DE102006046782B4

DE102006046782B4 - Magnetsensor

Info

Publication number: DE102006046782B4
Application number: DE102006046782A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Yokotani; Naoki Hiraoka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: US7705584B2; DE102006046782A1; KR20070082483A; JP2007218652A; KR100817668B1; US20070200561A1; JP4317855B2

Abstract

Magnetsensor mit einem magnetischen Bewegteil (4), das sich ansprechend auf eine Bewegung eines Erfassungsobjekts bewegt und eine Vielzahl von Vorsprüngen (41) und Einbuchtungen (42) aufweist, und einem Sensorabschnitt (21a, 21b, 22), der über einen Spalt gegenüber dem magnetischen Bewegteil (4) und zum Erfassen einer durch eine Bewegung des magnetischen Bewegteils (4) bedingten Änderung des Magnetfelds in dem Spalt vorgesehen ist, wobei der Magnetsensor ferner umfasst: einen Signalformungsabschnitt (23, 30, 29, 31), der eine Umwandlungsschaltung aufweist, die die Änderung des Magnetfelds, die durch den Sensorabschnitt erfasst wird, in eine Vielzahl von elektrischen Signalen (e, f) umwandelt, die in ihrem Phasenzusammenhang unterschiedlich zueinander sind in Entsprechung zu einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils, sowie eine Signalformungsschaltung (51, 52, 53, 54), die ein Signal (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln bildet, die sich in der Reihenfolge in Entsprechung zu der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) abhängig von der Vielzahl von durch die Umwandlungsschaltung umgewandelten elektrischen Signalen (e, f) ändern, so dass ein Vorsprung (41) und eine Einbuchtung (42) abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln erfassbar sind, und einen Bestimmungsabschnitt (44, 60), der eine Logikschaltung (62) umfasst, die ausgebildet ist zum Verarbeiten des Signals (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln, so dass ihr Ausgangssignal (j) seinen Pegel nur ändert bei Änderung der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) und so dass die Änderung des Pegels des Ausgangssignals (j) zu dem Zeitpunkt erfolgt, an dem irgendeines der umgewandelten elektrischen Signale (e, f) nach einer Änderung der Bewegungsrichtung zum ersten Mal seinen Pegel ändert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Magnetsensor, der ein magnetisches Bewegteil hat, das sich ansprechend auf eine Bewegung eines erfassten Objektes derart bewegt, dass eine Bewegung eines erfassten Objektes, insbesondere eine Bewegungsrichtung davon, unter Verwendung einer durch die Bewegung des magnetischen Bewegteils bedingten Änderung des Magnetfelds erfasst werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Konventionell ist ein Magnetsensor wohlbekannt, der angepasst ist zum Erfassen einer Bewegungsrichtung eines erfassten Objektes durch Bewegen eines magnetischen Bewegteils mit Vorsprüngen ansprechend auf eine Bewegung des erfassten Objektes, und hierdurch Erfassen einer durch die Bewegung des magnetischen Bewegteils verursachten Änderung des Magnetfelds durch die Verwendung eines Magnetowiderstandselementes bzw. magnetoresistiven Elements (nachstehend auch MR-Element genannt).
Solche existierenden Magnetsensoren schließen sozusagen jene ein mit einer Struktur, dass drei MR-Elemente über einen geringen Spalt gegenüber einem magnetischen Bewegteil angeordnet sind. Die MR-Elemente sind in einer Richtung der Bewegung des magnetischen Bewegteils angeordnet durch Einfügen jener MR-Elemente jeweils in zwei Brückenschaltungen auf vorbestimmten Seiten davon. Das magnetische Bewegteil verursacht, wenn es bewegt wird, eine Widerstandsänderung in den MR-Elementen, die als Spannungsänderung auf zwei Systemen von der Brückenschaltung aufgenommen wird. Von dem Zustand der Spannungsänderung wird eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils und demnach des erfassten Objekts erfasst (siehe beispielsweise JP-A-2002-90161 , 4–6, Beschreibungsseite 6).
In dem in JP-A-2002-90181 gezeigten existierenden Magnetsensor werden die Zweisystemspannungsänderungen, die von den Brückenschaltungen genommen werden, umgewandelt durch erste und zweite Vergleicherschaltungen in Rechteckschwingungssignale. Eines der Rechteckschwingungssignale wird an einen Basisanschluss eines Ausgangstransistors eingegeben und an einen D-Anschluss einer D-Flip-Flop-Schaltung. Das andere Rechteckschwingungssignal wird in einen CL-Anschluss der D-Flip-Flop-Schaltung eingegeben. Die D-Flip-Flop-Schaltung hat eine Ausgangsgröße, die in einen Basisanschluss eines anderen Transistors eingegeben wird. Dieser Transistor hat einen Kollektoranschluss, dessen Spannung zur Energieversorgungsspannung Vcc hochgezogen wird (Pull-Up-Schaltung), und einen Emitteranschluss an einen Emitteranschluss des Ausgangstransistors angeschlossen und über einen Widerstand gegen Masse geschaltet.
Der Ausgangstransistor hat ein Ausgangssignal, das an eine Computereinheit geliefert wird und dann hochgezogen wird auf die Energieversorgungsspannung Vcc. Das Ausgangssignal des Ausgangstransistors wird in dritte und vierte Vergleicherschaltungen eingegeben, wo es mit Vergleichspegeln 1 und 2 verglichen wird, um zwei Ausgangssignale basierend auf den Vergleichsergebnissen zu erhalten. In dem Fall, in dem ein Ausgangssignal sich in einem Niedrigpegelzustand befindet, ist eine Vorwärtsbewegung zu erkennen in Bezug auf das magnetische Bewegteil. Wenn das Ausgangssignal eine Rechteckschwingung ist, ist eine Rückwärtsbewegung in Bezug auf das magnetische Bewegteil erkennbar.
Jedoch wird in dem in JP-A-2002-90181 gezeigten existierenden Magnetsensor eine ansteigende Flanke eines Rechteckschwingungssignals verwendet zum Erkennen einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils. Daher ist in problematischer Weise eine Verzögerung in der Zeitabstimmung bzw. dem Timing des Erfassens einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils zu verzeichnen.
DE 198 35 377 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehstellung, Drehzahl und/oder Drehrichtung des Rotors eines Elektromotors. Das Dokument beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehstellung, Drehzahl und/oder Drehrichtung eines Rotors eines Elektromotors mit in Drehrichtung versetzt angeordneten Drehstellungssensoren die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Ferner sind die Drehstellungssensoren mit Mitteln zum Beeinflussen der von den Drehstellungssensoren abgegebenen Drehstellungssignale verbunden, so dass die Summe dieser Signale in Abhängigkeit vom Phasenwinkel keine Mehrdeutigkeiten aufweist. Die Drehrichtung ergibt sich aus der Sequenz unterschiedlicher Amplituden des Drehstellungssignals auf der gemeinsamen Verbindungsleitung. Durch die Lage der Sensoren am Stator und die Drehrichtung des Rotors wird die Schaltsequenz der Sensoren bestimmt, und durch die aktuelle Drehstellung des Rotors wird der aktuelle Schaltzustand der Sensoren bestimmt und durch die Drehzahl des Rotors die Schaltsequenz der Sensoren bestimmt.
DE 101 11 949 A1 beschreibt eine magnetische Detektorvorrichtung. Eine magnetische Erfassungsvorrichtung ist in der Lage die Bewegungsrichtung eines mit Zähnen versehenen magnetischen Bewegungskörpers zu erfassen. Die magnetische Erfassungsvorrichtung umfasst eine Schaltung zur Umwandlung von Ausgabesignalen aus einer Vielzahl von Magnetowiderstandseffekt-Elementen in ein dreistufiges Signal eines hohen Pegels, eines ersten niedrigen Pegels und eines zweiten niedrigen Pegels.
JP 11-051697 A beschreibt einen Rotationsrichtungsdetektor. Ein magnetischer Detektierabschnitt ist verbunden durch eine Signalleitung mit einem Bestimmungsabschnitt mit Komparatoren. Jeder Komparator hat einen Eingangsanschluss verbunden mit einem Ende eines Widerstands, d. h. Knoten, und der andere Eingangsanschluss verbunden mit einer Energieversorgung mit verschiedenen Referenzpotentialen. Die CPU bestimmt die Rotationsrichtung eines Rotors basierend auf den Ausgangssignalen von den Komparatoren und der Verzögerungsschaltung.
DE 10 2006 041 614 A1 beschreibt einen Magnetsensor. Der Magnetsensor enthält einen Erfassungsabschnitt, der eine Änderung eines Magnetflusses aufgrund einer Bewegung der magnetischen beweglichen Einheit erfasst, sowie Komparatorschaltungen, die einen Umwandlungsabschnitt bilden, der eine Änderung eines durch den Erfassungsabschnitt erfassten Magnetflusses in eine elektrische Größe umwandelt und eine D-FF-Schaltungsvorrichtung bei einer Sensoreinheit mit einem Energieversorgungsanschluss, einem Erdungsanschluss und einem Ausgangsanschluss.
RESÜMEE DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor bereitzustellen, der imstande ist, frei von fehlerhafter Erfassung eine Bewegungsrichtung eines magnetischen Bewegteils ohne eine signifikante Verzögerung in der Zeitabstimmung des Erfassens einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils korrekt zu erfassen.
Dies wird erreicht durch einen Magnetsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Magnetsensor gemäß einem Beispiel ist ein Magnetsensor, der umfasst: Ein magnetisches Bewegteil, das sich ansprechend auf eine Bewegung eines erfassten Objekts bewegt; einen gegenüber dem magnetischen Bewegteil aber einen Spalt vorgesehenen Sensorabschnitt zum Erfassen einer Änderung des Magnetfelds in dem Spalt bedingt durch eine Bewegung des magnetischen Bewegteils; einen Signalformungsabschnitt, der ein Signal mit einer Vielzahl von Pegeln abhängig von der Änderung des erfassten Magnetfelds bildet; und einen Erfassungsabschnitt, der eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils abhängig von einer Änderungsreihenfolge der Pegel in dem durch den Signalformungsabschnitt gebildeten Signals bestimmt.
Gemäß dem Magnetsensor der Erfindung wird ein Signalformungsabschnitt bereitgestellt, der ein Signal mit einer Vielzahl von Pegeln abhängig von der Änderung des durch den Sensorabschnitt erfassten Magnetfelds hat und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils abhängig von einer Änderungsreihenfolge der Pegel in dem durch den Signalformungsabschnitt gebildeten Signal bestimmt. Demgemäss kann selbst wenn das magnetische Bewegteil in der Drehung zu irgendeinem Zeitpunkt umgekehrt wird, eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils ohne eine signifikante Verzögerung in einer Weise frei von fehlerhaftem Erkennen einer Bewegungsrichtung davon korrekt erfasst werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines magnetischen Bewegteils und eines MR-Elements in einer die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildenden Technik;
2 eine erläuternde Ansicht der Anordnung eines magnetischen Bewegteils und eines MR-Elements in der die Grundlage der Erfindung bildenden Technik;
3 ein Schaltungsdiagramm von einer die Grundlage der Erfindung bildenden Technik;
4 ein Schaltungsdiagramm einer D-Flip-Flop-Schaltungseinrichtung der die Grundlage der Erfindung bildenden Technik;
5A–5D erläuternde Figuren, die den Betrieb der die Grundlage der Erfindung bildenden Technik erläutern;
6 ein Schaltungsdiagramm einer Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
7A–7B erläuternde Figuren, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutern;
8A–8D erläuternde Figuren, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutern;
9 ein Schaltungsdiagramm einer Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine erläuternde Figur, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung eläutert;
11 ein Schaltungsdiagramm einer Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
12 eine erläuternde Figur, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert;
13 ein Schaltungsdiagramm einer Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
14 eine erläuternde Figur, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung erläutert;
15 ein Schaltungsdiagramm einer Einrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und
16 eine erläuternde Figur, die den Betrieb der Einrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung erläutert.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Grundtechnik der Erfindung
Zuallererst wird nun ein Magnetsensor beschrieben, der die Grundlage der Erfindung bildet. Der Magnetsensor, der die Grundlage der Erfindung bildet, verwendet steigende und fallende Flanken von zwei Rechteckschwingungssignalen beim Erfassen einer Bewegungsrichtung eines magnetischen Bewegteils. Dieser kann eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils nahezu vier Mal schneller erfassen als die existierenden in der vorangehenden Erläuterung. Wenn das MR-Element und das magnetische Bewegteil in einer speziellen gegenüberliegenden Position zu einem Zeitpunkt angeordnet sind, wenn das magnetische Bewegteil in seiner Bewegungsrichtung umgedreht wird, wird eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils durch die als Nächstes nach der ersten ansteigenden oder fallenden Flanke erfasste Flanke erfasst.
1 ist eine perspektivische Ansicht zum Zeigen einer Anordnung eines magnetischen Bewegteils und eines MR-Elements in einer die Grundlage der Erfindung bildenden Technik. 2 ist eine erläuternde Ansicht davon. 3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Magnetsensors. 4 ist ein Schaltungsdiagramm einer D-Flip-Flop-Schaltungseinrichtung der die Basis der Erfindung bildenden Technik. 5A–5D sind erläuternde Figuren, die den Betrieb der die Basis der Erfindung bildenden Technik erläutern.
In 1 und 2 an der oberen Oberfläche eines Magnets 1, der ein Vorspannungsmagnetfeld verursacht, ist ein IC-Chip 2 integral mit den MR-Elementen 21a, 21b, 22 oder drei Magneterfassungselementen, die einen Sensorabschnitt bilden, strukturiert. Der Magnet 1 ist in einer Richtung des Pfeils 3 magnetisiert. In Bezug auf ein magnetisches Bewegteil 4 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 41 gleichmäßig beabstandet in einem Randbereich davon wird seine Drehung in einer Richtung des Pfeils 5 als vorwärts genommen, während seine Drehung in einer Richtung umgekehrt dazu als rückwärts genommen wird. Das magnetische Bewegteil 4 ist angeordnet zum Drehen in Entsprechung zu einer Drehung eines (nicht dargestellten) erfassten Objekts.
Das magnetische Bewegteil 4 ist derart angeordnet, dass seine Randfläche gegenüber einer Seitenfläche des Magnets 1 über einem geringen Spalt liegt. Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils 4 kommen die Vorsprünge 41 und Einbuchtungen 42 abwechselnd nahe an den Magneten 1. Dies verursacht eine Änderung in dem von dem Magneten 1 auf die MR-Elemente 21a, 21a, 21b, 22 einwirkenden Magnetfelds. Die Änderung in dem Magnetfeld stellt eine Widerstandsänderung in den jeweiliger. MR-Elementen 21a, 21b, 22 bereit, welche als Spannungsänderungen wie später beschrieben wird zu erfassen sind. Im Übrigen können die MR-Elemente 21a, 21b, 22 sicherlich Elemente mit sehr großer Magnetowiderstandswirkung (GMR-Elemente) sein.
Es wird Bezug genommen auf 3, eine erste Brückenschaltung 23 ist durch die MR-Elemente 21a, 21b und die Widerstände 24, 25 konfiguriert. Die MR-Elemente 21a, 21b haben einen Verbindungspunkt 211 mit einem invertierten Eingangsanschluss 291 einer ersten Komparatorschaltung als einem ersten Komparatorabschnitt verbunden. Die Widerstände 24, 25 haben einen Verbindungspunkt 212 als eine Referenzspannung mit einem nicht-invertierten Eingangsanschluss 292 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden. Es wird angenommen, dass das in den invertierten Eingangsanschluss 191 der ersten Komparatorschaltung 29 einzugebende Signal ”c” ist, während das Signal an dem Ausgangsanschluss 293 davon ”e” ist.
Eine zweite Brückenschaltung 30 wird durch ein MR-Element 22 und Widerstände 26, 27, 28 konfiguriert. Das MR-Element 22 und der Widerstand 26 haben einen Verbindungspunkt 213 an einen invertierten Eingangsanschluss 311 einer zweiten Komparatorschaltung 31 als einem zweiten Komparatorabschnitt verbunden. Die Widerstände 27, 28 haben einen Verbindungspunkt 214 als eine Referenzspannung an einen nicht-invertierten Eingangsanschluss 312 der zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden. Unterdessen sind in den ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 die MR-Elemente 21a, 22 und die Widerstände 24, 27 jeweils an die Energieversorgungsquelle Vcc angeschlossen, während das MR-Element 21b und die Widerstände 25, 26, 28 jeweils gegen Masse geschaltet sind. Es wird angenommen, dass das in den Eingangsanschluss der zweiten Komparatorschaltung 31 einzugebendes Signal ”d” ist, während das Signal an einem Ausgangsanschluss 313 ”f” ist.
Eine D-Flip-Flop-Schaltungseinrichtung (nachstehend auch als D-FF-Schaltungseinrichtung bezeichnet) 380 ist konfiguriert, wie in 4 gezeigt. In 4 gibt es nämlich eine erste Anstiegsflanken-D-Flip-Flop-Schaltung (nachstehend auch als erste Anstiegsflanken-D-FF-Schaltung bezeichnet) 381, eine erste Abfallflanken-D-Flip-Flop-Schaltung (nachstehend auch als erste Abfallflanken-D-FF-Schaltung bezeichnet) 382, eine zweite Anstiegsflanken-D-Flip-Flip-Schaltung (nachstehend auch als zweite Anstiegsflanken D-FF-Schaltung bezeichnet) 383, und eine zweite Abfallflanken-D-Flip-Flop-Schaltung (nachstehend auch als zweite Abfallflanken-D-FF-Schaltung bezeichnet) 384.
Die erste Anstiegsflanken-D-FF-Schaltung 381 hat einen CL-Anschluss (Taktanschluss) mit einem Ausgangsanschluss 383 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden und einen D-Anschluss mit einem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden. Die zweite Anstiegsflanken-D-FF-Schaltung 383 hat einen CL-Anschluss (Takteingangsanschuss) mit einem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung verbunden und einen D-Anschluss mit einem Ausgangsanschluss 393 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden. Die erste Abfallflanken-D-FF-Schaltung 382 hat einen CL-Anschluss mit einem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 über ein NICHT-Schaltung 343 verbunden und einen D-Anschluss mit einem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden. Die zweite Abfallflanken-D-FF-Schaltung 384 hat einen CL-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 über eine NICHT-Schaltung 344 verbunden und einen D-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss 393 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden.
Die ersten und zweiten Anstiegsflanken-D-FF-Schaltungen 381, 383 sind wohlbekannte D-Flip-Flop-Schaltungen. Wenn das Eingangssignal an dem CL- bzw. Taktanschluss einen niedrigen Pegel hat, behält der Ausgangsanschluss Q den derzeitigen Ausgangszustand unabhängig von dem Pegel eines an dem D-Anschluss angegebenen Signals bei. Wenn ein Hochpegelsignal an dem CL-Anschluss eingegeben wird, wird ein Auslösen durch seine steigende Flanke bewirkt. Wenn das Signal zu dem D-Anschluss auf hohem Pegel liegt, hat der Ausgangsanschluss Q ein Hochpegelsignal während, wenn das Signal an dem D-Anschluss auf niedrigem Pegel liegt, der Ausgangsanschluss Q ein Niederpegelsignal hat.
Die ersten und zweiten Abfallflanken-D-FF-Schaltungen 382, 384 sind wohlbekannte D-Flip-Flop-Schaltungen. Wenn das Eingangssignal zu der NICHT-Schaltung 343, 344 mit dem CL-Anschluss verbunden ist, auf hohem Pegel liegt, das heißt, wenn das Eingangssignal zu dem CL-Anschluss auf niedrigem Pegel liegt, behält der Ausgangsanschluss Q den momentanen Ausgangszustand unabhängig von dem Pegel eines Signals, das an dem D-Anschluss eingegeben wird, bei. Wenn ein Niederpegelsignal an dem Eingangsanschluss der NICHT-Schaltung 343, 344, die mit dem CL-Anschluss verbunden ist, eingegeben wird, wird ein Auslösen durch seine fallende Flanke bewirkt, das heißt, durch die fallende Flanke eines Hochpegelsignals, das in den CL-Anschluss eingegeben wird. Wenn das Signal zu dem D-Anschluss einen hohen Pegel hat, hat der Ausgangsanschluss Q ein Hochpegelsignal während, wenn das Signal an dem D-Anschluss einen niedrigen Pegel hat, der Ausgangsanschluss Q ein Niederpegelsignal hat.
Die jeweiligen Q-Anschlüsse der ersten und zweiten Anstiegsflanken- und Abfallflanken-D-FF-Schaltungen 381, 382, 383, 384 sind mit einer 4-Anschluss-ODER-Schaltung bzw. 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 über eine Logikschaltung verbunden, die durch eine 3-Eingangs-NICHTUND- bzw. NAND-Schaltung 385, 3-Eingangs-BAND-Schaltungen 386, 387, eine 4-Eingangs-NAND-Schaltung 388, eine 4-Eingangs-BNAND-Schaltung 389 und 4-Eingangs-UND- bzw. AND-Schaltungen 340, 341 gebildet wird, wie in der Figur gezeigt. Die 4-Eingangs-Schaltung 342 hat einen Ausgangsanschluss 346 mit einer Basis eines zweiten Transistors (nachstehend als ein zweiter Transistor bezeichnet) 40 verbunden, der in 3 gezeigt ist. Es wird angenommen, dass die 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 ein Signal ”g” an ihrem Ausgangsanschluss 346 hat.
Es wird nun wiederum Bezug genommen auf 3, ein erster oder Ausgangs-Transistor (nachstehend als ein erster Transistor bezeichnet) 37 hat eine Basis mit dem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden und einen Emitter über einen Widerstand 38 gegen Masse geschaltet. Der zweite Transistor 40 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 346 der 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 verbunden, die in 4 gezeigt ist, einen Emitter mit einem Verbindungspunkt des Emitters des ersten Transistor 37 und des Widerstands 38 verbunden, und einen Kollektor mit einer Energieversorgungsquelle Vcc über einen Widerstand 39 verbunden.
Eine Computereinheit 420 hat dritte und vierte Komparatorschaltungen 44, 45, deren invertierte Eingangsanschlüsse 441, 451 beide an die Energiequelle Vcc über einen Widerstand 46 angeschlossen sind. Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen nicht-invertierten Eingangsanschluss 442d an einen Verbindungspunkt 411 der Widerstände 401, 402 verbunden, während die vierte Komparatorschaltung 45 einen nicht-invertierten Eingangsanschluss 452 an einen Verbindungspunkt 421 der Widerstände 403, 404 verbunden hat. Die Widerstände 401, 403 sind mit der Energiequelle Vcc verbunden, während die Widerstände 402, 404 jeweils gegen Masse verbunden sind. Es wird angenommen, dass das an den invertierten Eingangsanschlüssen 441, 451 der dritten bzw. vierten Komparatorschaltung 44, 45 jeweils ”h” ist, das Signal an dem Ausgangsanschluss 443 der dritten Komparatorschaltung 44 ”i” ist und das Signal an dem Ausgangsanschluss 453 der vierten Komparatorschaltung 45 ”j” ist.
Der Betrieb wird nun beschrieben. 5A zeigt die Schwingungsformen von Signalen e, f, g, h, i, j an den jeweiligen Anschlüssen der in 3 und 4 gezeigten Schaltung in dem Fall, dass die Drehung von vorwärts nach rückwärts umgeschaltet wird, wenn des magnetische Bewegteil 4 und das MR-Element 22 in der Mitte des Magneten 1 (siehe 1) zueinander in einer gegenüberliegenden Position (a) sind. In ähnlicher Weise zeigen 5B, 5C und 5D die Schwingungsformen der Signale e, f, g, h, i, j in dem Fall, dass die Drehung von vorwärts nach rückwärts umgeschaltet wird, wenn das magnetische Bewegteil 4 und das mittlere MR-Element 23 des Magneten 1 sich in einer relativ gegenüberliegenden Position (b), (c) bzw. (d) befinden. Das Signal h wird durch einen Binärsignalimpuls mit Hoch- und Niedrigpegeln H, L1 bei einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 und einen Binärsignalimpuls mit Hoch- und Niedrigpegeln H, L2 bei einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 gegeben.
Nun wird Bezug genommen auf 5A, wenn das magnetische Bewegteil 4 sich vorwärts dreht, wird das magnetische Bewegteil 4 bei seinen Vorsprüngen 41 und Einbuchtungen 42 abwechselnd gegenüber den MR-Elementen 21a, 22 bzw. 21b zu unterschiedlicher Zeit in der Reihenfolge angeordnet. Dies stellt eine Änderung in dem Vorspannungsmagnetfeld für jedes der MR-Elemente 21a, 22, 21b und demnach eine Änderung in dem Widerstandswert davon dar.
Die Widerstandswertänderung des MR-Elements 21a, 22 bzw. 21b verursacht eine Änderung in dem Signal c, d, das in den invertierten Eingang 291, 311 der ersten und zweiten Komparatorschaltung 29, 31 eingegeben wird in eine Sinusschwingungsform. Wenn das magnetische Bewegteil sich vorwärts dreht, wird das Signal c in einem vorbestimmten Phasenbetrag voreilen relativ zu dem Signal d bedingt durch einen Positionszusammenhang in der Anordnung der MR-Elemente 21a, 22, 21b.
In 5A. wird, wenn nun angenommen wird, dass das Signal e zu der Zeit t1 von Hoch- nach Niedrigpegel wechselt, die erste Abfallflanken-D-FF-Schaltung 362 ausgelöst bzw. getriggert. Weil das Signal f, das an seinem D-Anschluss von der zweiten Komparatorschaltung 29 eingegeben wird, auf einem hohen Pegel liegt, hat sein Q-Anschluss ein Signal mit hohem Pegel. Demnach hat die 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 an ihrem Ausgangsanschluss 346 ein Signal g mit hohem Pegel.
Dies versetzt den zweiten Transistor 40 in den leitenden Zustand und den ersten Transistor in den nicht-leitenden. Als ein Ergebnis hat der erste Transistor 31 ein Kollektorsignal h auf hohem Pegel. Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL1 zwischen den hohen und niedrigen Pegeln H, L1 des Signals h gegeben, während die vierte Komparatorschaltung 45 einen Vergleichspegel CL2 zwischen den beiden niedrigen Pegeln L1, L2 des Signals h gegeben hat. Demgemäss hat zu der Zeit t1 die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i auf niedrigem Pegel, während die vierte Komparatorschaltung 45 ein Ausgangssignal j hat, das auf niedrigem Pegel verbleibt.
Zu der Zeit t2 fällt der Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 vom hohen zum niedrigen Pegel ab, um ein Auslösen bzw. Triggern in der zweiten Abfallflanken-D-FF-Schaltung 384 zu verursachen. Das Signal e am Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 ist auf niedrigem Pegel zum Zeitpunkt t2, so dass der Q-Anschluss ein Signal auf niedrigem Pegel hat. Jedoch behält der Q-Anschluss der ersten Abfallflanken-D-FF-Schaltung 382 den hohen Pegel bei und die 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 hat einen Ausgang g auf hohem Pegel. Demgemäss haben die dritten und vierten Komparatorschaltungen 44 und 45 Ausgangssignale i, j, die auf niedrigem Pegel verbleiben.
Zum Zeitpunkt t3 steigt das Signal e von der ersten Komparatorschaltung 29 an, um ein Auslösen bzw. Triggern in der ersten Abfallflanken-D-FF-Schaltung 381 zu verursachen. Jedoch, weil das Signal f an dem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 auf niedrigem Pegel liegt, hat der Q-Anschluss ein Signal mit niedrigem Pegel. Zu der Zeit t3 hat die erste Abfallflanken-D-FF-Schaltung 382 an ihrem Q-Anschluss ein Signal, das bei hohem Pegel beibehalten wird und die 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 hat an ihrem Eingangsanschluss 346 ein Signal g mit hohem Pegel. Aus diesem Grund verbleibt der zweite Transistor 40 leitend. Unterdessen wird der erste Transistor 37 leitend, weil das Signal e einen hohen Pegel erhält. Durch den Widerstand 38 wird ein zusätzlicher Stromfluss verursacht, der von dem zweiten Transistor 40 zugeführt wird, welcher das Signal h auf einen niedrigen Pegel L1 bringt.
Durch Umschalten des Signals h zu einem niedrigen Pegel L1 hat die dritte Komparatorschaltung 44, deren Vergleichspegel bei dem ersten Vergleichspegel CL1 festgelegt worden ist, ein Ausgangssignal i, das einen hohen Pegel hat. Weil die vierte Vergleichsschaltung 45 einen Vergleichspegel hat, der durch den zweiten Vergleichspegel CL2 gegeben wird, bleibt ihr Ausgangssignal j auf niedrigem Pegel.
Zu dem Zeitpunkt t4 wird, wenn das Signal f des Ausgangsanschlusses 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 zu einem hohen Pegel ansteigt, die zweite Anstiegsflanken-D-FF-Schaltung 383 ausgelöst bzw. getriggert. Weil das Signal an dem D-Anschluss auf hohem Pegel liegt, wird ein Hochpegelsignal von dem Q-Anschluss ausgegeben. Hierdurch bedingt hat die 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 ein Ausgangssignal g, das auf hohem Pegel beibehalten wird, und der zweite Transistor 40 setzt seinen leitenden Zustand fort. Aus diesem Grund verbleibt das Signal h auf niedrigem Pegel L1. Demnach gibt es zu dem Zeitpunkt t4 eine Änderung in den Ausgangssignalen i, j der dritten bzw. vierten Komparatorschaltungen 44, 45 gegenüber jenen zum Zeitpunkt t3.
Auf diese Weise hat, wenn das magnetische Bewegteil sich vorwärts dreht, die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal u, das einen Binärsignalimpuls mit hohen und niedrigen Pegeln annimmt, wohingegen die vierte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal j hat, das auf niedrigem Pegel verbleibt. Durch die Tatsache, dass das Ausgangssignal i als ein Binärsignal mit hohen und niedrigen Pegeln erscheint, während das Ausgangssignal j mit niedrigem Pegel verbleibt, kann nämlich bestimmt werden, dass das magnetische Bewegteil 4 sich in einer Vorwärtsdrehung befindet.
Es wird nun angenommen, dass, wenn das magnetische Bewegteil 4 und das MR-Element 22, das in dem Magneten 2 bereitgestellt wird, sich in einem Positionszusammenhang (a) befindet, in dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 von der Vorwärts- zur Rückwärtsdrehung wechselt, das Signal f vom Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 in einen niedrigen Pegel zu der Zeit t5 wechselt, wobei das MR-Element 21b zuerst gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4 zu liegen kommt. Hierdurch bedingt ändert sich das Signal g am Ausgangsanschluss 346 der 4-Anschluss-OR-Schaltung 342 auf einen niedrigen Pegel. Der zweite Transistor 40 wird nicht-leitend und das Signal h wird zu einem niedrigen Pegel L2. Es ändert das Signal j am Ausgangsanschluss 453 der vierten Komparatorschaltung zu einem hohen Pegel.
Wenn das magnetische Bewegteil 4 sich rückwärts dreht, kommt das magnetische Bewegteil an seinen Vorsprüngen 41 und Einbuchtungen 42 abwechselnd gegenüber dem MR-Element 21b, 22, 21a in der Zeit unterschiedlich in der Reihenfolge gegenüber der Vorwärtsdrehung zu liegen. Zu den Zeitpunkten t6, t8 und t10 nach dem Zeitpunkt t5 wird das Signal j am Ausgangsanschluss 453 der vierten Komparatorschaltung 45 abwechselnd ändernd zwischen Niedrig- und Hochpegeln synchron mit dem Signal i am Ausgangsanschluss 443 der dritten Komparatorschaltung 44. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Ausgangssignal j abwechselnd zwischen Niedrig- und Hochpegeln ändert, bestimmt werden, dass das magnetische Bewegteil 4 sich in einer Rückwärtsdrehung befindet.
Wo nämlich die Drehung in dem Positionszusammenhang (a) in 5a umgekehrt wird, ändert das Signal h in einen L2-Pegel zum Zeitpunkt t5, zu dem das Signal f sich zum ersten Mal ändert und das Signal j sich von dem niedrigen zum hohen Pegel ändert. Demgemäss wird eine Rückwärtsdrehung unmittelbar zu der Zeit t5 erfasst, zu der das Signal f sich zum ersten Mal ändert. In ähnlicher Weise wird, wo die Drehung in den Positionszusammenhang (b) umgekehrt wird, das Signal h zu der Zeit t61 zu L2, wenn das Signal e) sich zum ersten Mal ändert, wie in 5B gezeigt. Zu der Zeit t61 wird die Rückwärtsdrehung unmittelbar erfasst. Wo die Drehung in den Positionszusammenhang (c) umgekehrt wird, wird das Signal h zu der Zeit t62, zu der das Signal e sich zum ersten Mal ändert, zu L2, wie in 5C gezeigt. Zu der Zeit t82 kann eine Rückwärtsdrehung erfasst werden.
Trotzdem ändert sich das Signal h, wenn das magnetische Bewegteil 4 sich in einem Positionszusammenhang (d) rückwärts dreht, nicht im Pegel zu L2 zu irgendeinem der Zeitpunkte t83, t93, zu dem das Signal e bzw. f sich zum ersten Mal ändert nach einer Rückwärtsdrehung, wie in 5d gezeigt. Aus diesem Grund wird das Erfassen zu der Zeit t83 möglicherweise fehlerhaft, zu der die Rückwärtsdrehung im Normalfall erfasst werden kann, was es demnach unmöglich macht, eine Rückwärtsdrehung zu erfassen. Es ist unmöglich, eine Rückwärtsdrehung zu erfassen, bevor zu dem Zeitpunkt t1 das Signal h sich in seinem Pegel zu L2 ändert.
Erste Ausführungsform
6 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 7A–7B sind erläuternde Figuren, die den Betrieb dieser erläutern. Ähnliche oder entsprechende Elemente zu jenen in der vorangegangenen, die Grundlage der Erfindung bildenden Technik sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. In 6 hat ein erster oder Ausgangs-Transistor (nachstehend als erster Transistor bezeichnet) 51 eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 einer ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, und einen Kollektor mit dem Ausgangsanschluss OUT einer Sensoreinheit 50 über einen Widerstand 55 verbunden, und einen Emitter gegen Masse geschaltet. Der Ausgangsanschluss VOUT der Sensoreinheit 50 ist mit einem invertierten Eingangsanschluss 441 einer dritten Komparatorschaltung 44 einer Computereinheit 420 verbunden.
Ein zweiter oder Ausgangs-Transistor (nachstehend als ein zweiter Transistor bezeichnet) 52 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 313 einer zweiten Vergleicherschaltung bzw. Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor mit einem Ausgangsanschluss VOUT über einen Widerstand 56 verbunden und einen Emitter gegen Masse geschaltet. Ein dritter oder Ausgangstransistor (nachstehend als dritter Transistor bezeichnet) 53 hat eine Basis mit dem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor mit dem Ausgangsanschluss VOUT verbunden. Ein vierter oder Ausgangsanschluss (nachstehend als ein vierter Transistor bezeichnet) 54 hat eine Basis mit dem Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor mit dem Emitter des dritten Transistor 53 verbunden und einen Emitter gegen Masse geschaltet.
Die Sensoreinheit 50 wird mit Energie von einer Computereinheit 420 über einen Energieversorgungsanschluss Vb versorgt, während ihr Masseanschluss GND gegen Masse geschaltet ist. Beachte, dass Widerstände 55, 56, 57 den jeweiligen Werten R2, R3 bzw. R1 angenommen werden.
Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils findet eine Widerstandswertsänderung in den MR-Elementen 21a, 21b bzw. 22 statt. Durch erste und zweite Brückenschaltungen 23, 30 werden Zwei-Systemspannungsänderungen als Signale c bzw. d erhalten. Die Signale c, d werden jeweils durch die erste bzw. zweite Komparatorschaltung 29, 31 in Rechteckschwingungen umgewandelt, hierdurch Signale e, f erhaltend. Ein Signal oder eine Rechteckschwingung e wird in den Basisanschluss der ersten und dritten Transistoren 51, 53 eingegeben. Das andere Signal oder die Rechteckschwingung f wird in den Basisanschluss der zweiten und vierten Transistoren 53, 54 eingegeben.
Das Signal h, das von der Sensoreinheit 50 ausgegeben wird, wird zu der Computereinheit 420 geliefert und dann hochgezogen auf die Energieversorgungsspannung Vcc (Pull-Up-Schaltung). Das Signal h wird in den invertierten Eingangsanschluss der dritten Komparatorschaltung 44 eingegeben, wo es mit einem Vergleichspegel C1 verglichen wird, der in den nicht-invertierten Eingangsanschluss 442 eingegeben wird, hierdurch ein Signal i erhaltend. Unterdessen wird das Signal h in einen Analog-zu-Digital-Wandler (nachstehend auch als ADC bezeichnet) 61 einer Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 eingegeben, wo es in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Das Digitalsignal wird durch eine Logikschaltung 62 geführt und dann durch einen Digital-zu-Analogwandler (nachstehend auch als DAC bezeichnet) 63 in eine analoge Form rückgewandelt, hierdurch ein Rückwärtsdrehungserfassungssignal j erhaltend.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung bilden die MR-Elemente 21a, 21b, 22 einen Sensorabschnitt in der Erfindung. Die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30, die ersten und zweiten Vergleichsschaltungen bzw. Komparatorschaltungen 29, 31 und die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 bilden einen Signalformungsabschnitt in der Erfindung. Die erste Komparatorschaltung 44 und die Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 bilden einen Bestimmungsabschnitt in der Erfindung. Zudem bilden die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 und die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 eine Umwandlungsschaltung in der Erfindung. Die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 bilden einen Signalformungsabschnitt in der Erfindung.
7A ist eine beispielhafte Figur zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i bzw. j in einer Vorwärtsdrehung des Magnetbewegteils, während 7B eine erläuternde Figur ist zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in Rückwärtsdrehung davon.
Nun wird Bezug genommen auf 6 und 7, der Betrieb wird nun in Bezug auf den Magnetsensor in der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Es wird Bezug genommen auf 7A, Signale e bzw. f treten jeweils, wie in der Figur gezeigt, an den Ausgangsanschlüssen 293, 313 der ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 als Rechteckschwingungen auf. Bedingt durch die Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 werden die MR-Elemente 21a, 22, 21b gegenüberliegend in der Reihenfolge gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4. Demnach wird das Signal e in einem vorbestimmten Phasenbetrag in Bezug auf das Signal f voreilen. In einer Periode wird das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 liegen, wo vier Muster von Kombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auftreten. Die unterschiedlichen Kombinationen jener stellen vier Pegel-Muster ”1”, ”2”, ”3”, ”4” vom Signal h, die sich voneinander unterscheiden, bereit. Aus diesem Grund können die Vorsprünge 41 und Einbuchtungen 42 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal h erfasst werden.
Die Pegeländerung in dem Signal h wird spezieller nachstehend im Detail beschrieben.
(1) Mit den Signalen e und f auf dem Pegel H
Die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 sind alle leitend, so dass das Signal h den Pegel von Masse GND annimmt. In 7A ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”1” gezeigt.
(2) Mit dem Signal e auf dem hohen Pegel h und dem Signal f auf dem niedrigen Pegel L
Die ersten und dritten Transistoren 51, 53 sind leitend, wohingegen die zweiten und vierten Transistoren 52, 54 jeweils nicht-leitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {R2/(R1 + R2)}.
In 7A ist der Pegel vom Signal h in diesem Fall bei ”2” gezeigt.
(3) Mit dem Signal e auf dem niedrigen Pegel L und dem Signal f auf dem hohen Pegel h
Die ersten und dritten Transistoren 51, 53 sind nichtleitend, wohingegen die zweiten und vierten Transistoren 52, 54 leitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {R3/(R1 + R3)}.
In 7A ist der Pegel vom Signal h in diesem Fall bei ”3” gezeigt.
(4) Mit beiden Signalen e und f auf niedrigem Pegel L
Die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 sind alle nicht-leitend, so dass das Signal h den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc annimmt. In 7A ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”4” gezeigt.
Wenn nun angenommen wird, dass Vcc = 3 [V], R1 = 2 [kΩ], R2 = 1 [kΩ] und für jeden Transistor Vsat = 0 gilt, dann ergibt sich das Folgende:
Pegel ”1” des Signals h = 0 [V]
Pegel ”2” des Signals h = 1 [V]
Pegel ”3” des Signals h = 2 [V]
Pegel ”4” des Signals h = 3 [V].
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln des Signals h ”2” und ”3” festgelegt. Für ein Signal h mit Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen, bei der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h in dieser Reihenfolge den Pegel ”1”, ”3”, ”4” und ”2” hat, führt die Logikschaltung 62 eine derartige Verarbeitung aus, dass das Ausgangssignal j auf niedrigem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen niedrigen Pegel erhält, eine Vorwärtsdrehung erfasst werden in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 und demnach das zu erfassende Objekt.
Es wird Bezug genommen auf 7B, bedingt durch die Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 werden die MR-Elemente 21b, 22, 21a in der Reihenfolge gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4 in einer Weise umgekehrt zu der der Vorwärtsdrehung. Demnach treten Signale e jeweils an den Ausgangsanschlüssen 293, 313 der ersten bzw. zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 mit einer signifikanten Verzögerung in einem vorbestimmten Phasenbetrag in Bezug auf das Signal f auf. In einer Periode, in der das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 ist, treten vier Muster von Kombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auf. Die unterschiedlichen Kombinationen dieser stellen ein Signal h mit vier Mustern von Pegeln ”1”, ”2”, ”3”, ”4” bereit, die voneinander unterschiedlich sind. Aus diesem Grund können der Vorsprung 41 und Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal h erfasst werden.
Die Pegeländerung in dem Signal h ist ähnlich der in einer Vorwärtsdrehung.

(1) Für Signale e, f beide auf einem hohen Pegel H, nimmt das Signal h einen Pegel ”1” ein.
(2) Für ein Signal e auf hohem Pegel H und einem Signal f auf niedrigem Pegel L nimmt das Signal h einen Pegel ”2” an.
(3) Für ein Signal e auf niedrigem Pegel L und einem Signal f auf hohem Pegel H nimmt das Signal h einen Pegel ”3” ein.
(4) Für Signale e und f, beide auf niedrigem Pegel L nimmt das Signal h einen Pegel ”4” ein.

Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL, der festgelegt ist zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h. Für ein Signal h mit Pegeln ”3” und ”4”, die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das auf niedrigem Pegel ist. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” hat das Signal i einen hohen Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”2”, ”4”, ”3” und ”1”, führt die Logikschaltung 62 eine derartige Verarbeitung durch, dass das Ausgangssignal j auf einem hohen Pegel behalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen hohen Pegel erhält, eine Drehung in Rückwärtsrichtung in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 und demnach das zu erfassende Objekt erfasst werden.
8A zeigt die Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j der jeweiligen Anschlüsse der in 6 gezeigten Schaltung in dem Fall, dass die Drehung umgeschaltet wird von vorwärts nach rückwärts, wenn das magnetische Bewegteil 4 und das mittlere MR-Element 22 des Magneten 1 (siehe 1) relativ gegenüber einer Position (a) sind. In ähnlicher Weise zeigen 8B, 8C und 8D die Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in dem Fall, dass die Drehung umgeschaltet wird von vorwärts nach rückwärts, wenn das magnetische Bewegteil 4 und das mittlere MR-Element 22 des Magneten 1 einander relativ gegenüber stehen in einer Position (b), (c) oder (d). Das Signal h ändert seinen Pegel in der in 7A gezeigten Reihenfolge während einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4, und in der in 7B gezeigten Reihenfolge während einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4. In dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 in der Drehung in dem Timing ”a” umgekehrt wird, ändert das Ausgangssignal i der dritten Komparatorschaltung den Pegel wie ”3”, ”4”, ”2” und ”1” in dieser Reihenfolge bedingt durch die Pegeländerung in den Signalen e, f zu der Zeit t1, t2, t3 bzw. t4, wie in 8A gezeigt. Bedingt hierdurch wird das Ausgangssignal j der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 auf niedrigem Pegel beibehalten zum Erfassen, dass das magnetische Bewegteil 4 sich in einer Vorwärtsdrehung befindet.
Wenn das magnetische Bewegteil 4 in der Drehung in der Zeit ”a” umgekehrt wird, ändert sich das Ausgangssignal i der dritten Komparatorschaltung 44 in dieser Reihenfolge im Pegel wie ”2”, ”4”, ”3” und ”1” bedingt durch die Pegeländerung in den Signalen e, f zu den Zeiten t5, t6, t7, t8, t9 bzw. t10. Hierdurch bedingt ändert sich das Ausgangssignal j der Umkehrdrehungserfassungsschaltung 60 in einen hohen Pegel. Demgemäss ändert sich das Signal j unmittelbar in einen hohen Pegel zu der Zeit t5, das Signal fällt unmittelbar nach der Zeit ”a” ab, wenn das magnetische Bewegteil 4 in eine Rückwärtsdrehung geändert worden ist. Demnach ist es möglich, eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ohne signifikante Verzögerung zu erfassen.
In ähnlicher Weise, wenn das magnetische Bewegteil 4 in einer Rückwärtsdrehung in dem Timing ”b” geändert wird, ändert sich das Signal j unmittelbar in einen hohen Pegel zu der Zeit t61, das Signal e steigt unmittelbar nach der Zeit (b) an, wie in 8B gezeigt. Demnach ist es möglich, eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ohne eine signifikante Verzögerung zu erfassen. Unter der Voraussetzung, dass das magnetische Bewegteil 4 in einer Rückwärtsdrehung zu der Zeit bzw. dem Timing ”c” geändert wird, ändert das Signal j unmittelbar in einen hohen Pegel zu der Zeit t72, das Signal f steigt unmittelbar nach der Zeit (c) an, wie in 8C gezeeigt. Demnach ist es möglich, eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ohne eine signifikante Verzögerung zu erfassen. Unter der Voraussetzung, dass das magnetische Bewegteil 4 in eine Rückwärtsdrehung in dem Timing (d) geändert wird, ändert das Signal j unmittelbar in einen hohen Pegel zu der Zeit t83, das Signal e fällt unmittelbar nach der Zeit (d) ab, wie in 8D gezeigt. Demnach ist es möglich, eine Rückwärtsdrehung des magnetische Bewegteils 4 ohne eine signifikante Verzögerung zu erfassen.
Auf diese Weise kann gemäß dem Magnetsensor in der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Rückwärtsdrehung eines magnetischen Bewegteils rasch durch eine einfache Schaltungsstruktur ohne fehlerhaftes Erfassen erfasst werden.
Zweite Ausführungsform
9 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Schaltungskonfiguration eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 10 ist eine erläuternde Figur, die den Betrieb des magnetischen Bewegteils 4 in einer Vorwärtsdrehung erläutert. Den in der vorangehenden, die Grundlage der Erfindung bildenden Technik ähnliche oder entsprechende Elemente sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. In 9 hat ein fünfter oder Ausgangstransistor (nachstehend als fünfter Transistor bezeichnet) 58 eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 einer ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einem Kollektor mit der Energieversorgungsquelle Vcc über einen Widerstand 64 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Die jeweiligen Basisanschlüsse der ersten und dritten Transistoren 51, 53 sind mit dem Kollektor des fünften Transistors 58 verbunden.
Ein sechster oder Ausgangstransistor (nachstehend als sechster Transistor bezeichnet) 59 hat als eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 313 einer zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor mit einer Energieversorgungsquelle Vcc über einen Widerstand 65 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Die jeweiligen Basisanschlüsse der zweiten und vierten Transistoren 52, 54 sind mit einem Kollektor des sechsten Transistors 58 verbunden.
Der erste Transistor 51 hat einen Kollektor direkt mit einem Ausgangsanschluss VOUT einer Sensoreinheit 50 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Der zweite Transistor 52 hat einen Kollektor mit einem Ausgangsanschluss VOUT über einen Widerstand 55 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Der dritte Transistor 53 hat einen Kollektor an einen Ausgangsanschluss VOUT über einen Widerstand 56 verbunden und hat einen Emitter an einen Kollektor des vierten Transistors 54 verbunden. Der Emitter des vierten Transistors 54 ist gegen Masse verbunden.
Der Rest ist ähnlich dem Aufbau der ersten Ausführungsform.
Die Sensoreinheit 50 wird mit Energie von einer Computereinheit 420 über einen Energieversorgungsanschluss VB versorgt, während ihr Masseanschluss GND mit Masse verbunden ist. Beachte, dass die Widerstände 55, 56, 57 als die Widerstandswerte R2, R3, R1 habend angenommen werden.
Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils findet eine Widerstandswertänderung in den MR-Elementen 21a, 21b, 22 statt. Durch erste und zweite Brückenschaltungen 23, 30 werden Zwei-System-Spannungsänderungen als Signale c, d bereitgestellt. Die Signale c, d werden jeweils umgewandelt durch die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 in Rechteckschwingungen, hierdurch Signale e, f erhaltend. Ein Signal oder eine Rechteckschwingung e wird in die Basis des fünften Transistors 58 eingegeben. Das andere Signal, oder die Rechteckschwingung, f wird in die Basis des sechsten Transistors 59 eingegeben.
Das Signal h, das von der Sensoreinheit 50 ausgegeben wird, wird an die Computereinheit 420 geliefert und dann hochgezogen zu der Energieversorgungsspannung Vcc. Das Signal h wird an den invertierten Eingangsanschluss der dritten Komparatorschaltung 44 eingegeben, wo es mit einem Vergleichspegel CL verglichen wird, der an dem nichtinvertierten Eingangsanschluss 442 eingegeben wird, hierdurch ein Signal i erhaltend. Unterdessen wird das Signal h in einen ADC bzw. Analog-Digital-Wandler 61 einer Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 eingegeben, wo es umgewandelt wird in ein Digitalsignal. Das Digitalsignal wird durch eine Logikschaltung 62 geleitet und dann durch einen DAC bzw. Digital-Analog-Wandler 63 in eine analoge Form rückgewandelt, hierdurch ein Rückwärtsdrehungserfassungssignal j erhalten.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung bilden die MR-Elemente 21a, 21b, 22 einen Sensorabschnitt in der Erfindung. Die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30, die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 und die ersten bis sechsten Transistoren 51, 52, 53, 54, 58, 59 bilden eines Signalformungsabschnitt in der Erfindung. Die dritte Komparatorschaltung 44 und die Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 bilden einen Bestimmungsabschnitt in der Erfindung. Zudem bilden die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 und die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 eine Umwandlungsschaltung in der Erfindung. Die ersten bis sechsten Transistoren 51, 52, 53, 54, 58, 59 bilden eine Signalformungsschaltung in der Erfindung.
10 ist eine erläuternde Figur zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils.
Es wird Bezug genommen auf 9 und 10, der Betrieb wird nun in Bezug auf den Magnetsensor in der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 10 treten jeweils Signale e, f, wie in der Figur gezeigt, an den Ausgangsanschlüssen 293 bzw. 313 der ersten bzw. zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 als Rechteckschwingungen auf. Bedingt durch die Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 kommen die MR-Elemente 21a, 22, 21b in dieser Reihenfolge gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4. Demnach eilt das Signal e in einem vorbestimmten Phasenbetrag bezogen auf das Signal f vor. In einer Periode ist das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4, es treten vier Muster von Kombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auf. Die unterschiedlichen Kombinationen von diesen stellen vier Muster von Pegeln des Signals h ”1”, ”2”, ”3”, ”4” bereit, die sich voneinander unterscheiden. Aus diesem Grund können der Vorsprung 41 und die Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz des Signals h erfasst werden.
Spezieller wird die Pegeländerung in dem Signal h detailliert im Folgenden beschrieben.
(1) Mit dem Signal e auf niedrigem Pegel L und dem Signal f auf hohem Pegel H
Die ersten und dritten Transistoren 51, 53 sind leitend, so dass das Signal h den Pegel der Masse GND annimmt. In 10, der Pegel des Signals h in diesem Fall gezeigt bei ”1”.
(2) Mit den Signalen e und f jeweils auf niedrigem Pegel L
Die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 sind leitend. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {(R2 × R3)/(R2 + R3)}/[R1 + {(R2 × R3)/ (R2 + R3)}].
In 10 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”2” gezeigt.
(3) Mit dem Signal e auf hohem Pegel H und dem Signal f auf niedrigem Pegel L
Die ersten und ditten Transistoren 51, 53 sind nicht-leitend, wohingegen die zweiten und dritten Transistoren 52, 54 leitend sind.
Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {R2/(R1 + R2)}.
In 10 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”3” gezeigt.
(4) Mit beiden Signalen e, f auf hohem Pegel H
Die ersten bis vierten Transistoren 51, 52, 53, 54 sind alle nicht-leitend, so dass das Signal h den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc annimmt. In 10 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”4” gezeigt.
Wenn nun angenommen wird, dass Vcc = 3 [V] gilt, R1 = 2 [kΩ], R2 = 4 [kΩ], R3 = 4/3 [kΩ] und für jeden Transistor gilt Vsat = 0, dann folgt das Folgende:
Pegel ”1” des Signals h = 0 [V]
Pegel ”2” des Signals h = 1 [V]
Pegel ”3” des Signals h = 2 [V]
Pegel ”4” des Signals h = 3 [V].
Wie in der Figur gezeigt, ändert das Ausgangssignal h der Senscreinheit 50 sich am stärksten in der Mitte des Vorsprungs 41 des magnetischen Bewegteils 4.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL abgelegt zwischen den Pegeln des Signals h ”2” und ”3”. Für ein Signal h mit den Pegeln ”3” und ”4” hat die Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i mit niedrigem Pegel. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen führt in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”1”, ”2”, ”3” und ”4”, die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart aus, dass das Ausgangssignal j auf niedrigem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen niedrigen Pegel hat, die Drehung in Vorwärtsdrehung in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 demnach das zu erfassende Objekt erfasst werden.
Obwohl hier keine Darstellung der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 gezeigt sind, tritt das Signal e mit einer Verzögerung in der Phase in einem vorbestimmten Betrag in Bezug auf das Signal f auf eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 auf, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt. Die Schwingungsform kann in diesem Fall durch Invertieren aller Fehler in 1 gezeigt werden. In dem Fall der Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ändert sich das Signal h nämlich im Pegel wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1” in dieser Reihenfolge.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für ein Signal h mit Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat ähnlich dem Fall der Vorwärtsdrehung. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1” in dieser Reihenfolge ändert, führt die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart durch, dass das Ausgangssignal j auf hohem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen hohen Pegel erhält, eine Drehung rückwärts erfasst werden in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 und demnach in Bezug auf das erfasste Objekt.
In der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich die Pegeländerung des Signals h von der der ersten Ausführungsform. Jedoch in ähnlicher Weise wie bei der ersten in 8 gezeigten Ausführungsform wird in dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 in der Drehung umgekehrt wird, an irgendeinem der Zeitpunkte (a), (b), (c) und (d), das Signal j unmittelbar seinen Pegel von niedrig nach hoch zu einer Zeit ändert, zu der irgendeines der Signale e, f seinen Pegel dieses Mal zuerst ändert. Gemäss dem Magnetsensor in der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils durch eine einfache Schaltungsstruktur rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassung erfasst werden. Daher kann die Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst werden.
Dritte Ausführungsform
11 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Schaltungskonfiguration eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 12 ist eine erläuternde Figur, die den Betrieb des magnetischen Bewegteils 4 in der Vorwärtsdrehung erläutert. Ähnliche oder entsprechende Elemente zu jenen der ersten und zweiten Ausführungsformen sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. In 11 hat ein sechster oder Ausgangstransistor 59 eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 313 mit einer zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor mit der Energieversorgungsspannung Vcc über einen Widerstand 65 verbunden und den Emitter gegen Masse verbunden. Es ist kein Transistor in Entsprechung zu dem fünften Transistor 58 in der zweiten Ausführungsform vorgesehen.
Ein zweiter Transistor 52 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 313 einer zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor mit einem Ausgangsanschluss VOUT einer Sensoreinheit 50 über einen Widerstand 56 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Die Basis des vierten Transistors 54 ist mit dem Kollektor des sechsten Transistors 59 verbunden und der Emitter davon ist gegen Masse verbunden.
Der erste Transistor 51 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor an einen Leistungsanschluss VOUT über einen Widerstand 55 und einen Emitter gegen Masse verbunden. Der dritte Transistor 53 hat eine Masse mit einem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor direkt mit dem Leistungsanschluss VOUT verbunden und einen Emitter mit dem Kollektor des vierten Transistors 54 verbunden.
Der Rest ist ännlich im Aufbau zu den ersten und zweiten Ausführungsformen.
Die Sensoreinheit 50 wird von einer Computereinheit 49 über einen Leistungsanschluss VB mit Energie versorgt, während ihr Masseanschluss GND mit Masse verbunden ist. Beachte, dass Widerstände 55, 56, 57 als die entsprechenden Werte R3, R2 bzw. R1 habend angenommen werden.
Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils findet eine Widerstandswertänderung in den MR-Elementen 21a, 21b, 22 statt zum Bereitstellen von Zwei-System-Spannungsänderungen als Signale c, d mit Hilfe erster und zweiter Brückenschaltungen 23, 30. Die Signale c, d werden jeweils durch erste und zweite Komparatorschaltungen 29, 31 in Rechteckschwingungen umgeformt, hierdurch Signale e, f erhaltend. Ein Signal oder eine Rechteckschwingung e wird in die Basis des ersten und dritten Transistors 51, 53 eingegeben. Das andere Signal oder die Rechteckschwingung f wird in die Basis des zweiten und dritten Transistors 52, 65 eingegeben.
Das Signal h, das von der Sensoreinheit 50 ausgegeben wird, wird an die Computereinheit 42 geliefert und dann hochgezogen auf die Energieversorgungsspannung Vcc. Das Signal h wird in den invertierten Eingangsanschluss der dritten Komparatorschaltung 44 eingegeben, wo es mit einem Vergleichspegel CL verglichen wird, der in den nichtinvertierten Eingangsanschluss 442 eingegeben wird, hierdurch ein Signal i erhaltend. Unterdessen wird das Signal h in einen Analog-Digital-Wandler bzw. ADC 61 einer Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 eingegeben, wo es umgewandelt wird in ein Digitalsignal. Das Digitalsignal wird durch eine Logikschaltung 62 geleitet und dann zurückgewandelt durch einen DAC 63 in eine analoge Form, hierdurch ein Rückwärtsdrehungserfassungssignal j erhaltend.
In der dritten Ausführungsform der Erfindung bilden die MR-Elemente 21a, 21b, 22 einen Sensorabschnitt in der Erfindung. Die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30, die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 und die ersten bis vierten und der sechste Transistor 51, 52, 53, 54, 59 bilden einen Signalformungsabschnitt der Erfindung. Die dritte Komparatorschaltung 44 und die Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 bilden einen Bestimmungsabschnitt in der Erfindung. Zudem bilden die erste und zweite Brückenschaltung 23, 30 und die erste und zweite Komparatorschaltung 29, 32 eine Umwandlungsschaltung in der Erfindung. Der erste bis vierte und der sechste Transistor 51, 52, 53, 54, 59 bilden eine Signalformungsschaltung in der Erfindung.
12 ist eine erläuternde Figur zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, u in einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils.
Es wird Bezug genommen auf 11 und 12, der Betrieb wird nun in Bezug auf den Magnetsensor in der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 12 treten Signale e, f jeweils wie in der Figur gezeigt, an den Ausgangsanschlüssen 293, 313 der ersten und zweien Komparatorschaltungen 29, 31 als Rechteckschwingungsformen auf. Bedingt durch die Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 werden die MR-Elemente 21a, 22, 21b in der Reihenfolge gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4 angeordnet. Demnach eilt das Signal e in einem vorbestimmten Betrag der Phase relativ zu dem Signal f vor. In einer Periode befindet sich das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4, hierdurch treten vier Muster aus Kombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auf. Die unterschiedlichen Kombinationen jener vier bereitgestellten Mustern von Pegeln des Signals h ”1”, ”2”, ”3”, ”4” unterscheiden sich voneinander. Aus diesem Grund können der Vorsprung 41 und die Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz im Signal h erfasst werden. Spezieller wird die Pegeländerung in dem Signal h im Folgenden detailliert beschrieben.
(1) Mit dem Signal e auf hohem Pegel H und dem Signal f auf niedrigem Pegel L
Der erste, dritte und vierte Transistor 51, 53, 54 sind leitend, so dass das Signal h den Pegel von Masse GND annimmt. In 12 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”1” gezeigt.
(2) Mit den Signalen e, f, beiden auf hohem Pegel H
Der erste bis dritte Transistor 51, 52, 53 sind leitend, wohingegen der vierte Transistor 54 nicht-leitend ist. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {(R2 × R3)/(R2 + R2)}/[R1 + {(R2 × R3)/ (R2 + R3)}].
In 12 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”2” gezeigt.
(3) Mit dem Signal e auf niedrigem Pegel L und dem Signal f auf hohem Pegel H.
Der zweite und sechste Transistor 52, 59 sind leitend, wohingegen der erste und dritte Transistor 51, 53 nichtleitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {R2/(R1 + R2)}.
In 12 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”3” gezeigt.
(4) Mit dem Signal e auf hohem Pegel h und dem Signal f auf niedrigem Pegel L
Die fünften und dritten Transistoren 58, 53 sind leitend, wohingegen die anderen Transistoren alle nicht-leitend sind, so dass das Signal h den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc annimmt. In 12 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”4” gezeigt.
Wenn nun angenommen wird, dass Vcc = 3 [V] gilt, R1 = 2 [kΩ], R2 = 4 [kΩ], R3 = 4/3 [kΩ] für jeden Transistor gilt Vsat = 0, dann ergibt sich das Folgende:
Pegel ”1” des Signals h = 0 [V]
Pegel ”2” des Signals h = 1 [V]
Pegel ”3” des Signals h = 2 [V]
Pegel ”4” des Signals h = 3 [V].
Wie in der Figur gezeigt, ändert sich das Ausgangssignal h der Sensoreinheit 50 am stärksten in der Mitte der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL festgelegt zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h. Für ein Signal h mit den Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung ein Ausgangssignal i, das niedrig im Pegel ist. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i bei niedrigem Pegel. Unterdessen nimmt in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”1”, ”2”, ”3” und ”4”, die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart vor, dass das Ausgangssignal j bei niedrigem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen niedrigen Pegel hat, die Drehung in Vorwärtsrichtung in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 demnach das zu erfassende Objekt erfasst werden.
Obwohl es keine Darstellung der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 gibt, tritt das Signal e mit einer Verzögerung in einem vorbestimmten Betrag der Phase bezogen auf das Signal f auf eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 hin auf, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt. Die Signalschwingungsformen in diesem Fall können durch Invertieren aller Pfeile in 12 gezeigt werden. In dem Fall der Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ändert sich das Signal h in seinem Pegel in der Reihenfolge wie ”4”, ”3”, ”2”, und ”1”.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für ein Signal h mit den Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat ähnlich dem Fall der Vorwärtsdrehung. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1”, nimmt die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart vor, dass das Ausgangssignal j auf hohem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal einen hohen Pegel erhält, die Drehung umgekehrt zu dem magnetischen Bewegteil 4 demnach mit dem zu erfassenden Objekt erfasst werden.
In der dritten Ausführungsform unterscheidet sich die Reihenfolge der Pegeländerung des Signals h von der der ersten Ausführungsform.
Jedoch, ähnlich der in 8A–8D gezeigten ersten Ausführungsform selbst in dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 in der Drehung umgekehrt wird zu irgendeinem der Zeitpunkte (a), (b), (c) und (d), das Signal j unmittelbar den Pegel von niedrig nach hoch zu einer Zeit ändert, zu der irgendeines der Signale e, f zum ersten Mal seinen Pegel nach diesem Zeitpunkt ändert. Demgemäss kann gemäß dem Magnetsensor der dritten Ausführungsform der Erfindung eine Rückwärtsdrehung eines magnetischen Bewegteils durch einen einfachen Schaltungsaufbau rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst werden. Demnach kann die Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst werden.
Vierte Ausführungsform
13 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Schaltungskonfiguration eines Magnetsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 14 ist eine erläuternde Figur, die den Betrieb des magnetischen Bewegteils 4 in einer Vorwärtsdrehung erläutert. Ähnliche oder entsprechende Elemente zu jenen in den ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. In 13 hat ein fünfter oder Ausgangstransistor 58 seine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 einer ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor mit der Energieversorgungsspannung Vcc über einen Widerstand 64 verbunden, und einen Emitter gegen Masse geschaltet. Es ist kein Transistor in Entsprechung zu dem sechsten Transistor 59 in der zweiten Ausführungsform vorgesehen.
Ein erster Transistor 51 hat eine Basis mit einem Kollektor des fünften Transistors 58 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Ein zweiter Transistor 52 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 313 einer zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden, einen Kollektor an einen Ausgangsanschluss VOUT einer Sensoreinheit 50 über einen Widerstand 56 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Ein dritter Transistor 53 hat eine Basis an einen Ausgangsanschluss 293 einer ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor direkt an einen Leistungsanschluss VOUT verbunden, und einen Emitter an einen Kollektor eines vierten Transistors 54 verbunden. Der vierte Transistor 54 hat eine Basis an den Ausgangsanschluss 313 der zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden.
Der Rest ist ähnlich im Aufbau zu den ersten bis dritten Ausführungsformen.
Die Sensoreinheit 50 wird mit Energie von einer Computereinheit 49 über einen Leistungsanschluss VB versorgt, während ihr Masseanschluss GND gegen Masse verbunden ist. Beachte, dass Widerstände 55, 56, 57 als jeweils die Werte R2, R3 bzw. R1 habend angenommen werden.
Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils findet eine Widerstandsänderung in den MR-Elementen 21a, 21b, 22 statt zum Bereitstellen von Zwei-System-Spannungsänderungen als Signale c, d mit Hilfe erster und zweiter Brückenschaltungen 23, 30. Die Signale c, d werden jeweils durch die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 in Rechteckschwingungen umgewandelt, hierdurch Signale e, f erhaltend. Ein Signal oder eine Rechteckschwingung e wird in den Basisanschluss der fünften und dritten Transistoren 58, 53 eingegeben. Das andere Signal oder die Rechteckschwingung f wird jeweils in die Basisanschlüsse der zweiten und vierten Transistoren 52, 54 eingegeben.
Das Signal h, das von der Sensoreinheit 50 ausgegeben wird, wird an die Computereinheit 48 geliefert und dann hochgezogen zu der Energieversorgungsspannung Vcc. Das Signal h wird in den invertierten Eingangsanschluss der dritten Komparatorschaltung 44 eingegeben, wo es verglichen wird mit einem Vergleichspegel CL, der an den nicht-leitenden Eingangsanschluss 442 eingegeben wird, hierdurch ein Signal i erhaltend. Unterdessen wird das Signal h eingegeben an einen ADC bzw. Analog-Digital-Wandler 61 einer Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wo es umgewandelt wird in ein Digitalsignal. Das Digitalsignal wird durch eine Logikschaltung 62 geleitet und dann durch einen DAC bzw. Digital-Analog-Wandler 63 in eine analoge Form zurückgewandelt, durch ein Rückwärtsdrehungserfassungssignal j erhaltend.
In der vierten Ausführungsform der Erfindung bilden die MR-Elemente 21a, 21b, 22 einen Sensorabschnitt in der Erfindung.
Die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30, die ersten und zweiten Vergleicherschaltungen 29, 31 und die ersten bis vierten Transistoren und der fünfte Transistor 51, 52, 53, 54, 58 bilden einen Signalformungsabschnitt in der Erfindung. Die dritte Komparatorschaltung 44 und die Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 bilden einen Bestimmungsabschnitt in der Erfindung. Zudem bilden die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 und die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 eine Umwandlungsschaltung in der Erfindung. Die ersten bis vierten Transistoren und der fünfte Transistor 51, 52, 53, 54, 58 bilden eine Signalformungsschaltung in der Erfindung.
14 ist eine erläuternde Figur zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j, in einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils.
Es wird Bezug genommen auf 13 und 14, der Betrieb wird nun in Bezug auf den Magnetsensor in der vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 14 treten Signale e bzw. F jeweils an den Ausgangsanschlüssen 293 bzw. 313 der ersten bzw. zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 als Rechteckschwingungssignale auf. Bedingt durch die Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 kommen die MR-Elemente 21a, 22, 21b in dieser Reihenfolge gegenüber den Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4. Demnach eilt das Signal e in einem vorbestimmten Betrag der Phase bezogen auf das Signal f vor. In einer Periode liegt das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4, und es treten vier Musterkombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auf. Unterschiedliche Kombinationen von diesen stellen vier Muster von Pegeln des Signals h ”1”, ”2”, ”3” und ”4” bereit, die sich voneinander unterscheiden. Aus diesem Grund können der Vorsprung 41 und die Einbuchtung 41 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal h erfasst werden.
Die Pegeländerung in dem Signal h wird im Folgenden spezieller im Detail beschrieben.
(1) Mit Signalen e, f beide auf hohem Pegel h
Der fünfte, dritte, zweite und vierte Transistor 58, 53, 52 und 54 leiten, so dass das Signal h den Pegel der Masse GND annimmt. In 14 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”1” gezeigt.
(2) Mit dem Signal e auf niedrigem Pegel L und dem Signal f auf hohem Pegel h
Der erste, zweite und vierte Transistor 51, 52, 54 sind leitend. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {(R2 × R3)/(R2 + R2)}/[R1 + {(R2 × R3)/(R2 + R3)}].
In 14 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”2” gezeigt.
(3) Sind die Signal e, f beide auf niedrigem Pegel L
Der erste Transistor 51 ist leitend, wohingegen die anderen Transistoren nicht-leitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {RC/(R1 + R2)}.
In 14 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”3” gezeigt.
(4) Mit den Signalen e, f, beiden auf niedrigem Pegel L
Die ersten bis dritten Transistoren 51, 52, 53 sind nichtleitend, so dass das Signal h den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc annimmt. In 14 ist der Pegel des Signals h in diesem Fall bei ”4” gezeigt.
Wenn nun angenommen wird, dass Vcc = 3 [V] gilt, R1 = 2 [kΩ], R2 = 4 [kΩ], R3 = 4/3 [kΩ] und für jeden Transistor gilt Vsat = 0, dann ergibt sich das Folgende:
Pegel ”1” des Signals h = 0 [V]
Pegel ”2” des Signals h = 1 [V]
Pegel ”3” des Signals h = 2 [V]
Pegel ”4” des Signals h = 3 [V].
Wie in der Figur gezeigt, ändert sich das Ausgangssignal h der Sensoreinheit 50 am stärksten bei der steigenden Flanke des Vorsprungs 41 des magnetischen Bewegteils 4.
Die vierte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL in den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für ein Signal h mit Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat. Für ein Signal h mit den Pegeln ”1” und ”2” hat das Signal i einen hohen Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h einen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”1”, ”2”, ”3” und ”4”, führt die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart durch, dass das Ausgangssignal j auf niedrigem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j auf niedrigem Pegel ist, die Vorwärtsdrehung erfasst werden in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 und demnach das zu erfassende Objekt.
Obwohl es keine Darstellung der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 gibt, tritt das Signal e mit einer Verzögerung in einem vorbestimmten Betrag der Phase bezogen auf das Signal f auf auf eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt. Die Schwingungsform kann in diesem Fall durch Invertieren aller Pfeile in 14 gezeigt werden. Wie in dem Fall der Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ändert sich das Signal h in seinem Pegel in dieser Reihenfolge wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1”.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für das Signal h mit Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat ähnlich dem Fall der Vorwärtsdrehung. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2”, ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1”, führt die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart durch, dass das Ausgangssignal j bei hohem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j einen hohen Pegel erhält, eine Rückwärtsdrehung in Bezug auf das magnetische Bewegteil und demnach das zu erfassende Objekt erfasst werden.
In der vierten Ausführungsform unterscheidet sich die Reihenfolge der Pegeländerung des Signals h von der der ersten Ausführungsform. Jedoch ändert sich ähnlich der in 8 gezeigten ersten Ausführungsform selbst in dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 in der Drehung umgekehrt wird an irgendeinem der Zeitpunkte (a), (b), (c) und (d) das Signal j unmittelbar im Pegel von niedrig auf hoch zu einer Zeit, zu der irgendeines der Signale e, f nach diesem Zeitpunkt zum ersten Mal den Pegel ändert. Gemäß dem Magnetsensor der vierten Ausführungsform der Erfindung kann die Rückwärtsdrehung eines magnetischen Bewegteils rasch durch eine einfache Schaltungsstruktur korrekt und ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst werden. Demnach kann die Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassung erfasst werden.
Fünfte Ausführungsform
15 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Schaltungskonfiguration eines Magnetsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. 16 ist eine erläuternde Figur, die den Betrieb des magnetischen Bewegteils 4 in einer Vorwärtsdrehung erläutert. Ähnliche oder entsprechende Elemente zu denen der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. In 15 hat ein fünfter Transistor 58 eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 einer ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einem Kollektor mit einer Energiequelle Vcc über einen Widerstand 64 verbunden und einen Emitter mit Masse verbunden. Ein sechster Transistor 59 hat eine Basis an einen Ausgangsanschluss 313 einer zweiten Komparatorschaltung 31 verbunden und einen Kollektor an die Energiequelle Vcc über einen Widerstand 65 verbunden.
Ein erster Transistor 51 hat eine Basis mit einem Ausgangsanschluss 293 der ersten Komparatorschaltung 29 verbunden, einen Kollektor mit einem Ausgangsanschluss VOUT einer Sensoreinheit 50 über einen Widerstand 55 verbunden und einen Emitter gegen Masse verbunden. Ein zweiter Transistor 52 hat eine Basis mit einem Kollektor des sechsten Transistors 59 verbunden und einem Emitter mit Masse verbunden. Ein dritter Transistor 53 hat eine Basis mit einem Kollektor des fünften Transistors 58 verbunden. Ein vierter Transistor 54 hat eine Basis mit dem Kollektor des sechsten Transistors 59 verbunden und einen Emitter mit Masse verbunden.
Der Rest ist ähnlich dem Aufbau der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen.
Die Sensoreinheit 50 wird von einer Computereinheit 42 durch einen Leistungsanschluss VB mit Energie versorgt, während der Masseanschluss GND mit Masse verbunden ist. Beachte, dass die Widerstandswerte 55, 56, 57 angenommen werden als die jeweiligen Werte R2, R3, R1 habend. Bedingt durch die Drehung des magnetischen Bewegteils findet eine Widerstandsänderung in den MR-Elementen 21a, 21b, 22 statt, um Zwei-System-Spannungsänderungen als Signale c, d mit Hilfe erster und zweiter Brückenschaltungen 23, 30 bereitzustellen. Die Signale c, d sind jeweils durch die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 in Rechteckschwingungen umgewandelt, hierdurch Signale e, f erhaltend. Ein Signal oder eine Rechteckschwingung e wird in die Basis des fünften und ersten Transistors 58, 51 eingegeben. Das andere Signal oder eine Rechteckschwingung f wird in die Basis des sechsten Transistors 59 eingegeben.
Das Signal h, das von der Sensoreinheit 50 ausgegeben wird, wird an die Computereinheit 420 geliefert und dann hochgezogen auf die Energieversorgungsspannung Vcc. Das Signal h wird in den invertierten Ausgangsanschluss der dritten Komparatorschaltung 44 eingegeben, wo es verglichen wird mit einem Vergleichspegel CL, der in den nichtinvertierten Ausgangsanschluss 442 eingegeben wird, hierdurch ein Signal i erhaltend. Unterdessen wird das Signal h in einen Analog-Digital-Wandler 61 einer Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 eingegeben, wo es umgewandelt wird in ein Digitalsignal. Das Digitalsignal wird durch eine Logikschaltung 62 geleitet und dann durch einen Digital-Analog-Wandler 63 in eine analoge Form umgewandelt, hierdurch ein Rückwartsdrehungserfassungssignal j erhaltend.
In der fünften Ausführungsform der Erfindung bilden die MR-Elemente 21a, 21b, 22 einen Sensorabschnitt in der Erfindung. Die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 und die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 und die ersten bis sechsten Transistoren 51, 52, 53, 54, 58, 59 bilden einen Signalformungsabschnitt in der Erfindung. Die dritte Komparatorschaltung 44 und die Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60 bilden einen Bestimmungsabschnitt in der Erfindung. Zudem bilden die ersten und zweiten Brückenschaltungen 23, 30 und die ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 eine Umwandlungsschaltung in der Erfindung. Die ersten bis sechsten Transistoren 51, 52, 53, 54, 58, 59 bilden eine Signalformungsschaltung in der Erfindung.
16 ist eine erläuternde Figur zum Zeigen der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils.
Es wird Bezug genommen auf 15 und 16, der Betrieb wird nun in Bezug auf den Magnetsensor in der fünften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 16 treten Signale e, f an den Ausgangsanschlüssen 293, 313 der ersten und zweiten Komparatorschaltungen 29, 31 jeweils, wie in der Figur gezeigt als Rechteckschwingungen auf. Bedingt durch die Vorwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 werden die MR-Elemente 21a, 22, 21b in dieser Reihenfolge gegenüber dem Vorsprung 41 des magnetischen Bewegteils 4 angeordnet. Demnach eilt das Signal e in einem vorbestimmten Betrag der Phase in Bezug auf das Signal f vor. In einer Periode kommt das MR-Element gegenüber dem Vorsprung 41 und der Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4, es treten vier Muster von Kombinationen von Hoch- und Niedrigpegeln H, L der Signale e, f auf. Die unterschiedlichen Kombinationen dieser bereitgestellten vier Muster von Signalpegeln des Signals h ”1”, ”2”, ”3”, ”4” unterscheiden sich voneinander. Aus diesem Grund können der Vorsprung 41 und die Einbuchtung 42 des magnetischen Bewegteils 4 mit einer Viertelperiode abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal h erfasst werden. Genauer, die Pegeländerung in dem Signal h wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
(1) Mit den Signalen e und f beide auf niedrigem Pegel L
Die ersten, fünften und sechsten Transistoren 51, 52, 58, 59 sind nicht-leitend, wohingegen die zweiten, dritten und vierten Transistoren 52, 53, 54 leitend sind. Bedingt hierdurch nimmt das Signal h den Pegel der Masse GND an. 16 wird der Signalpegel des Signals h in diesem Fall bei ”1” gezeigt.
(2) Mit dem Signal e auf dem hohen Pegel h und dem Signal f auf dem niedrigen Pegel L
Die ersten, zweiten, vierten und fünften Transistoren 51, 52, 54, 58 sind leitend, wohingegen die dritten und sechsten Transistoren 53, 59 nicht-leitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {(R2 × R3)/(R2 + R2))/[R1 + {(R2 × R3)/(R2 + R3)}.
In 16 ist der Pegel vom Signal h in diesem Fall bei ”2” gezeigt.
(3)
Mit den Signalen e, f beide auf hohem Pegel sind die ersten und fünften Transistoren 51, 58 leitend, wohingegen die anderen Transistoren nicht-leitend sind. Dies stellt bereit: Signal h = Vcc × {R2/(R1 + R2)).
In 16 ist der Signalpegel des Signals h in diesem Fall bei ”3” gezeigt.
(4) Mit dem Signal e auf Niedrigpegel L und dem Signal f auf Hochpegel H
Der sechste und dritte Transistor 59, 53 sind leitend, wohingegen die anderen Transistoren nicht-leitend sind, so dass das Signal h den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc annimmt. In 16 ist der Signalpegel des Signals h in diesem Fall bei ”4” gezeigt.
Wenn nun angenommen wird, dass Vcc = 3 [V], R1 = 2 [kΩ], R2 = 4 [kΩ], R3 = 4/3 [kΩ] und für jeden Transistor Vsat = 0 gilt, dann ergibt sich das Folgende:
Pegel ”1” des Signals h = 0 [V]
Pegel ”2” des Signals h = 1 [V]
Pegel ”3” des Signals h = 2 [V]
Pegel ”4” des Signals h = 3 [V].
Wie in der Figur gezeigt, ändert sich das Ausgangssignal h der Sensoreinheit 50 am stärksten an der fallenden Flanke des Vorsprungs 41 des magnetischen Bewegteils 4.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für ein Signal h mit den Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i mit einem niedrigen Pegel. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i im Pegel hoch. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h sich im Pegel dieser Reihenfolge ändert wie ”1”, ”2”, ”3” und ”4”, führt die Logikschaltung 62 eine derartige Verarbeitung aus, dass das Ausgangssignal j auf einem niedrigen Pegel behalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal j im Pegel niedrig ist, die Drehung vorwärts in Bezug auf das magnetische Bewegteil 4 demnach das zu erfassende Objekt erfasst werden.
Obwohl es keine Darstellung der Schwingungsformen der Signale e, f, h, i, j in einer Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewe^gteils 4 gibt, tritt das Signal e mit einer Verzögerung in einem vorbestimmten Betrag der Phase bezogen auf das Signal f auf eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 hin auf, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt. Die Signalschwingungsform in diesem Fall kann durch Invertieren aller Pfeile in 14 gezeigt werden. In dem Fall der Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 ändert sich das Signal h in seinem Pegel in der Reihenfolge wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1”.
Die dritte Komparatorschaltung 44 hat einen Vergleichspegel CL zwischen den Pegeln ”2” und ”3” des Signals h festgelegt. Für ein Signal h mit den Pegeln ”3” und ”4” hat die dritte Komparatorschaltung 44 ein Ausgangssignal i, das einen niedrigen Pegel hat ähnlich dem Fall der Vorwärtsdrehung. Für ein Signal h mit Pegeln ”1” und ”2” ist das Signal i auf hohem Pegel. Unterdessen, in der Rückwärtsdrehungs-Erfassungsschaltung 60, wenn das Eingangssignal h seinen Pegel in dieser Reihenfolge ändert wie ”4”, ”3”, ”2” und ”1”, nimmt die Logikschaltung 62 eine Verarbeitung derart vor, dass das Ausgangssignal j auf hohem Pegel beibehalten wird. Demgemäss kann durch die Tatsache, dass das Signal einen hohen Pegel erhält, die Drehung umgekehrt zu dem magnetischen Bewegteil 4 demnach mit dem zu erfassenden Objekt erfasst werden.
In der fünften Ausführungsform unterscheidet sich die Reihenfolge der Pegeländerung des Signals h von der der ersten Ausführungsform. Jedoch in ähnlicher Weise zu der ersten Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, wird selbst in dem Fall, dass das magnetische Bewegteil 4 umgekehrt wird in der Drehung zu irgendeinem der Zeitpunkte (a), (b), (c) und (d), das Signal j unmittelbar im Pegel von niedrig auf hoch geändert zu einer Zeit, zu der irgendeines der Signale e, f sich zum ersten Mal in seinem Pegel nach diesem Zeitpunkt ändert. Gemäss dem Magnetsensor in der fünften Ausführungsform der Erfindung kann die Rückwärtsdrehung eines magnetischen Bewegteils rasch durch eine einfache Schaltungsstruktur korrekt und ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst werden. Demnach kann eine Rückwärtsdrehung des magnetischen Bewegteils 4 rasch und korrekt ohne fehlerhafte Erfassungen erfasst wurden.

Claims

Magnetsensor mit einem magnetischen Bewegteil (4), das sich ansprechend auf eine Bewegung eines Erfassungsobjekts bewegt und eine Vielzahl von Vorsprüngen (41) und Einbuchtungen (42) aufweist, und einem Sensorabschnitt (21a, 21b, 22), der über einen Spalt gegenüber dem magnetischen Bewegteil (4) und zum Erfassen einer durch eine Bewegung des magnetischen Bewegteils (4) bedingten Änderung des Magnetfelds in dem Spalt vorgesehen ist, wobei der Magnetsensor ferner umfasst: einen Signalformungsabschnitt (23, 30, 29, 31), der eine Umwandlungsschaltung aufweist, die die Änderung des Magnetfelds, die durch den Sensorabschnitt erfasst wird, in eine Vielzahl von elektrischen Signalen (e, f) umwandelt, die in ihrem Phasenzusammenhang unterschiedlich zueinander sind in Entsprechung zu einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils, sowie eine Signalformungsschaltung (51, 52, 53, 54), die ein Signal (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln bildet, die sich in der Reihenfolge in Entsprechung zu der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) abhängig von der Vielzahl von durch die Umwandlungsschaltung umgewandelten elektrischen Signalen (e, f) ändern, so dass ein Vorsprung (41) und eine Einbuchtung (42) abhängig von der Pegeldifferenz in dem Signal (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln erfassbar sind, und einen Bestimmungsabschnitt (44, 60), der eine Logikschaltung (62) umfasst, die ausgebildet ist zum Verarbeiten des Signals (h) mit mindestens vier unterschiedlichen Pegeln, so dass ihr Ausgangssignal (j) seinen Pegel nur ändert bei Änderung der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) und so dass die Änderung des Pegels des Ausgangssignals (j) zu dem Zeitpunkt erfolgt, an dem irgendeines der umgewandelten elektrischen Signale (e, f) nach einer Änderung der Bewegungsrichtung zum ersten Mal seinen Pegel ändert.
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei der Sensorabschnitt eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen (21a, 21b, 22) parallel zu einer Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) angeordnet hat und abhängig von einer durch einen gegenüberliegenden Vorsprung (41) oder eine gegenüberliegende Einbuchtung (42) des magnetischen Bewegteils (4) bedingten Änderung des Magnetfelds eine Widerstandsänderung hat, wobei die Umwandlungsschaltung erste und zweite Brückenschaltungen (23, 30) hat mit der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen und erste und zweite Komparatorschaltungen (29, 31), die erste und zweite Rechteckschwingungssignale (e, f) abhängig von der Ausgabe der jeweiligen Brückenschaltungen erzeugen.
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei das magnetische Bewegteil (4) die Vielzahl von Vorsprüngen (41) und Einbuchtungen (42) gegenüber dem Sensorabschnitt über einen Spalt hat, wobei das Signal bei einer vorbestimmten gegenüberliegenden Position des magnetischen Bewegteils (4) und des Sensorabschnitts einen maximalen Pegel annimmt.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte gegenüberliegende Position bei einem Zentrum des Vorsprungs (41) in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) liegt.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte gegenüberliegende Position bei einem Zentrum der Einbuchtung (42) in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) liegt.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte gegenüberliegende Position bei einer steigenden Flanke des Vorsprungs (41) in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) liegt.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte gegenüberliegende Position bei einer fallenden Flanke des Vorsprungs (41) in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils (4) liegt.