[发明专利]基于霍尔效应的角方位传感器和相应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及借助霍尔效应来感测磁场的角方位的领域。特别地，本发明涉及用于感测磁场的磁场矢量至平面内的投影的角方位的传感器并涉及用于感测磁场的磁场矢量至平面内的投影的角方位的方法。

其涉及根据权利要求的开头条款的方法和设备。相应的装置在许多领域中得到应用，例如在汽车和飞机工业中的例如位置感测和旋转速度测量方面。

背景技术

在现有技术中，已知利用霍尔效应来确定磁场的角方位的几种方式。在许多情况下，限定至平面内的方位，即确定磁场至该平面内的投影的角方位就足够了。

例如，已知使用两个正交布置的霍尔装置并使用模拟数字转换器将它们各自的霍尔电压转换成数字的数。之后通过计算这两个数的比的反正切（arc tangent,ATAN）来得到表示想要的角方位的角度，其中诸如微控制器的数字控制器通常使用CORDIC算法或查找表来计算ATAN函数。

该解决方案具有几个相当不期望的结果。由于涉及两个模拟数字转换器以及通常还涉及微控制器，所以消耗了相对高量的能量。而且微控制器通常引入了时间延迟，并且特别地，用于初始化微控制器所需的时间将合计为该延迟。此外，微控制器是软件控制的，并且在诸如飞机工业中的一些应用中，软件在传感器系统中的使用需要专门且相对严格的鉴定过程。

为了能够免除两个信号的模拟数字转换，已经提出了相位灵敏系统。它们通常以如下方式配置：在传感器的输出处获得正弦信号，其相位表示要测量的角度。其优点在于该信号可以被馈送至用于获得期望角度的简单的相位检测电路。已经提出了用于生成其相位包含期望角度信息的信号的各种方法。

例如，在EP2028450A2中，通过将两个正交布置的霍尔效应装置的输出相加来生成期望信号（装置中的一个相对于另一个倾斜90°角）。为了实现此目的，向霍尔效应装置提供正弦形状的偏置电流，所述偏置电流具有相同幅度并且相对于彼此移位90°。所需正弦波电流的生成是相对有挑战性并且昂贵的，并且如果相位移位不正好是90°和/或如果正弦波的幅度不相等，则所输出的角度信息不会精确地反映磁场方位。

另一种方法在WO2008/145662A1中公开。其中，提出提供一种特定的感测结构，其可以被认为是自然地产生正弦波输出的圆形垂直霍尔装置。从该正弦信号，可以容易地获得与角度成比例的PWM信号。所需的专门霍尔装置的制造是相对昂贵的，并且测量所需的时间相对长。

期望提供一种确定磁场投影在平面内的角方位的改进方式。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供一种确定磁场投影在平面内的角方位的改进方式，特别地不具有上述缺点的方式。

将提供一种相应的传感器，更特别地一种用于感测磁场的磁场矢量至平面内的投影的角方位的传感器，以及另外还将提供相应的方法，更特别地用于感测磁场的磁场矢量至平面内的投影的角方位的相应方法。

本发明的另一个目标是提供一种相对容易实现的确定磁场投影在平面内的角方位的方式。

本发明的另一个目标是提供一种产生特别准确的结果的确定磁场投影在平面内的角方位的方式。

本发明的另一个目标是提供一种具有良好可制造性的合适的传感器。

本发明的另一个目标是提供一种确定磁场投影在平面内的角方位的特别节能的方式。

本发明的另一个目标是提供一种确定磁场投影在平面内的角方位的相对简单的方式，特别地通过免除复杂的组件或过程来提供。

本发明的另一个目标是提供一种确定磁场投影在平面内的角方位的特别快速的方式。

其他目标从以下的说明书和实施例中浮现。

这些目标中的至少一个至少部分通过根据专利权利要求的设备和方法来实现。

用于感测磁场的磁场矢量至平面内的投影的角方位的传感器包括：

-至少第一组N≥2个霍尔效应装置，每个霍尔效应装置具有检测方向并包括两个连接器对，其中，在存在所述磁场的情况下，在所述连接器对中的任一对的连接器之间的电流流动允许拾取（或测量）由所述磁场引起的相应的另一连接器对的连接器之间的霍尔电压，所述磁场沿所述检测方向的磁场分量为零的情况除外，其中所述N个霍尔效应装置被对齐使得它们的检测方向在所述平面内，以及其中所述霍尔效应装置中的至少两个具有不相同的检测方向；

-至少一个滤波或谐振单元，其包括输入和输出，其中从所述输出输出的信号被称为滤波后信号；

-至少一个电流源，其包括输出，用于在其输出处输出电流；