[发明专利]转动侦测装置、方法及可转动设备

说明书

本发明公开一种转动侦测装置、方法及可转动设备，该转动侦测装置包括：各向异性磁阻器件，各向异性磁阻器件用于侦测平行于基板平面的磁场分量，并产生第一输出信号及第二输出信号；平面霍尔器件，平面霍尔器件用于侦测垂直于基板平面的磁场分量，并产生第三输出信号；垂直霍尔器件，垂直霍尔器件用于侦测平行基板平面一方向的磁场分量，并产生第四输出信号；信号处理电路，分别与各向异性磁阻器件、平面霍尔器件及垂直霍尔器件连接，信号处理电路用于根据第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号及第四输出信号产生对应的角度信息并输出。本发明通过平面霍尔器件、垂直霍尔器件与各向异性磁阻器件的结合，以实现转动物体相位侦测。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种转动侦测装置、方法及可转动设备转动侦测装置、方法及可转动设备。

背景技术

转动侦测的装置的一个实施例如图1所示，通常包括一磁传感器芯片，距离磁感测芯片一段距离处配置一磁场信号源，该磁场信号源可为一双级磁铁或一多极配向磁铁；该磁铁固定于待测物体的一端，当磁感测芯片配置对齐磁铁几何中心时，磁铁的转动将导致磁感测芯片所感测到的磁场方向产生一对应转动，而产生一输出。当磁场方向旋转360度时，霍尔器件、巨磁阻与穿隧磁阻可产生一正弦与一余弦波输出，并以此二输出运算以得到角度信息；而以各向异性磁阻技术构成的感测装置，在磁场方向旋转360度时则会产生两个正弦与两个余弦波输出，这意味着各向异性磁阻磁感测芯片仅能量测180度的角度变化，此为该技术先天的一个限制。许多技术方案为了解决此一限制而被开发。

为解决各向异性磁阻器件180度侦测角度的限制，其中一类做法是将各向异性磁阻器件与一可量测360度磁场转动的磁传感器件整合，配合对应算法而使各向异性器件得以输出360角度信息。有别于各种磁阻技术需要特殊工艺，霍尔器件完全兼容于CMOS工艺，故在实现360度磁场感测的做法中，以各向异性磁阻器件整合霍尔器件最具有成本优势，以下相关技术分析即针对各向异性磁阻器件整合霍尔器件的方案进行比较。

现有技术一(CN108474669B)

此装置中磁场感测单元32包括一个或多个整合在半导体基板的平面霍尔器件，与两个各向异性磁阻器件，如图2所示。其中各向异性磁阻器件配置于图2中34的位置；而多个平面霍尔器件围绕着各向异性磁阻器件配置在36、37、38，与39的位置。转动测量装置由磁场感测单元32与一信号磁场源构成，图3所示范例中信号磁场源为一永久磁铁42，其磁极配向方向为平行于基板平面，该磁场感测单元32配置于该永久磁铁42的上方或下方，并与该永久磁铁42的几何中心对齐；多个霍尔器件以正交方式配置于该各向异性磁阻器件周围。该磁场感测单元32所侦测到的磁场如图4所示，为该永久磁铁42外露磁场，配置于磁场感测单元32中心位置的各向异性磁阻器件侦测信号磁场平行基板平面方向的分量；而周围的平面霍尔器件侦测信号磁场垂直基板平面方向的分量，因该霍尔器件群的正交配置，而产生输出波形的相位差。

当该磁铁42转动时，磁场感测单元32内平行与垂直于基板方向的磁信号分量均发生旋转，该两个各向异性磁阻器件产生一周期为180度的正弦与余弦输出，藉由运算而得到180度旋转的角度信息；而周围的霍尔器件则透过差动方式，如图2中霍尔器件34与37的信号差与36与38的信号差，产生一周期为360度的正弦与余弦输出，藉由信号处理电路，可通过磁场信号的相位判断，使该各向异性磁阻器件产生一周期为360度的最终输出。

现有技术一的缺点

生产成本较高：

平面霍尔器件面积较大，且需要使用并联结构以降低零点飘移，若使用多个平面霍尔器件实现360度周期的角度测量，会导致较高的芯片成本，使产品竞争力下降。

设计较复杂：

平面霍尔器件必须围绕各向异性磁阻器件排列，已获得较为准确的量测结果，而此配置将导致较为复杂的电路布局，增加设计的复杂度。

对信号磁场的对齐相当敏感：