專利名稱：線性和旋轉(zhuǎn)mr陣列位置變換器微調(diào)補(bǔ)償和皮重補(bǔ)償?shù)臒嵯禂?shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大致涉及感測(cè)器方法和系統(tǒng)。實(shí)施例也涉及位置 檢測(cè)裝置。實(shí)施例另外也涉及磁感測(cè)器。實(shí)施例也涉及線性和旋轉(zhuǎn)感 測(cè)應(yīng)'用的方法和系統(tǒng)。實(shí)施例還涉及熱補(bǔ)償方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多商業(yè)、消費(fèi)者和工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用中利用了磁阻(MR)陣列技 術(shù)。在一些常規(guī)MR系統(tǒng)中，可提供用于確定可沿路徑移動(dòng)的元件的 位置的設(shè)備。在此類裝置中，磁體可接附到可移動(dòng)元件，并且磁場(chǎng)變 換器(transducer)陣列與路徑相鄰。在磁體接近、通過和移離開變換器 時(shí)，變換器提供變化的輸出信號(hào)，這可由代表任何變換器的單個(gè)特征 曲線表示。
為確定可移動(dòng)元件的位置，可對(duì)變換器進(jìn)行電子掃描，并且從具 有輸出的 一組變換器中選擇指示相對(duì)靠近磁體的數(shù)據(jù)。曲線擬合算法隨后可用于確定數(shù)據(jù)與特征曲線的最佳擬合。通過沿位置軸:沒置特征曲線，可確定磁體的位置及因此而確定可移動(dòng)元件的位置。在另一常規(guī)MR裝置中，可實(shí)現(xiàn)位置確定設(shè)備，該設(shè)備包括接附 到沿有限長(zhǎng)度預(yù)定路徑移動(dòng)的可移動(dòng)元件的磁體。磁場(chǎng)變換器陣列的 位置可與預(yù)定路徑相鄰。在磁體接近、通過和移離各變換器時(shí)，變換 器可提供輸出信號(hào)。 一種校正才幾制也可提供以校正傳感器的非線性引 起的殘余誤差(residual error)。此類校正機(jī)制優(yōu)選地通過予貞定功能(predetermined funcdon)而逼近 殘余誤差，并且應(yīng)用與預(yù)定功能對(duì)應(yīng)的校正因子來(lái)抵銷(offset)殘余誤 差。通過為變換器的非線性進(jìn)4亍校正，磁體的長(zhǎng)度可縮短和/或變換器 的間距可縮小。例如，在1996年12月31日授予Donald R. Krahn,并且受讓給 Honeywell International Inc的題為"包括用于接收多個(gè)輸出信號(hào)值并將 輸出信號(hào)值與曲線擬合的電路的位置檢測(cè)設(shè)備"(Position Detection Apparatus Including a Circuit for Receiving a Plurality of Output Signal Values and Fitting the Output Signal Values to a Curve)的美國(guó)專利5, 589, 769中公開了常規(guī)磁感測(cè)方案的一個(gè)示例。在2000年8月1日授 予Goetz等人的并且也受讓給Honeywell International Inc的題為"具有 非線性感測(cè)器區(qū)校正的位置檢測(cè)設(shè)備"(Position Detection Apparatus with Correction for Non-Linear Sensor Regions)的美國(guó)專利6, 097, 183 中公開了磁感測(cè)方案的另一示例。美國(guó)專利5， 589, 769和6, 097, 183 通過引用整體結(jié)合于本文中。此類基于MR的裝置通常利用印刷電路 板(PCB)組件上的離散組件得到結(jié)果功能。磁阻感測(cè)器，特別是基于陣列配置的各向異性磁阻(AMR)感測(cè)器 的一個(gè)問題是熱膨脹會(huì)在物理上改變磁阻感測(cè)器不但相對(duì)于自身的 相對(duì)位置，而且也改變相對(duì)于感測(cè)的磁體的相對(duì)位置。這又在利用的 磁阻陣列安置確定算法中引發(fā)了誤差。因此，可認(rèn)為此問題的解決方 案涉及開發(fā)用于補(bǔ)償熱膨脹的新方法學(xué)和系統(tǒng)。本文進(jìn)一步詳細(xì)地公開了此類新解決方案。 發(fā)明內(nèi)容下面的概述提供用于方便理解實(shí)施例特有的一些創(chuàng)新特性，并且 并無(wú)意作為非常完整的說明。通過將整個(gè)說明書、權(quán)利要求書、附圖 和摘要作為 一個(gè)整體，可得到對(duì)公開實(shí)施例各種方面的完整理解。因此，本發(fā)明的 一個(gè)方面是提供用于改進(jìn)的感測(cè)器方法和系統(tǒng)。 本發(fā)明的另一方面是提供用于改進(jìn)的位置檢測(cè)裝置。本發(fā)明的又一方面是提供用于改進(jìn)的AMR感測(cè)器。 本發(fā)明的還有一方面是提供用于改進(jìn)的線性和旋轉(zhuǎn)感測(cè)應(yīng)用。 如本文所述，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述方面和其它目的與優(yōu)點(diǎn)。 本文公開了 一種用于磁線性和^^轉(zhuǎn)感測(cè)應(yīng)用的熱補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)。通常，由多個(gè)磁阻感測(cè)組件通過集成電路生成的信號(hào)可以:帔自動(dòng)放大和校準(zhǔn)，以便提供表示線性和旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)字輸出信號(hào)和完整的數(shù)字校準(zhǔn)和比率(ratio-metnc)輸出電壓。隨后可進(jìn)行預(yù)測(cè)，涉及在多個(gè) 磁阻感測(cè)組件中與相鄰磁阻感測(cè)組件相關(guān)聯(lián)的中心線到中心線線距 離之間和在多個(gè)磁阻感測(cè)組件與至少 一個(gè)磁體之間由其熱膨脹引起 的特定溫度上的一個(gè)或多個(gè)物理變化，以便補(bǔ)償熱膨脹并減小其溫度 相關(guān)聯(lián)的誤差。磁阻感測(cè)組件可提供為磁阻感測(cè)組件陣列。因此，通過將本文公開的補(bǔ)償方法和系統(tǒng)添加到現(xiàn)有位置確定算 法，通過預(yù)測(cè)在陣列內(nèi)特定磁阻感測(cè)器或組件的中心線到中心線距離 之間以及也在此類陣列與感測(cè)的磁體之間由熱膨脹引起的溫度上的 物理變化，可減小例如在磁阻位置變換器中由熱膨脹引起的誤差。


附圖進(jìn)一步示出實(shí)施例，并且與詳細(xì)說明一起用于解釋公開實(shí)施 例的原則，附圖中類似的標(biāo)號(hào)表示在所有各個(gè)視圖中相同或功能類似 的元件，并且附圖包含在說明書中并成為其一部分。圖1示出磁阻感測(cè)系統(tǒng)的頂部視圖；圖2示出一個(gè)曲線圖，它描述了通過基于原磁阻橋(raw magnetoresistive bridge)數(shù)據(jù)的^茲阻陣列算法產(chǎn)生的信息；圖3示出一個(gè)曲線圖，它描述了通過基于補(bǔ)償數(shù)據(jù)的磁阻陣列算 法產(chǎn)生的信息；圖4示出一個(gè)曲線圖，它描述了通過基于感測(cè)器比值的磁阻陣列 算法產(chǎn)生的信息；圖5示出一個(gè)曲線圖，它描述了通過磁阻陣列算法產(chǎn)生的直線擬 合數(shù)據(jù)；圖6示出可在印刷電路板(PCB)配置上下文中實(shí)現(xiàn)的示例線性磁 阻陣列；圖7示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的部分旋轉(zhuǎn)磁阻陣列； 圖8示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的半圓旋轉(zhuǎn)》茲阻陣列； 圖9示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的圓形低分辨率旋轉(zhuǎn)磁阻陣列；圖10示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的圓形高分辨率旋轉(zhuǎn)磁阻陣列；圖11示出一個(gè)曲線圖，它描述了表示在磁阻陣列生成的信號(hào)上溫度作用的數(shù)據(jù)；圖12示出一個(gè)曲線圖，它描述了補(bǔ)償溫度變化引起的增益和偏移 變動(dòng)的作用；圖13示出可根據(jù)一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的八橋磁阻陣列；圖14結(jié)合演示在溫度上相鄰磁阻感測(cè)器之間中心線到中心線距離增大的表格而示出了圖13所示的八橋磁阻陣列；圖15根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描述了相對(duì)于溫度的微調(diào)(nudge)變化；圖16根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描迷了相對(duì)于溫度和線性近 似的^f敞調(diào)變化；圖17根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描述了位置傳感器上的TCN 的作用；圖18根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)方框圖，它描述了用于為圖13-14 所示每個(gè)磁阻感測(cè)器計(jì)算TCn的可能示例等式；圖19是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)方框圖，它描述了包括磁阻陣列膨 脹、相關(guān)聯(lián)磁體和在溫度升高時(shí)固定磁體的定位器的磁阻感測(cè)器系 統(tǒng)；圖20根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)方框圖，它描述了用于在雙溫度校 準(zhǔn)(two-temperature calibration)后i十算TCt的等式；圖21根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描述了在圖19所示的 磁體與磁阻陣列之間由于熱膨脹而引起的相對(duì)偏移；圖22根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描述了在溫度上的相對(duì) 于絕對(duì)位置的LSB誤差；圖23根據(jù)優(yōu)選實(shí)施列示出一個(gè)曲線圖，它描述了由熱膨脹偏移引 起的LSB誤差與溫度；圖23根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖，它描述了補(bǔ)償TGr、TCN、 TCg和TC。的作用；以及圖25示出方框圖，它描述了可根據(jù)備選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)可能系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
這些非限制性示例中所述的特殊值和配置可以改變，并且只是為 示出至少一個(gè)實(shí)施例而引用，并無(wú)意限制本發(fā)明的范圍。圖1示出磁阻感測(cè)系統(tǒng)100的頂部視圖，這描述了用于一般說明 性目的，并且用于描述可實(shí)現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的上下文。系統(tǒng)100—般包 括包含相應(yīng)惠斯通電橋(Wheatstone bridge)電路112、 114和116的一 個(gè)或多個(gè)集成電路封裝118、 120和123。系統(tǒng)100也可包含^f吏用ASIC， 即專用集成電路，該電路未在圖l中示出，但可用于控制多個(gè)惠斯通電橋電路，例如電橋電路112、 114-和116。視設(shè)計(jì)考慮而定，電橋電 路U2、114和116每個(gè)可優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為各向異性磁阻(AMR)惠斯通電橋 電路。系統(tǒng)100還包括偏置磁體102。與偏置磁體102相關(guān)耳關(guān)的偏^茲 移動(dòng)方向由箭頭110和108大扭無(wú)示出。與》茲體102相關(guān)聯(lián)的;F茲場(chǎng)線104 和106也在圖1中示出。通常，AMR橋電路112、 114和116可組合在一起以形成磁阻陣 列101。注意，雖然圖1中只示出三個(gè)AMR橋電路112、 114和116， 但視設(shè)計(jì)考慮而定，磁阻陣列101可配置有更多或更少的AMR橋電 路和相關(guān)聯(lián)ASIC裝置。例如，視設(shè)計(jì)考慮而定，可實(shí)現(xiàn)具有包含關(guān) 聯(lián)AMR橋電路的更多集成電路封裝的磁阻陣列。偏置磁體108的移動(dòng)從每個(gè)》茲阻橋電路112、 114、 116生成正弦 曲線信號(hào)響應(yīng)。磁阻橋電路112、 114、 116生成的AMR橋輸出相互 類似；但是，其相應(yīng)的相位由于中心線到中心線間隔而偏移，并且其 相對(duì)偏移和增益也會(huì)不同。各種不同的感測(cè)方案因此可實(shí)現(xiàn)以在AMR 橋電路112、 114與116之間插值，以便實(shí)現(xiàn)高的絕對(duì)準(zhǔn)確度。圖2示出一個(gè)曲線圖200，描述了通過基于原磁阻橋數(shù)據(jù)的磁阻 陣列算法產(chǎn)生的信息。類似地，圖3也示出一個(gè)曲線圖300，描述了 通過基于增益和偏移補(bǔ)償數(shù)據(jù)的磁阻陣列算法產(chǎn)生的信息。類似地， 圖4示出一個(gè)曲線圖400，描迷了通過基于感測(cè)器比值(sensorratio)的 磁阻陣列算法產(chǎn)生的信息。最后，圖5示出一個(gè)曲線圖500,描述了 通過磁阻陣列算法產(chǎn)生的直線擬合數(shù)據(jù)。注意，曲線圖200、 300、 400 和500的顯示是為了概括描述所示實(shí)施例后的磁阻陣列運(yùn)行原理，在 本文將對(duì)此做更詳細(xì)地論述。曲線圖200示出可從八元件磁阻陣列生成的數(shù)據(jù)，如圖1中所示 的石茲阻陣列101或例如，圖13-14中所示的八橋磁阻陣列。曲線圖200 大致示出橫坐標(biāo)206和縱坐標(biāo)204。圖例202與曲線圖200中所示相 應(yīng)數(shù)據(jù)曲線相關(guān)聯(lián)。橫坐標(biāo)206以毫米為單位追蹤位置數(shù)據(jù)，而縱坐 標(biāo)追蹤相對(duì)感測(cè)器輸出數(shù)據(jù)。曲線圖200因此示出具有規(guī)律間隔的八元件磁阻陣列的示例曲線。
曲線圖300示出也可從八元件磁阻陣列生成的數(shù)據(jù)。曲線圖300 與圖例302相關(guān)聯(lián)，并且包括與感測(cè)器響應(yīng)數(shù)據(jù)(即在數(shù)據(jù)單位中)的 縱坐標(biāo)304和以毫米為單位追蹤位置數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)306。在曲線圖300 中，所有數(shù)據(jù)已標(biāo)準(zhǔn)化并補(bǔ)償了相對(duì)增益和偏移。曲線圖400包括相 關(guān)JI關(guān)圖例402,它基于追蹤感測(cè)器比值數(shù)據(jù)的縱坐標(biāo)404和以毫米為 單位追蹤位置數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)406,而指示相應(yīng)的曲線。在曲線圖400 中，感測(cè)器比值在溫度上保持恒定。
曲線圖500包括圖例502，圖例與曲線圖500中相應(yīng)所示的補(bǔ)償 數(shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)?？v坐標(biāo)504 —般以毫米為單位追蹤標(biāo)度(scaled) 感測(cè)器輸出數(shù)據(jù)，而橫坐標(biāo)506以毫米為單位追蹤實(shí)際的位置數(shù)據(jù)。 曲線圖500 —般顯示由于傅立葉補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)的線性化。
圖6示出可在印刷電路板(PCB)配置上下文中實(shí)現(xiàn)的示例線性磁 阻陣列600。另一方面，圖7示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的部分 旋轉(zhuǎn)磁阻陣列700。圖8示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的半圓旋轉(zhuǎn) ;磁阻陣列800;類似地，圖9示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn)的圓形 低分辨率旋轉(zhuǎn)》茲阻陣列900。圖10示出可在PCB配置上下文中實(shí)現(xiàn) 的圓形高分辨率旋轉(zhuǎn)磁阻陣列1000。
圖11示出曲線圖1100,它描述了表示在由例如陣列101、 600、 700、 800和/或900等磁阻列陣生成的信號(hào)上溫度效應(yīng)的數(shù)據(jù)。曲線 圖IIOO—般與圖例1102相關(guān)聯(lián)。曲線圖1100的顯示是為了指示當(dāng) 前溫度補(bǔ)償方案的目標(biāo)是通過相對(duì)于溫度為每個(gè)磁阻感測(cè)器的輸出 信號(hào)補(bǔ)償增益和偏移變動(dòng)，而4吏信號(hào)恢復(fù)為在校準(zhǔn)過程中使用的原始 形式。
圖12示出一個(gè)曲線圖1200,描述了補(bǔ)償溫度變化引起的增益和 偏移變動(dòng)的效果。曲線圖1200與圖例1202相關(guān)聯(lián)，圖例一般表示"無(wú) 補(bǔ)償"、TC。、 TCg及TC。&TCg?？v坐標(biāo)1204追蹤LSB誤差數(shù)據(jù)，而 橫坐標(biāo)1206追蹤位置數(shù)據(jù)。通常，曲線圖1200指示，通過增益(TCG)和偏移(TC。)補(bǔ)償，可在125。C溫度處觀察到LSB(最低有效位)或量化 級(jí)誤差減少40%。
圖13示出可根據(jù)一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的八橋磁阻陣列1300。通常， 磁阻陣列1300包括八個(gè)AMR橋電路112、 114、 116、 1302、 1304、 1306、 1308、 1310，這些電路分別與集成電路封裝118、 120、 124、 1312、 1314、 1316、 1318和1320相關(guān)聯(lián)。通常，在室溫下，八橋磁 阻陣列1300可設(shè)計(jì)為具有如圖13所示相當(dāng)于11.61毫米的磁阻感測(cè) 器中心線到中心線距離。從磁阻陣列1300匯集的數(shù)據(jù)可指示中心線 到中心線距離從額定11.61毫米改變。 一種補(bǔ)償機(jī)制可實(shí)現(xiàn)以校正由 非最佳感測(cè)器間隔引起的殘余誤差。此類補(bǔ)償機(jī)制可稱為"微調(diào) (nudge)"項(xiàng)。因此，用于陣列1300中每個(gè)磁阻感測(cè)器的微調(diào)項(xiàng)可實(shí)現(xiàn) 以計(jì)及不同的中心線到中心線間隔。
因此，相信可實(shí)現(xiàn)溫度上非完美的中心線到中心線距離的校正。 在熱膨脹發(fā)生時(shí)，磁阻感測(cè)器的中心線到中心線距離會(huì)變化。預(yù)期此 變化可導(dǎo)致磁阻陣列位置變換器相當(dāng)大的工作增加(performance increase)。此類熱校正項(xiàng)可由變量TCN表示，它表示微調(diào)補(bǔ)償?shù)臒嵯?數(shù)。
圖14結(jié)合演示在溫度上相鄰磁阻感測(cè)器之間中心線到中心線距 離增大的表格1400，而示出了圖13所示的八橋磁阻陣列1300。箭頭 1402指示在溫度上磁阻陣列1300中的物理變化。表格1400特別演示 了對(duì)于陣列1300在溫度上相鄰磁阻感測(cè)器之間中心線到中心線距離 的增大。注意，在圖13-14中，相同或類似的部分或要素由相同的標(biāo) 號(hào)指示。
圖15根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖1500，描述了相對(duì)于溫度的微 調(diào)變化。曲線圖1500 —般包括與曲線圖1500相關(guān)聯(lián)的圖例1502?？v 坐標(biāo)1504追蹤相對(duì)微調(diào)值，而^^黃坐標(biāo)1506追蹤溫度數(shù)據(jù)。對(duì)于中心 線到中心線距離的每個(gè)變化，相關(guān)聯(lián)微調(diào)中有一個(gè)對(duì)應(yīng)的變化。曲線 圖1500演示了對(duì)于例如AMR橋電路112、 114、 116、 1302、 1304、1306、 1308、 1310等每個(gè)磁阻橋電路的相對(duì)于溫度的微調(diào)值變化。
困16根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖1600，它描述了相對(duì)于溫度和 線性近似的微調(diào)變化。曲線圖1600 —般與圖例1602相關(guān)聯(lián)?？v坐標(biāo) 1604 —般追蹤微調(diào)值(nudge value),而橫坐標(biāo)1606追蹤溫度數(shù)據(jù)。曲 線圖1600指示可執(zhí)行雙溫度校準(zhǔn)以便確定由溫度變化或TCn到分的 相關(guān)聯(lián)微調(diào)變化。注意，在曲線圖1600中，其中所示每條線的傾斜 表示對(duì)應(yīng)磁阻感測(cè)器的TCN。
圖17根據(jù)實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖1700，描述了位置傳感器上的 TCm的作用。曲線圖1700 —般包括圖例1702和追蹤絕對(duì)位置誤差數(shù) 據(jù)的縱坐標(biāo)1704。另一方面，4黃坐標(biāo)1706以毫米為單位追蹤位置數(shù) 據(jù)。曲線圖1700指示TCN及當(dāng)前溫度補(bǔ)償技術(shù)、重新線性化位置傳 感器輸出的嘗試。這產(chǎn)生了在》茲阻陣列1300長(zhǎng)度上LSB(最低有效位 或量化級(jí))誤差的更小跨度。
圖18根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)方框圖1800,描述了用于為圖 13-14所示每個(gè)磁阻感測(cè)器計(jì)算TCN的一個(gè)示例等式1802。通常，在 雙溫度校準(zhǔn)后，可為每個(gè)磁阻感測(cè)器或AMR橋電路112、 114、 116、 1302、 1304、 1306、 1308和1310計(jì)算TCN。等式1802描迷的數(shù)學(xué)可 在相關(guān)聯(lián)ASIC內(nèi)實(shí)現(xiàn)，例如，圖25中所示的ASIC 2500或ASIC 2506, 以便在位置確定算法中應(yīng)用微調(diào)值前，補(bǔ)償相對(duì)于溫度的此類值的變 化。
圖19是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)方框圖，描述了包括磁阻陣列1300 的膨脹、相關(guān)聯(lián)磁體1904和在溫度升高時(shí)維持磁體1904的定位器 1902的磁阻感測(cè)器系統(tǒng)1900。箭頭1906大致指示在磁體1904中由 于在溫度上的熱膨脹而引起的變化。箭頭1908大致指示磁體承載定 位器1902由于溫度上的熱膨脹而引起的變化。注意，在圖13-14和 19中，相同或類似的部分或要素一般由相同的標(biāo)號(hào)指示。通常，可為 位置變換器選擇開始點(diǎn)位置。用于設(shè)置此點(diǎn)的項(xiàng)可稱為"皮重(tare)"并 且類似于在數(shù)字天平上利用的"皮重"特性。通過TCN(即，上面所述)，也可補(bǔ)償例如磁阻陣列襯底的熱補(bǔ)償， 這造成在溫度上磁阻感測(cè)器之間不同的中心線到中心線距離。但是， 迄今為止，在磁阻陣列與感測(cè)的磁體之間的相對(duì)位置由于系統(tǒng)熱膨脹
而變化時(shí)，尚無(wú)法補(bǔ)償固有的偏移。 一個(gè)新的熱系數(shù)TQr可用于補(bǔ)償 由于溫度引起的此類變化。通常，TCT允許調(diào)整皮重項(xiàng)，這會(huì)使感測(cè) 器的輸出在系統(tǒng)由于溫度而膨脹時(shí)偏移。此類特性可消除由相對(duì)位置 變化而產(chǎn)生的固有偏移。
圖，20根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)方框圖2000，描述了用于在雙溫 度校準(zhǔn)后計(jì)算TGr的等式。通常，等式2002指示在雙溫度校準(zhǔn)后， 可奸算TCt項(xiàng)。等式2002可經(jīng)利用相關(guān)聯(lián)ASIC的軟件算法處理，例 如圖25所示的ASIC 2500或ASIC 2506，以便補(bǔ)償相對(duì)于溫度的皮重 變化，之后才將此類補(bǔ)償信息應(yīng)用到位置確定算法。
圖21根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖2100,描述了在圖19所示 的磁體與磁阻陣列之間由于熱膨脹而引起的相對(duì)變動(dòng)。圖例^102 —
般與曲線圖2100相關(guān)聯(lián)，并指示距離和兩點(diǎn)擬合數(shù)據(jù)曲線，這在曲 線圖2100內(nèi)更詳細(xì)示出?？v坐標(biāo)2104 —般以毫米為單位追蹤距離， 而橫坐標(biāo)2106—般以攝氏度為單位追蹤溫度。曲線圖2100指示，熱 膨脹可使整個(gè)感測(cè)器系統(tǒng)生成不相應(yīng)于實(shí)際變化的相關(guān)聯(lián)輸出偏移。 曲線圖2100因此示出磁阻陣列(例如，磁阻陣列1300)和感測(cè)的磁體(例 如，磁體102或1904)在溫度上的相對(duì)位置變化。
圖22根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖2200,描述了在溫度上的 相對(duì)于絕對(duì)位置的LSB誤差。曲線圖2200 —般包括圖例2302,圖例 包括在曲線圖2200中反應(yīng)的改變的溫度范圍?？v坐標(biāo)2304 —般指示 LSB誤差，而橫坐標(biāo)2206指示位置數(shù)據(jù)。曲線圖2200因此是在所有 未補(bǔ)償數(shù)據(jù)集參照相同絕對(duì)位置時(shí)計(jì)算得出的LSB誤差曲線。
圖23根據(jù)優(yōu)選實(shí)施列示出一個(gè)曲線圖2300,描述了由熱膨脹偏 移而引起的LSB誤差與溫度。曲線圖2300 —般與圖例2202相關(guān)聯(lián)， 圖例指示LSB誤差和雙點(diǎn)TCT補(bǔ)償后的LSB誤差。在曲線圖2300中，縱坐標(biāo)2304 —般追蹤LSB誤差，而橫坐標(biāo)2306以攝氏度為單位追蹤 溫度。在利用雙點(diǎn)線性估計(jì)磁阻陣列由于系統(tǒng)熱膨脹而相對(duì)于磁體的 位置變化時(shí)，如曲線圖2300所示，引起的位置LSB誤差可大大縮小。
圖24根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)曲線圖2400，描述了補(bǔ)償TCt、 TCN、 TCg和TC。的作用。曲線圖2400與追蹤LSB誤差的縱坐標(biāo)2404 和追蹤位置數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)2406相關(guān)聯(lián)。另外，曲線圖2400與圖例2402 相關(guān)聯(lián)，圖例追蹤曲線圖2400中所示的曲線。因此，曲線圖2400指 示，在通過TGr、 TCN、 TCG和TC。補(bǔ)償時(shí)，可在100°C溫度變化上 實(shí)現(xiàn)LSB誤差縮小60%(假設(shè)感測(cè)器最初在25。C校準(zhǔn))。
圖25示出方框圖，描述了可根據(jù)備選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)可能系統(tǒng) 2502和2504。注意，在圖9-25中，相同或類似的部分或要素一般由 相同的標(biāo)號(hào)指示。因此，系統(tǒng)2502 —般由圖13所示八橋磁阻陣列或 系統(tǒng)1300結(jié)合ASIC 2500組成。通常，ASIC 2500可用于控制與八橋 磁阻陣列或系統(tǒng)1300相關(guān)聯(lián)的多個(gè)AMR惠斯通電橋。同樣地，系統(tǒng) 2504包括圖9所示八橋磁阻陣列或系統(tǒng)900和ASIC 2506。 ASIC 2506 也可控制包括八橋磁阻陣列或系統(tǒng)1900的多個(gè)AMR惠斯通電橋。
基于上述內(nèi)容，可理解，通近TCn和TCt,現(xiàn)在不但可補(bǔ)償與感 測(cè)器有關(guān)的熱膨脹(TCN)，而且可補(bǔ)償涉及磁體相對(duì)于磁阻陣列的相對(duì) 位置的熱膨脹(TGr)。
將理解，以上公開內(nèi)容和其它特性與功能或其備選的變化可如所 希望的一樣組合到許多其它不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中。此外，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員隨后可實(shí)現(xiàn)各種當(dāng)前未預(yù)測(cè)或未預(yù)見的備選、修改、變化或改 進(jìn)，所有這些也將由隨附權(quán)利要求書涵蓋在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于磁線性和旋轉(zhuǎn)感測(cè)應(yīng)用的熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，所述方法包括自?dòng)放大和校準(zhǔn)由多個(gè)磁阻感測(cè)組件經(jīng)集成電路生成的信號(hào)，以便提供完整數(shù)字校準(zhǔn)和比率輸出電壓或表示線性和旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)字輸出信號(hào)；以及預(yù)測(cè)所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件中與相鄰磁阻感測(cè)組件相關(guān)聯(lián)的中心線到中心線距離之間的及所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件與至少一個(gè)磁體之間的、由其熱膨脹引起的特定溫度上的至少一個(gè)物理變化，以便補(bǔ)償所述熱膨脹并減小其溫度相關(guān)聯(lián)的誤差。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)磁阻感測(cè)組 件包括所述;茲阻感測(cè)組件的陣列。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括補(bǔ)償所述多個(gè) 磁阻感測(cè)組件內(nèi)的所述熱膨脹。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述集成電路包括 ASIC。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括 通過4安照等式Tare(compensated)= Tare(0nginai) + (Temp-Temp(0nginai)) xTCT相應(yīng)于特定溫度補(bǔ)償皮重變化，而基于雙溫度校準(zhǔn)補(bǔ)償所述熱膨 脹；以及在所述ASIC內(nèi)處理所述等式。
6. —種用于磁線性和旋轉(zhuǎn)感測(cè)應(yīng)用熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，所述方法包括自?dòng)放大和校準(zhǔn)由多個(gè)磁阻感測(cè)組件經(jīng)集成電路生成的信號(hào)，以 便提供完整的數(shù)字校準(zhǔn)和比率輸出電壓或表示線性和旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù) 的數(shù)字輸出信號(hào)，其中所多個(gè)磁阻感測(cè)組件包括所述磁阻感測(cè)組件陣列；心線到中心線距離之間的及所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件與至少一個(gè)》茲體之間的、由其熱膨脹引起的特定溫度上的至少一個(gè)物理變化；以及響應(yīng)于預(yù)測(cè)所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件中與相鄰磁阻感測(cè)組件相關(guān) 聯(lián)的所述中心線到中心線距離之間的及所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件與所 述至少一個(gè)磁體之間的、由其所述熱膨脹引起的所述特定溫度上的所 述至少一個(gè)物理變化，而補(bǔ)償戶斤述多個(gè)^f茲阻感測(cè)組件內(nèi)的所述熱膨 脹，以便減小溫度相關(guān)聯(lián)的誤差。
7. —種用于磁線性和旋轉(zhuǎn)感測(cè)應(yīng)用的熱補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，所述系統(tǒng)包括與集成電路相關(guān)聯(lián)的多個(gè)》茲阻感測(cè)組件，其中由所述多個(gè)磁阻感 測(cè)組件經(jīng)所述集成電路生成的信號(hào)被自動(dòng)放大和校準(zhǔn)，以便提供完整 的數(shù)字校準(zhǔn)和比率輸出電壓或表示線性和旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)字輸出信號(hào)；熱補(bǔ)償模塊，用于預(yù)測(cè)所逸多個(gè)磁阻感測(cè)組件中與相鄰磁阻感測(cè) 組件相關(guān)聯(lián)的中心線到中心線距離之間的及所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件 與至少一個(gè)磁體之間的、由其熱膨脹引起的特定溫度上的至少一個(gè)物 理變化，以便補(bǔ)償所述熱膨脹并減小其溫度相關(guān)聯(lián)的誤差。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)磁阻感測(cè)組 件包括所述磁阻感測(cè)組件陣列。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償才莫塊還補(bǔ)償 所述多個(gè)磁阻感測(cè)組件內(nèi)的所述熱膨脹。
10. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)磁阻感測(cè) 組件中的每個(gè)磁阻感測(cè)組件與ASIC相關(guān)聯(lián)，以及其中通過按照如下 數(shù)學(xué)等式Tare(c。mpensated) = Tare(originaI) + (Temp-Temp(0riginal)) x TCT補(bǔ)償 皮重變化，而基于雙溫度校準(zhǔn)補(bǔ)償所述熱膨脹，且其中所述等式在所 述ASIC內(nèi)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方法和系統(tǒng)，其中通過預(yù)測(cè)磁阻陣列內(nèi)特定磁阻感測(cè)器或組件的中心線到中心線距離之間的以及此類陣列與感測(cè)的磁體之間的、由熱膨脹引起的溫度上的物理變化，從而減小磁阻位置變換器中熱膨脹引起的誤差。
文檔編號(hào)G01D3/036GK101300461SQ200680041115
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者A·M·徳米特里夫, C·B·約翰遜, L·F·里克斯, M·J·拉托里亞 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司