用于借助于開關霍爾效應傳感器來測量磁場的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于借助于包括兩個正交分支（120、122）的霍爾十字（12）來測量磁場的方法，其中，針對霍爾十字的給定狀態，使得極化電流在霍爾十字的分支中的一個中流動，稱為“極化分支”，并且在另一分支中測量電壓，稱為“測量分支”，所述測量電壓包括表示磁場的有用信號，所述方法包括借助于在于將霍爾十字置于Nb個連續狀態的開關序列進行的有用信號調制以及所述有用信號的解調。此外以測量偏壓和干擾脈沖在解調之后為零均值的方式來選擇開關序列。本發明還涉及開關霍爾效應傳感器（10）。
【專利說明】用于借助于開關霍爾效應傳感器來測量磁場的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測量傳感器領域，并且更特別地涉及借助于開關霍爾效應傳感器來測 量磁場的方法。
【背景技術】
[0002] 以已知方式，開關霍爾效應傳感器包括對磁場敏感的霍爾十字，其輸送與所述霍 爾十字位于其中的磁場的強度成比例的電壓。例如，當磁場由電流的流動感生時，借助于霍 爾十字測量的磁場則允許估計此電流的強度。
[0003] 霍爾十字以已知方式包括均包括兩個端子的兩個或多或少正交的分支。在給定時 間，使用兩個分支中的一個(稱為"極化分支"）通過促使預定強度的極化電流在極化分支中 流動而使所述霍爾十字極化。然后另一分支(稱為"測量分支"）的端子上的電壓被測量且 表不磁場。
[0004] 開關霍爾效應傳感器進一步包括極化電路，特別地包括適合于將霍爾十字的分支 中的任何一個連接到極化電流源的開關網絡。因此，可替換地將霍爾十字的每個分支實現 為極化分支。此外，極化電路的開關網絡適合于使極化分支的端子連接反向，以便使極化電 流的流動方向反向。
[0005] 開關霍爾效應傳感器進一步包括測量電路，特別地包括適合于測量霍爾十字的分 支中的任何一個的端子上的電壓的開關網絡。因此，可替換地將霍爾十字的每個分支實現 為測量分支。此外，測量電路的開關網絡適合于使測量分支的端子連接反向，以便使測量分 支的端子上的電壓的測量方向反向。
[0006] 總而言之，測量電路的極化電路使得霍爾十字能夠被置于八個不同的狀態，其取 決于被實現為極化分支的所述霍爾十字的分支（另一分支被實現為測量分支)、極化分支中 的極化電流的流動方向和測量分支的端子上的電壓的測量方向。
[0007] 已知的是在測量分支的端子上測量的電壓分解成有用信號，表示要測量的磁場， 霍爾十字所固有的測量偏壓將被添加到該磁場。用于消除測量偏壓的一個解決方案在于施 加由霍爾十字的多個連續狀態組成的開關序列，其是以這樣的方式選擇的，即隨著所述開 關序列的兩個連續狀態之間的每次轉變： ?交換霍爾十字的極化分支和測量分支，即先前被實現為極化分支的分支變成測量分 支且反之亦然， ?使相電壓的測量方向對于極化方向的相互導向（mutualorientation)反向。
[0008] 因此，并且以已知方式，用具有等于開關序列的開關頻率的頻率的零均值、方波信 號來調制有用信號，而測量偏壓不再被調制。因此，有用信號和測量偏壓是頻率分離的，分 別地在開關頻率和零頻率周圍進行調整。通過將由所述方波信號測量的電壓解調，然后在 零頻率周圍調整有用信號，但用方波信號來調制測量偏壓并在開關頻率周圍進行調整。因 此，合適的低通濾波器在保持有用信號的同時消除測量偏壓。
[0009] 然而，霍爾十字的極化和測量分支的每次交換也在交換之后立即向有用信號添加 干擾脈沖。此干擾脈沖由到雜散電容的測量電路的放電生成，該雜散電容在交換之前被極 化電流充電。這些干擾脈沖未被解調和低通濾波所補償，并且是與磁場的估計相干擾的殘 余偏壓的原因。
[0010] 為了解決此問題，因此所知的是使用采樣保持電路，其剛好在極化和測量分支的 每次交換之前保持測量電壓，并且達到干擾脈沖的整個預定持續時間。因此消除了由在采 樣保持電路上游的雜散電容感生的干擾脈沖。然而，這種解決方案具有缺點，達到以下程 度： ?必須向開關霍爾效應傳感器添加部件，這增加其成本和復雜性， ?開關霍爾效應傳感器的帶寬由于保持期間的測量分支的端子上的電壓觀察的不存 在而受到限制， ?采樣和保持電路還包括轉而引入干擾脈沖的雜散電容， ?干擾脈沖的持續時間和振幅取決于開關霍爾效應傳感器的溫度，其方式為采樣保持 電路的控制是復雜的。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的是克服現有技術解決方案的所有或某些限制，特別是上述那些。
[0012] 為此，并且根據第一方面，本發明涉及一種用于借助于包括兩個正交分支的霍爾 十字來測量磁場的方法，其中，針對霍爾十字的給定狀態，使得極化電流在霍爾十字的分支 中的一個中流動，稱為"極化分支"，并且在另一分支中測量電壓，稱為"測量分支"，所述測 量電壓包括表示磁場的有用信號，所述方法包括借助于在于將霍爾十字置于Nb個連續狀 態的開關序列進行的有用信號調制以及所述有用信號的解調。通過以下來定義 ?與霍爾十字相關聯的基準點x、y、z，其中，X是平行于霍爾十字的兩個分支中的一 個，y是平行于兩個分支中的另一個的矢量，并且z是等于X八y的矢量，其中，"八"對應 于矢量積， ?在時間n處的霍爾十字的狀態E(n)，其采取單位矢量i(n)和v(n)的形式，分別地對 應于極化分支中的極化電流的流動方向和測量分支的端子上的電壓的測量方向，用基準點 來表示， ?基準點中的矢量i(n)和v(n)的相互導向IV(n),等于（i(n)八v(n)) ?z,其中， "?"對應于標量積， ?狀態E(n-l)和狀態E(n)之間的交換P(n),等于v(n) ?i(n-l), 該開關序列然后使得隨著兩個連續狀態之間的每次轉變，使相互導向的極性反向，并 且使得驗證以下兩個表達式：
【權利要求】
1. 一種用于借助于包括兩個正交分支（120U22)的霍爾十字（12)來測量磁場的方 法，其中，針對霍爾十字的給定狀態，使得極化電流在霍爾十字的分支（120、122 )中的一個 中流動，稱為"極化分支"，并且在另一分支（120、122)中測量電壓，稱為"測量分支"，所述測 量電壓包括表示磁場的有用信號（Vu)，所述方法包括借助于在于將霍爾十字置于Nb個連 續狀態的開關序列進行的有用信號（Vu)的調制以及所述有用信號（Vu)的解調，這是通過 以下來定義的： ?與霍爾十字相關聯的基準點X、y、z，其中，X是平行于霍爾十字的兩個分支（120、 122)中的一個的單位矢量，y是平行于霍爾十字的兩個分支（120、122)中的另一個的單位 矢量，并且z是等于X Λ y的單位矢量，其中，"Λ"對應于矢量積， ?在時間η處的霍爾十字的狀態E(n)，其采取單位矢量i(n)和v(n)的形式，分別地對 應于極化分支（120U22)中的極化電流的流動方向和測量分支（120U22)的端子上的電壓 的測量方向，用基準點來表示， ?基準點中的矢量i(n)和v(n)的相互導向IV(n),等于（i(n) Λ v(n)) · z,其中， "?"對應于標量積， ·在狀態E(n-l)和狀態E(n)之間的交換P(n),等于v(n)·i(n-l),
該開關序列使得隨著兩個連續狀態之間的每次轉變，使相互導向的極性反向，并且使 得驗證以下兩個表達式： 其中： 該方法的特征在于： ?在開關序列中，交換P(n)在每隔一個狀態下是零，并且當交換P(n)是零時，通過使 霍爾十字的極化分支（120U22)中的極化電流的流動方向反向，獲得相互導向IV(η)相對 于相互導向IV(η-1)的極性反向，以及 ? Nb等于四，并且存在數目k，使得： P (k [Nb]) = 1 P((k+1) [Nb]) = 0 P((k+2) [Nb]) = -I P((k+3) [Nb]) = 0 其中" [Nb] "的意思是模數Nb。
2. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于有用信號（Vu)在解調之后被低通濾波。
3. 開關霍爾效應傳感器（10)，包括霍爾十字，該霍爾十字包括兩個正交分支（120、 122)，其特征在于其包括被配置成通過執行根據前述權利要求中的任一項所述的方法來測 量表示所述霍爾十字位于其中的磁場的有用信號（Vu)的裝置。
4. 一種汽車，其特征在于其包括如權利要求3所述的開關霍爾效應傳 感器。
【文檔編號】G01R33/07GK104515958SQ201410523573
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】S-D.文扎爾, X.烏爾內 申請人:法國大陸汽車公司, 大陸汽車有限公司