专利名称：角度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括至少一个平面(flat)磁电阻传感器元件的角度传感器，每个元件具有至少一个第一和至少一个第二电源端子，被施加至少一个电源电压， 以产生沿传感器元件的平面维度的预定方向上的电源电压降，以及/或者 被施加至少一个电源电流，以产生所述预定方向上的电源电流的流动，至少两个分接电极，用于在作用于角度传感器的磁场的场强效应和/ 或方向下，在分接电极之间分接出由所述电源电压降或由所述电源电流的 流动产生的差分电压。
背景技术：
在2004年5月14日的欧洲专利申请No.04 102 117.1中，描述了一 种磁电阻传感器元件，至少一个电源电压或至少一个电源电流可以通过至 少一个电源端子(具体是通过至少一个第一电源端子)以及通过至少一个 参考端子(具体是通过例如处于地电势的至少一个第二电源端子)作用于 该磁电阻传感器元件，其中可以在至少一个第一 (具体是正向)分接电极 与至少一个第二 (具体是负向)分接端子之间分接出差分电压，该差分电 压是作为电源电压降或电源电流流动的方向与产生的内部磁场的方向之 间的角度的函数而产生的，并且，通过叠加固有磁化和至少一个外部磁场 来给定产生的内部磁场的方向，此外，磁电阻传感器元件是平面的，尤其 电源电压降是连续的。在所述申请中，还描述了一种角度传感器，包括分 配给第一电源电压或第一电源电流的第一传感器元件、以及分配给第二电 源电压或第二电源电流的第二传感器元件。具体地，相对于第二电源电压 降或第二电源电流流动的方向，以例如大约45度之类的限定角度旋转或 偏移第一电源电压降或第一电源电流流动的方向。上述类型的传感器元件不是采用曲折导体带(conductor strip)而是采 用包括例如应用到硅衬底上的材料坡莫合金(Permalloy)的矩形或圆形层 的封闭平面的导体结构来设计的，其特征在于非常低的欧姆电阻。典型电 阻值在几个欧姆的范围内。已发现，这些电阻值由此处于与至平面导体结 构、用于提供电源电压或电源电流的引线的电阻值范围接近的值范围中， 即，与至实际传感器结构的接合连接的引线电阻的值范围接近的值范围 中。因此，至平面导体结构的电阻值对作用于平面导体结构的电源电压或 电源电流的流动有明显影响。在操作期间，沿这些引线电阻所发生的电压 损失显著地歪曲了测量结果，从而对产生的测量信号的质量有显著影响， 所述信号要用于指示作用于角度传感器的磁场的磁力线相对于角度传感 器的方向。发明内容本发明的目的是避免上述类型的角度传感器中的上述缺点。根据本发明，在普通类型的角度传感器中，本目的实现如下传感器 元件中至少一个的至少第一电源端子或第一电源端子之一、以及至少第二 电源端子或第二电源端子之一与电源连接用于向该至少一个传感器元件 提供外加电源电压。由此，以简单方式实现如下情况限定电源电流作用于传感器元件， 或公共限定电源电流作用于传感器元件，因此在所述传感器元件上存在限 定电源电压，所述电源电压只依赖于传感器元件本身的欧姆电阻，而不依 赖于引线电阻。因此，传感器元件制造中的变化不再对角度传感器的测量 结构有任何影响。采用根据本发明的角度传感器的电源设计，不需要任何 复杂的补偿器件。优选地，根据本发明的角度传感器设计为具有两个平面磁电阻传感器 元件，每个平面磁电阻传感器元件具有第一和第二电源端子以及两个分接 电极，并且磁电阻传感器元件设置为彼此串联，并经由它们的电源端子与 公共电源串联。这确保了对两个传感器元件馈送相同的电源电流，以使由 传感器元件输出的测量信号的幅度比不再依赖于该电源电流的电流强度 的变化。由于测量电路具有高欧姆输入，所以将原则上也存在的引线电阻 对分接电极的影响减小到可忽略水平。在根据本发明而设计的具有两个传感器元件的角度传感器中，优选 地，将所述角度传感器设计用于较大角度范围上的角度测量，磁电阻传感 器元件有利地具有至少基本上相同的几何形状和尺寸。具体地，为此目的， 相对于磁电阻传感器元件的平面维度的平面，进一步将磁电阻传感器元件 设置为相对于彼此至少基本上平行并在该平面内，并相对于彼此旋转了预 定角度。优选地，磁电阻传感器元件相对于彼此的旋转设置的预定角度对 应于至少差不多45。。采用根据本发明的角度传感器的配置，有利地在分 接电极处测量两个信号，这两个信号具有相同的幅度，几乎为正弦信号，并相对于彼此偏移45。，这些信号可以特别有利地用于确定测量信号，测 量信号要用于指示作用于角度传感器的磁场的磁力线相对于角度传感器 的方向。在上述类型的角度传感器，传感器元件有利地设计为基于各向异性磁 电阻效应原理的传感器，即所谓的AMR (各向异性磁电阻)传感器。参照附图所示的实施方式的示例，进一步描述本发明，但是本发明并 不限于该实施方式。
图1示出了包括两个磁电阻传感器元件的示意电路图的示例，根据本 发明，两个磁电阻传感器元件彼此连接，并经由它们的电源端子与公共电 源连接。图2示出了根据本发明配置的角度传感器的示意电路图的示例，以及 用于角度测量的评估设备。
具体实施方式
图1示意性地示出了角度传感器的第一平面磁电阻传感器元件1和第 二平面磁电阻传感器元件2。它们的磁电阻、电流传导层优选地由坡莫合 金制成，具有圆形轮廓。类似地，也可以采用2004年5月14日的欧洲专 利申请No.04 102 117.1所示的具有矩形轮廓的设计。优选地将磁电阻传 感器元件1 ， 2设计为AMR传感器元件。第一传感器元件1具有第一和第二电源端子10和11。电源电压或电 源电流可以经由电源端子10， 11作用于第一传感器元件。由此，在角度 传感器的操作期间，在第一传感器元件1中产生沿第一传感器元件1的平 面维度的方向上的电源电压降，所述方向被示意性地示出并由附图标记 UV1表示；该方向UV1也是第一传感器元件1中电源电流流动的方向。 相应地，第二传感器元件2具有第一和第二电源端子20和21，电源电压 和电源电流可以经由电源端子20和21作用于第二传感器元件2。因此， 在角度传感器的操作期间，在第二传感器元件2中产生沿第二传感器元件 2的平面维度的方向上的电源电压降，所述方向由附图标记UV2表示； 该方向UV2也是第二传感器元件2中电源电流流动的方向。第一传感器元件1还具有第一和第二分接电极12和13，在操作期间， 经由分接电极12和13从第一传感器元件1分接出第一测量电压UM1。 相应地，第二传感器元件2具有第一和第二分接电极22和23，在操作期 间，经由分接电极22和23从第二传感器元件2分接出第二测量电压UM2。 在图1中示意性地示出测量电压UM1， UM2，如箭头所示。传感器元件1和2经由其电源端子10、 11和20、 21彼此串联，并与 公共电源30串联，在所示示例中，所述串联连接设置在电压源端子31与 地32之间。在该串联中，电源30的第一端子与电压源端子31连接，电 源30的第二端子与第一磁电阻传感器元件1的第一电源端子10连接。第 一磁电阻传感器元件1的第二电源端子11经由连接线33与第二磁电阻传 感器元件2的第一电源端子20连接，第二磁电阻传感器元件2的第二电 源端子21与地32连接。这样，在操作期间，图1中表示为IS的公共电 流流经传感器元件1和2。图2示意性地示出了将具有两个传感器元件1， 2的角度传感器用于 角度测量的实施方式的示例。与图1相对应的附图中元件具有相同的附图 标记。在图2所示的框图中，评估设备40的第一和第二测量电压输入41和 42与第一磁电阻传感器元件1的第一和第二分接电极12和13连接，以 向评估设备40提供第一测量电压UM1。评估设备40的第三和第四测量 电压输入43和44与第二磁电阻传感器元件2的第一和第二分接电极22 和23连接，以向评估设备40提供第二测量电压UM2。将测量电压输入 41、 42、 43和44设计为高欧姆，以免在分接电极处对传感器元件的负载 较重，从而不会发生信号失真。在优选地以2004年5月14日的欧洲专利申请No.04 102 117.1所示 的方式设计的评估设备40中，以所述申请中描述的方式处理测量电压 UM1， UM2，以形成操作期间在输出45处输出的输出信号，所述输出信 号形成包括角度传感器1， 2和评估设备40的角度测量系统的输出信号。 该输出信号是与作用于角度传感器的磁场的磁力线沿传感器元件1， 2的 平面维度平面延伸的分量相对于角度传感器的角度有关的信息项目。图2 中用带有附图标记H的箭头示意性地示出了该磁力线分量。在计算机仿真和相应地设计的测量结构中，采用所述类型的角度传感 器，在均匀的外部磁场中，可以实现产生的角度误差为大约0.1。。
附图标记列表1第一磁电阻传感器元件2第二磁电阻传感器元件10第一磁电阻传感器元件的第一电源端子 11第一磁电阻传感器元件的第二电源端子 12第一磁电阻传感器元件的第一分接电极13第一磁电阻传感器元件的第二分接电极20第二磁电阻传感器元件的第一电源端子 21第二磁电阻传感器元件的第二电源端子 22第二磁电阻传感器元件的第一分接电极 23第二磁电阻传感器元件的第二分接电极30电源31电压源端子32地33连接线40评估设备41评估设备的第一测量电压输入，与第一磁电阻传感器元件的第一 分接电极连接42评估设备的第二测量电压输入，与第一磁电阻传感器元件的第二 分接电极连接43评估设备的第三测量电压输入，与第二磁电阻传感器元件的第一 分接电极连接44评估设备的第四测量电压输入，与第一磁电阻传感器元件的第二分接电极连接 45评估设备的输出H作用于角度传感器的磁场的磁力线沿传感器元件的平面维度的平面延伸的分量 IS通过传感器元件的公共电流UM1第一测量电压，经由第一传感器元件的第一和第二分接电极分 接出UM2第二测量电压，经由第二传感器元件的第一和第二分接电极分 接出UV1沿第一传感器元件的平面维度、电源电压降或电源电流流动的 方向UV1沿第二传感器元件的平面维度、电源电压降或电源电流流动的 方向
权利要求
1.一种角度传感器，包括至少一个平面磁电阻传感器元件，每个平面磁电阻传感器元件具有至少一个第一和至少一个第二电源端子，被施加至少一个电源电压，以产生沿传感器元件的平面维度的预定方向上的电源电压降，以及/或者被施加至少一个电源电流，以产生所述预定方向上的电源电流的流动，至少两个分接电极，用于在作用于角度传感器磁场的场强效应和/或方向下，在分接电极之间分接出由所述电源电压降或由所述电源电流的流动产生的差分电压，其特征在于，传感器元件中至少一个的至少第一电源端子或第一电源端子之一、以及至少第二电源端子或第二电源端子之一与向所述至少一个传感器元件提供外加电源电压的电源连接。
2. 根据权利要求1所述的角度传感器，包括两个平面磁电阻传感器 元件，每个平面磁电阻传感器元件具有第一和第二电源端子以及两个分接 电极，其特征在于，平面磁电阻传感器元件设置为彼此串联连接，并经由 它们的电源端子与公共电源串联连接。
3. 根据权利要求2所述的角度传感器，其特征在于，磁电阻传感器 元件具有至少基本上相同的几何形状和尺寸。
4. 根据权利要求2所述的角度传感器，其特征在于，相对于磁电阻传感器元件的平面维度的平面，磁电阻传感器元件被设置为相对于彼此至 少基本上平行并在所述平面内，并相对于彼此旋转了预定角度。
5. 根据权利要求4所述的角度传感器，其特征在于，磁电阻传感器 元件相对于彼此的旋转设置的预定角度对应于至少差不多45°。
6. 根据前述权利要求所述的角度传感器，其特征在于，传感器元件 被设计为基于各向异性磁电阻效应原理的传感器，即所谓的AMR传感器。
全文摘要
在包括至少一个平面磁电阻传感器元件的角度传感器中，每个元件具有至少一个第一和至少一个第二电源端子，被施加至少一个电源电压，以产生沿传感器元件的平面维度的预定方向上的电源电压降，以及/或者被施加至少一个电源电流，以产生所述预定方向上的电源电流的流动；至少两个分接电极，用于在作用于角度传感器的磁场的场强效应和/或方向下，在分接电极之间分接出由所述电源电压降或由所述电源电流的流动产生的差分电压。为了避免引线电阻的影响，传感器元件中至少一个的至少第一电源端子或第一电源端子之一、以及至少第二电源端子或第二电源端子之一与向所述至少一个传感器元件提供外加电源电压的电源连接。
文档编号G01D5/12GK101151509SQ200680002597
公开日2008年3月26日 申请日期2006年1月13日 优先权日2005年1月18日
发明者斯蒂芬·布茨曼 申请人:Nxp股份有限公司