DE102013108050A1

DE102013108050A1 - Hall-Sensoren und Abfühlverfahren

Info

Publication number: DE102013108050A1
Application number: DE201310108050
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2033-07-27
Also published as: US20140028304A1; US9018948B2; DE102013108050B4; CN103576102A; CN103576102B

Abstract

Ausführungsformen betreffen Sensorvorrichtungen (100) mit mehreren Kontakten und Verfahren zu deren Anwendung, die den Offset-Fehler reduzieren oder beseitigen können. In Ausführungsformen können Sensorvorrichtungen (100) drei oder mehrere Kontakte umfassen, und mehrere solcher Sensorvorrichtungen können kombiniert werden. Die Sensorvorrichtungen (100) können Hall-Sensorvorrichtungen, z. B. vertikale Hall-Vorrichtungen oder sonstige Arten von Sensoren, in Ausführungsformen umfassen. Es können Betriebsmodi für die Sensorvorrichtungen (100) mit mehreren Kontakten umgesetzt werden, die signifikante Modifikationen von und Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Spinning-Current-Grundsätzen bieten, etwa reduzierten Rest-Offset. In einem ersten solchen Betriebsmodus, der hierin als Iu-Einprägung bezeichnet wird, wird der Sensor in allen Betriebsphasen mit dem gleichen Eingangsstrom versorgt, wobei die Ausgangsspannung aller Betriebszyklen abgefühlt und verarbeitet wird. In einem weiteren Betriebsmodus, der hierin als Ui-Einprägung bezeichnet wird, wird die Sensorvorrichtung in allen Betriebsphasen mit der gleichen Eingangsspannung versorgt, die Abfühlanschlüsse werden an konstante Potenziale geklemmt (oder gezwungen), und die Ströme, die in die Abfühlanschlüsse oder aus diesen strömen, werden erfasst und verarbeitet.

Description

FACHGEBIET
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Sensoren und im Besonderen die Offset-Unterdrückung (Versatz-Unterdrückung) in Hall-Sensorvorrichtungen.
HINTERGRUND
Magnetfeldsensoren, wie z. B. Hall-Sensoren, sind empfindlich gegenüber Magnetfeldern, können aber an Offset-Fehlern (Versatz-Fehlern) leiden. Der Offset-Fehler ist die Gegenwart eines Ausgangssignals in Abwesenheit einer Eingangsgröße. In einem Beispiel im Zusammenhang mit Hall-Sensoren wäre der Offset-Fehler ein Ausgangssignal, das auf ein Eingangsmagnetfeld hindeutet, obwohl in Wirklichkeit kein Magnetfeld vorliegt.
Der Offset-Fehler kann auf verschiedene Gründe zurückgehen, wovon zwei der Roh-Offset-Fehler und der Rest-Offset-Fehler sind. Der Ausdruck Roh-Offset-Fehler kann einen Offset-Fehler bezeichnen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorliegt. Der Ausdruck Rest-Offset-Fehler kann einen Offset-Fehler bezeichnen, der in einem Gesamt- oder Summen-Ausgangssignal vorliegt, z. B. einem Signal, das eine Kombination von Signalen aus einzelnen Betriebsphasen ist.
Ein Ansatz zur Reduktion oder Beseitigung des Offset-Fehlers besteht in der Verwendung eines Hall-Sensors mit mehreren Kontakten. Hall-Sensoren mit drei oder vier Kontakten können in einem Spinning-Current-Modus (Modus drehender Ströme) betrieben werden, wobei die Versorgungs- bzw. Sensorfunktion der Kontakte in mehrtaktigen Phasen getauscht wird, sodass allfälliger Offset (Versatz) reduziert wird, wenn die Signale aus den mehrtaktigen Phasen kombiniert werden. Dennoch kann der Rest-Offset-Fehler höher als gewünscht bleiben, etwa im Bereich von etwa 1 Millitesla (mT).
Es herrscht daher ein Bedarf an verbesserten Hall-Sensorvorrichtungen mit mehreren Kontakten.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Verbesserung einer Sensorvorrichtung, z. B. in Hinblick auf ihren Offset. Dies wird mithilfe einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 7 oder Anspruch 13 erreicht.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen betreffen die Reduktion des Rest-Offsets in Sensorvorrichtungen mit mehreren Kontakten.
In einer Ausführungsform umfasst eine Sensorvorrichtung zumindest ein Sensorelement das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte umfasst; und eine Sensorschaltungsanordnung, die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein Versorgungsstrom in einen der drei Kontakte als Versorgungskontakt eingespeist wird und ein Potenzial am zweiten der drei Kontakte als Signalkontakt gemessen wird, wobei jede Betriebsphase eine erste Anordnung der drei Kontakte als Versorgungskontakt und Signalkontakt aufweist und eine korrespondierende Betriebsphase aufweist, in der eine zweite Anordnung der drei Kontakte die gegenüber der ersten Anordnung umgekehrte Anordnung der drei Kontakte als Versorgungskontakt und Signalkontakt ist und ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Potenziale in der Vielzahl von Betriebsphasen in Beziehung steht, worin die Vielzahl jede Betriebsphase und die jeweils korrespondierende Betriebsphase umfasst.
Gegebenenfalls kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das zumindest ein Sensorelement ein Hall-Sensorelement umfassen. Gegebenenfalls kann bei einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Hall-Sensorelement ein vertikales Hall-Sensorelement sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest zwei Betriebsphasen umfassen. Gegebenenfalls kann die Vielzahl von Betriebsphasen in einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zumindest sechs Betriebsphasen umfassen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Sensorelement eine aktive Region umfassen, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt. Gegebenenfalls können in einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die drei Kontakte an der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich sein, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ein erstes und ein zweites Sensorelement umfassen, worin die Sensorschaltungsanordnung so konfiguriert ist, dass sie ein Potenzial zwischen dem Signalkontakt des ersten Sensorelements und dem Signalkontakt des zweiten Sensorelements misst, worin ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der in der Vielzahl von Betriebsphasen gemessenen Potenziale in Beziehung steht.
Gegebenenfalls kann in einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest zwei Betriebsphasen umfassen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können bei einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die drei Kontakte ein erster Kontakt, ein zweiter Kontakt und ein dritter Kontakt sein und kann die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest zwei der folgenden Gruppen umfassen: Gruppe 1, in der eine erste Betriebsphase den ersten Kontakt als Versorgungskontakt und den dritten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine zweite Betriebsphase den ersten Kontakt als Signalkontakt und den dritten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst; Gruppe 2, in der eine dritte Betriebsphase den ersten Kontakt als Versorgungskontakt und den zweiten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine vierte Betriebsphase den ersten Kontakt als Signalkontakt und den zweiten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst; und Gruppe 3, in der eine fünfte Betriebsphase den zweiten Kontakt als Versorgungskontakt und den dritten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine sechste Betriebsphase den zweiten Kontakt als Signalkontakt und den dritten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Höhe des Versorgungsstroms in der Betriebsphase und der korrespondierenden Betriebsphase gleich sein.
In einer Ausführungsform umfasst eine Sensorvorrichtung zumindest ein Sensorelement, das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte; und eine Sensorschaltungsanordnung, die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein erstes und ein zweites Versorgungspotenzial an je zwei der drei Kontakte als Versorgungskontakte angelegt werden und eines der Versorgungspotenziale an den dritten der drei Kontakte als Signalkontakt angelegt wird, ein Strom am dritten der drei Kontakte gemessen wird und ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Ströme in allen Betriebsphasen in Beziehung steht.
Gegebenenfalls kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das zumindest eine Sensorelement ein Hall-Sensorelement umfassen. Gegebenenfalls kann bei einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Hall-Sensorelement ein vertikales Hall-Sensorelement sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest zwei Betriebsphasen umfassen. Gegebenenfalls kann die Vielzahl von Betriebsphasen in einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zumindest vier Betriebsphasen umfassen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform jede aus der Vielzahl der Betriebsphasen eine erste Anordnung der drei Kontakte als Versorgungskontakte und Signalkontakt aufweisen und weist eine korrespondierende Betriebsphase auf, in der eine zweite Anordnung der drei Kontakte einen gleichen Versorgungskontakt umfasst, wobei der andere Versorgungskontakt und der Signalkontakt im Vergleich zur ersten Anordnung vertauscht sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform außerdem ein erstes und ein zweites Sensorelement umfassen, worin ein Ausgangssignal in jeder Betriebsphase eine Differenz der Ströme an den Signalkontakten des ersten und des zweiten Sensorelements ist und worin ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der Ausgangssignale jeder Betriebsphase in Beziehung steht. Gegebenenfalls kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest vier Betriebsphasen umfassen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Sensorelement eine aktive Region umfassen, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt. Gegebenenfalls können in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die drei Kontakte auf der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich sein, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen. In einer Ausführungsform umfasst eine Sensorvorrichtung zumindest ein Sensorelement, das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte umfasst; und eine Sensorschaltungsanordnung, die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein erstes und ein zweites Versorgungspotenzial an je zwei der drei Kontakte als Versorgungskontakte angelegt werden und ein erzwungenes Potenzial, das in jeder aus der Vielzahl von Betriebsphasen gleich ist, an den dritten der drei Kontakte als Signalkontakt angelegt wird, ein Strom am dritten der drei Kontakte gemessen wird und das Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Ströme in der Vielzahl von Betriebsphasen in Beziehung steht.
Gegebenenfalls kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest drei Betriebsphasen umfassen, sodass in einer ersten Betriebsphase der erste der drei Kontakte der Signalkontakt ist, in einer zweiten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte der Signalkontakt ist und in einer dritten Betriebsphase der dritte der drei Kontakte der Signalkontakt ist.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest sechs Betriebsphasen umfassen, sodass in einer ersten Betriebsphase der erste der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte bereitgestellt ist; in einer zweiten Betriebsphase der erste der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte bereitgestellt ist; in einer dritten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte bereitgestellt ist; in einer vierten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte bereitgestellt ist; in einer fünften Betriebsphase der dritte der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte bereitgestellt ist; und in einer sechsten Betriebsphase der dritte der drei Kontakte der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte bereitgestellt ist.
Gegebenenfalls können in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die erste, die zweite, die dritte, die vierte, die fünfte und die sechste Betriebsphase in einer anderen als der numerischen Reihenfolge aufeinanderfolgen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das zumindest eine Sensorelement ein Hall-Sensorelement umfassen. Gegebenenfalls kann bei einer solchen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Hall-Sensorelement ein vertikales Hall-Sensorelement sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das Sensorelement eine aktive Region umfassen, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt. Gegebenenfalls können die drei auf der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich sein, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform außerdem ein erstes und ein zweites Sensorelement umfassen, worin in jeder aus der Vielzahl von Betriebsphasen das an das jeweils erste bzw. zweite Sensorelement angelegte erste bzw. zweite Versorgungspotenzial gleich sind, das Ausgangssignal einer beliebigen aus der Vielzahl von Betriebsphasen mit der Differenz der an den Signalkontakten des ersten und des zweiten Sensorelements gemessenen Ströme in Beziehung steht und das Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der Differenzen aus der gesamten Vielzahl an Betriebsphasen in Beziehung steht.
Gegebenenfalls können in einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das an das erste und das an das zweite Sensorelement angelegte aufgeprägte Potenzial gleich sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung lässt sich unter Berücksichtigung der nachstehenden ausführlichen Beschreibung diverser Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen umfassender verstehen, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist.
2A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2C ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2D ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer vierten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2E ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer fünften Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2F ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer sechsten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
2G ein Diagramm der sechs Betriebsphasen der 2A bis 2F ist.
3A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
3B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
3C ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
3D ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer vierten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
3E ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer fünften Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
3F ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer sechsten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
4A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
4B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
4C ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
4D ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer vierten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5C ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5D ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer vierten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5E ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer fünften Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
5F ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer sechsten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
6A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
6B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
6C ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
6D ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer vierten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
7 ein Blockdiagramm einer Differenzialrückkopplungsschaltung gemäß einer Ausführungsform ist.
8 ein Blockdiagramm der Schaltung aus 7 gekoppelt an eine Sensorvorrichtung aus 6A für Vf = 0 V ist.
9 ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform ist.
10 ein Diagramm des Rest-Offsets gegenüber der Versorgungsspannung für Ausführungsformen mit zwei, vier und sechs Phasen ist.
12 ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
13A ein Blockdiagramm von Kontakten von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist.
13B ein Blockdiagramm von Kontakten von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist.
14A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
14B ein Schaltungsdiagramm der Sensorvorrichtung aus 14A in einer zweiten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
14C ein Schaltungsdiagramm der Sensorvorrichtung aus 14A und 14B in einer dritten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
15A ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
15B ein Schaltungsdiagramm einer Sensorvorrichtung in einer ersten Betriebsphase gemäß einer Ausführungsform ist.
Zwar unterliegt die Erfindung diversen Modifikationen und alternativen Formen, aber ihre Eigenheiten wurden in den Zeichnungen beispielhaft angeführt und werden im Detail beschrieben. Dennoch versteht sich, dass die Absicht dabei nicht ist, die Erfindung auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Gedanken und Schutzumfang der Erfindung fallen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, abdecken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen betreffen Sensorvorrichtungen mit mehreren Kontakten und Anwendungsverfahren dafür, die den Offset-Fehler reduzieren oder beseitigen können. In Ausführungsformen können Sensorvorrichtungen drei oder mehr Kontakte umfassen, und mehrere solcher Sensorvorrichtungen können kombiniert werden. Die Sensorvorrichtungen können Hall-Sensorvorrichtungen, z. B. vertikale Hall-Vorrichtungen oder sonstige Sensorarten, in Ausführungsformen umfassen. Für die Sensorvorrichtungen mit mehreren Kontakten können Anwendungsverfahren umgesetzt werden, die signifikante Modifikationen von und Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Spinning-Current-Grundsätzen (Grundsätze drehender Ströme) bieten, etwa reduzierten Rest-Offset. Wie bereits erwähnt, kann der Offset-Fehler auf verschiedene Gründe zurückgehen, wovon zwei der Roh-Offset-Fehler und der Rest-Offset-Fehler sind. Der Ausdruck Roh-Offset-Fehler kann einen Offset-Fehler bezeichnen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorliegt, und der Ausdruck Rest-Offset-Fehler kann einen Offset-Fehler bezeichnen, der in einem Gesamt- oder Summen-Ausgangssignal vorliegt, z. B. einem Signal, das eine Kombination von Signalen aus einzelnen Betriebsphasen ist. Daher können Roh-Offset-Fehler in mehreren Betriebsphasen kombiniert werden, entweder um einen erhöhten Rest-Offset-Fehler zu schaffen, was unerwünscht ist, oder um Roh-Offset-Fehler zum Teil oder zur Gänze aufzuheben, sodass der Rest-Offset-Fehler reduziert oder beseitigt ist.
Daher wird in einem ersten solchen Betriebsmodus, der hierin als Iu-Einprägung bezeichnet wird, der Sensor in allen Betriebsphasen mit dem gleichen Eingangsstrom versorgt, wobei die Ausgangsspannung aller Betriebszyklen abgefühlt und verarbeitet wird. In einem weiteren Betriebsmodus, der hierin als Ui-Einprägung bezeichnet wird, wird die Sensorvorrichtung in allen Betriebsphasen mit der gleichen Eingangsspannung versorgt, die Abfühlanschlüsse werden an konstante Potenziale geklemmt (oder es werden solche aufgeprägt), und die Ströme, die in die Abfühlanschlüsse oder aus diesen fließen, werden abgefühlt und verarbeitet. In beiden Modi stellen Ausführungsformen Reduktionen des Rest-Offsets bereit, die Vorteile gegenüber herkömmlichen Spinning-Current- (Verfahren drehender Ströme) und sonstigen Verfahren bieten.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Sensorsystem 10 abgebildet. Das Sensorsystem 10 umfasst eine Sensorvorrichtung 100 gekoppelt an eine Schaltungsanordnung 101. Die Schaltungsanordnung 101 kann eine Schaltkreisanordnung, eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung und eine sonstige Schaltungsanordnung zur Umsetzung der diversen hierin weiter unten besprochenen Phasen und/oder Modi sowie sonstiger Funktionen des Systems 10 umfassen. In einer Ausführungsform umfasst z. B. die Sensorvorrichtung 100 eine Vorrichtung mit drei Kontakten, und die drei Kontakte sind unterschiedlich mit einer Stromversorgung und einem Ausgangssignal in jeder von sechs Phasen eines ersten Betriebsmodus gekoppelt. Diese und weitere Ausführungsformen werden weiter unten im Zusammenhang mit zumindest zwei solcher Betriebsmodi ausführlicher besprochen: der Iu-Einprägung und der Ui-Einprägung.
Unter Bezugnahme auf 2 wird der Betriebsmodus Iu-Einprägung in Bezug auf eine Sensorvorrichtung 100 besprochen, die im Querschnitt abgebildet ist und drei Kontakte 102, 104 und 106 aufweist. Die Sensorvorrichtung 100 umfasst eine aktive Region, die auf eine physikalische Eigenschaft empfindlich ist, z. B. auf Magnetfeld, Temperatur, mechanische Belastung oder eine sonstige Größe, wobei sich die Region von der oberen Oberfläche nach unten in die Vorrichtung 100 erstreckt, wie das in den Figuren dargestellt ist. Die Kontakte 102, 104 und 106 sind an der Oberfläche in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region vorgesehen. Mehr oder weniger Kontakte können in anderen Ausführungsformen verwendet werden, und in anderen Ausführungsformen können die Kontakte auch anders angeordnet sein.
In der Ausführungsform aus 2 umfasst die Sensorvorrichtung 100 eine Hall-Effekt-Sensorvorrichtung, z. B. eine vertikale Hall-Vorrichtung, wenngleich die Sensorvorrichtung 100 in anderen Ausführungsformen auch eine andere Art Sensor umfassen kann. Wie in 2 dargestellt, kann die Sensorvorrichtung 100 eine vertikale Hall-Vorrichtung umfassen, die im Querschnitt abgebildet ist, wobei eine aktive Hall-Region sich von der oberen Oberfläche der Vorrichtung 100 in eine geeignete Tiefe erstreckt und drei Kontakte 102, 104 und 106 an dieser oberen Oberfläche in ohmschem Kontakt mit der aktiven Hall-Region umfasst. 2 weist auch vereinfachte gleichwertige Schaltungsdiagramme für die Sensorvorrichtung 100 auf, wobei R1 eine Kopplung oder einen Widerstand zwischen den Kontakten 102 und 104 darstellt; R2 zwischen den Kontakten 104 und 106; und R3 zwischen den Kontakten 102 und 106. In den Beispielen hierin wird angenommen, dass R1 und R2, die Symmetrie der Vorrichtung 100 vorausgesetzt, ungefähr gleich sind, aber eine Ungleichheit zueinander in der Größenordnung von etwa 1% bis etwa 5% aufgrund von Toleranzen, mechanischen Belastungen, elektrischer Nichtlinearität und sonstigen Faktoren aufweisen können, während R3 im Allgemeinen größer ist. Sind die Kontakte 102, 104 oder 106 mit „B+” markiert, so deutet das darauf hin, dass das Signal an diesem Kontakt mit zunehmendem Magnetfeld zunimmt, während die mit „B–” markierten das Gegenteil anzeigen, nämlich dass das Signal an diesem Kontakt mit zunehmendem Magnetfeld abnimmt.
In einer Ausführungsform sind sechs verschiedene Betriebsphasen in einem verbesserten Spinning-Current-artigen Verfahren umgesetzt, wobei die Kopplungsanordnung der Kontakte 102, 104 und 106 mit einer Stromversorgung, einem Ausgangssignal und einem Referenzpotenzial, wie z. B. einem Erd- oder sonstigen Potenzial (z. B. 1 V), in jeder Phase anders sind. Jede dieser Phasen wird im Folgenden besprochen, wenngleich die genaue Anzahl und relative Reihenfolge der Phasen sich von Ausführungsform zu Ausführungsform ändern kann, z. B. aufgrund der Spinning-Current-Abfolgefrequenz oder eines sonstigen Faktors. Beispielsweise kann die relative Reihenfolge der Phasen so gewählt werden, dass sie Spannung in aufeinanderfolgenden Betriebsphasen sich nur marginal ändert, zumindest an den Abfühlanschlüssen, um einen Aufbau der Streukapazitäten, die eine Entladung erfordern, zu vermeiden. Daher kann in einer Ausführungsform die Reihenfolge der Phasen lauten: Phase 1 und 3, 2 und 5 sowie 4 und 6, um z. B. eine Veränderung der Potenziale an allen Kontakten zwischen den Phasen, etwa von Phase 1 zu Phase 2, zu vermeiden. In anderen Ausführungsformen können die Phasen aufeinanderfolgende Taktphasen sein.
In 2A, Phase 1, ist der erste Kontakt 102 der Versorgungskontakt und der dritte Kontakt 106 der Signalkontakt: U3_1 = U1_1·R2/(R2 + R3), wobei gilt: U1_1 = I0·R1//(R2 + R3) sodass: U3_1 = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3), wobei U1_1 die Spannung am ersten Kontakt 102 in der ersten Phase bezeichnet U3_1 die Spannung am dritten Kontakt 106 in der ersten Phase bezeichnet (dieses Kennungssystem wird nun im Folgenden durchgehend verwendet).
In 2B, Phase 2, sind die Kontakte 102, 104 und 106 umgekoppelt, sodass der erste Kontakt 102 der Signalkontakt und der zweite Kontakt 104 der Versorgungskontakt ist: U1_2 = U2_2·R3/(R1 + R3) wobei gilt: U2_2 = I0·R2//(R1 + R3) sodass: U1_2 = I0·R2·R3/(R1 + R2 + R3).
Die Verwendung des Zeichens „//” hier und an anderer Stelle hierin bezeichnen eine Parallelschaltung zweier Widerstände, z. B. R1//R2 = R1·R2/(R1 + R2).
In 2C, Phase 3, ist der erste Kontakt 102 der Signalkontakt und der dritte Kontakt 106 der Versorgungskontakt: U1_3 = U3_3·R1/(R1 + R3) wobei gilt: U3_3 = I0·R2//(R1 + R3) sodass: U1_3 = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3).
In 2D, Phase 4, ist der zweite Kontakt 104 der Versorgungskontakt und der dritte Kontakt 106 der Signalkontakt: U3_4 = U2_4·R3/(R2 + R3) wobei gilt: U2_4 = I0·R1//(R2 + R3) sodass: U3_4 = I0·R1·R3/(R1 + R2 + R3).
In 2E, Phase 5, ist der erste Kontakt 102 der Versorgungskontakt und der zweite Kontakt 104 der Signalkontakt: U2_5 = U1_5·R2/(R1 + R2) wobei gilt: U1_5 = I0·R3//(R1 + R2) sodass: U2_5 = I0·R2·R3/(R1 + R2 + R3).
Schließlich ist in 2F, Phase 6, der zweite Kontakt der Signalkontakt und der dritte Kontakt 106 der Versorgungskontakt: U2_6 = U3_6·R1/(R1 + R2) wobei gilt: U3_6 = I0·R3//(R1 + R2) sodass: U2_6 = I0·R1·R3/(R1 + R2 + R3).
In 2G sind die Betriebsmodi in jeder der sechs Phasen zusammengefasst. Die Pfeile stehen für Stromlinien von einem positiven zu einem negativen Ende. Mit den Zeichen „+” und „–” verhält es sich wie oben stehend im Zusammenhang mit „B+” bzw. „B–” besprochen. Die an die Sensorvorrichtung 100 gekoppelte signalverarbeitende Schaltungsanordnung 101 kann dann die Signale aus jeder Phase verarbeiten und so ein vorteilhaftes Ergebnis hervorbringen.
Während z. B. U1_2 – U3_4 den Beitrag des Magnetfelds verdoppelt, hebt es die Offset-Spannung nicht auf. Bei Betrachtung der anderen Signale fällt jedoch auf, dass wenn U1_3 von U3_1 abgezogen wird, die Beiträge der angelegten Magnetfelder sich addieren, während die Offset-Spannung aufgehoben wird, weil diese Signale gleich sind, also U1_3 = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3) und U3_1 = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3). Anders ausgedrückt ist jeglicher Offset in der Vorrichtung 100 für jede Phase gleich und wird daher durch die Subtraktion der einen von der anderen eliminiert. Gleiches gilt für U1_2 – U2_5 und U2_6 – U3_4. Dies gilt freilich generell für lineare Vorrichtungen, während es bei nichtlinearen Vorrichtung im Allgemeinen nur näherungsweise gilt. Diese Annäherung ist genauer, wenn mehr Paare von Signalen kombiniert werden, somit lautet ein vorteilhaftes Gesamtsignal: U_gesamt = (U3_1 – U1_3) + (U1_2 – U2_5) + (U2_6 – U3_4) = U3_1 + U1_2 + U2_6 – U1_3 – U3_4 – U2_5.
Gemäß dieser Gleichung sind die sechs Betriebsphasen in drei Gruppen unterteilt, wobei jede Gruppe zwei Betriebsphasen umfasst. Gemäß der Theorie linearer Schaltungen hebt sich der Offset in jeder Gruppe vollkommen auf, wobei in Gegenwart geringfügiger Nichtlinearitäten der Offset in jeder Gruppe weiterhin gering ist, aber nicht = 0. Außerdem ist zumindest im linearen Fall offenkundig, dass der Strom nicht in allen sechs Betriebsphasen gleichermaßen konstant sein muss. Es genügt, den Strom jeweils für die beiden Betriebsphasen in jeder Gruppe konstant zu halten, während er sich von dem Strom in anderen der drei Gruppen unterscheiden kann. Es kann daher von Vorteil sein, in Ausführungsformen die diversen Betriebsphasen in einer Abfolge auszuführen, bei der die beiden Phasen in jeder Gruppe zeitlich unmittelbar oder nahezu aufeinanderfolgen. In der Praxis können Temperaturdrift, Funkelrauschen oder sonstige Ereignisse den Strom von Phase zu Phase verändern, wenngleich diese Effekte durch unmittelbar aufeinanderfolgendes Ausführen der Phasen in Ausführungsformen minimiert werden können.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die Methode der Iu-Vorspannung auf eine Vielzahl von Sensorvorrichtungen mit mehreren Kontakten ausgeweitet werden, wobei das Ergebnis jeweils unterschiedlich betrachtet werden kann. Dies kann dazu beitragen, den Genauigkeitsgrad zu reduzieren, der der signalverarbeitenden Schaltungsanordnung der Schaltungsanordnung 101 abverlangt wird, die weiter unten detaillierter besprochen wird. In einer Ausführungsform können daher zwei vertikale Drei-Kontakt-Hall-Sensorvorrichtungen 100 und 200 verwendet werden, die je drei Kontakte 102, 104 und 106 umfassen und unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen. Zwei Stromquellen, eine für jede Vorrichtung 100 und 200, kommen zum Einsatz. Es wird angestrebt, dass die Stromquellen identisch sind, wenn dies jedoch nicht der Fall ist, können allfällige Ungleichheiten im Zuge der Offset-Beseitigung aufgehoben werden.
Unter Bezugnahme auf 3A, wird in Phase 1 die Vorrichtung 100 so betrieben wie in Phase 1 der oben stehend unter Bezugnahme auf 2 besprochenen Ausführungsform mit einer einzigen Vorrichtung, während die Vorrichtung 200 so betrieben wird wie die Einzelvorrichtung in Phase 3. Die Ausgangsspannung, die als U31_1 bezeichnet wird, wobei die Ziffern sich auf den dritten Kontakt der Vorrichtung 100 (3), den ersten Kontakt der Vorrichtung 200 (1) und die Phase 1 (1) beziehen, ist die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Vorrichtungen 100 und 200, wobei die ersten Werte auf die Vorrichtung 200 und die anderen auf die Vorrichtung 100 bezogen sind: U31_1 = U3_1 – U1_1' = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3) – I0'·R1'·R2'/(R1' + R2' + R3').
Dadurch wird der Roh-Offset reduziert, während auch die magnetische Empfindlichkeit verdoppelt wird. Der Roh-Offset ist das Ausgangssignal in einer einzigen Betriebsphase bei einem Eingangsmagnetfeld von 0. Wenn z. B. R1 = R2 = 1 kΩ, R3 = 2 kΩ und I0 = 1 mA ist, ist der Roh-Offset der Vorrichtung 100 gleich U3_1 = 250 mV. Wenn R1' = R2' = 1010 Ω, R3' = 1900 Ω und I0' = 1.01m A ist, ist der Roh-Offset der Vorrichtung 100' gleich U1_1' = 262.8 mV. Der Roh-Offset der verschiedenen Signale ist U31_1 = –12.8 mV, was etwa 20-mal so gering ist.
Phase 2 ist in 3B abgebildet, wobei die Vorrichtung 100 gekoppelt ist wie in Phase 2 der Ausführungsform von 2 und die Vorrichtung 200 gekoppelt ist wie in Phase 4. Die Roh-Offset-Ausgangsspannung U13_2 ist: U13_2 = U1_2 – U3_2' = I0·R2·R3/(R1 + R2 + R3) – I0'·R1'·R3'/(R1' + R2' + R3').
Unter Bezugnahme auf 3C ist in Phase 3 die Roh-Offset-Ausgangsspannung U13_3: U13_3 = U1_3 – U3_3' = I0·R1·R2/(R1 + R2 + R3) – I0'·R1'·R2'/(R1' + R2' + R3').
Unter Bezugnahme auf 3D ist in Phase 4 die Roh-Offset-Ausgangsspannung: U31_4 = U3_4 – U1_4' = I0·R1·R3/(R1 + R2 + R3) – I0'·R2'·R3'/(R1' + R2' + R3')
Die Kopplungsanordnung der Phase 5 ist in 3E abgebildet, wobei die Roh-Offset-Ausgangsspannung folgende ist: U22_5 = U2_5 – U2_5' = I0·R2·R3/(R1 + R2 + R3) – I0'·R1'·R3'/(R1' + R2' + R3')
Die letzte Phase, Phase 6, ist in 3F dargestellt. Die Roh-Offset-Ausgangsspannung ist: U22_6 = U2_6 – U2_6' = I0·R1·R3/(R1 + R2 + R3) – I0'·R2'·R3'/(R1' + R2' + R3')
Wie in der Ausführungsform mit einer einzigen Vorrichtung in 2 hebt die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen von Phase 1 und 3 (U31_1 – U13_3) den Offset auf und verdoppelt die magnetische Empfindlichkeit. Gleiches gilt für die Phasen 2 und 5 (U13_2 – U22_5) sowie für die Phasen 4 und 6 (U31_4 – U22_6). Das Gesamtausgangssignal könnte jede dieser Unterkombinationen sein, wenngleich sich bessere Ergebnisse durch Kombination von zumindest zweien oder allen dreien davon erzielen lassen. Bei Verwendung von allen drei Signalen ergibt sich das Gesamtausgangssignal Ugesamt: Ugesamt = (U31_1 – U13_3) + (U13_2 – U22_5) – (U31_4 – U22_6) = U31_1 + U13_2 + U22_6 – U13_3 – U31_4 – U22_5
Somit werden die Signale der Phasen 1, 2 und 6 addiert, ebenso wie die Ausgangssignale der Phasen 3, 4 und 5, dann wird die zweite Summe von der ersten abgezogen, was eine verbesserte Aufhebung des Offsets unter Beibehaltung hoher magnetischer Empfindlichkeit ergibt.
Ein Vorteil des Iu-Einprägungsmodus der 3 (zwei Vorrichtungen) gegenüber dem gleichen Modus bei einer einzigen Vorrichtung (2) besteht darin, dass der Roh-Offset um etwa zwei oder drei Größenordnungen reduziert werden kann. In 2A ist z. B. der Roh-Offset die Spannung U3_1 bei Magnetfeld 0. Ist z. B. U1_1 = 1 V, dann ist U3_1 etwa 0,4 V. Umgekehrt ist unter Bezugnahme auf 3A U3_1 ebenfalls 0,4 V, aber U1_1' ist ebenfalls 0,4 V, wenn die Vorrichtungen 100 und 200 identisch sind. In der Praxis herrscht typischerweise eine geringfügige Ungleichheit zwischen den Vorrichtungen 100 und 200, sodass U3_1 – U1_1' mehreren Millivolt entspricht. Das ist jedoch immer noch viel weniger als die 0,4 V aus 2A. Das bedeutet in einem Beispiel, dass die signalbildende Schaltungsanordnung der Vorrichtung 10 nicht so genau sein muss. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform einer Einzelvorrichtung die Genauigkeit innerhalb von etwa 6 ppm liegen, während sie für die Ausführungsform der 2 etwa 3000 ppm betragen kann.
Der zweite Betriebsmodus, die Ui-Einprägung, wird nun unter Bezugnahme auf Ausführungsformen sowohl mit einem einzigen als auch mit mehreren Vorrichtungen besprochen, ebenso wie bei der Iu-Einprägung. Bei der Ui-Einprägung wird die Stromquelle des Iu-Einprägungsmodus durch eine Spannungsquelle Vversorgung ersetzt, die eine konstante Spannungsquelle an den Versorgungsanschluss in allen Betriebsphasen oder zumindest in den Betriebsphasen 1 und 3, 2 und 5 oder 4 und 6 anlegt. Auch der Signalkontakt wird mit einer Spannung, Vf, versorgt, der den Abfühlanschluss an die gleiche Spannung klemmt oder diese aufprägt wie den zentralen Anschluss. Ist nur eine einzige Vorrichtung 100 vorhanden und wird angestrebt, den Strom am Ausgang zu messen, so kann dies durch das Klemmen des Ausgangs an ein Potenzial erreicht werden. In Ausführungsformen wurde entdeckt, dass es von Vorteil ist, Vf in jeder Phase so zu wählen, dass sie mit dem mittleren Kontakt identisch ist, sodass der Offset in allen, z. B. in allen vier, Phasen aufgehoben wird. Somit ist Vf nicht willkürlich und nicht in jeder Phase identisch. Vf könnte in anderen Ausführungsformen willkürlich sein, z. B. wenn mehr, z. B. sechs, Phasen verwendet werden. Dann wird der Strom, der in den Ausgangsanschluss fließt, gemessen, um die Ausgangsspannung zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 4A ist eine jener in 2A gleichwertige Schaltung der Sensorvorrichtung 100 abgebildet, gekoppelt für Ui-Einprägung und nicht für Iu-Einprägung. Anders ausgedrückt wird die an den Kontakt 102 gekoppelte Stromversorgung aus 2A durch eine Spannungsquelle, Vversorgung, ersetzt, und an den Kontakt 106, den Abfühlanschluss, wird an das gleiche Potenzial aufgeprägt wie an den Kontakt 104, der in 2A an Masse gelegt war. Daher wird der Kontakt 106 in 4A mit einer Spannung Vf = 0 versorgt. Die Ausgangsspannung am Kontakt 106, I3_1, ist: I3_1 = –Vversorgung/R3
Phase 2 ist in 4B dargestellt, wobei der Kontakt 102 der Abfühlanschluss ist, der Kontakt 104 der Versorgungsanschluss ist und der Kontakt 106 an Masse gelegt ist. Daher wird an den Kontakt 102 Vf = Vversorgung aufgeprägt. Die Ausgangsspannung am Kontakt 102, I1_2, ist daher: I1_2 = Vversorgung/R3
In 4C ist Phase 3 abgebildet. Der Kontakt 102 ist der Abfühlanschluss, der Kontakt 104 ist an Masse gelegt, und der Kontakt 106 ist der Versorgungsanschluss, wobei an den Kontakt 102 Vf = 0 aufgeprägt ist. Die Ausgangsspannung I1_3 ist: I1_3 = – Vversorgung/R3
Die Phasen 5 und 6 werden ausgelassen, was die in 4D abgebildete Phase 4 zur letzten Phase in dieser Ausführungsform macht. Der Kontakt 102 ist an Masse gelegt, der Kontakt 104 ist der Versorgungsanschluss, und der Kontakt 106 ist der Abfühlanschluss, wobei an den Kontakt 106 Vf = Vversorgung aufgeprägt ist. Die Ausgangsspannung I3_4 ist: I3_4 = Vversorgung/R3
Das Gesamtsignal Igesamt lautet daher: Igesamt = I3_1 + I1_2 – I1_3 – I3_4
Dadurch werden die Offsets aufgehoben, während die angelegten Magnetfelder addiert werden. In anderen Ausführungsformen können nur zwei Phasen verwendet werden, z. B. die Phasen 1 und 2 oder die Phasen 3 und 4 oder sonstige, wenngleich die Verwendung von vier Phasen eine bessere Offset-Aufhebung bietet. Wie oben stehend besprochen, können zwei Phasen in einer Gruppe so angeordnet werden, dass sich der Roh-Offset jeder Phase in linearer Schaltungsannäherung aufhebt, z. B. I3_1 + I_12 oder I3_1 – I1_3. Die anderen beiden Phasen bilden eine zweite Gruppe. Dadurch wird in Ausführungsformen ermöglicht, dass in der ersten und der zweiten Gruppe unterschiedliche Versorgungsspannungen vorliegen, wenngleich es im Allgemeinen in Ausführungsformen von Vorteil sein kann, in allen Gruppen die gleiche Spannung zu verwenden. Dennoch kann die Versorgungsspannung der zweiten Gruppe angepasst werden, z. B. in einem Endserientest, um einen geringen Rest-Offset zu erhalten. In wieder anderen Ausführungsformen können auch noch zusätzliche Betriebsphasen verwendet werden.
In anderen Ausführungsformen kann das Potenzial am Abfühlanschluss an etwas anderes als an das am mittleren Kontakt 104 Vorhandene gezwungen werden. Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Ausführungsform mit sechs Phasen abgebildet. Die Phasen 1 bis 4 aus den 5A bis 5D sind analog zu den gleichen Phasen in den oben stehend besprochenen 4A bis 4D mit der Ausnahme, dass Vf nicht zwingend gleich ist wie das Potenzial am mittleren Kontakt 104. Die Phasen 5 bzw. 6 in den 5E bzw. 5F werden addiert. In Phase 5 ist der Kontakt 102 der Versorgungskontakt, der Kontakt 104 der an Spannung Vf gezwungene Abfühlkontakt und der Kontakt 106 an Masse gelegt. In Phase 6 ist der Kontakt 102 an Masse gelegt, der Kontakt 104 der an Vf gezwungene Abfühlkontakt und der Kontakt 106 der Versorgungsanschluss.
Die Ausgangsströme der jeweiligen Phasen lauten somit wie folgt: I3_1 = Vf/R2 + (Vf – V0)/R3 I1_2 = (Vf – V0)/R1 + Vf/R3 I1_3 = Vf/R1 + (Vf – V0)/R3 I3_4 = Vf/R3 + (Vf – V0)/R2 I2_5 = Vf/R2 + (Vf – V0)/R1 I2_6 = Vf/R1 + (Vf – V0)/R2, und das Gesamtsignal Igesamt ist: I3_1 + I1_2 – I1_3 – I3_4 – I2_5 + I2_6
Dadurch wird der Offset aufgehoben, während die magnetische Empfindlichkeit verstärkt wird. Vf nicht an das Potenzial des mittleren Kontakts 104 zu zwingen, sorgt für zusätzliche Flexibilität, die in einer Ausführungsform strategisch ausgenutzt werden kann, um den Rest-Offset weiter zu reduzieren. Grundsätzlich kann Vf so gewählt werden, dass der Rest-Offset von Anfang an minimiert wird. Da der Rest-Offset zumindest zum Teil von der Nichtlinearität der Sensorvorrichtung 100 abhängt, kann Vf in Ausführungsformen ein fester Wert sein, wenn die Nichtlinearität in einer Vielzahl von Vorrichtungen 100 relativ konstant bleibt. In anderen Ausführungsformen können die Vorrichtungen 100 in Endserientests geprüft werden, und Vf kann im Speicher des Sensors 10 programmiert werden.
Ui-Einprägung kann, wie Iu-Einprägung, auch auf Vorrichtungen mit mehreren Sensoren ausgeweitet werden. Im Iu-Einprägungsmodus mit mehreren Sensoren kamen zwei Stromquellen zum Einsatz, eine für jede Vorrichtung. In Ausführungsformen der Ui-Einprägung mit mehreren Sensoren wird jedoch nur eine einzige Spannungsquelle verwendet. Aufgrund von Einschränkungen beim Schaltungsaufbau kann es jedoch vorkommen, dass nominell identische Spannungsquellen verwendet werden, obwohl eine leichte Ungleichheit vorliegt. Die Figuren zeigen daher Vversorgung und Vversorgung', um dieser Ungleichheit Rechnung zu tragen. Wie in manchen Ausführungsform der Iu-Einprägung ist in Ausführungsformen der Ui-Einprägung mit mehreren Kontakten der Abfühlanschluss an eine Spannung Vf gezwungen, die gleich ist wie das Potenzial am mittleren Kontakt 104. Das Potenzial Vf kann in allen Phasen des Spinning-Current-Schemas in Ausführungsformen konstant sein, in anderen variieren. In einer Ausführungsform kann eine Schaltung die mögliche Vf für jede Betriebsphase anpassen, sodass der Gleichtaktstrom (also [I3_1 + I1_1']/2 in Phase 1 von 6A) verschwindet. Die Ausgangsspannung der Vorrichtung mit mehreren Sensoren in jeder Phase ist die Differenz zwischen den Ausgangsströmen der beiden Vorrichtungen, und es werden vier Phasen verwendet, obzwar die Anzahl der Phasen und ihre Reihenfolge davon in anderen Ausführungsformen abweichen können. Das Gesamtsignal kann in Ausführungsformen als Differenz zwischen den Phasen 1 und 3 oder den Phasen 2 und 4 angenommen werden, während in einer anderen Ausführungsform das Gesamtausgangssignal die Summe dieser beiden Differenzen ist, um die effektivste Rest-Offset-Reduktion zu ermöglichen.
Dies vorausgesetzt, sind die Phasen 1 bis 4 jeweils in den 6A bis 6D abgebildet. In Phase 1, 6A, ist der Roh-Offset: I31_1 = I3_1 – I1_1' = –Vversorgung/R3 + Vversorgung'/R3'
In Phase 2, 6B, ist der Roh-Offset: I13_2 = I1_2 – I3_2' = Vversorgung/R3 – Vversorgung'/R3'
In Phase 3, 6C, ist der Roh-Offset gleich wie in Phase 1, wodurch, wie bereits bei anderen Ausführungsformen erwähnt, der Offset aufgehoben und die magnetische Empfindlichkeit verdoppelt wird: I13_3 = I1_3 – I3_3' = –Vversorgung/R3 + Vversorgung'/R3'
In Phase 4, 6D, ist der Roh-Offset gleich wie in Phase 2, wodurch abermals der Offset aufgehoben und die magnetische Empfindlichkeit verdoppelt wird: I31_4 = I3_4 – I1_4' = Vversorgung/R3 – Vversorgung'/R3'
Igesamt können die Differenzen in den ähnlichen Phasen sein, also I31_1 – I13_3 oder I13_2 – I31_4, oder alle können im Sinne der stärksten Reduktion der Rest-Offset-Aufhebung kombiniert werden: Igesamt = (I31_1 – I13_3) + (I13_2 – I31_4) = I31_1 + I13_2 – I13_3 – I31_4
Wenn anstelle von vier Phasen sechs verwendet werden, ergibt sich für Igesamt: Igesamt = (I31_1 – I13_3) + (I13_2 – I31_4) + (I22_6 – I22_5) = I31_1 + I13_2 + I22_6 – I13_3 – I31_4 – I22_5
Werden vier Phasen verwendet, werden die Signalkontakte an das Potenzial des mittleren Kontakts gezwungen. Umgekehrt werden die Signalkontakte bei Verwendung von sechs Phasen an das Potenzial Vf gezwungen, das in Ausführungsformen in allen sechs Phasen oder zumindest in den Phasen der jeweiligen Gruppe konstant ist, wie in Klammern in der oben stehenden Gleichung angegeben. In Ausführungsformen, die zwei Vorrichtungen 100 und sechs Phasen umfassen, kann Vf auch mit der Betriebsphase wie oben stehend erwähnt dahingehend variieren, dass Vf angepasst wird, sodass der Gleichtaktstrom verschwindet.
Während Ausführungsformen eine Reduktion oder Beseitigung des Rest-Offsets bieten, kommt es zu einer Subtraktion zweier großer Ströme durch die Schaltungsanordnung 101, was eine Herausforderung darstellen kann, weil es eine hohe Genauigkeit der Schaltungsanordnung 101 erfordert. Eine Möglichkeit, hier eine Verbesserung herbeizuführen, besteht darin, den Gleichtakt-Abfühlstrom vom Gegentakt-Abfühlstrom zu trennen, z. B. indem eine Differenzialrückkopplungsschaltung 300 verwendet wird, wie sie in 7 abgebildet ist. Die Schaltung 300 aus 7 ist nur eine Ausführungsform einer solchen Schaltung, und die Schaltung 300 kann in anderen Ausführungsformen variieren. Die Schaltung 300 bewirkt, dass die Abfühlanschlüsse der Sensorelemente, wie z. B. die Sensoren 100 und 200 aus 6, auf Vf gezwungen werden.
Die Schaltung 300 kann Teil der Schaltungsanordnung 101 des Sensors 10 sein. In einer Ausführungsform weist die Schaltung 300 zwei Eingänge, U1 und U2, auf, wobei U2 von U1 abzuziehen ist. Die Ausgangssignale der Schaltung 300 sind drei Ströme: I1, I2 und dI. Die Schaltung 300 nutzt zwei Referenzspannungen Ud und Ucm und steuert I1 und I2 so, dass U1 – U2 = Ud ist und (U1 + U2)/2 = Ucm ist. Die Differenz zwischen U1 und U2 wird mit Ud durch den Verstärker TCd verglichen. Wenn U1 – U2 < Ud ist, dann entsendet TCd einen hohen Strom an die beiden stromgesteuerten Stromquellen CCCSd, die ebenfalls hohe positive Ströme aussenden, kenntlich gemacht durch die Pfeile an den Ausgängen der CCCSd in 7. Somit ist ICCCSd = –(U1 – U2 – Ud)·Ad·gmd, wobei Ad die Verstärkung des offenen Regelkreises von TCd und gmd der Gegenwirkleitwert von CCCSd ist.
Im unteren Teil, wie in 7 abgebildet, bildet die Schaltung 300 auch einen Durchschnitt von U1 und U2 und vergleicht diesen Wert mittels TCcm mit Ucm. Ist der Durchschnitt größer als Ucm, sendet TCcm eine hohe Spannung an beide CCCScm aus, die ihrerseits hohe Ströme aussenden. Somit ist ICCCScm = (U1/2 + U2/2 – Ucm)·Acm·gmc = ICCCScm, wobei Acm die Verstärkung des offenen Regelkreises von TCcm und gmc der Gegenwirkleitwert von CCCScm ist.
Da I1 = ICCCSd + ICCCScm und I2 = ICCCScm ist, ist I1 > I2 bei ICCCsd > 0. Außerdem ist (U1 + U2)/2 = Ucm und U1 – U2 = 0. Die Schaltung 300 kann in Ausführungsformen mit mehreren Sensoren an die Sensorvorrichtungen 100 und 200 gekoppelt sein. 8 zeigt eine solche Kopplung für Phase 1 der Ui-Einprägung. In 8 zwingt die Schaltung 300 beide Abfühlkontakte (Kontakt 106 des Sensors 100 und Kontakt 102 des Sensors 200) auf Vf und gibt I3_1 – I1_1' für Phase 1 aus. In den nachfolgenden Phasen wird die Kopplungsanordnung zwischen der Schaltung 300 und den Sensoren 100 und 200 einfach anhand der hierin abgebildeten und besprochenen Phasendiagramme geändert.
Eine weitere Schaltung 400 zur Umsetzung der Ui-Einprägung mit mehreren Vorrichtungen ist in 9 abgebildet. Die Schaltung 400 nutzt eine einzige Spannungsquelle 402 für Vf und ein Amperemeter 404. Im Betrieb baut die Spannungsquelle 402 eine Gleichtaktspannung Vcm an zumindest einem der Abfühlanschlüsse (der Kontakte 106 bzw. 102 in der linken bzw. rechten Vorrichtung) auf, und das Amperemeter 404 schließt die Kontakte 106 und 102 kurz, um den Kurzschlussstrom zwischen diesen zu messen. Zwei Widerstände R gewährleisten, dass beiden Kontakten 106 und 102 der gleiche Strom zugeführt wird. Eine Diskrepanz zwischen den Widerständen R kann dazu führen, dass ein Teil des Gleichtaktstroms durch das Amperemeter 404 strömt. Daher kann in Ausführungsformen die Schaltung 400 außerdem Schalter umfassen, um zwischen den Anschlüssen CI1 und CI2 umzuschalten, um Diskrepanzen aufzuheben. In einer anderen Ausführungsform kann auch zwischen den Anschlüssen CI3 und CI4 geschaltet werden.
Im Wesentlichen stellt die Schaltung 400 eine Möglichkeit dar, dass nur der Gegentaktstrom (I3_1 + I1_1')/2 durch das Amperemeter 404 strömt, während nur der Gleichtaktstrom von der Spannungsquelle 402 gespeist wird.
Sowohl die Iu-Eiprägung als auch die Ui-Einprägung in Konfigurationen mit einem oder mehreren Sensoren erbringen Reduktionen des Rest-Offsets, die signifikanter sind als bei herkömmlichen Ansätzen, darunter die herkömmlichen Spinning-Current-Modi. Unter Bezugnahme auf 10 in Hinblick auf Einzelsensorkonfigurationen wie die unter Bezugnahme auf 2 und 4 besprochenen kann Ui-Einprägung bzw. -Aufprägung in vier Phasen eine verbesserte Aufhebung des Rest-Offsets bieten als die Iu-Einprägung in sechs Phasen in Hall-Sensorvorrichtungen mit Versorgungsspannungen unter einer gewissen Spannung, z. B. 1,5 V. Andererseits kann die Iu-Einprägung der Ui-Einprägung aufgrund höherer Versorgungsspannungen überlegen sein.
Grundsätzlich zeigt 10 die von den hierin besprochenen Ausführungsformen in vier und in sechs Phasen gegenüber jenen mit nur zwei Phasen. In einer zweiphasigen Ausführungsform lässt sich feststellen, dass der Rest-Offset bei Versorgungsspannungen über 0,9 V viel höher und außerhalb des Messbereichs ist.
Während hierin Ausführungsformen im Zusammenhang mit Vorrichtungen mit drei Kontakten besprochen wurden, können unter Bezugnahme auf 11 auch Vorrichtungen mit mehr als drei Kontakten in Ausführungsformen zum Einsatz kommen. In diesen Ausführungsformen werden drei der Kontakte weiterhin so verwendet wie hierin besprochen, während die zusätzlichen Kontakte einfach nicht für diese Zwecke der Versorgung und des Abfühlens eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine vertikale Hall-Vorrichtung 100 mit fünf Kontakten, die die Kontakte C1, C2, C3, C4 und C5 aufweist, verwendet werden. In einer Ausführungsform werden die Kontakte C2, C3 und C4 als Versorgungs- und Abfühlanschlüsse in den diversen Betriebsphasen wie hierin unter Bezugnahme auf die Kontakte 102, 104 und 106 besprochen verwendet, während C1 und C5 nicht oder für andere Zwecke verwendet werden oder in Ausführungsformen auch kurzgeschlossen werden, um die Symmetrie der Vorrichtung zu verbessern. Diese Vorrichtungen mit mehr als drei Kontakten sind auf jede beliebige der hierin besprochenen Ausführungsformen anwendbar, so auch auf die Ausführungsform aus 11B, die zwei Vorrichtungen 100 and 100' auf eine für Fachleute verständliche Weise koppelt.
In wieder weiteren Ausführungsformen kann die Symmetrie verbessert werden, indem eine einzelne Sensorvorrichtung 100 durch eine Vielzahl an aneinander gekoppelten, im Wesentlichen identischen Sensorvorrichtungen 100 ersetzt wird. Unter Bezugnahme auf 12 sind eine erste Vorrichtung 100 und eine zweite Vorrichtung 100' im Querschnitt aneinander gekoppelt dargestellt. Wie in anderen Ausführungsformen umfasst jede Vorrichtung 100 und 100' drei Kontakte 102, 104, 106 bzw. 102', 104', 106', wenngleich die Anzahl der Kontakte wie hierin oben stehend angesprochen variieren kann. Die drei Anschlüsse T1, T2 und T3 können dann an die Anschlüsse einer anderen Vorrichtung, z. B. einer anderen Anordnung von Vorrichtungen 100 und 100', in diversen Betriebsphasen wie hierin weiter oben besprochen gekoppelt werden.
Außerdem können auch die konkrete Struktur und der konkrete Aufbau jeder Vorrichtung 100 und 100' in Ausführungsformen variieren, die die Vorrichtungen 100 und 100' und andere hierin besprochene betreffen. In Bezug auf Ausführungsformen, die die Vorrichtungen 100 und 100' umfassen, kann es zu Variationen kommen, solange jede Vorrichtung 100 und 100' mit der anderen im Wesentlichen identisch bleibt.
Beispielsweise kann jede Vorrichtung 100 und 100' lateral oder vertikal von der anderen isoliert werden, oder die Vorrichtungen 100 und 100' können in Bezug zueinander so angeordnet werden, dass eine Isolation hergestellt wird, indem die Entfernung zwischen den Kontakten jeder Vorrichtung 100 und 100' (106 und 102' laut Grundrissdarstellung in 12) größer ist als die Entfernung zwischen Kontakte einer oder der anderen der Vorrichtungen 100 und 100' (z. B. zwischen den Kontakten 102 und 104 etc.). Jeder Kontakt 102, 104, 106, 102', 104', 106' kann identisch sein, oder einer oder mehrere können größer oder kleiner sein. Beispielsweise weisen in einer Ausführungsform, die im Grundriss in 13A abgebildet ist, die Kontakte 102, 104, 102' und 104' eine ähnliche Größe auf, während die Kontakte 106 und 106' größer sind. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. In 13B weisen die Kontakte 102, 104, 106, 102', 104', 106' ebenfalls eine ähnliche Größe auf, sind aber kreisförmig, zueinander auf jeder Vorrichtung 100 und 100' in einem Abstand von etwa 120° angeordnet und zwischen den Vorrichtungen 100 und 100' um etwa 60° gedreht. Während 13A eine vertikale Hall-Vorrichtung zeigt, kann 13B auf Magnetfelder sowohl auf gleicher als auch nicht auf gleicher Ebene reagieren. Auch sonstige Strukturunterschiede können in Ausführungsformen vorliegen, z. B. die Gegenwart oder Abwesenheit von Deckplatten, zusätzlichen Gefäßen, einer Gefäßstrukturierung und weiterer Elemente, die sich Fachleuten erschließen.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 12 entspricht die Richtung des äußeren Magnetfelds wie auf jeder Vorrichtung 100 und 100' dargestellt, d. h. in Richtung auf die Darstellungsebene wie in der Zeichnung dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann das variieren. Gemäß der Darstellung sind jeweils die Kontakte 102 und 104', die Kontakte 104 und 106' und die Kontakte 106 und 102' aneinander gekoppelt und bilden so drei Anschlüsse T1, T2 bzw. T3. Dies entspricht einer ersten Phase, Phase 1, in der T1 der Versorgungsanschluss ist, T2 an Masse gelegt ist und T3 der Signalanschluss ist.
Die Spannung bei T3 ist aufgrund der Kopplung der Kontakte 106 und 102' etwa halb so hoch wie die Versorgungsspannung. Die Angaben 0,3 und 0,7 in 12 zeigen an, dass das Potenzial auf dem jeweiligen Kontakt bei Magnetfeld 0 und in Abwesenheit eines Kurzschlusses zwischen den Kontakten 106 und 102' etwa den jeweiligen Prozentsatz der Versorgungsspannung beträgt, also etwa 30% bei Kontakt 106 und 70% bei Kontakt 102'. Somit führt ein Koppeln der beiden in Phase 1 zu einem Durchschnittswert von etwa 50% bei T3. In weiteren Phasen ist die Gleichtaktspannung höher oder niedriger, nämlich 60% bzw. 40%, was immer noch eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lösungen darstellt, bei denen die Spannung 70% bzw. 30% betragen kann. Anders ausgedrückt werden geringere Erhöhungen oder Sprünge der Gleichtaktspannung zwischen den Betriebsphasen erreicht, was die Sensorleistung verbessert.
In nachfolgenden Phasen bleiben in einer Ausführungsform die Kopplungen zwischen den Vorrichtungen 100 und 100' gleich, während sich die Verwendung der Anschlüsse T1, T2 und T3 ändert. In einer Ausführungsform ist z. B. in Phase 2 T1 der Signalanschluss, T2 der Versorgungsanschluss und T3 an Masse gelegt; in Phase 3 T1 an Masse gelegt, T2 Signal und T3 Versorgung; in Phase 4 T1 Versorgung, T2 Signal und T3 an Masse gelegt; in Phase 5 T1 an Masse gelegt, T2 Versorgung und T3 Signal; und in Phase 6 T1 Signal, T2 an Masse gelegt und T3 Versorgung. Diese Kopplungsanordnungen und Abfolgen können in anderen Ausführungsformen variieren, das Ergebnis unterm Strich ist jedoch im Allgemeinen, dass die Kombination der Signale aus allen Phasen eine Erhöhung der magnetischen Empfindlichkeit und einen Rückgang des Offset-Fehlers herbeiführt, während auch der Sprung der Gleichtaktspannung verringert wird.
In anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Vorrichtungen 100 und 100' verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 14 ist eine Ausführungsform abgebildet, die drei Vorrichtungen 100, 100' and 100'' umfasst. Auch hier beträgt das Gleichtaktpotenzial am Signalanschluss in jeder Betriebsphase (die Phasen 1, 2 und 3 sind jeweils in den 14A, 14B bzw. 14C abgebildet) 50% der Versorgungsspannung. Unter Bezugnahme auf 15 werden vier Vorrichtungen 100, 100', 100'', 100''' in den 15A und 15B auf je zwei verschiedene Arten gekoppelt. Zu beachten ist, dass in 15 Draufsichten und nicht Querschnitte abgebildet sind.
Im Allgemeinen können n Vorrichtungen aneinander gekoppelt sein. Wenn die Kontakte der n-ten Vorrichtung Cn1 C_N,1, C_N,2, C_N,3 sind, sieht eine Ausführungsform der Kopplung der Vorrichtungen wie folgt aus:
T1: C_1,1, C_2,2, ... C_{N,mod(N+2;3)+1}
T2: C_1,2, C_2,3, ... C_{N,mod(N+3;3)+1}
T3: C_1,3, C_2,1, ... C_{N,mod(N+4;3)+1}
Somit sind in einer Ausführungsform mit fünf Vorrichtungen 100 die Anschlüsse T1, T2 und T3 wie folgt gekoppelt:
T1: C_1,1, C_2,2, C_3,3, C_4,1, C_5,2
T2: C_1,2, C_2,3, C_3,1, C_4,2, C_5,3
T3: C_1,3, C_2,1, C_3,2, C_4,3, C_5,1
Auch dies ist nur ein Ausführungsbeispiel, und andere Konfigurationen, Anzahlen an Vorrichtungen und sonstige Eigenschaften können in anderen Ausführungsformen variieren. Eine solche Konfiguration aus fünf Vorrichtungen 100 kann dann an eine weitere solche Konfiguration oder eine sonstige andere wie hierin weiter oben besprochen gekoppelt werden.
Diverse Ausführungsformen von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiele angegeben und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Außerdem versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen auf diverse Arten kombiniert werden können, um zahlreiche weitere Ausführungsformen herzustellen. Darüber hinaus wurden zwar verschiedenste Materialien, Ausdehnungen, Formen, Konfigurationen und Positionen etc. zur Verwendung mit den offenbarten Ausführungsformen beschrieben, doch neben den offenbarten können auch andere zum Einsatz kommen, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Fachleute in den einschlägigen Gebieten werden erkennen, dass die Erfindung auch weniger Merkmale enthalten kann als in einzelnen oben stehend beschriebenen Ausführungsformen dargestellt. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Darstellung der Art und Weise gedacht, wie die diversen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Somit handelt es sich bei den Ausführungsformen nicht um einander ausschließende Kombinationen von Merkmalen; vielmehr kann die Erfindung, was für Fachleute verständlich ist, eine Kombination aus verschiedenen einzelnen Merkmalen umfassen, die aus verschiedenen einzelnen Ausführungsformen ausgewählt wurden. Sofern nicht anders angegeben, können zudem Elemente, die in Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben wurden, auch in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden, selbst wenn sie nicht für diese Ausführungsformen beschrieben wurden. Auch wenn ein abhängiger Anspruch in den Patentansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen verweist, können andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination eines oder mehrerer Merkmale mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen aufweisen. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, es sei denn, es ist angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht vorgesehen ist. Außerdem ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden beliebigen sonstigen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht von diesem unabhängigen Anspruch direkt abhängig gemacht wurde.
Jedwede Aufnahme von oben stehenden Dokumenten durch Verweis ist begrenzt, sodass keine Materie einbezogen wird, die der expliziten Offenbarung hierin widerspricht. Jedwede Aufnahme von oben stehenden Dokumenten ist ferner dadurch begrenzt, dass keinerlei in den Dokumenten enthaltene Ansprüche durch Verweis hierin aufgenommen sind. Jedwede Aufnahme von oben stehenden Dokumenten ist ferner dadurch begrenzt, dass in den Dokumenten bereitgestellte Definitionen hierin nicht durch Verweis aufgenommen sind, sofern sie hierin nicht ausdrücklich aufgenommen sind.
Für Zwecke der Auslegung der Patentansprüche für die vorliegende Erfindung wird ausdrücklich beabsichtigt, sich nur auf die Bestimmungen in Abschnitt 112, sechster Absatz, 35 U. S. C. zu berufen, wenn die konkreten Begriffe „Mittel zu” oder „Schritt zu” in einem Anspruch genannt werden.

Claims

Sensorvorrichtung (100; 200), die Folgendes umfasst: zumindest ein Sensorelement, das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) umfasst; und eine Sensorschaltungsanordnung (101; 300; 400), die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein Versorgungsstrom in einen der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) als Versorgungskontakt eingespeist wird und ein Potenzial am zweiten der drei Kontakte als Signalkontakt gemessen wird, wobei jede Betriebsphase eine erste Anordnung der drei Kontakte als Versorgungskontakt und Signalkontakt aufweist und eine korrespondierende Betriebsphase aufweist, in der eine zweite Anordnung der drei Kontakte die gegenüber der ersten Anordnung umgekehrte Anordnung der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) als Versorgungskontakt und Signalkontakt ist und ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung (100; 200) mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Potenziale in der Vielzahl von Betriebsphasen in Beziehung steht, worin die Vielzahl jede Betriebsphase und die jeweils korrespondierende Betriebsphase umfasst.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1, worin das Sensorelement eine aktive Region umfasst, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 2, worin die drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) an der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sind und/oder worin die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich ist, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die ein erstes und ein zweites Sensorelement umfasst, worin die Sensorschaltungsanordnung (101; 300; 400) so konfiguriert ist, dass sie ein Potenzial zwischen dem Signalkontakt des ersten Sensorelements und dem Signalkontakt des zweiten Sensorelements misst, worin ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der in der Vielzahl von Betriebsphasen gemessenen Potenziale in Beziehung steht.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) ein erster Kontakt, ein zweiter Kontakt und ein dritter Kontakt sind und worin die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest zwei der folgenden Gruppen umfasst: Gruppe 1, in der eine erste Betriebsphase den ersten Kontakt als Versorgungskontakt und den dritten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine zweite Betriebsphase den ersten Kontakt als Signalkontakt und den dritten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst; Gruppe 2, in der eine dritte Betriebsphase den ersten Kontakt als Versorgungskontakt und den zweiten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine vierte Betriebsphase den ersten Kontakt als Signalkontakt und den zweiten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst; und Gruppe 3, in der eine fünfte Betriebsphase den zweiten Kontakt als Versorgungskontakt und den dritten Kontakt als Signalkontakt umfasst und eine sechste Betriebsphase den zweiten Kontakt als Signalkontakt und den dritten Kontakt als Versorgungskontakt umfasst.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Höhe des Versorgungsstroms in der Betriebsphase und der korrespondierenden Betriebsphase gleich ist.
Sensorvorrichtung (100; 200), die Folgendes umfasst: zumindest ein Sensorelement, das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) umfasst; und eine Sensorschaltungsanordnung (101; 300; 400), die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein erstes und ein zweites Versorgungspotenzial an je zwei der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) als Versorgungskontakte angelegt werden und eines der Versorgungspotenziale an den dritten der drei Kontakte als Signalkontakt angelegt wird, ein Strom am dritten der drei Kontakte gemessen wird und ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung (100; 200) mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Ströme in allen Betriebsphasen in Beziehung steht.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 7, worin jede aus der Vielzahl der Betriebsphasen eine erste Anordnung der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) als Versorgungskontakte und Signalkontakt aufweist und eine korrespondierende Betriebsphase aufweist, in der eine zweite Anordnung der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) einen gleichen Versorgungskontakt umfasst, wobei der andere Versorgungskontakt und der Signalkontakt im Vergleich zur ersten Anordnung vertauscht sind.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 7 und 8, die außerdem ein erstes und ein zweites Sensorelement umfasst, worin ein Ausgangssignal in jeder Betriebsphase eine Differenz der Ströme an den Signalkontakten des ersten und des zweiten Sensorelements ist und worin ein Ausgangssignal der Sensorvorrichtung (100; 200) mit einer Kombination der Ausgangssignale jeder Betriebsphase in Beziehung steht.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin die Vielzahl der Betriebsphasen zumindest vier Betriebsphasen umfasst.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin das Sensorelement eine aktive Region umfasst, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 11, worin die drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) auf der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sind und/oder worin die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich ist, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen.
Sensorvorrichtung (100; 200), die Folgendes umfasst: zumindest ein Sensorelement, das zum Abfühlen einer physikalischen Eigenschaft konfiguriert ist und drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) umfasst; und eine Sensorschaltungsanordnung (101; 300; 400), die an das zumindest eine Sensorelement gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das zumindest eine Sensorelement in einer Vielzahl von Betriebsphasen betreibt, sodass in jeder Betriebsphase ein erstes und ein zweites Versorgungspotenzial an je zwei der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) als Versorgungskontakte angelegt werden und ein erzwungenes Potenzial, das in jeder aus der Vielzahl von Betriebsphasen gleich ist, an den dritten der drei Kontakte als Signalkontakt angelegt wird, ein Strom am dritten der drei Kontakte gemessen wird und das Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der an den Signalkontakten gemessenen Ströme in der Vielzahl von Betriebsphasen in Beziehung steht.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 13, worin die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest drei Betriebsphasen umfasst, sodass in einer ersten Betriebsphase der erste der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, in einer zweiten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist und in einer dritten Betriebsphase der dritte der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 13 und 14, worin die Vielzahl von Betriebsphasen zumindest sechs Betriebsphasen umfasst, sodass in einer ersten Betriebsphase der erste der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist; in einer zweiten Betriebsphase der erste der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist; in einer dritten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist; in einer vierten Betriebsphase der zweite der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem dritten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist; in einer fünften Betriebsphase der dritte der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das erste Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das zweite Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist; und in einer sechsten Betriebsphase der dritte der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) der Signalkontakt ist, das zweite Versorgungspotenzial an dem ersten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist und das erste Versorgungspotenzial an dem zweiten der drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) bereitgestellt ist.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin das Sensorelement eine aktive Region umfasst, die auf die physikalische Eigenschaft empfindlich ist, wobei die aktive Region sich in das Sensorelement von einer ersten Oberfläche des Sensorelements aus erstreckt.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, worin die drei Kontakte (102, 104, 106; 202, 204, 206) auf der ersten Oberfläche des Sensorelements in ohmschem Kontakt mit der aktiven Region angeordnet sind und/oder worin die aktive Region auf Magnetfeldkomponenten empfindlich ist, die senkrecht auf die erste Oberfläche oder parallel zu ihr verlaufen.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, die außerdem ein erstes und ein zweites Sensorelement umfasst, worin in jeder aus der Vielzahl von Betriebsphasen das an das jeweils erste bzw. zweite Sensorelement angelegte erste bzw. zweite Versorgungspotenzial gleich sind, das Ausgangssignal einer beliebigen aus der Vielzahl von Betriebsphasen mit der Differenz der an den Signalkontakten des ersten und des zweiten Sensorelements gemessenen Ströme in Beziehung steht und das Ausgangssignal der Sensorvorrichtung mit einer Kombination der Differenzen aus der gesamten Vielzahl an Betriebsphasen in Beziehung steht.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 18, worin das an das erste und das an das zweite Sensorelement angelegte erzwungene Potenzial gleich sind.
Sensorvorrichtung (100; 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das zumindest eine Sensorelement ein Hall-Sensorelement oder ein vertikales Hall-Sensorelement umfasst.