CN105785290A

CN105785290A - 磁场传感器

Info

Publication number: CN105785290A
Application number: CN201610167299.9A
Authority: CN
Inventors: W.拉贝格
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103376426A; DE102013207159A1; US20130278250A1; US9612298B2; US20160320461A1; CN105785290B; US9411024B2; CN103376426B

Abstract

本发明涉及磁场传感器。本发明的实施例提供一种磁场传感器。所述磁场传感器包括至少四个XMR元件，所述XMR元件被连接在包括并联分支的全桥电路中。所述至少四个XMR元件是GMR或TMR元件（GMR=巨磁阻；TMR=隧道磁阻）。所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，其中所述全桥电路的同一分支中的XMR元件包括不同形状各向异性。

Description

磁场传感器

本申请是分案申请，其母案申请的申请号是：201310137649.3，其母案申请的申请日是：2013年4月19日，其母案申请的发明名称是“磁场传感器”。

技术领域

本发明的一些实施例涉及磁场传感器。本发明的另外一些实施例涉及鲁棒的GMR单电池（GMR=巨磁阻）。本发明的另外一些实施例涉及用于例如曲轴、凸轮轴、传动和ABS感测应用之类的轮速传感器的基于XMR技术的磁阻式传感器。

背景技术

磁场传感器可以被用于多种应用，比如用于检测主体的位置、速度或加速度。在某些应用中，所述主体可以是附着到轴杆上的轮子，其中可以使用磁场传感器来检测轮子的旋转位置、角度、速度或加速度。

发明内容

本发明的一些实施例提供一种磁场传感器。所述磁场传感器包括至少四个XMR元件，所述XMR元件被连接在包括并联分支的全桥电路中。所述至少四个XMR元件是GMR或TMR元件（GMR=巨磁阻；TMR=隧道磁阻）。所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，其中所述全桥电路的同一分支中的XMR元件包括不同形状各向异性。

本发明的另外一些实施例提供一种磁场传感器，其包括第一和第二供应端子以及至少两个分支。所述至少两个分支当中的第一分支包括第一和第二XMR元件的串联连接。所述至少两个分支当中的第二分支包括第三和第四XMR元件的串联连接。第一和第二分支并联连接在第一和第二供应端子之间，使得第一和第三XMR元件连接到第一供应端子，并且使得第二和第四XMR元件连接到第二供应端子。第一和第四XMR元件包括相同形状各向异性，其中第一和第二XMR元件包括不同形状各向异性，并且其中第三和第四XMR元件包括不同形状各向异性。所述XMR元件是GMR或TMR元件。

本发明的另外一些实施例提供一种用于提供磁场传感器的传感器信号的方法，其中所述磁场传感器包括至少四个XMR元件，所述XMR元件被连接在包括并联分支的全桥电路中，其中所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，并且其中所述全桥电路的同一分支中的XMR元件包括不同形状各向异性。所述方法包括：检测所述全桥电路的桥信号，其中所述桥信号包括一个桥信号值序列；以及检测所述至少四个XMR传感器元件的其中之一的单元件信号，其中所述单元件信号包括一个单元件信号值序列。所述方法还包括：如果桥信号值处在预定义桥信号值范围内并且如果单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内，则提供桥信号以作为传感器信号。

本发明的一些实施例提供一种包括主体和至少四个XMR元件的系统。所述主体包括用于在该主体移动时实现周期性变化磁场的多个结构。所述至少四个XMR元件被连接在包括并联分支的全桥电路中。所述至少四个XMR元件是GMR或TMR元件。所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，其中所述全桥电路的同一分支中的XMR元件包括不同形状各向异性。所述至少四个XMR元件被设置成邻近主体，并且被配置成在主体移动时检测所述周期性变化磁场的分量。

附图说明

这里将参照附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的一个实施例的磁场传感器的方框图。

图2a示出了包括作为外部磁场的平面内分量的磁通量密度的函数的第一形状各向异性的XMR元件的电阻的曲线图。

图2b示出了包括作为外部磁场的所述平面内分量的磁通量密度的函数的第二形状各向异性的XMR元件的电阻的曲线图。

图3示出了作为外部磁场的所述平面内分量的函数的存在于磁场传感器的第一和第二桥端子之间的桥信号的曲线图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于提供磁场传感器的传感器信号的方法的流程图。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的用于提供磁场传感器的传感器信号的方法的流程图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的系统的示意图。

图7示出了根据本发明的另一个实施例的系统的示意图。

在下面的描述中，用相同的或等效的附图标记标示出具有相同或等效功能的相同或等效元件。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了许多细节以便提供对于本发明的实施例的更加透彻的解释。但是本领域技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其它示例中，为了避免模糊本发明的实施例，以方框图的形式示出了众所周知的结构和器件而不是详细示出。此外，除非明确地另行声明，否则可以把下文中描述的不同实施例的特征彼此组合。

图1示出了根据本发明的一个实施例的磁场传感器100的方框图。磁场传感器100包括至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4），所述XMR元件被连接在包括并联分支106_1到106_m的全桥电路104中，其中所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）是GMR或TMR元件（GMR=巨磁阻；TMR=隧道磁阻）。全桥电路104的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，其中全桥电路104的同一分支106_1到106_m中的XMR元件包括不同形状各向异性。

在一些实施例中，XMR元件可以是指GMR元件或TMR元件或者二者的组合。

图1中所示的磁场传感器100例如包括四个XMR元件102_1到102_n（n=4），所述XMR元件被连接在包括两个并联分支106_1到106_m（m=2）的全桥电路104中。所述两个分支106_1到106_m（m=2）当中的第一分支106_1可以包括所述四个XMR元件102_1到102_n（n=4）当中的第一和第二XMR元件102_1和102_2的串联连接，其中所述两个分支106_1到106_m（m=2）当中的第二分支106_2可以包括所述四个XMR元件102_1到102_n（n=4）当中的第三和第四XMR元件102_3和102_4的串联连接。

当然，磁场传感器100可以包括n个XMR元件102_1到102_n，其中所述XMR元件被连接在包括m个并联分支106_1到106_m的全桥电路104中，其中n是大于或等于4的自然数（n≥4），其中m是大于或等于2的自然数（m≥2）。在一些实施例中，并联分支106_1到106_m的数目m可以等于XMR元件102_1到102_n的数目除以2（m=n/2），从而全桥电路104的每一个分支包括两个XMR元件。

如图1中所示，并联分支106_1到106_m（m=2）可以被并联连接在全桥电路104的第一和第二供应端子110_1和110_2之间。此外，全桥电路104的并联分支106_1到106_m（m=2）可以包括连接在XMR元件102_1到102_n（n=4）之间的桥端子108_1到108_m（m=2）。

换句话说，磁场传感器100可以包括第一和第二供应端子110_1和110_2以及至少两个分支106_1到106_m（m≥2）。所述至少两个分支106_1到106_m（m≥2）当中的第一分支106_1可以包括第一和第二XMR元件102_1和102_2的串联连接。所述至少两个分支106_1到106_m（m≥2）当中的第二分支106_2可以包括第三和第四XMR元件102_3和102_4的串联连接。第一和第二分支106_1和106_2可以被并联连接在第一和第二供应端子110_1和110_2之间，使得第一和第三XMR元件102_1和102_3连接到第一供应端子110_1，并且使得第二和第四XMR元件102_2和102_4连接到第二供应端子110_2。第一和第四XMR元件102_1和102_4可以包括相同形状各向异性，其中第一和第二XMR元件102_1和102_2可以包括不同形状各向异性，并且其中第三和第四XMR元件102_3和102_4可以包括不同形状各向异性。XMR元件102_1到102_n（n=4）是GMR或TMR元件。

如图1中所示，全桥电路104的两个对角线XMR元件（例如第一和第四XMR元件102_1和102_4）包括相同形状各向异性，其中全桥电路104的同一分支106_1到106_2中的XMR元件（例如第一和第二XMR元件102_1和102_2以及/或者第三和第四XMR元件102_3和102_4）包括不同形状各向异性。此外，第二和第三XMR元件102_2和102_3可以包括相同形状各向异性。

在一些实施例中，所述至少四个XMR元件102_1到102_4（n≥4）的电阻或电阻性行为可以由其形状各向异性定义。因此，在附图中可以用不同的电阻（例如R1和R2）来表示不同形状各向异性。

例如在图1中，第一和第四XMR元件102_1和102_4包括第一电阻R1，其中第二和第三XMR元件102_2和102_3包括不同于第一电阻的第二电阻R2。

在一些实施例中，所述至少四个XMR元件102_1到102_4（n≥4）可以被配置成检测外部磁场的相同分量。所述至少四个XMR元件102_1到102_4（n≥4）例如可以被设置成具有相同的感测平面。换句话说，所述至少四个XMR元件102_1到102_4（n≥4）的有效或敏感区域处在相同的平面内。

其中一些附图示出了具有（基本上）彼此垂直的x轴、y轴和z轴的x-y-z参考坐标系。x轴和y轴定义平行于所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）的激活或敏感区域（感测平面）的平面或维度，其中z轴定义垂直于所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）的激活或敏感区域的维度。

在一些实施例中，所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）的形状各向异性可以由其长宽比定义，其中长宽比由所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n=4）的感测平面（例如xy平面）内的宽度与长度之间的商定义。

例如参照图1，可以沿着平行于参考坐标系的x轴的x方向测量XMR元件102_1到102_n的宽度，其中可以沿着平行于参考坐标系的y轴的y方向测量XMR元件102_1到102_n的长度。此外，XMR元件102_1到102_n的感测平面可以平行于由参考坐标系的x轴和y轴定义的平面。

在一些实施例中，全桥电路104的两个对角线XMR元件可以包括定义第一形状各向异性的第一长宽比，其中全桥电路104的另外两个对角线XMR元件包括定义第二形状各向异性的第二长宽比。

例如参照图1，两个对角线XMR元件102_1和102_4可以包括定义第一形状各向异性（其由R1表示）的第一长宽比，其中全桥电路104的另外两个对角线XMR元件102_2和102_3可以包括定义第二形状各向异性（其由R2表示）的第二长宽比。

可以通过XMR元件102_1到102_n的不同宽度和/或长度来实现XMR元件102_1到102_n的不同形状各向异性。举例来说，全桥电路104的两个对角线XMR元件102_1和102_4可以包括不同于全桥电路104的另外两个对角线XMR元件102_2和102_3的宽度和/或长度。

在一些实施例中，第二长宽比可以是第一长宽比的1/5到2/3（或者2/9到1/2，或者1/4到2/5，或者2/7到1/3）。举例来说，第一和第四XMR元件102_1和102_4可以包括定义第一形状各向异性的第一长宽比，其中为了饱和，第一形状各向异性需要具有15到25mT之间的磁通量密度的外部磁场分量，其中第二和第三XMR元件102_2和102_3可以包括定义第二形状各向异性的第二长宽比，其中为了饱和，第二形状各向异性需要具有5到10mT之间的磁通量密度的外部磁场分量。

在一些实施例中，所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）可以被配置成检测外部磁场的同一（平面内）分量。例如参照图1，XMR传感器102_1到102_4可以被配置成检测外部磁场的x分量和/或y分量。

在一些实施例中，所述至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4）当中的至少一个XMR元件可以包括至少两个XMR子元件，其中所述至少两个XMR子元件包括对应于所述一个XMR元件的总形状各向异性。此外，所述至少两个XMR子元件可以包括基本上相同形状各向异性。应当提到的是，单个元件的传递函数可以略有不同。

举例来说，包括第一形状各向异性的第一XMR元件102_1可以包括第一和第二XMR子元件，其中第一和第二XMR子元件包括对应于第一形状各向异性的总形状各向异性，例如第一和第二XMR子元件的总形状各向异性可以等于第一形状各向异性。当然，（一个或多个）第二、第三和/或第四XMR元件也可以包括XMR子元件。

如前所述，全桥电路104的并联分支106_1到106_m可以包括连接在XMR元件102_1到102_n之间的桥端子108_1到108_m。在存在外部磁场的平面内分量的情况下，在桥端子108_1到108_m之间存在桥信号。此外，并联分支106_1到106_m可以被并联连接在全桥电路104的第一和第二供应端子110_1到110_2之间。

例如参照图1，全桥电路104的第一分支106_1可以包括连接在第一和第二XMR元件102_1和102_2的串联连接之间的第一桥端子108_1，其中全桥电路104的第二分支106_2可以包括连接在第三和第四XMR元件102_3和102_4的串联连接之间的第二桥端子108_2。此外，第一分支106_1和第二分支106_2可以被并联连接在第一和第二供应端子110_1和110_2之间，使得第一和第三XMR元件102_1和102_3连接到第一供应端子110_1，其中第二和第四XMR元件102_2和102_4连接到第二供应端子110_2。第一供应端子110_1可以连接到供应电势V₀（例如正或负供应电压），其中第二供应端子110_2可以连接到参考电势V_ref（例如地）。

在存在外部磁场的平面内分量（例如x分量或y分量）的情况下，在桥端子108_1和108_2之间存在桥信号ΔV。桥信号ΔV可以是存在于第一桥端子102_1处的第一桥电势V1与存在于第二桥端子108_2处的第二桥电势V₂之间的差。可以如下计算第一桥电势V₁：

由此，R₁是第一和第四XMR元件102_1和102_4的电阻，其中R₂是第二和第三XMR元件102_2和102_3的电阻。可以如下计算第二桥电势V₂：

如果参考电势V_ref是地电势，则可以如下计算第一和第二桥电势V₁和V₂：

下面将详细描述图1中所示的磁场传感器100以及XMR元件104_1到104_n（n≥4）的一种可能的实现方式。

在许多应用中，很重要的是不管轮轴的旋转速度如何都密切控制轮轴的位置。通常这是利用基于Hall效应的磁性传感器而实现的，该磁性传感器检测由安放在将要控制的轴杆上的磁性编码器轮生成的磁场。另一类系统使用基于磁阻效应（比如各向异性磁阻效应（AMR）、巨磁阻效应（GMR）或隧穿磁阻效应（TMR））的传感器。

如果使用XMR技术，则需要差分惠斯通类方法来避免由于热漂移而导致的问题。对于AMR，这通常是通过相对于编码器场轴把电流流动倾斜±45°而实现的。对于典型的自旋阀类GMR或TMR元件，这可以通过局部不同磁化（这相当困难并且需要有损信号幅度）或者通过电阻性元件的空间分离而实现。后者在电桥的两半之间的间隔对应于极轮（polewheel）节距的一半的情况下工作良好。与这一节距匹配的任何偏差都将导致差分信号幅度的恶化和例如信号抖动的增加。

换句话说，通常所使用的是具有节距相关性的缺点的空间差分GMR电桥，或者是具有复杂磁化处理和通常较低的信号幅度的缺点的局部差分GMR电桥。

与此不同，本发明的实施例提供一种鲁棒的局部集中的GMR或TMR元件，其组合了XMR技术的优点（例如大信号、低抖动）与针对（例如由于温度造成的）偏移量漂移的鲁棒性。

本发明的实施例利用了以下事实，即电输出ΔV由自由层磁化对磁场的响应决定，后者又由其形状各向异性决定。根据本发明的想法，具有两种不同形状各向异性的XMR元件102_1到102_n（n≥4）被组合在惠斯通电桥104配置中，并且对于外部磁场的响应差异被用作测量信号ΔV。这就允许利用大XMR信号（的至少一部分），同时由于差分设定而把温度漂移的影响降到最低程度。形状各向异性例如由元件102_1到102_n（n≥4）的宽度定义，因此不需要改变制造工艺。但是元件102_1到102_n（n≥4）的局部集中解决了通常会在空间差分设定中观察到的节距失配的问题，并且允许与传感器元件分开地缩小ASIC（ASIC=专用集成电路）。

根据本发明的想法，具有不同形状各向异性的XMR传感器元件102_1到102_n（n≥4）的集合被使用在惠斯通电桥104配置中。

下面将参照图2a和2b描述此类器件（XMR元件104_1到104_n（n≥4））的典型传递曲线。

图2a示出了包括作为外部磁场的平面内分量的磁通量密度的函数的第一形状各向异性的XMR元件的电阻的曲线图。由此，在横坐标以mT为单位描述外部磁场的磁通量密度的情况下，纵坐标以Ω为单位描述包括第一形状各向异性的XMR元件的电阻。

图2b示出了包括作为外部磁场的所述平面内分量的磁通量密度的函数的第二形状各向异性的XMR元件的电阻的曲线图。由此，在横坐标以mT为单位描述外部磁场的磁通量密度的情况下，纵坐标以Ω为单位描述包括第二形状各向异性的XMR元件的电阻。

XMR元件的线性范围可以被定义为例如该XMR元件的电阻的最小值与最大值之间的范围的10%到90%之间的范围。

参照图1，在某些实施例中，第一和第四XMR元件102_1和102_4（R1）可以由具有较大形状各向异性并且因此具有如图2a中所示的较大线性范围的电阻性XMR元件实现，其中第二和第三XMR元件102_2和102_3（R2）可以由具有较小形状各向异性并且因此具有如图2b中所示的较小线性范围的电阻性XMR元件实现。

图3示出了作为外部磁场的所述平面内分量的函数的存在于磁场传感器100的第一和第二桥端子108_1和108_2之间的桥信号ΔV的图示。由此，在横坐标以mT为单位描述外部磁场的所述平面内分量的磁通量密度的情况下，纵坐标以V为单位描述桥信号ΔV。换句话说，图3示出了作为所施加的场的函数的电压V1与V2之间的差。

桥信号ΔV的线性范围可以被定义为例如该桥信号ΔV的最小值与最大值之间的范围的10%到90%之间的范围。

与此同时，由于热效应而导致的所有电阻漂移对于元件102_1到102_n（n≥4）将是相同的，从而彼此抵消掉。所述线性范围可以由具有较小形状各向异性（第二形状各向异性）的电阻的线性范围决定。在理想情况下，具有较宽线性范围的元件的形状各向异性尽可能大，以便获得最大信号。

如果场幅度处于两个极值之间的线性范围内，则该器件将工作良好。对于大于该线性范围的场幅度，需要采取附加的措施来避免误解信号。幸运的是，由于电桥的线性范围由具有较小线性范围的元件决定，因此这些元件可以充当监视器。也就是说，把电桥的输出与单个元件的输出进行比较，正如将从后面的描述中看到的那样。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于提供磁场传感器100的传感器信号的方法200的流程图。在一个实施例中，磁场传感器100可以是如图1中所示的磁场传感器。所述方法包括检测全桥电路104的桥信号ΔV的步骤202，其中桥信号ΔV包括一个桥信号值序列。方法200还包括检测所述至少四个XMR传感器元件102_1到102_n（n≥4）的其中之一的单元件信号的步骤204，其中所述单元件信号包括一个单元件信号值序列。最后，方法200包括步骤206：如果桥信号值处在预定义桥信号值范围内并且如果单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内，则提供桥信号ΔV作为传感器信号。

在一些实施例中，所述桥信号值序列可以是一个电压或电流值序列，其中所述单元件信号值序列可以是一个电压或电流值序列。

全桥电路104的两个对角线XMR元件可以包括定义第一形状各向异性的第一长宽比，其中全桥电路的另外两个对角线XMR元件可以包括定义第二形状各向异性的第二长宽比，其中第二长宽比是第一长宽比的1/5到2/3。在这种情况下，检测包括第二长宽比的所述另外两个XMR元件的其中之一的单元件信号。

例如参照图1，第一和第四XMR元件102_1和102_4可以是包括第一形状各向异性（R1）的两个对角线XMR元件，其中第二和第三XMR元件102_2和102_4可以是包括小于第一形状各向异性的第二形状各向异性（R2）的另外两个对角线XMR元件。在这种情况下，可以检测第二或第三XMR元件102_2或102_3的单元件信号。

此外，所述预定义桥信号值范围可以包括上限阈值和下限阈值，其中如果桥信号值落在上限阈值以下或者超出下限阈值，则桥信号值可以处在所述预定义桥信号值范围内。

参照图3，所述预定义桥信号值范围可以被定义为例如桥信号ΔV的最小值与最大值之间的范围的10%到90%（或5%到95%、或20%到80%、或30%到70%）之间的范围。上限阈值可以是桥信号ΔV的最大值的90%（或95%、或80%、或70%）。下限阈值可以是桥信号ΔV的最小值的90%（或95%、或80%、或70%）。

方法200还可以包括：检测最大桥信号值和最小桥信号值，并且基于所检测到的最大桥信号值设定预定义桥信号值范围的上限阈值，以及基于所检测到的最小桥信号值设定预定义桥信号值范围的下限阈值。

此外，所述预定义单元件信号值范围可以包括上限阈值和下限阈值，其中如果单元件信号值落在上限阈值以下并且超出下限阈值，则单元件信号值处在所述预定义单元件信号值范围内。

举例来说，所述单元件信号值可以是一个XMR传感器元件上的电压降。所述一个XMR传感器元件上的电压降与所述一个XMR传感器元件的电阻成比例。在图2a和2b中分别示出了作为外部磁场的平面内分量的磁通量密度的函数的XMR元件的电阻。因此，所述预定义单元件信号值范围可以被定义为例如所述一个XMR元件上的电压降的最小值与最大值之间的范围的10%到90%（或5%到95%、或20%到80%、或30%到70%）之间的范围。上限阈值可以是所述一个XMR元件上的电压降的最大值的90%（或95%、或80%、或70%）。下限阈值可以是所述一个XMR元件上的电压降的最小值的10%（或5%、或20%、或30%）。

方法200还可以包括：检测最大单元件信号值和最小单元件信号值，并且基于所检测到的最大单元件信号值设定预定义单元件信号值范围的上限阈值，以及基于所检测到的最小单元件信号值设定预定义单元件信号值范围的下限阈值。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的用于提供磁场传感器100的传感器信号的方法200的流程图。所述方法包括检测全桥电路104的桥信号ΔV的步骤202，其中桥信号ΔV包括一个桥信号值序列。方法200还包括检测所述至少四个XMR传感器元件102_1到102_n（n≥4）的其中之一的单元件信号的步骤204，其中所述单元件信号包括一个单元件信号值序列。最后，方法200包括步骤206：如果桥信号值处在预定义桥信号值范围内并且如果单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内，则提供桥信号ΔV作为传感器信号。

步骤206可以包括检测桥信号值是否处在预定义桥信号值范围内的步骤208，例如桥信号值是否小于桥信号的最大值的95%以及/或者桥信号值是否大于桥信号的最小值的5%。如果桥信号值处在预定义桥信号值范围内（208中为是），则在步骤210中检测桥信号值之前是否处在预定义桥信号值范围内（最小阈值激活）。如果桥信号值之前未处在预定义桥信号值范围内（最小阈值未激活，210中为否），则在步骤212中检测单元件信号值是否处在预定义单元件信号值范围内，例如单元件信号值是否小于单元件信号的最大值的95%以及/或者单元件信号值是否大于单元件信号的最小值的5%。如果单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内（212中为是），则在步骤214中提供桥信号ΔV以作为传感器信号（并且最小阈值被设定到激活）。

换句话说，如果由电桥104生成的信号ΔV从其最大值减小了某一已定义数量（在该例中是5%），则检查单元件的信号。如果所述单元件的信号也比其最大值减小了某一已定义数量（在该例中是5%），则在线性范围内生成桥输出，并且把用以生成脉冲的开关阈值设定到激活。如果所述单元件的信号没有减小，则在线性范围之外生成桥信号，并且开关阈值将不被激活。相应地围绕桥传递曲线的最小值进行评估。

后面将参照图6和7描述根据本发明的想法的电流传感器100的示例性应用。

图6示出了根据本发明的一个实施例的系统300的示意图。系统300包括主体302和如图1中所示的磁场传感器100，其中主体302包括用于在该主体移动时实现周期性变化磁场的多个结构304_1到304_i。由此，该至少四个XMR元件104_1到104_n（n≥4）邻近主体302设置，并且被配置成在主体移动时检测所述周期性变化磁场的分量。

在图6中，主体302例如包括用于在该主体移动时实现周期性变化磁场的16个结构304_1到304_i。当然主体302也可以包括多达i个结构304_1到304_i，其中i是一个自然数。

在一些实施例中，主体302的结构304_1到304_i可以是被设置成具有交替极性的磁极。

此外，系统300可以包括评估器310，其被配置成检测全桥电路104的桥信号ΔV，并且基于所检测到的桥信号ΔV评估主体302的位置、速度或加速度。

图7示出了根据本发明的另一个实施例的系统300的示意图。与图6不同，系统300包括邻近磁场传感器100（其包括至少四个XMR元件102_1到102_n（n≥4））设置的磁性元件306，其中主体302的结构304_1到304_i包括周期性地形成在主体302处的突起或凹陷。

参照图6和7，主体302可以是附着到轴杆308上的轮子302，并且其被配置成在轮子302旋转时实现周期性变化磁场。

基于本发明可以构想几个实施例。除了前面描述的实施例之外，还有可能使用具有相反传递曲线的两个电桥，并且使用这两个电桥之间的差分信号。这样将把信号幅度增大到两倍。

关于XMR元件102_1到102_n（n≥4）的放置，可以将XMR元件102_1到102_n（n≥4）尽可能彼此靠近地局部放置，以便确保其所测量的场是相同的（例如通过交织各个结构）。

本发明的另外一些实施例提供一种具有被配置在惠斯通电桥104配置中的四个XMR电阻器元件102_1到102_n（n=4）的磁场传感器，其中两个所述元件102_1到102_n（n=4）对于磁场的线性响应R1不同于另外两个元件R2，并且其中以如下方式生成桥信号：电桥的两半之间的差由线性范围内的差定义。

由此，传感器可以由GMR或TMR元件形成。传感器元件可以被设置在小于1mm宽的区域内。传感器元件可以被设置在小于100μm宽的区域内。传感器元件可以被设置在小于10μm宽、50μm高的区域内。传感器可以包括附加的XMR元件。所述传感器（或结构）可以包括用于评估桥信号的有效性的控制电路，例如被配置成施行如前所述的方法200的控制电路。

虽然在设备的情境中描述了一些方面，但是应当明了到是，这些方面也代表对于相应方法的描述，其中一个方框或器件对应于一个方法步骤或者一个方法步骤的一项特征。类似地，在方法步骤的情境中描述的各个方面也代表对于相应设备的相应方框或项目或特征的描述。可以通过（或者利用）例如微处理器、可编程计算机或电子电路之类的硬件设备来执行其中一些或所有方法步骤。在一些实施例中，可以通过这样的设备执行其中一个或更多最重要的方法步骤。

上面所描述的实施例仅仅是为了说明本发明的原理。应当理解的是，本领域技术人员将会想到针对这里所描述的设置和细节的修改和变型。因此，本发明应当仅由待审专利权利要求书的范围限制，而不受限于在这里通过对实施例的描述和解释而给出的具体细节。

Claims

1.一种用于提供磁场传感器的传感器信号的方法，其中，所述磁场传感器包括至少四个XMR元件，所述XMR元件被连接在包括并联分支的全桥电路中，其中所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括相同形状各向异性，并且其中所述全桥电路的同一分支中的XMR元件包括不同形状各向异性，其中所述方法包括：

检测所述全桥电路的桥信号，其中所述桥信号包括一个桥信号值序列；

检测所述至少四个XMR传感器元件当中的一个的单元件信号，其中所述单元件信号包括一个单元件信号值序列；以及

如果桥信号值处在预定义桥信号值范围内并且如果单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内，则提供所述桥信号以作为传感器信号。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述全桥电路的两个对角线XMR元件包括定义第一形状各向异性的第一长宽比，并且其中所述全桥电路的另外两个对角线XMR元件包括定义第二形状各向异性的第二长宽比，其中第二长宽比是第一长宽比的1/5到2/3，并且其中在检测单元件信号的步骤期间，检测包括第二长宽比的所述另外两个XMR元件当中的一个的单元件信号。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述预定义桥信号值范围包括上限阈值和下限阈值，其中如果桥信号值落在上限阈值以下或超出下限阈值，则所述桥信号值处在预定义桥信号值范围内。

4.根据权利要求3的方法，其还包括：

检测最大桥信号值和最小桥信号值；以及

基于所检测到的最大桥信号值设定预定义桥信号值范围的上限阈值，并且基于所检测到的最小桥信号值设定预定义桥信号值范围的下限阈值。

5.根据权利要求1的方法，其中，所述预定义单元件信号值范围包括上限阈值和下限阈值，其中如果单元件信号值落在上限阈值以下或超出下限阈值，则所述单元件信号值处在预定义单元件信号值范围内。

6.根据权利要求5的方法，其还包括：

检测最大单元件信号值和最小单元件信号值；以及

基于所检测到的最大单元件信号值设定预定义单元件信号值范围的上限阈值，并且基于所检测到的最小单元件信号值设定预定义单元件信号值范围的下限阈值。