专利名称：测量磁场在平面中的方向的磁场传感器和电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量磁场在平面中的方向的磁场传感器和一种具有这样的磁场 传感器的电流传感器。
背景技术：
本发明的测量原理一方面基于对称为初级电流的待测量电流所产生的磁场的测 量，并且另一方面基于对流过线圈的次级电流所产生的辅助磁场的测量。电流传感器因此 包括磁场传感器(如例如霍尔器件、磁门传感器或者AMR或GMR传感器等的磁阻传感器)。 在现有技术中，待测量电流产生的磁场和流过线圈的初级电流产生的辅助磁场在相同方向 上传播，并且磁传感器是灵敏轴与这一方向共线的单轴传感器。现有技术主要将这一测量 原理区分为两种不同实施方式。就称为开环型的第一实施方式而言，辅助磁场用来校准磁 场传感器。这种实施方式的弊端在于辅助磁场的值低，辅助磁场在与初级电流的磁场相同 的方向上传播，这使得难以在包括初级电流的磁场和辅助磁场这两者的信号中有选择地测 量辅助磁场的值。就称为闭环型的第二实施方式而言，辅助磁场用来补偿待测量电流产生 的磁场。该第二方式的优点在于电流传感器的输出信号并不依赖于磁场传感器的特性而弊 端在于辅助磁场必须与初级电流产生的磁场等规格。从JP2001136921中已知一种无磁轭 的闭环电流传感器，其中包含关于所测量磁场的信息的电信号被包含有关于基准场的信息 的电信号抵消，该基准磁场由流过基准线圈的电流产生。

发明内容
本发明的目的在于开发一种没有上述弊端的电流传感器。在下文中，术语“初级电流”和“初级磁场”用来表示待测量电流产生的磁场，而术 语“基准电流”和“基准磁场”用来表示辅助磁场和经过线圈流动以产生辅助磁场的电流。 初级磁场和基准磁场合计为总磁场。本发明提出以不同方向对准基准磁场(优选为与初级 磁场垂直对准)并且使用如下磁场传感器，该磁场传感器分别测量总磁场的方向或者总磁 场与由基准磁场所限定的方向形成的角度。磁场传感器递送一个输出信号。电流传感器还 包括用于操作磁场传感器并且用于生成基准磁场的电子电路(优选为用于在所谓闭环中 操作)。磁场传感器被设计用于测量磁场在平面中的方向并且包括第一感测结构和第二感测结构，各感测结构包括环形电传导井，和预定数目为N的至少8个等规格接触器，所述接触器沿着环形井彼此等间距地放 置并且接触环形井，以及电子电路，包括至少一个电流源，用于处理第一霍尔电压的第一处理块，用于处理第二霍尔电压的第二处理块以及具有第一和第二输入的异或门，各处理块包括电压差放大器，带通滤波器和比较器，其中第 一和第二处理块的输出直接地或者间接地耦接至异或门的第一或者第二输入，切换块，包括与第一感测结构的接触器关联的第一组电子开关和与第二感测结构 的接触器关联的第二组电子开关，定时电路，提供用于根据预定时间方案来断开和接通切换块的开关的时钟信号， 从而第一感测结构的多个接触器中的预定数目的接触器形成按照每圈预定次数的步进的 方式沿着第一感测结构的环形井按顺时针方向移动的第一霍尔元件，而第二感测结构的多 个接触器中的预定数目的接触器形成按照每圈相同的预定次数的步进的方式沿着第二感 测结构的环形井按逆时针方向移动的第二霍尔元件，其中从所述至少一个电流源向第一和 第二霍尔元件供应电流，并且第一和第二霍尔元件各自向处理块递送至少一个霍尔电压。优选地，接触器数目N为8，并且第一切换块适合于接通和断开第一组电子开关， 从而在每次步进中第一感测结构的所有8个接触器连接到至少一个电流源，或者直接地或 间接地连接至处理块之一，而第二切换块适合于接通和断开第二组电子开关，从而在每次 步进中第二感测结构的所有8个接触器连接到至少一个电流源，或者直接地或间接地连接 至处理块之一。切换块优选地被配置成在由8次步进构成的圈中或者在由4次步进构成的圈中使 第一霍尔元件和第二霍尔元件沿着它们各自的环形井移动。优选地，每次步进包括数目为2或者4的子步进，其中根据所谓的自旋电流方法来 交换用于馈送电流的接触器和用于测量各个霍尔电压的接触器。优选地，提供用于交替地交换第一和第二处理块的至少为一个的另外的切换块。一种用于测量流过导体的初级电流的电流传感器可以由这样的磁场传感器、线圈 和向线圈馈送基准电流的电流源形成。线圈的绕组参照初级电流的方向被定向，使得由初 级电流生成的初级磁场和由基准电流生成的基准磁场形成非零的角度β。该电流传感器还 包括耦接至磁场传感器的异或门的输出的电子电路，所述电子电路生成与初级电流成比 例的输出信号。这一电子电路可以例如是模拟电路，该模拟电路包括积分器，配置成生成与正切 函数成比例的输出信号，该积分器包括运算放大器、数目为M个的开关和电阻器，以及电容 器，其中M个开关和电阻器被布置成串联布置的一个开关和一个电阻器的并联集，其中开 关的一个端子连接到电压源而电阻器的一个端子连接到运算放大器的输入。就第一感测结构的接触器数目为8，第二感测结构的接触器数目为8并且进行操 作使得在4次步进中的每一阶段使霍尔元件完备，而且在每次步进具有放大器的各自的放 大因子和/或流过霍尔元件的各自的电流的磁场传感器而言，即使基准磁场与初级磁场相 比较小也能够实现高精确度。


包括在本说明书中并且构成本说明书一部分的附示了本发明的一个或者多 个实施例，并且与具体实施方式
一起用于说明本发明的原理和实施方式。附图未按照比例。 在附图中图1和图2示出了在不同操作条件下可作为移动霍尔元件操作的平面感测结构，
图3示出了霍尔电压图，图4示出了包括两个感测结构的角度传感器的框图，图5示出了不同电压图，图6示出了又一角度传感器的框图，图7示出了用于电流测量的组件组合，图8示出了用于生成正切函数的模拟电路，并且图9示出了在某些操作条件下的平面感测结构。
具体实施例方式图1示出了平面感测结构1，该结构包括环形电传导井2以及数目为N的至少8个 等规格接触器3，这些接触器沿着环形井2彼此等间距地放置并且接触环形井2。环形井2 具有第一传导类型并且嵌入于第二传导类型的井或者基板中。感测结构1位于轴由χ和y 表示的平面中。从国际专利申请WO 2008145662已知将这样的感测结构1及其操作作为移 动霍尔元件。就一个优选实施例而言，如图1中所示，接触器3的数目为N = 8。8个接触 器3记为C1至C8。在这一实施例中，8个接触器3——如从环形井2的中心看去——在角 度上移位45°。尽管接触器3的数目N很小，但由于向第一和第五接触器供应电流而从第三接触 器释放电流，并且由于测量在第二与第四接触器之间产生的霍尔电压^11,因此组合彼此相 邻放置的五个接触器、即第1、第2、第3、第4和第5接触器以形成竖直霍尔元件。然后按顺 时针方向或者按逆时针方向沿着环形阱2步进地移动这样形成的竖直霍尔元件。用于完成 一圈的步进数目等于接触器3的数目N。因而当在顺时针方向上移动时，在第一步进中，记 为C1至C5的接触器形成竖直霍尔元件，在第二步进中，记为C2至C6的接触器形成竖直霍尔 元件，其余类似。为此，提供优选为直流电流源的电流源4、优选为差动差值放大器的电压差 放大器5、包括与接触器3关联的多个电子开关的切换块6和提供用于控制切换块的开关的 时钟信号的定时电路7。如果应用如下面所说明的自旋电流方法，则如在各步进或各子步进 中所要求的，根据预定的时间方案来接通和断开切换块6的开关以将竖直霍尔元件的5个 相邻接触器连接到电流源4和电压差放大器5。接触器3的数目N = 8允许另一更高效操作模式。如图1中可见，第1和第5接 触器总是彼此相对地布置。因此，第5、第6、第7、第8和第1接触器可以组合成第2竖直 霍尔元件。可以看出，第1和第5接触器属于两个竖直霍尔元件。在这种情况下，向第1和 第5接触器供应电流而从第3和第7接触器释放电流，并且感测在第2与第4接触器之间 出现的第1霍尔电压Um和在第8与第6接触器之间出现的第2霍尔电压Uh2。先向电压差 放大器馈送两个霍尔电压Um和Uh2中的每个霍尔电压，然后在求和结中将它们相加。因而 当在第1步进中在顺时针方向上移动时，记为C1至C5的接触器形成第1竖直霍尔元件，而 记为C5至C8和C1的接触器形成第2霍尔元件，在第2步进中，记为C2至C6的接触器形成 第1竖直霍尔元件，而记为C6至CpC1和C2的接触器形成第2霍尔元件，其余类似。第1和第2竖直霍尔元件共享一些电流接触器。因此，感测结构1的8个接触器3 可以视为形成被供应电流并且在操作期间以N次步进的方式旋转的一个单个霍尔元件，其 中每个接触器或者连接至电流源或者连接至放大器。这一霍尔元件递送具有相同量值——除了测量误差和制造容差之外——的两个霍尔电压^11和^。因此，这两个霍尔电压^11和 ^12可以由两个电压差放大器处理，并且可以在求和结中将它们的输出相加以递送准备进行 进一步处理的单个处理过的霍尔电压Uho为了减少一个或者多个霍尔元件的偏差，优选地应用公知的自旋电流方法。这意 味着将每次步进划分成2个或者4个子步进，在这些子步进中交换电流和电压接触器。图1 示出了第1步进的第1子步进的切换配置，而图2示出了第1步进的第2子步进的切换配 置。在该第2子步进中，向记为C2和C8的接触器供应电流而从接触器C4和C6释放电流， 在接触器C3和短路接触器C1与C5之间测量第1霍尔电压，而在接触器C7和短路接触器C1 与C5之间测量第2霍尔电压。如果子步进数目为4，则在子步进3中电流在反方向上流动 并且关于子步进1交换电压接触器，而在子步进4中电流在反方向上流动并且关于子步进 2交换电压接触器。因而用于旋转霍尔元件的步进数目仍为N = 8，但是切换循环总数为2 * 8 = 16 或者 2 * 4 = 32。图3示出了如果施加指向χ方向的磁场，则在一个完整圈的期间，在N = 8次步进 中的每次步进出现的霍尔电压 。霍尔电压 是阶跃余弦波(余弦波的近似)。类似地， 如果施加的磁场指向y方向，则霍尔电压 是阶跃正弦波。最终，任何平面内磁场引起的 霍尔电压Uh是阶跃正弦波和阶跃余弦波的线性组合。图1的感测结构1可以与电子电路组合以形成角度传感器，其中角度传感器递送 与由位于xy平面的磁场和X轴所形成的角度α成比例的输出信号。角度传感器因此是 用于测量磁场在平面中的方向的磁场传感器。在一个优选实施例中，角度传感器包括两个 感测结构IA和1Β，其中第一感测结构IA作为在顺时针方向上移动的霍尔元件来操作而第 二感测结构IB作为在逆时针方向上移动的霍尔元件来操作。图4示出了具有完整电子电 路的这样的角度传感器8的框图。角度传感器8实质上包括第1感测结构1Α、第1切换块 6Α、第一处理块9Α(包括第1电压差放大器5Α、第1带通滤波器IOA和第1比较器11Α)、第 2感测结构1Β、第2切换块6Β、第2处理块9Β (包括第2电压差放大器5Β、第2带通滤波器 IOB和第2比较器11Β)、定时电路7、第1电流源4Α和第2电流源4Β。在各感测结构IA和 IB递送两个霍尔电压Um和Uh2时，第1和第2电压差放大器5Α和5Β被配置成处理两个霍 尔电压Um和Uh2并且提供与它们之和成比例的输出信号。向具有两个输入和一个输出的异 或门12馈送两个处理块9Α和9Β的输出信号。异或门12递送作为脉宽调制(PWM)信号的 输出信号。第1切换块6Α包括与第1感测结构IA的接触器3关联的第1组电子开关，而第 2切换块6Β包括与第2感测结构IB的接触器3关联的第2组电子开关。定时电路7提供 用于根据预定时间方案来接通和断开切换块6Α和6Β的开关的时钟信号，从而感测结构IA 和IB的8个接触器3如上文所述连接到恒流源4Α和4Β或者处理块9Α和9Β以便沿着第1 感测结构IA的环形井2在顺时针方向上移动第1霍尔元件，而沿着第2感测结构IB的环 形井2在逆时针方向上移动第2霍尔元件。各霍尔元件递送在第1或者第2处理块9Α或 者9Β的各自的电压差放大器5Α或者5Β中被处理并且相加成求和霍尔电压Uh的两个霍尔 电压^和^。可以从单个电流源或者如图所示从不同电流源4Α和4Β向霍尔元件供应电 流。图5示出了随时间t在处理块9Α和9Β内以及在异或门12的输出出现的不同电压V1至V2。这些电压是V1在第1电压差放大器5A的输出出现的电压，V2在第1带通滤波器IOA的输出出现的电压，V3在第1比较器IlA的输出出现的电压，V4在第2电压差放大器5B的输出出现的电压，V5在第2带通滤波器IOB的输出出现的电压，V6在第2比较器IlB的输出出现的电压，V7在异或门12的输出出现的电压。电压V2和V5给定如下V2 = A1 * S1 * B * Im * cos π * f * t_ α )，V5 = A2 * S2 * B * ΙΗ2 * cos (2 π * f * t+ α )，V7=宽度为α/(Ji * f)的矩形脉冲其中分别地，α表示xy_平面中的磁场与χ轴形成的角度，f表示频率=霍尔元件 的每单位时间的转数，A1和A2表示放大器5A和5B的放大因子(增益)，S1和&表示感测 结构IA和IB的灵敏度，而Ihi和Ih2表示流过感测结构IA和IB的电流。优选地匹配处理 块9A和9B以使得具有A1 = A2。灵敏度相同S1 = &。这一优选角度传感器8具有的优点 在于在异或门12的输出出现的脉冲独立于放大器5A和5B的增益和温度漂移。[23]处理块9A和9B可以各自引入一定的延迟，从而在比较器IlA和IlB的输出 出现的脉冲在时间上略微地偏差。如果处理块9A和9B匹配并且分别具有延迟XPl和φ2，则 电压V2和V5为V2 = A1*S1*B*IH1*cos(2π*f*t +α + φ2)，V5 = A2*S2*B*IH2*cos(2π*f*t +α + φ2)，并且如果φ1 = φ2,则脉冲的宽度α /( π * f)独立于延迟。为了使得具确φ1 =φ2,优选定期地交换两个处理块9Α和9Β(例如在霍尔元件的每个完整圈之后)。图6示出 了角度传感器8，该角度传感器8具有位于处理块9Α和9Β之前的至少一个另外的切换块13 或者位于处理块9Α和9Β之前和之后的两个另外的切换块13和14。切换块13和14定期 交换处理块9Α和9Β。就本例而言，处理块9Α和9Β的输出间接地——经由切换块14—— 耦接到异或门12的输入。[24]图7示出了将这样的角度传感器应用于电流测量。角度传感器8位于待测量 电流(即初级电流)流过的平坦电导体15上。初级电流在箭头16表示的方向上沿着导体 15流动并且产生初级磁场&。角度传感器8集成于以常规方式位于导体15上方的半导体 芯片中。流过线圈17的基准电流产生基准磁场Β&。线圈17优选为由常规导体轨道 19构成的平坦线圈(该导体轨道19在感测结构1的上方，形成在半导体芯片上)。导体轨 道19的绕组被定向成使得基准磁场指向与初级磁场&的方向不同的方向。初级磁场 艮和基准磁场形成非零的固定角度β。优选地，角度β如本例中所示等于β = 90°。 导体15和角度传感器8形成用于电流测量的组件组合。参照图1，角度传感器8和线圈17被定向成使得由流过线圈17的电流产生的基准磁场指向χ方向，而由待测量电流 Ip产生的初级磁场艮指向y方向。角度α表示总磁场B = Bref+^与基准磁场BMf形成的 角度。角度α由下式给定tan α = Bp/Bref = Ii1 * Ip/ (k2 * Iref)其中Ic1和1 分别是依赖于真空介磁常数以及导体15和线圈17的几何形状的常 数。流过线圈17的电流Iref由电流源18生成(例如，由递送恒定基准电压Vref的电压源和 基准电阻器Rrrf形成)如下Iref = Vref/Rref并且获得Ip = 1 * Vref/(ki * Rref) * tana异或门12的输出递送宽度(或者长度)为α/(π * f)的脉冲。可以用不同方 式(例如通过结合查询表使用数字块或者A/D转换器等)确定值tan a。图8图示了一种 使用模拟电路的优选方式，该模拟电路使用脉宽调制信号V7的宽度为* f)的脉冲 来根据角度α产生tana。图8示出了模拟电路和若干幅图。模拟电路包括积分器20，采样和保持电路21，第1开关22和第2开关沈，第1开 关22将积分器20的输出耦接到采样和保持电路21的输入，第2开关沈允许在指定时间 重置积分器20。积分器20包括电压源23、运算放大器24、数目为M的开关O1至ΦΜ和电 阻器礼至&以及电容器Q。M个开关。1至ΦΜ和电阻器礼至&被布置成串联布置的一 个开关和一个电阻器的并联集，其中开关的一个端子连接到电压源23而电阻器的一个端 子连接到运算放大器M的输入。采样和保持电路21包括电容器C2和运算放大器25。如 下面进一步说明的，开关22和沈在大多数时间断开而仅在短的时间段接通。在开始时，所有开关O1至ΦΜ断开并且电容器C放电。在运算放大器M的输出 的电压为零。在时间、，开关O1接通，从而电流I1 = Vref/Ri流过电阻器队并且对电容 器G C1充电。在时间、，开关Φ 2接通，从而电流I2 = VrefAR1I I R2)对电容器GC1充电。 在时间t2，开关。3接通，从而电流I3 = Vref/(R1 R2 R3)对电容器(^充电。时间t” t2 至tM形成连续的时间区间、至、、、至t2、. . . tM_!至tM。选择时间、、t2至tM和电阻器 R1至&以使得在各时间区间中对电容器C1进行充电的电流与在该时间区间中的适当点的 tan(t)的一阶导数成比例。由于这一模拟电路20为经典积分器，所以在运算放大器M的 输出的电压与tan(t)成比例。[27]电压信号V7控制模拟电路20的操作。然而，积分器20的时标必须匹配于脉 宽调制信号V7的时标。电压信号V7的脉冲的开始触发积分器20的启动，即在电压V7的状 态从低变成高时出现时间、。开关O1至ΦΜ在预定时间、至tM_i相继接通。然而在脉冲 结束时，即当电压V7的状态从高变成低时，该处理完成并且所有开关O1至ΦΜ断开。在运 算放大器M的输出的电压现在具有值ki/Gc2女C1)女ιρ。[28]开关22在各脉冲结束时，即在电压V7的状态从高变成低时接通短暂的一段 时间以便将电容器C1的实际电压传送至电容器C2。在开关22已被再次断开之后，开关沈 接通短暂的一段时间以便对电容器C1进行放电，这使得积分器20的输出电压重置为零。[29]图8的图示出了在异或门12(图4)的输出的电压V7，开关22和沈的状态S22和(高=接通、低=断开)，在积分器20的输出的电压V8以及在采样和保持电路21 的输出的电压v9。就本例而言，V7的三个相继脉冲的宽度增加。因此，电压V8和V9实现相 继更高的电平。[30]利用个数少至M = 6个的电阻器，可以在从t = 0到t = π/(4 * 2 * Ji ^f)= 1/(8 ^ f)的区间中良好地近似函数tan(t)，而且函数tan(t)的近似误差小于 1. 25%。如果需要针对大于π /4的角度生成函数tan (t)，则电阻器的数目M和时间区间要更多。[31]角度α依赖于比值Ic1 * Ip/(k2 * Iref)。为了具有在0与π/4之间的角度 α，如果Ic1 = k2,则基准电流Iref必须高于待测量的初级电流Ip。不能总是满足这一条件， 因为允许流过线圈17的最大基准电流有限。然而有一种克服这一问题的解决方案，该方 案在于仅在霍尔元件旋转期间的如下步进中对霍尔电压进行采样，在这些步进中，霍尔电 压包含仅关于扎或者仅关于的信息。在步进N = 8的一圈中，有两次步进霍尔电压包 含仅关于扎的信息，并且有两次步进霍尔电压包含仅关于的信息。因此，沿着环形井2 以仅4次步进的方式旋转霍尔元件。当以N = 8次步进的方式旋转时，在两次相继步进中 形成的竖直霍尔元件被移位两个相邻接触器3之间的距离，即它们被旋转角度360° /8 = 45°。当以N = 4次步进的方式旋转时，在两次相继步进中形成的竖直霍尔元件被两次移 位两个相邻接触器3之间的距离，即它们被旋转角度360° /4 = 90°。在第1步进中，8个 接触器3如图1中所示连接到电流源4和电压差放大器5。感测结构1现在测量磁场Bref。 在第2、第3和第4步进中，8个接触器3如图9中所示连接到电流源4和电压差放大器5。 感测结构1现在测量磁场&。在第3步进中，感测结构1再次测量磁场Bref，而在第4步进 中，感测结构1测量磁场Bp。当测量磁场&时，即在步进2和4中，电流Im和Ih2被减小为 Ι/h，或者放大器5A和5B的放大因子被减小为Ι/h，或者二者都减小为1/h。(或者代之以 当测量磁场时，即在步进1和3中，电流Im和Ih2被增大h倍，或者放大器5A和5B的 放大因子被增大h倍，或者将二者都增大h倍。)图4中所示电路的电压V2、V5和V7由此 为V2 = A1 * S1 * B * Im * cos (2 π * f * t_ π /4— α 丄)，V5 = A2 * S2 * B * ΙΗ2 * cos (2 π * f * t_ π /4+ α 丄)，V7 =宽度为α 1；/( Ji ^ f)的矩形脉冲其中tan α ！ = Bp/ (h * Bref)或者Ip = h * k2/X * Iref) * tan α 丄因此在这种情况下也可以使用图4和图8中所示电路而仅需进行少量修改，比如 以N/2 = 4次步进的方式旋转霍尔元件、使得具有如上所述的各自的放大因子和/或经过 霍尔元件的电流，以及关于电压V7的脉冲的积分器20的修改的缩放比。然而，在一个优选 实施例中，采样和保持电路21的运算放大器25的放大因子被增大h倍，从而在采样和保持 电路21的输出的电压V9为V9 = k2/k! * Iref取代以每次步进旋转90°的4次步进的方式来旋转竖直霍尔元件，还有可能仅使用这4次步进中的步进1和2，即在如图1和图9中所示霍尔元件的第1和第2连接方案之 间来回切换。另外还有可能以8次步进的方式旋转竖直霍尔元件并且使得在每次步进中具 有放大器5A和5B的各自的放大因子和/或流过霍尔元件的各自的电流。一个重要优点在于，每圈4次或者8次的小数目的步进使得角度传感器和电流传 感器非常快速，因为获得信息所需要的时间较短。尽管已经示出和描述本发明的实施例和应用，但是从本公开内容中受益的本领域 技术人员能够在不脱离在此的发明概念的情况下，清楚比上文提到的实施例多得多的实施 例。本发明因此仅由所附权利要求书及其等效含义所限定。
权利要求
1.一种用于测量磁场在平面中的方向的磁场传感器，包括 第一感测结构和第二感测结构，各感测结构包括 环形电传导井O)，和预定数目为N的至少8个等规格接触器( ，所述接触器( 沿着所述环形井( 彼此 等间距地放置并且接触所述环形井O)，以及 电子电路，包括 至少一个电流源G)，用于处理第一霍尔电压的第一处理块(9A)，用于处理第二霍尔电压的第二处理块 (9B)以及具有第一和第二输入的异或门(12)，各处理块(9A;9B)包括电压差放大器(5A ； 5B)，带通滤波器(IOA5IOB)和比较器(11A;11B)，其中所述第一和第二处理块(9A ；9B)的 输出直接地或者间接地耦接至所述异或门(1 的所述第一或者第二输入，切换块(6)，包括与所述第一感测结构(IA)的所述接触器(3)关联的第一组电子开关 和与所述第二感测结构(IB)的所述接触器(3)关联的第二组电子开关，定时电路(7)，提供用于根据预定时间方案来断开和接通所述切换块(6A)和(6B)的 所述开关的时钟信号，从而所述第一感测结构(IA)的所述多个接触器(3)中的预定数目的 接触器C3)形成按照每圈预定次数的步进的方式沿着所述第一感测结构(IA)的所述环形 井( 按顺时针方向移动的第一霍尔元件，而所述第二感测结构(IB)的所述多个接触器 (3)中的预定数目的接触器C3)形成按照每圈相同的预定次数的步进的方式沿着所述第二 感测结构(IB)的所述环形井( 按逆时针方向移动的第二霍尔元件，其中从所述至少一个 电流源向所述第一和第二霍尔元件供应电流，并且所述第一和第二霍尔元件各自向所 述处理块(9A;9B)递送至少一个霍尔电压。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于 所述接触器的数目N为8，所述第一切换块(6A)适合于接通和断开所述第一组电子开关，从而在每次步进中所 述第一感测结构(IA)的所有8个接触器C3)连接至所述至少一个电流源G)，或者直接地 或间接地连接至所述处理块(9A;9B)之一，并且所述第二切换块(6B)适合于接通和断开所述第二组电子开关，从而在每次步进中所 述第二感测结构(IB)的所有8个接触器C3)连接到所述至少一个电流源G)，或者直接地 或间接地连接至所述处理块(9A ；9B)之一。
3.根据权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述切换块(6A;6B)被配置成在 由8次步进构成的圈中使所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件沿着它们的各自的环形 井移动。
4.根据权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述切换块(6A;6B)被配置成在 由4次步进构成的圈中使所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件沿着它们各自的环形井 移动。
5.根据权利要求3或者4所述的磁场传感器，其特征在于，每次步进包括数目为2或 者4的子步进，其中根据自旋电流方法来交换用于馈送电流的所述接触器和用于测量各个 霍尔电压的所述接触器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁场传感器，还包括至少为一个的另外的切换块(13 ；14)，用于交替地交换所述第一和第二处理块(9A ；9B)。
7.一种用于测量流过导体(1 的初级电流的电流传感器，包括根据权利要求1至6中 任意一项所述的磁场传感器，线圈(17)和向所述线圈(17)馈送基准电流的电流源(18)，其 中，所述线圈(17)的绕组参照所述初级电流的方向被定向，使得由所述初级电流生成的初 级磁场和由所述基准电流生成的基准磁场形成非零的角度β，所述电流传感器还包括耦 接至所述异或门(1 的输出的电子电路，所述电子电路生成与所述初级电流成比例的输 出信号。
8.根据权利要求7所述的电流传感器，其特征在于，所述电子电路包括积分器(20)， 配置成生成与正切函数成比例的输出信号，所述积分器00)包括运算放大器(M)，数目为 M个的开关沙1至。 )和电阻器(R1至Rm)，以及电容器(C1),其中，所述数目为M个的开关 (①工至ΦΜ)和电阻器汛至！^)被布置成串联布置的一个开关和一个电阻器的并联集，其 中所述开关的一个端子连接到所述电压源(23)，而所述电阻器的一个端子连接到所述运算 放大器04)的输入。
9.根据权利要求7或者8所述的电流传感器，其特征在于，所述角度β近似等于90°， 并且其中在每次步进中应用所述放大器(5Α ；5Β)的各自的放大因子和/或流过所述霍尔元 件的各自的电流。
10.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述第一感测结构(IA)的接触器(3)数 目为8，所述第二感测结构(IB)的所述接触器(3)数目为8，并且其中每圈的预定的步进次 数为4。
全文摘要
一种用于测量磁场在平面中的方向的磁场传感器，包括可以作为旋转的霍尔元件来操作的两个感测结构(1A；1B)。沿相反的方向以离散的步进来旋转这两个霍尔元件。可以使用这样的磁场传感器作为用于测量流过导体(15)的初级电流的电流传感器。
文档编号G01R15/18GK102057279SQ200980121123
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者拉迪沃耶·波波维奇, 米里亚娜·巴涅维奇 申请人:洛桑联邦综合工科学校