DE102018113821A1 - Winkelsensorbrücken einschließlich sternförmig verbundener magnetoresistiver Elemente - Google Patents

Abstract

Ein Winkelsensor kann ein Erfassungselement einschließlich einer ersten Halbbrücke umfassen, wobei magnetische Referenzrichtungen von Widerständen der ersten Halbbrücke entlang einer ersten Referenzachse sind. Das Erfassungselement kann eine zweite Halbbrücke beinhalten, wobei magnetische Referenzrichtungen von Widerständen der zweiten Halbbrücke entlang einer zweiten Referenzachse sind. Das Erfassungselement kann eine dritte Halbbrücke beinhalten, wobei magnetische Referenzrichtungen von Widerständen der dritten Halbbrücke entlang einer dritten Referenzachse sind. Wenigstens zwei der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse können nichtorthogonal zueinander sein.

Description

• Hintergrund
• Ein Magnetwinkelsensor kann verwendet werden, um eine Orientierung eines Magnetfelds (z. B. einen Winkel zwischen null Grad und dreihundertsechzig Grad) zu bestimmen, das durch einen Magneten produziert wird. Der Magnetwinkelsensor kann ein Hall-Sensor, ein Sensor auf magnetoresistiver (MR) Basis, ein Sensor mit variabler Reluktanz (VRS: Variable Reluctance Sensor), ein Fluxgate-Sensor oder dergleichen sein.
• Kurzdarstellung
• Es werden ein Winkelsensor nach Anspruch 1, eine Einrichtung nach Anspruch 14 sowie ein Magnetfeldsensor nach Anspruch 20 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
• Gemäß manchen möglichen Implementierungen kann ein Winkelsensor Folgendes umfassen: ein Erfassungselement, das Folgendes beinhaltet: eine erste Halbbrücke, die mit einer ersten Referenzachse verknüpft ist und die einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des ersten Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des zweiten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des ersten Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des zweiten Widerstands entlang der ersten Referenzachse sind; eine zweite Halbbrücke, die mit einer zweiten Referenzachse verknüpft ist und die einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des dritten Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des vierten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des dritten Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des vierten Widerstands entlang der zweiten Referenzachse sind; und eine dritte Halbbrücke, die mit einer dritten Referenzachse verknüpft ist und die einen fünften Widerstand und einen sechsten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des fünften Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des sechsten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des fünften Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des sechsten Widerstands entlang der dritten Referenzachse sind, und wobei wenigstens zwei der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonal zueinander sind.
• Gemäß manchen möglichen Implementierungen kann eine Einrichtung Folgendes beinhalten: ein Erfassungselement für Folgendes: Bereitstellen eines ersten Spannungssignals, eines zweiten Spannungssignals und eines dritten Spannungssignals, wobei das Erfassungselement einen Satz von MR-Elementen beinhaltet, die mit Bezug auf eine erste Referenzachse, eine zweite Referenzachse und eine dritte Referenzachse angeordnet sind, wobei der Satz von MR-Elementen eine erste Halbbrücke, die mit der ersten Referenzachse verknüpft ist, eine zweite Halbbrücke, die mit der zweiten Referenzachse verknüpft ist, und eine dritte Halbbrücke, die mit der dritten Referenzachse verknüpft ist, beinhaltet, und wobei wenigstens eine der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonoal zu wenigstens einer anderen der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse ist; und einen Prozessor für Folgendes: Empfangen des ersten Spannungssignals, des zweiten Spannungssignals und des dritten Spannungssignals; und Bestimmen eines Rotationswinkels eines Magnetfelds, das an das Erfassungselement angelegt wird, basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal.
• Gemäß manchen möglichen Implementierungen kann ein Magnetfeldsensor Folgendes beinhalten: ein Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Ausgangssignals, eines zweiten Ausgangssignals und eines dritten Ausgangssignals, wobei das Erfassungselement Folgendes beinhaltet: wenigstens zwei MR-Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer ersten Referenzachse, wenigstens zwei MR-Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer zweiten Referenzachse, und wenigstens zwei MR-Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer dritten Referenzachse, wobei wenigstens eine der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonoal zu wenigstens einer anderen der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse ist; und einen Prozessor zum Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit dem Magnetsensor verknüpft ist, basierend auf dem ersten Ausgangssignal, dem zweiten Ausgangssignal und dem dritten Ausgangssignal.
• „Verknüpft“ kann in diesem Zusammenhang insbesondere „zugeordnet“, „bestimmt für“ bedeuten.
• Figurenliste
• 1 ist ein Diagramm einer Übersicht eines hier beschriebenen Implementierungsbeispiels;
• 2 ist ein Diagramm einer Beispielumgebung, in der hier beschriebene Systeme und/oder Verfahren implementiert sein können;
• 3 ist ein Diagramm von Beispielelementen eines Winkelsensors, der in der Beispielumgebung aus 2 enthalten ist;
• 4A-4E sind Diagramme, die mit einer Beispielimplementierung eines Erfassungselements verknüpft sind, das in dem Winkelsensor aus 2 enthalten ist;
• 5A-5D sind Diagramme, die mit einer anderen Beispielimplementierung eines Erfassungselements verknüpft sind, das in dem Winkelsensor aus 2 enthalten ist;
• 6A-6B sind Diagramme, die mit einer zusätzlichen Beispielimplementierung eines Erfassungselements verknüpft sind, das in dem Winkelsensor aus 2 enthalten ist;
• 7 ist ein Diagramm, das mit einer anderen Beispielimplementierung eines Erfassungselements verknüpft ist, das in dem Winkelsensor aus 2 enthalten ist; und
• 8 ist ein Diagramm, das mit einer anderen Beispielimplementierung eines Erfassungselements verknüpft ist, das in dem Winkelsensor aus 2 enthalten ist.
• Ausführliche Beschreibung
• Die folgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften Implementierungen bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszahlen können in unterschiedlichen Zeichnungen die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
• Ein Magnetwinkelsensor, wie etwa ein MR-basierter Winkelsensor, kann zwei Erfassungselemente (z. B. ein Paar von Wheatstone-Brücken) beinhalten, die dazu eingerichtet sind, Ausgangssignale bereitzustellen, die zwei orthogonalen Komponenten eines Magnetfelds entsprechen (parallel zu aktiven Oberflächen der Erfassungselemente), wie etwa einer y-Komponente des Magnetfelds und einer x-Komponente des Magnetfelds. Der Winkelsensor kann diese Ausgangssignale (z. B. ein Spannungssignal V_y und ein Spannungssignal V_x) bereitstellen und ein Rotationswinkel (α) eines Magneten, der das Magnetfeld erzeugt (und ein Rotationswinkel eines drehbaren Objekts, mit dem der Magnet verbunden ist), kann basierend auf den Ausgangssignalen berechnet werden, die den zwei orthogonalen Komponenten entsprechen (z. B. α = arctan (V_y/V_x)).
• In manchen Fällen kann eine funktionale Sicherheitsüberprüfung in dem Winkelsensor implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Vektorlänge, die mit den Ausgangssignalen verknüpft ist (z. B. eine Vektorlänge gleich V_x ² + V_y ²), während eines Betriebs des Winkelsensors als eine funktionale Sicherheitsüberprüfung überwacht werden. Bei diesem Beispiel kann, falls die vektorlänge im Wesentlichen konstant während eines Betriebs des Winkelsensors bleibt (z. B. nach einer Kalibrierung und/oder Temperaturkompensation), dann ein sicherer Betrieb des Winkelsensors angenommen werden. Jedoch weist eine solche funktionale Sicherheitsüberprüfung (z. B. basierend auf zwei Ausgangssignalen) eine begrenzte Genauigkeit auf und/oder kann eine unzulängliche diagnostische Abdeckung aufweisen, weil sie von Absolutwerten der Ausgangssignale abhängt.
• In manchen Fällen kann eine funktionale Sicherheit verbessert werden, indem ein anderes Erfassungselement in dem Winkelsensor aufgenommen wird, wobei das andere Erfassungselement dazu eingerichtet ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das einer anderen Komponente des Magnetfelds entspricht (z. B. eine Komponente des Magnetfelds, die nichtorthogonal zu der x-Komponente und der y-Komponente ist, wie etwa eine Komponente in einem 45-Grad-Winkel von sowohl der x-Komponente als auch der y-Komponente). Jedoch erhöht das Hinzufügen des anderen Erfassungselements Kosten, Komplexität und Größe des Winkelsensors.
• Hier beschriebene Implementierungen stellen einen Winkelsensor mit einem Erfassungselement bereit, das Ausgangssignale bereitstellt, die mit mehreren (z. B. drei oder mehr) Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, wobei wenigstens eine der mehreren Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu einer oder mehreren (z. B. jeder) anderen der mehreren Komponenten des Magnetfelds ist. Die Ausgangssignale, die mit den mehreren Komponenten verknüpft sind, können verwendet werden, um den Rotationswinkel zu bestimmen und können verbesserte und/oder zusätzliche funktionale Sicherheitsüberprüfungen, erhöhte Zuverlässigkeit, Diversität und/oder Redundanz (z. B. im Vergleich zu einem Winkelsensor ohne ein solches Erfassungselement) ermöglichen. Zudem beinhaltet das Erfassungselement des Winkelsensors weniger Elemente (z. B. Widerstände, Verbindungen oder dergleichen) als der oben beschriebene Winkelsensor, wodurch Kosten und/oder Komplexität des Winkelsensors reduziert werden, während eine verbesserte funktionale Sicherheit bereitgestellt wird.
• 1 ist ein Diagramm einer Übersicht einer vorliegend beschriebenen beispielhaften Implementierung 100. Wie in 1 gezeigt, kann ein Magnet (der z. B. mechanisch mit einem drehbaren Objekt verbunden ist) um eine Achse (z. B. eine Achse durch ein Zentrum des Magneten) rotieren und ein rotierendes Magnetfeld (B) produzieren. Wie gezeigt, kann ein Winkelsensor, der mit dem Messen eines Rotationswinkels (α) verknüpft ist, ein Erfassungselement beinhalten, das dazu eingerichtet ist, N (N > 2) Komponenten des Magnetfelds (z. B. B₁ bis B_N ) zu erfassen. Wenigstens eine Komponente der N Komponenten des Magnetfelds ist nichtorthogonal (z. B. unter einem Winkel größer als oder kleiner als 90°) zu jeder der anderen Komponenten der N Komponenten. Bei manchen Implementierungen kann jede der N Komponenten nichtorthogonal zu jeder der anderen N Komponenten sein. Zusätzlich oder alternativ dazu können die N Komponenten mit Bezug auf eine aktive Oberfläche des Erfassungselements gleichmäßig über eine 360-Rotation beabstandet sein. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich Beispielen solcher Erfassungselemente sind unten beschrieben.
• Wie gezeigt, kann das Erfassungselement Ausgangssignale (z. B. Spannungssignale V₁ bis V_N ) bereitstellen, die den Komponenten des Magnetfelds B₁ bis B_N entsprechen. Wie weiter gezeigt, kann der Winkelsensor den Rotationswinkel basierend auf den Ausgangssignalen bestimmen.
• Wie weiter gezeigt ist, kann der Winkelsensor auch eine oder mehrere funktionale Sicherheitsüberprüfungen basierend auf den Ausgangssignalen bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Summe, die mit den Ausgangssignalen verknüpft ist (z. B. V₁ + V₂ +...+ V_N), während eines Betriebs des Winkelsensors als eine funktionale Sicherheitsüberprüfung überwacht werden. Als ein anderes Beispiel kann eine Vektorlänge, die mit den Ausgangssignalen verknüpft ist (z. B. V₁ ² + V₂ ² + V_N ²), während eines Betriebs des Winkelsensors als eine funktionale Sicherheitsüberprüfung überwacht werden. Als ein anderes Beispiel kann der Winkelsensor N unterschiedliche Rotationswinkel (z. B. α₁, α₂, ..., α_N) basierend auf den Ausgangssignalen bestimmen und kann die N unterschiedlichen Rotationswinkel als eine funktionale Sicherheitsüberprüfung vergleichen. Solche funktionalen Sicherheitsüberprüfungen (z. B. basierend auf N Ausgangssignalen) weisen eine verbesserte Genauigkeit und/oder verbesserte diagnostische Abdeckung im Vergleich zu jenen auf, die mit einem Winkelsensor verknüpft sind, der das mit Bezug auf 1 beschriebene Erfassungselement 1 nicht beinhaltet. Zudem kann der Winkelsensor durch Bereitstellen der N Ausgangssignale zusätzliche funktionale Sicherheitsüberprüfungen durchführen und eine erhöhte Zuverlässigkeit, Diversität und/oder Redundanz erzielen, während Größe, Kosten und/oder Komplexität (z. B. im Vergleich zu einem Winkelsensor ohne das mit Bezug auf 1 beschriebene Erfassungselement) reduziert werden.
• Wie oben angegeben, ist 1 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, unterscheiden.
• 2 ist ein Diagramm einer Beispielumgebung 200, in der hier beschriebene Einrichtungen implementiert sein können. Wie in 2 gezeigt, kann die Umgebung 200 einen Magneten 210, der um eine Achse 215 rotieren kann, einen Winkelsensor 220 und eine Steuerung 230 beinhalten.
• Der Magnet 210 kann einen oder mehrere Magneten beinhalten, die so positioniert sind, dass sie um eine Achse 215 (z. B. eine imaginäre Gerade) rotieren. Bei manchen Implementierungen kann der Magnet 210 (z. B. mechanisch) mit einem (nicht gezeigten) drehbaren Objekt verbunden sein, so dass ein Rotationswinkel des Magneten 210 einem Rotationswinkel des drehbaren Objekts entspricht (wenn z. B. eine nichtgleitende Beziehung zwischen einer Endfläche des drehbaren Objekts und dem Magneten 210 existiert).
• Bei der in 2 gezeigten Beispielumgebung 200 umfasst ein Magnet 210 eine erste Hälfte, die einen Nordpol (N) bildet, und eine zweite Hälfte, die einen Südpol (S) bildet, so dass der Magnet 210 ein Polpaar umfasst. Bei manchen Implementierungen kann der Magnet 210, ohne Beschränkung, mehr als ein Polpaar umfassen. Bei manchen Implementierungen kann der Magnet 210 einen Scheibenmagneten beinhalten, der konzentrisch um eine Achse 215 positioniert ist, die durch das Zentrum des Magneten 210 hindurchgeht, wie in 2 gezeigt ist. Während der Magnet 210 in 2 als kreisförmig gezeigt ist, kann der Magnet 210 eine andere Form, wie etwa ein Quadrat, ein Rechteck, eine Ellipse oder dergleichen, aufweisen. Zum Beispiel kann der Magnet 210 von einer elliptischen Form sein, falls ein Winkel zwischen einer Ebene, die einer Oberfläche des Magneten 210 entspricht, und einer Achse 215 von einer im Wesentlichen senkrechten Beziehung abweicht. Die Ebene kann eine Ebene beinhalten, die den Magneten 210 symmetrisch schneidet und ein Zentrum des Magneten 210 beinhaltet. In praktischen Fällen kann die Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 215 sein. Als ein anderes Beispiel kann der Magnet 210 einen Ringmagneten beinhalten, der so positioniert ist, dass er sich (zusammen mit dem drehbaren Objekt) um die Achse 215 dreht. Ein Ringmagnet kann für eine Anordnung des Magneten 210 an einem Ende des drehbaren Objekts von Interesse sein.
• Bei manchen Implementierungen kann der Magnet 210 zwei alternierende Pole auf wenigstens zwei Teilen des Magneten 210 beinhalten. Zum Beispiel kann der Magnet 210 einen diametrisch magnetisierten Magneten mit einem Nordpol auf einer ersten Hälfte des Magneten 210 und einem Südpol auf einer zweiten Hälfte des Magneten 210 beinhalten, wie in 2 gezeigt ist. Als ein anderes Beispiel kann der Magnet 210 einen axial magnetisierten Magneten mit einem ersten Nordpol und einem ersten Südpol, die auf der ersten Hälfte des Magneten 210 gestapelt sind, und einem zweiten Südpol und einem zweiten Nordpol, die auf einer zweiten Hälfte des Magneten 210 gestapelt sind (nicht gezeigt), beinhalten.
• Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Magnet 210 einen Dipolmagneten (z. B. einen Dipolstabmagneten, einen kreisförmigen Dipolmagneten, einen elliptischen Dipolmagneten usw.), einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein magnetisches Band oder dergleichen beinhalten. Der Magnet 210 kann aus einem ferromagnetischen Material (z. B. hartmagnetisches Ferrit) bestehen und kann ein Magnetfeld produzieren. Der Magnet 210 kann ferner einen Seltenerdmagneten umfassen, der aufgrund der intrinsisch hohen Magnetfeldstärke von Seltenerdmagneten vorteilhaft sein kann. Wie oben beschrieben, kann der Magnet 210 bei manchen Implementierungen an einem drehbaren Objekt angebracht oder mit diesem gekoppelt sein, für welches ein Rotationswinkel (z. B. durch den Winkelsensor 220, durch die Steuerung 230) basierend auf einem Rotationswinkel des Magneten 210 bestimmt werden kann.
• Der Winkelsensor 220 kann eine oder mehrere Einrichtungen für Erfassungskomponenten eines Magnetfelds zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels (z. B. des Magneten 210, eines drehbaren Objekts, mit dem der Magnet 210 verbunden ist, usw.) beinhalten. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 einen oder mehrere Schaltkreise (z. B. einen oder mehrere integrierte Schaltkreise) beinhalten. Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 bei einer Position relativ zu dem Magneten 210 platziert sein, so dass der Winkelsensor 220 Komponenten des Magnetfelds detektieren kann, die durch den Magneten 210 produziert werden. Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 einen integrierten Schaltkreis beinhalten, der eine integrierte Steuerung 230 beinhaltet (sodass z. B. eine Ausgabe des Winkelsensors 220 Informationen beinhalten kann, die einen Rotationswinkel des Magneten 210 und/oder des drehbaren Objekts beschreiben). Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 ein Erfassungselement beinhalten, das dazu konfiguriert ist, Komponenten des durch den Magneten 210 produzierten Magnetfelds zu erfassen, die bei dem Winkelsensor 220 vorhanden sind. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich des Winkelsensors 220 sind unten mit Bezug auf 3 beschrieben.
• Die Steuerung 230 kann einen oder mehrere Schaltkreise beinhalten, der/die mit dem Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten 210 und dem Bereitstellen von Informationen verknüpft ist/sind, die mit dem Rotationswinkel des Magneten 210 und dementsprechend mit dem Rotationswinkel des drehbaren Objekts verknüpft sind, mit dem der Magnet 210 verbunden ist. Zum Beispiel kann die Steuerung 230 einen oder mehrere Schaltkreise (z. B. einen integrierten Schaltkreis, einen Steuerschaltkreis, einen Rückkopplungsschaltkreis usw.) beinhalten. Die Steuerung 230 kann Eingangssignale von einem oder mehreren Sensoren, wie etwa einem oder mehreren Winkelsensoren 220, empfangen, kann die Eingangssignale (z. B. unter Verwendung eines analogen Signalprozessors, eines digitalen Signalprozessors usw.) verarbeiten, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, und kann das Ausgangssignal an eine oder mehrere andere Vorrichtungen oder Systeme liefern. Zum Beispiel kann die Steuerung 230 ein oder mehrere Eingangssignale von dem Winkelsensor 220 empfangen und kann das eine oder die mehreren Eingangssignale verwenden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Winkelposition des Magneten 210 und/oder des drehbaren Objekts, mit dem der Manget 210 verbunden ist, umfasst.
• Die Anzahl und die Anordnung von in 2 gezeigten Einrichtungen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann es zusätzliche Einrichtungen, weniger Einrichtungen, unterschiedliche Einrichtungen oder unterschiedlich angeordnete Einrichtungen als jene in 2 gezeigten geben. Des Weiteren können zwei oder mehr in 2 gezeigte Einrichtungen in einer einzelnen Einrichtung implementiert werden oder kann eine einzelne in 2 gezeigte Einrichtung als mehrere verteilte Einrichtungen implementiert werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Satz von Einrichtungen (z. B. eine oder mehrere Einrichtungen) der Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von Einrichtungen der Umgebung 200 durchgeführt werden.
• 3 ist ein Diagramm von Beispielelementen des Winkelsensors 220, der in der Beispielumgebung 200 aus 2 enthalten ist. Wie gezeigt, kann der Winkelsensor 220 ein Erfassungselement 310, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC: Analog-to-Digital Converter) 320, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 330, ein optisches Speicherelement 340 und eine digitale Schnittstelle 350 beinhalten.
• Das Erfassungselement 310 kann ein Element zum Erfassen einer oder mehrerer Komponenten eines Magnetfelds beinhalten, das an dem Winkelsensor 220 vorliegt (z. B. das durch den Magneten 210 erzeugte Magnetfeld). Zum Beispiel kann das Erfassungselement 310 ein MR-basiertes Erfassungselement beinhalten, von welchem Elemente aus einem magnetoresistiven Material (z. B. Nickel-Eisen (NiFe)) bestehen, wobei der elektrische Widerstand des magnetoresistiven Materials von einer Stärke und/oder einer Richtung des Magnetfelds abhängen kann, das an dem magnetoresistiven Material vorliegt. Hier kann das Erfassungselement 310 basierend auf einem AMR-Effekt (AMR: Anisotropic Magnetoresistance - anisotroper Magnetowiderstand), einem GMR-Effekt (GMR: Giant Magnetoresistance - Riesenmagnetowiderstand), einem TMR-Effekt (TMR: Tunnel Magnetoresistance - Tunnelmagnetowiderstand) oder dergleichen betrieben werden. Als ein anderes Beispiel kann das Erfassungselement 310 ein Hall-basiertes Erfassungselement beinhalten, das basierend auf einem Hall-Effekt arbeitet. Als ein zusätzliches Beispiel kann das Erfassungselement 310 einen VR-basiertes (VR: variable Reluktanz) Erfassungselement beinhalten, das basierend auf Induktion arbeitet. Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 mehrere Erfassungselemente 310 beinhalten. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich des Erfassungselements 310 sind unten beschrieben.
• Der ADC 320 kann einen Analog-Digital-Umsetzer beinhalten, der ein analoges Signal von dem Satz von Erfassungselementen 310 in ein digitales Signal umsetzt. Zum Beispiel kann der ADC 320 analoge Signale, die von dem Satz von Erfassungselementen 310 empfangen werden, in digitale Signale, die durch einen DSP 330 zu verarbeiten sind, umsetzen. Der ADC 320 kann die digitalen Signale an den DSP 330 liefern. Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 einen oder mehrere ADCs 320 beinhalten.
• Der DSP 330 kann eine digitale Signalverarbeitungsvorrichtung oder eine Sammlung von digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen beinhalten. Bei manchen Implementierungen kann der DSP 330 digitale Signale von dem ADC 320 empfangen und kann die digitalen Signale verarbeiten, um Ausgangssignale (z. B. für die Steuerung 230 bestimmt, wie in 2 gezeigt ist) zu bilden, wie etwa Ausgangssignale, die mit dem Bestimmen des Rotationswinkels des Magneten 210 verknüpft sind, der mit einem drehbaren Objekt rotiert.
• Ein optionales Speicherelement 340 kann einen Nurlesespeicher (ROM: Read Only Memory) (z. B. EEPROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM: Random Access Memory) und/oder eine andere Art einer dynamischen oder statischen Speicherungsvorrichtung (z. B. einen Flash-Speicher, einen Magnetspeicher, einen optischen Speicher usw.) beinhalten, die Informationen und/oder Anweisungen zur Verwendung durch den Winkelsensor 220 speichert. Bei manchen Implementierungen kann das optionale Speicherelement 340 Informationen speichern, die mit der durch den DSP 330 durchgeführten Verarbeitung verknüpft sind. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein optionales Speicherelement 340 Konfigurationswerte oder -parameter für den Satz von Erfassungselementen 310 und/oder Informationen für ein oder mehrere andere Elemente eines Winkelsensors 220, wie etwa den ADC 320 oder die digitale Schnittstelle 350, speichern.
• Die digitale Schnittstelle 350 kann eine Schnittstelle beinhalten, über die der Winkelsensor 220 Informationen von einer anderen Vorrichtung, wie etwa der Steuerung 230 (siehe 2), empfangen und/oder an diese liefern kann. Zum Beispiel kann die digitale Schnittstelle 350 das Ausgangssignal, das durch den DSP 330 bestimmt wird, an die Steuerung 230 liefern und kann ferner Informationen von der Steuerung 230 empfangen.
• Die Anzahl und die Anordnung von in 3 gezeigten Elementen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann der Winkelsensor 220 zusätzliche Elemente, weniger Elemente, unterschiedliche Elemente oder unterschiedlich angeordnete Elemente als jene in 3 gezeigten beinhalten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Satz von Elementen (z. B. ein oder mehrere Elemente) des Winkelsensors 220 eine oder mehrere Funktionen durchführen, die so beschrieben sind, dass sie durch einen anderen Satz von Elementen des Winkelsensors 220 durchgeführt werden.
• 4A-4E sind Diagramme, die mit einer Beispielimplementierung des Erfassungselements 310 verknüpft sind, das in dem Winkelsensor 220 enthalten ist. 4A-4C zeigen eine Beispielbrücke 400 des Erfassungselements 310 in einem Winkelsensor 220. Wie in 4A-4C gezeigt, kann die Brücke 400 bei manchen Implementierungen Widerstände 410-1 bis 410-6 beinhalten.
• Die Brücke 400 beinhaltet einen oder mehrere Schaltkreise, der/die Ausgangssignale basierend auf einer Richtung (z. B. einem Winkel) des Magnetfelds, das an die Brücke 400 angelegt wird, bereitstellen. Bei manchen Implementierungen kann die Beispielbrücke 400 mit einer Leistungsversorgung gekoppelt sein, um ein Eingangsspannungssignal (identifiziert als V_bias in 4A-4C) zu empfangen. Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 400 ferner mit einer (nicht gezeigten) Masse gekoppelt sein. Wie unten ausführlicher beschrieben, können Ausgangssignale (z. B. Spannungen, Ausgangssignale, Ausgangsspannungen, Ausgangsspannungssignale oder dergleichen), die durch die Brücke 400 bereitgestellt werden, verwendet werden, um den Rotationswinkel des Magneten 210 zu bestimmen und/oder um eine oder mehrere funktionale Sicherheitsüberprüfungen durchzuführen, die mit dem Winkelsensor 220 verknüpft sind.
• Der Widerstand 410 kann einen Widerstand, wie etwa einen MRbasierten Widerstand, mit einem elektrischen Widerstandswert, der von einem Winkel einer ebeneninternen Komponente eines Magnetfelds abhängt, die an den Widerstand 410 angelegt wird (d. h. eine Komponente des Magnetfelds, die parallel zu einer aktiven Oberfläche des Widerstands 410 ist), beinhalten. Der Winkel des Magnetfelds kann einen Winkel mit Bezug auf eine magnetische Referenzrichtung bilden, die mit dem Widerstand 410 verknüpft ist.
• Bei manchen Implementierungen, wie in 4A-4C gezeigt, können die Widerstände 410-1, 410-2 und 410-3 verbunden werden, um eine erste Gruppe von Widerständen 410 zu bilden, während die Widerstände 410-4, 410-5 und 410-6 verbunden werden können, um eine zweite Gruppe von Widerständen 410 zu bilden. In manchen Aspekten kann jede Gruppe von Widerständen 410 (z. B. jede Gruppe aus drei Widerständen 410, jede Halbbrücke aus Widerständen 410 und/oder dergleichen) mit einer individuellen Leistungsversorgung verbunden sein, um eine funktionale Sicherheit des Winkelsensors 200 weiter zu verbessern. Wie gezeigt, kann jede Gruppe von Widerständen 410 so angeordnet sein, dass magnetische Referenzrichtungen der Widerstände 410 in jeder Gruppe in Bezug auf einen Winkel separiert sind. Zum Beispiel können die Widerstände 410-1, 410-2 und 410-3 so angeordnet sein, dass magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410-1, 410-2 und 410-3 in Bezug auf einen Winkel von näherungsweise 120 Grad separiert sind. Als ein anderes Beispiel können die Widerstände 410-4, 410-5 und 410-6 so angeordnet sein, dass magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410-4, 410-5 und 410-6 in Bezug auf einen Winkel von näherungsweise 120 Grad separiert sind. Bei manchen Implementierungen, wie in 4A-4C gezeigt, kann eine Gruppe von Widerständen 410 mit gleicher Winkelseparation der magnetischen Referenzrichtungen von Widerständen 410, die in der Gruppe von Widerständen 410 enthalten sind, angeordnet sein.
• Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Gruppe von Widerständen 410 so angeordnet sein, dass eine Winkelseparation der magnetischen Referenzrichtungen der Widerstände 410 nicht gleich ist. Zum Beispiel kann eine magnetische Referenzrichtung eines ersten Widerstands 410 hinsichtlich eines Winkels von einer magnetischen Referenzrichtung eines zweiten Widerstands 410 um einen ersten Betrag (z. B. 140 Grad) separiert sein, während die magnetische Referenzrichtung des zweiten Widerstands 410 hinsichtlich eines Winkels von einer magnetischen Referenzrichtung eines dritten Widerstands 410 um einen zweiten Betrag (z. B. 100 Grad) separiert sein kann und die magnetische Referenzrichtung des dritten Widerstands 410 hinsichtlich eines Winkels von einer magnetischen Referenzrichtung des ersten Widerstands 410 um einen dritten Betrag (z. B. 120 Grad) separiert sein kann.
• Bei manchen Implementierungen kann eine Gruppe von Widerständen 410 so angeordnet sein, dass eine magnetische Referenzrichtung von wenigstens einem Widerstand 410 nichtorthogonal zu einer magnetischen Referenzrichtung von jedem anderen Widerstand in der Gruppe von Widerständen ist. Zusätzlich oder alternativ dazu könnte ein Teilsatz einer Gruppe von Widerständen 410 so verändert werden, dass magnetische Referenzrichtungen des Teilsatzes von Widerständen 410 orthogonal sind. Hier kann ein anderer Widerstand 410, der nicht in dem Teilsatz von Widerständen 410 enthalten ist, so angeordnet sein, dass eine magnetische Referenzrichtung des anderen Widerstands 410 nichtorthogonal zu den magnetischen Referenzrichtungen des Teilsatzes von Widerständen 410 ist.
• Wie weiter in 4A-4C gezeigt, kann ein gegebener Widerstand 410, der in der ersten Gruppe von Widerständen 410 enthalten ist, so angeordnet sein, dass die magnetische Referenzrichtung des gegebenen Widerstands 410 entgegengesetzt (z. B. hinsichtlich eines Winkels um näherungsweise 180 Grad separiert ist) zu einer magnetischen Referenzrichtung eines entsprechenden Widerstands 410 ist, der in der zweiten Gruppe von Widerständen 410 enthalten ist. Zum Beispiel sind die Widerstände 410-1 und 410-4 so angeordnet, dass magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410-1 und 410-4 entgegengesetzt sind. Gleichermaßen sind die Widerstände 410-2 und 410-5 so angeordnet, dass magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410-2 und 410-5 entgegengesetzt sind. Wie weiter gezeigt, sind die Widerstände 410-3 und 410-6 so angeordnet, dass magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410-3 und 410-6 entgegengesetzt sind.
• Die Widerstandswerte der Widerstände 410-1 bis 410-6 sind durch die folgenden Gleichungen als eine Funktion des Rotationswinkels beschrieben: $${\text{R}}_{\text{410}-\text{1}}=\text{R}\times \left(\text{O}+\text{cos}\left(\mathrm{\alpha }\right)\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{410}-2}=\text{R}\times \left(\text{O}+\text{cos}\left(\mathrm{\alpha }+2\pi /3\right)\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{410}-3}=\text{R}\times \left(\text{O}+\text{cos}\left(\mathrm{\alpha +4}\pi /3\right)\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{410}-4}=\text{R}\times \left(\text{O}-\text{cos}\left(\mathrm{\alpha }\right)\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{410}-5}=\text{R}\times \left(\text{O}-\text{cos}\left(\mathrm{\alpha +2}\pi /3\right)\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{410}-6}=\text{R}\times \left(\text{O}-\text{cos}\left(\mathrm{\alpha +4}\pi /3\right)\right)$$

  

  wobei R einen maximalen Abstand von jedem Widerstand 410 repräsentiert und O einen Winkelversatz repräsentiert, der mit der Positionierung der Brücke 400 verknüpft ist.
• Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 400 während des Betriebs mehrere Ausgangssignale bereitstellen, die mit Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, das an die Brücke 400 angelegt wird, wobei wenigstens eine Komponente der Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder der anderen Komponenten des Magnetfelds ist. Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 400 die mehreren Ausgangssignale basierend auf dem selektiven Verbinden (d. h. Schalten) der Widerstände 410 mit verschiedenen Spannungsanschlüssen während des Betriebs des Winkelsensors 220 bereitstellen, um unterschiedliche Brückenkonfigurationen zu bilden.
• Zum Beispiel kann, wie in 4A gezeigt, eine erste Brückenkonfiguration zu einer ersten Zeit während des Betriebs durch Verbinden der Widerstände 410-1 und 410-4 mit einem ersten Spannungsanschluss (z. B. dem oberen V_bias-Anschluss, wie in 4A gezeigt) und Verbinden der Widerstände 410-2, 410-3, 410-5 und 410-6 mit einem zweiten Spannungsanschluss (z. B. dem unteren V_bias -Anschluss, wie in 4A gezeigt) gebildet werden. Hier kann, wie in 4A gezeigt, die Brücke 400 ein erstes Spannungssignal (V₁ ) ausgeben, das mit der ersten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₁ hängt von einem Widerstandswert der ersten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der ersten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_1=\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-2},{\text{R}}_{\text{410}-3}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-1}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-2},{\text{R}}_{\text{410}-3}\right)}-\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-5},{\text{R}}_{\text{410}-6}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-4}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-5},{\text{R}}_{\text{410}-6}\right)}$$

  

  wobei R_p(R_410-2, R_410-3) und R_p (R_410-5, R_410-6) äquivalente Widerstandswerte der parallelen Widerstände 410-2 bzw. 410-3 und der parallelen Widerstände 410-5 und 410-6 repräsentieren, die durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-2},{\text{R}}_{\text{410}-3}\right)=\frac{R_{410-2}\times R_{410-3}}{R_{410-2}+R_{410-3}}$$

  

  $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-5},{\text{R}}_{\text{410}-6}\right)=\frac{R_{410-5}\times R_{410-6}}{R_{410-5}+R_{410-6}}$$

  
• Fortfahrend mit diesem Beispiel, wie in 4B gezeigt, kann eine zweite Brückenkonfiguration zu einer zweiten Zeit während des Betriebs (z. B. direkt anschließend an die erste Zeit) durch Schalten von Verbindungen der Widerstände 410 derart, dass die Widerstände 410-2 und 410-5 mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden sind und die Widerstände 410-1, 410-3, 410-4 und 410-6 mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden sind, gebildet werden. Hier kann, wie in 4B gezeigt, die Brücke 400 ein zweites Spannungssignal (V₂ ) ausgeben, das mit der zweiten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₂ hängt von einem Widerstandswert der zweiten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der zweiten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_2=\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-3},{\text{R}}_{\text{410}-1}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-2}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-3},{\text{R}}_{\text{410}-1}\right)}-\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-6},{\text{R}}_{\text{410}-4}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-5}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-6},{\text{R}}_{\text{410}-4}\right)}$$

  

  wobei R_p(R_410-3, R_410-1) und R_p(R_410-6, R_410-4) äquivalente Widerstandswerte der parallelen Widerstände 410-1 bzw. 410-3 und der parallelen Widerstände 410-4 und 410-6 repräsentieren, die durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-3},{\text{R}}_{\text{410}-1}\right)=\frac{R_{410-3}\times R_{410-1}}{R_{410-3}+R_{410-1}}$$

  

  $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-6},{\text{R}}_{\text{410}-4}\right)=\frac{R_{410-6}\times R_{410-4}}{R_{410-6}+R_{410-4}}$$

  
• Fortfahrend mit diesem Beispiel, wie in 4C gezeigt, kann eine dritte Brückenkonfiguration zu einer dritten Zeit während des Betriebs (z. B. direkt anschließend an die zweite Zeit) durch Schalten von Verbindungen der Widerstände 410 derart, dass die Widerstände 410-3 und 410-6 mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden sind und die Widerstände 410-1, 410-2, 410-4 und 410-5 mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden sind, gebildet werden. Hier kann, wie in 4C gezeigt, die Brücke 400 ein drittes Spannungssignal (V₃ ) ausgeben, das mit der dritten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₃ hängt von einem Widerstandswert der dritten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der dritten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_3=\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-1},{\text{R}}_{\text{410}-2}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-3}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-1},{\text{R}}_{\text{410}-2}\right)}-\frac{{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-4},{\text{R}}_{\text{410}-5}\right)}{{\text{R}}_{\text{410}-6}+{\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-4},{\text{R}}_{\text{410}-5}\right)}$$

  

  wobei R_p(R_410-1, R_410-2) und R_p(R_410-4, R_410-5) äquivalente Widerstandswerte der parallelen Widerstände 410-1 bzw. 410-2 und der parallelen Widerstände 410-4 und 410-5 repräsentieren, die durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-1},{\text{R}}_{\text{410}-2}\right)=\frac{R_{410-1}\times R_{410-2}}{R_{410-1}+R_{410-2}}$$

  

  $${\text{R}}_{\text{p}}\left({\text{R}}_{\text{410}-5},{\text{R}}_{\text{410}-6}\right)=\frac{R_{410-4}\times R_{410-5}}{R_{410-4}+R_{410-5}}$$

  
• 4D ist ein Diagramm einer beispielhaften grafischen Repräsentation, die einen Widerstandswert jeder Brückenkonfiguration der Brücke 400 mit Bezug auf den Rotationswinkel zeigt. Bemerkenswerterweise ist, wie in 4D gezeigt, eine Summe der Widerstandswerte, die jeder Brückenkonfiguration entsprechen, für einen gegebenen Rotationswinkel näherungsweise gleich null (z. B. für einen gegebenen Wert von R und O).
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel bestimmen und/oder eine oder mehrere verbesserte funktionale Sicherheitsüberprüfungen basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal durchführen. 4E zeigt ein Diagramm, das mit einer Bestimmung des Rotationswinkels basierend auf den Ausgangssignalen, die durch die Brücke 400 bereitgestellt werden, verknüpft ist. Wie in 4E gezeigt, kann der Winkelsensor 220 bei manchen Implementierungen den Rotationswinkel basierend auf Referenzachsen bestimmen, die magnetischen Referenzrichtungen der Widerstände 410 entsprechen.
• Zum Beispiel wird, wie gezeigt, eine Sinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf eine erste Referenzachse (z. B. eine Achse, die der magnetischen Referenzrichtung der Widerstände 410-1 und 410-4 entspricht) durch V₁ repräsentiert, während eine Cosinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf die erste Referenzachse durch eine Kombination von V₂ und V₃ (z. B. (V₂ -V₃)/ (2×cos(30°)) repräsentiert wird. Gleichermaßen wird eine Sinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf eine zweite Referenzachse (z. B. eine Achse, die der magnetischen Referenzrichtung der Widerstände 410-2 und 410-5 entspricht und die eine 120°-Rotation im Uhrzeigersinn von der ersten Referenzachse repräsentiert) durch V₂ repräsentiert, während eine Cosinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf die zweite Referenzachse durch eine Kombination von V₃ und V₁ (z. B. (V₃ - V₁)/ (2×cos(30°)) repräsentiert wird. Ferner wird bei diesem Beispiel eine Sinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf eine dritte Referenzachse (z. B. eine Achse, die der magnetischen Referenzrichtung der Widerstände 410-3 und 410-6 entspricht und eine 240°-Rotation im Uhrzeigersinn von der ersten Referenzachse repräsentiert) durch V₃ repräsentiert, während eine Cosinuskomponente des Magnetfelds mit Bezug auf die dritte Referenzachse durch eine Kombination von V₁ und V₂ (z. B. (V₁ - V₂) / (2×cos(30°)) repräsentiert wird.
• Wie weiter in 4E gezeigt, kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel basierend auf den Sinuskomponenten und den Cosinuskomponenten bestimmen, die mit jeder Referenzachse verknüpft sind (z. B. basierend auf inversen Tangenten von jeder Sinuskomponente dividiert durch eine entsprechende Cosinuskomponente, und wobei die Rotation der Referenzachse korrigiert wird).
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere verbesserte funktionale Sicherheitsüberprüfungen unter Verwendung der Ausgangssignale und/oder des bestimmten Rotationswinkels durchführen. Zum Beispiel sollte, weil eine Summe von Widerstandswerten jeder Brückenkonfiguration für einen gegebenen Rotationswinkel näherungsweise gleich null sein sollte (wie oben mit Bezug auf 4D gezeigt ist), eine Summe der Ausgangssignale auch näherungsweise gleich null sein (z. B. V₁ + V₂ + V₃ = 0). Hier kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob die Summe der Ausgangssignale näherungsweise gleich null ist (z. B. innerhalb eines Schwellenbetrags, wie etwa 0,1 Volt, 0,05 Volt oder dergleichen, liegt). Wenn ja, kann der sichere Betrieb des Winkelsensors 220 angenommen werden. Im Gegensatz dazu kann, falls die Summe der Ausgangssignale nicht näherungsweise gleich null ist (z. B. von null um einen Betrag gleich oder größer als der Schwellenbetrag abweicht), der Winkelsensor 220 dann bestimmen, dass ein oder mehr Elemente der Brücke 400 nicht ordnungsgemäß arbeiten, und kann entsprechend handeln (z. B. eine Warnnachricht und/oder Benachrichtigung an die Steuerung 230 senden, einen Fehler-Flag setzen, die Brücke 400 deaktivieren oder dergleichen).
• Als ein anderes Beispiel sollte die Anordnung der Brücke 400 in einer Vektorsumme der Ausgangssignale resultieren, die während des Betriebs im Wesentlichen konstant ist (z. B. V₁ ² + V₂ ² + V₃ ² = konstant). Hier kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob die Vektorsumme der Ausgangssignale im Wesentlichen konstant ist (z. B. ob die Vektorsumme mit einer Rate variiert, die eine Schwelle erfüllt). Wenn ja, kann der sichere Betrieb des Winkelsensors 220 angenommen werden. Im Gegensatz dazu kann, falls die Vektorsumme der Ausgangssignale nicht im Wesentlichen konstant ist (z. B. mit einer Rate variiert, die größer als die Schwelle ist), der Winkelsensor 220 dann bestimmen, dass ein oder mehr Elemente der Brücke 400 nicht ordnungsgemäß arbeiten, und kann entsprechend handeln (z. B. eine Warnnachricht an die Steuerung 230 senden, einen Fehler-Flag setzen, die Brücke 400 deaktivieren oder dergleichen).
• Als ein anderes Beispiel sollte die Anordnung der Brücke 400 dazu führen, dass jeder bestimmte Rotationswinkel (z. B. α₁, α₂ und α₃ in 4E) im Wesentlichen übereinstimmt. Hier kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob jeder bestimmte Rotationswinkel im Wesentlichen übereinstimmt (ob z. B. Differenzen zwischen jedem vom α₁, α₂ und α₃ kleiner als oder gleich einer Schwellendifferenz, wie etwa 0,1 Grad, 0,5 Grad oder dergleichen, sind). Wenn ja, kann der sichere Betrieb des Winkelsensors 220 angenommen werden. Im Gegensatz dazu kann, falls die bestimmten Rotationswinkel nicht im Wesentlichen übereinstimmen (falls z. B. eine Differenz größer als die Schwelle ist), der Winkelsensor 220 dann bestimmen, dass ein oder mehr Elemente der Brücke 400 nicht ordnungsgemäß arbeiten, und kann entsprechend handeln (z. B. eine Warnnachricht und/oder eine Benachrichtigung an die Steuerung 230 senden, einen Fehler-Flag setzen, die Brücke 400 deaktivieren oder dergleichen).
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220, wenn zwei oder mehr bestimmte Rotationswinkel im Wesentlichen übereinstimmen, dann bestimmen, welcher bestimmte Rotationswinkel nicht übereinstimmt und entsprechend handeln. Falls zum Beispiel α₁ im Wesentlichen mit α₂ übereinstimmt und α₃ nicht im Wesentlichen mit α₁ oder α₂ übereinstimmt, kann der Winkelsensor 220 dann mit der Bestimmung von α₁ oder α₂ fortfahren, die Bestimmung von α₃ einstellen und hinsichtlich eines möglichen Fehlers oder einer mit der Bestimmung von α₃ verknüpften Fehlfunktion eine Warnnachricht und/oder Benachrichtig senden, einen Fehler-Flag setzen oder dergleichen.
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere funktionale Sicherheitsüberprüfungen durchführen, bevor der Rotationswinkel bestimmt wird, um Verarbeitungsressourcen zu sparen, einen Leistungsverbrauch zu reduzieren oder dergleichen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob die Summe der Ausgangssignale näherungsweise gleich null ist, bevor der (die) Rotationswinkel bestimmt werden. Falls die Summe der Ausgangssignale nicht näherungsweise gleich null ist, wie oben beschrieben ist, kann hier der Winkelsensor 220 dann das Bestimmen des Rotationswinkels unterlassen (z. B. da ein sicherer Betrieb nicht angenommen werden kann), wodurch Verarbeitungsressourcen gespart werden, ein Leistungsverbrauch reduziert wird oder dergleichen.
• Auf diese Weise kann der Winkelsensor 220 Ausgangssignale bereitstellen, die mit drei oder mehr Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, wobei wenigstens eine der drei oder mehr Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder anderen Komponente des Magnetfelds ist. Die Ausgangssignale, die mit den mehreren Komponenten verknüpft sind, können verwendet werden, um den Rotationswinkel zu bestimmen und können verbesserte und/oder zusätzliche funktionale Sicherheitsüberprüfungen, erhöhte Zuverlässigkeit, Diversität und/oder Redundanz (z. B. im Vergleich zu einem Winkelsensor ohne das Erfassungselement des Winkelsensors 220) ermöglichen. Zudem beinhaltet das Erfassungselement des Winkelsensors 220 nur sechs Widerstände 410, wodurch Kosten und/oder Komplexität des Winkelsensors 220 reduziert werden, während eine verbesserte funktionale Sicherheit bereitgestellt wird.
• Die in 4A-4C gezeigte Anzahl und Anordnung der Widerstände 410 und die in 4D und 4E gezeigten Beispiele sind lediglich als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Widerstände 410, weniger Widerstände 410, unterschiedliche Widerstände 410 oder unterschiedlich angeordnete Widerstände 410 als jene in 4A-4C gezeigten beinhalten. Zusätzlich sind Winkelseparationen, Orientierungen von magnetischen Referenzrichtungen, Gleichungen zum Bestimmen des Rotationswinkels, Widerstandswerte oder dergleichen, die mit 4A-4E verknüpft sind, lediglich als Beispiele bereitgestellt und sind andere Beispiele möglich.
• 5A-5D sind Diagramme, die mit einer anderen Beispielimplementierung des Erfassungselements 310 verknüpft sind, das in dem Winkelsensor 220 enthalten ist. 5A-5C zeigen eine Beispielbrücke 500 der Erfassungselemente 310 in einem Winkelsensor 220. Wie in 5A-5C gezeigt, kann die Brücke 500 bei manchen Implementierungen Widerstände 410-1 bis 410-6 beinhalten. Die Brücke 500 und die Widerstände 410 können auf eine ähnliche Weise wie jene angeordnet sein, die oben mit Bezug auf die Brücke 400 beschrieben ist.
• Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 500 während des Betriebs mehrere Ausgangssignale bereitstellen, die mit Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, das an die Brücke 500 angelegt wird, wobei wenigstens eine Komponente der Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder anderen Komponente des Magnetfelds ist. Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 500 die mehreren Ausgangssignale basierend auf dem selektiven Verbinden (d. h. Schalten) der Widerstände 410 mit verschiedenen Spannungsanschlüssen während des Betriebs des Winkelsensors 220 bereitstellen, um unterschiedliche Brückenkonfigurationen zu bilden, oder zum Trennen von Widerständen 410 von allen Spannungsanschlüssen während des Betriebs.
• Zum Beispiel kann, wie in 5A gezeigt, eine erste Brückenkonfiguration zu einer ersten Zeit während des Betriebs durch Verbinden der Widerstände 410-1 und 410-4 mit einem ersten Spannungsanschluss (z. B. dem oberen V_bias -Anschluss, wie in 5A gezeigt), Verbinden der Widerstände 410-2 und 410-5 mit einem zweiten Spannungsanschluss (z. B. dem unteren V_bias -Anschluss, wie in 5A gezeigt) und Trennen der Widerstände 410-3 und 410-6 von beiden Spannungsanschlüssen gebildet werden. Hier kann, wie in 5A gezeigt, die Brücke 500 ein erstes Spannungssignal (V₁ ) ausgeben, das mit der ersten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₁ hängt von einem Widerstandswert der ersten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der ersten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_1=\frac{{\text{R}}_{410-2}}{{\text{R}}_{410-1}+{\text{R}}_{410-2}}-\frac{{\text{R}}_{410-5}}{{\text{R}}_{410-4}+{\text{R}}_{410-5}}$$

  
• Fortfahrend mit diesem Beispiel, wie in 5B gezeigt, kann eine zweite Brückenkonfiguration zu einer zweiten Zeit während des Betriebs (z. B. direkt anschließend an die erste Zeit) durch Verbinden der Widerstände 410-2 und 410-5 mit dem ersten Spannungsanschluss, Verbinden der Widerstände 410-3 und 410-6 mit dem zweiten Spannungsanschluss und Trennen der Widerstände 410-1 und 410-4 von beiden Spannungsanschlüssen gebildet werden. Hier kann, wie in 5B gezeigt, die Brücke 500 ein zweites Spannungssignal (V₂ ) ausgeben, das mit der zweiten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₂ hängt von einem Widerstandswert der zweiten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der zweiten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_2=\frac{{\text{R}}_{410-3}}{{\text{R}}_{410-2}+{\text{R}}_{410-3}}-\frac{{\text{R}}_{410-6}}{{\text{R}}_{410-5}+{\text{R}}_{410-6}}$$

  
• Fortfahrend mit diesem Beispiel, wie in 5C gezeigt, kann eine dritte Brückenkonfiguration zu einer dritten Zeit während des Betriebs (z. B. direkt anschließend an die zweite Zeit) durch Verbinden der Widerstände 410-3 und 410-6 mit dem ersten Spannungsanschluss, Verbinden der Widerstände 410-1 und 410-4 mit dem zweiten Spannungsanschluss und Trennen der Widerstände 410-2 und 410-5 von beiden Spannungsanschlüssen gebildet werden. Hier kann, wie in 5C gezeigt, die Brücke 500 ein drittes Spannungssignal (V₃ ) ausgeben, das mit der dritten Brückenkonfiguration verknüpft ist. Eine Amplitude von V₃ hängt von einem Widerstandswert der dritten Brückenkonfiguration ab. Der Widerstandswert der dritten Brückenkonfiguration ist durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_3=\frac{{\text{R}}_{410-1}}{{\text{R}}_{410-3}+{\text{R}}_{410-1}}-\frac{{\text{R}}_{410-4}}{{\text{R}}_{410-6}+{\text{R}}_{410-4}}$$

  
• 5D ist ein Diagramm einer beispielhaften grafischen Repräsentation, die einen Widerstandswert jeder Brückenkonfiguration der Brücke 500 mit Bezug auf den Rotationswinkel zeigt. Bemerkenswerterweise ist, wie in 5D gezeigt, eine Summe der Widerstandswerte, die jeder Brückenkonfiguration entsprechen, für einen gegebenen Rotationswinkel näherungsweise gleich null (z. B. für einen gegebenen Wert von R und O).
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal bestimmen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel basierend auf den folgenden Gleichungen (ähnlich jenen, die in Assoziation mit 4E beschrieben sind und eine um 30° verschobene Winkelachse berücksichtigen) bestimmen: $${\mathrm{\alpha }}_1=\text{arctan}\left[2\times \text{cos}\left(30°\right)\times {\text{V}}_1/\left({\text{V}}_2-{\text{V}}_{\text{3}}\right)\right]-30°$$

  

  $${\mathrm{\alpha }}_2=\text{arctan}\left[2\times \text{cos}\left(30°\right)\times {\text{V}}_2/\left({\text{V}}_3-{\text{V}}_1\right)\right]-150°$$

  

  $${\mathrm{\alpha }}_3=\text{arctan}\left[2\times \text{cos}\left(30°\right)\times {\text{V}}_3/\left({\text{V}}_1-{\text{V}}_2\right)\right]-270°$$

  
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere verbesserte funktionale Sicherheitsüberprüfungen, die mit der Brücke 500 verknüpft sind, auf eine ähnliche Weise wie jene, die oben mit Bezug auf die Brücke 400 beschrieben ist, durchführen.
• Die in 5A-5C gezeigte Anzahl und Anordnung der Widerstände 510 und das in 5D gezeigte Beispiel sind lediglich als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Widerstände 410, weniger Widerstände 410, unterschiedliche Widerstände 410 oder unterschiedlich angeordnete Widerstände 410 als jene in 5A-5C gezeigten beinhalten. Zusätzlich sind Winkelseparationen, Orientierungen von magnetischen Referenzrichtungen, Gleichungen zum Bestimmen des Rotationswinkels, Widerstandswerte oder dergleichen, die mit 5A-5D verknüpft sind, lediglich als Beispiele bereitgestellt und sind andere Beispiele möglich.
• 6A und 6B sind Diagramme, die mit einer zusätzlichen Beispielimplementierung des Erfassungselements 310 verknüpft sind, das in dem Winkelsensor 220 enthalten ist. 6A zeigt eine Beispielbrücke 600 des Erfassungselements 310 in einem Winkelsensor 220. Wie in 6 gezeigt, kann die Brücke 600 bei manchen Implementierungen Widerstände 410-1 bis 410-6 beinhalten.
• Bei manchen Implementierungen, wie in 6A gezeigt, können die Widerstände 410-1 bis 410-6 dazu eingerichtet sein, drei nichtorthogonale Halbbrücken zu bilden. Zum Beispiel können der Widerstand 410-1 und 410-4 dazu eingerichtet sein, eine erste Halbbrücke zu bilden, die mit einer ersten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 0° Winkel mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 6B), können der Widerstand 410-2 und 410-5 dazu eingerichtet sein, eine zweite Halbbrücke zu bilden, die mit einer zweiten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 120° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 6B), und können der Widerstand 410-3 und 410-6 dazu eingerichtet sein, eine dritte Halbbrücke zu bilden, die mit einer dritten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 240° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 6B). Wie gezeigt, können die erste, zweite und dritte Halbbrücke bei manchen Implementierungen mit dem ersten und zweiten Spannungsanschluss verbunden sein. Bei manchen Implementierungen können die erste, zweite und dritte Halbbrücke permanent mit dem ersten und zweiten Spannungsanschluss verbunden sein.
• Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 600 während des Betriebs gleichzeitig mehrere Ausgangssignale bereitstellen, die mit Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, das an die Brücke 600 angelegt wird, wobei wenigstens eine Komponente der Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder der anderen Komponenten des Magnetfelds ist. Zum Beispiel kann die Brücke 600, wie in 6A gezeigt, ein erstes Spannungssignal (V₁ ) ausgeben, das mit einer Spannung zwischen der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke verknüpft ist. Eine Amplitude von V₁ hängt von einem äquivalenten Widerstandswert der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke ab. Der äquivalente Widerstandswert der erste Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_1=\frac{{\text{R}}_{410-4}}{{\text{R}}_{410-1}+{\text{R}}_{410-4}}-\frac{{\text{R}}_{410-5}}{{\text{R}}_{410-2}+{\text{R}}_{410-5}}$$

  
• Mit diesem Beispiel fortfahrend kann die Brücke 600 ein zweites Spannungssignal (V₂ ) ausgeben, das mit einer Spannung zwischen der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist. Eine Amplitude von V₂ hängt von einem äquivalenten Widerstandswert der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke ab. Der äquivalente Widerstandswert der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_2=\frac{{\text{R}}_{410-5}}{{\text{R}}_{410-2}+{\text{R}}_{410-5}}-\frac{{\text{R}}_{410-6}}{{\text{R}}_{410-3}+{\text{R}}_{410-6}}$$

  
• Mit diesem Beispiel fortfahrend kann die Brücke 600 ein drittes Spannungssignal (V₃ ) ausgeben, das mit einer Spannung zwischen der dritten Halbbrücke und der ersten Halbbrücke verknüpft ist. Eine Amplitude von V₃ hängt von einem äquivalenten Widerstandswert der dritten Halbbrücke und der ersten Halbbrücke ab. Der äquivalente Widerstandswert der dritten Halbbrücke und der ersten Halbbrücke wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $${\text{R}}_3=\frac{{\text{R}}_{410-6}}{{\text{R}}_{410-3}+{\text{R}}_{410-6}}-\frac{{\text{R}}_{410-4}}{{\text{R}}_{410-1}+{\text{R}}_{410-4}}$$

  
• 6B ist ein Diagramm einer beispielhaften grafischen Repräsentation, die äquivalente Widerstandswerte der Brücke 600 mit Bezug auf den Rotationswinkel zeigt. Bemerkenswerterweise ist, wie in 6B gezeigt, eine Summe der Widerstandswerte, die jeder Brückenkonfiguration entsprechen, für einen gegebenen Rotationswinkel näherungsweise gleich null (z. B. für einen gegebenen Wert von R und O). Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 600 im Vergleich zu einem Winkelsensor nach dem Stand der Technik einen reduzierten Flächenverbrauch mit einer geringfügigen Reduzierung einer Signalamplitude aufweisen. Zum Beispiel kann die Brücke 600 einen Flächenverbrauch im Vergleich zu einem vorherigen Winkelsensor mit ähnlichen Kapazitäten (z. B. einem vorherigen Winkelsensor mit drei Wheatstone-Vollbrücken) um näherungsweise 50 % reduzieren, mit einer Amplitudenreduzierung von näherungsweise 12 %, wie in 6B veranschaulicht ist (z. B. durch die Linie, die als „88 % von Vorheriger“ beschriftet ist).
• Bei manchen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal auf eine ähnliche Weise wie oben mit Bezug auf die Brücke 400 beschrieben bestimmen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere verbesserte funktionale Sicherheitsüberprüfungen, die mit der Brücke 600 verknüpft sind, auf eine ähnliche Weise wie jene, die oben mit Bezug auf die Brücke 400 beschrieben ist, durchführen.
• Die in 6A gezeigte Anzahl und Anordnung der Widerstände 410 und das in 6B gezeigte Beispiel sind lediglich als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Widerstände 410, weniger Widerstände 410, unterschiedliche Widerstände 410 oder unterschiedlich angeordnete Widerstände 410 als jene in 6A gezeigten beinhalten. Zusätzlich sind Winkelseparationen, Orientierungen von magnetischen Referenzrichtungen, Gleichungen zum Bestimmen des Rotationswinkels, Widerstandswerte oder dergleichen, die mit 6A und 6B verknüpft sind, lediglich als Beispiele bereitgestellt und sind andere Beispiele möglich.
• 7 ist ein Diagramm, das mit einer anderen Beispielimplementierung des Erfassungselements 310 verknüpft ist, das in dem Winkelsensor 220 enthalten ist. 7 zeigt eine Beispielbrücke 700 des Erfassungselements 310 in einem Winkelsensor 220. Wie in 7 gezeigt, kann die Brücke 700 bei manchen Implementierungen zwei von jeden der Widerstände 410-1 bis 410-6 beinhalten.
• Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 700 auf eine ähnliche Weise wie jene der Brücke 600 aus 6 arbeiten. Bei manchen Implementierungen kann eine Aufnahme von zusätzlichen Widerständen 410 in die Brücke 700 eine erhöhte Zuverlässigkeit und/oder Redundanz bereitstellen.
• Die Anzahl und die Anordnung der in 7 gezeigten Widerstände 410 sind lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Widerstände 410, weniger Widerstände 410, unterschiedliche Widerstände 410 oder unterschiedlich angeordnete Widerstände 410 als jene in 7 gezeigten beinhalten. Zusätzlich sind Winkelseparationen, Orientierungen von magnetischen Referenzrichtungen, Gleichungen zum Bestimmen des Rotationswinkels, Widerstandswerte oder dergleichen, die mit 7 verknüpft sind, lediglich als Beispiele bereitgestellt und sind andere Beispiele möglich.
• 8 ist ein Diagramm, das mit einer zusätzlichen Beispielimplementierung des Erfassungselements 310 verknüpft ist, das in dem Winkelsensor 220 enthalten ist. 8 zeigt eine Beispielbrücke 800 des Erfassungselements 310 in einem Winkelsensor 220. Wie in 8 gezeigt, kann die Brücke 800 bei manchen Implementierungen Widerstände 410-1 bis 410-10 beinhalten.
• Bei manchen Implementierungen, wie in 8 gezeigt, können die Widerstände 410-1 bis 410-10 dazu eingerichtet sein, fünf nichtorthogonale Halbbrücken zu bilden. Zum Beispiel können der Widerstand 410-1 und 410-6 dazu eingerichtet sein, eine erste Halbbrücke zu bilden, die mit einer ersten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 0° Winkel mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 8), können der Widerstand 410-2 und 410-7 dazu eingerichtet sein, eine zweite Halbbrücke zu bilden, die mit einer zweiten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 72° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 8), können der Widerstand 410-3 und 410-8 dazu eingerichtet sein, eine dritte Halbbrücke zu bilden, die mit einer dritten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 144° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 8), können der Widerstand 410-4 und 410-9 dazu eingerichtet sein, eine vierte Halbbrücke zu bilden, die mit einer vierten Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 216° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 8), und können der Widerstand 410-5 und 410-10 dazu eingerichtet sein, eine fünfte Halbbrücke zu bilden, die mit einer fünften Referenzachse verknüpft ist (z. B. ein 288° Rotationswinkel im Uhrzeigersinn mit Bezug auf eine vertikale Richtung aus 8). Bei manchen Implementierungen können die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Halbbrücke mit jeweiligen Spannungsanschlüssen verbunden sein. Bei manchen Implementierungen können die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Halbbrücke permanent und/oder direkt mit dem ersten und zweiten Spannungsanschluss verbunden sein.
• Bei manchen Implementierungen kann die Brücke 800 während des Betriebs gleichzeitig mehrere Ausgangssignale bereitstellen, die mit Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, das an die Brücke 800 angelegt wird, wobei wenigstens eine Komponente der Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder der anderen Komponenten des Magnetfelds ist.
• Zum Beispiel kann die Brücke 800 bei einer ersten in 8 gezeigten Implementierung (in 8 als Differentialmessungssatz 1 beschriftet) ein erstes Spannungssignal (V_1-3 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein zweites Spannungssignal (V_3-5 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der dritten Halbbrücke und der fünften Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der dritten Halbbrücke und der fünften Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein drittes Spannungssignal (V_2-4 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der zweiten Halbbrücke und der vierten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der zweiten Halbbrücke und der vierten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein viertes Spannungssignal (V_4-1 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der vierten Halbbrücke und der ersten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der vierten Halbbrücke und der ersten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein fünftes Spannungssignal (V_5-2 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der fünften Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der fünften Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke abhängt.
• Als ein anderes Beispiel kann die Brücke 800 bei einer zweiten in 8 gezeigten Implementierung (in 8 als Differentialmessungssatz 2 beschriftet) ein erstes Spannungssignal (V_1-2 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein zweites Spannungssignal (V_2-3 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein drittes Spannungssignal (V_3-4 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der dritten Halbbrücke und der vierten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der dritten Halbbrücke und der vierten Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein viertes Spannungssignal (V_4-5 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der vierten Halbbrücke und der fünften Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der vierten Halbbrücke und der fünften Halbbrücke abhängt. Wie weiter gezeigt ist, kann die Brücke 800 ein fünftes Spannungssignal (V_5-1 ) ausgeben, das mit der Spannung zwischen der fünften Halbbrücke und der ersten Halbbrücke verknüpft ist und dessen Amplitude von einem äquivalenten Widerstandswert der fünften Halbbrücke und der ersten Halbbrücke abhängt.
• Bei dem obigen Beispiel kann der Winkelsensor 220 den Rotationswinkel basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal, dem dritten Spannungssignal, dem vierten Spannungssignal und dem fünften Spannungssignal auf eine der oben beschriebenen ähnliche Weise bestimmen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere verbesserte funktionale Sicherheitsüberprüfungen, die mit der Brücke 800 verknüpft sind, auf eine ähnliche Weise wie jene, die oben beschrieben ist, durchführen. Da eine Summe von Widerstandswerten jeder Brückenkonfiguration für einen gegebenen Rotationswinkel näherungsweise gleich null sein sollte, sollte zum Beispiel eine Summe der Ausgangssignale ebenfalls näherungsweise gleich null sein (d. h. V_1-3 + V_3-5 + V_2-4 + V_4-1 + V_5-2 = 0 für Differentialmessungssatz 1 oder V_1-2 + V_2-3 + V_3-4 + V_4-5 + V_5-1 = 0 für Differentialmessungssatz 2). Hier kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob die Summe der Ausgangssignale näherungsweise gleich null ist (z. B. innerhalb eines Schwellenbetrags, wie etwa 0,1 Volt, 0,05 Volt oder dergleichen, liegt). Wenn ja, kann der sichere Betrieb des Winkelsensors 220 angenommen werden. Im Gegensatz dazu kann, falls die Summe der Ausgangssignale nicht näherungsweise gleich null ist (z. B. von null um einen Betrag gleich oder größer als der Schwellenbetrag abweicht), der Winkelsensor 220 dann bestimmen, dass ein oder mehr Elemente der Brücke 800 nicht ordnungsgemäß arbeiten, und kann entsprechend handeln (z. B. eine Warnnachricht und/oder Benachrichtigung an die Steuerung 230 senden, einen Fehler-Flag setzen, die Brücke 800 deaktivieren oder dergleichen).
• Als ein anderes Beispiel sollte die Anordnung der Brücke 800 zu einer Vektorsumme der Ausgangssignale führen, die während des Betriebs näherungsweise konstant ist (z. B. V_1-3 ² + V_3-5 ² + V_2-4 ² + V_4-1 ² + V_5-2 ² = konstant für Differentialmessungssatz 1 oder V_1-2 ² + V_2-3 ² + V_3-4 ² + V_4-5 ² + V_5-1 ² = konstant für Differentialmessungssatz 2). Hier kann der Winkelsensor 220 bestimmen, ob die Vektorsumme der Ausgangssignale im Wesentlichen konstant ist. Wenn ja, kann der sichere Betrieb des Winkelsensors 220 angenommen werden. Im Gegensatz dazu kann, falls die Vektorsumme der Ausgangssignale nicht im Wesentlichen konstant ist (z. B. mit einer Rate variiert, die größer als die Schwelle ist), der Winkelsensor 220 dann bestimmen, dass ein oder mehr Elemente der Brücke 800 nicht ordnungsgemäß arbeiten, und kann entsprechend handeln (z. B. eine Warnnachricht an die Steuerung 230 senden, einen Fehler-Flag setzen, die Brücke 800 deaktivieren oder dergleichen).
• Die Anzahl und die Anordnung der in 8 gezeigten Widerstände 410 sind lediglich als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Widerstände 410, weniger Widerstände 410, unterschiedliche Widerstände 410 oder unterschiedlich angeordnete Widerstände 410 als jene in 8 gezeigten beinhalten. Zusätzlich sind Winkelseparationen, Orientierungen von magnetischen Referenzrichtungen, Gleichungen zum Bestimmen des Rotationswinkels, Widerstandswerte oder dergleichen, die mit 8 verknüpft sind, lediglich als Beispiele bereitgestellt und sind andere Beispiele möglich.
• Hier beschriebene Implementierungen stellen einen Winkelsensor mit einem Erfassungselement bereit, das Ausgangssignale bereitstellt, die mit mehreren (z. B. drei oder mehr) Komponenten eines Magnetfelds verknüpft sind, wobei wenigstens eine der mehreren Komponenten des Magnetfelds nichtorthogonal zu jeder anderen der mehreren Komponenten des Magnetfelds ist. Die Ausgangssignale, die mit den mehreren Komponenten verknüpft sind, können verwendet werden, um den Rotationswinkel zu bestimmen und können verbesserte und/oder zusätzliche funktionale Sicherheitsüberprüfungen, erhöhte Zuverlässigkeit, Diversität und/oder Redundanz (z. B. im Vergleich zu einem Winkelsensor ohne ein solches Erfassungselement) ermöglichen. Zudem beinhaltet das Erfassungselement des Winkelsensors weniger Elemente (z. B. Widerstände, Verbindungen oder dergleichen) als ein Winkelsensor nach dem Stand der Technik, wodurch Kosten und/oder Komplexität des Winkelsensors reduziert werden, während eine verbesserte funktionale Sicherheit bereitgestellt wird.
• Die vorangegangene Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass diese vollständig sind oder die Implementierungen auf die präzise offenbarte Form einschränken. Modifikationen und Veränderungen sind angesichts der obigen Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Implementierungen erlangt werden. Während zum Beispiel die hier beschriebenen Implementierungen in dem Zusammenhang von drei Referenzachsen und fünf Referenzachsen beschrieben sind, kann in der Praxis eine andere Anzahl an Referenzachsen genutzt werden.
• Manche Implementierungen werden hier in Verbindung mit Schwellen beschrieben. Wie hier verwendet, kann sich Erfüllen einer Schwelle auf einen Wert beziehen, der größer als die Schwelle, mehr als die Schwelle, höher als die Schwelle, größer als oder gleich der Schwelle, kleiner als die Schwelle, weniger als die Schwelle, geringer als die Schwelle, kleiner als oder gleich der Schwelle, gleich der Schwelle usw. ist.
• Obwohl bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen vorgetragen und/oder in der Beschreibung offenbart werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Implementierungen einschränken. Tatsächlich können viele dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht speziell in den Ansprüchen vorgetragen und/oder in der Beschreibung offenbart werden. Obwohl jeder im Folgenden aufgeführte abhängige Anspruch direkt von nur einem Anspruch abhängen kann, beinhaltet die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch im Anspruchssatz.
• Kein hier verwendetes Element, keine hier verwendete Handlung oder Anweisung sollte als kritisch oder notwendig ausgelegt werden, es sei denn, dies ist ausdrücklich derartig beschrieben. Es ist außerdem vorgesehen, dass die Artikel „ein“ und „eine“, wie hier verwendet, ein oder mehrere Elemente beinhalten und austauschbar mit „ein oder mehrere“ bzw. „eine oder mehrere“ bzw. „einen oder mehrere“ verwendet werden können. Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Begriff „Satz“, wie vorliegend verwendet, ein oder mehrere Elemente (z. B. zusammengehörige Elemente, zusammenhanglose Elemente, eine Kombination von zusammengehörigen Elementen und zusammenhanglosen Elementen usw.) beinhaltet und austauschbar mit „ein oder mehrere“ bzw. „eine oder mehrere“ bzw. „einen oder mehrere“ verwendet werden kann. Wenn nur ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „Eins“ oder ähnliches verwendet. Außerdem ist vorgesehen, dass die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen, wie hier verwendet, offene Begriffe sind. Des Weiteren ist beabsichtigt, dass der Ausdruck „basierend auf“ „zumindest teilweise basierend auf“ bedeutet, es sei denn, es wird ausdrücklich anderes angegeben.

Claims (20)

1. Winkelsensor, der Folgendes umfasst: ein Erfassungselement, das Folgendes umfasst: eine erste Halbbrücke, die einer ersten Referenzachse zugeordnet ist und die einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des ersten Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des zweiten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des ersten Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des zweiten Widerstands entlang der ersten Referenzachse sind; eine zweite Halbbrücke, die einer zweiten Referenzachse zugeordnet ist und die einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des dritten Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des vierten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des dritten Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des vierten Widerstands entlang der zweiten Referenzachse sind; und eine dritte Halbbrücke, die mit einer dritten Referenzachse verknüpft ist und die einen fünften Widerstand und einen sechsten Widerstand beinhaltet, wobei eine magnetische Referenzrichtung des fünften Widerstands entgegengesetzt zu einer magnetischen Referenzrichtung des sechsten Widerstands ist, wobei die magnetische Referenzrichtung des fünften Widerstands und die magnetische Referenzrichtung des sechsten Widerstands entlang der dritten Referenzachse sind, und wobei wenigstens zwei der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonal zueinander sind.
2. Winkelsensor nach Anspruch 1, wobei jede der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse nichtorthogonoal zu jeder der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse ist.
3. Winkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der zweiten Referenzachse von einem Winkel zwischen der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse abweicht oder von einem Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der dritten Referenzachse abweicht.
4. Winkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der zweiten Referenzachse mit einem Winkel zwischen der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse übereinstimmt.
5. Winkelsensor nach Anspruch 4, wobei der Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der zweiten Referenzachse mit einem Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der dritten Referenzachse übereinstimmt.
6. Winkelsensor nach Anspruch 5, wobei der Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der zweiten Referenzachse, der Winkel zwischen der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse und der Winkel zwischen der ersten Referenzachse und der dritten Referenzachse näherungsweise gleich 120 Grad sind.
7. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke und die dritte Halbbrücke jeweils mit Spannungsanschlüssen verbunden sind, die mit einer Eingangsspannung verknüpft sind.
8. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke und die dritte Halbbrücke mit einer ersten Leistungsversorgung, einer zweiten Leistungsversorgung bzw. einer dritten Leistungsversorgung verbunden sind.
9. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die erste Halbbrücke und die zweite Halbbrücke mit dem Bereitstellen einer ersten Ausgangsspannung verknüpft sind, die zweite Halbbrücke und die dritte Halbbrücke mit dem Bereitstellen einer zweiten Ausgangsspannung verknüpft sind, und die dritte Halbbrücke und die erste Halbbrücke mit dem Bereitstellen einer dritten Ausgangsspannung verknüpft sind.
10. Winkelsensor nach Anspruch 9, wobei ein Rotationswinkel, der mit einem Magnetfeld verknüpft ist, basierend auf der ersten Ausgangsspannung, der zweiten Ausgangsspannung und der dritten Ausgangsspannung zu bestimmen ist.
11. Winkelsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine funktionale Sicherheitsüberprüfung des Winkelsensors basierend auf der ersten Ausgangsspannung, der zweiten Ausgangsspannung und der dritten Ausgangsspannung durchzuführen ist.
12. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1-11, der ferner Folgendes umfasst: einen Prozessor für Folgendes: Bestimmen einer Vektorsumme eines Quadrates einer ersten Amplitude eines ersten Spannungssignals, eines Quadrates einer zweiten Amplitude eines zweiten Spannungssignals und eines Quadrates einer dritten Amplitude eines dritten Spannungssignals, wobei das erste Spannungssignal mit der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke verknüpft ist, das zweite Spannungssignal mit der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist, und das dritte Spannungssignal mit der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist; und Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit dem Winkelsensor verknüpft ist, basierend auf der Vektorsumme.
13. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1-12, der ferner Folgendes umfasst: einen Prozessor für Folgendes: Empfangen eines ersten Spannungssignals, eines zweiten Spannungssignals und eines dritten Spannungssignals, wobei das erste Spannungssignal mit der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke verknüpft ist, das zweite Spannungssignal mit der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist, und das dritte Spannungssignal mit der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke verknüpft ist; Bestimmen eines ersten Rotationswinkels, eines zweiten Rotationswinkels und eines dritten Rotationswinkels basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal; und Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit dem Winkelsensor verknüpft ist, basierend auf dem ersten Rotationswinkel, dem zweiten Rotationswinkel und dem dritten Rotationswinkel.
14. Einrichtung, umfassend: ein Erfassungselement für Folgendes: Bereitstellen eines ersten Spannungssignals, eines zweiten Spannungssignals und eines dritten Spannungssignals, wobei das Erfassungselement einen Satz von magnetoresistiven Elementen beinhaltet, die mit Bezug auf eine erste Referenzachse, eine zweite Referenzachse und eine dritte Referenzachse angeordnet sind, wobei der Satz von magnetoresistiven Elementen eine erste Halbbrücke, die mit der ersten Referenzachse verknüpft ist, eine zweite Halbbrücke, die mit der zweiten Referenzachse verknüpft ist, und eine dritte Halbbrücke, die mit der dritten Referenzachse verknüpft ist, beinhaltet, und wobei wenigstens eine der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonoal zu wenigstens einer anderen der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse ist; und einen Prozessor für Folgendes: Empfangen des ersten Spannungssignals, des zweiten Spannungssignals und des dritten Spannungssignals; und Bestimmen eines Rotationswinkels eines Magnetfelds, das an das Erfassungselement angelegt wird, basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, wobei der Satz von magnetoresistiven Elementen wenigstens sechs magnetoresistive Elemente beinhaltet.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke und die dritte Halbbrücke direkt mit Spannungsanschlüssen verbunden sind, die mit einer Vorspannung verknüpft sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14-16, wobei der Prozessor ferner für Folgendes ausgelegt ist: Bestimmen einer Summe einer ersten Amplitude des ersten Spannungssignals, einer zweiten Amplitude des zweiten Spannungssignals und einer dritten Amplitude des dritten Spannungssignals; und Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit der Einrichtung verknüpft ist, basierend auf der ersten Amplitude, der zweiten Amplitude und der dritten Amplitude.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14-17, wobei der Prozessor ferner für Folgendes ausgelegt ist: Bestimmen einer Vektorsumme eines Quadrates einer ersten Amplitude des ersten Spannungssignals, eines Quadrates einer zweiten Amplitude des zweiten Spannungssignals und eines Quadrates einer dritten Amplitude des dritten Spannungssignals; und Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit der Einrichtung verknüpft ist, basierend auf der Vektorsumme.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14-18, wobei der Rotationswinkel ein erster Rotationswinkel ist, und wobei der Prozessor ferner für Folgendes ausgelegt ist: Bestimmen eines zweiten Rotationswinkels basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal; Bestimmen eines dritten Rotationswinkels basierend auf dem ersten Spannungssignal, dem zweiten Spannungssignal und dem dritten Spannungssignal; und Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit der Einrichtung verknüpft ist, basierend auf dem ersten Rotationswinkel, dem zweiten Rotationswinkel und dem dritten Rotationswinkel.
20. Magnetfeldsensor, der Folgendes umfasst: ein Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Ausgangssignals, eines zweiten Ausgangssignals und eines dritten Ausgangssignals, wobei das Erfassungselement Folgendes beinhaltet: wenigstens zwei magnetoresistive Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer ersten Referenzachse, wenigstens zwei magnetoresistive Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer zweiten Referenzachse, und wenigstens zwei magnetoresistive Elemente mit magnetischen Referenzrichtungen entlang einer dritten Referenzachse, wobei wenigstens eine der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse oder der dritten Referenzachse nichtorthogonoal zu wenigstens einer anderen der ersten Referenzachse, der zweiten Referenzachse und der dritten Referenzachse ist; und einen Prozessor zum Durchführen einer funktionalen Sicherheitsüberprüfung, die mit dem Magnetsensor verknüpft ist, basierend auf dem ersten Ausgangssignal, dem zweiten Ausgangssignal und dem dritten Ausgangssignal.

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