不适用。
关于联邦资助的研究或开发的声明
不适用。
对缩微平片附录的引用
不适用。
背景技术：
磁位置感测涉及磁传感器的使用以提供对可旋转磁场的角位置的指示。一个现有类型的磁场传感器是各向异性磁阻（amr)传感器。amr传感器可以包括被配置成一个或多个惠斯通电桥（wheatstonebridge）配置的电阻元件。电阻元件中的每个可以具有根据入射到相应电阻元件上的磁场的量值和/或方向变化的电阻。惠斯通电桥配置可以生成指示由磁场的振幅和方向引起的电阻中变化的输出电压值。
一些类型的amr设备被配置成针对在180度的范围内的入射磁场的旋转角度生成唯一输出电压值。例如，amr设备可以包括彼此旋转45度取向的两个惠斯通电桥配置。惠斯通电桥配置内的电阻元件可以由坡莫合金（permalloy）材料形成。在此类示例中，电阻元件中的每个的电阻可以根据cos2(θ)关系变化，其中θ是电阻元件的磁矩矢量与流过电阻元件的电流之间的角度。此类amr设备可能能够产生根据sin(2θ)关系变化的第一输出电压和根据cos(2θ)关系变化的第二输出电压。第一和第二输出电压可以被用于确定入射在amr设备上的磁场的角位置。因为sin(2θ)函数和cos(2θ)函数是每个具有180度的周期的周期性函数，所以此类amr设备无法针对在360度的范围内的入射磁场的每个旋转角度提供唯一输出电压值。
技术实现要素：
在实施例中，一种设备，包括：磁阻传感器，其被配置成生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围，以及差分霍尔（hall）传感器对，其包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器。差分霍尔传感器对被配置成生成指示磁场的极性的信号。还可以使用第二差分霍尔传感器对。第二差分霍尔传感器对被配置成生成指示磁场的极性的信号。第二差分霍尔传感器对可以包括第一霍尔传感器或第二霍尔传感器中的至少一个和第三霍尔传感器。第二差分霍尔传感器对可以包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。霍尔传感器感测平面可以被定义为包括差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对的平面，并且霍尔传感器感测平面可以垂直于磁场的旋转的轴线。差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对可以被定位使得在连接形成差分霍尔传感器对的传感器的第一线与连接形成第二差分霍尔传感器对的传感器的第二线之间形成的角度的测量结果大致等于90度。设备还可以包括解码器，其被配置成基于指示磁场的角位置的第一信号和指示由差分霍尔传感器对感测到的磁场的极性的信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，解码的信号具有360度的角范围。解码器可以包括模拟解码器。差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对可以相对于磁场的旋转的轴线以正交配置定位。指示磁场的角位置的信号可以包括一个或多个相对于磁场的角位置正弦地变化的信号。磁阻传感器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器可以每个被附接到平面衬底。磁阻传感器可以被配置成感测与平面衬底共面的磁场的分量。第一霍尔传感器可以被配置成感测垂直于平面衬底的磁场的分量，并且第二霍尔传感器可以被配置成感测垂直于平面衬底的磁场的分量。差分霍尔传感器对可以被配置成产生包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的输出中的差的输出。
在实施例中，一种方法，包括：用磁阻传感器生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围，以及使用差分霍尔传感器对生成指示磁场的极性的信号。差分霍尔传感器对包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器。方法还可以包括使用第二差分霍尔传感器对生成指示磁场的极性的第二信号，其中第二差分霍尔传感器对包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。第三霍尔传感器可以与第一霍尔传感器或第二霍尔传感器相同。方法还可以包括基于指示磁场的角位置的第一信号、指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，所述解码的信号具有360度的角范围。指示磁场的角位置的信号可以包括第一正弦的信号和第二正弦的信号，并且方法还可以包括：将第一传递函数应用于第一正弦的信号和第二正弦的信号以产生第一候选中间信号，对第一正弦的信号和第二正弦的信号应用第二传递函数以产生第二候选中间信号，基于指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号选择第一候选中间信号和第二候选中间信号中的一个作为中间信号，基于指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号从偏移值的集合选择偏移值，以及将选择的偏移加到中间值以生成指示磁场的角位置的解码的信号。
在实施例中，一种设备，包括：磁阻传感器，其被配置成生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围，第一差分极性传感器，其被配置成生成指示磁场的极性的第一信号，以及第二差分极性传感器，其被配置成生成指示磁场的极性的第二信号。设备还可以包括解码器，其被配置成基于指示磁场的角位置的信号、指示磁场的极性的第一信号和指示磁场的极性的第二信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，所述解码的信号具有360度的角范围。第一差分极性传感器可以包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，并且第二差分极性传感器可以包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。第二霍尔传感器和第三霍尔传感器可以是相同的传感器。磁场的旋转的轴线和设备的旋转的轴线可以未被对准。
根据以下具体实施方式结合附图和权利要求书，将更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
为了对本公开的更完整的理解，现在结合附图和具体实施方式参考以下附图说明，其中相同的参考编号表示相同的部分。
图1是图示根据本公开的磁场角位置感测系统的实施例的框图。
图2是磁场角位置感测系统的实施例的侧视图。
图3是根据本公开的感测设备的实施例的顶视图。
图4是图示根据本公开的感测配置的实施例的侧视图的概念图。
图5是图示根据本公开的图2的感测配置的实施例的顶视图的概念图。
图6是图示入射在感测设备的实施例上的磁场的侧视图的概念图。
图7是根据本公开的感测设备的另一个实施例的顶视图。
图8是根据本公开的感测设备的又一实施例的顶视图。
图9是图示根据本公开的解码器设备的实施例的示意图。
图10是图示根据本公开的用于生成磁场角位置信息的技术的实施例的流程图。
具体实施方式
在开始应当理解，虽然以下图示了一个或多个实施例的说明性实现，但是可以使用无论当前已知的还是还未存在的任何数量的技术实现公开的系统和方法。本公开应决不被限于说明性实现、附图和以下图示的技术，而是可以在所附的权利要求的范围连同其等同物的全部范围内修改。
术语的以下简要定义将贯穿本申请应用：
术语“包括”意味着包括但不限于，并且应当以其在专利上下文中通常被使用的方式解释；
短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”以及诸如此类通常意味着跟随所述短语的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中，并且可以被包括在本发明的多于一个实施例中（重要的是，此类短语不一定指代相同的实施例）；
如果说明书将某事物描述为“示例性的”或“示例”，应当理解指代非排他性的示例；
如由本领域技术人员理解的那样，当与数量一起使用时，术语“大约”或“大致地”或者诸如此类可以意味着具体数量、或替代地接近于具体数量的范围；以及
如果说明书声明部件或特征“可能”、“可以”、“能够”、“应当”、“将”、“优选地”、“可能地”、“通常地”、“可选地”、“例如”、“常常”或“也许”（或其他此类语言）被包括或具有特性，则不要求该特定部件或特征被包括或具有特性。此类部件或特征可以被可选地包括在一些实施例中，或者其可以被排除。
本公开涉及用于磁场角位置感测的技术。所述技术可以涉及磁场角位置传感器以及两个或更多极性检测器的使用。磁场角位置传感器可以被配置成生成指示入射磁场的角位置的第一信号。两个或更多极性检测器可以被定位在至少两个不同位置中以生成指示在两个不同位置中的每个处的入射磁场的极性的信号。由极性检测器生成的信号可以与由磁场角位置传感器生成的第一信号组合地使用以生成指示入射磁场的角位置的第二信号。指示入射磁场的角位置的第二信号可以具有大于指示入射磁场的角位置的第一信号的角范围的角范围。以该方式，本公开的技术可以提供相对于由磁场角位置传感器本身生成的角位置感测信号具有增加的角范围的角位置感测信号。
在一些实施例中，极性检测器每个可以包括差分霍尔传感器对。差分霍尔传感器对使用两个霍尔传感器的组合（在本文中简称为霍尔传感器），其中来自两个传感器的输出彼此相减以确定在两个传感器之间的差分磁场。由差分霍尔传感器对产生的信号指示沿着在所述对中的两个传感器之间的轴线的磁场的斜率。在没有跨所述对的变化场或差分场的情况下，来自传感器对的输出实际上是零。当差分霍尔传感器对中的传感器移动通过旋转的磁场时，磁场的变化的斜率从正的变成零、变成负的。产生的输出可以与逻辑状态比较器一起使用以确定磁扇区极性。与针对极性检测器中的每个的单个霍尔传感器的使用相比，差分霍尔传感器对的使用在与磁场的较宽的未对准范围上提供期望的输出信号，这可以允许旋转传感器的较宽适用范围。
包括彼此旋转45度取向的两个惠斯通电桥配置的各向异性磁阻(amr)传感器可以提供在180度的测量范围内的入射磁场的磁场角位置感测。对于一些类型的角位置感测应用，可能期望的是具有360度而不是180度的角测量范围。例如，在感测旋转轴（诸如例如方向盘）的角位置时，可能期望提供360度角测量范围。
对于其中期望360度角测量范围的应用，由以上描述的amr传感器提供的180度角测量范围可能不足以辨别入射磁场的角位置。例如，对应于180度角测量范围内的30度的由amr传感器产生的输出值可能对应于360度角测量范围内的30度或210度。因此，此类传感器无法辨别入射磁场被定位在360角频谱的哪一半中。
该问题的一个解决方案是使用霍尔传感器来感测入射磁场的极性。霍尔传感器可以被定位在其中入射磁场包括垂直于生成入射磁场的源磁体的旋转的平面的方向分量的位置中。当以此类方式定位时，霍尔传感器可以提供关于入射磁场被定位的360度角频谱的哪个半频谱的信息。该信息可以结合amr传感器的输出值使用以确定对应于360角位置的输出值。
由于磁参数变化（诸如霍尔传感器中的操作和释放变化），在360度角频谱的第一半相与第二半相之间的过渡角度可以在过渡范围内变化。例如，如果假定第一半相被限定成包括对于0≤θ<180度的所有角度θ，并且第二半相包括对于180≤θ<360度的所有角度θ。在此类实施例中，霍尔传感器信号的过渡中的变化可能在接近于0、180和360度的过渡角度的角度处导致不正确的半相确定。例如，如果入射磁场被定位在179度处，则霍尔传感器的输出中的误差可能导致amr-霍尔系统的检测到的角位置是359度而不是179度。因此，包括180度amr传感器和单个霍尔传感器的系统可能无法针对接近于在360度角频谱的半相之间的过渡的角度产生准确的360度角感测。
根据本公开，磁场感测设备可以包括180度amr传感器和相对于彼此定位在不同位置中的两个极性检测器。极性检测器可以是相对于彼此被定位在不同取向上的差分霍尔传感器对。差分霍尔传感器对的使用可以提供相对于在磁场内的传感器的未对准更鲁棒的输出信号。两个差分霍尔传感器对的使用可以提供关于磁场被定位在其中的半相的附加的信息。由第二差分霍尔传感器对提供的附加的信息可以被用于防止误差在与第一霍尔传感器对相关联的过渡角度附近发生。以该方式，鲁棒的360度角位置信号可以基于具有180度的角范围的amr角位置感测信号来生成。
图1是图示磁场角位置感测系统10的实施例的框图。磁场角位置感测系统10被配置成生成指示磁场源12的角位置的信号28。磁场角位置感测系统10包括磁场源12和感测子系统14。磁场源12经由入射磁场20被磁耦合到感测子系统14。
磁场源12被配置成生成入射磁场20。磁场源12可以是关于旋转的轴线可旋转的。当磁场源12围绕旋转的轴线旋转时，入射磁场20的角位置也相对于感测子系统14旋转。因此，入射磁场20的角位置可以指示磁场源12的角位置。特别地，入射磁场20的每个角位置可以对应于磁场源12的角位置。在一些实施例中，入射磁场20的旋转的轴线可以是与磁场源12的旋转的轴线相同的旋转的轴线。
在一些实施例中，磁场源12可以被可旋转地定位在360度角频谱内的任何角度处。换言之，在此类实施例中，磁场源12可能能够围绕磁场源12的旋转的轴线以完整的圆旋转。在此类实施例中，入射磁场20还可以旋转通过360度角频谱。
磁场源12可以由配置成生成入射磁场20的任何类型的磁源形成。在一些实施例中，磁场源12可以是条形磁体、圆柱形磁体、环形磁体或配置成生成磁场的任何其他类型的设备。在其他的实施例中，由磁场源12生成的入射磁场20可以具有足够强度以使包含在感测子系统14内的磁阻角位置传感器饱和。在其他的实施例中，入射磁场20的强度可以大致等于约100g或更大。
感测子系统14被配置成接收入射磁场20并且生成解码的角位置信号28。在一些实施例中，解码的角位置信号28可以具有基本上等于入射磁场20的角频谱的角频谱。在其他的实施例中，解码的角位置信号28可以具有等于360度的角频谱。在附加的实施例中，解码的角位置信号28可以根据在360度频谱上的基本上线性函数相对于入射磁场20变化。换言之，在此类实施例中，具有入射磁场20作为输入值和解码的角位置信号28作为输出值的函数的斜率对于360度频谱内的任何角位置可以基本上是恒定的。
感测子系统14包括感测设备16和解码器设备18。感测设备16被通信地耦合到解码器设备18。感测设备16被配置成感测入射磁场20并且被配置成基于感测的磁场20生成角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26。由感测设备16生成的三个信号可以一起指示入射磁场20在360度频谱内的角位置。虽然示出为三个分离的信号，但是信号可以被组合或以其他方式传输到解码器设备18。
在一些实施例中，入射磁场20的角位置可以对应于平行于感测设备16的灵敏度的平面的分量的入射磁场20的角位置。在一些实施例中，灵敏度的平面可以对应于包含在感测设备16内的磁阻设备的灵敏度的平面，例如，由磁阻设备内的惠斯通电桥配置限定的平面。在其他的实施例中，可以在灵敏度的平面内针对感测设备16限定固定角度，并且入射磁场20的角位置可以是入射磁场20相对于固定角度的角位置。
感测设备16可以生成角位置信号22，使得角位置信号22根据周期性函数相对于入射磁场20变化。例如，角位置信号22可以根据正弦的函数相对于入射磁场20变化。如在本文中使用的那样，正弦的函数可以指代相对于入射磁场20的角位置像正弦函数或余弦函数一样振荡的函数。正弦函数或余弦函数可以被移位、拉伸、压缩、平方等。在一些实施例中，周期性函数的周期可以等于180度。
在一些实施例中，角位置信号22可以根据cos2(θ)函数变化，其中θ是入射磁场20的角位置。在其他的实施例中，角位置信号22可以包括两个分离的信号。第一信号可以根据sin(2θ)关系变化，并且第二信号可以根据cos(2θ)关系变化。第一信号和第二信号可以一起指示入射磁场20在180度范围内的角位置。
第一极性信号24和第二极性信号26中的每个可以是能够指示在灵敏度的特定位置处的入射磁场20的极性的信号。在一些实施例中，入射磁场20的极性可以指代在灵敏度的位置处的入射磁场20的方向分量的极性。方向分量可以例如是在灵敏度的位置处的基本上垂直于感测设备16的灵敏度的平面的方向分量。第一极性信号24的灵敏度的位置可以与第二极性信号26的灵敏度的位置不同。
第一极性信号24和第二极性信号26可以一起向解码器设备18提供象限信息。在一些实施例中，象限信息可以指示入射磁场20被定位在其中的360角频谱内的近似象限。在一些实施例中，象限可以是重叠象限。在其他的实施例中，象限信息可以指示入射磁场20未被定位在其中的象限。
在一些实施例中，极性信号24、26中的一个或两者和解码的角位置信号28可以是指示入射磁场20的极性的数字信号，例如，数字位。在其他的实施例中，第一极性信号24和第二极性信号26中的一个或两者可以是指示入射磁场20的极性的模拟信号。当极性信号24和26是模拟信号时，预先确定的阈值连同模拟信号可以一起指示入射磁场20的极性。例如，大于第一阈值的第一极性信号24的模拟值可以指示第一极性，并且小于或等于第一阈值的模拟信号可以指示第二极性。
感测设备16可以包含被配置成生成角位置信号22、第一极性信号24和/或第二极性信号26的一个或多个磁场传感器。在一些实施例中，一个或多个磁场传感器可以被附到或附接到公共衬底。
解码器设备18可以被配置成接收角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26以基于角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26生成解码的角位置信号28。解码的角位置信号28可以是指示入射磁场20在360度频谱内的角位置的信号。
解码器设备18可以至少部分地通过基于角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26实现双输入反正切函数来生成解码的角位置信号28。在一些实施例中，解码器设备18可以实现数字双输入反正切函数。在这些实施例中，解码器设备18在本文中可以被称为数字解码器设备18。在实现数字双输入反正切函数时，解码器设备18可以使用顺序电路元件来实现双输入反正切函数。如在本文中使用的那样，顺序电路元件指代在到电路元件的输入未断言之后保持特定状态的电路元件。例如，解码器设备18可以使用存储在存储器或寄存器组内的查找表来实现双输入反正切函数。
在一些实施例中，解码器设备18可以实现模拟双输入反正切函数。在这些实施例中，解码器设备18在本文中可以被称为模拟解码器设备18。在实现模拟双输入反正切函数时，解码器设备18可以使用非顺序电路元件来实现双输入反正切函数。如在本文中使用的那样，非顺序电路元件指代在到电路元件的输入未断言之后不保持特定状态的电路元件。例如，解码器设备18可以使用组合电路元件来实现双输入反正切函数。
图2图示了图1的磁场角位置感测系统10的侧视图。如示出的那样，磁场源12被布置在感测设备16附近。磁场源12可以被配置成围绕轴线21旋转，和/或感测设备16可以被配置成围绕轴线25旋转。在一些实施例中，磁场源12或感测设备16中的仅一个可以旋转。如果磁场源12不旋转，那么轴线21可以表示磁场源12的中心线。如果感测设备16不旋转，那么轴线25可以表示角传感器部件的中心线或顶点，如在本文中更详细地描述的那样。如图示的那样，在所有实施例中，两个轴线21和25可以不对准。差分极性传感器对的使用可以提供极性测量而不需要在每个示例中轴线21和25都完美地对准。可以限定两个轴线21与25之间的距离23。差分极性传感器对（例如，差分霍尔传感器对等）的使用可以允许两个轴线21、25之间的未对准或距离为至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm或至少约5mm。该未对准的程度可能无法利用对其他类似的极性传感器的使用来实现。
图3是根据本公开的感测设备30的实施例的顶视图。感测设备30可以被配置成基于入射磁场的角位置生成角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26。在一些实施例中，感测设备30可以对应于图1的感测设备16。感测设备30可以包括衬底32、角位置传感器34以及多个极性检测器36、37、38和39。角位置传感器34、极性检测器36、极性检测器37、极性检测器38和极性检测器39中的一个或多个可以被附接或附到衬底32，并且在一些实施例中，角位置传感器34、极性检测器36、极性检测器37、极性检测器38和极性检测器39中的一个或多个可以在衬底32上共面。
图3中的轴线描绘了从左到右延伸的x轴和从下到上延伸的y轴。在中心中具有圆点的圆描绘了从页面朝向观察者延伸的z轴。
角位置传感器34被配置成感测入射磁场20并且被配置成基于入射磁场20生成角位置信号22。在一些实施例中，角位置传感器34可以生成角位置信号22，使得角位置信号22指示入射磁场20在180度测量范围内的角位置。在一些实施例中，角位置传感器34可以是磁阻传感器。磁阻传感器可以包括彼此旋转45度取向的两个惠斯通电桥配置。
在一些示例中，每个惠斯通电桥配置可以包括四个电阻元件、两个偏置节点和两个测量节点。第一电阻元件可以被电耦合在第一偏置节点与第一测量节点之间。第二电阻元件可以被电耦合在第一测量节点与第二偏置节点之间。第三电阻元件可以被电耦合在第一偏置节点与第二测量节点之间。第四电阻元件可以被电耦合在第二测量节点与第一偏置节点之间。在此类配置中，为了生成角位置信号22，角位置传感器34可以在第一与第二偏置电压节点之间施加偏置电压，并且测量跨第一和第二测量节点的产生的电压以产生测量电压。
惠斯通电桥配置内的电阻元件中的一个或多个可以包括磁阻材料。磁阻材料可以是具有如下性质材料：其中，当将外部磁场施加到材料时、当施加的外部磁场的量值改变时和/或当外部磁场的方向改变时，材料的电阻改变。在一些示例中，电阻元件中的每个的电阻可以根据cos2(θ)关系变化，其中θ是电阻元件的磁矩矢量与通过电阻元件的电流之间的角度。例如，磁阻材料可以由坡莫合金材料形成或者包括坡莫合金材料。
当两个惠斯通电桥配置彼此旋转45度取向时，从第一惠斯通电桥配置接收的第一测量电压可以根据应用于入射磁场20的角位置的第一周期性函数变化，并且从第二惠斯通电桥配置接收的第二测量电压可以根据应用于入射磁场20的角位置的第二周期性函数变化。在一些示例中，第一和第二周期性函数每个可以具有180度的周期。在其他的示例中，第一和第二周期性函数可以是正弦的函数。在一些示例中，第一和第二正弦的函数可以是相同的正弦的函数，但是第一正弦的函数可以相对于第二正弦的函数被相移90度。在其他的示例中，第一正弦的函数可以包括sin(2θ)项，其中θ是入射磁场20与角位置传感器34的感测平面内的固定角度之间的角度，并且第二正弦的函数可以包括cos(2θ)项，其中θ是入射磁场20与所述固定角度之间的角度。在此类示例中，除sin(2θ)和cos(2θ)项之外，第一正弦的函数和第二正弦的函数还可以包括其他缩放因子或常数。第一和第二测量电压可以一起指示入射磁场20在180度测量范围内的角位置。
以上描述的示例角位置传感器34是能够被用于本公开的角位置传感器34的仅一个示例。在其他的示例中，角位置传感器34可以采取从honeywell国际公司可获得的aps00b感测芯片的形式。可以使用能够生成指示磁场的信号的磁场传感器的其他示例代替角位置传感器34，如对本领域普通技术人员将是显而易见的那样。
如在图3的示例感测设备30中示出的那样，可以使用极性检测器36、37、38和39限定多个差分霍尔传感器对。在一些实施例中，可以形成两个差分霍尔传感器对，其中第一差分霍尔传感器对由极性检测器37和39限定，并且第二差分霍尔传感器对由极性检测器36和极性检测器38限定。极性检测器36、37、38和39中的每个被定位在角位置传感器34周围的不同位置中。第一差分霍尔传感器对被配置成感测极性检测器37与极性检测器39之间的差分入射磁场并且生成第一极性信号24。类似地，第二差分霍尔传感器对被配置成感测极性传感器36与极性检测器38之间的差分入射磁场并且生成第二极性信号26。在一些实施例中，极性传感器的位置可以被选择使得第一不同霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对可以生成指示入射磁场20被定位在多个重叠象限中的哪个中的象限信息。
在一些实施例中，第一和第二差分霍尔传感器对中的每个可以包括霍尔传感器。在一些实施例中，霍尔传感器可以使用霍尔或洛伦兹（lorentz）力作为操作的原理。例如，此类传感器可以包括具有两个偏置电极和两个测量电极的半导体板。在一些实施例中，两个偏置电极可以被定位在彼此相对的板的侧上，并且两个测量电极可以被定位在其中偏置电极被定位的板的侧其间的板的侧上。偏置电流可以被施加通过偏置电极之间的半导体板，例如，通过在板的偏置电极之间施加电压。当将入射磁场施加到板时，洛伦兹力导致电荷载流子在垂直于电流流动和施加的磁场的方向上偏转。偏转的电荷载流子生成跨其中测量电极被定位的板的侧的足以抵消洛伦兹力的电压。跨测量电极的电压（即，霍尔电压）可以指示施加的磁场的磁场强度。
更具体地，跨测量电极的电压可以指示施加的磁场的方向分量的强度。施加的磁场的方向分量可以对应于垂直于施加的电流的方向和洛伦兹力的方向的方向分量。在其中半导体衬底基本上平面的情况下，由霍尔传感器感测到的施加的磁场的方向分量可以是垂直于平面半导体衬底的平面的方向分量。由测量电压指示的方向分量在本文中可以被称为霍尔传感器的灵敏度的方向。
在一些实施例中，霍尔传感器可以输出测量电压以生成模拟信号。模拟信号可以指示施加的磁场的方向分量（例如，与霍尔传感器的灵敏度的方向平行的方向分量）的极性。例如，大于零的模拟测量电压信号可以指示施加的磁场的方向分量的第一极性或方向。类似地，小于或等于零的模拟测量电压信号可以指示施加的磁场的方向分量的第二极性或方向。
差分霍尔传感器对可以被耦合并且提供差分输出。在实施例中，可以从差分霍尔传感器对中的一个霍尔传感器的输出电压减去相同的差分霍尔传感器对中的另一个霍尔传感器的输出电压。当传感器对中的两个霍尔传感器都遭受相同的均匀场时或者在缺少场的情况下，产生的差分可以基本上是零。当入射磁场正在改变时，输出可以是非零的以在传感器对的两个霍尔传感器之间产生差分。在该情况下产生的差分输出表示磁场的斜率。
在一些实施例中，霍尔传感器输出可以将模拟测量电压信号转换为数字信号并且输出所述数字信号。这可以在减去来自传感器对中的传感器的输出以提供差分输出之前或之后发生。例如，每个霍尔传感器可以包括模数转换器，诸如例如，比较模拟测量电压值与阈值电压值并且基于比较来生成数字输出值的比较器。在一些实施例中，阈值可以等于零伏特，尽管其他阈值也是可能的。数字信号可以指示施加的磁场的方向分量的极性。例如，数字信号可以包括两个数字状态，其中第一数字状态指示施加的磁场的方向分量的第一极性或方向并且第二数字状态指示施加的磁场的方向分量的第二极性或方向。
在一些实施例中，极性检测器36、37、38和/或39中的一个或多个可以包括平面衬底。在此类实施例中，极性检测器36、37、38和/或39可以感测垂直于极性检测器36、37、38和/或39的平面衬底的入射磁场20的方向分量，并且生成极性信号24，使得极性信号24指示入射磁场20的感测的方向分量的极性或方向。
以上描述的示例霍尔传感器是能够被用于本公开的极性检测器36、37、38和/或39的仅一个实施例。在其他的实施例中，极性检测器36、37、38和/或39中的一个或多个可以采取从honeywell国际公司可获得的ss495a感测芯片的形式。可以使用能够生成指示磁场的信号的磁场传感器的其他实施例代替极性检测器36、37、38和/或39，这对具有本公开的益处的领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
图4是图示了根据本公开的用于图3的感测设备30的感测配置的实施例的侧视图40的概念图。在一些实施例中，磁体42可以对应于图1中图示的磁场源12。在其他的实施例中，感测设备30可以对应于图1中图示的感测设备16。
图4中的轴线描绘了在从左到右的负方向上延伸的y轴和在从下到上的正方向上延伸的z轴。在中心中具有“x”的圆描绘远离观察者延伸到页面中的x轴。
磁体42和感测设备30中的一个或多个可以被配置成围绕轴线44旋转。在一些实施例中，磁体42可以被配置成围绕轴线44旋转，并且感测设备30可以被配置成保持静止。在附加的实施例中，感测设备30可以被配置成围绕轴线44旋转，并且磁体42可以被配置成保持静止。在其他的实施例中，磁体42和感测设备30可以都被配置成围绕轴线44旋转。在这些情况中的每个中，磁体42可以说相对于感测设备30旋转，并且由磁体42生成的磁场可以说相对于感测设备30旋转。在一些实施例中，由磁体42生成的磁场可以对应于图1中图示的入射磁场20。如以上描述的那样，感测设备30可以具有与轴线44没有对准的旋转的轴线。差分极性传感器对的使用可以允许两个轴线的一定量的未对准，同时仍允许检测极性。
轴线44可以对应于由磁体42生成的磁场的旋转的轴线。由磁体42生成的磁场的旋转的轴线可以替代地被称为由磁体42生成的磁场相对于感测设备30的旋转的轴线。在其中磁体42旋转的实施例中，磁场的旋转的轴线可以对应于磁体42的旋转的轴线。在其中磁体42是静止的并且感测设备30旋转的实施例中，磁场的旋转的轴线可以对应于感测设备30的旋转的轴线。感测设备30的旋转的轴线可以指代衬底32的旋转的轴线和/或指代极性检测器感测平面46的旋转的轴线。
极性检测器感测平面46可以被定义为包括极性检测器36和极性检测器38的垂直于轴线44的平面。在其中极性检测器36和极性检测器38是霍尔传感器的情况下，极性检测器感测平面46可以被称为霍尔传感器感测平面46。
如在图4的配置中示出的那样，角位置传感器34的灵敏度的平面基本上平行于极性检测器感测平面46，并且更特别地，除了极性检测器36和极性检测器38之外，极性检测器感测平面46还包括角位置传感器34。然而，在其他实施例中，角位置传感器34可以不被包括在极性检测器感测平面46中和/或角位置传感器34的灵敏度的平面可以不平行于极性检测器感测平面46。
还如在图4的配置中示出的那样，磁体42的磁偶极子的方向平行于极性检测器感测平面46并且垂直于轴线44。磁体42的磁偶极子的方向可以被定义为在磁体42的北极处开始并且朝向磁体42的南极延伸的矢量。然而，在其他实施例中，磁偶极子磁体42的方向可以不平行于极性检测器感测平面46和/或磁偶极子磁体42的方向可以不垂直于轴线44。
图5是图示根据本公开的图4的感测配置的实施例的顶视图50的概念图。图5中的轴线基本上类似于图3中的轴线。虽然感测设备30确实包括角位置传感器34，但是为了易于图示图5的概念，在图5中未示出角位置传感器。
顶点48对应于在图4中示出的顶点48并且被限定在其中磁场的旋转的轴线与极性检测器感测平面46相交的位置处。如在图5中示出的那样，线段52可以被限定在穿过顶点48的极性检测器37与极性检测器39之间。线段54可以被限定在穿过顶点48的极性检测器36与极性检测器38之间。线段52和线段54可以限定角度56，其中顶点48是角度56的顶点。
在一些实施例中，极性检测器36、37、38和39可以被定位使得角度56的测量结果在大致70度至大致110度的范围内。在其他的实施例中，极性检测器36、37、38和39可以被定位使得角度56的测量结果基本上等于90度。当极性检测器36、37、38和39被定位使得角度56的测量结果基本上等于90度时，极性检测器36、37、38和39可以说相对于磁场的旋转的轴线以正交配置来定位。
图6是图示入射在感测设备30上的磁场的侧视图60的概念图。如在图5中示出的那样，角位置传感器34具有平行于霍尔传感器感测平面46的灵敏度的平面。因此，角位置传感器34被配置成感测入射在角位置传感器34上并且平行于极性传感器感测平面46的入射磁场20的角分量。
极性检测器36、37和38中的每个（其中未示出极性检测器39，因为其将被定位在极性检测器37后面）具有垂直于极性传感器感测平面46的灵敏度的方向。因此，极性检测器36被配置成从第一位置感测如由矢量84表示的垂直于极性传感器感测平面46的入射磁场20的方向分量。类似地，极性检测器38被配置成从第二位置感测如由矢量86表示的垂直于极性传感器感测平面46的入射磁场20的方向分量。进一步，极性检测器37被配置成从第三位置感测如由矢量82表示的垂直于极性传感器感测平面46的入射磁场20的方向分量。因此，在图6中示出的实施例中，极性检测器36、37和38被配置成感测垂直于角位置传感器34的感测平面的入射磁场20的方向分量。角位置传感器34的感测平面可以被定义为由角位置传感器34中的惠斯通电桥配置占据和/或与角位置传感器34中的惠斯通电桥配置平行的平面。然而，在其他实施例中，极性检测器36、37和38中的一个或多个的灵敏度的方向可以不垂直于角位置传感器34的感测平面。由极性检测器36、37和38中的每个感测的入射磁场20的方向分量可以被称为极性检测器的相应是感测方向分量。
当极性检测器36检测到入射磁场20的感测方向分量为指向第一方向（例如，相对于灵敏度的方向的负方向）中时，则极性检测器36生成第一逻辑值作为针对极性检测器36的输出值。当极性检测器36检测到感测方向分量为指向第二方向（例如，相对于灵敏度的方向的正方向）中时，则极性检测器36生成第二逻辑值作为针对极性检测器36的输出值。在一些实施例中，模数转换器（例如，比较器）可以将感测方向分量的模拟量值转换成数字逻辑值。极性检测器37和极性检测器38的方向输出可以提供类似的输出。产生的差分极性传感器对输出可以
当极性检测器36检测到感测方向分量大致等于零或在本文中被称为过渡范围的接近于零的特定范围内时，极性检测器36可以说以过渡状态操作。当不以过渡状态操作时，当感测负感测方向分量时极性检测器36可以被称为以负感测状态操作并且当感测正感测方向分量时极性检测器36可以说以正感测状态操作。极性检测器37和38以与极性检测器36类似的方式操作。
可以减去差分极性检测器对中的每个极性检测器的输出以提供产生的输出。例如，可以从极性检测器38的输出减去极性检测器36的输出以产生差分极性检测器对输出，所述差分极性检测器对输出可以被用于生成逻辑值。差分对的减法次序的选择将产生具有不同符号的相同结果，并且可以选择减法的逻辑次序以产生期望的逻辑值输出。
如在图6中示出的那样，平行于极性检测器36的灵敏度的方向的入射在极性检测器38上的磁场的方向分量指向负方向中。因此，极性检测器36以负感测状态操作。平行于极性检测器38的灵敏度的方向的入射在极性检测器38上的磁场的方向分量指向正方向中。因此，极性检测器38以正感测状态操作。然后可以由其可以产生正输出的从极性检测器38的正输出减去极性检测器36的负输出来描述差分极性传感器输出。产生的正输出表示跨传感器30的差分磁场的斜率，并且正输出可以被转换成正逻辑值。
入射在极性检测器37上的磁场大致地垂直于极性检测器37的灵敏度的方向。因此，入射在极性检测器37上的磁场的方向分量大致地等于零，并且极性检测器37因此以过渡状态操作。虽然未图示，但是极性检测器39可以类似地以过渡状态操作，并且产生的差分极性检测器对输出可以大致地是零。
图7是根据实施例的示例感测设备70的顶视图。感测设备70可以被配置成基于入射磁场的角位置生成角位置信号22和第一极性信号24。在一些实施例中，感测设备70可以对应于图1的感测设备16。感测设备70可以类似于以上关于图3-6描述的感测设备30，仅单个差分极性传感器对可以被用于确定第一极性信号24，这可以对应于半周期感测。感测设备70可以包括衬底32、角位置传感器34以及极性检测器36和38，并且部件可以与以上关于图3描述的那些部件相同或类似。角位置传感器34、极性检测器36和极性检测器38中的一个或多个可以被附接或附到衬底32。
如以上指出的那样，可以使用单个霍尔传感器来提供极性信息，尽管一些误差可能在过渡位置附近发生。如在图7中示出的那样，差分极性传感器对可以被用于减少在极性确定中的潜在误差。在该实施例中，第一差分极性传感器对由极性检测器36和38限定。极性检测器36和38中的每个可以被定位在角位置传感器34周围的不同位置中。第一差分极性传感器对被配置成感测极性检测器36与极性检测器36之间的差分入射磁场并且生成第一极性信号24。在一些实施例中，极性检测器36和38的位置可以被选择使得第一不同极性传感器对可以生成指示传感器被定位在入射磁场20的多个重叠半相中的哪个中的信息。第一极性信号24可以然后包括跨感测设备70的磁场的斜率，其可以被用于生成360度角频谱的角位置和半相。
图8图示了根据本公开的示例感测设备80的又一顶视图。感测设备80可以被配置成基于入射磁场的角位置生成角位置信号22、第一极性信号24和第二极性信号26。在一些实施例中，感测设备80可以对应于图1的感测设备16。感测设备80可以类似于以上关于图3-6描述的感测设备30，并且为了简洁起见，在本部分中将不详细描述类似的部件。在该实施例中，需要仅三个极性传感器来创建多个差分极性传感器对。感测设备80可以包括衬底32、角位置传感器34以及多个极性检测器36、37和38。角位置传感器34、极性检测器36、极性检测器37和/或极性检测器38中的一个或多个可以被附接或附到衬底32，并且在一些实施例中，角位置传感器34、极性检测器36、极性检测器37和/或极性检测器38中的一个或多个可以在衬底32上共面。
如在图8的感测设备80的实施例中示出的那样，可以使用极性检测器36、37和38来限定多个差分极性传感器对。在一些实施例中，可以形成两个差分极性传感器对，其中第一差分极性传感器对由极性检测器36和37限定，并且第二差分极性传感器对由极性检测器37和38限定。极性检测器36、37和38中的每个可以被定位在角位置传感器34周围的不同位置中。第一差分极性传感器对可以被配置成感测极性检测器36与极性检测器37之间的差分入射磁场并且生成第一极性信号24。类似地，第二差分极性传感器对可以被配置成感测极性检测器37与极性检测器38之间的差分入射磁场并且生成第二极性信号26。在一些实施例中，极性传感器的位置可以被选择使得第一不同极性传感器对和第二差分极性传感器对可以生成指示入射磁场20被定位在多个重叠象限中的哪个的象限信息。在一些实施例中，极性检测器36、37和38可以包括霍尔传感器，并且差分极性传感器对可以包括差分霍尔传感器对。关于图3-6描述的配置和取向中的任何配置和取向可以与在图8中图示的三个极性检测器36、37、38一起使用，其中差分极性传感器对使用三个极性检测器36、37、38而不是四个极性传感器。
图9是图示根据本公开的示例解码器设备100的示意图。解码器设备100被配置成基于角位置信号162和164以及半相信号166和168生成解码的角位置信号170。在一些实施例中，解码器设备100可以对应于在图1中图示的解码器设备18，角位置信号162和164可以一起对应于在图1中示出的角位置信号22，半相信号166可以对应于在图1中示出的差分极性信号24，半相信号168可以对应于在图1中示出的差分极性信号26，并且解码的角位置信号170可以对应于在图1中示出的解码的角位置信号28。解码器设备100包括中间信号生成器112、偏移值生成器114和求和节点116。
解码器设备100被配置成基于角位置信号162和164以及半相信号166和168生成解码的角位置信号170。在一些实施例中，角位置信号162和164可以相对于入射磁场20的角位置正弦地变化，并且解码器设备100可以被配置成生成输出信号170，使得解码的角位置信号170相对于入射磁场20以基本上线性方式变化。解码器设备100包括中间信号生成器112、偏移值生成器114和求和节点116。
中间信号生成器112被配置成基于角位置信号162和164以及半相信号166和168生成中间信号172。中间信号生成器112包括电耦合到角位置信号162的第一输入端子、电耦合到角位置信号164的第二输入端子、电耦合到半相信号166的第三输入端子和电耦合到半相信号168的第四输入端子。在一些实施例中，中间信号生成器112可以包括电耦合到偏移值174的第五输入端子。在其他实施例中，偏移值174可以在中间信号生成器112内内部地产生。在任何情况下，除了正弦的信号162和164之外，中间信号生成器112还可以基于偏移值174生成中间信号172。在图9的解码器设备100的实施例中，中间信号生成器112包括传递函数电路118和120以及候选中间信号选择器122。
角位置信号162和角位置信号164可以是一起指示入射磁场20的角位置的信号。在一些实施例中，入射磁场20的角位置可以是角频谱（例如，360度角频谱）内的角度。
在一些实施例中，角位置信号162可以根据第一正弦的函数相对于入射磁场20的角位置变化，并且角位置信号164可以根据第二正弦的函数相对于入射磁场20的角位置变化。如在本文中使用的那样，正弦的函数可以指代相对于入射磁场20的角位置像正弦函数或余弦函数一样振荡的函数。正弦函数或余弦函数可以被移位、拉伸和/或压缩。与角位置信号162和角位置信号164相关联的正弦的函数中的每个可以具有周期和相位。如在本文中使用的那样，周期可以指代包含正弦的函数的一个完整周期或重复的角位置的间隔的长度。如在本文中使用的那样，相位可以指代在振荡周期中特定正弦的函数开始的地方。
在其他的实施例中，第一正弦的函数的周期可以基本上等于第二正弦的函数的周期。在附加的实施例中，第一正弦的函数的相位可以与第二正弦的函数的相位不同。在一些实施例中，第一正弦的函数的正弦的函数的类型可以与第二正弦的函数的正弦的函数的类型不同。例如，第一正弦的函数可以是正弦波并且第二正弦的函数可以是余弦波。然而，应认识到，这些不同类型的正弦的函数中的每个可以被重写为具有适当的相移的相同类型的正弦的函数。
如在图9的具体实施例中示出的那样，角位置信号162根据sin2θ正弦的函数相对于角位置θ变化，并且角位置信号164根据cos2θ正弦的函数相对于角位置θ变化。因此，在图9的具体实施例中，角位置信号162和角位置信号164根据具有基本上等于180度的周期的正弦的函数相对于θ变化。因为cos2θ函数等效于sin2θ函数的相移版本，所以角位置信号162和角位置信号164可以说根据具有不同相位的正弦的函数相对于θ变化。
在图9中示出的示例配置中，中间信号生成器112包括传递函数电路118、传递函数电路120和候选中间信号选择器122。传递函数电路118被配置成基于角位置信号162、角位置信号164和偏移值174生成候选中间信号176。在一些实施例中，候选中间信号176可以针对角位置的一个或多个范围或间隔以基本上线性的方式相对于入射磁场20的角位置变化。换言之，对于角位置的特定间隔，当角位置变化时，候选中间信号176可以根据在特定间隔上具有基本上恒定斜率的函数变化。在一些实现中，针对其候选中间信号176以基本上线性的方式变化的角位置的间隔的长度可以大于针对其正弦的信号162和164两者之一近似线性函数的角位置的间隔的长度。例如，间隔的长度可以大于或等于90度。
传递函数电路120被配置成基于角位置信号162、角位置信号164和偏移值174生成候选中间信号178。类似于候选中间信号176，候选中间信号178可以针对角位置的一个或多个范围或间隔以基本上线性的方式相对于入射磁场20的角位置变化。在一些实现中，针对其候选中间信号178以基本上线性的方式变化的角位置的间隔的长度可以大于针对其正弦的信号162和164两者之一近似线性函数的角位置的间隔的长度。例如，间隔的长度可以大于或等于90度。
候选中间信号178在其上基本上是线性的角位置的一个或多个间隔可以与候选中间信号176在其上基本上是线性的一个或多个间隔不同。然而，这些间隔可以在一个或多个子间隔内重叠。
对于图9的具体示例解码器设备100，对于角位置信号162和164的周期的至少一半，候选中间信号176(s1)和178(s2)每个相对于入射磁场20的角位置线性地变化。更具体地，候选中间信号176(s1)在包括在0度至90度的范围内的角位置的角位置的第一间隔和包括在180度至270度的范围内的角位置的角位置的第二间隔上基本上是线性的。同时，候选中间信号178(s2)在包括在90度至180度的范围内的角位置的角位置的第一间隔和包括在270度至360度的范围内的角位置的角位置的第二间隔上基本上是线性的。候选中间信号176(s1)和候选中间信号178(s2)在其上基本上线性的角位置的间隔还可以包括在任一方向上延伸到以上标识的范围之外的角位置。
传递函数电路118执行一个或多个算术运算以生成候选中间信号176。一个或多个算术运算可以包括诸如例如加法、减法、乘法和/或除法的运算。在图8的示例传递函数电路118中，传递函数电路118根据以下传递函数生成候选中间信号176：
其中s1对应于候选中间信号176，θ对应于入射磁场20的角位置，sin2θ对应于角位置信号162，cos2θ对应于角位置信号164，并且“off”对应于偏移值174。
传递函数电路120执行一个或多个算术运算以生成候选中间信号178。由传递函数电路120执行的算术运算的集合可以与由传递函数电路118执行的算术运算的集合不同。在图8的特定实施例中，传递函数电路120根据以下传递函数生成候选中间信号178：
其中s2对应于候选中间信号178，θ对应于入射磁场20的角位置，sin2θ对应于角位置信号162，cos2θ对应于角位置信号164，并且off对应于偏移值174。
在一些实施例中，偏移值174可以是基本上恒定的，例如，偏移值174可以是基本上恒定的电压。偏移值174可以被选择使得s1和s2两者都包括大于或等于90度的线性区域。例如，偏移值174可以在正弦的信号162和164中的一个或两者的振幅的大致1倍至大致10倍的范围内。在一些实施例中，偏移值174可以基本上等于正弦的信号162和164中的一个或两者的振幅的1.6倍，以便提供具有高度的线性度的候选中间信号176和178。然而，可以选择用于偏移值174的其他值以调整候选中间信号176和178的斜率和/或线性度。在附加的实施例中，偏移值174和偏移电压182可以被选择使得偏移电压182除以3与偏移值174的乘积大致等于正弦的信号162和164的振幅的2倍，以便提供具有高度的线性度的输出信号170。在此类实施例中，可以调整偏移值174以控制需要用于维持正弦的信号162和164的振幅的大致2倍的乘积的偏移电压182的值。
传递函数(1)和(2)将角位置信号162和角位置信号164表示为关于入射磁场20的角位置的正弦的函数。这些传递函数可以在没有角位置参数的情况下被重写，以更好地图示可以由传递函数电路118和传递函数电路120实现的运算。例如，传递函数电路118可以被配置成根据以下传递函数生成候选中间信号176：
其中s1对应于候选中间信号176，a对应于角位置信号162，b对应于角位置信号164，并且off对应于偏移值174。类似地，传递函数电路120可以被配置成根据以下传递函数生成候选中间信号178：
其中s2对应于候选中间信号178，a对应于角位置信号162，b对应于角位置信号164，并且off对应于偏移值174。
在图9的解码器100的实施例中，传递函数电路118包括求和单元124、减法单元126和除法器单元128，并且传递函数电路120包括减法单元130、求和单元132和除法器单元134。求和单元124和132每个被配置成将两个输入值相加以产生等于两个输入值的总和的输出值。减法单元126和130每个被配置成从第一输入值减去第二输入值以产生等于两个输入值之间的差的输出值。
求和单元124包括电耦合到角位置信号162的第一加数输入端子、电耦合到偏移值174的第二加数输入端子、以及输出端子。减法单元126包括电耦合到求和单元124的输出端子的被减数输入端子、电耦合到角位置信号164的减数输入端子、以及输出端子。减法单元130包括电耦合到偏移值174的被减数输入端子、电耦合到角位置信号162的减数输入端子、以及输出端子。求和单元132包括电耦合到减法单元130的输出端子的第一加数输入端子、电耦合到角位置信号164的第二加数端子、以及输出端子。
除法器单元128和减法单元130每个被配置成将第一输入值除以第二输入值以产生等于第一输入值除以第二输入值的商的输出值。除法器单元128包括电耦合到减法单元126的输出端子的被除数输入端子、电耦合到求和单元124的输出端子的除数输入端子、以及电耦合到候选中间信号选择器122的输出端子。除法器单元134包括电耦合到求和单元132的输出端子的被除数输入端子、电耦合到减法单元132的输出端子的除数输入端子、以及电耦合到候选中间信号选择器122的输出端子。除法器单元128的输出端子可以形成输出候选中间信号176的传递函数电路118的输出端子，并且除法器单元134的输出端子可以形成输出候选中间信号178的传递函数电路120的输出端子。
半相信号166可以是指示第一半相分区内由入射磁场20的角位置占据的半相的信号。半相信号168可以是指示第二半相分区内由入射磁场20的角位置占据的半相的信号。如在本文中使用的那样，半相可以指代横跨角位置信号162和角位置信号164中的一个或两者的一个周期的角位置的间隔的子间隔。例如，横跨角位置信号162和/或角位置信号164的一个周期的角位置的间隔可以根据半相分区被细分或划分成两个子间隔。这些子间隔中的每个可以被称为半相分区内的半相。
在一些实施例中，半相信号166和半相信号168中的一个或两者可以是采取两个不同的二进制逻辑值中的一个的数字信号。在其他实施例中，半相信号166和半相信号168中的一个或两者可以是模拟信号，并且解码器设备100可以使用比较器或其他模拟到数字转换器来生成指示由入射磁场20的角位置占据的半相的数字信号。半相信号166和半相信号168可以由在解码器设备100的外部的一个或多个部件生成。例如，可以使用一个或多个模拟或数字差分霍尔传感器对来生成半相信号166和/或半相信号168。
在图9的具体实施例中，第一半相分区可以被限定成包括对应于角位置θ的第一半相（其中0°≤θ≤180°）和对应于角位置θ的第二半相（180°<θ≤360°）。第二半相分区可以被限定成包括对应于角位置θ的第一半相（其中90°≤θ≤270°）和对应于角位置θ的第二半相（其中0°<θ≤90°或270°<θ≤360°）。然而，在其他实施例中，半相可以被不同地划分，并且半相之间的过渡可以在不同的角位置处发生。此外，虽然用于图9的实施例的半相在长度上是相等的（即，180度），但是半相不一定需要在长度上是相等的。
由半相信号166和168提供的半相信息的组合在本文中可以被称为象限信息。第一象限可以被限定成对应于角位置θ（其中0°≤θ≤90°），第二象限可以被限定成对应于角位置θ（其中90°≤θ≤180°），第三象限可以被限定成对应于角位置θ（其中180°≤θ≤270°），并且第四象限可以被限定成对应于角位置θ（其中270°≤θ≤360°）。然而，在其他实施例中，象限可以被不同地划分，并且象限过渡可以在不同角位置处发生。此外，虽然用于图8的实施例的象限在长度上是相等的（即，90度），但是象限不一定需要在长度上是相等的。
候选中间信号选择器122被配置成基于半相信号166和半相信号168来选择候选中间信号176和候选中间信号178中的一个以作为中间信号172输出。在图9的实施例中，如果半相信号166等于半相信号168，则候选中间信号选择器122选择候选中间信号176以作为中间信号172输出，并且如果半相信号166不等于半相信号168，则候选中间信号选择器122选择候选中间信号178以作为中间信号172输出。候选中间信号选择器122包括电耦合到传递函数电路118的输出端子的第一输入端子、电耦合到传递函数电路120的输出端子的第二输入端子、电耦合到半相信号166的第一控制端子、电耦合到半相信号168的第二控制端子、以及可以形成输出中间信号172的中间信号生成器112的输出端子的输出端子。
候选中间信号选择器122包括解码器和开关和。解码器可以基于半相信号166和半相信号168控制开关并且将候选中间信号176或候选中间信号178中的一个引导到候选中间信号选择器122的输出端子。例如，如果半相信号166等于半相信号168，则解码器可以关闭开关并且打开开关，并且如果半相信号166不等于半相信号168，则打开开关并且关闭开关。
偏移值生成器114被配置成基于半相信号166和半相信号168生成偏移值180。偏移值生成器114包括电耦合到半相信号166的第一控制端子和电耦合到半相信号168的第二控制端子。在一些实施例中，中间信号生成器112可以包括电耦合到偏移电压182的输入端子和电耦合到地电压184的输入端子中的一个或两者。在其他实施例中，偏移电压182和地电压184中的一个或两者可以在偏移值生成器114内内部地产生。偏移值生成器114包括候选偏移值生成器142和偏移值选择器144。
候选偏移值生成器142被配置成基于偏移电压182和地电压184生成候选偏移值186、188、190和192。候选偏移值生成器142包括电耦合到偏移电压182的第一输入端子、电耦合到地电压184的第二输入端子和每个都电耦合到偏移值选择器144的四个输出端子。候选偏移值生成器142还包括电阻146、148和150。在一些实施例中，电阻146、148和150可以具有相等的电阻值。电阻146的第一端子被电耦合到偏移电压182和候选偏移值生成器142的第一输出端子。电阻146的第二端子被电耦合到电阻148的第一端子和候选偏移值生成器142的第二输出端子。电阻148的第一端子被电耦合到电阻146的第二端子和候选偏移值生成器142的第二输出端子。电阻148的第二端子被电耦合到电阻150的第一端子和候选偏移值生成器142的第三输出端子。电阻150的第一端子被电耦合到电阻148的第二端子并且被电耦合到候选偏移值生成器142的第三输出端子。电阻150的第二端子被电耦合到地电压184并且被电耦合到候选偏移值生成器142的第四输出端子。
在一些实施例中，偏移电压182可以是基本上恒定的。偏移电压182的值可以基于s1和s2的线性区域以其与彼此偏移的距离。例如，偏移电压182可以在正弦的信号162和164中的一个或两者的振幅的大致0.2至大致2倍的范围内。在一些实施例中，偏移值174和偏移电压182可以被选择使得偏移值174与偏移电压182的三分之一的乘积大致等于正弦的信号162和164的振幅的2倍，以便提供具有高度的线性度的输出信号170。在其他的实施例中，当偏移值174被设置成正弦的信号162和164中的一个或两者的1.6倍时，偏移电压182的值可以被选择使得偏移电压182的值大致等于正弦的信号162和164中的一个或两者的振幅的3.75倍。地电压184可以基本上等于零伏特。
偏移值选择器144被配置成基于半相信号166和半相信号168生成偏移值180。例如，偏移值选择器144可以基于半相信号166和半相信号168来选择候选偏移值186、候选偏移值188、候选偏移值190和候选偏移值192中的一个以作为偏移值180输出。在图9的实施例中，在半相信号166等于逻辑一值并且半相信号168等于逻辑零值时，偏移值选择器144选择候选偏移值186以作为偏移值180输出，在半相信号166等于逻辑一值并且半相信号168等于逻辑一值时，选择候选偏移值188以作为偏移值180输出，在半相信号166等于逻辑零值并且半相信号168等于逻辑一值时，选择候选偏移值190以作为偏移值180输出，在半相信号166等于逻辑零值并且半相信号168等于逻辑零值时，选择候选偏移值192以作为偏移值180输出。偏移值选择器144包括每个都电耦合到候选偏移值生成器142的相应输出端子的四个输入端子。偏移值选择器144还包括可以形成输出偏移值180的偏移值生成器114的输出端子的输出端子。偏移值选择器144包括解码器152和开关。解码器152可以基于半相信号166和半相信号168来控制开关以将候选偏移值186、候选偏移值188、候选偏移值190和候选偏移值192中的一个引导到偏移值选择器144的输出端子。
求和节点116被配置成将偏移值180加到中间信号172以产生解码的角位置信号170。求和节点116包括电耦合到中间信号生成器112的输出端子的第一加数输入端子、电耦合到偏移值生成器114的输出端子的第二加数输入端子、以及输出端子。求和节点116的输出端子可以形成产生解码的角位置信号170的解码器设备100的输出端子。
现在将关于图9和10描述解码器设备100的操作。图9是图示了根据本公开的正弦的信号162和164以及由传递函数电路118和120生成的传递函数输出的图。图10是图示了根据本公开的解码器设备100如何基于中间信号172和偏移值180来生成解码的角位置信号170的图。
解码器设备从感测设备16接收角位置信号162、角位置信号164、半相信号166和半相信号168。传递函数电路118将第一传递函数应用于角位置信号162和角位置信号164的值以生成候选中间信号176(s1)。类似地，传递函数电路120将第二传递函数应用于角位置信号162和角位置信号164的值以生成候选中间信号178(s2)。候选中间信号选择器122基于半相信号166和半相信号168选择候选中间信号176和候选中间信号178中的一个以作为中间信号172输出。
第一象限可以被限定成对应于角位置θ.（其中0°≤θ≤90°），第二象限可以被限定成对应于角位置θ（其中90°≤θ≤180°），第三象限可以被限定成对应于角位置θ（其中180°≤θ≤270°），并且第四象限可以被限定成对应于角位置θ（其中270°≤θ≤360°）。候选中间信号176在第一象限和第三象限中是基本上线性的，并且候选中间信号178在第二象限和第四象限中是基本上线性的。因此，通过半相信号166和半相信号168向候选中间信号选择器122给出的象限信息允许候选中间信号选择器122选择当前正在线性区域中操作的候选中间信号176和候选中间信号178中的无论哪个。例如，当半相信号166和半相信号168指示角位置在第一或第三象限中时，候选中间信号选择器122选择候选中间信号176作为中间信号172。类似地，当半相信号166和半相信号168指示角位置在第二或第四象限中时，候选中间信号选择器122选择候选中间信号178作为中间信号172。
同时，候选偏移值生成器142生成候选偏移值186、188、190和192，并且偏移值选择器144选择候选偏移值186、188、190和192中的一个作为偏移值180加到中间信号172。求和节点116将偏移值180加到中间信号172以产生解码的角位置信号170。解码的角位置信号170中的每个值可以映射到正弦的信号162和164的周期内的唯一角位置。以该方式，解码器设备100可以实现双输入反正切函数以解码两个正弦的输入信号而无需使用顺序存储器元件或查找表。
在一些实施例中，对于角位置信号162和/或角位置信号164的至少周期，解码的角位置信号170可以以基本上线性的方式相对于角位置变化。在此类实施例中，解码器100能够提供指示角位置的线性输出而无需使用查找表。
在一些实施例中，候选中间信号176(s1)和候选中间信号178(s2)每个可以在两个不同的角位置间隔内是基本上线性的。候选中间信号176的线性角位置间隔可以与候选中间信号178的线性角位置间隔重叠，这限定了一个或多个重叠区域。候选中间信号176和候选中间信号178每个可以与两个不同的偏移值相关联。对于给定的重叠区域，候选中间信号176和与候选中间信号176相关联的偏移值中的一个的总和可以基本上等于候选中间信号178和与候选中间信号178相关联的偏移值中的一个的总和。半相信号166和半相信号168可以提供指示由入射磁场20的角位置占据的象限的象限信息并且被用于选择要使用两个不同候选中间信号中的哪个和相关联的偏移值以生成解码的输出信号。四个象限之间的每个过渡可以被限定成在限定过渡区域的角位置的间隔内发生。限定特定重叠区域的角位置的集合可以包含限定对应过渡区域的角位置的集合。换言之，过渡区域内的每个角位置可以被包括在限定对应重叠区域的角位置的集合内。在一些实施例中，归因于生成指示半相的信号的传感器内的误差容限，象限之间的过渡可以在过渡区域内变化。通过产生具有基本上相等总和的候选中间信号和相关联的偏移值，解码器设备100可能是对在重叠区域内的半相信号166和半相信号168的过渡中的变化不敏感的。
应注意，对于接近于在0度和360度处的象限过渡的角度，两个不同的输出可能发生。然而，解码的角位置信号170仍然可以指示唯一的角位置，因为这两个信号中的每个可以被映射到360度间隔内的单个角位置。此外，当解码的角位置信号170被称为在角位置的完整周期（例如，360度）上以基本上线性的方式相对于角位置变化时，此类变化可以包括以下理解：接近于0/360度象限过渡的角度可以映射到延伸超出针对解码的角位置信号170的最大和最小值的解码的角位置信号170的部分。这些异常值中的任何异常值可以通过将后面跟着偏移运算的模数运算应用于解码的角位置信号170来映射到360度间隔内的区域，其中模数等于在360度处的解码的角位置信号170的值减去在零度处的解码的角位置信号170的值，并且偏移等于在零度处的解码的角位置信号170的值。
图10是图示了根据本公开的用于生成磁场角位置信息的示例性技术的流程图。在一些实施例中，图10中的技术可以被用于图1的感测设备16中和/或图3的感测设备30中。
感测设备16和/或角位置传感器34生成指示具有180度的角范围的磁场的角位置的信号(200)。感测设备16和/或差分极性传感器对可以生成指示磁场的极性的信号(202)。差分极性传感器对可以包括第一和第二霍尔传感器元件，所述第一和第二霍尔传感器元件可以被称为差分霍尔传感器对。感测设备16和/或第二差分极性传感器对可以生成指示磁场的极性的信号(204)。差分极性传感器对可以包括第三和第四霍尔传感器元件，所述第三和第四霍尔传感器元件可以被称为第二差分霍尔传感器对。在一些实施例中，两个差分霍尔传感器对可以共享公共元件。例如，第一差分霍尔传感器对中的第二霍尔传感器可以与第二差分霍尔传感器对中的第三霍尔传感器相同。两个差分霍尔传感器对可以以约70度与110度之间的角度取向，或者在一些实施例中，以与彼此约90度的角度取向。
方法还可以包括基于指示磁场的角位置的第一信号、指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的信号生成指示磁场的角位置的解码的信号(206)。解码的信号可以具有360度的角范围。
解码的信号的生成可以包括多个子步骤。例如，中间信号生成器112可以基于指示磁场的角位置的第一信号、指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号生成中间值。偏移值生成器114可以基于指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号中的至少一个从偏移值的集合选择偏移值来加到中间值。求和节点116将选择的偏移加到中间值以生成指示磁场的角位置的解码的信号。
此外，传递函数单元118可以将第一传递函数应用于指示磁场的角位置的第一和第二信号以产生第一候选中间信号。传递函数单元120将第二传递函数应用于指示磁场的角位置的第一和第二信号以产生第二候选中间信号。候选中间信号选择器122可以选择第一和第二候选中间信号中的一个作为中间信号。偏移值选择器114从偏移值的集合选择偏移值。在一些实施例中，偏移值的集合可以包括至少两个偏移值。在其他的实施例中，偏移值的集合可以包括至少四个偏移值。求和节点116将选择的偏移加到中间值以生成指示磁场的角位置的解码的信号。
在本文中已经描述各种系统和方法，实施例可以包括但不限于：
在第一实施例中，一种设备包括：磁阻传感器，其被配置成生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围；以及差分霍尔传感器对，其包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，其中差分霍尔传感器对被配置成生成指示磁场的极性的信号。
第二实施例可以包括第一实施例的设备，进一步包括：第二差分霍尔传感器对，其中第二差分霍尔传感器对被配置成生成指示磁场的极性的信号。
第三实施例可以包括第二实施例的设备，其中第二差分霍尔传感器对包括第一霍尔传感器或第二霍尔传感器中的至少一个以及第三霍尔传感器。
第四实施例可以包括第二实施例的设备，其中第二差分霍尔传感器对包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。
第五实施例可以包括第二至第四实施例中的任何实施例的设备，其中霍尔传感器感测平面被定义为包括差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对并且垂直于磁场的旋转的轴线的平面，并且其中差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对被定位使得在连接形成差分霍尔传感器对的传感器的第一线与连接形成第二差分霍尔传感器对的传感器的第二线之间形成的角度的测量结果大致等于90度。
第六实施例可以包括第一至第五实施例中的任何实施例的设备，其中设备进一步包括：解码器，其被配置成基于指示磁场的角位置的第一信号和指示由差分霍尔传感器对感测到的磁场的极性的信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，所述解码的信号具有360度的角范围。
第七实施例可以包括第六实施例的设备，其中解码器包括模拟解码器。
第八实施例可以包括第二至第七实施例中的任何实施例的设备，其中差分霍尔传感器对和第二差分霍尔传感器对相对于磁场的旋转的轴线以正交配置定位。
第九实施例可以包括第一至第八实施例中的任何实施例的设备，其中指示磁场的角位置的信号包括相对于磁场的角位置正弦地变化的一个或多个信号。
第十实施例可以包括第一至第九实施例中的任何实施例的设备，其中磁阻传感器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器每个被附接到平面衬底，其中磁阻传感器被配置成感测与平面衬底共面的磁场的分量，其中第一霍尔传感器被配置成感测垂直于平面衬底的磁场的分量，并且其中第二霍尔传感器被配置成感测垂直于平面衬底的磁场的分量，并且其中差分霍尔传感器对被配置成产生包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的输出中的差的输出。
在第十一实施例中，一种方法包括：用磁阻传感器生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围；以及使用差分霍尔传感器对生成指示磁场的极性的信号，其中差分霍尔传感器对包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器。
第十二实施例可以包括第十一实施例的方法，进一步包括：使用第二差分霍尔传感器对生成指示磁场的极性的第二信号，其中第二差分霍尔传感器对包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。
第十三实施例可以包括第十二实施例的方法，其中第三霍尔传感器与第一霍尔传感器或第二霍尔传感器相同。
第十四实施例可以包括第十二或第十三实施例的方法，进一步包括：基于指示磁场的角位置的第一信号、指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，所述解码的信号具有360度的角范围。
第十五实施例可以包括第十二至第十四实施例中的任何实施例的方法，其中指示磁场的角位置的信号包括第一正弦的信号和第二正弦的信号，并且其中方法进一步包括：将第一传递函数应用于第一正弦的信号和第二正弦的信号以产生第一候选中间信号；将第二传递函数应用于第一正弦的信号和第二正弦的信号以产生第二候选中间信号；基于指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号选择第一候选中间信号和第二候选中间信号中的一个作为中间信号；基于指示磁场的极性的信号和指示磁场的极性的第二信号从偏移值的集合选择偏移值；以及将选择的偏移加到中间值以生成指示磁场的角位置的解码的信号。
在第十六实施例中，一种设备包括：磁阻传感器，其被配置成生成指示磁场的角位置的信号，所述信号具有180度的角范围；第一差分极性传感器，其被配置成生成指示磁场的极性的第一信号；以及第二差分极性传感器，其被配置成生成指示磁场的极性的第二信号。
第十七实施例可以包括第十六实施例的设备，进一步包括：解码器，其被配置成基于指示磁场的角位置的信号、指示磁场的极性的第一信号和指示磁场的极性的第二信号生成指示磁场的角位置的解码的信号，所述解码的信号具有360度的角范围。
第十八实施例可以包括第十六或第十七实施例的设备，其中第一差分极性传感器包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，其中第二差分极性传感器包括第三霍尔传感器和第四霍尔传感器。
第十九实施例可以包括第十八实施例的设备，其中第二霍尔传感器和第三霍尔传感器是相同的传感器。
第二十实施例可以包括第十六至第十九实施例中的任何实施例的设备，其中磁场的旋转的轴线和设备的旋转的轴线未对准。
虽然以上已经示出和描述了根据在本文中公开的原理的各种实施例，但是在不脱离本公开的精神和教导的情况下，可以由本领域技术人员做出其修改。在本文中描述的实施例仅是代表性的并且不旨在进行限制。许多变化、组合和修改是可能的并且是在本公开的范围内的。由组合、集成和/或省略（一个或多个）实施例的特征产生的替代的实施例也是在本公开的范围内的。因此，保护的范围不是由以上阐述的描述限制，而是由之后的权利要求限定，该范围包括权利要求的主题的所有的等同物。将每一个权利要求作为进一步的公开并入到说明书中，并且权利要求是（一个或多个）本发明的（一个或多个）实施例。此外，以上描述的任何优点和特征可能涉及具体实施例，但是不应将这样发布的权利要求的本申请限制到实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的过程和结构。
此外，针对与按照37c.f.r.1.77的建议的一致性，提供在本文中使用的节标题或者以其他方式提供组织线索。这些标题不应限制或表征在可以从本公开发布的任何权利要求中阐述的（一个或多个）发明。具体地并且通过示例的方式，尽管标题可能涉及“技术领域”，但是不应以在该标题之下所选择的语言将权利要求限制到描述所谓的技术领域。此外，不将在“背景技术”中的技术的描述解释为对某技术是在本公开中的任何（一个或多个）发明的现有技术的承认。也不将“发明内容”认为是在发布的权利要求中记载的（一个或多个）发明的限制性表征。此外，在本公开中以单数对“发明”的任何引用不应被用于争辩在本公开中仅存在单个新颖性的点。根据从本公开发布的多个权利要求的限制可以记载多个发明，并且因此此类权利要求限定由此保护的（一个或多个）发明和其等同物。在所有情况下，应依据按照本公开的它们自身的优点来考虑权利要求的范围，但是权利要求的范围不应由在本文中记载的标题限制。
诸如包括、包含和具有之类的较宽泛的术语的使用应当被理解成对诸如由……组成、实质上由……组成和基本上由……组成的较窄的术语提供支持。关于实施例的任何元素使用术语“可选地”、“可以”、“可能”、“可能地”以及诸如此类意味着不需要元素，或者替代地，需要元素，两种替代都是在（一个或多个）实施例的范围内的。另外，对示例的引用仅仅被提供用于说明性目的，并且不旨在是排他性的。
虽然在本公开中已经提供了若干实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以以许多其他具体形式实现公开的系统和方法。应将本示例考虑为说明性的并且不是限制性的，并且意图不是要限制到在本文中给出的细节。例如，可以将各种元素或部件组合或集合在另一个系统中或可以省略或不实现某些特征。
另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各种实施例中描述和图示为分立或分离的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法组合或集成。示出的或讨论为与彼此直接地耦合或通信的条目可以通过一些接口、设备或中间部件间接地耦合或通信，而无论电地、机械地或其他方式。改变、代替和变更的其他示例是由本领域技术人员可查明的并且可以在不脱离在本文中公开的精神和范围的情况下做出所述改变、代替和变更的其他示例。