專利名稱：磁場(chǎng)傳感器和用于確定和校正磁場(chǎng)傳感器的偏置電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分所述的磁場(chǎng)傳感器和一種根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分所述的用于確定和校正磁場(chǎng)傳感器的偏置電壓的方法。
背景技術(shù)：
由DE10150955C1公開了一種磁場(chǎng)傳感器。所述磁場(chǎng)傳感器具有多個(gè)分別具有五個(gè)連接接觸部的霍爾傳感器。在此，至多四個(gè)霍爾傳感器彼此平行地構(gòu)造并且這些連接接觸部借助于循環(huán)交換彼此連接。此外，由US2010/0123458A1以及由Kejik, P. , Reymond, S. , Popovic, R. S.《Circular Hall Transducer for Angular PositionSensing)) (Transducers & Eurosensors,07,固體傳感器、致動(dòng)器和微系統(tǒng)第14次會(huì)議， 2007，第2593-2596頁)公開了其他霍爾傳感器。在此，在最后提到的文獻(xiàn)中公開具有多個(gè)霍爾傳感器的圓形布置，這些霍爾傳感器具有各個(gè)霍爾接觸部。借助于控制單元分別從多個(gè)霍爾傳感器接觸部中選出五個(gè)接觸部，以便產(chǎn)生虛擬的五接觸部霍爾傳感器。借助于控制可以按時(shí)間順序依次選擇圓形布置上的其他霍爾接觸部，從而所形成的虛擬的霍爾傳感器在圓上在一定程度上旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在所述背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的裝置。所述任務(wù)分別通過具有權(quán)利要求I的特征的磁場(chǎng)傳感器和通過根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分所述的方法解決。本發(fā)明的有利構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明的第一主題提供一種磁場(chǎng)傳感器，其具有霍爾傳感器，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部并且具有第二連接接觸部并且具有第三連接接觸部并且具有第四連接接觸部并且具有第五連接接觸部，其中在第一連接接觸部與第五連接接觸部之間設(shè)有具有控制輸入端的第一開關(guān)，并且所述第一開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部連接或彼此斷開，并且設(shè)有控制單元，并且所述控制單元與第一開關(guān)的控制輸入端連接。應(yīng)當(dāng)注意，在此磁場(chǎng)傳感器尤其涉及被構(gòu)造為單個(gè)的、分離的霍爾傳感器的電絕緣的霍爾傳感器。這樣的霍爾傳感器優(yōu)選被構(gòu)造為電絕緣的槽中的半導(dǎo)體部件并且尤其除所述的連接接觸部以外不具有其他連接接觸部。根據(jù)本發(fā)明的第二主題提供一種用于確定和校正磁場(chǎng)傳感器的偏置電壓的方法，所述磁場(chǎng)傳感器具有垂直的霍爾傳感器，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部并且具有第二連接接觸部并且具有第三連接接觸部并且具有第四連接接觸部并且具有第五連接接觸部，其中在第一連接接觸部與第五連接接觸部之間設(shè)有控制單元和具有控制輸入端的第一開關(guān)，并且在第一狀態(tài)中借助于控制單元來控制開關(guān)的控制輸入端并且確定霍爾傳感器的偏置電壓，其中借助于第一開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部斷開，以及在第二狀態(tài)中借助于第一開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部連接，并且測(cè)量施加了偏置電壓的霍爾電壓，并且以所述偏置電壓校正所測(cè)量的霍爾電壓。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)是，通過根據(jù)本發(fā)明的連接以及借助于各個(gè)接觸部之間的電阻的考慮可以求得減小了偏置電壓的霍爾電壓。由此增大磁場(chǎng)傳感器或者霍爾傳感器的信號(hào)/偏置比，也就是說，可以在最大程度上無偏置地確定霍爾電壓。特別有利的是，可以不僅在存在磁場(chǎng)而且在不存在磁場(chǎng)時(shí)進(jìn)行偏置電壓的確定。由此，可以有利地使用根據(jù)本發(fā)明的用于確定磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法。此外有利的是，所述方法和裝置也可以用于優(yōu)選-40°C和170°C之間的大的溫度范圍。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所有的連接 接觸部設(shè)置在一行中，其中霍爾傳感器的第一連接接觸部被構(gòu)造為起始接觸部而第五連接接觸部被構(gòu)造為所述行的終止接觸部。根據(jù)另一實(shí)施方式，第一連接接觸部和第五連接接觸部分別構(gòu)成位于外部的連接接觸部，從而其他連接接觸部構(gòu)造在第一連接接觸部和第五連接接觸部之間。在一個(gè)擴(kuò)展構(gòu)型中，第一開關(guān)由第二開關(guān)和第三開關(guān)組成，并且第二開關(guān)與第三開關(guān)彼此串聯(lián)，并且第二開關(guān)通過一個(gè)控制輸入端與控制單元連接并且第三開關(guān)通過一個(gè)控制輸入端與控制單元連接。在另一個(gè)擴(kuò)展構(gòu)型中，第一連接接觸部和第二連接接觸部和第三連接接觸部和第四連接接觸部和第五連接接觸部與所述控制單元連接。優(yōu)點(diǎn)是，借助于所述控制單元可以將這些連接接觸部與電壓源或電流源連接并且由此可以不同地控制這些連接接觸部。 在另一個(gè)擴(kuò)展構(gòu)型中，控制單元被設(shè)置用于為了確定偏置電壓在第一狀態(tài)中借助于第一開關(guān)或者借助第二開關(guān)和第三開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部斷開以及在第二狀態(tài)中為了測(cè)量施加了偏置電壓的霍爾電壓借助于所述開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部連接。尤其是，在第一狀態(tài)中，確定分別在兩個(gè)相鄰的連接接觸部之間的電阻。優(yōu)選地，為了確定連接接觸部之間的電阻，向這些連接接觸部施加不同的電壓值。借助于測(cè)量到的電阻值基于等效電路圖求得疊加到霍爾電壓上的偏置電壓。根據(jù)另一實(shí)施方式,借助于一種轉(zhuǎn)換方法、即“轉(zhuǎn)換電流(swiching-current)”方法求得四個(gè)校正了相應(yīng)的偏置電壓的霍爾電壓并且由所述四個(gè)霍爾電壓確定平均霍爾電壓。研究已經(jīng)表明，具有總共五個(gè)接觸部的霍爾傳感器可以在四個(gè)不同的模式中運(yùn)行，其中在第一模式和第二模式中向第一連接接觸部和第五連接接觸部施加第一參考電壓并且同時(shí)向第三連接接觸部施加第二參考電壓。在此，在第二連接接觸部上以及在第四連接接觸部上截取霍爾電壓。相應(yīng)地，在第三模式和第四模式中，在第一連接接觸部上、在第五連接接觸部上以及在第三連接接觸部上截取霍爾電壓。為此，向第二連接接觸部施加第一參考電壓并且向第四連接接觸部施加第二參考電壓。優(yōu)選地，在每個(gè)模式中實(shí)施第一狀態(tài)中的測(cè)量以及隨后實(shí)施第二狀態(tài)中的測(cè)量。由此，對(duì)于每個(gè)模式計(jì)算校正了所求得的偏置電壓的霍爾電壓。隨后，在考慮正負(fù)號(hào)的情況下實(shí)施四個(gè)模式的霍爾電壓的相加。應(yīng)理解的是，替代地也可以由四個(gè)霍爾電壓的數(shù)值計(jì)算算數(shù)平均值。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一連接接觸部直到包括第五連接接觸部設(shè)置在一條直線上。此外優(yōu)選的是，霍爾傳感器被構(gòu)造為垂直的霍爾傳感器。根據(jù)另一個(gè)擴(kuò)展構(gòu)型，所述霍爾傳感器具有一個(gè)槽區(qū)域，所述槽區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型，其中所述槽區(qū)域包括所有連接接觸部并且在兩個(gè)相鄰的連接接觸部之間構(gòu)造有預(yù)給定的間距。優(yōu)選地，連接接觸部之間的間距基本上一樣大。有利的是，在槽邊界與第一連接接觸部之間以及在槽邊界與第五連接接觸部之間的槽區(qū)域同樣具有所述預(yù)給定的間距。應(yīng)注意到的是，在一個(gè)替代實(shí)施方式中，第二連接接觸部和第三連接接觸部之間的間距與第三連接接觸部和第四連接接觸部之間的間距基本上一樣大就足夠了。在此，第一連接接觸部和第二連接接觸部之間的間距與第四連接接觸部和第五連接接觸部之間的間距基本上一樣大。在由此當(dāng)前實(shí)施方式中，與槽邊界的間距優(yōu)選至少選擇為與接觸部彼此間的相應(yīng)間距中的最小間距一樣大。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型中，霍爾傳感器與一個(gè)集成電路共同設(shè)置在唯一的半導(dǎo)體基體中。由此，霍爾傳感器可以被構(gòu)造為所述集成電路的一部分并且與有效連接(Wirkverbildung)的控制電路和分析處理電路單片地集成。應(yīng)注意到的是，概念“有效連接”也理解為集成電路與磁場(chǎng)傳感器之間的電連接。此外優(yōu)選地，將霍爾傳感器和集成電路設(shè)置在一個(gè)唯一的共同的殼體中。


以下參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。在此，相同類型的部件具有相同的符號(hào)。所示出的實(shí)施方式是極其示意性的，也就是說，間距以及橫向延伸和垂直延伸不是按比例的并且只要沒有其他說明彼此也不具有可推導(dǎo)的幾何關(guān)系。附圖示出圖I :磁場(chǎng)傳感器的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的示意性俯視圖，圖2 :沿圖I的實(shí)施方式的線II的示意性橫截面圖，圖3 :磁場(chǎng)傳感器的另一實(shí)施方式的示意性俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖I的示圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁場(chǎng)傳感器10的一個(gè)實(shí)施方式，所述磁場(chǎng)傳感器具有優(yōu)選垂直構(gòu)造的霍爾傳感器20，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部22、第二連接接觸部24、第三連接接觸部26、第四連接接觸部28和第五連接接觸部30，其中，所有連接接觸部與控制單元ST連接。在此，第一連接接觸部22直至包括第五連接接觸部30優(yōu)選設(shè)置在一條直線上。在第一連接接觸部22與第五連接接觸部30之間接入第一開關(guān)SI。所述第一開關(guān)SI具有控制輸入端，所述控制輸入端通過導(dǎo)線LI與控制單元ST連接。借助于控制單元ST，第一連接接觸部22與第五連接接觸部30之間的連接在第一狀態(tài)中被斷開而在第二狀態(tài)中被閉合?？梢宰⒁獾剑怪钡幕魻杺鞲衅?0的連接接觸部22至30在繪制的x-z平面中構(gòu)造在半導(dǎo)體基體的表面上。待測(cè)量的磁場(chǎng)線B在正z方向或負(fù)z方向上示出。借助于控制單元ST測(cè)量所選擇的連接接觸部上的電壓或者電流,而向其他所選擇的連接接觸部施加一個(gè)電壓?？傮w上，可以通過借助于控制單元ST的互換在第一狀態(tài)中以及在第二狀態(tài)中分別形成四種不同的連接布線。由此，可以在四種不同的模式中分別確定校正了偏置的霍爾電壓。在圖2中示出了沿根據(jù)本發(fā)明的圖I的實(shí)施方式的線II的橫截面。以下僅僅說明與在圖I中示出的實(shí)施方式的不同。緊鄰第一連接接觸部22直至包括第五連接接觸部30的下方分別構(gòu)造有一個(gè)高摻雜的η接觸區(qū)域，以便將各個(gè)連接接觸部22至30低歐姆地連接到一個(gè)低摻雜的η槽區(qū)域40上。所述η槽區(qū)域40構(gòu)造在半導(dǎo)體基體中。在各個(gè)η接觸區(qū)域之間分別構(gòu)造有一個(gè)隔離區(qū)域45，其優(yōu)選由氧化物或p+擴(kuò)散組成。所述半導(dǎo)體基體優(yōu)選被構(gòu)造為P襯底。優(yōu)選地，η槽區(qū)域40具有磷摻雜，而η接觸區(qū)域優(yōu)選具有砷摻雜，其中，接觸區(qū)域的摻雜的濃度高于槽的摻雜。相反，P襯底具有硼摻雜。連接接觸部22至30分別通過間距d彼此間隔開。此外，在第一連接接觸部22與η槽區(qū)域40的邊緣之間以及在第五連接接觸部與η槽區(qū)域40的邊緣之間分別也構(gòu)造有間距d。根據(jù)示出的實(shí)施方式，待測(cè)量的磁場(chǎng)的方向指向正z方向或負(fù)z方向，也就是從圖平面向內(nèi)或向外。在圖3中示出了磁場(chǎng)傳感器的另一實(shí)施方式的示意性俯視圖。以下僅僅說明與圖I中示出的實(shí)施方式的不同。因此，第一開關(guān)SI目前由第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3替代，其中，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3彼此串聯(lián)并且第二開關(guān)S2通過第二導(dǎo)線L2以一個(gè)控制輸入端與控制單元ST連接而第三開關(guān)S3通過第三導(dǎo)線L3以一個(gè)控制輸入端與控制單元ST連接。在第一狀態(tài)中測(cè)量時(shí)，通過控制單元閉合第二開關(guān)或者閉合第三開關(guān)，并且由此第一連接接觸部22或者第五連接接觸部30與控制單元連接。所述實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是，在第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3閉合的第二狀態(tài)中，至第一連接接觸部22和至第五連接接觸部30 的相應(yīng)導(dǎo)線中第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的開關(guān)電阻構(gòu)造成對(duì)稱的。
權(quán)利要求
1.磁場(chǎng)傳感器(10)，其具有 霍爾傳感器(20)，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部(22)并且具有第二連接接觸部(24)并且具有第三連接接觸部(26 )并且具有第四連接接觸部(28 )并且具有第五連接接觸部(30)， 其特征在于， 在所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)之間設(shè)有具有控制輸入端的第一開關(guān)(SI )，并且所述第一開關(guān)(SI)將所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)連接或者彼此斷開，并且設(shè)有控制單元(ST)，并且所述控制單元(ST)與所述第一開關(guān)CS I)的控制輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述第一開關(guān)(SI)由第二開關(guān)(S2)和第三開關(guān)(S3)組成，并且所述第二開關(guān)(S2)和所述第三開關(guān)(S3)彼此串聯(lián)，并且所述第二開關(guān)(S2 )通過一個(gè)控制輸入端與所述控制單元(ST)連接并且所述第三開關(guān)(S3 )通過一個(gè)控制輸入端與所述控制單元(ST)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述第一連接接觸部(22)和所述第二連接接觸部(24 )和所述第三連接接觸部(26 )和所述第四連接接觸部(28 )和所述第五連接接觸部(30)與所述控制單元(ST)連接。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述控制單元(ST)被設(shè)置用于為了確定偏置電壓在第一狀態(tài)中借助于所述第一開關(guān)(SI)或者借助于所述第二開關(guān)(S2)與所述第三開關(guān)(S3)將所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)斷開以及在第二狀態(tài)中為了測(cè)量施加了所述偏置電壓的霍爾電壓借助于所述開關(guān)(SI)將所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)連接。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述第一連接接觸部(22)直到包括所述第五連接接觸部(30)設(shè)置在一條直線上。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述霍爾傳感器(20)被構(gòu)造為垂直的霍爾傳感器。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述霍爾傳感器(20)具有槽區(qū)域，所述槽區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型，并且所述槽區(qū)域包括所有的連接接觸部，其中，在兩個(gè)相鄰的連接接觸部之間構(gòu)造有間距(d)，并且所述槽區(qū)域在槽邊界與所述第一連接接觸部(22)之間以及在所述槽邊界與所述第五連接接觸部(30)之間具有所述間距⑷。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所有的連接接觸部(22，24，26，28，30)設(shè)置在一行中。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述第一連接接觸部(22)和所述第五連接接觸部(30)分別構(gòu)成位于外部的連接接觸部，從而其他連接接觸部構(gòu)造在所述第一連接接觸部(22 )和所述第五連接接觸部(30 )之間。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述霍爾傳感器(20)設(shè)置在半導(dǎo)體基體上，并且在所述半導(dǎo)體基體上構(gòu)造有集成電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁場(chǎng)傳感器(10)，其特征在于，所述霍爾傳感器(20)和所述集成電路電連接并且設(shè)置在一個(gè)唯一的共同的殼體中。
12.用于確定和校正磁場(chǎng)傳感器(10)的偏置電壓的方法，所述磁場(chǎng)傳感器具有垂直的霍爾傳感器(20)，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部(22)并且具有第二連接接觸部(24)并且具有第三連接接觸部(26)并且具有第四連接接觸部(28)并且具有第五連接接觸部(30)， 其特征在于，在所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)之間設(shè)有控制單元(ST)和具有控制輸入端的第一開關(guān)(SI)，并且在第一狀態(tài)中借助于所述控制單元(ST)控制所述開關(guān)(SI)的控制輸入端并且確定所述霍爾傳感器(20)的偏置電壓并且借助于所述第一開關(guān)(SI)將所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)斷開，以及在第二狀態(tài)中借助于所述第一開關(guān)(SI)將所述第一連接接觸部(22)與所述第五連接接觸部(30)連接并且測(cè)量施加了偏置電壓的霍爾電壓并且以所述偏置電壓校正所測(cè)量的霍爾電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第一狀態(tài)中，確定分別在兩個(gè)相鄰的連接接觸部之間的電阻，以及為了確定所述電阻向所述連接接觸部(22，24，26，28，30)施加不同的電壓值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，由所求得的電阻值確定在所述霍爾電壓上疊加的偏置電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，借助于轉(zhuǎn)換方法求得四個(gè)校正了相應(yīng)偏置電壓的霍爾電壓，以及由所述四個(gè)霍爾電壓確定平均霍爾電壓。
全文摘要
磁場(chǎng)傳感器具有霍爾傳感器，所述霍爾傳感器具有第一連接接觸部并且具有第二連接接觸部并且具有第三連接接觸部并且具有第四連接接觸部并且具有第五連接接觸部，其中，在第一連接接觸部與第五連接接觸部之間設(shè)有具有控制輸入端的第一開關(guān)并且所述第一開關(guān)將第一連接接觸部與第五連接接觸部連接或者彼此斷開，并且設(shè)有控制單元并且所述控制單元與第一開關(guān)的控制輸入端連接。
文檔編號(hào)G01R35/00GK102881817SQ20121024162
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者T·考夫曼, R·拉茨, P·呂特爾, O·保羅 申請(qǐng)人:邁克納斯公司, 阿爾布萊希特-路德維希-弗萊堡大學(xué)