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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein nicht-lineares Hall IC (z.B.
eine integrierte Schaltung IC) zum Ausgeben von Spannung in Übereinstimmung mit
einer magnetischen Feldstärke,
und insbesondere ein nicht-lineares Hall IC mit einer nicht-linearen Ausgangscharakteristik.
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Ein
Hallelement ist eine Halbleitereinrichtung zum Ausgeben einer Spannung,
die proportional zu einer Magnetfeldstärke ist. Ein Hall IC, welches
das Hallelement kombiniert mit einer Verstärkerschaltung oder einer Korrekturschaltung
umfasst, ist herkömmlicherweise
kommerziell praktisch geworden.
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Da
jedoch das herkömmliche
Hall IC dafür gebildet
ist, um die magnetische Feldstärke
und die Ausgangsspannung genau proportional zueinander zu machen,
ist es erforderlich, obwohl das herkömmliche Hall IC zum Messen
der magnetischen Feldstärke
effektiv ist, eine Berechnungsschaltung bereitzustellen, um die
Ausgangsspannung in einen gewünschten
Wert außerhalb
des Hall ICs umzuwandeln, wenn es nicht erforderlich ist, die magnetische Feldstärke und
die Ausgangsspannung in einen proportionalen Zusammenhang zueinander
zu bringen. Deshalb existieren Probleme, dass eine gesamte Vorrichtung
in der Größe nicht
verringert werden kann und Kosten davon ansteigen.
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Zum
Beispiel ist die Form eines Kraftstofftanks eines Automobils kompliziert
und somit sind ein Flüssigkeitspegel
des Kraftstoffs und eine Kraftstoffmenge nicht proportional zueinander.
Wenn deshalb eine Anstrengung durchgeführt wird, die Kraftstoffmenge
durch Bestimmen der Verschiebung des Flüssigkeitspegels mit einer Veränderung
einer magnetischen Feldstärke
und durch Messen der Magnetfeldstärke unter Verwendung des herkömmlichen
linearen Hall IC zu messen, kann die Kraftstoffmenge nicht genau
gemessen werden, obwohl der Flüssigkeitspegel
genau gemessen werden kann. Deshalb ist in dem herkömmlichen
Hall Element die Berechnungsschaltung getrennt außerhalb
von dem Hall IC vorgesehen, um die Ausgangsspannung des Hall IC umzuwandeln
und die Kraftstoffmengen zu berechnen.
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Da
die Berechnungsschaltung getrennt außerhalb des Hall IC in dieser
Weise vorgesehen ist, kann das Hall IC in der Größe nicht verringert werden und
Kosten davon steigen an.
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DE 34 09 795 A1 betrifft
eine temperaturkompensierte Vorrichtung mit einem Hall-Effekt-Sensor.
DE 34 09 795 A1 beschreibt
einen temperaturkompensierten Hall-Effekt-Sensor, der die Position eines
sich bewegenden Körpers
erfasst und ein Ausgangssignal abgibt, das die Position des sich
bewegenden Körpers
anzeigt. Der Sensor weist einen Hallwandler auf, der das Anlegen
und das anschließende
Entfernen eines Magnetfelds erfasst und ein Ausgangssignal an einen
Verstärker
mit konstanter Verstärkung
abgibt. In dem Verstärker
ist eine Schaltung zum Einstellen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers sowie
zum Ausgleichen der Offset-Spannung des Hallwandlers vorgesehen.
Das Ausgangssignal des Verstärkers
wird an eine Schaltung zur Kompensation der Empfindlichkeit und
zur Erzeugung einer Hysterese angelegt, die einen Schaltpunkt zur Änderung
in positiver Richtung und eine Schaltpunktveränderung in negativer Richtung
in einem Komparator bestimmt. Ferner sind Schaltungen vorhanden,
die eine Temperaturkompensation sowohl für den Schaltpunkt bei Änderung
in positiver Richtung als auch für
den Schaltpunkt bei Änderung in
negativer Richtung erzeugen, so dass die effektiven positiven und
negativen Schaltpunkte des Komparators die gleichen für ein gegebenes
Magnetfeld bleiben und unabhängig
von der Temperatur bzw. des Ausgangssignals des Hallelements sind,
das durch die Temperatur geändert
wird.
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DE 198 42 487 C1 betrifft
ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen eines magnetischen Wechselfeldes
mit Temperaturkompensation.
DE 198 42 487 C1 beschreibt, dass ein Sagnac-Interferometer
zur Messung eines magnetischen Wechselfeldes verwendet wird. Zusätzlich zu
einer im Wechselfeld angeordneten Sensoreinrichtung durchlaufen zwei
gegenläufige
Lichtsignale einen in einem konstanten Magnetfeld angeordneten Faraday-Rotator. Die
temperaturabhängige
Off-Set-Drift im Faraday-Rotator wird zur Temperaturkompensation
des Messsignals verwendet.
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DE 196 32 656 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen der Lage
oder der Drehstellung eines Gegenstandes. In
DE 196 32 656 A1 weist
ein berührungsloser
Lage- oder Drehstellungssensor zwei parallele Spuren mit magnetisierten
Inkrementen auf. Die Anzahl der Inkremente pro Spur ist unterschiedlich,
vorzugsweise um die Zahl 1. Jeder Spur ist ein Sensor zugeordnet, der
je ein sinus- bzw. kosinusförmiges
Ausgangssignal in Abhängigkeit
von der relativen Lage zwischen dem Sensor und dem jeweiligen Inkrement
der Spur erzeugt. Die Differenz der Lagewerte der beiden Spuren
ergibt dann den Absolutwert der Lage eines Sensors bezogen auf einen
Referenzpunkt der Spuren.
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DE 40 28 089 A1 betrifft
eine Schaltungsanordnung zum Erfassen und Auswerten von konstanten
oder wechselnden Magnetfeldern. In
DE 40 28 089 A1 wird einem Hall-Sensor impulsmäßig Versorgungsstrom
eingeprägt.
Der Hall-Sensor erzeugt hohe, impulsförmige Ausgangsspannungen. Die
Ausgangsspannungen kann durch eine nachfolgende elektronische Schaltung,
z.B. einem Mikroprozessor, weiterverarbeitet werden, z.B. digitale
Filterung.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände durchgeführt und
es ist eine Aufgabe der Erfindung ein nicht-lineares Hall IC bereitzustellen,
welches eine beliebige erforderliche Ausgangsspannung zu der Magnetfeldstärke ausgeben
kann.
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Die
obige Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegehenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in der Unternsprüchen angegeben.
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Gemäß dem ersten
erfindungsgemäßen Aspekts
ist es möglich
eine beliebige Ausgangsspannung, die für die magnetische Feldstärke benötigt wird,
auszugeben.
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Wenn
dieses nicht-lineare Hall IC in einem Aufbau verwendet wird, der
eine nicht-lineare Charakteristik erfordert, wie in dem Kraftstofftank
für das Automobil,
kann die gesamte Vorrichtung in der Größe reduziert werden und Kosten
davon können
reduziert werden, da es nicht erforderlich ist, getrennt die Berechnungsschaltung
bereitzustellen.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der Erfindung teilt die nicht-lineare Umwandlungseinrichtung die magnetische
Feldstärke
in Abschnitte durch beliebige Abstände auf, und die Hall-Spannung wird in
die Ausgangsspannung in jedem der Abschnitte umgewandelt.
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Wenn
gemäß dem zweiten
Aspekt dieses nicht-lineare Hall IC in einem Aufbau verwendet wird, der
erfordert, dass Charakteristiken in jedem beliebigen Abschnitt verändert werden,
kann die gesamte Vorrichtung in der Größe verringert werden und Kosten
davon können
reduziert werden, da es nicht erforderlich ist, getrennt die Berechnungsschaltung
vorzusehen.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung teilt die nicht-lineare Umwandlungseinrichtung die magnetische
Feldstärke
in Abschnitte durch konstante Abstände auf, und die Hall- Spannung wird in
die Ausgangsspannung in jedem der Abschnitte umgewandelt.
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Wenn
gemäß dieses
dritten Aspekts dieses nicht-lineare Hall IC in einem Aufbau verwendet
wird, der erfordert, dass Charakteristiken in jedem der konstanten
Abschnitte verändert
werden, kann die gesamte Vorrichtung in der Größe verringert werden und Kosten
davon können
reduziert werden, da es nicht erforderlich ist, getrennt die Berechnungsschaltung
vorzusehen.
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Gemäß eines
vierten Aspekts der Erfindung wandelt die nicht-lineare Umwandlungseinrichtung eine
Beziehung zwischen der magnetischen Feldstärke und der Ausgangsspannung
in eine gekrümmte
Beziehung um.
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Wenn
gemäß des vierten
Aspekts dieses nicht-lineare Hall IC in einem Aufbau verwendet wird, bei
dem Charakteristiken kontinuierlich verändert werden, kann die gesamte
Vorrichtung in der Größe reduziert
werden und die Kosten davon können
reduziert werden, da es nicht erforderlich ist, getrennt die Berechnungsschaltung
vorzusehen.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Ausführungsform eines nicht-linearen
Hall IC der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 einen
Graph, der Ausgangscharakteristiken eines nicht-linearen Hall IC 1,
das in 1 gezeigt ist, zeigt und die Ausgangscharakteristiken zeigt,
wenn ein Magnetfeld in beliebige Abschnitte aufgeteilt wird;
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3 einen
Graph, der Ausgangscharakteristiken eines nicht-linearen Hall IC 1 zeigt,
das in 1 gezeigt ist, und die Ausgangscharakteristiken zeigt,
wenn ein Magnetfeld in konstante Abschnitt aufgeteilt wird; und
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4 einen
Graph, der Ausgangscharakteristiken eines nicht-linearen Hall IC 1 zeigt,
das in 1 gezeigt ist, und die Ausgangscharakteristiken zeigt,
wenn eine Hall-Spannung durch eine Kurve umgewandelt wird.
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Ein
Aufbau eines nicht-linearen Hall IC einer Ausführungsform wird auf Grundlage
von 1 erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt umfasst ein nicht-lineares Hall IC 1 dieser
Ausführungsform
ein Hall Element 2 zum Ausgeben einer Hall-Spannung, die
sich für
eine magnetische Feldstärke
eignet, einen A/D Wandler 3 zum Umwandeln der Hall-Spannung,
die von dem Hall Element 2 ausgegeben wird, von einem analogen
Wert in einen digitalen Wert, eine Speichereinrichtung 4 zum
Speichern von Umwandlungsinformation zum Umwandeln des digitalen
Werts der Hall-Spannung, die von dem A/D Wandler 3 umgewandelt
wird, in einen nicht-linearen Wert, eine nicht-lineare Umwandlungseinrichtung 5 zum
Umwandeln des digitalen Werts der Hall-Spannung in den nicht-linearen
Wert als Ausgangsspannung auf Grundlage der Umwandlungsinformation,
die in der Speichereinrichtung 4 gespeichert ist und einen
D/A Wandler 6 zum Umwandeln eines digitalen Werts der Ausgangsspannung,
die von der nicht-linearen Umwandlungseinrichtung 5 umgewandelt
wird, in einen analogen Wert und zum Ausgeben von diesem.
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In
diesem nicht-linearen Hall IC 1 wird die nicht-lineare
Umwandlungseinrichtung 5 durch eine DSP (digitale Signalverarbeitung),
einem Mikrocomputer und dergleichen gebildet, und die Speichereinrichtung 4 wird
durch einen Speicher wie EEPROM gebildet.
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Die
Umwandlungsverarbeitung der Hall-Spannung in dem nicht-linearen Hall IC 1 dieser Ausführungsform
wird als nächstes
erläutert.
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Das
Hall Element 2 erfasst eine Magnetfeld und gibt eine Hall-Spannung
aus, die sich für
das Magnetfeld eignet. Dann wandelt der A/D Wandler 3 diese
Hall-Spannung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert um.
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Die
nicht-lineare Umwandlungseinrichtung 5 wandelt die Hall-Spannung in eine
nicht-lineare Ausgangsspannung auf Grundlage der Umwandlungsinformation,
die in der Speichereinrichtung 4 gespeichert ist, um.
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Wie
in 2 gezeigt wird zum Beispiel die Magnetfeldstärke in beliebige
Abschnitte unterteilt und in jedem Abschnitt wird eine Hall-Spannung,
die mit einer gepunkteten Linie gezeigt ist, in die Ausgangsspannung
umgewandelt, die mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist.
In den Abschnitten in 2 wird jeder der Abschnitte
durch eine getrennte gerade Linie interpoliert.
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In
diesem Fall wird die magnetische Feldstärke in die beliebigen Abschnitte
aufgeteilt und in jedem Abschnitt wird die folgende Gleichung (1)
eingestellt und in der Speichereinrichtung 4 gespeichert: H = a × Vh (1)(Vh: Hall-Spannung,
H: magnetische Feldstärke,
und a: beliebige Konstante).
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Wenn
die Hall-Spannung der nicht-linearen Umwandlungseinrichtung 5 eingegeben
wird, dann wird die magnetische Feldstärke auf Grundlage der Gleichung
(1) aus der Hall-Spannung berechnet und der betreffende Abschnitt
wird beurteilt.
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Ferner
wird in jedem der Abschnitte die folgende Gleichung (2) eingestellt
und in der Speichereinrichtung 4 gespeichert: V = b × Vh + c (2)(V: Ausgangsspannung,
b und c: beliebige Konstanten).
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Auf
Grundlage dieser Gleichung (2) wird die Ausgangsspannung V aus der
Hall-Spannung Vh berechnet. Durch Umwandeln der linearen Hall-Spannung,
die von dem Hall Element 2 ausgegeben wird, durch die in
jedem Abschnitt in dieser Weise eingestellten Gleichung kann die
nicht-lineare Ausgangsspannung, die in 2 gezeigt
ist, ausgegeben werden.
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Wenn
das nicht-lineare Hall IC, das die nicht-lineare Ausgangsspannung
ausgeben kann, auf einen Kraftstofftank eines Automobils angewendet
wird, kann die magnetische Feldstärke getrennt entsprechend einer
Veränderung
einer Form eines Kraftstofftanks eingestellt werden, so dass die
Kraftstoffmenge von der Ausgangsspannung des nicht-linearen Hall
IC genau angezeigt werden kann.
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Deshalb
ist es nicht erforderlich, eine Berechnungsschaltung getrennt außerhalb
des Hall ICs vorzusehen.
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Obwohl
die magnetische Feldstärke
in beliebige Abstände
in 2 aufgeteilt ist, kann die magnetische Feldstärke durch
gleiche Abstände
unterteilt werden, wie in 3 gezeigt.
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Ferner
kann die Hall-Spannung in eine Ausgangsspannung umgewandelt werden,
die mit einer dreidimensionalen Kurve, wie in 4 gezeigt,
oder anderen Kurven angezeigt wird. Der Entwurf ist vorteilhaft,
wenn eine Kraftstoffmenge von einem Kraftstofftank gemessen wird,
dessen Form kontinuierlich verändert
wird.
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Wenn
die Hall-Spannung in eine nicht-lineare Ausgangsspannung durch die
nicht-lineare Umwandlungseinrichtung 5 umgewandelt wird,
wandelt der D/A Wandler 6 einen digitalen Wert in einen
analogen Wert um, und die Ausgangsspannung eines analogen Werts
wird ausgegeben.
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In
dieser Weise wird in der nicht-linearen Umwandlungseinrichtung 5 die
Hall-Spannung in die nicht-lineare
Ausgangsspannung auf Grundlage der Umwandlungsinformation, wie den
Berechnungsgleichungen, die in der Speichereinrichtung 4 gespeichert
sind, umgewandelt und eine erforderliche beliebige Ausgangsspannung
kann bezüglich
der magnetischen Feldstärke
erhalten werden.
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Wenn
dieses nicht-lineare Hall IC in einem Aufbau verwendet wird, der
nicht-lineare Charakteristiken erfordert, wie in dem Kraftstofftank
für das Automobil,
kann die gesamte Vorrichtung in der Größe verringert werden und Kosten davon können reduziert
werden, da es nicht erforderlich ist, getrennt die Berechnungsschaltung
bereitzustellen.