磁場傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及磁場傳感器。提供了設備和方法，其中與磁場傳感器相關聯的開關被用于提供差錯信息。
【專利說明】
磁場傳感器
技術領域
[0001]本申請涉及磁場傳感器以及相應的方法。
【背景技術】
[0002]磁場傳感器在很多應用中被用于感測磁場。例如，為了檢測磁體的位置或運動，可被安裝到像磁極輪或線性可移動元件的可移動元件上。當可移動元件移動時，磁體變化生成磁場，其可以通過磁場傳感器來檢測。這樣的布置可以例如被用于感測位置、速度、在智能儀表中的干擾磁場或加速。
[0003]有時，這樣的布置和磁場傳感器在安全關鍵應用中(例如在汽車領域中)使用。在這樣的應用中，磁場傳感器的可靠操作是重要的。此外，在這樣的應用中，可能需要的是，磁場傳感器的故障是可檢測的，使得其中使用磁場傳感器的系統可以識別例如磁場傳感器的故障。
[0004]在常規的方法中，提供了有時冗余的磁場傳感器，例如主磁場傳感器和可能較小的輔助磁場傳感器。主磁場傳感器和輔助磁場傳感器可以被提供在相同芯片管芯上。在其它方法中，兩個分開的傳感器管芯可被組裝在單個封裝中。可以比較主磁場傳感器和輔助磁場傳感器的輸出，并且如果例如它們相差大于預定閾值，則這可以指示故障條件。
[0005]然而，同時提供兩個傳感器可以幫助滿足功能性安全要求，提供兩個傳感器還需要額外的芯片面積，并且因此引起額外的成本。
[0006]因此，獲得關于磁場傳感器的可能故障或其它問題的信息的可替換的可能性是所期望的。
【發明內容】
[0007]根據實施例，提供如權利要求1中所定義的設備。根據進一步的實施例，提供如權利要求14中所定義的設備。根據另一個實施例，提供如權利要求17中所定義的方法。從屬權利要求定義進一步的實施例。
【附圖說明】
[0008]圖1是圖示了根據實施例的設備的框圖。
[0009]圖2是圖示了被配置為采用自旋電流技術的設備的框圖。
[0010]圖3是圖示了自旋電流技術的圖。
[0011 ]圖4是被配置為采用自旋電流技術的磁場傳感器設備的電路圖。
[0012]圖5圖示了在針對圖4的磁場傳感器的模數轉換器的輸出端處的示例信號。
[0013]圖6圖示了根據實施例的磁場傳感器設備。
[0014]圖7圖示了根據進一步實施例的磁場傳感器設備。
[0015]圖8圖示了根據進一步實施例的磁場傳感器設備。
[0016]圖9圖示了根據進一步實施例的磁場傳感器設備。
[0017]圖10圖示了根據實施例的針對磁場傳感器設備的示例環境。
[0018]圖11是圖示了根據實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]在下文中，各種實施例將參考附圖被詳細描述。這些實施例被給出僅用于說明的目的，并且不要被解釋為限制性的。例如，雖然實施例可被描述為包括多個特征或元件，但是在其他實施例中，這些特征或元件中的一些可以被省略，和/或可以由可替換的特征或元件來代替。在其他實施例中，進一步的特征或元件(除了明確示出或描述的那些以外)可以被提供。
[0020]在本文中所描述或在附圖示出的實施例中，任何直接的電連接或耦合(S卩，沒有額外的介入元件的任何連接或耦合)也可以通過間接連接或耦合(即，與一個或多個額外的介入元件的連接或耦合)來實施，或反之亦然，只要例如用于發送某種信號或發送某種信息的連接或耦合的一般用途基本上被保持。來自不同實施例的特征可以被組合以形成進一步的實施例。例如，關于實施例中的一個所描述的變化或修改也可適用于其它實施例，除非相反地指出。
[0021]在一些實施例中，磁場傳感器比如霍爾傳感器可與多個開關相關聯。開關可以被用于實施用于傳感器的讀出的自旋電流方案。此外，在實施例中，可以使用開關獲得關于在磁場傳感器設備中出現的故障的信息。將在后面更詳細地討論示例。
[0022]本文中使用的自旋電流技術一般是指其中在各種相位中磁場傳感器的不同端子被用于施加電流并且用于讀取測量信號(例如電壓)的技術。將例如參考圖2-5在后面討論針對自旋電流技術的示例。
[0023]現在轉到附圖，圖1圖示了根據實施例的磁場傳感器設備。
[0024]圖1的實施例的磁場傳感器設備包括磁場傳感器10。在實施例中，磁場傳感器10可以包括一個或多個霍爾傳感器，例如平面的或垂直的霍爾傳感器。在多個霍爾傳感器的情況下，這樣的霍爾傳感器可以并聯或串聯連接。在其它實施例中，可以使用其他類型的磁場傳感器，例如使用磁阻效應的傳感器(XMR傳感器)，例如使用隧道磁阻效應(TMR)的傳感器，使用巨磁阻效應(GMR)的傳感器，使用龐磁阻效應(CMR)的傳感器或使用各向異性磁阻效應(AMR)的傳感器。
[0025 ]在圖1的實施例中，磁場傳感器1與多個開關11相關聯。開關11可以由控制器12控制以選擇性地施加例如測量電流到磁場傳感器10的所選端子和/或選擇性地測量位于磁場傳感器10的所選端子處的測量信號，例如電壓。例如，開關11可以由控制器12控制以應用自旋電流技術，如將在后面更詳細地討論的那樣。基于測量，控制器12可輸出指示所測量的磁場的信號。
[0026]此外，控制器12可以輸出可用于指示或給出關于圖1的設備中的可能的差錯或故障(例如，磁場傳感器10或開關11的故障)的信息的信號b。在一些實施例中，為了這個目的，控制器12可以在自旋電流技術的不同相位期間評估測量。在其它實施例中，控制器12可控制開關11來執行特定的測試，以檢測可能的故障。將在后面更詳細地討論示例。
[0027]應當指出，雖然信號a和b在圖1中被圖示為分開的信號，但在其他實施例中僅單個信號可被輸出。在這樣的情況下，例如，可以使用信號的一個或多個特定值以指示故障，而其它值可以指示所測量的磁場。
[0028]應當進一步指出的是，圖1的設備不需要是整體的設備，但例如在物理分開的實體中從剩余功能可提供控制器12的功能的部分，并且實體之間的通信可以以基于有線或無線的方式出現。
[0029]為了提供對實施例的更透徹理解，下面參考圖2-5將解釋如在一些實施例中可用的磁場傳感器設備中的自旋電流技術。
[0030]圖2圖示了可以形成一些實施例的基礎的磁場傳感器設備。
[0031]圖2的磁場傳感器設備包括磁場傳感器24。磁場傳感器24可以包括一個或多個霍爾傳感器，例如垂直或平面的霍爾傳感器，但不限于此。舉例來說，在圖2中圖示了兩個并聯耦合的霍爾傳感器。
[0032]經由電流源22施加偏置電流到傳感器24。數字20和213指示電源電壓。例如，數字20可以指示正電源電壓，并且數字213可以指示接地。
[0033]在實施例中電流源22生成的偏置電流被具有數字斬波器頻率fchop的斬波器21、23進行斬波。
[0034]在圖2實施例中的磁場傳感器24處的電壓(例如霍爾電壓)經由模數轉換器來測量。在圖2的示例中，模數轉換器包括具有反饋路徑的Σ-△模數轉換器27，該反饋路徑包括數字積分器211和數模轉換器212。然而，在其它實施例中，可使用其它種類的模數轉換器，例如跟蹤轉換器、逐次近似轉換器、流水線轉換器、閃速轉換器或其任何的組合，僅舉幾個非限制性示例。可以提供反饋路徑以補償偏移波紋。提供也以斬波頻率fchop操作的模擬斬波器26、28和數字斬波器29。自旋電流技術可以與斬波同時地被應用，如通過箭頭25指示的那樣。數字214指示要被測量的磁場。自旋電流技術意味著，經由模數轉換器在多個自旋電流相位的每個中傳感器25的端子被用于施加偏置電流和端子被用于測量電壓變化。
[0035]磁場測量的結果可在210處被選出。
[0036]這樣的自旋電流技術現在將參考圖3進行更詳細地解釋。
[0037]圖3圖示了具有四個相位(在圖3中被標記為自旋電流相位1-4)的自旋電流技術的示例。此外，在圖3中指示兩個斬波相位。圖3示出了針對每個斬波相位的磁場傳感器30。為了便于參考和說明的目的，磁場傳感器30被圖示為具有四個電阻器的電橋。例如，在一些實施例中，傳感器30可以是霍爾傳感器。在其他實施例中，傳感器30可以是使用電橋配置的xMR傳感器。磁場傳感器30被用于測量磁場B。
[0038]正如在圖3中可以看出，其中電流源31與傳感器30耦合的位置從相位到相位進行“旋轉”或“自旋”，因而名稱為自旋電流。
[0039]在圖3的示例中的傳感器30的輸出信號是通過差分放大器32放大的霍爾電壓VH。在圖3的示例中，傳感器30可以具有(不期望的)非對稱性。例如，所圖示的電阻器中的一個可以以值AR不同于其它電阻器。這樣的非對稱性可以由非對稱傳感器(例如非對稱霍爾板)引起或者可以由于傳感器經受的機械應力而產生。
[0040]該非對稱性引起霍爾電壓VH的偏移VOh。放大器偏移VOa的累加由圖3中的電壓源33(其不是真實的電壓源)用符號表示，但僅僅表示由放大器引起的偏移。
[0041 ]用圖3中圖示的自旋電流技術，在相位I中放大器32的輸出信號對應于+ VH + VOh+ VOa，在自旋電流相位2中輸出信號對應于+ VH-Voh-VOa，在自旋電流相位3中對應于+ VH+ VOh + VOa以及在自旋電流相位4中對應于+ VH- Voh - VOa。
[0042]在一些實施例中使用的自旋電流技術中，將所有自旋電流相位的結果相加，從而產生4 VH的結果。偏移彼此抵消。因此，通過使用自旋電流技術，可以獲得偏移補償的測量。
[0043]圖4圖示了采用自旋電流技術的磁場傳感器設備的實施方式示例。圖4的磁場傳感器設備可用作各種實施例的基礎，其中一些實施例將在后面更詳細地進行討論。圖4的設備包括磁場傳感器49，例如包括霍爾板或多個并聯耦合的霍爾板。在其它實施例中，可以使用其他類型的磁場傳感器。在圖4的示例中的磁場傳感器49包括四個端子45-48。在自旋電流技術的每個相位中，例如傳感器49的兩個端子，比如兩個相對側上的兩個端子，可以用于施加偏置電流，以及傳感器49的兩個其它端子，例如相對側上的兩個其它端子，可以用于測量電壓，比如霍爾電壓。
[0044]為了實施自旋電流方案，圖4的實施例包括四個電導體41-44，其在圖4的示例中圍繞磁場傳感器49。在其他實施例中，可以使用導體41-44的其他外形。導體41與供應偏置電流的電流源40耦合。導體42與差分放大器410的負輸入端耦合。導體43與接地413耦合。導體44與差分放大器410的正輸入端親合。
[0045]如圖4中圖示的端子45-48經由開關PH1-PH4耦合到導體41-44。在自旋電流技術的第一相位中，開關PHl閉合并且剩余開關PH2-PH4打開。在第二相位中，所有開關PH2閉合，并且剩余開關打開。在第三自旋電流相位中，所有開關PH 3閉合，并且剩余開關打開。開關比如PHl/ 3或PH2 / 4的標記指示在兩個相位(例如針對開關PH1/3的相位I和3以及針對開關PH2 / 4的相位2和4)中閉合的開關。為便于參考，在提到開關PH / 1-PH / 4時包括這些開關。在第四自旋電流相位中，所有開關PH4閉合，并且剩余開關打開。因此，如圖3中圖示的，通過選擇性地打開和閉合開關PHl至PH4，端子45-48被用作用于供應偏置電流的偏置端子或用作用于經由差分放大器410測量電壓的測量端子。圖4中圖示的外形僅僅用作示例，還可以使用開關和導體的其它布置。
[0046]差分放大器410的輸出被提供給模數轉換器411，其被提供有參考電壓REFl和/或接地作為參考。如通過“DEMUX”所指示的，模數轉換器411向平均器412提供針對四個自旋電流相位的輸出，平均器412可能在多個周期內提供相位的平均和/或和，其指示具有補償偏移的磁場，如參考圖3解釋的那樣。
[0047]雖然四個相位被圖示在圖3和4中，以及還在后面要描述的實施例中，但是這不要被解釋為限制性的，并且本文中公開的技術也可應用于不同數目的相位，特別是多于四個相位(六個相位，八個相位)，但是也可能可適用于僅使用三個相位的自旋電流技術。
[0048]圖5圖示了通過如在使用示例信號的實施例中采用的自旋電流技術的使用的平均效果。圖5的信號被給出僅用于說明目的，并且在其他實施例中可以使用其他的信號波形。
[0049]圖5中的箭頭圖示了相位PH1-PH4中電流(偏置電流)的方向。曲線50示出了針對包含出現在自旋電流相位的個體自旋電流相位中測量的信號中的偏移的測量結果的示例。51指定零值。52圖示了當對自旋電流相位I和2的結果進行求和時的偏移的效果，并且53圖示了當對針對自旋電流相位3和4的結果進行求和時的偏移的效果。如能夠看出的，曲線52和53中的偏移相對于如出現在曲線50中的偏移已經被大大地減小。此外，根據曲線53的偏移相比于根據曲線52的偏移具有相反的行為，并且通過將曲線53和53進行平均，偏移的效果可以被進一步抵消。當對僅兩個相鄰相位進行求和時偏移已經很大程度上被抵消的事實，在一些實施例中被用來檢測故障，如將在下面進行解釋的那樣。
[0050]接下來，參考圖6-9，將討論磁場傳感器設備的各種實施例。用于說明目的圖6到9的磁場傳感器設備基于圖4的磁場傳感器設備，并且類似的參考數字被用于指定相似或相應的元件，其出于簡明的原因將不被重復描述。
[0051]圖6圖示了根據實施例的磁場傳感器設備。在圖6的實施例中，類似于圖4提供了磁場傳感器49，例如霍爾傳感器，其可以經由開關PH1-PH4選擇性地與導體41-44耦合以實施如上面描述的自旋電流技術。除了測量使用如上面描述的自旋電流技術的磁場外，圖6中的設備可提供各種診斷功能，以例如能夠檢測磁場傳感器設備中的差錯、故障或失效。雖然多個不同的診斷功能將參考圖6以及參考其他實施例進行描述，但是要理解的是，這不要被解釋為限制性的，并且其他實施例可以實施所描述的診斷功能中的僅一個或一些。
[0052]在圖6的實施例中可以實施的診斷功能的一個示例基于提供自旋電流相位的僅一些結果上的部分和。如上面參考圖3解釋的，在具有四個相位的常規自旋電流技術中，四個相位可以求和以抵消偏移。在圖6的實施例中，開關65可以提供例如四相位自旋電流技術的前兩個相位的信號到第一平均器66，并且提供例如來自第三和第四相位的輸出到第二平均器67。平均器66、67可以在一些實施例中被用于形成所提供的信號的平均，平均可以在多于一個測量周期內形成，一個測量周期包括示例中的四個相位。在其他實施例中，平均器66、67可以在一個測量周期內形成來自不同相位的信號上的平均。
[0053]例如，第一平均器66可以輸出如圖6中圖示的來自第一和第二自旋電流相位的測量結果的平均，并且平均器67可以輸出如在圖3中圖示的第三和第四自旋電流相位的測量結果的和的平均作為信號d。如上面參考圖5解釋的，已經對于兩個相鄰的相位(例如I和2或3和4)，偏移基本上彼此抵消。因此，在無差錯操作中，信號c應當近似等于信號d(例如，參見圖5的信號52和53)。如果信號c和d之間的差值大于預定閾值，則這可以指示故障，例如所涉及的開關中的一個的故障。因此，在實施例中，通過提供兩個部分和而非所有自旋電流相位上的和，可以實施差錯檢測。
[0054]應當指出，在一些實施例中，開關65可以被配置為改變部分和。例如，如上面提到的，信號c可對應于圖3的自旋電流相位I和2的和，并且信號d在一個實施例中可以對應于自旋電流相位3和4的和。在一些實施例中，開關65然后可以改變向平均器66、67提供的信號，使得例如信號c是圖3的自旋電流相位I和4的結果的和，并且信號d是自旋電流相位2和3的結果。同樣用該求和，可以比較信號c和d，并且如果它們相差大于預定閾值，則這可以指示差錯，例如一個或多個開關的故障。通過如上面解釋的那樣提供不同的部分和，可提供額外的冗余。
[0055]此外，通過向另一實體(例如系統)輸出信號c和d，也在無錯操作中在一些實施例中可獲得冗余，因為信號c和d中的每個信號至少近似提供了正確值。通過提供這樣的冗余，可以增加功能安全。
[0056]另外或可替換地，來自自旋電流相位的結果的不同求和可以在一些實施例中被執行以獲得偏移值。
[0057]雖然在如圖3中指示的正常自旋電流模式中，求和被執行以抵消偏移并獲得霍爾電壓，但是，出于測試或診斷的目的，可以形成和，使得霍爾電壓(或要被測量的其它電壓)被抵消，并且僅測量偏移。在圖3的示例中，這例如可以通過在總和中減去而非增加在相位2和4中由模數轉換器411輸出的信號來獲得，使得在圖3的示例中對于這些相位而言輸出結果基本上是-VH +Vah+ VOa。對所有相位的結果求和然后產生4 VOh + 4V0a，即偏移的測量結果。偏移例如可以在實施例中與預定閾值比較。大于閾值的偏移例如可指示比如開關ΡΗ1...ΡΗ4的高的漏電流的故障和/或其中一個開關有缺陷并且例如不能閉合或一直處于閉合的情況。
[0058]控制用于自旋電流模式和這樣的診斷兩者的開關以獲得偏移可通過由計數器612控制的控制器611執行，計數器612針對四個自旋電流相位從I計數到4。可以通過PHTST使能信號確定操作的模式。例如，操作的模式可以在其中霍爾電壓被確定的規則自旋電流模式和其中如上面解釋的那樣確定偏移的測試模式之間進行切換。計數器612可通過時鐘信號elk來計時。此外，在測試模式中開關PH1...ΡΗ4和額外的開關TSTa到TSTd可以如下面所解釋的那樣被控制。
[0059]此外，可以提供額外導體60，其可以選擇性地經由測試開關TSTa到TSTd與磁場傳感器49的端子45-48耦合，如在圖6中圖示的那樣。此外，導體60可選擇性地經由開關68、69與電流源耦合，如在圖6中圖示的那樣。導體60與電流源的該耦合與各自的開關TSTd的閉合一起可用于向圖6的設備注入差錯電流。在一些實施例中注入差錯電流可以用于檢查所提供的診斷功能是否正確地操作。例如，經由開關TSTa到TSTd中的一個注入差錯電流應該導致通過如上面解釋的那樣評估信號c和d檢測的差錯。如果沒有差錯被檢測到，則這可指示診斷功能的故障。
[0060]在一些實施例中，其中差錯電流被注入的這樣的注入測試可以僅在啟動時被執行，這將提供至少一些潛在的故障診斷。在其它實施例中，另外或可替換地可以在運行時間期間(例如，在傳感器設備的實際使用期間)執行這樣的注入測試。在這樣的情況下，注入測試可在額外測量相位中被適當地處理(例如通過每個全測量周期中測試TSTa到TSTd中的一個開關以給出非限制性示例)。
[0061 ]此外，在一些實施例中，經由開關68或經由開關69注入電流可以被用于檢測短路或漏電流。例如，在導體被正確地彼此絕緣的情況下，經由開關PHl-PH4和TSTa-d，差錯電流可被提供到導體41-44中任何一個并且不應在任何其他導體上出現。
[0062]為進一步測試的目的，在一些實施例中，可以提供開關61，其可用于經由連接器610將進一步的模數轉換器63與導體41和43中的一個或模數轉換器411的參考輸入端耦合。此外，模數轉換器63可以是同樣用于如由開關62指示的其他目的(例如用于溫度測量)而提供的模數轉換器。在實施例中，模數轉換器63可以被用于執行除了測量溫度以外的額外測試程序。通過使用已經提供的模數轉換器63用于其他目的比如溫度測量、也用于提供針對磁場傳感器設備的診斷功能，在一些實施例中，芯片面積可以相比于其中提供額外模數轉換器的情況而被節省。
[0063]開關61和62可以被控制器64(其在圖6中與控制器611被分開地描繪，但是其也可以在具有控制器611的單個控制器中被實施)控制，以向模數轉換器63選擇性地提供信號。如由多路分解器DEMUX指示的，模數轉換器63然后可根據被執行的測試而輸出各種信號。控制器64可以由VTST使能信號控制以選擇要被執行的測試或測量。
[0064]在圖6的實施例中，模數轉換器63相比于模數轉換器411使用不同的參考/偏置電壓(在圖6中被標記為REF2/GND)。因此，在一些實施例中，模數轉換器63經由導體610和各自的開關61可測量模數轉換器411的參考電壓并且可輸出相應的指示(在圖6中被標記為代碼Vref)。通過這種方式，在一些實施例中，可測試模數轉換器411的參考電壓。此外，通過閉合與導體41、43耦合的適當開關61，通過偏置電流源40生成的在導體41、43之間的偏置電壓可以被測量并且輸出(在圖6中被標記為代碼Vbias)。通過這種方式，實施例可測試是否提供用于霍爾傳感器設備49的正確偏置。
[0065]這樣的診斷功能可以例如是作為啟動測試執行的、或是循環執行的、或是執行在系統提供的診斷測試信號處(例如，在任何異常被檢測以在進入任何失效狀態前做出完全的系統檢查的情況下)的、或使用額外模數轉換器(或者簡化的比較器或甚至能視為具有一個或兩個比特輸出的模數轉換器的窗口比較器)與正常操作并行執行的。
[0066]當開關62閉合并且開關61打開時，模數轉換器63可以例如測量溫度并輸出結果作為被標記為代碼Tj的信號(其在這個實施例中可以是指芯片結溫，但是也包括在特定應用中要被測量的任何其他溫度)。該溫度測量僅僅是針對模數轉換器63可被用于執行的任何進一步測量的示例。這樣的溫度測量或其他測量例如可被用于對磁場傳感器的修整或校準。
[0067]其它實施例可以可替換地或另外測量應力相關信道、具有電阻回路的芯片裂紋、壓力、光、電場、內部或外部(已知)電壓或特定應用需要的任何其他物理性質(直接或間接地，例如用于修整和/或校準目的，或利用在系統方法中共享模數轉換器比如轉換器63以測量與磁場測量相關或不相關的任何額外物理量。在一些實施例中，轉換器比如轉換器63可另外或可替換地被用于使用除了包括霍爾傳感器49的設置以外的額外霍爾傳感器來執行除了轉換器411的結果以外的冗余磁場測量(例如用于以到霍爾傳感器49的某個距離提供測量，例如用于測量磁性背景場)。
[0068]此外，在一些實施例中，冗余磁場測量可以使用不同的測量原理(例如，使用磁阻傳感器，一般例如GMR、TMR或xMR)而非額外的霍爾探頭。這樣的磁阻傳感器可以再次經由多路復用開關與模數轉換器63連接。這在實施例中可以進一步用于改進冗余測量設置的獨立性(測量的多樣性:H場對B場)。
[0069]應當指出，在其他實施例中，另外或可替換地，使用與這里描述的原理相同的原理的具有其他方向上的靈敏度的霍爾傳感器(橫向或垂直的霍爾傳感器)可以被使用。這也適用于霍爾傳感器49。
[0070]上述診斷功能可以單獨地或彼此組合地改進針對所示出的設備的單點故障度量以及針對需要磁場傳感器比如所示出的霍爾傳感器設備的安全系統的潛在故障度量。如已經提到的，盡管在圖6的實施例中，多個不同診斷功能被實施并且已經在上面被描述，但是在其他實施例中，僅這些功能中的一個或一些可以被實施。例如，如果由安全性分析足夠給出減少的冗余，則兩個ADC甚至能夠使用相同的參考電壓并且因此不再需要連接610和相應的多路復用。
[0071]應當提到的是，也可需要在特定應用中通過使用不同技術來實施甚至更多樣的設置以實施參考電壓，例如，基于帶隙的原理對基于多晶硅電阻的原理(其可能需要額外的修整)，以僅舉兩個示例。在圖6的實施例中示出的設置提供了用于提供用于多樣化實施方式的高度靈活的設置。
[0072]相同的原理可適用于模數轉換器的選擇。例如，出于多樣性目的，針對轉換器411和63的不同原理可在實施例中使用，以在設計中針對一般引起的故障而改進魯棒性(或者甚至在實施方式期間的系統故障)。由于經濟的原因，可能不期望在一些情況下使用多于兩個的轉換器，但是，如果需要的話，例如出于安全的目的，其他實施例可以使用額外轉換器，而不是多路復用輸出轉換器63的輸入(例如，出于并行測量的目的，以減少故障檢測時間)。在其他實施例中，由圖6的實施例中的模數轉換器63轉換的信道(模擬信號)(比如結溫信道62)可在其他實施例中由轉換器411(使用在其輸入端的額外多路復用器)轉換。一般地，通過使用這樣的多路復用器，在模數轉換器的不同操作相位中可以測量/轉換不同的量。
[0073]接下來，參考圖7-9可以描述對圖6的實施例的各種修改。為了避免重復，類似的元件具有相同的參考數字，并且將僅更詳細地描述與圖6的實施例相比的差異或修改。
[0074]在圖6的實施例中，在需要診斷的非常高的獨立性的情況下，診斷至少部分地可以出現在傳感器設備外部。例如，可以由外部實體來執行在信號c和d彼此不同得多于閾值的情況的評估。同樣地，可以由外部實體做出在信號代碼Vbias和代碼Vref指示差錯的情況的評估。
[0075]例如，在其中系統已經要求第二物理分開的傳感器IC的情況下，診斷和獨立性要求可以被減少以在系統中兩次實施所使用的更經濟單個傳感器設置。特定應用的較低的所需安全水平同樣地還可以引起對獨立性的要求可以被降低。例如，在這樣的情況下，如在圖6的實施例中示出的設置可以被進一步簡化，如圖7-9中示出的那樣。
[0076]在圖7的實施例中，診斷的評估僅僅在所示出的傳感器設備內出現。如果例如傳感器設備被實施在單個芯片上，則這可以允許片上分析。
[0077]在圖7的實施例中，代替圖6控制器611，提供控制器711。此外，代替控制器64，提供控制器74。
[0078]此外，在圖7的實施例中，提供單個平均器70，代替圖6的平均器66、67。平均器70形成用于自旋電流技術的所有四個相位的模數轉換器411的輸出信號上的和或者甚至多個測量周期上的平均，并且將其輸出為信號e。因此，信號e提供針對由傳感器49測量的磁場的測量。此外，向控制器711提供針對四個相位的輸出。控制器711可以執行如關于圖6所描述的針對信號c和d的功能，S卩，控制器711可以形成(例如，第一和第二相位以及第三和第四相位的)部分和，并且評估部分和之間的差值是否大于閾值。此外，控制器711可以組合針對四個相位的信號以確定偏移，如關于圖6所描述的那樣，并且評估結果。在結果不指示差錯的情況下，控制器711可以輸出指示沒有檢測到故障的“0K”信號。在其他實施例中，另外或可替換地，控制器711可以輸出指示檢測到差錯或故障的差錯信號。
[0079]在控制器711檢測到差錯條件的情況下，控制器711可以控制平均器70來禁用更新，使得信號e被凍結，或者可以控制平均器70來輸出指示差錯的信號e的值。在后一種情況下，分開地輸出“0K”信號可以被省略。
[0080]此外，在圖7的實施例中，控制器74評估信號代碼Vref和代碼Vbias，以確定電流源40提供的偏置和供應到模數轉換器411的參考信號是否是正確的。在沒有差錯的情況下，可以輸出“0K”信號，和/或在差錯或故障的情況下，可以輸出差錯信號。應當注意，由控制器74、711輸出的信號(例如，“0K”信號)可以例如使用組合信號的邏輯門被提供在公共輸出端處。
[0081]另外，圖7的實施例的操作可以如對圖6的實施例所描述的那樣。應當注意，在一些實施例中，可以提供僅控制器711或僅控制器74，并且相應的其他控制器可以如參考圖6討論的那樣進行操作。
[0082]圖8圖示了進一步實施例。在圖8的實施例中，與圖6的實施例相比較，省略了模數轉換器411，并且模數轉換器63被另外用于使用自旋電流技術和/或偏移測量來執行霍爾電壓測量。為此，提供了額外開關83，其經由模數轉換器63來能夠實現霍爾電壓的測量。耦合到模數轉換器63的多路分解器82用于輸出通過閉合開關61、83、84和62到相應的輸出連接所測量的信號。自旋電流技術的測量結果(開關83閉合)被提供到平均器83，其提供所有四個相位上的和或多個測量周期上的平均和，并且將其輸出為信號h。因此，信號h提供針對由磁場傳感器測量的磁場的測量。
[0083]控制器80用于通過評估由自旋電流方案輸出的信號(例如，通過提供如以上所討論的部分和)來提供以上討論的診斷功能，用于通過評估在閉合開關61時獲得的代碼Vbias信號來計算偏移。此外，在實施例中，經由開關84，模數轉換器63可以測量內部生成的或外部的電壓(例如，如示出的分電源電壓VDD/4或者來自系統的任何其他已知電壓)。在一些實施例中，這再次可以改進轉換器和參考63的診斷(特別是如果可以測量多于一個的電壓電平)。
[0084]控制器80還控制開關PHl-PH4、TSTa-d以及開關61、83、84和62。為了執行該控制，控制器80由從I計數到N的計數器81供應。在圖8的實施例中，N可以是4(用于四個自旋電流相位)加上額外測量相位的數目，其用于診斷功能，例如在開關61閉合的情況下測量偏置電流的診斷或在注入差錯電流的情況下的測量，如先前所描述的那樣。
[0085]如果沒有差錯出現，則控制器80可以輸出“0K”信號，和/或如果檢測到差錯，則控制器可以輸出差錯信號。
[0086]圖9圖示了根據進一步實施例的磁場傳感器設備。圖9的實施例在一定程度上是圖6和圖8的實施例的組合。與圖8的實施例類似，在圖9的實施例中，使用單個模數轉換器63。與圖6的實施例類似，控制器92基于針對開關PH1-PH4和TSTa-TSTd的PHTST使能信號并且基于針對開關61的VTST使能信號來控制開關的切換。而且，類似于圖6的實施例，在所示出的設備外部執行評估。例如，將與四個自旋電流相位相關的輸出信號從多路分解器82提供給由控制器92控制的開關90，其向第一平均器91和第二平均器92提供信號。第一和第二平均器91和92的功能與圖6的平均器66、67的功能相同，即提供每個都可以表示個體自旋電流相位的輸出結果上的部分和的兩個信號h、k。
[0087]開關90可以由控制器80來控制，例如以改變計算部分和的方式，也如先前關于圖6所解釋的(例如，使相位I和2相加以獲得信號h，并且使相位3和4相加以獲得信號k，或者使來自相位I和4的信號相加以獲得信號h，并且使來自相位2和3的信號相加以獲得信號k)。
[0088]因此，圖9圖示了來自不同實施例的特征可以被組合以形成進一步實施例，并且來自各種實施例的其他特征也可以被組合以形成進一步實施例。
[0089]用所討論的診斷功能，在一些實施例中，用于提供冗余的副傳感器的提供可以被省略，而仍然保持高水平的功能安全。在其他實施例中，先前討論的磁場傳感器設備可以與進一步磁場傳感器設備(常規或如描述的)組合，以提供先前討論的診斷功能和冗余兩者。
[0090]如以上所討論的磁場傳感器設備可以例如在汽車環境中使用，但是不限于此。在圖10中圖示了示例環境。
[0091]在圖10中示出的系統包括磁場傳感器設備101，其如先前參考圖1-9所討論的那樣被實施。通過供應設備100，磁場傳感器設備101被供應有例如時鐘信號Clk和/或電源電壓或參考電壓。供應設備100可以包括用于提供電源電壓和/或用于提供時鐘信號的任何常規電路。供應設備100還可以向圖10的系統的其他設備提供電源電壓和時鐘信號。
[0092]圖10的系統由ECU(電子控制單元)系統102(例如汽車的ECU)來控制。在可替換的實施例中，系統可以由任何種類的微控制器來控制，該微控制器可以與磁場傳感器設備101集成，或者可以被提供在磁場傳感器設備101外部。
[0093]E⑶系統110經由接口 103來控制磁場傳感器設備101。例如，E⑶系統102可以提供信號，比如在外部診斷控制的情況下的以上討論的信號VTST使能和PHTST使能。相反，ECU系統102經由接口 103并且可選地經由數字信號處理器104來從磁場傳感器設備101接收數據。在一些實施例中，數字信號處理器104可以例如基于圖6的信號c、d、代碼Vbias和代碼Vref來提供通過磁場傳感器設備101提供的信號的評估用于診斷功能。在其他實施例中，這樣的評估可以通過ECU系統102來執行。在又其他實施例中，例如參考圖7和圖8所描述的，這樣的評估可以在磁場傳感器設備101中被內部地提供。
[0094]圖10的系統僅僅是示例環境，并且如本文中描述的磁場傳感器設備通常可以在其中要測量的磁場的應用中使用。
[0095]圖11是圖示根據實施例的方法的流程圖。盡管圖11的方法被圖示為一系列的動作或事件，但是以其示出和描述這些動作或事件的順序不要被解釋為限制性的。例如，可以以與所示出的順序不同的順序執行動作或事件，和/或可以例如使用電路的不同部分來同時執行動作或事件中的一些。圖11的方法可以使用先前討論的磁場傳感器設備中的任何一個來實施，但不限于此。
[0096]在圖11中的110處，方法包括提供磁場傳感器設備。磁場傳感器設備可以包括與多個開關相關聯的磁場傳感器。例如，磁場傳感器設備可以是如以上參考圖1-9所討論的磁場傳感器設備。
[0097]在111處，磁場傳感器設備的開關被控制為提供自旋電流讀出。在112處，基于自旋電流讀出來提供差錯信息。例如，如以上所解釋的部分和可以被形成并且彼此比較，和/或可以計算偏移。
[0098]在113處，開關被控制為提供額外差錯信息。例如，除了在111處控制的那些開關之外的開關可以被控制為注入差錯電流和/或能夠實現偏置電壓或參考電壓的測量，例如如先前所解釋的那樣。應當注意，在圖11的實施例中，在一些情況下，與111相關聯的動作或與113相關聯的動作可以被省略，由此提供差錯信息的僅一部分。
[0099]上述實施例僅用作示例，并且不要被解釋為限制性的。
【主權項】
1.一種設備，包括: 磁場傳感器， 與所述磁場傳感器相關聯的多個開關，以及 控制電路，被配置為控制所述多個開關并且基于開關的操作來提供指示故障的至少一個信號。2.根據權利要求1所述的設備，其中所述控制電路被配置為控制多個開關中的至少一些以將自旋電流方案應用于所述磁場傳感器，所述自旋電流方案包括多個相位，在所述多個相位中所述磁場傳感器的不同端子被用于偏置和讀出。3.根據權利要求2所述的設備，其中所述控制電路被配置為形成多個相位的讀出結果上的至少兩個部分和以提供至少一個信號。4.根據權利要求3所述的設備，其中所述控制電路被配置為在部分和中的兩個之間的差值超過預定閾值的情況下提供指示差錯的信號。5.根據權利要求2-4中任一項所述的設備，其中所述控制電路被配置為基于多個相位的讀出結果來獲得偏移。6.根據權利要求1-5中任一項所述的設備，其中所述控制電路被配置為控制多個開關中的至少一個以將差錯電流注入到磁場傳感器，并且進一步被配置為基于所注入的差錯電流來評估提供指示故障的至少一個信號的正確操作。7.根據權利要求1-6中任一項所述的設備，其中所述控制電路被配置為控制所述多個開關中至少一個以測量對所述磁場傳感器進行偏置的偏置電流或偏置電壓中的至少一個。8.根據權利要求7所述的設備，包括被配置為測量表示磁場的磁場傳感器的輸出的第一模數轉換器，以及被配置為測量偏置電流或偏置電壓的第二模數轉換器。9.根據權利要求7所述的設備，包括模數轉換器，所述模數轉換器被配置為測量指示磁場的磁場傳感器的輸出信號并且進一步被配置為測量偏置電流或偏置電壓。10.根據權利要求7-9中任一項所述的設備，其中所述設備的至少一個模數轉換器進一步地被配置為測量至少一個進一步的量。11.根據權利要求1-10中任一項所述的設備，進一步包括輸出端，所述輸出端將至少一個信號提供給進一步實體以允許進一步實體確定可能的故障。12.根據權利要求1-11中任一項所述的設備，其中所述設備是單個芯片上的集成設備。13.根據權利要求1-12中任一項所述的設備，其中所述磁場傳感器包括霍爾傳感器。14.一種磁場傳感器設備，包括: 磁場傳感器，所述磁場傳感器包括 多個端子， 偏置源， 至少一個模數轉換器， 多個開關，以及 控制器，所述控制器被配置為控制所述多個開關以在多個相位期間選擇性地將偏置源和模數轉換器與多個端子親合， 用于提供處于多個相位的不同相位中的模數轉換器的輸出上的至少兩個部分和的加法電路。15.根據權利要求14所述的設備，其中所述控制器進一步被配置為評估多個部分和之間的差值以及如果所述差值超過閾值則輸出差錯信號。16.根據權利要求14或15所述的設備，其中所述控制器進一步被配置為將處于不同相位的模數轉換器的輸出組合以確定所述設備的偏移。17.一種方法，包括: 提供磁場傳感器， 控制與磁場傳感器相關聯的開關，其中控制開關包括控制開關中的至少一些以提供處于多個相位的自旋電流讀出， 基于控制開關來提供差錯信息。18.根據權利要求17所述的方法，其中提供差錯信息包括計算自旋電流讀出上的至少兩個部分和，以及評估部分和之間的差值。19.根據權利要求17或18所述的方法，其中提供差錯信息包括基于所述自旋電流讀出來計算偏移。20.根據權利要求17-19中任一項所述的方法，其中控制開關包括控制開關中的至少一些，用于提供額外差錯信息、提供額外修整測量或提供額外診斷測量中的至少一個。
【文檔編號】G01R33/00GK105929343SQ201610107352
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月26日
【發明人】M.莫茨, W.舍爾
【申請人】英飛凌科技股份有限公司