DE102009061790B3

DE102009061790B3 - System, das einen Schaltpunkt erhält, wenn sich der Codierer in einer statischen Position befindet

Info

Publication number: DE102009061790B3
Application number: DE102009061790.6A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner; Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: US8253413B2; US20160076911A1; US9240800B2; DE102009041989A1; US9389098B2; DE102009041989B4; US20100072988A1; US20120313623A1

Abstract

System (20; 100; 140; 600; 640; 750), das folgende Merkmale aufweist:einen Codierer (22), der Codierersegmente (30, 604, 606, 936) verschiedener Längen aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen;mehrere Erfassungselemente (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d), die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und dahin gehend konfiguriert sind, auf der Basis der Drehung des Codierers (22) eine Serie von Signalen zu liefern, wobei an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten (30, 604, 606, 936) jedes der mehreren Erfassungselemente (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt liefert, während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) vorbeidreht; undeine Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650), die dahin gehend konfiguriert ist, die Serie von Signalen zu empfangen und auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten interpolierte Zwischensignale zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) zu liefern.

Description

Magnetfeldsensoren werden bei einer großen Vielzahl an Anwendungen verwendet, einschließlich Automobil-, industrieller- und Konsumentenanwendungen. Magnetfeldsensoren können bei Sensoren wie beispielsweise Abstandssensoren, Bewegungssensoren, Positionssensoren, Geschwindigkeitssensoren und Winkelsensoren verwendet werden. Magnetfeldsensoren umfassen Hall-Effekt-Sensoren und magnetoresistive Sensoren (XMR-Sensoren), einschließlich Sensoren wie z.B. anisotrope magnetoresistive Sensoren (AMR-Sensoren, AMR = anisotropic magneto-resistive), magnetoresistive Giant-Sensoren (GMR-Sensoren, GMR = giant magneto-resistive) und magnetoresistive Tunnel-Sensoren (TMR-Sensoren, TMR = tunneling magneto-resistive).
Magnetfeldsensoren können dazu verwendet werden, Geschwindigkeits- und Positionsmessungen zu erhalten, bei denen die Magnetfeldsensoren Änderungen eines Magnetfeldes, die durch einen sich bewegenden Codierer bewirkt werden, zu detektieren. Üblicherweise ist der Codierer ein Rad mit abwechselndem Magnetpol oder ein ferromagnetisches Codierrad. Das Rad mit abwechselndem Magnetpol wird neben einem Magnetfeldsensor platziert, der Polaritätsänderungen des gemessenen Magnetfelds detektiert. Das Rad mit abwechselndem Magnetpol dreht sich, und der Magnetfeldsensor liefert ein Ausgangssignal, das anzeigt, dass ein Pol den Sensor passiert hat. Das ferromagnetische Codierrad wird neben einem Magnetfeldsensor in einem stehenden Magnetfeld platziert, wobei das ferromagnetische Codierrad ein Zahnrad oder eine ferromagnetische Scheibe mit Löchern sein kann, die den Magnetfeldsensor passieren. Das ferromagnetische Codierrad dreht sich und lenkt das stehende Magnetfeld ab, um Änderungen des Magnetfeldes zu erzeugen. Diese Änderungen werden seitens des Magnetfeldsensors anhand eines Detektierens von Überquerungen eines Schaltpunktes zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert gemessen.
Oft wird der Magnetfeldsensor dadurch kalibriert, dass man wartet, bis anhand des sich drehenden Codierers ein minimaler Wert und ein maximaler Wert erhalten wird. Zwischen diesem minimalen und maximalen Wert wird ein Schaltpunkt gewählt. Um einen Schaltpunkt zu erhalten, bevor diese Kalibrierung abgeschlossen ist, kann ein gespeicherter Wert aus einem Speicher ausgelesen werden. Jedoch ist es schwierig, einen gespeicherten Wert zu erhalten, der über alle Prozesse hinweg präzise Ergebnisse liefert.
Manche Codierer weisen regelmäßig beabstandete Segmente wie beispielsweise Pole, Zähne und/oder Löcher auf, und andere Codierer weisen unregelmäßig beabstandete Segmente auf. Im Fall eines Kurbelwellensensorsystems umfasst der Codierer üblicherweise regelmäßig beabstandete Segmente mit einer Ausnahme, beispielsweise einem fehlenden Zahn oder einem längeren Magnetpol. Diese Unregelmäßigkeit gibt eine definierte Position der Kurbelwelle an. Ausgehend von dieser bekannten Position wird ein Winkel berechnet, indem die Anzahl von Kanten, die anhand des Magnetfeldsensors detektiert werden, gezählt wird. Die Auflösung des Systems beträgt 360 Grad dividiert durch die Anzahl von Codierersegmenten.
US 2008 / 0136 406 A1 offenbart ein Verfahren zum Auswerten eines Sensorsignals, das von einem beabstandet zu einem um eine Drehachse drehbaren Objekt angeordneten Magnetfeldsensor bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst das Definieren eines Codierungsmusters mit einer Folge von Symbolen, wobei das Sensorsignal von dem Codierungsmuster und mindestens einem Übertragungsparameter abhängig ist, Regenerieren der Symbole des Codierungsmusters aus einem korrigierten Sensorsignal unter Verwendung eines Schwellwertdetektors, um ein Ausgangssignal zu erhalten; Erzeugen eines gefilterten Signals aus dem Ausgangssignal unter Verwendung eines Filters mit mehreren Filterkoeffizienten; Überlagern des Sensorsignals und des gefilterten Signals, um das korrigierte Sensorsignal zu erhalten; und wobei das korrigierte Sensorsignal und das Ausgangssignal zum Schätzen des mindestens einen Übertragungsparameters verwendet werden und die Filterkoeffizienten aus dem geschätzten Übertragungsparameter abgeleitet werden.
US 2002 / 0 153479 A1 offenbart einen inkrementalen Drehgeber mit ersten und zweiten Sensoren, die jeweils zwei Sinuswellensignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad ausgeben, während sich ein Drehelement des inkrementalen Drehgebers dreht.
US 2006 / 0 071 818 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Positions- und/oder Längenbestimmung mit einer Trägereinheit mit absoluter magnetischer Längenkodierung und einer mit der Trägermesseinheit zusammenwirkenden und relativ zu dieser verschiebbaren Messeinheit. Die Messeinheit weist eine magnetische Sensoreinheit auf und ist mit einer der Messeinheit nachgeschalteten Auswerteelektronik verbunden.
DE 10 2004 046 803 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Winkelposition eines um eine Rotationsachse in einer Rotationsrichtung rotierenden Objekts, das ein Kodierungsmuster aufweist, unter Verwendung eines das Kodierungsmuster abtastenden Sensors.
US 5 568 048 A beschreibt, dass die Position eines drehbaren Automobilteils mit einem Trio von Magnetfeldintensitätssensoren erfasst wird, die neben einem Ring angeordnet sind, der sich mit dem Automobilteil dreht, wobei der Ring alternierende Permanentmagnetabschnitte mit mindestens einer lokalisierten Magnetfeldvertiefung umfasst, die einer Synchronisationsposition des Teils entspricht wobei die Sensoren entlang der Richtung der Ringdrehung beabstandet sind.
Um die Auflösung zu verbessern, schätzen Steuerungen Unterteilungen, indem sie die Zeit zwischen Kanten in kleinere Quantitäten einteilen. Falls sich die Drehgeschwindigkeit des Codierers über eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Codierers ändert, werden die geschätzten Unterteilungen weniger genau. Korrekturen können vorgenommen werden, indem Beschleunigung oder Verlangsamung anhand eines Vergleichs der letzten Segmentlänge und der vorletzten Segmentlänge berücksichtigt wird, d.h. indem die erste Ableitung der Geschwindigkeit genommen wird, und indem die geschätzten Unterteilungen auf der Basis erwarteter Änderungen korrigiert werden. Auch können unter Verwendung mehrerer und älterer Segmentlängenmessungen höhere Ableitungen der Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Jedoch nimmt das Alter der Ableitungen mit der Anzahl an verwendeten Segmentlängen zu, so dass die geschätzten Unterteilungen nicht auf aktuellen Informationen beruhen. Auch führen Herstellungstoleranzen des Codierers zu verschiedenen Segmentlängen, und die Arbeitslast der Steuerung nimmt mit der Komplexität der Korrekturen zu.
Im Rahmen anderer Bemühungen, die Auflösung zu verbessern, verwenden Hersteller bei dem Codierer mehr und kleinere Magnetpole. Jedoch nimmt der Betrag des Magnetfeldes mit abnehmender Magnetpolperiode exponentiell ab, wobei die Magnetpolperiode in der Bewegungsrichtung ein Nordpol und ein Südpol ist. Somit nimmt das Magnetfeld mit abnehmender Polperiode bei einem gegebenen Abstand von dem Codierer exponentiell ab. Dies macht es schwierig, einen Codierer mit feiner Auflösung und einen großen Luftzwischenraum zwischen dem Codierer und dem Magnetfeldsensor zu haben.
Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Erfordernis der vorliegenden Erfindung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Systeme und Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein in der Offenbarung beschriebenes Ausführungsbeispiel liefert ein System, das einen Codierer, mehrere Erfassungselemente und eine Steuerlogik umfasst. Der Codierer weist Codierersegmente verschiedener Längen auf und ist dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen. Die mehreren Erfassungselemente sind entlang der Drehrichtung angeordnet und dahin gehend konfiguriert, auf der Basis der Drehung des Codierers eine Serie von Signalen zu liefern, wobei an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten jedes der mehreren Erfassungselemente in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt liefert, während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen vorbeidreht. Die Steuerlogik ist dahin gehend konfiguriert, die Serie von Signalen zu empfangen und auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten interpolierte Zwischensignale zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement zu liefern.
Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein weiterführendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu vermitteln, und sie sind in die vorliegende Spezifikation integriert und stellen einen Bestandteil derselben dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres einleuchten, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das die Position und Bewegung eines Codierers anhand von Magnetfeldern detektiert;
2 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das ein Codierzahnrad umfasst;
3 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das ein magnetisches Codierrad umfasst;
4 einen Graphen, der erfasste Signale gegenüber Erfassungselementen veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente einen Durchgang erkennen;
5 einen Graphen, der erfasste Signale gegenüber Erfassungselementen veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente ein Maximum erkennen;
6 einen Graphen, der erfasste Signale gegenüber Erfassungselementen veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente ein Minimum erkennen;
7 einen Graphen, der erfasste Signale gegenüber Erfassungselementen veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente ein asymmetrisches Signal erkennen;
8 ein Zeitdiagramm, das erfasste Signalflanken und Verzögerungen, die zu den erfassten Signalflanken hinzugefügt werden, um ein korrigiertes Signal zu liefern, veranschaulicht;
9 ein Diagramm, das erfasste Signalflanken und Schaltpunktreferenzen veranschaulicht, die ausgewählt werden, um ein korrigiertes Signal zu liefern;
10 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Steuerlogik und von Erfassungselementen veranschaulicht;
11 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das ein Codierzahnrad umfasst, das zwischen Zahnsegmenten Raumsegmente verschiedener Längen aufweist;
12 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das ein magnetisches Codierrad umfasst, das abwechselnde Nordsegmente und Südsegmente verschiedener Längen aufweist;
13 ein Zeitdiagramm, das erfasste Signale, ein Steuerlogiksignal, ein Manchester-codiertes Signal und ein mehrstufig codiertes Signal veranschaulicht;
14 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das Zwischensignale bzw. sogenannte Subtics liefert;
15 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das mit größeren Luftzwischenräumen oder Abständen zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung arbeitet;
16 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Komparatorschaltung veranschaulicht;
17 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das eine Sättigung zumindest eines Erfassungselements mit kleinen Luftzwischenräumen oder Abständen zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung verringert;
18 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das eine Sättigung zumindest eines Erfassungselements anhand eines Ausbreitens eines ersten und eines zweiten Erfassungselements reduziert;
19 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das drei Erfassungselemente umfasst;
20 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das die Winkelauflösung eines Codierrades verdoppelt;
21 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems veranschaulicht, das eine feinere verbesserte Winkelauflösung liefert;
22 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Sensorschaltung veranschaulicht, die eine Abschirmschicht umfasst; und
23 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer nach unten gerichteten Sensorschaltung veranschaulicht, die die Winkelauflösung verdoppelt.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Bestandteil derselben bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann, Bezug genommen. Diesbezüglich wird eine richtungsangebende Terminologie, z.B. „obere(r, s)“, „untere(r, s)“, „vordere(r, s)“, „hintere(r, s)“, voreilende(r, s), nacheilende(r, s) usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der jeweils beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Orientierungen positioniert sein können, wird die richtungsangebende Terminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und stellt keinesfalls eine Einschränkung dar. Man muss verstehen, dass auch andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit ist die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Patentansprüche definiert.
Es versteht sich, dass Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, wenn nicht speziell etwas Anderes angegeben ist.
1 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 20 veranschaulicht, das die Position und Bewegung eines Codierers 22 anhand von Magnetfeldern detektiert. Das System 20 umfasst einen Codierer 22, eine Sensorschaltung 24 und eine Steuerlogik 26. Die Sensorschaltung 24 ist in einer Entfernung D von dem Codierer 22 angeordnet und über einen Kommunikationspfad 28 mit der Steuerlogik 26 elektrisch gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensorschaltung 24 und die Steuerlogik 26 Bestandteil desselben Halbleiterchips. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Sensorschaltung 24 und die Steuerlogik 26 auf separaten Halbleiterchips.
Der Codierer 22 umfasst Codierersegmente 30, die das durch die Sensorschaltung 24 erfasste Magnetfeld liefern oder beeinflussen. Der Codierer 22 bewegt sich relativ zu der Sensorschaltung 24, was das Magnetfeld zwischen dem Codierer 22 und der Sensorschaltung 24 ändert. Die Bewegungsrichtung des Codierers 22 ist bei 32 angegeben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Codierersegmente 30 ein magnetischer Nordpol oder ein magnetischer Südpol. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Codierersegmente 30 ein Zahn oder ein Raum zwischen Zähnen.
Die Sensorschaltung 24 umfasst mehrere Erfassungselemente 34, die entlang der Bewegungsrichtung des Codierers 22 ausgerichtet sind. Jedes der mehreren Erfassungselemente 34 erfasst das Magnetfeld zwischen dem Codierer 22 und der Sensorschaltung 24, und jedes liefert auf der Basis des erfassten Magnetfeldes erfasste Signale. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 34 Hall-Effekt-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 34 XMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 34 AMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 34 GMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 34 TMR-Erfassungselemente.
Die Steuerlogik 26 empfängt die erfassten Signale von den mehreren Erfassungselementen 34 über den Kommunikationspfad 28. Die Steuerlogik 26 verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern.
Bei einer ersten Implementierung weist der Codierer 22 eine Drehachse auf, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und jedes der Codierersegmente 30 weist eine Länge L in der Drehrichtung um den Umfang des Codierers 22 herum auf. Der Polabstand des Codierers 22 entspricht der doppelten Länge L. Die Sensorschaltung 24 umfasst mehrere Erfassungselemente 34, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und zumindest die Hälfte der Länge des Polabstands überspannen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Nord- und Südpole derselben Länge L. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Zahn- und Raumsegmente derselben Länge L. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest drei Erfassungselemente 34. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest acht Erfassungselemente 34. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest elf Erfassungselemente 34.
Die Steuerlogik 26 empfängt die erfassten Signale von mehreren Erfassungselementen 34 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerlogik 26 die erfassten Signale von mehreren Erfassungselementen 34, wenn sich der Codierer 22 in einer statischen Position befindet, d.h. sich nicht bewegt, und die Steuerlogik 26 erhält auf der Basis dieser erfassten Signale einen Schaltpunkt. Bei einem Ausführungsbeispiel passt die Steuerlogik 26 den Schaltpunkt auf der Basis eines minimalen und eines maximalen erfassten Signals an, die anhand einer Drehung des Codierers 22 von mehreren Erfassungselementen 34 erhalten werden. Bei einem Ausführungsbeispiel fügt die Steuerlogik 26 auf der Basis der Längen der Codierersegmente 30 Verzögerungen zu erfassten Signalflanken hinzu und liefert ein angepasstes oder korrigiertes Signal. Bei einem Ausführungsbeispiel verschiebt die Steuerlogik 26 eine räumliche Referenz des Schaltpunktes in den mehreren Erfassungselementen 34, um ein korrigiertes Signal zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel interpoliert die Steuerlogik 26 zwischen erfassten Signalen von benachbarten Erfassungselementen 34, um eine kleinere Teilung als die Teilung zwischen den benachbarten Erfassungselementen 34 zu liefern.
Bei einer zweiten Implementierung weist der Codierer 22 eine Drehachse auf, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und zumindest manche der Codierersegmente 30 weisen in der Drehrichtung um den Umfang des Codierers 22 herum verschiedene Längen auf. Die Sensorschaltung 24 umfasst mehrere Erfassungselemente 34, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und die eine Serie von Signalen liefern, während sich eines der Codierersegmente 30 an den mehreren Erfassungselementen 34 vorbeidreht. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Nord- und Südpole. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Zahn- und Raumsegmente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest drei Erfassungselemente 34. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest acht Erfassungselemente 34. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 zumindest elf Erfassungselemente 34.
Die Steuerlogik 26 empfängt erfasste Signale von mehreren Erfassungselementen 34 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerlogik 26 die Serie von Signalen und liefert Zwischensignale zwischen einem letzten Signal in der Serie von Signalen und einem ersten Signal in der nächsten Serie von Signalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 26 Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und (einer) Messung(en) der Drehgeschwindigkeit des Codierers 22. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 26 Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und (einer) Messung(en) zumindest entweder der Beschleunigung und/oder der Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierers 22. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 26 Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und Mittelwerten von Messungen, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und die Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierers 22. Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik 26 ein Ausgangssignal, das ein Zwischensignal umfasst, anhand eines Codierungssystems wie z.B. einer Manchester-Codierung oder einer mehrstufigen Codierung.
Bei einer dritten Implementierung weist der Codierer 22 eine Drehachse auf, die sich aus der Seite heraus erstreckt. Die Sensorschaltung 24 umfasst mehrere Erfassungselemente 34, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind, und ein erstes Erfassungselement ist radial weiter von der Drehachse entfernt als ein zweites Erfassungselement. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Nord- und Südpole. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Codierersegmente 30 abwechselnde Zahn- und Raumsegmente.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement entlang desselben Radius von der Drehachse angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 24 Paare von Erfassungselementen 34, wobei jedes der Paare von Erfassungselementen 34 ein Erfassungselement umfasst, das radial weiter von der Drehachse entfernt ist als das andere Erfassungselement. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jedes der Codierersegmente 30 eine Länge L in der Drehrichtung um den Umfang des Codierers 22 auf, und der Polabstand des Codierers 22 beträgt die doppelte Länge L, und Paare von Erfassungselementen 34 sind derart entlang der Drehrichtung angeordnet, dass ein erstes Paar von Erfassungselementen 34 und ein letztes Paar von Erfassungselementen 34 weniger als ein Viertel oder ein Viertel der Länge des Polabstands voneinander beabstandet sind.
2 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 100 veranschaulicht, das ein Codierzahnrad 102 umfasst. Das System 100 umfasst ein Codierrad 102, eine Sensorschaltung 104, einen Magneten 106 und eine Steuerlogik 108. Der Magnet 106 ist unter der Sensorschaltung 104 angeordnet und liefert ein Magnetfeld zwischen dem Codierrad 102 und der Sensorschaltung 104. Das System 100 detektiert die Position und Bewegung des Codierrades 102 anhand einer Ablenkung des Magnetfeldes durch das Codierrad 102. Das Sensorsystem 100 ist ähnlich dem Sensorsystem 20.
Das Codierrad 102 umfasst Zahnsegmente 110 und Raumsegmente 112 und weist eine Drehachse auf, die sich bei 114 aus der Seite heraus erstreckt. Das Codierrad 102 dreht sich in der bei 116 angegebenen Drehrichtung. Jedes der Zahn- und der Raumsegmente 110 und 112 weist in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 102 herum eine Länge L auf, so dass der Polabstand des Codierrades 102 die doppelte Länge L beträgt. Das Codierrad 102, das Zahnsegmente 110 umfasst, umfasst ein ferromagnetisches Material, das das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 102 und der Sensorschaltung 104 ablenkt. Die abwechselnden Zahn- und Raumsegmente 110 und 112 erzeugen bei den anhand der Sensorschaltung 104 erfassten Signalen einen zyklischen Signalverlauf. Ein Zyklus dieses Signalverlaufs wird durch eine Kombination eines der Zahnsegmente 110 und eines der Raumsegmente 112 erzeugt.
Die Sensorschaltung 104 ist in einer Entfernung D von den Zahnsegmenten 110 und dem äußeren Umfang des Codierrades 102 angeordnet. Auch ist die Sensorschaltung 104 über einen Kommunikationspfad 118 mit der Steuerlogik 108 elektrisch gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensorschaltung 104 und die Steuerlogik 108 Bestandteil desselben Halbleiterchips. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Sensorschaltung 104 und die Steuerlogik 108 auf separaten Halbleiterchips.
Die Sensorschaltung 104 umfasst mehrere Erfassungselemente 120, die entlang der Drehrichtung des Codierrades 102 angeordnet sind und zumindest die Hälfte der Länge des Polabstands, d.h. zumindest eine Segmentlänge L, überspannen. Jedes der mehreren Erfassungselemente 120 erfasst das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 102 und der Sensorschaltung 104, und jedes liefert auf der Basis des erfassten Magnetfeldes erfasste Signale. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 120 Hall-Effekt-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 120 XMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 120 AMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 120 GMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 120 TMR-Erfassungselemente. Bei einem umfasst die Sensorschaltung 104 zumindest drei Erfassungselemente 120. Bei einem umfasst die Sensorschaltung 104 zumindest acht Erfassungselemente 120. Bei einem umfasst die Sensorschaltung 104 zumindest elf Erfassungselemente 120.
Die Steuerlogik 108 empfängt die erfassten Signale über den Kommunikationspfad 118 von den mehreren Erfassungselementen 120 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Wenn sich das Codierrad 102 in einer statischen Position befindet, d.h. nicht bewegt, erfassen die mehreren Erfassungselemente 120 das Magnetfeld, das zumindest eine Segmentlänge L überspannt. Diese erfassten Signale stellen zumindest einen halben Zyklus des Signalverlaufs dar, der durch eine Kombination eines der Zahnsegmente 110 und eines der Raumsegmente 112 erzeugt wurde. Ausgehend von diesen erfassten Signalen erhält die Steuerlogik 108 einen Schaltpunkt, beispielsweise den Mittelpunkt zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert eines Zyklus der erfassten Signale. Die Steuerlogik 108 verwendet den Schaltpunkt dazu, erfasste Signalflanken zu erhalten, und ausgehend von diesen Signalflanken erhält sie Positions- und Geschwindigkeitsmessungen.
Bei einem Ausführungsbeispiel passt die Steuerlogik 108 den anhand des statischen Codierrades 102 erhaltenen Schaltpunkt an, indem sie einen minimalen und einen maximalen erfassten Signalwert von den mehreren Erfassungselementen 120 speichert, während sich das Codierrad 102 dreht, und indem sie den Schaltpunkt auf der Basis dieses gespeicherten minimalen und maximalen Werts verfeinert.
Die Herstellungstoleranz der Sensorschaltung 104 ist viel enger als die Herstellungstoleranz der Zahn- und der Raumsegmente 110 und 112 des Codierrades 102. Wenn mehrere Erfassungselemente 120 zumindest eine Segmentlänge L überspannen, kann die Länge jedes der Zahnsegmente 110 und die Länge jedes der Raumsegmente 112 gemessen werden. Unter Verwendung dieser Längenmessungen passt die Steuerlogik 108 die Signalflanken an, um ein korrigiertes Signal zu liefern und korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen des Codierrades 102 zu erhalten. Dadurch werden Herstellungstoleranzfehler bei dem Codierrad 102 korrigiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 108 ansprechend darauf, dass der erfasste Signalverlauf den Schaltpunkt überquert, ansteigende und abfallende Flanken. Die Steuerlogik 108 fügt auf der Basis der Längen der Zahn- und der Raumsegmente 110 und 112, die die erfassten Signalflanken lieferten, zu den erfassten Signalflanken Verzögerungen hinzu. Die Steuerlogik 108 passt die erfassten Signalflanken an, um ein angepasstes oder korrigiertes Ausgangssignal zu liefern, das eine Hoch- und eine Niedrigphase gleicher Länge aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 108 ansprechend darauf, dass der erfasste Signalverlauf einen Schaltpunkt überquert, der räumlich auf eines der mehreren Erfassungselemente 120 referenziert ist, ansteigende und abfallende Flanken. Die Steuerlogik 108 verschiebt die räumliche Referenz des Schaltpunktes in den mehreren Erfassungselementen 120, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerlogik 108 die erfassten Signale von jedem der mehreren Erfassungselemente 120 und interpoliert zwischen erfassten Signalen von benachbarten Erfassungselementen 120, um eine kleinere Division bzw. einen kleineren Abstand als den Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselementen 120 zu liefern.
3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 140 veranschaulicht, das ein magnetisches Codierrad 142 umfasst. Das System 140 umfasst das Codierrad 142, eine Sensorschaltung 144 und eine Steuerlogik 146. Das Codierrad 142 liefert ein Magnetfeld zwischen dem Codierrad 142 und der Sensorschaltung 144. Das System 140 detektiert die Position und Bewegung des Codierrades 142 anhand von Differenzen des Magnetfeldes über die Länge der Sensorschaltung 144 und Veränderungen des Magnetfeldes, während sich das Codierrad 142 dreht. Das Sensorsystem 140 ist ähnlich dem Sensorsystem 100.
Das Codierrad 142 umfasst Nordpolsegmente 148 und Südpolsegmente 150 und weist eine Drehachse auf, die sich bei 152 aus der Seite heraus erstreckt. Das Codierrad 142 dreht sich in der bei 154 angegebenen Drehrichtung. Jedes der Nordpolsegmente 148 und jedes der Südpolsegmente 150 weist in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 142 herum eine Länge L auf, so dass der Polabstand des Codierrades 142 die doppelte Länge L beträgt. Die abwechselnden Nord- und Südpolsegmente 148 und 150 erzeugen bei den anhand der Sensorschaltung 144 erfassten Signalen einen zyklischen Signalverlauf. Ein Zyklus dieses Signalverlaufs wird durch eine Kombination eines Nordpols und eines Südpols erzeugt.
Die Sensorschaltung 144 ist in einer Entfernung D von den Nord- und Südpolsegmenten 148 und 150 und dem äußeren Umfang des Codierrades 142 angeordnet. Auch ist die Sensorschaltung 144 über einen Kommunikationspfad 156 mit der Steuerlogik 146 elektrisch gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensorschaltung 144 und die Steuerlogik 146 Bestandteil desselben Halbleiterchips. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Sensorschaltung 144 und die Steuerlogik 146 auf separaten Halbleiterchips.
Die Sensorschaltung 144 umfasst mehrere Erfassungselemente 158, die entlang der Drehrichtung des Codierrades 142 angeordnet sind und zumindest die Hälfte der Länge des Polabstands, d.h. zumindest eine Segmentlänge L, überspannen. Jedes der mehreren Erfassungselemente 158 erfasst das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 142 und der Sensorschaltung 144, und jedes liefert auf der Basis des erfassten Magnetfeldes erfasste Signale. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 158 Hall-Effekt-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 158 XMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 158 AMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 158 GMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 158 TMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 144 zumindest drei Erfassungselemente 158. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 144 zumindest acht Erfassungselemente 158. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 144 zumindest elf Erfassungselemente 158.
Die Steuerlogik 146 empfängt die erfassten Signale über den Kommunikationspfad 156 von den mehreren Erfassungselementen 158 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Wenn sich das Codierrad 142 in einer statischen Position befindet, d.h. sich nicht bewegt, erfassen die mehreren Erfassungselemente 158 das Magnetfeld, das zumindest eine Segmentlänge L überspannt. Diese erfassten Signale stellen zumindest einen halben Zyklus des anhand einer Kombination eines Nordpols und eines Südpols erzeugten Signalverlaufs dar. Ausgehend von diesen erfassten Signalen erhält die Steuerlogik 146 einen Schaltpunkt, z.B. den Mittelpunkt zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert eines Zyklus der erfassten Signale. Die Steuerlogik 146 verwendet den Schaltpunkt, um erfasste Signalflanken zu erhalten, und ausgehend von diesen Signalflanken erhält sie Positions- und Geschwindigkeitsmessungen.
Bei einem Ausführungsbeispiel passt die Steuerlogik 146 den anhand des statischen Codierrades 142 erhaltenen Schaltpunkt an, indem sie einen minimalen und einen maximalen erfassten Signalwert von den mehreren Erfassungselementen 158 speichert, während sich das Codierrad 142 dreht, und indem sie den Schaltpunkt auf der Basis dieses gespeicherten minimalen und maximalen Werts weiterentwickelt.
Die Herstellungstoleranz der Sensorschaltung 144 ist viel enger als die Herstellungstoleranz der Nord- und der Südpolsegmente 148 und 150. Wenn mehrere Erfassungselemente 158 zumindest eine Segmentlänge L überspannen, kann die Länge jedes der Nord- und der Südpolsegmente 148 und 150 gemessen werden. Unter Verwendung dieser Längenmessungen passt die Steuerlogik 146 die Signalflanken an, um ein korrigiertes Signal zu liefern und um korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen des Codierrades 142 zu erhalten. Dadurch werden Herstellungsfehlertoleranzen bei dem Codierrad 142 korrigiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 146 ansprechend darauf, dass der erfasste Signalverlauf den Schaltpunkt überquert, ansteigende und abfallende Flanken. Die Steuerlogik 146 fügt auf der Basis der Längen der Nord- und der Südpolsegmente 148 und 150, die die erfassten Signalflanken lieferten, zu den erfassten Signalflanken Verzögerungen hinzu. Die Steuerlogik 146 passt die erfassten Signalflanken an, um ein angepasstes oder korrigiertes Ausgangssignal zu liefern, das eine Hoch- und eine Niedrigphase gleicher Länge aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 146 ansprechend darauf, dass der erfasste Signalverlauf einen Schaltpunkt überquert, der räumlich auf eines der mehreren Erfassungselemente 158 referenziert ist, ansteigende und abfallende Flanken. Die Steuerlogik 146 verschiebt die räumliche Referenz des Schaltpunktes in den mehreren Erfassungselementen 158, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerlogik 146 die erfassten Signale von jedem der mehreren Erfassungselemente 158 und interpoliert zwischen erfassten Signalen von benachbarten Erfassungselementen 158, um eine kleinere Division bzw. einen kleineren Abstand als den Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselementen 158 zu liefern.
4-7 sind Graphen, die erfasste Signale eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsystems, z.B. des Sensorsystems 100 oder des Sensorsystems 140, veranschaulichen, wobei sich das Codierrad im Ruhezustand befindet oder statisch ist. Das Sensorsystem umfasst elf Erfassungselemente, die entlang der Drehrichtung des Codierrades angeordnet sind und eine Segmentlänge L überspannen. Jeder Punkt stellt ein Sensorsignal von einem der elf Erfassungselemente dar. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem ähnlich dem Sensorsystem 100, wobei die Erfassungselemente ähnlich den Erfassungselementen 120 sind und das Codierrad ähnlich dem Codierzahnrad 102 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem ähnlich dem Sensorsystem 140, wobei die Erfassungselemente ähnlich den Erfassungselementen 158 sind und das Codierrad ähnlich dem magnetischen Codierrad 142 ist.
Die Erfassungselemente erfassen einen Halbzyklus des anhand zweier Codierradesegmente, z.B. eines Zahnsegments und eines Raumsegments oder eines Nordpolsegments und eines Südpolsegments, erzeugten Signalverlaufs. Ausgehend von diesen erfassten Signalen wird ein Schaltpunkt erhalten, wobei sich das Codierrad im Ruhezustand befindet oder statisch ist. Somit wird ein Schaltpunkt erhalten, ohne das Codierrad zu drehen. Falls sich das Codierrad zu bewegen beginnt, werden anhand der Erfassungselemente und des Schaltpunkts unmittelbar Geschwindigkeit und Richtung der Codierradbewegung detektiert.
4 ist ein Graph, der erfasste Signale bei 200 gegenüber Erfassungselementen bei 202 veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente bei 204 einen Durchgang erkennen. Der Durchgang bei 204 wird anhand der Segmente in dem Codierrad bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet an jeder der Segmentkanten ein Durchgang statt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet in der Mitte jedes der Segmente ein Durchgang statt.
Bei 206 befinden sich die erfassten Signale bei einem Minimum, und bei 208 befinden sich die erfassten Signale bei einem Maximum. Der Schaltpunkt bei 210 wird anhand dieses minimalen und maximalen Wertes erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Mittelpunkt zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert für den Schaltpunkt bei 210 verwendet.
5 ist ein Graph, der erfasste Signale bei 220 gegenüber Erfassungselementen bei 222 veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente bei 224 ein Maximum erkennen. Das Maximum bei 224 wird anhand der Segmente in dem Codierrad geliefert. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Maximum an abwechselnden Segmentkanten statt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Maximum in der Mitte abwechselnder Segmente statt.
Bei 226 befinden sich die erfassten Signale im Wesentlichen an einem Durchgangspunkt, und bei 228 befinden sich die erfassten Signale im Wesentlichen an einem anderen Durchgangspunkt. Der Schaltpunkt bei 230 wird ausgehend von diesen Durchgangspunkten erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Mittelwert der Durchgangspunkte bei 226 und 228 für den Schaltpunkt bei 230 verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der maximale Wert gespeichert, und der Schaltpunkt bei 230 wird angepasst, nachdem sich das Codierrad dreht, um einen erfassten minimalen Wert zu liefern, wobei der Mittelpunkt zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert für den Schaltpunkt bei 230 verwendet wird.
6 ist ein Graph, der erfasste Signale bei 240 gegenüber Erfassungselementen bei 242 veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente ein Minimum bei 244 erkennen. Das Minimum bei 244 wird anhand der Segmente in dem Codierrad geliefert. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Minimum an abwechselnden Segmentkanten statt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Minimum in der Mitte abwechselnder Segmente statt.
Bei 246 befinden sich die erfassten Signale im Wesentlichen an einem Durchgangspunkt, und bei 248 befinden sich die erfassten Signale im Wesentlichen an einem anderen Durchgangspunkt. Der Schaltpunkt bei 250 wird ausgehend von diesen Durchgangspunkten erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Mittelwert der Durchgangspunkte bei 246 und 248 für den Schaltpunkt bei 250 verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der minimale Wert gespeichert und der Schaltpunkt bei 250 angepasst, nachdem sich das Codierrad dreht, um einen erfassten maximalen Wert zu liefern, wobei der Mittelpunkt zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert für den Schaltpunkt bei 250 verwendet wird.
7 ist ein Graph, der erfasste Signale bei 260 gegenüber Erfassungselementen bei 262 veranschaulicht, wobei das Codierrad derart statisch positioniert ist, dass die Erfassungselemente ein asymmetrisches Signal berücksichtigen, das ein Minimum bei 264 umfasst. Das Minimum bei 264 wird anhand der Segmente in dem Codierrad bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Minimum an abwechselnden Segmentkanten statt. Bei einem Ausführungsbeispiel findet ein Minimum in der Mitte abwechselnder Segmente statt.
Bei 266 liegen die erfassten Signale unterhalb eines Durchgangspunktes, und bei 268 liegen die erfassten Signale oberhalb eines weiteren Durchgangspunktes. Der Schaltpunkt bei 270 wird anhand dieser erfassten Signale bei 266 und 268 erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Mittelwert der erfassten Signale bei 266 und 268 für den Schaltpunkt bei 270 verwendet.
Bei anderen Ausführungsbeispielen überspannen Erfassungselemente in dem Sensorsystem mehr als eine Segmentlänge L. Ein Schaltpunkt kann auf der Basis von Erfassungselementen berechnet werden, die eine Segmentlänge überspannen, oder falls Erfassungselemente zwei Segmentlängen L überspannen, können der erfasste minimale und maximale Wert dazu verwendet werden, den Schaltpunkt zu bestimmen.
8 ist ein Zeitdiagramm, das erfasste Signalflanken 300 und Verzögerungen 302, die zu den erfassten Signalflanken 300 hinzugefügt werden, um ein korrigiertes Signal 304 zu liefern, veranschaulicht. Auf der Basis der Längen der Codierersegmente, die die erfassten Signalflanken 300 erzeugten, fügt eine Steuerlogik zu den erfassten Signalflanken 300 Verzögerungen 302 hinzu und liefert das angepasste oder korrigierte Signal 304. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 26. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 108. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 146.
Die Herstellungstoleranz von Sensorschaltungen wie z.B. der Sensorschaltungen 24, 104 und 144 ist viel enger als die Herstellungstoleranz von Codierersegmenten eines Codierers, z.B. der Codierersegmente 30 des Codierers 22, der Zahn- und der Raumsegmente 110 und 112 des Codierrades 102 und der Nord- und der Süpolsegmente 148 und 150 des Codierrades 142. Mehrere Erfassungselemente, z.B. Erfassungselemente 34, 120 und 158, überspannen zumindest eine Segmentlänge L, und die Länge jedes der Codierersegmente wird gemessen und gespeichert. Unter Verwendung dieser Längenmessungen passt die Steuerlogik die erfassten Signalflanken 300 anhand der Verzögerungen 302 an, um das korrigierte Signal 304 zu liefern. Die Steuerlogik erhält korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen des Codierers anhand des korrigierten Signals 304.
Die Steuerlogik empfängt erfasste Signale von mehreren Erfassungselementen und liefert ansprechend darauf, dass eines oder mehrere der erfassten Signale den Schaltpunkt überqueren, erfasste Signalflanken bei 300. Auf der Basis der Längen der Codierersegmente, die die erfassten Signalflanken 300 lieferten, fügt die Steuerlogik zu den erfassten Signalflanken 300 Verzögerungen 302 hinzu. Das korrigierte Signal 304 weist eine Hoch- und eine Niedrigphase gleicher Länge auf. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Verzögerungen bei 302 anhand eines Zeitgebers bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Verzögerungen bei 302 anhand eines Zeitgebers bereitgestellt, der sich unter Verwendung einer Phasenregelschleife (PLL - phase locked loop) an die Drehgeschwindigkeit des Codierers anpasst.
Beispielsweise stellt die Steuerlogik ansprechend darauf, dass ein erfasstes Signal den Schaltpunkt überquert, eine ansteigende Flanke bei 306 in den erfassten Signalflanken 300 bereit. Die Steuerlogik fügt zu der ansteigenden Flanke bei 306 eine standardmäßige Verzögerung bei 308 hinzu, um die ansteigende Flanke bei 310 in dem korrigierten Signal 304 bereitzustellen. Die standardmäßige Verzögerung bei 308 wird anfänglich bereitgestellt, um ein späteres Reduzieren einer Verzögerung für den Fall, dass zuerst ein langes Segment kommt, zu ermöglichen. Bei diesem Beispiel ist die Hochphase bei 312 kurz, und die Steuerlogik stellt ansprechend darauf, dass ein erfasstes Signal den Schaltpunkt überquert, eine abfallende Flanke bei 314 in den erfassten Signalflanken 300 bereit. Als Nächstes fügt die Steuerlogik zu der abfallenden Flanke 314 eine längere Verzögerung bei 316 hinzu, um die abfallende Flanke bei 318 in dem korrigierten Signal 304 bereitzustellen. Die Niedrigphase bei 320 in den erfassten Signalflanken bei 300 ist etwas länger als der Mittelwert, und die Steuerlogik stellt die ansteigende Flanke bei 322 bereit und fügt bei 324 eine Verzögerung hinzu, die etwas geringer ist als die Verzögerung bei 316, um die ansteigende Flanke bei 326 in dem korrigierten Signal 304 bereitzustellen. Das korrigierte Signal 304 umfasst die korrigierte Hochphase bei 328 und die korrigierte Niedrigphase bei 330, so dass die Hoch- und die Niedrigphase die gleiche Länge aufweisen.
Die nächste Hochphase bei 332 in den erfassten Signalflanken 300 weist eine im Wesentlichen geeignete Länge auf, und die Steuerlogik stellt die abfallende Flanke bei 334 bereit und fügt eine Verzögerung bei 336 hinzu, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die Verzögerung bei 324, um die ansteigende Flanke bei 338 in dem korrigierten Signal 304 bereitzustellen. Die nächste Niedrigphase bei 340 in den erfassten Signalflanken 300 ist lang, und die Steuerlogik stellt die ansteigende Flanke bei 342 in den erfassten Signalflanken 300 bereit und fügt eine kürzere Verzögerung bei 344 hinzu, die viel geringer ist als die Verzögerung bei 336, um die ansteigende Flanke bei 346 in dem korrigierten Signal 304 bereitzustellen. Das korrigierte Signal 304 umfasst die korrigierte Hochphase bei 348 und die korrigierte Niedrigphase bei 350, so dass die Hoch- und die Niedrigphase die gleiche Länge aufweisen. Dieser Prozess setzt sich fort, und die Steuerlogik erhält korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen unter Verwendung des korrigierten Signals 304, wodurch Herstellungstoleranzfehler bei dem Codierer korrigiert werden.
9 ist ein Diagramm, das erfasste Signalflanken 400 und Schaltpunktreferenzen 402 veranschaulicht, die dazu ausgewählt sind, ein korrigiertes Signal 404 zu liefern. Die Schaltpunktreferenzen 402 sind die mehreren Erfassungselemente in der Sensorschaltung, wobei eines der Erfassungselemente dazu ausgewählt ist, das erfasste Signal zu liefern, das dazu verwendet wird, Flanken in dem korrigierten Signal 404 bereitzustellen. Eine Steuerlogik verschiebt die ausgewählte räumliche Referenz des Schaltpunktes bei 402 von einem Erfassungselement zu einem anderen Erfassungselement, um eine positive und eine negative Verzögerung von den erfassten Signalflanken 400 zu liefern. Die Steuerlogik verschiebt die ausgewählte räumliche Referenz des Schaltpunktes bei 402 auf der Basis der Längen der Codierersegmente, die die erfassten Signalflanken 400 erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 26. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 108. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 146.
Die Herstellungstoleranz von Sensorschaltungen wie z.B. der Sensorschaltungen 24, 104 und 144 ist viel enger als die Herstellungstoleranz von Codierersegmenten eines Codierers, z.B. der Codierersegmente 30 des Codierers 22, der Zahn- und der Raumsegmente 110 und 112 des Codierrades 102 und der Nord- und der Süpolsegmente 148 und 150 des Codierrades 142. Mehrere Erfassungselemente, z.B. Erfassungselemente 34, 120 und 158, überspannen zumindest eine Segmentlänge L, und die Länge jedes der Codierersegmente wird gemessen und gespeichert. Unter Verwendung dieser Längenmessungen verschiebt die Steuerlogik die räumliche Referenz des Schaltpunktes bei 402, um das korrigierte Signal 404 zu liefern. Die Steuerlogik erhält korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen des Codierers anhand des korrigierten Signals 404.
Die Steuerlogik empfängt erfasste Signale von mehreren Erfassungselementen und liefert erfasste Signalflanken bei 400. Die Steuerlogik verschiebt die räumliche Referenz des Schaltpunktes bei 402 auf der Basis der Längen der Codierersegmente, die die erfassten Signalflanken 400 lieferten, von einem Erfassungselement zu einem anderen Erfassungselement. Ansprechend darauf, dass das erfasste Signal von dem ausgewählten Erfassungselement bei 402 den Schaltpunkt überquert, stellt die Steuerlogik ansteigende und abfallende Flanken in dem korrigierten Signal 404 bereit. Das korrigierte Signal 404 weist eine Hoch- und eine Niedrigphase gleicher Länge auf.
Beispielsweise stellt die Steuerlogik eine ansteigende Flanke bei 406 in den erfassten Signalflanken 400 bereit. Auf der Basis der Schaltpunktreferenz bei 408 stellt die Steuerlogik eine ansteigende Flanke bei 410 in dem korrigierten Signal 404 bereit. Bei diesem Beispiel ist die Hochphase bei 412 kurz, und die Steuerlogik stellt eine abfallende Flanke bei 414 in den erfassten Signalflanken 400 bereit. Als Nächstes verschiebt die Steuerlogik die Schaltpunktreferenz auf die zwei rechten Erfassungselemente zu der Schaltpunktreferenz bei 416 und stellt eine abfallende Flanke bei 418 in dem korrigierten Signal 404 bereit. Die Niedrigphase bei 420 in den erfassten Signalflanken 400 ist eine im Wesentlichen geeignete Länge, und die Steuerlogik stellt die ansteigende Flanke bei 422 bereit. Auf der Basis der Schaltpunktreferenz bei 424, die dieselbe zuvor verwendete Schaltpunktreferenz ist, stellt die Steuerlogik die ansteigende Flanke bei 426 in dem korrigierten Signal 404 bereit. Das korrigierte Signal 404 umfasst die korrigierte Hochphase bei 428 und die korrigierte Niedrigphase bei 430, so dass die Hoch- und die Niedrigphase die gleiche Länge aufweisen.
Die nächste Hochphase bei 432 in den erfassten Signalflanken 400 weist eine im Wesentlichen geeignete Länge auf, und die Steuerlogik stellt die abfallende Flanke bei 434 bereit. Auf der Basis der Schaltpunktreferenz bei 436, die dieselbe zuvor verwendete Schaltpunktreferenz ist, stellt die Steuerlogik die abfallende Flanke bei 438 in dem korrigierten Signal 404 bereit. Die nächste Niedrigphase bei 440 in den erfassten Signalflanken 400 ist lang, und die Steuerlogik stellt die ansteigende Flanke bei 442 bereit. Die Steuerlogik verschiebt die Schaltpunktreferenz auf die zwei linken Erfassungselemente zu der Schaltpunktreferenz bei 444 und liefert eine ansteigende Flanke bei 446 in dem korrigierten Signal 404. Das korrigierte Signal 404 umfasst die korrigierte Hochphase bei 448 und die korrigierte Niedrigphase bei 450, so dass die Hoch- und die Niedrigphase die gleiche Länge aufweisen. Dieser Prozess setzt sich fort, und die Steuerlogik erhält unter Verwendung des korrigierten Signals 404 korrigierte Positions- und Geschwindigkeitsmessungen, wodurch Herstellungstoleranzfehler in dem Codierer korrigiert werden.
10 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Steuerlogik 500 und von Erfassungselementen 502 veranschaulicht. Die Steuerlogik 500 interpoliert erfasste Signale von Erfassungselementen 502, um einen kleineren Abstand (oder kleinere Unterteilungen) als den Abstand zwischen benachbarten Erfassungselementen 502 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik 500 ähnlich der Steuerlogik 26, und die Erfassungselemente 502 sind ähnlich den Erfassungselementen 34 in der Sensorschaltung 24. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik 500 ähnlich der Steuerlogik 108, und die Erfassungselemente 502 sind ähnlich den Erfassungselementen 120 in der Sensorschaltung 104. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik 500 ähnlich der Steuerlogik 146, und die Erfassungselemente 502 sind ähnlich den Erfassungselementen 158 in der Sensorschaltung 144.
Die Steuerlogik 500 umfasst Schaltungsblöcke 504a und 504b und Signalblöcke 506a-506n, und die Erfassungselemente 502 umfassen Erfassungselemente 502a-502k. Das Erfassungselement 502a ist über einen Signalpfad 508 mit dem Schaltungsblock 504a und dem Signalblock 506a elektrisch gekoppelt. Das Erfassungselement 502b ist über einen Signalpfad 510 mit den Schaltungsblöcken 504a und 504b und mit dem Signalblock 506e elektrisch gekoppelt. Das Erfassungselement 502c ist über einen Signalpfad 512 mit den Schaltungsblöcken 504b und 504c (nicht gezeigt) und mit dem Signalblock 506i elektrisch gekoppelt, und so weiter, bis zu dem Erfassungselement 502k, das über einen Signalpfad 514 mit dem Signalblock 506n elektrisch gekoppelt ist. Der Schaltungsblock 504a ist über Signalpfade 516a-516c mit den Signalblöcken 506b-506d elektrisch gekoppelt, und der Schaltungsblock 504b ist über Signalpfade 518a-518c mit den Signalblöcken 506f-506h elektrisch gekoppelt.
Der Signalblock 506a empfängt ein erfasstes Signal 1 von dem Erfassungselement 502a, und der Signalblock 506e empfängt ein erfasstes Signal 2 von dem Erfassungselement 502b. Der Schaltungsblock 504a empfängt die erfassten Signale 1 und 2 von den Erfassungselementen 502a und 502b, und der Schaltungsblock 504a interpoliert zwischen den empfangenen erfassten Signalen 1 und 2 und liefert ein virtuelles erfasstes Signal 1,25 an den Signalblock 506b, ein virtuelles erfasstes Signal 1,5 an den Signalblock 506c und ein virtuelles erfasstes Signal 1,75 an den Signalblock 506d.
Der Signalblock 506e empfängt das erfasste Signal 2 von dem Erfassungselement 502b, und der Signalblock 506i empfängt ein erfasstes Signal 3 von dem Erfassungselement 502c. Der Schaltungsblock 504b empfängt die erfassten Signale 2 und 3 von den Erfassungselementen 502b und 502c. Der Schaltungsblock 504b interpoliert zwischen den empfangenen erfassten Signalen 2 und 3 und liefert ein virtuelles erfasstes Signal 2,25 an den Signalblock 506f, ein virtuelles erfasstes Signal 2,5 an den Signalblock 506g und ein virtuelles erfasstes Signal 2,75 an den Signalblock 506h. Dieser Prozess setzt sich bis zu dem Signalblock 506n fort, der ein erfasstes Signal k von dem Erfassungselement 502k empfängt.
Die Steuerlogik 500 interpoliert zwischen erfassten Signalen von benachbarten Erfassungselementen 502, um einen kleineren Abstand als den Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselementen 502 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel führen die Schaltungsblöcke 504 gewichtete Additionen anhand einer analogen Schaltungsanordnung, die Differenzstufen umfasst, durch, indem sie Ströme hinzufügen, um zwischen benachbarten Erfassungssignalen zu interpolieren. Bei einem Ausführungsbeispiel führen die Schaltungsblöcke 504 eine Analog/Digital-Umwandlung (A/D-Umwandlung) der erfassten Signale durch, und die Schaltungsblöcke 504 umfassen eine Logik, die nach der A/D-Umwandlung der erfassten Signale digital interpoliert.
11 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 600 veranschaulicht, das ein Codierzahnrad 602 umfasst, das zwischen Zahnsegmenten 606 Raumsegmente 604 unterschiedlicher Länge aufweist. Das System 600 umfasst das Codierrad 602, eine Sensorschaltung 608, einen Magneten 610 und eine Steuerlogik 612. Der Magnet 610 ist unter der Sensorschaltung 608 angeordnet und liefert ein Magnetfeld zwischen dem Codierrad 602 und der Sensorschaltung 608. Das System 600 detektiert die Position und Bewegung des Codierrades 602 anhand einer Ablenkung des Magnetfeldes seitens des Codierrades 602. Das Sensorsystem 600 ist ähnlich dem Sensorsystem 20 und dem Sensorsystem 100.
Das Codierrad 602 umfasst Raumsegmente 604 und Zahnsegmente 606 und weist eine Drehachse auf, die sich bei 614 aus der Seite heraus erstreckt. Das Codierrad 602 dreht sich in der bei 616 angegebenen Drehrichtung. Die Raumsegmente 604 befinden sich zwischen den Zahnsegmenten 606, und die Raumsegmente 604 weisen in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 602 herum unterschiedliche Längen auf. Das Codierrad 602, das die Zahnsegmente 606 umfasst, umfasst ein ferromagnetisches Material, das das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 602 und der Sensorschaltung 608 ablenkt. Die abwechselnden Raum- und Zahnsegmente 604 und 606 erzeugen bei den anhand der Sensorschaltung 608 erfassten Signalen Signalverläufe, und die Steuerlogik 612 verwendet einen oder mehrere Schaltpunkte, um Kanten zu liefern, die Überquerungspunkten in den Signalverläufen entsprechen.
Die Sensorschaltung 608 ist in einer Entfernung D von den Zahnsegmenten 606 und dem äußeren Umfang des Codierrades 602 angeordnet. Auch ist die Sensorschaltung 608 über einen Kommunikationspfad 618 mit der Steuerlogik 612 elektrisch gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensorschaltung 608 und die Steuerlogik 612 Bestandteil desselben Halbleiterchips. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Sensorschaltung 608 und die Steuerlogik 612 auf separaten Halbleiterchips.
Die Sensorschaltung 608 umfasst mehrere Erfassungselemente 620, die entlang der Drehrichtung des Codierrades 602 angeordnet sind. Jedes der mehreren Erfassungselemente 620 erfasst das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 602 und der Sensorschaltung 608, und jedes der mehreren Erfassungselemente 620 liefert auf der Basis des erfassten Magnetfeldes ein erfasstes Signal. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 620 Hall-Effekt-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 620 XMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 620 AMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 620 GMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 620 TMR-Erfassungselemente.
Während sich das Codierrad 602 dreht, erzeugen die sich drehenden Raum- und Zahnsegmente 604 und 606 Überquerungspunkte in den erfassten Signalen. Beispielsweise kann an jedem Übergang zwischen einem Raumsegment 604 und einem der Zahnsegmente 606 ein Überquerungspunkt erzeugt werden. Während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen 620 vorbeidreht, liefert jedes der mehreren Erfassungselemente 620 in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt oder eine Flanke. Diese Überquerungspunkte oder Flanken werden aufgrund der Zeit, die dafür benötigt wird, dass der Übergang die Entfernung zwischen zwei Erfassungselementen 620 zurücklegt, von einem erfassten Signal zu dem nächsten erfassten Signal zeitlich verschoben. Die Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten oder Flanken werden dazu verwendet, interpolierte Zwischensignale zwischen dem letzten Überquerungspunkt in dem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement 620 und dem nächsten Überquerungspunkt in dem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement 620 zu liefern, was darauf zurückzuführen ist, dass der nächste Übergang in dem Codierrad 602 die Erfassungselemente 620 passiert. Die Überquerungspunkte oder Flanken und die interpolierten Zwischensignale werden dazu verwendet, die Position des Codierrades 602 genauer zu erhalten.
Bei diesem Beispiel liefern die mehreren Erfassungselemente 620 ansprechend auf einen Übergang zwischen einem Raumsegment 604 und einem der Zahnsegmente 606 eine Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 608 zumindest drei Erfassungselemente 620, die eine Serie von drei Flankensignalen liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 608 zumindest acht Erfassungselemente 620, die eine Serie von acht Flankensignalen liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 608 zumindest elf Erfassungselemente 620, die eine Serie von elf Flankensignalen liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel überspannen die Erfassungselemente 620 zumindest die Länge eines der Zahnsegmente 606.
Die Steuerlogik 612 empfängt die erfassten Signale über den Kommunikationspfad 618 von den mehreren Erfassungselementen 620 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Die Steuerlogik 612 empfängt jede Serie von Flankensignalen und liefert Zwischensignale zwischen einem letzten Flankensignal in einer Serie von Flankensignalen und einem ersten Flankensignal in der nächsten Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 612 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Drehgeschwindigkeit des Codierrades 602 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 612 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 602 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 612 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 602 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 612 Zwischensignale auf der Basis einer Serie von Signalen und Mittelwerten von Messungen, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 602. Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik 612 die erfassten Signalflanken und Zwischensignale in einem Ausgangssignal anhand eines Codiersystems, z.B. einer Manchester-Codierung oder einer mehrstufigen Codierung.
Die Herstellungstoleranz der Sensorschaltung 608 ist viel enger als die Herstellungstoleranz der Raum- und der Zahnsegmente 604 und 606, wodurch die Genauigkeit der Zwischensignale erhöht wird. Auch kann die Arbeitslast der Steuerlogik verringert werden, und das Alter der Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Beschleunigungsänderungsberechnungen kann auf eine Serie von Flankensignalen verringert werden.
12 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 640 veranschaulicht, das ein magnetisches Codierrad 642 umfasst, das abwechselnde Nordsegmente 644 und Südsegmente 646 unterschiedlicher Längen aufweist. Das System 640 umfasst das Codierrad 642, eine Sensorschaltung 648 und eine Steuerlogik 650. Das Codierrad 642 liefert ein Magnetfeld zwischen dem Codierrad 642 und der Sensorschaltung 648. Das System 640 detektiert die Position und Bewegung des Codierrades 642 anhand von Änderungen des Magnetfeldes, während sich das Codierrad 642 dreht. Das Sensorsystem 640 ist ähnlich dem Sensorsystem 20, dem Sensorsystem 140 und dem Sensorsystem 600.
Das Codierrad 642 umfasst abwechselnde Nord- und Südpolsegmente 644 und 646 und weist eine Drehachse auf, die sich bei 652 aus der Seite heraus erstreckt. Das Codierrad 642 dreht sich in der bei 654 angegebenen Drehrichtung. Die Nordpolsegmente 644 und die Südpolsegmente 646 weisen in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 642 herum unterschiedliche Längen auf. Die abwechselnden Nord- und Südpolsegmente 644 und 646 erzeugen bei durch die Sensorschaltung 648 erfassten Signalen Signalverläufe, und die Steuerlogik 650 verwendet einen oder mehrere Schaltpunkte, um Flanken zu liefern, die Überquerungspunkten in den Signalverläufen entsprechen.
Die Sensorschaltung 648 ist in einer Entfernung D von den Nord- und den Südpolsegmenten 644 und 646 und dem äußeren Umfang des Codierrades 642 angeordnet. Auch ist die Sensorschaltung 648 über einen Kommunikationspfad 656 mit der Steuerlogik 650 elektrisch gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensorschaltung 648 und die Steuerlogik 650 Bestandteil desselben Halbleiterchips. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Sensorschaltung 648 und die Steuerlogik 650 auf separaten Halbleiterchips.
Die Sensorschaltung 648 umfasst mehrere Erfassungselemente 658, die entlang der Drehrichtung des Codierrades 642 angeordnet sind. Jedes der mehreren Erfassungselemente 658 erfasst das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 642 und der Sensorschaltung 648, und jedes der mehreren Erfassungselemente 658 liefert auf der Basis des erfassten Magnetfeldes ein erfasstes Signal. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 658 Hall-Effekt-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 658 XMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 658 AMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 658 GMR-Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungselemente 658 TMR-Erfassungselemente.
Während sich das Codierrad 642 dreht, erzeugen die sich drehenden Nord- und Süpolsegmente 644 und 646 Überquerungspunkte in den erfassten Signalen. Beispielsweise kann an jedem Übergang zwischen einem Nordpolsegment 644 und einem Südpolsegment 646 ein Überquerungspunkt erzeugt werden. Während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen 658 vorbeidreht, liefert jedes der mehreren Erfassungselemente 658 einen Überquerungspunkt oder eine Flanke in seinem erfassten Signal. Diese Überquerungspunkte oder Flanken werden aufgrund der Zeit, die dafür benötigt wird, dass der Übergang die Entfernung zwischen zwei Erfassungselementen 658 zurücklegt, von einem erfassten Signal zu dem nächsten erfassten Signal zeitlich verschoben. Die Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten oder Flanken werden dazu verwendet, interpolierte Zwischensignale zwischen dem letzten Überquerungspunkt in dem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement 658 und dem nächsten Überquerungspunkt in dem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement 658 zu liefern, was darauf zurückzuführen ist, dass der nächste Übergang in dem Codierrad 642 die Erfassungselemente 658 passiert. Die Überquerungspunkte oder Flanken und die interpolierten Zwischensignale werden dazu verwendet, die Position des Codierrades 642 genauer zu erhalten.
Bei diesem Beispiel liefern die mehreren Erfassungselemente 658 ansprechend auf einen Übergang zwischen einem Nordpolsegment 644 und einem Südpolsegment 646 eine Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 648 zumindest drei Erfassungselemente 658, die eine Serie von drei Flankensignalen liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 648 zumindest acht Erfassungselemente 658, die eine Serie von acht Flankensignalen liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 648 zumindest elf Erfassungselemente 658, die eine Serie von elf Flankensignalen liefern.
Die Steuerlogik 650 empfängt die erfassten Signale über den Kommunikationspfad 656 von den mehreren Erfassungselementen 658 und verarbeitet die erfassten Signale, um Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zu liefern. Die Steuerlogik 650 empfängt jede Serie von Flankensignalen und liefert Zwischensignale zwischen einem letzten Flankensignal in einer Serie von Flankensignalen und einem ersten Flankensignal in der nächsten Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 650 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Drehgeschwindigkeit des Codierrades 642 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 650 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 642 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 650 Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 642 unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik 650 Zwischensignale auf der Basis einer Serie von Signalen und Mittelwerten von Messungen, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades 642. Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik 650 die erfassten Signalflanken und Zwischensignale in einem Ausgangssignal anhand eines Codiersystems, z.B. einer Manchester-Codierung oder einer mehrstufigen Codierung.
Die Herstellungstoleranz der Sensorschaltung 648 ist viel enger als die Herstellungstoleranz der Nord- und Südpolsegmente 644 und 646, wodurch die Genauigkeit der Zwischensignale erhöht wird. Auch kann die Arbeitslast der Steuerlogik verringert werden, und das Alter der Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Beschleunigungsänderungsberechnungen kann auf eine Serie von Flankensignalen verringert werden.
13 ist ein Zeitdiagramm, das erfasste Signale SE1-SE6 bei 700a-700f, ein Steuerlogiksignal bei 702, ein Manchester-codiertes Signal bei 704 und ein mehrstufig codiertes Signal bei 706 veranschaulicht. Die erfassten Signale SE1-SE6 bei 700a-700f werden anhand einer Sensorschaltung bereitgestellt, die sechs Erfassungselemente umfasst. Jedes der sechs Erfassungselemente liefert eines der erfassten Signale SE1-SE6 bei 700a-700f. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Sensorschaltung ähnlich der Sensorschaltung 24, und die Erfassungselemente sind ähnlich den Erfassungselementen 34. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Sensorschaltung ähnlich der Sensorschaltung 608, und die Erfassungselemente sind ähnlich den Erfassungselementen 620. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Sensorschaltung ähnlich der Sensorschaltung 648, und die Erfassungselemente sind ähnlich den Erfassungselementen 658.
Ein Codierer bewegt oder dreht sich, um in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f Überquerungspunkte oder Flanken zu liefern. Diese Überquerungspunkte oder Flanken werden aufgrund der Zeit, die dafür benötigt wird, dass ein Punkt an dem Codierer die Entfernung zwischen zwei Erfassungselementen zurücklegt, von einem der erfassten Signale SE1-SE6 bei 700a-700f zu dem nächsten der erfassten Signale SE1-SE6 bei 700a-700f zeitlich verschoben. Die sechs Erfassungselemente liefern ansprechend darauf, dass ein Punkt an dem Codierer, z.B. ein Übergang zwischen Segmenten, die Erfassungselemente passiert, eine Serie von sechs Flankensignalen in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Codierer ähnlich dem Codierer 22. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Codierer ähnlich dem Codierrad 602. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Codierer ähnlich dem Codierrad 642.
Die Steuerlogik verwendet Flanken in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f, um Flanken in Signalen zu liefern, beispielsweise das Steuerlogiksignal bei 702, das Manchester-codierte Signal 704 und das mehrstufig codierte Signal bei 706. Nach der letzten Flanke in dem erfassten Signal SE6 bei 700f und vor der nächsten Flanke in dem erfassten Signal SE1 bei 700a liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Zeit zwischen Flanken in erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f. Das Steuerlogiksignal bei 702, das Manchester-codierte Signal 704 und das mehrstufig codierte Signal bei 706 werden dazu verwendet, präzise die Position des Codierers zu erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 26. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 612. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerlogik ähnlich der Steuerlogik 650.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerlogik erfasste Signale SE1-SE6 bei 700a-700f und liefert das Steuerlogiksignal bei 702. Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik Flanken in erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f und Zwischensignale, um das Manchester-codierte Signal bei 704 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik Flanken in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f und Zwischensignale, um das mehrstufig codierte Signal bei 706 zu liefern.
Die Steuerlogik misst die Zeit zwischen Flanken in erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f, um die interpolierten Zwischensignale zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Geschwindigkeit der Drehung des Codierrades unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis zumindest einer Messung der Änderung der Beschleunigung der Drehung des Codierrades unter Verwendung einer Serie von Flankensignalen.
Im Betrieb eines Ausführungsbeispiels passiert ein Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente, um in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f eine erste Serie von Flanken bei 708 zu erzeugen. Die Steuerlogik verwendet die erste Flanke bei 708a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um eine abfallende Flanke bei 710a zu erzeugen, eine zweite Flanke bei 708b in dem erfassten Signal SE2 bei 700b, um eine ansteigende Flanke bei 710b zu erzeugen, eine dritte Flanke bei 708c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine abfallende Flanke bei 710c zu erzeugen, eine vierte Flanke bei 708d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine ansteigende Flanke bei 710d zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 708e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine abfallende Flanke bei 710e zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 708f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine ansteigende Flanke bei 710f zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 708f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Codierergeschwindigkeit, beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der ersten Serie von Flanken bei 708. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine zweite Serie von Flanken bei 712 in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen.
Anschließend verwendet die Steuerlogik die erste Flanke bei 712a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um eine abfallende Flanke bei 714a zu erzeugen, eine zweite Flanke bei 712b in dem erfassten Signal SE2 bei 700b, um eine ansteigende Flanke bei 714b zu erzeugen, eine dritte Flanke bei 712c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine abfallende Flanke bei 714c zu erzeugen, eine vierte Flanke bei 712d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine ansteigende Flanke bei 714d zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 712e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine abfallende Flanke bei 714e zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 712f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine ansteigende Flanke bei 714f zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 712f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Codierergeschwindigkeit, beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der zweiten Serie von Flanken bei 712. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine dritte Serie von Flanken bei 716 in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen. Dieser Prozess setzt sich fort, während sich das Codierrad dreht.
Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik Flanken in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f und Zwischensignale, um das Manchester-codierte Signal bei 704 zu liefern. Die Steuerlogik verwendet die erste Flanke bei 708a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um eine abfallende Flanke bei 718a zu erzeugen, und eine dritte Flanke bei 708c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine ansteigende Flanke bei 718b zu erzeugen. Das lange Niedrig-Signal zwischen den Flanken 718a und 718b gibt den Anfang eines Typs von Überquerungspunkt an, z.B. einen ansteigenden Überquerungspunkt oder einen abfallenden Überquerungspunkt. Die Steuerlogik verwendet die vierte Flanke bei 708d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine abfallende Flanke bei 718c zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 708e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine ansteigende Flanke bei 718d zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 708f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine abfallende Flanke bei 718e zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 708f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Codierergeschwindigkeit, beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der ersten Serie von Flanken bei 708. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine zweite Serie von Flanken bei 712 in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen.
Anschließend verwendet die Steuerlogik die erste Flanke bei 712a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um eine ansteigende Flanke bei 720a zu erzeugen, und eine dritte Flanke bei 712c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine abfallende Flanke bei 720b zu erzeugen. Das lange Hoch-Signal zwischen den Flanken 720a und 720b gibt den Beginn der anderen Art von Überquerungspunkt an, beispielsweise einen abfallenden Überquerungspunkt oder einen ansteigenden Überquerungspunkt. Die Steuerlogik verwendet die vierte Flanke bei 712d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine ansteigende Flanke bei 720c zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 712e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine abfallende Flanke bei 720d zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 712f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine ansteigende Flanke bei 720e zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 712f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Geschwindigkeit, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der zweiten Serie von Flanken bei 712. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine dritte Serie von Flanken bei 716 in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen. Dieser Prozess setzt sich fort, während sich das Codierrad dreht.
Bei einem Ausführungsbeispiel codiert die Steuerlogik Flanken in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f, um das mehrstufig codierte Signal bei 706 zu liefern. Die Steuerlogik verwendet die erste Flanke bei 708a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um ein Signal mit dreifach hohem Pegel bei 722a zu erzeugen, und eine zweite Flanke bei 708b in dem erfassten Signal SE2 bei 700b, um eine abfallende Flanke zu erzeugen, die das Signal zurück zu einem Signal mit einfach hohem Pegel bei 722b bringt. Das Signal mit dreifach hohem Pegel zwischen 722a und 722b gibt den Beginn eines Typs von Überquerungspunkt an, beispielsweise einen ansteigenden D Überquerungspunkt oder einen abfallenden Überquerungspunkt. Die Steuerlogik verwendet eine dritte Flanke bei 708c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine abfallende Flanke zu erzeugen, die das Signal auf einen niedrigen Wert bei 722c bringt. Die Steuerlogik verwendet die vierte Flanke bei 708d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine ansteigende Flanke bei 722d zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 708e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine abfallende Flanke bei 722e zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 708f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine ansteigende Flanke bei 722f zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 708f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Geschwindigkeit, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der ersten Serie von Flanken bei 708. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine zweite Serie von Flanken bei 712 in erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen.
Anschließend verwendet die Steuerlogik die erste Flanke bei 712a in dem erfassten Signal SE1 bei 700a, um ein Signal mit doppelt hohem Pegel bei 724a zu erzeugen, und eine zweite Flanke bei 712b in dem erfassten Signal SE2 bei 700b, um eine abfallende Flanke zu erzeugen, die das Signal zurück zu einem einfach hohen Pegel bei 724b bringt. Das Signal mit doppelt hohem Pegel zwischen 724a und 724b gibt den Beginn der anderen Art von Überquerungspunkt an, z.B. einen abfallenden Überquerungspunkt oder einen ansteigenden Überquerungspunkt. Die Steuerlogik verwendet eine dritte Flanke bei 712c in dem erfassten Signal SE3 bei 700c, um eine abfallende Flanke zu erzeugen, die das Signal auf einen niedrigen Wert bei 724c bringt. Die Steuerlogik verwendet die vierte Flanke bei 712d in dem erfassten Signal SE4 bei 700d, um eine ansteigende Flanke bei 724d zu erzeugen, eine fünfte Flanke bei 712e in dem erfassten Signal SE5 bei 700e, um eine abfallende Flanke bei 724e zu erzeugen, und eine sechste Flanke bei 712f in dem erfassten Signal SE6 bei 700f, um eine ansteigende Flanke bei 724f zu erzeugen.
Nach der sechsten Flanke bei 712f liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis von Messungen der Geschwindigkeit, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung, unter Verwendung der zweiten Serie von Flanken bei 712. Diese interpolierten Zwischensignale werden geliefert, bis der nächste Punkt an dem Codierer die sechs Erfassungselemente passiert, um eine dritte Serie von Flanken bei 716 in den erfassten Signalen SE1-SE6 bei 700a-700f zu erzeugen. Dieser Prozess setzt sich fort, während sich das Codierrad dreht.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis einer oder mehrerer Serien von Flankensignalen und Mittelwerten von Messungen, z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung und die Änderung der Beschleunigung der Bewegung des Codierers.
14 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 750 veranschaulicht, das Zwischensignale auf der Basis einer mittleren Geschwindigkeitsmessung des Codierers liefert. Das System 750 umfasst vier Sensorelemente 752a-752d, drei Erfassungseinheiten 754a-754c, eine Zeitbasis 756, einen Mittelungsblock 758 und einen Mittelwertanpassungsblock 760. Das System 750 berechnet die mittlere Zeitdauer zwischen Flanken in erfassten Signalen von benachbarten Sensorelementen 752a-752d und liefert auf der Basis dieses Mittelwertes Zwischensignale. Das System 750 berechnet auch Beschleunigungs- und Beschleunigungsänderungsanpassungen für den Mittelwert, um die Zwischensignale zu liefern.
Die Sensorelemente 752a-752d sind mit den Erfassungseinheiten 754a-754c elektrisch gekoppelt. Ein Sensorelement 1 bei 752a ist über einen Erfasstes-Signal-Pfad 762 mit einer Erfassungseinheit 1 elektrisch gekoppelt. Ein Sensorelement 2 bei 752b ist über einen Erfasstes-Signal-Pfad 764 mit der Erfassungseinheit 1 bei 754a und einer Erfassungseinheit 2 bei 754b elektrisch gekoppelt. Ein Sensorelement 3 bei 752c ist über einen Erfasstes-Signal-Pfad 766 mit der Erfassungseinheit 2 bei 754b und mit einer Erfassungseinheit 3 bei 754c elektrisch gekoppelt. Ein Sensorelement 4 bei 752d ist über einen Erfasstes-Signal-Pfad 768 mit der Erfassungseinheit 3 bei 754c elektrisch gekoppelt.
Jede der Erfassungseinheiten 754a-754c ist über einen Zeitbasispfad 770 mit der Zeitbasis 756 elektrisch gekoppelt. Auch ist die Erfassungseinheit 1 bei 754a über einen Zeitdifferenzpfad 772 mit dem Mittelungsblock 758 und mit dem Mittelwertanpassungsblock 760 elektrisch gekoppelt, die Erfassungseinheit 2 bei 754b ist über einen Zeitdifferenzpfad 774 mit dem Mittelungsblock 758 und dem Mittelwertanpassungsblock 760 elektrisch gekoppelt, und die Erfassungseinheit 3 bei 754c ist über einen Zeitdifferenzpfad 776 mit dem Mittelungsblock 758 und mit dem Mittelwertanpassungsblock 760 elektrisch gekoppelt.
Jedes der Erfassungselemente 752a-752d liefert Überquerungspunkte oder Flanken in seinem erfassten Signal. Die Erfassungseinheit bei 754a empfängt die erfassten Signale von dem Erfassungselement 1 bei 752a und dem Erfassungselement 2 bei 752b und erfasst die Zeitdifferenz zwischen Flanken von dem Sensorelement 1 bei 752a und dem Sensorelement 2 bei 752b. Die Erfassungseinheit 2 bei 754b empfängt die erfassten Signale von dem Erfassungselement 2 bei 752b und dem Erfassungselement 3 bei 752c und erfasst die Zeitdifferenz zwischen Flanken von dem Sensorelement 2 bei 752b und dem Sensorelement 3 bei 752c. Die Erfassungseinheit 3 bei 754c empfängt die erfassten Signale von dem Erfassungselement 3 bei 752c und dem Erfassungselement 4 bei 752d und erfasst die Zeitdifferenz zwischen Flanken von dem Sensorelement 3 bei 752c und dem Sensorelement 4 bei 752d. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Erfassungseinheiten 754a-754c Zähler, die ein Taktsignal von der Zeitbasis 756 empfangen, um Zeitdifferenzen zwischen Flanken zu erfassen.
Der Mittelungsblock 758 empfängt die erfasste Zeitdifferenzmessung von jeder der Erfassungseinheiten 754a-754c und berechnet einen mittleren Zeitdifferenzwert. Die Steuerlogik verwendet diesen mittleren Zeitdifferenzwert, um Zwischensignale zu liefern. Auch empfängt der Mittelwertanpassungsblock 760 die erfassten Zeitdifferenzmessungen von jeder der Erfassungseinheiten 754a-754c und berechnet Beschleunigungs- und Beschleunigungsänderungswerte. Die Steuerlogik passt die Zwischensignale auf der Basis dieser Beschleunigungs- und Beschleunigungsänderungswerte an.
Ein Mitteln der Messung verringert den Einfluss von Herstellungstoleranzen. Ferner verringert ein Mitteln der Messung Auflösungs- und Jitteranforderungen.
15-23 sind Diagramme, die Ausführungsbeispiele von Sensorsystemen und -schaltungen veranschaulichen. Manche Ausführungsbeispiele von Erfassungselementen sind GMR-Erfassungselemente, die in Bezug auf Magnetfelder in der tangentialen Richtung des Codierrades, d.h. tangential zu dem Codierrad, empfindlich sind. Manche Ausführungsbeispiele von Erfassungselementen sind GMR-Erfassungselemente, die in Bezug auf Magnetfelder in der radialen Richtung des Codierrades, d.h. die sich von der Mitte des Codierrades erstrecken, empfindlich sind. Andere Ausführungsbeispiele von Erfassungselementen sind GMR-Erfassungselemente, die in Bezug auf Magnetfelder in einer anderen Richtung, die in der Chipoberfläche des Erfassungselements liegen, empfindlich sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Erfassungselemente andere geeignete Erfassungselemente, z.B. XMR-Erfassungselemente, die AMR-Erfassungselemente und/oder TMR-Erfassungselemente umfassen.
15 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 800 veranschaulicht, das mit größeren Luftzwischenräumen oder Entfernungen D zwischen einem Codierrad 802 und einer Sensorschaltung 804 arbeitet. Das Codierrad 802 umfasst eine Drehachse bei 806, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 802 dreht sich in der bzw. den bei 808 angegebenen Richtung(en). Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 800 ähnlich dem Sensorsystem 20. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 802 ähnlich einem Codierzahnrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Zahn- und Raumsegmente sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 802 ähnlich einem magnetischen Codierrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Nord- und Südpole sind.
Die Sensorschaltung 804 umfasst ein erstes Erfassungselement 810 und ein zweites Erfassungselement 812. Das erste Erfassungselement 810 ist über einen leitfähigen Pfad 814 mit dem zweiten Erfassungselement 812 elektrisch gekoppelt. Das erste Erfassungselement 810 ist entlang eines Radius von der Drehachse bei 806 angeordnet, und das zweite Erfassungselement 812 ist entlang eines Radius von der Drehachse bei 806 angeordnet. Die Sensorschaltung 804 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass das erste Erfassungselement 810 radial weiter von der Drehachse bei 806 entfernt ist als das zweite Erfassungselement 812. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich das erste Erfassungselement 810 und das zweite Erfassungselement 812 auf demselben Radius von der Drehachse bei 806. Bei einem Ausführungsbeispiel befindet sich das erste Erfassungselement 810 entlang eines anderen Radius als das zweite Erfassungselement 812 von der Drehachse bei 806.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 802, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 802 und der Sensorschaltung 804 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des oberen bzw. ersten Erfassungselements 810 und des unteren bzw. zweiten Erfassungselements 812 erfasst. Da das erste Erfassungselement 810 weiter von dem Codierrad 802 entfernt ist, ist das detektierte Magnetfeld bei dem ersten Erfassungselement 810 kleiner als bei dem zweiten Erfassungselement 812. Somit ändert sich der Widerstandswert durch das erste Erfassungselement 810 im Vergleich zu dem Widerstandswert durch das zweite Erfassungselement 812 nicht oder nur wenig, während sich das Codierrad 802 dreht. Das Sensorsystem 800 ist nicht abhängig von einem Polabstand, d.h. es funktioniert für im Wesentlichen jeglichen Polabstand, z.B. willkürlich große Polabstände und große Luftzwischenräume oder Entfernungen D. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 810 und das zweite Erfassungselement 812 Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 802 und der Sensorschaltung 804.
16 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Komparatorschaltung 820 veranschaulicht. Die Komparatorschaltung 820 umfasst einen ersten Widerstand 822, einen zweiten Widerstand 824, einen dritten Widerstand 826, einen vierten Widerstand 828 und einen Komparator 830. Der erste Widerstand 822 ist das obere oder erste Erfassungselement 810, und der zweite Widerstand 824 ist das untere oder zweite Erfassungselement 812. Der dritte und der vierte Widerstand 826 und 828 sind Referenzwiderstände.
Eine Seite des ersten Widerstands 822 ist mit VDD bei 832 elektrisch gekoppelt, und die andere Seite des ersten Widerstands 822 ist mit einer Seite des zweiten Widerstands 824 und einem Eingang des Komparators 830 über einen Eingangspfad 834 elektrisch gekoppelt. Die andere Seite des zweiten Widerstands 824 ist mit einer Referenz, z.B. Masse, bei 836 elektrisch gekoppelt. Eine Seite des dritten Widerstands 826 ist mit VDD bei 832 elektrisch gekoppelt, und die andere Seite des dritten Widerstands 826 ist mit einer Seite des vierten Widerstands 828 und dem anderen Eingang des Komparators 830 über einen Eingangspfad 838 elektrisch gekoppelt. Die andere Seite des vierten Widerstands 828 ist mit einer Referenz, z.B. Masse, bei 840 elektrisch gekoppelt. Der dritte und der vierte Widerstand 828 und 830 liefern eine Referenzspannung bei 838 an den anderen Eingang des Komparators 830.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 802, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 802 und der Sensorschaltung 804 zu ändern. Dieses Magnetfeld wird über das erste Erfassungselement 810 und das zweite Erfassungselement 812 erfasst, und der Widerstandswert durch das erste Erfassungselement 810 oder den ersten Widerstand 822 ändert sich im Vergleich zu dem Widerstandswert durch das zweite Erfassungselement 812 oder den zweiten Widerstand 824 nicht oder wenig. Bei 834 oszilliert die Spannung an dem ersten Eingang des Komparators 830 um die Referenzspannung bei 838, und der Komparator 830 liefert ein entsprechendes Ausgangssignal bei 842.
17 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 850 veranschaulicht, das eine Sättigung zumindest eines Erfassungselements mit kleinen Luftzwischenräumen oder Entfernungen D zwischen dem Codierrad 852 und der Sensorschaltung 854 verringert. Das Codierrad 852 umfasst eine Drehachse bei 856, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 852 dreht sich in der bzw. den bei 858 angegebenen Richtung(en). Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 850 ähnlich dem Sensorsystem 20. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 852 ähnlich einem Codierzahnrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Zahn- und Raumsegmente sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 852 ähnlich einem magnetischen Codierrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Nord- und Südpole sind.
Die Sensorschaltung 854 umfasst ein erstes Erfassungselement 860 und ein zweites Erfassungselement 862, das über einen leitfähigen Pfad 864 mit dem ersten Erfassungselement 860 elektrisch gekoppelt ist. Das erste Erfassungselement 860 ist ein längliches Rechteck, das sich über das obere Ende der Sensorschaltung 854 erstreckt und entlang eines Radius von der Drehachse bei 856 angeordnet ist. Das zweite Erfassungselement 862 ist an dem unteren Ende der Sensorschaltung 854 und entlang eines Radius von der Drehachse bei 856 angeordnet. Die Sensorschaltung 854 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass das erste Erfassungselement 860 radial weiter von der Drehachse bei 856 entfernt ist als das zweite Erfassungselement 862. Die rechteckigen Formen des ersten und des zweiten Erfassungselements 860 und 862 bezeichnen den Bereich der Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten und des zweiten Erfassungselements 860 und/oder 862 ein einzelner Streifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten und des zweiten Erfassungselements 860 und/oder 862 ein mäanderförmiger Streifen.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 852, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 852 und der Sensorschaltung 854 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des oberen bzw. ersten Erfassungselements 860 und des unteren bzw. zweiten Erfassungselements 862 erfasst. Da das erste Erfassungselement 860 weiter von dem Codierrad 852 entfernt ist, ist das detektierte Magnetfeld an dem ersten Erfassungselement 860 kleiner als an dem zweiten Erfassungselement 862. Auch verwischt das erste Erfassungselement 860 das Magnetfeld aus oder breitet es aus, was die Sättigung des ersten Erfassungselements 860 mit kleinen Luftzwischenräumen oder Entfernungen D und/oder Codierrädern mit einem größeren Polabstand verringert.
Während sich das Codierrad 852 dreht, ist das zweite Erfassungselement 862 näher bei dem Codierrad 852 als das erste Erfassungselement 860, und das zweite Erfassungselement 862 erfährt immer größere Feldauslenkungen als das erste Erfassungselement 860. Falls der Luftzwischenraum oder die Entfernung D gering ist und das Magnetfeld stark ist, wird das zweite Erfassungselement 862 in die Sättigung getrieben, während das erste Erfassungselement 860 nicht gänzlich in die Sättigung getrieben wird, da es das Magnetfeld nach links und nach rechts ausbreitet, wo das Feld abnimmt, und da es weiter von dem Codierrad 852 entfernt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das erste und das zweite Erfassungselement 860 und 862 GMR-Sensoren sind, ist der Widerstandswert des zweiten Erfassungselements 862 zumindest etwas größer als der Widerstandswert des ersten Erfassungselements 860, falls ein Magnetpol exakt unterhalb des zweiten Erfassungselements 862 liegt und das zweite Erfassungselement 862 in eine positive Sättigung treibt.
Das Sensorsystem 850 ist nicht abhängig vom Polabstand, d.h. es funktioniert für im Wesentlichen jeglichen Polabstand und verringert eine Sättigung von Erfassungselementen mit willkürlich großen Polen und/oder kleineren Luftzwischenräumen oder Entfernungen D. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 860 und das zweite Erfassungselement 862 Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 852 und der Sensorschaltung 854. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 860 und das zweite Erfassungselement 862 Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
18 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 880 veranschaulicht, das die Sättigung zumindest eines Erfassungselements reduziert, indem es ein erstes und ein zweites Erfassungselement 890 und 892 ausbreitet. Das Sensorsystem 880 funktioniert mit großen und kleinen Luftzwischenräumen oder Entfernungen D zwischen einem Codierrad 882 und einer Sensorschaltung 884.
Das Codierrad 882 umfasst eine Drehachse bei 886, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 882 dreht sich in der bzw. den bei 888 angegebenen Richtung(en). Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 880 ähnlich dem Sensorsystem 20. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 882 ähnlich einem Codierzahnrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Zahn- und Raumsegmente sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 882 ähnlich einem magnetischen Codierrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Nord- und Südpole sind.
Die Sensorschaltung 884 umfasst ein erstes Erfassungselement 890 und ein zweites Erfassungselement 892, das über einen leitfähigen Pfad 894 mit dem ersten Erfassungselement 890 elektrisch gekoppelt ist. Das erste Erfassungselement 890 ist in der rechten oberen Ecke der Sensorschaltung 884 und entlang eines Radius von der Drehachse bei 886 angeordnet. Das zweite Erfassungselement 892 ist in der linken unteren Ecke und entlang eines Radius von der Drehachse bei 886 angeordnet. Die Sensorschaltung 884 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass das erste Erfassungselement 890 radial weiter von der Drehachse bei 886 entfernt ist als das zweite Erfassungselement 892. Die rechteckigen Formen des ersten und des zweiten Erfassungselements 890 und 892 bezeichnen den Bereich der Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten und des zweiten Erfassungselements 890 und 892 ein einzelner Streifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten und des zweiten Erfassungselements 890 und/oder 892 ein mäanderförmiger Streifen.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 882, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 882 und der Sensorschaltung 884 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des oberen bzw. ersten Erfassungselements 890 und des unteren bzw. zweiten Erfassungselements 892 erfasst.
Bei einem großen Luftzwischenraum oder einer großen Entfernung D ist das erste Erfassungselement 890 weiter von dem Codierrad 882 entfernt, und das detektierte Magnetfeld ist an dem ersten Erfassungselement 890 geringer als an dem zweiten Erfassungselement 892. Auch ändert sich der Widerstandswert durch das erste Erfassungselement 890 nicht oder wenig, und der Widerstandswert durch das zweite Erfassungselement 892 ändert sich mehr, während sich das Codierrad 882 dreht. In dieser Situation schaltet die Sensorschaltung 884, während ein Schaltpunkt, z.B. ein Segmentübergang, an dem Codierrad unter dem zweiten Erfassungselement 892 vorbeiläuft.
Bei einem kleinen Luftzwischenraum oder einer kleinen Entfernung D befindet sich das erste Erfassungselement 890 auf der anderen Seite der Sensorschaltung 884, und das detektierte Magnetfeld ist an dem ersten Erfassungselement 890 negativ im Vergleich zu dem detektierten Magnetfeld an dem zweiten Erfassungselement 892. Während sich das Codierrad 882 dreht, veranlasst es das zweite Erfassungselement 892, abwechselnd zwischen positiver und negativer Sättigung zu wechseln, während das erste Erfassungselement 890 auf Grund der Tatsache, dass es weiter von dem Codierrad 882 entfernt ist, nicht so tief in die Sättigung getrieben wird. In dieser Situation schaltet die Sensorschaltung 884, während ein Schaltpunkt, z.B. ein Segmentübergang, an dem Codierrad unter der Mitte zwischen dem ersten Erfassungselement 890 und dem zweiten Erfassungselement 892 vorbeiläuft. Somit hängt die Positionsdetektion vom den Luftzwischenraum oder der Entfernung D ab.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 880 zwei weitere Erfassungselemente, wobei sich ein Erfassungselement in jeder der anderen zwei Ecken der Sensorschaltung 884 befindet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 890 und das zweite Erfassungselement 892 Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 882 und der Sensorschaltung 884. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 890 und das zweite Erfassungselement 892 Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
19 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 900 veranschaulicht, das drei Erfassungselemente umfasst. Das Sensorsystem 900 arbeitet mit großen und kleinen Luftzwischenräumen oder Entfernungen D zwischen einem Codierrad 902 und einer Sensorschaltung 904.
Das Codierrad 902 umfasst eine Drehachse bei 906, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 902 dreht sich in der bzw. den bei 908 angegebenen Richtung(en). Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 900 ähnlich dem Sensorsystem 20. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 902 ähnlich einem Codierzahnrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Zahn- und Raumsegmente sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 902 ähnlich einem magnetischen Codierrad, das Codierersegmente aufweist, die abwechselnde Nord- und Südpole sind.
Die Sensorschaltung 904 umfasst ein erstes Erfassungselement 910, ein zweites Erfassungselement 912 und ein drittes Erfassungselement 914. Das erste Erfassungselement 910 ist über einen leitfähigen Pfad 916 mit dem zweiten Erfassungselement 912 elektrisch gekoppelt, und das zweite Erfassungselement 912 ist über einen leitfähigen Pfad 918 mit dem dritten Erfassungselement 914 elektrisch gekoppelt. Das erste Erfassungselement 910 ist in der linken oberen Ecke der Sensorschaltung 904 und entlang eines Radius von der Drehachse bei 906 angeordnet. Das zweite Erfassungselement 912 ist in der rechten oberen Ecke der Sensorschaltung 904 und entlang eines Radius von der Drehachse bei 906 angeordnet, und das dritte Erfassungselement 914 ist in der linken unteren Ecke und entlang eines Radius von der Drehachse bei 906 angeordnet. Die Sensorschaltung 904 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass das erste Erfassungselement 910 und das zweite Erfassungselement 912 radial weiter von der Drehachse bei 906 entfernt sind als das dritte Erfassungselement 914. Die rechteckigen Formen des ersten, des zweiten und des dritten Erfassungselements 910, 912 und 914 bezeichnen den Bereich der Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten, des zweiten und des dritten Erfassungselements 910, 912 und 914 ein einzelner Streifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines des ersten, des zweiten und des dritten Erfassungselements 910, 912 und 914 ein mäanderförmiger Streifen.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 902, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 902 und der Sensorschaltung 904 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des ersten Erfassungselements 910, des zweiten Erfassungselements 912 und des dritten Erfassungselements 914 erfasst.
Bei einem großen Luftzwischenraum oder einer großen Entfernung D sind das erste und das zweite Erfassungselement 910 und 912 weiter von dem Codierrad 902 entfernt, und das detektierte Magnetfeld ist an dem ersten und dem zweiten Erfassungselement 910 und 912 kleiner als an dem dritten Erfassungselement 914. Der Widerstandswert durch das erste und das zweite Erfassungselement 910 und 912 ändert sich nicht oder wenig, und der Widerstandswert durch das dritte Erfassungselement 914 ändert sich stärker, während sich das Codierrad 902 dreht. In dieser Situation schaltet die Sensorschaltung 904, während ein Schaltpunkt, z.B. ein Segmentübergang, an dem Codierrad unter dem dritten Erfassungselement 914 vorbeiläuft.
Bei einem kleinen Luftzwischenraum oder einer kleinen Entfernung D befindet sich das erste Erfassungselement 910 auf einer Seite der Sensorschaltung 904, und das zweite Erfassungselement 912 befindet sich auf der anderen Seite der Sensorschaltung 904, so dass das erste und das zweite Erfassungselement 910 und 912 zusammen ein gemitteltes Ansprechverhalten auf das detektierte Magnetfeld liefern. Das detektierte Magnetfeld an dem dritten Erfassungselement 914 unterscheidet sich von dem gemittelten Magnetfeld, so dass sich der Widerstandswert durch das erste und das zweite Erfassungselement 910 und 912 anders ändert als der Widerstandswert durch das dritte Erfassungselement 914, während sich das Codierrad 902 dreht. In dieser Situation schaltet die Sensorschaltung 904, während ein Schaltpunkt, z.B. ein Segmentübergang, an dem Codierrad unter einem Punkt zwischen dem zweiten Erfassungselement 912 und dem dritten Erfassungselement 914 vorbeiläuft.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 910, das zweite Erfassungselement 912 und das dritte Erfassungselement 914 Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 902 und der Sensorschaltung 904. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Erfassungselement 910, das zweite Erfassungselement 912 und das dritte Erfassungselement 914 Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
20 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 930 veranschaulicht, das die Winkelauflösung eines Codierrades 932 verdoppelt. Das Sensorsystem 930 umfasst das Codierrad 932 und eine Sensorschaltung 934, die in einer Entfernung D von dem Codierrad 932 angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 930 ähnlich dem Sensorsystem 20.
Das Codierrad 932 umfasst Codierersegmente 936, die das anhand der Sensorschaltung 934 erfasste Magnetfeld bereitstellen oder beeinflussen. Das Codierrad 932 umfasst eine Drehachse bei 938, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 932 dreht sich in der bzw. den bei 940 angegebenen Richtung(en). Jedes der Codierersegmente 936 weist in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 932 herum dieselbe Länge L auf, und der Polabstand des Codierrades 932 beträgt die doppelte Länge L. Das Codierrad 932 dreht sich relativ zu der Sensorschaltung 934, wodurch das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 932 und der Sensorschaltung 934 geändert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 932 ein Codierzahnrad, und jedes der Codierersegmente 936 ist ein Zahn oder ein Raum zwischen Zähnen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 932 ein magnetisches Codierrad, und jedes der Codierersegmente 936 ist ein magnetischer Nordpol oder ein magnetischer Südpol. Bei anderen Ausführungsbeispielen weisen zumindest manche der Codierersegmente 936 in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 932 herum verschiedene Längen auf.
Die Sensorschaltung 934 umfasst zwei Paare von Erfassungselementen 942 und 944, die eine Entfernung X voneinander getrennt sind. Das erste Paar von Erfassungselementen 942 umfasst ein erstes oberes Erfassungselement 946 und ein erstes unteres Erfassungselement 948. Das zweite Paar von Erfassungselementen 944 umfasst ein zweites oberes Erfassungselement 950 und ein zweites unteres Erfassungselement 952. Das erste obere Erfassungselement 946 ist über einen leitfähigen Pfad 954 mit dem ersten unteren Erfassungselement 948 elektrisch gekoppelt, und das zweite obere Erfassungselement 950 ist über einen leitfähigen Pfad 956 mit dem zweiten unteren Erfassungselement 952 elektrisch gekoppelt. Die zwei Paare von Erfassungselementen 942 und 944 sind eine Entfernung X voneinander getrennt, die ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge L eines der Codierersegmente 936, beträgt.
Das erste obere Erfassungselement 946 ist in der linken oberen Ecke der Sensorschaltung 934 angeordnet, und das erste untere Erfassungselement 948 ist in der linken unteren Ecke der Sensorschaltung 934 angeordnet. Das zweite obere Erfassungselement 950 ist in der rechten oberen Ecke der Sensorschaltung 934 angeordnet, und das zweite untere Erfassungselement 952 ist in der rechten unteren Ecke der Sensorschaltung 934 angeordnet. Jedes der Erfassungselemente 946, 948, 950 und 952 ist entlang eines Radius von der Drehachse bei 938 angeordnet. Die Sensorschaltung 934 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass das erste obere Erfassungselement 946 radial weiter von der Drehachse bei 938 entfernt ist als das erste untere Erfassungselement 948, und das zweite obere Erfassungselement 950 radial weiter von der Drehachse bei 938 entfernt ist als das zweite untere Erfassungselement 952. Die rechteckigen Formen der Erfassungselemente 946, 948, 950 und 952 bezeichnen den Bereich der Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Erfassungselemente 946, 948, 950 und 952 ein einzelner Streifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Erfassungselemente 946, 948, 950 und 952 ein mäanderförmiger Streifen.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 932, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 932 und der Sensorschaltung 934 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des ersten Paares von Erfassungselementen 942 und des zweiten Paares von Erfassungselementen 944 erfasst, die die Entfernung X getrennt sind, die ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge L eines der Codierersegmente 936, beträgt. Jedes Mal, wenn ein Überquerungspunkt, z.B. ein Übergang, an dem Codierrad 932 unter einem der Paare von Erfassungselementen 942 und 944 vorbeiläuft, um einen Nullpunkt oder Durchgang zu liefern, erfasst das andere Paar von Erfassungselementen 942 und 944 ein Minimum oder ein Maximum. Dadurch wird die Winkelauflösung des Codierrades 932 im Vergleich zu der Winkelauflösung bei einem System, das das Codierrad 932 und eine Sensorschaltung mit lediglich einem Erfassungselement oder einem Erfassungselementpaar verwendet, effektiv verdoppelt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Sensorschaltung 934 mit einem Codierrad verwendet werden, das den doppelten Polabstand des Codierrades 932 aufweist, um dieselbe Winkelauflösung zu erzielen, die anhand eines Erfassungselements oder eines Erfassungselementpaares und des Codierrades 932 erhalten wird. Bei einem System, das den doppelten Polabstand des Codierrades 932 aufweist, kann der Luftzwischenraum oder die Entfernung D zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung 934 erhöht werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das erste Paar von Erfassungselementen 942 Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 932 und der Sensorschaltung 934, und das zweite Paar von Erfassungselementen 944 ist Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 932 und der Sensorschaltung 934. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das erste Paar von Erfassungselementen 942 Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Paar von Erfassungselementen 944 Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
21 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 1000 veranschaulicht, das eine verbesserte Winkelauflösung liefert. Das Sensorsystem 1000 umfasst ein Codierrad 1002 und eine Sensorschaltung 1004, die eine Entfernung D von dem Codierrad 1002 entfernt angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 1000 ähnlich dem Sensorsystem 20.
Das Codierrad 1002 umfasst Codierersegmente 1006, die das anhand der Sensorschaltung 1004 erfasste Magnetfeld bereitstellen oder beeinflussen. Das Codierrad 1002 umfasst eine Drehachse bei 1008, die sich aus der Seite heraus erstreckt, und das Codierrad 1002 dreht sich in der bzw. den bei 1010 angegebenen Richtung(en). Jedes der Codierersegmente 1006 weist in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 1002 herum dieselbe Länge L auf, und der Polabstand des Codierrades 1002 beträgt die doppelte Länge L. Das Codierrad 1002 dreht sich relativ zu der Sensorschaltung 1004, wodurch das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 1002 und der Sensorschaltung 1004 geändert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 1002 ein Codierzahnrad, und jedes der Codierersegmente 1006 ist ein Zahn oder Raum zwischen Zähnen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Codierrad 1002 ein magnetisches Codierrad, und jedes der Codierersegmente 1006 ist ein magnetischer Nordpol oder ein magnetischer Südpol. Bei anderen Ausführungsbeispielen weisen zumindest manche der Codierersegmente 1006 in der Drehrichtung um den Umfang des Codierrades 1002 herum verschiedene Längen auf.
Die Sensorschaltung 1004 umfasst n Paare von Erfassungselementen 1012a-1012n. Das äußerste linke verwendete Paar von Erfassungselementen 1012a ist in einer Entfernung X von dem äußersten rechten verwendeten Paar von Erfassungselementen 1012n angeordnet.
Das äußerste linke Paar von Erfassungselementen 1012a umfasst ein erstes oberes Erfassungselement 1014a, das über einen leitfähigen Pfad 1018a mit einem ersten unteren Erfassungselement 1016a elektrisch gekoppelt ist. Das nächste Paar von Erfassungselementen 1012b umfasst ein zweites oberes Erfassungselement 1014b, das über einen leitfähigen Pfad 1018b mit einem zweiten unteren Erfassungselement 1016b elektrisch gekoppelt ist. Das dritte Paar von Erfassungselementen 1012c umfasst ein drittes oberes Erfassungselement 1014c, das über einen leitfähigen Pfad 1018c mit einem dritten unteren Erfassungselement 1016c elektrisch gekoppelt ist. Das vierte Paar von Erfassungselementen 1012d umfasst ein viertes oberes Erfassungselement 1014d, das über einen leitfähigen Pfad 1018d mit einem vierten unteren Erfassungselement 1016d elektrisch gekoppelt ist. Bis dahin umfasst das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen 1012n ein äußerstes rechtes oberes Erfassungselement 1014n, das über einen leitfähigen Pfad 1018n mit einem äußersten rechten unteren Erfassungselement 1016n elektrisch gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X zwischen dem äußersten linken und dem äußersten rechten verwendeten Paar von Erfassungselementen 1012a und 1012n ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge L eines der Codierersegmente 1006. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X zwischen dem äußersten linken und dem äußersten rechten verwendeten Paar von Erfassungselementen 1012a und 1012n die Hälfte des Polabstands, d.h. die Länge L eines der Codierersegmente 1006. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X zwischen dem äußersten linken und dem äußersten rechten verwendeten Paar von Erfassungselementen 1012a und 1012n das (n-1)/n-fache eines Viertels des Polabstands. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X zwischen dem äußersten linken und dem äußersten rechten verwendeten Paar von Erfassungselementen 1012a und 1012n das (n-1)/n-fache der Hälfte des Polabstands.
Die oberen Erfassungselemente 1014a-1014n sind entlang dem oberen Ende der Sensorschaltung 1004 von der linken Ecke bis zu der rechten Ecke der Sensorschaltung 1004 angeordnet, und die unteren Erfassungselemente 1016a-1016n sind entlang dem unteren Ende der Sensorschaltung 1004 von der linken Ecke bis zu der rechten Ecke der Sensorschaltung 1004 angeordnet. Jedes der Erfassungselemente 1014a-1014n und 1016a-1016n ist entlang eines Radius von der Drehachse bei 1008 angeordnet. Die Sensorschaltung 1004 ist in einer aufrechten Position angeordnet, so dass die oberen Erfassungselemente 1014a-1014n radial weiter von der Drehachse bei 1008 entfernt sind als die unteren Erfassungselemente 1016a-1016n. Die rechteckigen Formen der Erfassungselemente 1014a-1014n und 1016a-1016n bezeichnen den Bereich der Erfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Erfassungselemente 1014a-1014n und 1016a-1016n ein einzelner Streifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Erfassungselemente 1014a-1014n und 1016a-1016n ein mäanderförmiger Streifen.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad 1002, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad 1002 und der Sensorschaltung 1004 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand der mehreren Paare von Erfassungselementen 1012a-1012n erfasst. Jedes Mal, wenn ein Überquerungspunkt, z.B. ein Übergang, an dem Codierrad 1002 unter einem der Paare von Erfassungselementen 1012a-1012n vorbeiläuft, wird von der Sensorschaltung 1004 ein Nullpunkt oder Überquerungspunkt geliefert. Während der Überquerungspunkt an den Paaren von Erfassungselementen 1012a-1012n vorbeiläuft, werden anhand der Sensorschaltung 1004 und der Paare von Erfassungselementen 1012a-1012n eine Serie von Überquerungspunkten bereitgestellt. Dies liefert eine verfeinerte, verbesserte Winkelauflösung.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge L eines der Codierersegmente 1006, so dass das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt, falls das äußerste linke Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt liegt, und dass das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt liegt, falls das äußerste linke Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X das (n-1)/n-fache eines Viertels des Polabstands, so dass der nächste anhand des äußersten linken Paares von Erfassungselementen erfasste Wert, während sich das Codierrad 1002 weiterdreht, bei einem Minimum oder einem Maximum liegt, falls das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt liegt, und der nächste anhand des äußersten linken Paares von Erfassungselementen erfasste Wert, während sich das Codierrad 1002 weiterhin dreht, ein Nullpunkt ist, falls das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X die Hälfte des Polabstands, d.h. eine Länge L eines der Codierersegmente 1006, so dass das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt liegt, falls das äußerste linke Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt liegt, und dass das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt, falls das äußerste linke Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung X das (n-1)/n-fache der Hälfte des Polabstands, so dass der nächste anhand des äußersten linken Paares von Erfassungselementen erfasste Wert, während sich das Codierrad 1002 weiterhin dreht, ein Nullpunkt ist, falls das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Nullpunkt ist, und der nächste anhand des äußersten linken Paares von Erfassungselementen erfasste Wert, während sich das Codierrad 1002 dreht, ein Minimum oder ein Maximum ist, falls das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen bei einem Minimum oder einem Maximum liegt.
Die Entfernung X entspricht dem Polabstand und der Segmentlänge L des Codierrades, z.B. des Codierrades 1002. Falls alle Erfassungselemente 1012a-1012n verwendet werden, liegt die Entfernung X von den äußersten linken zu den äußersten rechten verwendeten Erfassungselementen 1012a-1012n bei einem Maximum, und ein Codierrad mit einem größeren Polabstand und einer größeren Segmentlänge wird verwendet. Größere Luftzwischenräume oder Entfernungen D können bei größeren Polabständen verwendet werden. Falls eines oder mehrere der letzten Erfassungselemente 1012a-1012n nicht verwendet werden, ist die Entfernung X von den äußersten linken zu den äußersten rechten verwendeten Erfassungselementen 1012a-1012n verringert, und es wird ein Codierrad mit einem geringeren Polabstand und geringeren Segmentlängen verwendet. Somit können bei derselben Sensorschaltung 1004 verschiedene Codierräder verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Paare von Erfassungselementen 1012a-1012b Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad 1002 und der Sensorschaltung 1004. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Paare von Erfassungselementen 1012a-1012b Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
22 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Sensorschaltung 1100 veranschaulicht, die eine Abschirmschicht 1102 umfasst. Die Sensorschaltung 1100 umfasst n Paare von Erfassungselementen 11104n. Das äußerste linke Paar von Erfassungselementen 1104a umfasst ein erstes oberes Erfassungselement 1106a, das über einen leitfähigen Pfad 11 10a mit einem ersten unteren Erfassungselement 1108a elektrisch gekoppelt ist. Das nächste Paar von Erfassungselementen 1104b umfasst ein zweites oberes Erfassungselement 1106b, das über einen leitfähigen Pfad 1110b mit einem zweiten unteren Erfassungselement 1108b elektrisch gekoppelt ist. Das dritte Paar von Erfassungselementen 1104c umfasst ein drittes oberes Erfassungselement 1106c, das über einen leitfähigen Pfad 1110c mit einem dritten unteren Erfassungselement 1108c elektrisch gekoppelt ist. Das vierte Paar von Erfassungselementen 1104d umfasst ein viertes oberes Erfassungselement 1106d, das über einen leitfähigen Pfad 1110d mit einem vierten unteren Erfassungselement 1108d elektrisch gekoppelt ist. Bis dahin umfasst das äußerste rechte Paar von Erfassungselementen 1104n ein äußerstes rechtes oberes Erfassungselement 1106n, das über einen leitfähigen Pfad 1110n mit einem äußersten rechten unteren Erfassungselement 1108n elektrisch gekoppelt ist.
Die Abschirmschicht 1102 ist über die oberen Erfassungselemente 1106a-1106n aufgebracht. Die Abschirmschicht 1102 ist eine weiche Magnetschicht, die die oberen Erfassungselemente 11106n vor Magnetfeldern abschirmt, einschließlich des Magnetfeldes zwischen der Sensorschaltung 1100 und einem Codierrad (nicht gezeigt). Die Sensorschaltung 1100 mit der Abschirmschicht 1102 ist ein Mehrzwecksensor, der als nach unten gerichtete Sensorschaltung oder als in einer aufrechten Position befindliche Sensorschaltung verwendet werden kann.
Bei einem Sensorsystem ist das Codierrad oberhalb oder unterhalb der Ebene der Seite angeordnet, und die Drehachse des Codierrades ist parallel zu den leitfähigen Pfaden 1110a-1110n. Die Paare von Erfassungselementen 11104n sind entlang der Drehrichtung des Codierrades angeordnet.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad, um das Magnetfeld zwischen der Sensorschaltung 1100 und dem Codierrad zu ändern. Die abgeschirmten oberen Erfassungselemente 1106a-1106n liefern Referenzwiderstandswerte, und Überquerungspunkte werden anhand von Änderungen der Widerstandswerte der unteren Erfassungselemente 11108n detektiert.
23 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer nach unten gerichteten Sensorschaltung 1200 veranschaulicht, die die Winkelauflösung verdoppelt. Die Sensorschaltung 1200 umfasst zwei Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b. Das äußerste linke Paar von Erfassungselementen 1202a umfasst ein erstes oberes Erfassungselement 1204a, das mit einem ersten unteren Erfassungselement 1206a elektrisch gekoppelt ist, und das äußerste rechte Erfassungselement 1202b umfasst ein zweites oberes Erfassungselement 1204b, das mit einem zweiten unteren Erfassungselement 1206b elektrisch gekoppelt ist. Die zwei Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b sind eine Entfernung X voneinander getrennt, die ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge eines der Codierersegmente eines Codierrades (nicht gezeigt) beträgt.
Jedes der oberen Erfassungselemente 1204a und 1204b ist magnetisiert, um ein Magnetfeld in einer ersten Richtung zu detektieren, und jedes der unteren Erfassungselemente 1206a und 1206b ist magnetisiert, um ein Magnetfeld in einer zweiten Richtung, die 90 Grad von der ersten Richtung versetzt ist, zu detektieren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der oberen Erfassungselemente 1204a und 1204b magnetisiert, um ein Magnetfeld in der z-Richtung, d.h. senkrecht zu der Chipoberfläche der Sensorschaltung 1200, zu detektieren, und jedes der unteren Erfassungselemente 1206a und 1206b ist magnetisiert, um ein Magnetfeld in der x-Richtung zu detektieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die oberen Erfassungselemente 1204a und 1204b mit einem weichen magnetischen Material bedeckt, um die oberen Erfassungselemente 1204a und 1204b vor den Magnetfeldern abzuschirmen.
Bei einem Sensorsystem, das die Sensorschaltung 1200 umfasst, ist das Codierrad oberhalb oder unterhalb der Ebene der Seite angeordnet, und die Drehachse des Codierrades ist parallel zu der Ebene der Seite. Ferner sind die Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b entlang der Drehrichtung des Codierrades angeordnet.
Im Betrieb dreht sich das Codierrad, um das Magnetfeld zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung 1200 zu ändern. Das Magnetfeld wird anhand des ersten Paares von Erfassungselementen 1202a und des zweiten Paares von Erfassungselementen 1202b erfasst, die die Entfernung X voneinander getrennt sind, die ein Viertel des Polabstands, d.h. die Hälfte der Länge eines der Codierersegmente des Codierrades, beträgt. Jedes Mal, wenn ein Überquerungspunkt, z.B. ein Übergang, an dem Codierrad unter einem der Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b vorbeiläuft, um einen Nullpunkt oder Durchgang zu liefern, erfasst das andere Paar von Erfassungselementen 1202a und 1202b ein Minimum oder ein Maximum. Dadurch wird die Winkelauflösung des Codierrades im Vergleich zu der Winkelauflösung bei einem System, das dasselbe Codierrad und eine Sensorschaltung mit lediglich einem Erfassungselement oder einem Erfassungselementpaar verwendet, effektiv verdoppelt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Sensorschaltung 1200 mit einem Codierrad verwendet werden, das den doppelten Polabstand eines anderen Codierrades aufweist, um dieselbe Winkelauflösung zu erreichen, die anhand eines Erfassungselements oder eines Erfassungselementpaares und des anderen Codierrades erhalten wird. Bei einem System, das den doppelten Polabstand aufweist, kann der Luftzwischenraum oder die Entfernung zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung 1200 erhöht sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b Bestandteil einer Viertelbrückenkomparatorschaltung zum Detektieren von Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Codierrad und der Sensorschaltung 1200. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Paare von Erfassungselementen 1202a und 1202b Bestandteil einer Komparatorschaltung, die ähnlich der Komparatorschaltung 820 ist.
Weitere Ausführungsbeispiele werden nun beschrieben.
Ein 1. Ausführungsbeispiel schafft ein System 20; 100; 140; 600; 640; 750, das folgende Merkmale aufweist: einen Codierer 22, der einen Polabstand aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen; mehrere Erfassungselemente, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und zumindest die Hälfte der Länge des Polabstands überspannen; und eine Steuerlogik 26; 108; 146; 500; 612; 650, die dahin gehend konfiguriert ist, auf der Basis des Codierers 22 in einer statischen Position Signale von den mehreren Erfassungselementen zu empfangen und auf der Basis der Signale einen Schaltpunkt zu erhalten.
Ein 2. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 1. Ausführungsbeispiel, bei dem der Codierer 22 Magnetpole umfasst, die in der Drehrichtung um den Umfang des Codierers herum im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen.
Ein 3. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 1. oder 2. Ausführungsbeispiel, bei dem der Codierer zumindest einen von Zähnen im Wesentlichen derselben Länge und Löcher im Wesentlichen derselben Länge in der Drehrichtung um den Umfang des Codierers herum umfasst.
Ein 4. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 1. bis 3. Ausführungsbeispiele, bei dem die Steuerlogik 26; 108; 146; 500; 612; 650 dahin gehend konfiguriert ist, den Schaltpunkt auf der Basis von Minimum- und Maximumsignalen, die anhand einer Drehung des Codierers von den mehreren Erfassungselementen erhalten werden, anzupassen.
Ein 5. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 1. bis 4. Ausführungsbeispiele, bei dem der Codierer Codierersegmente 30; 936 umfasst und auf der Basis der Längen der Codierersegmente Signalflanken geliefert werden und die Steuerlogik dahin gehend konfiguriert ist, auf der Basis der Längen der Codierersegmente Verzögerungen zu den Signalflanken hinzuzufügen, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Ein 6. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 1. bis 5. Ausführungsbeispiele, bei dem der Codierer Codierersegmente 30; 936 umfasst und auf der Basis der Längen der Codierersegmente Signalflanken geliefert werden und die Steuerlogik eine räumliche Referenz des Schaltpunktes in den mehreren Erfassungselementen verschiebt, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Ein 7. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 1. bis 6. Ausführungsbeispiele, bei dem die Steuerlogik zwischen den Signalen von benachbarten Erfassungselementen interpoliert, um einen kleineren Abstand als den Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselementen zu liefern.
Ein 8. Ausführungsbeispiel beschreibt ein System 20; 100; 140; 600; 640; 750, das folgende Merkmale aufweist: einen Codierer, der Codierersegmente verschiedener Längen aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen; mehrere Erfassungselemente, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und dahin gehend konfiguriert sind, auf der Basis der Drehung des Codierers eine Serie von Signalen zu liefern; und eine Steuerlogik, die dahin gehend konfiguriert ist, die Serie von Signalen zu empfangen und Zwischensignale zwischen einem letzten Signal in der Serie von Signalen und einem ersten Signal in einer nächsten Serie von Signalen zu liefern.
Ein 9. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 8. Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und einer Messung der Geschwindigkeit der Drehung des Codierers liefert.
Ein 10. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 8. oder 9. Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und einer Messung zumindest entweder einer Beschleunigung und/oder einer Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers liefert.
Ein 11. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 8. bis 10. Ausführungsbeispiele, bei dem die Steuerlogik Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und Mittelwerten von Messungen zumindest entweder der Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers liefert.
Ein 12. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 8. bis 11. Ausführungsbeispiele, bei dem die Steuerlogik ein Ausgangssignal, das die Zwischensignale umfasst, anhand entweder eines Manchester-Codierens oder eines mehrstufigen Codierens codiert.
Ein 13. Ausführungsbeispiel beschreibt ein System 20; 100; 140; 600; 640; 750, das folgende Merkmale aufweist: einen Codierer 22, der dahin gehend konfiguriert ist, sich anhand einer Drehachse in einer Drehrichtung zu drehen; einen Sensor, der folgende Merkmale aufweist: ein erstes Erfassungselement; und ein zweites Erfassungselement, wobei das erste Erfassungselement radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das zweite Erfassungselement.
Ein 14. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 13. Ausführungsbeispiel, bei dem das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement entlang desselben Radius von der Drehachse angeordnet sind.
Ein 15. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 13. oder 14. Ausführungsbeispiel, das ferner ein drittes Erfassungselement umfasst, wobei das dritte Erfassungselement radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das zweite Erfassungselement.
Ein 16. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß einem der 13. bis 15. Ausführungsbeispiele, bei dem der Codierer einen Polabstand aufweist und folgende Merkmale aufweist: Paare von Erfassungselementen, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und ein erstes Paar von Erfassungselementen und ein zweites Paar von Erfassungselementen umfassen, die weniger als ein Viertel bis zu einem Viertel der Länge des Polabstands voneinander beabstandet sind.
Ein 17. Ausführungsbeispiel beschreibt das System 20; 100; 140; 600; 640; 750 gemäß dem 16. Ausführungsbeispiel, bei dem eines der Paare von Erfassungselementen das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement umfasst, und ein anderes der Paare von Erfassungselementen folgende Merkmale umfasst: ein drittes Erfassungselement; und ein viertes Erfassungselement, wobei das dritte Erfassungselement radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das vierte Erfassungselement.
Ein 18. Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zum Erfassen, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Codierers, der einen Polabstand aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen; Erfassen des Codierers entlang der Drehrichtung anhand mehrerer Erfassungselemente, die zumindest die Hälfte der Länge des Polabstands überspannen; Empfangen von Signalen von den mehreren Erfassungselementen, wenn sich der Codierer in einer statischen Position befindet; und Erhalten eines Schaltpunktes auf der Basis der Signale.
Ein 19. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 18. Ausführungsbeispiel, das folgenden Schritt umfasst: Anpassen des Schaltpunktes auf der Basis von Minimal- und Maximalsignalen, die anhand einer Drehung des Codierers von den mehreren Erfassungselementen empfangen werden.
Ein 20. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 18. oder 19. Ausführungsbeispiel, das folgende Schritte umfasst: Empfangen von Signalflanken, die auf Codierersegmenten beruhen; und Hinzufügen von Verzögerungen zu den Signalflanken auf der Basis der Längen der Codierersegmente, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Ein 21. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß einem der 18. bis 20. Ausführungsbeispiele, das folgende Schritte umfasst: Empfangen von Signalflanken, die auf Codierersegmenten beruhen; und Verschieben einer räumlichen Referenz des Schaltpunktes in den mehreren Erfassungselementen, um ein korrigiertes Signal zu liefern.
Ein 22. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß einem der 18. bis 21. Ausführungsbeispiele, das folgenden Schritt umfasst: Interpolieren zwischen den Signalen von benachbarten Erfassungselementen, um einen kleineren Abstand als den Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselementen zu liefern.
Ein 23. Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zum Erfassen, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Codierers, der Codierersegmente unterschiedlicher Längen aufweist; Drehen des Codierers, um auf der Basis der Drehung des Codierers eine Serie von Signalen zu liefern; Empfangen der Serie von Signalen; und Liefern von Zwischensignalen auf der Basis der Serie von Signalen und zwischen einem letzten Signal in der Serie von Signalen und einem ersten Signal in einer nächsten Serie von Signalen.
Ein 24. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 23. Ausführungsbeispiel, bei dem das Liefern von Zwischensignalen folgende Schritte umfasst: Messen zumindest entweder einer Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers anhand der Serie von Signalen; und Liefern von Zwischensignalen auf der Basis der Messung zumindest entweder der Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers.
Ein 25. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 24. Ausführungsbeispiel, das ferner folgenden Schritt umfasst: Codieren eines Ausgangssignals anhand entweder eines Manchester-Codierens oder eines mehrstufigen Codierens.
Ein 26. Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zum Erfassen, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Codierers, der dahin gehend konfiguriert ist, sich anhand einer Drehachse in einer Drehrichtung zu drehen; Erfassen anhand eines ersten Erfassungselements; und Erfassen anhand eines zweiten Erfassungselements, das radial näher bei der Drehachse liegt als das erste Erfassungselement.
Ein 27. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 26. Ausführungsbeispiel, das folgenden Schritt umfasst: Erfassen anhand von Paaren von Erfassungselementen, die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und die ein erstes Paar von Erfassungselementen und ein zweites Paar von Erfassungselementen umfassen, die weniger als ein Viertel oder ein Viertel der Länge des Polabstands voneinander beabstandet sind.
Ein 28. Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren gemäß dem 27. Ausführungsbeispiel, bei dem das Erfassen folgende Schritte umfasst: Erfassen anhand eines der Paare von Erfassungselementen, das das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement umfasst; und Erfassen anhand eines anderen der Paare von Erfassungselementen, das ein drittes Erfassungselement und ein viertes Erfassungselement, das radial näher bei der Drehachse liegt als das dritte Erfassungselement, umfasst.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben wurden, wird Fachleuten einleuchten, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt sei.

Claims

System (20; 100; 140; 600; 640; 750), das folgende Merkmale aufweist: einen Codierer (22), der Codierersegmente (30, 604, 606, 936) verschiedener Längen aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich in einer Drehrichtung zu drehen; mehrere Erfassungselemente (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d), die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und dahin gehend konfiguriert sind, auf der Basis der Drehung des Codierers (22) eine Serie von Signalen zu liefern, wobei an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten (30, 604, 606, 936) jedes der mehreren Erfassungselemente (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt liefert, während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) vorbeidreht; und eine Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650), die dahin gehend konfiguriert ist, die Serie von Signalen zu empfangen und auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten interpolierte Zwischensignale zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) zu liefern.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650) Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und einer Messung der Geschwindigkeit der Drehung des Codierers (22) liefert.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650) Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und einer Messung zumindest entweder einer Beschleunigung und/oder einer Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers (22) liefert.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650) Zwischensignale auf der Basis der Serie von Signalen und Mittelwerten von Messungen zumindest entweder der Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers (22) liefert.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650) ein Ausgangssignal, das die Zwischensignale umfasst, anhand entweder eines Manchester-Codierens oder eines mehrstufigen Codierens codiert.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750), das folgende Merkmale aufweist: einen Codierer (22), der Codierersegmente (30, 604, 606, 936) verschiedener Längen aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich anhand einer Drehachse in einer Drehrichtung zu drehen; einen Sensor, der folgende Merkmale aufweist: ein erstes Erfassungselement (810, 890); und ein zweites Erfassungselement (812, 892), wobei das erste Erfassungselement (810, 890) radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das zweite Erfassungselement (812, 892), wobei an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten (30, 604, 606, 936) jedes der ersten und zweiten Erfassungselemente (810, 812, 890, 892) in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt liefert, während sich ein Übergang an den ersten und zweiten Erfassungselementen (810, 812, 890, 892) vorbeidreht; und eine Steuerlogik (26, 108, 146, 500, 612, 650), die dahin gehend konfiguriert ist, eine Serie von Signalen zu empfangen und auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten interpolierte Zwischensignale zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement (810, 812, 890, 892) und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement (810, 812, 890, 892) zu liefern.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß Anspruch 6, bei dem das erste Erfassungselement (810, 890) und das zweite Erfassungselement (812, 892) entlang desselben Radius von der Drehachse angeordnet sind.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß Anspruch 6 oder 7, das ferner ein drittes Erfassungselement (914) umfasst, wobei das dritte Erfassungselement (914) radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das zweite Erfassungselement (812, 892).
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Codierer (22) einen Polabstand aufweist und folgende Merkmale aufweist: Paare von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a -1012n, 1202a, 1202b) die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und ein erstes Paar von Erfassungselementen und ein zweites Paar von Erfassungselementen umfassen, die weniger als ein Viertel bis zu einem Viertel der Länge des Polabstands voneinander beabstandet sind.
System (20; 100; 140; 600; 640; 750) gemäß Anspruch 9, bei dem eines der Paare von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a -1012n, 1202a, 1202b) das erste Erfassungselement (810, 890) und das zweite Erfassungselement (812, 892) umfasst, und ein anderes der Paare von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a -1012n, 1202a, 1202b) folgende Merkmale umfasst: das drittes Erfassungselement (914); und ein viertes Erfassungselement, wobei das dritte Erfassungselement (914) radial weiter von der Drehachse entfernt angeordnet ist als das vierte Erfassungselement.
Verfahren zum Erfassen, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Codierers (22), der Codierersegmente (30, 604, 606, 936) unterschiedlicher Längen aufweist; Drehen des Codierers (22), um auf der Basis der Drehung des Codierers (22) eine Serie von Signalen zu liefern; Liefern an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten (30, 604, 606, 936) jedes von mehreren Erfassungselementen (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt, während sich ein Übergang an den mehreren Erfassungselementen (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) vorbeidreht; Empfangen der Serie von Signalen; und Liefern von interpolierten Zwischensignalen auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d) und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement (34, 120, 158, 502, 620, 658, 752a-752d).
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Liefern von Zwischensignalen folgende Schritte umfasst: Messen zumindest entweder einer Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers (22) anhand der Serie von Signalen; und Liefern von Zwischensignalen auf der Basis der Messung zumindest entweder der Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung der Drehung des Codierers (22).
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner folgenden Schritt umfasst: Codieren eines Ausgangssignals anhand entweder eines Manchester-Codierens oder eines mehrstufigen Codierens.
Verfahren zum Erfassen, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Codierers (22), der Codierersegmente (30, 604, 606, 936) verschiedener Längen aufweist und dahin gehend konfiguriert ist, sich anhand einer Drehachse in einer Drehrichtung zu drehen; Erfassen anhand eines ersten Erfassungselements (810, 890); und Erfassen anhand eines zweiten Erfassungselements (812, 892), das radial näher bei der Drehachse liegt als das erste Erfassungselement (810, 890), eine Serie von Signalen Liefern an einem jeden Übergang zwischen den Codierersegmenten (30, 604, 606, 936) jedes von dem ersten und zweiten Erfassungselementen (810, 890, 812, 892) in seinem erfassten Signal einen Überquerungspunkt, während sich ein Übergang an den ersten und zweiten Erfassungselementen (810, 890, 812, 892) vorbeidreht; Empfangen der Serie von Signalen; und Liefern von interpolierten Zwischensignalen auf Basis von Zeitdifferenzen zwischen Überquerungspunkten zwischen einem letzten Überquerungspunkt in einem letzten erfassten Signal von dem letzten Erfassungselement (810, 890, 812, 892) und einem nächsten Überquerungspunkt in einem ersten erfassten Signal von dem ersten Erfassungselement (810, 890, 812, 892).
Verfahren gemäß Anspruch 14, das folgenden Schritt umfasst: Erfassen anhand von Paaren von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a - 1012n, 1202a, 1202b), die entlang der Drehrichtung angeordnet sind und die ein erstes Paar von Erfassungselementen und ein zweites Paar von Erfassungselementen umfassen, die weniger als ein Viertel oder ein Viertel der Länge des Polabstands voneinander beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Erfassen folgende Schritte umfasst: Erfassen anhand eines der Paare von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a -1012n, 1202a, 1202b), das das erste Erfassungselement (810, 890) und das zweite Erfassungselement (812, 892) umfasst; und Erfassen anhand eines anderen der Paare von Erfassungselementen (942, 944, 1104a-1104n, 1012a -1012n, 1202a, 1202b), das ein drittes Erfassungselement (914) und ein viertes Erfassungselement, das radial näher bei der Drehachse liegt als das dritte Erfassungselement (914), umfasst.