专利名称：具有自动灵敏度调节的磁场传感器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及磁场传感器，更具体而言，涉及具有用于感测和调节磁场传感 器对于磁场的灵敏度的电路的磁场传感器。
背景技术：
磁场传感器采用通常耦合到各种电子电路并且全部设置在公共衬底上方的各种 类型的磁场感测元件，例如霍尔效应元件和磁阻元件。磁场感测元件(以及磁场传感器) 可以通过各种性能特性进行表征，所述各种性能特性中的一种是灵敏度，可以按照输出信 号幅值对磁场感测元件所暴露到的磁场来表示灵敏度。已经知道，磁场感测元件的灵敏度并且因此磁场传感器的灵敏度相对于多个参数 变化。例如，灵敏度可以相对于磁场感测元件的温度变化而变化。对于另一示例，灵敏度可 以相对于施加在其上方设置有磁场感测元件的衬底上的应变变化。这样的应变可以在制造 包含衬底的集成电路时施加到衬底上。例如，可以通过固化用于形成衬底的封装，例如塑料 封装的模制化合物引起的应力来施加该应变。应该意识到，磁场传感器的温度变化能够直接导致温度变化引起的灵敏度变化。 然而，磁场传感器的温度变化还能够间接导致其中温度将应变给予到其上方设置有磁场感 测元件的衬底上的灵敏度变化。磁场传感器以及磁场感测元件的灵敏度变化是不期望的。

发明内容
包括磁场感测元件的磁场传感器能够直接或者间接测量磁场感测元件的灵敏度， 并且能够相应地调节磁场传感器的灵敏度。因此，磁场传感器维持对于磁场的灵敏度，该磁 场在存在温度漂移(excursion)或者在制造步骤中通常是不可变的，该温度漂移和制造步 骤否则会趋于改变磁场传感器的灵敏度。根据本发明的一方面，一种磁场传感器包括由衬底支撑的磁场感测元件。所述磁 场感测元件用于生成包括磁场响应信号部分的输出信号。所述磁场响应信号部分具有对于 第一磁场的灵敏度。所述磁场传感器还包括反馈电路，所述反馈电路包括由所述衬底支撑 并且邻近所述磁场感测元件的电流导体。所述电流导体用于生成第二磁场。所述反馈电路 还包括配置为响应于所述第二磁场而生成增益调节信号的增益计算电路。所述磁场传感器 还包括由所述衬底支撑并且具有耦合成接收所述增益调节信号的增益调节节点的增益调 节电路。所述增益调节电路配置为响应于所述增益调节信号而调节所述磁场响应信号部分 的所述灵敏度。根据本发明的另一方面，一种磁场传感器包括由衬底支撑的磁场感测元件。所述 磁场感测元件用于生成包括磁场响应信号部分的输出信号。所述磁场响应信号部分具有对 于第一磁场的灵敏度。所述磁场传感器还包括反馈电路。所述反馈电路包括由所述衬底支 撑的第一压电电阻器。所述第一压电电阻器具有节点，在所述节点处生成第一压电输出信
5号。所述第一压电输出信号响应于所述衬底在第一方向上的应变。所述反馈电路还包括由 所述衬底支撑的第二压电电阻器。所述第一和第二压电电阻器中的每一个具有各自的主响 应轴(primary response axis)，其中所述第一和第二压电电阻器在相对的取向上设置使 得它们各自的主响应轴基本上垂直。所述第二压电电阻器具有节点，在所述节点处生成第 二压电输出信号。所述第二压电输出信号响应于所述衬底在基本上垂直于所述第一方向的 第二方向上的应变。所述反馈电路还包括具有耦合成接收与所述第一和第二压电输出信号 相关的信号的第一和第二输入节点并且具有输出节点的组合电路，在所述输出节点处生成 增益调节信号。所述磁场传感器还包括由所述衬底支撑并且具有耦合成接收所述增益调节 信号的增益调节节点的增益调节电路。所述增益调节电路配置为响应于所述增益调节信号 而调节所述磁场响应信号部分的所述灵敏度。


根据下面附图的详细说明，可以更加充分地理解本发明的前述特征以及本发明本 身，在附图中图1是具有耦合到增益调节电路的磁场感测元件的电路的方框图，所述磁场感测 元件在这里是霍尔效应元件，其中，将所述增益调节电路耦合到反馈电路，所述反馈电路用 于提供增益调节信号以调节增益调节电路的增益，其中，在一些实施例中，所述反馈电路包 括温度阈值电路和/或通电(power-on)电路；图IA是示出了能够用作图1的温度阈值电路的温度阈值电路的示例性实施例的 方框图；图IB是示出了能够用作图1的温度阈值电路的温度阈值电路的另一示例性实施 例的方框图；图IC是示出了能够用于代替图1的通电电路和温度阈值电路的组合通电温度阈 值电路的方框图；图2是图1的电路的特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括两个压电电阻 器，并且其中所述增益调节电路包括增益可调节预放大器；图2A是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括两个压 电电阻器，并且其中所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔效应元件的可调节电流源；图3是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括邻近所述 霍尔效应元件的导体，并且其中所述增益调节电路包括增益可调节预放大器；图3A是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括邻近所 述霍尔效应元件的导体，并且其中所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔效应元件的可调 节电流源；图3B是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括第二霍 尔效应元件并且其中所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔效应元件的可调节电流源；图4是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括两个压电 电阻器并且还包括邻近每一个压电电阻器的各自导体，并且其中所述增益调节电路包括耦 合到所述霍尔效应元件的可调节电流源；图4A是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括两个压
6电电阻器并且还包括邻近每一个压电电阻器的各自导体，并且其中所述增益调节电路包括 耦合到所述霍尔效应元件的可调节电流源；图4B是图1的电路的另一特定实施例的方框图，其中，所述反馈电路包括两个压 电电阻器并且还包括邻近所述霍尔效应元件的导体，并且其中所述增益调节电路包括耦合 到所述霍尔效应元件的可调节电流源；图5是示出了与两个压电电阻器相关的磁场感测元件的方框图；图6是示出了磁场感测元件以及邻近所述磁场感测元件的电流导体的方框图；图7是示出了磁场感测元件、两个压电电阻器以及邻近每一个压电电阻器的各自 导体的方框图；并且图8是示出了磁场感测元件以及形成在所述磁场感测元件周围的多个环路中的 电流导体的方框图。
具体实施例方式在描述本发明之前，解释一些说明性概念和术语。如这里所使用的，术语“磁场传 感器”用于描述包括“磁场感测元件”的电路。在包括但是并不限于感测通过电流在电流导 体中流动生成的磁场的电流传感器、感测铁磁对象的接近的磁开关、感测例如环形磁体的 磁畴的经过铁磁物体的旋转检测器、以及感测磁场的磁场密度的磁场传感器的各种应用中 使用磁场传感器。在这里，术语“磁场传感器”与短语“用于感测磁场的电路”同义使用。尽管下面将磁场感测元件示出和描述为霍尔效应元件，但是在其它结构中，所述 磁场感测元件可以是但是并不局限于霍尔效应元件、磁阻元件或者磁敏晶体管。如所公知 的，存在不同类型的霍尔效应元件，例如平面霍尔元件以及垂直霍尔元件。并且还公知，存 在不同类型的磁阻元件，例如巨磁阻(GMR)元件、各向异性磁阻元件(AMR)、隧穿磁阻(TMR) 元件以及磁隧道结(MTJ)。如这里所使用的，术语“压电电阻器”用于描述具有与压电电阻器的应变相关的电 阻的电路元件。传统的压电电阻器是公知的。然而将很明显，在下面描述的一些结构中，压 电电阻器还能够具有与压电电阻器经历的磁场相关的电阻，并且通过这种方式，也能够用 作所谓的“磁致电阻器”。为了使下面描述的压电电阻器具有与应变和磁场均相关的电阻， 可以将该压电电阻器制造得比传统压电电阻器更大(例如，更长)，以改善压电电阻器对于 磁场的灵敏度。然而，如这里所使用的，术语“压电电阻器”还包括传统的磁阻元件。参考图1，用于感测磁场的示例性电路10包括磁场感测元件20，在这里是霍尔效 应元件。将霍尔效应元件20耦合成从电流源24接收驱动电流22并且霍尔效应元件20用 于生成耦合到增益调节电路14的差分霍尔电压信号26、28。增益调节电路14包括电流源 24并且还包括预放大器30。预放大器30用于放大差分输入信号26、28并且生成放大信号 32。电路10还可以包括另一电路元件34，其在一些结构中是(线性)放大器，并且在其它 结构中是比较器。电路10还包括反馈电路12，反馈电路12用于直接或者间接感测霍尔效应元件20 的灵敏度。所述反馈电路用于生成耦合到增益调节电路的增益调节信号16。在操作中，可以将电流源24或者预放大器30中的任一个(或者二者)用作增益 调节元件，其能够响应于增益调节信号16来影响放大信号32的幅值。
在一些实施例中，反馈电路12可以包括温度阈值电路18。在一些实施例中，反馈 电路12还可以包括通电电路19。温度阈值电路18用于影响增益调节信号16，例如使得增益调节信号16仅在其上 设置有电路10的衬底的温度达到温度阈值以上的温度时控制增益调节电路14的增益。通电电路18也用于影响增益调节信号16，例如使得增益调节信号16仅在向电路 10施加功率之后的短暂时间段中控制增益调节电路14的增益。现在参考图1A，示例性温度阈值电路40可以与图1的温度阈值电路18相同或者 类似。温度阈值电路40可以包括配置为响应于其上设置有温度感测元件42的衬底的温度 而生成温度信号44的温度感测元件42。将比较器47耦合成接收温度信号44并且将该温 度信号44与阈值信号46进行比较。比较器47用于生成温度使能信号48，其例如能够在温 度信号44低于温度阈值信号46时具有第一状态并且在温度信号44高于温度阈值信号46 时具有第二状态。现在参考图1B，另一示例性温度阈值电路50能够与图1的温度阈值电路18相同 或者类似。温度阈值电路50可以包括配置为响应于其上设置有温度感测元件52的衬底的 温度而生成温度信号54的温度感测元件52。将比较器58耦合成接收温度信号54并且将 温度信号54与阈值信号56进行比较。比较器58用于生成比较信号60，其例如能够在温度 信号54低于温度阈值信号56时具有第一状态并且在温度信号54高于温度阈值信号56时 具有第二状态。温度阈值电路50还可以包括耦合成接收比较信号60并且用于生成温度使 能信号64的单稳态多谐振荡器62。在操作中，温度使能信号64是在温度信号54与温度阈值信号56的值交叉的时刻 或者该时刻附近开始并且在由单稳态多谐振荡器62的特性确定的时刻结束的脉冲信号。 在一些结构中，脉冲信号64具有大约一毫秒的持续时间。应该意识到，图IA的电路40能够生成作为基本静态信号的温度使能信号48，而图 IB的电路50能够生成作为脉冲信号的温度使能信号48。现在参考图1C，组合的通电和温度阈值电路700在通电时刻并且还在温度漂移时 刻提供使能信号742的状态改变。电路700包括通电电路702，通电电路702用于生成表示 例如图1的电路10的电路的通电的通电信号704。能够用作图1的通电电路19或者图IC的通电电路702的通电电路是公知的，因 此不再进一步描述。然而应该意识到，在一些实施例中，通电电路19、702能够生成基本静 态的通电使能信号，并且在其它实施例中能够在向例如图1的电路10的电路施加功率的时 刻附近生成作为脉冲信号的通电使能信号。电路700还包括耦合成接收通电信号704的单稳态多谐振荡器706，并且单稳态 多谐振荡器706用于生成具有预定周期的通电二进制脉冲信号708。通电二进制脉冲信号 708耦合用于生成二进制采样信号716的或门714。电路700还包括温度感测元件744，温度感测元件744用于生成表示例如图1的电 路10的电路的温度的温度信号746。通过采样保持电路748接收温度信号746，采样保持 电路748在二进制采样信号716的一种状态期间对温度信号746进行采样，在二进制采样 信号716的其它状态期间导致保持温度信号750。将偏移电路(offset circuit) 718耦合成接收所述保持温度信号750。在一种结构中，偏移电路718包括分别耦合成生成正偏移保持温度信号720和负偏移保持温度信号 726的第一和第二电压源722、724。显而易见的是，正偏移保持温度信号720是高于保持温 度信号750的例如一百毫伏的预定量，并且负偏移保持温度信号726是低于保持温度信号 750的例如一百毫伏的预定量。然而，在一些其它结构中，第一和第二电压源722、724可以 不同，导致正偏移保持温度信号720和负偏移保持温度信号726与保持温度信号750偏离 不同的预定量。由窗口比较器730接收正偏移保持温度信号720和负偏移保持温度信号726。利 用各种拓扑配置窗口比较器并且所示的拓扑只是代表性的。还耦合窗口比较器730以接收 温度信号746。在操作中，窗口比较器730用于在温度信号752转变到由正偏移保持温度信号720 和负偏移保持温度信号726的边界限定的窗口外侧时生成二进制窗口比较器输出信号742 的状态变化。通过这种方式，二进制窗口比较器输出信号742表示温度感测元件744经历 了温度漂移。显而易见的是，二进制窗口比较器输出信号742还在电路700的通电时刻附近具 有状态变化。在通电时，温度信号752能够快速地达到代表温度的值，而正偏移保持温度信 号720和负偏移保持温度信号726能够更加慢速地接近稳态值。因此，一开始，在通电时， 二进制窗口比较器输出信号742可以例如是高。随着正偏移保持温度信号720和负偏移保 持温度信号726达到更加稳态的值，二进制窗口比较器输出信号742可以转变到低状态。而且，在操作中，在温度信号746转变到由正偏移保持温度信号720和负偏移保持 温度信号726的边界限定的窗口外侧的任意时刻，二进制窗口比较器输出信号742改变状 态。二进制窗口比较器输出信号742可以在随后的图中示出的电路中用作“使能”信 号。如下所述，用于感测磁场的电路的增益调节，即增益校准，可以在使能信号742的高状 态期间或者可选地在该使能信号742的低状态期间发生。从上述讨论应该理解，使能信号 742可以用于在通电时刻或者通电时刻附近以及在由温度感测元件744感测的温度漂移时 刻或者该温度漂移附近初始化这样的校准。如这里所使用的，术语“使能”信号用于指温度使能信号、通电使能信号或者上述
二者的组合。将使能信号742耦合到另一单稳态多谐振荡器712，所述另一单稳态多谐振荡器 712生成温度漂移二进制脉冲信号710。温度漂移二进制脉冲信号710也通过或门714接 收，导致在使能信号742由于温度漂移而具有状态变化时位于二进制采样信号748内的另 一脉冲。显而易见的是，由温度漂移产生的脉冲二进制采样信号716导致保持温度信号 750具有新值，因此由正偏移保持温度信号720和负偏移保持温度信号726的边界限定的窗 口具有位于保持温度信号750周围的新位置。因而，使能信号742改变回到其初始状态。通过这种方式，不仅通电条件导致使能信号742的暂时高状态，而且温度感测元 件744经历的温度漂移也导致使能信号742的暂时高状态。因而，使能信号742能够使下 面描述的任意电路在通电时并且在经历预定的温度漂移时自动校准(例如，增益调节)。该 温度漂移或者是正温度漂移或者是负温度漂移。
现在参考图2，用于感测磁场的电路70可以与图1的电路10相同或者类似，并且 可以包括反馈电路72，该反馈电路72可以与图1的反馈电路12相同或者类似。下面将更 加充分地描述反馈电路72。电路70包括磁场感测元件108，这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件108耦合 成接收来自电流源110的驱动电流信号112并且该霍尔效应元件108用于生成耦合到预放 大器118的差分霍尔电压信号114、116。预放大器118用作具有响应于由反馈电路72生成 的增益调节信号106的增益的增益调节元件。预放大器118用于放大差分输入信号114、 116并且生成放大信号120。电路70还可以包括耦合成接收放大信号120并且用于生成输 出信号124的另一电路元件122。在一些结构中，电路元件122是(线性)放大器，并且在 其它结构中，电路元件122是比较器。反馈电路72分别可以包括第一和第二压电电阻器80、86。应该意识到，压电电阻 器是具有相对于该压电电阻器经历的应变改变的电阻的电路元件。如上所述，在其上设置 有电路70的衬底经历温度漂移时，或者在衬底经历某些制造处理步骤时，例如与集成电路 主体模制时，衬底会经历应力以及所产生的应变。应变能够影响磁场感测元件108的灵敏 度。如下面将更加充分描述的，反馈电路72并且特别是压电电阻器80、86能够测量该应变， 并且反馈电路72能够生成与该应变相关的反馈信号106。可以将第一压电电阻器80耦合成从第一电流源76接收第一电流信号78，该第一 电流信号78生成第一电压信号78a。反馈电路72还可以包括耦合成接收第一电压信号78a 并且用于生成第一放大信号94的第一放大器81。类似地，可以将第二压电电阻器86耦合成从第二电流源82接收第二电流信号84， 该第二电流信号84生成第二电压信号84a。反馈电路72还可以包括耦合成接收第二电压 信号84a并且用于生成第二放大信号92的第二放大器90。反馈电路72可以进一步包括耦合成分别接收第一和第二放大信号94、92并且用 于生成输出信号98的组合电路96。在一些结构中，反馈电路72包括耦合成接收输出信号 98的采用保持电路104。可以将采样保持电路104耦合成从脉冲发生器100接收脉冲信号 102，该脉冲信号102的状态或者转变导致采样保持电路104对输出信号98进行采样并且 相应地生成增益控制信号106。脉冲发生器100能够对使能信号88做出响应，该使能信号 88可以是温度使能信号、通电使能信号或者上述二者的组合。为此，电路70可以包括温度 阈值电路和/或通电电路中的一个或者两个，这在上面结合图I-IB进行描述。然而，为了 清晰起见，没有示出温度阈值电路和/或通电电路，仅示出了使能信号88。从上面的讨论明显可以看出，采样保持电路104能够对输出信号98进行采样以在 温度使能信号或者通电使能信号有效时，例如在电路的温度已经增加超过温度阈值或者在 最近已经向电路70施加功率时的时刻期间生成增益调节信号106。相反地，采样保持电路 104能够在温度使能信号或者通电使能信号无效时，例如在温度从高于温度阈值降低到低 于温度阈值时或者在已经向电路70施加功率之后的时刻期间能够保持增益调节信号106。使能信号88可以分别由第一和第二电流源76、82接收，使该第一和第二电流源 76,82仅在使能信号88有效时生成第一和第二电流信号78、84。利用这种结构，电路70能 够在不需要增益调节时，例如在电路70的温度没有超过温度阈值时节约功率。 在一些结构中，在其上放置有第一和第二压电电阻器80、86的衬底上正交地设置
10该第一和第二压电电阻器80、86。利用这种结构，第一电压信号78a的值与平行于衬底的主 表面的第一方向上的应变相关并且第二电压信号84a的值与平行于衬底的主表面并且与 所述第一方向正交的第二方向上的应变相关。利用该结构，可以由压电电阻器80、86感测 平行于衬底的主表面的任意方向上的衬底的应变。在结构中，根据在衬底经历温度漂移时衬底第一方向上的衬底应变与第二方向上 的衬底应变之间的期望关系来选择第一电流信号78和第二电流信号84之间的预定关系。在一些结构中，组合电路96提供输出信号98以及产生的增益调节信号106作为 放大信号94、92的和。在其它结构中，组合电路96提供输出信号98以及产生的增益调节 信号106作为放大信号94、92的均方根(RMS)和。在再一其它结构中，特别是在磁场感测 元件108的灵敏度是其上设置有磁场感测元件108的衬底的应变的非线性函数的结构中， 组合电路96能够以其它方式组合放大信号94、92。在操作中，增益调节信号106相对于由压电电阻器80、86感测的应变来调节预放 大器118的增益，趋于在存在应变和温度漂移时将电路70的灵敏度保持得比不提供增益调 节信号106时更加恒定。本领域的普通技术人员将理解衬底的应变与对设置在衬底上的霍 尔元件的灵敏度所产生的影响之间的关系。本领域的普通技术人员还将理解衬底的温度与 对设置在衬底上的霍尔元件的灵敏度所产生的影响之间的关系。现在参考图2A，其中将与图2类似的元件表示为具有类似的附图标记，用于感测 磁场的另一电路130可以与图1的电路10相同或者类似并且能够包括图2的反馈电路72。 与图2的电路70不同，利用响应于增益调节信号106生成到霍尔效应元件108的可调节电 流信号140的可调节电流源136来提供增益调节。固定的增益预放大器142代替图2的增 益可调节预放大器118。电路130的操作基本与上面结合图2描述的操作相同。现在参考图3，用于感测磁场的电路150可以与图1的电路10相同或者类似，并且 能够包括与图1的反馈电路12相同或者类似的反馈电路152。下面将更加充分地描述反馈 电路152。电路150包括磁场感测元件166，在这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件166耦 合成从电流源190接收驱动电流信号192并且所述霍尔效应元件166用于生成耦合到预放 大器198的差分霍尔电压信号194、196。预放大器198用作具有响应于由反馈电路152生 成的增益调节信号186的增益的增益调节元件。预放大器198用于放大差分输入信号194、 196并且生成放大信号200。电路150还能够包括耦合成接收放大信号200并且用于生成 滤波信号204的低通滤波器202。电路150还能够包括耦合成接收滤波信号204并且用于 生成输出信号208的另一电路元件206。在一些结构中，电路元件206是(线性)放大器， 并且在其它结构中，电路元件206是比较器。反馈电路152可以包括导体164，这里示出为在霍尔效应元件166周围形成环路。 可以将导体164耦合成从电流源160接收电流信号162。可以将电流源160耦合成接收由 脉冲发生器154生成的脉冲信号158。脉冲信号158可以导致脉冲电流信号162。在一些 结构中，脉冲电流信号具有两种状态，其间基本为零的电流流入导体164中的第一状态，以 及其间预定的电流流入导体164中的第二状态。在一些结构中，第二状态的占空比可以很 小，例如在大约百分之一到大约百分之五的范围内。在一些结构中，脉冲电流信号162的频
11率在大约25kHz到500kHz的范围内。应该理解，在电流源160处于第一状态中并且生成基本为零的电流时，霍尔效应 元件166仅对打算测量的磁场做出响应，例如将结合电流传感器发现的由经过电流承载导 体(或者更加简单地，电流导体)的电流产生的磁场。然而，在电流源160处于第二状态中 并且生成预定的电流时，霍尔效应元件166不仅对打算测量的磁场做出响应，而且还对由 经过导体164的该预定的电流生成的磁场做出响应。因此，放大信号200是代表电路150 打算测量的磁场的信号以及代表由具有上述电流脉冲的电流信号162产生的磁场的脉冲 的和。放大信号200由用于生成另一放大信号175的放大器178接收。分别将第一和第 二采样保持电路174、178耦合成接收放大信号175并且分别生成第一和第二采样信号180、 192。第一采样保持电路174接收脉冲信号158并且在脉冲信号158的特定状态期间采样， 例如在电流信号162具有电流脉冲时的时刻进行采样。第二采样保持电路176接收由反相 器170生成的反相脉冲信号172并且在反相脉冲信号172的特定状态期间采样，例如在电 流信号162没有电流脉冲时的时刻进行采样。应该意识到，第二采样信号182代表电路150 打算测量的磁场，而第一采样信号180代表电路150打算测量的磁场以及由具有上述电流 脉冲的电流信号162产生的磁场。反馈电路152可以包括耦合成接收第一和第二采样信号180、182的组合电路184。 组合电路184用于生成耦合到预放大器198的增益调节信号186。在一些结构中，组合电路 184提供增益调节信号186作为第一和第二采样信号180、182的差值并且因此仅代表由具 有上述电流脉冲的电流信号162产生的磁场。利用这种特定的结构，应该理解，增益调节信 号186直接代表霍尔效应元件166对于由上述电流脉冲产生的磁场的灵敏度。如这里所使用的，术语“增益计算电路”用于描述反馈电路152中不包括导体164、 电流源160或者脉冲发生器154的部分。低通滤波器202基本去除由上述电流脉冲产生的放大信号200中的脉冲，剩下仅 代表电路150打算测量的磁场的滤波信号204。应该理解，滤波信号204与第二采样信号 182类似，并且在其它实施例中，可以互换地使用任一信号。因而，将信号204示出为利用虚 线耦合到组合电路184。在操作中，增益调节信号186与直接测量的霍尔效应元件164的灵敏度相关地调 节预放大器198的增益，趋于在霍尔效应元件166的灵敏度中存在应变相关变化，或者在霍 尔效应元件166的灵敏度中存在其它变化时将电路150的灵敏度保持得比不提供增益调节 信号186时更加恒定。应该意识到，除了由于温度引起的施加到霍尔效应元件166上的应变之外，霍尔 效应元件166的灵敏度会直接受到温度的影响。例如，霍尔效应元件的移动性(mobility) 会与温度相关。由于电路150直接测量霍尔效应元件166的灵敏度，电路150用于调节预 放大器198的增益来解释霍尔效应元件166的由任何变化源产生的灵敏度变化。可以将脉冲发生器154耦合成接收使能信号156，如上面结合图2所描述的，使能 信号156可以是温度使能信号、通电使能信号或者上述二者的组合。为此，电路150可以包 括温度阈值电路和/或通电电路中的一个或者两个，这在上面结合图I-IB中有所描述。然 而，为了清晰起见，没有示出温度阈值电路和/或通电电路，而是仅示出了使能信号156。
现在参考图3A，其中将与图3类似的元件表示为具有类似的附图标记，用于感测 磁场的另一电路220可以与图1的电路10相同或者类似，并且能够包括图3的反馈电路 152。与图3的电路150不同，利用响应于增益调节信号186而生成到霍尔效应元件166的 可调节电流信号224的可调节电流源222来提供增益调节。固定的增益预放大器226代替 图3的增益可调节预放大器198。电路220的操作基本与上面结合图3描述的操作相同。现在参考图3B，与图3的电路150类似，用于感测磁场的电路240通过直接测量霍 尔效应元件的灵敏度来实现增益调节。然而，与电路150不同，用于直接测量灵敏度的元件 是第二霍尔效应元件254，而不是打算测量磁场的霍尔效应元件280。电路240可以包括反馈电路242，该反馈电路242可以与图1的反馈电路12相同 或者类似。下面将更加充分地描述反馈电路242。电路240包括磁场感测元件280，在这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件280耦 合成从电流源276接收驱动电流信号278，并且该霍尔效应元件280用于生成耦合到预放大 器286的差分霍尔电压信号282、284。预放大器286用于生成放大信号288。电路240还 可以包括耦合成接收放大信号288并且用于生成输出信号290的另一电路元件290。在一 些结构中，电路元件290是(线性)放大器，并且在其它结构中，电路元件290是比较器。反馈电路242可以包括第二磁场感测元件254，在这里是霍尔效应元件。将第二霍 尔效应元件254耦合成从电流源256接收驱动电流信号258并且该第二霍尔效应元件254 用于生成耦合到第二预放大器268的差分霍尔电压信号264、266。电流导体252，这里示出 为线圈，邻近第二霍尔效应元件254。电流导体252从电流源246接收电流信号250。差分 霍尔电压信号264、266代表由电流导体252生成的磁场并且代表第二霍尔效应元件254的 灵敏度。在一些结构中，电路240包括邻近第二霍尔效应元件254设置的磁屏蔽以降低对 除了由电流导体252产生的磁场之外的磁场的第二霍尔效应元件254的影响。第二预放大器268用于生成放大信号270。反馈电路242可以包括耦合成接收放 大信号270并且用于生成增益调节信号274的采样保持电路272。电流源276响应于增益 调节信号274生成作为到霍尔效应元件280的可调节电流信号278的电流信号278。在操作中，增益调节信号274调节电流源276，趋于在第二霍尔效应元件254的灵 敏度存在与霍尔效应元件280的灵敏度变化相关的变化时将电路240的灵敏度保持得比不 提供增益调节信号274时更加恒定。可以将脉冲发生器260耦合成接收使能信号248，如上面结合图2所描述的，使能 信号248可以是温度使能信号、通电使能信号或者上述二者的组合。为此，电路240可以 包括温度阈值电路和/或通电电路中的一个或者多个，这在上面结合图I-IB中有所描述。 然而，为了清晰起见，没有示出温度阈值电路和/或通电电路，代替地，仅示出了使能信号 248。使能信号248还可以分别由第一和第二电流源246、256接收，使该第一和第二电 流源246、256仅在使能信号248有效时，即在特定状态中，生成第一和第二电流信号250、 258。利用这种结构，电路240能够在不需要增益调节时，例如在电路240的温度还没有超 出温度阈值时节约功率。尽管将反馈电路242示出为利用电流源276控制与霍尔效应元件280相关联的增益，但是在其它实施例中，可以将增益调节信号274施加到增益可调节预放大器来代替预 放大器286。现在参考图4，用于感测磁场的电路300可以与图1的电路10相同或者类似，并且 可以包括与图1的反馈电路12相同或者类似的反馈电路302。下面将更加充分地描述反馈 电路302。电路300包括磁场感测元件352，在这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件352耦 合成从可调节电流源348接收驱动电流信号350并且所述霍尔效应元件352用于生成耦合 到预放大器358的差分霍尔电压信号354、356。可调节电流源348对由反馈电路302生成 的增益调节信号344做出响应并且提供差分霍尔电压信号354、356的增益调节。预放大器 358用于生成放大信号360。电路300还可以包括耦合成接收放大信号360并且用于生成 输出信号364的另一电路元件362。在一些结构中，电路元件362是(线性)放大器，并且 在其它结构中，电路元件362是比较器。反馈电路302可以分别包括第一和第二压电电阻器312、320。如上所述，在其上设 置有电路300的衬底经历温度漂移时，或者在衬底经历某些制造处理步骤时，例如与集成 电路主体模制时，衬底可能经历应力以及所产生的应变。应变能够影响磁场感测元件352 的灵敏度。如下面将更加详细描述的，反馈电路302、并且特别是压电电阻器312、320能够 测量该应变，并且反馈电路302能够生成与该应变相关的反馈信号344。可以将第一压电电阻器312耦合成从第一电流源308接收第一电流信号310，该第 一电流信号310导致第一电压信号310a。反馈电路302还可以包括耦合成接收第一电压信 号310a并且用于生成第一放大信号328的第一放大器327。类似地，可以将第二压电电阻器320耦合成从第二电流源316接收第二电流信号 318，该第二电流信号318导致第二电压信号318a。反馈电路302还可以包括耦合成接收第 二电压信号318a并且用于生成第二放大信号332的第二放大器330。与图2的电路70不同，电路300可以进一步包括邻近第一和第二压电电阻器312、 320并且分别串联耦合的第一和第二导体314、322，这里示出为线圈。应该意识到，主要对 应变做出响应的压电电阻器也对磁场做出响应。为此，将导体314、322耦合成从电流源324 接收电流信号326。经过导体314、322的电流信号326在压电电阻器312、320处产生磁场。 因此，应该意识到，第一和第二放大信号328、332分别表示第一和第二压电电阻器312、320 经历的应变，(例如，具有与各自应变成比例变化的电压)，并且还分别表示第一和第二压 电电阻器312、320的磁场响应(即，灵敏度)(例如，具有与电流信号326成比例变化的电 压)。应该理解，第一和第二压电电阻器312、320的磁场灵敏度的变化趋于与磁场感测元 件352的磁场灵敏度的变化相关。电路300趋于比图2的电路70更加直接地测量磁场灵 敏度的变化。反馈电路302可以进一步包括耦合成分别接收第一和第二放大信号328、332并且 用于生成输出信号336的组合电路334。在一些结构中，反馈电路302包括耦合成接收输出 信号336的采样保持电路342。可以将采样保持电路342耦合成从脉冲发生器338接收脉 冲信号340，脉冲信号340的状态或者转变导致采样保持电路342对输出信号336进行采样 并且相应地生成增益控制信号344。脉冲发生器338可以对使能信号306做出响应，该使能 信号306可以是温度使能信号、通电使能信号或者上述二者的组合。为此，电路300可以包
14括温度阈值电路和/或通电电路中的一个或者两个，这在上面结合图I-IB中有所描述。然 而，为了清晰起见，没有示出温度阈值电路和/或通电电路，而是仅示出了使能信号306。从上面的讨论明显可以看出，采样保持电路342可以对输出信号336进行采样以 在温度使能信号或者通电使能信号有效时，例如在电路的温度已经增加到高于温度阈值或 者在最近已经向电路300施加功率时的时间期间生成增益调节信号344。相反地，采样保持 电路342可以在温度使能信号或者通电使能信号无效时，例如在温度从高于温度阈值降低 到低于温度阈值时或者在已经向电路300施加功率之后的时刻的时间期间保持增益调节 信号344。使能信号306还可以不仅由脉冲发生器306接收，而且还分别由第一和第二电流 源308、316接收，并且还由电流源324接收，仅在使能信号306有效时，即在特定状态中，使 第一和第二电流源308、316并且还使电流源324生成第一和第二电流信号310、318并且还 生成电流信号326。利用这种结构，在不需要增益调节时，例如在电路300的温度还没有超 出温度阈值时的时间，电路300能够节约功率。在一些结构中，在其上设置有第一和第二压电电阻器312、320的衬底上正交地设 置该第一和第二压电电阻器312、320。利用这种结构，第一电压信号310a的值与平行于衬 底的主表面的第一方向上的应变相关，并且第二电压信号318a的值与平行于衬底的主表 面并且与第一方向正交的第二方向上的应变相关。利用这种结构，可以由压电电阻器312、 320感测在平行于衬底的主表面的任意方向上所述衬底的应变。在一些结构中，组合电路334提供输出信号336以及产生的增益调节信号344作 为放大信号328、332的和。在其它结构中，组合电路334提供输出信号336和产生的增益 调节信号344作为放大信号328、332的均方根(RMS)和。在再一其它结构中，特别是对于 磁场感测元件352的灵敏度是其上设置有该磁场感测元件352的衬底的应变的非线性函数 的结构中，组合电路334能够以其它方式组合放大信号328、332。在操作中，增益调节信号344调节电流信号350，并且因此调节与由第一和第二压 电电阻器312、320感测的应变相关并且还与第一和第二压电电阻器312、320的磁场灵敏度 相关的霍尔效应元件352的灵敏度，趋于在存在应变和温度漂移时将电路300的灵敏度保 持得比不提供增益调节信号344时更加恒定。尽管将反馈电路302示出为通过电流源348来控制与霍尔效应元件352相关联的 增益，但是在其它实施例中，可以将增益调节信号344施加到增益可调节预放大器来代替 预放大器358。尽管将导体314、322示出为串联耦合并且由电流源324驱动，但是在其它结构中， 通过电流源324并行驱动导体314、322。在再一其它结构中，通过单独的电流源单独驱动导 体 314,322ο在一些结构中，电路300仅具有电流承载导体314、322中的一个。现在参考图4Α，用于感测磁场的电路400与图4的电路300类似，但是以不同的方 式对由压电电阻器生成的信号进行操作。电路400可以与图1的电路10相同或者类似，并 且可以包括反馈电路402，反馈电路402可以与图1的反馈电路12相同或者类似。下面将 更加充分地描述反馈电路402。电路400包括磁场感测元件468，在这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件468耦合成从可调节电流源464接收驱动电流信号466并且所述霍尔效应元件468用于生成耦合 到预放大器474的差分霍尔电压信号470、472。可调节电流源464对由反馈电路402生成 的增益调节信号462做出响应并且提供差分霍尔电压信号470、472的增益调节。预放大器 474用于生成放大信号476。电路400还可以包括耦合成接收放大信号476并且用于生成 输出信号480的另一电路元件478。在一些结构中，电路元件478是(线性)放大器，并且 在其它结构中，电路元件478是比较器。反馈电路402可以分别包括第一和第二压电电阻器412、420。可以将第一压电电 阻器412耦合成从第一电流源408接收第一电流信号410，该第一电流信号410导致第一电 压信号410a。反馈电路402还可以包括耦合成接收第一电压信号410a并且用于生成第一 放大信号426的第一放大器424。类似地，可以将第二压电电阻器420耦合成从第二电流源416接收第二电流信号 418，该第二电流信号418导致第二电压信号418a。反馈电路402还可以包括耦合成接收第 二电压信号418a并且用于生成第二放大信号438的第二放大器436。与图2的电路70不同，但是与图4的电路300类似，电路400可以进一步包括邻 近第一和第二压电电阻器412、420并且分别串联耦合的第一和第二导体414、422，在这里 表示为线圈。应该意识到，主要对应变做出响应的压电电阻器还对磁场做出响应。为此，将 导体414、422耦合成从电流源458接收电流信号459。与图4的电流信号346不同，电流信 号459是响应于脉冲发生器455的脉冲电流信号。经过导体414、422的电流信号459在压 电电阻器412、420处产生磁场。因此，应该意识到，第一和第二放大信号426、438分别表示 第一和第二压电电阻器412、420经历的应变，并且还分别表示第一和第二压电电阻器312、 320的磁场响应。如上面结合图4所描述的，应该理解，第一和第二压电电阻器412、420的 磁场灵敏度的变化趋于与磁场感测元件468的磁场灵敏度的变化相关。电路400趋于比图 2的电路70更加直接地测量磁场灵敏度的变化。反馈电路402可以进一步包括分别耦合成接收第一放大信号426的第一和第二采 样保持电路428、430以及分别耦合成接收第二放大信号438的第三和第四采样保持电路 432、434。第一采样保持电路428生成第一采样信号440，第二采样保持电路430生成第二 采样信号442，第三采样保持电路432生成第三采样信号446，并且第四采样保持电路434 生成第四采样信号448，每一个采样信号由组合电路460接收。在电流信号459具有等于脉冲电流的值时的时刻，第一和第三采样保持电路428、 432进行采样。因此，第一和第三采样信号440、446分别表示第一和第二压电电阻器412、 420经历的应变，并且还表示第一和第二压电电阻器412、420对于由脉冲电流信号459生成 的磁场(并且还对于可能存在的任何其它磁场)的磁响应。在电流信号459具有基本为零的值时的时刻，第二和第四采样保持电路430、434 进行采样。因此，第二和第四采样信号442、448通常分别仅表示第一和第二压电电阻器 412、420经历的应变。然而，第二和第四采样信号442、448还可以表示可能存在的任何其它 磁场。第二和第四采样信号442、448代表基线，可以从第一和第三采样信号440、446中减 去该第二和第四采样信号442、448以得到仅代表第一和第二压电电阻器412、420对于由脉 冲电流信号459生成的磁场(并且还对于可能存在的任何其它磁场)的磁场响应。组合电路460用于生成增益调节信号462。脉冲发生器455可以对使能信号406
16做出响应，使能信号406可以是温度使能信号、通电使能信号或者上述二者的组合。为此， 电路300可以包括温度阈值电路和/或通电电路中的一个或者两个，这在上面结合图I-IB 中有所描述。然而，为了清晰起见，没有示出温度阈值电路和/或通电电路，而是仅示出了 使能信号406。从上面的讨论明显可以看出，利用由脉冲发生器455接收的使能信号406，采样保 持电路428、430、432、434可以在温度使能信号或者通电使能信号有效时，例如在电路的温 度已经增加到高于温度阈值或者在最近已经向电路400施加功率时的时间期间进行采样 以生成增益调节信号462。相反地，采样保持电路428、430、432、434可以在温度使能信号或 者通电使能信号无效时，例如在温度从高于温度阈值降低到低于温度阈值时或者在已经向 电路400施加功率之后的时刻的时间期间保持增益调节信号462。使能信号406还可以分别由第一和第二电流源408、416接收，使第一和第二电 流源408、416仅在使能信号406有效时，即在特定状态中生成第一和第二电流信号410、 418 (并且也生成电流信号459)。利用这种结构，在不需要增益调节时，例如在电路400的 温度还没有超出温度阈值时的时刻，电路400能够节约功率。在一些结构中，在其上设置有第一和第二压电电阻器412、420的衬底上正交地设 置该第一和第二压电电阻器412、420。利用这种结构，第一电压信号410a的值与平行于衬 底的主表面的第一方向上的应变相关，并且第二电压信号418a的值与平行于衬底的主表 面并且与第一方向正交的第二方向上的应变相关。利用这种结构，可以由压电电阻器412、 420感测在平行于衬底的主表面的任意方向上该衬底的应变。在一些结构中，组合电路460提供与第一和第三采样信号440、446的和相关的增 益调节信号462。在一些结构中，组合电路460从第一和第三采样信号440、446的和中减去 第二和第四采样信号442、448的和。在其它结构中，组合电路460提供与第一和第三采样信号440、446的均方根(RMS) 和相关的增益调节信号462。在一些结构中，组合电路460从第一和第三采样信号440、446 的RMS和中减去第二和第四采样信号442、448的RMS和。在再一其它结构中，特别是对于磁场感测元件468的灵敏度是其上设置有该磁场 感测元件468的衬底的应变的非线性函数的结构中，组合电路460能够以其它方式组合该 第一、第二、第三和第四采样信号440、442、446、448。在操作中，增益调节信号462调节电流信号446，并且因此调节与由第一和第二压 电电阻器412、420感测的应变相关并且还与第一和第二压电电阻器412、420的磁场灵敏度 相关的霍尔效应元件468的灵敏度，趋于在存在应变和温度漂移时将电路400的灵敏度保 持得比不提供增益调节信号462时更加恒定。尽管将反馈电路402示出为通过电流源464来控制与霍尔效应元件468相关联的 增益，但是在其它实施例中，可以将增益调节信号462施加到增益可调节预放大器来代替 预放大器474。在一些结构中，电路400仅具有电流承载导体414、422中的一个。现在参考图4B，用于感测磁场的电路500包括图2的电路70的方面并且结合图3 的电路150的方面。S卩，电路500包括图2中用于感测与霍尔效应元件的灵敏度间接相关 的衬底的应变的两个压电电阻器，并且还包括图3中邻近霍尔效应元件以直接感测霍尔效应元件的灵敏度变化的导体。电路500可以与图1的电路10相同或者类似并且可以包括反馈电路502，该反馈 电路502可以与图1的反馈电路12相同或者类似。下面将更加充分地描述反馈电路502。电路500包括磁场感测元件524，在这里是霍尔效应元件。将霍尔效应元件524耦 合成从电流源564接收驱动电流信号566并且该霍尔效应元件524用于生成耦合到预放大 器572的差分霍尔电压信号568、570。预放大器572用于放大差分输入信号568、570并且 生成放大信号564。电路500还可以包括耦合成接收放大信号564并且用于生成滤波信号 576的低通滤波器574。电路500还可以包括耦合成接收滤波信号576并且用于生成输出 信号580的另一电路元件578。在一些结构中，电路元件578是(线性)放大器，并且在其 它结构中，电路元件578是比较器。反馈电路502可以分别包括第一和第二压电电阻器512、520。如下面更加充分描 述的，反馈电路502，并且特别是压电电阻器512、520能够测量霍尔效应元件524的应变，并 且反馈电路502能够生成与该应变相关的反馈信号554。可以将第一压电电阻器512耦合成从第一电流源508接收第一电流信号510，该第 一电流信号510导致第一电压信号510a。反馈电路502还可以包括耦合成接收第一电压信 号510a并且用于生成第一放大信号526的第一放大器514。类似地，可以将第二压电电阻器520耦合成从第二电流源516接收第二电流信号 518，该第二电流信号518导致第二电压信号518a。反馈电路502还可以包括耦合成接收第 二电压信号518a并且用于生成第二放大信号530的第二放大器528。反馈电路502还可以包括导体522，在这里示出为在霍尔效应元件524周围形成环 路。可以将导体522耦合成从电流源560接收电流信号562。可以将电流源560耦合成接 收由脉冲发生器558生成的脉冲信号556。脉冲信号556可以导致脉冲电流信号556。在一 些结构中，脉冲电流信号556具有两种状态，其间基本为零的电流流入导体522中的第一状 态，以及其间预定的电流流入导体522中的第二状态。在一些结构中，第二状态的占空比可 以很小，例如在大约百分之一到大约百分之五的范围内。在一些结构中，脉冲电流信号556 的频率在大约25kHz到500kHz的范围内。反馈电路502还可以分别包括第一和第二采样保持电路548、540，将每一个采样 保持电路耦合成接收放大信号564，并且分别生成第一和第二采样信号534、536。第一采样保持电路548接收脉冲信号556并且在脉冲信号556的特定状态期间进 行采样，例如在电流信号562具有电流脉冲的时刻进行采样。第二采样保持电路540接收 由反相器546生成的反相脉冲信号544并且在该反相脉冲信号544的特定状态期间进行采 样，例如在电流信号562不具有电流脉冲的时刻。应该意识到，第二采样信号536代表电路 500打算测量的磁场，而第一采样信号534代表电路500打算测量的磁场以及由具有上述电 流脉冲的电流信号562产生的磁场。 反馈电路502可以进一步包括耦合成分别接收第一和第二放大信号526、530的组 合电路532，并且还将该组合电路532耦合成分别接收第一和第二采样信号534、536。组合 电路用于生成输出信号552。在一些结构中，反馈电路502进一步包括耦合成接收输出信号 552的采样保持电路550。可以将采样保持电路550耦合成接收脉冲信号，该脉冲信号的状 态或者转变导致采样保持电路550对输出信号552进行采样并且相应地生成增益控制信号554。脉冲发生器558可以对使能信号506做出响应，该使能信号可以是温度使能信号、 通电使能信号或者上述二者的组合。为此，电路500可以包括温度阈值电路和/或通电电 路中的一个或者两个，这在上面结合图I-IB中有所描述。然而，为了清晰起见，没有示出温 度阈值电路和/或通电电路；而是仅示出了使能信号506。从上面的讨论明显可以看出，采样保持电路550可以对输出信号552进行采样以 在温度使能信号或者通电使能信号有效时，例如在电路的温度已经增加到高于温度阈值或 者在最近已经向电路500施加功率时的时刻生成增益调节信号554。相反地，采样保持电路 550能够在温度使能信号或者通电使能信号无效时，例如在温度从高于温度阈值下降到低 于温度阈值时的时刻或者在已经向电路500施加功率之后的时刻保持增益调节信号554。使能信号506还可以分别由第一和第二电流源508、516接收，使第一和第二电流 源508、516仅在使能信号506有效时生成第一和第二电流信号510、518。利用这种结构，电 路500能够在不提供增益调节时，例如在电路500的温度还没有超出温度阈值时的时刻节 约功率。在一些结构中，在其上设置有第一和第二压电电阻器512、520的衬底上正交地设 置该第一和第二压电电阻器512、520。利用该结构，第一电压信号510a的值与沿平行于衬 底的主表面的第一方向上的应变相关，并且第二电压信号518a的值与沿平行于衬底的主 表面并且与所述第一方向正交的第二方向上的应变相关。利用该结构，可以由压电电阻器 512,520感测平行于衬底的主表面的任意方向上的衬底的应变。在一些结构中，组合电路532提供输出信号552以及所产生的增益调节信号554 作为放大信号520、530的和再加上第一采样信号534和第二采样信号536的差值。在其 它结构中，组合电路532提供输出信号552以及所产生的增益调节信号554作为放大信号 526、530的均方根(RMS)和再加上第一采样信号534和第二采样信号536的RMS差值。在 再一其它结构中，特别是在磁场感测元件524的灵敏度是其上设置有磁场感测元件524的 衬底的应变的非线性函数的结构中，组合电路532能够以其它方式组合放大信号526、530 以及采样信号534、536。低通滤波器574基本去除由上述电流脉冲562产生的放大信号564中的脉冲，剩 下仅代表电路500打算测量的磁场的滤波信号576。应该理解，滤波信号576与第二采样信 号564类似，并且在其它实施例中，可以互换使用任一个信号。因而，将滤波信号576示出 为利用虚线耦合到组合电路532。在操作中，增益调节信号554调节电流信号566，并且因此与由第一和第二压电电 阻器512、512感测的应变相关而且还与霍尔效应元件524的磁场灵敏度相关地调节霍尔效 应元件524的灵敏度，趋于在存在应变和温度漂移时将电路500的灵敏度保持得比不提供 增益调节信号554时更加恒定。尽管将反馈电路502示出为利用电流源564来控制与霍尔效应元件524相关联的 增益，但是在其它实施例中，可以将增益调节信号554施加到增益可调节预放大器来代替 预放大器572。在一些替代结构中，电路500仅具有压电电阻器512、520中的一个。现在参考图5，示出了描述在上面的图2-4B中示出的压电电阻器和电流导体的更加详细的结构的各种物理配置。现在参考图5，第一和第二压电电阻器504、506邻近磁场感测元件502。至少结合 图2和图2A示出和描述了该结构。如上所述，在一些结构中，在其上设置有第一和第二压 电电阻器604、606的衬底(未示出)上正交地设置该第一和第二压电电阻器604、606。现在参考图6，电流导体612邻近磁场感测元件610。至少结合图3_3B示出和描 述了该结构。尽管将图3-3B的电流导体164和252示出为围绕各自磁场感测元件的线圈， 但是应该意识到，导体或者可以是图3-3B中所示的线圈，或者可以是如图6所示的邻近磁 场感测元件的非线圈。现在参考图7，第一和第二压电电阻器612、616邻近磁场感测元件620。第一导体 614部分地围绕第一压电电阻器612并且第二导体618部分地围绕第二压电电阻器616。至 少结合图4和图4A示出和描述了该结构。尽管将图4和图4A中的电流导体314、322、414， 422示出为完全围绕各自压电电阻器的线圈，但是应该意识到，该导体或者可以表示为图4 和4A中所述的线圈，或者可以表示为图7中所示的开路线圈，或者可以表示为图6中所示 的非线圈。现在参考图8，电流导体632邻近磁场感测元件630。至少结合图3_3B示出和描 述了该结构。尽管将图3-3B的电流导体164和252示出为围绕各自磁场感测元件的单个 环路线圈，但是应该意识到，该导体或者可以是如图3-3B中所示的单个环路线圈，或者是 如图8中所示的多环路线圈，或者可以是如图6中所示的邻近磁场感测元件630的非线圈。尽管上面描述了由电流源(例如，108、136，图2A)驱动霍尔效应元件，但是在其它 实施例中，可以由电压源(例如，可控电压源)或者由与电阻器串联的电压源代替电流源。这里引用的所有文献将其全部内容以引用的方式并入本文。已经描述了本发明的优选实施例，可以使用结合其概念的其它实施例现在对于本 领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，应该意识到这些实施例不应该局限于所公 开的实施例，而是应该仅由所附权利要求的精神和范围进行限制。
20
权利要求
一种磁场传感器，包括由衬底支撑的磁场感测元件，所述磁场感测元件用于生成包括磁场响应信号部分的输出信号，其中，所述磁场响应信号部分具有对于第一磁场的灵敏度；反馈电路，所述反馈电路包括由所述衬底支撑并且邻近所述磁场感测元件的电流导体，所述电流导体用于生成第二磁场；以及增益计算电路，配置为响应于所述第二磁场而生成增益调节信号；以及增益调节电路，所述增益调节电路由所述衬底支撑并且具有耦合成接收所述增益调节信号的增益调节节点，其中，所述增益调节电路配置为响应于所述增益调节信号来调节所述磁场响应信号部分的所述灵敏度。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，由所述磁场感测元件生成的所述输出信 号包括所述磁场响应信号部分以及响应于所述第二磁场并且与所述增益调节信号相关的 增益调节信号相关部分，其中，所述增益调节信号相关部分包括AC信号分量，其中，所述磁 场传感器还包括耦合到所述磁场感测元件并且配置为将所述增益调节信号相关部分与所 述磁场响应信号部分分离的滤波器电路。
3.根据权利要求2所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括具有输出节点的电流发生器电路，在所述输出节点处生成电流脉冲，其中，将所述电流 导体耦合成接收生成所述第二磁场的所述电流脉冲，其中，所述增益调节信号相关部分的 所述AC信号分量与所述电流脉冲的AC信号分量相关。
4.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件是霍尔效应元件，其 中，所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔元件的电流发生器，所述电流发生器具有耦合 成接收所述增益调节信号的控制节点。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述增益调节电路包括耦合成从所述磁 场感测元件接收所述输出信号的放大器，所述放大器具有耦合成接收所述增益调节信号的 控制节点。
6.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括由所述衬底支撑的第二磁场感测元件，其中，所述第二磁场感测元件响应于所述第二 磁场，并且其中所述第二磁场感测元件生成与所述增益调节信号相关的输出信号。
7.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括由所述衬底支撑的第一压电电阻器，所述第一压电电阻器具有节点，在所述节点处生 成第一压电输出信号，其中，所述第一压电输出信号响应于第一方向上的所述衬底的应变 并且还响应于所述第二磁场，其中，所述第一压电输出信号与所述增益调节信号相关。
8.根据权利要求7所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括由所述衬底支撑的第二压电电阻器，所述第一和第二压电电阻器中的每一个具有各自 的主响应轴，其中，所述第一和第二压电电阻器以相对的取向设置使得其各自的主响应轴 基本上垂直，所述第二压电电阻器具有节点，在所述节点处生成第二压电输出信号，其中， 所述第二压电输出信号响应于基本上垂直于所述第一方向的第二方向上的所述衬底的应 变并且还响应于所述第二磁场，其中，所述第二压电输出信号还与所述增益调节信号相关，其中，所述增益计算电路包括组合电路，所述组合电路具有耦合成接收与所述第一和第二 压电输出信号相关的信号的第一和第二输入节点并且具有输出节点，在所述输出节点处生 成所述增益调节信号。
9.根据权利要求8所述的磁场传感器，其中，所述电流导体包括第一和第二电流导体， 并且其中所述第二磁场包括第一和第二磁场部分，其中，所述第一压电电阻器响应于所述 第一磁场部分并且所述第二压电电阻器响应于所述第二磁场部分。
10.根据权利要求8所述的磁场传感器，其中，由所述磁场感测元件生成的所述输出信 号包括所述磁场响应信号部分以及增益调节信号相关部分，所述增益调节信号相关部分响 应于所述第二磁场并且与所述增益调节信号相关，其中，所述增益调节信号相关部分包含 AC信号分量，其中，所述磁场传感器进一步包括耦合到所述磁场感测元件并且配置为将所 述增益调节信号相关部分与所述磁场响应信号部分分离的滤波器电路。
11.根据权利要求10所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括具有输出节点的电流发生器电路，在所述输出节点处生成电流脉冲，其中，所述电流导 体耦合成接收生成所述第二磁场的所述电流脉冲，其中，所述增益调节信号相关部分的所 述AC信号分量与所述电流脉冲的AC信号分量相关。
12.根据权利要求8所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件是霍尔效应元件，其 中，所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔元件的电流发生器，所述电流发生器具有耦合 成接收所述增益调节信号的控制节点。
13.根据权利要求8所述的磁场传感器，其中，所述增益调节电路包括耦合成从所述磁 场感测元件接收所述输出信号的放大器，所述放大器具有耦合成接收所述增益调节信号的 控制节点。
14.根据权利要求1所述的磁场传感器，还包括配置为响应于高于温度阈值的温度而 生成温度使能信号的温度阈值电路，其中，所述反馈电路的选择部分根据所述温度使能信 号的状态打开或者关闭。
15.根据权利要求1所述的磁场传感器，还包括配置为响应于所述磁场传感器通电而 生成通电使能信号的通电电路，其中，所述反馈电路的选择部分根据所述通电使能信号的 状态打开或者关闭。
16.一种磁场传感器，包括由衬底支撑的磁场感测元件，所述磁场感测元件用于生成包括磁场响应信号部分的输 出信号，其中，所述磁场响应信号部分具有对于第一磁场的灵敏度；反馈电路，所述反馈电路包括由所述衬底支撑的第一压电电阻器，所述第一压电电阻器具有节点，在所述节点处 生成第一压电输出信号，其中，所述第一压电输出信号响应于第一方向上的所述衬底的应 变；由所述衬底支撑的第二压电电阻器，所述第一和第二压电电阻器中的每一个具有各 自的主响应轴，其中，所述第一和第二压电电阻器在相对的取向上设置使得它们各自的主 响应轴基本上垂直，所述第二压电电阻器具有节点，在该节点处生成第二压电输出信号，其 中，所述第二压电输出信号响应于基本上垂直于所述第一方向的第二方向上的所述衬底的 应变；以及组合电路，所述组合电路具有耦合成接收与所述第一和第二压电输出信号相关的信号 的第一和第二输入节点并且具有输出节点，在所述输出节点处生成增益调节信号；以及增益调节电路，所述增益调节电路由所述衬底支撑并且具有耦合成接收所述增益调节 信号的增益调节节点，其中，所述增益调节电路配置为响应于所述增益调节信号而调节所 述磁场响应信号部分的所述灵敏度。
17.根据权利要求16所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件是霍尔效应元件，其 中，所述增益调节电路包括耦合到所述霍尔元件的电流发生器，所述电流发生器具有耦合 成接收所述增益调节信号的控制节点。
18.根据权利要求16所述的磁场传感器，其中，所述增益调节电路包括耦合成从所述 磁场感测元件接收所述输出信号的放大器，所述放大器具有耦合成接收所述增益调节信号 的控制节点。
19.根据权利要求16所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括第一电流发生器，所述第一电流发生器耦合到所述第一压电电阻器并且用于生成通过 所述第一压电电阻器的第一电流；以及第二电流发生器，所述第二电流发生器耦合到所述第二压电电阻器并且用于生成通过 所述第二压电电阻器的第二电流。
20.根据权利要求19所述的磁场传感器，其中，根据在所述衬底经历温度漂移时所述 第一方向上所述衬底的应变与所述第二方向上所述衬底的应变之间的预期关系来选择所 述第一电流与所述第二电流之间的预定关系。
21.根据权利要求16所述的磁场传感器，其中，所述反馈电路还包括第一放大器，所述第一放大器耦合在所述第一压电电阻器与所述组合电路之间并且具 有第一增益；以及第二放大器，所述第二放大器耦合在所述第二压电电阻器与所述组合电路之间并且具有第二增益。
22.根据权利要求21所述的磁场传感器，其中，根据在所述衬底经历温度漂移时所述 第一方向上所述衬底的应变与所述第二方向上所述衬底的应变之间的预期关系来选择所 述第一增益与所述第二增益之间的预定关系。
23.根据权利要求16所述的磁场传感器，还包括邻近所述第一或者第二压电电阻器中 的至少一个的电流导体，所述电流导体用于生成第二磁场，其中，分别由所述第一和第二压 电电阻器生成的所述第一和第二压电输出信号进一步响应于所述第二磁场。
24.根据权利要求16所述的磁场传感器，还包括配置为响应于高于温度阈值的温度而 生成温度使能信号的温度阈值电路，其中，所述反馈电路的选择部分根据所述温度使能信 号的状态打开或者关闭。
25.根据权利要求16所述的磁场传感器，还包括配置为响应于所述磁场传感器通电而 生成通电使能信号的通电电路，其中，所述反馈电路的选择部分根据所述通电使能信号的 状态打开或者关闭。
全文摘要
本发明公开一种磁场传感器，所述磁场传感器具有磁场感测元件并且还具有用于提供增益调节信号以影响与所述磁场感测元件相关联的灵敏度的反馈电路。在一些结构中，所述反馈电路可以包括用于感测其上设置有所述磁场传感器的衬底的应变的压电电阻器。利用这些结构，所述反馈电路可以根据所感测的应变生成所述增益调节信号。在其它结构中，所述反馈电路可以生成邻近所述磁场感测元件的脉冲磁场以直接测量所述磁场感测元件的所述灵敏度。利用这些结构，所述反馈电路能够根据所感测的灵敏度生成所述增益调节信号。
文档编号G01R33/02GK101960319SQ200980106535
公开日2011年1月26日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年2月26日
发明者G·蒙雷亚尔, M·C.·杜古, W·P.·泰勒 申请人:阿莱戈微系统公司