DE102016009353B4 - Sensoreinheit und Verfahren für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position - Google Patents
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Abstract
Sensoreinheit (10) für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), mit- einer Schaltungsvorrichtung (35),- einem an der Schaltungsvorrichtung (35) anliegenden Schwellwertsignal (VSP),- einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), und ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) ausgibt,- einer mit dem Versorgungsanschluss (22) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist,die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, das Sensorsignal (VM) zu verstärken und als Signalwert (nVM) bereit zu stellen,und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, ein Steuersignal (VST) aus der dem Betrag aus der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) und die Versorgungseinheit (30) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals (VST) zu steuern,- die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt und der Wert des binären Signals (VOUT) sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als das Schwellwertsignal (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) ist, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und- bei der Versorgungseinheit (30) die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist und die Verstärkung proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position und ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit.
- Aus der
DE 10 2012 020 515 A1 ist ein Stromsensor und ein Verfahren zur Detektion eines stromlosen Zustandes bekannt. Aus der DE 10 2004 010 613 A1 A ist eine Regelung für einen Magnetfeldsensor bekannt, bei der die Signale mittels eines Prozessors digital aufbereitet werden. Eine weitere Regelung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal ist aus derDE 10 2006 052 692 B3 bekannt. Eine Regelung der Verstärkung des Sensorsignals ist aus der US 2013 / 0 076 351 A1 bekannt. - Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor und ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit anzugeben, die jeweils den Stand der Technik weiterbilden.
- Die Aufgabe wird durch eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
- Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird eine Sensoreinheit für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position bereitgestellt.
- Die Sensoreinheit umfasst eine Schaltungsvorrichtung mit einem an der Schaltungsvorrichtung anliegenden Schwellwertsignal und einen Magnetfeldsensor, wobei der Magnetfeldsensor einen Versorgungsanschluss und einen Massenanschluss und einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang aufweist.
- Der Magnetfeldsensor gibt ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analloges Sensorsignal aus.
- Mit dem Versorgungsanschluss des Magnetfeldsensors ist eine Versorgungseinheit verschaltet, wobei die Versorgungseinheit einen Steuereingang aufweist.
- Die Schaltungsvorrichtung ist mit dem Magnetfeldsensor verschaltet, wobei die Schaltungsvorrichtung eingerichtet ist, das Sensorsignal zu verstärken und das verstärke Sensorsignal als ein Signalwert bereit zu stellen. Die Schaltungsvorrichtung ist auch eingerichtet, ein Steuersignal aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert und dem Schwellwertsignal zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals und die Versorgungseinheit in Abhängigkeit von der Größe mittels des Steuersignals zu steuern.
- Die Schaltungsvorrichtung gibt ein binären Signals aus, wobei sich der Wert des binaren Signals jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts größer als das Schwellwertsignal und / oder wenn der Wert des Signalwertes kleiner als das Schwellwertsignal ist, um anhand der Änderung des binären Signals den Geber als an der vorbestimmten Position angeordnet zu detektieren.
- Gemäß dem zweiten Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit bereitgestellt, wobei die Sensoreinheit eine Schaltungsvorrichtung aufweist und an die Schaltungsvorrichtung ein Schwellwertsignal angelegt wird.
- Die Sensoreinheit weist ein Magnetfeldsensor auf. Der Magnetfeldsensor weist einen Versorgungsanschluss und einen Massenanschluss und einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf, wobei mittels des Magnetfeldsensors ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal erzeugt wird.
- Der Magnetfeldsensor ist mit dem Versorgungsanschluss mit der Versorgungseinheit verschaltet. Die Versorgungseinheit weist einen Steuereingang auf.
- Die Schaltungsvorrichtung ist mit dem Magnetfeldsensor verschaltet, wobei mittels der Schaltungsvorrichtung das Sensorsignal verstärkt wird und als Signalwert bereitgestellt wird.
- Mittels der Schaltungsvorrichtung wird ein Steuersignal bereitgestellt, wobei das Steuersignal aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert und dem Schwellwertsignal ermittelt wird.
- Mittels der Schaltungsvorrichtung werden die Versorgungseinheit und die Verstärkung des Signalwertes in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals gesteuert.
- Die Schaltungsvorrichtung gibt ein binäres Signals aus, wobei der Wert des binaren Signals geändert wird, wenn der Wert des Signalwerts größer als der des Schwellwertsignals und / oder wenn der Wert des Signalwertes kleiner als das Schwellwertsignal wird. Der Geber als an der vorbestimmten Position angeordnet, lässt sich anhand der Änderung des binären Signals detektieren.
- Es sei angemerkt, dass mit der Sensoreinheit sich die Position eines Gebers zuverlässig und genau ermitteln lässt, wobei mittels des Gebers ein magnetischer Fluss und insbesondere bei einer Veränderung des Gebers eine Änderung des Flusses in dem Magnetfeldsensor bewirkt wird. Ist das Sensorsignal groß genug, d. h. übersteigt das verstärkte Sensorsignal das Schwellwertsignal tritt eine Änderung des binären Ausgangssignals auf.
- Als Geber lassen sich sowohl ferromagnetische Geber als auch Geber mit einem Permanentmagneten verwenden. Bei einem ferromagnetischen Geber wird durch die Änderung der Position des Gebers das magnetische Feld eines sogenannten Back-Bias Magneten verändert und in Folge ein Sensorsignal erzeugt.
- Ein Vorteil ist, dass sich mit der Sensoreinheit oder des Verfahrens präzise an einer vorbestimmten Position der Abstand des Gebers zu dem Magnetfeldsensor ermitteln lässt. Insbesondere wird die Ortsauslösung in der Nähe der vorbestimmten Position gegenüber hierzu entfernteren Positionen des Gebers wesentlich erhöht.
- Untersuchungen haben gezeigt, dass sich auf einfache und kostengünstige Weise unterschiedliche Sensitivitätsbereiche bereits mit einem einzelnen Magnetfeldsensor erzielen lassen.
- In einer Weiterbildung umfasst die Versorgungseinheit eine steuerbare Spannungsquelle oder eine steuerbare Stromquelle. Mittels der Versorgungseinheit wird die Größe des Betriebsstroms oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals, d.h. zu der Größe des Betrags eingestellt. Ferner wird die Verstärkung des Sensorsignals umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals eingestellt.
- Anders ausgedrückt der Magnetfeldsensor wird umso stärker bestromt, je kleiner das Steuersignal ist. Bei einem Hallsensor lässt sich hierdurch, bei einem gegebenen magnetischen Fluss, die Größe der Hallspannung und die Sensitivität steigern.
- Ein Vorteil ist, dass sich insbesondere in einem zu dem vorbestimmten Bereich entfernten Bereich der Betriebsstrom oder die Höhe der Versorgungsspannung gegenüber einem Bereich in unmittelbarer Umgebung zu dem vorbestimmten Bereich absenken lässt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich hierdurch wesentlich Strom einsparen lässt. Es wird nämlich nur dann mit einem hohen Betriebsstrom oder mit einer hohen Betriebsspannung der Magnetfeldsensor beaufschlagt, wenn es in der näheren Umgebung von der vorbestimmten Position wünschenswert ist.
- In einer Weiterbildung ist die Höhe des Steuersignals proportional zu dem Betrag aus der Differenz von dem Signalwert minus das Schwellwertsignal.
- Anders ausgedrückt, je größer der Betrag desto größer wird das Steuersignal.
- In einer Ausführungsform wird die Größe des Schwertsignals geändert. Hierdurch lässt sich die vorbestimmte Position verändern. Anders ausgedrückt, der Wert des binären Signals ändert sich erst dann, wenn die Position des Gebers die veränderte vorbestimmte Position erreicht.
- In einer Weiterbildung weist die Schaltungsvorrichtung einen mit dem Magnetfeldsensor verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker auf, wobei der erste Differenzverstärker einen Ausgang und einen Steuereingang umfasst.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst einen zweiten Differenzverstärker, wobei der zweite Differenzverstärker einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist.
Der erste Eingang des zweiten Differenzverstärkers ist mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verschaltet, wobei an dem zweiten Eingang des zweiten Differenzverstärkers das Schwellwertsignal und an dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers das binäre Signal anliegt bzw. mittels des zweiten Differenzverstärkers ausgegeben wird.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst eine Schaltungseinheit mit einem ersten mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verschalteten ersten Eingang.
An dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers liegt der Signalwert an, anders ausgedrückt mittels des ersten Differenzverstärkers wird an den ersten Eingang der Schaltungseinheit der Signalwert angelegt.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst einen zweiten Eingang. An dem zweiten Eingang der Schaltungseinheit wird das Schwellwertsignal angelegt.
Die Schaltungseinheit umfasst einen mit dem Steuereingang des ersten Differenzverstärkers und mit dem Steuereingang der Versorgungseinheit verschalteten Ausgang. An dem Ausgang der Schaltungseinheit wird das Steuersignal angelegt. - Ferner ist die Schaltungseinheit eingerichtet bzw. wird mittels der Schaltungseinheit der Betrag aus der Differenz ermittelt und der Betrag an dem Ausgang der Schaltungseinheit als Steuersignal angelegt.
- In einer Weiterbildung sind der erste Differenzverstärker und der zweite Differenzverstärker als analoge Schaltungseinheiten ausgebildet oder der erste Differenzverstärker und der zweite Differenzverstärker sind als digitale Schaltungseinheiten ausgebildet, wobei bei der digitalen Ausführungsform zwischen dem Magnetfeldsensor und dem ersten Differenzverstärker ein Analog-Digital Wandler eingeschleift ist. Vorzugsweise bilden der erste Differenzverstärker und die Schaltungseinheit einen analogen Steuerkreis oder einen digitalen Steuerkreis aus.
- In einer Weiterbildung weist die Sensoreinheit mit Ausnahme des binären Signals am Ausgang der Schaltungsvorrichtung ausschließlich eine analoge Signalverarbeitung auf, d. h. das Sensorsignal, das verstärkte Sensorsignal und das Steuersignal sind rein analoge Signale. Ein Vorteil einer analogen Signalverarbeitung ist es, dass sich eine schnelle Änderung der Verstärkung durchführen lässt.
- Indem die Steuerung kontinuierlich und mittels eines analogen Steuersignals erfolgt, erübrigt sich eine aufwändige und teure Digitalisierung der Daten und eine Berechnung mit einem Prozessor. Des Weiteren zeigt sich, dass die Sensoreinheit und das Verfahren sehr zuverlässig und fehlerfrei anwenden lassen.
- In der analogen Ausführungsform bildet der erste Differenzverstärker zusammen mit der Schaltungseinheit den analogen Regelkreis aus. Anders ausgedrückt, wird das analoge Sensorsignal des Magnetfeldsensors mittels des ersten steuerbaren Differenzverstärkers verstärkt und als analoges Signal an die Schaltungseinheit angelegt. Mittels der Schaltungseinheit wird das analoge Steuersignal gebildet und an den Steuereingang des ersten Differenzverstärkers angelegt, wobei sich die Verstärkung umso mehr verringert, je geringer der Unterschied zwischen dem verstärkten Sensorsignal und der Schwellwertsignal ist.
- In einer Weiterbildung ist oder wird die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers proportional zu der Höhe des Steuersignals eingestellt. Anders ausgedrückt wird mit abnehmender Höhe des Steuersignals die Sensitivität des Magnetfeldsensors erhöht und die Verstärkung verringert.
- In einer anderen Weiterbildung weist der erste Differenzverstärker einen mit dem ersten Ausgang des Magnetfeldsensors verschalteten ersten Eingang und einen zweiten mit dem zweiten Ausgang des Magnetfeldsensors verschalteten Eingang auf. Zwischen den beiden Eingängen liegt das Sensorsignal an.
- In einer Ausführungsform sind bei den Differenzverstärkern die jeweilig ersten Eingänge als nicht invertierende Eingänge und die jeweilig zweiten Eingänge als invertierende Eingänge ausgebildet.
- Es sei angemerkt, dass das binäre Signal einen ersten Wert annimmt, solange das verstärke Sensorsignal kleiner als die Schwellwertsignal ist und einen zweiten Wert an nimmt, solange das verstärke Sensorsignal größer als die Schwellwertsignal ist. Bevorzugt ist, dass der erste Wert des binäres Signals kleiner als der zweite Wert ist.
- Vorzugsweise ist die Sensoreinheit monolithisch in einem Halbleitersubstrat integriert und umfasst eine Auswerteschaltung. Es versteht sich, dass die Auswerteschaltung mit der Schaltungsvorrichtung verschaltet ist und insbesondere das binäre Signal auswertet. Vorzugsweise ist das Halbeitersubstrat als Siliziumhalbleiter ausgebildet.
- In einer Weiterbildung umfasst der Magnetfeldsensor einen Hallsensor und / oder einen AMR Sensor. Es versteht sich, dass sich der Magnetfeldsensor als 1D oder als 2D oder als 3D Hallsensor ausbilden lässt. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor als eine Hallplatte ausgebildet.
- In einer Ausführungsform sind, um insbesondere die Rauschunterdrückung zu verbessern, mittels einer Umschalteinheit die Zuordnung der Anschlüsse des Magnetfeldsensors zu den elektrischen Funktionen zyklisch vertauschbar. Ein derartiges Vertauschen wird auch als „spinning currrent“ bezeichnet.
- Vorzugsweise lässt sich die Sensoreinheit oder das Verfahren für eine hoch ortsaufgelöste Erkennung der genauen Stellung eines Gebers in der Umgebung der vorbestimmten Position verwenden. Insbesondere für die Ermittlung der genauen Stellung der Türe oder für die Ermittlung der Stellung eines Pedals oder der Stellung einer Klappe jeweils in der Nähe der vorbestimmten Position. Hierfür wird das Steuersignal in der Umgebung der vorbestimmten Position erhöht.
- In einer Weiterbildung ist die Schaltungsvorrichtung als Prozessoreinheit ausgebildet, wobei die Prozessoreinheit eingerichtet ist, das analoge Sensorsignal in einen digitalen Signalwert umzuwandeln.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigt, die:
-
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit, -
2 ein vereinfachter Schaltplan einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit, -
3a-f mehrere Kennlinienverläufe in Abhängigkeit der Änderung der Position eines Gebers der Sensoreinheit, dargestellt in der1 oder in der2 . - Die Abbildung der
1 zeigt eine Sensoreinheit10 mit einem Magnetfeldsensor20 und einer mit dem Magnetfeldsensor20 verschalteten Versorgungseinheit30 und einer Schaltungsvorrichtung35 . Vorzugsweise umfasst oder besteht der Magnetfeldsensor20 aus einer Hallplatte. Der Magnetfeldsensor20 weist einen ersten Versorgungsanschluss22 und einen zweiten mit einem Massepotential verschalteten Versorgungsspannungsanschluss24 und einen ersten Sensorausgang26 und einen zweiten Sensorausgang28 auf. - Die Versorgungseinheit
30 weist einen Steuereingang32 und einen Ausgang34 auf. Der Ausgang34 ist mit dem ersten Versorgungsanschluss22 des Magnetfeldsensors20 verschaltet und prägt einen BetriebsstromIM in den Magnetfeldsensor20 ein. Vorzugsweise umfasst die Versorgungseinheit30 eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle. - Zwischen dem ersten Sensorausgang
26 und dem zweiten Sensorausgang28 liegt das SensorsignalVM an. Die beiden Sensorausgänge26 und28 sind mit Eingängen der Schaltungsvorrichtung35 verbunden. Die Schaltungsvorrichtung35 weist einen weiteren Eingang für ein SchwellwertsignalVSP auf. Das SchwellwertsignalVSP ist als ein Referenzsignal ausgebildet. - Die Schaltungsvorrichtung
35 weist einen Ausgang für die Ausgabe eines binären SignalsVOUT auf. Ferner weist die Schaltungsvorrichtung35 einen Steuerausgang auf. An dem Steuerausgang wird mittels der Schaltungsvorrichtung35 ein SteuersignalVST angelegt. Der Steuerausgang ist mit einem Steuereingang32 der Versorgungseinheit30 verschaltet. - Die Schaltungsvorrichtung
35 ist eingerichtet, das SensorsignalVM zu verstärken und als Signalwert nVM bereit zu stellen. - Mittels der Schaltungsvorrichtung
35 wird das SteuersignalVST als Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert nVM und dem SchwellwertsignalVSP ermittelt. - Mittels der Schaltungsvorrichtung wird die Verstärkung des Sensorsignals
VM proportional mit der Größe des Betrags und der BetriebsstromIM oder die Betriebsspannung umgekehrt proportional verändert. - Mittels der Schaltungsvorrichtung
35 wird das binäre SignalVOUT ausgegeben, wobei der Wert des binären SignalsVOUT sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts nVM größer als das SchwellwertsignalVSP und / oder wenn der Wert des Signalwertes nVM kleiner als das SchwellwertsignalVSP wird. Aus der Stelle der Änderung lässt sich der Geber, als sich an der vorbestimmte PositionX0 angeordnet, erkennen. - In einer Ausführungsform ist die Schaltungsvorrichtung als Prozessoreinheit ausgebildet. Hierbei wird das anliegende Sensorsignal in ein digitales Signal vorzugsweise innerhalb des Prozessors umgewandelt. Es versteht sich, dass je nach Ausführung das Steuersignal als ein analoges oder digitales Signal ausgegeben wird.
- Die Abbildung der
2 zeigt eine analoge Ausführung der Sensoreinheit10 . Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu der Ausführungsform dargestellt in der1 erläutert. - Die Schaltungsvorrichtung
35 , in einer analogen Ausführung, umfasst einen ersten steuerbaren Differenzverstärker40 . Der erste Differenzverstärker40 weist einen ersten Eingang42 und einen zweiten Eingang44 und einen Ausgang46 und einen Steuereingang48 auf. Der erste Sensorausgang26 ist mit dem ersten Eingang42 des ersten Differenzverstärkers40 und der zweite Sensorausgang28 ist mit dem zweiten Eingang44 des ersten Differenzverstärkers40 verschaltet. An den beiden Eingängen42 und44 des ersten Differenzverstärkers40 liegt ein SensorsignalVM an. - An dem Ausgang
46 des ersten Differenzverstärkers40 liegt das verstärkte analoge Sensorsignal nVM an. - Die Schaltungsvorrichtung
35 weist einen zweiten Differenzverstärker50 mit einem ersten Eingang52 und einem zweiten Eingang54 und einem Ausgang56 auf, wobei der erste Eingang52 des zweiten Differenzverstärkers50 mit dem Ausgang46 des ersten Differenzverstärkers40 verschaltet ist. - An dem zweiten Eingang
54 des zweiten Differenzverstärkers50 liegt das analoge SchwellwertsignalVSP in Form einer Referenzspannung an. Der Ausgang56 des zweiten Differenzverstärkers50 ist mit einem Signalausgang58 verschaltet, wobei an dem Signalausgang ein binäres AusgangssignalVOUT anliegt. - Die Sensoreinheit
10 weist außerdem eine Schaltungseinheit60 mit einem ersten Eingang62 und einem zweiten Eingang64 und mit einem Ausgang66 auf, wobei der erste Eingang62 der Schaltungseinheit60 mit dem Ausgang46 des ersten Differenzverstärkers40 verschaltet und der zweite Eingang64 der Schaltungseinheit60 einen Eingang aufweist und an dem Eingang das SchwellwertsignalVSP anliegt. - Der Ausgang
66 der Schaltungseinheit60 , an dem das SteuersignalVST anliegt, ist mit dem Steuereingang48 des Differenzverstärkers40 und mit dem Steuereingang32 der Versorgungseinheit30 verschaltet. Hierbei wird das SteuersignalVST mittels der Schaltungseinheit60 als Betrag der Differenz der verstärkten Sensorsignal nVM minus der SchwellwertsignalVSP gebildet. Hierdurch weist die SteuersignalVST immer ein positives Vorzeichen auf. - Die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers
40 ist proportional zu der Höhe der SteuersignalVST , während die Größe des BetriebsstromsIM umgekehrt proportional zu der Höhe der SteuersignalVST ist. - Es zeigt sich, dass der erste Differenzverstärker
40 und die Schaltungseinheit60 einen analogen Steuerkreis ausbilden, wobei im weiteren Verlauf auch die Versorgungseinheit30 und der Magnetfeldsensor20 mit einbezogen sind. - Es versteht sich, dass sich der erste Differenzverstärker
40 und der zweite Differenzverstärker50 auch als digitale Schaltungseinheit ausbilden lassen. Hierbei wird mittels eines ADCs das SensorsignalVM digitalisiert. Auch versteht es sich, dass sich die Schaltungseinheit60 als analoge oder als digitale Schaltungseinheit ausbilden lässt. - In den
3a bis3f sind ausgewählte Kennlinienverläufe der Sensoreinheit10 dargestellt in der1 in Abhängigkeit einer Änderung der Position x eines nicht dargestellten Gebers abgebildet. Hierbei ist die Position x bei den jeweiligen Figuren jeweils als Abszissenachse abgetragen, wobei die vorbestimmte Position mitX0 bezeichnet ist. - Als Ordinatenachse ist bei der
3a eine Stärke des Magnetfeldes B an der Stelle des Magnetfeldsensors20 aufgetragen. Es zeigt sich, dass mit einem zunehmenden x-Wert die Stärke des Magnetfeldes B zunimmt, d.h. der Abstand zu dem Magnetfeldsensor20 nimmt ab. - Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Zunahme des Magnetfelds B linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
- In der
3b ist als Ordinatenachse die Größe des BetriebsstromsIM durch den vorzugsweise als Hallplatte ausgebildeten Magnetfeldsensor20 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten PositionX0 der BetriebsstromIM und hierdurch die magnetische Sensitivität des Magnetfeldsensors20 maximal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich verringert. - Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung des Betriebsstroms
IM linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen. - In der
3c ist als Ordinatenachse die Größe des Verstärkungsfaktors n des ersten Differenzverstärkers40 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten PositionX0 der Verstärkungsfaktor n minimal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich der Verstärkungsfaktor n vergrößert. - Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung des der Verstärkungsfaktors n linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
- In der
3d ist als Ordinatenachse die Größe des Fehlerbereiches ERR des Ausgangssignals nVM des ersten Differenzverstärkers40 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten PositionX0 die Größe des Fehlerbereiches ERR minimal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich die Größe des Fehlerbereiches ERR vergrößert. - Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung Größe des Fehlerbereiches ERR linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
- In der
3e ist als Ordinatenachse die Größe des verstärkten Ausgangssignals nVM des ersten Differenzverstärkers40 dargestellt. Es zeigt sich, dass das Ausgangssignal nVM ansteigt und an der vorbestimmten PositionX0 gleich groß wie das SchwellwertsignalVSP ist und dann weiter zunimmt. - Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung verstärkten Ausgangssignals nVM linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
- In der
3f ist als Ordinatenachse die Größe des binären SignalsVOUT am Signalausgang58 dargestellt. Es zeigt sich, dass das binären SignalsVOUT an der vorbestimmten PositionX0 von einem ersten niedrigen Wert auf einen zweiten höheren Wert springt. - Es versteht sich, dass mit einer Verringerung insbesondere der Schwellwertsignal
VSP der vorbestimmte Ort zu kleineren x-Werten und vice versa verschiebt.
Claims (21)
- Sensoreinheit (10) für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), mit - einer Schaltungsvorrichtung (35), - einem an der Schaltungsvorrichtung (35) anliegenden Schwellwertsignal (VSP), - einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), und ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) ausgibt, - einer mit dem Versorgungsanschluss (22) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist, die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, das Sensorsignal (VM) zu verstärken und als Signalwert (nVM) bereit zu stellen, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, ein Steuersignal (VST) aus der dem Betrag aus der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) und die Versorgungseinheit (30) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals (VST) zu steuern, - die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt und der Wert des binären Signals (VOUT) sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als das Schwellwertsignal (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) ist, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und - bei der Versorgungseinheit (30) die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist und die Verstärkung proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist.
- Sensoreinheit (10) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (30) eine steuerbare Spannungsquelle oder eine steuerbare Stromquelle umfasst. - Sensoreinheit (10) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Steuersignals (VST) proportional zu dem Betrag aus der Differenz von dem Signalwert (nVM) minus des Schwellwertsignals (VSP) ist. - Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) - einen mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker (40), wobei der erste Differenzverstärker (40) einen Ausgang (46) und einen Steuereingang (48) aufweist, und - einen zweiten Differenzverstärker (50), wobei der zweite Differenzverstärker (50) einen ersten Eingang (52) und einen zweiten Eingang (54) und einen Ausgang (56) aufweist und der erste Eingang (52) des zweiten Differenzverstärkers (50) mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschaltet ist und an dem zweiten Eingang (54) des zweiten Differenzverstärkers (50) das Schwellwertsignal (VSP) anliegt, und an dem Ausgang (56) das binäre Signal (VOUT) anliegt, und - einer Schaltungseinheit (60) mit einem ersten mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschalteten Eingang (62), wobei an dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (40) der Signalwert (nVM) anliegt, und mit einem zweiten mit dem Schwellwertsignal (VSP) verschalteten Eingang (64) und die Schaltungseinheit (60) einem mit dem Steuereingang (48) des ersten Differenzverstärkers (40) und mit dem Steuereingang (32) der Versorgungseinheit (30) verschalteten Ausgang (66) aufweist, und die Schaltungseinheit (60) eingerichtet ist, den Betrag aus der Differenz zu ermitteln und den Betrag an dem Ausgang (66) der Schaltungseinheit (60) als Steuersignal (VST) anzulegen.
- Sensoreinheit (10) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der der erste Differenzverstärker (40) und der zweite Differenzverstärker (50) als analoge Schaltungseinheiten ausgebildet sind oder der erste Differenzverstärker (40) und der zweite Differenzverstärker (50) als digitale Schaltungseinheiten ausgebildet sind und zwischen dem Magnetfeldsensor (20) und dem ersten Differenzverstärker (40) ein Analog-Digital Wandler eingeschleift ist. - Sensoreinheit (10) nach
Anspruch 4 oderAnspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Differenzverstärker (40) und die Schaltungseinheit (60) einen analogen Steuerkreis oder einen digitalen Steuerkreis ausbilden. - Sensoreinheit (10) nach einem der
Ansprüche 4 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers (40) proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist. - Sensoreinheit (10) nach einem der
Ansprüche 4 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Differenzverstärker (40) einen mit dem ersten Ausgang (26) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten ersten Eingang (42) und einen zweiten mit dem zweiten Ausgang (28) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Eingang (44) aufweist und zwischen den beiden Eingängen (42, 44) das Sensorsignal (VM) anliegt. - Sensoreinheit (10) nach einem der
Ansprüche 4 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingänge (42, 52, 62) als nicht invertierende Eingänge und die zweiten Eingänge (44, 54, 64) als invertierende Eingänge ausgebildet sind. - Sensoreinheit (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) monolithisch in einem Halbleitersubstrat integriert ist und die Sensoreinheit (10) eine Auswerteschaltung umfasst. - Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (20) ein Hallsensor und / oder ein AMR Sensor umfasst.
- Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (20) eine Hallplatte umfasst.
- Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Umschalteinheit die Zuordnung der Anschlüsse (22, 24, 26, 28) des Magnetfeldsensors (20) zu den elektrischen Funktionen zyklisch vertauschbar sind, um die Rauschunterdrückung zu verbessern.
- Sensoreinheit (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) als Prozessoreinheit ausgebildet ist und die Prozessoreinheit eingerichtet ist, das analoge Sensorsignal (VM) in einen digitalen Signalwert umzuwandeln. - Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), aufweisend eine Sensoreinheit (10), mit einer Schaltungsvorrichtung (35), wobei an der ein Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird, und - einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), wobei mittels des Magnetfeldsensors (20) ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) erzeugt wird, und - einer mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist, und die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) das Sensorsignal (VM) verstärkt und als Signalwert (nVM) bereitgestellt wird, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) ein Steuersignal (VST) bereitgestellt wird, wobei das Steuersignal (VST) aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) ermittelt wird, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) die Versorgungseinheit (30) und die Verstärkung des Sensorsignal (VM) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals gesteuert wird, - die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt, wobei der Wert des binaren Signals (VOUT) geändert wird, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als des Schwellwertsignals (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) wird, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und - dass die Versorgungseinheit (30) eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle umfasst und die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) eingestellt wird.
- Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach
Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Größe des Schwellwertes (VSP) die vorbestimmte Position (X0) verändert wird. - Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem der
Ansprüche 15 bis16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Steuersignals (VST) proportional zu dem Betrag aus der Differenz von des Signalwertes (nVM) minus des Schwellwertsignals (VSP) eingestellt wird. - Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem der
Ansprüche 15 bis17 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) ein mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker (40) aufweist, wobei mittels des ersten Differenzverstärkers das verstärkte Sensorsignal (nVM) erzeugt wird und der erste Differenzverstärker (40) einen Ausgang (46) und einen Steuereingang (48) aufweist, und, - ein zweiter Differenzverstärker (50) vorgesehen ist, wobei der zweite Differenzverstärker (50) einen ersten Eingang (52) und einen zweiten Eingang (54) und einen Ausgang (56) aufweist und der erste Eingang (52) des zweiten Differenzverstärkers (50) mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschaltet ist und an dem zweiten Eingang (54) des zweiten Differenzverstärkers (50) das Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird, und mittels des Ausgangs des zweiten Differenzverstärkers (50) das binäre Signal (VOUT) ausgegeben wird, und - eine Schaltungseinheit (60) mit einem ersten mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschalteten Eingang (62) vorgesehen ist und an den ersten Eingang (62) der Schaltungseinheit (60) der Signalwert (nVM) angelegt wird, und die Schaltungseinheit (60) einen zweiten Eingang (64) aufweist und an dem zweiten Eingang (64) das Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird und die Schaltungseinheit (60) einen mit dem Steuereingang (48) des ersten Differenzverstärkers (40) und mit dem Steuereingang (32) der Versorgungseinheit (30) verschalteten Ausgang (66) aufweist, und mittels der Schaltungseinheit (60) der Betrag ermittelt wird und der Betrag als Steuersignal (VST) an dem Ausgang (66) der Schaltungseinheit (60) angelegt wird. - Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach
Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des ersten Differenzverstärkers (40) proportional zu der Höhe der Steuersignal (VST) eingestellt wird. - Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem oder mehreren der
Ansprüche 15 bis19 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Höhe des Schwellwertsignals (VSP) die Lage der vorbestimmten Position (X0) verändert wird. - Verwendung der Sensoreinheit (10) oder des Verfahrens nach einem der vorangegangen Ansprüche, um die ortsaufgelöste Erkennung der genauen Stellung eines Gebers in der Umgebung der vorbestimmten Position (X0) gegenüber den weiter von der vorbestimmten Position (X0) entfernt liegenden Geberstellungen zu erhöhen.
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