DE102004019238B3

DE102004019238B3 - Arrangement for determining direction of magnetic fields has differential amplifiers for amplifying differences of signal voltages at central contacts of each 2 voltage dividers of adjacent phase position, evaluation unit

Info

Publication number: DE102004019238B3
Application number: DE200410019238
Authority: DE
Inventors: Axel Bartos; Armin Meisenberg
Original assignee: HL Planartechnik GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: WO2005101043A8; WO2005101043A1

Abstract

The arrangement uses at least three voltage dividers (1-5) consisting of resistances (1.1,1.2-5.1,5.2) formed by thin magnetoresistive layers with opposing resistance changes in a magnetic field with outer contacts (1.3,1.4 to 5.3,5.4) for the operating voltage and a central contact (1.5-5.5) between the resistances. The voltage dividers are arranged so that the signal voltages at their central contacts with the magnetic fields (H) rotating are mutually phase shifted. Differential amplifiers (V1-V5) are provided for amplifying the differences of the signal voltages at the central contacts of each two dividers that are adjacent in phase position and an evaluation unit determines the angle of the magnetic fields with respect to a reference direction (X). An independent claim is also included for a method of determining direction of magnetic fields.

Description

Die Erfindung betrifft Anordnungen und Verfahren zur Bestimmung der Richtung magnetischer Felder. Solche Anordnungen und Verfahren finden im Zusammenhang mit Magnetfeldsensoren, insbesondere solchen, die die magnetoresistiven Effekte nutzen, in der Technik zur Bestimmung von Winkeln und Positionen Verwendung.The The invention relates to arrangements and methods for determining the Direction of magnetic fields. Find such arrangements and methods in the context of magnetic field sensors, in particular those which use the magnetoresistive effects, in the technique of determination of angles and positions use.

Anordnungen und Verfahren der genannten Art sind bekannt. In der DE 198 39 450 A1 werden magnetoresistive Winkelsensoren in Form von zwei im Wesentlichen um 45° gegeneinander verdrehten Voll- oder Halbbrücken beschrieben, die den Sinus- bzw. Kosinus-Wert des doppelten Wertes des zu ermittelnden Winkels liefern. Um mit der wirtschaftlich notwendigen minimalen Sensorfläche auszukommen, werden relativ schmale magnetoresistive Schichtstreifen benutzt, die, entweder abgeknickt oder in bestimmten Winkeln zueinander verlaufen. Das ist hier erforderlich, um die Winkelfehler, die durch bei schmaleren Schichtstreifen zunehmende Abweichung zwischen der Richtung des Magnetfeldes und der inneren Magnetisierung in den Schichten so zu kompensieren, dass fehlerfreie Winkelwerte erhalten werden können. Um mit minimalen Sensorflächen auszukommen, scheint zunächst die Verwendung von Halbbrücken als vorteilhaft. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass bei gleichen Flächen je Widerstand die Halbbrücken nur die Hälfte der Ausgangsspannungsamplitude der Vollbrücken liefern. Wegen der betragsmäßig relativ geringen Sensorausgangspannungen ist es bei der Verwendung von Halbbrücken aus Gründen der Temperaturstabilität erforderlich, die Nullspannung, gegen die die beiden Halbbrückenspannungen gemessen werden, auf dem Sensor chip mit zur Verfügung zu stellen. Dazu wird ein Dünnschichtspannungsteiler benötigt, dessen Flächenbedarf etwa dem einer Halbbrücke entspricht.Arrangements and methods of the type mentioned are known. In the DE 198 39 450 A1 magnetoresistive angle sensors are described in the form of two full or half bridges rotated essentially at 45 ° with respect to one another, which supply the sine or cosine value of twice the value of the angle to be determined. In order to get along with the economically necessary minimum sensor surface, relatively narrow magnetoresistive layer strips are used, which are either bent or run at specific angles to one another. This is necessary here in order to compensate for the angle errors that occur due to the increasing deviation between the direction of the magnetic field and the inner magnetization in the layers due to narrower layer strips in such a way that error-free angle values can be obtained. To get by with minimal sensor areas, the use of half bridges seems to be advantageous. However, it has to be taken into account that for equal areas per resistor, the half-bridges only deliver half of the output voltage amplitude of the full bridges. Because of the relatively low sensor output voltages, it is when using half-bridges for reasons of temperature stability required to provide the zero voltage against which the two half-bridge voltages are measured on the sensor chip with available. For this purpose, a thin-film voltage divider is needed whose area requirement corresponds approximately to that of a half-bridge.

Die bisherige Darstellung des Problems der kostengünstigen Herstellung von magnetoresistiven Winkelsensoren mit geringen Messfehlern auf möglichst geringen Flächen gilt für Sensoren, die aus anisotrop magnetoresistiven (AMR) Schichten bestehen. Für Sensoren auf der Basis von Schichten, die den gigantischen magnetoresistiven (GMR) Effekt nutzen, stellen die Probleme in ähnlicher Weise dar, wie zum Beispiel der WO 02/06845 A1 zu entnehmen ist.The Previous description of the problem of cost-effective production of magnetoresistive angle sensors with minor measurement errors as possible small areas applies to Sensors consisting of anisotropic magnetoresistive (AMR) layers. For sensors on the basis of layers that are the giant magnetoresistive (GMR) effect, the problems represent in a similar way to how Example of WO 02/06845 A1 can be seen.

Ein anderer Weg der Verminderung der Fehler bei der Winkelmessung mit AMR-Sensoren wird in der WO 96/29568 A1 vorgeschlagen. Hier werden mindestens drei Vollbrücken, die konzentrisch um die Drehachse angeordnet sind, benötigt. Damit sind jedoch einer wirtschaftlichen Herstellung von vornherein schärfere Grenzen gesetzt. Für die hier beschriebene Vielbrückenanordnung wird ein Auswerteverfahren beschrieben, welches es ermöglicht, durch Verwendung eines kurzzeitig zuschaltbaren Hilfsmagnetfeldes den Messbereich der AMR-Sensoren von 180° auf 360° zu erweitern. In diesem Zusammenhang ist auch die EP 1 049 908 A1 erwähnen.Another way of reducing the errors in angle measurement with AMR sensors is proposed in WO 96/29568 A1. Here are at least three full bridges, which are arranged concentrically about the axis of rotation needed. However, this limits the economic production from the outset. For the multi-bridge arrangement described here, an evaluation method is described which makes it possible to extend the measuring range of the AMR sensors from 180 ° to 360 ° by using a temporary switchable auxiliary magnetic field. In this context is also the EP 1 049 908 A1 mention.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, Anordnungen bzw. Verfah ren und deren Verwendung mit magnetoresistiven Winkelsensoren anzugeben, bei denen nur geringe Messfehler auftreten und die in kostengünstiger Weise auf möglichst geringen Chipflächen herstellbar sind und in der Winkel- und Positionsmessung verwendet werden können.task The present invention is now, arrangements or procedural ren and to indicate their use with magnetoresistive angle sensors, where only small measurement errors occur and in more cost effective Way on possible small chip areas can be produced and used in the angle and position measurement can be.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 23 sowie hinsichtlich der Verwendung durch die in den Ansprüchen 28 und 29 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausführungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.These Task is solved by an arrangement having the features of claim 1 and by a Method with the features of claim 23 and with regard to the use of those specified in claims 28 and 29 Characteristics. Advantageous versions are in the subclaims described.

Entsprechend der Erfindung werden die Richtungen von Magnetfeldern aus den Signalspannungen von mindestens drei Spannungsteilern, deren jeweils zwei Widerstände aus Schichten magnetoresistiven Materials bestehen und die sich im jeweils anliegenden Magnetfeld gegenläufig ändern, bestimmt. Die Spannungsteiler sind dabei so angeordnet, dass ihre Signalspannungen in einem rotierenden Magnetfeld gegeneinander phasenversetzt sind. Die Signalspannungen der phasenmäßig benachbarten Spannungsteiler werden Differenzverstärkern zugeführt. Die Ausgangsspannungen von mindestens zwei Differenzverstärkern werden in der Auswerteeinheit benötigt, um den Winkel zwischen der Magnetfeldrichtung und der Bezugsrichtung zu ermitteln. Dass immer eine größere Anzahl von verstärkten Differenzsignalen vorhanden ist, als für die Ermittlung des Winkels unbedingt erforderlich sind, lässt sich in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft ausnutzen. Erstens führt die Mitverarbeitung der nicht unbedingt benötigten Differenzsignale zu einer Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Messanordnung. Bei doppelter oder mehrfacher Bestimmung des Winkels liegt eine Redundanz des Ergebnisses vor, die in vielen Einsatzfällen aus Sicherheitsgründen gefordert wird. Zweitens ist es möglich, in der Auswerteeinheit durch einfache Maßnahmen aus allen vorliegenden Differenzsignalen zwei um 90° gegeneinander Phasen versetzte Signale zu erhalten, aus denen bei Anwendung der üblichen Arcustangensinterpolation der Winkelwert erhalten wird. Die Amplitude der zwei um 90° Phasen versetzten Signale ist dabei erheblich größer als die Signale von dem Stand der Technik entsprechenden um 90° gegeneinander verdrehten Brücken- oder Halbbrückensensoren. Dadurch ist eine erhöhte Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleistet. Drittens ist es bei Vorliegen von mehreren Phasen versetzten Differenzsignalen durch einfache Bewertung der Vorzeichen der Signale möglich, eine digitale Aufteilung des Winkelmessbereiches (z. B. 360°) in Unterbereiche vorzunehmen, wobei die Unterbereiche mit steigender Zahl n der Differenzsignale einen immer geringeren Wertebereich umfassen (360°/(2n)). Nur in diesen Wertebereichen ist die analoge Interpolation zur Ermittlung des Winkelwertes erforderlich. So gelingt bei erhöhter Zahl der Differenzspannungen die Einschränkung der Interpolation auf den Teil der sinusförmigen Kurven mit maximaler Steilheit, woraus ebenfalls eine erhöhte Messgenauigkeit resultiert.According to the invention, the directions of magnetic fields from the signal voltages of at least three voltage dividers whose two resistors each consist of layers of magnetoresistive material and which change in opposite directions in the applied magnetic field are determined. The voltage dividers are arranged so that their signal voltages are out of phase with each other in a rotating magnetic field. The signal voltages of the phase-adjacent voltage divider are fed to differential amplifiers. The output voltages of at least two differential amplifiers are needed in the evaluation unit in order to determine the angle between the magnetic field direction and the reference direction. The fact that there is always a larger number of amplified differential signals than is absolutely necessary for the determination of the angle can be advantageously exploited in several respects. First, the co-processing of the differential signals not necessarily required to control the functioning of the measuring device. With double or multiple determination of the angle is a redundancy of the result, which is required in many applications for security reasons. Second, it is possible to obtain in the evaluation unit by simple measures from all available differential signals two signals offset by 90 ° from each other phases, from which the angle value is obtained when using the usual arctan interpolation. The amplitude of the two signals offset by 90 ° is considerably larger than the signals of the prior art corresponding by 90 ° against each other twisted bridge or half-bridge sensors. As a result, an increased measurement accuracy of the arrangement according to the invention is ensured. Third, in the presence of multiple phase offset difference signals, by simply evaluating the signs of the signals, it is possible to divide the angle measurement range (eg 360 °) digitally into subranges, with the subranges comprising an increasing range n as the number of difference signals increases (360 ° / (2n)). Only in these value ranges is the analogue interpolation necessary to determine the angle value. Thus, with an increased number of differential voltages, the restriction of the interpolation to the part of the sinusoidal curves with maximum steepness, which also results in an increased measurement accuracy.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind drei Spannungsteiler zur Winkelbestimmung ausreichend. Es sind also mindestens sechs aus magnetoresistiven Schichtstreifen aufgebaute Widerstände notwendig. Gemäß dem Stand der Technik sind bei Anwendung von zwei Vollbrücken im Winkelsensor acht Widerstände vorhanden, bei Anwendung von zwei Halbbrücken werden noch vier Widerstände benötigt. Im letzteren Fall ist jedoch die Amplitude der Signalspannung auf die Hälfte verringert, wenn von gleicher thermischer Belastung der Widerstandsstreifen ausgegangen wird. Wichtig ist somit nicht nur eine geringe Zahl von Widerständen, die dann auf einer geringen Chipfläche unterzubringen ist, sondern das Verhältnis von Signalamplitude zur Zahl der Widerstände. Dieses Verhältnis ist bei erfindungsgemäßen Winkelsensoren um 41% größer als bei Sensoren nach dem Stand der Technik, wenn alle Spannungsdifferenzen benachbarter Phasenlage zur Bildung von zwei um 90° Phasen versetzten Signalspan nungen herangezogen werden. Somit kann ein erfindungsgemäßer Winkelsensor mit gleicher Signalamplitude wie ein Sensor entsprechend dem Stand der Technik auf einer Chipfläche angeordnet werden, die um 41% verringert ist.Corresponding According to the present invention, three voltage dividers are sufficient for angle determination. So there are at least six of magnetoresistive layer strips constructed resistors necessary. According to the state When using two full bridges in the angle sensor, there are eight resistors in the technology when using two half-bridges Four more resistors are needed. in the the latter case, however, is the amplitude of the signal voltage on the half diminished when of equal thermal stress of the resistive strip is assumed. Not only a small number is important of resistances, which is then to accommodate a small chip area, but the relationship from signal amplitude to the number of resistors. This ratio is in angle sensors according to the invention 41% larger than in sensors according to the prior art, when all voltage differences adjacent phase to form two 90 ° phases offset Signal voltages are used. Thus, an inventive angle sensor with the same signal amplitude as a sensor according to the state the technology on a chip surface which is reduced by 41%.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ergibt sich daraus, dass durch die Bildung von Differenzen von Signalspannungen phasenversetzter Spannungsteiler bestimmte Oberwellenanteile in den Spannungsdifferenzen nicht mehr auftreten. Die Ordnung der herausgefilterten Oberwelle hängt dabei von der konkreten Anordnung der Spannungsteiler ab. Werden beispielsweise drei Spannungsteiler mit einem Phasenversatz von je 120° verwendet, ist der Oberwellenanteil mit einer Periodenlänge, der einem Drittel des Messbereiches entspricht, in den Signalen nicht mehr vorhanden. Das führt zu einer wesentlichen Verringerung von Fehlern im Ergebnis der Interpolation zur Bestimmung des Winkelwertes.One Another important advantage stems from the fact that through education determined by differences of signal voltages of phase-shifted voltage divider Harmonic components no longer occur in the voltage differences. The order of the filtered harmonic depends on the concrete Arrangement of the voltage divider. For example, three voltage divider used with a phase offset of 120 °, is the harmonic content with a period length, which corresponds to one third of the measuring range, in the signals not available anymore. Leading to a significant reduction of errors in the result of the interpolation for determining the angle value.

Erfindungsgemäße Anordnungen können mit unterschiedlichen magnetoresistiven Materialien realisiert werden. Vorzugsweise sind Materialien, die den AMR-Effekt zeigen oder Spin-Valve-Schichtsysteme verwendbar. Die Gegenläufigkeit der Widerstandsänderung der jeweils zwei Widerstände jedes Spannungsteilers kann dabei vorteilhaft durch unterschiedliche Mittel sichergestellt sein, die in den Unteransprüchen ausgeführt sind.Inventive arrangements can with different magnetoresistive materials can be realized. Preferably, materials showing the AMR effect or spin-valve layer systems usable. The antagonism the resistance change each of two resistors Each voltage divider can advantageously by different Be assured means that are set forth in the subclaims.

Bei Einsatz von Spin-Valve-Schichtsystemen beträgt der eindeutige Messbereich für die Winkelmessung in jedem Fall 360°. Bei AMR-Schichten ist der eindeutige Messbereich zunächst auf 180° beschränkt. Bei Zuschalten von Zusatzmagnetfeldern, die auf die AMR-Schichtstreifen der Widerstände zeitlich begrenzt einwirken, treten in den Differenzsignalen jedoch Änderun gen auf, deren Auswertung eine eindeutige Zuordnung auch für den 360°-Bereich ermöglicht.at Use of spin valve layer systems is the clear measuring range for the Angle measurement in each case 360 °. For AMR layers, the unique measuring range is initially on 180 ° limited. at Connecting additional magnetic fields to the AMR layer strips the resistances in time Limited act, however, occur in the difference signals gene conditions whose evaluation allows a clear assignment even for the 360 ° range.

Die Anordnungen können sowohl zur Bestimmung des Winkels zwischen zwei drehbar gegeneinander gelagerte Teile, als auch zur Bestimmung der relativen Position zwischen zwei gegeneinander verschiebbare Teile verwendet werden. Im letzteren Fall ist ein erstes Teil mit der Anordnung und das zweite Teil mit einem magnetischen Maßstab fest verbunden. Der magnetische Maßstab besteht aus periodisch abwechselnd in entgegen gesetzter Richtung magnetisiertem Material. Die dadurch in seiner unmittelbaren Nähe erzeugte Magnetfeldrichtung ändert ihren Winkel gegen die Längsrichtung des Maßstabes linear mit dem Fortschreiten in dieser Längsrichtung. Damit kann der in der Anordnung ermittelte Winkel direkt einer Position zugeordnet werden. Bei Anwendung der in den Unteransprüchen 7 oder 15 beschriebenen Spannungsteiler ergeben sich für die Positionsmessung vorteilhafte Ausführungen der Anordnung.The Arrangements can both for determining the angle between two rotatable against each other stored parts, as well as to determine the relative position be used between two mutually displaceable parts. In the latter case, a first part with the arrangement and the second part fixedly connected to a magnetic scale. The magnetic scale consists of periodically alternating in the opposite direction magnetized material. The generated thereby in its immediate vicinity Magnetic field direction changes their angle against the longitudinal direction the scale linear with the progression in this longitudinal direction. This can be the Angle determined in the arrangement is assigned directly to a position become. When using the described in the subclaims 7 or 15 Voltage dividers arise for the position measurement advantageous embodiments of the arrangement.

Die Erfindung wird im Weiteren an Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnungen enthalten im Einzelnen Folgendes:The Invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. The In detail, drawings contain the following:

1: Übersichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, 1 : Overview of an arrangement according to the invention,

2: Signalspannungen der fünf Spannungsteiler nach 1, 2 : Signal voltages of the five voltage dividers after 1 .

3: Spannungsteiler, aufgebaut aus AMR-Streifenwiderständen, 3 : Voltage divider built from AMR strip resistors,

4: Spannungsteiler aus AMR-Streifen mit Barberpole-Struktur, 4 : Voltage divider made of AMR strips with barberpole structure,

5: Spannungsteiler aus AMR-Streifen in synchron rotierenden Feldern, 5 : Voltage dividers made of AMR strips in synchronously rotating fields,

6: Spannungsteiler aus Spin-Valve-Streifen, 6 : Voltage divider made of spin valve strips,

7: Spannungsteiler aus Spin-Valve-Streifen in synchron rotierenden Feldern, 7 : Voltage dividers from spin valve strips in synchronously rotating fields,

8: Anordnung mit AMR-Streifen und Stromleitern für Zusatzfeld, 8th : Arrangement with AMR strips and power conductors for additional field,

9: Anordnung mit drei Spin-Valve-Streifen-Widerständen zur Arcustangensinterpolation. 9 : Arrangement with three spin valve strip resistors for arctangent interpolation.

In der 1 ist ein Magnetfeld H dargestellt, dass sich innerhalb der X-Y-Ebene befindet und mit der Bezugsrichtung, die mit der X-Achse zusammenfällt, einen Winkel α bildet. Das Feld kann in der X-Y-Ebene rotieren, das heißt, α kann jeden beliebigen Wert zwischen 0° und 360° einnehmen. Das Magnetfeld ist homogen. Es kann beispielsweise durch einen um die nicht dargestellte Z-Achse drehbaren Dauermagneten oder eine drehbare Magnetspule erzeugt werden. Der Zweck der dargestellten Anordnung ist es, den Winkel α zu bestimmen. Dazu sind in der X-Y-Ebene Spannungsteiler 1, 2, 3, 4 und 5 angeordnet. Sie sind jeweils aus zwei Widerständen 1.1 und 1.2, 2.1 und 2.2, 3.1 und 3.2, 4.1 und 4.2 sowie 5.1 und 5.2 zusammengesetzt, die aus Streifen magnetoresistiven Materials bestehen. In den in Form dünner Schichten vorliegenden Streifen wird der Widerstandswert von der in der gesamten Schicht (bei AMR-Effekt) oder in einer Teilschicht (bei Spin-Valve-Schichtsystemen) auftretenden Richtung der Magnetisierung bestimmt. Diese Richtung stimmt in der beschriebenen Anordnung im Wesentlichen mit der Richtung des anliegenden Magnetfeldes überein. Der Widerstandswert ist im Falle des AMR-Effektes eine periodische Funktion des Winkels zwischen der Richtung der Magnetisierung und der Richtung des im Streifen fließenden Stromes, und im Falle eines Spin-Valve-Schichtsystems eine Funktion des Winkels zwischen der Richtung der Magnetisierung der genannten Teilschicht und der fest eingestellten Richtung (gespinnten) der Magnetisierung einer zweiten Teilschicht. Durch geeignete Wahl der Stromrichtung bei AMR-Streifen oder durch geeignete Wahl der Richtungen der fest eingestellten Magnetisierung bei Spin-Valve-Schichtsystemen sind die beiden Widerstände jedes Spannungsteilers 1, 2, 3, 4, 5 so eingestellt, dass sich ihr Widerstandswert im anliegenden Magnetfeld gegenläufig ändert, das heißt, dass beispielsweise im ersten Spannungsteiler 1 bei Drehung des Magnetfeldes H in positivem Drehsinn (α nimmt zu) der Widerstandswert des ersten Widerstandes 1.1 zunimmt und der des zweiten Widerstandes 1.2 abnimmt, oder dass bei Verringerung des ersten Widerstandes 1.1 der zweite Widerstand 1.2 zunimmt. Nähere Einzelheiten dazu sind bei der Beschreibung weiterer Figuren dargestellt. Zur Darstellung dieser gegenläufigen Widerstandsänderung sind die die Widerstände 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1 einerseits und die die Widerstände 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2 andererseits symbolisierenden Rechtecke unterschiedlich schraffiert.In the 1 a magnetic field H is shown which is located within the XY plane and forms an angle α with the reference direction which coincides with the X axis. The field can rotate in the XY plane, that is, α can take any value between 0 ° and 360 °. The magnetic field is homogeneous. It can be generated, for example, by a permanent magnet rotatable about the Z-axis, not shown, or a rotatable magnetic coil. The purpose of the illustrated arrangement is to determine the angle α. For this purpose, voltage dividers are in the XY plane 1 . 2 . 3 . 4 and 5 arranged. They are each made up of two resistors 1.1 and 1.2 . 2.1 and 2.2 . 3.1 and 3.2 . 4.1 and 4.2 such as 5.1 and 5.2 composed of strips of magnetoresistive material. In the strips in the form of thin layers, the resistance value is determined by the direction of the magnetization occurring in the entire layer (in the case of the AMR effect) or in a partial layer (in the case of spin valve layer systems). In the described arrangement, this direction substantially coincides with the direction of the applied magnetic field. The resistance value in the case of the AMR effect is a periodic function of the angle between the direction of magnetization and the direction of the current flowing in the strip, and in the case of a spin valve layer system, a function of the angle between the direction of magnetization of said sublayer and the fixed direction (spun) of the magnetization of a second sub-layer. By suitable choice of the current direction in AMR strips or by suitable choice of the directions of the fixed magnetization in spin valve layer systems, the two resistors of each voltage divider 1 . 2 . 3 . 4 . 5 adjusted so that their resistance changes in the applied magnetic field in opposite directions, that is, for example, in the first voltage divider 1 upon rotation of the magnetic field H in a positive sense of rotation (α increases) the resistance of the first resistor 1.1 increases and that of the second resistance 1.2 decreases, or that when reducing the first resistance 1.1 the second resistance 1.2 increases. Further details are shown in the description of further figures. To illustrate this opposing resistance change are the resistors 1.1 . 2.1 . 3.1 . 4.1 . 5.1 on the one hand and the resistors 1.2 . 2.2 . 3.2 . 4.2 . 5.2 on the other hand, symbolizing rectangles hatched differently.

In der 1 sind nun fünf solcher Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 in der X-Y-Ebene um die Winkel ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ und ω₅ gegen die Bezugsrichtung X verdreht angeordnet. Die Außenkontakte 1.4, 2.4, 3.4, 4.4, 5.4 der Spannungsteiler sind mit dem Minuspol der Versorgungsspannung verbunden. An den Außenkontakten 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3 ist eine positive Versorgungsspannung angelegt. An den Mittelkontakten 1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5 der Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 werden die Signalspannungen abgegriffen. Für den Fall der Verwendung von Spin-Valve-Schichtsytemen sind die Signalspannungen an den fünf Spannungsteilern 1, 2, 3, 4, 5 für eine Drehung des Magnetfeldes H um 360° (2π) in 2 dargestellt. Es ergibt sich ein kosinusförmiger Kurvenverlauf für jede Signalspannung. Da die Versorgungsspannungen und die Werte der Widerstände 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 willkürlich gewählt wurden, sind die Amplituden der Signalspannungen voneinander verschieden. Der Phasenversatz der Kurven ist jedoch für jede Signalspannung durch die Verdrehung ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ und ω₅ des jeweiligen Spannungsteilers 1, 2, 3, 4, 5 gegen die Bezugsrichtung gegeben. Die Signalspannungen phasenmäßig benachbarter Spannungsteiler 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 5 und 1 werden jeweils den Eingängen von Differenzverstärkern V1, V2, V3, V4, V5 zugeführt. An den Ausgängen 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 der Differenzverstärker V1, V2, V3, V4, V5 treten wieder fünf unterschiedliche sinusförmige gegeneinander phasenversetzte Ausgangsspannungen auf, die dieselbe Periodenlänge von 360° (2π) haben wie die jeweils zwei Signalspannungen an den Eingängen. Aus jeder der fünf Ausgangsspannungen ist der Winkel α der Magnetfeldrichtung mit der Bezugsrichtung X innerhalb eines Winkelbereiches von 180° bestimmbar. Dazu müssen die Signalamplituden der jeweils am Eingang des Verstärkers V1, V2, V3, V4 oder V5 anliegenden Signalspannungen der Spannungsteiler 1, 2, 3, 4 oder 5 und deren Phasenversatz gegen die Bezugsrichtung bekannt sein. Das ist aber bei bekanntem Aufbau der Winkelsensoranordnung auch der Fall. In einer in der 1 nicht dargestellten Auswerteeinheit erfolgt der Vergleich der sich aus dem bekannten Aufbau der Winkelsensoranordnung ergebenden, jedem Winkelwert im Messbereich zugeordneten Spannung mit der Ausgangsspannung des ausgewählten Differenzverstärkers V1, V2, V3, V4 oder V5. Als Ergebnis dieses Vergleichs wird der entsprechende Winkelwert am Ausgang der Auswerteeinheit angezeigt.In the 1 are now five such voltage dividers 1 . 2 . 3 . 4 . 5 in the XY plane by the angle ω ₁ , ω ₂ , ω ₃ , ω ₄ and ω ₅ twisted against the reference direction X arranged. The external contacts 1.4 . 2.4 . 3.4 . 4.4 . 5.4 the voltage divider are connected to the negative pole of the supply voltage. At the external contacts 1.3 . 2.3 . 3.3 . 4.3 . 5.3 a positive supply voltage is applied. At the center contacts 1.5 . 2.5 . 3.5 . 4.5 . 5.5 the voltage divider 1 . 2 . 3 . 4 . 5 the signal voltages are tapped. For the case of using spin-valve layer systems, the signal voltages are at the five voltage dividers 1 . 2 . 3 . 4 . 5 for a rotation of the magnetic field H by 360 ° (2π) in 2 shown. The result is a cosine curve for each signal voltage. Because the supply voltages and the values of the resistors 1.1 . 1.2 . 2.1 . 2.2 . 3.1 . 3.2 . 4.1 . 4.2 . 5.1 . 5.2 were arbitrarily chosen, the amplitudes of the signal voltages are different from each other. However, the phase offset of the curves is for each signal voltage by the rotation ω ₁ , ω ₂ , ω ₃ , ω ₄ and ω _{5 of} the respective voltage divider 1 . 2 . 3 . 4 . 5 given against the reference direction. The signal voltages of phase adjacent voltage divider 1 and 2 . 2 and 3 . 3 and 4 . 4 and 5 . 5 and 1 are respectively supplied to the inputs of differential amplifiers V1, V2, V3, V4, V5. At the exits 6.1 . 6.2 . 6.3 . 6.4 . 6.5 The differential amplifier V1, V2, V3, V4, V5 again occur five different sinusoidal phase-shifted output voltages, which have the same period length of 360 ° (2π) as the two signal voltages at the inputs. From each of the five output voltages, the angle α of the magnetic field direction with the reference direction X can be determined within an angular range of 180 °. For this purpose, the signal amplitudes of the respective signal voltages of the voltage divider applied to the input of the amplifier V1, V2, V3, V4 or V5 must 1 . 2 . 3 . 4 or 5 and their phase offset against the reference direction to be known. But this is also the case with a known structure of the angle sensor arrangement. In one in the 1 evaluation unit, not shown, the comparison of the resulting from the known structure of the angle sensor arrangement, each angle value in the measuring range associated voltage with the output voltage of the selected differential amplifier V1, V2, V3, V4 or V5. As a result of this comparison, the corresponding angle value is displayed at the output of the evaluation unit.

Der volle Winkelbereich von 360° ist in der Auswerteeinheit ermittelbar, wenn die Ausgangsspannungen von zwei (z. B. V1, V2) der fünf Differenzverstärker ausgewertet werden. Durch Vergleich der Vorzeichen der beiden Ausgangsspannungen und der Vorzeichen der Differenz beider Spannungswerte sind in der Auswerteschaltung durch eine Logik vier Winkelbereiche ermittelbar. In zwei davon kann durch Interpolation aus dem Verhältnis der Ausgangsspannungen des ersten Differenzverstärkers V1 zu der des zweiten Differenzverstärkers V2 der Winkel eindeutig zugeordnet werden. In den anderen beiden Winkelbereichen ist die Zuordnung aus dem Reziproken des Spannungsverhältnisses möglich und der gesamte Messbereich von 360° wird damit erschlossen.The full angular range of 360 ° can be determined in the evaluation unit if the output voltages of two (eg V1, V2) of the five differential amplifiers are evaluated. By comparison the sign of the two output voltages and the sign of the difference between the two voltage values are in the evaluation by a logic four angular ranges determined. In two of them, the angle can be unambiguously assigned by interpolation from the ratio of the output voltages of the first differential amplifier V1 to that of the second differential amplifier V2. In the other two angular ranges, the assignment from the reciprocal of the voltage ratio is possible and the entire measuring range of 360 ° is thus opened up.

Bei Einsatz von AMR-Schichtstreifen in den Widerständen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 der Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 nach 1 ist der Messbereich der Winkelsensoranordnung gegenüber dem bisher dargestellten jeweils auf den halben Wert eingeschränkt. Das ist physikalisch dadurch bedingt, dass die Widerstandswerte von AMR-Schichtstreifen durch periodische Funktionen des doppelten Winkels zwischen Stromrichtung und Magnetisierungsrichtung gegeben sind. Mit der einfachen Anordnung nach 1 ist also der eindeutige Winkelmessbereich auf 180° beschränkt.When using AMR layer strips in the resistors 1.1 . 1.2 . 2.1 . 2.2 . 3.1 . 3.2 . 4.1 . 4.2 . 5.1 . 5.2 the voltage divider 1 . 2 . 3 . 4 . 5 to 1 the measuring range of the angle sensor arrangement is limited in each case to half the value compared to the previously shown. This is physically due to the fact that the resistance values of AMR layer strips are given by periodic functions of the double angle between current direction and magnetization direction. With the simple arrangement according to 1 So the unique angle measuring range is limited to 180 °.

Unabhängig vom eingesetzten Material gelingt die Winkelbestimmung im jeweiligen Messbereich aus zwei Ausgangsspannungen von Differenzverstärkern (z. B. V1 und V2). Die Ausgangsspannungen der weiteren Differenzverstärker (z. B. V3, V4 und V5) stehen vorteilhafter Weise zur Kontrolle der fehlerfreien Funktion der Messanordnung zur Verfügung. Es können auch durch Benutzung der Ausgangsspannungen zweier weiterer Differenzverstärker (z. B. V3 und V4) redundante Winkelwerte gebildet werden, die bei Ausfall der mit den Differenzverstärkern V1 und V2 ermittelten Winkelwerte weiter verwertet werden. Damit wird eine hohe Arbeitssicherheit der Messanordnung gewährleistet, wie sie beispielsweise in der Fahrzeugindustrie verlangt wird.Independent of used material manages the angle determination in the respective Measuring range from two output voltages of differential amplifiers (eg. B. V1 and V2). The output voltages of the other differential amplifier (z. B. V3, V4 and V5) are advantageously to control the error-free Function of the measuring arrangement available. It can also by using the Output voltages of two other differential amplifier (z. B. V3 and V4) redundant angle values are formed in the event of failure the with the differential amplifiers V1 and V2 determined angle values are further utilized. In order to a high level of safety of the measuring arrangement is ensured as required for example in the automotive industry.

Vorteilhafte Anordnungen ergeben sich für den Fall, dass alle Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 in allen Parametern übereinstimmen und nur durch eine Verdrehung um bestimmte Winkelwerte auseinander hervorgehen. Darüber hinaus werden alle Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 mit derselben Betriebsspannung versorgt. Werden beispielsweise drei Spannungsteiler 1, 2, 3 mit einem Winkelversatz von jeweils 120° gegeneinander angeordnet, so ist durch die Bildung der Differenz der jeweils zwei Signalspannungen in den Differenzverstärkern V1, V2, V3 ein Signalanteil, der die dritte Oberwelle des Messbereichsumfangs (360° bei Spin-Valve-Systemen, 180° bei AMR-Schichten) enthält, an den Ausgängen der Differenzverstärker nicht mehr vorhanden. Solche Oberwellenanteile in den Signalspannungen der Spannungsteiler 1, 2, 3 entstehen durch Abweichungen der Richtung der Magnetisierung der Messschichten von der Feldrichtung oder durch Inhomogenität des Magnetfeldes. Sie führen zu Fehlern der mit der Anordnung ermittelten Winkelwerte. Eine Eliminierung eines Oberwellenanteiles mit einer bestimmten Ordnung n gelingt stets, wenn eine der Ordnung n entsprechende Anzahl von Spannungsteilern 1, 2, 3, ...n im Messbereich verdreht angeordnet ist und der jeweilige Winkelversatz sich aus dem Quotienten des Umfangs des Messbereichs durch die Ordnungszahl n ergibt. Um Oberwellenanteile anderer Ordnung in derselben Messanordnung zu entfernen, können die Strukturen der Streifen der Widerstände 1.1, 1.2, ...2.1, 2.2, ... dementsprechend gewählt werden. In Bezug auf die Oberwellenfilterung ist die Anordnung mit drei um jeweils 120° verdreht gegeneinander positionierten Spannungsteilern 1, 2, 3 besonders vorteilhaft, da die hier herausgefilterte Oberwelle mit einer Periodenlänge von 120° den Haupanteil der Fehler enthält.Advantageous arrangements result in the event that all voltage dividers 1 . 2 . 3 . 4 . 5 agree in all parameters and emerge only by a rotation by certain angle values apart. In addition, all voltage dividers 1 . 2 . 3 . 4 . 5 supplied with the same operating voltage. For example, three voltage divider 1 . 2 . 3 is arranged with an angular offset of 120 ° to each other, so by the formation of the difference of the two signal voltages in the differential amplifiers V1, V2, V3, a signal component, the third harmonic of the measuring range (360 ° in spin valve systems, 180 ° in AMR layers), no longer present at the outputs of the differential amplifier. Such harmonic components in the signal voltages of the voltage divider 1 . 2 . 3 caused by deviations of the direction of magnetization of the measuring layers of the field direction or by inhomogeneity of the magnetic field. They lead to errors in the angle values determined with the arrangement. An elimination of a harmonic component with a certain order n always succeeds when a number of voltage dividers corresponding to the order n 1 . 2 . 3 , ... n is arranged twisted in the measuring range and the respective angular offset results from the quotient of the circumference of the measuring range by the ordinal number n. In order to remove harmonic components of other order in the same measuring arrangement, the structures of the strips of resistors 1.1 . 1.2 , ... 2.1 . 2.2 , ... are chosen accordingly. With respect to the harmonic filtering, the arrangement with three rotated by 120 ° each against each other positioned voltage dividers 1 . 2 . 3 Particularly advantageous because the filtered out here harmonic wave with a period length of 120 ° contains the main part of the error.

3 zeigt den Aufbau eines Spannungsteilers 1 bei Verwendung von Schichtmaterialien mit AMR-Effekt. In dieser Zeichnung sind die die Widerstände 1.1 und 1.2 darstellenden Rechtecke auch als AMR-Schichtbereiche zu verstehen. Der Widerstand 1.1 besteht also aus einem AMR-Schichtstreifen, dessen Längsrichtung mit der Bezugsrichtung X übereinstimmt. Die Längsrichtung des Schichtstreifens des zweiten Widerstandes 1.2 ist um 90° gegenüber der des ersten verdreht. Die Stromrichtung in den beiden Schichtstreifen entspricht der jeweiligen Längsrichtung. Stimmt die Richtung des zu messenden Feldes H mit der Bezugsrichtung X überein (α = 0), so weist der erste Widerstand 1.1 seinen Maximalwert auf, der Widerstandwert des zweiten Widerstandes 1.2 befindet sich im Minimum. Wird die Richtung des in der gesamten X-Y-Ebene immer homogenen Feldes H gegen die Bezugsrichtung gedreht, so ändern sich die Widerstände 1.1 bzw. 1.2 mit dem Kosinus des doppelten Winkels (2·α) bzw. mit dem Kosinus des doppelten Winkels addiert mit dem Winkel der Verdrehung der Stromrichtung im zweiten gegenüber dem ersten Widerstand (2·α + 90°). Damit ist immer eine Gegenläufigkeit beider Widerstandsänderungen gegeben. Die Längsrichtung des Spannungsteilers 1 in 3 und allen weiteren Figuren ist definiert als übereinstimmend mit der Längsrichtung der Streifen des ersten Widerstandes 1.1. 3 shows the structure of a voltage divider 1 when using laminates with AMR effect. In this drawing they are the resistors 1.1 and 1.2 representing rectangles also as AMR layer areas. The resistance 1.1 Thus, it consists of an AMR layer strip whose longitudinal direction coincides with the reference direction X. The longitudinal direction of the layer strip of the second resistor 1.2 is twisted 90 ° from the first one. The current direction in the two layer strips corresponds to the respective longitudinal direction. If the direction of the field H to be measured coincides with the reference direction X (α = 0), the first resistance points 1.1 its maximum value, the resistance value of the second resistor 1.2 is in the minimum. If the direction of the field H, which is always homogeneous in the entire XY plane, is rotated in the direction opposite to the reference direction, the resistances change 1.1 or 1.2 with the cosine of twice the angle (2 · α) or with the cosine of the double angle added with the angle of rotation of the current direction in the second with respect to the first resistor (2 · α + 90 °). This always gives an antagonism to both resistance changes. The longitudinal direction of the voltage divider 1 in 3 and all other figures is defined as coincident with the longitudinal direction of the strips of the first resistor 1.1 ,

Ein anderer Aufbau des Spannungsteilers 1 wird in 4 gezeigt. Hier Ist die Längsrichtung der Streifenrichtung beider Widerstände 1.1, 1.2 übereinstimmend. Die AMR-Streifen tragen hier jedoch jeweils eine Vielzahl von Leitschichtstreifen, deren Längsrichtungen sind beim Widerstand 1.1 um + 45° und beim zweiten Widerstand um –45° gegen die gemeinsame Längsrichtung der Widerstände verkippt. Wegen der hohen Leitfähigkeit der Leitschichtstreifen im Vergleich mit der der AMR-Schicht ist die Stromrichtung im ersten Widerstand 1.1 damit um –45° und die im zweiten Widerstand 1.2 um + 45° gegen die Längsrichtung der AMR-Streifen verdreht. Damit ergibt sich ein Richtungsunterschied von 90° und so ist auch hier die Gegenläufigkeit der Widerstandsänderungen bei Drehung des in der X-Y-Ebene homogenen Feldes H gegeben.Another construction of the voltage divider 1 is in 4 shown. Here is the longitudinal direction of the strip direction of both resistors 1.1 . 1.2 unanimously. However, the AMR strips each carry a plurality of conductive layer strips whose longitudinal directions are in the resistance 1.1 tilted by + 45 ° and the second resistor by -45 ° against the common longitudinal direction of the resistors. Because of the high conductivity of the conductive layer strips compared to that of the AMR layer, the current is direction in the first resistance 1.1 thus by -45 ° and in the second resistance 1.2 rotated by + 45 ° against the longitudinal direction of the AMR strips. This results in a directional difference of 90 ° and so here is the opposition of the resistance changes in rotation of the homogeneous in the XY plane field H given.

Eine weitere Möglichkeit des Aufbaus des Spannungsteilers 1 bei Verwendung von AMR-Schichten ist in 5 dargestellt. Hier haben die AMR-Schichtstreifen beider Widerstände 1.1, 1.2 des Spannungsteilers 1 gleiche oder parallele Längsrichtung, die in der Darstellung mit der Bezugsrichtung X übereinstimmt. Damit sind auch die Stromrichtungen in den AMR-Schichtstreifen gleich oder parallel. Der Unterschied des Winkels zwischen Strom- und Feldrichtung ist dadurch gegeben, dass am Ort des Widerstandes 1.1 ein Magnetfeld H₁ und am Ort des Widerstandes 1.2 ein Magnetfeld H₂ angelegt ist. Die Richtungen der Felder H₁ und H₂ schließen einen Winkel von 90° ein. Durch die Verbindungslinien zwischen beiden Feldpfeilen wird ausgedrückt, dass dieser Winkel bei der Drehung der Felder gegenüber der Bezugsrichtung X immer erhalten bleibt. So ist für alle Drehwinkel der Felder H₁, H₂ auch hier die Gegenläufigkeit der Widerstandsänderungen beider Widerstände 1.1, 1.2 gewährleistet. Miteinander gekoppelte unterschiedliche Richtungen von rotierenden Magnetfeldern treten auf, wenn sich der Spannungsteiler 1 über einem magnetischen Maßstab abwechselnd gerichteter Magnetisierung in Längsrichtung bewegt und der Abstand beider Widerstände 1.1, 1.2 die Hälfte der Pollänge des Maßstabs beträgt.Another way of building the voltage divider 1 when using AMR layers is in 5 shown. Here are the AMR layer strips of both resistors 1.1 . 1.2 of the voltage divider 1 same or parallel longitudinal direction, which coincides in the illustration with the reference direction X. Thus, the current directions in the AMR layer strips are the same or parallel. The difference of the angle between current and field direction is given by the fact that at the location of the resistance 1.1 a magnetic field H ₁ and at the location of the resistor 1.2 a magnetic field H _{2 is} applied. The directions of the fields H ₁ and H ₂ enclose an angle of 90 °. The connecting lines between the two field arrows express that this angle always remains with the rotation of the fields with respect to the reference direction X. So for all angles of rotation of the fields H ₁ , H ₂ here also the opposition of the resistance changes of both resistors 1.1 . 1.2 guaranteed. Coupled with each other different directions of rotating magnetic fields occur when the voltage divider 1 moving magnetization alternately directed magnetically over a magnetic scale and the distance between both resistors 1.1 . 1.2 is half the pole length of the scale.

In 6 ist ein Spannungsteiler 1 aus Widerstandsstreifen dargestellt, die aus Spin-Valve-Schichtsystemen bestehen. Die Magnetisierung der freien Schicht der Widerstände 1.1 , 1.2 stimmt im Wesentlichen mit der des angelegten Magnetfeldes H überein. Die Magnetisierung M₁ der gepinnten Schicht des Spin-Valve-Schichtsystems des ersten Widerstandes 1.1 zeigt in die Bezugsrichtung X, die Magnetisierung M₂ des zweiten Widerstandes 1.2 ist dazu entgegengesetzt. Zeigt das Magnetfeld H in die Bezugsrichtung X (α = 0), so befindet sich der erste Widerstand 1.1 bei seinem minimalen Wert, der zweite Widerstand 1.2 ist maximal. Bei Drehung des Feldes H gegen die Bezugsrichtung X (α nimmt zu) nimmt der erste Widerstand 1.1 mit dem Kosinus des Winkels α zu und der zweite mit dem Kosinus des Winkels α ab. Die Gegenläufigkeit der Widerstandsänderungen ist damit gegeben. Die Richtung des Spannungsteilers wird hier durch die Richtung der Magnetisierung M₁ der gepinnten Schicht des ersten Widerstandes 1.1 charakterisiert. In der 6 stimmt die Längsrichtung der Widerstandstreifen mit der Richtung dieser Magnetisierung M₁, M₂ überein, was zwar vorteilhaft ist, aber keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung auf diesen Fall bedeutet.In 6 is a voltage divider 1 represented by resistive strips, which consist of spin valve layer systems. The magnetization of the free layer of the resistors 1.1 . 1.2 is substantially the same as that of the applied magnetic field H. The magnetization M _{1 of} the pinned layer of the spin-valve layer system of the first resistor 1.1 shows in the reference direction X, the magnetization M _{2 of} the second resistor 1.2 is opposite. If the magnetic field H points in the reference direction X (α = 0), the first resistance is located 1.1 at its minimum value, the second resistance 1.2 is maximum. Upon rotation of the field H against the reference direction X (α increases), the first resistance increases 1.1 with the cosine of the angle α to and the second with the cosine of the angle α. The opposition of the resistance changes is given. The direction of the voltage divider is here indicated by the direction of magnetization M _{1 of} the pinned layer of the first resistor 1.1 characterized. In the 6 the longitudinal direction of the resistance strips coincides with the direction of this magnetization M ₁ , M ₂ , which is advantageous, but does not limit the present invention to this case.

7 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung der aus Spin-Valve-Schichtsystemen aufgebauten Widerstände 1.1, 1.2 eines Spannungsteilers. Hier haben die Magnetisierungen M₁, M₂ der gepinnten Schichten beider Widerstände 1.1, 1.2 gleiche (parallele) Richtungen. Die Gegenläufigkeit der Widerstandsänderung beider Widerstände 1.1, 1.2 wird dadurch er reicht, dass die Richtung des Magnetfeldes H₁ am Ort des ersten Widerstandes 1.1 dem des Feldes H₂ am Ort des zweiten Widerstandes 1.2 entgegen gerichtet ist. Beide Feldrichtungen sind, wie durch die Verbindungslinien gekennzeichnet, miteinander gekoppelt, so dass der Richtungsunterschied von 180° bei der Rotation des Feldes gegen die Bezugsrichtung X immer erhalten bleibt. Wie schon oben erwähnt, treten solche gekoppelten Felder über magnetischen Maßstäben mit periodisch abwechselnder Magnetisierung auf. Der geometrische Abstand der Widerstände 1.1 und 1.2 muss dazu an die Struktur des Maßstabs angepasst sein. Er ist mit der Pollänge identisch. 7 shows a further possibility of arranging the built-up of spin valve layer systems resistors 1.1 . 1.2 a voltage divider. Here, the magnetizations M ₁ , M _{2 of} the pinned layers of both resistors 1.1 . 1.2 same (parallel) directions. The antagonism of the resistance change of both resistors 1.1 . 1.2 is thereby achieved that the direction of the magnetic field H ₁ at the location of the first resistor 1.1 that of the field H ₂ at the location of the second resistance 1.2 directed against. Both field directions are coupled to each other, as indicated by the connecting lines, so that the directional difference of 180 ° is always maintained in the rotation of the field against the reference direction X. As mentioned above, such coupled fields occur over magnetic scales with periodically alternating magnetization. The geometric distance of the resistors 1.1 and 1.2 must be adapted to the structure of the scale. It is identical to the pole length.

Beim Einsatz von AMR-Schichten in den Widerstandsstreifen der Spannungsteiler 1, 2, 3, 4, 5 ist der eindeutige Messbereich auf 180° beschränkt. Gemäß der EP 0 760 931 B1 ist es bei Winkelsensoren, die drei oder mehr magnetoresistive Vollbrücken enthalten, die gegeneinander verdreht angeordnet sind, möglich, diesen Messbereich durch Anlegen eines Zusatzmagnetfeldes auf 360° auszudehnen. Das Zusatzmagnetfeld bewirkt abhängig davon, ob sich das Magnetfeld H, dessen Richtung zu bestimmen ist, im ersten Halbkreis (0° bis 180°) oder im zweiten Halbkreis (180° bis 360°) befindet, eine Vor- bzw. Rückdrehung des Magnetfeldes H. Die Vor- oder Rückdrehung des Magnetfeldes H bei kurzzeitigem Anliegen des Zusatzfeldes, das in einer Spule erzeugt wird, kann anhand der hierdurch geänderten Vollbrückensignale (z. B. Zunahme bei Vordrehung und Abnahme bei Rückdrehung) unterschieden werden, womit der volle Messbereich auf 360° erweitert ist.When using AMR layers in the resistor strips of the voltage divider 1 . 2 . 3 . 4 . 5 the unique measuring range is limited to 180 °. According to the EP 0 760 931 B1 For angle sensors containing three or more magnetoresistive full bridges, which are arranged rotated against each other, it is possible to extend this measuring range to 360 ° by applying an additional magnetic field. Depending on whether the magnetic field H whose direction is to be determined is in the first semicircle (0 ° to 180 °) or in the second semicircle (180 ° to 360 °), the additional magnetic field causes a forward or backward rotation of the magnetic field H. The forward or reverse rotation of the magnetic field H during brief contact of the additional field generated in a coil can be differentiated by the full-bridge signals changed thereby (eg increase in pre-rotation and decrease in reverse rotation), whereby the full measurement range is 360 ° is extended.

8 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Winkelsensoranordnung, bei der dieses Verfahren der Erweiterung des Messbereiches angewendet wird. Es sind drei Spannungsteiler 1, 2, 3 um jeweils 120° gegeneinander verdreht angeordnet. Zum Betrieb sind die Außenkontakte 1.4, 2.4, 3.4 im Mittelpunkt der Zeichnung und die Außenkontakte 1.3, 2.3, 3.3 jeweils miteinander und mit dem negativen bzw. positiven Pol der Betriebsspannung verbunden, was jedoch in der 8 nicht dargestellt ist. Ebenso wurden die Differenzverstärker V1, V2, V3 nicht eingezeichnet, die die drei Differenzen der Signalspannungen an den Mittelkontakten 1.5, 2.5, 3.5 bilden. Durch die Stromleiter 7.1 und 7.2 fließt bei Zuschalten einer Stromquelle an die Kontakte 8.1 und 8.2 ein Strom, der zum Auftreten von Zusatzmagnetfeldern am Ort aller sechs Widerstände 1.1, 1.2; 2.1, 2.2; 3.1, 3.2 der Spannungsteiler 1, 2, 3 führt. Die Stromleiter 7.1, 7.2 in der Zeichnung sind nicht als Darstellung einer optimalen Spulenstruktur zu verstehen. Sie dienen nur der Erläuterung des Prinzips. Die Zusatzfelder, die an den unterschiedlichen Orten der Widerstände 1.1, 1.2; 2.1, 2.2; 3.1, 3.2 durch den Strom erzeugt werden, haben unterschiedliche Richtungen. Damit wird verhindert, dass die Richtungen aller Zusatzfelder gleichzeitig mit der Richtung oder der Gegenrichtung des Feldes übereinstimmen, dessen Richtung mit der Anordnung bestimmt werden soll. So treten immer an den Orten von mindestens zwei Spannungsteilern 1, 2, 3 Verdrehungen des zu bestimmenden Feldes durch die Zusatzfelder auf und die eindeutige Zuordnung der Feldrichtung im Bereich von 360° ist für alle Winkelwerte gewährleistet. Zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes sind prinzipiell zwei Differenzspannungen zweier benachbarter Spannungsteiler ausreichend. In 9 ist die Anordnung von drei Spannungsteilern 1, 2, 3 eines Winkelsensors auf der Basis von Spin-Valve-Schichtsystemen dargestellt. Bestimmt werden soll der Winkel α des Magnetfeldes H gegen die Bezugsrichtung X. Die drei Spannungsteiler 1, 2, 3 sind um jeweils 120° gegeneinander verdreht. Die Außenkontakte 1.4, 2.4, 3.4 der Spannungsteiler 1, 2, 3 sind miteinan der und mit dem negativen Pol der Betriebsspannung verbunden, die Außenkontakte 1.3, 2.3, 3.3 sind dem positiven Pol zugeschaltet. Die Signalspannungen des ersten Spannungsteilers 1, die am Mittelkontakt 1.5 ansteht, und des zweiten Spannungsteilers 2, die am Mittelkontakt 2.5 ansteht, werden dem ersten Differenzverstärker V1 zugeführt. Die Signalspannungen des ersten Spannungsteilers 1 und des dritten Spannungsteilers 3, die am Mittelkontakt 3.5 ansteht, werden dem zweiten Differenzverstärker V3 zugeführt. Die den Spannungsverstärkern V1, V3 zugeführte Spannungsdifferenz beträgt bei der hier dargestellten Verdrehung der Spannungsteiler 1, 2, 3 um jeweils 120° 86,6% des Wertes, der sich bei einer aus gleichen Spannungsteilern aufgebauten Vollbrücke ergeben würde. Es entspricht der Erfindung, wenn die Ausgangssignale U₁, U₃ der beiden Differenzverstärker V1, V3 anders als in 9 gezeigt der Auswerteeinheit zugeführt werden. In der Auswerteeinheit wird dann durch die Interpolation, die in diesem speziellen Fall das Ergebnis der Gleichung α = atan((2·Y1 + 1)/√3)mit Y₁ = U₁/U₃ liefert, der Wert des Winkels α der Feldrichtung gegen die Bezugsrichtung X gebildet. Bei dieser Art der Auswertung verzichtet man jedoch auf den Signalwert der Differenz, die der dritte Differenzverstärker V2 in der 9 liefert. Wie 9 zeigt, ist aber dessen Einbeziehung in die Auswertung möglich. Es ist nun vorteilhaft, die Verstärkung des dritten Verstärkers V2 auf einen Wert einzustellen, der um den Faktor 0.5·(√3-1) = 0,366 geringer ist, als die Verstärkung der anderen Differenzverstärker. Mit dieser Verstärkung ergeben sich nämlich an den Ausgängen der Differenzverstärker V6 und V7, die die Ausgangsspannungen der drei Differenzverstärker V1, V2, V3 in dargestellter Weise als Eingangsspannungen be nutzen, Signale, die eine Amplitude aufweisen, die um 6,08% höher ist als die Amplitude von vergleichbaren Vollbrücken und deren Phasenversatz gegeneinander 90° beträgt. Mit diesem Phasenversatz sind alle bisher in der Winkel- und Längenmesstechnik benutzten Interpolationsanordnungen verwendbar, die zur Winkelbestimmung die einfache Beziehung α = atan(X1)mit X₁ als dem Verhältnis der Ausgangsspannungen der Differenzverstärker V6 und V7 anwenden. 8th shows the basic structure of an angle sensor arrangement according to the invention, in which this method of extension of the measuring range is applied. There are three voltage dividers 1 . 2 . 3 arranged rotated by 120 ° from each other. For operation, the external contacts 1.4 . 2.4 . 3.4 at the center of the drawing and the external contacts 1.3 . 2.3 . 3.3 each connected to each other and to the negative or positive pole of the operating voltage, but in the 8th not shown. Likewise, the differential amplifiers V1, V2, V3 were not drawn, which are the three differences of the signal voltages at the center contacts 1.5 . 2.5 . 3.5 form. Through the power conductors 7.1 and 7.2 flows when connecting a power source to the contacts 8.1 and 8.2 a current that causes the appearance of additional magnetic fields at the location of all six resistors 1.1 . 1.2 ; 2.1 . 2.2 ; 3.1 . 3.2 the voltage divider 1 . 2 . 3 leads. The power conductors 7.1 . 7.2 in the drawing are not to be understood as representing an optimal coil structure. They serve only to explain the principle. The additional fields, which are at the different places of resistances 1.1 . 1.2 ; 2.1 . 2.2 ; 3.1 . 3.2 generated by the current have different directions. This prevents that the directions of all additional fields coincide simultaneously with the direction or the opposite direction of the field whose direction is to be determined with the arrangement. So always occur in the places of at least two voltage dividers 1 . 2 . 3 Twisting of the field to be determined by the additional fields and the clear assignment of the field direction in the range of 360 ° is guaranteed for all angle values. To determine the direction of the magnetic field, in principle two differential voltages of two adjacent voltage dividers are sufficient. In 9 is the arrangement of three voltage dividers 1 . 2 . 3 an angle sensor based on spin valve layer systems. To be determined is the angle α of the magnetic field H against the reference direction X. The three voltage divider 1 . 2 . 3 are rotated by 120 ° from each other. The external contacts 1.4 . 2.4 . 3.4 the voltage divider 1 . 2 . 3 are miteinan the and connected to the negative pole of the operating voltage, the external contacts 1.3 . 2.3 . 3.3 are connected to the positive pole. The signal voltages of the first voltage divider 1 at the center contact 1.5 is present, and the second voltage divider 2 at the center contact 2.5 is present, are supplied to the first differential amplifier V1. The signal voltages of the first voltage divider 1 and the third voltage divider 3 at the center contact 3.5 is present, are supplied to the second differential amplifier V3. The voltage difference supplied to the voltage amplifiers V1, V3 amounts to the voltage divider in the case of the rotation illustrated here 1 . 2 . 3 by 120 ° each 86.6% of the value that would result in a built-up of equal voltage dividers full bridge. It corresponds to the invention, when the output signals U ₁ , U _{3 of} the two differential amplifiers V1, V3 different than in 9 shown to be fed to the evaluation. In the evaluation unit is then by the interpolation, which in this particular case, the result of the equation α = atane ((2 · Y 1 + 1) / √3) with Y ₁ = U ₁ / U ₃ supplies, the value of the angle α of the field direction formed against the reference direction X. In this type of evaluation, however, one waives the signal value of the difference, the third differential amplifier V2 in the 9 supplies. As 9 shows, but its inclusion in the evaluation is possible. It is now advantageous to set the gain of the third amplifier V2 to a value which is 0.5 × (√3-1) = 0.366 lower than the gain of the other differential amplifiers. Namely, with this gain, at the outputs of the differential amplifiers V6 and V7 which use the output voltages of the three differential amplifiers V1, V2, V3 as input voltages as shown in the figure, signals having an amplitude higher by 6.08% are obtained the amplitude of comparable full bridges and their phase offset against each other is 90 °. With this phase offset, all interpolation arrangements used hitherto in angle and length measurement technology can be used, which for simple angle determination is the simple relationship α = atane (X 1 ) with X ₁ as the ratio of the output voltages of the differential amplifiers V6 and V7.

Gleiche Schaltungen, wie in 9 dargestellt, lassen sich auch für andere oben beschriebene Spannungsteiler anwenden. Auch bei einer Anzahl von mehr als drei Spannungsteilern ist das Prinzip verwirklichbar, alle Differenzen der phasenmäßig benachbarten Spannungsteiler zu benutzen und ausgangsseitig zwei Spannungssignale mit 90° Phasenversatz zu erhalten. Neben dem Vorteil der Möglichkeit des Einsatzes bekannter Technik zur Interpolation in der Auswerteeinheit ergibt sich auch noch eine um 41% höhere Signalamplitude pro Widerstandsfläche im Vergleich mit Vollbrückenwinkelsensoren.Same circuits as in 9 can also be used for other voltage dividers described above. Even with a number of more than three voltage dividers, the principle can be realized to use all the differences of the phase adjacent voltage divider and the output side to receive two voltage signals with 90 ° phase offset. In addition to the advantage of the possibility of using known technology for interpolation in the evaluation unit also results in a 41% higher signal amplitude per resistive area in comparison with full bridge angle sensors.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in ihrer unterschiedlichen Ausführung erfolgt im einfachsten Fall bei der Bestimmung des Winkels zwischen zwei drehbar gegeneinander gelagerten Teilen. Dabei ist ein erstes Teil fest mit der Anordnung und das zweite Teil fest mit einem Dauermagneten verbunden, der das Magnetfeld erzeugt, dessen Richtung mit der Anordnung bestimmt wird.The Use of the arrangement according to the invention in their different execution takes place in the simplest case when determining the angle between two rotatably mounted parts. This is a first Part fixed with the arrangement and the second part fixed with a permanent magnet connected, which generates the magnetic field, whose direction with the arrangement is determined.

Die Verwendung der Anordnung kann auch zur Ermittlung der der relativen Position zwischen zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen erfolgen. Auch hier kann ein erstes Teil fest mit der Anordnung und ein zweites Teil fest mit einem Dauermagneten verbunden sein. Die Anordnung bestimmt zunächst den Winkel des Magnetfeldes des Dauermagneten, Da dieser Winkel beispielsweise bei einem kurzen Stabmagneten entlang der homogenen Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten variiert, kann dann aus dem Winkel eindeutig auf eine Position entlang dieser Richtung geschlossen werden.The Use of the arrangement can also be used to determine the relative Position between two mutually displaceable parts done. Also Here is a first part fixed to the arrangement and a second Part be firmly connected to a permanent magnet. The order first determine the Angle of the magnetic field of the permanent magnet, since this angle, for example with a short bar magnet along the homogeneous direction of magnetization of the permanent magnet varies, then can clearly out of the angle to close a position along this direction.

In einem komplexeren Fall ist der liegt der Dauermagnet als magnetischer Maßstab vor. Dieser besteht aus in der Messrichtung gleich langen abwechselnd in entgegen gesetzter Richtung magnetisierten Bereichen. Der magnetische Maßstab kann auch kreisrund gekrümmt sein, so dass man von einem Polrad sprechen kann. An der Polradoberfläche in radialer Richtung rotiert die Magnetfeldrichtung bei Fortschreiten in tangentialer Richtung mit einer Periodenlänge, die der Summe der Längen von zwei Magnetisierungsbereichen entspricht. Bringt man eine erfindungsgemäße Anordnung mit der Ebene senkrecht zur Polradoberfläche über dieser an, kann sie die Richtung des Feldes ermitteln. Daraus kann auf den Drehwinkel des Polrades geschlossen werden. Für die hier genannte erfindungsgemäße Anordnung werden bevorzugt Spannungsteiler 1, 2, 3 eingesetzt, wie sie in 5 oder 7 dargestellt sind. Der Phasenversatz der Spannungsteiler wird dabei durch seitlichen Versatz ihres Ortes in tangentialer Richtung des Polrades erreicht. Damit hat die Anordnung der Spannungsteiler 1, 2, 3 eine bestimmte Länge, die in bestimmter Weise der Periodenlänge des Polrades angepasst ist. Es ist darüber hinaus vorteilhaft, zur Auswertung der Signalspannungen eine Anordnung nach 9 zu verwenden. Da die Peri odenlänge des Magnetfeldes über dem Polrad mit wachsendem Abstand zunimmt, sollte die Länge der Anordnung der Spannungsteiler 1, 2, 3 für diesen Abstand der Periodenlänge des Magnetfeldes entsprechen, denn nur so kann die Phasendifferenz der Spannungsteiler 1, 2, 3 auf genau 120° gehalten werden. Da der Abstand eine Montagegröße ist, wird es Abweichungen geben, die sich dann auf die Phasendifferenz der Spannungsteiler 1, 2, 3 und damit auch auf die Phasendifferenz der Ausgangssignale der Differenzverstärker V6 und V7 auswirken. Damit ergeben sich Fehler in den ermittelten Winkelmesswerten. Mit der Anordnung nach 9 kann der Abweichung der Phase von 90° zwischen beiden Ausgangsignalen (V6, V7) jedoch Vorteilhafterweise durch Variation der Verstärkung des Differenzverstärkers V2 entgegen gewirkt werden. Die Anpassung an einen bestimmten Messabstand kann also nachträglich durch Einstellung der Verstärkung erfolgen und die genannte Fehlerursache ist so eliminierbar.In a more complex case, the permanent magnet is the magnetic scale. This consists of areas of the same length alternately magnetized in opposite directions in the measuring direction. The magnetic scale can also be curved circular, so that one can speak of a flywheel. At the pole wheel surface in the radial direction, the magnetic field direction rotates in the tangential direction with a period length corresponding to the sum of the lengths of two magnetization regions. If one applies an arrangement according to the invention with the plane perpendicular to the pole wheel surface above it, it can determine the direction of the field. From this it can be concluded that the angle of rotation of the pole wheel. For the inventive arrangement mentioned here are preferably voltage divider 1 . 2 . 3 used as they are in 5 or 7 are shown. The phase offset of the voltage divider is achieved by lateral offset their place in the tangential direction of the pole wheel. Thus, the arrangement of the voltage divider 1 . 2 . 3 a certain length, which is adapted in a certain way the period length of the pole wheel. It is also advantageous for the evaluation of the signal voltages an arrangement according to 9 to use. As the peri odenlänge of the magnetic field above the flywheel increases with increasing distance, the length of the arrangement of the voltage divider 1 . 2 . 3 for this distance correspond to the period length of the magnetic field, because only so can the phase difference of the voltage divider 1 . 2 . 3 kept at exactly 120 °. Since the distance is an assembly size, there will be deviations, which then affect the phase difference of the voltage divider 1 . 2 . 3 and thus also affect the phase difference of the output signals of the differential amplifiers V6 and V7. This results in errors in the determined angle measured values. With the arrangement after 9 However, the deviation of the phase of 90 ° between the two output signals (V6, V7) can be advantageously counteracted by varying the gain of the differential amplifier V2. The adaptation to a specific measuring distance can thus be done subsequently by adjusting the gain and the said cause of error can be eliminated.

1 bis 51 until 5: Spannungsteilervoltage divider
1.1 bis 5.11.1 to 5.1: erster Widerstand des Spannungsteilersfirst Resistance of the voltage divider
1.2 bis 5.21.2 to 5.2: zweiter Widerstand des Spannungsteilerssecond Resistance of the voltage divider
1.3 bis 5.31.3 to 5.3: Außenkontakt des Spannungsteilersoutside Contact of the voltage divider
1.4 bis 5.41.4 to 5.4: Außenkontakt des Spannungsteilersoutside Contact of the voltage divider
1.5 bis 5.51.5 to 5.5: Mittelkontakt des Spannungsteilerscenter contact of the voltage divider
6.1 bis 6.56.1 to 6.5: Ausgang des Differenzverstärkersoutput of the differential amplifier
7.1; 7.27.1; 7.2: Stromleiterconductor
8.1; 8.28.1; 8.2: Kontakte des Stromleiterscontacts of the conductor
HH: Magnetfeldmagnetic field
H₁ H ₁: Magnetfeldmagnetic field
H₂ H ₂: Magnetfeldmagnetic field
M₁ M ₁: Magnetisierung der gepinnten Schichtmagnetization the pinned layer
M₂ M ₂: Magnetisierung der gepinnten Schichtmagnetization the pinned layer
V1 bis V7V1 to V7: Differenzverstärkerdifferential amplifier
XX: Bezugsrichtungreference direction
YY: Koordinatecoordinate
αα: Winkel zwischen Bezugsrichtung und Magnetfeldangle between reference direction and magnetic field
α₁ α ₁: Winkel zwischen Bezugsrichtung und Magnetfeldangle between reference direction and magnetic field
α₂ α ₂: Winkel zwischen Bezugsrichtung und Magnetfeldangle between reference direction and magnetic field
ω₁ bis ω₅ ω ₁ to ω ₅: Winkel zwischen Bezugsrichtung und Spannungsteilerlängsangle between reference direction and voltage divider
: richtung, Phasenversatz gegen die Bezugsrichtungdirection, Phase offset against the reference direction

Claims

Arrangement for determining the direction of magnetic fields when using voltage dividers ( 1 to 5 ), consisting of resistors formed by magnetoresistive thin layers ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) with in the respective magnetic field (H) substantially opposite resistance change, the two external contacts ( 1.3 . 1.4 to 5.3 . 5.4 ) for the operating voltage and an intermediate contact between the resistors ( 1.5 to 5.5 ), characterized in that at least three (n = 3) voltage dividers ( 1 to 5 ) are arranged in such a way that those at the middle contacts ( 1.5 to 5.5 ) upon rotation of the magnetic fields (H) resulting signal voltages of the various voltage divider ( 1 to 5 ) are out of phase with each other, that differential amplifiers (V1 to V5) for amplifying the differences of the signal voltages at center contacts ( 1.5 to 5.5 ) of two respective in the phase relationship (ω ₁ , ω ₂ , ω ₃ , ω ₄ , ω ₅ ) adjacent voltage dividers ( 1 to 5 ) are provided and that an evaluation unit for determining the angle of the magnetic fields (H) against a reference direction (X) is included.

Arrangement according to claim 1, characterized that the magnetoresistive thin layers show the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the magnetoresistive films of each resistor ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) are structured in the form of long strips.

Arrangement according to claim 3, characterized in that the opposition of the resistance change of the resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) the voltage divider ( 1 to 5 ) is achieved in that the long strips of resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) run parallel and have barber pole structures and that their inclination at the respective resistance (eg. 1.1 ) from that in the other resistor (eg. 1.2 ) of the voltage divider (eg 1 ) is different ..

Arrangement according to claim 3, characterized gekenn records that the opposition of the resistance change of the resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) the voltage divider ( 1 to 5 ) is achieved in that the longitudinal directions of the long strips in each resistor ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) run parallel and that the longitudinal direction in the respective resistor (eg. 1.1 ) with the resistance in the other (eg. 1.2 ) of the voltage divider (eg 1 ) includes an angle.

Arrangement according to claim 5, characterized in that that the angle is a right angle.

Arrangement according to claim 3, characterized in that the opposition of the resistance change of the resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) the voltage divider ( 1 to 5 ) is achieved in that the longitudinal directions of the long strips in both resistors (eg. 1.1 . 1.2 ) the voltage divider (eg 1 ) parallel to each other and that at the location of both resistors (eg. 1.1 . 1.2 ) Magnetic fields (H ₁ , H ₂ ) of the same field strength but different direction abut, the rotation is synchronous.

Arrangement according to claim 2, characterized in that current conductors ( 7.1 . 7.2 ) and at least one resistor ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) of a voltage divider ( 1 to 5 ) in the region of the magnetic field of at least one conductor ( 7.1 . 7.2 ) is located.

Arrangement according to claim 8, characterized in that the current through the conductors ( 7.1 . 7.2 ) is time-dependent.

Arrangement according to claim 8, characterized in that all voltage dividers ( 1 to 5 ) and the conductors ( 7.1 . 7.2 ) are integrated on a support.

Arrangement according to claim 1, characterized that the magnetoresistive thin layers show a gigantic magnetoresistive (GMR) effect.

Arrangement according to claim 11, characterized in that the magnetoresistive thin layers of each resistor ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) are structured in the form of long strips.

Arrangement according to Claim 12, characterized in that the magnetoresistive thin layers are spin-valve layer systems in which the opposition of the resistance change of the resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) the voltage divider ( 1 to 5 ) is achieved in that the directions of the impressed magnetization (M ₁ , M ₂ ) of the strips in the resistors (eg. 1.1 . 1.2 ) of the respective voltage divider (eg 1 ) are different.

Arrangement according to claim 13, characterized in that the directions of the impressed magnetization (M ₁ , M ₂ ) are opposite.

Arrangement according to claim 12, characterized in that the magnetoresistive thin layers are spin-valve layer systems, that the opposition of the resistance change of the resistors ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) the voltage divider ( 1 to 5 ) is achieved in that the directions of the impressed magnetization (M ₁ , M ₂ ) of the long strips in both resistors (eg. 1.1 . 1.2 ) the voltage divider (eg 1 ) run parallel and that at the location of both resistors (eg. 1.1 . 1.2 ) Magnetic fields (H ₁ , H ₂ ) of the same field strength but different direction abut, the rotation is synchronous.

Arrangement according to claim 1, characterized that the phase offset of the n signal voltages of adjacent phase each of the same amount is (360 ° / n).

Arrangement according to claim 16, characterized in that n mutually equal voltage dividers ( 1 to 5 ) are arranged on the substrate, which emerge by rotation by certain angles apart.

Arrangement according to claim 17, characterized in that three voltage dividers consisting of AMR layers ( 1 . 2 . 3 ) are arranged, wherein the longitudinal direction of the strips of the first resistor ( 1.1 ) of the first voltage divider ( 1 ) coincides with the reference direction (X) and the twists of the second ( 2 ) and third ( 3 ) Voltage divider 60 ° or 120 °.

Arrangement according to claim 17, characterized in that three voltage dividers consisting of AMR layers ( 1 . 2 . 3 ) are arranged, wherein the longitudinal direction of the strips of the first resistor ( 1.1 ) of the first voltage divider ( 1 ) coincides with the reference direction (X) and the twists of the second ( 2 ) and third ( 3 ) Voltage divider 120 ° or 240 °.

Arrangement according to claim 19, characterized in that a first differential amplifier (V1) amplifies the voltage difference (U ₂₁ ) of the second and the first signal voltage by a factor that a second differential amplifier (V3) the voltage difference (U ₃₁ ) of the third and the first Signal voltage amplified by the same factor and that at the output of the evaluation unit with the quotient of the two voltage differences (Y = U ₂₁ / U ₃₁ ) when using the interpolation formula α = 0.5 · atan ((2 · Y + 1) / √3) α is present as a measured angle value.

Arrangement according to claim 19, characterized in that a first differential amplifier (V1) amplifies the voltage difference (U ₂₁ ) of the second and the first signal voltage by a factor that a second differential amplifier (V3) the voltage difference (U ₃₁ ) of the third and the first Signal voltage amplified by the same factor that a third differential amplifier (V2) amplifies the voltage difference (U ₂₃ ) of the second and third signal voltage by a multiple, which results by multiplying the factor by 0.5 · (√3 - 1) that a fourth Differential amplifier (V6) whose inputs are connected to the outputs of the first (V1) and third (V2) differential amplifiers and a fifth differential amplifier (V7) whose inputs are connected to the outputs of the second (V3) and third (V2) differential amplifiers, deliver the voltages U ₄ and U ₅ , and that at the output of the evaluation unit, which forms the quotient X = U ₄ / U ₅ and the interpolation onsformel α = 0.5 · atan (X) applies, α is present as a measured angle.

Arrangement according to claim 13, characterized in that three voltage dividers consisting of GMR spin valve layers ( 1 . 2 . 3 ) are arranged and the rotations 120 ° and 240 °.

Method for determining the direction of magnetic fields (H) by evaluating the signal voltages of voltage dividers ( 1 to 5 ), consisting of resistors formed by magnetoresistive thin layers ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) in the respective magnetic field H substantially opposite resistance change, the two external contacts ( 1.3 . 1.4 to 5.3 . 5.4 ) for the operating voltage and an intermediate contact between the resistors ( 1.5 to 5.5 ), characterized in that at least two differences in the phase relationship (ω ₁ , ω ₂ , ω ₃ , ω ₄ , ω ₅ ) adjacent signal voltages at the center contacts ( 1.5 to 5.5 ) of at least three (n = 3) voltage dividers which are out of phase with each other upon rotation of the magnetic fields (H) are formed and amplified, and that the angle of the magnetic fields (H) against a reference direction (X) from the at least two differences Quotient formation and interpolation is determined.

Method for determining the direction of a magnetic field (H) according to claim 23, characterized in that the magnetoresistive thin layers show the gigantic magnetoresistive (GMR) effect.

Method for determining the direction of magnetic fields according to claim 23, characterized in that the magnetoresistive thin layers show the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect.

Method for determining the direction of magnetic fields (H) according to claim 25, characterized in that the at least two differences of signal voltages once upon application of temporarily switched additional magnetic fields at the location of at least one resistor ( 1.1 . 1.2 to 5.1 . 5.2 ) of a voltage divider ( 1 to 5 ) and once in case of concerns of temporarily activated additional magnetic fields of the same field strength but opposite direction are determined that the direction of the magnetic field (H) in the 180 ° measuring range from the sum of the two differences of signal voltages by quotient and interpolation is determined and that from the difference the two differences of signal voltages is a unique assignment in an angular range of 360 °.

Method for determining the direction of magnetic fields according to Claim 26, characterized in that the signal voltages of three voltage dividers which are phase-shifted by 60 ° in each case ( 1 . 2 . 3 ) each with additional magnetic fields of equal magnitude and different direction in the region of the respective resistors ( 1.1 . 1.2 ; 2.1 . 2.2 ; 3.1 . 3.2 ) the voltage divider ( 1 . 2 . 3 ) be used, that from the sum of the differences of the signal voltages, an angle value between 0 and 180 ° is determined and the assignment of the angle value in the value range between 0 ° to 180 ° or 180 ° to 360 ° by evaluating the sign of the change in the differences Signal voltages occur when the additional fields are switched on.

Use of an arrangement or a method according to one of the claims 1 to 27 for determining the angle between two rotatable against each other mounted parts, characterized in that a first part firmly connected to a permanent magnet and a second part fixed to the assembly is.

Use of an arrangement or a method according to one of the claims 1 to 27 for determining the relative position between two against each other sliding parts, characterized in that a first part fixed with a permanent magnet and a second part fixed to the arrangement connected is.

Use of an arrangement or a method according to claim 29, characterized in that the permanent magnet in Shape of a straight or curved magnetic scale pronounced is.