掩埋氧化物层
[0336]616 硅处理晶片
[0337]670 可切换的2合1复用器
[0338] 671 第一输入端子
[0339] 672 第二输入端子
[0340]673 第一输出端子
[0341]674 第二输出端子
[0342] 675 第三输出端子
[0343] 676 第四输出端子
[0344]680 第一差分放大器
[0345] 681 " + '，型输入
[0346]682 型输入
[0347]683 输出端子
[0348]684 可切换的2合1复用器
[0349] 685 第一输入端子
[0350] 686 第二输入端子
[0351] 687 第三输入端子
[0352] 688 第四输入端子
[0353] 689 第一输出端子
[0354] 690 第二输出端子
[0355] 691 第二差分放大器
[0356] 692 " + " 型输入
[0357] 693 型输入
[0358] 694 输出端子
[0359] 695 第三差分放大器
[0360] 696 " + " 型输入
[0361] 697 型输入
[0362]698 输出端子
[0363]699 传感器输出（信号）
[0364] 800 阵列装置
[0365] 802 磁场传感器
[0366] 804 列[1...M]
[0367] 806 行[1...N]
[0368] 810 第一三元组结构
[0369] 812 第二三元组结构
[0370] 814 第三个三元组结构
[0371] 816 第四个三元组结构
【主权项】
1. 一种差分磁场传感器系统（10)，包括： 第一、第二和第三磁场传感器（1〇〇,200,300)，每个磁场传感器都布置为实质上相同， 并且包括优选性的绝缘体上硅（SOI)表面层部分（102)，所述绝缘体上硅表面层部分被提 供作为在优选性的SOI晶片上的表面部分并且具有表面（104)，在所述表面上和/或在所述 表面布置有： 中央发射极结构（11〇,210,310)，形成为相对于与实质垂直于所述表面（104,204， 304)的对称平面（106, 206, 306)实质镜面对称； 第一和第二集电极结构（116, 216, 316 ; 118, 218, 318)，每个均布置为远离发射极结构 (110, 210, 310)，并布置在对称平面（106, 206, 306)的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜 像，其中： 所述第一磁场传感器（100)是双侧操作的，其中所述第一磁场传感器的第一集电极结 构（116)和发射极结构（110)经由第一读出电路外部相连，并且所述第一磁场传感器的第 二集电极结构（118)和发射极结构（110)经由第二读出电路外部相连； 所述第二磁场传感器（200)是单侧操作的，其中所述第二磁场传感器的第一集电极结 构（216)和发射极结构（210)经由第三读出电路外部相连；以及 所述第三磁场传感器（300)是单侧操作的，其中所述第三磁场传感器的第二集电极结 构（318)和发射极结构（310)经由第四读出电路外部相连。2. 根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器（100， 200,300)中的每个具有横向尺寸，并且其中所述第一和第二磁场传感器之间的距离以及所 述第一和第三磁场传感器之间的距离小于横向尺寸的10倍，优选地小于横向尺寸的5倍， 更优选地小于横向尺寸的2倍。3. 根据权利要求1或2所述的传感器系统，其中在所述第一、第二和第三磁场传感器 (100,200,300)中的每个中，通过第一部分发射极结构（112,212,312)和第二部分发射极 结构（114, 214, 314)来形成发射极结构（110, 210, 310)，其中将第一部分发射极结构和第 二部分发射极结构（112, 212, 312 ; 114, 214, 314)布置为在对称平面（106, 206, 306)的相对 侧上彼此相邻，以便实质成为彼此的镜像。4. 根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的传感器系统，其中所述第一、第二和 第三磁场传感器（100, 200, 300)中的每个实现为横向磁敏电阻器LMR(400)，其中发射极结 构（110 ;112,114)以及第一和第二集电极结构（116,118)形成为在n型阱（406)的表面 (104)上和/或该表面（104)内的n+型结构（402)。5. 根据权利要求4所述的传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电 阻（124,126, 224, 226, 324, 326)读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。6. 根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的传感器系统，其中所述第一、第二和 第三磁场传感器（100, 200, 300)中的每个实现为横向磁敏晶体管LMT (500)，其中发射极结 构（110 ;112,114)以及第一和第二集电极结构（116,118)形成为在p型阱（508)的表面 (104)上和/或该表面（104)内的n+型结构（502)。7. 根据权利要求6所述的传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电 流读出电路。8. 根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的传感器系统，其中所述第一、第二和第 三磁场传感器（100, 200, 300)中的每个实现为横向磁敏二极管LMD (600)，在所述横向磁敏 二极管LMD(600)中实现以下结构之一： (1) 将发射极结构（110 ;112,114)形成为n+型结构（602)，将第一和第二集电极结构 (116.118) 形成为p+型结构（603)，所述发射极结构（110 ;112,114)和所述第一和第二集 电极结构（116,118)全部都在n型阱（606)的表面（104)上和/或表面（104)内； (2) 将发射极结构（110 ;112,114)形成为p+型结构（603)，将第一和第二集电极结构 (116.118) 形成为n+型结构（602)，所述发射极结构（110 ;112,114)和所述第一和第二集 电极结构（116,118)全部都在n型阱（606)的表面（104)上和/或该表面（104)内；； (3) 将发射极结构（110 ;112,114)形成为n+型结构（602)，将第一和第二集电极结构 (116.118) 形成为p+型结构（603)，所述发射极结构（110 ;112,114)和所述第一和第二集 电极结构（116,118)全部都在p型阱（608)的表面（104)上和/或表面（104)内；或 (4) 将发射极结构（110 ;112,114)形成为p+型结构（603)，将第一和第二集电极结构 (116.118) 形成为n+型结构（602)，所述发射极结构（110 ;112,114)和所述第一和第二集 电极结构（116,118)全部都在p型阱（608)的表面（104)上和/或表面（104)内。9. 根据权利要求8所述的传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电 阻读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。10. 根据权利要求1到3中的任一权利要求和权利要求4或8之一所述的传感器系统， 其中所述第一、第二和第三磁场传感器（1〇〇,200,300)外部相连以便形成惠斯通电桥型电 路（20)，其中第一和第二分压器（22, 24)耦连在例如正电源电压电平（36)和公共接地电压 电平（38)之间，其中： 第一分压器（22)包括包含第二磁场传感器（200)的第一集电极结构（216)和发射极 结构（210)在内的结构以及包含第一磁场传感器（100)的第一集电极结构（116)和发射极 结构（110)在内的结构；以及 第二分压器（24)包括包含第三磁场传感器（300)的第二集电极结构（318)和发射极 结构（310)在内的结构以及包含第一磁场传感器（100)的第二集电极结构（118)和发射极 结构（110)在内的结构。11. 根据权利要求10所述的传感器系统， 其中在第一分压器（22)中， 第二磁场传感器（200)的第一集电极结构（216)耦接到电源电压电平（36)，第二磁场 传感器（200)的发射极结构（210)親接到第一磁场传感器（100)的第一集电极结构（116)， 并且第一磁场传感器（100)的发射极结构（110)耦接到公共接地电压电平（38)， 其中在第二分压器（24)中， 第三磁场传感器（300)的第二集电极结构（318)耦接到电源电压电平（36)，第三磁场 传感器（300)的发射极结构（310)耦接到第一磁场传感器（100)的第二集电极结构（118)， 其中所述传感器系统（10)还包括差分电压输出端子，所述差分电压输出端子包括第 一和第二电压输出端子（28, 30)， 其中所述第一电压输出端子（28)耦接到在第二磁场传感器（200)的发射极结构（210) 以及第一磁场传感器（100)的第一集电极结构（116)之间的连接中的第一节点（32)，且 所述第二电压输出端子（30)耦接到在第三磁场传感器（300)的发射极结构（310)和 第一磁场传感器（100)的第二集电极结构（118)之间的连接中的第二节点（34)。12. 根据权利要求11所述的传感器系统，还包括第一 1分2复用器（40)和第二1分2 复用器（60)，其中： 第一 1分2复用器（40)具有第一和第二输入端子（42,44)以及第一至第四输出端子 (46,48, 50, 52)，并且用于切换到"a"状态或切换到"b"状态，其中 在"a"状态中，第一输出端子（46)连接到第一输入端子（42)，并且第三输出端子（50) 连接到第二输入端子（44);以及 在"b"状态中，第二输出端子（48)连接到第一输入端子（42)，并且第四输出端子（52) 连接到第二输入端子（44)，此外， 第一输出端子（42)耦接到第二输入端子（44)以及电源电压电平（36); 第一输出端子（46)耦接到第三磁场传感器（300)的第二集电极结构（318); 第二输出端子（48)连接到第三磁场传感器（300)的第一集电极结构（316); 第三输出端子（50)连接到第二磁场传感器（200)的第一集电极结构（216);且 第四输出端子（52)连接到第二磁场传感器（200)的第二集电极结构（218)，且其中 第二1分2复用器（60)具有第一和第二输入端子（62,64)以及第一至第四输出端子 (66,68, 70, 72)，适用于切换到"a"状态或切换到"b"状态，其中 在"a"状态中，第二输出端子（68)连接到第一输入端子（62)，并且第四输出端子（72) 连接到第二输入端子（64);以及 在"b"状态中，第一输出端子（66)连接到第一输入端子（62)，并且第三输出端子（70) 连接到第二输入端子（64)，此外 第一输入端子（62)耦接到第一磁场传感器（100)的第二集电极结构（118)以及惠斯 通电桥型电路（20)的第二电压输出端子（30); 第二输入端子（64)親接到第一磁场传感器（100)的第一集电极结构（116)以及惠斯 通电桥型电路（20)的第一电压输出端子（28); 第一输出端子（66)与第四输出端子（72)相连并親接到第二磁场传感器（200)的发射 极结构（210); 第二输出端子（68)与第三输出端子（70)相连并耦接到第三磁场传感器（300)的发射 极结构（310)。13. 根据权利要求10至12中的任一权利要求所述的传感器系统，还包括外部切换电 路，适用于循环式地将磁场传感器系统从第一状态（74)切换到第二状态（76)、从第二状态 切换（76)到第三状态（78)、从第三状态（78)切换到第一状态（74)，等等，其中： 在第一状态（74)中，第一磁场传感器（100)经由它的第一集电极结构（116)到它的 发射极结构（110)并经由它的第二集电极结构（118)到它的发射极结构（110)进行双侧操 作，第二磁场传感器（200)经由它的第一集电极结构（216)到它的发射极结构（210)进行 单侧操作，并且第三磁场传感器（300)经由它的第二集电极结构（318)到它的发射极结构 (310)进行单侧操作， 在第二状态（76)中，第一状态的第一磁场传感器（100)变为第三磁场传感器，第一状 态的第二磁场传感器（200)变为第一磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器（300) 变为第二磁场传感器； 在第三状态（78)中，第一状态的第一磁场传感器（100)变为第二磁场传感器，第一状 态的第二磁场传感器（200)变为第三磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器（300) 变为第一磁场传感器。14.根据权利要求1到9中的任一权利要求所述的传感器系统，还包括斩波差分磁场传 感器读出电路，包括：可切换的1分2复用器（670)、第一差分放大器（680)、可切换的2合 1复用器（684)、第二差分放大器（691)、第三差分放大器（695)以及时钟电路，所述斩波差 分磁场传感器读出电路适用于提供传感器输出信号（699)，其中 可切换的1分2复用器（670)具有第一和第二输入端子（671，672)以及第一至第四输 出端子（673,674,675,676)，并且适用于可切换到"a"状态或切换到"b"状态，其中 第一和第二输入端子（671，672)连接到电流源（I); 第一输出端子（673)连接到第二磁场传感器（200)的第一集电极结构（216); 第二输出端子（674)连接到第二磁场传感器（200)的第二集电极结构（218); 第三输出端子（675)连接到第三磁场传感器（300)的第二集电极结构（318);以及 第四输出端子（676)连接到第三磁场传感器（300)的第一集电极结构（316)，且其中 在"a"状态中，第一输入端子（671)连接到第二输出端子(674)，并且第二输入端子 (672)连接到第四输出端子（676);且 在"b"状态中，第一输入端子（671)连接到第一输出端子（673)，并且第二输入端子 (672)连接到第三输出端子（675)， 第一差分放大器（680)具有" + "型输入端子（681)、"-"型输入端子（682)以及输出端 子（683)，其中" + "型输入端子（681)耦接到第一磁场传感器（100)的第一和第二集电极结 构（116,118)之一，并且型输入端子（682)親接到第一磁场传感器（100)的第一和第 二集电极结构（116,118)中的另一个， 可切换的2合1复用器（684)具有第一至第四输入端子（685,686,687,688)以及第一 和第二输出端子（689,690)，并且适用于切换到"a"状态或切换到"b"状态，其中 在"a"状态中，第一输入端子（685)连接到第一输出端子（689)，并且第三输入端子 (687) 连接到第二输出端子（690);以及 在"b"状态中，第二输入端子（686)连接到第一输出端子（689)，并且第四输入端子 (688) 连接到第二输出端子（690)，且其中 第一输入端子（685)親接到第二磁场传感器（200)的第二集电极结构（218); 第二输入端子（686)耦接到第三磁场传感器（300)的第二集电极结构（318); 第三输入端子（687)耦接到第三磁场传感器（300)的第一集电极结构（316); 第四输入端子（688)耦接到第二磁场传感器（200)的第一集电极结构（216)， 时钟电路适用于将2合1复用器（684)依次地从它的"a"状态切换到它的"b"状态， 并且从它的"b状态"切换到它的"a"状态，如此往复， 第二差分放大器（691)具有" + "型输入端子（692)、"-"型输入端子（693)以及输出端 子（694)，其中型输入端子（693)親接到2合1复用器（684)的第一输出端子（689)， 并且" + "型输入端子（692)耦接到2合1复用器（684)的第二输出端子（690);以及 第三差分放大器（695)具有" + "型输入端子（696)、"-"型输入端子（697)以及输出端 子（698)，其中" + "型输入端子（696)耦接到第一差分放大器（680)的输出端子（683)，"-" 型输入端子（697)親接到第二差分放大器（691)的输出端子（694)，并且输出端子（698)提 供传感器输出信号（699)。15. -种包括磁场传感器（802)的MXN阵列的二维磁场传感器阵列装置（800)，所述 阵列（800)具有M列（804)和N行（806)，其中通过整数索引i来对M列（804)进行编号， 整数索引i是从1到M的任意值，通过整数索引j来对N行（806)进行编号，整数索引j是 从1到N的任意值，其中M和N是大于或等于3的整数， 其中每个磁场传感器（802)包括：优选性的绝缘体上硅（SOI)表面层部分（102)，并且 具有表面（104)，在所述表面上和/或在所述表面中布置有： 中央发射极结构（110 ;112,114)，形成为相对于与实质垂直于所述表面（104)的对称 平面（106)实质镜面对称； 第一和第二集电极结构（116，118)，每个均布置为远离发射极结构（110;112，114)，并 布置在所述对称平面（106)的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜像， 其中通过对磁场传感器（802)所属列（804)加以指示的整数索引i以及对磁场传感器 (802)所属行（806)加以指示的整数索引j来表示每一个磁场传感器（i，j)， 所述磁场传感器阵列装置（800)还包括外部连接电路，配置为使得根据以下三元组结 构（810,812,814,816)之一来形成所述磁场传感器（802;100,200,300)的三元组（810， 812,814,816)： (a) (i，j)、（i，j+1)和（i，j+2)，其中i是从1到M的范围内的任意值，以及j是从1 到N-2的范围内的任意值； (b) (i，j)、（i+1，j)和（i+2，j)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j是从 1到N的范围内的任意值； (c) (i，j)、（i+1，j+1)和（i+2, j+2)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j 是从1到N-2的范围内的任意值； (d) (i，j)、（i_l，j+1)和（i_2，j+2)，其中i是从3到M范围内的任意值，以及j是从 1到N-2的范围内的任意值；以及 (e) 从所有可用磁场传感器（i，j)随机选择出三个磁场传感器，其中i从1到M的范 围内的任意值，j是从1到N的范围内的任意值。 并且其中所述三元组结构（a)至（e)的每一个配置为形成根据权利要求1至14中任 一项所述的差分磁场传感器系统。16. 根据权利要求15所述的二维磁场传感器阵列装置（800)，还包括外部连接电路以 及时钟电路，所述时钟电路定义了在t、t+A t、t+2 A t等时刻开始的时钟周期，使得根据 以下位置方案之一，在阵列装置（800)中依次步进地设置每个磁场传感器（802 ;100,200， 300)的三元组结构（810,812,814,816): (1) 在时刻t的位置：（i，j); 在时刻t+At的位置：（i+l，j)或（i-1，j);以及 在时刻t+2 A t的位置：（i+2, j)或（i-2, j); (2) 在时刻t的位置：（i，j)， 在时刻t+At的位置：（i，j+1)或（i，j-1);以及 在时刻t+2 A t的位置：（i，j+2)或（i，j-2); (3) 在时刻t的位置：（i，j); 在时刻t+At的位置：（i+l，j+1)或（i-1，j-1);以及 在时刻 t+2 A t 的位置：（i+2, j+2)或（i-2, j-2);且 (4) 在时刻t的位置：（i，j); 在时刻t+At的位置：（i+l，j-1)或（i-1，j+1);以及 在时刻 t+2 A t 的位置：（i+2, j-2)或（i-2, j+2); 所述的顺序位置（i，j)表示三元组结构（810,812,814,816)中的第一磁场传感器 (100)在阵列装置（800)中的位置，而三元组结构（810,812,814,816)中的第二和第三磁场 传感器（200, 300)位于相对于第一磁场传感器（100)的相应固定相对位置。
【专利摘要】提供了一种差分磁场传感器系统(10)，其中实现了对在彼此相邻布置的磁场传感器中的差分半导体结构的偏移抵消。所述系统(10)包括第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)，其中每个磁场传感器都布置为实质相同，并包括优选性的绝缘体上硅(SOI)表面层部分(102)，提供作为在优选性的SOI晶片上的表面部分；以及表面(104)。在表面(104)上布置有：中央发射极结构(110，210，310)，形成为与基本垂直于所述表面(104，204，304)的对称平面(106，206，306)基本镜面对称；第一和第二集电极结构(116，216，316；118，218，318)，其中每个都布置为远离发射极结构(110，210，310)，并布置在对称平面(106，206，306)的相对侧上，以便基本上成为彼此的镜像。
【IPC分类】G01R33/09
【公开号】CN105242223
【申请号】CN201510387644
【发明人】维克多·齐伦, 奥拉夫·温尼克, 克劳斯·莱曼
【申请人】恩智浦有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年6月30日
【公告号】EP2963435A1, US20160003923