專利名稱：具有測試模式激活的磁阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁阻傳感器領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種磁阻傳感器，一種操作磁阻傳感器的方法，一種對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)至少其中之一的方法，和一種對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)至少其中之一的設(shè)備。
磁阻傳感器元件正在變得越來越普及。特別地，在汽車工業(yè)中需要磁阻傳感器，其能夠?qū)崿F(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量、精度和安全性。
這種傳感器通常包括多個磁阻元件和信號處理單元，例如以集成電路的形式來估計和變換該磁阻元件的輸出信號為輸出信號。例如，這種磁場傳感器可以用于測量例如軸的位置和旋轉(zhuǎn)速度。與機(jī)械組件例如有源或無源編碼器相結(jié)合，這種傳感器可以生成模擬正弦信號，其可以變換為數(shù)字信號。
如上所述，特別是在汽車應(yīng)用中，傳感器必須滿足質(zhì)量、精度和安全性的特性和需求。例如由磁阻元件的非線性或生產(chǎn)中的偏差所導(dǎo)致的傳感器系統(tǒng)公差會對性能有影響，并且必須在安裝之前通過使用測試和微調(diào)(trimming)方法來補(bǔ)償。常規(guī)的磁場傳感器使用簡單的磁線圈進(jìn)行測試和微調(diào)。例如，可以通過調(diào)節(jié)附加到傳感器后部的磁體而補(bǔ)償這種傳感器的偏差。
為了激活測試模式以允許對傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)，傳感器通常具有測試模式激活引腳。對該測試模式激活引腳應(yīng)用一個顯著高于傳感器正常供給電壓的電壓應(yīng)用以激活測試模式。然而，這需要在傳感器上提供額外的測試模式激活引腳。而且，由于需要提供具有更高電位的其他線，所以傳感器的布線會變得更復(fù)雜。此外，這種系統(tǒng)容易受到EMV影響。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的磁阻傳感器。
根據(jù)如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的典型實(shí)施例，提供一種磁阻傳感器，包括第一多個第一磁阻元件和第二多個第二磁阻元件。而且，提供第一信號處理單元，其連接到該第一多個第一磁阻元件以生成第一輸出信號。該第一輸出信號具有第一相位。此外，提供第二信號處理單元，其連接到該第二多個第二磁阻元件以生成第二輸出信號。該第二輸出信號具有第二相位。該傳感器具有工作模式和測試模式。根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施例的一個方面，該測試模式可以適應(yīng)于調(diào)節(jié)例如該磁阻元件的偏置，和微調(diào)該磁阻元件以例如補(bǔ)償生產(chǎn)偏差。
提供第三信號處理單元，用于處理該第一和第二信號處理單元的第一和第二輸出信號。該第三信號處理單元適應(yīng)于基于該第一和第二輸出信號激活該工作模式和測試模式之一。
根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施例，該第三信號處理單元適應(yīng)于當(dāng)該第一和第二磁阻元件暴露于均勻磁場時激活該測試模式。
有利地，這使得可以通過對該磁阻元件施加均勻磁場而非常簡單和安全地激活該磁阻傳感器的測試模式。有利地，這可以實(shí)現(xiàn)該磁阻傳感器的簡化的布線，因為不需要提供具有更高電位的其他線。而且，由于在正常環(huán)境中，在這種磁阻傳感器的應(yīng)用區(qū)域中不會出現(xiàn)均勻磁場，所以可以避免該測試模式的意外激活，從而可以提供更安全的系統(tǒng)。而且，不需要提供額外的測試模式激活引腳，當(dāng)該第一、第二和第三信號處理單元被集成為集成電路時這是特別有利的。
根據(jù)本典型實(shí)施例的一個方面，對該磁阻傳感器的磁阻元件應(yīng)用不均勻磁場會導(dǎo)致該第一和第二輸出信號之間存在基本為90°的相位差。
根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，該第三信號處理單元適應(yīng)于當(dāng)該第一相位和第二相位之間的相位差基本上是0°和180°之一，即0和π之一時，激活測試模式。
有利地，這樣可以允許該第三信號處理單元的簡單布置和電路。而且，這樣可以允許提供一種容易制造并且廉價的磁阻傳感器。
根據(jù)如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，該磁阻元件被布置在電橋結(jié)構(gòu)中。該第一信號處理單元連接到該磁阻元件以使得該第一信號處理單元處理第一半電橋的磁阻元件的測量信號，而該第二信號處理單元處理第二半電橋的磁阻元件的測量信號。有利地，由于這種布置，如果對該磁性磁阻元件提供均勻磁場，那么該第一和第二信號處理單元的第一和第二輸出信號之一的信號電平會低于預(yù)定電平。例如，如果該傳感器被良好微調(diào)并且該均勻磁場是理想均勻的，那么該第一和第二輸出信號之一可以基本為0。這樣就允許非常簡單和安全地激活該測試模式。而且，該第一、第二和第三信號處理單元的電路是簡單和穩(wěn)健的。
根據(jù)如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，該第一和第二多個第一和第二磁阻元件在幾何上彼此相對位移。例如，每一半電橋的磁阻元件被布置在彼此相距一定距離處。此外，根據(jù)本發(fā)明的本典型實(shí)施例，該傳感器是特別用于需要精確和安全傳感器的汽車應(yīng)用中的位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和角度傳感器之一。
根據(jù)如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，該第三信號處理單元適應(yīng)于當(dāng)該第一和第二多個第一和第二磁阻元件暴露于均勻磁場和非均勻磁場中至少一個時激活該工作模式。有利地，這樣可以允許非常簡單地從測試模式切換到工作模式。
根據(jù)如權(quán)利要求6所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，提供一種操作磁阻傳感器的方法。有利地，該方法可以用于操作根據(jù)如權(quán)利要求1-5所述的本發(fā)明的典型實(shí)施例的磁阻傳感器。根據(jù)該操作磁阻傳感器的方法的這一典型實(shí)施例，當(dāng)對該傳感器的磁阻元件施加均勻磁場時激活該測試模式。有利地，這樣可以允許快速和安全地激活該測試模式，特別是由于實(shí)際上一般不會出現(xiàn)均勻磁場。
根據(jù)如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，提供一種對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)中至少之一的方法，其中對該磁阻傳感器施加均勻磁場，并且當(dāng)對該傳感器施加該均勻磁場時執(zhí)行對該磁阻傳感器的測試和微調(diào)中的一個。這樣可以允許對該磁阻傳感器的快速和簡單測試或微調(diào)。
根據(jù)如權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，提供一種用于對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)中至少之一的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，該設(shè)備包括適應(yīng)于產(chǎn)生均勻磁場的線圈裝置。
根據(jù)如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的另一典型實(shí)施例，該線圈結(jié)構(gòu)包括亥姆霍茲(Helmholtz)線圈結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的典型實(shí)施例的要點(diǎn)可以看作是，通過對磁阻傳感器施加均勻磁場而激活磁阻傳感器的測試模式。為此，根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器提供有電路，該電路根據(jù)磁阻元件的測量信號確定均勻磁場被施加到該傳感器，然后將該磁阻傳感器的工作模式切換為測試模式。在該測試模式期間，能夠?qū)υ搨鞲衅鬟M(jìn)行測試和微調(diào)和調(diào)節(jié)。
結(jié)合下文中描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得非常清楚和明白。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的典型實(shí)施例

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的磁阻元件布置的第一典型圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的磁阻元件布置的第二典型圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的電子電路的簡化框圖，其可以與圖1和圖2所示的磁阻結(jié)構(gòu)組合使用。
圖4是電壓對角度的示意圖，示出了在圖3所示電路中發(fā)生的信號。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的磁阻元件布置的第一典型實(shí)施例的電路示意圖。參考數(shù)字2、4、6和8表示磁阻元件。如圖1所示，磁阻元件2和6被布置成形成第一半電橋，而磁阻元件4和8被布置成形成另一半電橋。該第一半電橋的磁阻元件2和6分別被設(shè)置成使得它們在幾何上與該第二半電橋的磁阻元件4和8分離。對于特定應(yīng)用，可以有利地將每一半電橋的磁阻元件布置成彼此相距不同距離處。
如圖1所示，通過磁阻元件2和6之間的連接得到第一信號。該信號接地被稱為Vout1。此外，通過磁阻元件4和8之間的連接得到第二信號。該信號接地被稱為Vout2。換句話說，如圖1所示，從各個半電橋連接得到兩個信號。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的磁阻元件布置的第二典型實(shí)施例的電路示意圖。如圖2所示，提供多個磁阻元件例如磁阻電阻器10、12、14、16、18、20、22和24。如圖2所示，該磁阻元件10、12、14、16、18、20、22和24形成在幾何上彼此分離的兩個完整電橋。在該兩個完整電橋之間，提供距離x。分別通過磁阻元件10和18以及12和20之間的連接得到信號Vout1。此外，分別通過磁阻元件14和22以及16和24的連接得到第二測量信號Vout2。
下面，將參照圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一個典型實(shí)施例能夠連接到圖1和2所示的惠斯登電橋(wheatstone bridge)的電路。
圖3示出了可以提供為與圖1和2所示布置中的磁阻元件組合以形成根據(jù)本發(fā)明的磁阻傳感器的電路的簡化框圖。
參考數(shù)字26和28表示用于將如圖1或2所示測量的信號Vout1和Vout2輸入到信號處理電路的信號輸入裝置。如圖3所示，圖3所示的電路可以被分成包括元件30、32和34的第一信號處理單元和包括元件40、42和46的第二信號處理單元。該第一和第二信號處理單元的輸出信號被輸入到包括元件36和38的第三信號處理單元。
具體地，信號Vout1和Vout2被輸入到加法器30和減法器40。該加法器將信號Vout1和Vout2相加而形成和信號Vsum，然后將其輸入到由參考數(shù)字34表示的比較器Comp1。
該輸出信號Vout1和Vout2在減法器40中彼此相減以形成信號Vdiff，該信號Vdiff被輸入到由參考數(shù)字46表示的第二比較器Comp2。參考數(shù)字32和42可以表示濾波器裝置，然而它們是可選地提供的。在比較器34和46中，比較該各個輸入信號以預(yù)設(shè)信號。由此，可以對該信號數(shù)字化以使得該比較器34和46的輸出信號是0或具有預(yù)設(shè)的導(dǎo)通電平(on-level)。然后，該比較器34和46的輸出信號被輸入到邏輯單元36(例如XOR門)以形成輸出信號Vdig。為了激活傳感器的測試模式，例如可以使用該輸出信號Vdig。在測試模式中，可以測試該磁阻傳感器和例如補(bǔ)償偏差。而且，可以在測試模式中補(bǔ)償例如由該傳感器的制造而導(dǎo)致的偏置。
圖4示出了在圖3所示電路中發(fā)生的信號的電壓對相位角的示意圖。如圖4所示，并且如圖3所示，減法器40的輸出信號即信號Vdiff以及加法器30的輸出信號即信號Vsum是正弦信號。信號Vdiff和Vsum的比較示出了兩信號之間的相位差是90°或π/2。輸出信號Vdig是具有恒定頻率的方波。信號Vout1和Vout2具有依賴于幾何形狀自適應(yīng)的相位差，即依賴于各個磁阻元件被安置處的差x。此外，該相位差可以依賴于例如該傳感器元件的磁化編碼器的磁極對的寬度。
在該傳感器系統(tǒng)的工作模式期間應(yīng)用不均勻磁場導(dǎo)致例如60°-120°的相位差，其例如可以進(jìn)行進(jìn)一步處理。
有利地，由于圖3所示對信號Vout1和Vout2求和以及相減的電路布置，信號Vsum和Vdiff具有確切或基本為90°或π/2的相位差。然而，如果對如圖1和2所示布置并且連接到圖3所示電路的磁阻元件施加均勻磁場，那么該信號Vsum和Vdiff的相位差基本為0°或180°，即0或π。而且，依賴于該均勻磁場的方向，該信號Vsum和Vdiff中的一個會具有減少或增加的信號電平或幅度。例如，信號Vsum和Vdiff之一的幅度可以是0，而信號Vsum和Vdiff中的另一個具有與工作模式相應(yīng)的正常幅度或增加的幅度。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，該第三處理單元適應(yīng)于當(dāng)Vsum和Vdiff之間的相位差是0或180°時激活該測試模式。此外，該第三處理單元可以適應(yīng)于當(dāng)信號Vsum或Vdiff中的一個具有低于預(yù)設(shè)電平的信號電平時激活該測試模式。
根據(jù)本發(fā)明的這一典型實(shí)施例的變體，在應(yīng)用該均勻磁場期間并且由于信號Vsum和Vdiff之一具有幾乎為0的幅度，可以在切換到測試模式之前確定例如信號Vdig或信號Vsum和Vdiff之一的邊緣的預(yù)定數(shù)量。在該測試模式期間，當(dāng)對該磁阻元件施加均勻磁場時，可以快速測試和微調(diào)該傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，當(dāng)停止施加該均勻磁場時，通過該均勻磁場停止來自動退出測試模式，或者當(dāng)對該傳感器施加不均勻磁場時，該第三信號處理單元可以適應(yīng)于自動切換回工作模式。
均勻磁場可以例如由具有亥姆霍茲結(jié)構(gòu)的線圈來產(chǎn)生。由此，根據(jù)本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，可以提供一種用于對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)至少其中之一的簡單設(shè)備，具有適應(yīng)于產(chǎn)生均勻磁場的線圈結(jié)構(gòu)。這樣可以實(shí)現(xiàn)一種對根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)至少其中之一的非常簡單的方法。為了激活該磁阻傳感器的測試和微調(diào)模式，對該磁阻傳感器的磁阻元件提供均勻磁場。然后，可以執(zhí)行該測試和/或微調(diào)例如偏差調(diào)節(jié)。然后，可以關(guān)閉該均勻磁場或可以對該傳感器施加不均勻磁場以將該傳感器切換回工作模式，即停止測試模式。
權(quán)利要求
1.磁阻傳感器，包括第一多個第一磁阻元件(2，6，10，12，18，20)；第二多個第二磁阻元件(4，8，14，16，22，24)；第一信號處理單元(30，32，34)，其連接到該第一多個第一磁阻元件(2，6，10，12，18，20)以生成第一輸出信號；其中該第一輸出信號具有第一相位；第二信號處理單元(40，42，46)，其連接到該第二多個第二磁阻元件(4，8，14，16，22，24)以生成第二輸出信號；其中該第二輸出信號具有第二相位；其中該傳感器具有工作模式和測試模式；第三信號處理單元(36，38)，用于處理該第一和第二輸出信號；其中該第三信號處理單元(36，38)適應(yīng)于基于該第一和第二輸出信號激活該工作模式和測試模式之一；以及其中當(dāng)該第一和第二多個第一和第二磁阻元件暴露于均勻磁場時，第三信號處理單元(36，38)適應(yīng)于激活該測試模式。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中該第三信號處理單元(36，38)適應(yīng)于當(dāng)該第一相位和第二相位之間的相位差基本上為0和π之一時激活該測試模式。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中該第一多個第一磁阻元件(2，6，10，12，18，20)形成第一電橋以產(chǎn)生第一電橋信號；其中該第二多個第二磁阻元件(4，8，14，16，22，24)形成第二電橋以產(chǎn)生第二電橋信號；其中該第一處理單元(30，32，34)包括用于將該第一和第二電橋信號相加的加法器(30)；其中該第二處理單元(40，42，46)包括用于從該第二電橋信號中減去該第一電橋信號的減法器(40)；以及其中該第三信號處理單元適應(yīng)于當(dāng)該第一和第二輸出信號之一的信號電平低于預(yù)設(shè)電平時激活該測試模式。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中該第一和第二多個第一和第二磁阻元件在幾何上相對彼此位移；其中該傳感器是特別用于汽車應(yīng)用中的位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和角度傳感器之一；以及其中在測試模式中，該第一和第二多個第一和第二磁阻元件是可調(diào)節(jié)的。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中該第三信號處理單元適應(yīng)于當(dāng)該第一和第二多個第一和第二磁阻元件不再暴露于均勻磁場或者不再暴露于不均勻磁場其中至少之一時激活該工作模式；以及其中該第一和第二多個第一和第二磁阻元件被布置成，在該工作模式中，該第一和第二多個第一和第二磁阻元件暴露于不均勻磁場會導(dǎo)致在該第一和第二相位之間基本為π/2的相位差。
6.操作磁阻傳感器的方法，該磁阻傳感器包括第一多個第一磁阻元件；第二多個第二磁阻元件；第一信號處理單元，其連接到該第一多個第一磁阻元件以生成第一輸出信號；其中該第一輸出信號具有第一相位；第二信號處理單元，其連接到該第二多個第二磁阻元件以生成第二輸出信號；其中該第二輸出信號具有第二相位；其中該傳感器具有工作模式和測試模式；第三信號處理單元，用于處理該第一和第二輸出信號；以及其中該第三信號處理單元適應(yīng)于基于該第一和第二輸出信號激活該工作模式和測試模式之一；該方法包括步驟當(dāng)對該第一和第二多個第一和第二磁阻元件施加均勻磁場時激活該測試模式。
7.對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)中至少之一的方法，該方法包括對該磁阻傳感器施加均勻磁場；以及當(dāng)對該磁阻傳感器施加均勻磁場時執(zhí)行對該磁阻傳感器的測試和微調(diào)中的一個。
8.用于對磁阻傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)中至少之一的設(shè)備，該設(shè)備包括適應(yīng)于產(chǎn)生均勻磁場的線圈結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該線圈結(jié)構(gòu)包括亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)。
全文摘要
特別是在汽車應(yīng)用中，包括幾何泄漏移位傳感器元件的傳感器系統(tǒng)必須符合關(guān)于質(zhì)量、精度和安全性的特性和要求。為此，必須對傳感器進(jìn)行測試和微調(diào)。根據(jù)本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，提供一種磁阻傳感器，允許通過對該傳感器施加均勻磁場而測試和微調(diào)該傳感器。有利地，這樣可以提供一種具有簡單結(jié)構(gòu)的磁阻傳感器。
文檔編號G01D18/00GK1934420SQ200580008752
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者M·欣茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司