真實-相位二維磁場傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 多個實施例一般性地涉及磁場傳感器，并更為具體地涉及以高相位精度確定目標 裝置（例如凸輪軸）的位置的磁場位置傳感器系統(tǒng)以及方法。
【背景技術】
[0002] 檢測諸如凸輪軸或曲軸之類的物體的旋轉運動的位置傳感器是本領域已知的。該 傳感器可以包括磁場傳感器，其可用于基于由該傳感器檢測到的測量到的磁場來推斷旋轉 物體的位置。磁場傳感器可以利用各種類型的傳感器元件，包括霍爾效應傳感器元件（例 如，普通霍爾板和/或豎直霍爾效應器件）、磁阻（MR)傳感器元件，諸如各向異性MR(AMR)、 巨MR(GMR)、隧穿MR(TMR)、龐MR(CMR)或其它。
[0003] 傳統(tǒng)的磁場位置傳感器也可以是對扭曲不敏感或對扭曲敏感的傳感器。對扭曲不 敏感的傳感器通常是在氣隙方向（例如，z方向或限定傳感器元件和目標之間的距離的方 向）上對磁場分量敏感的磁場傳感器，并且其中傳感器輸出不應該響應于該傳感器繞z軸 (即氣隙軸）旋轉任意角度而改變。另一方面，對扭曲敏感傳感器是在諸如軟磁性目標設備 之類的物體的運動方向（例如，X方向）上對磁場分量敏感的磁場傳感器。
[0004] 傳統(tǒng)的位置傳感器受若干缺點困擾。一般來說，它們相對于背景磁干擾是不夠強 健的。此外，從將感測的磁場調制中辨別偏置磁場存在困難。重要的是，傳統(tǒng)的位置傳感器 還會受到磁性閾值定義的挑戰(zhàn)，或準確而言，在當齒輪旋轉時信號應該在低和高（或反之 亦然）之間進行切換的情況（例如，當使用齒輪時從間隙到齒的過渡）。雖然校準技術是 已知的且可以被用來改善磁性閾值定義，但它們可能被延遲（即，通電后不是立即可操作 的）。

【發(fā)明內容】

[0005] 實施例涉及用于以高相位精度確定目標裝置（例如凸輪軸）的位置的磁場位置傳 感器系統(tǒng)以及方法。
[0006] 在實施例中，磁場傳感器系統(tǒng)被配置成布置為與目標分開達氣隙距離，所述系統(tǒng) 包括：基板；布置在基板上且對在第一方向上的磁場分量敏感的第一傳感器元件；布置在 基板上且對在與第一方向不同的第二方向上的磁場分量敏感的第二傳感器元件；以及被配 置為通過下面方式指示感測到的目標位置的電路裝置：如果目標從第一位置移動至第二位 置，則將來自第一傳感器元件的信號與第一閾值進行比較，且如果目標從第二位置移動至 第一位置，則將來自第二傳感器元件的信號與第二閾值進行比較。
[0007] 在實施例中，一種方法包括：提供被配置成布置為與目標分開達氣隙距離的磁場 傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：管芯；布置在管芯上且對在第一方向上的磁場分量敏感的第 一傳感器元件；布置在管芯上且對在第二方向上的磁場分量敏感的第二傳感器元件；以及 被配置為通過下面方式指示感測到的目標位置的電路裝置：如果目標從第一位置移動至第 二位置，則將來自第一傳感器元件的信號與第一閾值進行比較，且如果目標從第二位置移 動至第一位置，則將來自第二傳感器元件的信號與第二閾值進行比較。
[0008] 在實施例中，傳感器系統(tǒng)被配置為當目標經(jīng)過位置時提供輸出信號，該目標沿包 括該位置的路徑移動，所述傳感器系統(tǒng)包括：至少一個傳感器元件，其被配置為輸出與目標 位置相關且顯示出相對極值的信號；和與至少一個傳感器元件耦合的電路裝置，其被配置 為：基于來自至少一個傳感器元件的信號導出閾值，以及在以下情況下提供傳感器系統(tǒng)輸 出信號，即在相對極值為相對最大值時來自至少一個傳感器元件的信號下降到低于閾值， 或者在相對極值為相對最小值時來自至少一個傳感器元件的信號升高至高于閾值。
【附圖說明】
[0009] 結合附圖考慮以下對本發(fā)明的各種實施例的詳細描述可以更透徹地理解本發(fā)明， 其中：
[0010] 圖1是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的側視圖。
[0011] 圖2A是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的半透明平面圖。
[0012] 圖2B是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的半透明平面圖。
[0013] 圖2C是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的半透明平面圖。
[0014] 圖3A是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的側視圖。
[0015] 圖3B是圖3A的傳感器系統(tǒng)和目標的半透明平面圖。
[0016] 圖4是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的半透明平面圖。
[0017] 圖5是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的側視圖。
[0018] 圖6A是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的框圖。
[0019] 圖6B是根據(jù)實施例的傳感器系統(tǒng)和目標的框圖。
[0020] 圖7A是與類似于圖4的實施例相關的仿真結果的圖。
[0021] 圖7B是與類似于圖4的實施例相關的仿真結果的圖。
[0022] 圖8是與類似于圖4的實施例相關的仿真結果的圖。
[0023] 圖9是與實施例相關的仿真結果的圖。
[0024] 盡管本發(fā)明可修改為各種變型和備選形式，但其特定形式將在附圖中通過舉例的 方式示出并在本文中進行詳細描述。然而，應當理解，本發(fā)明并不旨在將限制于所描述的特 定實施例。相反，本發(fā)明意圖涵蓋落入隨附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有 修改、等同方案以及替換。
【具體實施方式】
[0025] 實施例涉及可以更加精確地檢測目標的邊緣的磁場傳感器設備、系統(tǒng)和方法。在 一個實施例中，傳感器裝置包括：鄰近諸如齒輪或極輪之類的目標的第一磁場傳感器元件 和第二磁場傳感器元件，以感測目標的旋轉。該傳感器裝置在實施例中可以被視為二維磁 場傳感器，因為第一磁場傳感器兀件可以對第一磁場分量（例如，Bx分量）敏感，且第二磁 場傳感器元件可以對第二磁場分量（例如，Bz分量）敏感。在其他實施例中，傳感器系統(tǒng) 600可以是三維磁場傳感器。該傳感器裝置相對于目標可以被布置成使得來自第一和第二 磁場傳感器元件的一個或另一個的信號可以被用于根據(jù)所檢測到的邊緣是上升（即，從間 隙向齒輪的齒過渡）或下降（從齒向齒輪的間隙過渡）來確定切換閾值。在實施例中，傳 感器裝置相對于目標的布置可以是對扭曲不敏感的，并且利用第一和第二磁場傳感器元件 中不同的傳感器來檢測邊緣的上升或下降可以提供更精確的和/或一致的邊緣檢測以及 其他優(yōu)點。
[0026] 雖然本文中使用特定分量和方向（例如，X分量，z方向等）用于討論和說明的目 的，但它們對于任何實施例的特定配置或布置或權利要求并非限定性的。例如，X分量可以 被認為是第一分量，并且磁場還具有第二（例如，y)和第三（例如，Z)分量。
[0027] 參照圖1，描繪了傳感器系統(tǒng)100的實施例。傳感器系統(tǒng)100包括傳感器裝置102 且其布置為鄰近目標104。在圖1中，目標104包括齒輪，但是在其它實施例中也可以使用 極輪或其他的目標設備。齒輪包括一系列之間交替的齒和間隙，其可以是規(guī)則的（如圖1中 通常描述的）或不規(guī)則的（即具有不同尺寸或配置的齒和/或間隙）。目標104或至少其 齒在實施例中包括含鐵的或其他磁性材料，且是可導磁的，并且在實施例中具有至少1，〇〇〇 的相對磁導率μρ目標裝置150可被配置為以垂直于氣隙方向的切線方向（例如，由圖1 中箭頭所示的X方向）順時針或逆時針旋轉，其在本文中統(tǒng)稱為"移動方向"。除非另外提 及、討論或主張，否則目標通常不包括傳感器系統(tǒng)的部分，盡管它們在操作中一起被使用。
[0028] 傳感器裝置102可以包括傳感器管芯106,其具有通過氣隙與目標104分開地布置 的第一表面108。在實施例中，傳感器裝置102和目標104可在第一方向上彼此隔開，該第 一方向可以被稱作氣隙方向。管芯106可以被布置為使得第一表面108(即，向下面向目標 104的xy平面）垂直于傳感器裝置102和目標104之間的氣隙方向。在其他實施例中，例 如，管芯106可以被布置為使得第一表面108平行于氣隙方向。雖然本文中統(tǒng)稱為"管芯"， 但術語"管芯"對于所有實施例和/或權利要求書的范圍并非限定性的。在各種實施例中， 管芯106可以包括基板、半導體裸片、引線框架、組件板、電路板或它們的組合，或能夠建立 和/或維持傳感器110和112相對于彼此和/或系統(tǒng)100中至少一個其它組件的精確或相 對位置的一些其他支撐結構。此外，雖然管芯106在本文中一般指單數(shù)形式，但另一實施例 的管芯106或一些其它支撐結構可以包括多個管芯的布置或其它結構或子結構。
[0029] 傳感器裝置102還可以包括第一磁場傳感器元件110和第二磁場傳感器元件112。 在實施例中，傳感器元件110和112被布置成在與目標104相對的第一表面108上彼此臨 近并隔開。在圖1所示的實施例中，傳感器元件110和112在X方向彼此隔開并在z方向 通過距離為d的氣隙與目標104隔開。圖1中描繪的特定軸和定向在本文中用作關于附圖 如何布置在頁面上的例子，并且不限制系統(tǒng)100可以或可能如何在其它實施例或實踐中布 置。
[0030] 在實施例中，傳感器系統(tǒng)100可以包括"單單元"傳感器系統(tǒng)，其通常是指其中傳 感器元件110和112被布置為檢測單一位置的磁場分量（即，絕對磁場測量）的系統(tǒng)。在 其他實施例中，系統(tǒng)100可以包括一個"差分"傳感器系統(tǒng)，其通常是指其中傳感器元件110 和112被布置為檢測兩個或多個位置處磁場分量的梯度（即，測量兩個或多個位置的磁場 分量的差）。差分傳感器系統(tǒng)的實施例將在下文中討論并且可以包括梯度計。梯度計通常 包含一個或多個傳感器元件，其被配置為檢測在一個方向上的磁場的梯度（例如，構成梯 度計的兩個傳感元件可以在X方向彼此隔開，并在X方向具有梯度方向，以使得它們檢測磁 場的X方向分量的梯度）?？梢孕纬砂ǘ鄠€梯度計的系統(tǒng)的實施例，并且在這類系統(tǒng)中， 梯度計可具有相同或平行的梯度方向，或梯度計可具有不同的或反平行的梯度方向。
[0031]在一個實施例中，傳感器元件110可以感測由目標104引起或影響的磁場的Z分 量，且傳感器元件112可以感測該相同場的X分量。換句話說，傳感器元件110對垂直于管 芯106的表面108的磁場敏感，且傳感元件112是對平行于表面108的平面內的磁場分量敏 感。這些在其他實施例中可以相反，和/或者可以由一個、兩個或其他傳感器元件來感測其 他磁場分量。因此，在各種實施例中，任何傳感器系統(tǒng)的實施例中的至少兩個傳感器元件可 以具有基本上相同或平行的敏感方向，或者基本上反平