磁阻式惠斯通电桥和具有至少两个这种电桥的角度传感器

摘要

本发明涉及一种磁阻式惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，该磁阻式惠斯通电桥包括并联连接在电源电势Vb之间的两个电桥支路，其中，两个串联连接的电阻器装置R1和R3、或R2和R4被布置在各个电桥支路中并且具有居间的测量电势Vout。这两个电桥支路的电阻器装置R1和R3、或R2和R4采用彼此对角相对的布置，至少两个磁阻式电阻器装置R1和R3或R2和R4具有磁敏优选方向。这些电桥支路的彼此对角相对布置的电阻器装置R1和R3，或R2和R4的优选方向彼此相差一角度，所述角度不为0°或180°。另一个方面，提出了一种角度传感器(30)，所述角度传感器(30)包括偏移预定角度尤其是90°的至少两个该磁阻式惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，用于通过第一和第二传感器电桥(40，42)尤其是正弦电桥和余弦电桥确定磁场的角定向。通过根据本发明的测量电桥，使得能减少谐波并且实现最优电阻值，由此提高角度发射器信号的准确度和传感器分辨率。

权利要求

1.磁阻式惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，包括并联连接在电源电势Vb之间的两个电桥支路，两个串联的电阻器装置R1和R3、或R2和R4被布置在各个电桥支路中并且具有居间的测量电势Vout，所述两个电桥支路中的所述电阻器装置R1和R4、或R2和R3采用彼此对角相对的布置，至少两个磁阻式电阻器装置R1、R2、R3、R4具有磁敏优选方向，所述两个电桥支路中的彼此对角相对布置的磁阻式电阻器装置R1和R4、或R2和R3的优选方向彼此相差一角度，所述角度不为0°或180°，其特征在于，每一个电桥支路的串联的电阻器装置R1和R3、或R2和R4的优选方向被定向为互为反向平行，或者所述电桥支路中成对地彼此相对设置的电阻器装置R1和R3、或R2和R4的优选方向被定向为互为反向平行。

2.根据权利要求1所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，每一个电阻器装置R1、R2、R3、R4的电阻特性在幅值方面完全相同。

3.根据权利要求1所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述电阻器装置是被布置在芯片衬底上的AMR、GMR或TMR电阻器装置。

4.根据权利要求1所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，每一个电阻器装置R1、R2、R3、R4包括具有优选方向的磁阻式电阻器，其中，所述电桥支路的彼此对角相对布置的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的优选方向彼此相差角度α。

5.根据权利要求4所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述电桥支路的彼此对角相对布置的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的优选方向彼此相差角度α，所述角度α＝60°。

6.根据权利要求1所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，每一个电阻器装置R1、R2、R3、R4包括至少两个磁阻式电阻器RX1、RX2，所述至少两个磁阻式电阻器的优选方向相对彼此偏移角度α2或其它角度，其中，由此合成的所述电桥支路的彼此对角相对布置的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的优选方向彼此相差角度α1。

7.根据权利要求6所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述角度α1＝60°，并且所述角度α2＝30°或者α2＝36°。

8.根据权利要求1所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，至少在一个电阻器装置R1、R2、R3或R4中，串联有微调电阻器(50)RXT。

9.根据权利要求8所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT被选择为使得其电阻特性在幅值方面与所述电阻器装置R1、R2、R3和R4完全相同。

10.根据权利要求8所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT是具有微调电阻器优选方向的磁阻式电阻器。

11.根据权利要求10所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT是TMR电阻器。

12.根据权利要求10所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器的优选方向能够被定向在：所述电阻器装置的一个电阻器的优选方向上、所述电阻器装置的合成的优选方向上、或在所述惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20)的总体优选方向上。

13.根据权利要求10至12之一所述的惠斯通电桥(8，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT包括位于上电极(52)与下电极(56)之间的至少两个隧道电阻器(54)的连结，其中，所述微调电阻器(50)RXT能够通过所述上电极(52)或所述下电极(56)的电极中断(60)或电极短路调整。

14.根据权利要求13所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT包括多个微调子电阻器的串联和/或并联连接，其中，并联支路的数量和/或每一个并联支路中的串联电阻器的数量是可调整的。

15.根据权利要求14所述的惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，其特征在于，所述微调电阻器(50)RXT包括多个隧道电阻器(52)的串联和/或并联连接。

16.角度传感器(30)，其特征在于，所述角度传感器(30)包括彼此偏移预定角度的至少两个根据前述权利要求之一所述磁阻式惠斯通电桥(10，12，14，16，18，20，22，24)，用于通过第一传感器电桥(40)和第二传感器电桥(42)，确定磁场的角定向。

17.根据权利要求16所述的角度传感器(30)，其特征在于，所述移预定角度为90°。

18.根据权利要求17所述的角度传感器(30)，其特征在于，所述第一传感器电桥(40)和所述第二传感器电桥(42)是正弦电桥和余弦电桥。

19.根据权利要求16所述的角度传感器(30)，其特征在于，所述第一传感器电桥(40)和所述第二传感器电桥(42)的第一电桥支路R1–R3(40–1，42–1)的电阻器RX1、RX2在空间上相邻地布置在芯片衬底(32)上，所述第一传感器电桥(40)和所述第二传感器电桥(42)的第二电桥支路R2–R4(40–2，42–2)的电阻器RX1、RX2在空间上相邻地布置在所述芯片衬底(32)上，所述第一电桥支路R1-R3(40-1，42-1)和所述第二电桥支路R2-R4(40-2，42-2)彼此对角相对布置在所述芯片衬底(32)上。

说明书

磁阻式惠斯通电桥和具有至少两个这种电桥的角度传感器

[0001] 本发明涉及一种磁阻式惠斯通电桥以及一种用于测量磁场的角定向的磁阻式角度传感器，所述磁阻式角度传感器包括根据权利要求1的教导所述的至少一个惠斯通电桥、优选地包括彼此偏置预定角度的两个或更多个惠斯通电桥。

[0002] 为此，惠斯通电桥的两个并联的电桥支路(也被称为半电桥)分别包括两个串联连接的磁阻式电阻器装置R1和R3、R2和R4。两个电桥支路中的电阻器装置R1和R4、R2和R3均采用彼此对角相对的布置，两个电桥支路中的电阻器装置R1和R2(或R3和R4)成对地彼此相对布置。每一个电阻器装置具有磁敏优选方向，该方向也被称为灵敏度方向，可以在该方向上用最大可能灵敏度测量磁场。

[0003] 本发明通过磁角度传感器改善了角度检测准确度。

技术领域

[0004] 磁阻效应是描述通过施加外部磁场引起的材料的电阻变化的所有效应。对于具有优选方向(关于待测量的磁场的矢量方向)的磁阻效应特别是指各向异性磁阻效应(AMR效应)、巨磁阻效应(GMR效应)、CMR效应和TMR效应。

[0005] 在现有技术中，磁阻式角度传感器经常被配置成惠斯通电桥，其中，在每一个电桥支路中使用相同的磁阻式电阻材料，这些材料仅在其形状或磁定向上彼此不同。通过这种布置，实现了输出信号的温度无关性，因为每一个电桥支路中的电阻随温度的变化是完全相同的，以至于随温度的变化对传感器信号没有任何影响。

[0006] 为了获得明确的角度信息，通常需要磁灵敏度方向彼此不同的两个惠斯通电桥。例如，在待检测的磁场以旋转角 旋转的情况下，将这两个电桥旋转90°，在电桥输出中获得正弦函数和余弦函数。这两个信号用于例如通过ARCTAN函数计算明确的角位置 如果这两个电桥具有不同的角偏移，可以同样使用合适的三角测量函数计算待检测的磁场的明确的角定向。

[0007] 因为在AMR(各向异性磁阻效应)的情况下周期性相当于180°，AMR电阻器的电阻与电流方向和磁化方向之间的角度有关。

[0008] 因此，用于角度测量的AMR电桥包含位于不同方向的磁阻带。为了通过AMR获得相移信号，使用两个电桥，这两个电桥例如相对于彼此旋转45°。

[0009] GMR和TMR(巨磁阻效应和隧道磁阻效应)电阻器的电阻与自由层的磁化方向和钉扎层(pinnedlayers)的磁化方向之间的角度有关。在TMR和/或GMR电阻器的情况下，磁场方向相关性的周期性相当于360°。钉扎层包括磁预磁化作为钉扎方向，该钉扎方向限定了优选方向。自由层和钉扎层是由非磁性层分隔的磁性层，在TMR的情况下该非磁性层是薄的绝缘体，例如Al2O3或MgO，在GMR的情况下该非磁性层是薄的导电层，例如Cu或Ru。自由层被配置成使得其磁化方向跟随外部磁场，而钉扎层被配置成使得其磁化方向在施加外部磁场时尽可能地保持稳定。

[0010] 具有用于检测旋转磁场的可限定优选方向的惠斯通电桥中的基于AMR、基于TMR或基于GMR的电阻器可以用于本发明的目的，因为所有这些类型的磁阻式电阻器具有磁阻式优选方向，在该磁阻式优选方向上，外部磁场的幅值变化带来电阻的最大变化，即，在该磁阻式优选方向上，最高磁阻式灵敏度占主导。在惠斯通电桥中，可以在芯片级制造传感器布局的过程中或者通过电配置和/或磁配置限定这个优选方向。

[0011] 图1示出GMR或TMR传感器的典型惠斯通电桥，其包括位于各个电桥支路中的相对的即反向平行的优选方向。这四个磁阻式电桥电阻器具有完全相同的标称电阻幅值，并且以串联连接的电桥电阻器装置R1和R3和与其平行的电桥电阻器装置R2和R4形成两个电桥支路，这两个电桥支路位于电源电势差Vb之间。通常，电桥电阻器装置对应于单独的电桥电阻器；然而，电桥电阻器装置还可以包括两个或更多个单独的串联或并联电桥电阻器。可以在电桥支路R1/R3或R2/R4之间的中心抽头处分接输出电压Vout。所示箭头可以例如表示GMR电阻器或TMR电阻器的钉扎方向并且因此标识其磁阻式优选方向。电桥电阻器装置的所有电桥电阻器具有完全相同的磁性优选方向。在TMR或GMR电阻器的情况下，当自由层和钉扎层在相同的方向被磁化时电阻具有最小值以及在反向平行磁化的情况下电阻具有最大值。电桥支路的电桥电阻器装置具有反向平行优选方向并且两个电桥支路的对角位置的电桥电阻器装置具有完全相同的优选方向，即，R1和R4具有相同的优选方向，相对而言，R2和R3的优选方向偏移了180°。定向在电桥电阻器装置R2、R3的优选方向上的外部磁场使得电阻器R2和R3中的电阻最小化以及电阻器R1和R4中的电阻最大化，因此产生最大或最小输出信号Vout。

[0012] 角度测量准确度越高，用于检测磁场角度的惠斯通电桥的输出信号越正弦，即，电桥抽头的测量电压的变化表现地越正弦，与待检测的外部磁场的假设旋转的情况下的角度旋转类似。期望的是电桥电阻器R1至R4的完全相同的标称电阻幅值和特性，利用与测量电桥的电阻特性有关的比例因子A，产生输出电压 其中，被指定为外部磁场相对磁阻电桥电阻器R2、R3的由箭头所示的优选方向的角度或者相对于电阻器R1、R4偏移180°的角度。然而，在实践中很少发现纯正弦或余弦函数，因为谐波扭曲正弦，因此ARCTAN计算可能存在误差，因为其需要纯正弦。

[0013] 测量电压曲线中的谐波可能由不同的效应引起，例如，因为旋转磁场是不均匀的，例如，由于感应、由于所使用的电阻材料的磁各向异性、由于传感器和磁铁的组装期间的容差或极靴或磁导元件的不准或不正确的定向。

[0014] 在GMR和TMR传感器的情况下，在实践中仅几纳米厚的参考层或钉扎层的磁化的不完全稳定的位置对谐波做出显著贡献。在实践中，所述层可能相对于外部磁场稍微旋转。旋转角度越大，外部磁场越强。这导致输出信号中存在谐波。尤其是，在惠斯通电桥的输出信号中发现第二、第三、第四以及还有第五谐波，这导致测量不准确。

[0015] 因此，需要通过磁阻式电阻器布置改善角度测量中的谐波。

背景技术

[0016] US 6633462B2描述了一种抑制谐波的理念，其中，电桥电阻器布置成由三个子电阻器形成，中心子电阻器具有最高电阻，其优选方向位于待测量的分量的方向上，其余两个子电阻器具有较低电阻，其各自的优选方向偏离待测量的分量的优选方向完全相同的正角度或负角度，偏离角度介于5度至85度。以此方式，可以降低任意材料各向异性并且改善测量信号的正弦曲线。每一个电桥电阻器装置具有与中心子电阻器的优选方向相对应的优选方向，对角布置的电桥电阻器具有完全相同的优选方向。

[0017] 在从EP 2455720 A1已知的另一个现有技术文献中，如图2所示，电桥电阻器装置RX的两个子电阻器RX1和RX2(即，电桥电阻器装置R1的R11和R12)串联连接，其钉扎方向以及因此的优选方向之间具有角度α的偏移。以此方式，180°/α谐波被滤波。例如，可以在偏移角度α＝60°处对第三谐波进行滤波。可以通过多个钉扎方向的连结对多个谐波进行滤波。测量电桥的总体优选方向因此被修改为朝向由图2中的向量图所表示的角度α/2。如图2的向量图所示，在每一个由具有不同磁场灵敏优选方向的两个子电阻器RX1–RX2的串联电路组成的总体测量电桥的每一个电桥电阻器装置R11–R12、R21–R22、R31–R32和R41–R42中，得到电桥支路的优选方向Rres，该优选方向对应于两个电阻器RX1–RX2的偏离角度α的二等分α/2的方向。因为所有电桥电阻器在上或下半电桥支路中在正方向或负方向上具有相同的优选方向，总体电桥的总体灵敏度方向指向方向Rres。对角电桥电阻器具有与子电阻器和总体电阻器的优选方向完全相同的方向。

[0018] 可行的是再次对这些子电阻器中的每一个子电阻器进行细分并且进一步分离成两个元件，其钉扎方向相差角度β。通常，围绕优选角方向在正角量和负角量上对称地进行进一步的分离，使得优选角方向不会进一步变化。以此方式，180°/β谐波也可以被滤波。可以继续分离，因此在理论上任意数量的谐波可以被滤波，其中，在每一种情况下其它子电阻器的数量增加了2倍，因此需要大量的子电阻器和精确的定向和完全相同的电阻值。

[0019] 如前所述，在每一个电桥支路内进行谐波滤波。因为每一个单独的电桥支路对相同数量的谐波进行滤波，这些谐波的电桥电压也被滤波。一个电桥中的所需钉扎方向的数量针对每一次滤波加倍。因此，在没有滤波的原始配置中具有2个钉扎方向(见图1)。在对一个谐波进行滤波的情况下，于是存在4个钉扎方向(见图2)。每一个电桥支路需要至少四个传感器元件，即，子电阻器。如果两个谐波被滤波，则获得总共8个钉扎方向。每一个电桥支路于是包含至少八个传感器元件。在这种情况下，完整的电桥需要至少16个传感器元件。在此方面由两个电桥组成的传感器需要至少32个传感器元件。

[0020] 进一步需要较高准确度的磁阻式角度传感器源自以下事实：测量电桥的总体电阻一方面应当采取给定值以便被最优地评估并且能够影响期望区域内的测量电流，以及源自以下事实：无磁场状态下的每一个单独的电桥电阻器装置的以及构成这个装置的子电阻器的电阻值应当采取标称上完全相同的电阻值。对于制造而言，这只能在大多数情况下非常困难地实现或者根据无法实现，使得无法实现测量信号的期望三角测量曲线和最优评估。因此期望的是能够在制造过程期间或后续影响每一个电阻器装置以及测量电桥的总体电阻，尤其是为了对抗制造容差。对角电桥电阻器具有完全相同的配置并且需要多个不同的钉扎方向以便有效地减少谐波。

[0021] 现有技术的缺点在于仅能在较高制造复杂度的情况下通过磁阻式电阻器装置实现谐波滤波。而且，因为电阻值在制造期间可能会广泛分散，所以，尤其是基于TMR或GMR的电阻器装置的电阻特性的同质性很难实现。

[0022] 本发明的目标是提出一种用于磁阻式角度传感器的电阻器装置，该电阻器装置实现了改善的谐波滤波以及高度精确的角分辨率同时减少了制造工作和电路复杂性。

[0023] 这个目标是通过根据独立权利要求的角度传感器实现的。本发明的有利实施例构成从属权利要求的主题。

发明内容

[0024] 本发明提出了一种磁阻式惠斯通电桥，该磁阻式惠斯通电桥包括并联连接在电源电势Vb之间的两个电桥支路，其中，两个串联连接的电阻器装置R1和R3或R2和R4被布置在每一个电桥支路中并且具有居间合成的差值电压Vout。这两个电桥支路的电阻器装置R1和R4或R2和R3对角地彼此相对，至少两个磁阻式电阻器装置R1、R2、R3、R4具有磁敏优选方向。电桥支路的对角相对的电阻器R1和R4或R2和R3的优选方向彼此相差除了0°或180°之外的角度。

[0025] 本发明因此描述了一种减少谐波并且实现最优电阻值的方法。相比于现有技术，单独的电阻器装置中的谐波未得到抑制，而是通过贯穿测量电桥的所有电桥电阻器装置的不同磁性优选方向的功能交互来抑制谐波。以此方式，改善了信号并且改善了传感器的分辨率，其中，可以使用更少数量的子电阻器。在角度传感器的情况下，由此增加了角准确度。可以通过指定测量电桥的对角相对的电阻器装置的优选方向Rres1和Rres2来进行磁阻式电阻电桥的谐波滤波，其中，总体灵敏度方向Rres源自对角电阻器装置R2和R3或R1和R4的优选子方向Rres1和Rres的向量相加。通过谐波滤波确定两个电桥支路中的每一个电阻器装置的磁阻式子电阻器的数量和定向，得到总体优选方向。电桥电阻器装置都不具有与测量电桥的总体优选方向相对应的优选方向，两个半电桥的电阻器装置具有不同的单独优选方向和优选方向。

[0026] 相比于现有技术，现有技术中记载了倾斜相对的电桥电阻器R1–R4和R2–R3的优选方向一致，而本申请中，一个半电桥的电桥电阻器的优选方向无法确定对应的另一个半电桥的电桥电阻器的优选方向的完全相同定向的方向。

[0027] 在一个有利的其它实施例中，每一个电桥支路的串联连接的电阻器装置R1和R3或R2和R4的磁性优选方向可以被反向平行地定向。每一个电桥支路的两个串联连接的电阻器装置R1–R3、R2–R4的磁性优选方向被反向平行地定向，即，旋转180°。以此方式，实现了最大传感器灵敏度，每一个电桥支路的电阻器还可以被布置成在芯片衬底上靠近在一起并且具有反向平行优选方向。

[0028] 在一个有利的其它实施例中，电桥支路中成对地彼此相对的电阻器装置R1和R2或R3和R4的优选方向可以被反向平行地定向。位于两个电桥支路中的电阻器装置R1、R2和R3、R4的对应相邻对的优选方向可以被反向平行地定向。在这种情况下，串联电阻器装置R1–R3和R2–R4的优选方向彼此相对地成角度，使得对应的对角电阻器装置R1–R4和R2–R3也具有相互成角度的优选方向。

[0029] 如果根据上述实施例之一设计测量电桥，可以通过对角电阻器装置的向量优选方向的叠加确定总体优选方向。每一个电桥支路的一个对应的电阻器装置的优选方向可以在每一种情况下位于0°主轴线上，如图1中在测量电桥100中所限定的，每一个电桥支路的对应的另一个串联连接的电阻器装置的优选方向可以成角度，优选地30°、36°、45°或60°角。60°角用于对第三谐波进行滤波，45°值用于对第四谐波进行滤波，36°值用于对第五谐波进行滤波，30°用于对第六谐波进行滤波。这导致测量电桥的相对于原始0°主轴线成角度的结果优选方向。这个主轴线可以被视为芯片衬底上的电阻器装置的对称的主轴线。根据本发明，灵敏度方向不同于这个主轴线。出于制造原因，可能期望根据芯片衬底上的几何规范调整优选方向，例如平行于一个衬底边缘或沿着芯片衬底上的结构元件，例如沿着可以由通电线圈或导体提供的补偿磁场的磁场方向。为了对优选方向进行这种调整，可以相应地选择总体测量电桥在芯片衬底上的空间布置。然而，为了实现期望的优选方向，全部电阻器装置的优选方向可以在相同的方向上旋转，而不管测量电桥的电阻器装置在芯片衬底上的空间位置。因此可能有利的是在相对于上述0°主轴线的正角度方向和负角度方向上提供所有电阻器装置的优选方向的对称角度调整。从与现有技术中已知的测量电桥的0°不同的总体优选方向的角度开始，分别对角相对的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的两个角度的优选方向，对于R2可以相对于0°旋转正优选方向角度，对于R3可以相对于0°旋转相应的负优选方向角度，对于R1，可以旋转上述负优选方向角度对于R4，可以相对于180°旋转上述正优选方向角度。可替代地，分别对角相对的电阻器装置R1和R4或R2和R3的两个角度的优选方向，对于R3可以相对于0°主轴线旋转上述正优选方向角度，对于R2可以相对于0°旋转负优选方向角度，对于R1可以旋转上述负优选方向角度以及对于R4可以相对于180°旋转上述正优选方向角度。如果例如电阻器装置R1的优选方向被定向在-180°方向上，R3被定向在0°方向上，R2的优选方向等于α以及R4的优选方向等于180°+α，如图3a所示，得到总体优选方向Rres为在α/2方向沿着轴线的角度。如果R1的优选方向在180°-α/2方向上被旋转、R2的优选方向在α/2方向上被旋转、R3的优选方向在-α/2方向上被旋转以及R4的优选方向在180°+α/2方向上被旋转，得到的总体优选方向还是沿着0°轴线的方向。因此，在电阻器装置在芯片衬底上的空间位置的情况下，可以实现谐波滤波和和优选方向的方向可自由选择的调整。尤其是，可以选择α＝60°。在这种情况下，不管电阻器装置在芯片衬底上的空间布置如何，可以设置测量电桥的优选方向，该优选方向因此在沿着对角电阻器装置的镜像对称优选方向分布的中轴线出现。

[0030] 在一个有利的其它实施例中，每一个电阻器装置R1、R2、R3和R4的电阻特性可以至少在无磁场状态下在幅值方面完全相同。有利的是子电阻器R1X、R2X、R3X和R4X的电阻值相等或完全相同并且电桥电阻器的电阻值相等，使得可以实现总体优选方向的精确设置以及测量电桥的相应地精确校准。

[0031] 在一个有利的其它实施例中，磁阻式电阻器装置可以是被布置在芯片衬底上的AMR、GMR或TMR电阻器装置。可以廉价地通过较高的准确度实现用于制造这种芯片衬底的加工方法，其中，从其得到的测量电桥装置具有可精确限定的优选方向。

[0032] 仅有包括磁阻式电阻器两个对角相对的电阻器装置以及其它两个电阻器装置为欧姆电阻器就足够了。在一个有利的其它实施例中，每一个电阻器装置R1、R2、R3、R4可以包括具有优选方向的磁阻式电阻器，其中，电桥支路的对角相对电阻器装置R1和R4或R2和R3的优选方向彼此相差角度α，尤其在TMR或GMR电阻器的情况相差角度α＝60°或者在AMR电阻器的情况下相差角度α＝30°或α＝36°。因此，实现了测量电桥的优化并且可以使用相同制造方法和不同的优选方向制造所有电阻器装置。

[0033] 在一个有利的其它实施中，每一个电阻器装置R1、R2、R3、R4可以包括具有优选方向的彼此偏移角度α2或其它角度的至少两个磁阻式电阻器RX1、RX2，其中，电桥支路的对角相对的电阻器装置R1和R4或R2和R3中的两个或更多个磁阻式电阻器的结果优选方向彼此相差角度α1，其中，优选地α1＝60°以及α2＝30°或者α2＝36°。以此方式，可以通过在测量电桥的电阻器装置RX中提供具有优选方向的可以根据待滤波的谐波指示的两个或更多个子电阻器实现对多个谐波分量的滤波，角度36°值尤其用于对第五谐波进行滤波。

[0034] 在一个有利的其它实施中，至少在电阻器装置R1、R2、R3或R4中，微调电阻器RXT可以串联连接，该微调电阻器被优选地选择为产生在电阻器装置R1、R2、R3和R4的幅值方面完全相同的电阻特性。以此方式，可以实现电阻器的完全相同的标称值并且因此对测量电桥进行开始微调并且对总体优选方向进行限定设置。微调电阻器装置中的“打开”微调电阻器一方面使得能够对每一个电阻器装置的电阻值进行微调，使得每一个电阻器装置的标称电阻值是完全相同的。另一方面，在为其建立测量电桥的芯片衬底上批量制造多个晶片期间引入微调电阻器使得能够适配不同晶片的测量电桥的电阻特性，使得每一个电阻电桥内以及一系列电阻电桥上的制造质量均匀。尤其是在TMR或GMR技术的情况下，电阻值可能由于极小的工艺变化而分散，使得可以使用微调电阻器校正制造相关的差值。

[0035] 在一个有利的其它实施例中，微调电阻器可以是具有微调电阻器优选方向的磁阻式电阻器；微调电阻器尤其是可以TMR电阻器。当制造TMR芯片衬底时，加工可以导致电阻特性的广泛分散，其中，微调电阻器能够实现电阻器的完全相同的标称特性以及因此测量电桥的微调。

[0036] 在一个有利的其它实施中，微调电阻器优选方向可以被定向在电阻器装置的一个电阻器的优选方向的方向上、被定向在电桥支路中的电阻器装置的结果优选方向的方向上或被定向在惠斯通电桥的总体优选方向的方向上。可以为每一个电桥电阻器装置RX提供一个微调电阻器RXT，所述微调电阻器RXT的优选方向位于电桥支路的电桥电阻器RX或半电桥RresX或微调电阻器RT的优选方向上，该微调电阻器的优选方向位于总体优选方向Rres上。因此可以调整测量电桥的总体电阻并且可以补偿测量电桥电阻器(即，四个电阻器装置)的制造相关的容差。

[0037] 在一个有利的其它实施中，微调电阻器可以包括位于上电极与下电

[0038] 极之间的至少两个隧道电阻器的连结(Aneinanderreihung)，其中，可以[0039] 通过上电极或下电极的电极中断调整微调电阻器。上电极还可以彼此短[0040] 路，从而修改电阻值。因此可以形成微调电阻器的串联或并联连接，以[0041] 便电阻值以及可选地适配电阻电桥装置的优选方向。以此方式，可以使[0042] 用在制造方法中的任何情况下使用的方法来提供大量微调电阻器，以便[0043] 实现对电阻的非常精细的调整。

[0044] 在一个有利的其它实施例中，微调电阻器可以包括多个微调子电阻器尤其是多个隧道电阻器的串联和/或并联连接，其中，可以调整并联分支的数量和/或每一个并联分支的串联电阻器的数量。微调电阻器可以被构造为多个完全相同定向的子电阻器的串联和/或并联连接，其中，这些电阻器可以短路或被分离为并联分支，以便减小电阻值。因此可以为测量电桥的精确微调实现非常精细的调整。

[0045] 在一个相关方面，提出了角度传感器，所述角度传感器包括上述磁阻式惠斯通电桥中的偏移预定角度尤其是90°的至少两个电桥，用于通过第一传感器电桥和第二传感器电桥尤其是正弦电桥和余弦电桥确定磁场的角定向。还可以包括三个或更多个测量电桥，这些电桥可以尤其在所有三个空间方向上彼此成角度，以便制造3D磁场传感器。角度确定测量电桥的输出信号之间的数学关系，以便确定外部磁场的方向。在90°角度调整的情况下，这两个输出值Vout的简单ARCTAN函数可以用于确定测量角度。

[0046] 在角度传感器的一个有利的其它实施例中，第一电桥支路R1–R3的电阻器装置R1、R3的子电阻器R1X和R3X可以在空间上相邻地布置在芯片衬底上，第二电桥支路R2–R4的电阻器装置R2、R4的子电阻器R2X、R4X可以在空间上相邻地布置在芯片衬底上。每一个传感器电桥的第一电桥支路R1–R3和第二电桥支路R2–R4可以相对于彼此对角地布置在芯片衬底上。因此，两个电桥支路的电阻器组相对于彼此对角并且与有利地旋转90°的测量电桥的电桥支路相邻。因此，正弦电桥和余弦电桥的电阻器装置可以相对于彼此在4象限网格中紧凑地并且倾斜地布置。这产生了角度传感器的节省空间的、低偏移的设计。由于测量电桥的电阻器装置的紧密的空间接近度，可以相互地补偿制造相关的分散并且实现较高的传感器准确度。

附图说明

[0047] 通过附图的当前描述揭示了其它优点。附图示出本发明的示例性实施例。附图、说明书和权利要求书包含组合的各个特征。

[0048] 本领域技术人员将还方便地单独考虑特征并且将其组合成有意义的其它组合。

[0049] 在附图中：

[0050] 图1示出现有技术角度传感器的惠斯通电桥；

[0051] 图2示出现有技术角度传感器的惠斯通电桥；

[0052] 图3示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第一实施例；

[0053] 图4示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第二实施例；

[0054] 图5示出当使用各种测量电桥配置的角度传感器的误差图；

[0055] 图6示出根据本发明的角度传感器的实施例的芯片布局；

[0056] 图7示出根据本发明的用于角度传感器的微调电阻器的截面图；

[0057] 图8示出根据本发明的用于角度传感器的微调电阻器的平面图；

[0058] 图9示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第三和第四实施例；

[0059] 图10示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第五和第六实施例；

[0060] 图11示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第七实施例；

[0061] 图12示出根据本发明的用于角度传感器的惠斯通电桥的第八实施例。

[0062] 在附图中用相同的参考标号表示完全相同的元件。附图仅示出示例并且不应当被理解为是限制性的。

[0063] 以下参考附图描述根据本发明的概念，所述概念管理比从现有技术已知的设计更少的传感器元件同时显示出相媲美的并且实际上优越的滤波特性。显著方面是未在每一个单独的电桥支路中或单独的电桥电阻器装置中完全地提供滤波，而是分布在四个电阻器装置上。

[0064] 以下，磁阻式电阻器元件被认为是可固定的电阻器，就像GMR或TMR电阻器，磁阻式电阻器元件在钉扎方向具有磁性优选方向。在AMR电阻器类型中，不存在钉扎方向。与钉扎方向对应的类似物的是预先确定电流方向的条带方向。因此，可以在细节上做必要的修改进行其它解释。在AMR的情况下，通常应当假设角度幅值的一半。

[0065] 图1和图2示出从现有技术已知的并且已经在介绍部分讨论的磁阻式测量电桥100、102。对角布置的电桥电阻器具有完全相同的磁性优选方向，这些磁性优选方向由箭头符号化并且在其方向上在外部磁场的变化时实现电阻的最高灵敏度和更大电阻变化。电桥支路的电桥电阻器的优选方向各自相对于彼此旋转180°。因此，可以仅通过主要的制造工作和大量的部件以及较大的芯片大小实现谐波滤波和(线性)角度检测准确度。

[0066] 图3和图4各自示出用于本发明的角度传感器的磁阻式惠斯通电桥的两个示例性实施例。图3a和图3b分别示出简单的电阻电桥10.1和10.2，每一个电桥电阻器装置中具有单独的电桥电阻器。连接到相同的插座端子连接Vout的电桥支路的磁阻式电阻器装置或半电桥各自具有反向平行的钉扎方向/优选方向。在图3a中，R1和R3在一个电桥支路中连接到端子连接Vout并且具有反向平行钉扎方向。R2和R4同样在一个电桥支路中连接到另一个端子连接Vout并且同样具有反向平行钉扎方向。对角电桥电阻器R1和R4或R3和R2具有相对于彼此旋转角度α的优选方向。这个装置对电桥信号进行滤波。在这种情况下，180°/α谐波被抑制。在每一个电桥支路中，对应的电阻器装置具有180°的角偏移，其中，每一个电桥支路的彼此相对的电阻器装置具有180°-α的角偏移。优点是显而易见的。为了实现类似的滤波效应，这个谐波滤波需要仅一半数量的传感器元件。

[0067] 在图3a中，一个半电桥的串联连接的电阻器装置R1和R3以及相应的第二半电桥的串联连接的电阻器装置R2和R4各自具有反向平行优选方向。电阻器装置R1和R2和R3和R4的优选方向各自相对于彼此旋转角度α。

[0068] 相比之下，图3b示出测量电桥10.2，其中，在一个半电桥的电阻器装置R1和R3的串联电路以及相应的第二半电桥的电阻器装置R2和R4的串联电路中，电阻器装置的优选方向各自相对于彼此旋转角度α。成对地彼此相对的电阻器装置R1和R2和R3和R4的优选方向各自相对于彼此被反向平行地定向。对于电路而言，可以通过交换电源电压和输出电压触点Vb和Vout来将图3a示出的测量电桥10.1转换为图3b示出的测量电桥10.2。

[0069] 图3a和图3b通过向量图示出可以如何分别确定总体电桥10.1或10.2的优选方向或灵敏度方向Rres。对角相对的电阻器装置R3和R2的优选方向的向量叠加产生结果向量Rres，该结果向量与灵敏轴线平行，即，在电阻电桥的优选方向上。电阻电桥具有沿着这个电桥的最高灵敏度，其中，谐波被抑制。

[0070] 半电桥的每一个电阻器装置R1、R3和R2、R4具有优选方向，即，灵敏度轴线，其中，半电桥的总体优选方向Rres如在现有技术中那样不对应于每一个单独的电阻器装置的优选方向，而是出现在彼此相差α的对角电阻器装置的优选方向的定向的方向α/2。如果半电桥如图3a所示互连使得半电桥中的优选方向各自完全相同地定向但是具有反向平行优选方向，通过对角电阻器装置R3和R2的优选方向的向量叠加实现总体电桥的总体优选方向Rres。如图3b所示，具有反向平行优选方向的两个电桥支路的成对相邻布置的电阻器装置R1、R2或R3、R4也实现相同的滤波，并且一个电桥支路中的优选方向相差角度α。因此使得在图3a和图3b的情况下通过对角相对的电阻器装置R3和R2的优选方向的向量叠加实现总体电桥10.1和10.2的灵敏度方向Rres。相比于现有技术，谐波滤波通过两个半电桥的电阻器的相互作用发生而不是像现有技术中已知的那样仅在一个电桥电阻器中发生。

[0071] 图3a和图3b中的根据本发明的装置对第n谐波进行滤波，其中，n＝180/α。

[0072] 图4a和图4b分别示出测量电桥12.1或12.2的示例性实施例，可以通过该测量电桥对其它谐波进行滤波。可以通过将每一个电阻器装置R1至R4细分为两个子电阻器R11、R12、...、R41、R42实现这一点，其中，两个子电阻器RX1和RX2的钉扎方向相对于彼此成角度α2。对角电阻器装置的优选方向相对于彼此旋转角度α1。这个装置导致对谐波180°/α1和谐波180°/α2进行滤波。在图4a中，在测量电桥12.1中，每一个半电桥R1–R3或R2–R4的对应的上电桥电阻器和下电桥电阻器的优选方向被定向为反向平行180°并且对角电阻器装置的优选方向旋转角度α1。在图4b中，在测量电桥12.2中，每一个电桥支路的电阻器装置的优选方向相对于彼此旋转α1，其中，两个电桥支路的成对地彼此相对的电阻器装置被反向平行地定向。可以通过交换来自图4a的测量电桥11.1的Vb和Vout产生图4b的测量电桥12.2的电路配置。本装置的优点还是显而易见的。可以对两个谐波进行滤波，如现有技术已知的图2的设计所提供的，但是相比之下，仅需要8个传感器元件而不是16个，其中，在现有技术中，每一个电桥电阻器内都必须存在所有优选方向和滤波特性。该装置可以更小和更简单，从而降低成本。每一个电阻器装置仅包括可能优选方向中的一些优选方向。

[0073] 图4a、图4b的向量图是如何分别获得总体电桥12.1或12.2的灵敏轴线(总体优选方向)Rres的图形表示。由于每一个半电桥中的两个电桥电阻器具有完全相同的构造并且在幅值方面显示相同的特性，但是优选方向的角度在每一种情况旋转180°并且两个半电桥具有不同的优选方向，通过根据两个半电桥对总体电桥的相互作用对两个半电桥Rres1和Rres2的优选方向进行叠加获得总体优选方向Rres。

[0074] 通过向量代数学非常简单地获得结果优选方向角度α1/2+α2/2，正如单独的磁阻式电阻器的优选方向的所附向量图所示出的那样，可以通过以下等式在数学上进行表示：

[0075]

[0076] 图5示出用于不同通量密度的两个测量电桥组成的TMR角度传感器的模拟角误差，假设激励器信号受谐波影响。 是角误差，即，由角度传感器确定的与实际角度 的误差偏离。在这种情况下，通过假设余弦和正弦的相位都是精确地90°来计算角误差 两个电桥的振幅是精确地完全相同的并且两个电桥信号的偏移在零处完全相同。在α＝0°的情况下，示出了在现有技术中使用的根据图1的测量电桥的误差。α＝60°对应于图3的测量电桥装置，α1＝60°和α2＝30°对应于图4的测量电桥装置。结果误差是由测量装置和参考层的磁化方向的移动中的谐波所导致的。显而易见的是根据本发明的滤波概念表现极其良好。

[0077] 图6a和图6b分别示出角度传感器30.1或30.2的芯片布局，这些角度传感器各自具有完全相同的构造但是可以如参照图3a、图3b和图4a、图4b解释的那样通过交换电源抽头Vb和测量抽头Vout来被转换为彼此。角度传感器30.1、30.2由相对于彼此旋转90°的两个电阻电桥40、42组成，这两个电阻电桥是根据图4a和图4b示出的测量电桥12.1、12.2构造的。角度被选择为α1＝60°和α2＝β＝30°。两个惠斯通电桥40、42用于确定磁场的正弦分量和余弦分量并且被布置在芯片衬底32上。在这种情况下，每一个电阻电桥40、42的电桥支路的对应的反向平行电阻器装置R1、R3 40–1和R2、R4 40–2和R1、R3 42–1和R2、R4 42–2在空间上彼此相邻地布置并且每一个电桥40、42的两个分支相对于芯片布局的中心点被对角地布置在衬底32上。两个电桥40、42的电桥支路因此在空间上彼此相邻地布置在芯片衬底32上。芯片衬底32的左侧设置有正弦电桥40的衬垫连接34，两个衬垫用于电压电源UBSIN和GNDSIN，两个衬垫用于差分电桥抽头SIN+和SIN-。类似地，在右侧，设置有用于电压电源UBCOS和GNDCOS的衬垫以及用于余弦电桥42的中心抽头COS+和COS-的衬垫。因此，Vb1SIN和Vb2SIN表示电源电压连接Vb，Vout1SIN、Vout2SIN表示输出端子Vout的两个触点，同样的原理在细节上做必要的修改适用于余弦电桥42。TMR元件位于角度传感器芯片30的中间位置。上电桥电阻器40–1和下电桥电阻器40–2的TMR元件分别在虚线矩形中分组并且属于正弦电桥40，点状矩形中的下电桥电阻器42–1和上电桥电阻器42–2属于余弦电桥42。因此在正方形中组装这些元件。对于正弦电桥40，在每一个正方向中参照在左上方表示的2D坐标系指明现有的固定角度，根据图4的电桥12连接相关的电阻器。可以通过交换角度传感器30.1的Vb和Vout的连接实现角度传感器30.2，其中，单独测量电桥的电路配置根据图4b相对于图4a的叙述变化。

[0078] 用于角度传感器的磁阻式电桥配置的示例性实施例的基本点在于两个电桥电阻器的相同的但是反向平行优选方向存在于一个半电桥中，但是两个半电桥具有不同定向的参考方向，其中，这些一起产生测量电桥的总体优选方向。以此方式，可以有效地通过减少电桥电阻器的数量抑制谐波并且可以实现基本上完美的正弦/余弦形状的输出电压曲线，因为不是谐波的每一个优选方向必须在每一个电阻器装置或每一个半电桥中建模。

[0079] 上述方案基于以下事实：可以进而由串联连接的多个子电阻器组成的每一个电桥电阻器的电阻值理想地具有完全相同的幅值。对于制造而言，因为电桥的电阻器的电阻值分散，实现这一点有难度。同样，对于制造而言，与所有电阻器一样，会首先出现例如晶片的电阻变化，这导致测量电桥的总体电阻的改变，这对于集成到评估电子设备中而言是不利的。因此通过微调电阻器可以实现测量电桥中的完全相同的电阻器装置和多个晶片上的完全相同的测量电桥特性。

[0080] 因此，可以通过图4a、图4b和图6a、图6b中描绘的示例性实施例实现角分辨率的有效谐波滤波和高准确度。然而，先决条件是涉及指定磁化的优选方向上的与电阻值的幅值相关的特性完全相同。以此方式，仅仅电桥电路可以用于高效谐波滤波。除了具有不同钉扎方向的装置之外，因此令人期望的是并且有利的是提供微调电阻器RT 50，这使得能够最小化晶片上的不完全相同的电阻分布或者使得电阻均匀并且实现完全相同的标称值或者对晶片上的平均电阻值进行微调。微调电阻器50可以与子电阻器或电阻器装置串联或并联连接，以便适配总体电阻值以及可选地其它优选方向。

[0081] 尤其是，在TMR传感器的情况下，高度分散的电阻分布在芯片衬底上有规律地出现，因为屏障厚度的最轻微的变化展现屏障电阻的主要变化。有利的是仅通过微调电阻器50建立传感器，该传感器首先参照电阻值(例如，平均值±20％)被严格地指定，其次具有良好角准确度。

[0082] 如果可能的话，微调电阻器50应当具有与芯片上的实际磁阻式元件相同的特性。换言之，微调电阻器50还应当是可以按照要求连接或抑制的AMR、GMR或TMR元件。

[0083] 图7和图8示出配置微调电阻器50的一种可能方式。在图7中，存在10个隧道元件形式的10个完全相同的隧道电阻器54。在这种情况下，通过上电极52馈送电流并且该电流流过隧道元件54进入下电极56，然后流过第二隧道元件54再次返回上电极52。下电极56和上电极52由绝缘层分离。

[0084] 图7a示出四个左侧隧道元件54不对总体电阻RT做出贡献，因为上电极52将四个隧道元件54短路。应当说明的是，在此方面，上电极52的电阻因为100通常低于隧道元件54的电阻。

[0085] 如果需要说明隧道元件的平均电阻值在某种程度上太低，例如使用监测工具(CIPT或平面隧道电流方法-电流场分布测量)，可以通过按照使得这两个隧道元件54变得活跃的方式修改上电极52来连接外部隧道元件54。此外如果需要说明微调电阻器RT的电阻在某种程度上太高，例如通过监测CIPT方法，可以将其它隧道元件54短路。

[0086] 可以通过不同的光刻掩膜获得上电极52的不同形状。可以选择对上电极层54的不同形状进行建模的不同掩膜。标识哪一个电阻值存在于当前晶片上的预测量是有利的。根据这个预测量，可以选择合适的补偿掩膜，使得测量电桥10、12、14、16、18和20最终到达指定的电阻值。

[0087] 从隧道电阻器54的并联连接获得微调电阻器50的更精确的布置，如图8所示。在芯片衬底上提供在每一种情况下两行四个隧道电阻器54，这些隧道电阻器可以通过电极中断60或电极短路被调整到可非常精确地可调整的微调电阻值R。从上到下获得以下微调电阻器50：

[0088] 图8a描绘在每一种情况下四个串联连接的隧道电阻器54的并联连接。微调电阻器的电阻值RT是RT＝2r，其中r对应于隧道电阻器54的电阻值。

[0089] 图8b描绘四个隧道电阻器54的串联连接，因为下分支由电极中断60断开连接。微调电阻值是RT＝4r.。

[0090] 图8c描绘具有幅值RT＝4/3r的微调电阻器50，因为上分支中的两个隧道电阻器54和下分支中的四个隧道电阻器54串联连接。

[0091] 图8d示出具有幅值RT＝r的微调电阻器50；在每一种情况下，在上分支和下分支中，两个隧道电阻器54串联连接。

[0092] 如果在每一个半电桥或每一个电桥电阻器中为了谐波滤波的目的而成对地使用电阻器，如现有技术所提出的以及如三角测量公式琐细地规定的，微调方法具有上电极的变化也必须成对地出现的主要缺点。必须完全相同地修改两个电阻器R11和R12，否则谐波滤波被失真地而不是正确地配置。这意味着必须添加或短路至少四个隧道元件54。如果电桥支路由具有四个不同的钉扎方向的四个不同的电阻器(R11、R12、R13、R14)，如图4、图6或图9所示，至少8个隧道元件54必须为此目的连接或短路。如果例如在串联/电桥象限中存在16个或32个或64个元件54，通过微调电阻器50分别实现±50％、±25％或±12.5％的准确度。这些准确地全部都不令人满意。需要更好的微调技术。

[0093] 允许可微调电阻器和良好滤波的技术有利地对于每一个电桥电阻器装置R1、R2、R3和R4由两个(RX，RXT)、三个(RX1，RX2，RXT)或五个(RX1，RX2，RX3，RX4，RXT)或更多个子电阻器组成。

[0094] 图3示出测量电桥10，其中，在每一个电桥电阻器装置中提供单独的磁阻式(子)电阻器R1、R2、R3、R4，具有箭头示出的优选方向。每一个电桥支路点的串联连接的电阻器装置的优选方向指向反向平行方向，其中，两个半电桥具有彼此成角度的优选方向。

[0095] 图9a和图9b同样示出两个替代的微调的示例性实施例14和16，其中，在每一个电桥支路中，针对每一个电桥电阻器装置RX(X表示电桥电阻器装置1、2、3或4的位置)另外在每一个电桥支路中提供一个微调电阻器RXT，该微调电阻器使得优选方向针对每一个分支或总体装置保持不变，可以调整电桥电阻器装置的单独电阻，半电桥的总体电桥以及总体电阻：

[0096] 同样在对应的相关向量图中示出的是，每一个微调电阻器RXT可以在电桥14中固定在相同的优选方向，如图9a所示，就像基础电桥电阻器R1、R2、R3、R4的优选方向，使得不对电桥电阻器的优选方向本身进行修改。为此，提供微调电阻器R1T(0°)、R2T(α)、R3T(0°)和R4T(180°-α)，这些电阻器被定向在与电桥电阻器的另一个优选方向相同的方向。

[0097] 可替代地，如图9b中的电桥16中所示，每一个微调电阻器还可以被定向在总体电桥的期望优选方向的方向上，使得可以使用具有旋转180°的优选方向的完全相同定向的微调电阻器RT+(α/2)或微调电阻器RT-(180°-α/2)。

[0098] 对于制造而言以及为了简化调整的目的，上电路变体是优选的，即，微调电阻器优选地具有与单独电桥电阻器的总体优选方向相对应的优选方向(在以下向量图的左侧描绘)：

[0099] 如果如图4所示将对多个谐波进行滤波，获得在图10a和图10b中描绘的电路变体的示例性实施例。

[0100] 在此，如图4那样布置每一个电桥电阻器X＝1，2，3，4的电阻器RX1和RX2，。因此角度α2，180°/α2谐波被滤波。这两个电阻器各自例如包括串联的8个、16个或32个隧道元件。

[0101] 在图10a示出的电桥18的配置中，连接在RX1与RX2之间的微调电阻器RXT被精确地定向在RX1与RX2之间的二等分中。这对于制造而言是特别有利的，因为串联连接的后续电阻器需要与先前或后续优选方向的优选方向不是特别不同的优选方向的变化。

[0102] 可替代地，如根据图10b的电桥20的配置所示，所有微调电阻器RT+/-还可以被布置在总体优选方向Rres(α1/2+α2/2)或者旋转180°。在图10a和图10b中，示例性实施例的对应的上电路配置的相应的向量图示出优选方向Rres的配置。

[0103] 如以上已经进一步说明的，电桥18的向量图在图10a中是优选的，其中，每一个微调电阻器RXT具有位于由RX1和RX2组成的电桥电阻器RX的总体优选方向RresX上的优选方向，因为通过较大的电阻容差，在制造方面和理论上都能够更简单地调整单独的电阻器。因为这两个电桥电阻器都被反向平行地定向，优选方向RresX适用于于整个半电桥并且增强优选方向灵敏度。根据图10b的电路配置，其中每一个微调电阻器RXT具有位于总体电桥20的优选方向上的优选方向，优选的是修改电桥电阻器的总体幅值，或者如果有的话仅补偿轻微的电阻容差。

[0104] 微调电阻器优选地由例如四个隧道元件组成。作为各个上电极掩膜的结果，可以仅用2个隧道元件的分辨率进行微调。这使得在不损害谐波滤波的情况下能够在每一个电桥象限(电桥电阻器)有串联的16个或32个或64个元件的情况下分别用电桥电阻器装置的12.5％、6.25％或3.125％准确度调整电阻值。如果提供四个子电阻器R11、R12、R14和R15，还可以实现相同的分辨率，这些子电阻器由角度α1和角度α2分离。再一次，微调电阻器R13位于α1和α2的二等分中。

[0105] 图11a和图11b分别示出测量电桥的其它实施例22.1和22.2。在测量电桥22.1和22.2中，所有电阻器装置的优选方向相对于图3的测量电桥10.1和10.2的电阻器装置的那些优选方向旋转角度-α/2；以其它方式，测量电桥22.1对应于测量电桥10.1，测量电桥22.2对应于测量电桥10.2。因此，所有电阻器装置的优选方向旋转相同的角量，以便实现测量电桥的总体优选方向Rres的角度的期望定向。以此方式，可以独立于电阻器装置在芯片衬底上的给定空间定位对优选方向进行定向。假设图11a中存在对应于根据图1的现有技术的测量电桥100的优选方向的定向的0°的主轴线，测量电桥22.1的电阻器装置R1和R3的优选方向与0°或180°轴线成角度α/2。另外，分别对角相对的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的两个角度的优选方向，对于R2可以相对于0°与0°主轴线相差正角度α/2，对于R3相对于0°与0°主轴线相差负角度-α/2，对于R1与0°主轴线相差负角度α/2以及对于R4相对于180°与0°主轴线相差正角度α/2，使得对角电阻器装置相对于彼此相差角度α。这使得存在抑制谐波的其它可能性。优选地，可以选择α＝60°。在以下向量图中，明显的是测量电桥22.1的总体优选方向指向0°主轴线的方向，使得优选轴线在芯片布局中清晰地可见。

[0106] 图11b示出通过交换测量抽头Vout和电源触点Vb从测量电桥22.1得到的测量电桥22.2。在这种情况下，分别对角相对的电阻器装置R1和R4、或R2和R3的两个角度的优选方向，对于R3可以与0°轴线(180°或0°)相差正角度α/2,对于R2可以相对于0°相差负角度-α/
2,对于R1与0°轴线相差负角度-α/2以及对于R4相对于180°与0°轴线相差正角度α/2。同样在这种情况下，优选方向/灵敏度方向的轴线针对电阻器装置的相等的电阻幅值被定向在
0°主轴线中。

[0107] 图12a和图12b分别描绘测量电桥24.1和24.2的其它示例性实施例。每一个电阻器装置包括三个子电阻器RX1、RX2和RX3，其中，中间子电阻器RX2可以优选地采取微调电阻器的形式；然而，其它电阻器也可以是微调电阻器。每一个电阻器装置R1、R2、R3和R4因此包括三个串联连接的电阻器，其中，子电阻器RX2和RX3的优选方向与RX1的优选方向相差角度α2和α1。对角相对的电阻器装置的子电阻器的优选方向的不同在于角度偏离α2和α1的符号是相反的。R2X和R1X的角度α1、α2的不同在于正方向，而R3X和R4X的角度α1、α2的不同在于负方向。

[0108] 如果考虑了测量电桥24.1的电阻器装置R1、R2、R3和R4的结果优选方向，出现与图11b的测量电桥22.2相媲美的优选方向配置，但是可以对两个谐波而不是仅一个谐波进行滤波。成对地彼此相对的电阻器装置具有反向平行优选方向，而对角相对的电阻器装置具有彼此相差固定角度的优选方向。如果选择α2＝α1/2，测量电桥24.1的α2对应于测量电桥
22.2的角度α/2。有利地，选择α2＝30°和α1＝60°。

[0109] 图12b的实施例24.2对应于图12a的实施例，除了中间子电阻器RX2的电阻值被选择为子电阻器RX1、RX3的电阻值的两倍之外。如果RX2的优选方向位于对应的电阻器装置RX的优选方向上，即α2＝α1/2，则RX2的电阻值的增加稳定了电阻器装置的优选方向的定向。在以下向量图中，明显的是子电阻器R22和R32的向量长度是其它子电阻器的向量长度的两倍，因此向量定向Rres和总体电阻特性占主导。因此子电阻器R22、R32处的电阻变化不会以任何方式改变优选方向的定向，但是其确实影响测量电桥的总体电阻特性。

[0110] 在本发明中，每一个电阻器装置可以包括具有不同优选方向的多于两个或三个子电阻器，使得可以对更大数量的谐波进行滤波。可以通过所有电阻器装置相对于彼此的优选方向的相互作用实现有效的谐波滤波。可以用子电阻器的优选方向在60°-第三谐波编号、45°-第四谐波编号、36°-第五谐波编号、30°-第六谐波编号(即，在[180/(谐波编号)])对谐波进行有效地滤波。

[0111] 参考标号列表

[0112] 10  惠斯通电桥的第一实施例

[0113] 12  惠斯通电桥的第二实施例

[0114] 14  惠斯通电桥的第三实施例

[0115] 16  惠斯通电桥的第四实施例

[0116] 18  惠斯通电桥的第五实施例

[0117] 20  惠斯通电桥的第六实施例

[0118] 22  惠斯通电桥的第七实施例

[0119] 24  惠斯通电桥的第八实施例

[0120] 30  角度传感器

[0121] 32  芯片衬底

[0122] 34  接触垫

[0123] 36  导体轨道

[0124] 38  磁阻式电桥电阻器

[0125] 40  正弦电桥

[0126] 42  余弦电桥

[0127] 50  微调电阻器

[0128] 52  上电极

[0129] 54  隧道电阻器/隧道元件

[0130] 56  下电极

[0131] 58  绝缘层

[0132] 60  电极中断

[0133] 100 现有技术惠斯通电桥

[0134] 102 现有技术惠斯通电桥