DE4324486C1

DE4324486C1 - Anordnung zur Auswertung eines Hall-Sondensignals

Info

Publication number: DE4324486C1
Application number: DE19934324486
Authority: DE
Inventors: Michael Lenz; Hartmut Dipl Ing Jasberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2013-07-22

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Auswertung eines Hall-Sondensignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Hall-Sensoren ist es generell von Vorteil, wenn kleine Eingangssignale sicher aufbereitet werden können. Grund sätzlich wird hierzu eine Anordnung benötigt, die mög lichst offset-frei ist, wobei es hier auf die Eingangsver stärkerstufe ankommt, die aus möglichst wenigen Bauelemen ten bestehen sollte und einfach zu realisieren sein soll te. Desweiteren ist eine möglichst hohe EMV-Festigkeit ge wünscht. Schließlich sollte die Anordnung insbesondere bei Verwendung im Kfz-Bereich in einen weiten Temperaturbe reich mit konstanten magnetischen Parametern arbeiten.

Übliche Hall-Sensoren bestehen entweder aus einem Span nungsverstärker mit nachgeschaltetem Schmitt-Trigger oder sie wandeln das Hall-Signal direkt in einen Strom um, der einen nachfolgenden Schwellwertschalter betätigt. Aus der DE-35 21 966 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der die Sig nale getrennt vorverstärkt werden und in einer Differenz schaltung subtrahiert werden. Die Schaltschwellen werden durch eine Hysterese in der Differenzschaltung selbst er zeugt.

Aus der Veröffentlichung "Drehzahlerfassung mit Differenz- Hall-IC" aus Elektronik Heft 4, 1991, Seite 86 bis 97 von K. Fischer ist eine Anordnung mit zwei Hall-Elementen und einem nachgeschalteten Differenzverstärker bekannt. Das vom Differenzverstärker gelieferte Signal wird nachfolgend vom einem Schmitt-Trigger ausgewertet.

Aus der US 4 687 994 ist eine Anordnung bekannt, welche zudem eine Stromquelle aufweist, die zwischen einer das Sondensignal führenden Leitung und Masse geschaltet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Auswertung eines Hall-Sensorsignals anzugeben, welche möglichst einfach aufgebaut ist und dennoch präzise arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im An spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind Kennzeichen der Un teransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Dif ferenz-Hall-Sensor.

Fig. 2 eine alternative Verschaltung der Sonden.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 besteht aus zwei Hall-Sonden 1, 2, welche in Differenzschaltung betrieben werden, so daß jeweils die Eingänge 1a und 2a jeweils mit einer Versor gungsklemme 3 bzw. 4 verbunden sind. Im Regelfall werden die Klemmen 3 und 4 von einer Strom- oder Spannungsrefe renz versorgt. Die Klemmen 1c und 2c sind jeweils mit ei nem Bezugspotential z. B. Masse verbunden. Die Ausgangs klemme 1d der ersten Hall-Sonde 1 ist mit der Ausgangs klemme 2d der Hall-Sonde 2 verbunden. Ein Vorverstärker 5 ist vorgesehen, dessen erster Eingangsanschluß mit der Ausgangsklemme 1b der Hall-Sonde 1 und dessen zweiter Ein gang mit der Ausgangsklemme 2b der zweiten Hall-Sonde 2 verbunden ist. Dem Vorverstärker 5 ist ein Pufferverstär ker 6 nachgeschaltet. Desweiteren ist dem Pufferverstärker 6 ein Spannungs-/Stromwandler 7 nachgeschaltet, der von einer Stromquelle 8 gespeist wird. Der Ausgang des Span nungs-/Stromwandlers 7 ist zum einen über eine steuerbare Stromquelle 9 mit Masse verbunden und zum anderen mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers 10 verschaltet. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 10 ist mit einer Ausgangsklemme 11 und mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle 9 verbunden.

Die gezeigte Anordnung vereinigt folgende Vorteile:

Der Vorverstärker 1 kann einfach und präzise, d. h. offset arm, aufgebaut sein. Er hebt das Nutzsignal im Pegel aus dem Rauschen heraus. Seine Spannungsverstärkung liegt vor zugsweise zwischen 1 und 10fach.

Mit dem Pufferverstärker 6 wird das so gewonnene Signal an die Eingangsklemmen eines nachgeschalteten Spannungs- /Stromwandlers 7 gelegt. Dieser kann ein üblicher OTA = "Operational Transconductance Amplifier" sein. Der Puffer verstärker 6 führt gleichzeitig eine Gleichstrom-Pegelan passung durch. Stattet man den OTA mit einer Stromquelle 8 aus, die seine Steilheit von der Temperatur unabhängig macht, kann mit der steuerbaren Schwellenstromsenke 9 eine über die Temperatur stabile magnetische Schaltschwelle be stimmt werden.

Wenn, wie in dieser erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt ist, dieser Anordnung ein Spannungs-Schmitt-Trigger 10 nachgeschaltet wird, der den von der Stromquelle 9 gelie ferten Strom je nach Ausgangszustand verändert, kann je nach Ausbildung der steuerbaren Stromquelle 9 ein unipola res oder bipolares Schaltverhalten der Gesamtanordnung er reicht werden.

Die steuerbare Stromquelle 9 kann eine positive oder nega tive Polarität aufweisen. Ebenso kann die steuerbare Stromquelle eine nicht abschaltbare Komponente aufweisen, die entgegengesetzt zur schaltbaren Komponente gepolt ist.

Die Spannungshysterese des Schmitt-Triggers in der Verbin dung mit der OTA-Ausgangskapazität bewirkt ein hervorra gendes EMV-Verhalten. Hierbei genügt die parasitäre Kapa zität des Spannungs-Stromwandlers 7.

Natürlich kann statt des Differenzsondenpaares 1, 2 auch eine Einzelsonde gewählt werden um sehr kleine Absolutma gnetfelder zu detektieren.

Fig. 2 zeigt eine alternative Verschaltung mit zwei Hall sonden. Hier sind wiederum die Eingänge 1a und 2a jeweils mit einer Versorgungsklemme 3 bzw. 4 und die Klemmen 1c und 2c mit Masse verbunden. Im Gegensatz zur in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist nun die Ausgangsklemme 1d der Hallsonde 1 mit der Ausgangsklemme 2b der Hallsonde 2 und die Ausgangsklemme 1b der Hallsonde 1 mit der Aus gangsklemme 2d der Hallsonde 2 verbunden.

Vorzugsweise ist diese Kombination mit den oder der Hall sonde monolithisch integriert und benötigt nur eine einfa che stabilisierte Referenzspannung von z. B. 2,75 Volt. Op tional kann eine Offset- und Schwellenabgleich direkt "on Chip" vorgesehen sein.

Die Versorgung der Hallelemente kann selbstverständlich sowohl mit Spannung wie auch mit Strom erfolgen.

Claims

1. Anordnung zur Auswertung eines Hall-Sondensignals, mit

- wenigstens einer Hall-Sonde (1, 2),
- einen Vorverstärker (5) zum Verstärken der von der Hall- Sonde (1, 2) gelieferten Ausgangsspannung,
- sowie einem Schmitt-Trigger, dem die verstärkte Aus gangsspannung zugeführt wird,

gekennzeichnet durch

- einen Pufferverstärker (6) zur Verstärkung und Pegel verschiebung der vom Vorverstärker (5) gelieferten Aus gangsspannung,
- einen dem Pufferverstärker (6) nachgeschalteten Span nungs-/Stromwandler (7),
- einer steuerbaren Stromquelle (9), die zwischen Ausgang des Spannungs-/Stromwandlers (7) und Masse geschaltet ist, und
- Nachschalten des Schmitt-Triggers (10), dessen Eingang mit dem Ausgang des Spannungs-/Stromwandlers (7) und dessen digitaler Ausgang mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle (9) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hall-Sonde zwei Hall-Elemente (1, 2) in Differenzschaltung verwendet werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hall-Sonde eine Einzel-Hall-Sonde verwendet wird.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverstärkung des Vorverstärkers (5) zwischen 1 und 10 liegt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An ordnung monolithisch integriert ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mittel zum Abgleich eines Offset und der Schwel lenspannung auf dem Chip integriert hat.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs/Stromwandler mit einer Stromquelle ausgestattet ist, die die Steilheit des U/I-Wandlers von der Temperatur unabhängig macht.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Stromquelle (9) positive oder negative Polari tät hat.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Stromquelle (9) eine nicht abschaltbare Kompo nente hat, die entgegengesetzt zur schaltbaren Komponente gepolt ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung der Hallsonden (1, 2) statt von einer Spannungsquelle auch von einer Stromquelle erfolgen kann.