本發(fā)明涉及一種磁阻式惠斯通電橋以及一種用于測量磁場的角定向的磁阻式角度傳感器，所述磁阻式角度傳感器包括根據(jù)權利要求1的教導所述的至少一個惠斯通電橋、優(yōu)選地包括彼此偏置預定角度的兩個或更多個惠斯通電橋。

為此，惠斯通電橋的兩個并聯(lián)的電橋支路(也被稱為半電橋)分別包括兩個串聯(lián)連接的磁阻式電阻器裝置r1和r3、r2和r4。兩個電橋支路中的電阻器裝置r1和r4、r2和r3均采用彼此對角相對的布置，兩個電橋支路中的電阻器裝置r1和r2(或r3和r4)成對地彼此相對布置。每一個電阻器裝置具有磁敏優(yōu)選方向，該方向也被稱為靈敏度方向，可以在該方向上用最大可能靈敏度測量磁場。

本發(fā)明通過磁角度傳感器改善了角度檢測準確度。

磁阻效應是描述通過施加外部磁場引起的材料的電阻變化的所有效應。對于具有優(yōu)選方向(關于待測量的磁場的矢量方向)的磁阻效應特別是指各向異性磁阻效應(amr效應)、巨磁阻效應(gmr效應)、cmr效應和tmr效應。

在現(xiàn)有技術中，磁阻式角度傳感器經(jīng)常被配置成惠斯通電橋，其中，在每一個電橋支路中使用相同的磁阻式電阻材料，這些材料僅在其形狀或磁定向上彼此不同。通過這種布置，實現(xiàn)了輸出信號的溫度無關性，因為每一個電橋支路中的電阻隨溫度的變化是完全相同的，以至于隨溫度的變化對傳感器信號沒有任何影響。

為了獲得明確的角度信息，通常需要磁靈敏度方向彼此不同的兩個惠斯通電橋。例如，在待檢測的磁場以旋轉角旋轉的情況下，將這兩個電橋旋轉90°，在電橋輸出中獲得正弦函數(shù)和余弦函數(shù)。這兩個信號用于例如通過arctan函數(shù)計算明確的角位置如果這兩個電橋具有不同的角偏移，可以同樣使用合適的三角測量函數(shù)計算待檢測的磁場的明確的角定向。

因為在amr(各向異性磁阻效應)的情況下周期性相當于180°，amr電阻器的電阻與電流方向和磁化方向之間的角度有關。

因此，用于角度測量的amr電橋包含位于不同方向的磁阻帶。為了通過amr獲得相移信號，使用兩個電橋，這兩個電橋例如相對于彼此旋轉45°。

gmr和tmr(巨磁阻效應和隧道磁阻效應)電阻器的電阻與自由層的磁化方向和釘扎層(pinnedlayers)的磁化方向之間的角度有關。在tmr和/或gmr電阻器的情況下，磁場方向相關性的周期性相當于360°。釘扎層包括磁預磁化作為釘扎方向，該釘扎方向限定了優(yōu)選方向。自由層和釘扎層是由非磁性層分隔的磁性層，在tmr的情況下該非磁性層是薄的絕緣體，例如al2o3或mgo，在gmr的情況下該非磁性層是薄的導電層，例如cu或ru。自由層被配置成使得其磁化方向跟隨外部磁場，而釘扎層被配置成使得其磁化方向在施加外部磁場時盡可能地保持穩(wěn)定。

具有用于檢測旋轉磁場的可限定優(yōu)選方向的惠斯通電橋中的基于amr、基于tmr或基于gmr的電阻器可以用于本發(fā)明的目的，因為所有這些類型的磁阻式電阻器具有磁阻式優(yōu)選方向，在該磁阻式優(yōu)選方向上，外部磁場的幅值變化帶來電阻的最大變化，即，在該磁阻式優(yōu)選方向上，最高磁阻式靈敏度占主導。在惠斯通電橋中，可以在芯片級制造傳感器布局的過程中或者通過電配置和/或磁配置限定這個優(yōu)選方向。

圖1示出gmr或tmr傳感器的典型惠斯通電橋，其包括位于各個電橋支路中的相對的即反向平行的優(yōu)選方向。這四個磁阻式電橋電阻器具有完全相同的標稱電阻幅值，并且以串聯(lián)連接的電橋電阻器裝置r1和r3和與其平行的電橋電阻器裝置r2和r4形成兩個電橋支路，這兩個電橋支路位于電源電勢差vb之間。通常，電橋電阻器裝置對應于單獨的電橋電阻器；然而，電橋電阻器裝置還可以包括兩個或更多個單獨的串聯(lián)或并聯(lián)電橋電阻器。可以在電橋支路r1/r3或r2/r4之間的中心抽頭處分接輸出電壓vout。所示箭頭可以例如表示gmr電阻器或tmr電阻器的釘扎方向并且因此標識其磁阻式優(yōu)選方向。電橋電阻器裝置的所有電橋電阻器具有完全相同的磁性優(yōu)選方向。在tmr或gmr電阻器的情況下，當自由層和釘扎層在相同的方向被磁化時電阻具有最小值以及在反向平行磁化的情況下電阻具有最大值。電橋支路的電橋電阻器裝置具有反向平行優(yōu)選方向并且兩個電橋支路的對角位置的電橋電阻器裝置具有完全相同的優(yōu)選方向，即，r1和r4具有相同的優(yōu)選方向，相對而言，r2和r3的優(yōu)選方向偏移了180°。定向在電橋電阻器裝置r2、r3的優(yōu)選方向上的外部磁場使得電阻器r2和r3中的電阻最小化以及電阻器r1和r4中的電阻最大化，因此產(chǎn)生最大或最小輸出信號vout。

角度測量準確度越高，用于檢測磁場角度的惠斯通電橋的輸出信號越正弦，即，電橋抽頭的測量電壓的變化表現(xiàn)地越正弦，與待檢測的外部磁場的假設旋轉的情況下的角度旋轉類似。期望的是電橋電阻器r1至r4的完全相同的標稱電阻幅值和特性，利用與測量電橋的電阻特性有關的比例因子a，產(chǎn)生輸出電壓其中，被指定為外部磁場相對磁阻電橋電阻器r2、r3的由箭頭所示的優(yōu)選方向的角度或者相對于電阻器r1、r4偏移180°的角度。然而，在實踐中很少發(fā)現(xiàn)純正弦或余弦函數(shù)，因為諧波扭曲正弦，因此arctan計算可能存在誤差，因為其需要純正弦。

測量電壓曲線中的諧波可能由不同的效應引起，例如，因為旋轉磁場是不均勻的，例如，由于感應、由于所使用的電阻材料的磁各向異性、由于傳感器和磁鐵的組裝期間的容差或極靴或磁導元件的不準或不正確的定向。

在gmr和tmr傳感器的情況下，在實踐中僅幾納米厚的參考層或釘扎層的磁化的不完全穩(wěn)定的位置對諧波做出顯著貢獻。在實踐中，所述層可能相對于外部磁場稍微旋轉。旋轉角度越大，外部磁場越強。這導致輸出信號中存在諧波。尤其是，在惠斯通電橋的輸出信號中發(fā)現(xiàn)第二、第三、第四以及還有第五諧波，這導致測量不準確。

因此，需要通過磁阻式電阻器布置改善角度測量中的諧波。

背景技術：

us6633462b2描述了一種抑制諧波的理念，其中，電橋電阻器布置成由三個子電阻器形成，中心子電阻器具有最高電阻，其優(yōu)選方向位于待測量的分量的方向上，其余兩個子電阻器具有較低電阻，其各自的優(yōu)選方向偏離待測量的分量的優(yōu)選方向完全相同的正角度或負角度，偏離角度介于5度至85度。以此方式，可以降低任意材料各向異性并且改善測量信號的正弦曲線。每一個電橋電阻器裝置具有與中心子電阻器的優(yōu)選方向相對應的優(yōu)選方向，對角布置的電橋電阻器具有完全相同的優(yōu)選方向。

在從ep2455720a1已知的另一個現(xiàn)有技術文獻中，如圖2所示，電橋電阻器裝置rx的兩個子電阻器rx1和rx2(即，電橋電阻器裝置r1的r11和r12)串聯(lián)連接，其釘扎方向以及因此的優(yōu)選方向之間具有角度α的偏移。以此方式，180°/α諧波被濾波。例如，可以在偏移角度α＝60°處對第三諧波進行濾波?？梢酝ㄟ^多個釘扎方向的連結對多個諧波進行濾波。測量電橋的總體優(yōu)選方向因此被修改為朝向由圖2中的向量圖所表示的角度α/2。如圖2的向量圖所示，在每一個由具有不同磁場靈敏優(yōu)選方向的兩個子電阻器rx1–rx2的串聯(lián)電路組成的總體測量電橋的每一個電橋電阻器裝置r11–r12、r21–r22、r31–r32和r41–r42中，得到電橋支路的優(yōu)選方向rres，該優(yōu)選方向對應于兩個電阻器rx1–rx2的偏離角度α的二等分α/2的方向。因為所有電橋電阻器在上或下半電橋支路中在正方向或負方向上具有相同的優(yōu)選方向，總體電橋的總體靈敏度方向指向方向rres。對角電橋電阻器具有與子電阻器和總體電阻器的優(yōu)選方向完全相同的方向。

可行的是再次對這些子電阻器中的每一個子電阻器進行細分并且進一步分離成兩個元件，其釘扎方向相差角度β。通常，圍繞優(yōu)選角方向在正角量和負角量上對稱地進行進一步的分離，使得優(yōu)選角方向不會進一步變化。以此方式，180°/β諧波也可以被濾波。可以繼續(xù)分離，因此在理論上任意數(shù)量的諧波可以被濾波，其中，在每一種情況下其它子電阻器的數(shù)量增加了2倍，因此需要大量的子電阻器和精確的定向和完全相同的電阻值。

如前所述，在每一個電橋支路內(nèi)進行諧波濾波。因為每一個單獨的電橋支路對相同數(shù)量的諧波進行濾波，這些諧波的電橋電壓也被濾波。一個電橋中的所需釘扎方向的數(shù)量針對每一次濾波加倍。因此，在沒有濾波的原始配置中具有2個釘扎方向(見圖1)。在對一個諧波進行濾波的情況下，于是存在4個釘扎方向(見圖2)。每一個電橋支路需要至少四個傳感器元件，即，子電阻器。如果兩個諧波被濾波，則獲得總共8個釘扎方向。每一個電橋支路于是包含至少八個傳感器元件。在這種情況下，完整的電橋需要至少16個傳感器元件。在此方面由兩個電橋組成的傳感器需要至少32個傳感器元件。

進一步需要較高準確度的磁阻式角度傳感器源自以下事實：測量電橋的總體電阻一方面應當采取給定值以便被最優(yōu)地評估并且能夠影響期望區(qū)域內(nèi)的測量電流，以及源自以下事實：無磁場狀態(tài)下的每一個單獨的電橋電阻器裝置的以及構成這個裝置的子電阻器的電阻值應當采取標稱上完全相同的電阻值。對于制造而言，這只能在大多數(shù)情況下非常困難地實現(xiàn)或者根據(jù)無法實現(xiàn)，使得無法實現(xiàn)測量信號的期望三角測量曲線和最優(yōu)評估。因此期望的是能夠在制造過程期間或后續(xù)影響每一個電阻器裝置以及測量電橋的總體電阻，尤其是為了對抗制造容差。對角電橋電阻器具有完全相同的配置并且需要多個不同的釘扎方向以便有效地減少諧波。

現(xiàn)有技術的缺點在于僅能在較高制造復雜度的情況下通過磁阻式電阻器裝置實現(xiàn)諧波濾波。而且，因為電阻值在制造期間可能會廣泛分散，所以，尤其是基于tmr或gmr的電阻器裝置的電阻特性的同質性很難實現(xiàn)。

本發(fā)明的目標是提出一種用于磁阻式角度傳感器的電阻器裝置，該電阻器裝置實現(xiàn)了改善的諧波濾波以及高度精確的角分辨率同時減少了制造工作和電路復雜性。

這個目標是通過根據(jù)獨立權利要求的角度傳感器實現(xiàn)的。本發(fā)明的有利實施例構成從屬權利要求的主題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種磁阻式惠斯通電橋，該磁阻式惠斯通電橋包括并聯(lián)連接在電源電勢vb之間的兩個電橋支路，其中，兩個串聯(lián)連接的電阻器裝置r1和r3或r2和r4被布置在每一個電橋支路中并且具有居間合成的差值電壓vout。這兩個電橋支路的電阻器裝置r1和r4或r2和r3對角地彼此相對，至少兩個磁阻式電阻器裝置r1、r2、r3、r4具有磁敏優(yōu)選方向。電橋支路的對角相對的電阻器r1和r4或r2和r3的優(yōu)選方向彼此相差除了0°或180°之外的角度。

本發(fā)明因此描述了一種減少諧波并且實現(xiàn)最優(yōu)電阻值的方法。相比于現(xiàn)有技術，單獨的電阻器裝置中的諧波未得到抑制，而是通過貫穿測量電橋的所有電橋電阻器裝置的不同磁性優(yōu)選方向的功能交互來抑制諧波。以此方式，改善了信號并且改善了傳感器的分辨率，其中，可以使用更少數(shù)量的子電阻器。在角度傳感器的情況下，由此增加了角準確度。可以通過指定測量電橋的對角相對的電阻器裝置的優(yōu)選方向rres1和rres2來進行磁阻式電阻電橋的諧波濾波，其中，總體靈敏度方向rres源自對角電阻器裝置r2和r3或r1和r4的優(yōu)選子方向rres1和rres的向量相加。通過諧波濾波確定兩個電橋支路中的每一個電阻器裝置的磁阻式子電阻器的數(shù)量和定向，得到總體優(yōu)選方向。電橋電阻器裝置都不具有與測量電橋的總體優(yōu)選方向相對應的優(yōu)選方向，兩個半電橋的電阻器裝置具有不同的單獨優(yōu)選方向和優(yōu)選方向。

相比于現(xiàn)有技術，現(xiàn)有技術中記載了傾斜相對的電橋電阻器r1–r4和r2–r3的優(yōu)選方向一致，而本申請中，一個半電橋的電橋電阻器的優(yōu)選方向無法確定對應的另一個半電橋的電橋電阻器的優(yōu)選方向的完全相同定向的方向。

在一個有利的其它實施例中，每一個電橋支路的串聯(lián)連接的電阻器裝置r1和r3或r2和r4的磁性優(yōu)選方向可以被反向平行地定向。每一個電橋支路的兩個串聯(lián)連接的電阻器裝置r1–r3、r2–r4的磁性優(yōu)選方向被反向平行地定向，即，旋轉180°。以此方式，實現(xiàn)了最大傳感器靈敏度，每一個電橋支路的電阻器還可以被布置成在芯片襯底上靠近在一起并且具有反向平行優(yōu)選方向。

在一個有利的其它實施例中，電橋支路中成對地彼此相對的電阻器裝置r1和r2或r3和r4的優(yōu)選方向可以被反向平行地定向。位于兩個電橋支路中的電阻器裝置r1、r2和r3、r4的對應相鄰對的優(yōu)選方向可以被反向平行地定向。在這種情況下，串聯(lián)電阻器裝置r1–r3和r2–r4的優(yōu)選方向彼此相對地成角度，使得對應的對角電阻器裝置r1–r4和r2–r3也具有相互成角度的優(yōu)選方向。

如果根據(jù)上述實施例之一設計測量電橋，可以通過對角電阻器裝置的向量優(yōu)選方向的疊加確定總體優(yōu)選方向。每一個電橋支路的一個對應的電阻器裝置的優(yōu)選方向可以在每一種情況下位于0°主軸線上，如圖1中在測量電橋100中所限定的，每一個電橋支路的對應的另一個串聯(lián)連接的電阻器裝置的優(yōu)選方向可以成角度，優(yōu)選地30°、36°、45°或60°角。60°角用于對第三諧波進行濾波，45°值用于對第四諧波進行濾波，36°值用于對第五諧波進行濾波，30°用于對第六諧波進行濾波。這導致測量電橋的相對于原始0°主軸線成角度的結果優(yōu)選方向。這個主軸線可以被視為芯片襯底上的電阻器裝置的對稱的主軸線。根據(jù)本發(fā)明，靈敏度方向不同于這個主軸線。出于制造原因，可能期望根據(jù)芯片襯底上的幾何規(guī)范調(diào)整優(yōu)選方向，例如平行于一個襯底邊緣或沿著芯片襯底上的結構元件，例如沿著可以由通電線圈或導體提供的補償磁場的磁場方向。為了對優(yōu)選方向進行這種調(diào)整，可以相應地選擇總體測量電橋在芯片襯底上的空間布置。然而，為了實現(xiàn)期望的優(yōu)選方向，全部電阻器裝置的優(yōu)選方向可以在相同的方向上旋轉，而不管測量電橋的電阻器裝置在芯片襯底上的空間位置。因此可能有利的是在相對于上述0°主軸線的正角度方向和負角度方向上提供所有電阻器裝置的優(yōu)選方向的對稱角度調(diào)整。從與現(xiàn)有技術中已知的測量電橋的0°不同的總體優(yōu)選方向的角度開始，分別對角相對的電阻器裝置r1和r4、或r2和r3的兩個角度的優(yōu)選方向，對于r2可以相對于0°旋轉正優(yōu)選方向角度，對于r3可以相對于0°旋轉相應的負優(yōu)選方向角度，對于r1，可以旋轉上述負優(yōu)選方向角度對于r4，可以相對于180°旋轉上述正優(yōu)選方向角度。可替代地，分別對角相對的電阻器裝置r1和r4或r2和r3的兩個角度的優(yōu)選方向，對于r3可以相對于0°主軸線旋轉上述正優(yōu)選方向角度，對于r2可以相對于0°旋轉負優(yōu)選方向角度，對于r1可以旋轉上述負優(yōu)選方向角度以及對于r4可以相對于180°旋轉上述正優(yōu)選方向角度。如果例如電阻器裝置r1的優(yōu)選方向被定向在-180°方向上，r3被定向在0°方向上，r2的優(yōu)選方向等于α以及r4的優(yōu)選方向等于180°+α，如圖3a所示，得到總體優(yōu)選方向rres為在α/2方向沿著軸線的角度。如果r1的優(yōu)選方向在180°-α/2方向上被旋轉、r2的優(yōu)選方向在α/2方向上被旋轉、r3的優(yōu)選方向在-α/2方向上被旋轉以及r4的優(yōu)選方向在180°+α/2方向上被旋轉，得到的總體優(yōu)選方向還是沿著0°軸線的方向。因此，在電阻器裝置在芯片襯底上的空間位置的情況下，可以實現(xiàn)諧波濾波和和優(yōu)選方向的方向可自由選擇的調(diào)整。尤其是，可以選擇α＝60°。在這種情況下，不管電阻器裝置在芯片襯底上的空間布置如何，可以設置測量電橋的優(yōu)選方向，該優(yōu)選方向因此在沿著對角電阻器裝置的鏡像對稱優(yōu)選方向分布的中軸線出現(xiàn)。

在一個有利的其它實施例中，每一個電阻器裝置r1、r2、r3和r4的電阻特性可以至少在無磁場狀態(tài)下在幅值方面完全相同。有利的是子電阻器r1x、r2x、r3x和r4x的電阻值相等或完全相同并且電橋電阻器的電阻值相等，使得可以實現(xiàn)總體優(yōu)選方向的精確設置以及測量電橋的相應地精確校準。

在一個有利的其它實施例中，磁阻式電阻器裝置可以是被布置在芯片襯底上的amr、gmr或tmr電阻器裝置。可以廉價地通過較高的準確度實現(xiàn)用于制造這種芯片襯底的加工方法，其中，從其得到的測量電橋裝置具有可精確限定的優(yōu)選方向。

僅有包括磁阻式電阻器兩個對角相對的電阻器裝置以及其它兩個電阻器裝置為歐姆電阻器就足夠了。在一個有利的其它實施例中，每一個電阻器裝置r1、r2、r3、r4可以包括具有優(yōu)選方向的磁阻式電阻器，其中，電橋支路的對角相對電阻器裝置r1和r4或r2和r3的優(yōu)選方向彼此相差角度α，尤其在tmr或gmr電阻器的情況相差角度α＝60°或者在amr電阻器的情況下相差角度α＝30°或α＝36°。因此，實現(xiàn)了測量電橋的優(yōu)化并且可以使用相同制造方法和不同的優(yōu)選方向制造所有電阻器裝置。

在一個有利的其它實施中，每一個電阻器裝置r1、r2、r3、r4可以包括具有優(yōu)選方向的彼此偏移角度α2或其它角度的至少兩個磁阻式電阻器rx1、rx2，其中，電橋支路的對角相對的電阻器裝置r1和r4或r2和r3中的兩個或更多個磁阻式電阻器的結果優(yōu)選方向彼此相差角度α1，其中，優(yōu)選地α1＝60°以及α2＝30°或者α2＝36°。以此方式，可以通過在測量電橋的電阻器裝置rx中提供具有優(yōu)選方向的可以根據(jù)待濾波的諧波指示的兩個或更多個子電阻器實現(xiàn)對多個諧波分量的濾波，角度36°值尤其用于對第五諧波進行濾波。

在一個有利的其它實施中，至少在電阻器裝置r1、r2、r3或r4中，微調(diào)電阻器rxt可以串聯(lián)連接，該微調(diào)電阻器被優(yōu)選地選擇為產(chǎn)生在電阻器裝置r1、r2、r3和r4的幅值方面完全相同的電阻特性。以此方式，可以實現(xiàn)電阻器的完全相同的標稱值并且因此對測量電橋進行開始微調(diào)并且對總體優(yōu)選方向進行限定設置。微調(diào)電阻器裝置中的“打開”微調(diào)電阻器一方面使得能夠對每一個電阻器裝置的電阻值進行微調(diào)，使得每一個電阻器裝置的標稱電阻值是完全相同的。另一方面，在為其建立測量電橋的芯片襯底上批量制造多個晶片期間引入微調(diào)電阻器使得能夠適配不同晶片的測量電橋的電阻特性，使得每一個電阻電橋內(nèi)以及一系列電阻電橋上的制造質量均勻。尤其是在tmr或gmr技術的情況下，電阻值可能由于極小的工藝變化而分散，使得可以使用微調(diào)電阻器校正制造相關的差值。

在一個有利的其它實施例中，微調(diào)電阻器可以是具有微調(diào)電阻器優(yōu)選方向的磁阻式電阻器；微調(diào)電阻器尤其是可以tmr電阻器。當制造tmr芯片襯底時，加工可以導致電阻特性的廣泛分散，其中，微調(diào)電阻器能夠實現(xiàn)電阻器的完全相同的標稱特性以及因此測量電橋的微調(diào)。

在一個有利的其它實施中，微調(diào)電阻器優(yōu)選方向可以被定向在電阻器裝置的一個電阻器的優(yōu)選方向的方向上、被定向在電橋支路中的電阻器裝置的結果優(yōu)選方向的方向上或被定向在惠斯通電橋的總體優(yōu)選方向的方向上?？梢詾槊恳粋€電橋電阻器裝置rx提供一個微調(diào)電阻器rxt，所述微調(diào)電阻器rxt的優(yōu)選方向位于電橋支路的電橋電阻器rx或半電橋rresx或微調(diào)電阻器rt的優(yōu)選方向上，該微調(diào)電阻器的優(yōu)選方向位于總體優(yōu)選方向rres上。因此可以調(diào)整測量電橋的總體電阻并且可以補償測量電橋電阻器(即，四個電阻器裝置)的制造相關的容差。

在一個有利的其它實施中，微調(diào)電阻器可以包括位于上電極與下電

極之間的至少兩個隧道電阻器的連結(aneinanderreihung)，其中，可以

通過上電極或下電極的電極中斷調(diào)整微調(diào)電阻器。上電極還可以彼此短

路，從而修改電阻值。因此可以形成微調(diào)電阻器的串聯(lián)或并聯(lián)連接，以

便電阻值以及可選地適配電阻電橋裝置的優(yōu)選方向。以此方式，可以使

用在制造方法中的任何情況下使用的方法來提供大量微調(diào)電阻器，以便

實現(xiàn)對電阻的非常精細的調(diào)整。

在一個有利的其它實施例中，微調(diào)電阻器可以包括多個微調(diào)子電阻器尤其是多個隧道電阻器的串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，其中，可以調(diào)整并聯(lián)分支的數(shù)量和/或每一個并聯(lián)分支的串聯(lián)電阻器的數(shù)量。微調(diào)電阻器可以被構造為多個完全相同定向的子電阻器的串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，其中，這些電阻器可以短路或被分離為并聯(lián)分支，以便減小電阻值。因此可以為測量電橋的精確微調(diào)實現(xiàn)非常精細的調(diào)整。

在一個相關方面，提出了角度傳感器，所述角度傳感器包括上述磁阻式惠斯通電橋中的偏移預定角度尤其是90°的至少兩個電橋，用于通過第一傳感器電橋和第二傳感器電橋尤其是正弦電橋和余弦電橋確定磁場的角定向。還可以包括三個或更多個測量電橋，這些電橋可以尤其在所有三個空間方向上彼此成角度，以便制造3d磁場傳感器。角度確定測量電橋的輸出信號之間的數(shù)學關系，以便確定外部磁場的方向。在90°角度調(diào)整的情況下，這兩個輸出值vout的簡單arctan函數(shù)可以用于確定測量角度。

在角度傳感器的一個有利的其它實施例中，第一電橋支路r1–r3的電阻器裝置r1、r3的子電阻器r1x和r3x可以在空間上相鄰地布置在芯片襯底上，第二電橋支路r2–r4的電阻器裝置r2、r4的子電阻器r2x、r4x可以在空間上相鄰地布置在芯片襯底上。每一個傳感器電橋的第一電橋支路r1–r3和第二電橋支路r2–r4可以相對于彼此對角地布置在芯片襯底上。因此，兩個電橋支路的電阻器組相對于彼此對角并且與有利地旋轉90°的測量電橋的電橋支路相鄰。因此，正弦電橋和余弦電橋的電阻器裝置可以相對于彼此在4象限網(wǎng)格中緊湊地并且傾斜地布置。這產(chǎn)生了角度傳感器的節(jié)省空間的、低偏移的設計。由于測量電橋的電阻器裝置的緊密的空間接近度，可以相互地補償制造相關的分散并且實現(xiàn)較高的傳感器準確度。

附圖說明

通過附圖的當前描述揭示了其它優(yōu)點。附圖示出本發(fā)明的示例性實施例。附圖、說明書和權利要求書包含組合的各個特征。

本領域技術人員將還方便地單獨考慮特征并且將其組合成有意義的其它組合。

在附圖中：

圖1示出現(xiàn)有技術角度傳感器的惠斯通電橋；

圖2示出現(xiàn)有技術角度傳感器的惠斯通電橋；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第一實施例；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第二實施例；

圖5示出當使用各種測量電橋配置的角度傳感器的誤差圖；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的實施例的芯片布局；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的微調(diào)電阻器的截面圖；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的微調(diào)電阻器的平面圖；

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第三和第四實施例；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第五和第六實施例；

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第七實施例；

圖12示出根據(jù)本發(fā)明的用于角度傳感器的惠斯通電橋的第八實施例。

在附圖中用相同的參考標號表示完全相同的元件。附圖僅示出示例并且不應當被理解為是限制性的。

以下參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的概念，所述概念管理比從現(xiàn)有技術已知的設計更少的傳感器元件同時顯示出相媲美的并且實際上優(yōu)越的濾波特性。顯著方面是未在每一個單獨的電橋支路中或單獨的電橋電阻器裝置中完全地提供濾波，而是分布在四個電阻器裝置上。

以下，磁阻式電阻器元件被認為是可固定的電阻器，就像gmr或tmr電阻器，磁阻式電阻器元件在釘扎方向具有磁性優(yōu)選方向。在amr電阻器類型中，不存在釘扎方向。與釘扎方向對應的類似物的是預先確定電流方向的條帶方向。因此，可以在細節(jié)上做必要的修改進行其它解釋。在amr的情況下，通常應當假設角度幅值的一半。

圖1和圖2示出從現(xiàn)有技術已知的并且已經(jīng)在介紹部分討論的磁阻式測量電橋100、102。對角布置的電橋電阻器具有完全相同的磁性優(yōu)選方向，這些磁性優(yōu)選方向由箭頭符號化并且在其方向上在外部磁場的變化時實現(xiàn)電阻的最高靈敏度和更大電阻變化。電橋支路的電橋電阻器的優(yōu)選方向各自相對于彼此旋轉180°。因此，可以僅通過主要的制造工作和大量的部件以及較大的芯片大小實現(xiàn)諧波濾波和(線性)角度檢測準確度。

圖3和圖4各自示出用于本發(fā)明的角度傳感器的磁阻式惠斯通電橋的兩個示例性實施例。圖3a和圖3b分別示出簡單的電阻電橋10.1和10.2，每一個電橋電阻器裝置中具有單獨的電橋電阻器。連接到相同的插座端子連接vout的電橋支路的磁阻式電阻器裝置或半電橋各自具有反向平行的釘扎方向/優(yōu)選方向。在圖3a中，r1和r3在一個電橋支路中連接到端子連接vout并且具有反向平行釘扎方向。r2和r4同樣在一個電橋支路中連接到另一個端子連接vout并且同樣具有反向平行釘扎方向。對角電橋電阻器r1和r4或r3和r2具有相對于彼此旋轉角度α的優(yōu)選方向。這個裝置對電橋信號進行濾波。在這種情況下，180°/α諧波被抑制。在每一個電橋支路中，對應的電阻器裝置具有180°的角偏移，其中，每一個電橋支路的彼此相對的電阻器裝置具有180°-α的角偏移。優(yōu)點是顯而易見的。為了實現(xiàn)類似的濾波效應，這個諧波濾波需要僅一半數(shù)量的傳感器元件。

在圖3a中，一個半電橋的串聯(lián)連接的電阻器裝置r1和r3以及相應的第二半電橋的串聯(lián)連接的電阻器裝置r2和r4各自具有反向平行優(yōu)選方向。電阻器裝置r1和r2和r3和r4的優(yōu)選方向各自相對于彼此旋轉角度α。

相比之下，圖3b示出測量電橋10.2，其中，在一個半電橋的電阻器裝置r1和r3的串聯(lián)電路以及相應的第二半電橋的電阻器裝置r2和r4的串聯(lián)電路中，電阻器裝置的優(yōu)選方向各自相對于彼此旋轉角度α。成對地彼此相對的電阻器裝置r1和r2和r3和r4的優(yōu)選方向各自相對于彼此被反向平行地定向。對于電路而言，可以通過交換電源電壓和輸出電壓觸點vb和vout來將圖3a示出的測量電橋10.1轉換為圖3b示出的測量電橋10.2。

圖3a和圖3b通過向量圖示出可以如何分別確定總體電橋10.1或10.2的優(yōu)選方向或靈敏度方向rres。對角相對的電阻器裝置r3和r2的優(yōu)選方向的向量疊加產(chǎn)生結果向量rres，該結果向量與靈敏軸線平行，即，在電阻電橋的優(yōu)選方向上。電阻電橋具有沿著這個電橋的最高靈敏度，其中，諧波被抑制。

半電橋的每一個電阻器裝置r1、r3和r2、r4具有優(yōu)選方向，即，靈敏度軸線，其中，半電橋的總體優(yōu)選方向rres如在現(xiàn)有技術中那樣不對應于每一個單獨的電阻器裝置的優(yōu)選方向，而是出現(xiàn)在彼此相差α的對角電阻器裝置的優(yōu)選方向的定向的方向α/2。如果半電橋如圖3a所示互連使得半電橋中的優(yōu)選方向各自完全相同地定向但是具有反向平行優(yōu)選方向，通過對角電阻器裝置r3和r2的優(yōu)選方向的向量疊加實現(xiàn)總體電橋的總體優(yōu)選方向rres。如圖3b所示，具有反向平行優(yōu)選方向的兩個電橋支路的成對相鄰布置的電阻器裝置r1、r2或r3、r4也實現(xiàn)相同的濾波，并且一個電橋支路中的優(yōu)選方向相差角度α。因此使得在圖3a和圖3b的情況下通過對角相對的電阻器裝置r3和r2的優(yōu)選方向的向量疊加實現(xiàn)總體電橋10.1和10.2的靈敏度方向rres。相比于現(xiàn)有技術，諧波濾波通過兩個半電橋的電阻器的相互作用發(fā)生而不是像現(xiàn)有技術中已知的那樣僅在一個電橋電阻器中發(fā)生。

圖3a和圖3b中的根據(jù)本發(fā)明的裝置對第n諧波進行濾波，其中，n＝180/α。

圖4a和圖4b分別示出測量電橋12.1或12.2的示例性實施例，可以通過該測量電橋對其它諧波進行濾波。可以通過將每一個電阻器裝置r1至r4細分為兩個子電阻器r11、r12、...、r41、r42實現(xiàn)這一點，其中，兩個子電阻器rx1和rx2的釘扎方向相對于彼此成角度α2。對角電阻器裝置的優(yōu)選方向相對于彼此旋轉角度α1。這個裝置導致對諧波180°/α1和諧波180°/α2進行濾波。在圖4a中，在測量電橋12.1中，每一個半電橋r1–r3或r2–r4的對應的上電橋電阻器和下電橋電阻器的優(yōu)選方向被定向為反向平行180°并且對角電阻器裝置的優(yōu)選方向旋轉角度α1。在圖4b中，在測量電橋12.2中，每一個電橋支路的電阻器裝置的優(yōu)選方向相對于彼此旋轉α1，其中，兩個電橋支路的成對地彼此相對的電阻器裝置被反向平行地定向?？梢酝ㄟ^交換來自圖4a的測量電橋11.1的vb和vout產(chǎn)生圖4b的測量電橋12.2的電路配置。本裝置的優(yōu)點還是顯而易見的?？梢詫蓚€諧波進行濾波，如現(xiàn)有技術已知的圖2的設計所提供的，但是相比之下，僅需要8個傳感器元件而不是16個，其中，在現(xiàn)有技術中，每一個電橋電阻器內(nèi)都必須存在所有優(yōu)選方向和濾波特性。該裝置可以更小和更簡單，從而降低成本。每一個電阻器裝置僅包括可能優(yōu)選方向中的一些優(yōu)選方向。

圖4a、圖4b的向量圖是如何分別獲得總體電橋12.1或12.2的靈敏軸線(總體優(yōu)選方向)rres的圖形表示。由于每一個半電橋中的兩個電橋電阻器具有完全相同的構造并且在幅值方面顯示相同的特性，但是優(yōu)選方向的角度在每一種情況旋轉180°并且兩個半電橋具有不同的優(yōu)選方向，通過根據(jù)兩個半電橋對總體電橋的相互作用對兩個半電橋rres1和rres2的優(yōu)選方向進行疊加獲得總體優(yōu)選方向rres。

通過向量代數(shù)學非常簡單地獲得結果優(yōu)選方向角度α1/2+α2/2，正如單獨的磁阻式電阻器的優(yōu)選方向的所附向量圖所示出的那樣，可以通過以下等式在數(shù)學上進行表示：

圖5示出用于不同通量密度的兩個測量電橋組成的tmr角度傳感器的模擬角誤差，假設激勵器信號受諧波影響。是角誤差，即，由角度傳感器確定的與實際角度的誤差偏離。在這種情況下，通過假設余弦和正弦的相位都是精確地90°來計算角誤差兩個電橋的振幅是精確地完全相同的并且兩個電橋信號的偏移在零處完全相同。在α＝0°的情況下，示出了在現(xiàn)有技術中使用的根據(jù)圖1的測量電橋的誤差。α＝60°對應于圖3的測量電橋裝置，α1＝60°和α2＝30°對應于圖4的測量電橋裝置。結果誤差是由測量裝置和參考層的磁化方向的移動中的諧波所導致的。顯而易見的是根據(jù)本發(fā)明的濾波概念表現(xiàn)極其良好。

圖6a和圖6b分別示出角度傳感器30.1或30.2的芯片布局，這些角度傳感器各自具有完全相同的構造但是可以如參照圖3a、圖3b和圖4a、圖4b解釋的那樣通過交換電源抽頭vb和測量抽頭vout來被轉換為彼此。角度傳感器30.1、30.2由相對于彼此旋轉90°的兩個電阻電橋40、42組成，這兩個電阻電橋是根據(jù)圖4a和圖4b示出的測量電橋12.1、12.2構造的。角度被選擇為α1＝60°和α2＝β＝30°。兩個惠斯通電橋40、42用于確定磁場的正弦分量和余弦分量并且被布置在芯片襯底32上。在這種情況下，每一個電阻電橋40、42的電橋支路的對應的反向平行電阻器裝置r1、r340–1和r2、r440–2和r1、r342–1和r2、r442–2在空間上彼此相鄰地布置并且每一個電橋40、42的兩個分支相對于芯片布局的中心點被對角地布置在襯底32上。兩個電橋40、42的電橋支路因此在空間上彼此相鄰地布置在芯片襯底32上。芯片襯底32的左側設置有正弦電橋40的襯墊連接34，兩個襯墊用于電壓電源ubsin和gndsin，兩個襯墊用于差分電橋抽頭sin+和sin-。類似地，在右側，設置有用于電壓電源ubcos和gndcos的襯墊以及用于余弦電橋42的中心抽頭cos+和cos-的襯墊。因此，vb1sin和vb2sin表示電源電壓連接vb，vout1sin、vout2sin表示輸出端子vout的兩個觸點，同樣的原理在細節(jié)上做必要的修改適用于余弦電橋42。tmr元件位于角度傳感器芯片30的中間位置。上電橋電阻器40–1和下電橋電阻器40–2的tmr元件分別在虛線矩形中分組并且屬于正弦電橋40，點狀矩形中的下電橋電阻器42–1和上電橋電阻器42–2屬于余弦電橋42。因此在正方形中組裝這些元件。對于正弦電橋40，在每一個正方向中參照在左上方表示的2d坐標系指明現(xiàn)有的固定角度，根據(jù)圖4的電橋12連接相關的電阻器。可以通過交換角度傳感器30.1的vb和vout的連接實現(xiàn)角度傳感器30.2，其中，單獨測量電橋的電路配置根據(jù)圖4b相對于圖4a的敘述變化。

用于角度傳感器的磁阻式電橋配置的示例性實施例的基本點在于兩個電橋電阻器的相同的但是反向平行優(yōu)選方向存在于一個半電橋中，但是兩個半電橋具有不同定向的參考方向，其中，這些一起產(chǎn)生測量電橋的總體優(yōu)選方向。以此方式，可以有效地通過減少電橋電阻器的數(shù)量抑制諧波并且可以實現(xiàn)基本上完美的正弦/余弦形狀的輸出電壓曲線，因為不是諧波的每一個優(yōu)選方向必須在每一個電阻器裝置或每一個半電橋中建模。

上述方案基于以下事實：可以進而由串聯(lián)連接的多個子電阻器組成的每一個電橋電阻器的電阻值理想地具有完全相同的幅值。對于制造而言，因為電橋的電阻器的電阻值分散，實現(xiàn)這一點有難度。同樣，對于制造而言，與所有電阻器一樣，會首先出現(xiàn)例如晶片的電阻變化，這導致測量電橋的總體電阻的改變，這對于集成到評估電子設備中而言是不利的。因此通過微調(diào)電阻器可以實現(xiàn)測量電橋中的完全相同的電阻器裝置和多個晶片上的完全相同的測量電橋特性。

因此，可以通過圖4a、圖4b和圖6a、圖6b中描繪的示例性實施例實現(xiàn)角分辨率的有效諧波濾波和高準確度。然而，先決條件是涉及指定磁化的優(yōu)選方向上的與電阻值的幅值相關的特性完全相同。以此方式，僅僅電橋電路可以用于高效諧波濾波。除了具有不同釘扎方向的裝置之外，因此令人期望的是并且有利的是提供微調(diào)電阻器rt50，這使得能夠最小化晶片上的不完全相同的電阻分布或者使得電阻均勻并且實現(xiàn)完全相同的標稱值或者對晶片上的平均電阻值進行微調(diào)。微調(diào)電阻器50可以與子電阻器或電阻器裝置串聯(lián)或并聯(lián)連接，以便適配總體電阻值以及可選地其它優(yōu)選方向。

尤其是，在tmr傳感器的情況下，高度分散的電阻分布在芯片襯底上有規(guī)律地出現(xiàn)，因為屏障厚度的最輕微的變化展現(xiàn)屏障電阻的主要變化。有利的是僅通過微調(diào)電阻器50建立傳感器，該傳感器首先參照電阻值(例如，平均值±20％)被嚴格地指定，其次具有良好角準確度。

如果可能的話，微調(diào)電阻器50應當具有與芯片上的實際磁阻式元件相同的特性。換言之，微調(diào)電阻器50還應當是可以按照要求連接或抑制的amr、gmr或tmr元件。

圖7和圖8示出配置微調(diào)電阻器50的一種可能方式。在圖7中，存在10個隧道元件形式的10個完全相同的隧道電阻器54。在這種情況下，通過上電極52饋送電流并且該電流流過隧道元件54進入下電極56，然后流過第二隧道元件54再次返回上電極52。下電極56和上電極52由絕緣層分離。

圖7a示出四個左側隧道元件54不對總體電阻rt做出貢獻，因為上電極52將四個隧道元件54短路。應當說明的是，在此方面，上電極52的電阻因為100通常低于隧道元件54的電阻。

如果需要說明隧道元件的平均電阻值在某種程度上太低，例如使用監(jiān)測工具(cipt或平面隧道電流方法-電流場分布測量)，可以通過按照使得這兩個隧道元件54變得活躍的方式修改上電極52來連接外部隧道元件54。此外如果需要說明微調(diào)電阻器rt的電阻在某種程度上太高，例如通過監(jiān)測cipt方法，可以將其它隧道元件54短路。

可以通過不同的光刻掩膜獲得上電極52的不同形狀。可以選擇對上電極層54的不同形狀進行建模的不同掩膜。標識哪一個電阻值存在于當前晶片上的預測量是有利的。根據(jù)這個預測量，可以選擇合適的補償掩膜，使得測量電橋10、12、14、16、18和20最終到達指定的電阻值。

從隧道電阻器54的并聯(lián)連接獲得微調(diào)電阻器50的更精確的布置，如圖8所示。在芯片襯底上提供在每一種情況下兩行四個隧道電阻器54，這些隧道電阻器可以通過電極中斷60或電極短路被調(diào)整到可非常精確地可調(diào)整的微調(diào)電阻值r。從上到下獲得以下微調(diào)電阻器50：

圖8a描繪在每一種情況下四個串聯(lián)連接的隧道電阻器54的并聯(lián)連接。微調(diào)電阻器的電阻值rt是rt＝2r，其中r對應于隧道電阻器54的電阻值。

圖8b描繪四個隧道電阻器54的串聯(lián)連接，因為下分支由電極中斷60斷開連接。微調(diào)電阻值是rt＝4r.。

圖8c描繪具有幅值rt＝4/3r的微調(diào)電阻器50，因為上分支中的兩個隧道電阻器54和下分支中的四個隧道電阻器54串聯(lián)連接。

圖8d示出具有幅值rt＝r的微調(diào)電阻器50；在每一種情況下，在上分支和下分支中，兩個隧道電阻器54串聯(lián)連接。

如果在每一個半電橋或每一個電橋電阻器中為了諧波濾波的目的而成對地使用電阻器，如現(xiàn)有技術所提出的以及如三角測量公式瑣細地規(guī)定的，微調(diào)方法具有上電極的變化也必須成對地出現(xiàn)的主要缺點。必須完全相同地修改兩個電阻器r11和r12，否則諧波濾波被失真地而不是正確地配置。這意味著必須添加或短路至少四個隧道元件54。如果電橋支路由具有四個不同的釘扎方向的四個不同的電阻器(r11、r12、r13、r14)，如圖4、圖6或圖9所示，至少8個隧道元件54必須為此目的連接或短路。如果例如在串聯(lián)/電橋象限中存在16個或32個或64個元件54，通過微調(diào)電阻器50分別實現(xiàn)±50％、±25％或±12.5％的準確度。這些準確地全部都不令人滿意。需要更好的微調(diào)技術。

允許可微調(diào)電阻器和良好濾波的技術有利地對于每一個電橋電阻器裝置r1、r2、r3和r4由兩個(rx，rxt)、三個(rx1，rx2，rxt)或五個(rx1，rx2，rx3，rx4，rxt)或更多個子電阻器組成。

圖3示出測量電橋10，其中，在每一個電橋電阻器裝置中提供單獨的磁阻式(子)電阻器r1、r2、r3、r4，具有箭頭示出的優(yōu)選方向。每一個電橋支路點的串聯(lián)連接的電阻器裝置的優(yōu)選方向指向反向平行方向，其中，兩個半電橋具有彼此成角度的優(yōu)選方向。

圖9a和圖9b同樣示出兩個替代的微調(diào)的示例性實施例14和16，其中，在每一個電橋支路中，針對每一個電橋電阻器裝置rx(x表示電橋電阻器裝置1、2、3或4的位置)另外在每一個電橋支路中提供一個微調(diào)電阻器rxt，該微調(diào)電阻器使得優(yōu)選方向針對每一個分支或總體裝置保持不變，可以調(diào)整電橋電阻器裝置的單獨電阻，半電橋的總體電橋以及總體電阻：

同樣在對應的相關向量圖中示出的是，每一個微調(diào)電阻器rxt可以在電橋14中固定在相同的優(yōu)選方向，如圖9a所示，就像基礎電橋電阻器r1、r2、r3、r4的優(yōu)選方向，使得不對電橋電阻器的優(yōu)選方向本身進行修改。為此，提供微調(diào)電阻器r1t(0°)、r2t(α)、r3t(0°)和r4t(180°-α)，這些電阻器被定向在與電橋電阻器的另一個優(yōu)選方向相同的方向。

可替代地，如圖9b中的電橋16中所示，每一個微調(diào)電阻器還可以被定向在總體電橋的期望優(yōu)選方向的方向上，使得可以使用具有旋轉180°的優(yōu)選方向的完全相同定向的微調(diào)電阻器rt+(α/2)或微調(diào)電阻器rt-(180°-α/2)。

對于制造而言以及為了簡化調(diào)整的目的，上電路變體是優(yōu)選的，即，微調(diào)電阻器優(yōu)選地具有與單獨電橋電阻器的總體優(yōu)選方向相對應的優(yōu)選方向(在以下向量圖的左側描繪)：

如果如圖4所示將對多個諧波進行濾波，獲得在圖10a和圖10b中描繪的電路變體的示例性實施例。

在此，如圖4那樣布置每一個電橋電阻器x＝1，2，3，4的電阻器rx1和rx2，。因此角度α2，180°/α2諧波被濾波。這兩個電阻器各自例如包括串聯(lián)的8個、16個或32個隧道元件。

在圖10a示出的電橋18的配置中，連接在rx1與rx2之間的微調(diào)電阻器rxt被精確地定向在rx1與rx2之間的二等分中。這對于制造而言是特別有利的，因為串聯(lián)連接的后續(xù)電阻器需要與先前或后續(xù)優(yōu)選方向的優(yōu)選方向不是特別不同的優(yōu)選方向的變化。

可替代地，如根據(jù)圖10b的電橋20的配置所示，所有微調(diào)電阻器rt+/-還可以被布置在總體優(yōu)選方向rres(α1/2+α2/2)或者旋轉180°。在圖10a和圖10b中，示例性實施例的對應的上電路配置的相應的向量圖示出優(yōu)選方向rres的配置。

如以上已經(jīng)進一步說明的，電橋18的向量圖在圖10a中是優(yōu)選的，其中，每一個微調(diào)電阻器rxt具有位于由rx1和rx2組成的電橋電阻器rx的總體優(yōu)選方向rresx上的優(yōu)選方向，因為通過較大的電阻容差，在制造方面和理論上都能夠更簡單地調(diào)整單獨的電阻器。因為這兩個電橋電阻器都被反向平行地定向，優(yōu)選方向rresx適用于于整個半電橋并且增強優(yōu)選方向靈敏度。根據(jù)圖10b的電路配置，其中每一個微調(diào)電阻器rxt具有位于總體電橋20的優(yōu)選方向上的優(yōu)選方向，優(yōu)選的是修改電橋電阻器的總體幅值，或者如果有的話僅補償輕微的電阻容差。

微調(diào)電阻器優(yōu)選地由例如四個隧道元件組成。作為各個上電極掩膜的結果，可以僅用2個隧道元件的分辨率進行微調(diào)。這使得在不損害諧波濾波的情況下能夠在每一個電橋象限(電橋電阻器)有串聯(lián)的16個或32個或64個元件的情況下分別用電橋電阻器裝置的12.5％、6.25％或3.125％準確度調(diào)整電阻值。如果提供四個子電阻器r11、r12、r14和r15，還可以實現(xiàn)相同的分辨率，這些子電阻器由角度α1和角度α2分離。再一次，微調(diào)電阻器r13位于α1和α2的二等分中。

圖11a和圖11b分別示出測量電橋的其它實施例22.1和22.2。在測量電橋22.1和22.2中，所有電阻器裝置的優(yōu)選方向相對于圖3的測量電橋10.1和10.2的電阻器裝置的那些優(yōu)選方向旋轉角度-α/2；以其它方式，測量電橋22.1對應于測量電橋10.1，測量電橋22.2對應于測量電橋10.2。因此，所有電阻器裝置的優(yōu)選方向旋轉相同的角量，以便實現(xiàn)測量電橋的總體優(yōu)選方向rres的角度的期望定向。以此方式，可以獨立于電阻器裝置在芯片襯底上的給定空間定位對優(yōu)選方向進行定向。假設圖11a中存在對應于根據(jù)圖1的現(xiàn)有技術的測量電橋100的優(yōu)選方向的定向的0°的主軸線，測量電橋22.1的電阻器裝置r1和r3的優(yōu)選方向與0°或180°軸線成角度α/2。另外，分別對角相對的電阻器裝置r1和r4、或r2和r3的兩個角度的優(yōu)選方向，對于r2可以相對于0°與0°主軸線相差正角度α/2，對于r3相對于0°與0°主軸線相差負角度-α/2，對于r1與0°主軸線相差負角度α/2以及對于r4相對于180°與0°主軸線相差正角度α/2，使得對角電阻器裝置相對于彼此相差角度α。這使得存在抑制諧波的其它可能性。優(yōu)選地，可以選擇α＝60°。在以下向量圖中，明顯的是測量電橋22.1的總體優(yōu)選方向指向0°主軸線的方向，使得優(yōu)選軸線在芯片布局中清晰地可見。

圖11b示出通過交換測量抽頭vout和電源觸點vb從測量電橋22.1得到的測量電橋22.2。在這種情況下，分別對角相對的電阻器裝置r1和r4、或r2和r3的兩個角度的優(yōu)選方向，對于r3可以與0°軸線(180°或0°)相差正角度α/2,對于r2可以相對于0°相差負角度-α/2,對于r1與0°軸線相差負角度-α/2以及對于r4相對于180°與0°軸線相差正角度α/2。同樣在這種情況下，優(yōu)選方向/靈敏度方向的軸線針對電阻器裝置的相等的電阻幅值被定向在0°主軸線中。

圖12a和圖12b分別描繪測量電橋24.1和24.2的其它示例性實施例。每一個電阻器裝置包括三個子電阻器rx1、rx2和rx3，其中，中間子電阻器rx2可以優(yōu)選地采取微調(diào)電阻器的形式；然而，其它電阻器也可以是微調(diào)電阻器。每一個電阻器裝置r1、r2、r3和r4因此包括三個串聯(lián)連接的電阻器，其中，子電阻器rx2和rx3的優(yōu)選方向與rx1的優(yōu)選方向相差角度α2和α1。對角相對的電阻器裝置的子電阻器的優(yōu)選方向的不同在于角度偏離α2和α1的符號是相反的。r2x和r1x的角度α1、α2的不同在于正方向，而r3x和r4x的角度α1、α2的不同在于負方向。

如果考慮了測量電橋24.1的電阻器裝置r1、r2、r3和r4的結果優(yōu)選方向，出現(xiàn)與圖11b的測量電橋22.2相媲美的優(yōu)選方向配置，但是可以對兩個諧波而不是僅一個諧波進行濾波。成對地彼此相對的電阻器裝置具有反向平行優(yōu)選方向，而對角相對的電阻器裝置具有彼此相差固定角度的優(yōu)選方向。如果選擇α2＝α1/2，測量電橋24.1的α2對應于測量電橋22.2的角度α/2。有利地，選擇α2＝30°和α1＝60°。

圖12b的實施例24.2對應于圖12a的實施例，除了中間子電阻器rx2的電阻值被選擇為子電阻器rx1、rx3的電阻值的兩倍之外。如果rx2的優(yōu)選方向位于對應的電阻器裝置rx的優(yōu)選方向上，即α2＝α1/2，則rx2的電阻值的增加穩(wěn)定了電阻器裝置的優(yōu)選方向的定向。在以下向量圖中，明顯的是子電阻器r22和r32的向量長度是其它子電阻器的向量長度的兩倍，因此向量定向rres和總體電阻特性占主導。因此子電阻器r22、r32處的電阻變化不會以任何方式改變優(yōu)選方向的定向，但是其確實影響測量電橋的總體電阻特性。

在本發(fā)明中，每一個電阻器裝置可以包括具有不同優(yōu)選方向的多于兩個或三個子電阻器，使得可以對更大數(shù)量的諧波進行濾波?？梢酝ㄟ^所有電阻器裝置相對于彼此的優(yōu)選方向的相互作用實現(xiàn)有效的諧波濾波?？梢杂米与娮杵鞯膬?yōu)選方向在60°-第三諧波編號、45°-第四諧波編號、36°-第五諧波編號、30°-第六諧波編號(即，在[180/(諧波編號)])對諧波進行有效地濾波。

參考標號列表

10惠斯通電橋的第一實施例

12惠斯通電橋的第二實施例

14惠斯通電橋的第三實施例

16惠斯通電橋的第四實施例

18惠斯通電橋的第五實施例

20惠斯通電橋的第六實施例

22惠斯通電橋的第七實施例

24惠斯通電橋的第八實施例

30角度傳感器

32芯片襯底

34接觸墊

36導體軌道

38磁阻式電橋電阻器

40正弦電橋

42余弦電橋

50微調(diào)電阻器

52上電極

54隧道電阻器/隧道元件

56下電極

58絕緣層

60電極中斷

100現(xiàn)有技術惠斯通電橋

102現(xiàn)有技術惠斯通電橋