连续校准的磁场传感器制造技术

一种磁场传感器，包括：基准磁场发生器（８）；包含霍尔效应敏感元件（１２）的磁场敏感单元（６）；和与磁场敏感单元输出（１１）连接并且包括用于校正磁场传感器传输特性中误差波动的一个或更多个反馈线路（２７、２８）的信号处理电路（４）。基准磁场发生器适用于产生频率调制的基准磁场。信号处理电路进一步包括与磁场敏感单元连接的、适用于以与基准磁场发生器调制频率不同的频率来调制其输出信号的调制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为补偿由于象温度、老化、机械应力和电压失调之类因素引起在传输特性上的波动而连续校准的磁场传感器。尤其是，为了保持恒定而连续校准传感器的增益。本专利技术也涉及通过连续校准的磁场传感器来测量在外置导电体内流动电流的电流传感器。
技术介绍
在制造工艺过程期间为补偿磁场传感器增益和信号处理电路的电压失调和温度漂移而校准多个磁场传感器。然而一些制造厂校准值不能够补偿起源于象各种传感器元件和电路的机械应力和老化之类因素的传感器传输特性的波动。如US 4,752,733所述，通过传感器边校准边使用可以处理掉后者的缺点。在前面提及的专利中所描述的磁场传感器包括在要测量的磁场上叠加由象霍尔效应单元之类磁场敏感单元测量的基准磁场的基准磁场发生器。磁场敏感单元传输特性中的任何波动将因此影响到例如由在电流传感器情况中要测量的电流和基准磁场产生的外部磁场的测量结果。当已知基准磁场时，磁场传感器产生的测量信号具有相应的规定值而所以任何偏差能够在反馈环路内用来校正磁场敏感单元的传输特性。在US 4,752,733中所描述的传感器的其中一个问题在于基准信号或是在传感器输出上并入测量信号，或是在电路内包含衰减器以去除基准信号以致基准信号没有沾污要测量的信号。在前面提及的US专利所描述的另一种变型中，提供与不同的基准线圈耦接的分立霍尔元件。这些用于去除基准信号的解决方法是难以实现的而且还经受由于温度和其他因素引起的一些变化。US4,751,733中所描述的电流传感器中的进一步缺点是其有限的测量带宽，实际上就没有打算测量例如在一直到100KHz频率时的高频电流。
技术实现思路
鉴于前面所述，本专利技术的一个目的在于提供一种自始至终可靠并且保持准确的磁场传感器。进一步目的在于提供一种包含磁场传感器、始终既可靠又保持准确度的电流传感器。优点在于提供一种能够在很大频带宽度例如0-100KHz范围内准确测量电流的电磁电流传感器。优点在于提供一种准确的即使在经受在机械应力和热应力上的变化时仍保持准确的磁场传感器。优点在于提供一种对按工业规模的大量生产来说是经济的磁场传感器。通过提供根据权利要求1的磁场传感器来达到本专利技术的一些目的。在本文中所公开的是一种磁场传感器，这种磁场传感器包括基准磁场发生器、磁场敏感单元和与磁场敏感单元输出端连接并且包括用于校正磁场敏感单元传输特性中偏差的一个或更多个反馈环路的信号处理电路。基准磁场发生器产生频调到的基准磁场，而信号处理电路包括一种调制器，这种调制器连接于磁场敏感单元输出端，以不同于基准磁场发生器调制频率的频率调制其输出信号。也通过根据权利要求19的一种测量磁场方法来达到本专利技术的目的。在本文中所公开的是一种测量外磁场的方法，这种方法包含把调制基准磁场叠加在外磁场上的步骤、以不同于基准磁场调制频率的频率、其中一个频率是另一个频率的整数倍、来调制磁场敏感单元输出信号的步骤以及为了提取与外磁场相对应的测量信号和与基准磁场相对应的基准信号而增加或减除调制信号中的不同相位的步骤。有优势的是，根据本专利技术的测量外磁场的磁场传感器和方法使基准信号能够从测量信号中准确、简便而可靠地分离出来，使得基准信号能够在反馈环路中用来补偿在磁场敏感单元传输特性中的误差波动并且同时产生一个没有基准场分量的输出传感器信号。磁场敏感单元信号的调制频率可以是基准磁场调制频率的整数倍或乘数，而优选的是其乘数二分之一或倍数二。有利的是磁场敏感单元可以包括多个磁场敏感单元，而优选的是把一些霍尔效应元件配置在集成电路内并且通过频率调制器连接到运算放大器。运算放大器有优势的，可以是一种微分差分放大器(DDA)，DDA增大和放大大量磁场敏感元件信号输出中的差异。在基准信号具有显著小于要测量信号的幅度(小乘数102-104倍)时使用磁场敏感元件阵列有助于改进基准信号提取的准确度。通过装有与二个磁场敏感元件有关联的至少二个基准线圈来达到前者，由此基准磁场是在磁场敏感元件上面相反方向上。另一个信号减一个信号(差)产生二倍基准信号的数值。然而通过二个磁场传感器扣除一些信号就消除单向外磁场，即由要测量的电流产生的信号。调制基准线圈和磁场敏感单元输出，消除敏感单元和放大器失调的影响。然而，为了防止放大器和解调器的波动，能够在从运算放大器输出端到运算放大器的偏置控制输入端的反馈环路内有利地校正失调信号。因而失调校正可以与增益校正分开进行，这就补偿由于机械应力、热漂移和其他因素而引起影响磁场敏感单元准确度的波动。实际上这样就能更准确而又更可靠地校正失调和漂移。有优势的是信号处理电路可以包括在磁场传感器输出信号线路上的解调器后面为衰减由调制和解调产生的高频分量的一种低通滤波器。有优势的是信号处理电路也可以包括在磁场传感器增益校正反馈线路上的解调器后面或与其组合的一种低通滤波器，以便衰减由调制混淆的高频外信号元件。磁场敏感单元和传感器电路具有一种低频干扰信号分量自然衰减，导致一种高通类寄生传输函数。通过以低截止频率恰当地调节在增益校正反馈线路上的低通滤波器来限制寄生振荡的带宽，因而增大信噪比。通过滤波器来使基准信号保持不变。附图说明根据权利要求书，以下描述和附图，本专利技术的进一步目的和有优势的特点将是显而易见的，其中图1a和1a是示意地举例说明分别根据本专利技术第一和第二变型的总电路和磁场传感器元件的方框图；图2a是示意地举例说明根据本专利技术简化形式的基准磁场发生器、磁场敏感单元和运算放大器的方框图；图2b是举例说明用于调制传感器单元信号的霍尔传感器元件转换开关的简化图解。图3是举例说明多基准磁场发生器和连接到根据本专利技术一种实施例的多输入微分差分放大器(DDA)的磁场传感器阵列的一种图解；图4a是根据本专利技术磁场传感器信号处理电路中的解调器的电路图解；图4b是表示图4解调器中的随时间而变的开关控制信号的曲线图；图5是在信号处理电路中的增益反馈线路内装有低通滤波器的解调器的电路图解；图6a是磁场传感器和低通滤波器中的寄生信号传输函数的图解表示；图6b是∑-Δ转换器的传输函数和在反馈线路上过滤以后寄生信号传输函数的图解表示。图7a、7b、7c、7d是表示通过组合调制信号不同的连贯相位来提取基准信号和测量信号的不同调制/解调配置的图表。具体实施例方式首先参阅图1a到3，根据本专利技术的电磁场传感器一般包括磁场敏感电路2和信号处理电路4。磁场敏感电路2包括磁场敏感单元6、基准磁场发生器8和增益校正输入10。磁场敏感单元6可以包括一个或多个磁场敏感元件12，例如在技术上大家知道的集成电路中形成的霍尔效应传感器或霍尔效应传感器阵列，磁场敏感单元6进一步包括用于调制各个磁场敏感元件12输出信号的调制器14。基准磁场发生器8包括为产生施加于各个磁场敏感元件12的基准磁场Bref而驱动一个或多个基准线圈18的调制基准电流输入16。由时钟20控制驱动基准线圈和磁场传感器信号调制器的频率，由此磁场敏感单元调制器14的时钟频率优选为控制基准线圈调制器的时钟频率的整乘数或整数倍，例如二分之一或二。调制器14、16可以是改变信号极性的转换开关(switch)或一种开关切换装置的形式。在图2a中表示通过分别切换基准线圈电流和传感器信号电流所造成的在信号极性上变化的图解表示S1、S2。参阅图1a和1b，信号处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场传感器，包括基准磁场发生器、包含磁场敏感元件的磁场敏感单元、以及与磁场敏感单元输出连接并且包括用于校正在磁场传感器传输特性上误差波动的一个或更多反馈线路的信号处理电路，基准磁场发生器适用于产生频率调制的基准磁场，其中信号处理电路进一步包含与磁场敏感单元连接、适用于以与基准磁场发生器调制频率不同的频率来调制其输出信号的调制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克帕斯特尔，休伯特布兰查德，马赫卡亚尔，
申请(专利权)人：机电联合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]