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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Impulsflanken,
die der Bewegung eines mechanischen Teiles synchron zugeordnet sind,
wobei ein Magnetfeld erzeugt und mindestens zwei Messsignale für
das Magnetfeld erfasst werden, wobei das Magnetfeld derart in Abhängigkeit
von der Bewegung des mechanischen Teiles verändert wird, dass
die Messsignale zueinander phasenverschoben moduliert werden. Außerdem
bezieht sich die Erfindung auf einen Halbleiterchip, in den ein
Magnetfeldsensor und eine damit verbundene Signalverarbeitungseinrichtung
integriert sind, wobei der Magnetfeldsensor zumindest ein erstes
Sensorelement und ein zweites Sensorelement aufweist, die die zueinander
versetzt und/oder mit ihren Messachsen quer zueinander angeordnet
sind.
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Ein
derartiges Verfahren, bei dem der Geber als um eine Rotationsachse
drehbar gelagertes weichmagnetisches Zahnrad ausgestaltet ist, ist
aus
US 5 637 995 bekannt.
Am Außenumfang des Gebers ist ein Halbleiterchip angeordnet,
in den ein Magnetfeldsensor mit zwei magnetoresistiven Sensorelementen
integriert ist. An der dem Zahnrad abgewandten Rückseite
des Halbleiterchips ist ein Permanentmagnet angeordnet, dessen magnetischer
Fluss die Sensorelemente und das Zahnrad durchsetzt. Die Sensorelemente
sind etwa stabförmig ausgestaltet und in einer rechtwinklig
zur Rotationsachse des Zahnrads verlaufenden Ebene mit ihren Längsachsen
gegenüber der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten
um 45° in zueinander entgegen gesetzte Richtungen geneigt.
Wenn sich die Zähne des Zahnrads an der aus den Sensorelementen
und dem Permanentmagnet bestehenden Anordnung vorbeibewegen, ändert
sich an den Sensorelementen die Richtung des magnetischen Flusses.
Die Messsignale der Sensorelemente haben jeweils einen etwa wellenlinienförmigen
Verlauf, wobei das Messsignal des einen Sensorelements jeweils ein Maximum
aufweist, wenn das Messsignal des anderen Sensorelements ein Minimum
hat. Die Messsignale werden einer Signalwandlerstufe zugeführt,
die an einem Ausgangsanschluss jeweils eine Impulsflanke erzeugt,
wenn die Messsignale ihr Maximum bzw. Minimum durchlaufen. Die Impulsflanken
sollen immer dann auftreten, wenn eine Zahnflanke des Zahnrads am
Magnetfeldsensor vorbeibewegt wird. Das Verfahren hat den Nachteil,
dass die Detektion des Maximums bzw. des Minimums mit Ungenauigkeiten
behaftet ist. Dadurch kann zwischen dem Auftreten einer Impulsflanke
und dem Zeitpunkt, an dem eine Zahnflanke an dem Magnetfeldsensor
vorbeiläuft, eine Zeitverschiebung auftreten.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem die Impulsflanken möglichst genau
zur Bewegung des mechanischen Teiles synchron sind. Außerdem besteht
die Aufgabe, einen Halbleiterchip der eingangs genanten Art anzugeben,
der es ermöglicht, ein Impulsflanken aufweisendes Signal
zu erzeugen, das möglichst genau synchron zu Modulation
eines den Magnetfeldsensor durchsetzenden magnetischen Flusses ist.
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Diese
Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst,
- a) dass ein erstes Messsignal mit mindestens
einem ersten Referenzwert verglichen wird, und
- b) dass ein zweites Messsignal mit mindestens einem zweiten
Referenzwert verglichen und/oder
- c) der Betrag des ersten Messsignals mit dem Betrag des zweiten
Messsignals verglichen wird,
und dass eine Impulsflanke
erzeugt wird, wenn mindestens einer dieser Vergleiche eine Übereinstimmung
ergibt oder das Ergebnis des betreffenden Vergleichs sein Vorzeichen ändert.
Unter einem Vergleich von zwei Signalen wird ein größer/kleiner-Vergleich,
ein Vergleich auf Übereinstimmung und/oder die Bildung
der Differenz der Signale verstanden.
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In
vorteilhafter Weise können die Referenzwerte bei den Verfahrensschritten
a) und b) jeweils in einem Abschnitt des Messsignals gelegt werden,
in dem dieses eine große Steigung aufweist. So kann beispielsweise
bei einem sinus- oder cosinusförmigen Messsignal der Referenzwert
im Bereich des Nulldurchgangs des Messsignals liegen. Da die Messsignale
eine Phasenverschiebung zueinander aufweisen, können Impulsflanken,
die mit Hilfe eines ersten Messsignals erzeugt werden, zwischen
Impulsflanken liegen, die mit Hilfe eines zweiten Messsignals erzeugt
werden. Somit kann auf einfache Weise eine Vielzahl von zur Bewegung
des mechanischen Teiles synchronen Impulsflanken mit großer Präzision
generiert werden.
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Anstelle
des Verfahrensschritts b) oder zusätzlich zu diesem kann
auch Verfahrensschritt c) zur Anwendung kommen. Dabei werden Impulsflanken erzeugt,
wenn die Messsignale betragsmäßig übereinstimmen
oder wenn bei der Differenz aus dem Betrag eines ersten Messsignals
und dem Betrag eines zweiten Messsignals eine Änderung
des Vorzeichens der Differenz auftritt. Auch auf diese Weise können mit
großer Präzision eine Vielzahl von zur Bewegung des
mechanischen Teiles synchronen Impulsflanken generiert werden. Die Überprüfung
der betragsmäßigen Übereinstimmung der
Messsignale kann in der Weise erfolgen, dass eines der miteinander
zu vergleichenden Messsignale in invertierter Form und zusätzlich
in nichtinvertierter Form jeweils mit dem anderen Messsignal verglichen
wird und die Impulsflanke erzeugt wird, wenn bei mindestens einem
dieser Vergleiche eine Übereinstimmung ergibt oder wenn bei
mindestens einem dieser Vergleiche eine Änderung des Vorzeichens
der Differenz der Messsignale auftritt. Der erste Referenzwert und
der zweite Referenzwert können identisch oder unterschiedlich
sein.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein zum ersten
Messsignal und zum zweiten Messsignal phasenverschobenes drittes Messsignal
erfasst,
- – wobei das dritte Messsignal
mit einem dritten Referenzwert verglichen wird, und/oder
- – wobei der Betrag des ersten Messsignals mit dem Betrag
des dritten Messsignals verglichen wird, und/oder
- – wobei der Betrag des zweiten Messsignals mit dem
Betrag des dritten Messsignals verglichen wird,
und wobei
eine Impulsflanke erzeugt wird, wenn mindestens einer dieser Vergleiche
eine Übereinstimmung ergibt oder das Ergebnis des betreffenden
Vergleichs sein Vorzeichen ändert. Dadurch kann eine noch
größere Anzahl von zur Bewegung des mechanischen
Teiles synchronen Impulsflanken erzeugt werden. In entsprechender
Weise können auch mehr als drei zueinander phasenverschobene
Messsignale des Magnetfelds ausgewertet werden.
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Die
Messsignale entsprechen vorzugsweise quer und insbesondere rechtwinklig
zueinander angeordneten Komponenten des Magnetfelds. Die Messsignale können
dazu beispielsweise mit Hilfe von Hallsensoren, deren Messachsen
rechtwinklig zueinander angeordnet sind, gemessen werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
das mechanische Teil in eine Anzahl vorbestimmter Referenzpositionen
gebracht, an denen jeweils ein Messsignal mit einem Referenzwert verglichen
werden soll, wobei an einer ersten Referenzposition ein Messwert
für das erste Messsignal aufgezeichnet und als erster Referenzwert
gespeichert wird, wobei an einer zweiten Referenzposition ein Messwert
für das zweite Messsignal aufgezeichnet und als zweiter
Referenzwert gespeichert wird, und wobei danach das mechanische
Teil bewegt und die in Anspruch 1 genannten Schritte a) und b) mindestens
einmal durchgeführt werden. Durch diese Kalibrierung der
Referenzwerte kann der Einfluss von in dem Messsignal enthaltenen
Oberwellen auf die Impulsflankenerzeugung abgeschwächt
oder unterdrückt werden.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das
mechanische Teil an einer Anzahl vorbestimmter Referenzstellen positioniert,
an denen jeweils das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal
verglichen werden soll, wobei an jeder Referenzstelle jeweils ein
Messwert für das erste Messsignal und für das
zweite Messsignal erfasst wird, wobei die Differenz aus diesen Messwerten
gebildet und als Korrekturwert abgelegt wird, wobei danach das mechanische
Teil bewegt wird, wobei ein korrigiertes erstes Messsignal gebildet
wird, indem der Korrekturwert zu dem ersten Messsignal addiert oder
von diesem subtrahiert wird, und wobei der Betrag des korrigierten
ersten Messsignals mit dem Betrag des zweiten Messsignals verglichen
wird und eine Impulsflanke erzeugt wird, wenn der Vergleich eine Übereinstimmung
ergibt oder das Ergebnis des Vergleichs sein Vorzeichen ändert.
Auch durch diese Kalibrierung kann der Einfluss von in dem Messsignal enthaltener
Oberwellen auf die Impulsflankenerzeugung abgeschwächt
oder unterdrückt werden.
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Ferner
besteht die Möglichkeit, dass die Messsignale tiefpassgefiltert
werden, bevor sie einem Referenzwert oder einem anderen Messsignal verglichen
werden. Die Tiefpassfilterung kommt bevorzugt zur Anwendung, wenn
die Bewegungsgeschwindigkeit des mechanischen Teiles einen vorbestimmten
Grenzwert überschreitet.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird bezüglich des Halbleiterchips
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Signalverarbeitungseinrichtung
eine Vergleichseinrichtung aufweist, die derart ausgestaltet ist,
dass ein erstes Messsignal des ersten Sensorelements mit einem ersten
Referenzwert und
- – dass ein zweites
Messsignal des zweiten Sensorelements mit einem zweiten Referenzwert und/oder
- – der Betrag des ersten Messsignals mit dem Betrag
des zweiten Messsignals vergleichbar ist,
und dass die
Vergleichseinrichtung derart mit einem Impulsflankengenerator in
Steuerverbindung steht, dass eine Impulsflanke erzeugt wird, wenn
mindestens einer dieser Vergleiche eine Übereinstimmung ergibt
oder das Ergebnis des betreffenden Vergleichs sein Vorzeichen ändert.
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Die
Vergleichseinrichtung kann Speicherplätze für
mindestens einen Referenzwert und zum Zwischenspeichern der Vergleichsergebnisse
aufweisen. Beim Einschalten oder Hochfahren des Halbleiterchips
können die Speicherplätze für die Vergleichsergebnisse
mit Startwerten vorbesetzt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
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Nachfolgend
sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
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1 eine
Teilaufsicht auf eine Messvorrichtung zur Erfassung einer Relativbewegung
zwischen einem Zähne aufweisenden Geberrad und mindestens
einem in einen Halbleiterchip integrierten Magnetfeldsensor,
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2 eine
Teilaufsicht auf eine Messvorrichtung zur Erfassung einer Relativbewegung
zwischen einem Magnetpole aufweisenden Geber und mindestens einem
in einen Halbleiterchip integrierten Magnetfeldsensor,
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3 eine
graphische Darstellung von zwei Messsignalen für rechtwinklig
zueinander angeordnete Komponenten des magnetischen Flusses im Magnetfeldsensor,
wobei ein sinusförmiges erstes Messsignal als durchgezogene
Linie und ein cosinusförmiges zweites Messsignal als strichlinierte
Linie dargestellt sind und wobei zusätzlich die invertierten
Messsignale als punktierte bzw. strickpunktierte Linie dargestellt
sind, wobei auf der Abszisse die Position eines Gebers und auf der
Ordinate die Amplitude die Amplitude des Messsignals aufgetragen
ist,
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4 eine
graphische Darstellung eines digitalen Ausgangssignals des Halbleiterchips,
wobei auf der Abszisse die Position des Gebers und auf der Ordinate
die Amplitude die Amplitude des Ausgangssignals aufgetragen ist,
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5 eine
Darstellung ähnlich 3, wobei jedoch
die Messsignale Oberwellen aufweisen,
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6A bis 6M Querschnitte
durch unterschiedliche Ausführungsbeispiele des Halbleiterchips,
wobei die Querschnittsebene der Zeichenebene in 1 bzw.
in 2 entspricht, und
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7A bis 7D Aufsichten
auf die dem Geber zugewandte Seite von weiteren Ausführungsbeispielen
des Halbleiterchips.
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Eine
in 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Messvorrichtung
zur Erfassung einer Relativbewegung weist einen als Zahnrad ausgestalteten
weichmagnetischen Geber 2 auf, der an einer in der Zeichnung
nicht näher dargestellten Halterung um ein Rotationsachse
drehbar gelagert ist. Der Geber 2 hat an seinem Außenumfang
mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Zähne 3,
zwischen denen Zahnlücken 4 gebildet sind.
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Am
Außenumfang des Gebers 2 ist ferner ein Permanent-Magnet 5 angeordnet,
der durch einen Luftspalt in radialer Richtung vom Geber 2 beabstandet
ist. Der Magnet 5 ist etwa radial zur Rotationsachse des
Gebers 2 magnetisiert.
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Im
Luftspalt ist ein Halbleiterchip 6 angeordnet, der mit
seiner Chipebene parallel zur Rotationsachse des Gebers 2 und
parallel zur Bewegungsrichtung 7 der an dem Halbleiterchip 6 vorbeilbewegbaren
Zähne 3 und Zahnlücken 4 orientiert
ist. In den Halbleiterchip sind ein Magnetfeldsensor und eine in der
Zeichnung nicht näher dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung
integriert. Der Geber 2 und der Magnetfeldsensor werden
von dem vom Magnet 5 erzeugten magnetischen Fluss durchströmt.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die Messvorrichtung 1 einen in Bewegungsrichtung 7 der
Relativbewegung verschiebbaren, stabförmigen Geber 2' auf.
Der Geber 2' hat eine sich in Bewegungsrichtung 7 erstreckende
Reihe von abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen
magnetisierten Magnetpolen 8. In dem vom Geber 2' erzeugten
magnetischen Fluss ist ein einen Magnetfeldsensor aufweisender Halbleiterchip 6 angeordnet,
der mit einer Flachseite den Magnetpolen 8 zugewandt ist
und mit seiner Chipebene parallel zur Bewegungsrichtung 7 verläuft.
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Mit
Hilfe des Magnetfeldsensors werden zwei zueinander phasenverschobene
Messsignale 9, 10 für den magnetischen
Fluss erfasst. Ein erstes Messsignal 9 entsprichst vorzugsweise
einer erste Komponente des Magnetfelds und ein zweites Messsignal 10 einer
rechtwinklig zur ersten Komponente angeordneten zweiten Komponente
des Magnetfelds. Die beiden Komponenten sind in einer zu der Zeichenebene
in 1 und 2 parallelen Ebene angeordnet.
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Wenn
die Zähne 3 bzw. die Magnetpole 8 am Magnetfeldsensor
vorbeibewegt werden, ändert sich die Richtung, in welcher
der magnetische Fluss den Magnetfeldsensor durchsetzt. Außerdem
verändert sich der Betrag des durch den Magnetfeldsensor
fließenden magnetische Flusses. Dadurch wird das erste
Messsignal 9 etwa sinusförmig und das zweite Messsignal 10 etwa
cosinusförmig moduliert.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 werden
das erste Messsignal 9 und das zweite Messsignal 10 jeweils
mit dem Referenzwert null verglichen. Der Referenzwert ist so gewählt,
dass die Messsignale 9, 10 ihre größte
Steigung aufweisen, wenn sie mit dem Referenzwert übereinstimmen.
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An
den Stellen, an denen die Vergleiche eine Übereinstimmung
ergeben, wird jeweils an einen Ausgangsanschluss des Halbleiterchips 6 eine
Impulsflanke 11 ausgegeben (4). Die
entsprechenden Stellen, an denen diese Impulsflanken 11 erzeugt
werden, sind in 3 durch die mit „0”, „90”, „180”, „270” und „360” bezeichneten
Punkte markiert.
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Außerdem
werden die Beträge der Messsignale 9 und 10 miteinander
verglichen und bei einer Übereinstimmung der Beträge
werden zusätzliche Impulsflanken 11' erzeugt.
Die entsprechenden Stellen, an denen zusätzlichen Impulsflanken 11' erzeugt werden,
sind in 3 durch die mit „45”, „135”, „225” und „315” bezeichneten
Punkte markiert. Wie in 3 erkennbar ist, wird zum Vergleichen
der Beträge der Messsignale 9, 10 für
jedes Messsignal 9, 10 jeweils ein invertiertes
Messsignal 9', 10' erzeugt.
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Bei
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen
die Messsignale 9 Oberwellen auf. Deutlich ist erkennbar,
dass die Schnittpunkte zwischen den Messsignalen 9, 10 bzw.
den invertierten Messsignalen 9', 10' in 5 von
den entsprechenden Schnittpunkten der Messsignale 9, 10, 9', 10' in 3 abweichen.
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Um
den Einfluss der Oberwellen auf die Impulsflanken 11, 11' zu
unterdrücken, wird In einem ersten Verfahrensschritt der
Geber 2 an ersten Referenzpositionen (0°, 180°)
positioniert, an denen später die Impulsflanken 11, 11' erzeugt
werden. Für jede erste Referenzposition, bei der die Grundwelle
des ersten Messsignals 9 einen Nulldurchgang aufweist, wird
jeweils ein Messwert für das erste Messsignal 9 erfasst
und als ein der der betreffenden ersten Referenzposition zugeordneter
Referenzwert zwischengespeichert.
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In
entsprechender Weise wird für zweite Referenzpositionen
(90°, 270°), bei denen die Grundwelle des zweiten
Messsignals 10 einen Nulldurchgang aufweist, jeweils ein
Messwert für das zweite Messsignal 10 erfasst
und als ein der betreffenden zweiten Referenzposition zugeordneter
Referenzwert zwischengespeichert.
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Außerdem
wird der Geber 2, 2' an dritten Referenzpositionen
(45°, 135°, 225°, 315°) positioniert, an
denen der Betrag der Grundwelle des ersten Messsignals 9 mit
dem Betrag der Grundwelle des zweiten Messsignals 10 übereinstimmt.
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An
jeder dritten Referenzstelle wird jeweils ein Messwert für
das erste Messsignal und für das zweite Messsignal erfasst,
Dann wird die Differenz aus diesen Messwerten gebildet und als der
betreffenden dritten Referenzposition zugeordneter Korrekturwert
abgelegt.
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Nachdem
auf diese Weise für alle Referenzpositionen jeweils ein
Referenzwert bzw. ein Korrekturwert ermittelt wurde, wird der Geber 2, 2' – ausgehend
von einer Startposition – relativ zum Magnetfeldsensor
bewegt und es werden die Messsignale 9, 10 erfasst.
Das erste Messsignal wird nacheinander mit den ersten Referenzwerten
und das zweite Messsignal nacheinander mit den zweiten Referenzwerten verglichen.
Wenn bei einem dieser Vergleiche eine Übereinstimmung auftritt
oder das Ergebnis des betreffenden Vergleichs sein Vorzeichen ändert,
wird eine Impulsflanke 11 erzeugt und die Referenzwerte werden
entsprechend nachgeführt.
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Für
die an den dritten Referenzpositionen zu erzeugenden Impulsflanken 11' wird
ein korrigiertes erstes Messsignal gebildet, indem der für
die betreffende Referenzposition gespeicherte Korrekturwert vom
ersten Messsignal subtrahiert wird. Der Betrag des so erhaltenen
korrigierten ersten Messsignals wird mit dem Betrag des zweiten
Messsignals verglichen. Wenn der Vergleich eine Übereinstimmung
ergibt oder das Ergebnis des Vergleichs sein Vorzeichen ändert,
wird eine Impulsflanke 11' erzeugt und die Referenzwerte
werden entsprechend nachgeführt.
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In 6A–6L und 7A–7D ist erkennbar,
dass der Magnetfeldsensor als Sensorelemente Hallsensoren 12a, 12a', 12a'', 12b, 12b', 12b'', 12c, 13a, 13b, 13c aufweist.
Eine Hall-Platte mindestens eines vertikalen Hallsensors 12a, 12b, 12c ist
in einer radial zur Rotationsachse des Gebers 2 verlaufenden
Ebene angeordnet. Die Ebene, in der sich die Hall-Platte erstreckt,
verläuft rechtwinklig zur Chipebene und rechtwinklig zur
Bewegungsrichtung 7 der Relativbewegung, in der die Zähne 3 bzw.
die Zahnlücken 4 an dem Magnetfeldsensor vorbei
bewegbar sind. Das Messsignal des Hallsensors 16a, 16b, 16c ist
somit von der in Bewegungsrichtung 7 der Relativbewegung
verlaufenden Komponente des magnetischen Flusses abhängig.
Diese verändert sich, wenn die Zähne 3 bzw.
die Zahnlücken 4 an dem Magnetfeldsensor vorbeilaufen.
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Bei
dem in 6A gezeigten Ausführungsbeispiel
weist der Magnetfeldsensor zusätzlich zu dem vertikalen
Hallsensor 16a einen horizontalen Hallsensor 13a auf,
der an der gleichen Stelle angeordnet ist, wie der vertikale Hallsensor 16a.
Deutlich ist erkennbar, dass der Flächenschwerpunkt 14a der Hallplatte
des vertikalen Hallsensors 16a und der Flächenschwerpunkt 15a der
Hallplatte des horizontalen Hallsensors 13a in derselben,
rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 7 der Relativbewegung
verlaufenden Ebene 16a angeordnet sind. Die Hall-Platten
der Hallsensoren 12a, 13a durchdringen sich bereichsweise.
Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen der
vertikale Hallsensor 12a und der horizontale Hallsensor 13a in
Richtung der Rotationsachse des Gebers 2 bzw. rechtwinklig
zur Zeichenebene voneinander beabstandet sind.
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Mit
Hilfe des in 6A gezeigten Magnetfeldsensors
können also an derselben Stelle die tangentiale und die
radiale Komponente des den Halbleiterchip 6 durchsetzenden
magnetischen Flusses gemessen werden.
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In 6B ist
erkennbar, dass in den Halbleiterchip 2 auch zwei der jeweils
aus einem vertikalen Hallsensor 12a, 12b und einem
horizontalen Hallsensor 13a, 13b bestehenden Sensoranordnungen
integriert sein können. Die Hallplatten der vertikalen
Hallsensoren 12a, 12b sind parallel zueinander
und die Hallplatten der horizontalen Hallsensoren 13a, 13b in einer
Ebene nebeneinander angeordnet. Die beiden Sensoranordnungen sind
in Bewegungsrichtung 7 der Relativbewegung zueinander versetzt.
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Die
beiden vertikalen Hallsensoren 12a, 12b sind jeweils
mit ihren Messsignalanschlüssen derart in Reihe geschaltet
und die Hallplatten dieser Hallsensoren 12a, 12b werden
derart bestromt, dass an der Reihenschaltung der Hallsensoren 120, 12b die Differenz
zwischen den an den einzelnen vertikalen Hallsensoren 12a, 12b anliegenden
Hallspannungen abgreifbar ist, In entsprechender Weise sind die
beiden horizontalen Hallsensoren 13a, 13b zu einem Differential-Hallsensor
verschaltet.
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Bei
dem in 6C gezeigten Ausführungsbeispiel
sind drei Sensoranordnungen in den Halbleiterchip 2 integriert,
die jeweils aus einem vertikalen Hallsensor 12a, 12b, 12c und
einem horizontalen Hallsensor 13a, 13b, 13c bestehen.
Die durch die Hallsensoren 12b und 13b gebildete
Sensoranordnung ist mittig zwischen den aus den Hallsensoren 12a und 13a bzw. 12c und 13c bestehenden
Sensoranordnungen angeordnet. Die Hallplatten der vertikalen Hallsensoren 12a, 12b, 12c sind
parallel zueinander und die Hallplatten der horizontalen Hallsensoren 13a, 13b, 13c sind
in einer Ebene nebeneinander angeordnet, die parallel zur Bewegungsrichtung 7 und
parallel zur Rotationsachse des Gebers 2 verläuft.
Die drei Sensoranordnungen sind in Bewegungsrichtung 7 in
gleichen Abständen zueinander hintereinander angeordnet.
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Die
beiden äußeren vertikalen Hallsensoren 12a, 12c und
die beiden äußeren horizontalen Hallsensoren 13a, 13c sind
jeweils als Differential-Hallsensor geschaltet. Die Hallsensoren 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c sind
mit einer in den Halbleiterchip integrierten Auswerteeinrichtung
verbunden, die einen Ausgangsanschluss aufweist, an dem ein die
Bewegungsrichtung 7 der Relativbewegung anzeigendes Ausgangssignal
ausgebbar ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 6D sind
vier Hallsensoren in den Halbleiterchip 6 integriert. Drei
horizontale Hallsensoren 13a, 13b, 13c sind
in der Chipebene in konstanten Abständen zueinander in
einer in Bewegungsrichtung 7 verlaufenden Reihe angeordnet.
Die beiden äußeren horizontalen Hallsensoren 13a, 13c bilden
einen Differential-Hallsensor. Mittig zwischen diesen Hallsensoren 13a, 13c sind
ein weiterer horizontaler Hallsensor 13c und ein vertikaler
Hallsensor 13c angeordnet. Die Hall-Platte des vertikalen
Hallsensor 13b verläuft etwa rechtwinklig zur
Bewegungsrichtung 7.
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Bei
dem in 6E gezeigten Ausführungsbeispiel
ist zwischen zwei jeweils aus einem vertikalen Hallsensor 12a, 12c und
einem horizontalen Hallsensor 13a und 13c bestehenden
Sensoranordnungen ein weiterer horizontaler Hallsensor 13b angeordnet.
Die Hallplatten der horizontalen Hallsensoren 13a, 13b, 13c sind
jeweils parallel zur Bewegungsrichtung 7 ausgerichtet.
Die Hall-Platten der drei horizontalen Hallsensoren 13a, 13b, 13c sind
in der Chipebene in konstanten Abständen zueinander angeordnet.
Die Hall-Platte des Hallsensors 13b befindet sich mittig
zwischen den Hall-Platten der horizontalen Hallsensoren 13a, 13c unter
dem horizontalen Hallsensor 13b.
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Bei
dem in 6F gezeigten Ausführungsbeispiel
ist zusätzlich zu der in 6A dargestellten Sensoranordnung
ein weiterer horizontaler Hallsensor 13b vorgesehen, dessen
Hall-Platte in der Ebene der Hall-Platte des Hallsensors 13a angeordnet
und seitlich von diesem in Bewegungsrichtung 7 beabstandet
ist.
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Bei
dem in 6G gezeigten Ausführungsbeispiel
ist mittig zwischen zwei in der Chipebene nebeneinander angeordneten
horizontalen Hallsensoren 13a, 13c ein vertikaler
Hallsensor 12a vorgesehen. Die beiden zuerst genannten
Hallsensoren 13a, 13c können zu einem
Differential-Hallsensors geschaltet sein oder die Messsignale dieser
Hallsensoren 13a, 13c können aufsummiert
werden. Die Hall-Platte des vertikalen Hallsensors 12b ist
etwa rechtwinklig zur Chipebene und zur Bewegungsrichtung 7 ausgerichtet.
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Wie
in 2H erkennbar ist, können
in den Halbleiterchip 6 auch zwei parallel zueinander angeordnete
vertikale Hallsensoren 12a, 12b integriert sein.
Die Hallplatten dieser Hallsensoren 12a, 12b sind
wiederum rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 7 ausgerichtet.
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Bei
Bedarf kann in den Halbleiterchip 6 mindestens ein weiterer
vertikaler Hallsensor 12c integriert sein, der vorzugsweise
parallel zu den beiden zuerst genannten Hallsensoren 12a, 12b angeordnet ist
(2I). Die Hallsensoren 12a, 12b, 12c sind
in diesem Fall bevorzugt in einer geraden Reihe nebeneinander und
in konstanten Abständen zueinander angeordnet.
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Das
in 2K gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht
dem in 2B, wobei jedoch zusätzlich zwischen
den beiden, jeweils aus einem vertikalen Hallsensor 12a, 12c und
einem horizontalen Hallsensor 13a, 13c gebildeten
Sensoranordnungen ein weiterer vertikaler Hallsensor 12b angeordnet
ist. Die Hall-Platten der drei vertikalen Hallsensoren 12a, 12b, 12c verlaufen
parallel zueinander und rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 7.
Die beiden äußeren vertikalen Hallsensoren 12a, 12c und
die beiden äußeren horizontalen Hallsensoren 13a, 13c können als
Differential-Hallsensor geschaltet sein oder ihre Messsignale werden
aufaddiert. Der vertikale Hallsensor 12b ist mutig zwischen
den beiden anderen vertikalen Hallsensoren 12a, 12c angeordnet.
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Der
Flächenschwerpunkt 14a der Hallplatte des vertikalen
Hallsensors 12a und der Flächenschwerpunkt 15a der
Hallplatte des horizontalen Hallsensors 13a in sind in
einer ersten, rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 7 der
Relativbewegung verlaufenden Ebene 12a angeordnet. Der
Flächenschwerpunkt 14b der Hallplatte des vertikalen
Hallsensors 12b und der Flächenschwerpunkt 15b der Hallplatte
des horizontalen Hallsensors 13b sind in einer zweiten
Ebene 16b angeordnet, die parallel zur ersten Ebene 16a verläuft.
Der Flächenschwerpunkt 14c der Hallplatte des
vertikalen Hallsensors 12c und der Flächenschwerpunkt 15c der
Hallplatte des horizontalen Hallsensors 13c sind in einer
dritten Ebene 16c angeordnet, die parallel zur ersten Ebene 16a verläuft.
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In 2L ist erkennbar, dass einer der beiden
bei dem in 2K gezeigten Ausführungsbeispiel
vorhandenen, aus einem vertikalen Hallsensor 12b und einem
horizontalen Hallsensor 13b gebildeten Sensoranordnungen
entfallen kann.
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Wie
in 2M erkennbar ist, kann mittig zwischen
zwei in der Chipebene nebeneinander angeordneten vertikalen Hallsensoren 12a, 12c ein
horizontaler Hallsensor 13b vorgesehen sein. Die beiden zuerst
genannten Hallsensoren 12a, 12c können
Teil eines Differential-Hallsensors sein. Die Messsignale der vertikalen
Hallsensoren 12a, 12c können aber auch
aufaddiert werden. Die Hall-Platte des horizontalen Hallsensors 13b ist
etwa parallel zur Chipebene und zur Bewegungsrichtung 7 ausgerichtet.
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Bei
dem in 7A gezeigten Ausführungsbeispiel
sind in den Halbleiterchip zwei vertikale Hallsensoren 12a, 12a' integriert,
bei denen die Ebene der Hall-Platten quer zueinander angeordnet
sind und bei denen sich die Hall-Platten mittig durchdringen. Dabei
sind die Ebenen der Hall-Platten unter einem Winkel von +45° bzw. –45° zur
Bewegungsrichtung 7 geneigt.
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Bei
dem in 7B gezeigten Ausführungsbeispiel
sind zwei der Sensoranordnungen, jeweils bestehend aus zwei sich
durchdringenden vertikalen Hallsensoren 12a, 12a' bzw. 12b, 12b' in
Bewegungsrichtung 7 hintereinander in dem Halbleiterchip 6 angeordnet.
Dabei verlaufen die Hall-Platten der Hallsensoren 12a, 12a' einerseits
und die Hall-Platten der Hallsensoren 12b, 12b' andererseits,
jeweils parallel.
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In 7C ist
erkennbar, dass zusätzlich zu den beiden in 7A vorgesehenen
vertikalen Hallsensoren 12a, 12a' ein weiterer
vertikaler Hallsensor 12a'' vorhanden sein kann, dessen
Hall-Platte quer zu den Hall-Platten der zuerst genanten Hallsensoren 12a, 12a' angeordnet
ist. Alle drei Hallplatten 12a, 12a', 12b'' haben
eine gemeinsame Schnittlinie, die jeweils mittig zu den Hallplatten 12a, 12a', 12a'' angeordnet
ist.
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Bei
dem in 7D gezeigten Ausführungsbeispiel
sind zwei der in 7C abgebildeten Sensoranordnungen
in Bewegungsrichtung 7 versetzt zueinander in den Halbleiterchip 6 integriert.
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Erwähnt
werden soll noch, dass in den Halbleiterchip 6 auch mindestens
zwei der in 6A–6M und 7A–7D gezeigten Hallsensor-Anordnungen
nebeneinander integriert sein können. Eine derartige Messvorrichtung
kann beispielsweise für eine lineare Wegmessung verwendet
werden.
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Selbstverständlich
ist es auch möglich, dass in den Halbleiterchip mehr als
drei vertikale Hallsensoren 12a, 12a', 12a'', 12b, 12b', 12b'', 12c, 13a, 13b, 13c und/oder
mehr als drei horizontale Hallsensoren 13a, 13b, 13c integriert
sind, beispielsweise um Komponenten des magnetischen Flusses für mehr
als drei Achsen zu messen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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