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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensorbauelement, insbesondere
auf ein Sensorbauelement mit resistiven Sensorelementen zum Erfassen
eines Magnetfeldes mittels magnetoresistiver Sensorelemente oder
zum Erfassen eines Drucks mittels piezoresistiver Sensorelemente,
das in einem energiesparenden Modus betrieben werden kann.
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Bei
vielen Sensoren und Sensorbauelementen ergibt sich das Problem,
dass aufgrund physikalischer Einschränkungen und anderer Rahmenbedingungen
Sensoren im Rahmen energiesparender Anwendungen nicht mit hoher
Genauigkeit eingesetzt werden können.
So ist beispielsweise im Falle eines GMR-Winkelsensors (GMR = giant magneto resistance
= Riesenmagnetwiderstand) zur Messung einer x-Komponente und einer
y-Komponente eines Magnetfeldes
zur Bestimmung eines Winkels des Magnetfeldes gegenüber einer
Chipachse des betreffenden Sensors eine wesentliche Voraussetzung für eine exakte
Messung des Winkels die Homogenität des Magnetfeldes im gesamten
Bereich einer geometrischen Ausdehnung des GMR-Winkelsensors bzw.
des Sensors. Um dies zu gewährleisten
oder zumindest zu ermöglichen,
ist einerseits eine exakte Justierung des Sensors unterhalb einer
Rotationsachse eines Magneten, dessen Winkelposition bestimmt werden
soll, innerhalb einer fertigen Baugruppe mit dem betreffenden Winkelsensor
erforderlich. Andererseits schränkt
dies die geometrische Ausdehnung des GMR-Winkelsensors und somit
eine mögliche
Länge der
Widerstandsbahnen der GMR-Sensorelemente des Sensors ein. Eine Folge dieser
Beschränkung
ist, dass ein maximaler Widerstand eines GMR-Sensorelements des
entsprechenden Sensors zum Messen des Feldwinkels auf wenige Kilo-Ohm
beschränkt
ist, was letztendlich die Eignung des Sensors für stromsparende Anwendungen (Low-Power-Anwendungen)
mit hoher Genauigkeit signifikant einschränkt.
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Ähnliche
Einschränkungen
betreffen auch mikromechanische piezoresistive Sensoren und Sensorbauelemente,
bei denen sich das resistive Sensorelement bzw. der Widerstand,
mit dessen Hilfe eine mechanische Verformung einer Membran (Diaphragma)
erfasst werden soll, nicht mehr in einer Zone der maximalen Verformung
(maximaler Stress) befindet. Im Falle von Drucksensoren mit piezoresistiven
Sensorelementen sollten sich diese jedoch in der Zone des maximalen
Stresses befinden, um eine größtmögliche Empfindlichkeit
des Sensors zu erreichen bzw. zu ermöglichen. Wird der Widerstand
bzw. das resistive Sensorelement vergrößert, um einen höheren Widerstandswert
zu erzielen, erstreckt dieser sich geometrisch zumindest teilweise
in Zonen mit einer geringeren Verformung, so dass die Empfindlichkeit
des betreffenden Sensorelements signifikant sinkt.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sensorbauelement eine Sensoranordnung
mit wenigstens einem Sensorelement, eine zusätzliche Sensoranordnung mit
wenigstens einem zusätzlichen
Sensorelement und einem Zuschalter, der auf ein Zuschaltsignal hin
die zusätzliche
Sensoranordnung mit der Sensoranordnung koppelt, um eine Gesamtsensoranordnung
mit einem verringerten Leistungsbedarf zu erhalten.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sensorbauelement zur Erfassung
einer Messgröße mit einer
Gesamtsensoranordnung eine Sensoranordnung mit wenigstens einem
resistiven Sensorelement, eine zusätzliche Sensoranordnung mit
wenigstens einem zusätzlichen
resistiven Sensorelement, einen Zuschalter, der mit der zusätzlichen Sensoranordnung
gekoppelt ist, und eine Steuerschaltung, die mit dem Zuschalter derart
gekoppelt ist, dass die Sensoranordnung auf ein Zuschaltsignal hin
ausgehend von der Sensoranordnung als Gesamtsensoranordnung mit
der zusätzlichen
Sensoranordnung zu der Gesamtsensoranordnung mit einem verringerten
Leistungsbedarf gekoppelt wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Sensorvorrichtung eine Sensoreinrichtung
mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Messgröße, eine
zusätzliche
Sensoreinrichtung mit wenigstens einer zusätzlichen Erfassungseinrichtung,
und eine Zuschalteinrichtung, die auf ein Zuschaltsignal hin die
zusätzliche
Sensoreinrichtung mit der Sensoreinrichtung koppelt, um eine Gesamtsensoranordnung mit
einem verringerten Leistungsbedarf zu erhalten.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erfassen einer
Messgröße mit einem
Sensorbauelement mit einer Sensoranordnung mit wenigstens einem
Sensorelement und einer zusätzlichen
Sensoranordnung mit wenigstens einem zusätzlichen Sensorelement einen
Schritt des Zuschaltens der zusätzlichen
Sensoranordnung zu der Sensoranordnung, um eine Gesamtsensoranordnung
mit einem verringerten Leistungsbedarf zu erhalten.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements;
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2a zeigt
ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements;
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2b zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Sensorbauelements;
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3 zeigt
ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements
in Form einer Vollbrückenschaltung;
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4a zeigt
eine geometrische Anordnung der Sensorelemente und zusätzlichen
Sensorelemente der Sensoranordnung und der zusätzlichen Sensoranordnung eines
erfindungsgemäßen GMR-Winkelsensors mit
einem Winkelbereich von 360° gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4b zeigt
ein Blockschaltbild einer Brückenkonfiguration
des in 4a gezeigten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements;
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5a zeigt
eine geometrische Anordnung der Sensorelemente und der zusätzlichen
Sensorelemente der Sensoranordnung und der zusätzlichen Sensoranordnung eines
Drucksensors gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5b zeigt
ein Blockschaltbild einer Brückenkonfiguration
des in 5a gezeigten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Bezug
nehmend auf die 1–5 wird
nun ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements beschrieben,
bevor im Zusammenhang mit den 2a–5b weitere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung erörtert
werden.
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1 zeigt
als erstes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ein Sensorbauelement 100 mit einer
Sensoranordnung 110 und einer zusätzlichen Sensoranordnung 120.
Die Sensoranordnung 110 und die zusätzliche Sensoranordnung 120 umfassen
jeweils wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung einer Messgröße. Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann es sich
ebenso wie bei den weiteren im Rahmen der vorliegenden Erfindung
erläuterten
Ausführungsbeispielen
bei den Sensorelementen beispielsweise um resistive Sensorelemente
handeln, die eine Änderung
ihrer Widerstandswerte aufweisen, wenn ein für das jeweilige Sensorelement
typischer Einfluss auf das betreffende Sensorelement einwirkt. Handelt
es sich beispielsweise bei den resistiven Sensorelementen um magnetoresistive
Sensorelemente, so weisen diese eine Änderung ihres elektrischen
Widerstandswertes auf, wenn ein Magnetfeld mit einer veränderlichen Magnetfeldrichtung
und/oder einer veränderlichen Feldstärke auf
sie einwirkt. Typischerweise umfassen so magnetoresistive Sensorelemente
bei diesem Ausführungsbeispiel
ebenso wie bei den im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung
erläuterten
Ausführungsbeispielen
eine oder mehrere GMR-Strukturen (GMR = giant magneto resistance
= Riesenmagnetwiderstand), TMR-Strukturen (TMR = tunnel magneto
resistance = Tunnelmagnetwiderstand), AMR-Strukturen (AMR = anisotropic
magneto resistance = anisotroper Magnetwiderstand), EMR-Strukturen
(EMR = extra ordinary magneto resistance = außergewöhnlicher Magnetwiderstand)
oder Spin-Valve-Strukturen
(Spin-Ventil-Strukturen). Viele dieser magnetoresistiven Sensorelemente
weisen so beispielsweise eine Änderung
ihres elektrischen Widerstandswertes in Abhängigkeit einer Richtung bzw. Feldrichtung
eines Magnetfeldes auf, das auf die betreffenden magnetoresistiven
Sensorelemente einwirkt.
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Weitere
resistive Sensorelemente umfassen beispielsweise piezoresistive
Sensorelemente, die eine Änderung
ihres elektrischen Widerstandswertes aufweisen, wenn die betreffenden
Sensorelemente bezüglich
einer mechanischen Belastung, beispielsweise einer Verbiegung oder
einer anderen Formänderung,
beansprucht werden. Solche piezoresistiven Sensorelemente werden
beispielsweise in Form metallischer oder halbleitender Dehnungsmessstreifen implementiert.
Sie eignen sich beispielsweise zur Messung einer Verformung einer
Membran (Diaphragma) im Rahmen eines Drucksensors.
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Im
Unterschied hierzu können
magnetoresistive Sensorelemente beispielsweise im Rahmen von Winkelsensoren
oder Drehzahlsensoren eingesetzt werden, bei denen eine Änderung
bzw. Modulation einer Feldstärke
oder einer Richtung eines externen Magnetfeldes detektiert werden
sollen. Im Falle von Winkelsensoren, die in eine entsprechende Baugruppe
implementiert sein können,
wird häufig
eine entsprechende Änderung
einer Richtung eines Magnetfeldes durch eine Rotation eines (Permanent-)
Magneten erzielt, der oberhalb eines entsprechenden magnetoresistiven
Sensorelements oder einer Sensoranordnung mit wenigstens einem magnetoresistiven
Sensorelement angeordnet ist und gedreht wird.
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Im
Falle von Drehzahlsensoren werden auch magnetoresistive Sensorelemente
eingesetzt, die zur Detektion ebenfalls einer Richtungsänderung
oder einer Feldstärkenänderung
eines externen Magnetfeldes, die durch die betreffende, zu detektierende Rotation
hervorgerufen werden, eingesetzt.
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Grundsätzlich können im
Rahmen der Sensoranordnung 110 und der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 auch andere als resistive Sensorelemente
eingesetzt werden. Beispiele hierfür stellen Hall-Sensoren und
kapazitive Sensoren dar.
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Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Sensorbauelements 100 ist
die Sensoranordnung 110 über einen ersten Anschluss 110a mit einer
oder mehreren in 1 nicht gezeigten elektrischen
Komponenten verbunden. Bei diesen in 1 nicht
gezeigten elektrischen Komponenten kann es sich beispielsweise um
eine Versorgungsschaltung, eine Auswerteschaltung, eine Steuerschaltung
oder eine Kommunikationsschaltung zur Kommunikation mit anderen
Sensorbauelementen oder Systemen handeln. Mit einem zweiten Anschluss 110b ist
die Sensoranordnung 110 sowohl an einen ersten Anschluss 120a der
zusätzlichen
Sensoranordnung 120 als auch an einen ersten Anschluss 130a eines
Zuschalters 130 gekoppelt. Die zusätzliche Sensoranordnung 120 ist
darüber
hinaus an einem zweiten Anschluss 120b mit einem zweiten
Anschluss 130b des Zuschalters 130 verbunden. Über einen
dritten Anschluss 130c und einen optionalen vierten Anschluss 130d ist
der Zuschalter 130 mit weiteren Komponenten gekoppelt,
die in 1 ebenfalls nicht gezeigt sind. Bei diesen Komponenten
kann es sich ebenfalls wiederum um Versorgungsschaltungen, Auswerteschaltungen,
Kommunikationsschaltungen oder Steuerschaltungen handeln. Darüber hinaus
weist der in 1 gezeigte Zuschalter 130 einen
Steueranschluss 130s auf, über den dem Zuschalter 130 ein entsprechendes
Zuschaltsignal ZS bereitgestellt werden kann, das die zusätzliche
Sensoranordnung 120 mit der Sensoranordnung 110 zu
einer Gesamtsensoranordnung mit einem verringerten Leistungsbedarf
koppelt.
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Handelt
es sich beispielsweise bei den Sensorelementen der Sensoranordnung 110 und
der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 um resistive Sensorelemente, die über eine
Spannungsquelle einer Versorgungsschaltung mit einer (konstanten)
Spannung beaufschlagt werden, kann so beispielsweise der Zuschalter 130 derart
ausgelegt sein, dass die Versorgungsschaltung, also insbesondere
die Spannungsquelle, mit dem Zuschalter 130 verbunden ist und
dass der Zuschalter 130 wahlweise in Abhängigkeit
von dem Zuschaltsignal ZS über
seinen ersten Anschluss 130a die Spannung direkt der Sensoranordnung 110 bereitstellt
oder über
seinen zweiten Anschluss 130b der zusätzlichen Sensoranordnung 120 bereitstellt.
Wird in beiden Fällen über den
ersten Anschluss 110a der Sensoranordnung 110 ein
fließender
Strom beispielsweise zu einem Bezugspotential (Masse oder eine negative
Versorgungsspannung) abgeführt,
ergibt sich in einem ersten Betriebsmodus (Normalbetriebsmodus)
ein Zustand des Sensorbauelements 100, bei dem zur Erfassung
der Messgröße die Sensoranordnung 110 herangezogen
wird.
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Wird
auf das Zuschaltsignal ZS hin der Zuschalter 130 so umgeschaltet,
dass die Spannungsquelle mit der zusätzlichen Sensoranordnung 120 gekoppelt
wird, während
die direkte Verbindung zwischen der Sensoranordnung 110 und
der Spannungsquelle gelöst
wird, ergibt sich eine Serienschaltung der Sensoranordnung 110 und
der zusätzlichen Sensoranordnung 120,
die die Gesamtsensoranordnung darstellt. In diesem zweiten Betriebsmodus (Stromsparmodus)
ist aufgrund des größeren Widerstandswertes
der Serienschaltung der Leistungsbedarf der die beiden Sensoranordnungen 110, 120 umfassenden
Gesamtsensoranordnung reduziert. Im Vergleich zu einer einfachen
Reduzierung der Versorgungsspannung durch die Spannungsquelle ergibt
sich hier bei diesem Ausführungsbeispiel
bei dieser Variante der Vorteil, dass zwar der Leistungsbedarf der
Gesamtsensoranordnung reduziert wurde, ohne jedoch zu einer signifikanten
Verschlechterung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
(Signal-to-Noise-Ratio = SNR) zu führen, da beide Sensoranordnungen 110, 120 wenigstens
ein Sensorelement jeweils aufweisen und damit zu einem Messsignal
beitragen. Würde
beispielsweise eine entsprechende Reduktion der Spannung im Fall
einer festgelegten äußeren Versorgungsspannung
durch Vorschalten eines Widerstandselementes mit einem (im Wesentlichen)
konstanten Widerstandswert erfolgen, würde dieses Widerstandselement
nicht zu dem eigentlichen Messsignal beitragen.
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Bei
einer weiteren Variante im Rahmen des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels
kann beispielsweise eine Stromquelle einer Versorgungsschaltung
mit dem dritten Anschluss 130c des Zuschalters 130 verbunden
werden, die unabhängig von
dem an dem Steuersignaleingang 130s eingehenden Zuschaltsignal
ZS einen Strom der Stromquelle über
den ersten Anschluss 130a beiden Sensoranordnungen 110, 120 an
den beiden Anschlüssen 110b und 120a bereitstellt.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann darüber
hinaus der erste Anschluss 110a der Sensoranordnung 110 mit
dem Bezugspotential, also beispielsweise Masse, verbunden werden.
Ist darüber
hinaus der optionale vierte Anschluss 130d des Zuschalters 130 ebenfalls
mit dem Bezugspotential verbunden und ist der Zuschalter 130 ausgelegt,
um auf das Zuschaltsignal ZS hin den zweiten Anschluss 130b mit
dem optionalen vierten Anschluss 130d elektrisch zu verbinden,
fließt
in dem zweiten Betriebsmodus, wenn also das Zuschaltsignal ZS an
dem Steueranschluss 130s des Zuschalters bereitgestellt
wurde, der Strom der Stromquelle über den dritten Anschluss 130c und
den ersten Anschluss 130a in eine Parallelschaltung der
beiden Sensoranordnungen 110, 120 und weiter zu
Masse.
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In
diesem Betriebszustand wird also aufgrund der Parallelschaltung
der beiden Sensoranordnungen 110, 120 der elektrische
Widerstandswert der so erzielten Gesamtsensoranordnung reduziert, so
dass wiederum ein verringerter Leistungsbedarf der Gesamtsensoranordnung
gegenüber
dem Leistungsbedarf der Sensoranordnung 110 alleine erzielt wird.
Ist hingegen das Zuschaltsignal ZS dem Zuschalter 130 nicht
bereitgestellt worden, ist also der zweite Anschluss 130b von
dem optionalen vierten Anschluss 130d des Zuschalters 130 getrennt,
fließt der
Strom der Stromquelle nur über
die Sensoranordnung 110, was dem ersten Betriebsmodus (Normalbetriebsmodus)
entspricht.
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Auch
bei dieser zweiten Variante des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels
ergibt sich aufgrund der mit der Parallelschaltung der beiden Sensoranordnungen 110, 120 einhergehenden
Reduzierung des elektrischen Widerstandswertes der Gesamtsensoranordnung
eine Verringerung des Leistungsbedarfs des betreffenden Sensorbauelements.
Würde beispielsweise
eine entsprechende Reduktion des von der Stromquelle bereitgestellten Stroms
durch eine Parallelschaltung eines Widerstandselementes mit einem
(im Wesentlichen) konstanten Widerstandswert erfolgen, würde also
ein Teil des Stroms über
einen (resistiven) Pfad abgeleitet, würde dieser Teil des Stroms
nicht zu dem eigentlichen Messsignal beitragen.
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Einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass
ein Sensorbauelement 100, das einerseits eine genaue Erfassung
einer Messgröße und andererseits
einen verringerten Leistungsbedarf ermöglicht, indem das Sensorbauelement 100 eine
Sensoranordnung 110 und eine zusätzliche Sensoranordnung 120 aufweist, wobei
die zusätzliche
Sensoranordnung 120 über den
Zuschalter 130 zusammen mit der Sensoranordnung 110 in
eine Gesamtsensoranordnung mit einem verringerten Leistungsbedarf
gekoppelt werden kann. Während
also zur Erfassung der Messgröße im Rahmen
einer genauen Messung nur die Sensoranordnung 110 herangezogen
wird, kann in dem Energiesparmodus über den Zuschalter 130 die
zusätzliche
Sensoranordnung 120 zusammen mit der Sensoranordnung 110 in
die Gesamtsensoranordnung verschaltet werden, die einen geringeren
Leistungsbedarf aufweist, ohne das Signal-zu-Rausch-Verhältnis signifikant
zu beeinträchtigen.
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Ein
Vorteil eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass ein erfindungsgemäßes Sensorbauelement
eine Erfassung einer Messgröße in einem
ersten Betriebsmodus mit der Sensoranordnung durchführen kann.
In einem zweiten Betriebsmodus kann dann durch den Zuschalter die
zusätzliche
Sensoranordnung mit der Sensoranordnung zu einer Gesamtsensoranordnung gekoppelt
werden, um die Messgröße zu erfassen, wobei
die Gesamtsensoranordnung mit der zusätzlichen Sensoranordnung einen
gegenüber
der Sensoranordnung verringerten Leistungsbedarf aufweist. Der erste
Betriebsmodus kann beispielsweise ein Normalbetriebsmodus und der
zweite Betriebsmodus ein Energiesparmodus eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sensorbauelements
sein.
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Vorteilhaft
ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer Sensorbauelemente sowohl
resistive Sensorelemente als auch andere Sensorelemente eingesetzt
werden können.
So können
beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel magnetoresistive
Sensorelemente implementiert werden, während in einem anderen Ausführungsbeispiel
piezoresistive Sensorelemente integriert werden können, um
unterschiedliche Messgrößen erfassbar
zu machen. Im Falle magnetoresistiver Sensorelemente ist ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100 somit
empfindlich bezüglich
Magnetfelder (Feldstärke
und/oder Richtung des Magnetfeldes), während im Falle piezoresistiver
Sensorelemente das Ausführungsbeispiel eines
Sensorbauelements 100 für
mechanische Deformationen bzw. Verformungen empfindlich ist, was beispielsweise
im Rahmen von Drucksensoren eingesetzt werden kann.
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Darüber hinaus
ist ein weiterer Vorteil eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung, dass neben einzelnen Sensorelementen auch komplexere
Schaltungen von Sensorelementen im Rahmen einer Sensoranordnung 110, 120 eingesetzt werden
können,
die beispielsweise Vollbrückenschaltungen
oder Serienschaltungen, die wenigstens ein Sensorelement umfassen,
aufweisen können.
Ein weiterer Vorteil eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein erfindungsgemäßes Sensorbauelement 100 sowohl
zusammen mit einer Versorgungsschaltung, die eine Spannungsquelle
umfasst, als auch zusammen mit eine Versorgungsschaltung, die eine
Stromquelle umfasst, betrieben werden kann. Wie bereits zuvor erläutert wurde,
kann so eine Reduktion des Leistungsbedarfs im Falle festgelegter, äußerer Versorgungsbedingungen
(vorbestimmter Stromwert, vorbestimmter Spannungswert) erfolgen,
ohne dass ein resultierendes Messsignal signifikant bezüglich seiner Modulation
und/oder Signalstärke
beeinträchtigt wird.
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Mit
anderen Worten können
im Falle eines Ausführungsbeispiels
eines Sensorbauelements 100 die Sensorelemente so aufgeteilt
werden, dass sich ein Teil der Sensorelemente, wenigstens jedoch
ein Sensorelement, in einer optimalen Lage befindet, so dass in
einem Normalbetriebsmodus bzw. im Normalbetrieb eine Sensoranordnung 110 mit
einer größtmöglichen
Empfindlichkeit entsteht. Im Falle eines Betriebs mit einer reduzierten
Leistungsaufnahme, also einem Stromsparbetriebsmodus, wie er beispielsweise
im Falle einer Batterie-Pufferung (Batterie-Buffer) oder im Falle
eines Parkzustand eines Kfz erforderlich sein kann, kann das Sensorbauelement 100 derart
umkonfiguriert werden, so dass eine Erfassung einer Messgröße nicht
mehr alleine durch die Sensoranordnung 110 erfolgt, sondern
dass sich durch Zuschalten der zusätzlichen Sensoranordnung 120 zu
der Sensoranordnung 110 eine Gesamtsensoranordnung mit
einem verringerten Leistungsbedarf ergibt. Hierbei kann wenigstens
ein zusätzliches Sensorelement
der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 auch außerhalb der optimalen Lage
verwendet werden, um den verringerten Leistungsbedarf der Gesamtsensoranordnung
im Stromsparbetriebsmodus zu realisieren.
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Selbst
wenn sich die Gesamtsensoranordnung durch Zuschalten der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 zu der Sensoranordnung 110 nicht
mehr in der optimalen geometrischen Lage befindet, weisen sie dennoch
typischerweise einen erheblichen Messeffekt auf. Im Vergleich zu
einer geometrisch optimalen Sensoranordnung, die ebenfalls einen
verringerten Leistungsbedarf aufweisen kann, indem beispielsweise
eine reduzierte Versorgungsspannung angelegt wird, ergibt sich so
bei einer vergleichbaren Stromaufnahme eine höhere Gesamtempfindlichkeit
der Gesamtsensoranordnung.
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Im
weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung werden für Objekte
und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionale Eigenschaften
aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet. Darüber hinaus werden im weiteren
Verlauf der vorliegenden Anmeldung für Objekte, die beispielsweise
in einem Ausführungsbeispiel
mehrfach umfasst sind, zusammenfassende Bezugszeichen verwendet,
wenn nicht ein einzelnes, bestimmtes Objekt gemeint ist.
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In
diesem Zusammenhang bietet es sich an, darauf hinzuweisen, dass
einerseits, sofern es nicht explizit anders angegeben ist, Abschnitte,
die sich auf Objekte mit ähnlichen
oder gleichen funktionalen Eigenschaften und/oder auf Objekte mit
zusammenfassenden Bezugszeichen beziehen, zwischen den Beschreibungen
der verschiedenen Ausführungsbeispiele
austauschbar sind. Andererseits sollte darauf hingewiesen werden,
dass eine gemeinsame Verwendung eines Bezugszeichens oder eines
Bezugszeichens für
ein Objekt, das in einem Ausführungsbeispiel
mehrfach oder in mehr als einem Ausführungsbeispiel auftritt, nicht
bedeutet, dass diese in den betreffenden Ausführungsbeispielen oder dem betreffenden
Ausführungsbeispiel
identische Merkmale und Eigenschaften aufweisen. Gemeinsame oder ähnliche
Bezugszeichen stellen also keine Aussage bezüglich der konkreten Auslegung
und/oder Dimensionierung dar. So können beispielsweise Sensorelemente,
die im weiteren Verlauf mit einem einzigen, zusammenfassenden Bezugszeichen
bezeichnet werden, in verschiedenen Ausführungsbeispielen, aber auch
innerhalb eines Ausführungsbeispiels,
durchaus ihrerseits selber unterschiedliche Elemente aufweisen und
sich auch bezüglich
ihrer Dimensionierung, beispielsweise ihrer elektrischen Widerstandswerte,
unterscheiden.
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2a zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100 mit
einer Sensoranordnung 110, einer zusätzlichen Sensoranordnung 120 und
einem Zuschalter 130. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten
Blockschaltbild zeigt 2a ein konkreteres Schaltbild,
bei dem die Sensoranordnung 110 ein Sensorelement 140 umfasst,
das einerseits an eine Stromquelle 150 und andererseits
an einen Anschluss 160 für ein Bezugspotential, also
beispielsweise Masse bzw. Ground (GND), geschaltet ist. Die Stromquelle 150 ist
darüber
hinaus mit einem weiteren Anschluss 170 für das Bezugspotential
verbunden.
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Die
zusätzliche
Sensoranordnung 120 umfasst bei dem in 2a gezeigten
Ausführungsbeispiel
eines Sensorbauelements 100 ein zusätzliches Sensorelement 140', das einerseits
ebenfalls an einen Anschluss für
das Bezugspotential 160 und andererseits über den
Zuschalter 130 parallel zu der Sensoranordnung 110 mit
der Stromquelle 150 gekoppelt ist. Parallel zu den beiden
Sensoranordnungen 110, 120 ist ein Spannungsmessgerät in Form
eines Voltmeters 180 zwischen die Stromquelle 150 und
den Anschluss 160 für
das Bezugspotential geschaltet. Das Voltmeter 180 stellt
in diesem Ausführungsbeispiel
eine Auswerteschaltung dar.
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Bei
dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei den beiden Sensorelementen 140, 140' um resistive
Sensorelemente, die zusammenfassend auch als Sensorelement bzw. Sensorelemente 140 bezeichnet
werden. Die Sensorelemente 140 weisen so einen elektrischen
Widerstandswert auf, der davon abhängt, welchen physikalischen,
chemischen oder anderen Einflüssen
die betreffenden Sensorelemente 140 unterworfen sind. Wie
bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde,
ist der Einfluss, auf den das Sensorelement mit einer Änderung
seines elektrischen Widerstandswertes reagiert, sensorelementtypisch.
Bezüglich
näherer
Ausführungsbeispiele
wird hiermit auf die betreffenden Abschnitte der Beschreibung im
Zusammenhang mit 1 verwiesen.
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Wird
das Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100,
das in 2a gezeigt ist, in einem Normalbetriebsmodus betrieben,
bei dem der Zuschalter 130 geöffnet ist, so dass die zusätzliche
Sensoranordnung 120 nicht mit der Sensoranordnung 110 zu
einer Gesamtsensoranordnung gekoppelt ist, fließt ein von der Stromquelle 150 bereitgestellter Strom über das
Sensorelement 140 zu dem Anschluss für das Bezugspotential 160 ab.
Abhängig
von einem elektrischen Widerstandswert des (resistiven) Sensorelements 140 fällt aufgrund
des über
das Sensorelement 140 abfließenden Stroms eine Spannung über der
Sensoranordnung 110 ab, die von dem Voltmeter 170 gemessen
wird.
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Wird
nun auf ein Zuschaltsignal hin der Zuschalter 130 geschlossen,
wird die zusätzliche
Sensoranordnung 120 mit der Sensoranordnung 110 gekoppelt,
so dass eine Gesamtsensoranordnung entsteht, die eine Parallelschaltung
der beiden Sensorelemente 140, 140' umfasst. Aufgrund einer mit der Parallelschaltung
einhergehenden Reduzierung des elektrischen Widerstandswertes der
Gesamtsensoranordnung im Vergleich zu dem elektrischen Widerstandswert
der Sensoranordnung 110 bzw. des Sensorelements 140 weist
so die Gesamtsensoranordnung einen geringeren Leistungsbedarf als
die Sensoranordnung 110 alleine auf. Da jedoch die zusätzliche
Sensoranordnung 120 bzw. das zusätzliche Sensorelement 140' ebenfalls eine
Abhängigkeit
des elektrischen Widerstandswertes von dem betreffenden, sensorelementtypischen
Einfluss aufweist, zeigt auch das in 2a gezeigte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100 einen
gegenüber
einer einfachen Reduzierung der Stromstärke der Stromquelle 150 gesteigerten
Messeffekt, wie er von dem Voltmeter 170 detektiert werden
kann.
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Mit
anderen Worten führt
das Zuschalten der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 gegenüber einer Reduzierung des Leistungsbedarfs
durch ein einfaches Senken des durch die Sensoranordnung 110 fließenden Stroms
durch Zuschalten eines entsprechenden, der Sensoranordnung 110 parallel
geschalteten resistiven Pfads mit einem konstanten elektrischen
Widerstandswert schon deswegen, da das in der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 umfasste Sensorelement 140' der zusätzlichen
Sensoranordnung ebenfalls einen Messeffekt aufweist.
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2b zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
Sensorbauelements 100 mit einer Sensoranordnung 110,
einer zusätzlichen
Sensoranordnung 120 und einem Zuschalter 130.
Wie bereits bei dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel
weisen die beiden Sensoranordnungen 110, 120 auch
bei dem in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel
jeweils ein resistives Sensorelement 140, 140' auf. Bezüglich näherer Einzelheiten
zu den Sensorelementen 140 wird wiederum auf die betreffenden
Abschnitte der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit den 1 und 2a verwiesen.
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Genauer
gesagt ist bei dem in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Sensorbauelements 100 die Sensoranordnung 110 bzw.
das Sensorelement 140 mit einem Strommessgerät in Form eines
Amperemeters 190 als Auswerteschaltung, einer Spannungsquelle 200 als
Versorgungsschaltung und dem Zuschalter 130 in Serie geschaltet.
Der Zuschalter 130 ist mit einem ersten Anschluss an das zusätzliche
Sensorelement 140' der
zusätzlichen Sensoranordnung 120 gekoppelt,
das weiter mit dem Sensorelement 140 der Sensoranordnung 110 verbunden
ist. Mit einem zweiten Anschluss ist der Zuschalter 130 direkt
mit dem Sensorelement 140 der Sensoranordnung 110 verbunden.
Der Zuschalter 130 ist hierbei so ausgelegt, dass die Spannungsquelle 200 entweder
nur mit der Sensoranordnung 110 bzw. ihrem Sensorelement 140 oder
mit einer Serienschaltung der Sensorelemente 140' und 140 bzw.
der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 und der Sensoranordnung 110 verbunden
ist.
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In
einem Normalbetriebsmodus verbindet der Zuschalter 130 die
Spannungsquelle 200 direkt mit der Sensoranordnung 110 bzw.
dem Sensorelement 140. Kommt es im Normalbetriebsmodus
bzw. im Normalbetrieb aufgrund eines. Einflusses auf das Sensorelement 140 zu
einer Änderung
seines Widerstandswertes, führt
dies im Falle einer konstanten Spannung, die durch die Spannungsquelle 200 abgegeben
wird, zu einer Änderung
des durch das Sensorelement 140 fließenden Stroms, was durch das
Amperemeter 190 nachgewiesen werden kann.
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Im
Energiesparmodus, bei dem auf ein Zuschaltsignal hin der Zuschalter 130 die
zusätzliche Sensoranordnung 120 in
Form einer Serienschaltung mit der Sensoranordnung 110 zu
der Gesamtsensoranordnung koppelt, kommt es aufgrund der damit verbundenen
Erhöhung
des elektrischen Widerstandswertes der Gesamtsensoranordnung gegenüber dem
elektrischen Widerstandswert des einzelnen Sensorelement 140 der
Sensoranordnung 110 zu einem gegenüber dem der Sensoranordnung 110 reduzierten
Leistungsbedarf. Auch bei dem in 2b gezeigten
Ausführungsbeispiel
kommt es aufgrund des zusätzlichen
Sensorelements 140',
der zusätzlichen
Sensoranordnung 120 zu einem erhöhten Messeffekt, als dies der
Fall wäre,
wenn lediglich die Spannung der Spannungsquelle 200, beispielsweise durch
Zuschalten eines Widerstandselementes mit einem konstanten Widerstandswert,
geschehen würde.
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Obwohl
bei den in den 2a und 2b gezeigten
Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer Sensorbauelemente 100 resistive
Sensorelemente 140 implementiert sind, sind Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nicht auf resistive Sensorelemente beschränkt. Es
können
vielmehr auch kapazitive, induktive oder andere Sensorelemente,
beispielsweise Hall-Sensoren,
als Sensorelemente eingesetzt werden. Darüber hinaus können, abweichend
von den in den 2a und 2b dargestellten
Ausführungsbeispielen,
Sensoranordnungen 110, 120 eingesetzt werden,
die komplexere Schaltungen als einzelne Sensorelemente 140 umfassen.
So können
beispielsweise im Rahmen der betreffenden Sensoranordnungen 110, 120 auch
Serienschaltungen, Vollbrückenschaltungen
oder andere komplexere Schaltungen umfasst sein. Ebenso können im
Rahmen der entsprechenden Sensoranordnungen 110, 120 auch
Schaltelemente 140 eingesetzt werden, bei denen es sich
nicht um Sensorelemente oder resistive Sensorelemente handelt. Beispiele
hierfür
stellen Halbleiter-Bauelemente dar, wie etwa Dioden, Transistoren,
Operationsverstärker oder
andere Halbleiterbauelemente. Ebenso können im Rahmen der Sensoranordnungen 110, 120 Kapazitäten, Induktivitäten und
Widerstandselemente, beispielsweise in Form ohmscher Widerstände, implementiert
werden, wobei alle Ausführungsbeispiele gleichermaßen bezüglich Wechselsignalen
(z.B. Wechselstrom oder Wechselspannung) ausgelegt sein können.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Sensorbauelements 100 mit eine Sensoranordnung 110,
die vier zu einer Vollbrückenschaltung verschaltete
Sensorelemente 140-1 bis 140-4 umfasst. Hierbei
sind das Sensorelement 140-1 und das Sensorelement 140-2 in
Serie mit einem Mittelabgriff zwischen eine erste Schaltmatrix 210-1 und
eine zweite Schaltmatrix 210-2 geschaltet. Parallel zu
den beiden Sensorelementen 140-1, 140-2 ist eine
weitere Serienschaltung zweier Sensorelemente 140-3 und 140-4,
ebenfalls mit einem Mittelabgriff, zwischen die erste Schaltmatrix 210-1 und
die zweite Schaltmatrix 210-2 geschaltet. Hierbei sind
die Sensorelemente 140-1 bis 140-4 in einer besonders günstigen
Lage geometrisch angeordnet, die auch als optimale Lage bezeichnet
wird, so dass die vier Sensorelemente 140-1 bis 140-4 bezüglich der
von ihnen zu erfassenden Messgröße die effektivsten Sensorelemente
des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Sensorbauelements 100 darstellen.
Handelt es sich bei den vier Sensorelementen 140-1 bis 140-4,
die im weiteren Verlauf zusammenfassend als Sensorelemente 140 bezeichnet werden,
um resistive Sensorelemente, so stellen diese vier Sensorelemente
die bezüglich
einer Messung effektivsten Widerstände bzw. resistiven Sensorelemente 140 dar.
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Über die
beiden Schaltmatrizen 210-1, 210-2 sind die vier
Sensorelemente 140-1 bis 140-4 mit einer Spannungsquelle 200 verbunden,
die eine oder mehrere Referenzspannungen den Sensorelementen bereitstellt.
Des weiteren ist die Spannungsquelle 200 ebenso an eine
dritte Schaltmatrix 210-3 und eine vierte Schaltmatrix 210-4 angeschlossen,
die ihrerseits jeweils mit zwei zusätzlichen Sensorelementen 140'-1 bis 140'-4 verbunden
sind. Genauer gesagt sind das erste zusätz liche Sensorelement 140'-1 und das dritte
zusätzliche
Sensorbauelement 140'-3 zwischen
die dritte Schaltmatrix 210-3 und die erste Schaltmatrix 210-1 geschaltet.
Analog sind das zweite zusätzliche
Sensorelement 140'-2 und
das vierte zusätzliche
Sensorelement 140'-4 elektrisch zwischen
die zweite Schaltmatrix 210-2 und die vierte Schaltmatrix 210-4 geschaltet.
Hierdurch können über die
Schaltmatrizen 210-3 und 210-4 die vier zusätzlichen
Sensorelemente 140'-1 bis 140'-4, die im weiteren
Verlauf zusammenfassend als zusätzliche Sensorelemente 140' bezeichnet
werden, mit der Spannungsquelle 200 verbunden werden. Die
vier zusätzlichen
Sensorelemente 140' stellen
hierbei eine zusätzliche
Sensoranordnung dar. Ebenso sind die vier Schaltmatrizen 210-1 bis 210-4 Teilkomponenten
des Zuschalters 130, der die zusätzliche Sensoranordnung mit
den vier zusätzlichen
Sensorelementen 140' mit
den vier Sensorelementen 140 der Sensoranordnung 110 bei
Bedarf auf ein entsprechendes Zuschaltsignal hin koppeln kann.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier
Schaltmatrizen 210-1 bis 210-4 so konfiguriert,
dass in einem Normalbetriebsmodus, wenn also eine Erfassung der
Messgröße nur mit
Hilfe der vier Sensorelemente 140 erfolgt, die beiden Sensorelemente 140-1 und 140-3 über die
Schaltmatrix 210-1 mit der Spannungsquelle 200 und
die beiden Sensorelemente 140-2 und 140-4 über die Schaltmatrix 210-2 mit
der Spannungsquelle 200 verbunden sind. In diesem Betriebsmodus
trennen die dritte Schaltmatrix 210-3 und die vierte Schaltmatrix 210-4 die
vier zusätzlichen
Sensorelemente 140' von der
Spannungsquelle 200.
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In
einem Energiesparbetriebsmodus kann beispielsweise durch die erste
Schaltmatrix 210-1 und die zweite Schaltmatrix 210-2 die direkte
Verbindung durch die beiden Schaltmatrizen 210-1, 210-2 mit
der Spannungsquelle 200 gelöst werden. Diese beiden Schaltmatrizen 210-1, 210-2 können dann, also
auf das Zuschaltsignal hin, die vier Sensorelemente 140-1 bis 140-4 jeweils
direkt mit den entsprechenden zusätzlichen Sensorele menten 140'-1 bis 140'-4 elektrisch
verbinden. Beispielsweise werden also das erste Sensorelement 140-1 und
das erste zusätzliche
Sensorelement 140'-1 durch
die erste Schaltmatrix 210-1 in Serie zueinander geschaltet. Entsprechend
werden die drei Sensorelemente 140-2 bis 140-4 durch
die beiden Schaltmatrizen 210-1, 210-2 mit den
entsprechenden zusätzlichen Sensorelementen 140'-2 bis 140'-4 ebenfalls
auf das Zuschaltsignal hin in Serie geschaltet. Darüber hinaus
verbinden in diesem Energiesparbetriebsmodus die dritte Schaltmatrix 210-3 und
die vierte Schaltmatrix 210-4 die zusätzlichen Sensorelemente 140'-1 bis 140'-4 direkt mit
der Spannungsquelle 200, so dass sich in dem Energiesparbetriebsmodus
eine Vollbrückenschaltung
ergibt, die sowohl die Sensorelemente 140 als auch die
zusätzlichen
Sensorelemente 140' umfasst.
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Hierdurch
umfasst die so entstandene Vollbrückenschaltung bzw. Brücke sowohl
die aufgrund ihrer Messeigenschaften in Bezug auf ihre geometrische
Anordnung effektivsten Widerstände
bzw. Sensorelemente 140 als auch die zusätzlichen
Sensorelemente bzw. Widerstände 140', die aufgrund
ihrer geometrischen Anordnung weniger effektive Sensorelemente bzw.
Widerstände
darstellen. Um nicht zuletzt die Diskussion weiterer Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit den 4 und 5 zu erleichtern, werden die vier Schaltmatrizen 210,
die Sensorelemente 140 und die zusätzlichen Sensorelemente 140' zusammenfassend
auch als Brückenkonfiguration 220 bezeichnet.
Die Brückenkonfiguration 220 umfasst
so den Zuschalter mit den vier Schaltmatrizen 210, zumindest
teilweise die vier Sensorelemente 140 der Sensoranordnung 110 und
die vier zusätzlichen
Sensorelemente 140' der
zusätzlichen
Sensoranordnung.
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Die
beiden Mittelabgriffe der durch die Sensoranordnung bzw. die Sensoranordnung
und die zusätzliche
Sensoranordnung als Gesamtsensoranordnung gebildeten Vollbrückenschaltung
sind mit einer Auswerteschaltung 230 gekoppelt. Genauer
gesagt sind die beiden Mittelabgriffe mit einem Analog/Digital-Wandler (ADC = analog/digital
converter) 240 gekoppelt, der die von den beiden Mittelabgriffen
erhaltenen Spannungssignale differentiell als digitales Signal einem
digitalen Signalprozessor 250 (DSP = digital signal processor)
bereitstellt. Eine entsprechende differentielle Verarbeitung der
beiden Spannungssignale der Mittelabgriffe durch den Analog/Digital-Wandler 240 kann
beispielsweise durch zwei getrennte Wandlerstufen im Rahmen des
Analog/Digital-Wandlers 240 erfolgen, der die beiden, von
den beiden Mittelabgriffen erhaltenen Spannungswerte separat in
digitale Signale wandelt, diese im Rahmen einer Differenzbildung
voneinander abzieht und dem digitalen Signalprozessor 250 ein
Ergebnis dieser Differenzbildung bereitstellt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine entsprechende differentielle Behandlung der beiden Spannungssignale
der Mittelabgriffe der Vollbrückenschaltung
auch durch eine der eigentlichen Wandlerstufe vorgeschalteten analogen
Schaltung, beispielsweise in Form eines analogen Differenzverstärkers, erfolgen.
In diesem Fall kann eine Implementierung einer zweiten Wandlerstufe
im Rahmen des Analog/Digital-Wandlers 240 gegebenenfalls
entfallen.
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Der
digitale Signalprozessor 250 ist darüber hinaus mit einem Festwertspeicher 260 (ROM
= read-only memory) und einem nichtflüchtigen Speicher 270 gekoppelt,
bei dem es sich beispielsweise um einen EEPROM-Speicher (EEPROM
= electrically erasable programmable read only memory = elektrisch
löschbarer
programmierbarer Festwertspeicher) handeln kann. In dem Festwertspeicher 260 kann
beispielsweise ein Steuerprogramm und/oder ein Auswertungsprogramm
für den
digitalen Signalprozessor 250 gespeichert sein, das im
Rahmen eines Startvorgangs des Sensorbauelements 100 in den
digitalen Signalprozessor eingelesen und abgearbeitet wird. Ein
solches Programm wird auch als Firmware bezeichnet. Im Unterschied
hierzu kann in dem nichtflüchtigen
Speicher 270 beispielsweise ein Satz von Parametern, der
für den
Betrieb des erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100 erforderlich ist,
abgespeichert werden.
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Entsprechend
können
aber auch weitere Informationen in dem nichtflüchtigen Speicher 270 abgelegt
werden, bei denen es sich beispielsweise um Identifikationsdaten,
Seriennummern, Typenbezeichnungen oder andere Informationen handeln
kann.
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Ist
der digitale Signalprozessor 250 mit den vier Schaltmatrizen 210 des
Zuschalters gekoppelt und steuert diese an, stellt der digitale
Signalprozessor 250 in diesem Fall eine Steuerschaltung
dar, die das Zuschaltsignal dem Zuschalter mit den vier Schaltmatrizen 210 bereitstellen
kann, wenn ein Betrieb des Sensorbauelements 100 dies erforderlich machen
oder ratsam erscheinen lassen sollte.
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Darüber hinaus
weist der digitale Signalprozessor 250 einen Auswertesignalanschluss 280 auf, an
dem ein Auswertesignal bereitgestellt wird, das einen Messwert des
Sensorbauelements 100 darstellt. Hierbei kann es sich beispielsweise
um ein digitales oder auch ein analoges Signal (value out) handeln. Im
Falle eines analogen Auswertesignals kann so beispielsweise eine
einem erfassten Messwert entsprechende Spannung an dem Auswertesignalanschluss 280 bereitgestellt
werden. Je nach konkreter Auslegung des digitalen Signalprozessors 250 können im
Rahmen des Auswertesignals Korrekturen und Kompensationen berücksichtigt
sein, die beispielsweise Umwelteinflüsse, Herstellungseinflüsse und/oder
Alterungseinflüsse
des Sensors zumindest teilweise kompensieren. Hierzu zählen beispielsweise
der Einfluss einer Temperatur des Sensorbauelements 100,
ein Druck, der auf das entsprechende Sensorbauelement ausgeübt wird
oder andere Parameter.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements 100 werden
die Sensorelemente, also die Sensorelemente 140 und die
zusätzlichen
Sensorelemente 140',
so aufgeteilt, dass sich ein Teil in der optimalen Lage befindet,
so dass also in dem Normalbetriebsmodus bzw. im Normalbetrieb eine
Brücke
bzw. Vollbrückenschaltung
mit größtmöglicher
Empfindlichkeit entsteht. Im Falle eines Betriebs mit reduzierter
Leistungsaufnahme (Energiesparbetriebsmodus), wie er beispielsweise
im Falle einer Batterie-Pufferung
oder im Falle eines Parkzustandes eines Autos bzw. Kfz erforderlich
sein kann, kann die Brücke
bzw. die zur Erfassung eines Messwertes verwendete Sensoranordnung
umkonfiguriert werden. Durch die Umkonfiguration, die auf das Zuschaltsignal
hin durch den Zuschalter in Form der vier Schaltmatrizen 210 erfolgt,
wird ein elektrischer Widerstandswert der Gesamtsensoranordnung
bzw. der entstehenden, umkonfigurierten Vollbrückenschaltung durch das Zuschalter
der zusätzlichen
Widerstandselemente bzw. Sensorelemente 140' außerhalb der optimalen Lage vergrößert.
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Selbst
wenn sich die entstandene Gesamtsensoranordnung aufgrund der zugeschalteten
zusätzlichen
Sensorelemente 140' nicht
mehr in der optimalen geometrischen Lage befindet, weisen die zusätzlichen
Sensorelemente 140' dennoch
einen erheblichen Messeffekt auf. Im Vergleich zu einer geometrisch
optimalen Brücke
mit kleineren Widerständen
bzw. Sensorelementen 140 mit kleineren elektrischen Widerstandswerten
und einer entsprechenden reduzierten Versorgungsspannung ergibt
sich dann bei gleicher Stromaufnahme bzw. bei gleicher Leistungsaufnahme
eine höhere
Gesamtempfindlichkeit der Brücke
mit den durch das Zuschalten der zusätzlichen Sensorelemente 140' größeren Widerständen. Dies
liegt daran, dass bei vielen Implementierungen dem Sensorbauelement 100 von
außen
eine konstante Spannung bereitgestellt wird. Dies kann beispielsweise über eine
Batterie bzw. einen Akku erfolgen, der eine konstante bzw. quasi-konstante
Spannung bereitstellt. In einer solchen Implementierung wird üblicherweise
eine Reduzierung einer Spannung durch Zuschalten eines entsprechenden
Widerstandselements erzeugt bzw. hervorgerufen, wobei jedoch im
Unterschied zu dem im Rahmen der vorliegenden Anmeldung erläuterten
Konzept ein zusätzlich über dem
entsprechenden Widerstandselement auftretender Spannungsabfall grundsätzlich nicht
zu Messzwecken herangezogen wird.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Sensorbauelements 100 entspricht
der Signalpfad, also im Wesentlichen die Auswerteschaltung 230 zusammen
mit den entsprechenden Mittelabgriffen der Vollbrückenschaltung,
exakt dem Signalpfad eines Sensors ohne zusätzliche Widerstands-Vergrößerungs-Option,
die durch den Zuschalter in Form der vier Schaltmatrizen 210-1 bis 210-4 und
die zusätzlichen
Sensorelemente 140' realisiert
ist. Die von der Sensoranordnung bzw. der Gesamtsensoranordnung
in Form von Spannungssignalen erhaltenen Signale der einzelnen Sensorelemente
werden durch den Analog/Digital-Wandler 240 in digitale
Signale gewandelt und von dem digitalen Signalprozessor 250 beispielsweise
zu einem Ausgabewinkel, einem Ausgabewert oder einem anderen Auswertesignal
weiter verarbeitet und an dem Auswertesignalausgang 280 bereitgestellt.
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In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass der Signalpfad bei dem
in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nur beispielhaft
dargestellt ist und im Falle weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung abweichen kann. Beispiele für entsprechende abweichende
Signalpfade sind bereits in den Ausführungsbeispielen in den 2a und 2b gezeigt
worden, bei denen die Auswerteschaltung durch ein Voltmeter 180 bzw.
ein Amperemeter 190 realisiert sind.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel könnte alternativ
oder ergänzend
beispielsweise anstelle des Analog/Digital-Wandlers 240 auch
ein analoger Verstärker,
beispielsweise ein auf Operationsverstärkerbasis arbeitender analoger
Differenzverstärker,
zur Auswertung der von der Vollbrückenschaltung bzw. Brücke erhaltenen
Spannungssignale verwendet werden.
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Das
in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst also
eine steuerbare Erweiterung einer Sensorbrücke, die im Rahmen einer Kombination
einer Anwendung mit einer hohen Anforderung bzw. einer hohen Genauigkeit
eingesetzt werden kann. Sie kann jedoch auch zusätzlich in einem Energiesparbetriebsmodus
(low power mode) betrieben werden, in dem eine verringerte Messgenauigkeit
tolerierbar sein kann, so weit zur Einhaltung einer Leistungsbeschränkung dies
für notwendig
erachtet wird bzw. für erforderlich
gehalten wird. Eine entsprechende verringerte Messungenauigkeit
kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass aufgrund einer Verwendung von
Sensorelementen 140',
die nicht in der optimalen Lage angeordnet sind, Verzerrungen auftreten.
Es können
jedoch auch andere Verzerrungen des Messsignals von der Vollbrückenschaltung
bzw. eine generelle Verschlechterung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
sich einstellen.
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Handelt
es sich also bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Sensorbauelements 100 um ein magnetoresistives Sensorbauelement
zur Messung einer Drehzahl, können
die Sensorelemente 140 und die zusätzlichen Sensorelemente 140' in Form magnetoresistiver
Sensorelemente, also beispielsweise GMR-Elemente, implementiert
werden. Im Falle eines Drehzahlsensors können alle magnetoresistiven
Sensorelemente 140, 140' des dargestellten Ausführungsbeispiels
bezüglich
einer gemeinsamen Richtung konditioniert sein, so dass sie eine
gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen. Im Falle
vieler magnetoresistiver Sensorelemente wird eine solche charakteristische
Magnetfeldrichtung dadurch in ein magnetoresistives Sensorelement „eingeschrieben", indem das betreffende
Sensorelement auf eine Temperatur erwärmt wird, die oberhalb einer
sogenannten Blocking-Temperatur liegt. Die Blocking-Temperatur ist hierbei
eine für
das betreffende Sensorelement charakteristische Temperatur, die
durch eine hartmagnetische Schicht des betreffenden magnetoresistiven Sensors
bzw. durch einen synthetischen Antiferromagneten vorbestimmt ist,
den das betreffende magnetoresistive Sensorelement umfasst.
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Ein
solches magnetoresistives Sensorelement umfasst ferner eine weichmagnetische
Schicht mit einer Magnetisierung, deren Orientierung zu der hartmagnetischen
Schicht einen elektrischen Widerstandswert des betreffenden magnetoresistiven
Sensorelements beeinflusst. Wird also im Rahmen eines sogenannten
Konditionierungsprozesses bzw. im Rahmen einer Konditionierung ein
magnetoresistives Sensorelement auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur
erwärmt
und anschließend
in einem magnetischen Feld einer entsprechenden Orientierung abgekühlt, wird
die Magnetisierung der betreffenden hartmagnetischen Schicht bzw.
des synthetischen Antiferromagneten fixiert.
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Im
Falle eines Winkelsensors mit einem Winkelbereich von 180° ist es hingegen
ratsam, die Sensorelemente 140 und die zusätzlichen
Sensorelemente 140' zum
Teil mit im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen zu
implementieren. Typischerweise weisen in diesem Fall die zusätzlichen
Sensorelemente 140'-1 und 140'-4 und die Sensorelemente 140-1 und 140-4 eine im
Wesentlichen identische charakteristische Magnetfeldrichtung auf,
wohingegen die anderen Sensorelemente 140-2 und 140-3 sowie
die zusätzlichen Sensorelemente 140'-3 und 140'-2 eine im Wesentlichen
entgegengesetzte charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen.
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Beispiele
solcher Anwendungen sind Winkelpositionssensoren mit Umdrehungszähler im Kfz-Bereich,
bei denen beispielsweise ein Winkel eines Lenkrades bzw. Steuerrades
in einem Parkzustand des betreffenden Fahrzeugs zwar nicht exakt gemessen
werden muss, deren Umdrehungszähler jedoch
trotzdem aktualisiert werden sollte, damit ein Winkel des Lenkrades,
also ein Lenkeinschlagswinkel, bei Aktivierung des Normalbetriebsmodus
(hochgenauer Modus) sofort der richtigen Umdrehung zugeordnet werden
kann. Wie bereits erläutert
wurde, bestehen solche Anforderungen beispielsweise im Bereich der
Messung des Lenkwinkels, aber auch bei motorbetriebenen Stellantrieben,
bei denen mehrere Umdrehungen zulässig sind.
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Im
Falle von Drucksensoren besteht ein mögliches Anwendungsgebiet im
Bereich der Reifendruckmessung eines Kraftfahrzeugs, bei der in
dem Parkzustand des betreffenden Fahrzeugs eine geringere Genauigkeit
tolerabel erscheint, um beispielsweise die Batterie eines in dem
betreffenden Reifen implementierten und dort befindlichen Moduls
zu schonen, wohingegen während
der Fahrt die Genauigkeit der Messung schon aus Sicherheitsgründen im Vordergrund
stehen sollte.
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4a zeigt
eine geometrische Anordnung von Sensorelementen 140 und
zusätzlichen
Sensorelementen 140' auf
einem Träger
bzw. einem Chip für einen
magnetoresistiven Winkelsensor mit einem Winkelbereich von 360°. Ein magnetoresistiver
Winkelsensor, also beispielsweise ein GMR-Winkelsensor, zur Messung
einer Richtung eines Magnetfeldes mit einem Winkelbereich von 360° ist typischerweise so
ausgebildet, dass der betreffende Winkelsensor sowohl eine x-Komponente
als auch eine y-Komponente
des betreffenden Magnetfeldes gegenüber einer durch den betreffenden
Winkelsensor gegebenen Vorzugsrichtung, beispielsweise der Chipachse, misst.
Zu diesem Zweck weisen entsprechende Winkelsensoren typischerweise
zwei Vollbrückenschaltungen
auf, die bezüglich
zweier im Wesentlichen senkrecht zueinander stehender Vorzugsrichtungen orientiert
sind. Innerhalb einer jeden Vollbrückenschaltung bzw. Vollbrücke weisen
jeweils etwa die Hälfte
der betreffenden Sensorelemente eine charakteristische Magnetfeldrichtung
auf, die im Wesentlichen der der anderen Hälfte magnetoresistiver Sensorelemente
entgegengerichtet ist.
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Wie
bereits in den einführenden
Abschnitten der vorliegenden Anmeldung erläutert wurde, hängt hierbei
eine erzielbare Messgenauigkeit von einer Homogenität des betreffenden
externen Magnetfeldes, dessen Richtung bestimmt werden soll, im
geometrischen Bereich der magnetoresistiven Sensorelemente ab. In 4a ist
so ein Bereich einer besten Feldhomogenität 290 eingezeichnet,
der beispielsweise unterhalb eines rotierenden (Permanent-) Magneten
im Falle einer Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Winkelsensor liegt. Während die Sensorelemente 140 der
Sensoranordnung für
den Normalbetriebsmodus vollständig
im Inneren des Bereichs 290 angeordnet sind, sind die zusätzlichen Sensorelemente 140' zum Teil vollständig außerhalb des
betreffenden Bereichs, zum Teil im Randbereich des betreffenden
Bereichs 290 angeordnet.
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Hierbei
bezeichnet bei der in 4a gegebenen geometrischen Konfiguration
der einzelnen Sensorelemente 140 und der zusätzlichen
Sensorelemente 140' eines
erfindungsgemäßen Sensorbauelements
eine Angabe „X" bzw. „Y" eine Orientierung bezüglich der
x-Komponente oder der y-Komponente der charakteristischen Magnetfeldrichtung
des betreffenden Sensorelements 140, 140'. Darüber hinaus
sind in 4a die zusätzlichen Sensorelemente durch
eine Bezeichnung „x" markiert. Die in 4a gezeigten
Markierungen „+" und bezeichnen zusammen
mit der Angabe der betreffenden Komponente die Orientierung der
charakteristischen Magnetfeldrichtung des betreffenden Sensorelements 140, 140' vollständig. So
weist beispielsweise im Falle eines GMR-Elements ein Sensorelement 140 oder
ein zusätzliches
Sensorelement 140',
das eine Bezeichnung „Y+" trägt, einen
minimalen Widerstandswert auf, wenn eine Richtung des externen Magnetfeldes mit
der positiven y-Richtung bezogen auf die Vorzugsrichtung des betreffenden
Sensorbauelements bzw. die Chipachse übereinstimmt. Die in den 4a und 4b gezeigten
Nummern der Sensorelemente 140 beschreiben ihre Zugehörigkeit
zu der ersten oder zweiten Halbbrückenschaltung der Vollbrückenschaltung.
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Bei
der in 4a dargestellten geometrischen
Konfiguration des betreffenden Ausführungsbeispiels ist so ein
Beispiel für
eine Anordnung der Brückenwiderstände bzw.
der Sensorelemente 140, 140' im Falle eines magnetoresistiven
Winkelsensors, beispielsweise eines GMR-Winkelsensors, wiedergegeben.
Die „inneren
Widerstände", also die Sensorelemente 140 der
Sensoranordnung, liegen dabei in dem Bereich 290, in dem
die beste Homogenität
des externen Magnetfeldes bzw. des Messfel des zu erwarten ist, während die
zusätzlichen
Sensorelemente 140',
die auch als Erweiterungswiderstände
bezeichnet werden, am Rande des betreffenden Bereichs 290 platziert
sind und vermutlich Feldbedingungen vorfinden, die (geringfügig) von
denen im Inneren des betreffenden Bereichs 290 abweichen. Werden
die zusätzlichen
Sensorelemente 140' zu
einer Gesamtsensoranordnung im Rahmen eine größeren Messbrücke verschaltet,
wird sich mit hoher Wahrscheinlichkeit zwar ein Fehler bzw. Messfehler bzw.
Messungenauigkeit im Rahmen einer Bestimmung eines Winkels vergrößern, dennoch
ist die Genauigkeit, die die vergrößerte Brücke liefert bzw. ermöglicht,
für einen
Umdrehungszähler
mehr als ausreichend.
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4b zeigt
die zu dem in 4a gehörende Brückenkonfiguration bzw. die
zugehörigen
Brückenkonfigurationen 220-1, 220-2.
Die in 4b dargestellten Brückenkonfigurationen 220-1, 220-2 können im
Rahmen des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels
eingesetzt werden. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle explizit
auf die betreffenden Abschnitte der Beschreibung im Zusammenhang mit 3 verwiesen.
Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel,
das nur über
eine einzelne Brückenkonfiguration 220 verfügt, ist
hier aufgrund des Erfassungsbereichs von 360° des betreffenden Winkelsensors
eine Implementierung zweier Vollbrückenschaltungen für die x-Komponente
und die y-Komponente ratsam. Aus diesem Grund sind auch die Schaltmatrizen 210-1 bis 210-4 des Sensorbauelements
in 4b gegenüber
dem in 3 so erweitert worden, dass die betreffende Zuschaltung
der zusätzlichen
Sensorelemente 140' zu den
Sensorelementen 140 parallel für beide Brückenkonfigurationen 220-1, 220-2 durchgeführt werden
kann.
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Gegebenenfalls
kann es bei einer Implementierung der in 4b dargestellten
Brückenkonfigurationen 220-1, 220-2 ratsam
sein, die Auswerteschaltung 230 aus 3 durch
Einführen
eines zweiten Analog/Digital-Wandlers 240, der ebenfalls
mit dem digitalen Signalprozessor 250 gekoppelt ist, zu erwei tern.
In diesem Fall können
beispielsweise dann die Brückenkonfiguration 220-1 und
die Brückenkonfiguration 220-2 über getrennte
Analog/Digital-Wandler 240 mit dem digitalen Signalprozessor 250 verbunden
werden, um an dem Auswertesignalausgang 280 ein betreffendes
Auswertesignal bereitstellen zu können.
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In
den 5a und 5b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer geometrischen Konfiguration in 5a und
einer Brückenkonfiguration 220 in 5b im
Falle eines piezoresistiven Drucksensors als weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. So zeigt 5a eine
Membran bzw. ein Diaphragma 300 eines Drucksensors, an dessen
Rand Widerstandselemente bzw. Widerstände eines piezoresistiven Drucksensors
angeordnet sind. Hierbei zeigen die Bereiche 310 Bereiche
der größten Verformung
bzw. des größten Stresses
der Membran 300. Die Sensorelemente 140 der Sensoranordnung
sind jeweils zentral in den Bereichen 310 der größten mechanischen
Verformung der Membran 300 angeordnet, um ein möglichst
großes
Messsignal, also im Fall resistiver Sensorelemente 140 eine möglichst
große Änderung
der Widerstandswerte der Sensorelemente 140, zu erhalten.
Die zusätzlichen Sensorelemente 140' der zusätzlichen
Sensoranordnung sind hierbei so angeordnet, dass sie zumindest teilweise
in den Bereichen 310 der größten Deformation der Membran 300 liegen.
Mit anderen Worten zeigt 5a, wie
die Widerstände 140, 140' eines piezoresistiven
Drucksensors in Relation zu den Zonen 310 des maximalen
Stresses am Rand der Membran 300 angeordnet werden können.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit 4 erläutert wurde,
sind auch hier die zusätzlichen
Sensorelemente 140' in 5a und 5b durch
einen Zusatz „x" markiert. Darüber hinaus
bezeichnet die Zahl 1 oder die Zahl 2 bei den
in den 5a und 5b eingezeichneten
Sensorelementen 140, 140' ihre Zugehörigkeit zu einer ersten oder
einer zweiten Halbbrückenschaltung
der im Rahmen der späteren Erfassung
des Drucks verwen deten Vollbrückenschaltung.
Die Angaben „+" und in 5a und 5b kennzeichnen
darüber
hinaus, ob im Falle einer vorbestimmten Deformation der Membran
bzw. einer vorbestimmten Deformation des betreffenden Sensorelements
eine Widerstandserhöhung
oder eine Widerstandserniedrigung eintritt. Technisch kann dies
beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die betreffenden
Sensorelemente 140, 140' unterschiedliche Dotierungen und/oder
eine entsprechende Vorspannung aufweisen.
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5b zeigt
die Brückenkonfiguration 220, die
sich durch Verschaltung der Sensorelemente 140 der Sensoranordnung
und der zusätzlichen
Sensorelemente 140' der
zusätzlichen
Sensoranordnung ergibt. Die in 5b dargestellte
Brückenkonfiguration 220 kann
beispielsweise im Rahmen eines Sensorbauelements, wie es in 3 dargestellt
ist, eingesetzt werden.
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Wie
die in den 3–5 dargestellten
Ausführungsbeispiele
gezeigt haben, weisen die erfindungsgemäßen Sensorbauelemente Widerstände bzw. Sensorelemente 140, 140' für eine Vollbrücke bzw. eine
Vollbrückenschaltung
auf, die sich durch eine konfigurierbare Reihenschaltung aus Einzelwiderständen bzw.
einzelnen Sensorelementen 140, 140' zusammensetzen lassen. Die Sensorelemente
bzw. Sensorwiderstände 140, 140' und ihre Zuleitungen sind
hierbei gewöhnlich
leicht zu erkennen, da sie beispielsweise im Falle eines GMR-Sensors
auf einer Oberfläche
des betreffenden Chips liegen oder sich an markanten Punkten des
betreffenden Chips, also etwa im Bereich der Membrankante bzw. der
Kante der Membran 300 im Falle eines Drucksensors befinden.
Wie die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung gezeigten Ausführungsbeispiele
gezeigt haben, können
erfindungsgemäße Sensorbauelemente
beispielsweise im Bereich resistiver Sensoren eingesetzt werden,
die einen temporären
Energiesparbetrieb (Low-Power-Betrieb) benötigen bzw. ratsam machen, in
dem Abstriche bezüglich
einer Signalqualität
gemacht werden können.
Wie bereits erwähnt, stellen Beispiele
hierfür
z. B. Winkelsensoren mit Umdrehungszählern dar.
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Wie
bereits zuvor erläutert
wurde, ermöglichen
die Ausführungsbeispiele
eines Sensorbauelements ein Umschalten zwischen einem normalen Betriebsmodus,
in dem eine hohe Auflösung
gewährleistet
oder ermöglicht
ist, und einen Energiesparbetriebsmodus, der einen reduzierten Leistungsbedarf aufweist.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen somit unter anderem GMR-Sensoren
oder GMR-Winkelsensoren
mit einem reduzierten Leistungsbedarf.
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Eine
weitere Möglichkeit,
den Leistungsbedarf eines erfindungsgemäßen Sensorbauelements weiter
zu reduzieren, besteht darin, den betreffenden Sensor gepulst zu
betreiben, wobei jedoch die Geschwindigkeit der Signalauswertung
durch die Auswerteschaltung entsprechend sehr schnell sein muss,
um wirklich geringe Durchschnittsleistungen erreichen zu können. Dies
bringt jedoch sehr häufig die
Notwendigkeit mit sich, auch die Auswerteschaltung bzw. die Signalverarbeitungselektronik
und die Puffer (buffer) für
die entsprechende Brückenversorgung
abzuschalten, da ihr Leistungsverbrauch aufgrund der hohen Geschwindigkeitsanforderungen
im gepulsten Betrieb ebenfalls erheblich steigt. Einen weiteren
Einfluss auf die Stromaufnahme und die Messdauer einer Schaltung
ergibt sich typischerweise im Falle eines gepulsten Betriebes auch
aus einer Anforderung an das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR
= Signal-to-Noise Ration). Typischerweise steigt in diesem Fall
auch die Stromaufnahme bzw. Leistungsaufnahme, wenn zur Erreichung
eines bestimmten Signal-zu-Rausch-Verhältnisses erzielt werden soll
und das oder die Signale der betreffenden Sensorelemente kleiner
werden. Anders ausgedrückt
steigt im Allgemeinen die Stromaufnahme bzw. Leistungsaufnahme,
wenn die einzelnen Sensorelemente bzw. die Sensoren unempfindlicher
werden oder die Messdauer entsprechend verlängert werden sollte. In diesem
Zusammenhang ist ebenfalls zu beachten, dass eine weitere Grenze
für das Ein-/Ausschalten
im Rahmen eines Pulsbetriebs (on/off rate) sich durch die notwendige
Zeitdauer zur Ausführung
der eigentlichen Funktion und auch durch die Zeit für das bei
realen Implementierungen unabdingbare Einschwingen der betreffenden
Schaltungen und Schaltungskomponenten berücksichtigt werden muss, nachdem
die Versorgungsspannung bzw. die Versorgungsschaltungen aktiviert
wurden.
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Wie
die Ausführungsbeispiele
deutlich illustriert haben, ermöglichen
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Sensorbauelemente
eine Reduktion des Stromverbrauchs bzw. des Leistungsverbrauchs, ohne
dass dabei eine entsprechende Reduzierung der Empfindlichkeit des
betreffenden Sensorbauelements einhergeht. Dies liegt daran, dass
zusätzliche Sensorelemente
in die Gesamtsensoranordnung verschaltet werden, die ihrerseits
wiederum ein Messsignal ermöglichen.
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Im
Gegenzug hierzu kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu
dem oben geschilderten Pulsbetrieb selbstverständlich auch die Anregungsspannung
bzw. Spannung einer Spannungsquelle, die den Sensorbrücken zugeführt wird,
reduziert werden, was selbstverständlich den Stromverbrauch proportional
senkt. Damit geht jedoch ebenfalls eine entsprechende, proportionale
Senkung der Empfindlichkeit des betreffenden Sensorbauelements einher, sofern
nicht die betreffende Anregungsspannung von einer zweiten Spannungsquelle
bereitgestellt werden kann, die von der ersten vollständig entkoppelt
ist, so dass keine Konvertierung der Spannungen notwendig ist, die
im Allgemeinen immer zu einem Energieverlust führen.
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Abhängig von
den Gegebenheiten kann ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erfassen einer Messgröße in Hardware oder
in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem
digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, CD oder DVD
mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit
einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass
das Ausführungs beispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Erfassen einer Messgröße ausgeführt wird.
Allgemein bestehen somit Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung auch in einem Software-Programm-Produkt
bzw. einem Computer-Programm-Produkt
bzw. einem Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren
Träger
gespeicherten Programmcode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Software-Programm-Produkt auf einem Rechner oder einem
Prozessor abläuft.
In anderen Worten ausgedrückt
kann ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung somit als ein Computer-Programm bzw.
Software-Programm
bzw. Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels
des Verfahrens realisiert werden, wenn das Programm auf einem Prozessor abläuft. Der
Prozessor kann hierbei von einem Computer, eine Chipkarte (Smartcard)
oder einem anderen integrierten Schaltkreis gebildet sein.
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Zur
Vereinfachung der Darstellung wird im weiteren Verlauf der vorliegenden
Anmeldung für
Objekte mit gleichen oder ähnlichen
funktionalen Eigenschaften gleiche Bezugszeichen verwendet. So werden
im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung beispielsweise Sensorelemente 140 und
zusätzliche Sensorelemente 140' beide mit dem
Bezugszeichen 140 bezeichnet. Hiervon wird nur dann abgewichen, wenn
eine entsprechende Unterscheidung zwingend notwendig ist.
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- 100
- Sensorbauelement
- 110
- Sensoranordnung
- 120
- zusätzliche
Sensoranordnung
- 130
- Zuschalter
- 140
- Sensorelement
- 150
- Stromquelle
- 160
- Anschluss
für Bezugspotential
- 170
- Anschluss
für Bezugspotential
- 180
- Voltmeter
- 190
- Amperemeter
- 200
- Spannungsquelle
- 210
- Schaltmatrix
- 220
- Brückenkonfiguration
- 230
- Auswerteschaltung
- 240
- Analog/Digital-Wandler
- 250
- digitaler
Signalprozessor
- 260
- Festwertspeicher
- 270
- nichtflüchtiger
Speicher
- 280
- Auswertesignalausgang
- 290
- Bereich
- 300
- Membran
- 310
- Bereich