二端子线性传感器的制作方法

技术领域

本发明总体涉及磁场传感器，并且尤其涉及线性磁场传感器。

背景技术：

生成与磁场成比例的输出电压信号的磁场传感器是公知的。至今，除电源和接地连接外，该常规线性磁场传感器还使用需要单独的输出连接的输出结构。应用中，每个互连对总的成本和空间需求起作用。在低成本传感器应用中，例如，汽车转速计、磁致动报警系统等，每个互连可以代表显著的成本。

技术实现要素：

总体上，在一方面，本发明涉及一种磁场传感器。所述磁场传感器包括线性磁场传感器，用于感测磁场并产生与所感测的磁场成比例的电压。所述磁场传感器还包括接口，该接口仅具有两个端子，所述两个端子包括电源端子和接地端子。所述接口包括连接在所述两个端子之间的电压控制的电流生成设备，其可以由所述电压控制以提供与所感测的磁场成比例的电流。

本发明的实施例可以包括一个或多个以下特征。所述线性磁场传感器可以包括用于感测所述磁场的霍尔效应元件或磁阻(MR)元件。当所述电源端子连接至外部电流感测设备时，所述电压控制的电流生成设备可以用作电流吸收器，替代地，当所述接地端子连接至外部电流感测设备时，所述电压控制的电流生成设备可以用作电流源。所述电压控制的电流生成设备可以包括耦接至晶体管的运算放大器。所述线性磁场传感器和接口可以实施在单个集成电路中。

在另一方面，本发明涉及一种电路，所述电路包括线性磁场传感器和电流感测设备。所述线性磁场传感器包括仅具有两个端子的集成电路，所述两个端子为电源端子和接地端子。所述电流感测设备连接至所述线性磁场传感器，用于测量与所述线性磁场传感器感测的磁场成比例的电流。

附图说明

从附图的以下详细描述，可以更充分地理解本发明的前述特征和本发明自身，其中：

图1示出了范例二端子线性磁场传感器，其包括三端子线性磁场传感器和三-二端子接口，该接口包括电压控制的电流生成设备；

图2A-2B示出了范例电流感测电路，其使用二端子线性磁场传感器(图1)，并且其中，电压控制的电流生成设备用作电流吸收器(sink)(图2A)或电流源(图2B)；

图3示出了电压控制的电流生成设备(图1)的范例实施，其包括运算放大器和双极结型晶体管(BJT)；以及

图4示出了如图1中所示的二端子线性磁场传感器中使用的三端子线性磁场传感器的范例。

相同的参考数字用于代表相同元件。

具体实施方式

参照图1，示出了包括具有三端子的变换器12的二端子变换器10。在一个范例实施例中，如图1中所示，变换器10是二端子线性磁场传感器(“二端子传感器10”)且变换器12是三端子线性磁场传感器(“线性磁场传感器12”或简单地，“传感器12”)。于此使用的术语“端子”指能够形成(或形成)外部电连接的位置或接触点。

传感器12工作以感测磁场并产生与所感测的磁场成比例的输出电压。更具体地，输出电压与磁场强度的改变成比例地改变。在第一端子，即输出端子14，提供输出电压(标注“Vout”)。通过第二端子，即VCC端子16将功率提供给传感器12。通过第三端子，即GND端子18，将至地的连接提供给传感器。在示例的传感器中，VCC端子连接至电压调节器20。从而，提供至VCC端子16的电源电压是调整的电压。在一个实施例中，传感器12可以实施为集成电路(IC)，即单芯片电子电路。替代地，电压调节器20可以视为传感器12架构的部分并从而被包括以形成传感器12’。传感器12’也可以实施为IC。在另一替代实施中，整个二端子传感器10可以构成为IC。在传感器IC中，端子可以对应于设备管脚。如果传感器12或12’是较大IC的一部分，则端子14、16和18将是将传感器12或12’连接至二端子传感器10的其它电路的内电路节点。以下，对传感器12的引用将意指传感器12或传感器12’。

仍然参照图1，二端子传感器10还包括三-二端子接口22。接口22包括对应于VCC端子的第一端子24和对应于接地(GND)端子的第二端子26，第一端子设置为连接至外部电源，第二端子设置为连接至地。接口22还包括电压控制的电流源或吸收器28，于此更一般地称作电压控制的电流生成设备28。电压控制的电流生成设备28经由接地路径30耦接至GND端子26，并经由电源路径32耦接至VCC端子24。电压控制的电流生成设备28还通过传感器输出线33耦接至传感器12的输出端子14。电压控制的电流生成设备28接收传感器输出线33上来自传感器12的输出电压Vout。电压控制的电流生成设备28提供与传感器输出Vout成比例的电流。因此，生成的电流与感测的磁场成比例。

传感器12的GND端子18通过线34在节点36连接至接地路径30(并因此连接至GND端子26)。电压调节器20，或传感器12’在节点38耦接至电源路径32。如果诸如电压调节器20的电压调节器包括在二端子传感器10中，则其可以视为接口22的部分或传感器12’的部分，如早先所述。

图2A和2B示出了电流感测电路中的二端子传感器10。图2A示出了配置为用于高侧电流感测的电流感测电路40，其具有连接在电源(标注“V+”)和VCC端子24之间的电流感测元件42。传感器的GND端子26连接至地。示为旁路电容器44的旁路电容器可以连接在二个端子24、26之间。图2B示出了配置为用于低侧电流感测的电流感测电路50，其具有连接在传感器的GND端子26和地之间的电流感测元件42。电路50中，VCC端子24直接连接至电源。仍然示为旁路电容器44的旁路电容器可以连接在二个端子24、26之间。虽然未示出，但是应当理解，电流感测设备42和感兴趣的被监控电路(即二端子传感器10)能够用开关连接至电源和地，用于全范围(full-range)、双向电流感测。

结合图1参照图2A-2B，二端子传感器10的电压控制的电流生成设备28用作电路40中的电流吸收器(图2A)并用作电路50中的电流源(图2B)。从而，与传感器12(图1)感测的磁场成比例地吸收或获得(source)流过电流感测元件42的电流。可以借助于感测通过感测电阻器的电流来感测表示流过电压控制的电流生成设备28的电流的值。因此，在一个实施例中，并且如图2B中所描绘，电路50的电流感测元件42可以以感测电阻器(“Rs”)实施。虽然未示出，但是电路40的电路元件42(图2A)也可以以感测电阻器Rs来实施。感测电阻器Rs将产生与从电源流至电路40中的电压控制的电流生成设备28的电流成比例的电压。电路50中的感测电阻器Rs将产生与通过电压控制的电流生成设备28流至地的电流成比例的电压。

参照图3，在一个范例实施中，电压控制的电流生成设备28可以设计为包括非反向运算放大器(或op-amp)60，该运算放大器耦接至诸如晶体管的传输元件(pass element)62，如所示。传输元件62能够是双极的、JFET、MOSFET，或其组合。在示例的范例中，传输元件62示为双极结型晶体管(BJT)。运算放大器60具有两个输入端和输出端68，两个输入端为负输入端66和接收Vout(来自传感器12)的正输入端64。输出端68耦接至BJT 62的控制端子(基极)。晶体管的输入端子(集电极)连接至电源路径32。在晶体管输出端子于节点72和运算放大器60的负输入端66之间提供反馈环70。电阻器(“R”)74串联连接在节点72和GND路径30之间。

运算放大器60从传感器12接收与磁场成比例的电压，即Vout。传感器输出Vout，在运算放大器输入端64作为输入提供给电压控制的电流生成设备28，并用作设备28的控制电压。电流作为控制电压的函数流过晶体管62，即与控制电压Vout成比例。运算放大器60调节至晶体管62的发射极的电流，使得其保持等于Vout/R。当连接在负反馈配置中时，如所示，运算放大器60将尽力使得输出68为使得输入端子64和66处的电压尽可能几乎相等所需的任何电压。换句话说，运算放大器反馈环70迫使流过晶体管62的电流与Vout成比例。对于此范例实施，二端子传感器10的传递函数将由Vout/R×Rs给出。

二端子传感器10因此与内部传感器12感测的磁场直接成比例地获得或吸收电流。电流能够通过一些技术来测量，诸如使用如电流感测元件42的电流感测元件结合控制设备，电流感测元件例如为感测电阻器，如图2A-2B中所。当电流感测元件为感测电阻器时(如图2B中所示)，将使用控制设备来测量跨感测电阻器的电压。控制设备可以是应用微控制器或微处理器的部分或与它们相耦接。控制设备能够配置为连续地监控感测电阻器。

潜在的应用包括，例如执行各种测量和/或控制功能的控制模块。应用控制模块中的例如上述感测电阻器的电流感测元件将容许使用控制设备对传感器输出进行分析(interpretation)。控制设备能够是诸如比较器的简单设备。应用中，二端子传感器10能够用于任何类型的线性磁场感测，诸如电流感测、电机控制和位置/位移感测，仅给出数个范例。

电流感测元件42能够位于控制设备附近，同时二端子线性磁场传感器10在应用中位于别处。二端子线性磁场传感器的使用减小了获得与从三端子线性磁场传感器可用的信息相同的信息所需的互连的数量。互连的消除(该互连可能需要例如线、电缆、印刷电路板迹线或其它互连部件)能够减小整个系统的成本并节省空间。

参照图4，示出了三端子线性磁场传感器12(图1)的简化范例。在示例的范例中，传感器12是霍尔效应传感器。其包括霍尔感测设备80以及各种信号调整和外围部件以使得感测的信号可用于应用，霍尔感测设备80具有至少一个霍尔效应感测元件。例如，如图中所示，传感器12能够包括动态偏移消除电路82(用于斩波器稳定)、放大器级84、滤波器86和输出级88，输出级88在输出端子14提供电压信号Vout。传感器12可以包括其它特征，诸如温度补偿、内部增益和偏移修整调节，总体由最优化电路块90表示。能够替代地使用其它霍尔传感器设计。虽然示例了霍尔设备，内部传感器12的设计可以基于任何类型的线性磁场传感器架构。从而，感测设备也能够以例如磁阻(MR)或其它类型的磁场感测元件(或元件)实施。MR元件可以由任何类型的MR设备制成，包括但不限于：各向异性磁阻(AMR)设备；巨磁阻(GMR)设备，包括未钉扎(unpinned)夹层、反铁磁形多层、和自旋阀；磁隧道结(MTJ，也称作自旋相关的遂穿或“SDT”)设备；以及遂穿磁阻(TMR)设备。传感器12的线性磁场传感器架构能够设计为提供模拟输出信号或其等同物(例如，数字地编码模拟信号电平的输出信号，诸如脉宽调制信号)。

虽然传感器12描述为“线性”传感器，但是应当理解，该传感器可以呈现线性和/或非线性行为。如果线性传感器呈现非线性行为，则可以调节输出电压使得其与传感器输入成比例，即作为Vout 14提供的输出电压是已经被“线性化”了的电压。利用合适的信号调整、转换或其它技术可以实现此线性化。在图4中所示的范例实施中，线性化可以由块90处理。然而，也能够说传感器12产生与感测的磁场成比例的输出电压。替代地，或附加地，期望作为Vout 14提供的输出电压为连续、非线性输出。

虽然上述实施例涉及用于磁场感测的变换器10，但是上述具有二端子接口的变换器也能够应用于其它类型的感测和测量。

于此通过参考并入了所引用的所有参考资料的整体。

在描述本发明的优选实施例后，本领域技术人员将很清楚，可以使用并入了这些实施例的概念的其它实施例。因此，应当感受到这些实施例不应限于公开的实施例，而是应当仅由所附权利要求的精神和范围限制。