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GEBIET
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Beispiele beziehen sich auf eine Rotationsdetektion von magnetischen Komponenten. Beispiele beziehen sich insbesondere auf Magnetsensorbauelemente und Verfahren zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse.
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Hintergrund
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Magnetsensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt zeigen eine verbesserte Empfindlichkeit und verbessertes Jitter im Vergleich zu herkömmlichen Sensorbauelementen basierend auf dem Hall-Effekt. Dementsprechend kann eine Distanz zwischen dem Sensorbauelement und einer überwachten magnetischen Komponente (z.B. einem Zahnrad oder einer Kurbelwelle) erhöht werden.
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Für viele Anwendungen (z.B. Kurbelwellensensor) ist die Detektion der Rotationsrichtung der überwachten magnetischen Komponente verbindlich. Sensorbauelemente basierend auf dem Hall-Effekt sind empfindlich für vertikale Magnetfelder, wohingegen Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt empfindlich für horizontale Magnetfelder sind. Somit besteht üblicherweise eine 90° Phasenverschiebung zwischen Ausgangssignalen der zwei Arten von Sensortypen.
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Bei vielen Anwendungen jedoch (z.B. in der Automobilindustrie) erwarten weitere Verarbeitungselemente (z.B. eine elektronischen Steuereinheit, ECU; Electronic Control Unit) Sensorausgangssignale mit dem Phasenverhalten eines Sensorbauelements basierend auf dem Hall-Effekt. D.h., herkömmliche Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt können nicht mit diesen weiteren Verarbeitungselementen verwendet werden.
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Beispielsweise schlägt Druckschrift
EP 1 983 307 A1 einen magnetischen Enkodierer vor. Druckschrift
DE 10 2014 203 467 A1 schlägt die Erfassung einer Position einer Tür unter Zuhilfenahme von magnetischen Tunnelwiderständen vor. In Druckschrift
DE 10 2013 107 821 A1 wird ein Mehrkomponenten-Magnetfeldsensor vorgeschlagen. Druckschrift
US 2007/0035293 A1 wiederum schlägt eine Vorrichtung zum Detektieren eines sich bewegenden Körpers vor. In Druckschrift
US 4,142,152 A wird schließlich eine Sensieranordnung mit zwei stationären Sensoren vorgeschlagen. Zudem wird in der Druckschrift
JP 2015 -78 856 A ein Rotationswinkelsensor vorgeschlagen. In der Druckschrift
DE 199 33 243 C2 wird ferner ein Codierer mit Riesenmagnetoresistenzeffekt-Elementen vorgeschlagen.
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Somit kann ein Bedarf nach Magnetsensorbauelementen bestehen, die das Bestimmen der Rotationsdetektion einer Magnetkomponente erlauben und eine Kompatibilität mit weiteren Verarbeitungselementen erlauben, die Sensorausgangssignale mit dem Phasenverhalten eines Sensorbauelements basierend auf dem Hall-Effekt erwarten.
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Zusammenfassung
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Der Bedarf kann durch die vorgeschlagenen Beispiele erfüllt werden.
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Ein Beispiel bezieht sich auf ein Magnetsensorbauelement zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse. Das Magnetsensorbauelement umfasst eine Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke. Jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke umfasst zumindest eine magnetoresistive Struktur. Eine geometrische Mitte der ersten Halbbrücke ist im Hinblick auf eine geometrische Mitte der zweiten Halbbrücke um die Rotationsachse gedreht. Ferner umfasst das Magnetsensorbauelement eine Evaluationsschaltung, die ausgebildet ist, um die Rotationsrichtung der magnetischen Komponente basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und einem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu bestimmen. Das Magnetsensorbauelement umfasst zudem einen Schaltkreis, der ausgebildet ist zum Koppeln eines ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus, und zum Koppeln des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus.
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Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse unter Verwendung einer Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke, wobei jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke zumindest eine magnetoresistive Struktur umfasst. Eine geometrische Mitte der ersten Halbbrücke ist im Hinblick auf eine geometrische Mitte der zweiten Halbbrücke um die Rotationsachse gedreht. Das Verfahren umfasst ein Koppeln eines ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential, und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus. Zudem umfasst das Verfahren ein Koppeln des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und einem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke.
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Zudem bezieht sich ein Beispiel auf ein Magnetsensorbauelement zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse. Das Magnetsensorbauelement umfasst eine Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke. Jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke umfasst zumindest eine magnetoresistive Struktur. Die erste Halbbrücke ist im Hinblick auf die zweite Halbbrücke verschoben, um das Ausgangssignal der ersten Halbbrücke phasenverschoben im Hinblick auf das Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu erzeugen, falls sich die magnetische Komponente um die Rotationsachse dreht. Ferner umfasst das Magnetsensorbauelement eine Evaluationsschaltung, die ausgebildet ist, um die Rotationsrichtung der magnetischen Komponente basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und einem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu bestimmen. Das Magnetsensorbauelement umfasst zudem einen Schaltkreis, der ausgebildet ist zum Koppeln eines ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus, und zum Koppeln des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus
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Weiterhin bezieht sich ein Beispiel auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse unter Verwendung einer Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke, wobei jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke zumindest eine magnetoresistive Struktur umfasst. Die erste Halbbrücke ist im Hinblick auf die zweite Halbbrücke verschoben, um das Ausgangssignal der ersten Halbbrücke phasenverschoben im Hinblick auf das Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu erzeugen, falls sich die magnetische Komponente um die Rotationsachse dreht. Das Verfahren umfasst ein Koppeln eines ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus. Zudem umfasst das Verfahren ein Koppeln des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus. Das Verfahren umfasst zudem ein Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und einem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke.
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Die Ausgangssignale der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke sind anzeigend für eine Rotation der magnetischen Komponente um die Rotationsachse aufgund des variierenden Widerstandswerts der zumindest einen magnetoresistiven Struktur pro Halbbrücke. Ferner sind die Ausgangssignale der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke phasenverschoben im Hinblick aufeinander, aufgrund der geometrischen Positionierung der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke relativ zueinander. D.h., eine der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke antwortet schneller als die andere der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke auf die Rotation der magnetischen Komponente um die Rotationsachse antwortet. Da die Positionierung der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke im Hinblick aufeinander bekannt ist, kann die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und dem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke das Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente erlauben.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
- 1 ein Beispiel eines Magnetsensorbauelements zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse darstellt;
- 2 ein Beispiel einer Positionierung eines Magnetsensorbauelements relativ zu einer überwachten magnetischen Komponente darstellt;
- 3 ein Beispiel einer Brückenschaltung darstellt;
- 4 ein Beispiel von Ausgangssignalen der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke darstellt;
- 5 ein anderes Beispiel eines Magnetsensorbauelements darstellt;
- 6 das Magnetsensorbauelement von 5 in einem ersten Betriebsmodus darstellt;
- 7 das Magnetsensorbauelement von 5 in einem zweiten Betriebsmodus darstellt;
- 8 ein Beispiel von Ausgangssignalen des Magnetsensorbauelements von 5 in dem ersten Betriebsmodus darstellt;
- 9 ein Beispiel von Ausgangssignalen des Magnetsensorbauelements von 5 in dem zweiten Betriebsmodus darstellt;
- 10 ein anderes Beispiel eines Magnetsensorbauelements darstellt;
- 11 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse darstellt; und
- 12 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Magnetsensorbauelements darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren kann die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
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Während sich dementsprechend weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, werden einige Beispiele derselben in den Figuren beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Beispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen. Weitere Beispiele können alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente, die identisch oder in modifizierter Form im Vergleich zueinander implementiert sein können, während sie dieselbe oder eine ähnliche Funktionalität bereitstellen.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt verbunden oder gekoppelt sein können oder über ein oder mehrere Zwischenelemente. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ um nur einige Beispiele zu nennen).
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Die hierin verwendete Terminologie bezweckt das Beschreiben bestimmter Beispiele und soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Immer, wenn eine wie „ein, eine“ und „das, der, die“ verwendet wird, und die Verwendung von nur einem Element weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch die Pluralformen umfassen, um dieselbe Funktionalität zu implementieren. Auf ähnliche Weise, wenn eine Funktionalität nachfolgend derart beschreiben wird, dass sie unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert wird, können weitere Beispiele dieselbe Funktionalität unter Verwendung eines einzelnen Elements oder Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
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Sofern nicht anderweitig definiert werden alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) in ihrer üblichen Bedeutung des technischen Gebietes verwendet, zu dem die Beispiele gehören, außer es ist hierin eindeutig anderes angegeben.
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1 stellt ein Beispiel eines Magnetsensorbauelements 100 zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente 180 um eine Rotationsachse 190 dar. Die magnetische Komponente 180 kann z. B. zumindest einen magnetischen Pol einer ersten Polarisierung und zumindest einen magnetischen Pol einer unterschiedlichen zweiten Polarisierung aufweisen, die abwechselnd entlang der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente 180 (z. B. einem Ferrit-Polrad) angeordnet sind. Alternativ kann die magnetische Komponente 180 zumindest einen Zahn und einen angrenzenden Schlitz aufweisen (z.B. rückwärts vorgespanntes Zahnrad).
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Das Magnetsensorbauelement 100 umfasst eine Brückenschaltung 110 mit einer ersten Halbbrücke 120 und einer zweiten Halbbrücke 130. Jede der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 umfasst zumindest eine magnetoresistive Struktur. Ein erster Eingangsknoten 130 der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke ist mit einem ersten elektrischen Potential (VDDS) gekoppelt und ein zweiter Eingangsknoten 150 der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke ist mit einem zweiten elektrischen Potential (VSSA) gekoppelt, um eine Potentialdifferenz an beide Halbbrücken anzulegen.
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Die erste Halbbrücke 120 umfasst eine Reihenverbindung aus zwei resistiven Elementen 121, 122. Zumindest eines der zwei resistiven Elemente 121, 122 umfasst somit eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das resistive Element 121 eine GMR-Struktur (GMR = Giant MagnetoResistive / Giant MagnetoResistance; Riesenmagnetowiderstand) umfassen, d. h. eine Schichtstruktur, die den GMR-Effekt zeigt. Auch das andere resistive Element 122 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die erste Halbbrücke 120 kann eine erste magnetoresistive Struktur (resistives Element 121) und eine zweite magnetoresistive Struktur (resistives Element 122) in Reihe geschaltet aufweisen. Jedoch ist zumindest eine magnetoresistive Struktur, die empfindlich für das externe Feld der magnetischen Komponente180 ist, in der ersten Halbbrücke 120 der Brückenschaltung 110 enthalten. Dementsprechend kann ein Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 121, 122 varrieren, gemäß der Rotation der magnetischen Komponente 180 um die Rotationsachse 190.
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Auf ähnliche Weise umfasst die zweite Halbbrücke 130 eine Reihenverbindung aus zwei resistiven Elementen 131, 132. Zumindest eines der zwei resistiven Elemente 131, 132 umfasst somit eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das resistive Element 131 eine GMR-Struktur aufweisen. Auch das andere resistive Element 132 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die zweite Halbbrücke 130 kann eine dritte magnetoresistive Struktur (resistives Element 131) und eine vierte magnetoresistive Struktur (resistives Element 132) in Reihe geschaltet aufweisen. Jedoch ist zumindest eine magnetoresistive Struktur, die empfindlich für das externe Feld der magnetischen Komponente180 ist, in der zweiten Halbbrücke 130 der Brückenschaltung 110 enthalten. Dementsprechend kann ein Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 131, 132 varrieren, gemäß der Rotation der magnetischen Komponente 180 um die Rotationsachse 190.
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Der variierende Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 121, 122 in der ersten Halbbrücke 120 wird durch das Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 gemessen. Der variierende Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 131, 132 in der zweiten Halbbrücke 130 wird durch das Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 130 gemessen. Wie in 1 dargestellt ist, wird das Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 an einem Ausgangsknoten 124 der ersten Halbbrücke 120 gemessen, wohingegen das Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 130 an einem Ausgangsknoten 134 der zweiten Halbbrücke 130 gemessen wird. Das Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 zeigt eine Potentialdifferenz zwischen einem Referenzpotential und einem Potential an dem Ausgangsknoten 124 der ersten Halbbrücke 120 an. Das Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 130 zeigt eine Potentialdifferenz zwischen einem Referenzpotential und einem Potential an dem Ausgangsknoten 134 der zweiten Halbbrücke 130 an. Zum Beispiel kann das Referenzpotential eines aus dem ersten Potential und dem zweiten Potential sein, die an die Eingangsknoten der Brückenschaltung 110 angelegt sind. D.h., Ausgangssignale der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 zeigen den variierenden Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente in jeder Halbbrücke an.
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Das Magnetsensorbauelement 100 umfasst ferner eine Evaluationsschaltung 160, die ausgebildet ist, um die Rotationsrichtung der magnetischen Komponente 180 basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 und dem Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 130 zu bestimmen.
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Wie in 1 angezeigt ist, kann die erste Halbbrücke 120 im Hinblick auf die zweite Halbbrücke 130 versetzt sein. Dementsprechend kann eine der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 schneller als die andere der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 auf die Rotation der magnetischen Komponente 180 um die Rotationsachse 190 antworten. Daher können die Ausgangssignale 123, 133 der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 phasenverschoben im Hinblick aufeinander sein. Da die Positionierung der ersten Halbbrücke 120 und der zweiten Halbbrücke 130 im Hinblick aufeinander bekannt ist, kann die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 und dem Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 130 das Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente 180 erlauben.
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Das Magnetsensorbauelement 100 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder einem oder mehreren der nachfolgend beschriebenen Beispiele entsprechen.
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Die erste Halbbrücke der Brückenschaltung kann im Hinblick auf die zweite Halbbrücke verschoben sein, um das Ausgangssignal der ersten Halbbrücke phasenverschoben im Hinblick auf das Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu erzeugen, falls sich die magnetische Komponente um die Rotationsachse dreht. Eine exemplarische Positionierung eines Magnetsensorbauelements relativ zu einer überwachten magnetischen Komponente 180 ist in 2 dargestellt. In 2 ist eine Draufsicht der Anordnung 200 dargestellt. Der Einfachheit halber sind nur die zwei Halbbrücken 120, 130 der Brückenschaltung des Magnetsensorbauelements in 2 dargestellt.
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Die magnetische Komponente 180 dreht sich um die Rotationsachse 190. Die erste Halbbrücke 120 und die zweite Halbbrücke 130 sind entlang einer Umfangsrichtung der magnetischen Komponente angeordnet. Die erste Halbbrücke 120 umfasst die zwei resistiven Elemente 121 und 122, wobei zumindest eines derselben eine magnetoresistive Struktur aufweist. Die zweite Halbbrücke 130 umfasst die zwei resistiven Elemente 131 und 132, wobei zumindest eines derselben eine magnetoresistive Struktur aufweist.
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Eine geometrische Mitte 128 der ersten Halbbrücke 120 wird um die Rotationsachse 190 im Hinblick auf eine geometrische Mitte 138 der zweiten Halbbrücke 130 gedreht, wie durch den Winkel α zwischen den Verbindungslinien (Geraden) der Rotationsachse und den entsprechenden geometrischen Mitten der Halbbrücken angezeigt ist. Die geometrische Mitte einer Halbbrücke ist das arithmetische Mittel aller Punkte in der Halbbrücke. Da eine Halbbrücke im Wesentlichen durch die zwei entsprechenden resistiven Elemente gebildet wird, kann die geometrische Mitte der Halbbrücke die Mitte der Linie (Gerade) sein, die die geometrischen Mitten der zwei resistiven Elemente verbindet, wobei die geometrische Mitte eines resistiven Elements das arithmetische Mittel aller Punkte in dem resistiven Element ist. Zum Beispiel ist die geometrische Mitte 128 der ersten Halbbrücke 120 im Wesentlichen die Mitte der Geraden, die die geometrische Mitte 125 des resistiven Elements 121 und die geometrische Mitte 126 des resistiven Elements 122 verbindet. Zum Beispiel ist die geometrische Mitte 138 der zweiten Halbbrücke 130 im Wesentlichen die Mitte der Geraden, die die geometrische Mitte 135 des resistiven Elements 131 und die geometrische Mitte 136 des resistiven Elements 132 verbindet.
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Für die resistiven Elemente 121, 122, die eine entsprechende magnetoresistive Struktur aufweisen, kann die geometrische Mitte 128 der ersten Halbbrücke 120 im Wesentlichen die Mitte der Geraden sein, die die geometrischen Mitten der entsprechenden magnetoresistiven Strukturen verbindet. Auf ähnliche Weise kann für die resistiven Elemente 131, 132, die eine entsprechende magnetoresistive Struktur aufweisen, die geometrische Mitte 138 der zwieten Halbbrücke 130 im Wesentlichen die Mitte der Geraden sein, die die geometrischen Mitten der entsprechenden magnetoresistiven Strukturen verbindet.
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Wenn die zwei Halbbrücken nicht die gleiche geometrische Mitte teilen, kann eine Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden Ausgangssignalen der Halbbrücken erhalten werden, die zum Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente 180 verwendet werden kann.
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Ein Beispiel einer Brückenschaltung 300 ist in 3 dargestellt. Auf einem Halbleiterchip 370 sind vier resistive Elemente 121, 122, 131, 132 angeordnet, wobei die resistiven Elemente 121 und 122 in einer ersten Halbbrücke enthalten sind und die resistiven Elemente 131 und 132 in einer zweiten Halbbrücke enthalten sind. Zumindest eines der resistiven Elemente 121, 122 umfasst eine magnetoresistive Struktur. Auf ähnliche weise umfasst zumindest eines der resistiven Elemente 131, 132 eine magnetoresistive Struktur. Die resistiven Elemente 121 und 132 sind voneinander durch eine Distanz d1 getrennt, die resistiven Elemente 122 und 131 sind voneinander durch eine Distanz d3 getrennt und die resistiven Elemente 121 und 122 sind voneinander durch eine Distanz d2 getrennt. Zum Beispiel können die Distanzen d1 und d3 0,2 mm sein, und die Distanz d2 kann 1,4 mm sein. Folglich sind die geometrischen Mitten der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke im Hinblick aufeinander versetzt.
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Ausschließlich zu darstellenden Zwecken ist auch die magnetische Komponente 180 dargestellt, die sich um die Rotationsachse 190 dreht. Aus 3 ist ersichtlich, dass die geometrische Mitte 128 der ersten Halbbrücke sich um die Rotationsachse 190 im Hinblick auf die geometrische Mitte 138 der zweiten Halbbrücke dreht. D.h., die geometrischen Mitten der Halbbrücken sind verschoben.
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Exemplarische, zeitliche Verläufe von Ausgangssignalen der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke einer Brückenschaltung sind in 4 dargestellt. Von Zeitpunkt 0 bis Zeitpunkt 0,8 (Zeit in beliebigen Einheiten) ist das Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke vor dem Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke. Von Zeitpunkt 0,8 bis Zeitpunkt 1,4 ist das Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke vor dem Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke. D.h., die magnetische Komponente dreht sich in einer ersten Richtung von Zeitpunkt 0 zu Zeitpunkt 0,8 und dreht sich in einer entgegengesetzten zweiten Richtung von Zeitpunkt 0,8 bis Zeitpunkt 1,4. Ferner ist das differentielle Signal 470 der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke dargestellt.
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Die Ausgangssignale der Halbbrücken zeigen eine klar definierte Aufeinanderfolge von Nulldurchgängen und Extrema (wie Minima und Maxima), die sich ändert, wenn sich die Rotationsrichtung der magnetischen Komponente ändert. Somit kann die Evaluationsschaltung des vorgeschlagenen Magnetsensorbauelements ferner ausgebildet sein, um die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und dem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu bestimmen, basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Durchgang (crossing) eines ersten, vordefineirten Wertes (z.B. Null) des Ausgangssignals der ersten Halbbrücke und einem Durchgang eines zweiten, vordefinierten Werts (z.B. Null) des Ausgangssignals der zweiten Halbbrücke. Alternativ kann die Evaluationsschaltung des vorgeschlagenen Magnetsensorbauelements ferner ausgebildet sein, um die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und dem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke zu bestimmen, basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Extrem (z.B. Minimum oder Maximum) des Ausgangssignals der ersten Halbbrücke und einem Extrem (z.B. Minimum oder Maximum) des Ausgangssignals der zweiten Halbbrücke.
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Bei einem Magnetsensorbauelement kann die Bestimmung der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente unter Verwendung von Minima und Maxima, dem Durchgang vordefinierter Werte oder von Nulldurchgängen das Verwenden desselben Analog-DigitalWandlers (ADC) erlauben, der bereits zur Versatzkompensation verwendet wird. Ein erforderlicher Gesamt-Chipbereich kann im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen unter Verwendung zusätzlicher Komparatoren und Verstärker reduziert werden, aufgrund ihrer Versatz- und Linearitäts-Anforderungen.
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Bei einigen Beispielen umfasst das Magnetsensorbauelement ferner einen Schaltkreis, der ausgebildet ist, um in einem ersten Operationsmodus einen ersten Eingangsknoten der ersten Halbbrücke und einen ersten Eingangsknoten der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential zu koppeln, und einen zweiten Eingangsknoten der ersten Halbbrücke und einen zweiten Eingangsknoten der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential zu koppeln. Der Schaltkreis kann ferner ausgebildet sein, um in einem zweiten Operationsmodus den ersten Eingangsknoten der ersten Halbbrücke und den zweiten Eingangsknoten der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential zu koppeln, und den zweiten Eingangsknoten der ersten Halbbrücke und den ersten Eingangsknoten der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential zu koppeln.
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Der erste Operationsmodus kann erlauben, das Magnetfeldsensorelement derart zu betreiben, dass ein differentielles Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke erhalten wird, das 90° phasenverschoben im Hinblick auf das Magnetfeld der magnetischen Komponente ist. Durch Austauschen (Schalten) der elektrischen Potentiale für eine der Halbbrücken in dem zweiten Modus kann das Ausgangssignal dieser Halbbrücke 90° phasenverschoben werden. In dem zweiten Operationsmodus kann ein differentielles Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke somit erhalten werden, das im Wesentlichen phasengleich zu dem Magnetfeld ist, das durch das Magnetsensorbauelement erfasst wird. Dementsprechend kann ein differentielles Ausgangssignal des Magnetsensorbauelements in dem zweiten Operationsmodus zu weiteren Verarbeitungselementen geliefert werden, die das Phasenverhalten eines auf einem Hall-Effekt basierenden Sensorbauelements erwarten. Das heißt, das vorgeschlagene Magnetsensorbauelement kann mit weiteren Verarbeitungselementen verwendet werden, die für Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt entworfen sind, sowie mit weiteren Verarbeitungselementen, die für auf einem Hall-Effekt basierende Sensorbauelemente entworfen sind. Zum Beispiel kann in der Automobilindustrie das vorgeschlagene Magnetsensorbauelement mit ECUs verwendet werden, die für Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt entworfen sind, sowie mit ECUs, die für auf einem Hall-Effekt basierende Sensorbauelemente entworfen sind.
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Somit kann ein Magnetsensorbauelementen bereitgestellt werden, das das Bestimmen der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente erlaubt und eine Kompatibilität mit weiteren Verarbeitungselementen erlauben kann, die Sensorausgangssignale mit dem Phasenverhalten eines Sensorbauelements basierend auf dem Hall-Effekt erwarten. Weitere Details des Schaltkreises, die Beziehung zwischen den Ausgangssignalen der Halbbrücken und die Beziehung zwischen dem Magnetfeld und dem differentiellen Signal werden in Verbindung mit 5 bis 9 erörtert, die ein Magnetsensorbauelement gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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5 stellt ein Magnetsensorbauelement 500 dar. Das Magnetsensorbauelement 500 umfasst eine Brückenschaltung 510 mit einer ersten Halbbrücke 520 und einer zweiten Halbbrücke 530. Jede der ersten Halbbrücke 520 und der zweiten Halbbrücke 530 umfasst zumindest eine magnetoresistive Struktur. Wie in 5 angezeigt ist, kann sich die geometrische Mitte der ersten Halbbrücke 520 von einer geometrischen Mitte der zweiten Halbbrücke 530 unterscheiden.
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Die erste Halbbrücke 520 umfasst eine Reihenverbindung aus zwei resistiven Elementen 521, 522. Zumindest eines der zwei resistiven Elemente 521, 522 umfasst somit eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das resistive Element 521 eine GMR-Struktur aufweisen. Auch das andere resistive Element 522 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die erste Halbbrücke 520 kann eine erste magnetoresistive Struktur (resistives Element 521) und eine zweite magnetoresistive Struktur (resistives Element 522) in Reihe geschaltet aufweisen. Jedoch ist zumindest eine magnetoresistive Struktur, die empfindlich für das externe Feld der magnetischen Komponente180 ist, die sich um die Rotationsachse 190 dreht, in der ersten Halbbrücke 520 der Brückenschaltung 510 enthalten. Dementsprechend kann ein Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 521, 522 gemäß der Rotation der magnetischen Komponente 180 um die Rotationsachse 190 variieren.
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Auf ähnliche Weise umfasst die zweite Halbbrücke 530 eine Reihenverbindung aus zwei resistiven Elementen 531, 532. Zumindest eines der zwei resistiven Elemente 531, 532 umfasst somit eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das resistive Element 531 eine GMR-Struktur aufweisen. Auch das andere resistive Element 532 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die zweite Halbbrücke 530 kann eine dritte magnetoresistive Struktur (resistives Element 531) und eine vierte magnetoresistive Struktur (resistives Element 532) in Reihe geschaltet aufweisen. Jedoch ist zumindest eine magnetoresistive Struktur, die empfindlich für das externe Feld der magnetischen Komponente 180 ist, in der zweiten Halbbrücke 530 der Brückenschaltung 510 enthalten. Dementsprechend kann ein Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 531, 532 variieren, gemäß der Rotation der magnetischen Komponente 180 um die Rotationsachse 190.
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Der variierende Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 521, 522 in der ersten Halbbrücke 520 wird durch das Ausgangssignal 523 der ersten Halbbrücke 520 gemessen. Der variierende Widerstandswert von zumindest einem der zwei resistiven Elemente 531, 532 in der zweiten Halbbrücke 530 wird durch das Ausgangssignal 533 der zweiten Halbbrücke 530 gemessen. Wie in 5 dargestellt ist, wird das Ausgangssignal 523 der ersten Halbbrücke 520 an einem Ausgangsknoten 524 der ersten Halbbrücke 520 gemessen, wohingegen das Ausgangssignal 533 der zweiten Halbbrücke 530 an einem Ausgangsknoten 534 der zweiten Halbbrücke 530 gemessen wird. Das Ausgangssignal 523 der ersten Halbbrücke 520 zeigt eine Potentialdifferenz zwischen einem Referenzpotential und einem Potential an dem Ausgangsknoten 524 der ersten Halbbrücke 520 an. Das Ausgangssignal 533 der zweiten Halbbrücke 530 zeigt eine Potentialdifferenz zwischen einem Referenzpotential und einem Potential an dem Ausgangsknoten 534 der zweiten Halbbrücke 530 an.
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Das Magnetsensorbauelement 500 umfasst ferner einen Schaltkreis 560. Die Operation des Schaltkreises wird in Verbindung mit 6 und 7 erörtert.
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6 stellt einen ersten Operationsmodus des Magnetsensorbauelements 500 dar. Der Schaltkreis 560 ist ausgebildet, um einen ersten Eingangsknoten 525 der ersten Halbbrücke 520 und einen ersten Eingangsknoten 535 der zweiten Halbbrücke 530 mit einem ersten elektrischen Potential (VDDS) zu koppeln. Ferner ist der Schaltkreis 560 ausgebildet, um einen zweiten Eingangsknoten 526 der ersten Halbbrücke 520 und einen zweiten Eingangsknoten 536 der zweiten Halbbrücke 530 mit einem zweiten elektrischen Potential (VSSA) zu koppeln. Daher kann der Schaltkreis 560 zum Beispiel eine Mehrzahl von Schaltern 561, 562, 563, ..., 568 aufweisen, die zwischen die entsprechenden Eingangsknoten der Halbbrücken der zwei elektrischen Potentiale geschaltet sind. Die Mehrzahl der Schalter 561, 562, 563, ..., 568 wird durch einen Modusselektor 569 gesteuert.
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In dem ersten Operationsmodus sind die Halbbrücken 520, 530 des Magnetsensorbauelements 500 mit elektrischen Potentialen auf dieselbe Weise gekoppelt wie die Halbbrücken 120, 130 des Magnetsensorbauelements 100, dargestellt in 1. Dementsprechend sind die Ausgangssignale 523, 533 der Halbbrücken 520, 530 des Magnetsensorbauelements 500 identisch zu den Ausgangssignalen 123, 133 der Halbbrücken 120, 130 des Magnetsensorbauelements 100.
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In 7 ist ein zweiter Operationsmodus des Magnetsensorbauelements 500 dargestellt. Der Schaltkreis 560 ist ausgebildet, um den ersten Eingangsknoten 525 der ersten Halbbrücke 520 und den zweiten Eingangsknoten 536 der zweiten Halbbrücke 530 mit dem ersten elektrischen Potential (VDDS) zu koppeln. Ferner ist der Schaltkreis 560 ausgebildet, um den zweiten Eingangsknoten 526 der ersten Halbbrücke 520 und den ersten Eingangsknoten 535 der zweiten Halbbrücke 530 mit dem zweiten elektrischen Potential (VSSA) zu koppeln. Daher sind die Schaltpositionen der Schalter 563, 564, 567, 568, die mit der zweiten Halbbrücke 530 verbunden sind, umgekehrt im Vergleich zu dem ersten Operationsmodus.
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Es ist aus 6 und 7 ersichtlich, dass nur die zweite Halbbrücke aktive Schalter aufweist, um die Versorgungen zu invertieren. Die erste Halbbrücke verwendet die Schalter nur für Symmetrie. Dies kann ermöglichen, den Potentialabfall an den aktiven Schaltern zu kompensieren, um keine Versätze an den differentiellen Signalen der Ausgangssignale 523, 533 der ersten und der zweiten Halbbrücke 520, 530 einzubringen.
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In dem zweiten Operationsmodus ist die erste Halbbrücke 520 des Magnetsensorbauelements 500 mit elektrischen Potentialen auf dieselbe Weise gekoppelt wie die erste Halbbrücke 120 des Magnetsensorbauelements 100, dargestellt in 1. Dementsprechend ist das Ausgangssignal 523 der ersten Halbbrücke 520 des Magnetsensorbauelements 500 identisch zu dem Ausgangssignal 123 der ersten Halbbrücke 120 des Magnetsensorbauelements 100. Die Kopplung mit elektrischen Potentialen ist jedoch für die zweite Halbbrücke 530 des Magnetsensorbauelements 500 im Vergleich zu der zweiten Halbbrücke 130 des Magnetsensorbauelements 100 invertiert, dargestellt in 1. Dementsprechend ist das Ausgangssignal 533 der zweiten Halbbrücke 530 des Magnetsensorbauelements 500 phasenverschoben zu dem Ausgangssignal 133 der zweiten Halbbrücke 110 des Magnetsensorbauelements 100.
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Die Beziehung der Ausgangssignale 523, 533 für den ersten und zweiten Operationsmodus ist in 8 und 9 dargestellt.
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8 stellt in ihrem oberen Teil den zeitlichen Verlauf 810 des Magnetfeldes einer magnetischen Komponente dar, die sich um eine Rotationsachse dreht. Die zugeordneten Ausgangssignale 523, 533 der Halbbrücken 520, 530 des Magnetsensorbauelements 500 in dem ersten Operationsmodus sind in dem unteren Teil von 8 dargestellt.
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In dem mittleren Teil von 8 ist das differentielle Ausgangssignal 820 der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke (d.h. die Differenz zwischen den Ausgangssignalen 523, 533) dargestellt. Aus 8 ist ersichtlich, dass das differentielle Ausgangssignal 820 um 90° im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf 810 des erfassten Magnetfeldes verschoben ist. D.h., das differentielle Ausgangssignal 820 zeigt dasselbe Phasenverhalten wie ein differentielles Ausgangssignal eines herkömmlichen Sensorbauelements basierend auf einem magnetoresistiven Effekt. Dementsprechend kann das differentielle Ausgangssignal zu weiteren Verarbeitungselementen (z. B. einer ECU) geliefert werden, die Ausgangssignale eines Sensorbauelements basierend auf einem magnetoresistiven Effekt erwarten.
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9 stellt in ihrem oberen Teil denselben zeitlichen Verlauf 810 des Magnetfeldes dar wie 8. Die zugeordneten Ausgangssignale 523, 533 der Halbbrücken 520, 530 des Magnetsensorbauelements 500 in dem zweiten Operationsmodus sind in dem unteren Teil von 8 dargestellt. Es ist aus 9 ersichtlich, dass das Ausgangssignal 523 der ersten Halbbrücke 520 gleich zu dem des ersten Operationsmodus ist, jedoch das Ausgangssignal 533 der zweiten Halbbrücke 530 um 90° phasenverschoben zu dem ersten Operationsmodus ist.
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In dem mittleren Teil von 9 ist das differentielle Ausgangssignal 920 der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke in dem zweiten Operationsmodus dargestellt. Aus 9 ist ersichtlich, dass das differentielle Ausgangssignal 920 dieselbe Phase aufweist wie der zeitliche Verlauf 810 des erfassten Magnetfeldes. D.h., das differentielle Ausgangssignal 920 zeigt dasselbe Phasenverhalten wie ein differentielles Ausgangssignal eines herkömmlichen Sensorbauelements basierend auf dem Hall-Effekt. Dementsprechend kann das differentielle Ausgangssignal zu weiteren Verarbeitungselementen (z. B. einer ECU) geliefert werden, die Ausgangssignale eines Sensorbauelements basierend auf dem Hall-Effekt erwarten.
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Der erste Operationsmodus kann erlauben, das Magnetfeldsensorelement 500 derart zu betreiben, dass ein differentielles Ausgangssignal der ersten Halbbrücke 520 und der zweiten Halbbrücke 530 erhalten wird, das 90° phasenverschoben im Hinblick auf ein Magnetfeld ist, das durch das Magnetsensorbauelement 500 erfasst wird. Durch Austauschen der elektrischen Potentiale für eine der Halbbrücken in dem zweiten Modus kann das Ausgangssignal dieser Halbbrücke 90° phasenverschoben werden. In dem zweiten Operationsmodus kann somit ein differentielles Ausgangssignal der ersten Halbbrücke 520 und der zweiten Halbbrücke 530 erhalten werden, das im Wesentlichen phasengleich zu dem Magnetfeld ist, das durch das Magnetsensorbauelement 500 erfasst wird. Dementsprechend kann ein differentielles Ausgangssignal des Magnetsensorbauelements in dem zweiten Operationsmodus zu weiteren Verarbeitungselementen geliefert werden, die das Phasenverhalten eines auf einem Hall-Effekt basierenden Sensorbauelements erwarten. Das vorgeschlagene Magnetsensorbauelement 500 kann somit mit weiteren Verarbeitungselementen verwendet werden, die für Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt entworfen sind, sowie mit weiteren Verarbeitungselementen, die für auf einem Hall-Effekt basierende Sensorbauelemente entworfen sind. Zum Beispiel kann in der Automobilindustrie das vorgeschlagene Magnetsensorbauelement mit ECUs verwendet werden, die für Sensorbauelemente basierend auf einem magnetoresistiven Effekt entworfen sind, sowie mit ECUs, die für auf einem Hall-Effekt basierende Sensorbauelemente entworfen sind. Anders ausgedrückt kann der zweite Operationsmodus als ein Hall-Kompatibilitätsmodus betrachtet werden.
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Es ist wichtig anzumerken, dass die Phasenverschiebung zwischen asymmetrischen Signalen (d.h. den zwei Ausgangssignalen der Halbbrücken) in beiden Operationsmodi vorhanden ist, sodass eine Richtungsdetektion möglich ist (z.B. gemäß dem Konzept, erörtert in Verbindung mit 1 bis 4).
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Um die Informationen zu übertragen, kann jegliches hierin offenbarte Magnetsensorbauelement ein AK- oder PWM-Protokoll an seinen entsprechenden Ausgangs-Pin(s) verwenden.
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10 stellt ein anderes Magnetsensorbauelement 1000 dar. Das Magnetsensorbauelement umfasst eine Brückenschaltung 1010 mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke. Der Einfachheit halber sind nur die resistiven Elemente der Brückenschaltung des Magnetsensorbauelements in 10 dargestellt. Die Brückenschaltung 1010 kann z.B. auf einem Halbleiterchip (nicht dargestellt) angeordnet sein.
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Ein erstes resistives Element 1031 der zweiten Halbbrücke ist zwischen einem ersten resistiven Element 1021 und einem zweiten resistiven Element 1022 der ersten Halbbrücke entlang einer räumlichen Richtung x angeordnet. Zumindest eines des ersten resistiven Elements 1021 und des zweiten resistiven Elements 1022 der ersten Halbbrücke umfasst eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das erste resistive Element 1021 eine GMR-Struktur aufweisen. Auch das zweite resistive Element 1022 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die erste Halbbrücke kann eine erste magnetoresistive Struktur (erstes resistives Element 1021) und eine zweite magnetoresistive Struktur (zweites resistives Element 1022) in Reihe geschaltet aufweisen.
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Das zweite resistive Element 1022 der ersten Halbbrücke ist zwischen dem ersten resistiven Element 1031 der zweiten Halbbrücke und einem zweiten resistiven Element 1032 der zweiten Halbbrücke entlang der räumlichen Richtung x angeordnet. Zumindest eines des ersten resistiven Elements 1031 und des zweiten resistiven Elements 1032 der zweiten Halbbrücke umfasst eine magnetoresistive Struktur. Zum Beispiel kann das erste resistive Element 1031 eine GMR-Struktur aufweisen. Auch das zweite resistive Element 1032 kann eine magnetoresistive Struktur aufweisen (z. B. eine GMR-Struktur). Das heißt, die zweite Halbbrücke kann eine dritte magnetoresistive Struktur (erstes resistives Element 1031) und eine vierte magnetoresistive Struktur (zweites resistives Element 1032) in Reihe geschaltet aufweisen.
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Wie in 10 dargestellt ist, können die resistiven Elemente 1021 und 1031 voneinander durch eine Distanz d1 getrennt sein, die resistiven Elemente 1022 und 1032 können voneinander durch eine Distanz d3 getrennt sein und die resistiven Elemente 1021 und 1022 können voneinander durch eine Distanz d2 getrennt sein. Zum Beispiel können die Distanzen d1 und d3 0,2 mm sein, und die Distanz d2 kann 1,4 mm sein. Folglich unterscheidet sich eine geometrische Mitte 1028 der ersten Halbbrücke von einer geometrischen Mitte 1038 der zweiten Halbbrücke. D.h., die geometrischen Mitten der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke sind im Hinblick auf einander entlang der räumlichen Richtung x versetzt. Wenn die zwei Halbbrücken nicht die gleiche geometrische Mitte teilen, kann eine Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden Ausgangssignalen der Halbbrücken erhalten werden, falls sich eine nahe liegende magnetische Komponente (nicht dargestellt) um eine Rotationsachse dreht. Die Phasenverschiebung zwischen asymmetrischen Signalen (d.h. den zwei Ausgangssignalen der Halbbrücken) kann verwendet werden, um die Richtung der magnetischen Komponente um die Rotationsachse zu detektieren (z.B. gemäß dem Konzept, das in Verbindung mit 1 bis 4 erörtert wurde).
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Das erste resistive Element 1021 der ersten Halbbrücke und das erste resistive Element 1031 der zweiten Halbbrücke sind mit einem ersten elektrischen Potential (VDDS) gekoppelt. Das zweite resistive Element 1022 der ersten Halbbrücke und das zweite resistive Element 1032 der zweiten Halbbrücke sind mit einem zweiten elektrischen Potential (VSSA) gekoppelt, das sich von dem ersten elektrischen Potential unterscheidet.
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Die Anordnung der individuellen resistiven Elemente in Kombination mit der vorgeschlagenen Kopplung mit dem zwei elektrischen Potentialen kann ermöglichen, ein differentielles Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke zu erzeugen, das im Wesentlichen phasengleich mit dem Magnetfeld der magnetischen Komponente ist, die sich um die Rotationsachse dreht. Dementsprechend kann ein differentielles Ausgangssignal des Magnetsensorbauelements 1000 zu weiteren Verarbeitungselementen geliefert werden (z.B. einer ECU eines automobilen Fahrzeugs), die das Phasenverhalten eines Hall-Effektbasierten Sensorbauelements erwarten, d.h., die für Hall-Effekt-basierte Sensorbauelemente entworfen sind.
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Ein Beispiel eines Verfahrens 1100 zum Bestimmen einer Rotationsrichtung einer magnetischen Komponente um eine Rotationsachse unter Verwendung einer Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke ist mit einem Flussdiagramm in 11 dargestellt. Diesbezüglich umfasst jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke zumindest eine magnetoresistive Struktur. Das Verfahren 1100 umfasst das Bestimmen 1104 der Rotationsrichtung der magnetischen Komponente basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und einem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke.
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Optional kann das Verfahren 1100 das Bestimmen 1102 der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Halbbrücke und dem Ausgangssignal der zweiten Halbbrücke basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Durchgang und/oder einem Durchgang eines ersten, vordefinierten Wertes (z.B. Null) des Ausgangssignals der ersten Halbbrücke und einem Durchgang eines ersten, vordefinierten Wertes (z.B. Null) des Ausgangssignals der zweiten Halbbrücke, oder basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Extrem des Ausgangssignals der ersten Halbbrücke und einem Extrem des Ausgangssignals der zweiten Halbbrücke umfasst.
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Wiederum optional kann das Verfahren 1100 das Koppeln eines ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus umfassen, und das Koppeln des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus umfassen.
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Weitere Details und Aspekte des Verfahrens werden in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele erwähnt (z.B. 1 bis 4). Das Verfahren kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
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Ein Beispiel eines Verfahrens 1200 zum Betreiben eines Magnetsensorbauelements umfassend eine Brückenschaltung mit einer ersten Halbbrücke und einer zweiten Halbbrücke ist mit einem Flussdiagramm in 12 dargestellt. Diesbezüglich umfasst jede der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke zumindest eine magnetoresistive Struktur. Das Verfahren 1200 umfasst ein Koppeln 1202 eines ersten Eingangsknotes der ersten Halbbrücke und eines ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem ersten elektrischen Potential, und eines zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und eines zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit einem zweiten elektrischen Potential in einem ersten Operationsmodus. Ferner umfasst das Verfahren 1200 das Koppeln 1204 des ersten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des zweiten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem ersten elektrischen Potential und des zweiten Eingangsknotens der ersten Halbbrücke und des ersten Eingangsknotens der zweiten Halbbrücke mit dem zweiten elektrischen Potential in einem zweiten Operationsmodus.
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Weitere Details und Aspekte des Verfahrens werden in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele erwähnt (z.B. 5 bis 9). Das Verfahren kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
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Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorangehend detailliert beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben wurden, können ferner mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzubringen.
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Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse verschiedener oben beschriebener Verfahren können durch programmierte Computer durchgeführt werden können. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren durch oder veranlassen die Durchführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien sein. Auch sollen weitere Beispiele Computer, Prozessoren oder Steuerungseinheiten programmiert zum Durchführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren oder (feld-) programmierbare Logik-Arrays ((F)PLA = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-) programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays) programmiert zum Durchführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren abdecken.
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Die Beschreibung und Zeichnungen stellen nur die Grundsätze der Offenbarung dar. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder gezeigt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Schutzbereich enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele ausdrücklich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung wie auch besondere Ausführungsbeispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
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Ein Blockdiagramm kann z.B. ein detailliertes Schaltungsdiagramm darstellen, das die Prinzipien der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise kann ein Ablaufdiagramm, Flussdiagramm, Zustandsübergangsdiagramm, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist. In der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren können durch eine Vorrichtung implementiert werden, die Mittel zum Ausführen von jedem der entsprechenden Schritte dieser Verfahren aufweist.
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Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen, Abläufe oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollte, außer dies ist explizit oder implizit anderweitig angegeben, z.B. aus technischen Gründen. Durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen ein einzelner Schritt, eine Funktion, ein Prozess oder Ablauf mehrere Teil-Schritte, -Funktionen, -Prozesse, oder - Abläufe einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
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Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
