DE10153884A1

DE10153884A1 - Selbstkompensierende Steuerschaltung für digitale Magnetsensoren

Info

Publication number: DE10153884A1
Application number: DE10153884A
Authority: DE
Inventors: Daniel J Moreno; Yingjie Lin
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2002-07-25
Also published as: US6456063B1

Abstract

Selbstkompensierende Steuerschaltung (28) zur Vewendung mit einem Magnetwiderstandsensor (MR-Sensor). Die Steuerschaltung (28) umfasst eine Verstärkungs- (36) und Offset-Funktion als erste Stufe, die eine Gleichstromkomponente aus dem Eingangssignal (V¶in¶) entfernt und eine Wechselstromkomponente des Eingangssignals innerhalb des Dynamikbereichs der Steuerschaltung maximiert. Anschließende Stufen entfernen die restliche Gleichstromkomponente, falls eine vorhanden ist, und liefern eine geeignete zusätzliche Verstärkung. Ein Komparator (44) liefert einen digitalen Ausgang auf der Grundlage des verarbeiteten Eingangssignals und eines Schwellenwertsignals (V¶TH¶).

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen auf dem magnetischen Wider stand (MR) beruhende oder magnetoresistive Sensoranordnungen, und im Besonderen eine Steuerschaltung zur Verwendung mit diesen, die derart gestaltet ist, dass sie ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Winkelstellung eines rotierenden Elements angibt.

Digitale magnetische Stellungs- oder Lagesensoren sind Vorrichtungen, die für viele Industriezweige, einschließlich der Automobilindustrie, von Bedeutung sind. Derartige Vorrichtungen werden dazu verwendet, eine Winkelstellung einer Welle, wie beispielsweise einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle eines Motors, zu erfassen. Information über die Wellenstel lung kann dann zur Kraftstoff und Zündungszeitgebung und dergleichen verwendet werden. Bei einer Anwendung ist ein sehr hoher Grad an Win kelgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit erforderlich, um zur Fehlzün dungsdetektion kleine Veränderungen in Kurbelwellendrehungen, bei spielsweise weniger als 0,05 Grad, zu detektieren. Es sind Verfahren bekannt, um derartige Bestimmungen vorzunehmen, beispielsweise wie in U. S. Patentnummer 5, 754, 042 mit dem Titel "MAGNETORESISTIVE ENCODER FOR TRACKING THE ANGULAR POSITION OF A ROTATING FERROMAGNETIC TARGET WHEEL" dargelegt, das für Schroeder et al. erteilt wurde.

Schroeder et al. offenbaren eine Vorrichtung zum Detektieren von Winkel stellungen eines rotierenden Objektes (z. B. einer Welle). Die Vorrichtung umfasst einen Magneten und zwei magnetoresistive (MR) Sensoren, die zwischen dem Magneten und einem an dem rotierenden Objekt ange brachten Impulsgeberrad angeordnet ist. Das Impulsgeberrad (es sind Ausführungsformen mit sowohl einer Einzelbahn als auch einer Doppel bahn offenbart) weist mehrere Zähne auf, die durch Schlitze getrennt sind, die winklig beabstandet um den Umfang herum angeordnet sind. Kon stantstromquellen legen eine elektrische Vorspannung an die beiden MR- Sensoren an. Wenn das Impulsgeberrad rotiert, ändert sich der Wider stand jedes MR-Sensors aufgrund sich ändernder Magnetfelder, denen die MR ausgesetzt sind. Der sich ändernde Widerstand dient dazu, ein analo ges Spannungssignal zu erzeugen, das beim Vorbeitritt der vorderen und hinteren Flanken der Zähne zwischen zwei Spannungspegeln übergeht. Die beiden Sensorsignale werden verarbeitet, um ein digitales Signal mit den Zahnflanken entsprechenden Zustandsübergängen auszugeben. Der Einsatz des in Schroeder et al. offenbarten Systems stellt jedoch gewisse Herausforderungen.

Die Genauigkeit des Detektors von Schroeder et al. hängt bis zu einem gewissen Grad von der Verwendung genau angepasster MR-Sensoren ab. Die MR-Sensoren haben eine ihnen eigene Tendenz für eine Fehlanpas sung in ihrer Widerstandskennlinie aufgrund einer Anzahl von Faktoren. Die Fehlanpassung führt dazu, dass analoge Signale auf eine solche Weise variieren, dass die Genauigkeit (d. h. der Grad, in dem Flanken des digita len Ausganges Zahn/Schlitz-Merkmalen entsprechen) beeinträchtigt wird. Ein Faktor umfasst Veränderungen im Herstellungsverfahren der MR- Sensoren. Ein anderer Faktor umfasst geringfügige Unterschiede im Vor magnetisierungsfeld, dem die MR ausgesetzt sind. Die Unterschiede im Vormagnetisierungsfeld resultieren aus einer Vielfalt von Faktoren, die Fluktuationen in einem Luftspalt (d. h. einem Abstand zwischen dem MR- Sensor und der Umfangsfläche eines Impulsgeberradzahnes), Mängel im Impulsgeberrad und den Vormagnetisierungsmagneten selbst umfassen. Ein anderer Faktor umfasst die Temperatur. Insbesondere kann das Widerstandsprofil eines MR-Sensores über einen Temperaturbereich, auf den in der Automobilumgebung getroffen wird, beispielsweise -40° bis +180°G, stark schwanken. Noch schlechter ist, dass die Veränderung im Widerstandsprofil sich von MR-Sensor zu MR-Sensor unterscheidet. Ande re Faktoren, die zu Fehlanpassung führen, umfassen Beanspruchung und Alterung. Alles in allem besitzt das von den MR-Sensoren erzeugte, analo ge Spannungssignal Abweichungen in seiner Amplitude, Form und Gleich strom-(DC)-Offset-Spannung, die durch äußere Faktoren eingeleitet wer den und nicht kontrolliert werden können oder schwierig und/oder teuer zu kontrollieren sind.

Ein allgemeiner Ansatz, der in der Technik vorgenommen wird, um mit der Veränderlichkeit eines Signals aufgrund von Fehlanpassung umzugehen, gibt vor, die Anpassung der MR-Sensoren zu verbessern. Beispielsweise umfasst ein in der Technik vorgenommener, besonderer Ansatz, dass mehrere MR-Sensoren im Voraus getestet werden, um eine Auswahl von Sensoren zu ermöglichen, die eng angepasst sind. Jedoch erhöht dieser Ansatz die Kosten, ist relativ zeitraubend und es ist in jedem Fall schwie rig, gewünschte Anpassungsgrade über den weiten Temperaturbereich, auf den getroffen wird, zu erzielen. Ein verwandter Ansatz ist in dem U.S.- Patent Nr. 5,916,459, das für Schroeder et al. erteilt wurde, mit dem Titel "METHOD OF MATCHING MAGNETORESISTORS IN A SENSOR ASSEMBLY" offenbart, das die Verwendung eines Lasers umfasst, um den Magnetfeldabschnitt eines Permanentmagneten zu verringern, wobei der Sensor mit einem höheren elektrischen Widerstand unterlegt wird. Dieser besondere Ansatz kann auch die Kosten und den Zeitaufwand erhöhen.

Ein anderer allgemeiner, in der Technik vorgenommener Ansatz, um mit einer Veränderlichkeit eines Signals aufgrund einer Fehlanpassung umzu gehen, umfasst nicht, zu versuchen, die Sensoranpassung zu verbessern, sondern umfasst vielmehr die unterstromige Signalverarbeitung. Bei spielsweise umfasst ein besonderer Ansatz die Verwendung eines adapti ven Schwellenwertes, wie es anhand von U.S.-Patent 5,917,320, das für Scheller et al. erteilt wurde, mit dem Titel "DETECTION OF PASSING MAGNETIC ARTICLES WHILE PERIODICALLY ADAPTING DETECTION THRESHOLD" zu sehen ist. Scheller et al. detektieren einen Spitze-Spitze- Pegel eines Eingangssensorsignals und erzeugen dann ein Schwellenwert signal, das ein Prozentsatz des Spitze-Spitze-Pegels ist. Ein digitales Aus gangssignal wird erzeugt, indem das Schwellenwertsignal und das Ein gangssensorsignal verglichen werden. Jedoch ist eine breite Anwendbar keit von Scheller et al. insofern begrenzt, dass die Verarbeitungsschaltun gen ein relativ großes und stabiles Eingangssignal annehmen. Insbeson dere offenbaren Scheller et al. nicht die Verwendung von einem/zwei MR- Sensoren, sondern offenbaren vielmehr bei einer Ausführungsform die Verwendung einer MR-Sensor-Brücke als einen Magnetfeld/Spannung- Wandler. Es ist bekannt, dass eine MR-Sensor-Brücke viele Veränderlich keiten im Ausgang, insbesondere hinsichtlich der Temperatur, minimiert. Jedoch erfordert eine derartige Brücke vier (4) MR-Sensoren, was bei vielen Anwendungen unerschwinglich teuer ist.

Außerdem besitzt eine einfache Wechselstromkopplung (z. B. in Reihe geschalteter Kondensator, um Gleichstrom zu filtern) zwei Probleme. Zum einen leitet sie einen Phasenfehler ein, der unannehmbar ist, wenn ver sucht wird, Flanken des digitalen Ausgangssignals mit den entsprechen den Flanken der Zahn/Schlitz-Merkmale auszurichten. Zum anderen funktioniert sie nicht bei niedrigen Frequenzen (z. B. <20 HZ), wie sie bei Automobilanwendungen zu berücksichtigen sind.

Es gibt deshalb einen Bedarf für eine Steuerschaltung für eine auf einem MR-Sensor beruhende Anordnung, die einen oder mehrere der oben aus geführten Mängel minimiert oder beseitigt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie bei einer Ausführungs form genaue Winkelstellungsangaben liefert, indem nur ein einziger magnetoresistiver (MR) Magnetfeldsensor verwendet wird, wodurch ein Produkt mit reduzierten Kosten bereitgestellt wird. Infolgedessen müssen die relativ teuren und zeitraubenden Ansätze zur MR-Sensoranpassung nicht angewandt werden. Für eine verbesserte Temperaturkompensation ist eine Zwei-Sensor-Ausführungsform vorgesehen, die ebenfalls eine genaue Detektion liefert.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssig nals, das eine Winkelstellung eines rotierenden Elements angibt, vorgese hen. Die Vorrichtung umfasst ein Impulsgeberrad, das mehrere Zähne aufweist, die durch Schlitze getrennt sind, die winklig beabstandet um seinen Umfang herum angeordnet sind. Das Impulsgeberrad ist derart gestaltet, dass es an dem rotierenden Objekt zur Rotation mit diesem angebracht ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Messanordnung mit einer Vormagnetisierungseinrichtung, wie einem Magneten, und einem zwischen dem Magneten und dem Impulsgeberrad angeordneten, magne toresistiven (MR) Magnetfeldsensor. Die Vorrichtung umfasst auch eine Steuerschaltung, die mit dem MR-Sensor gekoppelt und derart gestaltet ist, dass sie das Ausgangssignal erzeugt, das Übergänge zwischen ersten und zweiten Zuständen aufweist, wenn jede vordere und hintere Flanke der Zähne des Impulsgeberrades vorbeitritt. Die Steuerschaltung umfasst auch eine Einrichtung, um eine elektrische Vorspannung an den MR- Sensor anzulegen und somit ein Eingangsspannungssignal zur Weiterver arbeitung zu erzeugen. Das Eingangssignal weist bei Rotation des Impuls geberrades eine Gleichstromkomponente (DC-Komponente) und eine dieser überlagerte Wechselstromkomponente (AC-Komponente) auf. Erfin dungsgemäß umfasst die Steuerschaltung ferner eine erste Verstärker schaltung, die derart gestaltet ist, dass sie die Gleichstromkomponente aus dem Eingangssignal im Wesentlichen entfernt und das Eingangssignal mit einem vorbestimmten Faktor verstärkt, der derart ausgewählt ist, dass er die Wechselstromkomponente innerhalb eines Dynamikbereiches der Steuerschaltung maximiert. Durch das Vorstehende wird ein Eingang mit einer relativ kleinen Wechselstromkomponente innerhalb des Dynamikbe reichs der Steuerschaltung positioniert und verstärkt, was die Erzeugung eines Schwellenwertsignals, das beim Erzeugen des Ausgangssignals verwendet wird, vereinfacht und optimiert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerschaltung ferner eine Spitzendetektorschaltung, die auf den Ausgang der ersten Verstärkerschaltung (d. h. ein erstes Signal) anspricht, um ein zweites Signal zu erzeugen, das einen maximalen Spannungspegel des ersten Signals darstellt. Eine zweite Verstärkerschaltung, die auf das erste Signal und das zweite Signal anspricht, ist derart gestaltet, dass sie ein drittes Signal erzeugt, bei dem jede verbleibende Gleichstromkomponente im Wesentlichen entfernt ist. Ein Referenzschwellenwertgenerator erzeugt ein Referenzschwellenwertsignal gemäß einem vorbestimmten Prozentsatz eines Spitzenpegels des dritten Signals. Es ist ein Komparator vorgesehen, um das abschließende Ausgangssignal zu erzeugen, indem das Referenz schwellenwertsignal und das dritte Signal verglichen werden. Das Refe renzschwellenwertsignal legt den Übergangspegel für das Ausgangssignal fest, der der wahren Stellung der Zahnflanken an dem Impulsgeberrad entsprechen wird. Eine genaue und wiederholbare Detektion der Flanken ist für viele Anwendungen, einschließlich der Kurbelwellen- und Nocken wellenstellungsbestimmung, erwünscht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigen:

Fig. 1A-1B vereinfachte schematische Ansichten von vorne bzw. von der Seite eine Vorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Ansicht als Blockdiagramm, die einen Steuerschaltungsabschnitt der in Fig. 1B gezeig ten Vorrichtung detaillierter darstellt;

Fig. 3A-3D vereinfachte Zeitablaufdiagrammansichten, die einen Fort schritt der Signalverarbeitung an verschiedenen elektri schen Knoten in der in Fig. 2 gezeigten Steuerschaltung zei gen;

Fig. 4A-4B vereinfachte Diagrammansichten von vorne bzw. von der Seite einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine vereinfachte schematische Ansicht als Blockdiagramm, die eine alternative Steuerschaltung wie in Fig. 4B detail lierter zeigt.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen dazu verwendet werden, in den verschiedenen Ansichten identische Bauteile zu kenn zeichnen, sind die Fig. 1A-1B Ansichten von vorne bzw. von der Seite einer Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Ausgangssignals V_out, das eine Win kelstellung eines rotierenden Elements, wie beispielsweise einer Kurbel welle 12, einer Nockenwelle (nicht gezeigt) oder dergleichen, angibt. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem Detektieren der Winkelstellung von anderen rotierenden Elementen als Kurbelwellen, Nockenwellen oder dergleichen verwendet werden kann.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 10 ein Eisenimpulsgeberrad 14, das mehrere Zähne 16 aufweist, die durch Schlitze 18 getrennt sind, die winklig beabstandet um seinen Umfang 20 herum angeordnet sind, eine Messanordnung 22 mit einer Vormagnetisie rungseinrichtung, wie einem Magneten 24, und einem magnetoresistiven (MR) Magnetfeldsensor 26, und eine Steuerschaltung 28, die derart gestal tet ist, dass sie das Ausgangssignal V_out erzeugt. Das Ausgangssignal V_out geht bei einer bevorzugten Ausführungsform beim Vorbeitritt jeder vorde ren und hinteren Flanke der Zähne 16 zwischen einem ersten Zustand 30 (z. B. ein logisches Low - Fig. 3D) und einem zweiten Zustand 32 (z. B. ein logisches High - Fig. 3D) über.

Bevor zu einer detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungs form fortgefahren wird, wird ein allgemeiner Überblick über die erfinderi sche Verarbeitung, die durch die Vorrichtung 10 hergestellt wird, darge legt. Die Vorrichtung 10 wendet einen adaptiven Schwellenwertansatz an, um ein Schwellenwertsignal V_TH aus einem Eingangssignal V_in abzuleiten, das unter Verwendung des MR-Sensors 26 erzeugt wird. Das Schwellen wertsignal V_TH wird derart angeordnet sein, dass es ein modifiziertes Sensoreingangssignal bei einem vorbestimmten Prozentsatz eines Spitze- Spitze-Spannungspegels von diesem schneidet. Die Steuerschaltung 28 ist derart gestaltet, dass sie die beiden Signale vergleicht und einen Recht eckwellenausgang V_out erzeugt, der an den Schnittpunkten schaltet.

Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit einem Magnetwiderstandsensor (MR-Sensor) bei bevorzugten Ausfüh rungsformen beschrieben, bei denen ein derartiger Sensor eine relativ gute Empfindlichkeit auf Magnetfelder aufweist, obwohl, wie es beim Stand der Technik beschrieben wurde, eine signifikante Empfindlichkeit auf Tempe ratur vorhanden ist. Es ist zu verstehen, dass andere Sensorarten, wie beispielsweise Hall-Sensoren, als Ersatz für diese verwendet werden kön nen. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Maximieren der Amplitude des Eingangssignals V_in vor dem Durchführen der adaptiven Schwellenwertfunktion, um den Referenzschwellenwertpegel V_TH abzulei ten. Da das Sensoreingangssignal Vfft einen wesentlichen und unbekann ten Gleichstrom-Offset (DC-Offset) besitzen kann, kann eine derartige Verstärkung gemäß einem anderen Aspekt unter bestimmten Umständen eine adaptive Offset-Einstellungsfunktion erfordern, um das verstärkte Sensoreingangssignal V_in innerhalb eines Dynamikbereichs der Steuer schaltung 28 zu positionieren (d. h. bei einer Ausführungsform 0 bis 5 Volt). Die adaptive Schwellenwertfunktion wird vereinfacht, indem das verstärkte Sensoreingangssignal in einem gesteuerten Bereich innerhalb des Dynamikbereichs der Steuerschaltung 28 positioniert wird. Die Ver stärkung des Sensoreinganssignal V_in verbessert die Positionierungsge nauigkeit des Schwellenwertsignals V_TH relativ zum Sensoreingangssignal V_in und liefert auch einen schärferen Kreuzungspunkt zwischen den bei den Signalen, der die Schaltpunktgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit des Rechteckwellen-Ausgangssignals V_out verbessert. Diese Verbesserun gen bei der Genauigkeit und Wiederholbarkeit liefern robustere Lösungen für Winkelstellungssensoranwendungen mit genauer Detektion von Schlitzmerkmalen bis hin zu höheren Luftspalten und mit einer Aus gangssignalstabilität, die weniger als ein paar Mikrosekunden variiert. Dieser Grad an Wiederholgenauigkeit ist unverzichtbar, um zur Fehlzün dungsdetektion kleine Veränderungen bei Kurbelwellendrehungen, bei spielsweise weniger als 0,05 Grad, zu überwachen.

Weiterhin kann nach den Fig. 1A-1B das Impulsgeberrad 14 ein her kömmliches Einzelbahn-Impulsgeberrad umfassen, das hauptsächlich aus Eisenmaterial oder anderem magnetisch permeablem Material gebildet ist. Das Impulsgeberrad 14 kann in jeder anderen Hinsicht ein herkömmli ches, in der Technik bekanntes Impulsgeberrad umfassen.

Die Messanordnung 22 umfasst wie gezeigt den MR-Sensor 26, der zwi schen dem Magneten 24 und dem Impulsgeberrad 14 angeordnet ist. Der Magnet 24 kann ein Permanentmagnet sein, wie es Fachleuten für derar tige Anwendungen, wie sie hierin beschrieben sind, bekannt ist. Der MR- Sensor 26 kann ein InSb-MR-Transduktor sein. Ähnliche MR-Sensoren sind in der Technik bekannt, beispielsweise wie in U.S.-Patent Nr. 5,883,564 mit dem Titel "MAGNETIC FIELD SENSOR HAVING HIGH MOBILITY THIN INDIUM ANTIMONIDE ACTIVE LAYER THIN ALLUMINIUM INDIUM ANTIMONIDE BUFFER LAYER" beschrieben. MR- Sensoren wie beispielsweise MR-Sensor 26, sind insofern zweckmäßig, da ein Widerstandswert, den der Sensor gegenüber einer externen Schaltung, wie beispielsweise der Steuerschaltung 28, zeigt, sich als eine Funktion des Magnetfeldes, dem er ausgesetzt ist, ändert. Wenn das Impulsgeber rad 14 rotiert, rotieren abwechselnde Merkmale des Zahn 16 und des Schlitzes 18 an dem MR-Sensor 26 vorbei, wodurch das Magnetfeld, dem der MR-Sensor 26 ausgesetzt ist, effektiv geändert wird. Bei einer ge bauten Ausführungsform kann ein Luftspalt zwischen dem MR-Sensor 26 und einer Umfangsfläche eines Zahns 16 im Bereich zwischen 0,20 mm und 3,00 mm einschließlich Montageschwankungen, Impulsgeberrad durchmesserschwankungen und -schlag und Sensorlängenschwankungen liegen.

Der MR-Sensor 26 zeigt eine relativ große Widerstandsänderung aufgrund von Temperaturänderungen. Beispielsweise kann über dem Bereich einer erwarteten Temperaturänderung in einer Automobilanwendung (-40°-180°C) ein Widerstandswert für MR-Sensor 26 in einem Bereich zwischen 1,0 kOhm und 2,0 kOhm liegen (dieser Bereich liegt zwischen einem offenen Magnetfeld und mit einer ferromagnetischen Platte innerhalb von 0,2 mm des MR-Sensors). Änderungen des Widerstandswertes im freien Raum beeinflussen eine DC-Offset-Komponente. Die Widerstandsände rung des MR-Sensors 26 aufgrund von Änderungen des Magnetfeldes infolge von beispielsweise Zahn-Schlitz-Änderungen, können in einem Bereich zwischen 25-350 Ohm liegen. Änderungen aufgrund von Verände rungen in dem Magnetfeld modulieren die Wechselstromkomponente des Eingangssignals. Es ist festzustellen, dass die Widerstandsänderung aufgrund der Temperatur viel größer ist als die Widerstandsänderung aufgrund von Änderungen des Magnetfeldes. Da es die Wechselstromkom ponente ist, die die gewünschte Information hinsichtlich der Winkelstel lung enthält, ist zu verstehen, dass bestimmte Herausforderungen gestellt werden, die von der Steuerschaltung 28 gelöst werden müssen, die diese Information genau herauszieht.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht als Blockdiagramm, die die Steuer schaltung 28 in Fig. 1B detaillierter zeigt. Die Steuerschaltung 28 steht in Wirkverbindung mit der Messanordnung 22 und ist derart gestaltet, dass sie ein digitales Ausgangssignal V_out erzeugt, das eine Winkelstellung des rotierendes Impulsgeberrades 14 angibt. Die Steuerschaltung 28 umfasst eine Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung 34, eine erste Verstärkerschaltung 36, eine Spitzendetektorschaltung 38, eine zweite Verstärkerschaltung 40, einen Schwellenwertreferenzgenerator 42 und eine Komparatorschaltung 44.

Die Einrichtung 34 ist derart gestaltet, dass sie an den MR-Sensor 26 eine elektrische Vorspannung anlegt, um ein Eingangssignal V_in zu erzeugen, dass bei Rotation des Impulsgeberrades 14 eine Gleichstromkomponente 50 (die am besten in Fig. 3A gezeigt ist) und eine dieser überlagerte Wech selstromkomponente aufweist. Die Einrichtung 34 umfasst einen Refe renzwiderstand 46, der mit einem Spannungsregler 48 gekoppelt ist. Es ist anzumerken, dass der Widerstand, den der MR-Sensor 26 zeigt, in Fig. 2 als ein Widerstand 26 modelliert ist. Bei der veranschaulichten Ausfüh rungsform sind der Referenzwiderstand 46 und der MR-Sensor 26 in Reihe geschaltet, um einen Spannungsteiler mit einem gemeinsamen Knoten zu bilden, an dem das Eingangssignal Vin entwickelt wird. Der Wert des Referenzwiderstandes 46 wird auf der Grundlage der besonderen Widerstandskennlinie des MR-Sensors 26 gewählt. Bei einer gebauten Ausführungsform weist der Referenzwiderstand 46 für einen MR-Sensor 26, der im Bereich zwischen 1 kOhm und 2 kOhm (offene Luft) liegt, einen festen Wert von annähernd 1,0 kOhm auf. Der Regler 48 kann eine 5-Volt- Stromquelle sein. Andere Einrichtungen, wie beispielsweise jene, die eine Konstantstromquelle dazu verwenden, einen Strom durch den MR-Sensor 26 zu treiben, können ebenfalls verwendet werden.

Fig. 3A ist eine vereinfachte Ansicht des von der Einrichtung 34 erzeugten Eingangssignals V_in. Aus dem Vorstehenden ist festzustellen, dass eine Gleichstromkomponente 50 des Eingangssignals V_in auf der Grundlage des Spannungsteilers im Bereich zwischen 2,50 Volt und 3,33 Volt liegen kann. Die Wechselstromkomponente des Eingangssignals V_in ist im allge meinen kleiner und kann zwischen ungefähr 70-100 Millivolt liegen, kann aber so klein wie 30 Millivolt Spitze-Spitze für einen großen Luftspalt oder so groß wie 200-250 Millivolt Spitze-Spitze für einen kleinen Luftspalt liegen. Andere Faktoren, wie sie für den Stand der Technik beschrieben sind, können auch zu einer Widerstandsveränderung in dem MR-Sensor 26 beitragen, wie etwa magnetische Gegenspannung, und Abweichungen von Teil zu Teil aller Bauteile. Der Dynamikbereich der Steuerschaltung 28 beträgt bei der veranschaulichten Ausführungsform annähernd 5,0 Volt (V_cc-Gnd). Die Größe der Wechselstromkomponente ist in Fig. 3A zu Veranschaulichungszwecken übertrieben worden.

Ferner umfasst nach Fig. 2 die Steuerschaltung 28 eine erste Verstärker schaltung 36, die auf das Eingangssignal anspricht und derart gestaltet ist, dass sie ein erstes Signal, das mit V₁ bezeichnet ist, als einen Ausgang erzeugt. Die erste Verstärkerschaltung 36 ist derart gestaltet, dass sie einen ersten Teil der Gleichstromkomponente 50 aus dem Eingangssignal Vin entfernt. Die Schaltung 36 ist ferner derart gestaltet, dass sie das Eingangssignal V_in mit einem vorbestimmten Faktor verstärkt, der derart eingerichtet ist, dass er die Wechselstromkomponente des Eingangssignals V_in innerhalb eines Dynamikbereichs der Steuerschaltung 28 maximiert. Die erste Verstärkerschaltung 36 bildet eine erste Verstärkungsstufe, die so nah wie möglich bei der Messanordnung 22 vorhanden ist, und kann eine Rauschfilterung (nicht gezeigt) umfassen. Die erste Verstärkerschal tung 36 verstärkt das Eingangssignal V_in, um die Genauigkeit und Stabili tät aller anschließenden Stufen zu verbessern. Im allgemeinen wird die Messanordnung 22 für den gesamten Betriebsbereich in einem bekannten Bereich von Signalen arbeiten, der Veränderungen in Temperatur, Luft spalt, Eingangsversorgungsspannungssignal, Transduktorsignalfrequen zen und Sensor/Impulsgeberrad-Herstellung berücksichtigt. Dieser Be triebsbereich plus eine gewisse annehmbare Sicherheitsgrenze können dennoch zulassen, dass das Eingangssignal V_in durch eine gewisse Offset- Einstellung (d. h. Entfernung eines Teils der Gleichstromkomponente 50) und Verstärkung durchgeht, ohne das Signal aufgrund der Grenzen abzu schneiden, die durch den dynamischen Spannungsbereich der Steuer schaltung 28 gesetzt sind. Die erste Verstärkerschaltung 36 umfasst einen analogen Verstärker 52, erste und zweite Widerstände 54 und 56, einen Spannungsgenerator mit festem DC-Offset 58 und Widerstände 60 und 62. Bei einer gebauten Ausführungsform liefert der DC-Offset-Generator 58 einen 2,5 Volt DC-Offset. Es sei daran erinnert, dass ein erwarteter DC-Offset-Bereich zwischen 2,50 Volt und 3,33 Volt liegt. Die Widerstände 54, 56, 60 und 62 sind bei einer gebauten Ausführungsform derart gestal tet, dass sie einen annähernd 6fachen Verstärkungsfaktor liefern. Die vorstehende Einrichtung beseitigt im Wesentlichen viel von dem DC-Offset 50, während eine Wechselstromkomponente des Eingangssignals V_in maximiert wird. Es ist einzusehen, dass andere Offset- und Verstärkungs pegel für unterschiedliche Ausführungen der Messanordnung 22, der Einrichtung 34 und der Schaltung 36 gewählt werden können.

Fig. 3B zeigt das erste Signal V₁, das von der ersten Verstärkerschaltung 36 erzeugt wird. Im Besonderen zeigt Fig. 3B eine übriggebliebene oder Rest-Gleichstromkomponente 63. Insofern der DC-Offset signifikant vari ieren kann, bei der veranschaulichten Ausführungsform beispielsweise zwischen 2,50 Volt und 3,33 Volt, kann die Entfernung eines vorbestimm ten, festen Betrages, nämlich 2,50 Volt, unter bestimmten Umständen einen Rest-DC-Offset zurücklassen. Fig. 3B zeigt ferner eine verstärkte Wechselstromkomponente von derjenigen, die ursprünglich im Eingangs signal V_in enthalten war.

Weiterhin umfasst nach Fig. 2 die Steuerschaltung 28 ferner eine Spitzen detektorschaltung 38. Die Spitzendetektorschaltung 38 spricht auf das erste Signal V₁ an, um ein zweites Signal V₂ zu erzeugen, das einen maxi malen Spannungspegel des ersten Signals V₁ darstellt. Die Spitzendetek torschaltung 38 detektiert den Spannungspegel des ersten Signals V₁ zur strategischen Platzierung und Verstärkung innerhalb des Dynamikbe reichs der Steuerschaltung 28. Andere Veränderungen der Schaltung 38 sind möglich, einschließlich Schaltungen zum Detektieren der Spitze, eines Tals, eines Wechselstrom-Massepegels oder auch eine Kombination der vorstehenden, um einen Pegel innerhalb der Signalamplitude des ersten Signals V₁ herzustellen. Diese Pegel können unter Verwendung herkömmlicher analoger Spitzen- und Taldetektoren, unter Verwendung eines Tiefpassfilters zum Detektieren des Wechselstrom-Massepegels, oder durch Umwandeln des ersten Signals V₁ in ein digitales Signal detektiert werden. Das digitalisierte Signal kann dann unter Verwendung eines Algorithmus, um die Spitze, das Tal, die Wechselstrom-Masse zu detektie ren oder irgendeines anderen optimierten Signalpegels verarbeitet werden, um die Offset- und Verstärkungsfunktionen durchzuführen, die in der zweiten Verstärkerschaltung 40 auftreten werden. Das von der ersten Verstärkerschaltung 36 erzeugte Signal V₁ kann irgendeine Spannung zwischen 0 und 5 Volt und eine Amplitude, die mit der Temperatur und dem Luftspalt schwanken kann, besitzen. Deshalb wird ein analoger Spitzendetektor oder Taldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung ange wandt, um einen Signalpegel zur Verwendung bei der Durchführung einer anderen Offset-Funktion in der zweiten Verstärkerschaltung 40 zu finden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird ein Spitzendetektor verwendet, der auf Masse bezogen ist und durch den Ausgang eines Ver stärkers 64 und einer Diode 66 aufgeladen wird. Das veranschaulichte Spitzendetektionsschema bietet den Vorteil, dass eine schnelle Laderate und eine langsame Entladung vorgesehen werden, um den Spitzenpegel durch jegliche dazwischenliegende Talmerkmale hindurch zu halten. Da ein Spitzendetektor dazu verwendet wird, das zweite Signal V₂ zu erzeu gen, muss das erste Signal V₁ von dem Spitzensignal V₂ subtrahiert wer den, wodurch sich ein periodisches Signal ergibt, das relativ zu den wah ren Zahn- und Schlitzmerkmalen invertiert ist (d. h. high für einen Schlitz/ low für einen Zahn in der Nähe). Bei der veranschaulichten Ausführungs form umfasst der Spitzendetektor 38 einen analogen Verstärker 64, eine Diode 66 und einen Kondensator 68. Die Bauteile 64, 66 und 68 können unter Verwendung von Fachleuten bekannten Bauelementen eingerichtet werden. Das zweite Signal V₂ ist in Fig. 3B gezeigt.

Die Steuerschaltung 28 umfasst ferner eine zweite Verstärkerschaltung 40, die auf das erste Signal V₁ und das zweite Signal V₂ anspricht und derart gestaltet ist, dass sie ein drittes Signal V₃ erzeugt, das im Wesentli chen alles von jedem restlichen Teil der Gleichstromkomponente 50 ent fernt. Zusätzlich ist die zweite Verstärkerschaltung 40 ferner derart gestal tet, dass sie eine zusätzliche Verstärkung der Wechselstromkomponente des hereinkommenden Signals, nämlich Signal V₁, einfügt. Die zweite Verstärkerschaltung 40 kann einen analogen Verstärker 70 umfassen. Bei einer gebauten Ausführungsform ist der Verstärker 70 als ein 3,3fach- Verstärker gestaltet. Sobald die Spitzendetektorschaltung 38 einen strate gischen Pegel, der durch das Signal V₂ definiert ist, unter Verwendung des ersten Signals V₁ detektiert, führt in der Summe die zweite Verstärker schaltung eine ergänzende oder zweite Offset- und Verstärkungsfunktion für den Gleichstrom durch. Die Wirkung wird von dem Bereich von mögli chen Signalamplituden, die in dem ersten Signal V₁ erscheinen, und dem ausgewählten DC-Offset-Pegel, der von dem DC-Offset-Block 58 geliefert wird, abhängen. Bestimmte Umgebungsfaktoren, die die Amplitude des Eingangssignals V_in beeinflussen, können den Betrag an Verstärkung des Verstärkers begrenzen, das durch die erste Verstärkerschaltung 36 ange wandt wird. Diese Faktoren umfassen den Luftspaltbereich und die Tem peratur. Wenn die Wechselstromsignalamplitude, die in dem ersten Signal V₁ enthalten ist, ausreichend groß gegenüber allen Betriebsbedingungen ist (d. h. größer als 1,0 Volt), kann dann der Offset unter Verwendung einer Verstärkerverstärkung von 1 durchgeführt werden. Für kleinere Signalpegel sollte die Verstärkerverstärkung unter Berücksichtigung der anderen Operationsverstärker-Parameter optimiert werden, die das Ge nauigkeitsleistungsvermögen beeinflussen können, wie beispielsweise Verstärkung-Bandbreite-Produkte und Anstiegsgeschwindigkeiten, die eine Verzögerung bei der Erzeugung des dritten Signals V₃ relativ zum Eingangssignal V_in einleiten können.

Bei einer gebauten Ausführungsform kann ein Luftspalt: zwischen 0,20 Millimetern und 3,0 Millimetern variieren, was Montageabweichungen, Impulsgeberraddurchmesserabweichungen und -schlag sowie Sensorlän genabweichungen umfasst. Der MR-Sensor 26 liefert eine maximale Spannungsänderung in V_in von annähernd 250 Millivolt zwischen einem Zahn- und Schlitzmerkmal bei einem Luftspalt von 0,20 Millimetern und minimaler Temperatur und bei optimalen Verarbeitungsbedingungen. Die minimale Änderung beträgt annähernd 30 Millivolt (Spitze-Spitze) bei einem Luftspalt von 3,0 Millimetern, einer maximalen Temperatur, unter schlechtesten Verarbeitungsbedingungen. Da die Schaltung 36 diese Signale 6fach verstärkt, können die Signalamplituden, zumindest von den Wechselstromkomponenten, von der ersten Verstärkerschaltung 36 im Bereich zwischen 0,18 und 1,50 Volt Spitze-Spitze liegen. Da der Verstär kungsfaktor für die zweite Verstärkerschaltung 40 durch die durch den Dynamikbereich zulässige maximale Signalamplitude begrenzt ist, wurde die maximale Verstärkung für die zweite Verstärkerschaltung 40 bei einer gebauten Ausführungsform auf annähernd 3,3fach eingestellt, begleitet von der geeigneten Offset-Einstellung, so dass das gesamte Signal in den 0-5-Volt-Dynamikbereich fallen wird.

Fig. 3C zeigt in graphischer Form das dritte Signal V₃. Es ist anzumerken, dass die Phase des dritten Signals V₃ relativ zum ersten Signal V₁ umge kehrt ist. Es ist jedoch im Wesentlichen alles von dem DC-Offset 50 in dem ursprünglichen Eingangssignal V_in, entfernt worden.

Weiterhin nach Fig. 2 umfasst die Steuerschaltung 28 ferner einen Schwellenwertreferenzgenerator 42, um ein Schwellenwertsignal V_TH zu erzeugen, das ein Prozentsatz des Spitzenpegels des dritten Signals V₃ ist. Der Generator 42 ist herkömmlich ein Schlüsselblock aus einem adapti ven Schwellenwertansatz zur Winkelstellungsmessung. Da jedoch die erste Verstärkerschaltung 36, die Spitzendetektorschaltung 38 und die zweite Verstärkerschaltung 40 die Wechselstromkomponenten-Signal amplitude optimiert und sie innerhalb des Dynamikbereichs der Steuer schaltung 28 positioniert haben, ist die Auflösungs- und Genauigkeitsan forderung für diese Stufe nicht so kritisch, wie sie es für herkömmliche Systeme und/oder nichtaufbereitete Signale wäre (d. h. Signale direkt von dem Eingangssignal V_in. Der Generator 42 detektiert die Spitzenpegel des dritten Signals V₃, um ein Referenzschwellenwertsignal V_TH zu erzeugen, das das dritte Signal V₃ an einer strategischen Position innerhalb der Spitze-Spitze-Amplitude schneiden wird. Das Schwellenwertsignal V_TH kann derart positioniert werden, dass die genaueste Darstellung der Merkmale des Impulsgeberradzahns 16 und -schlitzes 18 erzielt wird, oder, falls dies gewünscht ist, dass die Merkmalsgröße derart modifiziert wird, dass sie am besten zu den Systempegel-Detektionserfordernissen passt. Der Generator 42 umfasst einen analogen Verstärker 72, eine Diode 74, einen Kondensator 76 und zwei Widerstände 78 und 80.

Es muss nur der Spitzenpegel detektiert werden, um die Spitze-Spitze Hüllkurve des Signals herzustellen, insofern die Gleichstromkomponente 50 im Wesentlichen vollständig aus dem ursprünglichen Eingangssignal V_in beseitigt worden ist. D. h., indem das erste Signal V₁ von dem durch das zweite Signal V₂ angegebenen Spitzenwert subtrahiert wird, wird das dritte Signal V₃ immer einen Tal-Pegel von 0 Volt aufweisen. Dementspre chend wird ein analoger Spitzendetektor die Signalveränderung detektie ren, die nur durch die Veränderungen in dem Luftspalt und der Tempera tur hervorgerufen wird. Durch Schalten der Widerstände 78 und 80 zwi schen dem Spitzenpegelausgang V_peek und einer Schaltungsmasse wird der dadurch gebildete Spannungsteiler das Schwellenwertsignal V_TH lie fern. Die Position des Schwellenwertes V_TH relativ zum dritten Signal V₃ kann durch Optimieren des Verhältnisses der Widerstände 78 und 80 abgestimmt werden.

Fig. 3C zeigt den Spitzenpegel, der durch den Spitzendeaektionsteil der Schaltung 42, nämlich die Bauteile 72, 74 und 76, entwickelt wird und mit V_peek bezeichnet ist. Zusätzlich zeigt Fig. 3C auch das Schwellenwert signal V_TH.

Weiterhin nach Fig. 2 umfasst die Steuerschaltung 28 ferner einen Kom parator 44. Der Komparator 44 vergleicht das dritte Signal V₃ mit einem Schwellenwertsignal V_TH und erzeugt ein digitales Ausgangssignal V_out, das high ist, wenn das an den nicht invertierenden Eingang angelegte Signal positiver als das an den invertierenden Eingang angelegte Signal ist, und umgekehrt. Da das dritte Signal V₃ der Kehrwert des Zahn/Schlitz-Musters an dem Impulsgeberrad 14 ist, wird das Schwel lenwertsignal V_TH vorzugsweise mit dem nicht invertierenden Anschluss des Komparators 44 verbunden, und das dritte Signal V₃ wird mit dem invertierenden Anschluss des Komparators 44 verbunden, um eine wahre Darstellung der Impulsgeberradmerkmale zu erhalten. Ein paar Millivolt Hysterese sollten für den Komparator 44 angewandt werden, um Mehr fachschalten aufgrund von Rauschen zu beseitigen.

Fig. 3D zeigt den Ausgang des Komparators 44, nämlich das Ausgangssig nal V_out. Das Ausgangssignal V_out nimmt einen logischen. High-Zustand 32 an, der einem Zahnmerkmal 16 des Impulsgeberrades entspricht, und einen logischen Low-Zustand 30, der einem Schlitz-Merkmal 18 des Im pulsgeberrades entspricht. Wenn das umgekehrte Signal gewünscht wird, können das dritte Signal V₃ und das Referenzschwellenwertsignal V_TH mit den entgegengesetzten Anschlüssen des Komparators 44 verbunden wer den.

In den Fig. 4A und 4B ist eine alternative Ausführungsform der Vorrich tung 10 veranschaulicht, nämlich Vorrichtung 10'. Fig. 4A zeigt eine Ansicht von vorne, und Fig. 4B zeigt eine Ansicht von der Seite. Die Vor richtung 10' ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten MR-Sen sor 82 umfasst, der an einer Stelle fern von dem Impulsgeberrad 14 ange ordnet ist. D. h., der erste MR-Sensor 26 ist über einer einzigen Bahn des Impulsgeberrades 14 angeordnet, während der zweite Sensor, nämlich der MR-Sensor 82 kein Impulsgeberrad überwacht. Der Referenz-MR-Sensor 82 kann bei einer weiteren alternativen Ausführungsform auf einer Leiter platte angeordnet sein, die die anderen Bauteile der Steuerschaltung 28 umfasst, oder, wie bei der veranschaulichten Ausführungsform, auf der Magnetanordnung 24 in einer Position, bei der er das Impulsgeberrad 14 nicht erfasst. Der MR-Sensor 82 wird bei der Vorrichtung 10' angewandt, um Temperaturschwankungen zu kompensieren. Jedoch werden dennoch Luftspaltschwankungen vorhanden sein und in der Steuerschaltung 28' kompensiert. Die Steuerschaltung 28' kompensiert auch jede Fehlanpas sung zwischen MR-Sensoren 26 und 82.

Fig. 5 zeigt die Steuerschaltung 28' detaillierter. In der Vorrichtung 10' ist der MR-Sensor 26 über dem Impulsgeberrad 14 angeordnet, während der zweite MR-Sensor 82 sich auf einem von der Leiterplatte oder der Magnet anordnung 24 fern von dem Impulsgeberrad befindet. Die beiden MR-Sen soren 26, 82 können in einer Spannungsteileranordnung angeordnet sein, wie es in der Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung 34' gezeigt ist. Der Spannungsteiler ist über eine geregelte Ansteuerspan nung von einem Regler 48 hinweg geschaltet. Alternativ kann eine Kon stantstromquelle, die einen Ansteuerstrom I_DD liefert, vorgesehen sein, oder jeder MR-Sensor kann separat durch eine unabhängige Konstant stromquelle I_DD1 und I_DD2 angesteuert werden (d. h. eine parallele Anord nung). Das MR-Differenzsignal für irgendeine dieser Anordnungen wird bei umlaufendem Impulsgeberrad 14 aufgrund der Differenzen der auf jeden Sensor 26, 82 aufgebrachten Vormagnetisierung einen veränderlichen DC- Offset für das periodische Signal aufweisen.

Nach Fig. 5 umfasst die Steuerschaltung 28' ferner eine erste Verstärker schaltung 36'. Die erste Verstärkerschaltung 36' ist im Wesentlichen gleich wie die erste Verstärkerschaltung 36, mit Ausnahme des folgenden. Wenn die Widerstände des MR-Sensors 26 und des MR-Sensors 82 gleich sind, wird Vin, einen DC-Offset von annähernd 2,5 Volt und eine Amplitu de, die mit der Temperatur und dem Luftspalt schwanken wird, zwischen ungefähr 30 und 250 Millivolt Spitze-Spitze aufweisen. Der DC-Offset wird zwischen 2,5 Volt aufgrund einer MR-Sensor-Fehlanpassung zwischen den Sensoren 26 und 82 um plus oder minus 0,25 Volt schwanken und dadurch einen Bereich von 2,25 bis 2,75 Volt ergeben. Die Faktoren um fassen Differenzen in Widerstandswerten, eine Magnetfeldempfindlichkeit, eine Temperaturempfindlichkeit und eine Position (insbesondere Luftspalt) zwischen dem Sensor 26 und dem Sensor 82. Der Dynamikbereich der Vorrichtung 10' liegt im Bereich zwischen 0 Volt und 5 Volt (V_CC). Nur durch den Dynamikbereich begrenzt kann die erste Verstärkerschaltung 36' eine 2,5-Volt-Referenz für den DC-Offset-Block 58 benutzen und eine 7,7fach-Verstärkung anwenden. Das Ausgangssignal, nämlich das erste Signal V₁ wird innerhalb des Dynamikbereichs der Steuerschaltung 28' bleiben.

Die Spitzendetektorschaltung 38 der Steuerschaltung 28' ist gleich wie die Schaltung 38 der Steuerschaltung 28 (Fig. 2).

Die Steuerschaltung 28' umfasst ferner eine zweite Verstärkerschaltung 40'. Die Schaltung 40' ist gleich wie die Schaltung 40 mit der Ausnahme, dass ihr Verstärkungsfaktor auch durch den Dynamikbereich der Steuer schaltung 28' begrenzt sein kann, und ist dementsprechend bei einer gebauten Ausführungsform auf annähernd 2,5fach eingestellt, so dass das dritte Signal V₃ in den 0-5-Volt Dynamikbereich der Schaltung fallen wird. Die Verstärkung ist kleiner als die der zweiten Verstärkerschaltung 40, da die Verstärkung der ersten Stufe, nämlich die Verstärkung, die durch die erste Verstärkerschaltung 36' geliefert wird, größer ist, als die entspre chende Verstärkung der ersten Verstärkerschaltung 36 (d. h. 7,7fach im Vergleich mit 6fach).

In jeder anderen Hinsicht ist der Rest der Steuerschaltung 28' gleich wie bei der in Fig. 2 gezeigten Steuerschaltung 28. In der Summe wird für die Vorrichtung 10' der Referenz-MR-Sensor 82 dazu verwendet, Temperatur veränderungen zu kompensieren, während die Steuerschaltung 28' derart gestaltet ist, dass sie eine Fehlanpassung zwischen Transduktoren 26 und 82 kompensiert.

Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine selbstkompensierende Steu erschaltung 28 zur Verwendung mit einem Magnetwiderstandsensor (MR- Sensor). Die Steuerschaltung 28 umfasst eine Verstärkungs- 36 und Offset-Funktion als erste Stufe, die eine Gleichstromkornponente aus dem Eingangssignal V_in, entfernt und eine Wechselstromkomponente des Ein gangssignals innerhalb des Dynamikbereichs der Steuerschaltung maxi miert. Anschließende Stufen entfernen die restliche Gleichstromkompo nente, falls eine vorhanden ist, und liefern eine geeignete zusätzliche Verstärkung. Ein Komparator 44 liefert einen digitalen Ausgang auf der Grundlage des verarbeiteten Eingangssignals und eines Schwellenwertsig nals V_TH.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines Ausgangssignals (Vouc), das eine Winkelstellung (θ) eines rotierenden Elements (12) angibt, umfassend ein Impulsgeberrad (14), das mehrere Zähne (16) aufweist, die durch Schlitze (18) getrennt sind, die winklig beabstandet um seinen Um fang (20) herum angeordnet sind, wobei das Impulsgeberrad (14) der art gestaltet ist, dass es an dem rotierenden Element (12) zur Rotati on mit diesem angebracht ist, eine Messanordnung (22) mit einem Vormagnetisierungsmagneten (24) und einem magnetoresistiven (MR) Magnetfeldsensor (26), der zwischen dem Magneten (24) und dem Impulsgeberrad (14) angeordnet ist, und eine Steuerschaltung (28), die mit dem MR-Sensor (26) gekoppelt und derart gestaltet ist, dass sie das Ausgangssignal (V_out) erzeugt, das Übergänge zwischen ersten (30) und zweiten (32) Zuständen aufweist, wenn jede vordere und hintere Flanke der Zähne an diesem vorbeitritt, wobei die Steuer schaltung (28) ferner eine Einrichtung (34) umfasst, um an den MR- Sensor eine elektrische Vorspannung anzulegen und somit bei rotie rendem Impulsgeberrad (14) ein Eingangssignal (V_in) zu erzeugen, das eine Gleichstromkomponente (DC-Komponente) (50) und eine dieser überlagerte Wechselstromkomponente (AC-Komponente) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28) ferner eine erste Verstärkerschaltung (36) umfasst, die derart gestaltet ist, dass sie einen ersten Teil der Gleich stromkomponente aus dem Eingangssignal (V_in) entfernt und das Eingangssignal (V_in) mit einem vorbestimmten Faktor verstärkt, der derart gestaltet ist, dass er die Wechselstromkomponente innerhalb eines Dynamikbereichs (V_cc-Gnd) der Steuerschaltung maximiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil eine vorbestimmte, feste Größe ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstärkerschaltung (36) ein erstes Signal (V₁) ausgibt, und dass die Steuerschaltung (28) ferner eine Spitzendetektorschaltung (38) umfasst, die auf das erste Signal (V₁) anspricht, um ein zweites Signal (V₂) zu erzeugen, das einen maximalen Spannungspegel des ersten Signals (V₁) darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28) ferner eine zweite Verstärkerschaltung (40) umfasst, die auf das erste Signal (V₁) und das zweite Signal (V₂) an spricht, und derart gestaltet ist, dass sie ein drittes Signal (V₃) er zeugt, dessen Gleichstromkomponente im Wesentlichen entfernt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28) ferner umfasst:
einen Schwellenwertreferenzgenerator (42) zum Erzeugen eines Schwellenwertsignals (V_TH), das ein Prozentsatz eines Spitzenpegels des dritten Signals (V₃) ist, und
einen Komparator, der derart gestaltet ist, dass er das Ausgangssig nal (V_out) in Ansprechen auf das dritte Signal (V₃) und das Schwel lenwertsignal (V_TH) erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der MR-Sensor ein erster MR-Sensor (26) ist, wobei die Messanord nung (22) ferner umfasst:
einen zweiten magnetoresistiven (MR) Sensor (82), der in Reihe mit dem ersten MR-Sensor (26) angeordnet ist, um einen Spannungsteiler mit einem gemeinsamen Knoten zu bilden, an dem das Eingangssig nal (V~) erzeugt wird, und
eine Stromversorgung (48), die über den Spannungsteiler hinweg ge schaltet ist,
wobei der zweite MR-Sensor (82) an dem Magneten (24) angeordnet ist, so dass er nicht durch die Drehung des Impulsgeberrades beein flusst ist.

7. Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals (V_out), das eine Win kelstellung (θ) eines rotierenden Impulsgeberrades (14) angibt, das mehrere Zähne (16) aufweist, die durch Schlitze (18) getrennt sind, die winklig beabstandet um seinen Umfang (20) herum angeordnet sind, mit den Schritten, dass:

A) ein Eingangssignal (V_in) erzeugt wird, indem an einen magne toresistiven (MR) Magnetfeldsensor (26), der zwischen einem Magneten (24) und dem rotierenden Impulsgeberrad (14) an geordnet ist, eine Vorspannung angelegt wird,
B) eine Gleichstromkomponente (50) des Eingangssignals (V_in) um einen vorbestimmten, festen Betrag reduziert wird (36),
C) eine Wechselstromkomponente des Eingangssignals (Vfft) ver stärkt wird (36), um die Wechselstromkomponente innerhalb eines Dynamikbereiches (V_cc-Gnd) einer Steuerschaltung zu maximieren, wobei das Eingangssignal (V_in) mit der reduzier ten Gleichstromkomponente und der verstärkten Wechsel stromkomponente ein erstes Signal (V₁) definiert, und
D) das Ausgangssignal (V_out), das Übergänge zwischen ersten (30) und zweiten (32) Zuständen aufweist, wenn jede vordere und hintere Flanke der Zähne (16) an dem Sensor vorbeitritt, ge mäß dem ersten Signal (V₁) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeugungsschritt den Unterschritt umfasst, dass:
ein Spitzenpegel des ersten Signals (V₁) detektiert wird (38) und in Ansprechen darauf ein zweites Signal (V₂) ausgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeugungsschritt ferner den Unterschritt umfasst, dass:
ein Rest der Gleichstromkomponente (50) des Eingangssignals (V_in) unter Verwendung des zweiten Signals (V₂) entfernt wird (40) und in Ansprechen darauf ein drittes Signal (V₃) ausgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeugungsschritt ferner die Unterschritte umfasst, dass:
ein Schwellenwertsignal (V_TH) erzeugt wird (42), das ein Prozentsatz eines Spitzenpegels des dritten Signals (V₃) ist, und
das Ausgangssignal in einem von dem ersten (30) und dem zweiten (32) Zustand erzeugt wird, wenn das dritte Signal (V₃) das Schwel lenwertsignal (V_TH) übersteigt.