DE102004010362A1 - Sensor, insbesondere Magnetfeldsensor, mit Störsignal-Kompensation und Verfahren zur Störsignal-Kompensation eines Sensors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt einen Sensor, insbesondere einen Hallsensor, mit einem Sensorelement (1; 10), das ein ein Störsignal (STS) enthaltenes Sensorsignal (SS) abgibt, mit einer Auswerteeinrichtung (6; 20), die mit dem Sensorelement verbunden ist und einen Subtrahierer (2; 21) enthält, der das Störsignal von dem Sensorsignal subtrahiert, wobei der Sensor eine Filtereinrichtung enthält, die das Störsignal aus dem Sensorsignal herausfiltert. Der Sensor und das beanspruchte Verfahren ermöglichen eine Kompensation des Störsignals.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Magnetfeldsensor, mit einem Sensorelement, das ein ein Störsignal enthaltendes Sensorsignal abgibt, mit einer Auswerteeinrichtung, die mit dem Sensorelement verbunden ist und einen Subtrahierer enthält, der ein Kompensationssignal von dem Sensorsignal subtrahiert. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Störsignal-Kompensation eines Sensors.
- Ganz allgemein haben sowohl ein Sensor als auch seine Auswerteschaltung, mit der das Sensorsignal ausgewertet wird, Störsignale, die sich dem eigentlich zu erzeugenden Nutzsignal, dem Messsignal, überlagern. Insbesondere zählen hierzu ein überlagertes Gleichsignal, der Offset, und dessen Temperaturabhängigkeit. Diese beeinflussen die Komponenten des Sensors und verfälschen das Messsignal als auch Linearität und Arbeitspunkt der Auswerteelemente.
- Bekannte Anwendungsbeispiele für Sensoren beziehen sich auf Magnetfeldsensoren und insbesondere Hallsensoren mit Hallelementen. Ein Hallelement gibt im Magnetfeld als Hallsignal ein Spannungssignal ab, wenn es von einem Strom senkrecht zum Magnetfeld durchflossen wird. Das Hallsignal, d.h. die Hallspannung, ist abhängig von dem Produkt aus der vertikalen Komponente der magnetischen Flussdichte, dem Hallstrom und der Hallkonstanten. Die Hallkonstante, die die Sensitivität des Hallelements angibt, ist materialabhängig.
- Im praktischen Betrieb überlagert sich dem Nutzsignal der Hallspannung aus Hallkonstante des Bauelements, der vertikalen Komponente der magnetischen Flussdichte und dem Hallstrom der Offset, der sich aus den Offsets des Hallelementes und der nachfolgenden Auswertereinrichtung zusammensetzt.
- Aus der
EP 0525235 B1 sind ein Verfahren und ein Magnetfeldsensor mit einer Selbstkompensation durch eine thermische und technologische Kopplung des Hallelementes und seiner Versorgungseinrichtungen bekannt. Dazu sind die entsprechenden Elemente in einer integrierten Schaltung gemeinsam ausgeführt. Mittels einer Hystereseschaltung wird der Hallspannung eine Offsetspannung überlagert. - Ein weiterer Magnetfeldsensor ist aus der
DE 4431703 A1 bekannt. Dort wird ein Magnetfeldsensor vorgeschlagen, der unter Berücksichtigung eines Offsets des Hallelements eine größere Genauigkeit ermöglicht. - Aus der
DE 196 50 184 A1 ist ein getakteter Hallsensor mit einer Abtast- und Halteschaltung sowie Summierglied mit dynamischer Offset-Unterdrückung bekannt. Darin wird beschrieben, wie der Offset mit Hilfe zweier Signale, die aus senkrecht zueinander durch den Hallsensor fließenden Strömen erzeugt werden, mittels einer Summation eliminiert wird. Das Verfahren ist auch als „Spinning Current"-Technik bekannt. - Aus der US 2003/017 8989 A1 ist ein Zahnrad-Detektor mit Offset-Kompensation eines Magnetfeldes bekannt, bei der das Sensorsignal am Ausgang der Auswerteschaltung zurückgewonnen und auf den Eingang der Auswerteschaltung rückgekoppelt wird, um den durch das magnetische Gleichfeld erzeugten Offset zu kompensieren. Obwohl der Detektor diesen Offset zum großen Teil eliminiert, beschreibt das Dokument, dass eine erhebliche Ungenauigkeit im Verhältnis Störsignal zu Nutzsignal verbleibt. Das Dokument führt weiter aus, dass eine Frequenzdiskriminierung zur Offset-Entfernung nicht ausreicht.
- Als weiteres Anwendungsbeispiel gibt die
EP 0916074 B1 einen magnetischen Drehsensor an, bei dem ein auf einer Achse montierter Magnet über einem Hallelement angeordnet ist. Das Hallelement selbst besteht aus einer Anzahl von einzelnen Sensorelementen, die in einer bestimmten geometrischen Anordnung zueinander stehen. Jede Anordnung mit nachfolgendem Vorverstärker für das entsprechende Signal wird als Kanal bezeichnet. Die dem Hallelement nachgeschaltete Auswertereinrichtung ermittelt aus den Hallsignalen der Kanäle den Drehwinkel der Achse. Jeder Kanal weist ein Offsetsignal der Sensoranordnung und einen Offset des Vorverstärkers auf, zu dem der Offset der Auswerteeinrichtung hinzukommt. Dadurch wird das eigentliche Nutzsignal verfälscht und ein falscher Ausgangswert ermittelt. - Ähnliches gilt, wenn das Hallsignal für Zwecke einer digitalen Weiterverarbeitung digitalisiert wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor und ein Verfahren anzugeben, mit denen sich ein besseres Störsignalverhalten des Sensors ergibt.
- Diese Aufgabe wird durch einen Sensor, insbesondere einen Hallsensor, und durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der eingangs beschriebene Sensor eine Filtereinrichtung enthält, mit der das Störsignal, insbesondere der Offset, aus dem Sensorsignal herausgefiltert und auf ein Subtrahierglied im Ausgangskreis des Sensorelements zurückgeführt wird. Dabei bedeutet „Störsignal", dass das Störsignal im Rahmen der (schaltungs)technischen Realisierung der Auswerteeinrichtung so weit wie möglich und im Idealfall vollständig im Rückkopplungszweig zurückgewonnen und herausgefiltert wird.
- Mit der Erfindung wird es möglich, nicht nur den Störsignalanteil des Ausgangssignals auf Null oder ein Minimum zu reduzieren, sondern auch den Arbeitspunkt des Ausgangsverstärkers des Sensorelements in einem optimalen linearen Bereich zu halten. Das Ausgangssignal des Sensors entspricht weitestgehend dem gewünschten Messsignal.
- Es ist vorteilhaft, wenn der Sensor eine Zerhackereinrichtung (Chopper) enthält, die das an ihrem Eingang anliegende Signal abwechselnd invertiert, und wenn eine dem Chopper nachgeschaltete Hochpasseinrichtung das Störsignal herausfiltert. Wenn in einer bevorzugten Ausführungsform der Chopper in dem Sensorelement bzw. im Signalweg möglichst unmittelbar hinter dem eigentlichen sensitiven Element, z.B. der Hallzelle, und vor dem Subtrahierer angeordnet ist, können sowohl Störsignalanteile des Sensorelements als auch der Auswerteeinrichtung kompensiert werden. Wenn dagegen der Chopper im Signalweg hinter dem Subtrahierer der Auswerteeinrichtung angeordnet ist, werden Störsignalanteile der Auswerteeinrichtung kompensiert.
- Es ist für weiterhin vorteilhaft, wenn die Hochpasseinrichtung einen Zähler steuert, dessen Zählerwert dem Wert des Störsignals entspricht, und dem Zähler ein Digital-Analog-Wandler nachgeschaltet ist, der den Zählerwert in ein Analogsignal wandelt. Der Zähler ist als Integrator anzusehen.
- Insbesondere kann das Messsignal digital weiterverarbeitet werden, beispielsweise in einem Rechner, wenn die Auswerteeinrichtung einen Analog-Digital-Wandler enthält, der das Ausgangssignal des Subtrahierers digitalisiert. Damit lassen sich die Vorteile der Digitaltechnik auf den Sensor anwenden.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, wenn der Analog-Digital-Wandler ein Sigma-Delta-Modulator erster oder höherer Ordnung ist. Damit kann das digitalisierte Signal als einfache Folge von Pulsen oder Bits weiter verarbeitet werden.
- Es ist vorgesehen, dass ein Demodulator dem Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist. Damit wird der beim Choppen invertierte Signalanteil wieder umgedreht bzw. nochmals invertiert und das ursprüngliche oder bevorzugt das daraus abgeleitete Signal gewonnen, das nachfolgend gefiltert werden kann.
- Mit einer Lastschaltung, die dem Subtrahierer nachgeschaltet ist, lässt sich das Stromsignal des Sensorelements in ein Spannungssignal umwandeln, das sich für die digitale Signalverarbeitung eignet.
- Bei dem Verfahren zur Elimination des Störsignals ist vorgesehen, dass das Störsignal aus dem Sensorsignal herausgefiltert wird und am Ausgang des Sensorelements vom Sensorsignal subtrahiert wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen
-
1 einen schematischen Aufbau eines Sensors mit einer Störsignalkompensation und -
2 eine detaillierte schematische Darstellung eines Sensors mit digitaler Signalverarbeitung und Störsignalkompensation. - Gemäß
1 enthält der Sensor S ein Sensorelement1 , das die zu erfassende Messgröße detektiert. Am Ausgang des Sensorelements steht das Sensorsignal SS zur Verfügung, das an einen Eingang eines Subtrahierers2 der Auswerteeinrichtung6 gelegt ist. Das Ausgangssignal des Subtrahierers gelangt an eine Filtereinrichtung3 , die eine Zerhackereinrichtung (Chopper)4 enthält. Der Chopper erzeugt aus dem Eingangssignal abwechselnd ein invertiertes und ein nichtinvertiertes Teilsignal. Die Chopperfrequenz wird entsprechend höher als die höchste Signalfrequenz gewählt. - Der Chopper muss nicht, wie in
1 gezeigt, Element der Auswerteeinrichtung sein. Wenn der Chopper in dem Sensorelement bzw. im Signalweg möglichst unmittelbar nach dem messgrößen-sensitiven Element, z.B. der Hallzelle, bzw. vor dem Ausgangsverstärker des Sensorelements angeordnet ist, können sowohl Störsignalanteile des Sensorelements als auch der Auswerteeinrichtung kompensiert werden. - Das Ausgangssignal AS des Sensors S steht am Ausgang der Filtereinrichtung zur Verfügung. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal einem Hochpass bzw. einem selektiven Bandpass
5 zugeführt, der ebenfalls in der Filtereinrichtung3 enthalten und mit dem Subtraktionseingang des Subtrahierers verbunden ist. Dadurch entsteht ein geschlossener Regelkreis, dessen Ausgangssignal weitgehend frei von Störsignalen ist. Die Hochpasseinrichtung5 filtert die Störanteile aus dem Ausgangssignal heraus, so dass am Ausgang des Rückkoppelzweiges, d.h. dem anderen Ausgang der Filtereinrichtung das Störsignal STS bereitgestellt und auf den zweiten Eingang des Subtrahierers2 rückgeführt ist. Dabei subtrahiert der Subtrahierer das Störsignal von dem Sensorsignal. - Durch das Choppen werden die Störanteile des ge-choppten Signals, z.B. des Offsets, die typischerweise im niederfrequenten Bereich und insbesondere auch als Gleichsignal anliegen, in einen hohen Frequenzbereich verschoben. Je weiter vorne in der Messsignalkette das choppen erfolgt, desto mehr Störsignalanteile können damit nach hohen Frequenzen verschoben werden. Mit dem Hochpass
5 lassen sich diese Signalanteile dann extrahieren. - Aufgrund des geschlossenen Regelkreises, mit dem das Störsignal von dem Sensorsignal subtrahiert wird, wird der Störsignalanteil des Sensors auf ein Minimum geregelt. Am Ausgang der Filtereinrichtung steht deshalb das eigentliche Messsignal AS im wesentlichen störsignalfrei bereit.
- Gleichzeitig ermöglicht die beschriebene Rückkopplung, dass der Ausgangsarbeitspunkt eines im Sensorelement
1 enthaltenen Ausgangsverstärkers in seinem optimalen linearen Bereich gehalten werden kann. Ebenso wird der Dynamikbereich der Auswerteeinrichtung besser ausgenutzt. - Die anhand von
1 beschriebene dynamische Störsignalkompensation ermöglicht die Einstellung eines von Temperatur- und Prozessschwankungen weitgehend unabhängigen Arbeitspunktes des Sensors. Damit lassen sich hohen Anforderungen an die Linearität des gesamten Sensors realisieren, ohne dass der Sensor manuell abgeglichen werden muss. - Das anhand der schematischen Darstellung der
1 grundlegend erläuterte Prinzip der Erfindung wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels gemäß2 näher erläutert. Dabei zeigt2 einen Magnetfeldsensor, bei dem das Sensorelement10 eine Hallanordnung11 enthält. Die Hallanordnung11 wird von einem Hallstrom einer an sich bekannten Hallstromquelle12 gespeist. Das Ausgangssignal der Hallanordnung11 wird mit Hilfe eines Ausgangsverstärkers13 in das Sensorsignal SS umgesetzt, das am Ausgang des Sensorelements10 bereitgestellt wird. - Die Elemente der Hallanordnung
11 sind so angeordnet und betrieben, dass sich mit einem Kanal der Hallanordnung zwei um 90° gegeneinander verschobene Hallsignale erzeugen lassen. Auf diese weise ermöglicht die Hallanordnung11 den Einsatz der eingangs beschriebenen current spinning Technik. Dazu sind zwei getaktete Umschaltelemente14 und15 jeweils am Eingang bzw. dem Ausgang der Sensoranordnung11 vorgesehen. Die am Ausgang des getakteten Umschalters15 bereitgestellten Hallsignale der Hallanordnung sind Hallspannungen, die im Ausführungsbeispiel mit Hilfe des als Transkonduktanzverstärkers ausgeführten Ausgangsverstärkers13 in Stromsignale umgewandelt werden. Jedes der Stromsignale bildet das Sensorsignal SS. - An dem Summations- bzw. Subtrahierknotenpunkt können auch weitere Sensorelemente (Hallelemente) eines Arrays zusammengefasst werden und parallel kompensiert werden.
- Grundsätzlich ist es in bekannter Weise möglich, mit der current spinning Technik und den getakteten Umschaltern
14 und15 den Offset der Hallanordnung weitgehend zu eliminieren. Diese Kompensation genügt jedoch nicht höheren Anforderungen, insbesondere auch, weil das Sensorsignal weiterverarbeitet werden muss und die nachfolgenden Schaltungselemente des Sensors selbst Störsignale, z.B. Offset erzeugen. Die Erfindung führt deshalb weiter und bezieht auch nachfolgende Bauteile der Auswerteeinrichtung in die Störsignalkompensation mit ein, um eine weitere Verbesserung und ein lineares Verhalten des Sensors zu erreichen. - Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur die Störsignalkompensation eines der beiden geschilderten Hallsignale beschreiben. Es versteht sich von selbst, dass die Signalverarbeitung auch mit dem zweiten Hallsignal des Kanals durchgeführt wird. Darüber hinaus ist die Erfindung auch auf mehrkanalige Sensoren entsprechend anwendbar.
- Das Sensorsignal SS ist störbehaftet, insbesondere durch einen Offset. Dieser ergibt sich beispielsweise, weil der von der Stromquelle
12 gelieferte Versorgungsstrom je nach Einsatzbereich eine unterschiedliche Größe hat und darüber hinaus temperaturabhängig sein kann. - Im Ausführungsbeispiel dient der getaktete Schalter
15 quasi in einer Doppelfunktion einmal als Element für die current spinning Technik und andererseits als Zerhacker (Chopper), der das am Ausgang der Hallanordnung11 anliegenden Hallsignal, das mit dem Störsignal beaufschlagt ist, mit einer Frequenz abwechselnd invertiert und nicht invertiert. Die Frequenz so hoch gewählt, dass das Störsignal mit einem Hochpass- oder Bandpassfilter vom Nutzsignal getrennt werden kann. Am Eingang des Ausgangsverstärkers13 liegt deshalb das Ausgangssignal der Hallanordnung sowohl invertiert als auch nicht invertiert an. - Ausgangsseitig ist der Ausgangsverstärker des Sensorelements mit der Auswerteeinrichtung
20 verbunden. Diese enthält eingangsseitig einen Subtrahierer21 , der an einem Eingang das Ausgangssignal des Verstärkers13 empfängt. Am anderen Eingang des Subtrahierers liegt das rückgekoppelte Signal, das dem Störsignal entspricht und das von dem Sensorsignal subtrahiert wird. Ausgangsseitig ist dem Subtrahierer eine Lastschaltung22 nachgeschaltet. Die Lastschaltung hat die Aufgabe, den Arbeitspunkt der Auswerteeinrichtung vorzugeben und das Stromausgangssignal des Ausgangsverstärkers13 bzw. des Subtrahierers21 in eine Spannung zu wandeln. - Der Lastschaltung
22 nachgeschaltet ist ein Analog-/Digital-Wandler (ADC)23 . Grundsätzlich sind unterschiedliche Ausführungsformen des Analog-/Digital-Wandler möglich. Im Ausführungsbeispiel ist der ADC23 als Sigma-Delta-Modulator vorgesehen. Der Sigma-Delta-Modulator wandelt das anliegende Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal um und erzeugt einen Bitstrom hoher Frequenz. Das digitalisierte Ausgangssignal des ADC wird digital verarbeitet. - Gemäß
2 ist dem ADC ein weiteres getaktetes Bauelement24 nachgeschaltet, das eine Demodulation ausführt. Der Demodulator24 kann beispielsweise ein EXOR sein. Am Ausgang des getakteten Demodulators24 liegt in digitaler Form wiederum das Nutzsignal bzw. Messsignal, jeweils vermindert oder erhöht um das Störsignal an. Mit einem Hochpassfilter oder einem Bandpassfilter kann danach das zu hohen Frequenzen hin verschobene niederfrequente Störsignal bzw. Gleichsignal herausgefiltert werden oder umgekehrt mit einem Tiefpassfilter das Nutzsignal herausgefiltert werden. - Grundsätzlich ist es bei Sensoren nicht notwendig, dass der getaktete Schalter
15 , der aus dem Ausgangssignal des Sensors ein invertierendes und ein nicht invertierendes Signal erzeugt, im Sensorelement angeordnet ist. Vielmehr kann der Chopper15 auch dem Sensorelement nachgeschaltet sein, beispielsweise kann er auch, wie in1 gezeigt, in der Auswerteeinrichtung vorgesehen und z.B. dem ADC vorgeschaltet sein. In diesem Fall können nur Störsignalanteile der Auswerteeinrichtung gefiltert werden. - Im Ausführungsbeispiel der
2 ist nun vorgesehen, dass dem Demodulator24 ein Bandpass oder Hochpass25 nachgeschaltet ist, mit dem das in den hohen Frequenzbereich hinein verschobene Störsignal herausgefiltert wird. Das Ausgangssignal des Hochpassfilters wird synchron gleichgerichtet und dazu genutzt, einen Aufwärts /Abwärtszähler26 mit Integratorfunktion anzusteuern, der einen an einem anderen Eingang anliegenden Takt zählt. Grundsätzlich ist es dazu ausreichend, dass als Eingangssignal des Zählers das höchstwertige Bit des Ausgangssignals des Hochpassfilters verwendet ist, d.h. das Vorzeichenbit. Dieses zeigt dem Zähler26 an, ob er aufwärts oder abwärts zählen soll. - Der Zählerwert des Zählers
26 wiederum wird einem Digital-Analog-Wandler zugeführt, der in an sich bekannter Weise einen analogen Ausgangswert ermittelt. Im Ausführungsbeispiel ist das ein Stromsignal, das auf den negativen Eingang des Subtrahierers21 geführt ist. Dieses Ausgangssignal des DAC entspricht somit im Rahmen der (schaltungs-)technisch realisierten Genauigkeit dem analogen Störsignal, das in dieser Rückkopplungsschleife vom Störsignal behafteten Ausgangssignal des Sensorelements10 subtrahiert wird. Die Ausführung der Auswerteeinrichtung mit Hochpasseinrichtung, Zähler und DAC bewirkt eine Stabilisierung des Regelkreises. - In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Demodulator
24 ein digitales Filter28 nachgeschaltet ist, das ein Dezimationsfilter enthält. Mit dem digitalen Filter ist eine Filterung des hochfrequenten Bitstroms des Demodulators24 möglich, beispielsweise eine Dezimierung, mit der der Bitstrom in ein besser verwertbares Digitalsignal gewandelt wird. - In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass dem Dezimationsfilter
28 eine Abtastanordnung29 nachgeschaltet ist, die ihren Abtastwert für eine vorgegebene Zeit speichert und an die Hochpasseinrichtung25 weitergibt. Beispielsweise kann die Abtasteinrichtung29 nur jeden dritten Abtastwert an die Hochpasseinrichtung weitergeben. Damit kann das Einschwingverhalten des Dezimationsfilters bzw. des digitalen Filters berücksichtigt werden. - Das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung
29 ist gleichzeitig das Ausgangssignal AS der Sensoranordnung, das mit nachgeschalteten Elementen, beispielsweise einem nicht gezeigten digitalen Signalprozessor weiterverarbeitet werden kann. - Die getakteten Elemente der Anordnung, d.h. die getakteten Schalter
14 und15 , der Demodulator24 , die Abtasteinrichtung29 und der Zähler26 werden bevorzugt von derselben Taktfrequenz CLK getaktet, um die Elemente zu synchronisieren. Die interne Takt- bzw. Zählfrequenz des Zählers kann demgegenüber höher liegen. Dies dient zur besseren Stabilisierung des Regelkreises. - Mit dem geschlossenen Regelkreis, der das Störsignal, beispielsweise den Offset, auf den Eingang der Auswerteeinrichtung
20 zurückführt, ist es möglich, das Störsignal auf ein Minimum zu regeln. Gleichzeitig wird damit erreicht, dass der Ausgangsarbeitspunkt des Ausgangsverstärkers des Sensorelements in einem optimalen linearen Bereich arbeiten kann. Damit ergibt bei dieser dynamischen Störsignalkompensation eine stabile Einstellung des Arbeitspunktes des Sensors gegenüber Störsignalen, die sowohl die Temperatur abhängigen Größen als auch die Prozess abhängigen Größen bei der Sensorherstellung kompensiert. Auf diese Weise lassen sich hohe Anforderungen an die Linearität des Sensors umsetzen, so dass ein manueller Abgleich des Sensors nicht notwendig ist.
Claims (13)
- Sensor, insbesondere Hallsensor, mit einem Sensorelement (
1 ;10 ), das ein ein Störsignal (STS) enthaltendes Sensorsignal (SS) abgibt, mit einer Auswerteeinrichtung (6 ;20 ), die mit dem Sensorelement verbunden ist und einen Subtrahierer (2 ;21 ) enthält, der das Störsignal von dem Sensorsignal subtrahiert, wobei der Sensor eine Filtereinrichtung (3 ) enthält, die das Störsignal aus dem Sensorsignal herausfiltert. - Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Zerhackereinrichtung (Chopper, 15, 24) enthält, die das an ihrem Eingang anliegende Signal abwechselnd invertiert und nicht invertiert, und dass der Ausgang der Zerhackereinrichtung (Chopper) mit einem Demodulator (
24 ) verbunden ist. - Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung eine Bandpass- oder eine Hochpasseinrichtung enthält, die einen Zähler oder Integrator (
26 ) steuert, dessen Zählwert/Summenwert dem Wert des Störsignals entspricht und dass dem Zähler/Integrator ein Digital-Analog-Wandler (27 ) nachgeschaltet ist, der den Zählerwert/Summenwert in ein Analogsignal wandelt. - Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung einen Analog-Digital-Wandler (
23 ) enthält, der das Ausgangssignal des Subtrahierers digitalisiert. - Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler ein Sigma-Delta-Modulator ist.
- Sensor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerhackereinrichtung (
15 ) dem Analog-Digital-Wandler (23 ) vorgeschaltet ist. - Sensor nach einem Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Digital-Analog-Wandler der Filtereinrichtung ausgangsseitig mit dem Subtrahierer verbunden ist.
- Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Subtrahierer ausgangsseitig mit einer Lastschaltung (
22 ) verbunden ist. - Verfahren zur Filterung eines Störsignals aus einem störsignalbehafteten Signal eines Sensors, insbesondere eines Hallsensors, bei dem das störsignalbehaftete Signal in einer Zerhackereinrichtung abwechselnd gechoppt wird und bei dem aus dem Ausgangssignal der Zerhackereinrichtung das Störsignal mittels eines Hochpassfilters oder eines Bandpassfilters herausgefiltert wird.
- Verfahren zur Kompensation eines Störsignals, das in einem störsignalbehafteten Signal eines Sensors enthalten ist, bei dem das störsignalbehaftete Signal mit einer Zerhackereinrichtung abwechselnd ge-choppt wird und danach mit einem Hochpass oder einem Bandpass das Ausgangssignal der Zerhackereinrichtung gefiltert wird, um das Störsignal herauszufiltern, wobei das Störsignal von dem Sensorsignal subtrahiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Sensorelements in ein digitales Signal umgewandelt wird und das Ausgangssignal der Hochpass-/Bandpasseinrichtung in ein analoges Signal zurückgewandelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Hochpasseinrichtung mit einem Zähler/Integrator (26) summiert wird, dessen Zähl-/Summenwert mit einem Digital-Analog-Wandler (
27 ) in ein Analogsignal umgewandelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers dezimiert und abgetastet wird.
Priority Applications (5)
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DE102004010362A DE102004010362B4 (de) | 2004-03-03 | 2004-03-03 | Sensor, insbesondere Magnetfeldsensor, mit Störsignal-Kompensation und Verfahren zur Störsignal-Kompensation eines Sensors |
JP2007501134A JP2007525680A (ja) | 2004-03-03 | 2005-01-12 | 妨害信号補償手段を備えたセンサたとえば磁界センサおよびセンサの妨害信号補償方法 |
PCT/EP2005/000219 WO2005085762A2 (de) | 2004-03-03 | 2005-01-12 | Sensor, insbesondere magnetfeldsensor, mit störsignal-kompensation und verfahren zur störsignal-kompensation eines sensors |
EP05700845A EP1721129A2 (de) | 2004-03-03 | 2005-01-12 | Sensor, insbesondere magnetfeldsensor, mit st örsignal-kompensation und verfahren zur st örsignal-kompensation eines sensors |
US11/517,837 US7701207B2 (en) | 2004-03-03 | 2006-09-05 | Sensor, in particular a magnetic field sensor, with interference compensation and method for interference compensation of a sensor |
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Publications (2)
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---|---|
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EP (1) | EP1721129A2 (de) |
JP (1) | JP2007525680A (de) |
DE (1) | DE102004010362B4 (de) |
WO (1) | WO2005085762A2 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008053226A1 (de) * | 2008-10-25 | 2010-04-29 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Bewertung eines Körperschallsignals für einen Personenschutzsystem |
DE102009006546A1 (de) * | 2009-01-29 | 2010-08-19 | Austriamicrosystems Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Bereitstellen eines aufbereiteten Messsignals |
DE102013214794B3 (de) * | 2013-07-29 | 2014-11-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensorsystem und verfahren zur kalibrierung eines sensorsystems |
US9366547B2 (en) | 2009-12-07 | 2016-06-14 | Ams Ag | Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement |
US9423482B2 (en) | 2011-04-27 | 2016-08-23 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Sensor arrangement and method |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7375515B2 (en) * | 2004-12-27 | 2008-05-20 | Ricoh Company, Ltd. | Magnetic sensor circuit and semiconductor device capable of temperature compensation |
US7541802B2 (en) * | 2006-12-08 | 2009-06-02 | Infineon Technologies Ag | Method and apparatus for evaluating a sensor signal associated with a rotating object |
JP2008309626A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 感磁出力ic |
US8154281B2 (en) * | 2008-04-17 | 2012-04-10 | Infineon Technologies Ag | Sensor system wherein spinning phases of the spinning current hall sensor are lengthened in residual offset adjustment |
FR2947060B1 (fr) * | 2009-06-18 | 2011-10-28 | Socomec Sa | Capteur de champ magnetique a effet hall |
WO2013111521A1 (ja) | 2012-01-25 | 2013-08-01 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ホール起電力信号検出回路及びその電流センサ |
DE102012003978A1 (de) * | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strömen oder Magnetfeldern mit Hall-Sensoren |
US9817083B2 (en) * | 2012-07-05 | 2017-11-14 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensors and associated methods for removing undesirable spectral components |
JP6523122B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2019-05-29 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁性体検出装置 |
US10436856B2 (en) | 2015-12-24 | 2019-10-08 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Magnetic sensor apparatus and current sensor apparatus |
DE102017101497B4 (de) * | 2017-01-26 | 2020-08-27 | Infineon Technologies Ag | Mikro-Elektro-Mechanisches-System (MEMS) -Schaltkreis und Verfahren zum Rekonstruieren einer Störgröße |
US10481219B2 (en) | 2017-09-11 | 2019-11-19 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor with feedback loop for test signal processing |
US10444299B2 (en) | 2017-09-11 | 2019-10-15 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor's front end and associated mixed signal method for removing chopper's related ripple |
EP3467443B1 (de) * | 2017-10-05 | 2021-08-18 | ams AG | Positionssensor und verfahren zur positionserfassung und diagnostik |
EP3528388B1 (de) * | 2018-02-19 | 2023-07-26 | Melexis Technologies SA | Offsetkompensationsschaltung für eine nachführschleife |
US11047933B2 (en) | 2019-04-02 | 2021-06-29 | Allegro Microsystems, Llc | Fast response magnetic field sensors and associated methods for removing undesirable spectral components |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3817574C2 (de) * | 1988-05-24 | 1992-07-23 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
US5459432A (en) * | 1993-07-22 | 1995-10-17 | Rockwell International Corporation | Use of a chopper and a sigma-delta modulator for downconverting and digitizing an analog signal including information modulated by a carrier |
DE4431703A1 (de) * | 1994-09-06 | 1996-03-28 | Itt Ind Gmbh Deutsche | Magnetfeldsensor mit Hallelement |
DE19650184A1 (de) * | 1995-12-08 | 1997-06-12 | Allegro Microsystems Inc | Getakteter Hall-Sensor |
EP0525235B1 (de) * | 1991-07-31 | 1998-06-03 | Micronas Intermetall GmbH | Hallsensor mit Selbstkompensation |
DE10160794A1 (de) * | 2001-12-11 | 2003-06-26 | Parker Hannifin Gmbh | Signalverarbeitungseinrichtung für einen Druckschalter od. dgl. |
US20030178989A1 (en) * | 2002-03-25 | 2003-09-25 | Ravi Vig | Magnetic gear tooth sensor with hall cell detector |
DE10229801A1 (de) * | 2002-07-03 | 2004-01-22 | Ti Automotive (Neuss) Gmbh | Saugstrahlpumpe |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5721547A (en) * | 1996-01-04 | 1998-02-24 | Asahi Kasei Microsystems Ltd. | Analog-to-digital converter employing DC offset cancellation after modulation and before digital processing |
US6498409B1 (en) * | 1999-09-16 | 2002-12-24 | Delphi Technologies, Inc. | Tachometer apparatus and method for motor velocity measurement |
DE10229804A1 (de) | 2001-09-08 | 2003-03-27 | Elmos Semiconductor Ag | Vorrichtung zum Linearisieren eines nichtlinearen Spannungs-/Strom-Ausgangssignalverlaufs einer Bauelement-Einheit |
-
2004
- 2004-03-03 DE DE102004010362A patent/DE102004010362B4/de not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-01-12 WO PCT/EP2005/000219 patent/WO2005085762A2/de active Application Filing
- 2005-01-12 EP EP05700845A patent/EP1721129A2/de not_active Withdrawn
- 2005-01-12 JP JP2007501134A patent/JP2007525680A/ja not_active Withdrawn
-
2006
- 2006-09-05 US US11/517,837 patent/US7701207B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3817574C2 (de) * | 1988-05-24 | 1992-07-23 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
EP0525235B1 (de) * | 1991-07-31 | 1998-06-03 | Micronas Intermetall GmbH | Hallsensor mit Selbstkompensation |
US5459432A (en) * | 1993-07-22 | 1995-10-17 | Rockwell International Corporation | Use of a chopper and a sigma-delta modulator for downconverting and digitizing an analog signal including information modulated by a carrier |
DE4431703A1 (de) * | 1994-09-06 | 1996-03-28 | Itt Ind Gmbh Deutsche | Magnetfeldsensor mit Hallelement |
DE19650184A1 (de) * | 1995-12-08 | 1997-06-12 | Allegro Microsystems Inc | Getakteter Hall-Sensor |
DE10160794A1 (de) * | 2001-12-11 | 2003-06-26 | Parker Hannifin Gmbh | Signalverarbeitungseinrichtung für einen Druckschalter od. dgl. |
US20030178989A1 (en) * | 2002-03-25 | 2003-09-25 | Ravi Vig | Magnetic gear tooth sensor with hall cell detector |
DE10229801A1 (de) * | 2002-07-03 | 2004-01-22 | Ti Automotive (Neuss) Gmbh | Saugstrahlpumpe |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008053226A1 (de) * | 2008-10-25 | 2010-04-29 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Bewertung eines Körperschallsignals für einen Personenschutzsystem |
DE102008053226B4 (de) * | 2008-10-25 | 2017-03-09 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Bewertung eines Körperschallsignals für ein Personenschutzsystem |
DE102009006546A1 (de) * | 2009-01-29 | 2010-08-19 | Austriamicrosystems Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Bereitstellen eines aufbereiteten Messsignals |
DE102009006546B4 (de) * | 2009-01-29 | 2017-03-23 | Austriamicrosystems Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Bereitstellen eines aufbereiteten Messsignals |
US9366547B2 (en) | 2009-12-07 | 2016-06-14 | Ams Ag | Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement |
US9423482B2 (en) | 2011-04-27 | 2016-08-23 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Sensor arrangement and method |
DE102013214794B3 (de) * | 2013-07-29 | 2014-11-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensorsystem und verfahren zur kalibrierung eines sensorsystems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005085762A3 (de) | 2005-10-13 |
EP1721129A2 (de) | 2006-11-15 |
JP2007525680A (ja) | 2007-09-06 |
US7701207B2 (en) | 2010-04-20 |
DE102004010362B4 (de) | 2010-11-25 |
US20070114988A1 (en) | 2007-05-24 |
WO2005085762A2 (de) | 2005-09-15 |
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