DE102007029817B4

DE102007029817B4 - Magnetfeldsensor und Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors

Info

Publication number: DE102007029817B4
Application number: DE102007029817.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ausserlechner Udo; Dr. Hammerschmidt Dirk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: US8076927B2; US20110187350A1; US20090001965A1; DE102007029817A1; US8766623B2; DE102007029817B9

Abstract

Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteter magnetoresistiver Sensorelemente (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind, aufweisend: Versorgen (S120) der Messanordnungen (110) mit einem Anregungssignal, um an jedem Messabgriff (130) der Messanordnungen (110) ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen (S130) der Messsignale; Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert; und Ermitteln (S150) der Messanordnung (110) mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu dem Vergleichswert und Auswählen derselben für einen Messbetrieb.

Description

Hintergrund
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Magnetfeldsensoren und Verfahren zur Kalibration von Magnetfeldsensoren, wie sie in vielen Bereichen der Technologien eingesetzt werden können, etwa zur Bestimmung eines Winkels, einer Drehgeschwindigkeit einer Richtung eines Magnetfeldes oder anderer Magnetfeld-bezogener Größen.
Magnetfeldsensoren können in vielen Bereichen der Technologie eingesetzt werden, bei denen beispielsweise eine Bestimmung einer Drehrate, eines Drehwinkels oder eine andere in einem Magnetfeld enthaltende Information extrahiert bzw. gewonnen werden sollte. So können beispielsweise Magnetfeldsensoren zur Bestimmung einer Drehzahl und ggf. zur Bestimmung einer Drehrichtung von Wellen und anderen rotierenden Objekten herangezogen werden, indem beispielsweise mit der Rotation des betreffenden Objekts eine periodische Modulation eines Magnetfeldes einhergeht, die beispielsweise durch ein mit dem drehenden Objekt mechanisch gekoppeltes Geberobjekt hervorgerufen wird. Hierbei kann das Geberobjekt das von dem Magnetfeldsensor zu detektierende Magnetfeld selber erzeugen oder auch ein von einem Magneten hervorgerufenes Magnetfeld entsprechend modulieren oder beeinflussen.
Hierbei besteht bei vielen Anwendungsgebieten und konkreten Implementierungen von Magnetfeldsensoren der Wunsch, eine möglichst genaue Messung durchführen zu können, wobei jedoch gleichzeitig eine ausreichende Betriebssicherheit und/oder Fertigungssicherheit erzielbar sein sollte.
Die DE 10 2005 052 261 A1 bezieht sich auf eine Schaltung und ein Verfahren zur Bestimmung defekter Sensorelemente einer Sensoranordnung. Bei dem Verfahren zur Bestimmung defekter Sensorelemente einer Sensoranordnung zur Messung der Richtung eines Magnetfeldes mit mindestens vier Sensorelementen, wobei ein erstes und ein zweites Sensorelement als erste Gruppe in Reihe geschaltet sind und ein drittes Sensorelement und ein viertes Sensorelement als zweite Gruppe in Reihe geschaltet sind, wird eine Fehlererkennung ermöglicht, indem bei einer Abweichung gemessener Spannungen über die Sensorelemente innerhalb einer Gruppe auf einen Fehler geschlossen wird, wenn diese größer als eine maximale Abweichung ist. Die Sensorelemente der beiden Gruppen sind hierbei senkrecht zueinander angeordnet.
Die US 7 119 533 B2 bezieht sich auf ein Verfahren, ein System und ein Gerät zur Kalibration eines Magnetfeldsensors. Eine Steuerschaltung kalibriert einen Magnetfeldsensor durch eine Berechnung. Eine Berechnungseinheit berechnet die magnetische Feldintensität basierend auf den Ausgaben eines bezüglich der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse ausgerichteten Magnetfelddetektionsgerätes des Magnetfeldsensors. Eine solche Kalibration wird unter Verwendung vier oder mehr unterschiedlicher Punkte durchgeführt. Hierbei wird eine virtuelle Kugel berechnet, deren zentraler Punkt zur Kalibration verwendet wird.
Die US 2003/0107373 A1 bezieht sich auf einen Sensor zur Messung eines Magnetfeldes und ein Verfahren zur Regulierung dieses Sensors. Der Sensor umfasst ein Substrat und vier magnetische Elemente in einer Brückenschaltungskonfiguration auf dem Substrat. Brückenzweige umfassen hierbei elektrische Widerstände, die parallel zu einzelnen Magnetelementen der Brücke angeordnet sind und die einen Temperaturkoeffizienten aufweisen, um Nullpunktspannungen oder Nullpunktspannungsabweichungen zu kompensieren. Darüber hinaus weist der Sensor Trimmwiderstände auf.
Die DD 256 628 A3 bez ieht sich auf eine Anordnung zur betrags- und richtungsmäßigen Messung von Magnetfeldern. Diese ist geeignet sowohl für räumlich ausgedehnte als auch für eng lokalisierte Gleich- und Wechselfelder. Die Brückenzweige einer integrationsfähigen Messanordnung sind hierbei thermisch, induktiv und kapazitiv derart entkoppelt, dass die Brückenzweige darstellende Streifenleiter gleiche Abmessungen, in jeweils gleichem möglichst geringem Abstand zueinander auf einem ebenen, elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Substrat angeordnet sind, wobei die Brückenzweige in symmetrischer Weise verbunden sind. Ferner sind Mittel zur Linearisierung des magnetoresistiven Effekts vorgesehen sind und die Polarität der Widerstandsänderung jeweils benachbarter Brückenelemente im zu messenden Feld entgegengesetzt ist.
Die dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegende Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff umfasst, weist ein Versorgen der Messanordnung mit einem Anregungssignal, um an jedem Messabgriff der Messanordnungen ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, ein Erfassen der Messsignale, ein Auswerten der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert und ein Ermitteln der Messanordnung mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu dem Vergleichswert auf.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, der eine Mehrzahl zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist, und wobei der Magnetfeldsensor einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, weist ein Versorgen der Messanordnungen mit einem Anregungssignal, um an jedem Messabgriff der Messanordnungen ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, ein Erfassen der Messsignale wenigstens zweier Messanordnungen über wenigstens eine Periode des sich zumindest abschnittsweise ändernden Magnetfeldes, ein Auswerten der erfassten Messsignale durch eine Bestimmung der jeweiligen maximalen und minimalen Messwerte der erfassten Messsignale und Ermitteln der Messanordnung mit der größten Differenz des jeweiligen maximalen und minimalen Messwerts auf.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist, wobei der Magnetfeldsensor einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, weist ein Festlegen einer Messanordnung als aktuelle Messanordnung, ein Festlegen einer weiteren Messanordnung, die nicht die aktuelle Messanordnung ist, als Vergleichsmessanordnung, ein Versorgen der aktuellen Messanordnung und der Vergleichsmessanordnung und einem Anregungssignal, um an den Messabgriffen der aktuellen Messanordnung und der Vergleichsmessanordnung ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, ein Erfassen von Messsignalen der aktuellen Messanordnung, ein Bereitstellen eines Ausgangssignals auf Basis des erfassten Messsignals der aktuellen Messanordnung, ein Auswerten der erfassten Messsignale der aktuellen Messanordnung durch eine Bestimmung eines minimalen Messwerts und eines maximalen Messwerts der aktuellen Messanordnung, ein Erfassen eines ersten Messwerts der Vergleichsmessanordnung, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung dem maximalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht, ein Erfassen eines zweiten Messsignals der Vergleichsmessanordnung, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung dem minimalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht, und ein Festlegen der Vergleichsmessanordnung als die aktuelle Messanordnung, wenn eine Differenz des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals größer ist als eine Differenz des maximalen und des minimalen Messwerts der aktuellen Messanordnung auf.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist und wobei der Magnetfeldsensor einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, weist ein Festlegen einer Messanordnungssequenz, die wenigstens eine Messanordnung umfasst, ein Versorgen der Messanordnungen der Messanordnungssequenz mit einem Anregungssignal, um an den Mittelabgriffen der Messanordnungen der Messanordnungssequenz ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, ein Erfassen von Messsignalen der Messanordnungen der Messanordnungssequenz, ein Bereitstellen eines Ausgangssignals auf Basis der erfassten Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz, ein Auswerten der einzelnen Messsignale der Messanordnungssequenz durch ein Vergleichen der einzelnen Messsignale und des Ausgangssignals auf Basis einer Vergleichsbeziehung und ein Modifizieren der Messanordnungssequenz, wenn das Auswerten eines Messsignals einer Messanordnung auf Basis der Vergleichsbeziehung einer Vergleichsbedingung nicht genügt, auf.
Ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors umfasst eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist, und eine Steuerschaltung auf, die mit den Messabgriffen der Messanordnungen gekoppelt ist und ausgebildet ist, um ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors auszuführen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors umfasst eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten magnetoresistiven Sensorelementen, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist, und eine Steuerschaltung, die mit den Messabgriffen der Messanordnungen gekoppelt ist und ferner einen Speicher umfasst, in den Informationen bezüglich einer Messanordnung einmalig einschreibbar sind und mehrfach auslesbar sind, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, um eine Information bezüglich einer für einen Messbetrieb ermittelte Messanordnung in dem Speicher abzuspeichern.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen näher beschrieben:
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors;
2a zeigt schematisch ein mögliches Einsatzgebiet eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors;
2b zeigt schematisch eine mögliche Anordnung von Sensorelementen einer Messanordnung im Rahmen einer Anwendung;
3a und 3b zeigen Darstellungen numerischer Simulationen von Feldlinien und Flussdichten eines Magneten im Zusammenspiel mit einem Geberobjekt;
4 zeigt eine Darstellung einer Stärke einer Magnetfeldkomponente;
5 zeigt eine weitere Darstellung einer Stärke einer Magnetfeldkomponente;
6 zeigt eine Darstellung von Messsignalverläufen eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors mit einem Backbiasmagneten und einem Zahnrad als Geberobjekt;
7 zeigt eine Darstellung einer magnetischen Nullpunktsverschiebung in Abhängigkeit einer lateralen Position von einem Zentrum eines Backbiasmagneten im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors;
8 zeigt ein weiteres Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors;
9 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors;
10a zeigt eine Halbbrückenschaltung als Messanordnung;
10b zeigt eine Vollbrückenschaltung als Messanordnung;
10c zeigt ein einzelnes Sensorelement als Messanordnung;
10d zeigt eine Serienschaltung mit einem Sensorelement als Messanordnung;
10e zeigt zwei Messanordnungen mit einem gemeinsamen Sensorelement;
11 zeigt eine mögliche Anordnung von Messanordnungen auf einem Substrat bzw. einem Chip;
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors;
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors;
14 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors;
15a und 15b zeigen ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors; und
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 bis 16 zeigen verschiedene Blockschaltbilder, Darstellungen und Flussdiagramme von Ausführungsbeispielen von Magnetfeldsensoren und Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, sowie weiterer erläuternder Darstellungen. Bevor im Zusammenhang mit den 2 bis 16 weitere Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren, Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors und Anwendungen beschrieben werden, wird zunächst im Zusammenhang mit 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors beschrieben.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 mit einer Mehrzahl von Messanordnungen bzw. Messkonfigurationen 110 und einer Steuerschaltung 120.
Das Ausführungsbeispiel eines Sensors 100 umfasste eine Mehrzahl von zu Messanordnungen 110 verschalteten Sensorelementen, wobei jede Messanordnung 110 einen Messabgriff 130, sowie die Steuerschaltung 120. Je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels kann hierbei die Steuerschaltung 120 ausgebildet sein, um ein noch später erläutertes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration des Magnetfeldsensors 100 durchzuführen.
Genauer gesagt umfasst das Ausführungsbeispiel des Magnetfeldsensors 100, wie es in 1 gezeigt ist, eine erste Messanordnung 110-1 und eine zweite Messanordnung 110-2, die jeweils einen Messabgriff 130-1, 130-2 aufweisen, die mit der Sensorschaltung oder Steuerschaltung 120 gekoppelt sind. Darüber hinaus weisen die Messanordnungen 110 jeweils zwei weitere Anschlüsse 140a-1, 140a-2 und 140b-1, 140b-2 auf, über die die Messanordnungen 110 ebenfalls mit der Steuerschaltung 120 gekoppelt sind.
Über die Anschlüsse 140a und 140b ist die Steuerschaltung 120 in der Lage, an die Messanordnungen 110 ein Anregungssignal anzulegen, so dass an den Messabgriffen 130 ein Messsignal erzeugt wird, das über die Kopplung der Messabgriffe 130 an die Steuerschaltung bzw. Sensorschaltung 120 von dieser erfasst werden kann. Je nach Ausführungsbeispiel können die Messabgriffe 130 mit einem der Anschlüsse 140a oder 140b durchaus zusammenfallen.
Die Steuerschaltung bzw. Sensorschaltung 120 ist folglich in der Lage, einzelne, mehrere oder alle Messanordnungen 110 mit einem entsprechenden Anregungssignal über die Anschlüsse 140a, 140b zu versorgen und ein aufgrund des Anregungssignals an den Messabgriffen 130 abgreifbares Messsignal zu erfassen und beispielsweise im Rahmen von Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Kalibration des Magnetfeldsensors 100 auszuwerten bzw. weiter zu verarbeiten.
Bevor im Zusammenhang mit den 8 bis 16 jedoch nähere Implementierungsdetails verschiedener Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100 erläutert und diskutiert werden, sowie verschiedene Ausführungsbeispiele von Verfahren zur Kalibration von Magnetfeldsensoren 100 erläutert werden, wird zunächst im Zusammenhang mit den 2a bis 7 ein mögliches Anwendungsgebiet von Ausführungsbeispielen von Magnetfeldsensoren 100 erläutert. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 natürlich nicht nur auf zwei Messanordnungen 110-1 und 110-2 beschränkt ist, wie dies in 1 gezeigt ist, sondern, wie dies auch die drei Punkte in 1 andeuten, eine beliebige Anzahl von Messanordnungen 110 umfassen kann. Die betreffenden Messanordnungen sind in diesem Fall jeweils über die Anschlüsse 140a, 140b sowie die Messabgriffe 130 mit der Steuerschaltung bzw. Sensorschaltung 120 gekoppelt, wobei der Messabgriff 130 einer Messanordnung durchaus mit einem der beiden Anschlüsse 140a oder 140b zusammenfallen können.
Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter einer Messanordnung 110 ein einzelnes Sensorelement oder eine komplexere Schaltung von Sensorelementen verstanden. So kann beispielsweise eine Messanordnung 110 neben einem einzelnen Sensorelement ein Serienschaltung eines Sensorelements mit einem Widerstandselement (z. B. ein ohmscher Widerstand oder ein ohmsches Widerstandselement aus Metall oder einem halbleitenden Material, einer Legierung etc.), eine Serienschaltung zweier Sensorelemente oder eine Parallelschaltung zweier Serienschaltungen umfassen, wobei wenigstens eine Serienschaltung in diesem Fall wenigstens ein Sensorelement umfasst. Eine Serienschaltung eines einzelnen Sensorelements mit einem weiteren Sensorelement oder einem Widerstandselement wird auch als eine Halbbrückenschaltung oder ein Ast einer Vollbrückenschaltung bezeichnet, während die zuvor beschriebene Parallelschaltung auch als Vollbrückenschaltung bezeichnet wird. Zusammenfassend wird für Vollbrücken- und Halbbrückenschaltungen auch die Bezeichnung „Messbrücken” verwendet. Nähere Beispiele werden im Zusammenhang mit 10 näher beschrieben.
Wie im weiteren Verlauf noch ausgeführt wird, sind hierbei die Sensorelemente der einzelnen Messanordnungen (110) auf einem Träger, Chip oder Substrat des Magnetfeldsensors lateral gegeneinander verschoben angeordnet bzw. lateral gegeneinander versetzt angeordnet, so dass für die verschiedenen Messkonfigurationen sich jeweils unterschiedliche räumlich voneinander getrennte Messpunkte ergeben. Je nach Auswahl einer Messanordnung 110 kann somit basierend auf der lateralen Anordnung der Sensorelemente auf dem Chip der jeweilige aktive Messpunkt des Magnetfeldsensors verschoben werden.
Darüber hinaus bietet es sich an dieser Stelle an, darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung unter einer ersten Komponente, die mit einer zweiten Komponente gekoppelt ist, zwei solche Komponenten verstanden werden, die direkt miteinander verbunden sind oder über eine weitere Komponente oder Schaltung miteinander in Kontakt stehen bzw. verbunden sind. Anders ausgedrückt, wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung unter zwei Komponenten, die miteinander elektrisch gekoppelt sind, solche Komponenten verstanden, die direkt elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind oder über eine weitere Komponente mit einander in elektrischem Kontakt stehen. So können die Messanordnungen 110 bzgl. ihrer Anschlüsse 140a, 140b beispielsweise mit der Sensorschaltung 120 über direkte metallische Verbindungsleitungen oder Verbindungsstrukturen gekoppelt bzw. in diesem Fall verbunden sein. Ebenso können die Messanordnungen 110 bzw. ihre Anschlüsse 140a, 140b jedoch auch über weitere Schaltungen, etwa Sicherungen, Schutzschaltungen zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen, Widerständen oder anderen Schaltungen mit der Steuerschaltung 120 gekoppelt sein.
Darüber hinaus sollte an dieser Stelle ebenfalls darauf hingewiesen werden, dass im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung für Strukturen, Sensorelemente, Schaltungen und andere Objekte zusammenfassende Bezugszeichen verwendet werden, wenn beispielsweise die betreffenden Objekte im Rahmen eines Ausführungsbeispiels mehrfach auftreten oder aber auch ähnliche Objekte und Strukturen in mehreren Ausführungsbeispielen auftreten bzw. implementiert werden. Hierbei werden im Allgemeinen die jeweiligen zusammenfassenden Bezugszeichen verwendet, wenn, nicht ein bestimmtes Objekt bzw. ein bestimmtes funktionales Merkmal, eine Eigenschaft oder ein anderes Merkmal eines bestimmten Objekts diskutiert bzw. erläutert wird. So beschreibt beispielsweise das Bezugszeichen 110 im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso wie im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 eine (beliebige) Messanordnung des betreffenden Ausführungsbeispiels, während das Bezugszeichen 110-1 beispielsweise die erste Messanordnung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels oder eines anderen Ausführungsbeispiels bezeichnet. Hierbei können Beschreibungspassagen, die sich auf ein betreffendes Objekt beziehen, auch auf Beschreibungen anderer Ausführungsbeispiele übertragen werden, sofern dies nichtexplizit anders angegeben ist. So können beispielsweise im Rahmen der Messanordnungen 110 des Ausführungsbeispiels des Magnetfeldsensors 100 aus 1 Messanordnungen 110 implementiert bzw. eingesetzt werden, wie sie beispielsweise im Rahmen der 10 näher erläutert und beschrieben werden. Somit ermöglicht die Verwendung zusammenfassender Bezugszeichen eine erheblich kompaktere und klarere Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein mögliches Anwendungsgebiet eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100. Das Ausführungsbeispiel des Magnetfeldsensors 100 weist mehrere magnetischsensible Elemente bzw. Sensorelemente 150 auf. Die Sensorelemente 150 können so im Rahmen von Messanordnungen 110 verschaltet werden, wie dies im Rahmen des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 gezeigt wurde. Nähere Details zu einer entsprechenden Verschaltung der Sensorelemente 150 zu Messanordnungen 110 werden im Rahmen der 10 näher erläutert. Die Sensorelemente 150 sind, wie zuvor erwähnt wurde, magnetisch sensitive Sensorelemente, die beispielsweise als Hallsensoren oder magnetoresistive Sensoren implementiert werden können.
Magnetoresistive Sensorelemente 150 oder auch xMR-Sensorelemente sind solche Sensorelemente, die ihren Widerstandswert unter dem Einfluss des Magnetfeldes in einer reproduzierbaren Art und Weise ändern. Typische magnetoresistive Sensorelemente stellen so AMR-Sensorelemente (AMR = anisotropic magneto resistance = anisotroper Magnetwiderstand), GMR-Sensorelemente (GMR = giant magneto resistance = gigantischer Magnetwiderstand), CMR-Sensorelemente (CMR = colossal magneto resistance = kolossaler Magnetwiderstand) oder EMR-Sensorelemente (EMR = extraordinary magneto resistance = außergewöhnlicher Magnetwiderstand), TMR-Sensorelemente (TMR = tunnel magnetic resistance = Tunnelmagnetwiderstand). Darüber hinaus können selbstverständlich auch andere magnetischsensitive Sensorelemente 150, wie etwa Magnet-Dioden, Magnet-Transistoren, Magnetwiderstände oder vertikale Hall-Sensoren implementiert werden.
Der Magnetfeldsensor 100 ist bei dem in 2a gezeigten Anwendungsbeispiel eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 zusammen mit einem so genannten Backbiasmagneten 160 mechanisch gekoppelt, bei dem es sich um einen Permanentmagneten bei vielen Anwendungsgebieten handelt, der eine Magnetisierung aufweist, wie sie in 2a durch die Pfeile 170 dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel des Magnetfeldsensors 100 ist zusammen mit dem Backbiasmagneten 160 in einer Schutzhülle bzw. Schutzgehäuse 180 eingebettet und oberhalb eines Geberobjektes 190 angeordnet.
Das Geberobjekt 190 ist bei dem in 2a gezeigten Anwendungsbeispiel ein aus einem permeablen bzw. weichmagnetischem Material hergestelltes Zahnrad, das auch als permeables Zielrad (permeable target wheel) bezeichnet wird. Grundsätzlich können jedoch auch andere Geberobjekte im Rahmen der entsprechenden Anwendungsbeispiele eingesetzt werden, also beispielsweise gelochte Räder bzw. Lochräder, Zahnstangen oder andere aus einem permeablen Material hergestellten Objekte mit einer periodischen Struktur, die ein von dem Backbiasmagneten hervorgerufenes Magnetfeld in Abhängigkeit von der Bewegung des Geberobjekts 190 periodisch ändern. Je nach konkreter Implementierung eines Magnetfeldsensors 100 im Rahmen anderer Anwendungsbeispiele kann ggf. eine Implementierung eines Beckbiasmagneten 160 entfallen. In einem solchen Fall kann das Geberobjekt 190 selber als Polrad aus einem magnetischen Material aufgebaut sein, wobei in diesem Fall die periodischen Strukturen des Geberobjektes 190 ebenfalls unterschiedliche Magnetisierungen aufweisen können. So kann beispielsweise bei einem Geberobjekt 190 anstelle einer periodischen Struktur der Gestalt des Geberobjekts eine periodische Magnetisierung, beispielsweise in Form abwechselnder magnetischer Nord- und Südpole implementiert werden. Häufig wird ein entsprechendes Geberobjekt 190 als Polrad oder Polstange bezeichnet.
In diesem Zusammenhang bietet es sich an zu erwähnen, dass die erwähnte Periodizität des Magnetfeldes, periodischer Strukturen (z. B. des Geberobjekts 190) oder andere periodischer Effekte sich nicht auf das vollständige Objekt oder seine Außenabmessung beziehen muss. So kann es beispielsweise im Falle eines Zahnrades als Geberobjekt 190 in manchen Anwendungsbeispielen ratsam sein, eine Indexlücke oder eine andere Indexmarkierung vorzusehen, um eine (absolute) Positionsbestimmung des Geberobjekts 190 zu ermöglichen. In einem solchen Fall weist das resultierende Magnetfeld also eine zumindest abschnittsweise Periodizität auf, die sich im Allgemeinen über wenigstens zwei Perioden oder Periodenlängen erstreckt. Im Falle eines Zahnrades (mit Indexlücke) ist also die Periodenlänge typischerweise eine Länge eines Zahns und der folgenden Lücke eines „normalen” Zahns, also nicht des Indexzahns bzw. der Indexlücke. Aufgrund der Geschwindigkeit, also beispielsweise Lineargeschwindigkeit oder der Winkelgeschwindigkeit des Geberobjekts 190, im Zusammenhang mit der lateralen Ausdehnung des Geberobjekts und der Magnetfeldsensoren bzw. Sensoren ergibt sich so ein zumindest abschnittsweise räumlich und zeitlich periodisches Magnetfeld in dem oben geschilderten Fall.
Anwendungsbeispiele, wie sie in 2a schematisch skizziert sind, entstammen beispielsweise im Bereich des Automobilsektors der Anwendung im Bereich von ABS-Systemen (ABS = Anti-Blockiersystem), Kurbelwellensensoren und Nockenwellensensoren, bei denen die Bewegung der Räder bzw. entsprechenden Wellen mittels magnetischer Sensoren detektiert wird. Dabei werden u. a. Zahnräder mit kleinen Permanentmagneten als Geberobjekt 190 an der Rückseite der Sensoren verwendet. Durch die Bewegung des Rades entsteht dann am Sensor ein zumindest abschnittsweise periodisches, beispielsweise sinusförmiges Magnetfeld, das über die betreffenden Sensorelemente 150 detektiert werden kann. Bei magnetoresistiven Sensorelementen 150 (xMR-Sensorelemente) wird hierbei häufig die Komponente des Magnetfeldes in der Chipebene des Ausführungsbeispiels des Magnetfeldsensors 100 ausgewertet, wenn das betreffende Ausführungsbeispiel im Rahmen eines Dünnschichtprozesses als entsprechendes Dünnschichtbauelement auf einem Chip oder Substrat ausgefüllt ist. Je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 kann zugleich auch die Richtung der Drehbewegung bzw. Rotation des Rades ausgewertet werden, wie dies in 2a angedeutet ist. Ein Geberobjekt 190 kann somit je nach konkretem Anwendungsszenario Teil einer Welle, eines Rades oder einer anderen sich bewegenden Komponente sein oder mit einem entsprechenden Objekt oder einer entsprechenden Komponente mechanisch gekoppelt sein.
Hierbei wird bei vielen Anwendungen, wie dies auch 2a illustriert, ein kleiner Permanentmagnet, nämlich der Backbiasmagnet 160, an dem Magnetfeldsensor 100 angebracht und beide werden vor und/oder über einer Zahnrad-förmigen permeablen Platte angeordnet, wobei ein Abstand zwischen den Sensorelementen 150 und dem Geberobjekt 190 auch als magnetischer Luftspalt (magnetic airgap) bezeichnet wird, wie dies auch in 2a in Form des Pfeils 195 eingezeichnet ist. Wird die Scheibe bzw. das Geberobjekt 190 rotiert, passieren die Zähne des Geberobjekts 190 den Sensor und erzeugen kleine (Magnet)-feldvariationen, die durch den Sensor detektiert werden und Informationen über die Winkelposition und/oder die Drehgeschwindigkeit des Geberobjektes 190 bzw. der Scheibe 190 aufweisen. Je nach konkreter Implementierung können die periodischen Feldänderungen eine nahezu sinusförmige Wellenform aufweisen, wobei eine Amplitude dieser Wellenform stark mit wachsendem Luftspalt 195 zwischen dem Sensor 100 und dem Geberobjekt 190 abnimmt.
Hierbei kann es dazu kommen, dass selbst wenn eine Mitte einer Lücke des Geberobjekts 190, also die Mitte zwischen zwei Zähnen des Geberobjekts 190, exakt zwischen zwei magnetoresistiven Sensorelementen 150 zu liegen kommt, was im Folgenden einer Position x = 0 entspricht, dass die Flusslinien des Magneten divergieren, wodurch unzulässig große Magnetfeldkomponenten in x-Richtung (Bx-Komponente) auf die betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente einwirken. Hierdurch kann es geschehen, dass die beiden magnetoresistiven Sensorelemente in die Sättigung getrieben werden und daher kein Signal mehr abgeben.
Um dies näher zu illustrieren, ist in 2b schematisch eine Messanordnung 110 in Form einer Halbbrückenschaltung mit einem ersten Sensorelemente 150-1 und einem zweiten Sensorelement 150-2 eingezeichnet, bei denen es sich beispielsweise um magnetoresistive Sensorelemente, also beispielsweise um GMR-Sensorelemente handeln kann. Handelt es sich bei den beiden Sensorelementen 150 der Messanordnung 110 in 2b um GMR-Sensorelemente, so weisen diese in sehr vielen Fallen neben den eigentlichen für den GMR-Effekt verantwortlichen Schichten auch eine hartmagnetische Schicht auf, bei der es sich beispielsweise um einen als synthetischen Antiferromagneten (SAF) bekannten Schichtstapel handeln kann.
Diese hartmagnetische Schicht bzw. der SAF wird häufig im Rahmen eines so genannten Konditionierungs-Prozesses mit einer magnetischen Richtung bzw. Vorzugsrichtung versehen, die in 2b durch die Pfeile innerhalb der beiden Sensorelemente 150 angedeutet ist. Wirkt im Falle eines GMR-Sensorelements 150 ein Magnetfeld mit einer Komponente in der Ebene der GMR-Sensorelemente derart auf dieses ein, dass eine Komponente in Richtung der Konditionierung 200 vorhanden ist, weist das betreffende GMR-Sensorelement einen Widerstandswert auf, der kleiner ist als ein Widerstandswert in dem Fall, dass die betreffende Komponente des äußeren Magnetfeldes der Konditionierung 200 entgegengerichtet ist.
Somit stellt die in 2b gezeigte Messanordnung eine Halbbrückenschaltung dar, bei der beispielsweise an einen Anschluss 140a eine Versorgungsspannung, etwa eine positive Versorgungsspannung angelegt werden kann, während an einen weiteren Anschluss 140b eine entsprechende weitere Versorgungsspannung, also etwa eine negative Versorgungsspannung oder ein Bezugspotential derart angelegt werden kann, dass an einem Messabgriff 130, der im Falle einer Halbbrückenschaltung auch als Mittelabgriff bezeichnet wird und zwischen den beiden in Serie geschalteten Sensorelementen 150-1 und 150-2 angeordnet ist, ein Spannungssignal als Messsignal abgegriffen werden kann, das eine Abhängigkeit von einem auf die beiden Sensorelemente 150 einwirkenden Magnetfeld bezüglich der Komponente der Konditionierung 200 aufweist. Genauer gesagt weist das an den Messabgriff 130 abnehmbare Messsignal eine Abhängigkeit von einer Differenz der auf die beiden Sensorelemente 150 einwirkenden Magnetfeldkomponente bzgl. der Konditionierung 200 auf. In diesem Fall wirken die beiden Sensorelemente 150-1 und 150-2 aufgrund ihrer Serienschaltung als Spannungsteiler mit einem variablen, von dem externen Magnetfeld bzw. seiner Komponente bezüglich der Konditionierung 200 abhängigen Spannungsteilungsverhältnis.
Wird nun beispielsweise die Messanordnung 110 durch ein in 2b nicht gezeigten Backbiasmagneten einem permanenten Magnetfeld ausgesetzt und wird dieses durch ein Geberobjekt 190 in Form beispielsweise eines Zahnrades beeinflusst, kann es je nach geometrischer Anordnung und Verschaltung der einzelnen Sensorelemente 150 zu einem entsprechenden, sich ändernden Magnetfeld, bezogen auf die Richtung der Konditionierung 200 führen, das zu einer entsprechenden Änderung des an dem Messabgriff 130 anliegenden Spannungssignal bzw. Messsignal führt.
Hinsichtlich der geometrischen Anordnung der beiden Sensorelemente 150-1, 150-2 kann beispielsweise ein entsprechendes Messsignal an dem Messabgriff 130 erzeugt werden, wenn eine Zahnlänge bzw. eine Lückenlänge des Geberobjekts 190 etwa mit dem Abstand der beiden Sensorelemente 150-1, 150-2, bezogen auf die Rotationsrichtung des Geberobjekts 190 übereinstimmt. Wird die genaue Position der einzelnen Sensorelemente 150-1, 150-2, bezogen auf eine X-Achse 210, wie sie in 2b eingezeichnet ist, mit x_S1 und x_S2 bezeichnet, so entspricht also eine Zahnlänge bzw. eine Lückenlänge, die auch als so genannter Pitch p bezeichnet wird, etwa der Differenz der beiden X-Koordinaten der beiden Sensorelemente 150. Mit anderen Worten entspricht in diesem Fall dem Pitch p (oder auch λ) der Differenz der x-Koordinate x_S2 und der x-Koordinate x_S1.
Wird die x-Achse 210, wie auch im weiteren Verlauf, auf eine Mittenposition des in 2b nicht eingezeichneten Backbiasmagneten bezogen, so dass diese die x-Koordinate x = 0 aufweist, so weisen die beiden Sensorelemente 150-1, 150-2 im Falle einer idealen Positionierung bezüglich des Backbiasmagneten x-Koordinaten auf, die betragsmäßig identisch sind und sich nur durch ein Vorzeichen unterscheiden. Mit anderen Worten gilt, in einem solchen Fall, idealerweise x_S1 = –x_S2.
Eine Möglichkeit, die im Zusammenhang mit 2a beschriebenen möglichen Divergenz der Flusslinien zumindest zu reduzieren, um ggf. die Sensorelemente 150 nicht in die Sättigung zu treiben, besteht darin, einen so genannten Spaltmagneten zu verwenden, bei dem in der Mitte eine Aussparung vorliegt, zum Beispiel also eine Nut. Hierdurch ist es möglich, die Feldlinien „gerade zu biegen”, so dass die x-Komponente des Magnetfeldes (Bx-Komponente) des Magnetfeldes (Bx-Komponente) im Falle des Durchtritts durch die Sensorelemente 150, also die magnetoresistiven Sensorelementen 150, zumindest so weit abgesenkt werden, dass diese nicht notwendigerweise in die Sättigung getrieben werden. Ein wichtiger Punkt in diesem Zusammenhang ist jedoch, dass die magnetoresistiven Sensoren in diesem Fall äußerst genau bezüglich der Position des Magneten positioniert werden sollten, da bereits kleine Positionsfehler, die etwa in der Größenordnung von 0,1 mm liegen, die magnetoresistiven Sensorelemente 150 trotz Verwendung des Spaltmagneten übersteuern bzw. in Sättigung treiben können.
Im Falle vieler Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100 kann es daher ratsam sein, eine möglichst exakte Positionierung der Magnetfeldsensoren hinsichtlich eines ggf. vorhandenen Backbiasmagneten vorzunehmen. Im Rahmen der 3a bis 7 am Falle eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors mit einem Backbiasmagneten illustriert, dass ein Gradient der Flussdichtekomponente, die auf einem GMR-Sensorelement 150 einwirkt, durchaus in der Größenordnung von 100 mT/mm liegen kann. Dieses Beispiel illustriert somit, dass zumindest im Rahmen der im Folgenden beschriebenen Parameter eine Positionierung mit einer Genauigkeit von weniger als 0,25 mm unerlässlich ist, da ansonsten die Gefahr besteht, dass die betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente 150 in die Sättigung getrieben werden könnten. Eine Reduktion der Empfindlichkeit der magnetoresistiven Sensorelemente 150, so dass diese erst bei höheren Feldern in die Sättigung gehen, erscheint in diesem Zusammenhang als weniger vorteilhaft, da gerade dies einer Verwendung magnetoresistiver Sensorelemente, insbesondere GMR-Sensorelemente, die eine hohe Empfindlichkeit bereithalten, zuwiderläuft.
Die im Folgenden gezeigten numerischen Simulationsergebnisse basieren auf einer FEM-Simulation (FEM = Finite Elemente Methode), der ein Blockmagnet (block magnet) mit einem Durchmesser von 4 mm, einer Höhe von 5 mm und einer (zentralen) Bohrung mit einem Durchmesser von 2 mm zu Grunde liegt. Der Schwerpunkt des Magneten stimmt im Rahmen der folgenden Berechnungen mit dem Ursprung des der Simulation zu Grunde liegenden Koordinatensystems überein. Der Magnet oder Backbiasmagnet ist in vertikaler Richtung, also in y-Richtung, homogen magnetisiert mit einem remanenten Magnetfeld bzw. einer remanenten Flussdichte Brem = 1 T. Das als Geberobjekt 190 wirkende Zahnrad hat eine relative Permeabilität μr = 1600. Die Zähne des Zahnrads sind kosinus-förmig ausgeformt mit einer Periode von 10 mm und einer Höhe von jeweils 5 mm. Die in den Figuren dargestellte untere Seite des Magneten ist 7,5 mm oberhalb der Zähne angeordnet. Im Hinblick auf die Position des Zahnrades zeigt 3a ein Ergebnis einer numerischen Simulation, bei dem das Zahnrad sich in einer Position x1 = 0 mm bzw., aufgrund der Permeabilität des Zahnrades, bei x1 = 10 mm befindet. Diese Position entspricht gerade einem Zahn des Zahnrades 190 auf der Symmetrielinie des Magneten 160. 3b zeigt im Vergleich die Position, bei der das Geberobjekt bzw. das Zahnrad 190 eine x-Position aufweist, die einer x-Koordinate x1 = 5 mm entspricht, bei der also gerade eine Lücke des Zahnrades auf der Symmetrielinie des Magneten 160 liegt. Selbstverständlich ist bei den 3a und 3b die horizontale Richtung im Einklang mit der x-Achse, während die vertikale Richtung der Y-Achse entspricht. Folglich zeigen die. 3a und die 3b die beiden extremen Positionen des Zahnrades 190 bezüglich des Magneten 160. Hierbei sind in den 3a und 3b neben den einzelnen Strukturen des Backbiasmagneten 160 und des Geberobjekts 190 auch in Form kleiner Pfeile eine Magnetisierung innerhalb des Geberobjekts 190, Konturlinien 220, die sich auf die magnetische Flussdichte beziehen und magnetische Feldlinien 230 gezeigt.
4 zeigt auf Basis numerischer Simulationen, wie sie beispielsweise in den 3a und 3b gezeigt sind, eine Komponente des Magnetfeldes in x-Richtung als Funktion der x-Koordinate für den Fall, dass das Zahnrad 190 bei einer Position x1 = 0 mm, also im Falle dass gerade ein Zahn des Zahnrades 190 auf der Symmetrieachse des Backbiasmagneten 160 zu liegen kommt. Genauer gesagt zeigt 4 die entsprechende Abhängigkeit der x-Komponente des Magnetfeldes als Funktion der x-Koordinate für insgesamt fünf verschiedene Ebenen, auf denen die Sensorelemente 150, also beispielsweise die GMR-Sensorelemente angeordnet sein können. Als jeweiliger Parameter ist hierbei die y-Position der betreffenden Ebene bzw. der betreffenden Sensorelemente 150 angegeben, wobei, wie zuvor erläutert wurde, der Backbiasmagnet 160 bei einer y-Position von y = –0,0025 m = –2,5 mm liegt.
Alle fünf in 4 gezeigten Verläufe weisen ein im Wesentlichen zu dem Punkt (x, Bx) = (0 m, 0 T) einen punktsymmetrischen Verlauf auf. Ferner weisen alle fünf Verläufe eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Periodizität im Hinblick auf die x-Komponente des Magnetfeldes auf.
Der in 4 gezeigte Verlauf 240, der einer y-Ebene mit der y-Koordinate y = –0,0033 m = –3,3 mm entspricht, zeigt bei den X-Koordinaten x = +/–1,25 mm, dass die relevante x-Komponente Bx der magnetischen Flussdichte im Wesentlichen verschwindet bzw. einen hinreichend kleinen betragsmäßigen Wert annimmt, wenn die GMR-Sensorelemente 150 in einem Abstand von etwa 0,8 mm unterhalb der unteren Oberfläche des Magneten angeordnet sind. Mit anderen warten entspricht der Verlauf 240, dem der y-Parameter y = –3,3 mm zugrunde liegt, gerade einem Abstand der betreffenden Ebene von 0,8 mm unterhalb der unteren Oberfläche des Backbiasmagneten 160, wobei, die zuvor beschriebene Ausdehnung des Backbiasmagneten 160 mit einer Höhe von 5 mm und einer Anordnung in Bezug auf das in den 3a und 3b verwendete Koordinatensystem berücksichtigt wurde. Mit anderen Worten können grundsätzlich zwei magnetoresistive bzw. GMR-Sensorelemente 150-1, 150-2 bei den Koordinaten x_S1 = –1,25 mm und x_S2 = +1,25 mm angeordnet werden, ohne dass die betreffenden GMR-Sensorelemente 150 in die Sättigung getrieben werden. Allerdings zeigt der Verlauf 240 in 4, dass, sollten die beiden Sensorelemente 150 eine laterale Fehlpositionierung von 0,25 mm aufweisen, die betreffenden GMR-Sensorelemente 150 sich bereits tief im Bereich der Sättigung hinsichtlich der x-Komponente des Magnetfeldes befinden. Eine entsprechende laterale Fehlpositionierung der beiden Sensorelemente 150 würde so zu einer x-Komponente des Magnetfeldes die betragsmäßig deutlich oberhalb 20 mT liegt, führen, was, je nach genauer Implementierung eines Sensorelements, einer typischen Sättigungsgrenze entspricht.
5 zeigt darüber hinaus eine Auftragung verschiedener Verläufe der x-Komponente Bx der magnetischen Flussdichte als Funktion der y-Koordinate für den in 3a gezeigten Fall, dass ein Zahn des Geberobjekts 190 auf der Symmetrieachse bzw. Symmetrielinie des Backbiasmagneten 160 liegt, was dem Fall x = 0 entspricht. Genauer gesagt zeigt 5 hierbei drei verschiedene Verläufe, bei denen als die Parameter die x-Position in der Sensorelemente 150 variiert wurde.
Die Verläufe in 5 zeigen darüber hinaus, dass für die zuvor angesprochenen Abweichungen von +/–0,25 mm von den zuvor angegebenen Positionen x = +/–1,25 mm – außer für sehr kleine y-Parameter unterhalb von etwa – 6 mm die betreffenden x-Komponenten Bx des durch den Backbiasmagneten 160 im Zusammenhang mit dem Geberobjekt 190 hervorgerufenen magnetischen Flussdichte einen an dem betreffenden Positionen angeordneten magnetoresistiven Sensor 150 mit hoher Wahrscheinlichkeit in die, Sättigung treiben würde.
Je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 kann dieser neben der zuvor beschriebenen Mehrzahl von Messanordnungen 110 zusätzliche Messanordnungen oder Sensorelemente umfassen, die beispielsweise zur Erfassung bzw. Messung weiterer Magnetfeldspezifischen Größen dienen. Bei manchen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 ist so beispielsweise zentral zwischen den in 2b gezeigten Sensorelemente 150-1 und 150-2 ein drittes Sensorelement 150 geschaltet, auf Basis dessen eine zusätzliche Messgröße ggf. detektierbar bzw. erfassbar ist. Wird beispielsweise ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 im Rahmen eines inkrementellen Geschwindigkeitssensors auf Basis magnetoresistiver Sensorelemente implementiert, kann durch eine Anordnung der Messanordnung 110 mit ihren beiden Sensorelementen 150-1, 150-2, wie sie exemplarisch in 2b gezeigt ist, verwendet werden, um an dem Messabgriff 130 ein Geschwindigkeitssignal bzw. ein Messsignal, das an einer Information bezüglich einer Geschwindigkeit des Geberobjekts 190 aufweist, abzugreifen. Das zuvor erläuterte, optionale weitere bzw. dritte Sensorelement, das in 2b nicht gezeigt ist, kann in diesem Zusammenhang zur Messung bzw. Bestimmung einer Richtung eines Geberobjekts 190 herangezogen werden. Mit anderen Worten kann grundsätzlich bei in 2b gezeigten Situation ein Richtungssignal auf Basis der Messung einer x-Komponente des Magnetfeldes Bx am Ort x = 0 geschehen.
Darüber hinaus ist es möglich, ein Geschwindigkeitssignal zu definieren, indem eine Differenz der an den Orten x = +1,25 mm und x = –1,25 mm vorherrschenden magnetischen Flussdichten hinsichtlich der x-Komponente bestimmt wird. Da selbstverständlich die Eigenarten, Merkmale und andere Eigenschaften der betreffenden Sensorelemente 150 ebenfalls Einfluss haben, sowie selbstverständlich auch die noch im Folgenden erläuternden Auswerteverfahren bzw. Erfassungsschaltungen, kann somit gesagt werden, dass das Richtungssignal in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 auf der x-Komponente der magnetischen Flussdichte Bx am Ort x = 0 basiert.
Entsprechend basiert ein Geschwindigkeitssignal in vielen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100, wie er zuvor erläutert wurde, auf einer Differenz der betreffenden Komponenten der magnetischen Flussdichte an den Orten der Sensorelemente 150. Schaltungstechnisch kann dies, wie 2b gezeigt hat, beispielsweise durch Verschaltung der beiden Sensorelemente 150-1, 150-2 in Form einer Brückenschaltung mit einem Mittelabgriff als Messabgriff 130 der Messanordnung 110 realisiert werden.
Wird darüber hinaus angenommen, dass die beiden Sensorelemente 150 an den Orten x_S1 = –1,25 mm und x_S2 = +1,25 mm sich befinden, basiert das Geschwindigkeitssignal in diesem Fall, also beispielsweise auf der Differenz der x-Komponenten der magnetischen Flussdichte Bx an diesen beiden Orten, also auf Bx (x = +1,25 mm) – Bx (x = –1,25 mm). 6 zeigt für ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal v bzw. die Differenz der x-Komponente der magnetischen Flussdichte an den beiden zuvor erläuternden Orten auf Basis derer ein Geschwindigkeitssignal bestimmt wird als Funktion der Position des Zahnrades x1 für verschiedene Abstände zwischen den GMR-Sensorelemente 150 und einem Backbiasmagneten im Falle eines entsprechenden Backbias-GMR-Systems. Die in 6 gezeigten verschiedenen Geschwindigkeitsverläufe v stellen hierbei nicht das eigentliche Geschwindigkeitssignal, das eine entsprechende Auswerteschaltung als Ausgangssignal bereitstellen könnte dar, sondern vielmehr lediglich die zuvor erläuterte Differenz der x-Komponenten der magnetischen Flussdichte. Aus diesem Grund ist in 6 das Geschwindigkeitssignal v auch in Einheiten der magnetischen Flussdichte Tesla (T) wiedergegeben.
6 zeigt so insgesamt fünf verschiedene Geschwindigkeitssignalverläufe v 250-6,5, 250-3,5, 250-1,0, 250-0,8 und 250-0,6 dar. Darüber hinaus zeigt 6 ebenfalls fünf zugehörige Richtungssignalverläufe R 260-6,5, 260-3,5, 260-1,0, 260-0,8 und 260-0,6, bei denen es sich wiederum nicht um das eigentliche Richtungssignal, sondern vielmehr um die X-Komponente der magnetischen Flussdichte Bx am Orte x = 0 handelt. Mit anderen Worten ist auch in diesem Fall das Richtungssignal R in Einheiten der magnetischen Flussdichte Tesla (T) wiedergegeben.
Den in 6 gezeigten Berechnungen liegt hierbei eine Zahnbreite von 5 mm, eine Lückenbreite von 5 mm, eine relative Permeabilität μ_r = 1600 und eine remanente Magnetisierung bzw. eine remanente magnetische Flussdichte Brem = 1 T des Backbiasmagneten 160 bzw. des Geberobjekts 190 zugrunde. Der Abstand zwischen einem Zahn und dem Magneten beträgt wiederum 7,5 mm, wobei es sich erneut um einen so genannten Split-Magneten mit einer Breite von 4 mm und einer Höhe von 5 mm mit einer zentralen mit einem Durchmesser von 2 mm handelt. Der Backbiasmagnet 160 ist hierbei wiederum homogen in y-Richtung magnetisiert. Das Geschwindigkeitssignal v basiert hierbei aufgrund der zuvor beschriebenen Positionierung der Sensorelemente 150 auf einem Abstand von links nach rechts von 2,5 mm. Die Geschwindigkeitsverläufe 250 basieren also auf der Differenz der betreffenden Komponenten der magnetischen Flussdichte, während die Richtungsverläufe 260 auf der betreffenden Komponente der magnetischen Flussdichte an dem zentral dazwischen gelegen Ort basiert.
In 6 ist darüber hinaus eingetragen, dass eine Zahnradposition x1 = 5 mm einer Position des Magneten über einer Lücke des Zahnrads bzw. des Geberobjekts 190 entspricht, während die Positionen x1 = 0 mm oder x1 = 10 mm einer Position des Magneten über einem Zahn des Zahnrades entsprechen.
Während die Richtungsverläufe 260, abgesehen von dem Richtungsverlauf 260-6,5, für einen Abstand der Sensorelemente 150 von dem Backbiasmagneten von 6,5 mm x-Komponenten von zum Teil mehr als 5 mT für manche Zahnradpositionen aufweist, zeigen die weiteren vier in 6 gezeigten Richtungsverläufe 260 Flussdichtewerte bzgl. der x-Komponente von deutlich weniger als 10 mT. Im Unterschied hierzu weisen die Geschwindigkeitsverläufe 250 im Hinblick auf typische Sättigungsgrenzen von GMR-Sensorelementen nicht akzeptabel große Nullpunktsverschiebungen (Offsets) außer in einem schmalen Bereich des Abstands der GMR-Sensorelemente zu dem Backbias-Magneten, wobei der Magnet etwa 0,7 bis 0,9 mm über der Chipoberfläche bzw. Substratoberfläche des Ausführungsbeispiels des Magnetsensors 100 angeordnet ist. Anders ausgedrückt, führt eine Position des Magneten 160 von etwa 0,7 bis 0,9 mm oberhalb der GMR-Sensorelemente zu einer permanent vorherrschenden magnetischen Flussdichte hinsichtlich der x-Komponente, die gerade zu keiner Sättigung der GMR-Sensorelemente 150 führen wird, die für die Geschwindigkeitsanalyse herangezogen werden können.
Die magnetische Nullpunktsverschiebung (magnetic offset) an den Positionen der drei GMR-Sensorelementen bei x = 0 mm und x = +/–1,25 mm ist, wie 6 gezeigt hat, unterhalb eines Wertes von 10 mT, falls der Magnet sich in einem Bereich zwischen 0,7 mm und 0,9 mm oberhalb der Chipoberfläche, also in Anbetracht der Größe und Dimension des Backbiasmagneten 190 bei y-Koordinaten zwischen y = –2,2 mm und –3,4 mm befindet. Um dies näher zu illustrieren, zeigt 7 eine Darstellung des magnetischen Nullpunkts bzw. des an verschiedenen Orten herrschenden mittleren Magnetfeldes B₀, der auch als Offset bezeichnet wird und als Mittelwert der x-Komponente der magnetischen Flussdichte Bx gemittelt über eine Periode einer Bewegung des Zahnrades von x1 = 0 bis x1 = 10 mm entspricht.
So zeigt 7 für verschiedene Abstände der GMR-Sensorelemente zu dem Magneten bzw. Backbiasmagneten zwischen 0,6 mm und 6,5 mm den magnetischen Mittelwert oder Offset B₀ als Funktion des lateralen Abstandes von der Symmetrielinie bzw. Zentrallinie des Backbiasmagneten, also wenn x-Richtung. Hierbei liegt wieder den in 7 gezeigten Verläufen eine Distanz zwischen dem Magneten bzw. Backbiasmagneten 160 und einem Zahn des Zahnrades 190 von 7,5 mm zugrunde.
Genauer gesagt zeigt 7 insgesamt fünf Offsetverläufe 27-6,5, 270-3,5, 270-1, 270-0,8 und 270-0,6, wobei das Bezugszeichen der einzelnen Offsetverläufe wiederum um den zuvor erwähnten Parameter der Distanz zwischen dem GMR-Element und dem Backbiasmagneten bzw. dem Magneten erweitert wurde. Darüber hinaus ist in 7 wiederum in Form dreier Pfeile bei x = –0,0125 m, bei x = 0 m und bei x = +0,0125 m die im Zusammenhang mit den 3a bis 6 beispielhaft erläuternden Positionen der verschiedenen GMR-Sensorelemente 150 im Rahmen der Messanordnung 110 und des optionalen zusätzlichen Sensorelemente in zentraler Position zwischen den beiden Sensorelementen der Messanordnung der Ableitung eines Richtungssignals. Auch die Offset-Verläufe 270, wie sie in 7 gezeigt sind, weisen bezogen auf den Punkt (Bx, x) = (0 T, 0 m) einen punktsymmetrischen Verlauf auf, der darüber hinaus in dem gezeigten x-Bereich im Hinblick auf die Abstände von 1 mm, 0,8 mm und 0,6 mm (Offsetverläufe 270-1, 270-0,8, 270-0,6) ein oszillatorisches Verhalten zeigen.
Der Verlauf 270-0,6, der einem Abstand des GMR-Sensorelements 150 von dem Backbiasmagneten 160 von 0,6 mm entspricht, weist im Bereich der x-Koordinaten der beiden Sensorelemente 150 bei x = +/–0,00125 m = +/–1,25 mm betragsmäßigen Steigung von mehr als 200 mT/mm auf. Auch der Offset-Verlauf 270-0,8, der einem y-Parameter von y = 0,8 mm bzw. einer Distanz zwischen dem GMR-Sensorelement 150 und dem Backbiasmagnet 160 von 0,8 mm entspricht, weist in diesem Bereich eine betragsmäßig deutlich kleinere Steigung von etwa 96 mT/mm auf. Trotzdem ist für viele Applikationen eine solche Steigung als sehr steil anzusehen, da so bereits kleine laterale Verschiebungen des Chips bzw. des Biasmagneten eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 dazu führen kann, dass der Backbiasmagnet GMR-Sensorelemente 150 bereits in die Sättigung treiben kann.
Eine entsprechende laterale Positionstoleranz zwischen dem Magneten 160 und dem Chip mit einem Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 kann einerseits bereits daher hervorgerufen werden, dass der Chip im Rahmen der Fertigung des endgültigen Sensors bzw. Sensormoduls im Rahmen des so genannten Die-Attach-Prozesses auf den so genannten Leadframe geklebt wird; wobei Positionstoleranzen von +/–150 μm durchaus üblich sind. Andererseits wird auch der (Backbias-)Magnet 160 im Rahmen des zuvor genannten Modulassemblys, also im Rahmen der Fertigstellung des fertigen Sensormoduls, auf die Rückseite geklebt, wobei noch einmal Positionierungstoleranzen von ca. 150 μm durchaus nicht unüblich sind.
Im Rahmen einer typischen Verteilung, beispielsweise einer Gaus-Verteilung kann man also von einer 3-Sigma-Positionstoleranz zwischen dem magnetoresistiven Sensorelement (xMR-Sensorelement) und dem zugehörigen Magnet von gut 0,21 mm ausgehen. Im Rahmen einer zuvor beschriebenen Anordnung von Backbiasmagnet 160 und Chip eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 mit einem Feldgradienten von betragsmäßig etwa 100 mT/mm muss gegebenenfalls davon ausgegangen werden, dass die einzelnen magnetoresistiven Sensorelemente magnetischen Mittelwerten bzw. magnetischen Offsets von bis zu +/–21 mT ausgesetzt sind. Diese magnetischen Offsets können sich darüber hinaus noch weiter erhöhen, wenn die Magnetisierung des Magneten nicht perfekt homogen ist oder der Magnet unter Formfehlern leidet.
Je nach konkreter Implementierung der einzelnen Sensorelemente, insbesondere im Fall von GMR-Sensorelementen 150 verdeutlichen diese Zahlen, dass eine Verbesserung der möglichen Positionstoleranzen im Falle von Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 deutlich vorteilhaft sein können. So können beispielsweise empfindliche GMR-Sensorelemente bereits bei Feldern von etwa 5 mT sättigen, so dass in einem solchen Falle unter Berücksichtigung der oben genannten Zahlen eine Reduzierung der Positionstoleranzen um wenigstens einen Faktor 5 sich ergeben würde, damit solche GMR-Sensorelemente im Rahmen von Magnetfeldsensoren in Anbetracht der oben diskutierten Positionierungstoleranzen zum Einsatz kommen können.
Gerade bei der Verwendung von Magnetfeldsensoren zur inkrementellen Geschwindigkeitsmessung werden, wie zuvor erläutert, häufig rotierende Metallräder oder Lochscheiben als Geberobjekte 190 zur Erzeugung der erforderlichen Magnetfeldablenkung verwendet. Die zu modulierenden Magnetfelder werden dabei von Backbiasmagneten erzeugt, die sich im Allgemeinen hinter dem Sensor bzw. Magnetfeldsensor befinden. Ein solcher Aufbau kann jedoch zu dem erörterten Problem führen, dass die Positionierungsgenauigkeit des (Backbias-)Magneten 160 gegebenenfalls zu Empfindlichkeitsschwankungen zwischen den einzelnen Sensorelementen differenzieller Messanordnungen und gegebenenfalls auch zu Nullpunktsverschiebungen (Offsets), bezogen auf die Messungen führt. Weiterhin können Ungenauigkeiten bei der Positionierung des Systems aus Magnet und Sensor vor dem Zahnrad hinzukommen, das beispielsweise mit einer Antriebswelle, einer Kurbelwelle, einer Getriebewelle einer Nockenwelle oder einer anderen sich drehenden Komponente im Falle einer automobilen Anwendung gekoppelt ist.
Während dem Falle eines Einsatzes von Hallsensoren dies gegebenenfalls tolerabel sein kann, da ein Magnetfeld in Richtung einer Senkrechten zu dem Sensor mit einer vergleichsweise guten Homogenität über den gesamten Positionierungsbereich des Sensors erzeugt werden kann und es im Allgemeinen keine technisch relevante physikalische Beschränkung des Messfeldes durch die Sättigung des Sensors gibt, kann bei magnetoresistiven Sensorelementen eine Fehlpositionierung dazu führen, dass Feldänderungen zu deutlichen Messverfälschungen führen können. Solche Feldänderungen durch das Zahnrad und ein anderes Geberobjekt 190 können so an unterschiedlichen Positionen auf dem Chip durch die einzelnen Sensorelemente 150 bezüglich des Nullpunkts (Offset), Empfindlichkeit, Phasenlage und Sättigungseffekten so unterschiedlich wahrgenommen werden, dass eine differenzielle Messung nur schwer oder nicht mehr sinnvoll interpretierbar ist.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100, das sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur hinsichtlich der Sensorschaltung oder Steuerschaltung 120 unterscheidet. So umfasst die Steuerschaltung 120 als optionale Komponente eine Versorgungsschaltung 300, die jeweils mit den Anschlüssen 140a und 140b der einzelnen Messanordnungen 110 gekoppelt ist. Die Versorgungsschaltung 300 kann beispielsweise als eine Spannungsversorgungsschaltung oder auch einer Stromversorgungsschaltung aufgebaut sein. Je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 kann so die Steuerschaltung 120 über die Versorgungsschaltung 300 die einzelnen Messanordnungen, mehrere Messanordnungen oder alle Messanordnungen 110 mit Hilfe eines Anregungssignals versorgen, so dass an den Messabgriffen 130 der Messanordnungen 110 entsprechenden Messsignale abgreifbar sind.
Die Versorgungsschaltung 300 kann hierbei je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels einer Messanordnung 100 so ausgelegt sein, dass diese Gleichstrom- bzw. Gleichspannungssignale oder Wechselstrom- bzw. Wechselspannungssignale als Anregungssignale an die einzelnen Messanordnungen 110 ausgibt. Darüber hinaus kann die Versorgungsschaltung 300 je nach konkreter Implementierung und Anforderung als Anregungssignal sowohl Spannungen als auch Ströme den einzelnen Messanordnungen 110 aufprägen.
Im Falle einer Spannungsversorgungsschaltung als Versorgungsschaltung 300 kann diese beispielsweise über eine Regelschaltung verfügen, die aus einer Versorgungsspannung des Magnetfeldssensors 100 eine geregelte Gleich- oder Wechselspannung erzeugt. Gegebenenfalls kann im Rahmen der Versorgungsschaltung 300 auch eine Bandlücken-Spannungsquelle (band gap) implementiert werden. Im Falle einer Versorgungsschaltung 300, die einen Gleich- oder Wechselstrom an die Messanordnungen 110 abgibt, kann diese beispielsweise ebenfalls auf Basis einer geregelten Schaltung implementiert sein oder aber auch mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung, der über eine Bandgap-Spannungsversorgungsschaltung zusammen mit einem Widerstandselement ein definierter Strom eingeprägt wird. Je nach konkreter Ausgestaltung kann dann beispielsweise eine entsprechende Stromspiegelschaltung den betreffenden Strom den Erfordernissen der Messanordnungen 110 entsprechend hoch skalieren.
Je nach Erfordernis kann darüber hinaus die Versorgungsschaltung 300 auch ein kombiniertes Gleich-/Wechselstromsignal oder ein kombiniertes Gleich-/Wechselspannungssignal erzeugen, bei dem einer entsprechenden Gleichstrom- oder Gleichspannungskomponente eine entsprechende Wechselstrom- oder Wechselspannungskomponente aufgeprägt ist.
Die Messabgriffe 130 der Messanordnungen 110 sind bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 mit einem Multiplexer 310 gekoppelt, der über einen Ausgang mit einem Analog/Digital-Wandler 320 gekoppelt ist. Der Multiplexer 310 ist hierbei in der Lage, gegebenenfalls in Abhängigkeit von einem externen Steuersignal oder aber auch auf Basis einer internen Verschaltung Signale, die an verschiedenen Eingängen des Multiplexers 310 anliegen, an den Ausgang des Multiplexers 310 weiterzuleiten. Handelt es sich bei dem Multiplexer 310 um einen solchen, der auf Basis einer internen Verschaltung die einzelnen Eingänge mit dem Ausgang verbindet, kann dies beispielsweise auf Basis einer intern festgelegten Reihenfolge oder Sequenz geschehen.
Der Analog/Digital-Wandler 320 verwandelt dann die an einem Eingang eingehenden analogen Daten in digitale Daten, so dass die Steuerschaltung 120 zumindest bezüglich Komponenten, die hinter dem Analog/Digital-Wandler 320 angeordnet sind, digital ausgeführt sein können. Allerdings sollte an dieser Stelle angemerkt sein, dass grundsätzlich eine Implementierung eines Analog/Digital-Wandlers 320 im Rahmen der Steuerschaltung 120 entfallen kann, wenn beispielsweise eine analoge Signalverarbeitung implementiert werden soll.
Der Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 320 ist bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 mit einer Vorprozessierungsschaltung 330 gekoppelt, die beispielsweise eine Filterung des von dem Analog/Digital-Wandlers 320 empfangenen Signals durchführen kann. Je nach konkreter Ausführung kann es in diesem Fall beispielsweise ratsam sein, eine Bandbegrenzung der von dem Analog/Digital-Wandler erhaltenen Signale durchzuführen.
Handelt es sich bei dem Sensor 100 um einen Sensor, bei dem die Messanordnungen 110 mit Hilfe eines Gleichstrom- oder Gleichspannungssignal versorgt werden, kann eine entsprechende Filterung im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 beispielsweise über eine Tiefpassfilterung erfolgen. Im Falle einer Anregung der Messanordnungen 110 mit Hilfe eines Wechselstrom- oder Wechselspannungssignals kann alternativ oder ergänzend im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 auch eine Bandpassfilterung implementiert sein. Selbstverständlich können auch andere Filterstufen, wie etwa eine Hochpassfilterstufe, eine Bandunterdrückungsstufe, ein Kammfilter oder eine andere Filterstufe implementiert werden. Ist im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 ein entsprechender Analog/Digital-Wandler 320 implementiert, der die Vorprozessierungsschaltung 330 mit digitalen Daten versorgt, bietet es sich selbstverständlich an, im Rahmen der entsprechenden Vorprozessierungsschaltung 330 eine Implementierung digitaler Filterstufen vorzusehen. Ist eine entsprechende Analog/Digital-Wandlung bis zu diesem Zeitpunkt im Rahmen anderer Ausführungsbeispiele noch nicht erfolgt, können diese selbstverständlich ebenfalls als analoge Filterstufen vorgesehen werden. Selbstverständlich können darüber hinaus im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 auch weitere Manipulationen der entsprechenden Daten bzw. Signale vorgenommen werden. So kann beispielsweise im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 eine Skalierung der Signale durch Multiplikation, Division oder durch eine komplexere funktionale Beschreibung durchgeführt werden.
Ein. Ausgang der Vorprozessierungsschaltung 330 kann dann mit einer Prozessorschaltung 340 gekoppelt sein, die beispielsweise so ausgelegt bzw. programmiert oder konstruiert ist, dass diese auf Basis von Vergleichskriterien, Vergleichsbedingungen oder anderen Kriterien den Multiplexer 310 und/oder die Vorprozessierungsschaltung 330 ansteuert. Darüber hinaus kann die Prozessorschaltung 340, bei der es sich beispielsweise um einen ASIC (ASIC = application specific integrated circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) handeln kann, mit einem Anschluss 350 des Magnetfeldsensors 100 gekoppelt sein, an dem auf Basis der erfassten Messsignale einer oder mehrerer Messanordnungen 110 von dem Magnetfeldsensor 100 ein entsprechendes Ausgangssignal bereitgestellt werden kann. Je nach konkreter Implementierung kann es sich hierbei beispielsweise um ein digitales Ausgangssignal handeln oder auch um ein analoges Ausgangssignal. Im Falle einer digitalen Signalverarbeitung innerhalb der Steuerschaltung 120 kann es in einem solchen Fall ratsam sein, als optionale Komponente einen Digital/Analog-Wandler zwischen den Anschluss 350 und die Prozessorschaltung 340 zu schalten, der auf Basis von der Prozessorschaltung 340 bereitgestellten digitalen Daten das entsprechende analoge Ausgangssignal bereitstellt. Selbstverständlich können weitere Komponenten, wie etwa Verstärkerschaltungen und/oder Filterstufen ebenfalls vor den Anschluss 350 geschaltet werden.
Wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung noch erläutert wird, kann es je nach Implementierung und im Rahmen der Steuerschaltung ausgeführten Verfahren ratsam sein, beispielsweise den Multiplexer 310 und/oder die Vorprozessierungsschaltung 330 mit einem entsprechenden Steuersignal zu beschicken.
Als weitere optionale Komponente kann die Steuerschaltung 120 ebenfalls einen Speicher 360 umfassen, der beispielsweise einen Nur-Lese-Speicherbereich, einen flüchtigen Speicherbereich und/oder nicht-flüchtigen Speicherbereich aufweisen kann. So können beispielsweise in einem Nur-Lese-Speicherbereich ein auf der Prozessorschaltung 340 ablaufendes Programm oder andere anwendungs-spezifische oder magnet-feldsensor-spezifische Informationen abgespeichert sein. Sei einem solchen Nur-Lese-Speicherbereich kann es sich um einen ROM-Speicher (ROM = read only memory) oder aber auch um einen PROM-Speicherbereich (PROM = programmable read only memory) handeln. Selbstverständlich können auch andere Nur-Lese-Speicher-Technologien in einem solchen Fall eingesetzt werden.
Ein flüchtiger Speicherbereich des Speichers 360 kann beispielsweise dazu verwendet werden, während des Ablaufs eines Steuerprogramms auf der Prozessorschaltung 340 anfallende Daten, die nicht innerhalb eines Registers der Prozessorschaltung 340 abgespeichert werden, zwischenzuspeichern. Entsprechende Speicherbereiche können beispielsweise als RAM-Speicher (RAM = random access memory = Speicher mit wahlfreiem Zugriff) implementiert werden. Im Bereich der nicht-flüchtigen Speicherbereiche können schließlich Informationen abgelegt werden, die eine gegebenenfalls vorliegende Spannungsunterbrechung des Magnetfeldsensors 100 unbeschadet überstehen sollen. Hierzu können beispielsweise Informationen hinsichtlich verschiedener Messanordnungen 110, ihre Auswahl oder andere entsprechende Informationen zählen, wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung noch erläutert wird. Entsprechender Speicherbereich kann beispielsweise auf Basis einer Flash-Speicher-Architektur implementiert werden.
Auch können wiederum PROM-Speichertypen im Rahmen der nicht-flüchtigen Speicherung von Daten und Informationen eingesetzt werden, wenn diese nur ein einziges Mal in den betreffenden Speicher oder Speicherbereich eingeschrieben werden können sollen. Wird also beispielsweise nur ein einziges Mal ein entsprechendes Kalibrationsverfahren (Kalibrierungsverfahren), wie es später noch näher erläutert wird, durchgeführt und wird nur ein einziges Mal das Ergebnis dieses Kalibrationsverfahrens abgespeichert, kann dieses im Rahmen eines entsprechenden PROM-Speichers abgelegt werden. Wird also ein entsprechendes Kalibrationsverfahren nur einmalig durchgeführt, so dass ein Resultat einer solchen Kalibration im Rahmen eines Messbetriebs dem Magnetfeldsensor bzw. seiner Steuerschaltung 120 bereitsteht, kann eine solche Information in einem entsprechenden PROM-Speicher abgelegt werden. Je nach konkreter Implementierung eines solchen Speichers kann dieser beispielsweise auf Basis einer Sicherungs-artigen Speichertechnologie beruhen, bei der Verbindungen zwischen entsprechenden Knotenpunkten (einmalig) gelöst oder geschaffen werden können. Ein Einschreiben von Informationen bzw. ein Festlegen oder Speichern von Informationen umfasst daher im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch ein Herstellen bzw. ein Lösen elektrischer Verbindungen zwischen entsprechenden Knotenpunkten im Rahmen eines solchen Speichers. Eine solche Speichertechnologie ermöglicht somit eine fixe Auswahl bzw. eine permanente Auswahl durch eine entsprechende Programmierung eines solchen Speichers.
Selbstverständlich sind die aufgezählten Speichertechnologien lediglich als beispielhaft zu verstehen. So können durchaus andere Speichertechnologien als die erwähnten im Bereich der einzelnen Speicherbereiche zum Einsatz kommen.
Als weitere optionale Komponente kann beispielsweise auch eine Referenzbrücke 370 im Rahmen der Steuerschaltung oder Sensorschaltung 120 implementiert werden. Bei einer entsprechenden Referenzbrücke oder Referenzbrückenschaltung 370 kann es sich beispielsweise um ohmsche Widerstände handeln, die auf Basis von Metallleitungen und/oder anderen Widerstandselementen aufgebaut sein können. Beispiele hierfür stellen (optional hoch-dotierte) Poly-Silizium-Widerstaridselemente dar. Auch die Referenzbrücke 370 kann, wie die Messanordnungen 110, gegebenenfalls über einen Referenzbrückenabgriff 380 mit dem Multiplexer 310 gekoppelt sein. Ferner kann über Anschlüsse 390a, 390b die Referenzbrücke 370 ebenfalls mit der Versorgungsschaltung 380 gekoppelt sein, so dass auch das Anregungssignal oder ein weiteres Anregungssignal der betreffenden Referenzbrücke 370 aufgeprägt werden kann.
Selbstverständlich können in anderen Ausführungsbeispielen von Magnetfeldsensoren 100 auch andere Implementierungen realisiert werden. So kann beispielsweise zunächst für jedes Signal der Messabgriffe 130 der verschiedenen Messanordnungen 110 im Rahmen einer Vorprozessierung eine Filterung vorgenommen werden und/oder eine Konvertierung bzw. Wandlung der analogen Messsignale in digitale Signale. Auch hier kann im Falle einer Filterung und einer Analog/Digital-Wandlung zunächst analog eine Filterung implementiert werden, woran sich erst die Analog/Digital-Wandlung anschließt. Selbstverständlich kann, wie auch bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst eine Analog/Digital-Wandlung vorgenommen werden, an die sich dann eine in diesem Fall digitale Filterung anschließt. Unabhängig davon kann in einem solchen Ausführungsbeispiel der optional digital gewandelte Datenstrom einem entsprechenden Multiplexer bereitgestellt werden, der dann an eine Prozessorschaltung 340 die betreffenden Daten weitergibt.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors, der sich im Hinblick auf die Versorgungsschaltung 300 von dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass die Versorgungsschaltung 300 des in 9 gezeigten Ausführungsbeispiels nunmehr selbst einen Multiplexer 400 aufweist, der mit seinen Ausgängen an die Anschlüsse 140a und 140b der Messanordnungen 110 gekoppelt ist. Die zugehörigen Anschlüsse, die den Eingang des Multiplexers 400 darstellen sind mit einer Versorgungsschaltung 410 gekoppelt, bei der es sich genau wie bei der Versorgungsschaltung 300 je nach konkreter Implementierung um eine gegebenenfalls kombinierte Wechselstrom-/Wechselspannungsquelle oder/und um eine Gleichstrom-/Gleichspannungsquelle handeln kann. Die Versorgungsschaltung 410 unterscheidet sich von der Versorgungsschaltung 300 im Prinzip nur dadurch, dass die Versorgungsschaltung 300 aus dem Ausführungsbeispiel aus 8 mit allen Anschlüssen 140a, 140b der Messanordnungen 110 gekoppelt ist, während die Versorgungsschaltung 410 des in 9 gezeigten Ausführungsbeispiels nur mit dem Multiplexer 400 gekoppelt ist. Alle anderen Merkmale, Eigenschaften und Implementierungsvariationen, die im Zusammenhang mit der in 8 gezeigten Versorgungsschaltung erläutert und diskutiert wurden, können ebenfalls auf die Versorgungsschaltung 410 des Ausführungsbeispiels in 9 übertragen werden. Aus diesem Grund wird auf die entsprechenden Teile der Beschreibung explizit verwiesen.
Im Hinblick auf die Versorgungsschaltungen 300 der beiden in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 unterscheiden sich diese folglich dadurch, dass bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel grundsätzlich alle Messanordnungen 110 mit einer Versorgungsspannung oder einem Versorgungsstrom als Anregungssignal versorgt werden, während bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Einsatz des Multiplexers 400 die Möglichkeit besteht, nur einzelne, manche oder alle Messanordnungen 110 mit dem Anregungssignal zu versorgen.
Abgesehen hiervon können die in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiele, sowie die im Zusammenhang mit 8 diskutierten Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden, wobei, je nach konkreter Implementierung es ratsam sein kann, die in 8 gezeigte Prozessorschaltung 340 ebenfalls mit dem Multiplexer 400 derart zu koppeln, dass die Prozessorschaltung an den Multiplexer 400 ebenfalls Steuersignale übertragen kann.
10a zeigt ein Ersatzschaltbild einer möglichen Realisierung einer Messanordnung 110, die über die beiden Anschlüsse 140a, 140b und über den Messabgriff 130 verfügt, wie dieser im Zusammenhang mit den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 auftritt. Genauer gesagt, umfasst die in 10a dargestellte Messanordnung zwei Sensorelemente 150-1, 150-2, die zwischen die beiden Anschlüsse 140a und 140b der Messanordnung 110 als Halbbrückenschaltung (bzw. Ast einer Vollbrückenschaltung) in Serie geschaltet sind. Der Messabgriff 130 ist hierbei mit einem Knotenpunkt 420, der zwischen den beiden Sensorelementen 150-1, 150-2 angeordnet ist, liegt. Der Knotenpunkt 420 bzw. der Messabgriff 130 stellt somit einen Mittelabgriff der in 10a durch die beiden Sensorelemente 150 gebildeten Halbbrücke bzw. Halbbrückenschaltung dar. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass die in 10a dargestellte Schaltung ein Ersatzschaltbild einer Messanordnung 110 darstellt, das keinen Rückschluss auf die genaue räumliche Positionierung der einzelnen Sensorelemente 150 im Falle einer konkreten Implementierung auf einem Substrat oder Chip des Magnetfeldsensors 100 zulässt. So kann, wie im Zusammenhang mit 2b gezeigt wurde, die beiden Sensorelemente 150-1, 150-2 räumlich, bezogen auf ihre Ausdehnung weit voneinander entfernt, angeordnet sein.
Im Hinblick auf die einzelnen Sensorelemente 150 gilt das bereits im Vorfeld im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 erläutert. So können diese beispielsweise als magnetoresistive Sensorelemente, als Hall-Sensoren oder andere Sensorelemente ausgeführt werden. In manchen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 handelt es sich so beispielsweise um GMR-Sensorelemente.
Während die in 10a gezeigte Messanordnung 110 eine Halbbrücke mit zwei Sensorelementen 150-1, 150-2 gezeigt hat, ist in 10b eine weitere alternative Implementierung einer Messanordnung 110 gezeigt. Genauer gesagt, zeigt so 10b als Messanordnung 110 eine Vollbrücke bzw. eine Vollbrückenschaltung mit vier Sensorelementen 150-1, ..., 150-4. Die beiden Sensorelemente 150-1, 150-3 sind hierbei mit jeweils einem Anschluss an den Anschluss 140a der Messanordnung 110 gekoppelt, während die beiden Sensorelemente 150-2 und 150-4 mit jeweils einem Anschluss an den Anschluss 140b der Messanordnung 110 gekoppelt sind. Darüber hinaus sind die beiden Sensorelemente 150-1 und 150-2 über einen Knotenpunkt 420 miteinander in Serie zu einer Halbbrückenschaltung gekoppelt. Entsprechend sind auch die Sensorelemente 150-3 und 150-4 über einen weiteren Knotenpunkt 420 in Serie zu einer Halbbrückenschaltung verschaltet. Zusammen bilden die beiden Halbbrückenschaltungen somit eine Vollbrückenschaltung, die die Messanordnung 110 in dem in 10b gezeigten Fall darstellt.
Somit wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung unter einer Halbbrückenschaltung oder unter einer Halbbrücke typischerweise eine Schaltung verstanden, die wenigstens zwei in Serie geschaltete Sensorelemente 150, zwei in Serie geschaltete Widerstandselemente oder ein Sensorelement mit einem in Serie geschalteten Widerstandselement umfasst. Eine Vollbrückenschaltung bzw. Vollbrücke ist entsprechend eine Parallelschaltung zweier Halbbrückenschaltungen, bei denen wenigstens typischerweise eine der beiden Halbbrückenschaltungen wenigstens ein Sensorelement 150 umfasst.
Im Unterschied zu dem in 10a gezeigten Fall einer Messanordnung 110 umfasst der Messabgriff 130 im vorliegenden Fall jedoch zwei Anschlüsse, die mit den beiden Knotenpunkten 420 zwischen den Sensorelementen 150-1 und 150-2 bzw. 150-3 und 150-4 gekoppelt sind.
Grundsätzlich können somit im Rahmen der erläuternden Ausführungsbeispiele eines Magnetfeldsensors 100 verschiedene Messanordnungen 110 zum Einsatz kommen. Somit können, je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 beispielsweise die in den 1, 8 und 9 gezeigten Komponenten, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Messabgriffen 130 gekoppelt sind, so ausgeführt sein, dass diese nicht nur ein einziges Messsignal verarbeiten, transportieren, weiterleiten oder manipulieren, sondern vielmehr eine entsprechende Mehrzahl von Messsignalen bzw. Messleitungen berücksichtigen können. Im Falle einer Vollbrückenschaltung, wie sie in 10b gezeigt ist, kann beispielsweise eine Implementierung des Multiplexers 310 so durchgeführt werden, dass dieser Leitungspaare an den in 8 gezeigten Analog/Digital-Wandler 320 koppelt.
Darüber hinaus sollte erwähnt werden, dass im Rahmen in den 10a und 10b gezeigten Messanordnungen 110 nicht nur Sensorelemente 150 implementiert werden können, sondern dass vielmehr auch andere Schaltelemente, etwa Widerstandselemente (zum Beispiel ohmsche Widerstände aus Metall und/oder Polysilizium) anstelle einzelner Sensorelemente 150 eingesetzt werden können. So können beispielsweise anstelle eines oder mehrerer der in 10b gezeigten Sensorelemente 150 Widerstandselemente zum Einsatz kommen. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, eines oder beide der Sensorelemente 150-2, 150-4 gegen entsprechende Widerstandselemente auszutauschen.
Darüber hinaus sollte darauf hingewiesen werden, dass auch für die in der 10b dargestellten Vollbrückenschaltung als Messanordnung 110 gilt, dass die dort dargestellte Anordnung der einzelnen Sensorelemente 150 keinen Rückschluss auf eine tatsächliche Anordnung der betreffenden Sensorelemente auf einem Chip oder einem Substrat zulässt. Es können vielmehrbeispielsweise die beiden Sensorelemente 150-1 und 150-4 sowie die beiden Sensorelemente 150-2 und 150-3 unmittelbar benachbart auf einem Substrat angeordnet sein, während die beiden anderen Sensorelemente von den betrachteten Sensorelementen entsprechend weiter voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten können, beispielsweise im Fall von GMR-Sensorelementen, zwei jeweils benachbart zueinander angeordnete Sensorelemente in einem Abstand von weniger als 10 μm auf dem Substrat zu liegen kommen, während die jeweils zwei anderen Sensorelemente in einem Abstand von mehreren Hundert um oder mm angeordnet sind. Der in numerischen Simulationen in den 3a bis 7 lagen so Abstände der beiden Sensorelemente von 2,5 mm zugrunde. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um exemplarische Werte, die in Abhängigkeit von den Gegebenheiten andere Werte annehmen können. So können beispielsweise die beiden Sensorelemente 150-1 und 150-2 bzw. 150-3 und 150-4 auch in Abhängigkeit der Topologie eines ggf. später zu hinzuzufügenden Geberobjekts 190 in beliebigen anderen Abständen angeordnet sein.
10c zeigt eine weitere Ausführungsform einer Messanordnung 110, die in Form eines einzelnen Sensorelements 150 ausgeführt ist. Das Sensorelement 150 ist so direkt mit beiden Anschlüssen 140a, 140b gekoppelt. Der Knotenpunkt 420 dient in diesem Fall als Knotenpunkt, an dem der Messabgriff 130 angeschlossen werden kann. Je nach konkreter Implementierung fallen so der Messabgriff 130 und der Anschluss 140a (über den Knotenpunkt 420) zusammen. Alternativ oder ergänzend kann selbstverständlich der entsprechende Messabgriff 130 auch über einen Knotenpunkt mit dem Anschluss 140b verbunden sein.
10d zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer Messanordnung 110, die sich von der in 10a gezeigten Messanordnung 110 als Halbbrückenschaltung dadurch unterscheidet, dass die Messanordnung 110 in 10d nur über ein einzelnes Sensorelement 150 verfügt, dass zwischen dem Knotenpunkt 420, den Messabgriff 130 und den Anschluss 140b geschaltet ist. Das Sensorelement 150-1 der Messanordnung 110 aus 10a ist vielmehr durch ein Widerstandselement 530 ersetzt worden.
10e zeigt nunmehr zwei Messanordnungen 110-1, 110-2, die über ein gemeinsames Sensorelement 150-1 verfügen. Das gemeinsame Sensorelement 150-1 ist hierbei mit dem Anschluss 140a beider Messanordnungen 110-1, 110-2 sowie dem gemeinsamen Knotenpunkt 420 gekoppelt. Neben dem Messabgriff 130 für beide. Messanordnungen 110-1, 110-2 ist dieser ferner jeweils mit zwei weiteren Sensorelementen 150-2, 150'-2 gekoppelt, wobei das Sensorelement 150-2 der Messanordnung 110-1 angehört, während das Sensorelement 150'-2 der Messanordnung 110-2 zugehört. Entsprechend sind die jeweils anderen Anschlüsse der beiden Sensorelemente 150-2, 150'-2 mit den zu den entsprechenden Messanordnungen 110-1, 110-2 gehörenden Anschlüssen 140b, 140b' gekoppelt.
Die, in 10e gezeigte Ausführungsform zweier Messanordnungen 110-1, 110-2 illustriert so einerseits, dass ein einzelnes Sensorelement 150-1 hierbei nicht nur einer einzelnen Messanordnung angehören kann, sondern durchaus mehreren entsprechenden Messanordnungen zugeordnet oder angehörig sein kann. Anders ausgedrückt können zwei oder mehr unterschiedliche Messanordnungen ein gemeinsames Sensorelement 150 umfassen. Darüber hinaus illustriert die in 10e gezeigte Ausführungsform ferner, dass je nach konkreter Implementierung Messabgriffe 130 verschiedener Messanordnungen 110 physisch durch eine und dieselbe Leitung repräsentiert werden können. Selbstverständlich können alternativ und optional weitere, optionale physische Messabgriffe 130' implementiert werden, wie dies durch die gestrichelte Darstellung des Messabgriffs 130' in 10e gezeigt ist. 10e illustriert somit, dass ein einzelnes Sensorelement hierbei oder einer oder mehrerer Messanordnungen angehören kann und dass Messabgriffe verschiedener Messanordnungen 110 in Form identischer bzw. physisch gleicher Messleitungen implementiert sein können.
Ebenso wie in den vorangegangenen Ausführungsformen lasst die in 10e dargestellte Anordnung der einzelnen Sensorelemente 150 keinen Rückschluss auf ihre tatsächliche Anordnung auf einem Träger, Substrat oder Chip zu. So können durch Anwahl verschiedener Sensorelemente 150, indem beispielsweise der Anschluss 140a entweder mit dem Anschluss 140b oder mit dem Anschluss 140b' in 10e an die betreffende Versorgungsschaltung 300 der Steuerschaltung 120 gekoppelt werden, unterschiedliche Messpunkte auf dem betreffenden Substrat realisiert werden.
11 zeigt schematisch eine Aufsicht auf einen Chip oder ein Substrat 430, im Rahmen dessen bzw. auf dem ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 implementiert sein kann. Ausgehend von einem Mittelpunkt oder zentralen Punkt 440 des Chips 430 ist auf dem Chip 430 eine Mehrzahl von Bereichen 450 angeordnet, wobei ausgehend von dem Mittelpunkt 440 der erste Bereich 450-1 der Mehrzahl von Bereichen 450 in einem Abstand d₁ beabstandet ist. Der Mittelpunkt 440 liegt darüber hinaus in dem zweiten Bereich 450-2, während ein dritter Bereich 450-3 von dem Mittelpunkt 440 ebenfalls in dem Abstand d₁ auf der dem ersten Bereich abgewandten Seite 450-1 angeordnet ist. Innerhalb eines jeden Bereichs 450 ist bei dem in 11 dargestellten Layout bzw. Anordnungsplan eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 jeweils drei Positionen 460a, 460b, 460c in 11 gekennzeichnet, an denen je nach konkreter Implementierung ein oder mehrere Sensorelemente 150 angeordnet werden können. So umfasst bei dem in 11 gezeigten Layout beispielsweise der erste Bereich 450-1 die drei Positionen 460a-1, 460b-1 und 460c-1. Entsprechend enthält auch der zweite Bereich 440-2 und der dritte Bereich 450-3 jeweils drei analog bezeichnete Positionen 460. Innerhalb eines Bereichs sind bei dem in 11 gezeigten Layout die einzelnen Positionen 460 von ihrer jeweilig benachbarten Position in einem Abstand d₂ angeordnet, der typischerweise deutlich kleiner ist als der Abstand d₁ der einzelnen Bereiche 450 untereinander, so dass im Falle vieler Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100 eine „Vermischung” von Positionen verschiedener Bereiche nicht auftritt. Anders ausgedrückt sind aufgrund der zuvor erläuterten Abstandsverhältnisse von d₁ und d₂ die Positionen 460 eines Raumbereichs 450 von denen eines anderen Bereichs 450 in vielen Fällen räumlich getrennt.
Wie bereits im Zusammenhang mit 2b auch erläutert wurde, können so beispielsweise bei dem in 11 gezeigten Layout ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 im ersten Bereich 450-1 Sensorelemente 150 (nicht gezeigt in 11) angeordnet sein, die zusammen mit entsprechenden Sensorelementen des dritten Bereichs 405-3 zu Messanordnungen 110 verschaltet sind. Auf Basis dieser Sensorelemente kann dann, wie erläutert, beispielsweise ein Geschwindigkeitssignal v durch den, Magnetfeldsensor bestimmt werden. Im Unterschied hierzu können Sensorelemente, die im zweiten Bereich 450-2, also im Bereich des Mittelpunkts 440 des Chips 430 angeordnet sind, zur Bereitstellung eines Richtungssignals herangezogen werden.
Im Rahmen von Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 ist es somit möglich, mehrere, beispielsweise 11 (GMR-Sensorelemente oder auch GMR-Sensorbrücken auf dem Chip 430 anzuordnen, wobei diese jeweils um den Abstand d₂ gegeneinander versetzt sein können. Sind, wie zuvor erläutert, Sensorelemente an den Positionen 460b-1 und 460b-3 des ersten Bereichs 450-1 und des dritten Bereichs 450-3 zu einer nicht in 11 angezeigten Messanordnung 110 verschaltet, so weist eine solche Sensorbrücke dabei ein Symmetriezentrum, also ihren „Messschwerpunkt” exakt im Bereich der Chipmitte 440 bei x = 0 auf. Diese Brücke kann beispielsweise für den Montagefall vorgesehen werden, dass ein Backbiasmagnet exakt, also ohne eine Fehlposition, auf die Mitte 440 des Chips 430 ausgerichtet ist.
Beispielsweise symmetrisch zu diesen Positionen, also den Positionen 460b-1 und 460b-3 können dann jeweils andere Messanordnungen auf dem Chip 430 angeordnet werden. In 11 ist dies beispielhaft in Form der Positionen 460a und 460c der einzelnen Bereiche 450 für jeweils eine zusätzliche Brücke bzw. Messanordnung eingezeichnet. Werden, wie zuvor erläutert, insgesamt 11 GMR-Sensorbrücken als Messanordnungen (gegebenenfalls ohne die Sensorelemente des zweiten Bereichs 450-2) auf dem Substrat 430 in der beschriebenen Art und Weise angeordnet, befinden sich fünf Sensorbrücken auf der rechten Seite und fünf weitere Sensorbrücken auf der linke Seite, bezogen auf ihre jeweiligen Messschwerpunkte im Vergleich zu dem Mittelpunkt 440.
Wie im Weiteren noch erläutert wird, kann dann nach der Modulassemblierung, also nach dem (der Backbiss-)Magnet auf das Gehäuse des späteren Sensor-ICs (IC = integrated circuit = integrierte Schaltung) geklebt wurde oder beide durch Drittmittel miteinander in eine geometrisch definierte Lage gebracht wurden, kann die günstigste Messanordnung 110 oder auch Sensorbrücke ausfindig gemacht werden und beispielsweise durch die eine Programmierung des Chips bzw. des Magnetfeldsensors dauerhaft ausgewählt werden.
Der Magnet und der Sensor-IC können dabei beispielsweise durch ein Vergießen, ein Ummolden oder Warmumstemmen miteinander in eine geometrisch definierte Lage gebracht werden. Als günstigste Sensorbrücke oder Messanordnung kann dabei jene angesehen werden, bei der die Sensorelemente der einzelnen Brückenzweige eine betragsmäßig möglichst kleinen magnetischen Offset haben. Es können jedoch auch andere Kriterien herangezogen werden, wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung erläutert wird.
Somit umfasst ein Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 100 mehrere Sensoren, die an unterschiedlichen Positionen auf dem Chip, Substrat oder Träger angeordnet sind, so dass einer der Sensoren oder auch eine Untermenge dieser, beispielsweise in Form einer Brückenschaltung oder, allgemein gesprochenen, in Form einer Messanordnung ausgewählt werden, die aufgrund ihrer Lage im Magnetfeld des Backbiasmagneten die Messaufgabe bestmöglich erfüllen. Hierbei ist es nicht zwingend notwendig, dass es sich hierbei um Brückenschaltungen handelt. Es können auch einzelne Sensorelemente als Messanordnung eingesetzt werden. Je nach konkreter Implementierung können hierbei der oder die bestgelegenen Sensorelemente im Rahmen einer fixen. Auswahl, beispielsweise durch Abspeichern im Rahmen eines zuvor erläuterten PROM-Speichers abgespeichert werden, der auch als WORM-Speicher (WORM = write once read multiple = einmal beschreibbar mehrfach lesbar) bezeichnet wird. Eine solche fixe Auswahl kann beispielsweise nach dem Zusammenbringen der Sensoranordnung bzw. des Sensors und dem Backbiasmagneten im Rahmen der so genannten Modul-Assembly geschehen.
Bezogen auf die im Zusammenhang mit den 3a bis 7 diskutierten und erläuterten Parametern ergibt sich beispielsweise in einem solchen Fall ein Abstand bzw. eine Distanz d₁ von jeweils 1,25 mm und aufgrund des zuvor abgeschätzten Maßes für die Positionstoleranz von 0,21 mm bei einer Gesamtzahl von beispielsweise 11 Sensorbrücken ein Abstand d₂ von 42 μm. Somit liegen beispielsweise die Positionen 460 des zweiten Bereichs 450-2 bei den x-Koordinaten (x = +/–42 μm, +/–84 μm, +/–126 μm, +/–168 μm und +/–210 μm.
Es bietet sich an, an dieser Stelle zu erwähnen, dass insbesondere GMR-Widerstände als Sensorelemente sehr schmal und sehr lang ausgelegt werden können. Typische Breiten betragen häufig wenige Mikrometer (< 10 μm), während ihre Länge häufig im Bereich von mehr als 500 μm liegt. Gegebenenfalls kann diese durch Ausführung in Mäanderform in Längsrichtung etwas verkürzt werden. Daher ist es technisch hinsichtlich des Layouts vergleichsweise einfach zu realisieren, die verschiedenen Sensorelemente an den Positionen 460 mit einem x-Versatz von beispielsweise 42 μm anzuordnen. Weiter können die GMR-Widerstände nach der Prozessierung des Silizium-Wafers auf diesen aufgesputtert werden. Insbesondere können die Gebiete unterhalb der GMR-Schichten für übliche Halbleiterschaltungen bzw. Halbleiter-Devices verwendet werden, also beispielsweise für MOS-Transistoren (MOS = metal oxide semiconducter = Metalloxidhalbleiter). Aus diesem Grund benötigt eine beispielsweise in 11 gezeigte Vervielfachung den GMR-Strukturen keine zusätzliche Chipfläche. Darüber hinaus kann im Falle des in 11 gezeigten Layouts beispielsweise der resultierende GMR-Sensor magnetisch eingeschrieben, vormagnetisiert bzw. konditioniert werden, indem der ganze Chip erhitzt wird und simultan einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Auch bei diesem Prozessschritt, der je nach verwendeter Sensorelement-Technologie eingesetzt werden kann, ist es unerheblich, ob pro Chip nur eine einzige GMR-Brücke oder mehrere Brücken zugleich prozessiert werden. Je nach konkreter Implementierung kann es beispielsweise auch im Falle von TMR-Sensorelementen (TMR = tunnel magneto resistance = Tunnelmagnetwiderstand) oder anderen, zuvor erläuterten Sensorelement-Technologien ratsam sein, eine Konditionierung vorzunehmen.
Je nach konkreter Implementierung kann das Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors stellen diese Charakteristika durchaus weitere Vorteile dar.
Bei dem in 11 gezeigten Layout kann, an jeder der einzelnen Positionen 460 beispielsweise ein GMR-Widerstand angeordnet sein, wie dies in 11 schematisch dargestellt ist. In 11 ist hierbei lediglich übersichtshalber anstelle der zuvor beschriebenen 11 Positionen die deutlich kleinere Anzahl von drei Positionen gezeigt. Die GMR-Widerstände als Sensorelemente können an den als vertikale Striche dargestellten Positionen 460 implementiert werden. Die Koordinatenachsen, also die x-Achse und die z-Achse sind in 11 ebenfalls eingezeichnet. Wie in 11 jeweils an den Positionen 460b implementierten Sensorelemente bzw. GMR-Widerstände entsprechen hierbei jenem GMR-Sensorsystem, das im, Falle einer exakten Positionierung des Magneten bezüglich des Chips 430 zum Einsatz kommt. Die beiden äußeren Widerstandsstreifen bzw. Sensorelemente an den Positionen x = +/–1,25 mm im Falle d₁ = 1,25 mm, werden dabei zu einer Halbbrücke verschaltet und bilden die Grundlage für das zuvor erläuterte Speed-Signal bzw. Geschwindigkeitssignal v. Der innere Widerstandsstreifen bzw. das innere Sensorelement im zweiten Bereich 450-2 bei x = 0 liefert die Grundlage für das Richtungssignal (direction signal) zur Erkennung der Drehrichtung des Geberobjekts.
In dem zuvor erläuterten Zahlenbeispiel kann, falls der Magnet um 42 μm nach links entlang der negativen X-Richtung verschoben ist, die Positionen 460a der drei Bereiche 450 wählen und so ein entsprechendes Sensorsystem für den späteren Betrieb auswählen. Entsprechend kann, wenn der Magnet um 42 μm nach rechts verschoben ist, die Sensorelemente an den Positionen 460c der drei Bereiche 450 ausgewählt werden, um ein entsprechendes Sensorsystem zu bilden.
Wie bereits im Zusammenhang mit den in 10a bis 10e erläutert wurde, ist es darüber hinaus möglich, anstelle von Halbbrücken auch Vollbrückenschaltungen, die zwei Halbbrücken umfassen, zu verwenden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Widerstandsstreifen nahe den Positionen x = +/–1,25 mm = +/–|d₁| verdoppelt bzw. aufgedoppelt werden und wie im Zusammenhang mit 2b erläutert, verdrahtet werden. In diesem Fall sind also zumindest im ersten Bereich 450-1 und im dritten Bereich 450-3 eine Implementierung von wenigstens zwei Sensorelementen an jeder Position 460a, 460b, 460c möglich. Je nach konkreter Ausgestaltung und Form der verwendeten Sensorelemente, die nicht zuletzt von der verwendeten Sensorelement-Technologie abhängt, können die betreffenden Sensorelemente einer Position, also beispielsweise der Position 460a-1, durch eine horizontale Verschiebung entlang der x-Richtung, eine vertikale Verschiebung entlang der z-Richtung oder durch eine kombinierte Verschiebung entlang der x- und der z-Richtung erfolgen.
Als Erweiterung des oben beschriebenen Konzepts sollte angemerkt werden, dass die starre Verkopplung der einzelnen Positionen 460a, 460b, 460c, wie sie beispielsweise in 11 schematisch dargestellt sind, also die starre Verkopplung der GMR-Brückenteile auch aufgehoben werden kann. In diesem Fall kann das einem Modulhersteller möglich sein, den Abstand zwischen den Richtungs-Sensorelementen, also den Sensorelementen, die zur Richtungs-Signalerzeugung herangezogen werden, und den Geschwindigkeits-Sensorelementen, also den Sensorelementen, die zur Bestimmung und Ausgabe des Geschwindigkeits-Signals herangezogen werden, von den Distanzen d₁ unabhängig zu wählen. Im Falle einer Implementierung mit d₁ = 1,25 mm, kann so beispielsweise ein Abstand von 1208 μm erzielt werden, indem als linker GMR-Widerstand oder anderem Sensorelement ein Sensorelement an der Position 460c-1 verwendet wird, als zentrales Sensorelement ein solches an der Position 460b-2 und als rechtes Sensorelement ein Sensorelement an der Position 460a-3. Wenn entsprechend den obigen Ausführungen 11 GMR-Widerstände oder Sensorelemente jeweils um 42 μm gegeneinander versetzt angeordnet und beliebig auswählbar sind, so kann der auch als Pitch bezeichnete Abstand d₁ zwischen 1,04 und 1,46 mm variiert werden. Hierdurch kann es möglich sein, ein Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors besser an unterschiedliche Zahnräder anzupassen. Gegebenenfalls kann dadurch auch bei Magnetsystemen, die von Haus aus einen kleineren magnetischen Offset produzieren, ein größerer Pitch-Abstand und somit eine größere magnetische Empfindlichkeit erreicht werden. Je nach konkreter Implementierung kann eine solche Entkopplung jedoch zu einer geringeren Kalibrationsfähigkeit (Kalibrierungsfähigkeit) eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors führen, die beispielsweise durch eine Erhöhung der Anzahl der Positionen 460 bzw. der zugehörigen Sensorelemente gegebenenfalls, kompensierbar ist.
Ein Design oder Layout, wie es in 11 gezeigt ist, kann in manchen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 also dazu führen, dass eine Assembly-Toleranz bzw. eine Toleranz bei der Fertigung des Gesamtsystems zwischen Magnet und dem Chip 430 derart ausgeglichen werden kann, indem aus mehreren gegeneinander verschobenen Messbrücken, beispielsweise in Form von xMR-Systemen, jenes ausgewählt wird, das bezüglich des Magneten am besten zentriert ist.
Im Folgenden werden neben einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 verschiedene Verfahren beschrieben, bei denen eine Justage des Sensors zum Magnetfeld in der Applikation, das heißt, also im Zusammenspiel mit dem Backbiasmagneten und dem Zahnrad erfolgt. Insbesondere für magnetoresistive Sensoren stellt dies aufgrund der zuvor beschriebenen Schwierigkeiten und Eigenschaften magnetoresistiver Sensoren häufig ein nicht zu unterschätzendes Problem dar.
Hierbei werden bei vielen Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors Halbbrücken als Messanordnungen vorgesehen, die in unterschiedlichen Konfigurationen so mit einer Ausleseschaltung bzw. Sensorschaltung bzw. Steuerschaltung verbunden werden können, dass sich Messanordnungen oder Brücken erzeugen lassen, die in x-Richtung verschiebbar sind. Entsprechende Brückenanordnungen können sowohl als eindimensionale Anordnungen als auch als zweidimensionale Anordnungen realisiert werden, wie sie beispielsweise für eine inkrementelle Geschwindigkeitssensoranordnung verwendbar sind. Bevor jedoch verschiedene Verfahren zur Selbstjustage eines Sensors in einem Magnetkreis, die eine Kompensation einer Positionstoleranz ermöglichen, beschrieben werden, wird jedoch zunächst im Zusammenhang mit 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 beschrieben.
12 zeigt so ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 mit einer Mehrzahl von Messbrücken, die bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 jeweils Vollbrückenschaltungen aus vier Sensorelementen 150-1, 150-2, 150-3, 150-4 umfassen. Im Unterschied zu den Darstellungen in der 10 sind hierbei in 12 die Sensorelemente 150 zumindest hinsichtlich der in 12 eingezeichneten x-Richtung bezüglich ihrer Anordnung eingezeichnet. Darüber hinaus ist der Einfachheit halber in 12 nur eine einzige Messanordnung 110 als solche gekennzeichnet. Auch die anderen Sensorelemente 150 bilden, wie die Verschaltungen zeigen, weitere Messanordnungen 110.
Hierbei ist jedes der Sensorelemente 150 unmittelbar mit einem Anschluss einer Versorgungsschaltung 300 gekoppelt. Genauer gesagt, sind die Sensorelemente 150-1, 150-3 der Messanordnung 110 mit einem ersten Anschluss der Versorgungsschaltung 300 verbunden, der der Messanordnung beispielsweise eine positive Versorgungsspannung Vbridge+ bereitstellt. Die Sensorelemente 150-2 und 150-4 der Messanordnung 110 sind mit einem zweiten Anschluss der Versorgungsschaltung 300 gekoppelt, der den betreffenden Sensorelementen eine weitere bzw. negative Versorgungsspannung oder Versorgungspotential Vbridge– bereitstellt, bei dem es sich häufig um ein Bezugspotential, also beispielsweise Masse (GND) handelt.
Jeweils zwischen die Sensorelemente 150-1 und 150-2 bzw. 150-3 und 150-4 ist wiederum ein Knotenpunkt 420 geschaltet, die zusammen den Messabgriff 130 (nicht gezeigt in 12) der Messanordnung 110 darstellen. Die Messabgriffe aller Sensorbrücken sind im Rahmen der Sensorschaltung oder Steuerschaltung 120 mit einem Multiplexer 310 gekoppelt, der über einen Ausgang mit einem Analog/Digital-Wandler 320 (ADC = analog/digital converter) gekoppelt ist. Wie zuvor im Zusammenhang mit 8 gezeigt wurde, ist ein Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 320 mit einer Vorprozessierungsschaltung 330 gekoppelt, die wiederum Filterelemente oder andere (digitale) Signalmanipulationsschaltungen aufweist. Ein Ausgang der Vorprozessierungsschaltung 330 ist dann mit einer Prozessorschaltung 340 gekoppelt, die, je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100, beispielsweise einen Minimum/Maximum-Detektor (min/max detection) 500 aufweist, der wiederum mit einem Brückenselektor 510 gekoppelt ist, der dem Multiplexer 310 Steuersignale bereitstellen kann. Darüber hinaus ist der Ausgang der Vorprozessierungsschaltung 330 mit einer weiteren Verarbeitungsschaltung 520 gekoppelt, die im Rahmen der Verarbeitungsschaltung 340 eine weitere inkrementelle Geschwindigkeitssensordatenverarbeitung durchführen kann. Diese kann an einem Anschluss 350 ein entsprechendes Ausgangssignal (out) bereitstellen. Ein entsprechender Minimum/Maximum-Detektor 500, der auch als Maximum/Minimum-Detektor 500 bezeichnet wird, kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass dieser auf Basis eines oder mehrerer weiterer Messsignale, die zuvor registriert wurden, eine Ableitung bzw. eine Änderung berechnet. Liegt diese betragsmäßig innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs, also beispielsweise unterhalb von 10%, 5% oder 1% einer maximal auftretenden Steigung kann dies als ein Vorliegen eines Maximums gewertet werden. Selbstverständlich können auch andere Kriterien im Rahmen eines Maximum/Minimum-Detektors 500 implementiert werden. So können beispielsweise auf Basis der (absoluten) Werte der betreffenden Signale entschieden werden, ob diese innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Extremwerte liegt. Wird ein entsprechender Messwert detektiert, wird dies als Vorliegen eines Maximums interpretiert.
Darüber hinaus weist das in 12 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldsensors 100 eine Referenzbrücke 370 auf, die beispielsweise als Spannungsteiler auf Basis zweier Widerstandselemente 530-1 und 530-2 mit einem entsprechenden Knotenpunkt 420 ausgeführt sein kann. Die Widerstandselemente 530 sind ebenso wie die Sensorelemente 150 mit den zuvor genannten Anschlüssen der Versorgungsschaltung 300, also den entsprechenden Spannungen und Potentialen gekoppelt. Der Knotenpunkt 420 der Referenzbrücke 370 stellt auch in diesem Ausführungsbeispiel wiederum einen Referenzbrückenabgriff 380 dar, der ebenfalls mit dem Multiplexer 310 eingangsseitig gekoppelt ist. Die Widerstandselemente 530 stellen also im Unterschied zu den Sensorelementen 150 eine nicht-sensitive Referenz dar, die beispielsweise in Form von ohmschen Widerstandselementen aus Metallleiterbahnen oder optional oder hoch-dotierten Poly-Silizium-Widerstandselementen gefertigt sein können.
Wie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der 1, 8 und 9 erläutert wurde, kann die Steuerschaltung 120 durch das Versorgungen der Messanordnungen 110 mit einem Anregungssignal an den Messabgriffen ein oder mehrere Messsignale erzeugen, die durch die Steuerschaltung 120 erfassbar und weiter verarbeitbar sind.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahren zur Durchführung einer Selbstkalibration (Selbstkalibrierung) starten in vielen Ausführungsbeispielen damit, dass Messsignale aller Messanordnungen, mancher Messanordnungen oder einzelner Messanordnungen gleichzeitig oder sequentiell erfasst werden. Aus den ermittelten Signalverläufen der Brücken werden dann die Messanordnungen oder die Messanordnung 110 mit der günstigen Position für die eigentlichen Messungen ermittelt. Hierbei werden im Rahmen von Ausführungsbeispielen verschiedener Verfahren für die Entscheidung im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung verschiedene Ausführungsbeispiele von entsprechenden Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 dargestellt und erläutert.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Selbstkalibration der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100, das vielleicht eines der einfacheren Verfahren darstellt. Das Verfahren besteht (als Teilschritt) darin, dass der Sensor 100 nach der Montage mit dem Magneten bzw. Backbiasmagneten in einer Umgebung in Betrieb genommen wird, in der die magnetischen Felder nicht durch ferromagnetische Teile verzerrt wird. In diesem Zustand sollte die Sensorbrücke idealerweise im Falle einer Vollbrückenschaltung ein verschwindendes Ausgangssignal liefern, sofern die Messanordnungen 110 symmetrisch ausgelegt sind. Im Falle von Halbbrücken bzw. Halbbrückenschaltungen als Messanordnungen 110 sollten die Ausgangssignale idealerweise 50% der Anregungsspannung im Falle einer. Spannungsversorgung als Anregungssignal liefern. Eines dieser beiden Kriterien kann dann in einem Testmodus (test mode) überprüft werden. Die Brücke der Messanordnungen 110, die dem idealen Resultat am nächsten kommt, wird dann für einen späteren Betrieb beispielsweise fix ausgewählt, wobei die Selektion mittels eines nicht-flüchtigen Speichers, also beispielsweise eines EEPROM festgeschrieben wird (EEPROM = electrically erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher).
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 beginnt somit, wie in 13 im Rahmen des dort gezeigten Flussdiagramms auch dargestellt ist, optional mit einem Schritt S100 des Bereitstellens eines Magnetfeldsensors 100. Dies kann beispielsweise im Rahmen des Herstellungsverfahrens eines entsprechenden Magnetfeldsensors 100 im Rahmen einer Ansteuerung entsprechender Produktionsanlagen durch ein Computer-Programm oder eine andere Vorrichtung geschehen. Im Rahmen eines weiteren optionalen Schritts S110 des Positionierens bzw. Bewegens eines Geberobjekts, der beispielsweise im Rahmen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Kalibration des Magnetfeldsensors 100 nicht notwendigerweise durchgeführt werden muss, kann, falls der Magnetfeldsensor 100 doch in der Umgebung bzw. unter dem Einflussbereich eines Geberobjekts kalibriert werden soll, näher eingestellt werden.
In einem Schritt S120, der beispielsweise durch die Steuerschaltung 120 initiiert werden kann, werden die Messanordnungen mit einem Anregungssignal versorgt, so dass an jedem Messabgriff der betreffenden Messanordnungen ein abgreifbares Messsignal erzeugt wird. Wie zuvor erläutert wurde, kann je nach konkreter Implementierung eines entsprechenden Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 das Anregungssignal eines Stromssignals und/oder ein Spannungssignal sein, beidem Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten und/oder Wechselstrom-/Wechselspannungskomponenten vorhanden sind.
In einem Schritt S130 werden dann die von den Messanordnungen 110 bereitgestellten Messsignale erfasst. Je nach konkreter Implementierung des Ausführungsbeispiels des in 13 beschriebenen Verfahrens kann dies beispielsweise durch ein einmaliges oder mehrfaches Erfassen der Messsignale der betreffenden Messanordnungen 110 gemäß einer Reihenfolge der Messbrücken, die auch als Messsequenz oder Sequenz bezeichnet wird, erfolgen. Werden hierbei mehrere Messwerte bzw. Messsignale erfasst, so kann beispielsweise eine Mittelung durchgeführt werden.
In einem Schritt 140 des Vergleichens der Messsignale mit eifern Vergleichswert, kann je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels des entsprechenden Verfahrens beispielsweise ein Differenzwert des Messsignals mit dem Vergleichswert ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann bei diesem Vergleich der Messsignale mit einem Vergleichswert auch ein betragsmäßiger bzw. absoluter Differenzwert ermittelt werden. Selbstverständlich können auch andere, also etwa quadratische Differenzwerte ermittelt werden. Darüber hinaus können auch im Rahmen des Verfahrensschritts S140 beispielsweise bei einer Berechnung eines entsprechenden Differenzwertes andere mathematische oder funktionale Zusammenhänge verwendet werden.
In einem Verfahrensschritt S150 wird dann die Messanordnung 110 ermittelt, die auf Basis des im Verfahrensschritt S140 durchgeführten Vergleichs optimal erscheint. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass, je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels die Messanordnung 110 selektiert wird, die den betragsmäßig kleinsten Differenzwert, bezogen auf das Messsignal und den Vergleichswert aufweist. Selbstverständlich können auch andere Kriterien im Rahmen der Ermittlung der besten Messanordnung 110 bzw. der entsprechenden Messanordnung 110 herangezogen werden.
Im Rahmen der Schritte S140 und S150 kann, wie zuvor erläutert wurde, beispielsweise im Falle eines Spannungssignals als Anregungssignal als Vergleichswert 50% des Spannungswerts des Anregungssignals im Falle einer Halbbrückenschaltung als Messanordnung 110 verwendet werden. Im Falle einer Vollbrückenschaltung als Messanordnung 110 oder bei Verwendung einer Referenzanordnung besteht darüber hinaus die Möglichkeit, als Vergleichswert ein Verschwinden des Messsignals, also einen Vergleichswert von Null zu definieren. Selbstverständlich können beliebige andere Vergleichswerte, die je nach entsprechender Implementierung sinnvoll sind, verwendet werden. Handelt es sich beispielsweise um ein Wechselspannungssignal im Falle des Anregungssignals, so bestehen darüber hinaus die Möglichkeiten, die jeweiligen Momentanwerte, die Maximalwerte, die Minimalwerte oder andere Amplituden oder Effektivwerte im Rahmen der Verfahrensschritte S140 und S150 heranzuziehen. Im Falle eines Stromssignals als Anregungssignal können entsprechende Strom- oder Spannungswerte im Rahmen entsprechender Messbrückenimplementierungen selbstverständlich ebenfalls herangezogen werden. In einem Verfahrensschritt S160 kann dann optional die ermittelte Messanordnung beispielsweise im Rahmen eines nicht-flüchtigen Speichers oder eines anderen, nur einmalig beschreibbaren Speichers, abgespeichert bzw. abgelegt werden.
Im Falle eines Ausführungsbeispiels des in 13 beschriebenen Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 in einer Umgebung, in der die Felder des Backbias-Magneten nicht durch ferromagnetische Teile, wie etwa das Geberobjekt, verzerrt werden, besteht möglicherweise die nachteilige Wirkung, dass zwar die Position des Magnetfeldsensors 100 zu seinem Backbias-Magneten 190 bestmöglich kompensiert wird, Einflüsse des späteren Einsatzes in der Applikation, also etwa eine Verkippung des Magnetfeldsensors 100 gegenüber dem als Geberobjekt 190 fungierenden Zahnrad, aber außer Acht bleiben. Je nach konkreter Implementierung kann es daher ratsam sein, ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Verfahrens im Rahmen eines Systemstarts durchzuführen, um so eine Kalibration des Magnetfeldsensors im Rahmen des späteren Einsatzgebietes durchzuführen.
Ein Ausführungsbeispiel des oben erläuterten Verfahrens kann selbstverständlich ebenfalls im Falle eines eingebauten Magnetfeldsensors durchgeführt werden. Beispielsweise kann das in 13 illustrierte Ausführungsbeispiel im Falle einer automobilen Anwendung durchgeführt werden, wenn der Magnetfeldsensor zwar bereits mit Strom bzw. mit Energie versorgt wird, eine Rotation des Geberobjekts bzw. des mit dem Geberobjekt-verbundenen Objekts (Welle, Getriebewelle, Kurbelwelle, Rad, Nockenwelle etc.) noch nicht stattfindet. In einem solchen Fall kann der optionale Schritt S100 des Bereitstellens des Magnetfeldsensors selbstverständlich entfallen. In einem solchen Ausführungsbeispiel mag es jedoch von Vorteil sein, im Rahmen des optionalen Schritts S110 das Geberobjekt zu positionieren bzw. zu bewegen.
So besteht die Möglichkeit, das Geberobjekt (z. B. Zahnrad) in eine definierte Winkelposition zu bringen und dann die Brückenausgangssignale als Messsignale zu messen bzw. die Einzelsignale der Brückenzweige getrennt zu erfassen. So könnte beispielsweise das Zahnrad als Geberobjekt in eine Position exakt zwischen „Zahn” und „Lücke” gebracht werden. Anders ausgedruckt, könnte im Fall eines Zahnrades als Geberobjekt dieses so positioniert werden, dass eine Position möglichst genau zwischen einem Zustand, bei dem ein Zahn direkt unterhalb der Chipmitte 440 (aus 11) und dem Zustand, bei dem eine Zahnlücke direkt unter der Chipmitte 440 liegt. In dieser Position ist in vielen Fällen das Magnetfeld in sehr guter Näherung dem zuvor erläuterten magnetischen Offset vergleichbar. Gegebenenfalls kann in dieser Position das Magnetfeld sogar mit dem zuvor definierten magnetischen Offset identisch sein. Wie zuvor erläutert, sollte dieser magnetische Offset möglichst nahe bei Null liegen. Es sollte somit als die am günstigsten gelegene Messanordnung oder auch Sensorbrücke diejenige ausgewählt werden, deren einzelne Messsignale oder Brückensignale möglichst nah an dem Nulldurchgang liegen, also verschwinden. Im Falle einer Halbbrückenschaltung kann alternativ oder ergänzend der zuvor erläuterte Vergleichswert von beispielsweise 50% der Anregungsspannung des Anregungssignals verwendet werden. Eine solche Positionierung oder Bewegung des Geberobjekts kann gegebenenfalls durch einen Antrieb der betreffenden Welle realisiert werden, soweit dies im Rahmen der Implementierung des Gesamtsystems möglich ist.
Als Alternative besteht darüber hinaus die Möglichkeit, das Geberobjekt, also z. B. das Zahnrad über eine oder mehrere Perioden, also über einen Drehwinkel von mehreren Zahnabständen zu drehen und im Verlaufe dieses den Mittelwert zu bilden, Dieses resultierende Messsignal kann dann ebenfalls mit dem magnetischen Offset identifiziert werden. Es wird wieder also jene Brücke ausgewählt, deren Mittelwert im Falle einer Vollbrückenschaltung als Messanordnung 110 möglichst nahe an Null liegt. Falls das Zahnrad kontinuierlich bewegt wird, also etwa beispielsweise mit einer kontinuierlichen Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, kann es notwendig sein, Messsignale unmittelbar um eine gegebenenfalls vorhandene Referenzmarke, also beispielsweise einen Indexzahn oder eine Indexlücke, auszublenden, da diese die Mittelwertbildung verfälschen können. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein entsprechender Integrator zurückgesetzt wird, wenn eine entsprechende Auswerteschaltung die Referenzmarke beispielsweise in Form eines doppelt so langen Signals identifiziert. Gegebenenfalls kann es ratsam sein, vor einer entsprechenden Messwerterfassung nach dem Erkennen der Indexmarke einen von der genauen Implementierung und Spezifizierung des Gesamtsystems abhängenden Zeitraums zu warten, so dass die Indexmarke Gelegenheit hat, sich von dem Magnetfeldsensor 100 zu entfernen, um weitere Störungen durch diese zu unterbinden.
Gerade im Rahmen des zuletzt beschriebenen Verfahrens kann so beispielsweise im Rahmen des Schritts S110 eine Bewegung des Geberobjekts initiiert werden. Darüber hinaus kann im Rahmen des Schritts S130 des Erfassens von Messsignalen eine entsprechende Erfassung einer Vielzahl von Messsignalen einer einzelnen Messanordnung durchgeführt werden, bevor eine andere Messanordnung aktiviert bzw. eingeschaltet wird. Im Rahmen des Vergleichs der Messsignale mit einem Vergleichswert bei Verfahrensschritt S140 kann dann beispielsweise ein Summenwert oder ein Mittelwert im Rahmen des Vergleichs herangezogen werden.
Je nach konkreter Implementierung eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, wie es in 13 gezeigt ist, kann so der Verfahrensschritt S130 des Erfassens von Messsignalen ein Durchschalten der Messanordnungen und ein Erfassen eines oder mehrerer Messsignale für jede der durchgeschalteten Messanordnungen umfassen oder aber auch ein sukzessives Durchschalten der Messanordnung, wobei eine kontinuierliche, Erfassung von Messsignalen für die jeweils ausgewählte Messanordnung durchgeführt werden, wobei die Messsignale in diesem Fall Messbrücken-spezifisch im Rahmen des Verfahrensschritts S140 berücksichtigt werden sollten.
Eine weitere Alternative zu einer schnellen Auswahl einer Brücke auf Basis des in 13 beschriebenen Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors besteht darin, im Falle von Halbbrückenschaltungen als Messanordnungen die Halbbrückenspannung gegenüber einer Referenz bzw. gegenüber einem Referenzsignal, beispielsweise der Referenzmessanordnung 370, die an dem Referenzabgriff 380 anliegen, zu erfassen. Auf diese Art ist es möglich, Gleichtaktsignale (common mode-Anteile) der Brückensignale zu messen, um die Brücke auszuwählen, die am besten auf den Backbias-Magneten und/oder das Geberobjekt zentriert ist und somit sich im besten der zur Verfügung stehenden Arbeitspunkte befinden sollte.
Gerade das letztere Kriterium besitzt je nach Ausführungsbeispiel und Anwendungsbeispiel den Vorzug, nicht etwa auf ein Paar von aufeinander folgenden Extremwerten (Minimum/Maximum) warten zu müssen, kann jedoch, je nach Implementierung gegebenenfalls als Nachteil die Tatsache aufweisen, dass nicht direkt die Brücke oder Messanordnung bestimmt wird, die etwa einen größten Hub und damit gegebenenfalls das beste Signal liefert. Ein Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens ermöglicht es vielmehr, nur mittelbar darauf zu schließen, ob eine Messanordnung gut zentriert bezüglich des Feldes ist, sich also in einer günstigen Messposition befindet. Dies kann, je nach konkreter Implementierung, durchaus von dem Magnetkreis abhängen, so dass gegebenenfalls in manchen Ausführungsbeispielen für einzelne, manche oder alle Magnetkreisanordnungen im gesamten Parameterraum von Positionierfehlern eine entsprechende Verifikation des zuvor genannten Kriteriums durchgeführt werden könnte.
Anders ausgedrückt, kann also in Ausführungsbeispielen im Rahmen des Verfahrensschritts S130 des Erfassens von Messsignalen die. Messsignale gegenüber einem Referenzsignal einer Referenzmessanordnung (z. B. Referenzbrücke) 370 erfasst werden. Hierdurch ist es möglich, auch im Falle von Halbbrückenschaltungen etwa einen Vergleichswert von Null zu verwenden, was gegebenenfalls weitere Vorteile im Rahmen der Implementierung der Steuerschaltung bzw. der Sensorschaltung 120 mit sich bringen könnte, da gegebenenfalls der Quantisierungsbereich des Analog/Digital-Wandlers 320, sofern er implementiert ist, gegebenenfalls auf kleinere Signalhübe optimiert werden kann. Selbstverständlich besteht darüber hinaus die Möglichkeit, einen entsprechenden Vergleichswert auch im Rahmen des Schritts S140 bzw. im Rahmen des Schritts S150 zu berücksichtigen. In einem solchen Fall könnte beispielsweise im Rahmen des Schritts S140 das Referenzsignal der Referenzmessanordnung numerisch berücksichtigt werden. Ebenso könnte als Vergleichswert im Rahmen der Schritte S140 oder S150 ein Messsignal der Referenzmessanordnung 370 verwendet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 ist in 14 in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Im Rahmen eines optionalen Verfahrensschritts S200 kann gegebenenfalls ein Geberobjekt bewegt werden, so dass dieses Messsignale liefern kann, die mehr als eine Periode umfassen. Selbstverständlich kann, je nach konkreter Implementierung und Anwendung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Magnetfeldsensors 100 der optionale Schritt S200 des Bewegens des Geberobjekts implizit durchgeführt werden, wenn beispielsweise das Verfahren grundsätzlich nur durchgeführt wird, wenn das betreffende Geberobjekt oder die mit dem Geberobjekt verbundene Komponente rotiert oder sich bewegt.
Im Rahmen eines Schritts S210 wird dann wiederum, eine, mehrere oder alle Messanordnungen mit einem Anregungssignal versorgt, so dass an jedem Messabgriff der Messanordnungen ein entsprechendes Messsignal abgreifbar ist. Im Rahmen eines Verfahrensschritts S220 des Erfassens von Messsignalen werden kann die Messsignale einer oder mehrerer Messanordnungen zyklisch oder für einen bestimmten Zeitraum jeweils erfasst, so dass im Rahmen eines Verfahrensschritts S230 des Bestimmens maximaler und minimaler Messwerte für jede der betreffenden Messanordnungen ein maximaler und ein minimaler Messwert ermittelt wird bzw. ermittelt werden kann. Im Rahmen eines optionalen Verfahrensschritts S240 können die so bestimmten maximalen und minimalen Messwerte dahingehend ausgewertet werden, dass eine Differenz der maximalen und minimalen Messwerte einer jeden Messanordnung bestimmt wird, so dass Informationen bezüglich des Hubs der Messsignale bzw. derer Amplitude vorliegen. Im Rahmen eines Schritts S250 des Ermittelns der Messanordnung kann dann die Messanordnung ermittelt werden, die beispielsweise die größte Differenz der jeweiligen maximalen und minimalen Messwerte, also beispielsweise den maximalen Hub oder auch die maximale Amplitude der Messwerte aufweist. Informationen der ermittelten bzw. der selektierten Messanordnung können dann in einem Optionalen Verfahrensschritt S260 wiederum gegebenenfalls in einem entsprechenden Speicher, also beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher oder einem einmal beschreibbaren Speicher abgelegt werden.
Je nach konkreter Implementierung des in 14 dargestellten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens können hierbei die Schritte S220 des Erfassens der Messsignale, des Bestimmens der maximalen und minimalen Messwerte in Schritt S230 und des optionalen Schritts S240 des Auswertens der maximalen und minimalen Messwerte für jede Messanordnung individuell, also für jede Messanordnung sequentiell durchgeführt werden, so dass die zwei oder gegebenenfalls drei Verfahrensschritte S220, S230, S240 für jede der Messanordnungen getrennt durchgeführt wird. Alternativ oder gegebenenfalls auch ergänzend im Falle einer Verschaltung in Form von Gruppen von Messanordnung, wobei jede Gruppe mehrere Messanordnungen umfasst, jedoch nicht alle entsprechenden Messbrücken, können die Schritte S220, S230 und gegebenenfalls 240 auf jeweils so durchgeführt werden, dass zunächst ein Messwert bzw. ein Messsignal einer Messanordnung erfasst wird, überprüft wird, ob dieser Messwert einen maximalen oder minimalen Messwert darstellt, wobei gegebenenfalls vorangegangene Messwerte bzw. Messsignale der betreffenden Messanordnung berücksichtigt werden, bevor auf die nächste Messanordnung umgeschaltet wird und zumindest die Schritte S220 und S230 für diese erneut durchgeführt werden.
Das in 14 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Selbstkalibration bzw. zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 kann im Betrieb beispielsweise auch auf Basis des in 12 dargestellten Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors implementiert werden. Umfasst ein entsprechender Magnetfeldsensor beispielsweise drei örtlich versetzte Sensorbrücken bzw. Messbrücken, werden bei einem Start des Systems diese der Reihe nach gemultiplext, über den Multiplexer 310 und digitalisiert über den Analog/Digital-Wandler 320. Danach kann eine Vorverarbeitung im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330, also beispielsweise eine Bandbegrenzung erfolgen. Für jedes der Signale können dann Minima und Maxima bestimmt werden, was im Rahmen des in 12 gezeigten Ausführungsbeispiels durch den Minimum/Maximum-Detektor 500 der Prozessorschaltung 340 erzielt werden kann.
Eine entsprechende Detektion der Minima und/oder Maxima kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die jeweils erfassten Messwerte bzw. Messsignale der einzelnen Messanordnungen mit den zuvor erfassten Messsignalen bzw. Messwerten verglichen werden, so dass beispielsweise eine Art differenzielle bzw. Differenz-basierte Signalauswertung im Rahmen der Maximum/Minimum-Detektion 500 durchgeführt werden kann. Selbstverständlich kann alternativ oder ergänzend eine entsprechend großer Speicher oder Register im Rahmen der Minimum/Maximum-Detektion 500 implementiert werden, so dass brückenspezifisch wenigstens so viele Messwerte oder Messsignale aufgenommen und zwischengespeichert werden können, dass wenigstens eine vollständige Periode von Messsignalen bezogen auf die periodische Änderung des durch den Magnetfeldsensor detektierten Magnetfeldes hervorgerufen durch das Geberobjekt aufgezeichnet wird. In diesem Fall kann einfach durch einen numerischen Vergleich der aufgezeichneten Messwerte der jeweilige maximale und minimale Messwert für jede Messanordnung bestimmt werden, so dass die entsprechenden Informationen hinsichtlich des Hubs oder auch der Amplitude oder auch anderer entsprechender Kenngrößen durch die Maximum/Minimum-Detektion 500 zur Verfügung gestellt werden können.
Hierbei kann also im Rahmen des Verfahrenschritts S220 bzw. im Rahmen des Verfahrensschritts S230 für jede Messanordnung wenigstens so viele Messwerte detektiert und erfasst werden, das die Minimum/Maximum-Detektion 500 in der Lage ist, auf Basis von Messwerten einer vollständigen Periode des sich periodisch ändernden Magnetfeldes hervorgerufen durch das Geberobjekt die Bestimmung des Maximums und des Minimums vorzunehmen oder dass beispielsweise durch die Brückenselektionsschaltung 510 jede der Brücken durch den Multiplexer 310 der Reihe nach durchgeschaltet wird, so dass über eine oder mehrere Periode des Magnetfeldes zwischen einem Wechsel der Messanordnungen jeweils ein einzelner oder einige weinige Messsignale bzw. Messwerte erfasst und weiter verarbeitet werden. Je nach bestehenden Randbedingungen, beispielsweise nach zur Verfügung stehender Abtastfrequenz im Rahmen der Analog/Digital-Wandlung, je nach notwendiger Geschwindigkeit der Durchführung des Kalibrationsverfahrens können so das Eine oder das Andere skizzierte Vorgehen im Rahmen von Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 oder auch Mischformen der Beiden auf Basis etwa von Gruppen von Messanordnungen durchgeführt werden.
Die eigentliche Brückenauswahl erfolgt dann derart, dass die Messanordnung mit dem größten Signalhub ausgewählt wird. Die Minima und Maxima können gleichzeitig in der weiteren Signalverarbeitung eingesetzt werden, um etwa Schaltschwellen für die Flankenerkennung oder andere Verfahrensschritte zu bestimmen. Mit anderen Worten können die im Rahmen des Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Kalibration des Magnetfeldsensors gewonnenen Daten auch im Rahmen der weiteren Tätigkeit des Magnetfeldsensors verwendet werden, also etwa im Rahmen der Verarbeitungsschaltung 520. Im Zusammenhang mit der Vorprozessierungsschaltung 330 kann es ratsam sein, je nach konkreter Implementierung parallele Filterpfade im Rahmen gegebenenfalls implementierter Filterstufen für die verschiedenen Sensorbrücken zu implementieren, um eine Vermengung von Messsignalen verschiedener Messanordnungen oder Sensorbrücken zu verhindern. Mit anderen Worten kann dies beispielsweise dadurch geschehen, das im Falle eines schnellen Durchschaltens der einzelnen Messanordnung, wobei jeweils nur ein einziger oder wenige Messwerte erfasst werden, diese im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 jeweils in eigenständige Zwischenspeicher oder eigenständige Filterstufen übertragen werden.
Im Rahmen des in 14 dargestellten Ausführungsbeispiels kann des Verfahrens zur Kalibration des Magnetfeldsensors 100 im Rahmen des Schritts S220 entweder für jede Messanordnung einzeln wenigstens eine vollständige Periode in Form entsprechender Messsignale oder Messsignalverläufe erfasst wird, woran sich dann erst ein Umschalten der betreffenden Messanordnung und eine Wiederholung des Erfassens der entsprechenden Messsignale anschließt. Alternativ oder ergänzend kann auch während einer einzigen oder mehrerer Perioden des sich ändernden Magnetfeldes eine schnelle Umschaltung der einzelnen Messanordnungen erfolgen, so dass jeweils nur ein einziger oder einige wenige Messsignale einer Messanordnung erfasst werden. Während im Rahmen der ersten Ausführungsvariante eine Analog/Digital-Wandlung mit einer vergleichsweise geringen Abtastrate erfolgen kann, erfordert die zweite Variante eine entsprechend schnellere Analog/Digital-Wandlung bezogen auf die Abtastrate. Andererseits ermöglicht gerade aufgrund der schnelleren Analog/Digital-Wandlung der zweiten Variante diese eine schnellere Durchführung des Gesamtverfahrens zur Kalibration (Kalibrierung) des Magnetfeldsensors 100.
Die 15a und 15b zeigen zusammen ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100, der wiederum eine Mehrzahl von zu Messanordnungen verschalteten Sensorelementen aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messbegriff aufweist und wobei der Magnetfeldsensor einem sich zeitlich periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist. Wie zuvor erläutert wurde, können entsprechende sich zeitlich periodisch ändernde Magnetfelder durch rotierende Geberobjekte hervorgerufen werden.
Im Rahmen des in 15a und 15b dargestellten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors wird zunächst im Rahmen eines Verfahrensschritts S300 eine aktuelle Messanordnung der Mehrzahl von Messanordnungen festgelegt. Darüber hinaus wird im Rahmen des Schritts 310 eine Vergleichsbrücke festgelegt, die nicht die aktuelle Messanordnung ist und in einem Schritt S320 wenigstens diese beiden Messbrücken, also die aktuelle Messanordnung und die Vergleichsmessbrücke mit einem Anregungssignal versorgt. Im Rahmen des Schritts S330 werden dann Messsignale der aktuellen Messanordnung erfasst und im Rahmen eines Schritts S340 nach einer optionalen Analog/Digital-Wandlung und/oder einer gegebenenfalls durchgeführten Vorverarbeitung im Rahmen der Vorprozessierungsschaltung 330 durch die Prozessorschaltung 340 zu einem Ausgangssignal verarbeitet, das beispielsweise an dem Anschluss 350 des Magnetfeldsensors bereitgestellt werden kann.
Im Rahmen eines Schritts S350 werden hierbei auch die maximalen und/oder minimalen Messwerte der aktuellen Messanordnung bestimmt. Wird im Rahmen des Schritts S360 ein maximaler Wert erkannt, so wird durch den Multiplexer 310 auf die Vergleichsmessanordnung umgeschaltet und ein erster Messwert der Vergleichsmessanordnung erfasst. Anschließend wird gegebenenfalls weder auf die aktuelle Messanordnung durch den Multiplexer 310 umgeschaltet.
Wird im Rahmen eines Verfahrensschritts S370 ein minimaler Wert der aktuellen Messanordnung erkannt, wird analog durch den Multiplexer 310 auf die Vergleichsmessanordnung umgeschaltet, ein zweiter Messwert der Vergleichsmessanordnung erfasst und gegebenenfalls durch den Multiplexer 310 wieder zurück auf die aktuelle Messanordnung umgeschaltet. Wird im Rahmen des Schritts S380 erkannt, dass sowohl ein erster als auch ein zweiter Messwert, bezogen auf die Vergleichsmessanordnung erfasst wurden, wird im Rahmen des Schritts S390 eine Differenz des ersten Messwertes und des zweiten Messwertes und eine Differenz der maximalen und minimalen Messwerte der aktuellen Messanordnung miteinander verglichen und in Beziehung gesetzt. Ist hingegen im Rahmen des Schritts S380 erkannt worden, dass nicht der erste Messwert und der zweite Messwert der Vergleichsmessanordnung erfasst wurden, wird mit der Erfassung der Messsignale im Rahmen des Schritts S330 das Ausführungsbeispiel des Verfahrens fortgesetzt.
Wird nunmehr wieder im Rahmen des Verfahrensschritts S390 festgestellt, dass die Differenz des ersten Messwertes und des zweiten Messwertes größer ist als die Differenz des maximalen und des minimalen Messwertes der aktuellen Messanordnung wird im Rahmen eines Verfahrensschritts S400 die Vergleichsmessanordnung als neue Messanordnung festgelegt. In einem optionalen Verfahrensschritt S410 kann dann gegebenenfalls eine neue Vergleichsmessanordnung festgelegt werden und im Rahmen eines Rücksprungs zu Schritt S320 diese gegebenenfalls mit einem Anregungssignal versorgt werden, sofern dies notwendig ist. Wird hingegen im Rahmen des Schritts S390 festgestellt, dass die Differenz des ersten Messwertes und des zweiten Messwertes nicht größer als die Differenz des maximalen und des minimalen Messwertes der aktuellen Messanordnung ist, kann gegebenenfalls optional auf den Verfahrensschritt S410 übergegangen werden, bei dem gegebenenfalls eine neue Vergleichsmessanordnung festgelegt wird.
Mit anderen Worten wird im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, wie es in den 15a und 15b gezeigt ist, als weitere Variante ein. Start mit einer bestimmten aktuellen Messanordnung begonnen, bei der es sich beispielsweise um die mittlere Messanordnung bei Position 460b (vgl. 11) handeln kann. Sobald ein minimaler oder maximaler Wert dieser aktuellen Messanordnung erfasst wird bzw. erreicht wird, wird im Rahmen eines Umschaltens durch den Multiplexer 310 auf eine weitere Messanordnung, die Vergleichsmessanordnung umgeschaltet. Nach einer Kontrollmessung mit dieser anderen Brücke oder Messanordnung (Vergleichsbrücke oder Vergleichsmessanordnung) erfolgt darin wiederum ein Wechsel zurück zu der aktuellen Messanordnung, also beispielsweise der mittleren Messanordnung, bis das entgegengesetzte Extremum erreicht wird. An diesem Punkt wird wiederum auf die andere Messanordnung umgeschaltet.
Nimmt man an, dass die aufeinander folgenden Messungen bei den extremen Stellen hinreichend kurz hintereinander erfolgen und dass ein Positionierungsfehler der aktuellen Messanordnung oder der mittleren Messanordnung klein gegenüber dem Zahnabstand des Geberobjekts ist, kann in sehr guter Näherung davon ausgegangen werden, dass das Signal der bestpositionierten Messanordnung aller Messanordnungen der Mehrzahl von Messanordnungen im Bereich der Extrema der mittleren Messanordnung immer noch einen größeren oder besseren Hub liefert, so dass eine optimalere Brücke oder Messanordnung auf Basis von Messwerten erkennbar ist, die auf Basis der Extrema der aktuellen Messanordnung erfasst wurden. In einem solchen Fall kann also auf Basis der Extrema der aktuellen Messanordnung auf die optimale oder optimalere Brücke oder Messanordnung von wenigstens zwei Messanordnungen umgeschaltet werden.
Falls beispielsweise der Hub der anderen Brücke jedoch in der gleichen Größenordnung liegt oder kleiner ist, kann im nächsten Zyklus die Brücke in der entgegengesetzten Richtung getestet werden. Sind mehr als drei Brücken vorhanden, kann im nächsten Zyklus die Suche nach der besten Brücke bzw. bestpositionierten Messanordnung der Mehrzahl von Messanordnungen zwischen den beiden Brücken mit der höchsten Amplitude fortgesetzt werden. Dieser Ansatz bietet den Vorteil, dass von Beginn an mit der vollen Abtastrate gearbeitet werden kann und nur in Punkten ein Umschalten zwischen verschiedenen Messanordnungen vorgenommen werden muss, in denen keine Flanken auftreten, so dass die Hauptfunktion des Sensors nur geringst möglich beeinflusst wird. Der Suchbereich ist allerdings dadurch eingeschränkt, dass die mittlere Brücke oder die im Rahmen des Schritts S300 festgelegte aktuelle Messanordnung zumindest eine Signalqualität liefern muss, die eine Extremwertdetektion zulässt.
Um den Startpunkt im Hinblick auf die Wahl bzw. Festlegung der aktuellen Messanordnung des zuvor beschriebenen Verfahrens zu verbessern, könnte beispielsweise im Rahmen einer Werkskalibration nachdem im Zusammenhang mit 13 beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors erfolgen. Alternativ oder ergänzend könnte der Startpunkt für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibration des Magnetfeldsensors 100 auch auf Basis des im Zusammenhang mit 14 beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens herangezogen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als aktuelle Messanordnung im Rahmen des Starts des zuvor beschriebenen Verfahrens eine Messanordnung zu verwenden, die im Rahmen des letzten Betriebs des Magnetfeldsensors 100 beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher, etwa dem Speicher 360 abgelegt oder abgespeichert wurde. Hierbei kann der Speicher 360 als WORM-Speicher zur permanenten oder fixen Abspeicherung einer Information eine Messanordnung 110 betreffend verwendet werden.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors, der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen 110 verschalteten Sensorelementen 150 aufweist, wobei jede Messanordnung einen Messabgriff aufweist und wobei der Magnetfeldsensor 100 einem sich zumindest abschnittsweise (zeitlich) periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, was beispielsweise durch ein rotierendes oder sich bewegendes Geberobjekt hervorgerufen werden kann. Im Rahmen eines Schritts S500 wird zunächst eine Brückensequenz festgelegt, die im einfachsten Fall alle zur Verfügung stehenden Messanordnungen umfasst. Selbstverständlich können, ähnlich wie zuvor beschrieben, eine Einschränkung der Brückensequenz oder Messanordnungssequenz vorgenommen werden, indem Ergebnisse von zuvor durchgeführten Betriebszuständen des Magnetfeldsensors 100 berücksichtigt werden. Hierbei umfasst also im Allgemeinen eine Messanordnungssequenz eine Mehrzahl von Messanordnung oder im Fall einer Brückensequenz eine Mehrzahl von Messbrücken. Eine Messanordnungssequenz, die teilweise auch als Brückensequenz oder Konfigurationssequenz bezeichnet wird, weist somit Informationen bezüglich einer oder mehrerer Messanordnungen auf, die im Rahmen von Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 herangezogen werden.
Im Rahmen eines Schritts S510 werden die Messanordnung, die zumindest der Messanordnungssequenz angehören, mit Hilfe eines Anregungssignals versorgt, so dass an den Messabgriffen der betreffenden Messanordnungen Messsignale abgreifbar sind.
Im Rahmen eines Schritts S520 werden nunmehr die Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz in der Reihenfolge der Messanordnungssequenz erfasst, wobei die Prozessorschaltung 340 den Multiplexer 310 entsprechend der Messanordnungssequenz derart durchschaltet, so dass jeweils einer oder zumindest höchstens wenige Messsignale einer jeden Messanordnung im Rahmen des Schritts S520 erzeugt werden. Im Rahmen eines Schritts S530 wird dann auf Basis der erfassten Messsignale der Messanordnungssequenz basierend auf einem einzigen Durchschalten der Messanordnungssequenz ein Ausgangssignal bereitgestellt und gegebenenfalls an dem Anschluss 350 eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 ausgegeben. Im Rahmen des Schritts S540 werden die einzelnen Messsignale der verschiedenen Messanordnungen der Messanordnungssequenz auf Basis einer Vergleichsbeziehung verglichen, wobei je nach konkreter Implementierung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetfeldsensors 100 ein entsprechender Vergleich auf Basis der Vergleichsbeziehung auch zurückliegende Messsignale oder Messwerte der betreffenden Messanordnungen berücksichtigen kann. Je nach konkreter Implementierung kann so beispielsweise auch eine Minimum/Maximum-Erkennung berücksichtigt werden.
Genügt aufgrund des im Rahmen des Schritts S540 durchgeführten Vergleichs der einzelnen Messsignale mit einer Vergleichsbeziehung ein Messsignal einer Messanordnung der betreffenden Vergleichsbedingung nicht, so wird im Rahmen eines Schritts S560 die Messanordnungssequenz dahingehend modifiziert, dass die betreffende Messanordnung beispielsweise aus der Messanordnungssequenz ausgeblendet wird. Genügen hingegen im Rahmen des Schritts S550 alle Messsignale aller Messanordnungen der Vergleichsbedingung, so wird mit einer Erfassung der Messsignale im Rahmen des Schritts S520 das Verfahren fortgesetzt.
Selbstverständlich können als optionale Verfahrensschritte die Messanordnungssequenz nach einer Modifikation im Rahmen des Schritts S560 abgespeichert werden, so dass diese im Falle eines Neustarts des Magnetfeldsensors zur Verfügung stehen und als Startmessanordnungssequenz im Rahmen des Schritts S500 festgelegt werden kann. Dies mag, je nach konkreter Implementierung, eine Verwendung bzw. ein Abspeichern der Messanordnungssequenz im Rahmen eines nicht-flüchtigen Speichers erforderlich machen.
Da im Rahmen des Schritt S530, bei dem das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors bereitgestellt wird, dieses auf Basis einer von verschiedenen Messanordnungssequenzen abhängenden Anzahl von Messsignalen generiert oder erzeugt wird, bietet es sich an, um eine einheitliche Signalamplitude des Magnetfeldsensors 100 zu implementieren, das Ausgangssignal auf Basis einer Mittelung der Messsignale der Messanordnungssequenz zu erzeugen. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf Basis eines. Summensignals ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, wobei je nach Implementierung es ratsam sein kann, eine entsprechende Signalamplitudenanpassung des Ausgangssignals vor dem Bereitstellen an dem Anschluss 350 vorzunehmen.
Mit anderen Worten stellt das in 16 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Verfahrens in Form des dort dargestellten Flussdiagramms eine weitere Alternative dar, bei der beispielsweise mittels eines Filters ein Mittelwert der zyklisch gemultiplexten Messanordnungen gebildet werden kann. Durch einen Vergleich der Einzelsignale bzw. Messsignale mit dem betreffenden Mittelwert im Rahmen der Vergleichsbeziehung kann dann gegebenenfalls eine oder mehrere Brücken identifiziert werden, die schlechte oder schlechtere Signale liefern, so dass diese sukzessive aus der Messanordnungssequenz bzw. der Multiplex-Sequenz ausgeblendet werden können. Liefert beispielsweise eine Messanordnung aufgrund der Tatsache, dass ein oder mehrere Sensorelemente der betreffenden Messanordnung in Sättigung getreten sind, ein Messsignal mit einem geringen Hub, kann diese Messanordnung aufgrund eines entsprechenden Vergleichs der betreffenden Messwerte gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Maxima- und Minima-Werte aus der Messanordnungssequenz ausgeblendet bzw. eliminiert werden. Auf diese Art und Weise lassen sich im Prinzip auch defekte Messanordnungen identifizieren und somit aus der Messanordnungssequenz eliminieren, die beispielsweise sich durch ein starkes Streuen der Messwerte oder Messsignale auszeichnen können.
Das im Zusammenhang mit 16 dargestellte Verfahren bietet in vielen Implementierungen von Ausführungsbeispielen eines Magnetfeldsensors 100 einen weiten Fangbereich, da selbst im Falle einer Berücksichtigung aller Messanordnungen im Rahmen der Messanordnungssequenz, also bei der Bildung des vollständigen Mittelwerts wenigstens immer ein gutes Signal von der optimalst platzierten Messanordnung bei der Bereitstellung des Ausgangssignals (Schritt S530) berücksichtigt wird. Damit ist im Allgemeinen die Startamplitude jedoch immer größer als 1/N des besten Signals, wobei N eine positive ganze Zahl ist, die die Anzahl der in der Messanordnungssequenz umfassten Messanordnungen angibt. Außerdem bieten Ausführungsbeispiele dieses Verhaltens ein Startverhalten, dass von Beginn an eine entsprechende Signalauswertung erlaubt. Im Falle von N = 3 Messanordnungen hat so im Falle einer verschwindenden Amplitude der beiden anderen Messanordnungen im Vergleich zu der bestens platzierten Messanordnung 110 der drei Messanordnungen das Gesamtsignal zu Beginn eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens ein Drittel der Signalamplitude als Ausgangsamplitude, selbst dann, wenn alle Messanordnungen Teil der Messanordnungssequenz sind.
Selbstverständlich können im Rahmen verschiedene Ausführungsbeispiele von Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 und im Rahmen entsprechender Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100 unterschiedlichste Implementierungen im Hinblick auf Zahlen von Sensorelementen, Messanordnungen und deren geometrische Anordnung realisiert werden. Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Beschreibung an einigen Stellen ein Abstand von 2,5 mm, bezogen auf den Abstand der Sensorelemente einer Messanordnung beschrieben wurden, ist die selbstverständlich ebenso wenig einschränkend zu verstehen, wie auch die Anzahl der Messbrücken, Sensorelemente oder anderer Strukturen von 11, 33 oder 3, wie diese zuvor beispielhaft erwähnt wurden. Ausführungsbeispiele eines Magnetfeldsensors 100 sowie Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Kalibration eines Magnetfeldsensors 100 erlauben somit eine Selbstjustage eines Sensors in einem Magnetkreis, der beispielsweise im Rahmen einer inkrementellen Geschwindigkeitsmessung im Automobilsektor eingesetzt werden kann. Hierbei können entsprechende Geberobjekte, die zu einer periodischen Modulation eines Magnetfeldes führen, dem ein Ausführungsbeispiel des Magnetfeldsensors 100 ausgesetzt ist, durch rotierende Objekte, etwa Wellen, Räder und andere Objekte verbunden sein. Entsprechend jedoch können auch Ausführungsbeispiele von Magnetfeldsensoren 100 zur Detektion 100 eines durch ein Geberobjekt periodisch veränderten Magnetfeldes herangezogen werden, das eine lineare Bewegung ausführt.
Bei vielen Ausführungsbeispielen von Magnetfeldsensoren bzw. Sensoranordnungen weisen diese im Layout lateral gegeneinander verschobene Sensorelemente oder magnetische Sensoren auf, bei denen es sich beispielsweise um xMR-Sensorelemente handeln kann. Nach der Montage des Magneten in Bezug auf das Sensorpackage kann dann eine Untergruppe der Sensoren oder Sensorelemente permanent ausgewählt werden, beispielsweise jene Untergruppe von Sensorelementen, die die günstigste Lage bezüglich des Backbiasmagneten haben. Günstig kann in diesem Zusammenhang beispielsweise heilen, dass diese einen geringsten magnetischen Offset, also beispielsweise einen geringsten durchschnittlichen Messwert bezüglich der betreffenden Messsignale aufweisen.
Darüber hinaus können die oben beschriebenen Verfahren zur Kalibration bzw. die daraus resultierenden Ergebnisse auch im Rahmen einer Fehlererkennungsfunktionalität des betreffenden Sensors implementiert und herangezogen werden. Da in vielen Anwendungsfällen nicht die Notwendigkeit besteht, das optimale Sensorelement oder die optimale Messanordnung während der Lebensdauer des Sensors zu ändern, kann beispielsweise aus einer Änderung der betreffenden Lage der Rückschluss gezogen werden, dass der betreffende oder eine Komponente in seinem Umfeld einen Fehler aufweist, so dass ein angeschlossenes System eine entsprechende Fehlermeldung ausgeben kann. Im Falle eines Drehzahlsensors eines Rades im Rahmen eines ABS-Systems kann beispielsweise aufgrund einer Änderung der Lage der optimalen Sensorelemente das zugehörige ABS-Steuergerät dem Fahrer einen Defekt des gesamten Systems anzeigen.
Abhängig von den Gegebenheiten können Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, beispielsweise einer Diskette, CD oder DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem oder Prozessorsystem zusammenwirken können, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt wird. Allgemein besteht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung somit auch in einem Software-Programm-Produkt bzw. einem Computer-Programm-Produkt bzw. einem Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Software-Programm-Produkt auf einem Rechner oder Prozessor abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm bzw. Software-Programm bzw. Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens realisiert werden, wenn das Programm auf einem Prozessor abläuft. Der Prozessor kann hierbei von einem Computer, einer CPU (CPU = central processing unit = Zentralprozessor), einer Chipkarte (Smart card), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC = application specific integrated circuit) oder einem anderen integrierten Schaltkreis (IC) gebildet sein.
Bezugszeichenliste

100: Magnetfeldsensor
110: Messanordnung
120: Steuerschaltung
130: Messabgriff
140: Anschluss
150: Sensorelement
160: Backbiasmagnet
170: Magnetisierung
180: Schutzgehäuse
190: Geberobjekt
195: Pfeil
200: Konditionierung
210: x-Achse
220: Konturlinie
230: Feldlinie
240: Verlauf
250: Geschwindigkeitssignalverlauf
260: Richtungssignalverlauf
270: Offsetverlauf
300: Versorgungsschaltung
310: Multiplexer
320: Analog/Digital-Wandler
330: Vorprozessierungsschaltung
340: Prozessorschaltung
350: Anschluss
360: Speicher
370: Referenzanordnung
380: Referenzabgriff
390: Anschluss
400: Multiplexer
410: Versorgungsschaltung
420: Knotenpunkt
430: Chip oder Substrat
440: Mittelpunkt
450: Bereich
460: Position
500: Minimum/Maximum-Detektion
510: Brückenselektor
520: Verarbeitungsschaltung
530: Widerstandselement
S100: Bereitstellen des Magnetfeldsensors
S110: Positionieren/Bewegen des Geberobjekts
S120: Versorgen mit Anregungssignal
S130: Erfassen von Messsignalen
S140: Vergleichen der Messsignale mit einem Vergleichswert
S150: Ermitteln der Messanordnung
S160: Abspeichern der ermittelten Messanordnung
S200: Bewegen des Geberobjekts
S210: Versorgen mit Anregungssignal
S220: Erfassen von Messsignalen
S230: Bestimmen maximaler und minimaler Messwerte
S240: Auswerten der maximalen und minimalen Messwerte
S250: Ermitteln der Messanordnung
S260: Abspeichern der ermittelten Messanordnung
S300: Festlegen der aktuellen Messanordnung
S310: Festlegen der Vergleichsmessanordnung
S320: Versorgen mit Anregungssignal
S330: Erfassen von Messsignalen der aktuellen Messanordnung
S340: Bereitstellen eines Ausgangssignals
S350: Bestimmen eines maximalen/minimalen Messwerts
S360: Erfassen eines ersten Messwerts
S370: Erfassen eines zweiten Messwerts
S380: erster und zweiter Messwert erfasst?
S390: Differenz des ersten und des zweiten Messwerts größer als Differenz maximaler und minimaler Messwerte?
S400: Festlegen neuer aktueller Messanordnung
S410: Festlegen neuer Vergleichsanordnung
S500: Festlegen einer Messanordnungssequenz
S510: Versorgen mit Anregungssignal
S520: Erfassen von Messsignalen der Messanordnungen der Messanordnungssequenz
S530: Bereitstellen eines Ausgangssignals
S540: Vergleichen der einzelnen Messsignale mit einer Vergleichsbeziehung
S550: genügt Messsignal einer Messanordnung der Vergleichsbedingung nicht ?
S560: Modifizieren der Messanordnungssequenz

Claims

Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteter magnetoresistiver Sensorelemente (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind, aufweisend: Versorgen (S120) der Messanordnungen (110) mit einem Anregungssignal, um an jedem Messabgriff (130) der Messanordnungen (110) ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen (S130) der Messsignale; Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert; und Ermitteln (S150) der Messanordnung (110) mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu dem Vergleichswert und Auswählen derselben für einen Messbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Abspeichern (S160) von Informationen bezüglich der ermittelten Messanordnung in einem Speicher (360) des Magnetfeldsensors (100) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Abspeichern (S160) ein permanentes Einschreiben von Informationen bezüglich der ermittelten Messanordnung in dem Speicher (360) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein sequentielles Erfassen der Messsignale der einzelnen Messanordnungen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein sequentielles Koppeln der Messabgriffe (S130) jeder Messanordnung (110) an eine Steuerschaltung (120) des Magnetfeldsensors (100) und ein Erfassen eines Messsignals der an die Steuerschaltung (120) gekoppelten Messanordnung (110) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein Erfassen der Messsignale, bezogen auf ein Referenzsignal eines Referenzabgriffs (380) eine Referenzanordnung (370) umfasst, wobei die Referenzanordnung (370) ein Widerstandselement (530) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert ein Vergleichen mit einem Wert Null umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert ein Vergleichen mit einem Wert von 50% eines Spannungswertes des Anregungssignals umfasst, wenn eine Messanordnung (110) eine Halbbrückenschaltung mit wenigstens einem Sensorelement (150) umfasst, oder ein Vergleichen mit einem Wert Null umfasst, wenn eine Messanordnung (110) eine Vollbrückenschaltung mit wenigstens einem Sensorelement (150) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein Positionieren oder Bewegen (S110) eines Geberobjekts (S190) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Positionieren oder Bewegen (S110) des Geberobjekts (190) ein Ausrichten des Geberobjekts derart umfasst, das ein Magnetfeld an einem Mittelpunkt (440) eines Chips (430) des Magnetfeldsensors (100) einem mittleren Magnetfeld an dem Mittelpunkt (440) gemittelt über eine Periode einer Bewegung des Geberobjekts (190) entspricht, wobei das Geberobjekt (190) zu einer periodischen Änderung des Magnetfeldes führt, wenn das Geberobjekt (190) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Positionieren oder Bewegen (S110) des Geberobjekts ein Bewegen des Geberobjekts umfasst, so dass der Magnetfeldsensor (100) einem sich periodisch ändernden Magnetfeld mit einer Dauer von wenigstens zwei Perioden ausgesetzt wird.
Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteter magnetoresistiver Sensorelemente (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind, und wobei der Magnetfeldsensor (100) einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, aufweisend: Versorgen der Messanordnungen (110) mit einem Anregungssignal (S210), um an jedem Messabgriff (130) der Messanordnungen (110) ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen der Messsignale (S220) wenigstens zweier Messanordnungen (110) über wenigstens eine Periode des Magnetfeldes; Auswerten der erfassten Messsignale (S240) durch eine Bestimmung der jeweiligen maximalen und minimalen Messwerte der erfassten Messsignale; und Ermitteln (S250) der Messanordnung (110) mit der größten Differenz des jeweiligen maximalen und minimalen Messwerts und Auswählen derselben für einen Messbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner ein Bewegen eines Geberobjekts (S200) umfasst, wobei das Bewegen des Geberobjekts (190) zu dem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld an dem Magnetfeldsensor (100) führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem ein Erfassen der Messsignale (S220) wenigstens zweier Messanordnungen (110) über wenigstens eine Periode des Magnetfeldes hinweg ein Erfassen einer Mehrzahl von Messsignalen einer ersten Messanordnung der zwei Messanordnungen über wenigstens einer Periode des Magnetfeldes hinweg umfasst, ein Umschalten auf eine zweite Messanordnung (110) der wenigstens zwei Messanordnungen (110) und ein Erfassen einer Mehrzahl von Messsignalen der zweiten Messanordnung über wenigstens eine Periode des Magnetfelds hinweg umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Erfassen der Messsignale (S220) wenigstens zweier Messanordnungen über wenigstens eine Periode des sich zeitlich ändernden Magnetfeldes hinweg ein mehrfaches Ausführen eines Umschaltens auf eine erste Messanordnung (110) der wenigstens zwei Messanordnungen (110); eines Erfassens eines Messsignals der ersten Messanordnung (110); eines Umschaltens auf eine zweite Messanordnung (110) der wenigstens zwei Messanordnungen (110); und eines Erfassens eines Messsignals der zweiten Messanordnung (110) über wenigstens eine Periode des sich zumindest abschnittsweise ändernden Magnetfeldes hinweg umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner ein Speichern von Informationen bezüglich der ermittelten Messanordnung in einen Speicher (360) des Magnetfeldsensors (100) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem das Erfassen der Messsignale ein Erfassen der Messsignale (S220), bezogen auf ein Referenzsignal eines Referenzabgriffs (380) eine Referenzanordnung (370) umfasst, wobei die Referenzanordnung (370) ein Widerstandselemente umfasst.
Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten Sensorelementen (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei der Magnetfeldsensor (100) einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, aufweisend: Festlegen (S300) einer Messanordnung (110) als aktuelle Messanordnung; Festlegen (S310) einer weiteren Messanordnung als Vergleichsmessanordnung, die nicht die aktuelle Messanordnung ist; Versorgen (S320) der aktuellen Messanordnung und der Vergleichsmessanordnung mit einem Anregungssignal, um an dem Messabgriff (130) der aktuellen Messanordnung und der Vergleichsmessanordnung ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen (S330) von Messsignalen der aktuellen Messanordnung; Bereitstellen (S340) eines Ausgangssignals auf Basis des erfassten Messsignals der aktuellen Messanordnung; Auswerten (S350) der erfassten Messsignale der aktuellen Messanordnung durch eine Bestimmung eines minimalen Messwerts und eines maximalen Messwerts der aktuellen Messanordnung; Erfassen (S360) eines ersten Messwerts der Vergleichsmessanordnung, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung dem maximalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht; Erfassen (S370) eines zweiten Messsignals der Vergleichsmessanordnung, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung dem minimalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht; und Festlegen (S400) der Vergleichsmessanordnung als die aktuelle Messanordnung, wenn eine Differenz des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals gröber ist als eine Differenz des maximalen und des minimalen Messwerts der aktuellen Messanordnung ist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Festlegen (S300) einer Messanordnung als aktuelle Messanordnung ein Auslesen einer Information bezüglich einer Messanordnung aus einem Speicher (360) und ein Festlegen der Messanordnung (110) als die aktuelle Messanordnung umfasst, auf die sich die in dem Speicher (360) gespeicherte Information bezieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, das ferner ein Festlegen (S410) einer weiteren Messanordnung (110), die nicht die aktuelle Messanordnung und nicht die Vergleichsmessanordnung ist, als die Vergleichsmessanordnung, wenn die Differenz des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals kleiner als oder gleich einer Differenz des maximalen und des minimalen Messwerts der aktuellen Messanordnung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem Auswerten der erfassten Messsignale der aktuellen Messanordnung durch eine Bestimmung eines minimalen Messwerts und eines maximalen Messwerts der aktuellen Messanordnung ein Vergleichen des erfassten Messwerts mit einem zuvor erfassten Messwerts der aktuellen Messanordnung umfasst, wobei auf ein Vorliegen eines minimalen oder maximalen Messwerts geschlossen wird, wenn ein Differenzwert zwischen dem erfassten Messwert und dem zuvor erfassten Messwert betragsmäßig kleiner oder gleich einer vorbestimmten Obergrenze ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Bereitstellen eines Ausgangssignals auf Basis des erfassten Messsignals der aktuellen Messanordnung ein Ausgeben des Ausgangssignals an einem Anschluss (350) des Magnetfeldsensors (100) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, das ferner ein Speichern einer Information bezüglich der aktuellen Messanordnung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, bei dem das Festlegen einer Messanordnung als aktuelle Messanordnung ein Auslesen einer Information bezüglich einer Messanordnung aus einem Speicher (360) und ein Festlegen der Messanordnung (110) als die aktuelle Messanordnung umfasst, auf die sich die in dem Speicher gespeicherte Information bezieht, ferner ein Speichern einer Information bezüglich der aktuellen Messanordnung in dem Speicher (360) nur dann umfasst, wenn wenigstens ein Mal die Vergleichsmessanordnung als die aktuelle Messanordnung festgelegt wurde.
Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten Sensorelementen (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist und wobei der Magnetfeldsensor (100) einem sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, aufweisend: Festlegen (S500) einer Sequenz von Messanordnungen, die wenigstens eine Messanordnung umfasst; Versorgen (S510) der Messanordnungen der Sequenz von Messanordnungen mit einem Anregungssignal, um an den Messabgriffen (130) der Messanordnungen (110) der Sequenz von Messanordnungen ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen (S520) von Messsignalen der Messanordnungen der Sequenz von Messanordnungen; Bereitstellen (S530) eines Ausgangssignals auf Basis der erfassten Messsignale der Messanordnungen der Sequenz von Messanordnungen; Auswerten (S540) der einzelnen Messsignale der Sequenz von Messanordnungen durch ein Vergleichen der einzelnen Messsignale und des Ausgangssignals auf Basis einer Vergleichsbeziehung; und Entfernen einer Messanordnung (S560) aus der Sequenz von Messanordnungen, wenn das Auswerten eines Messsignals dieser Messanordnung einer Vergleichsbedingung nicht genügt.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Festlegen (S500) einer Messanordnungssequenz ein Festlegen einer Messanordnungssequenz umfasst, die eine Mehrzahl von Messanordnungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, bei dem das Erfassen (S520) von Messsignalen der Messanordnungen der Messanordnungssequenz ein sequentielles Koppeln der Messabgriffe (130) jeder Messanordnung (110) der Messanordnungssequenz, wenn die Messanordnungssequenz mehr als eine Messanordnung (110) umfasst, und ein Erfassen eines Messsignals der gekoppelten Messanordnung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem das Bereitstellen (S530) des Ausgangssignals auf Basis der erfassten Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz ein Mitteln der erfassten Messsignale aller Messanordnungen der Messanordnungssequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Mitteln der erfassten Messsignale ein arithmetisches Mitteln der erfassten Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz unter Berücksichtigung der Anzahl der Messanordnungen der Messanordnungssequenz umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem das Auswerten (S540) der einzelnen Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz ein Vergleichen der einzelnen Messsignale und des Ausgangssignals auf Basis minimaler und maximaler Werte der einzelnen Messsignale und des Ausgangssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem das Modifizieren (S560) der Messanordnungssequenz ein Entfernen einer untersuchten Messanordnung aus der Messanordnungssequenz umfasst, wenn eine Differenz des maximalen und des minimalen Messsignals der untersuchten Messanordnung geringer ist als ein Produkt eines Faktors und einer Differenz des maximalen und des minimalen Ausgangssignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, bei dem das Modifizieren (S560) der Messanordnungssequenz ein Entfernen einer untersuchten Messanordnung aus der Messanordnungssequenz umfasst, wenn eine Differenz des maximalen und des minimalen Messsignals der untersuchten Messanordnung geringer ist, als eine Differenz eines maximalen und eines minimalen Messsignals der anderen Messanordnung, die nicht die untersuchte Messanordnung sind, wenn die Messanordnungssequenz neben der untersuchten Messanordnung wenigstens eine weitere Messanordnung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, bei dem das Festlegen (S500) einer Messanordnungssequenz ein Auslesen einer Information bezüglich der Messanordnungssequenz aus einem Speicher und ein Festlegen der Messanordnungssequenz auf Basis der Messanordnung (110), auf die sich die in dem Speicher 360 abgespeicherten Informationen beziehen, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, das ferner ein Abspeichern der Messanordnungssequenz in einem Speicher (360) umfasst.
Magnetfeldsensor (100) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten Sensorelementen (150), wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, und einer Steuerschaltung (120), die mit den Messabgriffen (130) der Messanordnungen (110) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um eines der Verfahren nach Anspruch 18 bis 34 auszuführen.
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 35, bei dem die Steuerschaltung (120) ausgebildet ist, um die Messanordnungen mit einem Anregungssignal zu versorgen, um an jedem Messabgriff der Messanordnungen ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, die ferner ausgebildet ist, um die Messsignale zu erfassen, die ferner ausgebildet ist, um die erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert auszuwerten, und die ausgebildet ist, um die Messanordnung (110) mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu dem Vergleichswert zu ermitteln.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 35, bei dem die Steuerschaltung (120) ausgebildet ist, um die Messanordnungen (110) mit einem Anregungssignal zu versorgen, um an jedem Messabgriff (130) der Messanordnungen (110) ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, die ferner ausgebildet ist, um Messsignale wenigstens zweier Messanordnungen (110) über wenigstens eine Periode eines sich zumindest abschnittsweise periodisch ändernden Magnetfeldes hinweg zu erfassen, die ferner ausgebildet ist, um die erfassten Messsignale durch eine Bestimmung der jeweiligen maximalen und minimalen Messwerte der erfassten Messsignale auszuwerten, und die ausgebildet ist, um die Messanordnung mit der grölten Differenz der jeweiligen maximalen und minimalen Messwerte zu ermitteln.
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 35, bei dem die Steuerschaltung (120) ausgebildet ist, um eine Messanordnung als aktuelle Messanordnung festzulegen, die ferner ausgebildet ist, um eine weitere Messbrücke, die nicht die aktuelle Messanordnung ist, als Vergleichsmessanordnung festzulegen, die ferner ausgebildet ist, um die aktuelle Messanordnung und die Vergleichsmessanordnung mit einem Anregungssignal zu versorgen, um an den Messabgriffen der aktuellen Messanordnung und der Vergleichsmessanordnung ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen, die ausgebildet ist, um Messsignale der aktuellen Messanordnung zu erfassen, die ferner ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal auf Basis des erfassten Messsignals der aktuellen Messanordnung bereitzustellen, die ferner ausgebildet ist, um die erfassten Messsignale der aktuellen Messanordnung durch eine Bestimmung eines minimalen Messwerts und eines maximalen Messwerts der aktuellen Messanordnung auszuwerten, die ferner ausgebildet ist, um ein erstes Messsignal der Vergleichsmessanordnung zu erfassen, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung mit dem maximalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht, die ferner ausgebildet ist, ein zweites Messsignal der Vergleichsmessanordnung zu erfassen, wenn ein erfasstes Messsignal der aktuellen Messanordnung dem minimalen Messwert der aktuellen Messanordnung entspricht, und die ferner ausgebildet ist, um die Vergleichsmessanordnung als die aktuelle Messanordnung festzulegen, wenn eine Differenz des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals größer ist als eine Differenz des maximalen und des minimalen Messwerts der aktuellen Messanordnung (110).
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 35, bei dem die Steuerschaltung (120) ausgebildet ist, um eine Messanordnungssequenz, die wenigstens eine Messanordnung umfasst, festzulegen, die ferner ausgebildet ist, die Messanordnungen der Messanordnungssequenz mit einem Anregungssignal zu versorgen, um an den Messabgriffen (130) der Messanordnungen der Messanordnungssequenz ein angreifbares Messsignal zu erzeugen, die ferner ausgebildet ist, um Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz zu erfassen, die ferner ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal auf Basis der erfassten Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz bereitzustellen, die ferner ausgebildet ist, um die einzelnen Messsignale der Messanordnungen der Messanordnungssequenz durch ein Vergleichen der einzelnen Messsignale und des Ausgangssignals auf Basis einer Vergleichsbeziehung auszuwerten, und die ferner ausgebildet ist, die Messanordnungssequenz zu modifizieren, wenn das Auswerten eines Messsignals einer Messanordnung auf Basis der Vergleichsbeziehung einer Vergleichsbedingung nicht genügt.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, bei dem die Messanordnungen (110) jeweils wenigstens ein Sensorelement (150) umfassen.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 40, bei dem zwei verschiedene Messanordnungen (110) ein gemeinsames Sensorelement (150) angehört.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 41, bei dem die Messanordnungen (110) eine Serienschaltung zweier Sensorelemente (150) mit einem zwischen die beiden Sensorelemente (150) geschalteten Messabgriff (130) umfassen.
Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 35 bis 42, bei dem die Messanordnungen (110) eine Parallelschaltung zweier Serienschaltungen umfassen, wobei wenigstens eine der zwei Serienschaltungen wenigstens ein Sensorelement (150) umfasst.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 43, bei dem die Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 44, bei dem die Sensorelemente (150) magnetoresistive Sensorelemente (150) sind.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 45, bei dem die Steuerschaltung (120) einen Multiplexer (310) aufweist, der mit den Messabgriffen (130) der Messanordnungen (110) gekoppelt ist und bei dem der Multiplexer (310) ausgebildet ist, um auf ein Steuersignal hin einen der Messabgriffe (130) mit einem Ausgang des Multiplexers (310) zu koppeln.
Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 35 bis 46, bei dem die Steuerschaltung (120) einen Analog/Digital-Wandler (320) aufweist, der mit wenigstens einem Mittelabgriff (130) einer Messanordnung koppelbar ist.
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 46, bei dem ein Analog/Digital-Wandler (320) mit dem Ausgang des Multiplexers (310) gekoppelt ist, so dass der Analog/Digital-Wandler (320) mit jeweils einem Mittelabgriff (130) der Messanordnungen (110) koppelbar ist.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 48, bei der die Steuerschaltung (120) ferner eine Vorprozessierungsschaltung (330) umfasst, die ausgebildet ist, erfasste Messsignale zu filtern.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 49, bei der die Steuerschaltung (120) ferner eine Prozessorschaltung (340) aufweist, die ausgebildet ist, um basierend auf wenigstens einem der erfassten Messsignale ein Ausgangssignal bereitzustellen.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 50, bei der die Steuerschaltung (120) ferner eine Versorgungsschaltung (300) umfasst, die mit den Messanordnungen (110) über einen ersten Anschluss (140a) und einem zweiten Anschluss (140b) der Messanordnungen (110) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um ein Anregungssignal der Messanordnungen (110) auszuprägen.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 51, bei der die Steuerschaltung (120) ferner eine Referenzmessanordnung (370) mit einem Referenzabgriff (380) aufweist und wobei die Referenzmessanordnung (370) ein Widerstandselement (530) aufweist.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 52, bei dem die Steuerschaltung (120) ferner einen Speicher (360) aufweist, der ein nicht-flüchtiges Speichern oder einmaliges Speichern einer Information ermöglicht.
Magnetfeldsensor (100) mit folgenden Merkmalen: einer Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten magnetoresistiven Sensorelementen (150), wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind; und einer Steuerschaltung (120), die mit dem Messabgriffen (130) der Messanordnung (110) gekoppelt ist und ferner einen Speicher (360) umfasst, in den eine Information bezüglich einer Auswahl einer Messanordnung (110) einmalig einschreibbar ist und mehrfach auslesbar ist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, um die Information bezüglich einer für einen Messbetrieb ermittelte Messanordnung (110) in dem Speicher (360) abzuspeichern; und wobei die Information die Messanordnung (110) mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu einem Vergleichswert oder mit einer größten Differenz eines jeweiligen maximalen und minimalen Messwerts bezeichnet.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 54, bei dem zwei unterschiedliche Messanordnungen (110) ein gemeinsames magnetoresistives Sensorelement (150) aufweisen.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 54 oder 55, bei der die Steuerschaltung (120) ferner ausgebildet ist, um in einem Messbetrieb des Magnetfeldsensors (100) die Information bezüglich der ermittelten Messanordnung (110) aus dem Speicher (360) auszulesen, und ferner ausgebildet ist, um in dem Messbetrieb ein Auswertesignal auf Basis eines Messsignals der ermittelten Messanordnung (110) bereitzustellen.
Magnetfeldsensor (100) mit folgenden Merkmalen: einer Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten magnetoresistiven Sensorelementen (150), wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, und wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind; und einer Steuerschaltung (120), die mit den Messabgriffen (130) der Messanordnungen (110) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 17 auszuführen.
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 57, bei dem die Messanordnungen (110) eine Serienschaltung zweier Sensorelemente (150) mit einem zwischen die beiden Sensorelemente (150) geschalteten Messabgriff (130) umfassen.
Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 57 oder 58, bei dem die Messanordnungen (110) eine Parallelschaltung zweier Serienschaltungen umfassen, wobei wenigstens eine der zwei Serienschaltungen wenigstens ein Sensorelement (150) umfasst.
Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100), der eine Mehrzahl von zu Messanordnungen (110) verschaltete Sensorelemente (150) aufweist, wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind, und wobei an den Magnetfeldsensor (100) ein Permanentmagnet (160) angebracht ist, aufweisend: Versorgen (S120) der Messanordnung (110) mit einem Anregungssignal, um an jedem Messabgriff (130) der Messanordnungen (110) ein abgreifbares Messsignal zu erzeugen; Erfassen (S130) der Messsignale; Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert; und Ermitteln (S150) der Messanordnung (110) mit der betragsmäßig geringsten Differenz zu dem Vergleichswert und Auswählen derselben für einen Messbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 60, das ferner ein Abspeichern (S160) von Informationen bezüglich der ermittelten Messanordnung in einem Speicher (360) des Magnetfeldsensors (100) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 61, bei dem das Abspeichern (S160) ein permanentes Einschreiben von Informationen bezüglich der ermittelten Messanordnung in dem Speicher (360) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 62, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein sequentielles Erfassen der Messsignale der einzelnen Messanordnungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 63, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein sequentielles Koppeln der Messabgriffe (S130) jeder Messanordnung (110) an eine Steuerschaltung (120) des Magnetfeldsensors (100) und ein Erfassen eines Messsignals der an die Steuerschaltung (120) gekoppelten Messanordnung (110) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 64, bei dem das Erfassen (S130) der Messsignale ein Erfassen der Messsignale, bezogen auf ein Referenzsignal eines Referenzabgriffs (380) eine Referenzanordnung (370) umfasst, wobei die Referenzanordnung (370) ein Widerstandselement (530) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 65, bei dem das Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert ein Vergleichen mit einem Wert Null umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 66, bei dem das Auswerten (S140) der erfassten Messsignale durch ein Vergleichen der erfassten Messsignale mit einem Vergleichswert ein Vergleichen mit einem Wert von 50% eines Spannungswertes des Anregungssignals umfasst, wenn eine Messanordnung (110) eine Halbbrückenschaltung mit wenigstens einem Sensorelement (150) umfasst, oder ein Vergleichen mit einem Wert Null umfasst, wenn eine Messanordnung (110) eine Vollbrückenschaltung mit wenigstens einem Sensorelement (150) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 60 bis 67, das ferner ein Positionieren oder Bewegen (S110) eines Geberobjekts (S190) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 68, bei dem das Positionieren oder Bewegen (S110) des Geberobjekts (190) ein Ausrichten des Geberobjekts derart umfasst, das ein Magnetfeld an einem Mittelpunkt (440) eines Chips (430) des Magnetfeldsensors (100) einem mittleren Magnetfeld an dem Mittelpunkt (440) gemittelt über eine Periode einer Bewegung des Geberobjekts (190) entspricht, wobei das Geberobjekt (190) zu einer periodischen Änderung des Magnetfeldes führt, wenn das Geberobjekt (190) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 68, bei dem das Positionieren oder Bewegen (S110) des Geberobjekts ein Bewegen des Geberobjekts umfasst, so dass der Magnetfeldsensor (100) einem sich periodisch ändernden Magnetfeld mit einer Dauer von wenigstens zwei Perioden ausgesetzt wird.
Magnetfeldsensor (100) mit folgenden Merkmalen: einer Vielzahl von zu Messanordnungen (110) verschalteten Sensorelementen (150), wobei jede Messanordnung (110) einen Messabgriff (130) aufweist, wobei die Sensorelemente (150) auf einem Chip (430) des Magnetfeldsensors (100) lateral gegeneinander verschoben angeordnet sind, und wobei an den Magnetfeldsensor (100) ein Permanentmagnet (160) angebracht ist; und einer Steuerschaltung (120), die mit den Messabgriffen (130) der Messanordnungen (110) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um eines der Verfahren nach Anspruch 60 bis 70 auszuführen.
Magnetfeldsensor (100) nach Anspruch 71, bei dem die Messanordnungen (110) eine Serienschaltung zweier Sensorelemente (150) mit einem zwischen die beiden Sensorelemente (150) geschalteten Messabgriff (130) umfassen.
Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 71 oder 72, bei dem die Messanordnungen (110) eine Parallelschaltung zweier Serienschaltungen umfassen, wobei wenigstens eine der zwei Serienschaltungen wenigstens ein Sensorelement (150) umfasst.
Magnetfeldsensor (100) nach einem der Ansprüche 71 bis 73, bei dem die Messanordnungen (110) jeweils wenigstens ein magnetoresistives Sensorelement (150) aufweisen.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der Verfahren zur Kalibration eines Magnetfeldsensors (100) nach einem der Ansprüche 1, 12, 18, 25 oder 60, wenn das Programm auf einem Prozessor abläuft.