[發明專利]傳感器中的偏移誤差補償系統和方法

有效

• 申請號: 201310190623.5
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103424128A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 烏多·奧塞爾勒基納;馬里奧·莫茨
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01D3/032
• 分類號: G01D3/032
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明大致涉及傳感器，特別是涉及對傳感器中的偏移誤差的補償。

背景技術

傳感器經常被用作傳感器橋，例如，具有以惠特斯通橋（Wheatstone?bridge）配置耦合的四個相同的傳感器元件。橋電路被供應電壓或者電流，并提供不同的輸出電壓。這樣的例子包括應力傳感器、磁阻傳感器、霍爾板和垂直霍爾器件，等等。

然而，傳感器橋普遍的問題是偏移誤差。偏移是在不存在傳感器應該檢測的物理量時的輸出信號。例如。對于霍爾板而言，偏移是在所施加磁場為零時的輸出信號，對于應力傳感器而言，偏移是在機械應力為零時的輸出信號。一般，偏移誤差的根源在于橋的傳感器元件之間存在微小的不匹配。換句話說，“相同”的傳感器元件不是完全相同。典型的不匹配是在0.1%到1%的量級，這意味著盡管四個傳感器元件具有相同的電阻，但是這些電阻實際上相差大約0.1到1%。

對于霍爾傳感器而言，傳統的解決方法包括使用旋轉電流原理（spining?current?principle），該原理在多個時鐘相位（狀態）中使用不同的傳感器元件以消除任何偏移并增強信號中磁場的比例量。通過反轉電源電極并使用多于四個的傳感器元件，該方法可擴展至多于兩個的時鐘相位。但是，該方法仍然產生小的偏移誤差，該誤差被稱作殘余偏移。典型地，該殘余偏移對于霍爾板而言，在大約30微特斯拉的量級，對于垂直霍爾器件而言，在大于0.5到1mT的量級。

因此，需要對傳感器的偏移誤差補償進行改進。

發明內容

實施方式涉及傳感器中的偏移誤差補償。在一個實施方式中，被配置為感應物理特性的傳感器包括至少一個具有輸出的傳感器元件，其中，輸出信號包括：在不存在物理特性時的偏移誤差；除了其他影響偏移誤差的物理特性以外的輸入量，其中，在傳感器的第一操作相位中第一輸入量產生具有第一偏移誤差的第一輸出信號，以及其中，在傳感器的第二操作相位中，不同于第一輸入量的第二輸入量產生具有第二偏移誤差的第二輸出信號；該傳感器還包括耦接至輸出的偏移校正電路，該電路被配置為提供傳感器輸出信號，該傳感器輸出信號包括第二輸出信號與校正因子的乘積再與第一輸出信號的和，其中，該校正因子被選為抵消第一偏移誤差與第二偏移誤差之間的差異。

在一個實施方式中，一種方法包括：在具有第一傳感器輸入量的第一操作相位中操作傳感器以獲得第一傳感器輸出信號和第一傳感器偏移誤差；在具有第二傳感器輸入量的第二操作相位中操作傳感器以獲得第二傳感器輸出信號和第二傳感器偏移誤差；以及提供總傳感器輸出信號，該總傳感器輸出信號包括第一傳感器輸出信號與經由偏移校正因子調整的第二傳感器輸出信號的和，該偏移校正因子與第一和第二傳感器偏移誤差相關。

在一個實施方式中，傳感器包括：至少一個傳感器元件，被配置為感應特性并具有輸入和輸出；以及偏移補償電路，耦接至輸出并被配置為通過由校正因子校正至少一個傳感器的輸出信號來消除傳感器的偏移誤差，該校正因子與在第一相位中操作時傳感器的偏移誤差和在第二相位中操作時傳感器的偏移誤差相關。

附圖說明

鑒于下面結合附圖對本發明的各個實施方式進行的詳細描述，可更加完整地理解本發明，其中：

圖1是根據實施方式的應力傳感器電路的示圖；

圖2是根據實施方式的霍爾板電路的示圖。

圖3是根據實施方式的垂直霍爾電路的示圖。

圖4是根據實施方式的偏移校正電路的示圖。

雖然本發明適合各種修改和替代形式，但其細節已經通過示例的形式示出在附圖中并將被詳細描述。然而，應該理解的是，本文并不旨在將本發明限制為所描述的具體的實施方式。相反，本文旨在是覆蓋所有落在由所附權利要求所規定的本發明的精神和范圍內的修改、等同物、和替代。

具體實施方式

實施方式涉及減小傳感器系統中的偏移誤差。在實施方式中，傳感器的靈敏度和偏移不同地取決于某些參數（例如，電壓）以使在兩個不同的參數值處對傳感器進行的操作能夠消除偏移誤差。實施方式適用于應力傳感器（圖1）、霍爾板（圖2）、垂直霍爾器件（圖3）、磁阻傳感器和其他。

傳感器的靈敏度S和偏移Off不同地取決于某些參數，例如，電源電壓。在實施方式中，在第一電源電壓Usup1和第二電源電壓Usup2下對傳感器進行的操作提供兩個不同的輸出信號Ua1和Ua2，這兩個輸出信號分別取決于兩個未知量：由傳感器測量的物理量Q和偏移Off。也就是說：

Ua1=S1Q+Off1

Ua2=S2Q+Off2

可以發現信號的某些線性組合將消除偏移：