述至少一个切换电路与所述输出处理电路之间，所述至少一个放大器用于放大所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出，并将放大后的所述信号输出输入至所述输出处理电路。
进一步地，所述至少一个切换电路包括第一切换电路和第二切换电路，所述第一切换电路与所述第一组磁传感器电连接，用于使所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器交替地产生对应至少两个不同工作状态的信号输出，所述第二切换电路与所述第二组磁传感器电连接，用于使所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器交替地产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
进一步地，所述至少一个放大器包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器电连接于所述第一切换电路与所述输出处理电路之间，用于放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出，所述第二放大器电连接于所述第二切换电路与所述输出处理电路之间，用于放大所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出；其中，所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率独立调节。
进一步地，所述磁场感测装置还包括：校正装置，所述校正装置存储有所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器中的每个所述磁传感器对应的校正信息；所述输出处理电路电连接于所述校正装置与所述第一放大器和所述第二放大器之间，所述输出处理电路将从所述校正装置获取到的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别反馈至所述第一放大器和所述第二放大器，以分别调整所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率。
进一步地，所述磁场感测装置还包括：结果输出模块，所述结果输出模块与所述输出处理电路的输出端电连接，以按照预设的模式输出所述角度信息。
进一步地，所述磁场感测装置还包括基板，所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器设置在所述基板的同一侧上。
可选地，所述磁传感器是水平霍尔传感器，用以感测垂直于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
可选地，所述磁传感器是垂直霍尔传感器，用以感测平行于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
可选地，所述磁传感器是磁阻式传感器，用以感测平行或垂直于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
可选地，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。
根据本发明实施例的另一方面，还提供一种磁场感测方法所述方法包括：提供第一组磁传感器和第二组磁传感器，所述第一组磁传感器和第二组磁传感器位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器均包括至少两个磁传感器；驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
进一步地，所述处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出包括：对所述第一组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第一组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第一差动输出；对所述第二组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第二组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第二差动输出。
进一步地，每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
进一步地，所述驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出包括：按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
进一步地，在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出。
进一步地，所述在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出包括：使用第一放大器放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出，使用第二放大器放大所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出；其中，所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率独立调节。
进一步地，在放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出和所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出之前，根据预存的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别调整所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率。
进一步地，在确定出与所述目标磁场源相关联的角度信息后，按照预设的模式输出所述角度信息。
进一步地，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。
本发明实施例提供的磁场感测装置及磁场感测方法，旨在通过切换电路，使第一组磁传感器、第二组磁传感器内的每个磁传感器依时序交替处于对应的第一工作状态和第二工作状态，从而交替产生一个对应于第一工作状态的信号输出和一个对应于第二工作状态的信号输出，进而消除了由于径向磁化的磁源的微小错位而导致的误差，并且可以同时得到用于确定与目标磁场源相关联的角度信息的第一差动输出和第二差动输出，由此，输出处理电路对于最终的第一差动输出和第二差动输出的形成不会存在时间上的差异性。因此，采用本发明的技术方案不仅具有较高的输出带宽，还具有极低的时延误差，同时还具有抗外界电磁干扰的特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。
图1示出了现有技术中包括四个磁传感器和控制电路的磁场感测装置的电路结构示意图。
图2示出了图1中的磁场感测装置对应的目标磁场源（磁编码器）的结构示意图。
图3示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器的放置在磁铁上的结构示意图。
图4A示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第一设置下的极性配置的示意图。
图4B示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第二设置下的极性配置的示意图。
图5示出了本发明实施例的磁场感测装置的电路结构示意图。
图6示出了图5中的四个磁传感器与目标磁场源配置的上视结构示意图。
图7示出了图5中的四个磁传感器与目标磁场源配置的侧视结构示意图。
图8示出了本发明磁场感测装置在图7的配置下无外界磁场干扰下的磁场感测装置的四个第一信号输出的磁场强度示意图。
图9示出了本发明磁场感测装置在图7的配置下有外界磁场干扰下的磁场感测装置的四个第一信号输出的磁场强度示意图。
图10示出了本发明磁场感测装置的角度运算原理图。
图11-图12分别示出了本发明实施例所提供的磁场感测装置中的每个磁传感器结构的具体示例性示意图。
图13示出了本发明又一种实施例的磁场感测装置的电路结构示意图。图14示出了本发明实施例的磁场感测方法的操作流程图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
有鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明的目的是为了能够提供一种具有高输出带宽、极低延时误差、抗外界干扰磁场的转动角度磁场感测装置。因此，研究一种新的磁场感测装置变得尤为重要。
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
图5示出了本发明实施例的磁场感测装置的电路结构示意图，图6示出了图5中的四个磁传感器与目标磁场源配置的上视结构示意图，图7示出了图5中的四个磁传感器与目标磁场源配置的侧视结构示意图。
如图5-图7所示，本发明实施例的磁场感测装置包括：第一组磁传感器101和第二组磁传感器102，至少一个切换电路400，以及输出处理电路600；所述第一组磁传感器101和第二组磁传感器102位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器101和所述第二组磁传感器102均包括至少两个磁传感器；其中，每个磁传感器输出与由每个磁传感器测量的磁场强度成比例的电压。所述至少一个切换电路400分别与所述第一组磁传感器101和所述第二组磁传感器102电连接，用于使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；也即，该第一组磁传感器101内的每个磁传感器会分别交替产生对应至少两种不同工作状态的信号输出，该第二组磁传感器102内的每个磁传感器也会分别交替产生对应至少两种不同工作状态的信号输出。所述输出处理电路600与所述至少一个切换电路400电连接，以接收并处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器101的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器102的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
本发明实施例中，切换电路400分别与第一组磁传感器101和第二组磁传感器102电连接，用于使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出。为了表示简便起见，示例性地，该切换电路400可以将第一组磁传感器101、第二组磁传感器102内的每个磁传感器分别在第一时序的第一工作状态下各产生一个对应于第一工作状态的状态输出，以及分别在第二时序的第二工作状态下各产生一个对应于第二工作状态的状态输出。其中，第一时序的第一工作状态和第二时序的第二工作状态依时序交替产生。故，通过所述切换电路400，可使第一组磁传感器101、第二组磁传感器102内的每个磁传感器依时序交替处于对应的第一工作状态和第二工作状态，从而交替产生一个对应于第一工作状态的信号输出和一个对应于第二工作状态的信号输出，进而消除了由于径向磁化的磁源的微小错位而导致的误差。
由此，所述输出处理电路600将依时序采样接收到对应第一组磁传感器101的四个不同的信号输出，并对该四个不同的信号输出进行预设的加减运算，以得到所述第一差动输出；所述输出处理电路600将依时序采样接收到对应第二组磁传感器102的四个不同的信号输出，并对该四个不同的信号输出进行预设的加减运算，以得到所述第二差动输出。示例性地，如图5所示，所述第一组磁传感器101与所述输出处理电路600之间用四个连线表示传递的四个不同的信号；所述第二组磁传感器102与所述输出处理电路600之间也用四个连线表示传递的四个不同的信号。
也即，用于确定与所述目标磁场源相关联的角度信息的第一差动输出和第二差动输出可以同时得到，故所述输出处理电路600对于最终的所述第一差动输出和所述第二差动输出的形成不会存在时间上的差异性。因此，采用本发明所提供的技术方案不仅具有较高的输出带宽，还具有极低的时延误差。
示例性地，在本发明实施例中，所述第一组磁传感器101包括磁传感器1A和磁传感器1B，所述第二组磁传感器102包括磁传感器2A和磁传感器2B。具体地，所述磁场感测装置还包括基板1000，所述第一组磁传感器101和所述第二组磁传感器102设置在所述基板1000的同一侧上。所述基板1000的平面平行于X-Y平面，并且该四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）形成一个二乘二的正方形阵列，目标磁场源为一径向单向配向的圆柱形永久磁铁900（也称之为磁编码器），其圆形截面平行基板1000的平面，而永久磁铁900圆柱的高度与Z方向平行。该永久磁铁900配置于该基板1000的上方或下方均可，该四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）所形成正方形阵列的几何中心与该永久磁铁900的圆心重合，相邻的两个磁传感器之间的距离相等，即，磁传感器1A与磁传感器2A间距、磁传感器1A与磁传感器2B间距、磁传感器2A与磁传感器1B间距、以及磁传感器1B与磁传感器2B间距均相等。磁传感器1A与磁传感器1B配置于正方形阵列的对角线位置，且平行Y方向；磁传感器2A与磁传感器2B配置于正方形阵列的对角线位置，且平行X方向；该永久磁铁900的N极配置于-X方向，S极配置于+X方向，该永久磁铁900的磁极边界平行Y轴并通过该永久磁铁900的圆心。
需要说明的是，为了表示简单起见，上述图5-图7中所示的实施例为包括四个磁传感器的磁场感测装置，而实际关于中心对称的任何磁场感测装置都可以用于本发明。例如，可以将八个磁传感器放置在同一平面上的呈中心对称的圆上，并且八个磁传感器中相邻两个磁传感器之间的夹角为45°。
如图7所示，永久磁铁900的磁力线由N极射出，在空间中经由一弧形路径往S极收敛。在当前位置上，该磁场感测装置的四个磁传感器所在的位置可分别产生对应于X、Y、Z三个方向的磁场分量。
图11-图12分别示出了本发明实施例所提供的磁场感测装置中的每个磁传感器结构的具体示例性示意图。
示例一
如图11所示，在本实施例中，所述磁场感测装置中的每个所述磁传感器均包括两个并联连接的磁传感器单元。例如，并联连接的第一磁传感器单元201和第二磁传感器单元202，该第一磁传感器单元201有四个电极，分别是电极301、电极302、电极303和电极304；该第二磁传感器单元202有四个电极，分别是电极305、电极306、电极307和电极308；将电极301与电极306连接以形成一接点3A，将电极302与电极307连接以形成一接点3B，将电极304与电极305连接以形成一接点3C；将电极303与电极308连接以形成一接点3D；该接点3A、接点3B、接点3C、以及接点3D构成了该磁传感器的四个接点。
具体地，通过切换电路400，将接点3B和接点3C作为信号输入端，将接点3A和接点3D相应地作为信号输出端。例如，将接点3B连接至电源端，将接点3C连接至接地端，而由接点3A和接点3D产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第一工作状态的信号输出。通过切换电路400，将接点3A和接点3D作为信号输入端，将接点3B和接点3C相应地作为信号输出端。例如，将接点3A连接至电源端，将接点3D连接至接地端，而由接点3B和接点3C产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第二工作状态的信号输出。通过切换电路400，可以使得所述磁场感测装置中的每个所述磁传感器可以依时序在第一工作状态和第二工作状态之间进行交替切换，从而交替产生对应于所述第一工作状态的信号输出与对应于第二工作状态的信号输出。通过图11所示的每个磁传感器结构，可以使得该磁传感器的相邻两个磁传感单元中的驱动电流彼此垂直，此驱动电流的正交性，可以抑制每个所述磁传感器因生产工艺不均所导致的零点漂移。
示例二
如图12所示，在本实施例中，所述磁场感测装置中的每个所述磁传感器均包括四个并联连接的磁传感器单元。例如，并联连接的第一磁传感器单元201、第二磁传感器单元202、第三磁传感器单元203和第四磁传感器单元204，该第一磁传感器单元201有四个电极，分别是电极301、电极302、电极303和电极304；该第二磁传感器单元202有四个电极，分别是电极305、电极306、电极307和电极308；该第三磁传感器单元203有四个电极，分别是电极309、电极310、电极311和电极312；该第四磁传感器单元204有四个电极，分别是电极313、电极314、电极315和电极316；将电极303、电极306、电极309和电极316连接以形成一接点3G；将电极301、电极308、电极311和电极314连接以形成一接点3E；将电极304、电极307、电极310和电极313连接以形成一接点3H；将电极302、电极305、电极312和电极315连接以形成一接点3F；该接点3E、接点3F、接点3G、以及接点3H构成了该磁传感器的四个接点。
具体地，在切换电路400中，若将接点3E和接点3F作为信号输入端，则接点3G和接点3H相应地作为信号输出端。例如，将接点3E连接至电源端，将接点3F连接至接地端，而由接点3G和接点3H产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第一工作状态的信号输出。若将接点3G和接点3H作为信号输入端，则接点3E和接点3F相应地作为信号输出端。例如，将接点3G连接至电源端，将接点3H连接至接地端，而由接点3E和接点3F产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第二工作状态的信号输出。再改变信号输入时的两个接点与电源端和接地端之间的连接关系，例如，将接点3F连接至电源端，将接点3E连接至接地端，而由接点3H和接点3G产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第三工作状态的信号输出。例如，将接点3H连接至电源端，将接点3G连接至接地端，而由接点3F和接点3E产生输出，由此，即可得到对应每个所述磁传感器的第四工作状态的信号输出。通过切换电路400，可以使得所述磁场感测装置中的每个所述磁传感器可以依时序在第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态、第四工作状态之间进行交替切换，从而交替产生对应于所述第一工作状态的信号输出、对应于第二工作状态的信号输出、对应于第三工作状态的信号输出、和对应于第四工作状态的信号输出。通过图12所示的每个磁传感器结构，可以使得每个所述磁传感器的相邻两个磁传感单元中的驱动电流彼此垂直，此驱动电流的正交性，可以抑制每个所述磁传感器因生产工艺不均所导致的零点漂移。
示例性地，本发明实施例中，例如图11所示，上述磁场感测装置中的每个磁传感器均包括两个并联连接的磁传感器单元。在第一时间点，上述磁场感测装置中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时被驱动，通过切换电路使所述磁场感测装置的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时工作在第一工作状态，以同时产生四组对应于第一工作状态的第一信号输出。在第二时间点，通过切换电路使所述磁场感测装置的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时工作在第二工作状态，以同时产生四个对应于第二工作状态的第二信号输出。
可选地，在本发明的另一实施例中，通过切换电路，除了可以将图11中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）依时序在第一工作状态和第二工作状态之间进行切换，还可以通过切换电路将图11中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）依时序在第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态之间进行切换。
结合图5-图7所示，示例性地，在输出处理电路600中，将对应于磁传感器1A的第一信号输出与对应于磁传感器1B的第一信号输出通过差动运算，即对所述第一组磁传感器101内的对应于磁传感器1A的第一信号输出与对应于磁传感器1B的第一信号输出进行相加或者相减，可产生对应所述第一组磁传感器101的第一差动输出；将对应于磁传感器2A的第一信号输出与对应于磁传感器2B的第一信号输出通过差动运算，即对所述第二组磁传感器102内的对应于磁传感器2A的第一信号输出与对应于磁传感器2B的第一信号输出进行相加或者相减，可产生对应所述第二组磁传感器102的第二差动输出；并且，该第一差动输出和该第二差动输出具有抗外界磁场干扰的特性。
示例性地，在输出处理电路600中，将对应于磁传感器1A的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器1A的第二工作状态产生）与对应于磁传感器1B的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器1B的第二工作状态产生）通过差动运算，即对所述第一组磁传感器101内的对应于磁传感器1A的第二信号输出与对应于磁传感器1B的第二信号输出进行相加或者相减，可产生对应所述第一组磁传感器101的第一差动输出。将对应于磁传感器2A的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器2A的第二工作状态产生）与对应于磁传感器2B的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器2B的第二工作状态产生）通过差动运算，即对所述第二组磁传感器102内的对应于磁传感器2A的第二信号输出与对应于磁传感器2B的第二信号输出进行相加或者相减，可产生对应所述第二组磁传感器102的第二差动输出。
应理解，为了便于说明，将在第一时间点，由四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）设定在第一工作状态下所产生的信号输出作为第一信号输出；将在第二时间点，由四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）设定在第二工作状态下所产生的信号输出作为第二信号输出，可以此进行类推。
图8示出了本发明磁场感测装置在图7的配置下无外界磁场干扰下的磁场感测装置的四个第一信号输出的磁场强度示意图，图9示出了本发明磁场感测装置在图7的配置下有外界磁场干扰下的磁场感测装置的四个第一信号输出的磁场强度示意图。
示例性地，若该四个磁传感器均为水平霍尔传感器，用于感测垂直于所述基板1000所在平面的磁场分量。也即，在图7中，每个磁传感器（1A、1B、2A、2B）所感测的磁场方向为垂直于基板1000所在平面的Z轴方向。具体地，基于图7的配置中，磁传感器2A位于永久磁铁900的N极区域，在该区域的磁场方向在-Z方向，故由磁传感器2A产生的第一信号输出在-Z方向，即为图8中的-bs；磁传感器2B位于永久磁铁900的S极区域，在该区域的磁场方向在+Z方向，故由磁传感器2B产生的第一信号输出在+Z方向，即为图8中的bs；而磁传感器1A和磁传感器1B均位于永久磁铁900的磁极交界的区域，该区域的磁场方向平行+X方向，当前所在的位置刚好与磁力线的方向平行，故磁传感器1A和磁传感器1B感测到的Z轴方向的磁场分量均为0。通过差动运算，在图7的配置下，例如，将由磁传感器1A产生的第一信号输出与由磁传感器1B产生的第一信号输出相减得到对应于第一组磁传感器101的第一差动输出为0；将由磁传感器2A产生的第一信号输出与由磁传感器2B产生的第一信号输出相减得到对应于第二组磁传感器102的第二差动输出为2bs，如图8中的S所示。
当外界一磁场干扰出现时，干扰磁场中X与Y分量均不会使磁传感器产生输出，而干扰磁场的Z轴方向的分量如图9的bi所示，叠加至信号磁场bs中，由于磁传感器2A与磁传感器2B距离永久磁铁900的圆心的距离相等（如图7所示），故磁传感器2A与磁传感器2B所产生的第一信号输出的绝对值相等，但是正负号相反。经过外界干扰磁场的叠加，由磁传感器2A产生的第一信号输出变为（-bs+bi），由磁传感器2B产生的第一信号输出变为（bs+bi）；而由磁传感器1A与由磁传感器1B产生的第一信号输出均变为bi；通过差动运算，例如，将由磁传感器2B产生的第一信号输出与由磁传感器件2A产生的第一信号输出相减，可得到对应于第二组磁传感器102的第二差动输出为S=2bs，如图9中S所示。将由磁传感器1B产生的第一信号输出与由磁传感器1A产生的第一信号输出相减，可得到对应于第一组磁传感器101的第一差动输出为零。如此外界干扰磁场的存在不会影响本发明磁场感测装置的输出，因此，实现了抗干扰的特性。
应理解，在其他实施例中，若该四个磁传感器均为垂直霍尔传感器，则用以感测平行于所述磁传感器所在平面的磁场分量。其实现方式类似，在此不再赘述。
在其他实施例中，若该四个磁传感器均为磁阻式传感器，则用以感测平行或垂直于所述磁传感器所在平面的磁场分量。其实现方式类似，在此不再赘述。
示例性地，在图5示出的方式中，针对该第一组传感器101，将所述第一组磁传感器101内的磁传感器1A对应的两个不同工作状态的两个不同的信号输出（例如，由磁传感器1A的第一工作状态和第二工作状态交替形成）分时采样至所述输出处理电路600，将所述第一组磁传感器101内的磁传感器1B的对应的两个不同工作状态的两个不同的信号输出（例如，由磁传感器1B的第一工作状态和第二工作状态交替形成）也分时采样至所述输出处理电路600。同样地，针对该第二组传感器102，将所述第二组磁传感器102内的磁传感器2A对应的两个不同工作状态的两个不同的信号输出（例如，由磁传感器2A的第一工作状态和第二工作状态交替形成）分时采样至所述输出处理电路600，将所述第二组磁传感器102内的磁传感器2B的对应的两个不同工作状态的两个不同的信号输出（例如，由磁传感器2B的第一工作状态和第二工作状态交替形成）也分时采样至所述输出处理电路600。
在本发明实施例中，经由切换电路400将所述第一组磁传感器101内的磁传感器1A工作状态的切换所产生的两种不同的信号输出可被所述输出处理电路600分时采样并接收，经由切换电路400将所述第一组磁传感器101内的磁传感器1B工作状态的切换所产生的两种不同的信号输出可被所述输出处理电路600分时采样并接收；同样地，经由切换电路400将所述第二组磁传感器102内的磁传感器2A工作状态的切换所产生的两种不同的信号输出也可被所述输出处理电路600分时采样并接收，经由切换电路400将所述第二组磁传感器102内的磁传感器2B工作状态的切换所产生的两种不同的信号输出可被所述输出处理电路600分时采样并接收。
应理解，所述输出处理电路600在对所述第一组磁传感器101内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行采样的过程中，也可以同时对所述第二组磁传感器102内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行采样，本发明在此不做限制。
当采样完成后，所述输出处理电路600以如下方式处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出：对所述第一组磁传感器101内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第一组磁传感器101内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第一差动输出；对所述第二组磁传感器102内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第二组磁传感器102内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第二差动输出。
具体地，对所述第一组磁传感器101内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算包括：将与磁传感器1A对应的信号输出值和与磁传感器1B对应的信号输出值进行相加或者相减，从而得到所述第一差动输出。对所述第二组磁传感器102内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算包括：将与磁传感器2A对应的信号输出值和与磁传感器2B对应的信号输出值进行相加或者相减，从而得到所述第二差动输出。
进一步地，所述磁场感测装置还包括：结果输出模块800，所述结果输出模块800与所述输出处理电路600的输出端电连接，以按照预设的模式输出所述角度信息。该预设的模式例如可包括：PWM形式、信号电流模式等。
图10示出了本发明磁场感测装置的角度运算原理图。
如图10所示，在所述输出处理电路600中产生第一差动输出和第二差动输出后，基于该第一差动输出和第二差动输出可进行角度的计算。示例性地，将图7中的永久磁铁900的当前配置定为角度零点，其横轴为永久磁铁旋转的角度θ；其纵轴为磁传感器的输出，则图10上图中的黑色实线所标示的输出为由磁传感器2A与磁传感器2B所产生的第二差动输出，黑色虚线所标示的输出则为由磁传感器1A与磁传感器1B所产生的第一差动输出。该第一差动输出随信号磁场旋转的角度呈现一周期为360度的正弦波形，其方程式为S*sinθ；而该第二差动输出随信号磁场旋转的角度呈现一周期为360度的余弦波形，其方程式为S*cosθ，其中S为磁传感器的磁场感度，单位为mV/V，即单位驱动电压下的信号输出电压值。将该第一差动输出与该第二差动输出相除即得S*sinθ/S*cosθ=tanθ，则旋转角度θ=arctan(sinθ/cosθ)。图10的下图中显示了磁场感测装置旋转角度输出对信号磁场旋转角度的关系，通过第一差动输出与第二差动输出的相位判断，该磁场感测装置可输出360°周期的角度信息，最后通过结果输出模块800产生最终输出。
研究发现，若能够将每个磁传感器的驱动电流在不同的磁传感器单元中设置为彼此垂直，则会因不同的磁传感器单元中的驱动电流的正交性，使得每个所述磁传感器因生产工艺不均所导致的零点漂移在信号的叠加过程中相互抵消而大幅地优化。
故，在本发明实施例中，每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，其中，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端（该两个接点分别被施加电源信号和接地信号），另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
每个所述磁传感器的所述四个接点电连接至所述至少一个切换电路400，所述至少一个切换电路400通过按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
可选地，交替地进行对每个所述磁传感器内的所述四个接点进行信号输入的第一动作、信号输出的第二动作，以得到对应每个所述磁传感器的两种不同工作状态下对应的信号输出。
可选地，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。例如，交替地进行对每个所述磁传感器内的所述四个接点中的其中两个接点进行信号输入的第一动作、另两个接点进行信号输出的第二动作，并改变信号输入时的两个接点与电源端和接地端之间的连接关系，再交替地进行对每个所述磁传感器内的所述四个接点中的其中两个接点进行信号输入的第三动作、另两个接点进行信号输出的第四动作，以得到对应每个所述磁传感器的四种不同工作状态下对应的信号输出。
实施例二
图13示出了本发明又一种实施例的磁场感测装置的电路结构示意图。
如图13所示，为了能够将每个所述磁传感器产生的对应至少两个不同工作状态的信号输出进行信号放大，以利于后续所述输出处理电路600对每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出进行处理。可选地，所述磁场感测装置还包括：至少一个放大器500，所述至少一个放大器500电连接于所述至少一个切换电路400与所述输出处理电路600之间，所述至少一个放大器500用于放大所述第一组磁传感器101和所述第二组磁传感器102中的各个所述磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出，并将放大后的所述信号输出输入至所述输出处理电路600。
进一步地，所述至少一个放大器500包括第一放大器501和第二放大器502，所述第一放大器501电连接于所述第一切换电路401与所述输出处理电路600之间，用于放大所述第一组磁传感器101中的各个所述磁传感器的所述信号输出，所述第二放大器502电连接于所述第二切换电路402与所述输出处理电路600之间，用于放大所述第二组磁传感器102中的各个所述磁传感器的所述信号输出；其中，所述第一放大器501和所述第二放大器502的放大倍率独立调节。
进一步地，所述磁场感测装置还包括：校正装置700，所述校正装置700存储有所述第一组磁传感器101和所述第二组磁传感器102中的每个所述磁传感器对应的校正信息；所述输出处理电路600电连接于所述校正装置700与所述第一放大器501和所述第二放大器502之间，所述输出处理电路600将从所述校正装置700获取到的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别反馈至所述第一放大器501和所述第二放大器502，以分别调整所述第一放大器501和所述第二放大器502的放大倍率。通过调整所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率的方式校正每个所述磁传感器的对应至少两个工作状态的信号输出。
如前所述，在切换电路400中通过对磁传感器的四个接点电源端与接地端的连接关系的切换，可产生两个或者四个交替出现的不同工作状态的信号输出。将该不同工作状态的信号输出接入至少一个放大器500，由校正装置700读取校正信息，通过输出处理电路600以调整至少一个放大器500放大倍率的方式校正该多个不同工作状态的信号输出。该放大器500将第一组磁传感器101中的多个不同工作状态的信号输出进行模拟差动运算与状态运算，产生第一信号输出与第一差动输出，该放大器500将第二组磁传感器102中的多个不同工作状态的信号输出进行模拟差动运算与状态运算，产生第二信号输出与第二差动输出；本发明实施例中，关于差动运算与模拟运算的次序不限，将校正后的输出接入一输出处理电路600，在该输出处理电路600中进行采样；采样完成后进行前述的角度运算，产生一360度周期性的角度信息，最终通过结果输出模块800产生最终装置输出。此作法与前述的差异为状态运算与差动运算在模拟端做，而前述的状态运算与差动运算在数字端做。因此产生电路架构上的一些差异。
根据本发明实施例的又一方面，本发明提供了一种磁场感测方法。
图14示出了本发明实施例的磁场感测方法的操作流程图。如图14所示，所述方法包括：
步骤S101、提供第一组磁传感器和第二组磁传感器，所述第一组磁传感器和第二组磁传感器位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器均包括至少两个磁传感器；
步骤S102、驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；
步骤S103、处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
以下将具体描述步骤S101至S103。
在步骤S101中，示例性地，可继续参考图5-图7所示，将第一组磁传感器101和第二组磁传感器102配置在目标磁场源的上方的同一基板1000的不同位置处，该基板1000所在的平面平行于X-Y平面，其中，第一组磁传感器101包括磁传感器1A和磁传感器1B，第二组磁传感器102包括磁传感器2A和磁传感器2B，四个磁传感器形成一个二乘二的正方形阵列，具体地，目标磁场源为一径向单向配向的圆柱形永久磁铁900，其圆形截面平行于基板所在的平面，而圆柱的高度与Z方向平行，上述由四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）所形成一个二乘二的正方形阵列的几何中心与该永久磁铁900的圆心重合，并且相邻的两个磁传感器之间的距离相等，即，磁传感器1A与磁传感器2A间距、磁传感器1A与磁传感器2B间距、磁传感器2A与磁传感器1B间距、以及磁传感器1B与磁传感器2B间距均相等。磁传感器1A与磁传感器1B配置于正方形阵列的对角线位置，且平行Y方向；磁传感器2A与磁传感器2B配置于正方形阵列的对角线位置，且平行X方向；该永久磁铁900的N极配置于-X方向，S极配置于+X方向，该永久磁铁900的磁极边界平行Y轴并通过该永久磁铁900的圆心。该永久磁铁900在平行于X-Y的平面进行旋转运动，而第一组磁传感器101和第二组磁传感器102在平行于X-Y的平面保持静止不动，通过该永久磁铁900在平行于X-Y的平面的旋转运动，使得该永久磁铁900的N极和S极的位置发生变化，进而使得第一组磁传感器101和第二组磁传感器102内的每个磁传感器各自所接收到的磁场信号发生变化。
在步骤S102中，上述磁场感测装置中的每个磁传感器（1A、1B、2A、2B）可由图11或图12示出的磁传感器结构形成，具体地，每个磁传感器包括四个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，每个所述磁传感器的所述四个接点电连接至所述至少一个切换电路，所述至少一个切换电路通过按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
示例性地，在本发明实施例中，例如图11所示，上述磁场感测装置中的每个磁传感器均包括两个并联连接的磁传感器单元，例如，并联连接的第一磁传感器单元201和第二磁传感器单元202，其中，每个磁传感器的四个接点分别为3A、3B、3C、3D。在第一时间点，上述磁场感测装置中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时被驱动，通过切换电路400使四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时设定在第一工作状态，也即，上述磁场感测装置中的每个磁传感器内的接点3B均连接电源端，接点3C均连接接地端，而由接点3A和接点3D产生输出，由此，即可同时产生四个对应于第一工作状态的信号输出。在第二时间点，上述磁场感测装置中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时被驱动，通过切换电路400使四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同时设定在第二工作状态，也即，上述磁场感测装置中的每个磁传感器内的接点3A均连接电源端，接点3D均连接接地端，而由接点3B和接点3C产生输出，由此，即可同时产生四个对应于第二工作状态的信号输出。通过切换电路400，可使上述磁场感测装置中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同步依时序在第一工作状态和第二工作状态之间交替进行切换，以使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序产生对应的两个不同的信号输出。
在本发明的另一种实施例中，通过切换电路400，除了可以将图11中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）依时序在第一工作状态和第二工作状态之间进行切换，还可以通过切换电路400将图11中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）依时序在第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态之间进行切换。示例性地，例如，在第三时间点，通过切换电路400将上述磁场感测装置中的每个磁传感器内的接点3C均连接电源端，接点3B均连接接地端，而由接点3D和接点3A产生输出，由此，即可同时产生四个对应于第三工作状态的信号输出。在第四时间点，通过切换电路400将上述磁场感测装置中的每个磁传感器内的接点3D均连接电源端，接点3A均连接接地端，而由接点3C和接点3B产生输出，由此，即可同时产生四个对应于第四工作状态的信号输出。通过切换电路400，可使上述磁场感测装置中的四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同步依时序在第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态之间交替进行切换，以使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序产生对应的四个不同的信号输出。
为了便于说明，将在第一时间点，由四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）设定在第一工作状态下所产生的信号输出作为第一信号输出；将在第二时间点，由四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）设定在第二工作状态下所产生的信号输出作为第二信号输出，可以此进行类推。
在步骤S103中，继续参考图5-图10、图13所示，示例性地，在输出处理电路600中，可将对应磁传感器1A的第一信号输出与对应磁传感器1B的第一信号输出通过差动运算，即将由磁传感器1A产生的第一信号输出与由磁传感器1B产生的第一信号输出进行相加或相减，以得到对应所述第一组磁传感器101的第一差动输出。并且，在输出处理电路600中，可将对应磁传感器2A的第一信号输出与对应磁传感器2B的第一信号输出通过差动运算，即将由磁传感器2A产生的第一信号输出与由磁传感器2B产生的第一信号输出进行相加或相减，以得到对应所述第二组磁传感器102的第二差动输出。
同样地，在输出处理电路600中，可将对应磁传感器1A的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器1A的第二工作状态产生）与对应磁传感器1B的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器1B的第二工作状态产生）通过差动运算，即将由磁传感器1A产生的第二信号输出与由磁传感器1B产生的第二信号输出进行相加或相减，以得到对应所述第一组磁传感器101的第一差动输出。并且，在输出处理电路600中，可将对应磁传感器2A的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器2A的第二工作状态产生）与对应磁传感器2B的第二信号输出（对应在第二时间点磁传感器2B的第二工作状态产生）通过差动运算，即将由磁传感器2A产生的第二信号输出与由磁传感器2B产生的第二信号输出进行相加或相减，以得到对应所述第二组磁传感器102的第二差动输出。
需要说明的是，上述第一差动输出和第二差动输出具有抗外界磁场干扰的特性，具体可参见前述实施例中的说明，在此不再赘述。
如图10所示，在所述输出处理电路600中产生第一差动输出和第二差动输出后，基于该第一差动输出和第二差动输出可进行角度的计算。示例性地，将图7中的永久磁铁900的当前配置定为角度零点，其横轴为永久磁铁旋转的角度θ；其纵轴为磁传感器的输出，则图10上图中的黑色实线所标示的输出为由磁传感器2A与磁传感器2B所产生的第二差动输出，黑色虚线所标示的输出则为由磁传感器1A与磁传感器1B所产生的第一差动输出。该第一差动输出随信号磁场旋转的角度呈现一周期为360度的正弦波形，其方程式为S*sinθ；而该第二差动输出随信号磁场旋转的角度呈现一周期为360度的余弦波形，其方程式为S*cosθ，其中S为磁传感器的磁场感度，单位为mV/V，即单位驱动电压下的信号输出电压值。将该第一差动输出与该第二差动输出相除即得S*sinθ/S*cosθ=tanθ，则旋转角度θ=arctan(sinθ/cosθ)。图10的下图中显示了磁场感测装置旋转角度输出对信号磁场旋转角度的关系，通过第一差动输出与第二差动输出的相位判断，该磁场感测装置可输出360°周期的角度信息。应当理解，所述磁场感测方法的具体步骤、其他方面以及效果可参见前述实施例的内容，此处不再赘述。
进一步地，为了改善每个所述磁传感器因生产工艺不均所导致的零点漂移，每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
进一步地，所述驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出包括：按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
进一步地，所述方法还包括：在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出，以便于后续的处理及运算输出。
示例性地，通过切换电路400使磁感测装置在第一时间点、第二时间点、第三时间点和第四时间点分别将四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）同步设定在第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态，四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）依时序产生对应于第一工作状态的四个第一信号输出、对应于第二工作状态的四个第二信号输出、对应于第三工作状态的四个第三信号输出和对应于第四工作状态的四个第四信号输出。
具体地，四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）的输出端与至少一个放大器电连接，将四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）在第一工作状态下产生的第一信号输出接入至少一个放大器，以将每个磁传感器产生的第一信号输出进行放大。同样地，将四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）在第二工作状态下产生的第二信号输出接入至少一个放大器，以将每个磁传感器产生的第二信号输出进行放大。同样地，将四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）在第三工作状态下产生的第三信号输出接入至少一个放大器，以将每个磁传感器产生的第三信号输出进行放大。同样地，将四个磁传感器（1A、1B、2A、2B）在第三工作状态下产生的第四信号输出接入至少一个放大器，以将每个磁传感器产生的第四信号输出进行放大。
进一步地，所述在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出包括：使用第一放大器501放大所述第一组磁传感器101中的各个所述磁传感器的所述信号输出，使用第二放大器502放大所述第二组磁传感器102中的各个所述磁传感器的所述信号输出；其中，所述第一放大器501和所述第二放大器502的放大倍率独立调节。
进一步地，所述方法还包括：在放大所述第一组磁传感器101中的各个所述磁传感器的所述信号输出和所述第二组磁传感器102中的各个所述磁传感器的所述信号输出之前，根据预存的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别调整所述第一放大器501和所述第二放大器502的放大倍率。以通过调整所述第一放大器501和所述第二放大器502的放大倍率的方式校正每个所述磁传感器的至少两个工作状态对应的所述信号输出。也即，使用校正信息，所述第一放大器501可对第一组磁传感器101中的各个所述磁传感器的所述信号输出进行单独放大；使用校正信息，所述第二放大器502可对第二组磁传感器102中的各个所述磁传感器的所述信号输出进行单独放大。
进一步地，在确定出与所述目标磁场源相关联的角度信息后，按照预设的模式输出所述角度信息。
进一步地，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。
由上述内容可知，本发明实施例提供的磁场感测装置及磁场感测方法，旨在通过切换电路，使第一组磁传感器、第二组磁传感器内的每个磁传感器依时序交替处于对应的第一工作状态和第二工作状态，从而交替产生一个对应于第一工作状态的信号输出和一个对应于第二工作状态的信号输出，进而消除了由于径向磁化的磁源的微小错位而导致的误差，并且可以同时得到用于确定与所述目标磁场源相关联的角度信息的第一差动输出和第二差动输出，由此，所述输出处理电路对于最终的第一差动输出和第二差动输出的形成不会存在时间上的差异性。因此，采用本发明实施例的技术方案不仅具有较高的输出带宽，还具有极低的时延误差，同时还具有抗外界电磁干扰的特性。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (23)

1.一种磁场感测装置，其特征在于，所述磁场感测装置包括：
第一组磁传感器和第二组磁传感器，所述第一组磁传感器和第二组磁传感器位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器均包括至少两个磁传感器；
至少一个切换电路，所述至少一个切换电路分别与所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器电连接，用于使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；
输出处理电路，所述输出处理电路与所述至少一个切换电路电连接，以接收并处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述输出处理电路以如下方式处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出：
对所述第一组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第一组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第一差动输出；
对所述第二组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的至少两个不同的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第二组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第二差动输出。
3.根据权利要求2所述的磁场感测装置，其特征在于，
每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；
每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
4.根据权利要求3所述的磁场感测装置，其特征在于，
每个所述磁传感器的所述四个接点电连接至所述至少一个切换电路，所述至少一个切换电路通过按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的磁场感测装置，其特征在于，所述磁场感测装置还包括：
至少一个放大器，所述至少一个放大器电连接于所述至少一个切换电路与所述输出处理电路之间，所述至少一个放大器用于放大所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出，并将放大后的所述信号输出输入至所述输出处理电路。
6.根据权利要求5所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述至少一个切换电路包括第一切换电路和第二切换电路，所述第一切换电路与所述第一组磁传感器电连接，用于使所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器交替地产生对应至少两个不同工作状态的信号输出，所述第二切换电路与所述第二组磁传感器电连接，用于使所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器交替地产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
7.根据权利要求6所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述至少一个放大器包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器电连接于所述第一切换电路与所述输出处理电路之间，用于放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出，所述第二放大器电连接于所述第二切换电路与所述输出处理电路之间，用于放大所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出；
其中，所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率独立调节。
8.根据权利要求7所述的磁场感测装置，其特征在于，所述磁场感测装置还包括：
校正装置，所述校正装置存储有所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器中的每个所述磁传感器对应的校正信息；
所述输出处理电路电连接于所述校正装置与所述第一放大器和所述第二放大器之间，所述输出处理电路将从所述校正装置获取到的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别反馈至所述第一放大器和所述第二放大器，以分别调整所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率。
9.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述磁场感测装置还包括：
结果输出模块，所述结果输出模块与所述输出处理电路的输出端电连接，以按照预设的模式输出所述角度信息。
10.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述磁场感测装置还包括基板，所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器设置在所述基板的同一侧上。
11.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述磁传感器是水平霍尔传感器，用以感测垂直于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
12.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述磁传感器是垂直霍尔传感器，用以感测平行于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
13.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，
所述磁传感器是磁阻式传感器，用以感测平行或垂直于所述磁传感器所在平面的磁场分量。
14.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。
15.一种磁场感测方法，其特征在于，所述方法包括：
提供第一组磁传感器和第二组磁传感器，所述第一组磁传感器和第二组磁传感器位于同一平面上的不同位置处，以接收目标磁场源的磁场信号，并且所述第一组磁传感器和所述第二组磁传感器均包括至少两个磁传感器；
驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出；
处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出，并基于所述第一差动输出和所述第二差动输出确定与所述目标磁场源相关联的角度信息。
16.根据权利要求15所述的磁场感测方法，其特征在于，所述处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出，以同时得到对应所述第一组磁传感器的第一差动输出和对应所述第二组磁传感器的第二差动输出包括：
对所述第一组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第一组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第一差动输出；
对所述第二组磁传感器内的每个磁传感器对应至少两个不同工作状态的信号输出进行预设的加减运算，并对所述第二组磁传感器内的不同磁传感器对应的运算结果进行预设的差动运算，以得到所述第二差动输出。
17.根据权利要求16所述的磁场感测方法，其特征在于，
每个所述磁传感器包括2n个并联连接的磁传感器单元，每个磁传感器单元包括四个电极，所述四个电极包括配置在第一方向上的两个电极以及配置在与所述第一方向垂直的第二方向上的两个电极，其中，n为大于或等于1的正整数；
每个所述磁传感器包括四个接点，各个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极与其余每个所述磁传感器单元的所述四个电极中的一个电极相连接以形成一个接点，所述四个接点中的两个接点作为信号输入端，另两个接点作为信号输出端，并且在同一工作状态下，相邻两个所述磁传感器单元的驱动电流方向彼此垂直。
18.根据权利要求17所述的磁场感测方法，其特征在于，所述驱使每组磁传感器内的每个磁传感器依时序在至少两个不同的工作状态间交替切换，以产生对应的至少两个不同的信号输出包括：
按照预设的时序切换各个所述磁传感器内的所述四个接点与电源端以及接地端之间的连接关系，以使每个所述磁传感器交替产生对应至少两个不同工作状态的信号输出。
19.根据权利要求15至18中任意一项所述的磁场感测方法，其特征在于，所述方法还包括：
在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出。
20.根据权利要求19所述的磁场感测方法，其特征在于，所述在处理每个所述磁传感器对应不同工作状态的所述信号输出之前，放大所述信号输出包括：
使用第一放大器放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出，使用第二放大器放大所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出；
其中，所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率独立调节。
21.根据权利要求20所述的磁场感测方法，其特征在于，所述方法还包括：
在放大所述第一组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出和所述第二组磁传感器中的各个所述磁传感器的所述信号输出之前，根据预存的与每个所述磁传感器对应的校正信息分别调整所述第一放大器和所述第二放大器的放大倍率。
22.根据权利要求15所述的磁场感测方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定出与所述目标磁场源相关联的角度信息后，按照预设的模式输出所述角度信息。
23.根据权利要求15所述的磁场感测方法，其特征在于，所述至少两个不同的工作状态包括四个不同的工作状态。
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