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Sensoren auf Basis des Hall-Effekts, die auch als Hall-Sensoren bezeichnet werden, werden häufig als Magnetfeldsensoren verwendet. Ein Hall-Sensor umfasst eines oder mehrere Hall-Effekt-Erfassungselemente, die eine Magnetfeldstärke und/oder -Richtung messen. Diese Messungen werden verwendet, um Parameter zu erhalten, wie beispielsweise Abstand, Position und Drehgeschwindigkeit. Hall-Erfassungselemente zeigen jedoch Versätze an den Ausgaben derselben aufgrund von mechanischen Belastungen, Dotierung und geometrischen Fehlern. Ferner zeigen Hall-Erfassungselemente eine Versatzdrift, die zu einem unvorhersagbaren und zeitlich veränderlichen Ausgabefehler führt.
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Versätze bei Hall-Erfassungselementen können über das Drehstromverfahren bzw. Spinning-Current-Verfahren verringert werden, bei dem der Vorspannungsstrom eines Hall-Erfassungselements räumlich um das Hall-Erfassungselement herum gedreht wird, während die Ausgabe zeitlich gemittelt wird. Dies verringert einen Versatz und eine Versatzdrift. Ferner kann ein Hall-Sensorversatz durch orthogonales Koppeln zweiter oder mehrerer Hall-Erfassungselemente sofort verringert werden.
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Eingangsverstärker empfangen und verstärken die Signale von den Hall-Erfassungselementen. Diese Eingangsverstärker umfassen Rausch- und Verstärkerversätze. Dynamische Versatzaufhebungstechniken, einschließlich Autonullungs- und Zerhackungstechniken (Auto-Zeroing- und Chopping-Techniken) können verwendet werden, um das Rauschen und den Versatz der Eingangsverstärker zu verringern. Diese Techniken erzeugen jedoch Restversätze, die durch demodulierte Schaltspitzen und/oder Unvollkommenheiten in der Verstärkerschaltung bewirkt werden.
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Die
DE 10 2006 059 421 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Offset-behafteten Sensorsignalen sowie eine für die Durchführung des Verfahrens ausgebildete Sensoranordnung.
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Die
US 5621319 A bezieht sich auf einen getakteten Hall-Sensor-Schaltkreis, bei dem ein getakteter Abtast- und Halte-Hallspannungs-Schaltkreis synchron mit dem geschalteten Hallelement getaktet wird.
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DE 4302342 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung mittels eines Hallelements.
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Aus diesen und anderen Gründen steht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel, das in der Offenbarung beschrieben ist, sieht ein System vor, das einen Drehstrom-Hall-Sensor und eine Zerhackungsschaltung (Chopping-Schaltung) umfasst. Der Drehstrom-Hall-Sensor ist konfiguriert, um Eingangssignale zu liefern, und die Zerhackungsschaltung ist konfiguriert, um die Eingangssignale zu empfangen. Drehphasen des Drehstrom-Hall-Sensors werden in Restversatzeinstellungsphasen verlängert, um Signale zu erhalten, die den Restversatzspannungen der Drehphasen entsprechen.
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Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu liefern, und sind in diese Beschreibung eingegliedert und bilden ein Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne Weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems darstellt;
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2 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsystems darstellt;
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3 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems darstellt, das ein Versatzkalibrierungssignal über zwei Zerhackungsfrequenzen bestimmt;
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4 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Sensorsystems von 3 darstellt;
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5 ein Diagramm, das ein Sensorsystem und eine erste Sequenz von vier Phasen darstellt;
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6 ein Diagramm, das ein Sensorsystem und eine zweite Sequenz von vier Phasen darstellt;
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7 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels des Sensorsystems von 5 und 6 darstellt;
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8 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Drehstrom-Hall-Sensors darstellt;
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9A ein Diagramm, das einen Drehstrom-Hall-Sensor darstellt, der sich in eine erste Drehrichtung dreht;
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9B ein Diagramm, das einen Drehstrom-Hall-Sensor darstellt, der sich in eine zweite Drehrichtung dreht, die die Inverse der ersten Drehrichtung ist; und
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10 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems darstellt, das das Restversatzkalibrierungssignal über zwei Nullvorspannungsphasen bestimmt.
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsichtlich wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-”, etc. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Es sollte klar sein, dass die Merkmale der verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn es nicht spezifisch anderweitig angegeben ist.
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1 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 20 darstellt, bei dem es sich um ein Vierphasen-Drehstrom-Hall-Sensorsystem handelt. Das Sensorsystem 20 weist zwei Systemphasenarten auf; Betriebsphasen und Restversatzeinstellungsphasen. Das Sensorsystem 20 dreht sich oder rotiert durch die vier Phasen in den Betriebsphasen und in den Restversatzeinstellungsphasen des Sensorsystems 20. Die erste Phase des Sensorsystems 20 ist eine 0-Grad-Phase bei 20a. Die zweite Phase des Sensorsystems 20 ist eine 90-Grad-Phase bei 20b. Die dritte Phase des Sensorsystems ist eine 270-Grad-Phase bei 20c und die vierte Phase des Sensorsystems 20 ist eine 180-Grad-Phase bei 20d. Das Sensorsystem 20 dreht sich in einer Sequenz von der ersten Phase bei 20a, zu der zweiten Phase bei 20b, zu der dritten Phase bei 20c und zu der vierten Phase bei 20d. Die Sequenz wiederholt sich dann beginnend bei der ersten Phase bei 20a. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist das Sensorsystem 20 eine unterschiedliche Anzahl von Phasen auf, wie beispielsweise zwei oder acht oder mehr Phasen.
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Das Sensorsystem 20 umfasst einen Drehstrom-Hall-Sensor 22, eine Zerhackungsschaltung 24, ein digitales Tiefpassfilter 26, einen Oszillator 28, einen Taktteiler 30 und eine Steuerlogik 32. Der Hall-Sensor 22 ist elektrisch mit der Zerhackungsschaltung 24 über Eingangssignalwege 34 und 36 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 24 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 26 über einen Zerhackungssignalweg 38 gekoppelt. Der Oszillator 28 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 26 und dem Taktteiler 30 über einen Taktweg 40 gekoppelt. Der Taktteiler 30 ist elektrisch mit dem Drehstrom-Hall-Sensor 22 über einen Drehtaktweg 42 und mit der Zerhackungsschaltung 24 über einen Zerhackungstaktweg 44 gekoppelt. Die Steuerlogik 32 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 26 und dem Taktteiler 30 über einen Steuerweg 46 gekoppelt.
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In Betriebsphasen des Sensorsystems 20 dreht sich der Drehstrom-Hall-Sensor 22 durch jede der vier Phasen bei 20a–20d. Ein Vorspannungsstrom fließt durch den Drehstrom-Hall-Sensor 22 in einem unterschiedlichen Winkel in jeder der vier Phasen bei 20a–20d. Die Zerhackungsschaltung 24 ist in jeder der vier Phasen bei 20a–20d elektrisch mit unterschiedlichen Punkten an dem Drehstrom-Hall-Sensor 22 gekoppelt und der Drehstrom-Hall-Sensor 22 liefert Eingangssignale an die Zerhackungsschaltung 24 über die Eingangswege 34 und 36. Die Zerhackungsschaltung 24 empfängt die Eingangssignale bei 34 und 36 und liefert zerhackte Ausgangssignals über den Zerhackungssignalweg 38. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt die zerhackten Ausgangssignale bei 38 und liefert Ausgangssignale bei 48.
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In Restversatzeinstellungsphasen wird jede der vier Phasen bei 20a–20d verlängert, um Signale zu erhalten, die dem Restversatz von jeder der Phasen entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale summiert, um ein Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, das in den Betriebsphasen verwendet wird, um die Ausgangssignale bei 48 zu kalibrieren.
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Der Oszillator 28 liefert ein Taktsignal an das digitale Tiefpassfilter 26 und den Taktteiler 30 über den Taktweg 40. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt das Taktsignal bei 40 und wird über dasselbe getaktet, um die zerhackten Ausgangssignale bei 38 tiefpasszufiltern. Der Taktteiler 30 empfängt das Taktsignal bei 40 und teilt das Taktsignal, um das Drehtaktsignal bei 42 und das Zerhackungstaktsignal bei 44 zu liefern.
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Die Steuerlogik 32 steuert die Restversatzeinstellungsphasen und Betriebsphasen des Sensorsystems 20. Die Steuerlogik 32 liefert Steuersignale an den Taktteiler 30 und das digitale Tiefpassfilter 26 über den Steuerweg 46. Die Steuerlogik 32 liefert ein Steuersignal, das als das Versatzeinstellungssignal bezeichnet wird, das das Sensorsystem 20 in die Restversatzeinstellungsphasen und zurück in die Betriebsphasen umschaltet. In den Restversatzeinstellungsphasen empfängt der Taktteiler 30 das Versatzeinstellungssignal und teilt das Taktsignal bei 40, um ein sich langsamer drehendes Taktsignal zu liefern, was jede der vier Phasen 20a–20d verlängert, um Signale zu erhalten, die dem Restversatz von jeder der Phasen entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Restversatzeinstellungsphasen zwischen Betriebsphasen aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Restversatzeinstellungsphasen bei einer Herstellung aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Restversatzeinstellungsphasen über eine externe Schaltung aktiviert, wie beispielsweise einen Tester bzw. eine Prüfvorrichtung.
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In der ersten Phase bei 20a empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 22 einen Vorspannungsstrom über eine Stromquelle 50, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor zu einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 52 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem oberen Ende bei 54 zu dem unteren Ende bei 56 des Drehstrom-Hall-Sensors 22 und die erste Phase bei 20a wird als die 0-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 34 und 36 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 58 bzw. der linken Seite bei 60 des Drehstrom-Hall-Sensors 22 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 24 empfängt die Eingangssignale bei 34 und 36 und, ohne die Eingänge bei 62 oder die Ausgänge bei 64 zu kreuzen, liefert die Zerhackungsschaltung 24 ein zerhacktes Ausgangssignal bei 38. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 38 und liefert Ausgangssignale bei 48a. In den Ausgangssignalen bei 48a sind Verstärkerversätze bei 66a, Hall-Sensorversätze bei 68a und Magnetfeldsignale bei 70a alle positiv.
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In der zweiten Phase bei 20b empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 22 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 50, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 22 zu der Referenz bei 52 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der rechten Seite bei 58 zu der linken Seite bei 60 und die zweite Phase bei 20b wird als die 90-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 34 und 36 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 54 bzw. dem unteren Ende bei 56 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 24 empfängt die Eingangssignale bei 34 und 36. Die Zerhackungsschaltung 24 kreuzt die Eingänge bei 62 nicht, aber kreuzt die Eingänge bei 64, um das zerhackte Ausgangssignal bei 38 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 38 und liefert Ausgangssignale bei 48b. In den Ausgangssignalen bei 48b sind Verstärkerversätze bei 66b und Hall-Sensorversätze bei 68b negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 70b positiv.
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In der dritten Phase bei 20c empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 22 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 50, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 22 zu der Referenz bei 52 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der linken Seite bei 60 zu der rechten Seite bei 58 und die dritte Phase bei 20c wird als die 270-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 34 und 36 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 54 bzw. dem unteren Ende bei 56 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 24 empfängt die Eingangssignale bei 34 und 36. Die Zerhackungsschaltung 24 kreuzt die Eingänge bei 62 und die Ausgänge bei 64, um das zerhackte Ausgangssignal bei 38 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 38 und liefert Ausgangssignale bei 48c. In den Ausgangssignalen bei 48c sind Verstärkerversätze bei 66c und Hall-Sensorversätze bei 68c negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 70c positiv.
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In der vierten Phase bei 20d empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 22 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 50, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 22 zu der Referenz bei 52 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem unteren Ende bei 56 zu dem oberen Ende bei 54 und die vierte Phase bei 20d wird als die 180-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 34 und 36 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 58 bzw. der linken Seite bei 60 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 24 empfängt die Eingangssignale bei 34 und 36. Die Zerhackungsschaltung 24 kreuzt die Eingänge bei 62, aber kreuzt die Ausgänge bei 64 nicht, um das zerhackte Ausgangssignal bei 38 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 26 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 38 und liefert Ausgangssignale bei 48d. In den Ausgangssignalen bei 48d sind Verstärkerversätze bei 66d, Hall-Sensorversätze bei 68d und Magnetfeldsignalwerte bei 70d positiv.
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Falls die Ausgangssignale bei 48 summiert werden, werden die Verstärkerversätze bei 66 auf etwa Null summiert und werden die Hall-Sensorversätze bei 68 auf etwa Null summiert. Die Magnetfeldsignalwerte bei 70 werden auf einen positiven Wert summiert, der das Magnetfeldsignal ist.
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In den Restversatzeinstellungsphasen wird jede der vier Phasen bei 20a–20d verlängert, um Signale, wie beispielsweise Ausgleichssignale, zu erhalten, die dem Restversatz von jeder der Phasen entsprechen. Zumindest ein Teil des Restversatzes rührt von Schaltspitzen oder Spitzenwerten von der Zerhackungsschaltung 22 her. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale und/oder die Restversätze von allen vier Phasen 20a–20d gemittelt, um ein Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, das ein Schätzwert des Restversatzes für die Betriebsphasen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale und/oder die Restversätze von allen vier Phasen 20a–20d summiert, um ein Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, das in den Betriebsphasen verwendet wird, um die Ausgangssignale bei 48 zu kalibrieren. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale und/oder die Versatzkalibrierungssignale in einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM, electrically eraseable programmable read only memory) gespeichert und während Betriebsphasen verwendet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Restversatzeinstellungsphasen bei einer ersten Temperatur, um einen ersten Versatzkalibrierungswert zu erhalten, und bei einer zweiten Temperatur aktiviert, um einen zweiten Versatzkalibrierungswert zu erhalten. Nachfolgende Versatzkalibrierungswerte werden aus dem ersten Versatzkalibrierungswert und dem zweiten Versatzkalibrierungswert basierend auf der aktuellen Temperatur und der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet.
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2 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels des Sensorsystems 20 darstellt. Das Sensorsystem 20 weist zwei Systemphasenarten bei 100 auf; die Restversatzeinstellungsphasen bei 102 und die Betriebsphasen bei 104. Die Steuerlogik 32 schaltet das Sensorsystem 20 von einer ersten Systemphasenart in die andere Systemphasenart um. In den Restversatzeinstellungsphasen bei 102 wird jede der Drehphasen bei 106 verlängert, um Signale zu erhalten, die der Restversatzspannung von jeder der vier Phasen 20a–20d entsprechen. In den Betriebsphasen bei 104 wird jede der Drehphasen bei 106 verkürzt und wird die Drehphasenfrequenz erhöht, um Magnetfeldsignalmessungen zu erhalten.
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Der Zerhackungstakt bei 108 wird an die Zerhackungsschaltung 24 über den Taktteiler 30 geliefert und die Zerhackungsschaltung 24 erzeugt Resteingangsspitzen bei 110, die über die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert werden, um demodulierte Restspitzen bei 112 zu liefern.
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In den Restversatzeinstellungsphasen bei 102 ist die Zerhackungsschaltung 24 in der ersten Phase bei 114 wirksam, um Resteingangsspitzen bei 116 in den Resteingangsspitzen bei 110 zu erzeugen. Die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert die Resteingangsspitzen bei 116, um demodulierte Restspitzen bei 118 und ein Durchschnittsrestversatzsignal bei 120 zu erzeugen. Die demodulierten Restspitzen bei 118 und das Durchschnittsrestversatzsignal bei 120 sind negativ. Die demodulierten Restspitzen bei 118 sind kleiner als ein hypothetisches Eingangssignal bei 122. Das Sensorsystem 20 erhält Signale, wie beispielsweise Ausgleichssignale, die dem Restversatzsignal bei 120 entsprechen.
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In der zweiten Phase bei 124 erzeugt die Zerhackungsschaltung 24 Resteingangsspitzen bei 126 in den Resteingangsspitzen bei 110. Die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert die Resteingangsspitzen bei 126, um demodulierte Restspitzen bei 128 und ein Durchschnittsrestversatzsignal bei 130 zu erzeugen. Die demodulierten Restspitzen bei 128 und das Durchschnittsrestversatzsignal bei 130 sind negativ. Die demodulierten Restspitzen bei 128 sind größer als das hypothetische Eingangssignal bei 132. Das Sensorsystem 20 erhält Signale, wie beispielsweise Ausgleichssignale, die dem Restversatzsignal bei 130 entsprechen.
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In der dritten Phase bei 134 erzeugt die Zerhackungsschaltung 24 Resteingangsspitzen bei 136 in den Resteingangsspitzen bei 110. Die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert die Resteingangsspitzen bei 136, um demodulierte Restspitzen bei 138 und ein Durchschnittsrestversatzsignal bei 140 zu erzeugen. Die demodulierten Restspitzen bei 138 und das Durchschnittsrestversatzsignal bei 140 sind positiv. Die demodulierten Restspitzen bei 138 sind größer als das hypothetische Eingangssignal bei 142. Das Sensorsystem 20 erhält Signale, wie beispielsweise Ausgleichssignale, die dem Restversatzsignal bei 140 entsprechen.
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In der vierten Phase bei 144 erzeugt die Zerhackungsschaltung 24 Resteingangsspitzen bei 146 in den Resteingangsspitzen bei 110. Die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert die Resteingangsspitzen bei 146, um demodulierte Restspitzen bei 148 und ein Durchschnittsrestversatzsignal bei 150 zu erzeugen. Die demodulierten Restspitzen bei 148 und das Durchschnittsrestversatzsignal bei 150 sind positiv. Die demodulierten Restspitzen bei 148 sind kleiner als ein hypothetische Eingangssignal bei 152. Das Sensorsystem 20 erhält Signale, wie beispielsweise Ausgleichssignale, die dem Restversatzsignal bei 150 entsprechen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale und/oder die Restversätze aus allen vier Phasen 20a–20d über ein Summieren und Mitteln positiver und negativer Werte gemittelt, um ein Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, das ein Schätzwert des Restversatzes für die Betriebsphasen bei 104 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Signale und/oder die Restversätze aus allen vier Phasen 20a–20d über ein Summieren positiver und negativer Werte summiert, um ein Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, das in den Betriebsphasen bei 104 verwendet wird, um die Ausgangssignale bei 48 zu kalibrieren.
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In den Betriebsphasen bei 104 drehen sich die Drehphasen bei 106 durch die Sequenz von Phasen beginnend mit der ersten Phase, zu der zweiten Phase, zu der dritten Phase und dann zu der vierten Phase. Die Sequenz wird dann wiederholt. Die Zerhackungsschaltung 24 ist in den Betriebsphasen bei 104 wirksam, um Resteingangsspitzen bei 154 in den Resteingangsspitzen bei 110 zu erzeugen. Die Zerhackungsschaltung 24 demoduliert die Resteingangsspitzen bei 154, um demodulierte Restspitzen bei 156 und ein Durchschnittsrestversatzsignal bei 158 zu erzeugen. Die demodulierten Restspitzen bei 156 und das Durchschnittsrestversatzsignal bei 158 sind positiv. Die demodulierten Restspitzen bei 156 sind größer und kleiner als das Eingangssignal bei 160. Das Versatzkalibrierungssignal, das über die Restversatzeinstellungsphasen bei 102 erhalten wird, wird zu dem Durchschnittsrestversatzsignal bei 158 addiert, um ein kalibriertes Magnetfeldausgangssignal bei 48 zu liefern.
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3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 200 darstellt, das ein Versatzkalibrierungssignal über zwei Zerhackungsfrequenzen bestimmt. Das Sensorsystem 200 ist ein Vierphasen-Drehstrom-Hall-Sensorsystem, das eine erste Phase, die eine 0-Grad-Phase bei 200a ist, eine zweite Phase, die eine 90-Grad-Phase bei 200b ist, eine dritte Phase, die eine 270-Grad-Phase bei 200c ist, und eine vierte Phase aufweist, die eine 180-Grad-Phase bei 200d ist. Das Sensorsystem 200 dreht sich in einer Sequenz von der ersten Phase bei 200a zu der zweiten Phase bei 200b, zu der dritten Phase bei 200c und zu der vierten Phase bei 200d. Die Sequenz wiederholt sich dann beginnend mit der ersten Phase bei 200a. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist das Sensorsystem 200 eine unterschiedliche Anzahl von Phasen auf, wie beispielsweise zwei oder acht oder mehr Phasen.
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Das Sensorsystem 200 umfasst einen Drehstrom-Hall-Sensor 202, eine Zerhackungsschaltung 204, ein digitales Tiefpassfilter 206, einen Oszillator 208, einen Taktteiler 210 und eine Steuerlogik 212. Der Hall-Sensor 202 ist elektrisch mit der Zerhackungsschaltung 204 über Eingangssignalwege 214 und 216 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 204 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 206 über einen Zerhackungssignalweg 218 gekoppelt. Der Oszillator 206 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 206 und dem Taktteiler 210 über einen Taktweg 220 gekoppelt. Der Taktteiler 210 ist elektrisch mit dem Drehstrom-Hall-Sensor 202 über einen Drehtaktweg 222 und mit der Zerhackungsschaltung 204 über einen Zerhackungstaktweg 224 gekoppelt. Die Steuerlogik 212 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 206 und dem Taktteiler 210 über einen Steuerweg 226 gekoppelt.
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In Betrieb dreht sich der Drehstrom-Hall-Sensor 202 durch jede der vier Phasen bei 200a–200d. Ein Vorspannungsstrom fließt durch den Drehstrom-Hall-Sensor 202 in einem unterschiedlichen Winkel in jeder der vier Phasen bei 200a–200d und die Zerhackungsschaltung 204 ist elektrisch mit unterschiedlichen Punkten an dem Drehstrom-Hall-Sensor 202 in jeder der vier Phasen bei 200a–200d gekoppelt. Der Drehstrom-Hall-Sensor 202 liefert Eingangssignale an die Zerhackungsschaltung 204 über die Eingangssignalwege 214 und 216. Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt die Eingangssignale bei 214 und 216 und ein Zerhackungstaktsignal bei 224 und liefert zerhackte Ausgangssignale über den Zerhackungssignalweg 218. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt die zerhackten Ausgangssignale bei 218 und liefert gefilterte Ausgangssignale bei 228, die über das Versatzkalibrierungssignal eingestellt werden.
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Um das Versatzkalibrierungssignal zu erhalten, empfängt die Zerhackungsschaltung 204 das Zerhackungstaktsignal bei 224 bei einer ersten Zerhackungsfrequenz und ein erstes Restversatzsignal wird bei der ersten Zerhackungsfrequenz erhalten. Ferner empfängt die Zerhackungsschaltung 204 das Zerhackungstaktsignal bei 224 bei einer zweiten Zerhackungsfrequenz und ein zweites Restversatzsignal wird bei der zweiten Zerhackungsfrequenz erhalten. Die Differenz zwischen dem ersten Restversatzsignal und dem zweiten Restversatzsignal wird verwendet, um das Versatzkalibrierungssignal zu bestimmen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die erste Zerhackungsfrequenz das Zweifache der zweiten Zerhackungsfrequenz. In Betrieb ist bei der zweiten Zerhackungsfrequenz die Differenz zwischen dem ersten Restversatzsignal und dem zweiten Restversatzsignal das Versatzkalibrierungssignal, das von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen wird. In Betrieb wird bei der ersten Zerhackungsfrequenz das Doppelte der Differenz zwischen dem ersten Rest-Versatzsignal und dem zweiten Rest-Versatzsignal von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen.
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Die Zerhackungsfrequenz wird zwischen der ersten Zerhackungsfrequenz und der zweiten Zerhackungsfrequenz mit einer langsamen Rate hin- und hergeschaltet, derart, dass das Eingangssignal durch das Schalten der Zerhackungsfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Zerhackungsfrequenz nicht beeinflusst ist.
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Der Oszillator 208 liefert ein Taktsignal an das digitale Tiefpassfilter 206 und den Taktteiler 210 über den Taktweg 220. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt das Taktsignal bei 220 und ist durch dasselbe getaktet, um die zerhackten Ausgangssignale bei 218 tiefpasszufiltern. Der Taktteiler 210 empfängt das Taktsignal bei 220 und teilt das Taktsignal, um das Drehtaktsignal bei 222 und das Zerhackungstaktsignal bei 224 zu liefern.
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Die Steuerlogik 212 steuert das Sensorsystem 200. Die Steuerlogik 212 liefert Steuersignale an den Taktteiler 210 und das digitale Tiefpassfilter 206 über den Steuerweg 226. Die Steuerlogik 212 liefert ein Steuersignal, das als ein Zerhackungsgeschwindigkeitssignal bezeichnet wird, das die Frequenz des Zerhackungstaktsignals bei 224 verändert. Der Taktteiler 210 empfängt das Zerhackungsgeschwindigkeitssignal bei 226 und liefert das Zerhackungstaktsignal bei 224 bei einer ersten Zerhackungsfrequenz oder einer zweiten Zerhackungsfrequenz. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Restversatzkalibrierungssignal während normaler Operationen erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Restversatzkalibrierungssignal zwischennormalen Operationen erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Restversatzkalibrierungssignal bei einer Herstellung erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Zerhackungsgeschwindigkeitssignal über eine externe Schaltung geliefert, wie beispielsweise einen Tester.
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In der ersten Phase bei 200a empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 202 einen Vorspannungsstrom über eine Stromquelle 230, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 202 zu einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 232 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem oberen Ende bei 234 zu dem unteren Ende bei 236 des Drehstrom-Hall-Sensors 202 und die erste Phase bei 200a wird als die 0-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 214 und 216 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 238 bzw. der linken Seite bei 240 des Drehstrom-Hall-Sensors 202 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt die Eingangssignale bei 214 und 216 und, ohne die Eingänge bei 242 oder die Ausgänge bei 244 zu kreuzen, liefert die Zerhackungsschaltung 204 ein zerhacktes Ausgangssignal 218. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 218 und liefert Ausgangssignale bei 228a. In den Ausgangssignalen bei 228a sind Verstärkerversätze bei 246a, Hall-Sensorversätze bei 248a und Magnetfeldsignale bei 250a alle positiv.
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In der zweiten Phase bei 200b empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 202 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 230, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 202 zu der Referenz bei 232 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der rechten Seite bei 238 zu der linken Seite bei 240 und die zweite Phase bei 200b wird als die 90-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 214 und 216 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 234 bzw. dem unteren Ende bei 236 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt die Eingangssignale bei 214 und 216. Die Zerhackungsschaltung 204 kreuzt die Eingänge bei 242 nicht, aber kreuzt die Ausgänge bei 244, um das zerhackte Ausgangssignal bei 218 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 218 und liefert Ausgangssignale bei 228b. In den Signalen bei 228b sind Verstärkerversätze bei 246b und Hall-Sensorversätze bei 248b negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 250b positiv.
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In der dritten Phase bei 200c empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 202 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 230, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 202 zu der Referenz bei 232 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der linken Seite bei 240 zu der rechten Seite bei 238 und die dritte Phase bei 200c wird als die 270-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 214 und 216 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 234 bzw. im unteren Ende bei 236 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt die Eingangssignale bei 214 und 216. Die Zerhackungsschaltung 204 kreuzt die Eingänge bei 242 und die Ausgänge bei 244, um das zerhackte Ausgangssignal bei 218 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 218 und liefert Ausgangssignale bei 228c. In den Ausgangssignalen bei 228c sind Verstärkerversätze bei 246c und Hall-Sensorversätze bei 248c negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 250c positiv.
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In der vierten Phase bei 200d empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 202 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 230, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 202 zu der Referenz bei 232 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem unteren Ende bei 236 zu dem oberen Ende bei 234 und die vierte Phase bei 200d wird als die 180-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 214 und 216 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 238 bzw. der linken Seite bei 240 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt die Eingangssignale bei 214 und 216. Die Zerhackungsschaltung 204 kreuzt die Eingänge bei 242, aber kreuzt die Ausgänge bei 244 nicht, um das zerhackte Ausgangssignal bei 218 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 206 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 218 und liefert Ausgangssignale bei 228d. In den Ausgangssignalen bei 228d sind Verstärkerversätze bei 246d, Hall-Sensorversätze bei 248d und Magnetfeldsignalwerte bei 250d positiv.
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Falls die Ausgangssignale bei 228 summiert werden, werden die Verstärkerversätze bei 246 auf etwa Null summiert und werden die Hall-Sensorversätze bei 248 auf etwa Null summiert. Die Magnetfeldsignalwerte bei 250 werden auf einen positiven Wert summiert, der das Magnetfeldsignal ist.
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Um das Restversatzkalibrierungssignal zu erhalten, ist die Zerhackungsschaltung 202 bei einer ersten Zerhackungsfrequenz wirksam, um ein erstes Restversatzsignal zu erhalten. Wobei zumindest ein Teil des Restversatzsignals von Schaltspitzen oder Spitzenwerten von der Zerhackungsschaltung 202 herrührt. Als nächstes ist die Zerhackungsschaltung 202 bei einer zweiten Zerhackungsfrequenz wirksam, um ein zweites Restversatzsignal zu erhalten. Die Differenz zwischen dem ersten Restversatzsignal und dem zweiten Restversatzsignal wird verwendet, um ein Versatzkalibrierungssignal zu bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Versatzkalibrierungssignal in einem EEPROM gespeichert und während Normalmodusoperationen verwendet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Zerhackungsfrequenz das Zweifache der zweiten Zerhackungsfrequenz. In Betrieb bei der zweiten Zerhackungsfrequenz ist die Differenz zwischen dem ersten Restversatzsignal und dem zweiten Restversatzsignal das Versatzkalibrierungssignal, das von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen wird. In Betrieb bei der ersten Zerhackungsfrequenz wird das Zweifache des Versatzkalibrierungssignals von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein erstes Restversatzkalibrierungssignal bei einer ersten Temperatur erhalten und wird ein zweites Restversatzkalibrierungssignal bei einer zweiten Temperatur erhalten. Nachfolgende Versatzkalibrierungssignale werden aus dem ersten Versatzkalibrierungssignal und dem zweiten Versatzkalibrierungssignal auf der Basis der aktuellen Temperatur und der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet.
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4 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels des Sensorsystems 200 darstellt. Der Taktteiler 210 empfängt das Zerhackungsgeschwindigkeitssignal bei 300 von der Steuerlogik 212 und liefert das Zerhackungstaktsignal bei 302. Die Zerhackungsschaltung 204 empfängt das Zerhackungstaktsignal bei 302 und erzeugt die Resteingangsspitzen bei 304, die über die Zerhackungsschaltung 204 demoduliert werden, um demodulierte Restspitzen bei 306 zu liefern.
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Das Sensorsystem 200 ist bei zwei oder mehr Frequenzen wirksam. Die Steuerlogik 212 liefert das Zerhackungsgeschwindigkeitssignal bei 300, um die Zerhackungstaktsignalfrequenz zwischen der ersten Zerhackungsfrequenz bei 308 und der zweiten Zerhackungsfrequenz bei 310 umzuschalten. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die erste Zerhackungsfrequenz bei 308 das Doppelte der zweiten Zerhackungsfrequenz bei 310.
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Bei der ersten Zerhackungsfrequenz bei 308 weist das Zerhackungstaktsignal bei 302 eine erste Periode T1 auf, und bei 312 werden zwei Resteingangsspitzen pro Periode T1 in den Resteingangsspitzen bei 304 erzeugt. Die Resteingangsspitzen bei 312 werden über die Zerhackungsschaltung 204 demoduliert, um die demodulierten Restspitzen bei 314 und das erste Versatzsignal bei 316 zu erzeugen.
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Bei der zweiten Zerhackungsfrequenz bei 310 weist das Zerhackungstaktsignal bei 302 eine zweite Periode T2 auf und werden bei 318 zwei Resteingangsspitzen pro Periode T2 erzeugt. Die Resteingangsspitzen bei 318 werden über die Zerhackungsschaltung 204 demoduliert, um die demodulierten Restspitzen bei 320 und das zweite Versatzsignal bei 322 zu erzeugen. Die zweite Periode T2 ist länger als die erste Periode T1 und es wird eine größere Anzahl von Resteingangsspitzen bei der ersten Zerhackungsfrequenz bei 308 über die gleiche Menge an Zeit erzeugt. Somit ist aufgrund der Anzahl von Resteingangsspitzen, die über die gleiche Zeit erzeugt werden, das erste Versatzsignal bei 316 größer als das zweite Versatzsignal bei 322. Die Differenz bei 324 zwischen dem ersten Versatzsignal bei 316 und dem zweiten Versatzsignal bei 322 wird verwendet, um das Versatzkalibrierungssignal zu bestimmen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die erste Zerhackungsfrequenz bei 308 das Doppelte der zweiten Zerhackungsfrequenz bei 310. In Betrieb bei der zweiten Zerhackungsfrequenz bei 310 ist die Differenz bei 324 zwischen dem ersten Versatzsignal bei 316 und dem zweiten Versatzsignal bei 322 das Versatzkalibrierungssignal, das von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen wird. In Betrieb bei der ersten Zerhackungsfrequenz bei 308 wird das Zweifache der Differenz bei 324 von den Ausgangssignalen bei 228 abgezogen.
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5 und 6 sind Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 400 darstellen, das ein Restversatzkalibrierungssignal über positive und negative Eingangssignale von einem Drehstrom-Hall-Sensor 402 bestimmt. Das Sensorsystem 400 ist ein Vierphasen-Drehstrom-Hall-Sensorsystem. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist das Sensorsystem 400 eine unterschiedliche Anzahl von Phasen auf, wie beispielsweise zwei oder acht oder mehr Phasen.
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Das Sensorsystem 400 umfasst den Drehstrom-Hall-Sensor 402, eine Zerhackungsschaltung 404, ein digitales Tiefpassfilter 206, einen Oszillator 408, einen Taktteiler 410 und eine Steuerlogik 412. Der Hall-Sensor 402 ist elektrisch mit der Zerhackungsschaltung 404 über Eingangssignalwege 414 und 416 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 404 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 406 über einen Zerhackungssignalweg 418 gekoppelt. Der Oszillator 408 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 406 und dem Taktteiler 410 über einen Taktweg 420 gekoppelt. Der Taktteiler 410 ist elektrisch mit dem Drehstrom-Hall-Sensor 402 über einen Drehtaktweg 422 und mit der Zerhackungsschaltung 404 über einen Zerhackungstaktweg 424 gekoppelt. Die Steuerlogik 412 ist elektrisch mit dem Hall-Sensor 402 und anderen Schaltungen über einen Steuerweg 426 gekoppelt.
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In einem normalen Modus dreht sich der Hall-Sensor 402 durch eine Sequenz von vier Phasen und liefert entweder positive Eingangssignale oder negative Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung empfängt die Eingangssignale und liefert ein zerhacktes Ausgangssignal an das digitale Tiefpassfilter 406 über den Zerhackungssignalweg 418. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428. Das digitale Tiefpassfilter liefert positive Ausgangssignale, die den positiven Eingangssignalen entsprechen, oder negative Ausgangssignale, die den negativen Eingangssignalen entsprechen.
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In einem Restversatzkalibrierungsmodus dreht sich der Hall-Sensor 402 durch eine erste Sequenz von vier Phasen und liefert positive Eingangssignale und eine zweite Sequenz von vier Phasen und liefert negative Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die positiven Eingangssignale und die negativen Eingangssignale und liefert zerhackte Ausgangssignale an das digitale Tiefpassfilter 406 über den Zerhackungssignalweg 418. Das digitale Tiefpassfilter 406 liefert die Ausgangssignale bei 428, wobei positive Ausgangssignale den positiven Eingangssignalen entsprechen und negative Ausgangssignale den negativen Eingangssignalen entsprechen. Ein Restversatzkalibrierungssignal wird über die positiven Ausgangssignale und die negativen Ausgangssignale bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel summiert ein Akkumulator die positiven Ausgangssignale und die negativen Ausgangssignale, um das Restversatzkalibrierungssignal zu erhalten, wobei das Restversatzkalibrierungssignal in einem normalen Modus verwendet wird, um die Ausgangssignale 428 zu kalibrieren.
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Der Oszillator 408 liefert ein Taktsignal an das digitale Tiefpassfilter 406 und den Taktteiler 410 über den Taktweg 420. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das Taktsignal bei 420 und wird über dasselbe getaktet, um die zerhackten Ausgangssignale bei 418 tiefpasszufiltern. Der Taktteiler 410 empfängt das Taktsignal bei 420 und teilt das Taktsignal, um das Drehtaktsignal bei 422 und das Zerhackungstaktsignal bei 424 zu liefern.
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Die Steuerlogik 412 steuert den Normalmodus und den Restversatzkalibrierungsmodus des Sensorsystems 400. Die Steuerlogik 412 liefert Steuersignale an den Drehstrom-Hall-Sensor 402 und andere Schaltungen über den Steuerweg 426. Die Steuerlogik 412 liefert ein Steuersignal, das als das Vorspannungsstromumkehrungssignal bezeichnet wird, das den Vorspannungsstrom durch den Hall-Sensor 402 oder die Drehrichtung des Hall-Sensors 402 invertiert bzw. umkehrt. In dem Restversatzkalibrierungsmodus steuert die Steuerlogik 412 den Hall-Sensor 402, um positive Eingangssignale und negative Eingangssignale an die Zerhackungsschaltung 404 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei Normalmodusoperationen aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus zwischen Normalmodusoperationen aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei einer Herstellung aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus über eine externe Schaltung aktiviert, wie beispielsweise einen Tester.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei einer ersten Temperatur, um einen ersten Versatzkalibrierungswert zu erhalten, und bei einer zweiten Temperatur aktiviert, um einen zweiten Versatzkalibrierungswert zu erhalten. Nachfolgende Versatzkalibrierungswerte werden aus dem ersten Versatzkalibrierungswert und dem zweiten Versatzkalibrierungswert basierend auf der aktuellen Temperatur und der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet.
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5 ist ein Diagramm, das das Sensorsystem 400 und eine erste Sequenz von vier Phasen 400a, 400d darstellt. Das Sensorsystem 400 dreht sich durch die erste Sequenz in einem Restversatzkalibrierungsmodus. Bei einem Ausführungsbeispiel dreht sich das Sensorsystem 400 durch die erste Sequenz auch in einem Normalmodus.
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Die erste Phase ist eine 0-Grad-Phase bei 400a, die zweite Phase ist eine 90-Grad-Phase bei 400b, die dritte Phase ist eine 270-Grad-Phase bei 400c und die vierte Phase ist eine 180-Grad-Phase bei 400d. Das Sensorsystem 400 dreht sich in der ersten Sequenz von der ersten Phase 400a zu der zweiten Phase 400b, zu der dritten Phase 400c und zu der vierten Phase 400d. Die Sequenz kann dann beginnend mit der ersten Phase bei 400a wiederholt werden.
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In der ersten Phase bei 400a empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 einen Vorspannungsstrom über eine Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem oberen Ende bei 434 zu dem unteren Ende bei 436 des Drehstrom-Hall-Sensors 402 und die erste Phase bei 400a wird als eine 0-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 438 bzw. der linken Seite bei 440 des Drehstrom-Hall-Sensors 402 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416 und, ohne die Eingänge bei 442 oder die Ausgänge bei 444 zu kreuzen, liefert die Zerhackungsschaltung 404 ein zerhacktes Ausgangssignal bei 418. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428a. In den Ausgangssignalen bei 428a sind Verstärkerversätze bei 446a, Hall-Sensorversätze bei 448a und Magnetfeldsignale bei 450a alle positiv.
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In der zweiten Phase bei 400b empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der rechten Seite bei 438 zu der linken Seite bei 440 und die zweite Phase bei 400b wird als eine 90-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 434 bzw. dem unteren Ende bei 436 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442 nicht, aber kreuzt die Ausgänge bei 444, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428b. In den Ausgangssignalen bei 428b sind Verstärkerversätze bei 446b und Hall-Sensorversätze bei 448b negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 450b positiv.
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In der dritten Phase bei 400c empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt dann von der linken Seite bei 440 zu der rechten Seite bei 438 und die dritte Phase 400c wird als eine 270-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 434 bzw. dem unteren Ende bei 436 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442 und die Ausgänge bei 444, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428c. In den Ausgangssignalen bei 428c sind Verstärkerversätze bei 446c und Hall-Sensorversätze bei 448c negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 450c negativ.
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In der vierten Phase bei 400d empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem unteren Ende bei 436 zu dem oberen Ende bei 434 und die vierte Phase bei 400d wird als eine 180-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 438 bzw. der linken Seite bei 440 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442, aber kreuzt die Ausgänge bei 444 nicht, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428d. In den Ausgangssignalen bei 428d sind Verstärkerversätze bei 446d, Hall-Sensorversätze bei 448d und Magnetfeldsignalwerte bei 450d positiv.
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Falls die Ausgangssignale bei 428a–428d summiert werden, werden die Verstärkerversätze bei 446a–446d auf etwa Null summiert und werden die Hall-Sensorversätze bei 448a–448d auf etwa Null summiert. Die Magnetfeldsignale bei 450a–450d werden auf einen positiven Signalwert summiert.
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6 ist ein Diagramm, das das Sensorsystem 400 und eine zweite Sequenz von vier Phasen 400e–400h darstellt. Das Sensorsystem 400 dreht sich durch die zweite Sequenz in dem Restversatzkalibrierungsmodus. Bei einem Ausführungsbeispiel dreht sich das Sensorsystem 400 durch die zweite Sequenz auch in dem normalen Modus.
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Die erste Phase ist eine 180-Grad-Phase bei 400e, die zweite Phase ist eine 270-Grad-Phase bei 400f, die dritte Phase ist eine 90-Grad-Phase bei 400g und die vierte Phase ist eine 0-Grad-Phase bei 400h. Das Sensorsystem 400 dreht sich in der zweiten Sequenz von der ersten Phase bei 400e zu der zweiten Phase bei 400f, zu der dritten Phase bei 400g und zu der vierten Phase bei 400h. Die Sequenz kann dann beginnend mit der ersten Phase bei 400e wiederholt werden.
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In der ersten Phase bei 400e empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 einen Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem unteren Ende bei 436 zu dem oberen Ende bei 434 des Drehstrom-Hall-Sensors 402 und die erste Phase bei 400e wird als eine 180-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 438 bzw. der linken Seite bei 440 des Drehstrom-Hall-Sensors 402 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416 und, ohne die Eingänge bei 442 oder die Ausgänge bei 444 zu kreuzen, liefert die Zerhackungsschaltung 404 ein zerhacktes Ausgangssignal 418. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428e. In den Ausgangssignalen bei 428e sind Verstärkerversätze bei 446e, Hall-Sensorversätze bei 448e und Magnetfeldsignale bei 450e alle negativ.
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In der zweiten Phase bei 400f empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der linken Seite bei 440 zu der rechten Seite bei 438 und die zweite Phase bei 400f wird als eine 270-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 434 bzw. dem unteren Ende bei 436 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442 nicht, aber kreuzt die Ausgänge bei 444, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428f. In den Ausgangssignalen bei 428f sind Verstärkerversätze bei 446f und Hall-Sensorversätze bei 448f positiv und sind Magnetfeldsignalwerte bei 450f negativ.
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In der dritten Phase bei 400g empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der rechten Seite bei 438 zu der linken Seite bei 440 und die dritte Phase bei 400g wird als eine 90-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 434 bzw. dem unteren Ende bei 436 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442 und die Ausgänge bei 444, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428g. In den Ausgangssignalen bei 428g sind Verstärkerversätze bei 446g und Hall-Sensorversätze bei 448g positiv und sind Magnetfeldsignalwerte bei 450g negativ.
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In der vierten Phase bei 400h empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 402 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 430, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 402 zu der Referenz bei 432 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem oberen Ende bei 434 zu dem unteren Ende bei 436 und die vierte Phase bei 400h wird als eine 0-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 414 und 416 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 438 bzw. der linken Seite bei 440 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt die Eingangssignale bei 414 und 416. Die Zerhackungsschaltung 404 kreuzt die Eingänge bei 442, aber kreuzt die Ausgänge bei 444 nicht, um das zerhackte Ausgangssignal bei 418 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 406 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 418 und liefert Ausgangssignale bei 428h. In den Ausgangssignalen bei 428h sind Verstärkerversätze bei 446h, Hall-Sensorversätze bei 448h und Magnetfeldsignalwerte bei 450h negativ.
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Falls die Ausgangssignale bei 428e–428h summiert werden, werden die Verstärkerversätze bei 446e–446h auf etwa Null summiert und werden die Hall-Sensorversätze bei 448e–448h auf etwa Null summiert. Die Magnetfeldsignale bei 450e–450h werden auf einen negativen Signalwert summiert.
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In dem Restversatzkalibrierungsmodus dreht sich das Sensorsystem 400 durch die erste Sequenz von vier Phasen 400a–400d und die zweite Sequenz von vier Phasen 400e–400h. Ein Summieren der Ausgangssignale 428a–428h, beispielsweise über einen Akkumulator, führt zu einem Signal, das der Restversatz ist, der für den Restversatzkalibrierungswert verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Restversatzkalibrierungssignal (werden die Restversatzkalibrierungssignale) in einem EEPROM gespeichert und während Normalmodusoperationen verwendet.
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7 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Ausführungsbeispiels des Sensorsystems 400 darstellt. In dem Restversatzkalibrierungsmodus steuert die Steuerlogik 412 den Hall-Sensor 402, um positive Eingangssignale und negative Eingangssignale an die Zerhackungsschaltung 404 zu liefern. Der Hall-Sensor 402 empfängt das Vorspannungsstromumkehrsignal bei 500 von der Steuerlogik 412 und kehrt den Vorspannungsstrom durch den Hall-Sensor 402 oder die Drehrichtung des Hall-Sensors 402 basierend auf dem Vorspannungsstromumkehrsignal bei 500 um.
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Der Taktteiler 410 empfängt das Taktsignal bei 420 und teilt das Taktsignal, um das Zerhackungstaktsignal bei 502 zu liefern. Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt das Zerhackungstaktsignal bei 502 und erzeugt die Resteingangsspitzen bei 504, die über die Zerhackungsschaltung 404 demoduliert werden, um demodulierte Restspitzen bei 506 zu liefern.
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Das Sensorsystem 400 liefert positive Eingangssignale und negative Eingangssignale in dem Restversatzkalibrierungsmodus. Das digitale Tiefpassfilter 406 liefert die Ausgangssignale bei 428, wobei positive Ausgangssignale den positiven Eingangssignalen entsprechen und negative Ausgangssignale den negativen Eingangssignalen entsprechen. Ein Restversatzkalibrierungssignal wird über die positiven Ausgangssignale und die negativen Ausgangssignale bestimmt.
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In Betrieb liefert die Steuerlogik 412 ein niedriges Vorspannungsstromumkehrsignal bei 508 und empfängt der Hall-Sensor 402 das niedrige Vorspannungsstromumkehrsignal bei 408 und liefert positive Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt das Zerhackungstaktsignal bei 502, das eine Periode T1 aufweist, und liefert zwei Resteingangsspitzen bei 504 pro Taktperiode T1. Die Zerhackungsschaltung 404 liefert die demodulierten Restspitzen bei 506, was das Restversatzsignal bei 510 erzeugt. Das digitale Tiefpassfilter liefert das positive Ausgangssignal bei 512, das den positiven Eingangssignalen von dem Hall-Sensor 402 entspricht.
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Als nächstes liefert die Steuerlogik 412 ein hohes Vorspannungsstromumkehrsignal bei 514 und empfängt der Hall-Sensor 402 das hohe Vorspannungsstromumkehrsignal bei 514 und liefert negative Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung 404 empfängt das Zerhackungstaktsignal bei 502 und liefert zwei Resteingangsspitzen bei 504 pro Taktperiode T1. Ferner liefert die Zerhackungsschaltung 404 die demodulierten Restspitzen bei 506, was das Restversatzsignal bei 510 erzeugt. Das digitale Tiefpassfilter liefert das negative Ausgangssignal bei 516, das den negativen Eingangssignalen von dem Hall-Sensor 402 entspricht.
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Ein Restversatzkalibrierungssignal wird über das Restversatzsignal bei 510 und die positiven und negativen Ausgangssignale bei 512 und 516 bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel summiert ein Akkumulator das Restversatzsignal bei 510 und die positiven und negativen Ausgangssignale bei 512 und 516, um das Restversatzkalibrierungssignal zu erhalten, wobei das Restversatzkalibrierungssignal in einem Normalmodus verwendet wird, um die Ausgangssignale 428 zu kalibrieren.
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8 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Drehstrom-Hall-Sensors 402 darstellt, der positive Eingangssignale über einen Vorspannungsstrom und negative Eingangssignale über ein Invertieren des Vorspannungsstroms liefert. Der Hall-Sensor 402 umfasst eine Stromquelle 430, eine Referenz 432, ein Hall-Erfassungselement 460, eine Drehschaltung 462 und eine Vorspannungsstromversorgungsschaltung 464.
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Die Drehschaltung 462 umfasst einen oberen Drehschalter 462a, einen unteren Drehschalter 462b und vier Ausgangswege 470a–470d. Der obere Drehschalter 462a umfasst einen Eingang 466 und der untere Drehschalter umfasst einen Eingang 468. Der erste Ausgangsweg 470a ist elektrisch mit dem oberen Ende bei 434 des Hall-Erfassungselements 460 gekoppelt, der zweite Ausgangsweg 470b ist elektrisch mit der rechten Seite bei 438 des Hall-Erfassungselements 460 gekoppelt, der dritte Ausgangsweg 470c ist elektrisch mit der linken Seite bei 440 des Hall-Erfassungselements 460 gekoppelt und der vierte Ausgangsweg 470d ist elektrisch mit dem unteren Ende bei 436 des Hall-Erfassungselements 460 gekoppelt.
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Der obere Drehschalter 462a und der untere Drehschalter 462b sind elektrisch mit den vier Ausgangswegen 470a–470d gekoppelt. Ein erster Ausgang des oberen Drehschalters 462a ist elektrisch mit einem vierten Ausgang des zweiten Drehschalters 462b über den ersten Ausgangsweg 470a gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des oberen Drehschalters 462a ist elektrisch mit einem dritten Ausgang des zweiten Drehschalters 462b über den zweiten Ausgangsweg 470b gekoppelt. Ein dritter Ausgang des oberen Drehschalters 462a ist elektrisch mit einem zweiten Ausgang des zweiten Drehschalters 462b über den dritten Ausgangsweg 470c gekoppelt und ein vierter Ausgang des oberen Drehschalters 462a ist elektrisch mit einem ersten Ausgang des zweiten Drehschalters 462b über den vierten Ausgangsweg 470d gekoppelt.
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Die Vorspannungsstromversorgungsschaltung 464 umfasst einen oberen Vorspannungsstromschalter 464a, einen unteren Vorspannungsstromschalter 464b und zwei Vorspannungsstromwege 472a und 472b. Ein Ende des oberen Vorspannungsstromschalters 464a ist elektrisch mit der Stromquelle 430 gekoppelt und ein Ende des unteren Vorspannungsstromschalters 464b ist elektrisch mit der Referenz 432 gekoppelt. Der obere Vorspannungsstromschalter 464a und der untere Vorspannungsstromschalter 464b sind elektrisch mit den zwei Vorspannungsstromwegen 472a und 472b gekoppelt. Ein erster Ausgang des oberen Vorspannungsstromschalters 464a ist elektrisch mit einem zweiten Ausgang des unteren Vorspannungsstromschalter 464b über den Vorspannungsstromweg 472a gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des oberen Vorspannungsstromschalters 464a ist elektrisch mit einem ersten Ausgang des unteren Vorspannungsstromschalters 464b über den Vorspannungsstromweg 472b gekoppelt.
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In Betrieb steuert die Steuerlogik 412 den oberen und den unteren Vorspannungsstromschalter 464a und 464b, um einen Vorspannungsstrom für positive Eingangssignale und einen invertierten Vorspannungsstrom für negative Eingangssignale zu liefern. Das Ergebnis sind zwei Drehfrequenzen. Positive Eingangssignale werden über eine erste Drehsequenz geliefert, die mit einer 0-Grad-Phase beginnt, zu einer 90-Grad-Phase, zu einer 270-Grad-Phase, zu einer 180-Grad-Phase, wie es in 5 gezeigt ist. Negative Eingangssignale werden über eine zweite Drehsequenz geliefert, die mit einer 180-Grad-Phase beginnt, zu einer 270-Grad-Phase, zu einer 90-Grad-Phase, zu einer 0-Grad-Phase, wie es in 6 gezeigt ist.
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Um einen Vorspannungsstrom und die erste Drehsequenz zu liefern, werden der obere und der untere Vorspannungsstromschalter 464a und 464b nach links geschaltet, derart, dass der obere Vorspannungsstromschalter 464a einen Strom von der Stromquelle 430 an den Eingang des oberen Drehschalters 462a liefert und der untere Vorspannungsstromschalter 464b den Eingang des unteren Drehschalters 462b mit der Referenz bei 432 verbindet.
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Die Drehschaltung 462 dreht den oberen Drehschalter 462a und den unteren Drehschalter 462b von links nach rechts, derart, dass der Vorspannungsstrom in der Drehsequenz von der 0-Grad-Phase zu der 90-Grad-Phase, zu der 270-Grad-Phase, zu der 180-Grad-Phase rotiert. Wobei in der 0-Grad-Phase der Vorspannungsstrom von dem oberen Ende bei 434 zu dem unteren Ende bei 436 des Hall-Erfassungselements 460 fließt. In der 90-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der rechten Seite bei 438 zu der linken Seite bei 440 des Hall-Erfassungselements 460. In der 270-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der linken Seite bei 440 zu der rechten Seite bei 438 des Hall-Erfassungselements 460 und in der 180-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem unteren Ende bei 436 zu dem oberen Ende bei 434 des Hall-Erfassungselements 460.
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Um einen umgekehrten bzw. invertierten Vorspannungsstrom und die zweite Drehsequenz zu liefern, werden der obere und der untere Vorspannungsstromschalter 464a und 464b nach rechts geschaltet, derart, dass der obere Vorspannungsstromschalter 464 einen Strom von der Stromquelle 430 an den Eingang des unteren Drehschalters 462b liefert und der untere Vorspannungsstromschalter 464b den Eingang des oberen Drehschalters 462a mit der Referenz bei 432 verbindet.
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Die Drehschaltung 462 dreht den oberen Drehschalter 462a und den unteren Drehschalter 462b von links nach rechts, derart, dass der Vorspannungsstrom in der Drehsequenz von der 180-Grad-Phase zu der 270-Grad-Phase, zu der 90-Grad-Phase, zu der 0-Grad-Phase rotiert. In der 180-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem unteren Ende bei 436 zu dem oberen Ende bei 434. In der 270-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der linken Seite bei 440 zu der rechten Seite bei 438. In der 90-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der rechten Seite bei 438 zu der linken Seite bei 440. In der 0-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem oberen Ende bei 434 zu dem unteren Ende bei 436.
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9A und 9B sind Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines Drehstrom-Hall-Sensors 500 darstellen, der positive Eingangssignale über ein Drehen in eine erste Drehrichtung und negative Eingangssignale über ein Drehen in eine zweite Drehrichtung liefert. Der Hall-Sensor 500 umfasst eine Stromquelle 502, eine Referenz 504, ein Hall-Erfassungselement 506 und eine Zweirichtungsdrehschaltung 508. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Sensorsystem 400 von 5 und 6 den Hall-Sensor 500 anstelle des Hall-Sensors 402.
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Die Drehschaltung 508 umfasst einen oberen Drehschalter 508a, einen unteren Drehschalter 508b und vier Ausgangswege 510a–510d. Der obere Drehschalter 508a umfasst einen Eingang 512 und der untere Drehschalter 508b umfasst einen Eingang 514. Der Eingang 512 des oberen Drehschalters 508a ist elektrisch mit der Stromquelle 502 gekoppelt und der Eingang 514 des unteren Drehschalters 508b ist elektrisch mit der Referenz 504 gekoppelt. Der erste Ausgangsweg 510a ist elektrisch mit dem oberen Ende bei 416 des Hall-Erfassungselements 506 gekoppelt, der zweite Ausgangsweg 510b ist elektrisch mit der rechten Seite bei 518 des Hall-Erfassungselements 506 gekoppelt, der dritte Ausgangsweg 510c ist elektrisch mit der linken Seite bei 520 des Hall-Erfassungselements 506 gekoppelt und der vierte Ausgangsweg 510d ist elektrisch mit dem unteren Ende bei 522 des Hall-Erfassungselements 506 gekoppelt.
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Der obere Drehschalter 508a und der untere Drehschalter 508b sind elektrisch mit den vier Ausgangswegen 510a–510d gekoppelt. Ein erster Ausgang des Drehschalters 508a ist elektrisch mit einem vierten Ausgang des zweiten Drehschalters 508b über den ersten Ausgangsweg 510a gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des Drehschalters 508a ist elektrisch mit einem dritten Ausgang des zweiten Drehschalters 508b über den zweiten Ausgangsweg 510b gekoppelt. Ein dritter Ausgang des oberen Drehschalters 508a ist elektrisch mit einem zweiten Ausgang des Drehschalters 508b über den dritten Ausgangsweg 510c gekoppelt und ein vierter Ausgang des Drehschalters 508a ist elektrisch mit einem ersten Ausgang des zweiten Drehschalters 508b über den vierten Ausgangsweg 510d gekoppelt.
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In Betrieb steuert die Steuerlogik, wie beispielsweise die Steuerlogik 412, den oberen und den unteren Drehschalter 508a und 508b, um eine erste Drehsequenz für positive Eingangssignale und eine zweite Drehsequenz für negative Eingangssignale zu liefern. Positive Eingangssignale werden über eine erste Drehsequenz geliefert, die mit einer 0-Grad-Phase beginnt, zu einer 90-Grad-Phase, zu einer 270-Grad-Phase, zu einer 180-Grad-Phase, wie es in 5 gezeigt ist. Negative Eingangssignale werden über eine zweite Drehsequenz geliefert, die mit einer 180-Grad-Phase beginnt, zu einer 270-Grad-Phase, zu einer 90-Grad-Phase, zu einer 0-Grad-Phase, wie es in 6 gezeigt ist.
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9A ist ein Diagramm, das den Drehstrom-Hall-Sensor 500 darstellt, der sich in die erste Drehrichtung dreht. Um die erste Drehsequenz zu liefern, dreht die Drehschaltung 508 den oberen Drehschalter 508a und den unteren Drehschalter 508b von links nach rechts, derart, dass der Vorspannungsstrom in der Drehsequenz von der 0-Grad-Phase, zu der 90-Grad-Phase, zu der 270-Grad-Phase, zu der 180-Grad-Phase rotiert. Wobei in der 0-Grad-Phase der Vorspannungsstrom von dem oberen Ende bei 516 zu dem unteren Ende bei 522 des Hall-Erfassungselements 506 fließt. In der 90-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der rechten Seite bei 518 zu der linken Seite bei 520 des Hall-Erfassungselements 506. In der 270-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der linken Seite bei 520 zu der rechten Seite bei 518 des Hall-Erfassungselements 506 und in der 180-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem unteren Ende bei 522 zu dem oberen Ende bei 516 des Hall-Erfassungselements 506.
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9B ist ein Diagramm, das den Drehstrom-Hall-Sensor 500 darstellt, der sich in die zweite Drehrichtung dreht, die die Inverse der ersten Drehrichtung ist. Um die zweite Drehsequenz zu liefern, dreht die Drehschaltung 508 den oberen Drehschalter 508a und den unteren Drehschalter 508b von rechts nach links, derart, dass der Vorspannungsstrom in der Drehsequenz von der 180-Grad-Phase zu der 270-Grad-Phase, zu der 90-Grad-Phase, zu der 0-Grad-Phase rotiert. In er 180-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem unteren Ende bei 522 zu dem oberen Ende bei 516. In der 270-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der linken Seite bei 520 zu der rechten Seite bei 518. In der 90-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von der rechten Seite 518 zu der linken Seite bei 520. In der 0-Grad-Phase fließt der Vorspannungsstrom von dem oberen Ende bei 516 zu dem unteren Ende bei 522.
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10 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 600 darstellt, das ein Restversatzkalibrierungssignal über zumindest eine Nullvorspannungsphase bestimmt. Das Sensorsystem 600 ist ein Drehstrom-Hall-Sensorsystem mit vier Phasen mit einem Vorspannungsstrom und zwei Nullvorspannungsphasen ohne Vorspannungsstrom. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Sensorsystem 600 eine unterschiedliche Anzahl von Nullvorspannungsphasen auf, wie beispielsweise eine oder mehr als zwei Nullvorspannungsphasen. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist das Sensorsystem 600 eine unterschiedliche Anzahl von Phasen auf. Das Sensorsystem 600 umfasst einen Drehstrom-Hall-Sensor 602, eine Zerhackungsschaltung 604, ein digitales Tiefpassfilter 606, einen Oszillator 608, einen Taktteiler 610 und eine Steuerlogik 612. Der Hall-Sensor 602 ist elektrisch mit der Zerhackungsschaltung 604 über Eingangssignalwege 614 und 616 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 604 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 606 über einen Zerhackungssignalweg 618 gekoppelt. Der Oszillator 608 ist elektrisch mit dem digitalen Tiefpassfilter 606 und dem Taktteiler 610 über einen Taktweg 620 gekoppelt. Der Taktteiler 610 ist elektrisch mit dem Drehstrom-Hall-Sensor 602 über einen Drehtaktweg 622 und mit der Zerhackungsschaltung 604 über einen Zerhackungstaktweg 624 gekoppelt. Die Steuerlogik 612 ist elektrisch mit dem Hall-Sensor 602 und anderen Schaltungen über einen Steuerweg 626 gekoppelt.
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In einem normalen Modus dreht sich der Hall-Sensor 602 durch eine Sequenz von vier Phasen 600a–600d und liefert Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung empfängt die Eingangssignale und liefert ein zerhacktes Ausgangssignal an das digitale Tiefpassfilter 606 über den Zerhackungssignalweg 618. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628, die den Eingangssignalen entsprechen.
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In einem Restversatzkalibrierungsmodus dreht sich der Hall-Sensor 602 durch zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f, wobei kein Vorspannungsstrom an den Hall-Sensor 602 geliefert wird. Optional sind die Eingangswege bei 614 und 616 miteinander kurzgeschlossen und/oder ist ein Ersatzwiderstand zwischen den Eingangswegen bei 614 und 616 während der zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f hinzugefügt. Der Hall-Sensor 602 dreht sich durch die Nullvorspannungsphasen 600e und 600f und liefert Eingangssignale. Die Zerhackungsschaltung empfängt die Eingangssignale und liefert ein zerhacktes Ausgangssignal an das digitale Tiefpassfilter 606, das das zerhackte Ausgangssignal bei 618 empfängt und Ausgangssignale bei 628 liefert, die Restversätzen von Verstärkern, der Zerhackungsschaltung 604 einschließlich der Zerhackungsschalter, und Drehschaltern entsprechen. Das Sensorsystem 600 misst die Restversätze und bestimmt ein Restversatzkalibrierungssignal. Bei einem Ausführungsbeispiel misst das Sensorsystem 600 die Impedanz des Hall-Sensors 602 während der zwei Null-Vorspannungsphasen 600e und 600f. Bei anderen Ausführungsbeispielen dreht sich das Sensorsystem 600 durch die vier Phasen 600a–600d und die zwei Nullvorspannungsphasen 600e–600f während des Restversatzkalibrierungsmodus.
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Der Oszillator 608 liefert ein Taktsignal an das digitale Tiefpassfilter 606 und den Taktteiler 610 über den Taktweg 620. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das Taktsignal bei 620 und wird durch dasselbe getaktet, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 tiefpasszufiltern. Der Taktteiler 610 empfängt das Taktsignal bei 620 und teilt das Taktsignal, um das Drehtaktsignal bei 622 und das Zerhackungstaktsignal bei 624 zu liefern.
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Die Steuerlogik 612 steuert den Normalmodus und den Restversatzkalibrierungsmodus des Sensorsystems 600. Die Steuerlogik 612 liefert Steuersignale an den Drehstrom-Hall-Sensor 602 und andere Schaltungen über einen Steuerweg 626. Die Steuerlogik 612 liefert ein Steuersignal, das als das Restversatzkalibrierungssignal bezeichnet wird, das den Restversatzkalibrierungsmodus aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei Normalmodusoperationen aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus zwischen Normalmodusoperationen aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei einer Herstellung aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus über eine externe Schaltung aktiviert, wie beispielsweise einen Tester.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Restversatzkalibrierungsmodus bei einer ersten Temperatur, um einen ersten Versatzkalibrierungswert zu erhalten, und bei einer zweiten Temperatur aktiviert, um einen zweiten Versatzkalibrierungswert zu erhalten. Nachfolgende Versatzkalibrierungswerte werden aus dem ersten Versatzkalibrierungswert und dem zweiten Versatzkalibrierungswert basierend auf der aktuellen Temperatur und der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet.
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Das Sensorsystem 600 dreht sich durch die vier Phasen 600a–600d in einem Normalmodus und durch die zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f in dem Restversatzkalibrierungsmodus. Bei einem Ausführungsbeispiel dreht sich das Sensorsystem 600 durch die vier Phasen 600a–600d und die zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f in dem Restversatzkalibrierungsmodus.
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Bei den vier Phasen ist die erste Phase eine 0-Grad-Phase bei 600a, ist die zweite Phase eine 90-Grad-Phase bei 600b, ist die dritte Phase eine 270-Grad-Phase bei 600c und ist die vierte Phase eine 180-Grad-Phase bei 600d. Das Sensorsystem 600 dreht sich von der ersten Phase bei 600a zu der zweiten Phase bei 600b, zu der dritten Phase bei 600c und zu der vierten Phase bei 600d. Die Sequenz kann dann beginnend mit der ersten Phase bei 600a wiederholt werden.
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In der ersten Phase bei 600a empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 602 einen Vorspannungsstrom über eine Stromquelle 630, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 602 zu einer Referenz, wie beispielsweise Masse, bei 632 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem oberen Ende bei 634 zu dem unteren Ende bei 636 des Drehstrom-Hall-Sensors 602 und die erste Phase bei 600a wird als eine 0-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 614 und 616 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 638 bzw. der linken Seite bei 640 des Drehstrom-Hall-Sensors 602 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616 und, ohne die Eingänge bei 642 oder die Ausgänge bei 644 zu kreuzen, liefert die Zerhackungsschaltung 604 ein zerhacktes Ausgangssignal bei 618. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628a. In den Ausgangssignalen bei 628a sind Verstärkerversätze bei 646a, Hall-Sensorversätze bei 648a und Magnetfeldsignale bei 650a alle positiv.
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In der zweiten Phase bei 600b empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 602 den Vorspannungsstrom über eine Stromquelle 630, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 602 zu der Referenz bei 632 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der rechten Seite bei 638 zu der linken Seite bei 640 und die zweite Phase bei 600b wird als eine 90-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 614 und 616 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 634 bzw. dem unteren Ende bei 636 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616. Die Zerhackungsschaltung 604 kreuzt die Eingänge bei 642 nicht, aber kreuzt die Ausgänge bei 644, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628b. In den Ausgangssignalen bei 628b sind Verstärkerversätze bei 646b und Hall-Sensorversätze bei 648b negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 650b positiv.
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In der dritten Phase bei 600c empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 602 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 630, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 602 zu der Referenz bei 632 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von der linken Seite bei 640 zu der rechten Seite bei 638 und die dritte Phase bei 600c wird als eine 270-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 614 und 616 sind elektrisch mit dem oberen Ende bei 634 bzw. dem unteren Ende bei 636 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616. Die Zerhackungsschaltung 604 kreuzt die Eingänge bei 642 und die Ausgänge bei 644, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628c. In den Ausgangssignalen bei 628c sind Verstärkerversätze bei 646c und Hall-Sensorversätze bei 648c negativ und sind Magnetfeldsignalwerte bei 650c positiv.
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In der vierten Phase bei 600c empfängt der Drehstrom-Hall-Sensor 602 den Vorspannungsstrom über die Stromquelle 630, der durch den Drehstrom-Hall-Sensor 602 zu der Referenz bei 632 fließt. Der Vorspannungsstrom fließt von dem unteren Ende bei 636 zu dem oberen Ende bei 634 und die vierte Phase bei 600d wird als eine 180-Grad-Phase bezeichnet. Die Eingangswege 614 und 616 sind elektrisch mit der rechten Seite bei 638 bzw. der linken Seite bei 640 gekoppelt.
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Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616. Die Zerhackungsschaltung 604 kreuzt die Eingänge bei 642, aber kreuzt die Ausgänge bei 644 nicht, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628d. In den Ausgangssignalen bei 628d sind Verstärkerversätze bei 646d, Hall-Sensorversätze bei 648d und Magnetfeldsignalwerte bei 650d positiv.
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Falls die Ausgangssignal bei 628a–628d summiert werden, werden die Verstärkerversätze bei 646a–646d auf etwa Null summiert und werden die Hall-Sensorversätze bei 648a-648d auf etwa Null summiert. Die Magnetfeldsignalwerte bei 650a–650d werden auf einen positiven Signalwert summiert.
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In den Nullvorspannungsphasen 600e und 600f fließt kein Vorspannungsstrom durch den Hall-Sensor 602. Das Sensorsystem 600 dreht sich von der fünften Phase bei 600e zu der sechsten Phase bei 600f. Diese Sequenz kann dann beginnend mit der fünften Phase bei 600e wiederholt werden.
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In der fünften Phase bei 600e sind die Eingangswege 614 und 616 elektrisch mit dem oberen Ende bei 634 bzw. dem unteren Ende bei 636 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616. Die Zerhackungsschaltung 604 kreuzt die Eingänge bei 642 und die Ausgänge bei 644, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 zu liefern. Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628e. In den Ausgangssignalen 628e sind Verstärkerversätze bei 646e positiv und negativ.
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In der sechsten Phase bei 600f sind die Eingangswege 614 und 616 elektrisch mit der rechten Seite bei 638 bzw. der linken Seite bei 640 gekoppelt. Die Zerhackungsschaltung 604 empfängt die Eingangssignale bei 614 und 616. Die Zerhackungsschaltung 604 kreuzt die Eingänge bei 642 und die Ausgänge bei 644, um das zerhackte Ausgangssignal bei 618 zu liefern.
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Das digitale Tiefpassfilter 606 empfängt das zerhackte Ausgangssignal bei 618 und liefert Ausgangssignale bei 628f. In den Ausgangssignalen 628f sind Verstärkerversätze bei 646f positiv und negativ.
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In dem Restversatzkalibrierungsmodus dreht sich der Hall-Sensor 602 durch die zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f. Optional sind die Eingangswege bei 614 und 616 miteinander kurzgeschlossen und/oder ist ein Ersatzwiderstand zwischen den Eingangswegen bei 614 und 616 während der zwei Nullvorspannungsphasen 600e und 600f hinzugefügt. Das Sensorsystem 600 misst die Restversätze und bestimmt ein Restversatzkalibrierungssignal.
