DE102006032277B4

DE102006032277B4 - Magnetfeldsensorbauelement

Info

Publication number: DE102006032277B4
Application number: DE102006032277.0A
Authority: DE
Inventors: Werner Rössler; Wolfgang Granig; Dr. Hammerschmidt Dirk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2026-07-13
Also published as: US20080012558A1; US8102175B2; DE102006032277A1

Abstract

Magnetfeldsensorbauelement (100) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl magnetoresistiver Sensorelemente (110), die zu einer Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sind; einem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement (110); und einem Schalter (120), der mit der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) der Magnetfelderfassungsanordnung und dem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement (110) gekoppelt ist, um eines der magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Magnetfelderfassungsanordnung zu entkoppeln und das zusätzliche magnetoresistive Sensorelement (110) in die Magnetfelderfassungsanordnung zu koppeln.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetfeldsensorbauelement, insbesondere auf ein Magnetfeldsensorbauelement mit magnetoresistiven Sensorelementen, wie etwa GMR-Sensorelementen (Riesenmagnetwiderstand; GMR = giant magneto resistance), TMR-Sensorelemente (Tunnelmagnetwiderstand; TMR = tunnel magneto resistance), ein Spin-Valve-Sensorelement (Spin-Ventil-Sensorelement), ein AMR-Sensorelement (anisotroper Magnetwiderstand; AMR = anisotropic magneto resistance) oder ein EMR-Sensorelement (außergewöhnlicher Magnetwiderstand; EMR = extraordinary magneto resistance).
Magnetfeldsensorbauelemente werden heute in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt. Sie werden so beispielsweise zur Bestimmung einer Drehzahl, also beispielsweise im Kfz-Bereich bei der Messung einer Raddrehzahl, etwa für ein ABS-System (ABS = Antiblockiersystem) oder ein ASR-System (ASR = Antischlupfregelung), oder auch zur Ermittlung einer Drehzahl einer Welle, also beispielsweise einer Welle am Ausgang eines Getriebes zur Bestimmung einer Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs, eingesetzt. Darüber hinaus werden Magnetfeldsensorbauelemente auch zur Messung von Drehwinkeln, etwa zur Messung eines Lenkradeinschlagwinkels im Kfz-Bereich eingesetzt. Aber auch in anderen Bereichen der Technik, bei denen eine Winkelinformation in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung umgewandelt werden soll, werden Magnetfeldsensorbauelemente beispielsweise im Rahmen von Winkelsensoren eingesetzt.
Hierbei werden entsprechende Magnetfeldsensorbauelemente zur Detektion eines Magnetfeldes oder einer Änderung eines Magnetfeldes herangezogen, die von einer externen, meist mechanischen Komponente beeinflusst oder erzeugt werden. Häufig ist so beispielsweise mit einer rotierenden Komponente, deren Winkelposition bestimmt werden soll, ein Magnet verbunden, dessen Magnetfeld bezüglich einer vorgegebenen Raumrichtung bestimmt werden soll. Eine weitere Alternative besteht darin, dass beispielsweise mit der rotierenden Komponente eine mechanische Struktur verbunden ist, die ein Magnetfeld so beeinflusst, dass ein Magnetfeld, das von einem Magnetfeldsensorbauelement detektiert wird, durch die Rotation der rotierenden Komponente entsprechend beeinflusst wird.
Hierbei ergibt sich häufig das Problem, dass aufgrund von Montagetoleranzen, Fertigungstoleranzen und anderen produktionsbedingten Einflüssen eine Positionierung des Magnetfeldsensorbauelements bezüglich der externen Komponente nicht, kaum oder nur sehr aufwendig und kostspielig durchgeführt werden kann. Darüber hinaus stellt sich ebenfalls häufig das Problem, dass beispielsweise zur Straffung einer Produktionslinie ein Magnetfeldsensorbauelement möglichst für mehr als eine Anwendung eingesetzt werden sollte, um den zusätzlichen Aufwand und die zusätzlichen Kosten für die Herstellung verschiedener Produktlinien zu reduzieren.
Das Dokument „Chip-Size Magnetic Sensor Array” von C. H. Smith und R. W. Schneider in „Prepared for Sensors EXPO May 21, 2002”, Seiten 1–11 bezieht sich auf Anordnungen von auf mikrometerskala-befindlichen magnetischen Sensoren und Sensorabständen auf einem einzelnen Chip, die zur Detektierung sehr kleiner Magnetfelder verwendet werden können. Solche sehr kleinen Magnetfelder treten im Zusammenhang mit magnetischen Biosensoren, zerstörungsfreien Tests, Inspektionen, Evaluationen, der Dokumentvalidierung, einschließlich Banknoten und Kreditkarten, und einer magnetischen Bildgebung auf.
Die DE 4135381 A1 bezieht sich auf einen Füllstandsmesswertgeber mit einer Sensorkette in einem Schutzrohr aus magnetisch neutralem Material, wobei der Füllstandsmesswertgeber durch einen Magneten betätigt wird, der in einem entlang des Schutzrohres frei beweglichen Schwimmer angeordnet ist. Das Dokument beschreibt, dass zur Bestimmung der Schwimmerposition Hall-Sensoren in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, die aus Hall-Schaltern und einer integrierten Ansteuereinheit bestehen und zu der Sensorkette zusammengeschaltet sind.
Die US 4 466 284 A bezieht sich auf einen Füllstandmesswertgeber mit einer feinen Auflösung, bei dem eine große Zahl gleich beabstandeter Hall-Sensoren eine Reihe bilden. Diese sind in einer Röhre mit einem verschlossenen Boden montiert. Jeder Sensor ist als einzeln gekapselte integrierte Schaltung mit einer Hall-Zelle ausgeführt, die an eine Schmitt-Trigger-Schaltung geschaltet ist. An einem ringförmigen Schwimmer, der an der Röhre entlang gleiten kann, ist ein Komponentenmagnet angebracht, der ein Muster von voneinander entfernten magnetischen Feldregionen erzeugt, die in der Lage sind, einen unmittelbar angrenzenden Hall-Sensor zu schalten. Die Hall-Sensoren werden sequentiell, einer nach dem anderen mit Energie versorgt. Durch ein Zählen der Anzahl von Hall-Sensoren beginnend an einem Ende der Reihe bis zu dem ersten Hall-Sensor, der geschaltet ist, kann eine grobe Messung des Flüssigkeitsstands erhalten werden.
Die DE 10113131 B4 bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der magnetischen Feldstärke oder von örtlichen Differenzen magnetischer Feldstärken mit Hilfe magnetischer Winkelsensoren, die in einer potentialfreien Strommessung eingesetzt werden können. Ein Winkelsensor befindet sich in einem bekannten Magnetfeld, dessen Richtung mit der Vorzugsrichtung des Sensors übereinstimmt. Das zu messende Feld steht dazu senkrecht. Es ist so zum Tangens des Winkels des gesamten Magnetfeldes und zum bekannten Feld proportional. Der Tangens des Winkels gegen die Vorzugsrichtung wird als Quotient des Sinussignals und des Cosinussignals des Winkelsensors gebildet. Die Ausgangssignale der Anordnung sind linear und temperaturunabhängig. Für eine Strommessung werden Differenzwinkelsensoren beschrieben, die Störfelder unterdrücken. Ferner wird eine Auswerteschaltung für die Sensorsignale beschrieben.
Die DE 19810838 A1 bezieht sich auf ein Sensorsubstrat für magnetoresistive Sensoren mit einer Substratschicht und darauf angeordneten Sensorelementen. Es wird ein Sensorsubstrat zur Bildung von magnetoresistiven Sensoren, insbesondere von 360°-Winkelsensoren, mit Giant-Magnetoresistiven-, Magnetic-Tunnel-Junction- oder Spin-Valve-Transistor-Sensoren beschrieben, das eine Substratschicht und darauf angeordneten Sensorelementen enthält. Auf dem Substrat sind unterschiedliche Bereiche mit Sensorelementen mit im Wesentlichen homogener Anisotropie angeordnet. Die Sensorelemente weisen unterschiedliche Vorzugsrichtungen der Anisotropie auf, wobei die Sensorelemente unterschiedlicher Anisotropie längs mindestens einer im Wesentlichen geradlinigen Reihe in periodischer Folge angeordnet sind.
Die DE 19839450 A1 bezieht sich auf einen magnetoresistiven Sensorchip mit wenigstens zwei als Halb- oder Vollbrücken ausgebildeten Messelementen. Es wird ein magnetoresistiver Sensorchip mit zwei Messelementen beschrieben, deren Ausgangssignale proportional zum Cosinus und Sinus des Winkels sind, unter dem ein Magnetfeld zu dem Sensorchip steht, womit die Ermittlung dieses Winkels ermöglicht wird. Das Dokument beschreibt ferner, dass die magnetoresistiven Schichtstreifen, die Widerstände der Messelemente bilden, in Bereichen untergebracht sind, deren Vorzugsrichtungen senkrecht aufeinander stehen, und dass die Gesamtlänge aller magnetoresistiven Schichtstreifen in 2n gleiche Längenanteile aufgeteilt ist, und dass die Längenanteile Paare bilden, die jeweils den gleichen positiven und negativen Neigungswinkel zwischen der Längsrichtung der Schichtstreifen und der Vorzugsrichtung der Bereiche bilden. Hierdurch werden fehlerbedingende Oberwellenanteile aus den Ausgangssignalen der Messelemente entfernt.
Die Veröffentlichung „2D Magnetic Microsensors With On On-Chip Signal Processing Or Contactless Angle Measurement” von A. Häberli et al. in IEEE International Solid State Circuits Conference ISSCC96 vom 10. Februar 1996, Seiten 332–334 bezieht sich auf ein Mikrosystem als Schlüsselelement für eine kontaktlose Winkelmessung in Kombination mit einem Permanentmagneten. Das System basiert auf der Verwendung eines inkrementellen On-Board-Analog/Digital-Wandlers und eines zweidimensionalen magnetischen Mikrosensors auf Basis eines lateralen Magnettransistors.
Die Veröffentlichung „Hall-Sensoren machen Karriere” von H. Lemme in „Elektronik”, Heft 9 aus dem Jahr 2005, Seiten 68–73, bezieht sich auf Magnetfeldsensoren auf Basis des Hall-Effekts. Die Veröffentlichung beschreibt hierbei eine Kennlinienbegradigung und Sensoren mit einer mehrdimensionalen Empfindlichkeit.
Zusammenfassung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Magnetfeldsensorbauelement eine Mehrzahl magnetoresistiver Sensorelemente, die zu einer Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sind, ein zusätzliches magnetoresistives Sensorelement und einen Schalter, der mit der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen der Magnetfelderfassungsanordnung und dem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement gekoppelt ist, um eines der magnetoresistiven Sensorelemente der Magenfelderfassungsanordnung zu entkoppeln und das zusätzliche magnetoresistive Sensorelement in die Magnetfelderfassungsanordnung zu koppeln.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem ersten Beispiel;
2 zeigt eine schematische Darstellung zur Illustration einer Positionierung eines Magnetfeldsensorbauelements bezüglich eines von einem Magneten erzeugten externen Magnetfeldes;
3a zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel;
3b zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements mit zwei magnetoresistiven Sensorelementen, die eine unterschiedliche charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen, gemäß einem weiteren Beispiel;
4 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel mit zwei Stromquellen, die zwei magnetoresistiven Sensorelementen einen Strom aufprägen;
5a und 5b zeigen zwei Schaltbilder Magnetfeldsensorbau-Elemente gemäß weiteren Beispielen mit einer Serienschaltung jeweils eines magnetoresistiven Sensorelements mit einem Widerstandselement;
6 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem Beispiel mit zwei Serienschaltungen jeweils zweier magnetoresistiver Sensorelemente mit im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen;
7 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel in Form einer Vollbrückenschaltung, wobei eine Halbbrückenschaltung mit zwei magnetoresistiven Sensorelementen mit im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen in die Vollbrückenschaltung schaltbar ist;
8 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel mit einer Vollbrückenschaltung mit vier magnetoresistiven Sensorelementen und einem fünften magnetoresistiven Sensorelement, das anstelle eines der vier magnetoresistiven Sensorelemente in die Vollbrückenschaltung verschaltbar ist;
9a und 9b zeigen zwei Schaltbilder zweier Magnetfeldsensorbauelemente gemäß weiterer Beispiele mit einer Vollbrückenschaltung, wobei jede Halbbrückenschaltung der Vollbrücke eine Serienschaltung eines magnetoresistiven Sensorelements und eines Widerstandselements umfasst und bei dem eine Halbbrückenschaltung gegen eine andere Halbbrückenschaltung austauschbar ist;
10 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel mit einer Vollbrückenschaltung, bei der zwei Halbbrückenschaltungen jeweils zweier magnetoresistiven Sensorelemente mit einer im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtung an einen Schalter gekoppelt sind;
11 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel mit einer Vollbrückenschaltung, bei der zwei Schalter mit jeweils zwei magnetoresistiven Sensorelementen verschaltet sind, um vier verschiedene Magnetfelderfassungsanordnungen elektrisch verschaltbar zu machen;
12 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel mit zwei Vollbrücken mit jeweils vier magnetoresistiven Sensorelementen;
13a bis 13d zeigen schematisch vier verschiedene Beispiele für einen Schalter für ein Magnetfeldsensorbauelement;
14a zeigt eine schematische Darstellung eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel als diskretes Bauelement mit einer Auswerteschaltung als integrierte Schaltung in Form eines diskreten Bauelements, das mit dem Magnetfeldsensorbauelement elektrisch über eine leitende Verbindung gekoppelt ist;
14b zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines integrierten magnetoresistiven Sensors gemäß einem weiteren Beispiel, bei dem die magnetoresistiven Sensorelemente, der Schalter und die Auswerteschaltung auf einem Chip integriert sind;
15 zeigt ein Schaltbild eines Winkelsensors für einen Winkelbereich von 360°;
16 zeigt ein Schaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel in Form eines Winkelsensors für einen Winkelbereich von 360° mit jeweils zwei Vollbrückenschaltungen für eine X-Magnetfelderfassung und eine Y-Magnetfelderfassung;
17a zeigt schematisch ein Magnetfeldsensorbauelement gemäß einem weiteren Beispiel in Form eines einzelnen diskreten Chips;
17b zeigt schematisch ein Magnetfeldsensorbauelement gemäß einem weiteren Beispiel mit zwei diskreten Chips;
18 zeigt ein Blockschaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel für einen Winkelsensor mit einem Bereich von 360° und einer Mehrzahl von Halbbrücken;
19 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Magnetfeldsensorbauelements gemäß einem weiteren Beispiel in Form eines Winkelsensors für einen Bereich von 360° mit einer Mehrzahl zu einer Vollbrückenschaltung verschaltbarer Halbbrückenschaltungen;
20a zeigt ein Ersatzschaltbild für die in den 20b und 20c gezeigten Anordnungen magnetoresistiver Sensorelemente für eine bestimmte Magnetfelderfassungsanordnung;
20b zeigt schematisch eine erste räumliche Anordnung einer Vielzahl magnetoresistiver Sensorelemente für ein Magnetfeldsensorbauelement in Form eines Winkelsensors mit einem Bereich von 360°;
20c zeigt eine schematische Darstellung einer räumlichen Anordnung magnetoresistiver Sensorelemente für ein Magnetfeldsensorbauelement in Form eines Winkelsensors mit einem Bereich von 360°;
21a bis 21c zeigen Magnetfeldsensorbauelemente gemäß weiteren Beispielen, bei denen durch ein Konditionieren von magnetoresistiven Sensorelementen ein Magnetfeldsensorbauelement mit einer bestimmten Magnetfelderfassungsanordnung erhalten wird.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf die 1–21 wird nun ein erstes Beispiel in Form eines Magnetfeldsensorbauelements anhand des in 1 gezeigten Schaltbildes näher erläutert.
1 zeigt so ein erstes Beispiel in Form eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit einem ersten magnetoresistiven Sensorelement 110-1 und einem zweiten magnetoresistiven Sensorelement 110-2. Das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 ist mit einem ersten Anschluss eines Schalters 120 verbunden, während ein zweiter Anschluss des Schalters 120 mit einem ersten Anschluss des zweiten magnetoresistiven Sensorelements 110-2 verbunden ist. Die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 sind jeweils mit einem zweiten Anschluss an weitere, nicht in 1 gezeigte Schaltungselemente gekoppelt, bei denen es sich beispielsweise um entsprechende Stromversorgungsschaltungen, Spannungsversorgungsschaltungen, Kontakt- bzw. Bondflächen zur Kontaktierung an externe Schaltungen oder andere Schaltelemente handeln kann. Ebenso ist ein dritter Anschluss des Schalters 120 mit weiteren, nicht in 1 gezeigten Schaltungselementen verbunden. So kann der dritte Anschluss des Schalters 120 beispielsweise ebenfalls mit einer Bond- bzw. Kontaktfläche, einer Auswerteschaltung, einem Analog/Digital-Wandler (ADC = analog/digital converter), einer Versorgungsschaltung oder eine andere Schaltung handeln.
Das Magnetfeldsensorbauelement 100 ermöglicht es nun durch den Schalter 120 wenigstens eins der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in eine Magnetfelderfassungsanordnung derart elektrisch verschaltbar zu machen, dass je nach ausgewählten magnetoresistiven Sensorelement 110-1, 110-2 unterschiedliche Magnetfelderfassungsanordnungen resultieren. Genauer gesagt ermöglicht das Magnetfeldsensorbauelement 100, das in 1 gezeigt ist, je nach Schalterstellung des Schalters 120 die Verwendung einer Magnetfelderfassungsanordnung, die das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 und/oder das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 umfasst.
Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem magnetoresistiven Sensorelement ein elektrisches Schaltelement oder Widerstandselement mit einem elektrischen Widerstandswert verstanden, der eine Abhängigkeit von einem auf das magnetoresistive Sensorelement einwirkenden Magnetfeld aufweist. Insbesondere wird so im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem magnetoresistiven Sensorelement beispielsweise ein AMR-Element (anisotroper Magnetwiderstand; AMR = anisotropic magneto resistance), ein GMR-Element (Riesenmagnetwiderstand; GMR = giant magneto resistance), ein CMR-Element (kolossaler Magnetwiderstand; CMR = colossal magneto resistance), ein TMR-Element (Tunnelmagnetwiderstand; TMR = tunnel magneto resistance), ein EMR-Element (außergewöhnlicher Magnetwiderstand; EMR = extraordinary magneto resistance) oder eine Spin-Valve-Struktur (Spin-Ventil-Struktur) verstanden. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem magnetoresistiven Sensorelement weiterhin eine elektrische Schaltung verstanden, die wenigstens eines der oben genannten Elemente umfasst, und so einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der wiederum eine Abhängigkeit von einem auf das entsprechende magnetoresistive Sensorelement einwirkenden Magnetfeld aufweist.
Als Schalter 120 kommen bei dem in 1 gezeigten Beispiel, ebenso wie bei den weiteren im Verlauf der vorliegenden Anmeldung gezeigten Beispielen, Schalter, die beispielsweise auf Basis von Transistoren, wie etwa Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren, ausgeführt sein können. Darüber hinaus kann der Schalter 120 beispielsweise auch in Form komplexerer Transistorschaltungen ausgeführt werden, wie etwa CMOS-Schaltungen (CMOS = complementary metal oxide semiconductor = komplementäre Metalloxid-Halbleiter), BiCMOS-Schaltungen (BiCMOS = bipolar-CMOS) oder auch MOSFET-Schaltungen (MOSFET = metal oxide semiconductor field effect transistor = Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor). Darüber hinaus können als Schalter 120 auch Multiplexer eingesetzt werden, die mehr als zwei Anschlüsse mit einem weiteren Anschluss, dem dritten Anschluss im Fall des in 1 gezeigten Schalters 120, verbinden kann. Darüber hinaus können selbstverständlich auch Operationsverstärkerschaltungen als Schalter 120 eingesetzt werden. Darüber hinaus können als Schalter 120 auch einmalig zu lösende Verbindungen, wie etwa Sicherungen, oder einmalig zu verbindende Verbindungen als Schalter 120 eingesetzt werden. Verschiedene Beispiele für den Schalter 120 werden so im Rahmen der Beschreibung der 13a–13d näher erläutert und beschrieben.
Dem oben beschriebenen Beispiel liegt ebenso wie den weiteren Beispielen die Erkenntnis zugrunde, dass eine flexiblere Magnetfelderfassung durch Verwendung einer flexibleren Magnetfelderfassungsanordnung mit zwei oder mehreren Magnetfelderfassungsanordnungen dadurch erreicht werden kann, dass über den Schalter 120 wenigstens ein magnetoresistives Sensorelement 110-1, 110-2 der wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar ist. Hierdurch ergibt sich beispielsweise der weitere Vorteil, dass eine flexiblere und/oder genauere Positionierung der Magnetfelderfassungsanordnung bzw. des Magnetsensors zu einem externen Magnetfeld für eine präzisere Messung eines magnetischen Feldes bzw. eines magnetischen Flusses hervorgerufen durch das externe Magnetfeld verwendet werden kann.
Hierdurch ergibt sich so beispielsweise der Vorteil eines Beispiels, dass eine in einem Fertigungsprozess für eine Baugruppe mit einem Magnetfeldsensorbauelement notwendige Montagelagekompensation im Rahmen der Fertigung der Baugruppe mit dem Magnetfeldsensorbauelement durch einen Kunden eines Magnetfeldsensorbauelements im Rahmen beispielsweise einer einfachen Programmierung des Schalters 120 erfolgen kann. Auf Kundenseite kann so ein Beispiel in Form eines Magnetfeldsensorbauelements eine Fertigung einer Baugruppe dadurch weiter vereinfachen, dass zusätzlich oder alternativ zu einer mechanischen Justierung der Magnetfelderfassungsanordnung bzw. des Magnetfeldsensors bezüglich den Restkomponenten der Baugruppe, also beispielsweise einer Achse eines rotierenden Magneten im Falle eines Winkelsensors, eine Anpassung der Magnetfelderfassungsanordnung durch eine Programmierung, Auswahl oder Präparation des Schalters 120 entsprechend erfolgen kann. Ein Beispiel ermöglicht so also neben einer ein mechanischen Justierung des Sensors oder der Achse im Falle eines Winkelsensors eine zusätzliche Einflussnahme auf die Positionierung der Magnetfelderfassungsanordnung durch Auswahl der entsprechenden magnetoresistiven Sensorelemente im Feld.
Ein weiterer Vorteil eines Beispiels besteht darin, dass eine Vereinfachung der Produktion von Magnetfeldsensorbauelementen dadurch erzielt werden kann, dass ein Magnetfeldsensorbauelement in unterschiedlichen Baugruppen für unterschiedliche Verwendungszwecke dadurch eingesetzt werden kann, dass durch eine Auswahl einer Magnetfelderfassungsanordnung durch den Schalter 120 ein und dasselbe Magnetfeldsensorbauelement in verschiedenen Produkten und Baugruppen Verwendung finden kann. So kann beispielsweise eine Entwicklung eines Magnetfeldsensorbauelements auf einem Chip dahin gehend vereinfacht werden, dass nur ein einziger Chip bezüglich seiner Struktur und seines Layouts entwickelt und nur ein einzelner entsprechender Maskensatz für die Herstellung im Rahmen der Strukturierung der entsprechenden Chips generiert werden muss. Mit anderen Worten ermöglicht ein Beispiel eine Verwendung und eine Produktion eines einheitlichen Chips, bis dieser beispielsweise in ein Gehäuse oder eine andere Baugruppe montiert bzw. integriert wird.
Ein weiterer Vorteil eines Beispiels besteht darin, dass ein Magnetfeldsensorbauelement eine gemeinsame Nutzung von Komponenten für verschiedene Magnetfelderfassungsanordnungen ermöglicht. So kann, je nach Auslegung des Schalters 120, beispielsweise eine gemeinsame Auswerteschaltung an verschiedene Magnetfelderfassungsanordnungen elektrisch gekoppelt bzw. mit dieser verschaltet werden, um beispielsweise verschiedene Messwerte bezüglich eines externen Magnetfeldes zu Redundanzzwecken und/oder zu Plausibilitätszwecken zu erfassen. Ebenso ist es möglich, im Falle eines Magnetfeldsensorbauelements 100, bei dem die wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 unterschiedliche charakteristische Magnetfeldrichtungen aufweisen, durch ein einfaches Umschalten des Schalters 120 verschiedene Magnetfeldkomponenten mit ein und derselben Auswerteschaltung zu messen. In einem weiteren Beispiel können so über den Schalter 120 die wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 austauschbar in eine entsprechende Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sein.
In einem weiteren Beispiel ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass das Magnetfeldsensorbauelement 100 eine integrierte Schaltung umfasst, die beispielsweise wiederum eine Auswerteschaltung, den Schalter, ein weiteres Widerstandselement oder einen Hall-Sensor umfasst. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, ein kompaktes und höchst flexibles Magnetfeldsensorbauelement zu schaffen. In einem weiteren Beispiel sind die wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 hierbei auf einer Schicht auf der integrierten Schaltung angeordnet.
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 Beispiel mehrfach umfasst sind, zusammenfassende Bezugszeichen verwendet, wenn nicht ein einzelnes, bestimmtes Objekt gemeint ist. So bezeichnet im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung das Bezugszeichen 110 grundsätzlich ein oder mehrere magnetoresistive Sensorelemente, wobei, wie beispielsweise in 1 gezeigt wurde, die einzelnen magnetoresistiven Sensorelemente mit den Bezugszeichen 110-1 und 110-2 bezeichnet worden sind.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, 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 Beispiele austauschbar sind. Andererseits sollte darauf hingewiesen werden, dass eine gemeinsame Verwendung eines zusammenfassenden Bezugszeichens oder eines Bezugszeichens für ein Objekt, das in mehr als einem Beispiel auftritt, also beispielsweise das zusammenfassende Bezugszeichen 110 für ein oder mehrere magnetoresistive Sensorelemente, nicht bedeutet, dass diese in den verschiedenen Beispielen oder dem betreffenden Beispiel identische Merkmale und Eigenschaften aufweisen. Gemeinsame oder ähnliche Bezugszeichen stellen also keine Aussage bezüglich der konkreten Auslegung und Dimensionierung dar. So können magnetoresistive Sensorelemente, die zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet werden, in verschiedenen Beispielen, aber auch innerhalb eines Beispiels durchaus ihrerseits selber unterschiedliche Elemente aufweisen und sich auch bezüglich ihrer Dimensionierung, also beispielsweise ihres elektrischen Widerstandswerts, unterscheiden.
Auch der Schalter 120, der im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung in verschiedenen Beispielen auftritt, kann, wie oben bereits skizziert wurde, in Form verschiedenster Beispiele realisiert werden. Solange nicht im Rahmen der Beschreibung eines bestimmten Beispiels eine oder mehrere Beispiele des Schalters 120 explizit ausgeschlossen werden, kann so auch der Schalter 120 bei allen im Rahmen der vorliegenden Anmeldung erläuterten Beispielen durch eine oben skizzierte und im Zusammenhang mit 13a–13d näher erläuterten Beispielen implementiert werden.
Bevor im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung weitere Beispiele erläutert werden, wird zunächst anhand von 2 die bei vielen konkreten Implementierungen im Rahmen von Baugruppen auftretende Notwendigkeit einer genauen Positionierung des Magnetsensors bzw. der Magnetfelderfassungsanordnung zu einem externen Magnetfeld, das häufig von einem zu der Baugruppe gehörenden (Permanent-)Magneten hervorgerufen wird, für eine präzise Messung des magnetischen Feldes bzw. der magnetischen Flussdichte illustriert. In 2 sind so zwei magnetoresistive Sensorelemente 110-1, 110-2 dargestellt, die in einem Magnetfeldsensorbauelement, das in 2 abgesehen von den beiden magnetoresistiven Sensorelementen 110-1, 110-2 nicht dargestellt ist, umfasst sind. Bei diesem Magnetfeldsensorbauelement kann es sich beispielsweise um einen Winkelsensor handeln. So ist oberhalb der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 ein (Permanent-)Magnet 130 mit einer Symmetrieachse 140, der um eine bzw. bezüglich einer Achse 150 oberhalb der magnetoresistiven Sensorelemente 110 drehbar angeordnet ist. Darüber hinaus sind in 2 Feldlinien 160 des (Permanent-)Magneten 130 eingezeichnet.
Das magnetoresistive Sensorelement 110-1, das im weiteren Verlauf als erste magnetoresistives Sensorelement bezeichnet wird, ist hierbei direkt unterhalb der Achse 150 angeordnet, die nicht nur eine Drehachse des (Permanent-)Magneten 130 darstellt, sondern ebenfalls eine Lage eines Schwerpunktes des (Permanent-)Magneten 130 wiedergibt. Da das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 direkt unterhalb der Achse 150, also in einem gedachten weiteren Verlauf der Achse 150 angeordnet ist, verlaufen die magnetischen Feldlinien 160 im Bereich des ersten magnetoresistiven Sensorelements 110-1 parallel zu diesem. Das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 stellt also ein in einer „idealen Position” angeordnetes Sensorelement dar.
Im Gegensatz hierzu ist das magnetoresistive Sensorelement 110-2, das im weiteren Verlauf als zweites magnetoresistives Sensorelement bezeichnet wird, nicht im Bereich der Achse 150 des (Permanent-)Magneten 130 angeordnet, so dass die magnetischen Feldlinien 160 des (Permanent-)Magneten 130 dieses magnetoresistive Sensorelement ebenfalls mit einer von Null verschiedenen Komponente des Magnetfeldes parallel zu der Achse 150 durchsetzt. Aus diesem Grund wird eine Position des zweiten magnetoresistiven Sensorelements 110-2 auch als „Offset-Position” bezeichnet.
Aufgrund der Komponente des Magnetfeldes parallel zu der Achse 150, das das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 durchsetzt, weist die Abhängigkeit des magnetoresistiven Sensorelements 110-2 von dem äußeren Magnetfeld des (Permanent-)Magneten 130 eine gegenüber der Position des ersten magnetoresistiven Sensorelements 110-1 reduzierte Abhängigkeit des Widerstandswerts und/oder eine Verschiebung bzw. einen Offset des Widerstandswerts des magnetoresistiven Sensorelements 110-2 auf, der im Falle einer Messung zu einem reduzierten Signal, und damit einem reduzierten Signal-zu-Rausch-Verhältnis, im Falle einer komplexeren Verschaltung mehrerer magnetoresistiver Sensorelemente zu einer Magnetfelderfassungsanordnung, die das magnetoresistive Sensorelement 110-2 umfasst, zu einer Verschiebung des Messsignals der Magnetfelderfassungsanordnung oder zu anderen Messartefakten bzw. Messfehlern, die eine Auswertung und damit ein Auswertesignal, das von einer Auswerteschaltung bereitgestellt wird, nachteilig beeinflussen kann.
Im Falle vieler magnetoresistiver Sensorelemente, also beispielsweise im Falle von GMR-Sensorelementen, die auf einem Träger, einer Schicht (z. B. einer isolierenden Schicht), einem Schichtstapel, einem Substrat oder einem Chip üblicherweise im Rahmen eines Dünnschichtprozesses als Schichtstapel aufgebracht werden, weisen diese üblicherweise eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstandswerts von einem externen Magnetfeld im Allgemeinen nur bezüglich einer in der Ebene des Schichtstapels liegenden Komponente des Magnetfeldes auf. Handelt es sich also bei den magnetoresistiven Sensorelementen 110 in 2 um solche magnetoresistiven Sensorelemente (z. B. GMR-Elemente), so weist das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 gegenüber dem ersten magnetoresistiven Sensorelement 110-1 aufgrund der von Null verschiedenen Magnetfeldkomponente parallel zu der Achse 150 eine geringere Änderung des elektrischen Widerstandswerts im Falle einer Rotation des (Permanent-)Magneten 130 als das magnetoresistive Sensorelement 110-1 auf. Der Grund hierfür liegt darin, dass aufgrund der vergleichbaren Distanz der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 von dem (Permanent-)Magneten 130 die betragsmäßige Feldstärke des Magnetfeldes sich kaum unterscheidet, während jedoch das Magnetfeld das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 aufgrund der Lage dieses Sensorelements eine Magnetfeldkomponente parallel zu der Achse 150 aufweist, die eine Komponente senkrecht zu der Achse 150 entsprechend reduziert. Im Unterschied hierzu laufen die Magnetfeldlinien 160 des (Permanent-)Magneten 130 im Bereich des ersten magnetoresistiven Sensorelements 110-1 (nahezu) vollständig parallel zu dem Schichtstapel des GMR-Sensorelements bzw. senkrecht zu der Achse 150. Aus diesem Grund ist die Widerstandsänderung des magnetoresistiven Sensorelements 110-1 gegenüber der des Sensorelements 110-2 im Falle eine Rotation des (Permanent-)Magneten 130 größer, so dass auch ein entsprechendes elektrisches Messsignal eine größere Modulation aufweist.
Sind nun mehr als ein magnetoresistives Sensorelement 110 in einer Magnetfelderfassungsanordnung verschaltet, so kann es aufgrund der unterschiedlichen Anordnung der einzelnen magnetoresistiven Sensorelemente oder anderer Widerstandselemente auf dem Träger, dem Chip, der Schicht oder dem Substrat zu unterschiedlichen Abhängigkeiten des elektrischen Widerstandswerts von der Rotation des (Permanent-)Magneten 130 kommen. Als Folge kann es so zusätzlich oder alternativ auch zu einer Verschiebung des Messsignals bezüglich eines von einer Auswerteschaltung erwarteten Bezugssignals kommen, was schließlich zu Messfehlern und einer gesteigerten Unsicherheit des Messergebnisses führen kann.
Auch im Falle anderer xMR-Elemente, die in den magnetoresistiven Sensorelementen 110 umfasst sind, kann es zu ähnlichen Effekten kommen. So sind beispielsweise auch AMR-Elemente und TMR-Elemente von einer entsprechenden Problematik betroffen. Gerade im Bereich von GMR-Magnetfeldsensorbauelementen stellt somit eine Montagetoleranzkompensation ein Merkmal dar, das einerseits durch ein Beispiel in Form eines Magnetfeldsensorbauelements geschaffen wird und andererseits durch einen Kunden des entsprechenden Magnetfeldsensorbauelements programmiert oder allgemein gesprochen genutzt werden kann, einen wesentlichen Vorteil eines entsprechenden Beispiels dar.
3a zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 1 gezeigten Magnetfeldsensorbauelement 100 dadurch, dass die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 jeweils eine gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen, die in 3a durch zwei Pfeile 170-1 und 170-2 dargestellt und angedeutet sind. Handelt es sich beispielsweise bei den in 3a gezeigten magnetoresistiven Sensorelementen 110 um GMR-Elemente, TMR-Elemente oder Spin-Valve-Strukturen, so weisen diese im Allgemeinen neben den entsprechenden Schichten der eigentlichen GMR-Elemente, TMR-Elemente bzw. der Spin-Valve-Struktur ebenfalls eine weichmagnetische Schicht auf, deren Magnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld, wie es beispielsweise durch den (Permanent-)Magneten 130 in 2 hervorgerufen wird, beeinflusst wird, auch eine hartmagnetische Schicht bzw. einen synthetischen Antiferromagneten auf, der eine „fixierte” Magnetisierung aufweist. Eine solche hartmagnetische Schicht bzw. ein entsprechender synthetischer Antiferromagnet wird häufig im Rahmen eines sogenannten Konditionierungsschrittes bzw. im Rahmen einer Konditionierung mit einer entsprechenden Magnetisierung versehen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die entsprechende Struktur bzw. das entsprechende Element über eine für ein bestimmtes Material bzw. eine bestimmte Materialkombination spezifische Temperatur, die sogenannte Blocking-Temperatur, erwärmt wird und anschließend in einem von außen angelegten Magnetfeld wiederum abgekühlt wird. Hierdurch wird in der hartmagnetischen Schicht bzw. dem synthetischen Antiferromagneten eine Magnetisierung „fest eingeschrieben”, deren Richtung mit der des externen Magnetfeldes während des Abkühlens im Wesentlichen übereinstimmt.
Im Falle von AMR-Sensorelementen bzw. AMR-Elementen ist die charakteristische Magnetfeldrichtung derselben im Allgemeinen aufgrund konstruktiver Maßnahmen bzw. einer Auslegung der entsprechenden AMR-Elemente gegeben bzw. festgelegt. Entsprechend können auch CMR-Elemente, EMR-Elemente und andere magnetoresistive Sensorelemente durch eine entsprechende Kombination mit weich- und hartmagnetischen Schichten, beispielsweise in Form synthetischer Antiferromagneten, oder durch konstruktive Merkmale, etwa das Design der entsprechenden Sensorelemente, bezüglich einer charakteristischen Magnetfeldrichtung ausgelegt werden.
In diesem Zusammenhang bietet es sich an, darauf hinzuweisen, dass häufig magnetoresistive Sensorelemente mäanderförmig verlaufende Sensorstrukturen umfassen. Gerade im Bereich von GMR-Sensorstrukturen sind mäanderförmig verlaufende Strukturen der Schichtpakete vorteilhaft, da so ein elektrischer Widerstandswert der entsprechenden Sensorstruktur gegenüber einer einfachen, linearen Sensorstruktur bei gleichem Verbrauch von Chipfläche einen höheren Widerstandswert hervorrufen kann, der wiederum zu einem entsprechend stärkeren bzw. ausgeprägteren Signalverlauf und damit zu einem höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt.
Bei dem in 3a gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements sind die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 bezüglich einer gemeinsamen charakteristischen Magnetfeldrichtung konditioniert bzw. weisen diese auf. Das in 3a gezeigte Magnetfeldsensorbauelement 100 ermöglicht daher, je nach konkreter Ausgestaltung des Schalters 120, eine gegebenenfalls austauschbare Verschaltung der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in die Magnetfelderfassungsanordnung. Ermöglicht hingegen der Schalter 120 nur eine einmalige Betätigung, beispielsweise in Form eines einmaligen Lösens einer elektrischen Verbindung oder auch in Form eines einmaligen Schaffens einer elektrischen Verbindung, wie es im Zusammenhang mit den 13a–13d näher erläutert wird, so ermöglicht das Magnetfeldsensorbauelement 100 in 3a zumindest eine einmalige Auswahl, welches oder welche magnetoresistiven Sensorelemente 110 in die Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltet werden sollen.
Bei dem in 3b gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 3a gezeigten nur dadurch unterscheidet, dass das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 eine charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist, die von der des ersten magnetoresistiven Sensorelements 110-1 abweicht und durch den Pfeil 170-2 angedeutet ist. Das in 3b dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ermöglicht so, je nach konkreter Ausgestaltung des Schalters 120, ein gegebenenfalls austauschbares Verschalten der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in eine Magnetfelderfassungsanordnung, die für unterschiedliche Magnetfeldorientierungen aufgrund der unterschiedlichen charakteristischen Magnetfeldrichtungen der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 empfindlich ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt ermöglicht das in 3b gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ein Anschließen verschiedener Magnetfelderfassungsanordnungen mit verschiedenen magnetoresistiven Sensorelementen, die für unterschiedliche Magnetfelder empfindlich sind, an eine gemeinsame Auswerteschaltung, die an den dritten Anschluss des Schalters 120 anschließbar ist, jedoch nicht in 3b gezeigt ist. Das Magnetfeldsensorbauelement 100 aus 3b zeigt dementsprechend ein Beispiel, bei dem eine gemeinsame Komponente, nämlich beispielsweise die Auswerteschaltung, im Rahmen zweier unterschiedlicher Magnetfelderfassungsanordnungen ausnutzbar ist. Je nach konkreter Auslegung des Schalters 120 hängt es hier wiederum davon ab, ob eine entsprechende Auswahl nur einmalig getroffen werden kann oder ob der Schalter 120 eine austauschbare Verschaltung der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 in die unterschiedlichen Magnetfelderfassungsanordnungen ermöglicht.
4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das wiederum ein erstes magnetoresistives Sensorelement 110-1, ein zweites magnetoresistives Sensorelement 110-2 und einen Schalter 120 aufweist. Die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 weisen, wie bereits das in 3a gezeigte Magnetfeldsensorbauelement 100, eine gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung auf, die durch die beiden Pfeile 170-1 und 170-2 in 4 angedeutet ist. Ebenso wie bei dem in 3a gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ist das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 mit einem ersten Anschluss des Schalters 120 verbunden. Analog ist das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 mit einem zweiten Anschluss des Schalters 120 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Anschluss des Schalters 120 und das erste magnetoresistive Sensorelement an einen ersten Versorgungsanschluss 180-1 für das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 angeschlossen. Darüber hinaus ist das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 auf der dem Schalter 120 abgewandten Seite mit einem zweiten Versorgungsanschluss 190-1 verbunden. Auch das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 ist mit der dem Schalter 120 abgewandten Seite mit einem zweiten Versorgungsanschluss 190-2 für das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 verbunden, während der zweite Anschluss des Schalters 120 und das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 zusammen an einen ersten Versorgungsanschluss 180-2 für das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 gekoppelt sind.
Der Schalter 120 ist darüber hinaus mit einem dritten Anschluss an eine optionale Auswerteschaltung 200 gekoppelt, die in 4 aufgrund ihres optionalen Charakters gestrichelt eingezeichnet ist. Ebenfalls zu den optionalen Komponenten des in 4 dargestellten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 zählen die mit den jeweils zweiten Versorgungsanschlüssen 190-1, 190-2 verbundenen Anschlüsse mit einem Bezugspotential (z. B. Masse oder Ground (GND)) 210-1, 210-2 für das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 und das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2. Der erste Versorgungsanschluss 180-1 für das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 und der erste Versorgungsanschluss 180-2 für das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 sind darüber hinaus jeweils mit einer optionalen Stromquelle 220-1, 220-2 verbunden, die jeweils einen Strom den beiden magnetoresistiven Sensorelementen 110 aufprägen können. Die beiden Stromquellen 220-1, 220-2, die im weiteren Verlauf zusammenfassend als Stromquellen 220 bezeichnet werden, sind weiter jeweils mit einem weiteren Bezugspotentialanschluss 230-1, 230-2 für die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 verbunden.
Wie bereits im Zusammenhang mit den in den 1, 3a und 3b diskutierten Beispielen eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ist auch bei dem in 4 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 der Schalter 120 ein Schalter, der je nach konkreter Ausführung einmalig geöffnet bzw. geschlossen werden kann oder auch eine austauschbare Verschaltung der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in die Magnetfelderfassungsanordnung ermöglicht.
Darüber hinaus können die beiden optionalen Stromquellen 220 als steuerbare Stromquellen, schaltbare Stromquellen, Konstantstromquellen oder als geregelte Stromquellen ausgeführt werden, sofern sie überhaupt aufgrund ihres optionalen Charakters implementiert werden. Je nach implementiertem Schalter 120 kann es daher ratsam sein, gegebenenfalls eine der beiden Stromquellen 220 nicht zu implementieren oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn der Schalter 120 nur einmalig geöffnet oder geschlossen werden kann. Wird beispielsweise im Falle eines nur einmalig öffenbaren bzw. einmalig schließbaren Schalters 120 dauerhaft durch eine entsprechende Programmierung oder Manipulation des Schalters 120 das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 in die Magnetfelderfassungsanordnung geschaltet, kann eine Implementierung der Stromquelle 220-2 für das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 entfallen. Entsprechend kann eine Implementierung der Stromquelle 220-1 für das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 entfallen, wenn der Schalter 120 dauerhaft nur das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 in die Magnetfelderfassungsanordnung verschaltet.
Wird nun durch eine der beiden Stromquellen 220 in wenigstens eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 ein Strom aufgeprägt, so fällt über dem betreffenden magnetoresistiven Sensorelement 110 eine Spannung ab, die einerseits proportional zu dem Widerstandswert des betreffenden magnetoresistiven Sensorelements 110 und andererseits proportional zu dem von der betreffenden Stromquelle 220 erzeugten Stromes ist. Über den Schalter 120 wird die entsprechende Spannung der Auswerteschaltung 200 übermittelt. Dadurch dass nun der Widerstandswert der magnetoresistiven Sensorelemente 110 eine Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld aufweist, weist auch der Spannungsabfall über dem betreffenden magnetoresistiven Sensorelement eine entsprechende Abhängigkeit von dem äußeren Magnetfeld, das auf das betreffende magnetoresistive Sensorelement 110 einwirkt, auf, sofern die betreffende Stromquelle 220 einen konstanten Strom abgibt.
Ist hingegen der von der betreffenden Stromquelle 220 ausgegebene Strom nicht konstant, variiert die über dem betreffenden magnetoresistiven Sensorelement 110 abfallende Spannung entsprechend. Eine entsprechende Korrektur des ermittelten Widerstandswerts des magnetoresistiven Sensorelements 110 ist in diesem Fall ratsam, um eine Verfälschung eines Messergebnisses, also beispielsweise einen Winkel im Falle eines Winkelsensors, möglichst zu vermeiden.
Anstelle einer direkten Verwertung des Spannungswertes, der über dem betreffenden magnetoresistiven Sensorelement 110 abfällt, kann alternativ oder ergänzend die Auswerteschaltung 200 mit der betreffenden Stromquelle 220 so gekoppelt sein, dass die Auswerteschaltung 200 den von der betreffenden Stromquelle 220 ausgegebenen Strom so anpasst, dass der Spannungsabfall über dem magnetoresistiven Sensorelement beispielsweise konstant ist. In diesem Fall könnte ein von der Auswerteschaltung 200 der betreffenden Stromquelle 220 zur Verfügung gestelltes Ansteuersignal zur Bestimmung des betreffenden Widerstandswerts des magnetoresistiven Sensorelements 110 und damit zur Bestimmung beispielsweise eines Winkels im Falle eines Winkelsensors herangezogen werden.
Das in 5a dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten Beispiel nur geringfügig, weshalb auf die dortige Beschreibung hiermit verwiesen wird. Im Unterschied zu dem in 4 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 sind das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 und der erste Anschluss des Schalters 120 nicht direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180-1 verbunden. Bei dem in 5a gezeigten Beispiel ist vielmehr zwischen den ersten Versorgungsanschluss 180-1 und den zweiten Versorgungsanschluss 190-1 für das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 eine Serienschaltung eines ersten Widerstandselements 240-1 und des ersten magnetoresistiven Sensors 110-1 geschaltet, bei dem das erste Widerstandselement 240-1 mit dem ersten Versorgungsanschluss 180-1 und das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190-1 direkt verbunden sind. Der erste Anschluss des Schalters 120 ist mit einem Mittelabgriff der Serienschaltung verbunden, der zwischen dem ersten Widerstandselement 240-1 und dem ersten magnetoresistiven Sensorelement 110-1 angeordnet und mit diesem verbunden ist. Analog ist auch zwischen den ersten Versorgungsanschluss 180-2 des zweiten magnetoresistiven Sensorelements und den zweiten Versorgungsanschluss 190-2 des zweiten magnetoresistiven Sensorelements 110-2 eine Serienschaltung mit einem zweiten Widerstandselement 240-2, einem zweiten Mittelabgriff 250-2 und dem zweiten magnetoresistiven Sensorelement 110-2 angeordnet.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem in 5a gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 und dem in 4 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 besteht darin, dass jeweils zwischen die ersten Versorgungsanschlüsse 180 und die weiteren Bezugspotentialanschlüsse 230 anstelle der in 4 gezeigten optionalen Stromquellen 220 jeweils eine optionale Spannungsquelle 260-1 und 260-2 angeschlossen sind. Genauer gesagt ist hierbei die optionale Spannungsquelle 260-1 zwischen den weiteren Bezugspotentialanschluss 230-1 und den ersten Versorgungsanschluss 180-1 und die zweite Spannungsquelle 260-2 zwischen den weiteren Bezugspotentialanschluss 230-2 und den ersten Versorgungsanschluss 180-2 geschaltet. Ebenso wie die beiden Stromquellen 220 bei dem in 4 gezeigten Beispiel kann es sich bei den in 5a gezeigten Spannungsquellen 260-1, 260-2, die zusammenfassend im weiteren Verlauf als Spannungsquellen 260 bezeichnet werden, um Konstantspannungsquellen, steuerbare Spannungsquellen, geregelte Spannungsquellen oder schaltbare Spannungsquellen handeln.
Weisen die beiden Widerstandselemente 240 keine oder nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit ihres Widerstandswertes von einem auf sie einwirkenden externen Magnetfeld auf, so wird auch ein Gesamtwiderstand der Serienschaltung aus dem betreffenden Widerstandselement 240 und dem zugehörigen magnetoresistiven Sensorelement 110 durch die Abhängigkeit des Widerstandswerts des magnetoresistiven Sensorelements 110 im Falle einer Änderung des externen Magnetfeldes bestimmt. Gibt so beispielsweise die Spannungsquelle 260 eine konstante Spannung ab, so führt eine Änderung des externen Magnetfeldes aufgrund des geänderten Gesamtwiderstands der Serienschaltung zu eine Änderung eines durch die Serienschaltung fließenden Stroms. Hierdurch fällt über dem magnetoresistiven Sensorelement 110 ebenfalls eine von dem externen Magnetfeld abhängende Spannung ab, die über den betreffenden Mittelabgriff 250 und den Schalter 120 an die Auswerteschaltung 200 zur Weiterverarbeitung bzw. Auswertung und Bereitstellung eines entsprechenden Auswertesignals zugeführt wird.
Hierbei kann beispielsweise die Auswerteschaltung 200, analog zu den im Zusammenhang mit 4 diskutierten Optionen, einerseits den über dem magnetoresistiven Sensorelement 110 erzielten Spannungsabfall direkt zur Bereitstellung des Auswertesignals nutzen. Andererseits kann die Auswerteschaltung 200 auch mit einer steuerbaren oder regelbaren Spannungsquelle 260 verbunden sein und dieser ein Steuersignal bereitstellen, das beispielsweise die Spannungsquelle 260 derart ansteuert, dass der Spannungsabfall über dem magnetoresistiven Sensorelement 110 unabhängig von einer Änderung des externen Magnetfeldes wird. In diesem Fall weist das Steuersignal, das der Spannungsquelle bereitgestellt wird, eine entsprechende Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld auf, das von der Auswerteschaltung 200 zur Weiterverarbeitung und Ausgabe des Auswertesignals verwendet werden kann.
5b zeigt ein Schaltbild eines weiteren Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 5a gezeigten Beispiel nur dadurch unterscheidet, dass die beiden Widerstandselemente 240 mit ihren jeweils zugehörigen magnetoresistiven Sensorelementen 110 bezüglich ihrer Reihenfolge zwischen dem ersten Versorgungsanschluss 180 und dem zweiten Versorgungsanschluss 190 vertauscht sind. Genauer gesagt ist bei dem in 5b gezeigten Beispiel das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180-1 und das erste Widerstandselement 240-1 direkt mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190-1 verbunden. Entsprechend sind auch das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2, das zweite Widerstandselement 240-2 und die beiden Versorgungsanschlüsse 180-2, 190-2 verschaltet. Die weiteren Elemente und Verschaltungen entsprechen denen des in 5a gezeigten Beispiels, weshalb an dieser Stelle auf die entsprechenden Beschreibungsabschnitte hiermit verwiesen wird.
Auch die Funktionsweise des in 5b dargestellten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 unterscheidet sich von dem in 5a dargestellten Beispiel nur dadurch, dass über den Schalter 120 und die Mittelabgriffe 250 der Auswerteschaltung 200, bei der es sich wiederum um eine optionale Komponente handelt, der Spannungsabfall als Spannungssignal über dem Widerstandselement 240 bereitgestellt wird, der aufgrund der durch eine Änderung des externen Magnetfeldes hervorgerufenen Änderung des Gesamtwiderstands der Serienschaltung ebenfalls im Falle einer konstanten Spannungsabgabe durch die optionale Spannungsquelle 260 eine entsprechende Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld aufweist.
6 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 5b gezeigten Beispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Widerstandselemente 240-1, 240-2 gegen zwei weitere magnetoresistive Sensorelemente 110'-1, 110'-2 ausgetauscht wurden. Darüber hinaus sind die beiden Serienschaltungen, die einerseits das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1, den Mittelabgriff 250-1 und das erste weitere magnetoresistive Sensorelement 110'-1 umfassen und andererseits das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2, den zweiten Mittelabgriff 250-2 und das zweite weitere magnetoresistive Sensorelement 110'-2 umfassen, nicht mehr über getrennte erste Versorgungsanschlüsse 180-1, 180-2 und über getrennte zweite Versorgungsanschlüsse 190-1, 190-2, sondern über einen gemeinsamen ersten Versorgungsanschluss 180 und einen gemeinsamen zweiten Versorgungsanschluss 190 im Rahmen einer Parallelschaltung mit einer nicht in 6 gezeigten Spannungsquelle oder Stromquelle als Versorgungsschaltung verbunden bzw. können mit einer solchen verbunden werden.
Darüber hinaus unterscheiden sich die beiden Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements 100, die in den 5b und 6 dargestellt sind, dadurch, dass die magnetoresistiven Sensorelemente 110, also die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2, 110'-1 und 110'-2, nicht mehr eine gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel weisen vielmehr die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 eine gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung auf, wie dies auch die beiden Pfeile 170-1, 170-2 illustrieren. Darüber hinaus weisen die beiden weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 und 110'-2 eine weitere gemeinsame charakteristische Magnetfeldrichtung auf, die einerseits durch die Pfeile 170'-1 und 170'-2 in 6 illustriert wird und andererseits der charakteristischen Magnetfeldrichtung der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter zwei im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen, Magnetfeldrichtungen oder charakteristischen Magnetfeldrichtungen solche verstanden, die typischerweise einen Winkel im Bereich zwischen 150° und 210° miteinander einschließen, vorzugsweise jedoch einen Winkel im Bereich zwischen 170° und 190° zueinander aufweisen.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter zwei im Wesentlichen identischen bzw. gleichen Richtungen, Magnetfeldrichtungen oder charakteristischen Magnetfeldrichtungen solche verstanden, die typischerweise einen Winkel von weniger als 30° und vorzugsweise von weniger als 10° miteinander einschließen. Entsprechend wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter im Wesentlichen senkrecht zu einander stehenden Richtungen, Magnetfeldrichtungen oder charakteristischen Magnetfeldrichtungen solche verstanden, die typischerweise einen Winkel im Bereich zwischen 60° und 120°, vorzugsweise einen Winkel im Bereich zwischen 80° und 100° miteinander einschließen.
Die Widerstandswerte der Widerstandselemente 240-1 und 240-2 können hierbei ebenso wie die Widerstandswerte der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 sowohl voneinander abweichen als auch miteinander übereinstimmen. Erzeugen die beiden Spannungsquellen 260 identische bzw. nahezu identische Spannungswerte, kann es ratsam sein, Widerstandselemente 240-1, 240-2 mit (nahezu) identischen Widerstandswerten zu verwenden. Entsprechend kann es in diesem Fall ebenfalls ratsam sein, magnetoresistive Sensorelemente 110-1, 110-2 mit (nahezu) identischen Widerstandswerten einzusetzen, da in diesem Fall unter identischen Betriebsbedingungen und in einem homogenen Magnetfeld, das keine räumliche Abhängigkeit aufweist, an den Mittelabgriffen 250-1, 250-2 in diesem Fall (nahezu) identische Spannungswerte der Auswerteschaltung 200 bereitgestellt werden, so dass eine zusätzliche Implementierung einer Berücksichtigung, welches der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110 in die Magnetfelderfassungsanordnung verschaltet ist, gegebenenfalls entfallen kann.
Grundsätzlich können auch voneinander abweichende Widerstandswerte für die Widerstandselemente 240-1, 240-1 und die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 verwendet werden. Gegebenenfalls kann es in diesem Fall ratsam sein, die Spannungswerte der Spannungsquellen 260-1, 260-2 entsprechend anzupassen und/oder eine entsprechende Bewertung bzw. Berücksichtigung durch die Auswerteschaltung 200 zu implementieren. Entsprechend können auch bei den weiteren im Rahmen der vorliegenden Anmeldung erläuterten Beispielen die Widerstandswerte der verschiedenen magnetoresistiven Sensorelemente 110 oder der Widerstandselemente 240 in einander ähnlichen Abschnitten der Schaltung (nahezu) identisch sein oder sich voneinander unterscheiden. Gegebenenfalls kann es in dem letztgenannten Fall ratsam sein, die Spannungswerte oder Stromquellen entsprechend anzupassen und/oder eine entsprechende Berücksichtigung im Rahmen der Auswerteschaltung 200 zu implementieren.
Handelt es sich bei den magnetoresistiven Sensorelementen 110 beispielsweise um GMR-Elemente oder um TMR-Elemente, die, wie zuvor erläutert, typischerweise eine weichmagnetische und eine hartmagnetische Schicht bzw. eine weichmagnetische Schicht und einen synthetischen Antiferromagneten aufweisen, und wobei die hartmagnetische Schicht oder der synthetische Antiferromagnet im Rahmen eines Konditionierungsprozesses bezüglich der charakteristischen Magnetfeldrichtung konditioniert wird, ist es bei dem in 6 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ratsam, die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 getrennt von den weiteren magnetoresistiven Sensorelementen 110'-1 und 110'-2 zu konditionieren. Hierbei können zunächst nur die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur erwärmt werden und anschließend in einem Magnetfeld, dessen Richtung später der charakteristischen Magnetfeldrichtung der betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente entspricht, abgekühlt werden. In einem weiteren Schritt können dann die weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 und 110'-2 auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur erwärmt werden und anschließend in einem Magnetfeld, dessen Richtung im Wesentlichen der Richtung des Magnetfeldes im Rahmen der Konditionierung der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 entgegengesetzt ist, abgekühlt werden. Werden hierbei die Magnetfelder im Rahmen der Konditionierung mit Hilfe einer Magnetfeldspule oder mehrerer Magnetfeldspulen erzeugt, kann durch ein einfaches Umkehren eines Stroms, der die Magnetspule oder die Magnetspulen durchfließt, eine entsprechende im Wesentlichen entgegengerichtete Konditionierung der betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente realisiert werden.
Wird nun an den ersten Versorgungsanschluss 180 des in 6 gezeigten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 eine positive Versorgungsspannung angelegt und an den zweiten Versorgungsanschluss 190 eine Verbindung zu einem Bezugspotential, etwa Masse, hergestellt, so weisen die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110'-1 bzw. 110-2 und 110'-2 der beiden Serienschaltungen Widerstandswerte auf, die von einem Magnetfeld, dem sie ausgesetzt sind, abhängen. Hierdurch verteilt sich die an den ersten Versorgungsanschluss 180 angelegte Versorgungsspannung auf die Serienschaltung der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110'-1 bzw. 110-2 und 110'-2 in Abhängigkeit von dem auf sie einwirkenden äußeren Magnetfeld. Als Folge kann an dem betreffenden Mittelabgriff 250-1 bzw. 250-2 und über den Schalter 120 ein entsprechendes Spannungssignal an die Auswerteschaltung 200 übermittelt werden. Hierbei weisen das erste magnetoresistive Sensorelement 110-1 und das erste weitere magnetoresistive Sensorelement 110'-1 bzw. das zweite magnetoresistive Sensorelement 110-2 und das zweite weitere magnetoresistive Sensorelement 110'-2 aufgrund der im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen der betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente eine gegenläufige Änderung ihrer Widerstandswerte im Falle einer Änderung des äußeren Magnetfelds auf. Wächst also aufgrund einer Änderung des äußeren Magnetfeldes beispielsweise der Widerstandswert der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 bzw. 110-2, so sinkt der entsprechende Widerstandswert der weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 bzw. 110'-2.
Dies bedeutet insbesondere, dass im Falle (nahezu) identischer maximaler und minimaler Widerstandswerte der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110'-1 bzw. 110-2 und 110'-2 ein Gesamtwiderstand der Serienschaltung eines magnetoresistiven Sensorelements 110 und des entsprechenden weiteren magnetoresistiven Sensorelements 110' (nahezu) unabhängig von dem externen Magnetfeld ist. Ist nun die an dem ersten Versorgungsanschluss 180 bereitgestellte (positive) Versorgungsspannung ebenfalls konstant, so fließt unabhängig von dem externen Magnetfeld (nahezu) durch die beiden Serienschaltungen jeweils ein konstanter Strom, so dass das an dem betreffenden Mittelabgriff 250 anliegende Potential eine Abhängigkeit von dem äußeren Magnetfeld aufweist, die von der (optionalen) Auswerteschaltung 200 über den Schalter 120 erfasst und weiterverarbeitet werden kann.
Wird das in 6 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 beispielsweise im Rahmen eines Winkelsensors eingesetzt, bei dem ein (Permanent-)Magnet, wie er beispielsweise in 2 gezeigt ist, oberhalb der Magnetfelderfassungsanordnung rotieren, so weist das Potential an dem Mittelabgriff 250 einen periodischen Verlauf mit einem Periodenwinkel von 180° auf. Das Potential am Mittelabgriff 250 weist hierbei aufgrund der oben beschriebenen nahezu identischen maximalen und minimalen Widerstandswerte der magnetoresistiven Sensorelemente 110 und der weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110' der Serienschaltung einen Wert von etwa der Hälfte der an dem ersten Versorgungsanschluss 180 anliegenden (positiven) Versorgungsspannung auf, wenn der (Permanent-)Magnet senkrecht bzw. in einem Winkel von 90° zu den beiden im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen der magnetoresistiven Sensorelemente 110 und der weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110' ausgerichtet ist.
Sind die maximalen und die minimalen Widerstandswerte der magnetoresistiven Sensorelemente 110 und der weiteren magnetoresistiven Sensorelemente 110' nicht identisch, ist es gegebenenfalls ratsam, im Rahmen der Auswerteschaltung 200 eine entsprechende Kompensation bzw. Berücksichtigung der entstehenden Effekte zu implementieren.
7 zeigt ein erstes Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 in Form einer Vollbrückenschaltung. Das in 7 gezeigte Beispiel unterscheidet sich hierbei von dem in 6 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 nur sehr geringfügig. Zusätzlich zu den bereits in 6 gezeigten Objekten weist das in 7 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ein Widerstandselement 240, das mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 verbunden ist, und ein weiteres Widerstandselement 240' auf, das direkt mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190 verbunden ist. Das Widerstandselement 240 und das weitere Widerstandselement 240' sind weiterhin über einen Mittelabgriff 250-3 miteinander verbunden, so dass das Widerstandselement 240 und das weitere Widerstandselement 240' zusammen mit dem Mittelabgriff 250-3 eines Serienschaltung bilden, die zwischen den ersten Versorgungsanschluss 180 und den zweiten Versorgungsanschluss 190 parallel zu den magnetoresistiven Sensorelementen 110-1, 110-2, 110'-1, 110'-2 geschaltet ist.
Ein Unterschied zu dem in 6 beschriebenen Beispiel ergibt sich bei dem in 7 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 bezüglich der Auswerteschaltung 200. Im Gegensatz zu dem in 6 gezeigten Beispiel ist bei dem in 7 gezeigten Beispiel die Auswerteschaltung 200 nicht nur über den Schalter 120 mit der Serienschaltung des ersten magnetoresistiven Sensorelements 110-1 und des Weiteren magnetoresistiven Sensorelements 110'-1 einerseits und der Serienschaltung des zweiten magnetoresistiven Sensorelements 110-2 und des zweiten weiteren magnetoresistiven Sensorelements 110'-2 anderseits verbunden, sondern darüber hinaus ebenfalls über einen weiteren Anschluss mit dem Mittelabgriff 250-3 der beiden Widerstandselemente 240, 240'.
Aufgrund des zusätzlichen Hinzutretens der beiden Widerstandselemente 240, 240' und des Anschluss des Mittelabgriffs 250-3 der beiden Widerstandselemente 240, 240' an die Auswerteschaltung 200 stellt das in 7 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 das erste Beispiel in Form einer Vollbrückenschaltung dar. Hierbei bilden die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110'-1 zusammen mit dem Mittelabgriff 250-1 eine erste Halbbrückenschaltung 270-1, die magnetoresistiven Sensorelemente 110-2, 110'-2 zusammen mit dem Mittelabgriff 250-2 eine zweite Halbbrückenschaltung 270-2 und die Serienschaltung der Widerstandselemente 240, 240' zusammen mit dem Mittelabgriff 250-3 eine dritte Halbbrückenschaltung 270-3. Abgesehen von diesen Änderungen bzw. zusätzlichen Merkmalen und Objekten unterscheidet sich, wie bereits erwähnt, das in 7 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 nicht von dem in 6 gezeigten Beispiel, weshalb hiermit explizit auf die entsprechenden Abschnitte der Beschreibung bezüglich des in 6 gezeigten Beispiels verwiesen wird.
Wird über den ersten Versorgungsanschluss 180 und den zweiten Versorgungsanschluss 190 des Magnetfeldsensorbauelements 100 der Vollbrückenschaltung über eine in 7 nicht gezeigte Stromquelle ein Strom aufgeprägt oder über den ersten Versorgungsanschluss 180 und den zweiten Versorgungsanschluss 190 von einer ebenfalls in 7 nicht gezeigten Spannungsquelle eine Spannung an das Magnetfeldsensorbauelement 100 angelegt, so kann über eine entsprechende Programmierung, Einstellung, oder Präparation des Schalters 120 eine der beiden Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 mit den magnetoresistiven Sensorelementen 110 zusammen mit der Halbbrückenschaltung 270-3 der beiden Widerstandselemente 240 an die Auswerteschaltung 200 zu einer Vollbrückenschaltung verschaltet werden.
Hierdurch ist es möglich, die Auswerteschaltung 200 beispielsweise so auszulegen, dass diese zur weiteren Verarbeitung und Auswertung der von der Vollbrückenschaltung erhaltenen (Spannungs-)Signale beispielsweise ein Differenzsignal heranzieht. Das Differenzsignal kann hierbei durch eine Differenzbildung zwischen einem Signal, das je nach Schalterstellung des Schalters 120 von dem Mittelabgriff 250-1 der Halbbrückenschaltung 270-1 oder von dem Mittelabgriff 250-2 der Halbbrückenschaltung 270-2 der Auswerteschaltung 200 bereitgestellt wird, und einem Signal, das die Auswerteschaltung 200 von dem Mittelabgriff 250-3 der Halbbrückenschaltung 270-3 erhält, erhalten werden.
Je nach Auslegung der einzelnen Widerstandselemente 240, 240' und magnetoresistiven Sensorelemente 110 kann so eine Verschiebung des von den Mittelabgriffen 250-1 bzw. 250-2 erhaltenen (Spannungs-)Signal teilweise oder vollständig kompensiert werden. Weisen beispielsweise die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110'-1, 110-2, 110'-2 jeweils (nahezu) identische maximale und minimale Widerstandswerte bezüglich einer Variation des äußeren Magnetfeldes im Falle eines homogenen Magnetfeldes auf und weisen darüber hinaus die beiden Widerstandselemente 240, 240' beispielsweise keine oder nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit ihrer Widerstandswerte von einem äußeren Magnetfeld auf, wobei die Widerstandswerte der beiden Widerstandselemente 240, 240' einem Mittelwert des maximalen und des minimalen Widerstandswertes der magnetoresistiven Sensorelemente 110 entspricht, weist das von der Auswerteschaltung 200 erzeugte Differenzsignal einerseits im Falle einer Rotation des äußeren Magnetfeldes eine periodische Veränderung mit einer Periode des Drehwinkels des äußeren Magnetfeldes von 180° auf.
Andererseits zeigt das Differenzsignal aufgrund der beschriebenen Auslegung der Widerstandselemente 240 und der magnetoresistiven Sensorelemente 110 bezüglich ihrer Widerstandswerte und aufgrund der bereits im Zusammenhang mit 6 diskutierten charakteristischen Magnetfeldrichtung der magnetoresistiven Sensorelemente, die wiederum durch die Pfeile 170 schematisch in 7 dargestellt sind, eine (nahezu) verschwindende Verschiebung bzw. einen (nahezu) verschwindenden Signalwert im Falle einer Orientierung des externen Magnetfeldes in einem rechten Winkel (90°) bezüglich der Orientierungen der charakteristischen Magnetfeldrichtungen der magnetoresistiven Sensorelemente 110. Mit anderen Worten weist das von der Auswerteschaltung 200 erzeugte Differenzsignal auf Basis der beiden Signale der Halbbrückenschaltungen 270-1 bzw. 270-2 und 270-3 eine Offset-Kompensation bzw. Nullpunkt-Korrektur auf, so dass das Verhältnis der Modulation des Differenzsignals hervorgerufen durch die Änderung des externen Magnetfeldes im Verhältnis zu einem bezogen auf alle möglichen Orientierungen des externen Magnetfeldes erhaltenen Mittelwertes des Differenzsignals eine signifikante Steigerung gegenüber dem Signalverlauf des in 6 gezeigten Beispiels aufweist.
Das in 7 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 stellt somit erneut einen Winkelsensor mit einem Winkelbereich von 180° dar. Liegen andere als die oben skizzierten Verhältnisse der Widerstandswerte der Widerstandselemente und der magnetoresistiven Sensorelemente vor, können Abweichungen hiervon beispielsweise durch eine Implementierung entsprechender Korrekturen im Rahmen der Auswerteschaltung 200 im Rahmen der Weiterverarbeitung kompensiert werden.
Das in 7 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ermöglicht also durch eine entsprechende Betätigung, Programmierung, Präparation oder sonstige Einstellung des Schalters 120 einen magnetisch-wirksamen Messpunkt durch Auswahl einer der beiden Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 auf einem Träger, auf dem die magnetoresistiven Sensorelemente 110 angeordnet sind, räumlich zu verschieben. Durch Auswahl einer der Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 unterschiedliche Magnetfelderfassungsanordnungen aktiv geschaltet werden, um so den magnetisch-wirksamen Messpunkt der Magnetfelderfassungsanordnung räumlich zu verschieben.
Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem magnetisch-wirksamen Messpunkt ein (räumlicher) Punkt verstanden, der einen zentralen Punkt der jeweils aktiven Magnetfelderfassungsanordnung charakterisiert. Im Falle eines einzelnen magnetoresistiven Sensorelements 110 liegt dieser im Allgemeinen unmittelbar im Bereich des entsprechenden magnetoresistiven Sensorelements 110. Anders ausgedrückt liegt ein jeweils magnetisch-wirksamer Messpunkt im Falle der in den 1, 3a, 3b, 4, 5a und 5b gezeigten Beispiele jeweils etwa im Bereich des durch den Schalter 120 aktivgeschalteten magnetoresistiven Sensorelements 110. Je nach konkreter Ausgestaltung und Implementierung der magnetoresistiven Sensorelemente 110 kann es dabei vorkommen, dass der magnetisch-wirksame Messpunkt selber nicht direkt in dem oder an dem magnetoresistiven Sensorelement liegt, da, wie bereits erläutert wurde, beispielsweise im Bereich von GMR-Elementen häufig mäanderförmige Strukturen zum Einsatz kommen, so dass der magnetisch-wirksame Messpunkt im Bereich zwischen den eigentlichen Strukturen des GMR-Elements liegt.
Da typischerweise TMR-Elemente höhere elektrische Widerstandswerte aufweisen als GMR-Elemente gleicher Größe, können TMR-Elemente im Allgemeinen kleiner ausgeführt werden, so dass eine Implementierung in Form einer mäanderförmigen Struktur üblicherweise entfallen kann. Aus diesem Grund liegt im Falle einer Verwendung eines TMR-Elements daher häufig der magnetisch-wirksame Punkt bei Verwendung eines einzigen TMR-Elements im Rahmen einer Magnetfelderfassungsanordnung unmittelbar in dem bzw. an dem entsprechenden TMR-Element.
Im Falle einer Serienschaltung zweier magnetoresistiver Sensorelemente, wie dies die Beispiele in den 6 und 7 gezeigt haben, liegt der magnetisch-wirksame Messpunkt im Allgemeinen im Bereich einer (gedachten) Verbindungslinie zwischen den betreffenden magnetoresistiven Sensorelementen. Die genaue Lage des magnetisch-wirksamen Messpunktes kann hierbei von weiteren Parametern, beispielsweise den elektrischen Widerstandswerten der betreffenden magnetoresistiven Sensorelemente, abhängen. Im Falle identischer oder nahezu identischer elektrischer Widerstandswerte liegt so beispielsweise im Falle einer Aktivierung der Halbbrückenschaltung 270-1 durch den Schalter 120 bei dem in 7 gezeigten Beispiel etwa in der Mitte der (gedachten) Verbindungslinie zwischen dem magnetoresistiven Sensorelement 110-1 und dem weiteren magnetoresistiven Sensorelement 110'-1. Entsprechendes gilt bei dem in 7 gezeigten Beispiel auch für den magnetisch-wirksamen Messpunkt im Falle einer Aktivierung der Halbbrückenschaltung 270-2 durch den Schalter 120. Der Übersichtlichkeit halber sind in 7 die magnetisch-wirksamen Messpunkte nicht eingezeichnet.
8 zeigt ein Schaltbild eines ersten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit einer Vollbrückenschaltung, bei der die jeweiligen Halbbrückenschaltungen alle magnetoresistive Sensorelemente umfassen. Das in 8 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements ähnelt dem in 7 gezeigten Beispiel, unterscheidet sich jedoch in einigen Punkten von dem in 7 gezeigten. So ist bei dem in 8 gezeigten Beispiel an einen ersten Versorgungsanschluss 180 eine Halbbrückenschaltung 270 angeschlossen, die ein magnetoresistiven Sensorelement 110'-2 und ein magnetoresistiven Sensorelement 110-3 umfasst. Die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-2 und 110-3 sind hierbei über einen Mittelabgriff 250-2 in Serie geschaltet. Die Halbbrückenschaltung 270 ist weiter, genauer gesagt über das magnetoresistive Sensorelement 110-3, mit einem zweiten Versorgungsanschluss 190 verbunden. Der Mittelabgriff 250-2 der Halbbrückenschaltung 270 ist mit einer Auswerteschaltung 200 verbunden. Die Halbbrückenschaltung 270 des in 8 gezeigten Beispiels ersetzt somit die Halbbrückenschaltung 270-3 des in 7 gezeigten Beispiels, indem die Widerstandselemente 240, 240' des Beispiels aus 7 gegen magnetoresistive Sensorelemente 110'-2 und 110-3 ersetzt wurden, wobei die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-2, 110-3 im Wesentlichen entgegengesetzt verlaufende charakteristische Magnetfeldrichtungen aufweisen, wie sie auch durch die Pfeile 170'-2 und 170-3 in 8 dargestellt sind.
Eine zweite Halbbrückenschaltung, die zusammen mit der Halbbrückenschaltung 270 die Vollbrücke des in 8 dargestellten Beispiels erzeugt, ist ebenfalls zwischen den ersten Versorgungsanschluss 180 und den zweiten Versorgungsanschluss 190 geschaltet. Genauer gesagt umfasst diese Halbbrückenschaltung, die in 8 der Übersichtlichkeit halber nicht markiert ist, ein magnetoresistives Sensorelement 110'-1, dessen charakteristische Magnetfeldrichtung durch den Pfeil 170'-1 in 8 eingezeichnet und mit der des magnetoresistiven Sensorelements 170'-2 im Wesentlichen übereinstimmt, und einen Mittelabgriff 250-1, der mit der Auswerteschaltung 200 verbunden ist. Hierbei ist das magnetoresistive Sensorelement 110'-1 zwischen den zweiten Versorgungsanschluss 190 und den Mittelabgriff 250-1 geschaltet.
Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Beispiel ist bei dem in 8 gezeigten Beispiel ein Schalter 120 direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 verbunden. Ein erster Anschluss des Schalters 120 ist weiter mit einem magnetoresistiven Sensorelement 110-1 und dem Mittelabgriff 250-1 verbunden. Entsprechend ist ein zweiter Anschluss des Schalters 120 mit einem magnetoresistiven Sensorelement 110-2 und dem Mittelabgriff 250-1 verbunden. Je nach Schalterstellung des Schalters 120 ermöglicht dieser gegebenenfalls eine austauschbare Verschaltung der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 in die Magnetfelderfassungsanordnung. Alternativ kann es sich bei dem Schalter 120, wie bereits zuvor diskutiert wurde, auch um einen Schalter handeln, der nur ein einmaliges „Schalten” durch ein einmaliges Lösen oder Verbinden ermöglicht. Konkrete Beispiele eines solchen Schalters 120 werden im Zusammenhang mit den 13a–13d näher erläutert. Je nach Schalterstellung des Schalters 120 wird also das magnetoresistive Sensorelement 110-1 oder das magnetoresistive Sensorelement 110-2 in die Halbbrückenschaltung, die darüber hinaus den Mittelabgriff 250-1 und das magnetoresistive Sensorelement 110'-1 umfasst, geschaltet.
Im Unterschied beispielsweise zu dem in 7 gezeigten Beispiel ermöglicht der Schalter 120 des in 8 gezeigten Beispiels auch im Falle einer Verwendung einer Vollbrückenschaltung einen gezielten Austausch eines magnetoresistiven Sensorelements 110 gegen ein anderes innerhalb einer Halbbrückenschaltung. Mit anderen Worten kann bei dem in 8 gezeigten Beispiel durch den Schalter 120 eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 oder 110-2 in die Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltet werden.
Im Falle einer Vollbrückenschaltung, wie sie in 8 gezeigt ist, ergibt sich ein magnetisch-wirksamer Messpunkt im Wesentlichen als Schnittpunkt zweier (gedachter) Verbindungslinien zwischen den beteiligten magnetoresistiven Sensorelementen der entsprechenden Vollbrückenschaltung. Genauer gesagt ergibt sich bei dem in 8 dargestellten Beispiel ein magnetisch-wirksamer Messpunkt 280-1 im Bereich eines Schnittpunktes einer Verbindungslinie zwischen den magnetoresistiven Sensorelementen 110'-1 und 110'-2 und einer Verbindungslinie zwischen den magnetoresistiven Sensorelementen 110-3 und 110-1 im Falle einer elektrischen Verschaltung des magnetoresistiven Sensorelements 110-1 durch den Schalter 120 in die Magnetfelderfassungsanordnung. Entsprechend ergibt sich im Falle einer Verschaltung des magnetoresistiven Sensorelements 110-2 durch den Schalter 120 in die Magnetfelderfassungsanordnung ein magnetisch-wirksamer Messpunkt 280-2 im Bereich eines Schnittpunktes der Verbindungslinie der magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 und 110'-2 sowie einer Verbindungslinie zwischen den magnetoresistiven Sensorelementen 110-3 und 110-2. In 8 sind die entsprechenden Verbindungslinien gepunktet eingezeichnet.
Das in 8 gezeigte Beispiel illustriert so, dass einerseits bei komplexeren Brückenschaltungen einzelne magnetoresistive Sensorelemente innerhalb einer Hallbrückenschaltung einer Vollbrückenschaltung in die Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar sind. Darüber hinaus illustriert das in 8 gezeigte Beispiel, dass durch eine entsprechend enge räumliche Anordnung der magnetoresistiven Sensorelemente 110 eine geringe, feine Verschiebung eines magnetisch-wirksamen Messpunktes auf dem Magnetfeldsensorbauelement 100 realisiert werden kann, wie dies ein Vergleich der beiden magnetisch-wirksamen Messpunkte 280-1 und 280-2 in 8 illustriert. Insbesondere ermöglicht das in 8 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 eine wesentlich feinere Verschiebung des resultierenden magnetisch-wirksamen Messpunktes 280 dadurch, dass im Gegensatz zu dem in 7 gezeigten Beispiel nicht Halbbrücken in einer Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar sind, sondern einzelne magnetoresistive Sensorelemente 110 in eine Halbbrückenschaltung und damit in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrische verschaltbar sind.
9a zeigt ein Schaltbild eines weiteren Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 in Form einer Vollbrückenschaltung. Das in 9a gezeigte Beispiel ähnelt in der Grundstruktur dem bereits in 7 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100. Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Beispiel, bei dem die Halbbrückenschaltungen 270-1 und 270-2 jeweils eine Serienschaltung zweier magnetoresistiver Sensorelemente 110 umfassen und bei dem die Halbbrückenschaltung 270-3 eine Serienschaltung zweier Widerstandselemente 240 umfasst, ist bei dem in 9a gezeigten Beispiel jeweils ein magnetoresistives Sensorelement mit einem Widerstandselement und einem entsprechenden Mittelabgriff in Serie geschaltet. Darüber hinaus unterscheiden sich die Schaltungen der Beispiele in den 7 und 9a jedoch nicht, weshalb an dieser Stelle wiederum auf die entsprechenden Teile der Beschreibung von 7 verwiesen wird.
Genauer gesagt unterscheidet sich das in 9a gezeigte Magnetfeldsensorbauelement 100 darin, dass die Halbbrückenschaltungen 270 nunmehr jeweils ein magnetoresistives Sensorelement 110 und ein Widerstandselement 240 umfassen. Hierbei sind die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 und 110' jeweils direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 gekoppelt, während die Widerstandselemente 240 direkt mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190 gekoppelt sind. Die magnetoresistiven Sensorelemente 110 weisen hierbei charakteristische Magnetfeldrichtungen auf, die durch die Pfeile 170 in 9a dargestellt sind. So weisen insbesondere die magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 und 110-2 eine im Wesentlichen parallele charakteristische Magnetfeldrichtung auf, während das magnetoresistive Sensorelement 110' eine im Wesentlichen zu den charakteristischen Magnetfeldrichtungen der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 entgegengesetzte charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist, wie dies auch der Pfeil 170' in 9a illustriert.
9b zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 9a gezeigten Beispiel nur dadurch unterscheidet, dass einerseits die Reihenfolge der magnetoresistiven Sensorelemente 110 und die Widerstandselemente 240 bezüglich ihrer Anschlussreihenfolge an den ersten Versorgungsanschluss 180 und den zweiten Versorgungsanschluss 190 vertauscht sind. So sind die magnetoresistiven Sensorelemente 110 an den zweiten Versorgungsanschluss 190 direkt angeschlossen, während die Widerstandselemente 240 direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 gekoppelt sind. Darüber hinaus unterscheiden sich die beiden in den 9a und 9b dargestellten Beispiel noch bezüglich der in den 9a und 9b dargestellten charakteristischen Magnetfeldrichtungen, wie sie durch die Pfeile 170-1, 170-2 und 170' dargestellt sind. Genauer gesagt unterscheiden sich die beiden Beispiele darin, dass die magnetoresistiven Sensorelemente jeweils entgegengesetzt bei dem in 9b gezeigten Beispiel im Vergleich zu dem in 9a gezeigten sind.
Die Beispiele in den 9a und 9b illustrieren somit, dass es insbesondere möglich ist, auch innerhalb komplexerer Brückenschaltungen, etwa eine Vollbrückenschaltung, magnetoresistive Sensorelemente 110 mit Widerstandselementen 240, also etwa ohmschen Widerständen, die keine bzw. nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit ihres elektrischen Widerstandswertes von einem externen Magnetfeld aufweisen, zu kombinieren. Mit anderen Worten ist es nicht notwendigerweise erforderlich, magnetoresistive Brückenschaltungen im Rahmen Magnetfeldsensorbauelemente zu implementieren, die ausschließlich magnetoresistive Sensorelemente umfassen. Darüber hinaus ist es ebenfalls nicht erforderlich, magnetoresistive Sensorelemente überhaupt in Form von Brückenschaltungen im Rahmen Magnetfeldsensorbauelemente zu implementieren, wie dies die Beispiele in den 4, 5a, 5b und 6 illustriert haben. So ist es beispielsweise möglich, magnetoresistive Sensorelemente 110 zur Magnetfelderfassung auch in Reihe mit einer Stromquelle und/oder einem ohmschen Widerstand oder einem anderen Widerstandselement 240 in Reihe zu schalten, wie dies insbesondere die Beispiele in den 4, 5a und 5b zeigen.
10 zeigt ein weiteres Beispiel in Form eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das sich von dem in 7 gezeigten Beispiel nur geringfügig unterscheidet. Beide Magnetfeldsensorbauelemente 100 sind in Form einer Vollbrückenschaltung aufgebaut, bei denen durch den Schalter 120 die Mittelabgriffe 250-1, 250-2 der beiden Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 mit der Auswerteschaltung 200 elektrisch verbindbar sind. Die Halbbrückenschaltung 230-3 liefert in beiden Beispielen ein Signal, das beispielsweise zur Kompensation eines durchschnittlichen Signals der beiden Halbbrückenschaltungen 270-1 bzw. 270-2 eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund wird auf die entsprechenden Teile der Beschreibung bezüglich des in 7 gezeigten Beispiels hiermit explizit verwiesen.
Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Beispiel umfasst jedoch das in 10 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 keine Widerstandselemente 240, 240'. Die Halbbrückenschaltung 270-3 umfasst vielmehr eine Serienschaltung zweier magnetoresistiver Sensorelemente 110'-3 und 110-3, die charakteristische Magnetfeldrichtungen aufweisen, die durch die Pfeile 170'-3 und 170-3 in 10 dargestellt sind. Hierbei ist das magnetoresistive Sensorelement 110'-3 direkt mit dem ersten Versorgungsanschluss 180, das magnetoresistive Sensorelement 110-3 direkt mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190 und die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-3, 110-3 untereinander mit dem Mittelabgriff 250-3 der Halbbrückenschaltung 270-3 verbunden. Darüber hinaus weisen die magnetoresistiven Sensorelemente 110'-3 bzw. 110-3 im Wesentlichen entgegengesetzte charakteristische Magnetfeldrichtungen im Vergleich zu den magnetoresistiven Sensorelementen 110-1, 110-2 bzw. 110'-1 und 110'-2 auf, wie dies auch die Pfeile 170 in 10 illustrieren.
Das Beispiel in 10 unterscheidet sich von dem in 7 funktionell dadurch, dass das der Auswerteschaltung 200 über den Mittelabgriff 250-3 bereitgestellte (Spannungs-)Signal zur Kompensation einer Verschiebung bzw. eines durchschnittlichen Signals der Halbbrückenschaltung 270-1 bzw. 270-2 aufgrund der Verwendung magnetoresistiver Sensorelemente 110'-3, 110-3 selber eine Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld aufweist. Aufgrund der im Wesentlichen entgegengesetzten charakteristischen Magnetfeldrichtungen der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-3, 110-3 bezüglich der magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2, 110'-1, 110'-2 der Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 erhöht sich somit eine Amplitude des von der Auswerteschaltung 200 bereitgestellten und eventuell zur weiteren Verarbeitung verwendeten Differenzsignals der in der Magnetfelderfassungsanordnung verschalteten Halbbrückenschaltungen 270-3 und 270-1 bzw. 270-2. Weisen alle magnetoresistiven Sensorelemente 110 des in 10 gezeigten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 beispielsweise (nahezu) identische maximale und minimale elektrische Widerstandswerte auf, führt dies im Wesentlichen zu einer Verdoppelung der Amplitude des Differenzsignals der Auswerteschaltung 200.
Wie dies bereits im Zusammenhang mit 8 erläutert wurde, ergeben sich bei dem in 10 gezeigten Beispiel die magnetisch-wirksamen Messpunkte 280-1, 280-2 der beiden Magnetfelderfassungsanordnungen, die durch ein elektrisches Verbinden der Halbbrückenschaltungen 270-1 bzw. 270-2 über den Schalter 120 mit der Auswerteschaltung 200 realisiert werden können. Hierbei bezieht sich der magnetisch-wirksame Messpunkt 280-1 auf ein Hinzuschalten der Halbbrückenschaltung 270-1 durch den Schalter 120. Entsprechend bezieht sich der magnetisch-wirksame Messpunkt 280-2 auf ein elektrisches Verbinden der Halbbrückenschaltung 270-2. In diesem Zusammenhang ist es ratsam, erneut darauf hinzuweisen, dass die genaue Lage der magnetisch-wirksamen Messpunkte 280-1, 280-2 nicht nur von der geometrischen Positionierung bzw. der räumlichen Lage der einzelnen magnetoresistiven Sensorelemente 110 auf dem Chip, Träger, Substrat oder der isolierenden Schicht des Magnetfeldsensorbauelements 100 abhängt, sondern auch von den maximalen und/oder minimalen elektrischen Widerstandswerten der magnetoresistiven Sensorelemente 110 und anderen Parametern abhängen kann.
Ein Abstand der beiden magnetisch-wirksamen Messpunkte 280-1 und 280-2 der beiden durch den Schalter 120 realisierbarer Magnetfelderfassungsanordnungen ist also durch eine Vielzahl bauelementspezifischer Parameter bestimmt. Ein kleinster Abstand zweier magnetisch-wirksamer Messpunkte wird hierbei häufig auch als Genauigkeit der Einstellbarkeit des magnetisch-wirksamen Messpunkts 280 bezeichnet, wobei wiederum das zusammenfassende Bezugszeichen 280 für die in 10 auftretenden, aber auch in anderen Figuren auftretenden magnetisch-wirksamen Messpunkte verwendet wurde. Eine entsprechende Genauigkeit der Einstellbarkeit des magnetisch-wirksamen Messpunktes, die einfach auch nur als Genauigkeit bzw. Montagetoleranz bzw. Toleranz bezeichnet wird, liegt hierbei typischerweise bei +/–5000 μm. Genauere bzw. bessere und damit geringere Toleranzen können, je nach Anwendungsgebiet des Magnetfeldsensorbauelements, ratsam sein. Je nach Einsatzgebiets eines Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 kann es so ratsam sein, eine Genauigkeit bzw. Toleranz von weniger als +/–1000 μm, +/–500 μm, +/–50 μm oder geringer zu realisieren. Die oben angegebenen Werte können auf alle Beispiele bezüglich der Genauigkeit bzw. Toleranz der magnetisch-wirksamen Messpunkte angewendet bzw. übertragen werden. Wie bereits zuvor erläutert wurde, liegen hierbei beispielsweise im Falle von Serienschaltungen magnetoresistiver Sensorelemente die magnetisch-wirksamen Messpunkte auf der Verbindungslinie der Sensorelemente, während im Fall einzelner Sensorelemente der jeweilige magnetisch-wirksame Messpunkt geometrisch im Allgemeinen mit dem jeweiligen Sensorelement zusammenfällt.
Die in 10 eingezeichneten magnetisch-wirksamen Messpunkte 280-1, 280-2 ergeben sich idealerweise im Falle identischer magnetoresistiver Sensorelemente 110, die sich, abgesehen von ihrer jeweiligen charakteristischen Magnetfeldrichtung, in ihren elektrischen Eigenschaften, Kenngrößen und anderen Merkmalen nicht voneinander unterscheiden. Wie bereits zuvor erläutert wurde, ist es nicht notwendig, dass ein Magnetfeldsensorbauelement 100 auf eine Verwendung bzw. Implementierung identischer magnetoresistiver Sensorelemente oder auch einzelner identischer Merkmale, Kenngrößen oder physikalischen Größen angewiesen ist. Gegebenenfalls ist es in diesem Zusammenhang ratsam, entsprechende Kompensationen im Rahmen der Auswerteschaltung oder einer anderen Schaltung zu implementieren.
11 zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das dem in 8 beschriebenen Beispiel strukturell stark ähnelt. Aus diesem Grund wird hiermit auf die entsprechenden Teile der Beschreibung zu 8 verwiesen. Im Unterschied zu dem dort dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem in 11 dargestellten Beispiel um ein Magnetfeldsensorbauelement 100, das neben dem Schalter 120 einen weiteren Schalter 120' umfasst, der eine zusätzliche Möglichkeit zur Verschaltung eines magnetoresistiven Sensorelements 110 in eine Magnetfelderfassungsanordnung ermöglicht.
Genauer gesagt ist das magnetoresistive Sensorelement 110'-1 des in 8 dargestellten Beispiels im Falle des in 11 dargestellten Beispiels gegen eine Parallelschaltung zweier magnetoresistiver Sensorelemente 110'-1 und 110'-3 ersetzt worden, die beide mit dem Mittelabgriff 250-1 verbunden sind. Des Weiteren sind die beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 und 110'-3 mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des Schalters 120' verbunden, bei dem es sich ebenfalls wie bei dem Schalter 120 um einen Schalter handeln kann, der eine austauschbare Verschaltung eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1, 110'-3 in die Magnetfelderfassungsanordnung ermöglicht. Der Schalter 120' kann aber auch, wie bereits oben angedeutet wurde und im Zusammenhang mit den 13a–13d näher erläutert wird, in Form eines einmalig zu öffnenden bzw. einmalig zu schließenden Schalters implementiert sein. Der Schalter 120' ist darüber hinaus mit einem dritten Anschluss an den zweiten Versorgungsanschluss 190 direkt angeschlossen.
Darüber hinaus unterscheidet sich das in 11 dargestellte Beispiel von dem in 8 dargestellten Beispiel noch darin, dass die charakteristischen Magnetfeldrichtungen der magnetoresistiven Sensorelemente 110 jeweils eine im Vergleich zu den in 8 gezeigten magnetoresistiven Sensorelementen im Wesentlichen entgegengesetzte charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass das in dem in 11 dargestellten Beispiel neu hinzugetretene magnetoresistive Sensorelement 110'-3 eine im Wesentlichen zu der des magnetoresistiven Sensorelements 110'-1 identische charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist.
Das in 11 dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 bietet im Vergleich beispielsweise zu dem in 8 gezeigten Beispiel die Möglichkeit, eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 oder 110-2 mit einem der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 und 110'-3 zu einer Halbbrückenschaltung zu verschalten, die mit dem Mittelabgriff 250-1 mit der Auswerteschaltung 200 verbunden ist. Mit anderen Worten kann durch den Schalter 120 eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110-1 oder 110-2 und durch den Schalter 120' eines der beiden magnetoresistiven Sensorelemente 110'-1 oder 110'-3 in Form einer Halbbrückenschaltung in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltet werden. Die Magnetfelderfassungsanordnung umfasst bei dem in 11 gezeigten Beispiel weiterhin die Halbbrückenschaltung 270 mit den beiden magnetoresistiven Sensorelementen 110'-2 und 110-3.
Das in 11 gezeigte Beispiel ermöglicht so insbesondere den Vorteil, dass durch die Auswahl zweier der vier magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2, 110'-1 und 110'-3 insgesamt vier verschiedene Magnetfelderfassungsanordnungen mit mehreren magnetisch-wirksamen Messpunkten gebildet werden können. Hierdurch kann eine Verschiebung des magnetisch-wirksamen Messpunktes der Magnetfelderfassungsanordnung mit einer hohen Genauigkeit durch eine entsprechende Programmierung oder Schaltung der beiden Schalter 120, 120' erfolgen.
Darüber hinaus illustriert das in 11 dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 die Möglichkeit, dass nicht nur Halbbrückenschaltungen 270 einer Vollbrückenschaltung in eine Magnetfelderfassungsanordnung verschaltet werden können, sondern dass auch verschiedene magnetoresistive Sensorelemente 110 zu einer Halbbrückenschaltung verschaltet werden können.
12 zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, bei dem über einen Schalter 120 eine von mehreren 290-1, 290-2 in eine Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar ist. Zu diesem Zweck weist jede der in 12 dargestellten Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 jeweils eine Parallelschaltung zweier in Serie geschalteter magnetoresistiver Sensorelemente 110 auf, die jeweils an einen ersten Versorgungsanschluss 180-1, 180-2 und an einen zweiten Versorgungsanschluss 190-1, 190-2 angeschlossen sind. Jede der beiden Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 weist hierbei eine Parallelschaltung einer Halbbrückenschaltung 270-1 mit einem magnetoresistiven Sensorelement 110 mit einer ersten charakteristischen Magnetfeldrichtung und einem zweiten magnetoresistiven Sensorelement 110' mit einer zweiten charakteristischen Magnetfeldrichtung, wobei die erste charakteristische Magnetfeldrichtung und die zweite charakteristische Magnetfeldrichtung zueinander im Wesentlichen entgegengesetzt verlaufen. Hierbei ist das magnetoresistive Sensorelement 110 jeweils mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 und das magnetoresistive Sensorelement 110' mit dem zweiten Versorgungsanschluss 190 der jeweils betreffenden Vollbrückenschaltung 290 verbunden.
Darüber hinaus weist jede der beiden Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 eine weitere Halbbrückenschaltung 270-2 auf, die ihrerseits wiederum eine Serienschaltung eines magnetoresistiven Sensorelements 110' und eines magnetoresistiven Sensorelements 110 umfasst. Im Falle der Halbbrückenschaltung 270-2 ist hierbei jeweils das magnetoresistive Sensorelement 110' mit dem ersten Versorgungsanschluss 180 und das magnetoresistive Sensorelement 110 mit dem jeweils zweiten Versorgungsanschluss 190 der jeweiligen Vollbrückenschaltung 290 direkt verbunden. Jede der Halbbrückenschaltungen 270-1, 270-2 weist darüber hinaus einen Mittelabgriff 250-1 bzw. 250-2 auf, der jeweils zwischen das magnetoresistive Sensorelement 110 und das magnetoresistive Sensorelement 110' geschaltet ist.
Der Schalter 120 des in 12 dargestellten Beispiels weist zwei erste Eingangsanschlüsse, zwei zweite Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse auf. Hierbei ist der Schalter 120 so ausgelegt, dass dieser bei dem in 12 gezeigten Beispiel einen der beiden ersten Eingangsanschlüsse mit einem ersten Ausgangsanschluss und einen der beiden zweiten Eingangsanschlüsse mit einem zweiten Ausgangsanschluss elektrisch verbindbar macht. Des Weiteren sind, wie in 12 dargestellt, die Mittelabgriffe 250-1 der beiden ersten Halbbrückenschaltungen 270-1 mit den beiden ersten Eingängen des Schalters 120 verbunden. Die Mittelabgriffe 250-2 der zwei weiteren Halbbrückenschaltungen 270-2 sind jeweils mit einem zweiten Eingangsanschluss des Schalters 120 verbunden. Die beiden Ausgangsanschlüsse des Schalters 120 sind darüber hinaus jeweils mit einer Auswerteschaltung 200 verbunden. Hierdurch ist der Schalter 120 in der Lage, eine der beiden Vollbrückenschaltungen 290-1 oder 290-2 an die (optionale) Auswerteschaltung 200 elektrisch anzuschließen.
Das in 12 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ermöglicht es so, aufgrund der Verschaltung der beiden Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 mit dem Schalter 120 eine der beiden Vollbrückenschaltungen 290 in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar zu machen. Weitere Beispiele, bei denen unterschiedliche Vollbrückenschaltungen 290 in eine Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sind, werden beispielsweise im Zusammenhang mit den 17a und 17b näher erläutert und beschrieben.
Auch wenn in den 7–12 verschiedene Magnetfeldsensorbauelemente 100 in Form verschiedenster Brückenschaltungen dargestellt sind, können diese selbstverständlich nur einen kleinen Teil der verschiedenen Beispiele darstellen und abdecken. Wie die in den 7–12 gezeigten und erläuterten Beispiele demonstriert haben, können beispielsweise einzelne magnetoresistive Sensorelemente 110 in die Magnetfelderfassungsanordnungen durch die Schalter 120 elektrisch verschaltbar sein. Ebenso ist es möglich, dass Halbbrückenschaltungen 270 oder Vollbrückenschaltungen 290 entsprechend über einen Schalter 120 in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar gemacht werden. Darüber hinaus können auch kompliziertere Brückenschaltungen mit mehr als zwei Halbbrückenschaltungen 270, mit zusätzlichen, einzelnen magnetoresistiven Sensorelementen 110 oder mehreren Vollbrückenschaltungen 290 durch einen entsprechenden Schalter 120 in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar gemacht werden.
Des Weiteren können, wie auch die Beispiele in den 7–12 gezeigt haben, magnetoresistive Sensorelemente 110 mit anderen Widerstandselementen 240 elektrisch verbunden sein, so dass Halbbrückenschaltungen 270 oder Vollbrückenschaltungen 290 von Magnetfeldsensorbauelementen 100 magnetoresistive Sensorelemente 110 und/oder Widerstandselemente 240 umfassen können. Darüber hinaus können im Rahmen beispielhafter Magnetfeldsensorbauelemente 100 variierende charakteristische Magnetfeldrichtungen im Rahmen der magnetoresistiven Sensorelemente zum Einsatz kommen. Es ist somit klar, dass die verschiedenen Möglichkeiten magnetoresistiver Brückenschaltungen, also beispielsweise GMR-Brücken, im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht alle vollständig gezeigt werden können. Die in den 1 und 3 bis 12 gezeigten Beispiele können somit nur einige wenige Beispiele mit verschiedenen Brückenschaltungen illustrieren.
Darüber hinaus können Magnetfeldsensorbauelemente 100 mehrere Vollbrückenschaltungen 290 aufweisen, die beispielsweise magnetoresistive Sensorelemente 110 mit beispielsweise um 90° gedrehte charakteristische Magnetfeldrichtungen aufweisen. Entsprechende Beispiele, die unter anderem zur Messung eines Drehwinkels in einem Bereich von 360° geeignet sind, werden beispielsweise im Zusammenhang mit den 16, 17a, 17b, 18, 19 und 20a–20d beschrieben und erläutert.
Die 13a–13d zeigen Beispiele eines Schalters 120, wie er im Rahmen der bisher erläuterten Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements 100 zum Einsatz kommen kann. Genauer gesagt zeigt 13a hierbei einen Schalter oder auch Multiplexer 120, der einen ersten Anschluss 120a, einen zweiten Anschluss 120b und einen dritten Anschluss 120c aufweist, wobei der Schalter 120 derart ausgebildet ist, dass der dritte Anschluss 120c mit einem der beiden Anschlüsse 120a oder 120b elektrisch verbindbar oder verschaltbar ist. Ein solcher Schalter 120 bzw. Multiplexer 120 kann beispielsweise mit Hilfe von Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren realisiert werden. Entsprechende Schalter können auch in komplexerer Transistortechnologie, beispielsweise in CMOS-Technologie (CMOS = komplementärer Metalloxid-Halbleiter), einfacher MOS-Technologie (MOS = metal oxide semiconductor = Metalloxidhalbleiter) oder in BiCMOS-Schaltungen (BiCMOS = bipolar-CMOS) realisiert werden. Des Weiteren kann ein Schalter bzw. Multiplexer 120, wie er in 13a dargestellt ist, auch mit Hilfe komplexerer Schaltungen, die beispielsweise Operationsverstärker umfassen, realisiert werden.
13b zeigt eine weiteres Beispiel eines Schalters 120 mit einem ersten Anschluss 120a, einem zweiten Anschluss 120b und einem dritten Anschluss 120c, bei dem ebenso wie bei dem in 13a gezeigten Schalter 120 der dritte Anschluss 120c mit einem oder beiden Anschlüssen 120a oder 120b verbindbar ist. Im Unterschied zu dem in 13a gezeigten Schalter 120 handelt es sich bei dem in 13b gezeigten Schalter 120 jedoch um einen Schalter, der nicht eine austauschbare Verschaltung des ersten Anschlusses 120a oder des zweiten Anschlusses 120b an den dritten Anschluss 120c ermöglicht. Bei dem in 13b gezeigten Schalter 120 handelt es sich vielmehr um einen Schalter, der eine einmalig zu lösende metallische Verbindung in Form zweier als Sicherungen in 13b eingezeichneter Widerstandselemente 122-1 und 122-2 umfasst. Die beiden Widerstandselemente 122-1 und 122-2 bzw. die beiden Sicherungen 122-1 und 122-2 sind jeweils an einen der beiden Anschlüsse 120a bzw. 120b direkt angeschlossen. Darüber hinaus sind die beiden Widerstandselemente 122-1 und 122-2 mit dem dritten Anschluss 120c des Schalters 120 verbunden.
Um nun eine der beiden metallischen oder leitfähigen Verbindungen zwischen dem ersten Anschluss 120a und dem dritten Anschluss 120c bzw. dem zweiten Anschluss 120b und dem dritten Anschluss 120c des Schalters 120 dauerhaft zu lösen, sind bei dem in 13b dargestellten Beispiel eines entsprechenden Schalters 120 mit beiden Anschlüssen der Sicherungen 122-1 und 122-2 Anschlüsse 124-1 bzw. 124-2 verbunden, so dass über die zu einer der beiden Sicherungen 122 gehörenden zusätzlichen Anschlüsse 124 ein Strom der Sicherung 122 aufgeprägt werden kann, der zu einem Durchschmelzen bzw. zu einem permanenten Lösen der metallischen oder leitfähigen Verbindung der Sicherung 124 führt.
13c zeigt ein weiteres Beispiel eines Schalters 120, bei dem zwischen den ersten Anschluss 120a und den dritten Anschluss 120c ein erstes zusätzliches Widerstandselement 122-1 und zwischen den zweiten Anschluss 120b und den dritten Anschluss 120c ein zweites zusätzliches Widerstandselement 122-2 geschaltet ist. Je nach konkreter Ausgestaltung der zusätzlichen Widerstandselemente 122-1 bzw. 122-2, die im weiteren Verlauf als zusätzliches Widerstandselement 122 zusammenfassend bezeichnet werden, kann durch eine entsprechende Behandlung der zusätzlichen Widerstandselemente 122 ihr elektrischer Widerstandswert erhöht oder erniedrigt werden. Ist die durch die entsprechende Behandlung hervorgerufene Widerstandsänderung der zusätzlichen Widerstandselemente 122 hinreichend groß, kann, je nach Ausgestaltung der zusätzlichen Widerstandselemente 122, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 120a und dem dritten Anschluss 120c bzw. zwischen dem zweiten Anschluss 120b und dem dritten Anschluss 120c unterbrochen oder erstellt werden.
Zusätzliche Widerstandselemente 122, die durch eine entsprechende Behandlung zu einer Erhöhung ihres elektrischen Widerstands führen, stellen beispielsweise die bereits in 13b gezeigten Sicherungen dar, die durch Beaufschlagen mit einem entsprechend hohen Stromwert bzw. Spannungswert gezielt zerstört werden können. Hierdurch steigt der elektrische Widerstandswert dieser schlagartig signifikant an. Entsprechend kann auch beispielsweise durch Lichteinstrahlung, durch Ionen- oder Elektronenbeschuss eine entsprechende Bindung unterbrochen bzw. gelöst werden.
Je nach konkreter Ausgestaltung des Schalters 120 kann es sich hierbei beispielsweise um eine metallische Verbindung oder eine halbleitende Verbindung handeln. Mit anderen Worten kann eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 120a und dem dritten Anschluss 120c bzw. dem zweiten Anschluss 120b und dem dritten Anschluss 120c durch eine lokale Überhitzung, eine physikalische Zerstörung oder eine physikalische Veränderung der Eigenschaften der entsprechenden Widerstandselemente erzielt werden. Beispiele hierfür stellen eine Bestrahlung mittels Laserlicht, eine Beaufschlagung mittels Strom oder ein Beschuss mit Ionen oder Elektronen dar.
Eine entsprechende einmalig zu erzeugende bzw. zu erzeugende bzw. zu verbindende Verbindung kann auch durch Widerstandselemente 122 dadurch erzielt werden, dass beispielsweise in eine Halbleiterschicht, die in dem Schalter 120 umfasst ist, beispielsweise durch Ionenimplantation oder durch einen fokussierten Ionenstrahl (focus ion beam) eine Dotierung derart verändert wird, dass ein elektrischer Leitwert der zusätzlichen Widerstandselemente 122 steigt bzw. ihr elektrischer Widerstandswert sinkt. Eine weitere Möglichkeit, eine Erhöhung eines elektrischen Leitwertes in den zusätzlichen Widerstandselementen 122 zu erzielen, besteht beispielsweise darin, mittels Elektronenbeschuss oder Ionenbeschuss Defekte in dem betreffenden zusätzlichen Widerstandselement 122 zu erzeugen, die zu einer Freisetzung von Ladungsträgern und damit zu einer Erniedrigung ihres elektrischen Widerstandswertes führen können. Anwendbar ist beispielsweise eine solche Technologie im Bereich zusätzlicher Widerstandselemente 122, die ein epitaktisches oder polymorphes Halbleitermaterial, also etwa Silizium oder Poly-Silizium, umfassen.
13d zeigt ein weiteres Beispiel eines Schalters 120, der eine einmalig zu verbindende bzw. zu erzeugende Verbindung ermöglicht. Genauer gesagt zeigt 13d einen Schalter 120, der wiederum einen ersten Anschluss 120a, einen zweiten Anschluss 120b und einen dritten Anschluss 120c umfasst, wobei die Anschlüsse 120a, 120b, 120c jeweils mit einer Kontaktfläche 126a, 126b, 126c verbunden sind. Eine einmalig herzustellende Verbindung kann beispielsweise im Rahmen eines Bondprozesses zwischen den Kontaktflächen 126 der betreffenden Anschlüsse des Schalters 120 erzeugt werden. 13d zeigt so eine elektrische Verbindung mittels eines Bonds bzw. einer leitfähigen Brücke 128, die den Anschluss 120a über die Kontaktfläche 126a und der Kontaktfläche 126c mit dem dritten Anschluss 120c des Schalters 120 verbindet. Anstelle einer leitfähigen Brücke 128, die im Rahmen eines Bondprozesses erzeugt wurde, kann alternativ beispielsweise auch im Rahmen eines Dünnschichtprozesses eine metallische Verbindung als leitfähige Brücke 128 zwischen den betreffenden Kontaktflächen 126 des Schalters erzeugt werden. Eine Möglichkeit hierfür stellt beispielsweise eine Verwendung eines photosensitiven Polyimids dar, auf das mit Hilfe eines Abscheidungsprozesses ein Metallfilm aufgebracht wird. Alternativ kann beispielsweise auch ein mit einem Strukturierungsverfahren strukturierbares Harz oder eine andere isolierende Verbindung eingesetzt werden.
Auch wenn der Schalter 120, wie er im Rahmen der 13a–13d sowie in den 1, 3a–11 jeweils nur einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss aufweist, wobei der dritte Anschluss mit wenigstens einem der beiden anderen Anschlüsse elektrisch verbindbar ist, können in Beispielen der Magnetfeldsensorbauelemente 100 auch mehr als zwei magnetoresistive Sensorelemente 110, Halbbrückenschaltungen 270 oder Vollbrückenschaltungen 290 in eine Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sein, so dass ein entsprechender Schalter 120 mehr als nur zwei Anschlüsse aufweisen kann, die mit einem weiteren Anschluss elektrisch verbindbar sind. Beispiele hierfür stellen unter anderem Winkelsensoren dar, die im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung näher erläutert werden.
In den 14a und 14b sind zwei Beispiele einer konkreten Implementierung eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit einer entsprechenden Auswerteschaltung 200 dargestellt. 14a zeigt hierbei ein Beispiel einer diskreten Lösung, bei dem ein Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit einem magnetoresistiven Sensorelement 110 mit eine Auswerteschaltung elektrisch verbunden ist, die ihrerseits wiederum als diskretes Bauelement in Form einer integrierten Schaltung, beispielsweise einer CMOS-Schaltung, ausgeführt ist.
Das in 14a gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 weist auf einem Träger 300, der beispielsweise ein isolierendes Material, ein halbleitendes Material, ein keramisches Material oder ein anderes Material umfassen kann, das magnetoresistive Sensorelement 110 auf, das beispielsweise über eine leitfähige, metallische Leiterbahn 310 mit einer Kontaktfläche bzw. einem sogenannten Bond-Pad 320 verbunden ist. Auf dem Bond-Pad 320 ist eine elektrisch leitfähige Drahtbrücke, ein sogenannter Bond-Draht 330 aufgebracht, der eine elektrisch leitfähige Verbindung zu einer weiteren Kontaktfläche bzw. einem weiteren Bond-Pad 340 der Auswerteschaltung 200 ermöglicht. Zu diesem Zweck ist der Bond-Draht 330 ebenfalls mit dem weiteren Bond-Pad 340 der Auswerteschaltung 200 verbunden. Das Bond-Pad 340 ist von den darunter liegenden Schichten der integrierten Schaltung durch eine isolierende Schicht 350 getrennt, wobei das weitere Bond-Pad 340 mit den darunter liegenden Elementen der Auswerteschaltung 200 über eine vertikal verlaufende metallische Verbindung, ein sogenanntes Via 360, verbunden ist. Das Via 360 verbindet hierbei das Bond-Pad 340 mit einer Metallisierungslage 370 bzw. einer Metallstruktur 370, über die die weiter unter in der Auswerteschaltung 200 liegenden Strukturen und Objekte beispielsweise elektrisch kontaktiert werden können. Die Metallstrukturen 370 grenzen hierbei in ihrer Ebene an ein Verfüllmaterial 380 zur Nivilierung des Schichtpakets an, wobei das Verfüllmaterial 380 beispielsweise auch ein isolierendes Material umfassen kann.
Über ein weiteres Via 390, das in eine weitere isolierende Schicht 400 eingebettet ist, ist die Metallstruktur 370 an einen funktionellen Halbleiterbereich elektrisch verbunden, der beispielsweise die eigentlichen integrierten Schaltungen der Auswerteschaltung 200 umfasst und beispielsweise in CMOS-Technologie ausgeführt sein kann. In den funktionalen Halbleiterbereich 410 bzw. den CMOS-Bereich 410 können so beispielsweise die eigentlichen Schaltkreise der Auswerteschaltung 200 gegebenenfalls mit einem Analog/Digital-Wandler (ADC = analog/digital converter) integriert sein. Der funktionale Halbleiterbereich 410 ist darüber hinaus auf einem weiteren Träger 420 der Auswerteschaltung 200 aufgebracht.
14a zeigt somit ein Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100, das in diskreter Bauweise ausgeführt ist und an das über den Bond-Draht 330 die Auswerteschaltung 200 elektrisch angeschlossen ist, die ihrerseits als diskretes Bauelement in Form einer integrierten Schaltung realisiert ist.
14b zeigt im Unterschied hierzu ein Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 in Form eines integrierten magnetoresistiven Sensors mit einem magnetoresistiven Sensorelement 110. Das magnetoresistive Sensorelement 110 ist hierbei direkt auf einer isolierenden Schicht 350 aufgebracht und durch ein in der isolierenden Schicht 350 umfasstes Via 360 elektrisch angeschlossen. Unterhalb der isolierenden Schicht 350 ist zur weiteren Kontaktierung und gegebenenfalls um weitere Aufgaben, beispielsweise im Rahmen der Herstellung, zu erfüllen, eine Metallstruktur 370 zusammen mit einem entsprechenden Verfüllmaterial 380 angeordnet. Die Metallstruktur 370 ist über ein weiteres Via 390, das in einer weiteren isolierenden Schicht 400 umfasst ist, ebenfalls an einen funktionellen Halbleiterbereich 410 unterhalb der weiteren isolierenden Schicht 400 elektrisch angeschlossen. Der funktionelle Halbleiterbereich 410 ist des Weiteren auf einem Träger 420, beispielsweise einem halbleitenden Substrat, einer weiteren integrierten Schaltung oder auch einem anderen Substrat angeordnet.
Das in 14b dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements in Form eines integrierten magnetoresistiven Sensors unterscheidet sich somit von dem in 14a dargestellten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements in diskreter Bauweise dadurch, dass die magnetoresistiven Sensorelemente 110 zusammen mit der Auswerteschaltung auf einem Chip integriert werden und beispielsweise oberhalb der Auswerteschaltung 200, die beispielsweise in dem funktionellen Halbleiterbereich 410 umfasst ist, angeordnet sind. Anstelle einer diskreten Lösung, bei der ein Magnetfeldsensorbauelement beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Bond-Drähte 330 an die Auswerteschaltung 200 angeschlossen werden, ist es so auch möglich, die in dem in 14a gezeigten Bond-Pads 340 zumindest teilweise gegen magnetoresistive Sensorelemente 110 zu tauschen und diese mit Hilfe von Vias 360 an die weiteren Schaltungselemente anzuschließen.
Bei dem in 14b gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ist ebenso wie bei dem in 14a gezeigten Beispiel die eigentliche Schaltung bzw. die eigentlichen Schaltkreise der Auswerteschaltung in dem funktionalen Halbleiterbereich 410 bzw. im CMOS-Bereich 410 in Form integrierter Schaltungen umfasst. Darüber hinaus kann der funktionale Halbleiterbereich 410 gegebenenfalls weitere Komponenten, etwa Analog/Digital-Wandler, Widerstandselemente, Hall-Sensoren und/oder andere schaltungstechnische Elemente bzw. Sensorelemente umfassen. Bei dem in 14b gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 kann so beispielsweise der Schalter, der mit den wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelementen 110 verschaltet ist und wenigstens ein magnetoresistives Sensorelement der wenigstens zwei magnetoresistiven Sensorelemente in eine Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar macht, ebenfalls in dem funktionellen Halbleiterbereich 410 umfasst sein.
In einem Beispiel eines integrierten magnetoresistiven Sensors 100, wie er in 14b dargestellt ist, kann so ein Hall-Sensor in dem funktionalen Halbleiterbereich 410 mitintegriert sein, der eine Erfassung einer Magnetfeldkomponente senkrecht zu einer Oberfläche des integrierten magnetoresistiven Sensors 100 ermöglicht. Umfasst so der integrierte magnetoresistive Sensor 100 eine magnetoresistive Sensoranordnung zur Bestimmung einer Richtung des externen Magnetfeldes in einem Winkelbereich von 360°, kann ein solcher integrierter magnetoresistiver Sensor 100 eine Richtung des externen Magnetfeldes in allen Raumrichtungen bestimmbar machen. Dies ist insbesondere deshalb möglich, weil viele magnetoresistive Sensorelemente bezüglich einer Magnetfeldrichtung, die parallel zu der Oberfläche des integrierten magnetoresistiven Sensors 100 liegt, empfindlich sind.
Mit anderen Worten ist bei dem in 14b dargestellten Beispiel in dem CMOS-Bereich 410 eine integrierte Schaltung integriert, die beispielsweise die Auswerteschaltung bzw. ihre Schaltkreise, einen oder mehrere Analog/Digital-Wandler, den Schalter und andere schaltungstechnische und/oder messtechnische Elemente umfasst. Auf dieser Schaltung ist eine isolierende Schicht bzw. eine Isolationsschicht 350 aufgebracht, auf der die magnetoresistiven Sensorelemente 110, also beispielsweise die GMR-Strukturen, beispielsweise in planarer Herstellungsweise aufgebracht bzw. angeordnet sind. Die GMR-Strukturen bzw. GMR-Sensoren bzw. magnetoresistive Sensorelemente 110 sind über einen oder mehrere Vias 360 durch die Isolationsschicht 350 mit der Auswerteschaltung in dem funktionellen Halbleiterbereich 410 verbunden.
Ein direkter Vergleich der in den 14a und 14b dargestellten Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements 100 zeigt einen großen Vorteil eines Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 in integrierter Schaltungstechnik. Während bei dem in 14a gezeigten Beispiel aufgrund der diskreten Natur des Magnetfeldsensorbauelements 100 und der Auswerteschaltung 200 bei dem dort gezeigten Beispiel der Platzbedarf bzw. Raumbedarf einer späteren Kombination eines Magnetfeldsensorbauelements 100 und der Auswerteschaltung 200 im Vergleich zu der in 14b gezeigten integrierten Lösung 100 signifikant größer ist. Diese Problematik verschärft sich insbesondere deswegen, da die Auswerteschaltung häufig einen erheblich größeren Raumbedarf bzw. Platzbedarf aufweist als ein einzelnes oder mehrere magnetoresistive Sensorelemente 100.
Anders ausgedrückt ergibt sich bei dem in 14b dargestellten Beispiel der große Vorteil, dass aufgrund des vertikalen Aufbaus von integrierter Schaltung 410 und magnetoresistiven Sensorelementen 110 auf der isolierenden Schicht 350 viel Raum für magnetoresistive Sensorelemente 110, beispielsweise in Form von magnetoresistiven Sensorelementfeldern, bereitsteht, ohne dass der endgültige Platzbedarf bzw. Raumbedarf des fertigen Sensors größer wird.
Darüber hinaus können bei den in den 14a und 14b dargestellten Beispielen zusätzliche Schichten in die entsprechenden Schichtstapel der Auswerteschaltung 200 und/oder des Magnetfeldsensorbauelements 100 bzw. des in 14b dargestellten integrierten magnetoresistiven Sensorelements integriert werden oder auf diese aufgebracht werden. Hierzu können unter anderem zusätzliche Isolationsschichten, Abdeckschichten, weitere Metallisierungsschichten und mechanische Schutzschichten gehören, wobei insbesondere letztere beispielsweise einen Schutz der magnetoresistiven Sensorelemente 110, der Leiterbahnen 310 und anderer Strukturen vor chemischen oder mechanischen Belastungen, beispielsweise vor Oxidation, bieten kann.
Die in die funktionalen Halbleiterbereiche 410 integrierten Auswerteschaltungen, aber auch die in den vorangegangenen Beispielen erläuterte Auswerteschaltung 200 kann beispielsweise in Form analoger Schaltungen, digitaler Schaltungen oder hybrider Schaltungen, die sowohl analoge als auch digitale Komponenten umfasst, ausgeführt sein. Im Falle einer reinen analogen Schaltung kann so beispielsweise die Auswerteschaltung Verstärkerelemente in Form von Transistoren oder Operationsverstärkern umfassen. Ebenso können im Falle von Magnetfelderfassungsanordnungen in Form von Brückenschaltungen analoge Differenzverstärker, beispielsweise auf Basis von Operationsverstärkerschaltungen, eingesetzt werden. Im Falle digitaler Auswerteschaltungen können diese einen oder mehrere Analog/Digital-Wandler umfassen, um eine Wandlung von analogen Signalen der magnetoresistiven Sensorelemente bzw. der Magnetfelderfassungsanordnung in digital zu verarbeitende Signale zu ermöglichen. Darüber hinaus können entsprechende digitale Schaltungen auch Prozessoren, Speicher, Speicherschaltungen, Kommunikationsschaltungen, Steuerschaltungen und andere digitale Signalprozessorschaltungen umfassen. Hybride Auswerteschaltungen, die sowohl analoge als auch digitale Schaltungsteile umfassen, können sowohl vorgenannte analoge Komponenten als auch vorgenannte digitale Komponenten umfassen. Darüber hinaus kann in die Auswerteschaltung eine Kompensation des Einflusses von Umweltfaktoren integriert werden, um beispielsweise einen Einfluss der Temperatur, des Drucks oder des Alters des Sensors kompensieren zu können.
Bevor im weiteren Verlauf weitere Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements bzw. integrierter magnetoresistiver Sensoren beschrieben werden, soll zunächst ein genereller Aufbau und eine generelle Funktionsweise eines GMR-Winkelsensors oder eines anderen magnetoresistiven Winkelsensors kurz beschrieben werden. Diese Erläuterungen werden im Zusammenhang mit dem in 15 gezeigten Blockschaltbild eines GMR-Winkelsensors 500 erläutert.
Bei dem GMR-Winkelsensor 500 werden auf einem Silizium-Chip (Si-Chip) zusätzlich magnetisch empfindliche Schichten aufgebracht, die das magnetoresistive Sensorelement bilden. Hierbei handelt es sich im Falle eines GMR-Elements vereinfacht um eine dauerhaft magnetisierte Schicht (hartmagnetische Schicht oder. einen synthetischen Antiferromagneten), eine Trennschicht, die als veränderlicher Widerstand dient, und eine weichmagnetische Schicht, die der Richtung eines externen Magneten bzw. eines externen Magnetfeldes folgt. Etwas vereinfacht dargestellt bilden diese Lagen in einer (räumlich begrenzten) Struktur das oder die GMR-Elemente. Der Widerstand der Trennschicht hängt hierbei von einem Richtungsverhältnis der Magnetisierung der dauerhaft magnetisierten Schicht und der weichmagnetisierten Schicht ab, die häufig die äußeren Schichten eines entsprechenden GMR-Elements bilden. Werden, wie zuvor in den Beispielen bereits erläutert wurde, entsprechende GMR-Elemente bzw. Stapel von Lagen (Stacks) entsprechend angeordnet, können diese im Rahmen einer Brückenschaltung, etwa einer Wheatstone'schen Brückenschaltung verschaltet werden. Eine Differenzspannung an den Mittelabgriffen der Brückenschaltungen ist dann abhängig von der Richtung des externen Magnetfeldes. Mit einer einzelnen Brückenschaltung bzw. Vollbrückenschaltung kann so ein Winkelbereich von 180° eindeutig zugeordnet werden, wie dies auch im Fall der bisher erläuterten Beispiele in den 7, 8, 9a, 9b, 10, 11 und 12 erläutert wurde. Werden nun zwei, jeweils um 90° zueinander versetzt orientierte Brückenschaltungen bzw. Vollbrückenschaltungen miteinander kombiniert, so kann mit Hilfe einer Arctan-Berechnung der volle Winkelbereich von 360° eindeutig abgedeckt werden, um eine Richtung eines externen Magnetfeldes (in einer Ebene) zu erhalten.
15 zeigt eine entsprechende Ausgestaltung eines 360°-Winkelsensors 500. Der Winkelsensor 500 weist so eine erste Vollbrückenschaltung 290-1 und eine zweite Vollbrückenschaltung 290-2 auf, wobei die erste Vollbrückenschaltung 290-1 bezüglich einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes empfindlich ist (x-Komponente) und wobei die zweite Vollbrückenschaltung 290-2 bezüglich einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes (y-Komponente) empfindlich ist. Die beiden Komponenten stehen hierbei im Wesentlichen senkrecht zueinander. Die beiden Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 sind mit ihren Mittelabgriffen jeweils an eine Auswerteschaltung 200 angeschlossen. Die Auswerteschaltung 200 umfasst hierbei einen ersten Analog/Digital-Wandler 510-1, der mit den Mittelabgriffen der ersten Vollbrückenschaltung 290-1 gekoppelt ist, und einen zweiten Analog/Digital-Wandler 510-2 auf, der mit den Mittelabgriffen der zweiten Vollbrückenschaltung 290-2 gekoppelt ist.
Die beiden Analog/Digital-Wandler 510-1, 510-2 verarbeiten hierbei die über die Mittelabgriffe der beiden Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-1 empfangenen Sensorsignale differentiell, was beispielsweise dadurch realisiert werden kann, dass die beiden Analog/Digital-Wandler 510 jeweils eine eigene Wandlerstufe für die jeweils zwei Mittelabgriffe einer der beiden Vollbrückenschaltungen 290 umfasst, so dass diese Signale der beiden Mittelabgriffe einer Vollbrückenschaltung zunächst voneinander unabhängig gewandelt bzw. konvertiert werden, um von den Analog/Digital-Wandlern 510 anschließend digital beispielsweise im Rahmen einer Differenzbildung weiter verarbeitet zu werden. Alternativ können die Analog/Digital-Wandler 510 auch eine zusätzliche analoge Eingangsstufe aufweisen, die die von den Mittelabgriffen der einzelnen Brückenschaltungen 290 erhaltenen Signale, beispielsweise mit Hilfe eines analogen Differenzverstärkers, voneinander abzieht, bevor diese durch eine Wandlerstufe des Analog/Digital-Wandlers 510 in ein digitales Signal verwandelt werden.
Die beiden Analog/Digital-Wandler 510 sind darüber hinaus mit einem digitalen Signalprozessor (DSP = digital signal processor) 520 verbunden, der die Signale der Analog/Digital-Wandler empfängt. An den digitalen Signalprozessor 520 sind darüber hinaus ein Festwertspeicher 530 (ROM = read-only memory) und ein nicht-flüchtiger Speicher 540 (EEPROM = electrically erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher) angeschlossen. So kann beispielsweise in dem Festwertspeicher 530 ein Programm zur Steuerung bzw. zur Auswertung für den digitalen Signalprozessor 520 abgespeichert sein (firmware). In dem nicht-flüchtigen Speicher 540 können bauelementspezifische Parameter oder andere Daten, wie etwa Seriennummern, Typenbezeichnungen oder Versionsnummern, abgespeichert sein.
Darüber hinaus umfasst die Auswerteschaltung 200 eine Kommunikationsschaltung 550 (SPI = serial peripheral interface = serielle Peripherieschnittstelle), die über einen bidirektionalen Bus mit dem nicht-flüchtigen Speicher 540 und über einen monodirektionalen Bus mit dem digitalen Signalprozessor 520 gekoppelt ist. Der digitale Signalprozessor 520 kann so beispielsweise über den monodirektionalen Bus ein Auswertesignal an einen Ein-/Ausgabeanschluss 560 (Data Mode) des Winkelsensors 500 ausgeben, der mit der Kommunikationsschaltung 550 über einen weiteren bidirektionalen Bus verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle 550 ist darüber hinaus mit einem Taktsignaleingang 570 gekoppelt, über den die Kommunikationsschaltung 550 ein Taktsignal (OUT CLK) empfängt. Des Weiteren weist der Winkelsensor 500 einen Masseanschluss 580 auf, an den ein Bezugspotential (GND = Ground) angelegt werden kann. Über einen Versorgungsspannungsanschluss 590 kann dem Winkelsensor 500 darüber hinaus eine (positive) Versorgungsspannung V_DD bereitgestellt werden, wobei der Versorgungsspannungsanschluss 590 an eine Versorgungsschaltung 600 des Winkelsensors 500 angeschlossen ist. Die Versorgungsschaltung 600 stellt so beispielsweise den Vollbrückenschaltungen 290-1, 290-2 über eine in 15 nicht dargestellte Verbindung Versorgungsspannungen V_DDG bereit.
16 zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 in Form eines Winkelsensors mit einem Winkelbereich von 360°. Das in 16 gezeigte Beispiel stellt genauer gesagt einen integrierten magnetoresistiven Sensor dar, bei dem die magnetoresistiven Sensorelemente als GMR-Elemente ausgeführt sind. Die Struktur des in 16 dargestellten Beispiels des Magnetfeldsensorbauelements 100 ähnelt dem in 15 gezeigten Winkelsensor sehr stark, weshalb an dieser Stelle auf die Teile der Beschreibung bezüglich des in 15 dargestellten Winkelsensors hiermit verwiesen wird. Auch bei dem in 16 gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 sind die magnetoresistiven Sensorelemente als GMR-Elemente ausgeführt. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, dass auch andere magnetoresistive Sensorelemente anstelle der in 16 gezeigten GMR-Elemente eingesetzt werden können.
Das in 16 dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 unterscheidet sich von dem in 15 gezeigten Winkelsensor 500 im Wesentlichen dadurch, dass das Magnetfeldsensorbauelement 100 eine dritte Vollbrückenschaltung 290-3 und eine vierte Vollbrückenschaltung 290-4 umfasst, wobei die dritte Vollbrückenschaltung 290-3 wie auch die erste Vollbrückenschaltung 290-1 bezüglich einer x-Komponente des externen Magnetfeldes empfindlich ist. Die vierte Vollbrückenschaltung 290-4 des in 16 gezeigten Magnetfeldsensorbauelements 100 ist, wie auch die zweite Vollbrückenschaltung 290-2, bezüglich einer y-Komponente des externen Magnetfeldes empfindlich.
Darüber hinaus weist das in 16 dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 einen ersten Schalter 120-1 und einen zweiten Schalter 120-2 auf, die mit den Analog/Digital-Wandlern 510-1, 510-2 einerseits und andererseits mit den Vollbrückenschaltungen 290 über ihre Mittelabgriffe gekoppelt sind. Hierbei sind an den Schalter 120-1 die beiden Vollbrückenschaltungen 290-1 und 290-3 angeschlossen, und an den Schalter 120-2 die beiden Vollbrückenschaltungen 290-2 und 290-4. Die beiden Schalter 120-1, 120-2 sind hierbei als Multiplexer ausgeführt, weshalb der Schalter 120-1 auch als Multiplexer für die x-Komponente des externen Magnetfeldes (MUX X) und der zweite Schalter 120-2 als Multiplexer für die y-Komponente des externen Magnetfeldes (MUX Y) bezeichnet werden. 16 zeigt somit ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit zwei Brückenpaaren. Das in 16 gezeigte Beispiel wird im Falle von GMR-Sensorelementen als magnetoresistive Sensorelemente daher auch als Multibridge-GMR-Sensor bezeichnet.
Der digitale Signalprozessor 520 kann hierbei mit den beiden Multiplexern 120-1, 120-2 über eine in 16 nicht gezeigte Verbindung verschaltet sein. In diesem Fall stellt der digitale Signalprozessor 520 eine Steuerschaltung für die beiden Schalter 120-1, 120-2 des in 16 gezeigten Beispiels dar.
17a zeigt eine schematische Darstellung eines integrierten GMR-Bausteins mit auswählbaren Brücken als Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements. Der in 17a dargestellte GMR-Winkelsensor ist hierbei so aufgebaut, dass jeweils ein vollwertiges GMR-Messbrückenpaar in einem zentralen Bereich 610 in der Mitte des Chips 620, auf dem das Beispiel des Magnetfeldsensorbauelements integriert ist, und ein weiteres GMR-Winkelmessbrückenpaar in einem Randbereich 630 am Rand des Chips 620 angeordnet ist. In 17a ist jeweils ein Brückenpaar bzw. der zugehörige Bereich, also der zentrale Bereich 610 und der Randbereich 630, als Kreis dargestellt.
17a zeigt hierbei genauer gesagt einen Einzelchip 620 mit einer sensitiven Fläche in dem zentralen Bereich 610 in der Mitte des Chips 620. Der in 17a gezeigte integrierte Winkelsensor in GMR-Technik ist bereits in ein Gehäuse 640 montiert und gebondet eingezeichnet. Das Gehäuse 640 umfasst bei dem in 17a gezeigten Beispiel sechs Anschlüsse 650-1 bis 650-6, die mit dem Chip 620 bzw. den integrierten Schaltkreisen des Chips über Bond-Drähte 660 verbunden sind. Bei der Montage des einzelnen, in 17a gezeigten Chips 620 in das Gehäuse 640 kann durch einen in 17a nicht gezeigten Wahlschalter bzw. Schalter selektiert werden, welches Brückenpaar bzw. Paar von Vollbrückenschaltungen gerade zur Messung eines externen Magnetfeldes verwendet bzw. herangezogen werden soll.
17b zeigt einen weiteren Magnetfeldsensor mit einem Doppelchip bzw. zwei Chips 620, wie er bereits bei dem in 17a gezeigten Beispiel zum Einsatz gekommen ist. Auch bei dem in 17b gezeigten Winkelsensor weisen die beiden Chips 620 jeweils einen zentralen Bereich 610 und einen Randbereich 630 auf, die jeweils ein Paar zweier Vollbrückenschaltungen zur Messung eines externen Magnetfeldes in einem Winkelbereich von 360° umfassen. Im Unterschied zu dem in 17a gezeigten Einzelchip weist jedoch der in 17b dargestellte Doppelchip ein Gehäuse 640 mit zwölf Anschlüssen 650-1 bis 650-12 auf. Die zwölf Anschlüsse 650-1 bis 650-12 sind jeweils über Bond-Drähte 660 mit den beiden Chips 620 elektrisch verbunden. Hierbei ist der in 17a gezeigte Chip 620 und die in den 17b gezeigten Chips 620 im Wesentlichen identisch.
Mit anderen Worten kann der gleiche bzw. der im Wesentlichen identische Chip 620 in zweifacher Ausführung um jeweils 180° gedreht in ein Gehäuse 640 eingepasst bzw. eingesetzt werden. Er ist somit als redundanter Winkelsensor mit zwei unabhängigen Schaltungsteilen inklusive der jeweiligen Sensoren verwendbar. Durch eine Selektion der jeweils äußeren Messbrücken in den Randbereichen 630 der beiden Chips 620, also der Messbrücken bzw. Vollbrückenschaltungen am Chiprand, durch eine entsprechende Betätigung bzw. Veränderung der Schalter der Magnetfeldsensorbauelemente kann bei dem in 17b gezeigten Doppelchip ein möglichst geringer Abstand zu einem magnetischen Mittelpunkt einer fertigen Baugruppe, die den Doppelchip umfasst, bezüglich der magnetisch-wirksamen Messpunkte erreicht werden. Können so beispielsweise bei dem in 17b gezeigten Doppelchip, bei dem jeweils die sensitive Fläche im Randbereich 630 aktiviert wurde, ein Abstand d der beiden Chips 620 zueinander von beispielsweise d = (0.2 +/– 0.1) mm erreicht werden, ergibt sich so bei Selektion der Messbrückenpaare in dem jeweiligen Randbereich 630 der beiden Chips 620 ein Abstand D der magnetisch-wirksamen Messpunkte bzw. der sensitiven Flächen in den jeweiligen Randbereichen 630 der beiden Chips von etwa 2 mm oder weniger. Bei diesem Beispiel ergibt sich somit der Vorteil, dass nur ein Magnet über den beiden Brücken in den beiden Randbereichen 630 der beiden Chips 620 rotieren bzw. gedreht werden muss. Dies bringt erhebliche Einsparungen und auch eine signifikante mechanische Erleichterung im Vergleich beispielsweise mit einer Lösung, bei der zwei Magneten synchron rotieren sollten.
Mit anderen Worten beschreiben die Beispiele, die in den 17a und 17b gezeigt sind, einen integrierten GMR-Sensor-Chip, der sowohl als Einzelchip 620 als auch als (redundanter) Doppelchip in ein Gehäuse 640 eingebaut bzw. integriert werden kann. Hierbei kann durch eine geeignete Auswahl einer der Brücken bzw. der entsprechenden Bereiche 610, 630 des Chips 620 bzw. der Chips 620 das magnetische Zentrum bzw. der magnetisch-wirksame Messpunkt in einen Bereich in der Mitte eines Bausteins gelegt werden, der im weiteren Verlauf beispielsweise in eine komplexere Baugruppe eingesetzt werden kann. Es muss daher nur ein einzelner Chip 620 entwickelt und produziert werden und kann flexibel in zwei Varianten eingesetzt bzw. eingebaut werden. Darüber hinaus ergibt sich aus dem doppelt vorhandenen Sensoraufbau in einem Chip 620 der weitere Vorteil, dass die jeweils andere Messbrücke beispielsweise als zusätzliche, redundante Messbrücke mit verwendet werden kann.
Bezüglich der in den 17a und 17b gezeigten Beispiele ist also anzumerken, dass in diesem Fall nur ein einzelner Chip 620 entwickelt und nur ein einzelner Maskensatz für die Herstellung angefertigt werden muss. Dies ist möglich, da die Fertigung mit mehreren Messbrücken prinzipiell keinen zusätzlichen Mehraufwand erfordert, da eine Fertigung mehrerer Messbrücken im Rahmen eines Dünnschichtprozesses oder eines anderen Herstellungsprozesses parallel erfolgen kann. Erst im Falle eines magnetischen Einschreibens kann dann entschieden werden, ob alle Brücken oder nur ausgewählte Brücken bzw. Brückenschaltungen bzw. Halbbrückenschaltungen bzw. Vollbrückenschaltungen beschrieben bzw. konditioniert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, grundsätzlich beide Brücken bzw. Brückenpaare vollwertig auf dem Chip 620 zu fertigen und erst nach der Montage in das Gehäuse 640 über einen Wahlschalter die entsprechende Messbrücke zu selektieren. Werden also bei einem in den 17a und 17b gezeigten Multibridge-GMR-Sensor beide Messbrücken je Chip 620 vollwertig aufgebaut, kann die jeweils andere Messbrücke, die nicht für die eigentliche Messung herangezogen wird, für Vergleichsmessungen mit verwendet werden. Eine Genauigkeit der Messbrücken, die außerhalb eines Bereichs um die magnetische Mitte der späteren Baugruppe liegen, ist zwar nicht so hoch, wie bei der mittig angeordneten Messbrücke, sie kann jedoch gut für Plausibilitätsmessungen herangezogen werden, was die Zuverlässigkeit des Gesamtsensors bzw. des Sensorbausteins signifikant erhöht.
Durch eine entsprechende Auswahl der Messbrücken bzw. der entsprechenden Bereiche 610, 630 des Chips 620 kann also das magnetisch empfindliche Zentrum bzw. der magnetisch-wirksame Messpunkt der Messbrücken in den Bereich der Mitte des fertigen Sensorbausteins gelegt werden. Neben den bereits erwähnten Vorteilen des in den 17a und 17b geschilderten Beispiels, dass nur ein Chip entwickelt und nur ein Maskensatz für die Herstellung bzw. Fertigung generiert werden muss, und dass bis zur Montage in ein Gehäuse 640 ein einheitlicher Chip 620 produziert werden kann, ergibt sich so der weitere Vorteil, dass zur Erhöhung der Sicherheit abwechselnd beide Brücken eines Chips ausgelesen werden können. Das Ergebnis der nichtmittig platzierten Brücke ist in diesem Fall zwar nicht ganz so genau, reicht jedoch im Allgemeinen aus, um die Plausibilität der eigentlichen bzw. „richtigen” Messung des externen Magnetfeldes zu überprüfen. Das in den 17 beschriebene Beispiel ermöglicht somit eine Montagetoleranz bzw. Toleranz bezüglich des magnetisch-wirksamen Messpunktes von weniger als +/–5000 μm = +/–5 mm zu erreichen. Je nach Auslegung des Chips 620 kann darüber hinaus auch eine Montagetoleranz erzielt werden, die kleiner bzw. besser ist als +/–500 μm = +/–0,5 mm.
Auch wenn bei der Beschreibung des in den 17a und 17b dargestellten Multibridge-GMR-Sensors implizit bzw. explizit GMR-Elemente als magnetoresistive Sensorelemente angenommen wurden, sind die im Zusammenhang mit den 17a und 17b beschriebenen Chips 620 nicht auf GMR-Elemente beschränkt. Es können vielmehr alle magnetoresistiven Sensorelemente eingesetzt werden, wie sie in den einleitenden Abschnitten der vorliegenden Anmeldung erläutert wurden.
In den 18, 19 und 20a–20c werden weitere Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements in Form von GMR-Winkelsensoren beschrieben. Auch für diese Beispiele ist aus diesem Grunde anzumerken, dass, auch wenn die Beispiele anhand von GMR-Elementen erläutert werden, diese durch andere magnetoresistive Sensorelemente ausgetauscht werden können.
Wie zuvor erläutert wurde, werden bei GMR-Winkelsensoren mit einem Winkelbereich von 360° zur Messung eines Magnetfeldes bzw. eines magnetischen Feldes zur Bestimmung des Winkels gegenüber einer Vorzugsrichtung, beispielsweise gegenüber eine Chipachse oder Bauelementachse, die x-Komponente und die y-Komponente des betreffenden Magnetfeldes gemessen. Eine wesentliche Voraussetzung für eine exakte und genaue Messung des Winkels ist in diesem Fall die Homogenität des magnetischen Feldes in dem gesamten Bereich der geometrischen Ausdehnung der Sensoren bzw. des Sensors, da es sonst zu den im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Messartefakten und Unsicherheiten kommen kann. Um dies zu gewährleisten, ist eine möglichst exakte Justierung des Sensors unterhalb einer Rotationsachse des Magneten, dessen Winkelposition bestimmt werden soll, im Rahmen der fertigen Baugruppe erforderlich. Die in den 18–20 beschriebenen Beispiele ermöglichen es, eine Kompensation von Einbautoleranzen durch eine programmierbare Konfiguration des Sensorbausteins zu ermöglichen, nachdem die Montage unter dem betreffenden Magneten in der Baugruppe erfolgt ist.
Zu diesem Zweck weisen die in den 18–20 gezeigten und in den betreffenden Abschnitten der Beschreibung dargestellten Beispiele eines Magnetfeldsensorbauelements mehrere Sensorbrücken auf dem gleichen Chip auf, die so angeordnet sind, dass ihre magnetisch-wirksamen Messpunkte gegeneinander verschoben sind. Hierbei sind die resultierenden magnetisch-wirksamen Messpunkte im Wesentlichen durch Schnittpunkte (gedachter) Verbindungslinien bzw. Achsen der einzelnen magnetoresistiven Sensorelemente untereinander gegeben, wie dies auch im Zusammenhang von 8 näher erläutert wurde.
Wie zuvor erläutert wurde, ist dies mit magnetoresistiven Sensorelementen, insbesondere mit GMR-Sensoren, ohne einen wesentlichen Chipflächenmehraufwand möglich, da im Falle integrierter magnetoresistiver Sensoren sich die magnetoresistiven Sensorelemente über der Elektronik bzw. dem funktionalen Halbleiterbereich befinden oder dort angeordnet sind. Mit anderen Worten wird, dadurch dass im Falle eines integrierten magnetoresistiven Sensors mehrere Sensoren auf dem gleichen Chip zur Verfügung gestellt werden können und diese oberhalb der integrierten Schaltung angeordnet sind, also lediglich in der bekannten Realisierung ungenutzt Fläche auf dem Chip belegt. Durch eine Auswahl der am besten bzw. optimalsten im Magnetfeld positionierten Brückenschaltungen über einen Schalter oder Multiplexer kann so eine Konfiguration als effektive Magnetfelderfassungsanordnung ausgewählt werden, die eine möglichst genaue bzw. optimale Erfassung eines externen Magnetfeldes ermöglicht. Diese optionale Magnetfelderfassungsanordnung wird also über den oder die Multiplexer als fehlerärmste Konfiguration ausgewählt.
18 zeigt so ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 mit einer Auswerteschaltung 200. Die Auswerteschaltung 200 umfasst hierbei einen ersten Analog/Digital-Wandler 510-1 und einen zweiten Analog/Digital-Wandler 510-2, die beide mit einem Digitalsignalprozessor 520 gekoppelt sind. Wie bereits bei dem in 16 dargestellten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ist an den digitalen Signalprozessor 520 ein Festwertspeicher 530 (ROM = read-only memory) und ein nicht-flüchtiger Speicher 540 (EEPROM = electrically erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher) gekoppelt. Der Festwertspeicher 530 kann beispielsweise ein Programm (Firmware) für den digitalen Signalprozessor 520 zur Steuerung des Magnetfeldsensorbauelements 100 und zur Datenerfassung und Verwertung aufweisen. Der digitale Signalprozessor 520 umfasst also hier ebenfalls eine Steuerschaltung für die Schalter 120-1 bis 120-4, die weiter unten näher erläutert werden. In dem nicht-flüchtigen Speicher 540 können beispielsweise für den Betrieb des Magnetfeldsensorbauelements 100 notwendige Parameter und Identifikationsmerkmale abgespeichert sein. Der digitale Signalprozessor 520 weist darüber hinaus einen Anschluss auf, an dem ein Auswertesignal, beispielsweise ein den Winkel des externen Magnetfeldes bezüglich der Vorzugsrichtung des Magnetfeldsensorbauelements 100 anzeigendes Auswertesignal (angle out), ausgegeben werden kann.
Darüber hinaus weist das in 18 dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 vier Felder von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 auf, wobei jede Halbbrückenschaltung der vier Felder von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 eine Serienschaltung wenigstens eines magnetoresistiven Sensorelements mit einem weiteren Widerstandselement umfasst, wobei das weitere Widerstandselement ebenfalls ein magnetoresistiven Sensorelement umfassen kann. Typischerweise umfasst hierbei jede Halbbrückenschaltung der Felder von Halbbrückenschaltungen 670 eine Serienschaltung zweier magnetoresistiver Sensorelemente, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente einer Halbbrückenschaltung typischerweise eine im Wesentlichen entgegengesetzte charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen. Bei dem in 18 gezeigten Beispiel ist hierbei an jede Halbbrückenschaltung der Felder von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 eine positive Versorgungsspannung Vr+ und eine negative Versorgungsspannung Vr– angeschlossen. Darüber hinaus sind bei dem in 18 gezeigten Beispiel alle Mittelabgriffe der Halbbrückenschaltungen eines Feldes von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 mit einem zuvor erwähnten Multiplexer bzw. Schalter 120-1 bis 120-4 verbunden. Die vier Multiplexer 120-1 bis 120-4 sind mit den beiden Analog/Digital-Wandlern 510-1 und 510-2 der Auswerteschaltung 200 verbunden. Genauer gesagt sind der Multiplexer 120-1 des Feldes von Halbbrückenschaltungen 670-1 und der Multiplexer 120-2 des Feldes von Halbbrückenschaltungen 670-2 mit dem Analog/Digital-Wandler 510-1 verbunden. Analog ist der Multiplexer 120-3 des Feldes von Halbbrückenschaltungen 170-3 und der Multiplexer 120-4 des Feldes von Halbbrückenschaltungen 170-4 mit dem Analog/Digital-Wandler 510-2 gekoppelt.
Die Felder von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 weisen hierbei Orientierungen der in ihnen umfassten magnetoresistiven Sensorelemente auf, die durch die Bezeichnungen der Multiplexer 120-1 bis 120-4 näher erläutert werden. So weisen die magnetoresistiven Sensorelemente der Halbbrückenschaltungen des Feldes von Halbbrückenschaltungen 670-1 charakteristische Magnetfeldrichtungen auf, so dass an den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen ein (Spannungs-)Signal anliegt, das im Falle einer Orientierung des externen Magnetfeldes entlang eine positiven y-Achse einen maximalen positiven Wert annimmt. Aus diesem Grund trägt in 18 der Multiplexer 120-1 auch die Bezeichnung MUX Y+. Entsprechend sind die magnetoresistiven Sensorelemente des Feldes von Halbbrückenschaltungen 670-2 derart konditioniert bzw. weisen entsprechende charakteristische Magnetfeldrichtungen auf, dass an den Mittelabgriffen ein maximales positives (Spannungs-)Signal anliegt, wenn das externe Magnetfeld entlang der negativen y-Achse orientiert ist. Analog sind die magnetoresistiven Sensorelemente des Feldes 670-3 derart konditioniert, dass an den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen im Falle einer Orientierung des externen Magnetfeldes bezüglich einer positiven x-Richtung ein maximales (Spannungs-)Signal anliegt. Entsprechend sind die magnetoresistiven Sensorelemente des Feldes 670-4 bezüglich einer negativen X-Richtung konditioniert. Hierbei beziehen sich die Richtungsangaben positive oder negative x-Richtung und positive oder negative y-Richtung auf eine Vorzugsrichtung des Beispiels des Magnetfeldsensorbauelements 100 aus 18.
Der Signalpfad des Sensors bzw. des in 18 dargestellten Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100 entspricht im Wesentlichen dem eines Winkelsensors bzw. Sensors ohne die zusätzliche Kalibrationsmöglichkeit, wie er beispielsweise in 15 dargestellt ist. Die Signale der Sensoren bzw. der magnetoresistiven Sensorelemente der Halbbrückenschaltungen werden für die x-Richtung und die y-Richtung mit Hilfe der beiden Analog/Digital-Wandler 510 in digitale Signale gewandelt und von dem digitalen Signalprozessor 520 zu einem Ausgabesignal weiterverarbeitet, das einen Ausgabewinkel anzeigt. Der in 18 dargestellte Signalpfad ist hierbei nur beispielhaft dargestellt und kann in weiteren Beispielen modifiziert ausgeführt werden. So könnte beispielsweise neben den bereits diskutierten Variationen der Analog/Digital-Wandler 510 im Zusammenhang mit den Beispielen in den 15, 16, 17a und 17b, auch nur ein einzelner Analog/Digital-Wandler 510 verwendet werden, der durch eine entsprechende Verschaltung der Multiplexer 120-1 bis 120-4 zwischen den Halbbrückenschaltungen für die x-Komponente und die y-Komponente entsprechend hin und her geschaltet bzw. gemultiplext wird.
Das in 18 dargestellt Beispiel illustriert die Möglichkeit einer Kombinierbarkeit verschiedener, örtlich unterschiedlich angeordneter Sensor-Halbbrückenschaltungen eines Feldes von Halbbrückenschaltung 670 bzw. mehrerer Felder von Halbbrückenschaltungen zu einer Vollbrückenschaltung, wobei durch die Variation der Kombinationen von Brückenschaltungen zu einer Magnetfelderfassungsanordnung unterschiedliche effektive Vollbrückenschaltungen erzeugt werden, die verschiedene örtliche Positionen mit unterschiedlichen magnetisch-wirksamen Messpunkten auf dem Chip einnehmen. Dies ist bei dem in 18 gezeigten Beispiel sowohl für den x-Signalpfad (Feld von Sensor-Halbbrückenschaltungen 670-3 und 670-4), als auch für den y-Signalpfad (Feld von Sensor-Halbbrückenschaltungen 670-1 und 670-2) möglich. Ein konkretes Beispiel für eine mögliche Anordnung der magnetoresitiven Sensorelemente bzw. der Brückenelemente auf einem Chip wird später im Zusammenhang mit 20 erläutert.
Eine Auswahl der magnetoresitiven Sensorelemente bzw. der Halbbrückenschaltungen aus den Feldern von Halbbrückenschaltungen 670 kann nach der Endmontage des Sensors bzw. des Sensor-Bauelements in die fertige Baugruppe mit dem Magneten erfolgen. Hierbei kann die Lage des magnetisch-wirksamen Messpunktes durch eine Umkonfiguration der Multiplexer 120 variiert werden, um basierend auf einem Auswahlkriterium eine optimale Variante als effektive Magnetfelderfassungsanordnung auszuwählen. Mit anderen Worten kann die „Lage der Brücken”, also die räumliche Anordnung einer effektiven Magnetfelderfassungsanordnung auf dem Chip mit Hilfe der Multiplexer 120 variiert und die optimale Variante ausgewählt werden.
Hierbei kann die Auswahl einer optimalen Magnetfelderfassungsanordnung beispielsweise basierend auf dem Auswahlkriterium eines betragsmäßig möglichst geringen durchschnittlichen Signals im Falle einer Mittelung über eine vollständige 360°-Rotation des externen Magnetfeldes erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann ebenso als Auswahlkriterium ein betragsmäßig möglichst großes Signal herangezogen werden. Eine weitere Möglichkeit für ein Auswahlkriterium stellt so auch ein betragsmäßig möglichst kleines Signal der verschiedenen Vollbrückenschaltungen dar, wenn der Magnet der fertigen Baugruppe beispielsweise entfernt oder das externe Magnetfeld abgeschaltet ist.
Die so bestimmte optimale Magnetfelderfassungsanordnung bzw. die bestmögliche Konfiguration kann dann beispielsweise in dem nicht-flüchtigen Speicher bzw. EEPROM 540 hinterlegt werden. Alternativ oder ergänzend kann eine solche Bestimmung der optimalen Magnetfelderfassungsanordnung bzw. der bestmöglichen Konfiguration auch im Rahmen eines Einschaltvorgangs bzw. eines Start-up des digitalen Signalprozessors 520 oder eines anderen Mikrocontrollers erfolgen. In den letztgenannten Fällen führt dann der digitale Signalprozessor 520 beispielsweise als Steuerprogramm ein Beispiel eines Verfahrens zur Messung eines Magnetfeldes aus, so dass letztendlich der digitale Signalprozessor 520 oder ein anderer Mikrokontroller die optimale Magnetfelderfassungsanordnung auswählt.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die mit der Anordnung der magnetoresitiven Sensorelemente einhergehende Redundanz auszunutzen und einzelne Konfigurationen während des Betriebs des Magnetfeldsensorbauelements 100 zu wechseln, um beispielsweise die Plausibilität der einzelnen Messungen durch Vergleichsmessungen zu überprüfen. Je nach konkreter Ausgestaltung eines Magnetfeldsensorbauelements können so beispielsweise Toleranzen bezüglich der Lage der magnetisch-wirksamen Messpunkte der verschiedenen Magnetfelderfassungsanordnungen mit einer Genauigkeit von +/–5000 μm oder besser justiert werden. Wird eine größere Anzahl magnetoresitiver Sensorelemente auf einem Chip platziert, können auch bessere Montagetoleranzen bzw. Genauigkeiten erzielt werden. Typischerweise können so auch Genauigkeiten von +/–1000 μm, +/–500 μm oder +/–50 μm oder besser erzielt werden.
19 zeigt ein weiteres Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelementes 100, das dem in 18 gezeigten Beispiel stark ähnelt. Im Unterschied zu dem in 18 gezeigten Beispiel sind die einzelnen Halbbrückenschaltungen der Felder von Halbbrückenschaltungen 670-1 bis 670-4 unter einander innerhalb eines der Felder 670 über die Mittelabgriffe miteinander verbunden. Des Weiteren sind die untereinander elektrisch verbundenen Mittelabgriffe der Halbbrückenschaltungen der Felder 670 mit den Analog/Digital-Wandlern 510 der Auswerteschaltung 200 direkt verbunden. Genauer gesagt ist bei dem in 19 dargestellten Beispiel der Analog/Digital-Wandler 510-1 mit den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen des Feldes 670-1 und mit den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen des Feldes 670-2 verbunden. Entsprechend ist der Analog/Digital-Wandler 510-2 mit den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen des Feldes 670-3 und mit den Mittelabgriffen der Halbbrückenschaltungen des Feldes 670-4 verbunden.
Das in 19 dargestellte Beispiel weist darüber hinaus acht Multiplexer 120-1 bis 120-8 auf, die jeweils zwischen die positiven und negativen Versorgungsspannungsanschlüsse der einzelnen Halbbrückenschaltungen der Felder 670-1 bis 670-4 geschaltet sind. Genauer gesagt ist so der Multiplexer 120-1 zwischen den Anschluss für die positive Versorgungsspannung Vr+ und der Halbbrückenschaltungen des Feldes 670-1 geschaltet. Analog sind die Multiplexer 120-2 bis 120-4 jeweils zwischen die positiven Versorgungsspannungsanschlüsse für die Versorgungsspannung Vr+ und die jeweiligen Halbbrückenschaltungen der Felder 670-2 bis 670-4 geschaltet. Darüber hinaus ist der Multiplexer 120-5 zwischen die Halbbrückenschaltungen des Feldes von Halbbrückenschaltung 670-1 und den Anschluss für die negative Versorgungsspannung Vr– geschaltet. Analog sind die Multiplexer 120-6 bis 120-8 jeweils zwischen die Halbbrückenschaltungen und die negativen Versorgungsspannungen Vr– der Felder von Halbbrückenschaltungen 670-2 bis 670-4 geschaltet.
Das in 19 gezeigte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 verwendet somit eine alternative Variante der Verschaltung der Multiplexer 120-1 bis 120-8 bzw. eine alternative Variante des Multiplexens. Bei dieser Variante werden nicht die Brückenabgriffe, sondern die Brückenversorgungen bezüglich ihrer positiven und negativen Versorgungsspannungen Vr+ und Vr– über die Multiplexer 120 verschaltet. Diese Variante bietet gegenüber der in 18 gezeigten Variante des dortigen Beispiels den Vorteil, dass nicht genutzte Brückenzweige bzw. Halbbrückenschaltungen nicht mit den Versorgungsspannungen bzw. Referenzspannungen verbunden sind und daher auch keinen Strom benötigen.
Im Gegensatz hierzu bietet die Schaltung des in 18 gezeigten Beispiels gegenüber der des Ausführungsbeispiels aus 19 den Vorteil, dass Spannungsabfälle über Schaltelementen in den Multiplexern 120 vermieden werden können. Hierdurch wird die Gefahr von (Mess-)Fehlern aufgrund eines nicht-korrekten Abgleichs zwischen den durch die Multiplexer 120 verschalteten Brückenzweigen vermieden, die auch als Missmatch-Fehler bezeichnet werden. Missmatch-Fehler können so beispielsweise zu Nullpunkt-Verschiebungen (Off-set) und Verstärkungsfehlern (Gain-Fehler) führen, wenn die Schalter bzw. die Schaltelemente in den Multiplexern 120 nicht hinreichend niederohmig ausgelegt sind oder beispielsweise aufgrund von Alterungserscheinungen nicht mehr hinreichend niederohmig sind.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die beiden in den 18 und 19 gezeigten Multiplexvarianten der betreffenden Beispiele zu kombinieren, um die Brücken nicht nur durch Auswahl von Brückenzweigen, sondern durch Auswahl aller vier Einzelwiderstände bzw. aller vier zu einer Vollbrückenschaltung gehörenden magnetoresitiven Sensorelemente zu konfigurieren, wodurch die Ortsauflösung bzw. Genauigkeit des Magnetfeldsensorbauelements bezüglich der Positionierung des magnetisch-wirksamen Messpunktes weiter gesteigert werden kann.
Eine weitere Variante ergibt sich dadurch, dass nicht Halbbrücken, sondern Vollbrücken über Schalter bzw. Multiplexer 120 in einer Magnetfelderfassungsanordnung verschaltet werden können. Diese Variante weist den Vorteil auf, dass Fehler aufgrund einer ungenügenden Kompensation im Falle eines Umschaltens (Umschalt-Missmatch) beim Schalten von Strömen vermieden werden können, da beide Zweige einer Brücke, also beide Halbbrückenschaltungen einer Vollbrückenschaltung, immer fest miteinander verbunden sind. Dieser Vorteil wird jedoch durch die im Vergleich geringste Ortsauflösung bzw. Genauigkeit bzw. durch die geringste Freiheit bezüglich der Positionierung des magnetisch-wirksamen Messpunktes erkauft. Wie bereits zuvor erwähnt wurde, kann je nach verwendeter Multiplexvariante eine Genauigkeit von typischerweise +/–5000 μm oder weniger, +/–500 μm oder +/–50 μm oder weniger erzielt werden.
20a zeigt eine Standardkombination von magnetoresitiven Sensorelementen 110 eines Winkelsensors mit einem Winkelbereich von 360°. Wie bereits in den Beispielen zuvor, sind hier jeweils zwei magnetoresistive Sensorelemente 110 zu einer Halbbrückenschaltung 270 verschaltet. Zwei parallel verschaltete Halbbrückenschaltungen 270 ergeben eine Vollbrückenschaltung 290. Die in 20a dargestellte Standardkombination weist hierbei eine erste Vollbrückenschaltung 290-1 und eine zweite Vollbrückenschaltung 290-2 auf, wobei die Vollbrückenschaltung 290-1 bezüglich einer Y-Komponente eines externen Magnetfeldes und die Vollbrückenschaltung 290-2 bezüglich einer X-Komponente eines externen Magnetfeldes empfindlich ist. Wie bereits im Zusammenhang mit dem in 8 dargestellten Beispiel ist auch in 20a das Zustandekommen eines magnetisch-wirksamen Messpunktes 280 anhand der zweiten Vollbrückenschaltung 290-2 schematisch dargestellt. Der magnetisch-wirksame Messpunkt 280 ergibt sich hierbei im wesentlichen als Schnittpunkt zweier (gedachter) Verbindungslinien jeweils zweier magnetoresitiver Sensorelemente 110, die verschiedenen Halbbrückenschaltungen derselben Vollbrückenschaltung angehören und eine im Wesentlichen identische charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen.
20b zeigt ein erstes Beispiel für eine räumliche Anordnung von Brückenelementen bzw. magnetoresitiven Sensorelementen 110-1 bis 110-n, die auf einem Chip angeordnet und durch einen oder mehrere in 20b nicht eingezeichnete Schalter in eine oder mehrere Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch verschaltbar sind. Genauer gesagt, zeigt 20b ein Beispiel für eine Anordnung aus programmierbar selektierbaren Halbbrückenschaltungen eines Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements in Form eines Winkelsensors mit einem Winkelbereich von 360°. Analog zu dem erläuterten Vorgehen in bezug auf die in 20a gezeigte Standardkombination von Brückenelementen eines Winkelsensors für einen Winkelbereich von 360° sind in 20b für verschiedene Brückenelemente bzw. magnetoresistive Sensorelemente 110 Verbindungen in Form von Linien eingezeichnet. Magnetisch-wirksame Messpunkte 280 ergeben sich im Bereich der Schnittpunkte dieser Verbindungslinien, sofern die zugehörigen magnetoresitiven Sensorelemente 110 entsprechende charakteristische Magnetfeldrichtungen aufweisen. Genauer gesagt zeigt 20b die möglichen Kombinationen von geometrisch unterschiedlich angeordneten Brücken für die x-Komponente eines externen Magnetfeldes. Die magnetisch-wirksamen Messpunkte bezüglich der y-Komponente des externen Magnetfeldes ergeben sich symmetrisch in entsprechender Art und Weise.
Mit anderen Worten stellen die schwarzen Punkte 280 die magnetisch-wirksamen Messpunkte und die Mittelpunkte der jeweiligen Vollbrückenschaltung dar. Sie symbolisieren somit die Zentren der programmierbaren Vollbrückenschaltungen bzw. Brückenlagen. Grundsätzlich ist es möglich, bezüglich beider Richtungen, also der x-Richtung und der y-Richtung noch Zwischenvarianten zu erzeugen, indem beispielsweise Zeilen von magnetoresitiven Sensorelementen 110 übersprungen werden. Diese sind jedoch in 20b aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet.
20c zeigt eine alternative Anordnung der magnetoresitiven Sensorelemente 110-1 bis 110-n zusammen mit einigen magnetisch-wirksamen Messpunkten 280, die sich aus der Anordnung der magnetoresitiven Sensorelemente 110 ergeben. Auch hier können weitere magnetisch-wirksame Messpunkte 280 dadurch erzielt werden, dass beispielsweise Zeilen oder Spalten entsprechend übersprungen werden.
Neben den in den 20b und 20c gezeigten im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen von magnetoresitiven Sensorelementen 110 auf einem Chip oder einem anderen Träger können grundsätzlich auch weniger regelmäßige Anordnungen, Anordnungen mit variierenden Abständen der magnetoresitiven Sensorelemente, hexagonale Anordnungen, dreieckige Anordnungen, ovalförmige Anordnungen, kreisförmige Anordnungen, andere geometrische Muster oder eine Kombination mehrerer Muster von magnetoresitiven Sensorelementen auf einem Chip oder Träger angeordnet werden.
Gerade die in den 16 bis 20 beschriebenen Beispiele der Magnetfeldsensorbauelemente ermöglichen es so, eine Montagelage-Kompensation durch einen Kunden eines Beispiels im Rahmen einer Programmierung der entsprechenden Multiplexer durchzuführen. All diese in den 16 bis 20 beschriebenen Beispiele zeigen hierbei einen Chip, der mehr als die acht für zwei Vollbrücken erforderlichen magnetoresitiven Sensorelemente bzw. Sensorwiderstände aufweist. Darüber hinaus sind die Beispiele, wie sie bisher beschrieben wurden, dazu geeignet, Brücken oder einzelne magnetoresistive Sensorelemente beispielsweise zu Redundanzzwecken zu verwenden. Darüber hinaus ermöglichen es gerade die im Zusammenhang mit den 18 bis 20 beschriebenen Beispiele durch den Einsatz konfigurierbarer Brücken eine Einbautoleranzkompensation zu erzielen.
21a illustriert eine weitere Möglichkeit in Form eines Beispiels eines Magnetfeldsensorbauelements 100, bei dem zunächst im Rahmen eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens eine Mehrzahl magnetoresitiver Sensorelemente 110-1, 110-2 auf einem Träger bereitgestellt worden sind. 21a zeigt hierbei ein Zwischenprodukt, das bei einem Beispiel des Herstellungsverfahrens eines Magnetfeldsensorbauelements 100 erzeugt wird. Hierbei sind in 21a neben den beiden magnetoresitiven Sensorelementen 110-1 und 110-2, die in einem unkonditionierten Zustand vorliegen und in Serie zwischen einen ersten Versorgungsanschluss 180 und einen zweiten Versorgungsanschluss 190 geschaltet sind, auch eine optionale Auswerteschaltung 200, eine optionale Stromquelle 220 und optionale Bezugspotenziale bzw. ihre Anschlüsse 210, 230 eingezeichnet.
Die Struktur des in 21a gezeigten Zwischenprodukts eines Magnetfeldsensorbauelements 100 ähnelt der in 4 gezeigten Struktur. Die beiden magnetoresitiven Sensorelemente 110-1, 110-2 liegen, wie bereits erwähnt, in einem unkonditionierten Zustand vor, was durch ein Symbol 680 in Form zweier senkrecht aufeinander stehender Pfeile mit Spitzen an beiden Enden symbolisiert ist.
In einem unkonditionierten Zustand bzw. in einem Zustand, bei dem das magnetoresistive Sensorelement 110-1, 110-2 keine charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist, ist in guter Näherung ein elektrischer Widerstandswert des betreffenden magnetoresitiven Sensorelements 110-1, 110-2 nicht von einer Richtung oder einer Stärke eines externen Magnetfeldes abhängig. Im unkonditionierten Zustand weist die hartmagnetische Schicht bzw. der synthetische Antiferromagnet, der im konditionierten Zustand im Wesentlichen die charakteristische Magnetfeldrichtung des betreffenden magnetoresitiven Sensorelements 110 definiert, eine verschwindende bzw. nahezu verschwindende mittlere Magnetisierung auf, so dass in guter Näherung im Mittel das betreffende magnetoresistive Sensorelement 110 im unkonditionierten Zustand keine Abhängigkeit seines elektrischen Widerstandes von dem externen magnetischen Feld aufweist. Würde also bei dem in 21a gezeigten Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements 100 von der Stromquelle 220 ein Strom über die beiden unkonditionierten magnetoresistiven Sensorelemente 110-1, 110-2 zu dem Bezugspotential 210 abgeleitet, so registriert die Auswerteschaltung 200 ein (Spannungs-)Signal, das sich in guter Näherung nicht, bzw. nur geringfügig in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert.
21b zeigt das in 21a dargestellte, Magnetfeldsensorbauelement 100, bei dem im Unterschied zu dem in 21a gezeigten Zustand das magnetoresitiven Sensorelements 110-1 eine charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist, die beispielsweise durch einen entsprechenden Konditionierungsprozess in das betreffende magnetoresistive Sensorelement 110-1 eingeschrieben wurde. Diese Konditionierung bzw. die resultierende charakteristische Magnetfeldrichtung ist durch den Pfeil 170-1 in 21b dargestellt.
Wird nun über die Stromquelle 220 ein Strom zu dem Bezugspotential 210 geleitet, fällt wiederum über der Serienschaltung der beiden magnetoresitiven Sensorelemente 110-1, 110-2 ein (Spannungs-)Signal ab, das die Auswerteschaltung 200 registrieren kann. Im Unterschied zu dem in 21a gezeigten Zustand zeigt der elektrische Widerstandswert des magnetoresitiven Sensorelements 110-1 nun aufgrund der Konditionierung bzw. der charakteristischen Magnetfeldrichtung eine Abhängigkeit von dem auf das magnetoresistive Sensorelement 110-1 einwirkende externe magnetische Feld. Hierdurch ändert sich das Spannungssignal, das die Auswerteschaltung 200 registriert, wenn das externe Magnetfeld sich ändert. Mit anderen Worten zeigt aufgrund der Konditionierung des magnetoresitiven Sensorelements 110-1 das in 21b dargestellte Beispiel eines Magnetfeldsensorbauelements nach der Konditionierung eine relevante Änderung des von der Auswerteschaltung 200 registrierten Signals in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld.
Der in 21c gezeigte Zustand des in 21a gezeigten Magnetfeldsensorbauelements 100 unterscheidet sich von dem in 21b gezeigten nur dadurch, dass nicht das magnetoresistive Sensorelement 110-1, sondern das magnetoresistive Sensorelement 110-2 durch ein Konditionierungs-Prozess eine charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist. Analog zu der Funktionsweise des in 21b dargestellten Beispiels zeigt der in 21c dargestellte Zustand nun ebenfalls aufgrund der Konditionierung eine entsprechende Abhängigkeit des von der Auswerteschaltung 200 registrierten Signals in Abhängigkeit des externen Magnetfeldes.
Es ist anzumerken, dass ein Magnetfeldsensorbauelement 100, wie es in den 21a bis 21c gezeigt ist, nicht auf eine Serienschaltung zweier magnetoresitiver Sensorelemente 110-1, 110-2 beschränkt ist. Es können vielmehr auch weitere, komplexere Schaltungen durch eine entsprechende Konditionierung hergestellt werden. Zu diesen Schaltungen zählen unter anderem auch die bereits erläuterten Halbbrückenschaltungen bzw. Serienschaltungen eines oder mehrerer magnetoresistiver Sensorelemente, die gegebenenfalls um ein Widerstandselement erweitert werden können. Ebenso zählen dazu Vollbrückenschaltungen, aber auch andere Schaltungen.
Zur Vereinfachung der weiteren Anmeldung, werden im Weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung für Objekte zusammenfassende Bezugszeichen verwendet, wie dies bereits in den einführenden Abschnitten der vorliegenden Anmeldung erläutert wurde. Mit anderen Worten, werden beispielsweise für magnetoresitive Sensorelemente einheitlich das Bezugszeichen 110 verwendet.
Abhängig von den Begebenheiten können die Beispiele der Verfahren 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 eines der Beispiele der Verfahren ausgeführt wird. Allgemein bestehen die Beispiele somit auch in Software-Programm-Produkten, bzw. Computer-Programm-Produkten bzw. Programm-Produkten mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung eines der Beispiele der Verfahren, wenn eines der Software-Programm-Produkte auf einem Rechner oder einem Prozessor abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann ein Beispiel somit als ein Computer-Programm bzw. Software-Programm bzw. Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Beispiels eines Verfahrens realisiert werden, wenn das Programm auf einem Prozessor abläuft. Der Prozessor kann hierbei von einem Computer, einer Chipkarte (Smartcard), einem digitalen Signalprozessor oder einem anderen integrierten Schaltkreis gebildet sein.
Bezugszeichenliste

100: Magnetfeldsensorbauelement
110: magnetoresitives Sensorelement
120: Schalter
122: Sicherung
124: zusätzlicher Anschluss
126: Kontaktfläche
128: leitfähige Brücke
130: (Permanent-)Magnet
140: Symmetrieachse
150: Achse
160: Magnetfeldlinien
170: Pfeil
180: erster Versorgungsanschluss
190: zweiter Versorgungsanschluss
200: Auswerteschaltung
210: Bezugspotenzial
220: Stromquelle
230: Bezugspotenzial
240: Widerstandselement
250: Mittelabgriff
260: Spannungsquelle
270: Halbbrückenschaltung
280: magnetisch-wirksamer Messpunkt
290: Vollbrückenschaltung
300: Träger
310: Leiterbahn
320: Bond-Pad
330: Bond-Draht
340: Bond-Pad
350: isolierende Schicht
360: Via
370: Metall-Struktur
380: Verfüllmaterial
390: Via
400: isolierende Schicht
410: funktioneller Halbleiterbereich
420: Träger
500: Winkelsensor
510: Analog/Digital-Wandler
520: Digitaler Signalprozessor
530: Festwertspeicher
540: nicht-flüchtiger Speicher
550: Kommunikationsschaltung
560: Ein-/Ausgabeanschluss
570: Taktsignaleingang
580: Masse-Anschluss
590: Versorgungsspannungsanschluss
600: Versorgungsschaltung
610: zentraler Bereich
620: Chip
630: Randbereich
640: Gehäuse
650: Anschluss
660: Bond-Draht
670: Feld von Halbleiterbrückenschaltungen
680: Symbol

Claims

Magnetfeldsensorbauelement (100) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl magnetoresistiver Sensorelemente (110), die zu einer Magnetfelderfassungsanordnung verschaltbar sind; einem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement (110); und einem Schalter (120), der mit der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) der Magnetfelderfassungsanordnung und dem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement (110) gekoppelt ist, um eines der magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Magnetfelderfassungsanordnung zu entkoppeln und das zusätzliche magnetoresistive Sensorelement (110) in die Magnetfelderfassungsanordnung zu koppeln.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach Anspruch 1, das eine Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) umfasst, wobei die Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) das zusätzliche magnetoresistive Sensorelement (110) umfasst und bei dem der Schalter (120) ferner mit jedem zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelement (110) der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) gekoppelt ist, um eine Mehrzahl der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) aus der Magnetfelderfassungsanordnung zu entkoppeln und die Mehrzahl von zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelementen in die Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch zu koppeln.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Magnetfelderfassungsanordnung eine Vollbrückenschaltung (290) umfasst, wobei die Vollbrückenschaltung (290) eine Parallelschaltung zweier Halbbrückenschaltungen (270) umfasst, wobei eine Halbbrückenschaltung (270) eine Serienschaltung von einem ersten und einem zweiten magnetoresistiven Sensorelement (110) mit einem Mittelabgriff (250) umfasst, bei der die beiden Halbbrückenschaltungen (270) so parallel geschaltet sind, dass das erste magnetoresistive Sensorelement (110) einer ersten Halbbrückenschaltung (270) der beiden Halbbrückenschaltungen (270) mit dem ersten magnetoresistiven Sensorelement (110) einer zweiten Halbbrückenschaltung (270) und das zweite magnetoresistive Sensorelement (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) mit dem zweiten magnetoresistiven Sensorelement (110) der zweiten Halbbrückenschaltung (270) der Vollbrückenschaltung (290) verbunden ist, und bei der die Mittelabgriffe (250) der ersten Halbbrückenschaltung (270) und der zweiten Halbbrückenschaltung (270) mit einer Auswerteschaltung (200) koppelbar sind.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach Anspruch 3, bei der die magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Magnetfelderfassungsanordnung derart konditioniert sind, dass das erste magnetoresistive Sensorelement (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) und das zweite magnetoresistive Sensorelement (110) der zweiten Halbbrückenschaltung (270) eine vorbestimmte charakteristische Magnetfeldrichtung aufweist und das zweite magnetoresistive Sensorelement (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) und das erste magnetoresistive Sensorelement (110) der zweiten Halbbrückenschaltung (270) eine charakteristische Magnetfeldrichtung aufweisen, die der vorbestimmten charakteristischen Magnetfeldrichtung des ersten magnetoresistiven Sensorelements (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) entgegengerichtet ist.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem die Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (100) zu Halbbrückenschaltungen (270; 670) oder zu Vollbrückenschaltungen (290) verschaltet sind, und bei der der Schalter (120) mit den Halbbrückenschaltungen (270) oder den Vollbrückenschaltungen (670) der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) und der Mehrzahl von zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelementen (110) verschaltet ist, um eine Halbbrückenschaltung (270) oder eine Vollbrückenschaltung (290) der Magnetfelderfassungsanordnung zu entkoppeln und eine Halbbrückenschaltung (270) oder eine Vollbrückenschaltung (290) aus der Mehrzahl der zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelemente (110) in die Magnetfelderfassungsanordnung elektrisch zu koppeln.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Schalter (120) mit den Mittelabgriffen (250) der Halbbrückenschaltungen (270) der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) und der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) verbunden ist, um die Mittelabgriffe (250) der Halbbrückenschaltungen (270) mit der Auswerteschaltung (200) koppelbar zu machen.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Mittelabgriffe (250) der Halbbrückenschaltungen (270) der Magnetfelderfassungsanordnung mit einem Analog/Digital-Wandler (510) der Auswerteschaltung (200) gekoppelt sind, bei der der Analog/Digital-Wandler (510) an einen digitalen Signalprozessor (520) gekoppelt ist, und bei der der digitale Signalprozessor (520) einen Ausgang für ein Auswertesignal aufweist.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der die magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Mehrzahl der magnetoresistiven Sensorelemente (110) und die magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) auf einem Träger (420) derart räumlich verteilt sind, dass durch ein Entkoppeln eines magnetoresistiven Sensorelementes (110) der Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen (110) und ein elektrisches Koppeln eines magnetoresistiven Sensorelements (110) der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) ein magnetisch-wirksamer Messpunkt (280) auf dem Träger (420) räumlich einstellbar ist, wobei der magnetisch-wirksame Messpunkt (280) ein Schnittpunkt einer ersten Verbindungslinie zwischen dem ersten magnetoresistiven Sensorelement (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) und dem zweiten magnetoresistiven Sensorelement (110) der zweiten Halbbrückenschaltung (270) mit einer zweiten Verbindungslinie zwischen dem zweiten magnetoresistiven Sensorelement (110) der ersten Halbbrückenschaltung (270) und dem ersten magnetoresistiven Sensorelement (110) der zweiten Halbbrückenschaltung (270) ist.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach Anspruch 8, bei dem die magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Mehrzahl der magnetoresistiven Sensorelemente (110) und die magnetoresistiven Sensorelemente (110) der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) auf dem Träger (420) derart räumlich verteilt sind, dass der magnetisch-wirksame Messpunkt (280) mit einer Genauigkeit von weniger als 5000 μm, von weniger als 1000 μm oder von weniger als 500 μm einstellbar ist.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schalter (120) einen Multiplexer, einen Transistor, eine einmalig zu öffnende Verbindung, eine einmalig zu schließende Verbindung, eine Sicherung (122) oder eine Kontaktfläche (126) zum elektrisch leitfähigen Verbinden umfasst.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schalter (120) mit einer Steuerschaltung (520) verbunden ist, um auf ein Zuschaltsignal hin die Entkopplung eines oder mehrerer magnetoresistiver Sensorelemente (110) der Magnetfelderfassungsanordnung und das elektrische Koppeln des zusätzlichen magnetoresistiven Sensorelements (110) oder der Mehrzahl zusätzlicher magnetoresistiver Sensorelemente (110) zu bewirken.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein magnetoresistives Sensorelement (110) ein AMR-Element, ein GMR-Element, ein CMR-Element, ein TMR-Element, ein EMR-Element oder eine Spin-Valve-Struktur aufweist.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die magnetoresistiven Sensorelemente (110) auf einer integrierten Schaltung (410) aufgebracht sind.
Magnetfeldsensorbauelement (100) nach Anspruch 13, bei dem die Auswerteschaltung (200) und/oder der Schalter (120) in die integrierte Schaltung (410) integriert sind.