[发明专利]磁场感测装置及磁场感测方法

说明书

本发明提供了一种磁场感测装置及磁场感测方法，旨在通过切换电路使第一组磁传感器、第二组磁传感器内的每个磁传感器依时序交替处于对应的第一工作状态和第二工作状态，从而交替产生一个对应于第一工作状态的信号输出和一个对应于第二工作状态的信号输出，进而消除了由于径向磁化的磁源的微小错位而导致的误差，并且可以同时得到用于确定与目标磁场源相关联的角度信息的第一差动输出和第二差动输出，由此，输出处理电路对于最终的第一差动输出和第二差动输出的形成不会存在时间上的差异性。采用本发明的技术方案不仅具有较高的输出带宽，还具有极低的时延误差，同时还具有抗外界电磁干扰的特性。

技术领域

本发明涉及用于测量旋转角度的传感器的技术领域，特别涉及磁角度传感器的技术领域。

背景技术

量测一物体的旋转角度，如一齿轮或一机械装置的旋转轴；或量测一移动物件的位置与移动信息如阀门的开关行程等在工业、汽车、甚至商用领域均扮演重要的角色，该量测可实现各种系统的监测与报警，如空转滑动等、各种自动的动作回授控制，如动作或姿态控制、或各种操作的触发等。在上述应用领域中，多以磁感测实现各种量测，这是因为磁感测有非接触量测、优异的抗震动、抗磨损与抗油污特性，以及能够提供足够的精准度与反应速度等优点。

一般来说，测量转动角度或是位置的装置包含一个磁传感器与一个磁编码器，磁编码器通常由一永久磁铁构成，其中有规律并南极北极交替排列的磁化区域，这样的结构产生了周期变化的磁场强度与方向，此磁场即为讯号；磁传感器则侦测此磁场的强度或是方向变化，产生一电信号的输出。现今广为使用的磁传感器中有以霍尔效应、各向异性磁阻、巨磁阻、以及穿隧磁阻等原理设计的器件；其中霍尔器件为历史最久，应用范围最广的一种技术，其与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺的极佳兼容性与相对较小的传感器尺寸，使其无论在IC（Integrated CircuitChip，芯片）尺寸与后段的封装方面都拥有最佳的成本效率。

图1示出了现有技术中包括四个磁传感器和控制电路的磁场感测装置的电路结构示意图，图2示出了图1中的磁场感测装置对应的目标磁场源（磁编码器）的结构示意图，图3示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器的放置在磁铁上的结构示意图，图4A示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第一设置下的极性配置的示意图，图4B示出了图1中的磁场感测装置的四个磁传感器在第二设置下的极性配置的示意图。

如图1-图3所示，现有技术US8030916B2揭露了一种可测量的磁场感测装置，该磁场感测装置中包括四个磁传感器、四个放大器、四个信号调节器、一个信号相加装置。其中，四个磁传感器的信号输出端与四个放大器的输入端一一对应电连接，四个放大器的输出端再与四个信号调节器一一对应电连接，从而形成四路独立的输出，该四路独立输出电连接至一个信号相加装置。

现有技术中，将该四个磁传感器（10’、11’、12’、13’）作为一个整体，通过图1中的与每个磁传感器一一对应的信号调节器，将四个磁传感器交替设定成第一设置和第二设置，以交替产生第一状态输出和第二状态输出。该第一设置和第二设置用于对每个磁传感器输出信号的极性符号进行配置，然后将四个磁传感器的输出乘以相应的极性符号后再在信号相加装置内进行相加运算得到第一状态输出和第二状态。例如，在第一设置下，将磁传感器10’与磁传感器11’的输出乘上一正号；将磁传感器12’与磁传感器13’的输出乘上一负号(反向)，随后将该第一设置下的四个输出通过信号相加装置运算后得到第一总和值，即得到对应第一时间点的第一状态输出。在第二设置下，将磁传感器10’与磁传感器13’的输出乘上一负号；将磁传感器11’与磁传感器12’的输出乘上一正号，随后将该第二设置下的四个输出通过信号相加装置运算后得到第二总和值，即得到对应第二时间点的第二状态输出。

当磁铁9’沿顺时针方向旋转时，该第一状态输出会呈现一第一弦波的波形变化，该第二状态输出会呈现一第二弦波的波形变化；该第一弦波与第二弦波相位差为90度，即其中一为正弦波，另一为余弦波。基于该第一状态输出与第二状态输出可计算出目标磁场源相关联的旋转角度信息。