阅读说明：本技术 用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法 (Magnetic field sensor system and method for rotation angle measurement ) 是由 斯特凡·马劳斯卡 艾德温·沙彭顿克 约尔格·科克 丹尼斯·赫尔姆博尔特 拉尔夫·范奥腾 亚 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：一种系统包括具有旋转轴的磁体,所述磁体被配置成产生磁场。所述系统另外包括多个磁阻传感器元件,所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层,所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案,且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。可使用所述多个输出信号确定所述磁体所耦合到的旋转元件的旋转角。(A system includes a magnet having an axis of rotation, the magnet configured to generate a magnetic field. The system additionally includes a plurality of magnetoresistive sensor elements, each of the magnetoresistive sensor elements having a magnetic free layer configured to generate an eddy current magnetization pattern in the magnetic free layer, and the magnetoresistive sensor elements configured to produce an output signal in response to the magnetic field. The plurality of output signals may be used to determine a rotation angle of a rotating element to which the magnet is coupled.)

用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法

技术领域

本发明大体上涉及一种磁场传感器系统。更具体地说，本发明涉及一种并有磁阻传感器的系统，所述磁阻传感器的自由层处于涡流磁畴状态以用于旋转角测量。

背景技术

用于测量旋转角或角位置的角传感器实施于大量汽车和工业应用中。举例来说，在汽车行业中，角传感器可用于阀门控制、踏板位置感测、方向盘位置感测、油门位置感测、电动机轴位置感测和多个其它用途。通常，磁场传感器是优选的，这是因为其非接触式测量使其不受机械磨损的影响。在这些应用中，测量安装在移动零件上的磁体的磁场的方向改变。磁场不受碎片和其它非磁性材料阻碍。一些磁场传感器基于磁阻效应，其中材料倾向于响应于外部施加的磁场而改变其电阻的值。磁阻装置包括例如各向异性磁阻(AMR)技术、巨磁阻(GMR)技术、隧道磁阻(TMR)技术，等。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种系统，包括：

具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场；以及

多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。

在一个或多个实施例中，所述磁体被配置成产生所述磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布。

在一个或多个实施例中，所述磁体被进一步配置成产生具有基本上恒定的磁场分布的所述第二平面内磁场分量。

在一个或多个实施例中，所述磁体包括相对于所述磁体的表面在单个方向上定向的交替的第一线性区部和第二线性区部，所述第一线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第一磁场方向，且所述第二线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第二磁场方向，所述第一磁场方向与所述第二磁场方向彼此方向相反。

在一个或多个实施例中，所述系统进一步包括处理电路，所述处理电路被配置成从所述磁阻传感器元件接收所述输出信号，并使用对应于所述多个磁阻传感器元件的多个输出信号来确定所述磁体的旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴0到360度的范围。

在一个或多个实施例中，所述磁阻传感器元件包括隧道磁阻(TMR)传感器元件。

在一个或多个实施例中，所述多个磁阻传感器元件包括：

第一磁阻传感器元件、第二磁阻传感器元件、第三磁阻传感器元件和第四磁阻传感器元件，这些磁阻传感器元件布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的圆形路径的四个位置处，所述第一磁阻传感器元件和第三磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对，且所述第二磁阻传感器元件和所述第四磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对；以及

第五磁阻传感器元件和第六磁阻传感器元件，其布置在所述圆形路径的中心位置处，所述第一磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件形成第一梯度单元，所述第三磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件形成第二梯度单元，所述第二磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件形成第三梯度单元，且所述第四磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件形成第四梯度单元。

在一个或多个实施例中，所述第一磁阻传感器元件、所述第二磁阻传感器元件、所述第三磁阻传感器元件和所述第四磁阻传感器元件围绕所述圆形路径彼此等距地间隔开。

在一个或多个实施例中，所述第一磁阻传感器元件、所述第三磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件具有第一灵敏轴，其相对于所述第二磁阻传感器元件、所述第四磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件的第二灵敏轴旋转90度。

在一个或多个实施例中，所述第五磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件在所述圆形路径的所述中心位置处以堆叠、交错或邻近关系布置。

在一个或多个实施例中，所述多个磁阻传感器元件包括：

第一组磁阻传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第一圆形路径的多个位置处，所述第一圆形路径的特征在于第一半径；以及

第二组磁阻传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第二圆形路径的多个位置处，所述第二圆形路径的特征在于大于所述第一半径的第二半径。

在一个或多个实施例中，所述第一组的所述磁阻传感器元件围绕所述第一圆形路径彼此等距地间隔开；且

所述第二组的所述磁阻传感器元件围绕所述第二圆形路径彼此等距地间隔开。

在一个或多个实施例中，所述第一组的所述磁阻传感器元件与所述第二组的所述磁阻传感器元件的对应磁阻传感器元件径向对准，以产生多个传感器对，所述多个传感器对形成多个梯度单元；且

所述系统进一步包括电耦合到所述第一组磁阻传感器元件和所述第二组磁阻传感器元件的处理电路，其中所述处理电路被配置成产生差分输出信号，所述差分输出信号中的每一个是每个梯度单元内所述传感器对的所述磁阻传感器元件的所述输出信号之间的差值。

在一个或多个实施例中，对于所述梯度单元中的每一个，所述传感器对的所述磁阻传感器元件中的每一个具有相同灵敏轴。

根据本发明的第二方面，提供一种系统，包括：

具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布，且所述第二平面内磁场分量具有基本上恒定的磁场分布；以及

多个隧道磁阻(TMR)传感器元件，所述TMR传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述TMR传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。

在一个或多个实施例中，所述磁体包括相对于所述磁体的表面在单个方向上定向的交替的第一线性区部和第二线性区部，所述第一线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第一磁场方向，且所述第二线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第二磁场方向，所述第二磁场方向与所述第一磁场方向相反。

在一个或多个实施例中，所述系统进一步包括处理电路，所述处理电路被配置成从所述TMR传感器元件接收所述输出信号，并使用对应于所述多个TMR传感器元件的多个输出信号确定所述磁体的旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴的0到360度的范围。

在一个或多个实施例中，所述多个TMR传感器元件包括：

第一TMR传感器元件、第二TMR传感器元件、第三TMR传感器元件和第四TMR传感器元件，这些磁阻传感器元件布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的圆形路径的四个位置处，所述第一TMR传感器元件和所述第三TMR传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对，且所述第二TMR传感器元件和所述第四TMR传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对；以及

第五TMR传感器元件和第六TMR传感器元件，其布置在所述圆形路径的中心位置处，所述第一TMR传感器元件和所述第五TMR传感器元件形成第一梯度单元，所述第三TMR传感器元件和所述第五TMR传感器元件形成第二梯度单元，所述第二TMR传感器元件和所述第六TMR传感器元件形成第三梯度单元，且所述第四TMR传感器元件和所述第六TMR传感器元件形成第四梯度单元。

在一个或多个实施例中，所述多个TMR传感器元件包括：

第一组TMR传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第一圆形路径的多个位置处，所述第一圆形路径的特征在于第一半径；以及

第二组TMR传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第二圆形路径的多个位置处，所述第二圆形路径的特征在于大于所述第一半径的第二半径，其中所述第一组的所述TMR传感器元件与所述第二组的所述TMR传感器元件的对应TMR传感器元件对准，以产生多个传感器对，所述多个传感器对形成多个梯度单元。

根据本发明的第三面，提供一种确定旋转元件的旋转角的方法，包括：

提供耦合到所述旋转元件的磁体，所述磁体和所述旋转元件被配置成围绕旋转轴旋转，所述磁体被配置成产生磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布，且所述第二平面内磁场分量具有基本上恒定的磁场分布；

响应于所述磁场而在多个磁阻传感器元件中的每一个处产生多个输出信号，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案；以及

使用所述多个输出信号确定所述旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴的0到360度的范围。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

附图用于另外示出各种实施例并解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中类似附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能类似的元件，各图不必按比例绘制，并且附图与下文的

具体实施方式

一起并入本说明书并且形成本说明书的部分。

图1示出具有单磁畴状态的隧道磁阻(TMR)传感器元件的简化透视图；

图2示出对于图1的TMR传感器元件的单磁畴状态取决于磁场强度的磁阻转移曲线的曲线图；

图3示出具有涡流磁畴状态的TMR传感器元件的简化透视图；

图4示出对于图3的TMR传感器元件的涡流磁畴状态取决于磁场强度的磁阻转移曲线的曲线图；

图5示出在Y方向上具有线性相关性的编码器磁体的磁场分布图；

图6示出在正Y方向和负Y方向上具有镜像对称性的编码器磁体的磁场分布图；

图7示出响应于具有图5和6的磁场分布的编码器磁体的图3的涡流磁畴状态TMR传感器的归一化和理想化输出信号的曲线图；

图8示出对应于图6的磁场分布的H_Y磁场分量的平面内磁场分布的二维理想化示意图；

图9示出对应于图6的磁场分布的H_X磁场分量的平面内磁场分布的二维理想化示意图；

图10示出被配置成生成图6和8中所描绘的V阱形磁场分布的圆形编码器磁体的透视图；

图11示出被配置成生成图6和8中所描绘的V阱形磁场分布的矩形编码器磁体的透视图；

图12示出来自图10的圆形编码器磁体的磁场的曲线图；

图13以简化和代表形式示出角位置测量的系统的例子；

图14示出根据实施例的具有多个TMR传感器元件的传感器管芯的简化透视图；

图15示出图14的传感器管芯的俯视图；

图16示出根据实施例的可位于图14的传感器管芯的中心位置处的TMR传感器元件的布置的简化俯视图；

图17示出根据另一实施例的可位于图14的传感器管芯的中心位置处的TMR传感器元件的布置的简化俯视图；

图18示出根据又一实施例的可位于图14的传感器管芯的中心位置处的TMR传感器元件的布置的简化俯视图；

图19示出沿着图18的剖面线A-A的TMR传感器元件的布置的截面侧视图；

图20示出在存在具有图5的线性磁场分布的编码器磁体的情况下描绘图14的传感器管芯的图表；

图21示出角位置测量系统的简化框图；

图22示出在存在具有图6和8的V阱形磁场分布的编码器磁体的情况下描绘图14的传感器管芯的图表；

图23示出根据另一实施例的具有多个TMR传感器元件的传感器管芯的简化透视图；

图24示出图23的传感器管芯的俯视图；

图25示出具有TMR传感器元件的灵敏轴的布置的图23的传感器管芯的俯视图；

图26示出具有TMR传感器元件的灵敏轴的另一布置的图23的传感器管芯的俯视图；

图27示出具有TMR传感器元件的灵敏轴的另一布置的图23的传感器管芯的俯视图；且

图28示出具有TMR传感器元件的灵敏轴的另一布置的图23的传感器管芯的俯视图。

具体实施方式

概括地说，本公开涉及一种用于测量物体的角旋转的系统和方法。更具体地说，系统包括以梯度磁场感测配置布置的多个磁阻传感器元件，例如隧道磁阻(TMR)传感器元件。TMR传感器元件的自由层被配置成处于涡流磁畴状态且因此对沿单轴的平面内磁场灵敏。TMR传感器元件的梯度桥配置和TMR传感器元件的涡旋磁畴状态的单轴灵敏度能够抑制角度传感器应用中的均匀杂散磁场的效应。另外，系统可包括编码器磁体，其被磁化以产生V阱形磁场分布，以另外将编码器磁体的磁场信号与均匀杂散场区分开，以便在360度测量范围内产生高度精确的角测量。另外，TMR传感器元件的各种布置可另外产生多个差分信号，以提高机械偏移的精度和鲁棒性。

提供本公开以另外通过能够实现的方式对在应用时制造和使用根据本发明的各种实施例的最佳模式进行解释。另外提供本公开以加强对本发明的创造性原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅通过所附权利要求书限定，所述所附权利要求书包括在发布的本申请和那些权利要求的所有等效物的未决期间进行的任何修正。

应理解，例如第一和第二、顶部和底部等等相关术语(如果存在的话)的使用仅用于区分实体或动作，而不必要求或意指在此类实体或动作之间的任何实际此种关系或次序。此外，附图中的一些可通过使用各种底纹和/或阴影线来示出以区分在各个结构性层内产生的不同元件。可利用当前和未来的沉积、图案化、蚀刻等微型制造技术来产生结构层内的这些不同元件。因此，尽管在附图中利用了不同的底纹和/或阴影线，但是结构层内的不同元件可由相同材料形成。

参看图1，图1示出具有单磁畴状态的现有技术隧道磁阻(TMR)传感器元件20的简化透视图。TMR传感器元件20通常包括布置在共同基板(未示出)上的交替的铁磁层和非铁磁层的层堆叠22。在具有X轴24、Y轴26和Z轴28的笛卡尔坐标系内，层堆叠22的层在由X轴24和Y轴26跨越的平面中延伸。层堆叠22沿Z轴28的范围可以描述为层厚度t。

TMR结构通常包括金属-绝缘体-金属层夹层(例如，层堆叠22)，其中金属层是磁性的且绝缘层非常薄。在此例子中，TMR传感器元件20的层堆叠22包括由电绝缘隧道阻挡层34分离的磁性层30、32。磁性层30可以固定或“钉扎”以具有参考磁化，如箭头36所表示。因此，铁磁层30在下文中被称为钉扎层30。磁性层32是“自由的”以响应，即感测，所施加的磁场，以提供由箭头38所表示的感测磁化。因此，磁性层32在下文中被称为自由层32。MR传感器元件20的单磁畴状态配置具有均匀的平面内磁化，且在固定层30与自由层32之间具有正交配置。

在操作时，当施加恒定的外部磁场时，电荷可以按预先确定的量从隧道阻挡层34的一侧传递到另一侧。TMR效应表现为当外部磁场的方向改变时，穿过隧道阻挡层34的电荷量的改变。由于外部磁场改变而引起的自由层32的磁化的方向改变，可能产生这种效应。

图2示出对于TMR传感器元件20(图1)的单磁畴状态的磁场强度44H_Y的磁阻转移曲线42的曲线图40。转移曲线42示出具有微小磁滞的线性响应。然而，在此例子中，磁场强度44H_Y取决于交叉轴磁场强度46HX₁或H_X2。

现参看图3，图3示出具有涡流磁畴状态的TMR传感器元件50的简化透视图。TMR传感器元件50包括层堆叠52，其包括由电绝缘隧道阻挡层58分离的磁性钉扎层54和磁性自由层56。再次，钉扎层54被固定或“钉扎”以具有参考磁化，如箭头60所表示。磁性自由层56是旋转对称的圆形或盘状形状。提供具有旋转对称形状的自由层56可导致自由层56中闭合通量磁化图案的形成。此闭合通量磁化图案可包括涡流磁化图案，其中涡流磁化图案可以是基本上圆形的。在涡流磁畴状态的此例子中，磁性自由层56具有涡流磁化图案62，其中磁化的特征在于周向(例如，圆形)图案和中心点64，在所述中心点处，磁化方向相对于Z轴28指向外或指向内。

尽管本文中论述了TMR传感器元件，但本领域的技术人员将认识到，涡流结构不限于TMR效应。替代实施例可实施巨磁阻(GMR)传感器结构、各向异性磁阻(AMR)传感器结构，或其它xMR结构。

图4示出对于TMR传感器元件50(图3)的涡流磁畴状态取决于磁场强度70H_Y的磁阻转移曲68的曲线图66。转移曲线66示出无交叉轴相关性。也就是说，磁场强度70H_Y不受交叉轴磁场强度H_X的影响。可以描述涡旋磁畴状态存在的条件的关键参数分别是成核场H_N和淹没场H_AN，在所述成核场中涡旋成核，且在所述淹没场中涡旋消失并且再次被破坏。曲线图66另外示出这些涡流特性，即，成核场H_N和淹没场H_AN。

关于成核场H_N和淹没场H_AN，可以区分两个不同的工作范围。第一工作范围，在本文中称为涡流形成范围72，由成核场H_N+和H_N-限定，并且可以不受磁性历史的影响，因为可以确保涡流成核。第二工作范围，在本文中称为涡旋淹没范围74，由淹没场H_AN+和H_AN-限定。只要不超过涡旋淹没范围74(例如，通过例如高磁场脉冲的干扰事件)，就可以保持涡旋状态。换句话说，磁化的平面内分量dR/R可以通过更改外部磁场沿曲线68移位。然而，在涡旋淹没范围74之外发生扰动事件之后，可能需要“重置”以，通过将外部磁场强度减小到涡旋形成范围72内的值来重新形成涡流磁化图案62(图3)。在扰动事件与涡旋重新形成之间，磁化的平面内分量dR/R可以遵循磁滞曲线76、78。因此，对于相对低的外部磁场，可能存在几乎为零的磁滞。然而，对于高外部磁场，由于涡流核心的淹没(在H_AN处)和成核(在H_N处)而发生强磁滞现象。因此，外部磁场理想地应低于淹没场，以确保在应用中的正确操作。

根据下文所描述的实施例，系统包括多个磁阻传感器元件，例如TMR传感器元件50，其中的每一个包括被配置成在磁性自由层56中生成涡流磁化图案62的磁性自由层56，且其中的每一个被配置成响应于磁场而产生输出信号。此磁场由下面详细描述的编码器磁体产生。涡旋磁畴状态磁阻传感器元件(例如，TMR传感器元件50)可以是用作磁梯度计的合适候选项，因为它们对交叉轴磁场不灵敏并且在宽的可调磁场范围内具有高线性响应。

现在参看图5到7，图5示出在对应于Y轴26的Y方向上具有线性相关性的编码器的磁体磁场分布82H_Y的曲线图80。图6示出在对应于Y轴26的正Y方向和负Y方向上具有镜像对称性的编码器磁体的磁场分布86H_Y的曲线图84。并且，图7示出响应于具有磁场分布82、86(图5和6)的编码器磁体，涡流磁畴状态TMR传感器50(图3)的归一化和理想化输出信号90、92的曲线图88。如所示出，曲线图80的磁场分布82在Y方向上具有线性相关性。相比之下，曲线图84的磁场分布86是镜像对称的，但在正Y方向和负Y方向上都表现为线性。此镜像对称磁场分布86在本文中被称作V阱形磁场分布94。

曲线图88的输出信号90表示在存在具有线性磁场分布82的编码器磁体的情况下TMR传感器元件50的输出。输出信号90具有双周期性，因此产生180度的角测量范围。曲线图88的输出信号92表示在存在具有V阱形磁场分布94的编码器磁体的情况下TMR传感器元件50的输出。输出信号92具有单个周期，因此具有唯一的360度相关性。因此，使用TMR传感器元件50和具有V阱形磁场分布94的编码器磁体可以实现360度角测量范围。

参看图8到9，图8示出对应于V阱形磁场分布94(图6)的H_Y磁场分量98的第一平面内磁场分布的二维理想化示意图96且图9示出对应于V阱形磁场分布94的H_x磁场分量102的第二平面内磁场分布的二维理想化示意图100。图9中的标绘图是沿着Y轴26的图8的标绘图的截面。在此例子中，H_Y磁场分量98形成V阱形磁场分布94，其在位置Y＝0处通常为零且在对应于Y轴26的正Y方向和负Y方向上线性地增大。相比之下，H_X磁场分量102是恒定的。下文论述的图10到11提供编码器磁体的例子，所述编码器磁体可有效地产生H_Y磁场分量98的V阱形磁场分布94和H_X磁场分量102的恒定磁场分布。

图10示出被配置成生成图6和8中所描绘的V阱形磁场分布94的圆形编码器磁体104的透视图。圆形编码器磁体104包括交替的第一线性区部106和第二线性区部108。第一线性区部106和第二线性区部108相对于圆形编码器磁体104的表面110在单个方向上定向。也就是说，第一线性区部106和第二线性区部108中的每一个之间的边界彼此平行地对准且在此例子中布置成平行于X轴24。第一线性区部106和第二线性区部108中的每一个在其中心区112处具有相同厚度t，和相同宽度w。然而，可实施具有变化厚度t和宽度w的其它实施例。

第一线性区部106具有由箭头114表示的第一磁场方向，其垂直于圆形编码器磁体104的表面110定向。类似地，第二线性区部108具有由箭头116表示的第二磁场方向，其也垂直于圆形编码器磁体104的表面110定向。然而，第一磁场方向114和第二磁场方向116彼此方向(即，指向)相反。相同厚度t和宽度w以及交替的第一磁场方向114和第二磁场方向116产生如图6和8中所描绘的H_Y磁场分量98的对称V阱形磁场分布94，以及图9中所描绘的通常恒定的H_x磁场分量102。

图11示出被配置成生成图6和8中所描绘的V阱形磁场分布94的矩形编码器磁体118的透视图。矩形编码器磁体118还包括交替的第一线性区部120和第二线性区部122。第一线性区部120和第二线性区部122相对于矩形编码器磁体118的表面124在单个方向上定向，使得第一线性区部120和第二线性区部122中的每一个之间的边界彼此平行地对准且在此例子中被布置成平行于X轴24。第一线性区部120和第二线性区部122中的每一个在其中心区126处具有相同厚度t，和相同宽度w。然而，可实施具有变化厚度t和宽度w的其它实施例。

再次，第一线性区部120具有由箭头128表示的第一磁场方向，其垂直于矩形编码器磁体118的表面124定向。类似地，第二线性区部122具有由箭头130表示的第二磁场方向，其也垂直于矩形编码器磁体118的表面124定向。然而，第一磁场方向128和第二磁场方向130彼此方向(即，指向)相反。与圆形磁性编码器磁体104相似，相同厚度t和宽度w以及交替的第一磁场方向128和第二磁场方向130产生如图6和8中所描绘的H_Y磁场分量98的对称V阱形磁场分布94，以及图9中所描绘的通常恒定的H_x磁场分量102。

尽管本文中示出了圆形编码器磁体和矩形编码器磁体，但是在替代实施例中，编码器磁体可以具有能够产生V阱形磁场分布94的不同形状。另外，在示出的示例配置中，圆形编码器磁体104和矩形编码器磁体118中的每一个包括总共四个线性区部，作为对磁体复杂性、梯度场强和偏移鲁棒性的折衷。然而，在替代实施例中，具有任何偶数个线性磁性部分的编码器磁体可能能够产生V阱形磁场分布94。

图12示出来自磁体104(图10)的磁场沿着在磁体104的x中心位置处的y轴的曲线图132。类似于V阱形曲线磁场分布94(图8)的V阱形曲线磁场分布存在于相对于Y轴26的中心位置134周围。曲线图132描绘具有V阱形曲线磁场分布94的H_Y磁场分量136和对于矩形编码器磁体118(图11)几乎恒定的H_x磁场分量138的例子。在此例子中，H_Y磁场分量136的中心位置134可位于例如Y＝0mm处。在其它配置中，H_Y磁场分量136的中心位置134可从Y＝0mm偏移。

参看图13，图13以简化和代表形式示出用于角位置测量的系统140的例子。在此例子中，编码器磁体142安装到例如轴144的旋转元件上，所述旋转元件被配置成围绕旋转轴146旋转。轴144可实施为电动机(未示出)的组件。封装的磁场传感器148可以位于编码器磁体142附近。一般来说，当轴144旋转时，编码器磁体142的旋转磁场150与轴144的角位置相关，且因此与电动机的角位置相关。封装的磁场传感器148被配置成测量编码器磁体142的旋转磁场150的方向，使得可以确定轴144的角位置。

根据下文论述的配置，封装的磁场传感器148包括多个磁阻传感器元件，例如TMR传感器元件50(图3)，其中的每一个具有被配置成在磁性自由层56中生成涡流磁化图案62(图3)的磁性自由层56(图3)，所述磁阻传感器元件被配置成响应于磁场150而产生输出信号。磁阻传感器元件可用于梯度计传感器配置(下面描述)中，且可以适当地处理输出信号，使得均匀杂散磁场的效应可以被有效地消除。在一些实施例中，包括具有V阱形磁场分布94(图6和8)且具有恒定磁场分布102(图9)的编码器磁体(例如，图10的圆形编码器磁体104或图11的矩形编码器磁体118)可实施为系统140内的编码器磁体142，以实现围绕旋转轴146的0到360度的旋转角测量范围。

参看图14到15，图14示出根据实施例的具有多个TMR传感器元件50的传感器管芯152的简化透视图，且图15示出传感器管芯152的俯视图。传感器管芯152可并入于角位置测量系统140(图13)的封装的磁场传感器148(图13)中。在传感器管芯152上或中制造的TMR传感器元件50包括分别通过字母A、B、C和D区分的第一TMR传感器元件50、第二TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第四TMR传感器元件50，这些TMR传感器元件布置在沿着大体上以旋转轴146为中心且具有中心位置156的圆形路径154的四个位置处。在一些实施例中，第一TMR传感器元件、第二TMR传感器元件、第三TMR传感器元件和第四TMR传感器元件(例如，A、B、C、D)沿着圆形路径154彼此等距地间隔90度。第一TMR传感器元件50和第三TMR传感器元件50(例如，A和C)沿圆形路径154彼此在直径方向上相对，且第二TMR传感器元件50和第四TMR传感器元件50(例如，B和D)沿圆形路径154彼此在直径方向上相对。因此，图14和15示出TMR传感器元件50的交叉型配置。

传感器管芯152的TMR传感器元件50另外包括分别通过M1和M2区分的第五TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50，其布置在圆形路径154的中心位置156处。为简单起见，第五TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50在中心位置156处由单个点表示。然而，如下文将结合图16到19论述，第五TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50可通过相邻放置、交错和/或堆叠而位于中心位置156处。另外，TMR传感器元件50中的每一个(例如，A、B、C、D、M1、M2)可以是单个传感器点，或它们可以是可分别包括多个单个传感器元件和点的阵列。

如上文所论述，TMR传感器元件50是单轴灵敏的。也就是说，由于其涡流磁化图案62(图3)，TMR传感器元件50沿着单个轴灵敏。在所示出的例子中，第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件和第五TMR传感器元件(例如，A、C M1)具有第一灵敏轴158(其由在与图15中的Y轴26对准的正感测方向上导向的箭头标示)，且第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)具有第二灵敏轴160(其由在与图15中的X轴24对准的正感测方向上导向的箭头标示)。第一灵敏轴158和第二灵敏轴160是平面内轴(例如，分别与Y轴26和X轴24对准)且在此配置中彼此正交。

在实施例中，第一TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A和M1)形成第一梯度单元162。第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，C和M1)形成第二梯度单元164。第二TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B和M2)形成第三梯度单元166。并且，第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，D和M2)形成第四梯度单元168。

图16示出根据实施例的可位于传感器管芯152(图14)的中心位置156处的TMR传感器元件50的布置的简化俯视图。具体地说，传感器元件的第一阵列170的TMR传感器元件50(由宽阴影线表示)经由导电迹线172适当地电气互连，以形成第五TMR传感器元件50(M1)，且传感器元件的第二阵列174的TMR传感器元件50(由窄阴影线表示)经由导电迹线176适当地电气互连，以形成第六TMR传感器元件50(M2)。在图16中所描绘的布局中，第一阵列170和第二阵列174的TMR传感器元件50邻近地位于中心位置156处。

图17示出根据另一实施例的可位于传感器管芯152(图14)的中心位置156处的TMR传感器元件50的布置的简化俯视图。具体地说，传感器元件的第一阵列178的TMR传感器元件50(由宽阴影线表示)经由导电迹线180适当地电气互连，以形成第五TMR传感器元件50(M1)，且传感器元件的第二阵列182的TMR传感器元件50(由窄阴影线表示)经由导电迹线184适当地电气互连，以形成第六TMR传感器元件50(M2)。在图17中所描绘的布局中，第一阵列178和第二阵列182的TMR传感器元件50以交错(即，交替)配置布置在中心位置156处。

参看图18到19，图18示出根据又一实施例的可位于传感器管芯152(图14)的中心位置156处的TMR传感器元件50的布置的简化俯视图，且图19示出沿着图18的剖面线A-A的TMR传感器元件50的布置的截面侧视图。具体地说，传感器元件的第一阵列186的TMR传感器元件50(由宽阴影线表示)经由导电迹线188适当地电气互连，以形成第五TMR传感器元件50(M1)，且传感器元件的第二阵列190的TMR传感器元件50(由窄阴影线表示)经由导电迹线192适当地电气互连，以形成第六TMR传感器元件50(M2)。在图18和19中所描绘的布局中，第一阵列186和第二阵列190的TMR传感器元件50以竖直堆叠的配置布置在位于中心位置156的制造层内。

尽管结合图16到19描述TMR传感器元件50的三个配置，但应理解，可以替代地设想形成第五TMR传感器元件和第六TMR传感器元件(例如，M1和M2)的TMR传感器元件50的各种数量和布置。另外，这些替代布置可组合上文所描述的特征，例如堆叠和交错布置。另外，为简单起见，图16到19中的导电迹线示出为单个线。然而，应理解，TMR传感器元件可具有多于一个导电迹线(例如，以连接到传感器元件的顶部和底部触点)。

图20示出在存在具有线性磁场分布82(图5)的编码器磁体的情况下描绘传感器管芯152的图表194。举例来说，角位置测量系统140的编码器磁体142(图13)产生线性磁场分布82，而非V阱形磁场分布94(图6和8)。因此，旋转轴146(图13)垂直于TMR传感器元件50的感测平面。再次，应该记得，标记为A、C、M1的TMR传感器元件50的灵敏轴158与标记为B、D和M2的TMR传感器元件50的灵敏轴160正交。图表194包括四个子区部196、198、200、202，示出了由具有线性磁场分布82的编码器磁体产生的由箭头204表示的磁场的TMR传感器元件50。在此例子中，磁场的方向由箭头204的方向表示且磁场的磁场强度由箭头204的变化长度表示。因此，磁场在本文中被称作磁场204，其特征在于方向和场强。

在子区部196和200中，磁场204平行于Y轴26定向。第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)对与Y轴26对准的磁场204灵敏，且第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)对与Y轴26对准的磁场不灵敏。因此，仅第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)将检测平行于Y轴26定向的磁场204。相反，在子区部198和202中，磁场204平行于X轴24定向。第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)对与X轴24对准的磁场204灵敏，且第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)对与X轴24对准的磁场不灵敏。因此，仅第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)将检测平行于X轴24定向的磁场204。

在结合图15所描述且实施于角位置测量系统140(图13)中的TMR传感器元件50的梯度单元配置中，旋转角

可如下计算。对于第一梯度单元162(图15)：

D_A-M1＝OutA-OutM1 (1)

对于第二梯度单元164(图15)：

D_C-M1＝OutC-OutM1 (2)

对于第三梯度单元166(图15)：

D_B-M2＝OutB-OutM2 (3)

对于第四梯度单元168(图15)：

D_D-M2＝OutD-OutM2 (4)

符号OutA、OutB、OutC、OutD、OutM1和OutM2表示TMR传感器元件50(标记为A、B、C、D、M1、M2)的输出信号(例如，对磁场204的电压响应)。符号D_A-M1、D_C-M1、D_B-M2和D_D-M2表示对应第一梯度单元162、第二梯度单元164、第三梯度单元166和第四梯度单元168的TMR传感器元件50的输出信号之间的差分信号。

通过继续处理，如下消除均匀的杂散磁场：

D_A-M1＝OutA-OutM1

＝S(H_A+O_Y)-S(H_M1+O_Y)

＝S(H_A一H_M1)＝S(Grad_A-M1) (5)

D_C-M1＝OutC-OutM1

＝S(H_C+O_Y)-S(H_M1+O_Y)

＝S(H_C-H_M1)＝S(Grad_C-M1) (6)

D_B-M2＝OutB-OutM2

＝S(H_B+O_X)-S(H_M2+O_X)

＝S(H_B-H_M2)＝S(Grad_B-M2) (7)

D_D-M2＝OutD-OutM2

＝S(H_D+O_X)一S(H_M2+O_X)

＝S(H_D-H_M2)＝S(Grad_D-M2) (8)

在等式(5)到(8)中，输出Outi是TMR传感器元件50的灵敏度S(假设通过例如设计或线性化对于所有传感器元件均相等)、TMR传感器元件50的位置处的磁场强度H_i以及O_Y和O_X的函数，其中“i”表示标记为A、B、C、D、M1和M2的任何TMR传感器元件50。O_Y和O_x表示沿着感测轴(例如，Y轴26或X轴24)的均匀杂散磁场分量。差分信号取决于梯度单元(例如，第一梯度单元162、第二梯度单元164、第三梯度单元166和第四梯度单元168中的任一个)的两个TMR传感器元件50之间的磁场梯度。另外，通过实施梯度方法，可以在等式(5)到(8)中容易地观察到均匀的杂散磁场分量O_Y和O_x被消除。接着，可以对差分信号求和，如下：

Sum_Ac＝D_A-M1+|D_C-M1|＝S(Grad_A-M1)+S(Grad_C-M1) (9)

Sum_DB＝D_D-M2+|D_B-M2|＝S(Grad_D-M2)+S(Grad_B-M2) (10)

来自多个梯度单元的差分信号的总和可以增加系统抵抗机械偏移的鲁棒性并产生更大的梯度信号，从而改善信噪比。因此，可如下实现旋转角

的计算：

使用图20的图表194中所呈现的例子，可以观察到在存在产生线性磁场分布82的编码器磁体的情况下，在子区部196和200中，0度下的梯度值(例如，D_A-M1和D_C-M1)与180度下的梯度值相同。同样，在子区部198和202中，90度下的梯度值(例如，D_B-M2和D_D-M2)与270度下的梯度值相同。这导致180度周期性。换句话说，当角位置测量系统140实施具有线性磁场分布82的编码器磁体和具有以梯度配置布置的多个TMR传感器元件50的传感器管芯152时，可以实现0到180度的测量范围。尽管如此，即使在具有0到180度的测量范围的梯度配置中，也可以有效地抑制均匀杂散磁场，如等式(1)到(11)中所示。

现参看图21，图21示出可包括被配置成生成V阱形磁场分布94(图6)的编码器磁体的角位置测量系统140的简化框图。在一些配置中，编码器磁体可以是结合图10详细描述的圆形编码器磁体104。在此例子中，系统140包括传感器管芯152。传感器管芯152可包括专用集成电路(ASIC)206且TMR传感器元件50可在ASIC 206上制造或以其它方式与ASIC 206集成。另外，具有TMR传感器元件50的ASIC 206可以形成封装的磁场传感器(例如，图13的封装的磁场传感器148)的内部结构的至少一部分。

除了其它特征之外，ASIC206可实施处理电路208，所述处理电路被定制成与TMR传感器元件50一起工作。导电通路210将TMR传感器元件50中的每一个与处理电路208互连。TMR传感器元件50中的每一个被配置为响应于当磁体104围绕旋转轴线146旋转时由编码器磁体104产生的变化磁场204而产生输出信号。处理电路208被配置成接收输出信号并适当地组合它们以确定磁体104的旋转角

212，并因此确定旋转元件(例如，图13的轴144)的旋转角。另外，此旋转角212可以在0到360度的范围内，如下面将讨论。在例子中，处理电路208可以被适当地编程以执行上面所呈现的等式(1)到(11)，但是可以替代地实施其它计算技术。

为简单起见，TMR传感器元件50在框图中示出为排列成一行。然而，在实际配置中，标记为A、B、C、D的TMR传感器元件50可以沿着圆形路径154(图15)布置，并且标记为M1和M2的TMR传感器元件50可以位于中心位置156(图15)处。另外，本领域的技术人员将认识到，处理电路208可涵盖各种处理、控制或其它结构。另外，尽管TMR传感器元件50在本文中描述为与ASIC 206集成，但在其它配置中，TMR传感器元件50可由包括处理电路208的ASIC单独地封装。因此，为了简洁起见且使混淆各种实施例的原理和概念的任何风险最小化，此类结构(如果存在的话)的另外论述将限于相对于各种实施例的原理和概念的本质。

图22示出图表214，其在存在具有X轴镜像对称分布(例如，图6和8V阱形磁场分布94)的编码器磁体的情况下描绘传感器管芯152，所述编码器磁体例如图10中且结合图21的角位置测量系统140的框图所描绘的圆形编码器磁体104。再次，图表214包括四个子区部216、218、220、222，示出受具有V形阱磁场分布94的圆形编码器磁体104产生的磁场204影响的TMR传感器元件50。标记为A、C、M1的TMR传感器元件50的灵敏轴158正交于标记为B、D、M2的TMR传感器元件50。磁场204的方向由箭头的方向表示，且磁场204的磁场强度由箭头的不同长度表示。对于x轴镜像对称场分布，所选择的场强值是任意的。

在子区部216和220中，磁场204平行于Y轴26而定向。第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)对与Y轴26对准的磁场204灵敏，且第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)对与Y轴26对准的磁场不灵敏。因此，仅第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)将检测平行于Y轴26定向的磁场204。相反，在子区部218和222中，磁场204平行于X轴24而定向。第一TMR传感器元件50、第三TMR传感器元件50和第五TMR传感器元件50(例如，A、C、M1)对与X轴24对准的磁场204不灵敏，且第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)对与X轴24对准的磁场灵敏。因此，仅第二TMR传感器元件50、第四TMR传感器元件50和第六TMR传感器元件50(例如，B、D、M2)将检测平行于X轴24定向的磁场204。

在结合图15所描述的TMR传感器元件50的梯度单元配置中，可根据等式(1)到(11)计算旋转角212(图21)

相比于举例说明具有线性磁场分布82(图5)的编码器磁体的梯度的图表194(图20)，可以观察到，在存在产生V阱形磁场分布94的编码器磁体的情况下，在子区部216和220中，0度下的梯度值(例如，D_A-M1和D_C-M1)不同于180度下的梯度值。同样，在子区部218和222中，90度下的梯度值(例如，D_B-M2和D_D-M2)不同于270度下的梯度值。这导致360度周期性。换句话说，当角位置测量系统140实施具有V阱形磁场分布94的编码器磁体和具有以梯度配置布置的多个TMR传感器元件50的传感器管芯152时，可实现0到360度的测量范围。另外，可有效地抑制均匀的杂散磁场，如等式(1)到(11)中所示。

参看图23到24，图23示出根据另一实施例的具有多个TMR传感器元件50的传感器管芯224的简化透视图，且图24示出传感器管芯224的俯视图。传感器管芯224可并入于角位置测量系统140(图13)的封装的磁场传感器148(图13)中。分别通过S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8区分的第一组传感器元件的TMR传感器元件50布置在沿着具有与旋转轴146(图13)大体上对准的中心位置228的第一圆形路径226的多个位置处。分别通过S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15和S16区分的第二组传感器元件的TMR传感器元件50布置在沿着同样大体上以位置228为中心的第二圆形路径230的多个位置处。第一圆形路径226的特征在于第一半径232且第二圆形路径230的特征在于大于第一圆形路径226的第一半径232的第二半径234。因此，传感器管芯224表示TMR传感器元件50的双环配置。

在一些实施例中，TMR传感器元件50(例如，S1到S8)沿着第一圆形路径226彼此等距地间隔45度。同样，TMR传感器元件50(例如，S9到S16)沿着第二圆形路径230彼此等距地间隔45度。在一些实施例中，TMR传感器元件50(例如，S1到S8)可与TMR传感器元件50(例如，S9到S16)的对应者径向对准，以产生多个传感器对。这些传感器对形成多个梯度单元。如最佳地在图24中看出，第一对TMR传感器元件50(例如，S1和S9)形成第一梯度单元236。第二对TMR传感器元件50(例如，S2和S10)形成第二梯度单元238。第三对TMR传感器元件50(例如，S3和S11)形成第三梯度单元240。第四对TMR传感器元件50(例如，S4和S12)形成第四梯度单元242。第五对TMR传感器元件50(例如，S5和S13)形成第五梯度单元244。第六对TMR传感器元件50(例如，S6和S14)形成第六梯度单元246。第七对TMR传感器元件50(例如，S7和S15)形成第七梯度单元248。并且，第八对TMR传感器元件50(例如，S8和S16)形成第八梯度单元250。另外，TMR传感器元件50中的每一个(例如，S1到S16)可以是单个传感器点，或它们可以是可分别包括多个单个传感器元件和点的阵列。

尽管传感器管芯224被描绘为具有八个传感器对，但可实施任何合适数量(大于两)对的TMR传感器元件50。对于不同数量的TMR传感器元件50，邻近TMR传感器元件50之间的相对角可通过360°/n计算出，其中“n”等于传感器对的数目。在其它实施例中，可使用各种角度。

处理电路252(通常由图23中的虚线框描绘)电耦合到第一组TMR传感器元件50和第二组TMR传感器元件50(例如，S1到S16)，如上文结合图21所论述。处理电路252被配置成产生差分输出信号，所述差分输出信号中的每一个是梯度单元236、238、240、242、244、246、248、250中的每一个内的传感器对的TMR传感器元件50的输出信号之间的差值。在结合图23到24所描述的TMR传感器元件50的梯度单元配置中，每个TMR传感器对的差动输出信号的计算有效地消除均匀杂散磁场，如上文结合等式(1)到(8)所推导出。多个差分输出信号可以用于另外的信号处理，以改善准确度和机械偏移鲁棒性。在例子中，为了计算旋转角

可以在处理电路252处实施以下等式：

D_n-(n+8)＝Out_n-Out_n+8 (12)

在等式(12)中，Out_n和Out_n+8表示TMR传感器元件50(例如，S1到S16)的输出信号(例如，对外部磁场的电压响应)，其中n＝1到8。因此，D_n-(n+8)表示用于梯度单元236、238、240、242、244、246、248、250中的任一个的传感器对的差分输出信号。因此，消除沿TMR传感器元件50的感测轴的均匀杂散磁场分量可以如下所示：

Out_n-Out_n+8＝S(H_n+O)-S(H_n+8+O)＝S(H_n-H_n+8)

＝S(Grad_n-(n+8)) (13)

在等式(13)中，S是TMR传感器元件50的灵敏度(假设例如通过设计或线性化对于所有TMR传感器元件50均相等)，其中n＝1到8，H_n和H_n+8表示在对应传感器元件50的位置处的磁场强度，且O表示沿着感测轴的均匀杂散磁场分量。差动输出信号D_n-(n+8)因此取决于两个TMR传感器元件50之间的磁场梯度。接着，可以对差分输出信号求和，如下：

Sum_1，5＝D_1-9+D_5-13 (14)

Sum_2，6＝D_2-10+D_6-14 (15)

Sum_3，7＝D_3-11+D_7-15 (16)

Sum_4，8＝D_4-12+D_8-16 (17)

在等式(14)到(17)中，数字1到16对应于TMR传感器元件50，标记为图23到24中的S1到S16。因此，在等式(14)中，Sum_1，5表示第一梯度单元236和第五梯度单元244的差分输出信号的总和，其中D_1-9表示第一梯度单元236的差动输出信号且D_5-13表示第五梯度单元244的差动输出信号。类似地，在等式(15)中，Sum_2，6表示第二梯度单元238和第六梯度单元246的差分输出信号的总和，其中D_2-10表示第二梯度单元238的差动输出信号且D_6-14表示第六梯度单元246的差动输出信号。在等式(16)中，Sum_3，7表示第三梯度单元240和第七梯度单元248的差分输出信号的总和，其中D_3-11表示第三梯度单元240的差动输出信号且D_7-15表示第七梯度单元248的差动输出信号。在等式(17)中，Sum_4，8表示第四梯度单元242和第八梯度单元250的差分输出信号的总和，其中D_4-12表示第四梯度单元242的差动输出信号且D₈-₁₆表示第八梯度单元250的差动输出信号。

利用等式(14)到(17)的求和，可执行两个旋转角计算：

测得的旋转角

可以由两个旋转角

和

的平均值给出，如下：

等式(1)到(11)提供用于计算图14和15中所示出的TMR传感器元件的交叉型配置中的旋转角的一个例子，且等式(12)到(20)提供用于计算图23到24中所示出的TMR传感器元件50的双环配置中的旋转角的一个例子。然而，应理解，可实施替代技术，以用于计算TMR传感器元件50的交叉型和双环配置中的旋转角。另外，尽管本文中示出TMR传感器元件50的交叉型和双环配置，但在替代实施例中可实施TMR传感器元件50的其它合适的配置。

图25示出具有TMR传感器元件50的灵敏轴的布置252的传感器管芯224的俯视图。应该记得，具有涡流磁化图案62(图3)的TMR传感器元件50是单轴灵敏的。也就是说，TMR传感器元件50对沿着单个轴的磁场灵敏。在布置252中，TMR传感器元件50的灵敏轴定向从中心位置228指向外，如由导向外的箭头所标示。

图26示出具有TMR传感器元件50的灵敏轴的另一布置254的传感器管芯224的俯视图。在布置254中，TMR传感器元件50具有沿着对角线对准的相同灵敏轴定向。因此，标记为S1、S3、S5、S7、S9、S11、S13、S15的TMR传感器元件50的灵敏轴定向从中心位置228指向外，如由朝外导向的箭头标示。相反，标记为S2、S4、S6、S8、S10、S12、S14、S16的TMR传感器元件50的灵敏轴定向朝向中心位置228指向内。

图27示出具有TMR传感器元件50的灵敏轴的另一布置256的传感器管芯224的俯视图。在布置256中，所有TMR传感器元件50具有相同灵敏轴定向。在此例子中，灵敏轴定向与Y轴26对准，如由向左导向的箭头标示。

图28示出具有TMR传感器元件50的灵敏轴的另一布置258的传感器管芯224的俯视图。在布置258中，灵敏轴定向划分成两个子集，其中两个子集的灵敏轴定向相对于彼此旋转90度。因此，在此例子中，标记为S1、S4、S5、S8、S9、S12、S13、S16的TMR传感器元件50的灵敏轴定向与Y轴26对准，如由向左导向的箭头标示，且标记为S2、S3、S6、S7、S10、S11、S14、S15的TMR传感器元件50的灵敏轴定向与X轴24对准，如由向上导向的箭头标示。

图25到28的布置252、254、256、258提供双环配置中的TMR传感器元件50的灵敏轴定向的一些例子。应理解，可替代地实施用于对准TMR传感器元件50的灵敏轴定向的其它合适的布置。

本文中所描述的实施例需要用于测量物体的角旋转的系统和方法。系统的实施例包括：具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场；以及多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于磁场而产生输出信号。

系统的另一实施例包括具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布，且第二平面内磁场分量具有基本上恒定的磁场分布。所述方法另外包括多个隧道磁阻(TMR)传感器元件，所述TMR传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述TMR传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。

确定旋转元件的旋转角的方法的实施例包括：提供耦合到旋转元件的磁体，所述磁体和旋转元件被配置成围绕旋转轴旋转，所述磁体被配置成产生磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布，且所述第二平面内磁场分量具有基本上恒定的磁场分布。所述方法另外包括响应于所述磁场而在多个磁阻传感器元件中的每一个处产生多个输出信号，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案并使用所述多个输出信号确定旋转角，所述旋转角具有围绕旋转轴的0到360度的范围。

因此，系统包括以梯度磁场感测配置布置的多个磁阻传感器元件，例如隧道磁阻(TMR)传感器元件。TMR传感器元件的自由层被配置成处于涡流磁畴状态且因此对沿单轴的平面内磁场灵敏。TMR传感器元件的梯度桥配置和涡流型TMR传感器元件的单轴灵敏度能够抑制角度传感器应用中的均匀杂散磁场的效应。另外，系统可包括编码器磁体，其被磁化以产生V阱形磁场分布，以另外将编码器磁体的磁场信号与均匀杂散场区分开，以便在360度测量范围内产生高度精确的角测量。另外，TMR传感器元件的各种布置可另外产生多个差分信号，以提高机械偏移的精度和鲁棒性。

本公开旨在阐明使用根据本发明的各种实施例的方式而非限制本发明的各种实施例的真实、既定和公平的范围和精神。以上描述并不意图是详尽的或将本发明限于所公开的确切形式。鉴于以上教示，可能有许多修改或变化。选择和描述实施例是为了提供对本发明的原理和本发明的实际应用的最佳说明，并且使本领域的技术人员能够在各种实施例中并用适合于所预期特定用途的各种修改来利用本发明。当根据清楚地、合法地并且公正地赋予的权利的宽度来解释时，所有此类修改和变化及其所有等效物均处于如由所附权利要求书所确定的本发明的范围内，并且在本专利申请未决期间可进行修正。