具有对称的几何布置的磁角度传感器制造技术

本公开的实施例涉及具有对称的几何布置的磁角度传感器。本文所公开的创新概念涉及一种磁角度传感器(100)和用于操作该传感器的方法。该传感器(100)包括磁阻布置(110)和被配置为相对于磁阻布置(110)可移动的磁源(120)。磁阻布置(110)包括被配置为生成第一输出信号(a)的第一磁阻元件(111)，被配置为生成第二输出信号(b)的第二磁阻元件(112)，以及被配置为生成第三输出信号(c)的第三磁阻元件(113)。第一、第二和第三磁阻元件(111、112、113)相对于彼此被定向成使它们形成彼此之间具有相对角距离的对称的几何布置。距离的对称的几何布置。距离的对称的几何布置。

【技术实现步骤摘要】
具有对称的几何布置的磁角度传感器


[0001]本公开的实施例涉及一种磁角度传感器，包括三个磁阻元件，这些磁阻元件相对于彼此而定向成使它们形成彼此之间具有相等的角距离的对称的几何布置。通过利用所述对称的几何布置的优点，本概念允许磁角度传感器以低成本和低复杂性满足一定的安全完整性等级(SIL)。

技术介绍

[0002]磁角度传感器可以被用来确定磁源相对于磁传感器的旋转角度。磁角度传感器的示例可以包括霍尔传感器和磁阻传感器，即利用磁阻效应的所谓xMR传感器。磁阻效应描述了响应于外部施加的磁场的(通常为铁磁)材料的电阻率的变化。
[0003]在安全关键应用中，磁角度传感器必须满足某些最低安全要求，这些要求由国际电工委员会(IEC)在标准IEC 61508/IEC 61511中国际标准化。这些IEC标准使用被归组为两大类别的要求定义了所谓的安全完整性级别(SIL)：硬件安全完整性和系统安全完整性。设备或系统必须满足针对两种类别的要求以实现给定的SIL。SIL被定义为由安全功能所提供的相对风险降低级别，或者被定义以指定风险降低的目标级别。简单来说，SIL是对安全仪表功能所需性能的测量。
[0004]在一些
，概念化有专门的安全完整性等级。例如，在汽车行业中，所谓的ASIL(汽车安全完整性级别)是由ISO 22262定义的应用风险分类标准，其为针对道路车辆的功能安全标准。这是对IEC 61508中用于汽车工业的安全完整性级别(SIL)的改编。ASIL是通过考虑车辆操作场景的严重性、暴露性和可控性对潜在危险进行风险分析而建立的。针对该危险的安全目标反过来又承载了ASIL要求。
[0005]在磁角度传感器领域中，要求它们满足例如通过冗余概念或类似方式所提供的某种故障安全操作要求。例如，期望利用同一个传感器提供冗余信号和角度测量。此外，即使磁场强度可能很小，也期望对磁场分量进行精确测量。磁阻角度传感器可能是优选的，因为即使在恶劣的环境中，它们也能递送精确的测量结果。然而，满足一定安全标准(诸如SIL或ASIL中的一个或多个级别)的现有磁阻传感器可能使用相当复杂的电路布局，这会对其形状因子(尺寸)和生产成本产生影响。
[0006]因此，所期望的是提供具有简单且因此具有成本效益的布局的磁阻传感器，同时包括较小的形状因子并满足一定安全标准的要求。

技术实现思路

[0007]根据独立权利要求，通过本文所公开的磁阻传感器和操作所述磁阻传感器的对应方法实现了这一目标。从属权利要求中建议了其他实施例和有利方面。
[0008]根据本文所述的创新概念，提供了一种磁角度传感器，其包括磁阻布置和被配置为相对于磁阻布置可移动的磁源。磁阻布置包括：第一磁阻元件，被配置为根据磁源和第一磁阻元件之间的位置关系来生成第一输出信号；第二磁阻元件，被配置为根据磁源和第二
磁阻元件之间的位置关系来生成第二输出信号；以及第三磁阻元件，被配置为根据磁源和第三磁阻元件之间的位置关系来生成第三输出信号。根据创新原理，第一、第二和第三磁阻元件相对于彼此被定向成使它们形成彼此之间具有相等角距离的对称的几何布置。
[0009]此外，提供了一种用于操作这种磁角度传感器的方法，其中该方法包括如下步骤：提供具有第一、第二和第三磁阻元件的磁阻布置，该第一、第二和第三磁阻元件相对于彼此被定向成使它们形成彼此之间具有相等角距离的对称的几何布置。该方法还包括以下步骤：根据磁源和第一磁阻元件之间的位置关系，从第一磁阻元件导出第一输出信号(a)，以及根据磁源和第二磁阻元件之间的位置关系，从第二磁阻元件导出第二输出信号(b)，以及根据磁源和第三磁阻元件间的位置关系，从第三磁阻元件导出第三输出信号(c)。该方法还包括以下步骤：根据输出信号(a、b、c)来确定三个差分信号(d1、d2、d3)，其中第一差分信号(d1＝b
–
a)以第一输出信号(a)和第二输出信号(b)之间的差值为基础，第二差分信号(d2＝c
–
b)以第二输出信号(b)和第三输出信号(c)之间的差值为基础，第三差分信号(d3＝a
–
c)以第一输出信号(a)和第三输出信号(c)之间的差值为基础。此外，该方法包括根据三个差分信号(d1、d2、d3)来计算至少三个角度信号(α1、α2、α3)，其中三个角度信号(α1、α2、α3)中的每一个表示磁源(120)相对于磁阻布置(110)的旋转角度，其中第一角度信号(α1)是根据第一差分信号(d1)和第二差分信号(d2)而被计算的，第二角度信号(α2)是根据第二差分信号(d2)和第三差分信号(d3)而被计算的，而第三角度信号(α3)是根据第一差分信号(d1)和第三差分信号(d3)而被计算的。
[0010]此外，还提供了一种计算机程序，其中每个计算机程序被配置为在计算机或信号处理器上执行时实现上述方法，以使得通过其中一个计算机程序实现上述方法。
附图说明
[0011]在下文中，参考附图更详细地描述了本公开的实施例，其中
[0012]图1示出了根据一个实施例的磁角度传感器的示意图，
[0013]图2示出了根据另一个实施例的磁角度传感器的示意图，
[0014]图3示出了图1中的磁角度传感器与图示了所生成的单端信号的曲线族的结合，
[0015]图4示出了图1中的磁角度传感器与图示了所生成的差分信号的曲线族的结合，
[0016]图5示出了用于图示如何根据差分信号来计算应用角度的曲线族，
[0017]图6示出了用于图示如何根据三个差分信号来计算第四角度信号以及如何计算第四应用角度的矢量图，
[0018]图7示出了根据一个实施例的磁角度传感器的可能的硬件实现的示意图，
[0019]图8示出了本文所述的创新原理的示意流程图，
[0020]图9A、图9B示出了根据一个实施例的磁角度传感器(图9B)和现有的以TMR为基础的角度传感器(图9A)之间的示意性比较，以及
[0021]图10示出了根据一个实施例的用于操作磁角度传感器的方法的示意框图。
具体实施方式
[0022]在以下描述中，相等或等效元件或具有相等或等效功能性的元件用相等或等效的附图标记来标示。
[0023]通过框图形式描绘并参考所述框图描述的方法步骤也可以以不同于所描绘和/或所描述顺序的顺序来执行。此外，关于设备的特定特征的方法步骤可以被替换为所述设备的所述特征，反之亦然。
[0024]图1示出了根据本文所述的创新概念的一个实施例的磁角度传感器100的示意图。角度传感器100包括磁阻布置110和磁源120，该磁源120被配置为相对于磁阻布置110可移动。
[0025]磁源120可以包括磁北极121和磁南极122。磁源120可以生成磁场，例如，如以箭头130形式示例性地描绘的面内磁场(即，处于芯片平面)。磁源120可以相对于磁阻布置110而移动。例如，磁源120可以相对于磁阻布置110旋转，例如如图1左下角所描绘，围绕中心轴140旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁角度传感器(100)，包括：磁阻布置(110)和磁源(120)，所述磁源(120)被配置为相对于所述磁阻布置(110)可移动，所述磁阻布置(110)包括：第一磁阻元件(111)，被配置为根据所述磁源(120)和所述第一磁阻元件(111)之间的位置关系来生成第一输出信号(a)，第二磁阻元件(112)，被配置为根据所述磁源(120)和所述第二磁阻元件(112)之间的位置关系来生成第二输出信号(b)，第三磁阻元件(113)，被配置为根据所述磁源(120)和所述第三磁阻元件(113)之间的位置关系来生成第三输出信号(c)，其中所述第一磁阻元件(111)、所述第二磁阻元件(112)和所述第三磁阻元件(113)相对于彼此被定向成使它们形成彼此之间具有相等角距离的对称的几何布置。2.根据权利要求1所述的磁角度传感器(100)，其中所述第一磁阻元件(111)、所述第二磁阻元件(112)和所述第三磁阻元件(113)被布置成彼此之间具有120
°
的角距离的对称的星形布置。3.根据权利要求1所述的磁角度传感器(100)，其中，所述第一磁阻元件(111)、所述第二磁阻元件(112)和所述第三磁阻元件(113)被布置成彼此之间具有60
°
的的角距离的对称的等角三角形布置。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁角度传感器(100)，还包括控制器，所述控制器被配置为确定三个差分信号(d1、d2、d3)，其中
·
第一差分信号(d1＝b
–
a)以所述第一输出信号(a)和所述第二输出信号(b)的组合为基础，
·
第二差分信号(d2＝c
–
b)以所述第二输出信号(b)和所述第三输出信号(c)的组合为基础，以及
·
第三差分信号(d3＝a
–
c)以所述第一输出信号(b)和所述第三输出信号(c)的组合为基础。5.根据权利要求4所述的磁角度传感器(100)，其中所述控制器被配置为根据所述三个差分信号(d1、d2、d3)来计算三个角度信号(α1、α2、α3)，其中所述角度信号(α1、α2、α3)中的每个角度信号表示所述磁源(120)相对于所述磁阻布置(110)的旋转角度，并且其中所述控制器被配置为：
·
根据所述第一差分信号(d1)和所述第二差分信号(d2)的组合来计算第一角度信号(α1)，
·
根据所述第二差分信号(d2)和所述第三差分信号(d3)的组合来计算第二角度信号(α2)，以及
·
根据所述第一差分信号(d1)和所述第三差分信号(d3)的组合来计算第三角度信号(α3)。6.根据权利要求5所述的磁角度传感器(100)，其中所述控制器被配置为：通过将所述第一角度信号(α1)、所述第二角度信号(α2)和所述第三角度信号(α3)彼此比较来以所述第一角度信号(α1)、所述第二角度信号(α2)和所述
第三角度信号(α3)为基础实施安全测量，并且确定它们是否相等或是否彼此偏离。7.根据权利要求6所述的磁角度传感器(100)，其中如果所述控制器确定所述第一角度信号(α1)、所述第二角度信号(α2)和所述第三角度信号(α3)中的一个角度信号与其他角度信号偏离一定量，那么所述控制器被配置为以所确定的偏离角度信号为基础检测：
·
所述第一磁阻元件(111)、所述第二磁阻元件(112)和所述第三磁阻元件(113)中的一个磁阻元件生成有故障的输出信号，和/或
·
所述第一磁阻元件(111)、所述第二磁阻元件(112)和所述第三磁阻元件(113)中的哪个磁阻元件生成有故障的输出信号。8.根据权利要求5所述的磁角度传感器(100)，其中所述控制器被配置为根据所述第一差分信号(d1)和所述第二差分信号(d3)以及所述第三差分信号(d3)的组合来计算第四角度信号(α4)。9.根据权利要求8所述的磁角度传感器(100)，其中所述控制器被配置为将所述第一角度信号(α1)、所述第二角度信号(α2)、所述第三角度信号(α3)和所述第四角度信号(α4)彼此比较，并确定它...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴柱逸，金世焕，K，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：