DE102013215700B4

DE102013215700B4 - Rückkopplungssteuerkreis für eine Hall-Effekt-Vorrichtung, geregelter Sensor und Verfahren zur Regelung einer Hall-Effekt-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013215700B4
Application number: DE102013215700.2A
Authority: DE
Inventors: Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: DE102013215700A1; US20140043085A1; US8674690B2

Abstract

Rückkopplungssteuerkreis (18) für eine Hall-Effekt-Vorrichtung (12), umfassend:ein einstellbares Element (14), das konfiguriert ist, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal zu versetzen, und konfiguriert ist, ein Offset-Signal auszugeben;einen Hauptsignalpfad (16), umfassend einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Hauptsignal auszugeben; undeine Rückkopplungssteuerschleife, umfassend:einen zweiten Komparator (28), der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Tracking-Signal auszugeben;einen ersten Signal-Evaluator (32), der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren; undeine erste Steuerung (34), die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben,wobei die Rückkopplungssteuerschleife des Weiteren Folgendes umfasst:einen zweiten Signal-Evaluator (54), der konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren; undeine zweite Steuerung (56), die konfiguriert ist, den ersten Komparator oder den zweiten Komparator (28) zu steuern, oder das einstellbare Element (14), so dass die Differenz reduziert wird.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf einen Rückkopplungssteuerkreis für eine Hall-Effekt-Vorrichtung, auf einen geregelten Sensor und auf ein Verfahren zur Regelung einer Hall-Effekt-Vorrichtung.
Die DE 100 32 530 C2 zeigt eine Verstärkerschaltung mit Offsetkompensation. Die DE 44 31 703 A1 zeigt ein Magnetfeldsensor mit Hallelement. Die DE 102 13 687 B4 bezieht sich auf einen Sensor mit Schwellregeleinrichtung. Die Veröffentlichung von Draxelmayr und Borgschulze mit dem Titel „A self-calibraing Hall sensor IC with direction detection“ befasst sich mit einem monolithischen Radgeschwindigkeitssensor auf Basis des Halleffekts. Die Veröffentlichung von Motz und Draxelmayr mit dem Titel „A chopped Hall sensor with small jitter and programmable „True Power-on“ function” befasst sich mit einem Hallsensor für eine Nockenwellenapplikation.
HINTERGRUND
Ein Magnetfeld oder ein Magnetfluss können unter Verwendung einer Hall-Effekt- oder XMR-Vorrichtung (X-magnetoresistiver Sensor, z.B. AMR-, GMR- oder TMR-Sensor) detektiert werden. Somit kann die Hall- oder XMR-Effekt-Vorrichtung zur Detektion einer Variation eines Magnetfeldes verwendet werden, die z.B. durch eine Drehbewegung eines Nockenwellenrades bewirkt wird. Typischerweise weist ein solches Nockenwellenrad eine Einkerbung oder einen Zahn auf, die/der das Magnetfeld eines feststehenden Permanentmagneten beeinflusst. Diese Variation im Magnetfluss findet sich in einem Luftspalt zwischen dem Permanentmagnet und dem sich vorbeibewegenden Nockenwellenrad. Auf diese Weise stellt die Hall- oder XMR-Effekt-Vorrichtung eine kontaktlose Überwachung der Geschwindigkeit oder der Position eines sich drehenden Elements wie einer Nockenwelle bereit.
Hall-Effekt- und XMR-Vorrichtungen basieren auf dem Prinzip, dass ein vorhandenes Magnetfeld einen Ausgangssignalstrom oder eine Ausgangssignalspannung in einem Magnetfelddetektionselement und somit eine Verteilung der Ladungsdichte über das Magnetfelddetektionselement beeinflusst. Diese (asymmetrische) Verteilung der Ladung resultiert in einem elektrischen Potential an dem Magnetfelddetektionselement und in einer Spannung bzw. einem Strom. Die Spannung, die auch als Hall-Spannung bezeichnet wird, liefert Informationen über den Magnetfluss.
Das Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung, z.B. ein Differenzsignal mit einer Sinusform, die aus einer Bewegung eines Nockenwellenrades (worin das Maximum und das Minimum des Sinussignals einem Zahn und einer Einkerbung des Rades entsprechen) resultiert, kann digital verarbeitet werden. Somit wird das Signal der Hall- oder XMR-Effekt-Vorrichtung versetzt, um Auswirkungen wie eine Temperaturverschiebung auszugleichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt einen Rückkopplungssteuerkreis für eine Hall-Effekt-Vorrichtung bereit, der ein verstellbares Element, einen Hauptsignalpfad und eine Rückkopplungssteuerschleife umfasst. Das verstellbare Element ist konfiguriert, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einem Offset- (oder Versatz-) Steuersignal zu versetzen und ein Offset-Signal auszugeben. Der Hauptsignalpfad umfasst einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Hauptsignal auszugeben. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst einen zweiten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Tracking- (oder Verfolgungs-) Signal auszugeben, einen ersten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren, und eine erste Steuerung, die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst des Weiteren einen zweiten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren, und eine zweite Steuerung, die konfiguriert ist, einen der Komparatoren oder das verstellbare Element zu steuern, so dass die Differenz reduziert wird.
Eine weitere Ausführungsform stellt einen Rückkopplungssteuerkreis für eine Hall-Effekt-Vorrichtung bereit, der ein verstellbares Element, einen Hauptsignalpfad und eine Rückkopplungssteuerschleife umfasst. Das verstellbare Element ist konfiguriert, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einem Offset-Steuersignal zu versetzen und ein Offset-Signal auszugeben. Der Hauptsignalpfad umfasst einen ersten mehrstufigen Tiefpassfilter und einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das tiefpassgefilterte Offset-Signal zu verarbeiten, um ein digitales Hauptsignal mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke auszugeben. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst einen zweiten Tiefpassfilter, der in einer Ausführungsform eine schnellere Filterantwort im Vergleich zu einer Filterantwort des ersten mehrstufigen Tiefpassfilters aufweist, einen zweiten Komparator, der konfiguriert ist, das tiefpassgefilterte Offset-Signal zu verarbeiten, um ein digitales Tracking-Signal mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke auszugeben, einen ersten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren, und eine erste Steuerung, die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben. Eine erste Verzögerung zwischen den ansteigenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals und eine zweite Verzögerung zwischen den abfallenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals werden durch die unterschiedlichen Filterantworten des ersten und des zweiten Tiefpassfilters und die Offset-Differenz zwischen dem Hauptkomparator und dem Tracking-Komparator bewirkt. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst einen zweiten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, eine Zeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Verzögerung zu bestimmen, und eine zweite Steuerung, die konfiguriert ist, ein Arbeitspunktsignal an den zweiten Komparator auszugeben, so dass ein Arbeitspunkt des zweiten Komparators eingestellt wird, um Bauteiltoleranzen zwischen dem ersten und dem zweiten Komparator auszugleichen, wobei der Arbeitspunkt eingestellt wird, bis die Zeitdifferenz reduziert ist.
Eine weitere Ausführungsform stellt einen Rückkopplungssteuerkreis für eine Hall-Effekt-Vorrichtung bereit und umfasst Mittel zum Versetzen eines Signals der Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einem Offset-Steuersignal und zum Ausgeben eines Offset-Signals. Der Rückkopplungssteuerkreis umfasst des Weiteren Mittel zum Verarbeiten des Offset-Signals, um ein Hauptsignal auszugeben, und Mittel zum Verarbeiten des Offset-Signals, um ein Tracking-Signal auszugeben, Mittel zum Evaluieren des Tracking-Signals und zum Ausgeben des Offset-Steuersignals auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals. Der Rückkopplungssteuerkreis umfasst des Weiteren Mittel zum Detektieren einer Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals und zum Steuern eines der Komparatoren oder des Mittels zum Versetzen, so dass die Differenz reduziert wird.
Eine weitere Ausführungsform stellt einen geregelten Sensor bereit, umfassend eine Hall-Effekt-Vorrichtung und einen Rückkopplungssteuerkreis. Der Rückkopplungssteuerkreis umfasst ein einstellbares Element, einen Hauptsignalpfad und eine Rückkopplungssteuerschleife. Das einstellbare Element ist konfiguriert, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einem Offset-Steuersignals zu versetzen und ein Offset-Signal auszugeben. Der Hauptsignalpfad umfasst einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um das Hauptsignal auszugeben. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst einen zweiten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Tracking-Signal auszugeben, einen ersten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren, und eine erste Steuerung, die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben. Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst des Weiteren einen zweiten Signal-Evaluator, der konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren, und eine zweite Steuerung, die konfiguriert ist, einen der Komparatoren oder das einstellbare Element zu steuern, so dass die Differenz reduziert wird.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Regeln einer Hall-Effekt-Vorrichtung bereit, wobei das Verfahren das Versetzen eines Signals der Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einem Offset-Steuersignal umfasst, das Ausgeben eines Offset-Signals, das Verarbeiten des Offset-Signals, um ein Hauptsignal auszugeben. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Verarbeiten des Offset-Signals, um ein Tracking-Signals auszugeben, das Evaluieren des Tracking-Signals, das Ausgeben des Offset-Steuersignals auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Detektieren einer Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals und das Steuern eines der Komparatoren oder des Offset-Steuersignals, so dass die Differenz reduziert wird.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend in Bezug auf die Figuren beschrieben.

1a ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines herkömmlichen geregelten Sensors, umfassend einen Rückkopplungssteuerkreis mit einem Hauptsignalpfad und einem Tracking-Signalpfad;
1b ist ein Diagramm eines Hauptsignals und eines Tracking-Signals, aufgezeichnet über die Zeit, zur Veranschaulichung eines Offset-Fehlers, hervorgerufen durch den Rückkopplungssteuerkreis der 1a;
1c ist ein Diagramm eines Eingangssignals einer Hall-Effekt-Vorrichtung in Kombination mit den Schaltschwellwerten des Hauptsignalpfades und des Tracking-Signalpfades zur Veranschaulichung einer Auswirkung des Offset-Fehlers auf einen Arbeitszyklus;
2a ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines Rückkopplungssteuerkreises für eine Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2b ist ein Diagramm, das einen Vergleich des Diagramms der 1b und eines ähnlichen Diagramms zeigt, das aus dem Rückkopplungssteuerkreis der 2a resultiert, zur Veranschaulichung der Leistungsverbesserung;
3 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines Rückkopplungssteuerkreises für eine Hall-Effekt-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4a ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines Rückkopplungssteuerkreises, umfassend einen Komparator in Kombination mit einem Verstärker im Hauptsignalpfad und einen Komparator in Kombination mit einem einstellbaren Verstärker im Tracking-Signalpfad während des Normalbetriebsmodus gemäß einer Ausführungsform; und
4b ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des Rückkopplungssteuerkreises der 4a während des Modus der Inbetriebnahme gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verschiedene Ausführungsformen der hierin offenbarten Lehren sind nachfolgend mit Bezug auf die 2a bis 4 erläutert. In den Zeichnungen sind identische Bezugszeichen für Objekte mit identischen oder ähnlichen Funktionen bereitgestellt, so dass durch identische Bezugszeichen bezeichnete Objekte innerhalb der verschiedenen Ausführungsformen austauschbar sind und die Beschreibung für beide Seiten anwendbar ist.
Mit Bezug auf 1a sind ein Rückkopplungssteuerkreis nach dem Stand der Technik und dessen Nachteile erläutert, wobei ein verbesserter Lösungsansatz ausgehend vom Rückkopplungssteuerkreis nach dem Stand der Technik in 2 erläutert wird.
1a zeigt einen geregelten Sensor 10, umfassend eine Hall-Effekt-Vorrichtung 12, ein einstellbares Element 14, einen Hauptsignalpfad 16 und eine Rückkopplungssteuerschleife 18 (im Tracking-Signalpfad). Die Hall-Effekt-Vorrichtung 12 ist hierin durch zwei parallele Widerstandsbrücken 12a und 12b veranschaulicht, wobei das einstellbare Element 14 (z.B. ein Vorverstärker) mit einem Mittelabgriff der Widerstandsbrücke 12a und einem Mittelabgriff der zweiten Widerstandsbrücke 12b über seinen Differentialeingang verbunden ist. Das einstellbare Element 14 ist über seinen (unsymmetrischen) Ausgang mit dem Hauptsignalpfad 16 verbunden, umfassend einen ersten Komparator 22 (z.B. einen zerhackten oder automatisch nullstellenden Komparator) und ein erstes aktives Tiefpassfilter 24, das zwischen dem ersten Komparator 22 und dem Ausgang des einstellbaren Elements 14 angeordnet ist. Der Hauptsignalpfad 16 kann fakultativ eine Freigabelogik 26 umfassen, die mit dem ersten Komparator 22 verbunden ist.
Das einstellbare Element 14 ist des Weiteren über seinen Ausgang mit der Rückkopplungssteuerschleife 18 verbunden, die umgekehrt mit einem Offset-Signaleingang des einstellbaren Elements 14 verbunden ist, um selbige zu steuern. Die Rückkopplungssteuerschleife 18 umfasst einen zweiten Komparator 28 und einen zweiten aktiven Tiefpassfilter 30, der zwischen dem zweiten Komparator 28 und dem Ausgang des einstellbaren Elements 14 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Rückkopplungssteuerschleife 18 einen ersten Signal-Evaluator 32, der mit dem zweiten Komparator 28 verbunden ist, um das Tracking-Signal im Tracking-Signalpfad zu evaluieren. Die Rückkopplungssteuerschleife 18 wird durch eine erste Steuerung 34, z.B. einen Digital-Analog-Wandler, geschlossen, die zwischen dem ersten Signal-Evaluator 32 und der Offset-Signaleingabe des verstellbaren Elements 14 angeordnet ist.
Die Rückkopplungssteuerschleife 18 hat die Aufgabe, das verstellbare Element 14 anzupassen, so dass ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung 12 (hierin nachfolgend als Hall-Effekt-Signal bezeichnet), z.B. eine Spannungsdifferenz (Hall-Spannung) zwischen den zwei Mittelabgriffen der Widerstandsbrücken 12a und 12b (unter der Annahme, dass eine Vorspannung über die zwei parallelen Widerstandsbrücken 12a und 12b angelegt wird), versetzt wird, um Auswirkungen wie eine Temperaturdrift auszugleichen. Der Hintergrund dafür ist, dass das Hall-Effekt-Signal ein Sinussignal mit einer Frequenz zwischen 10 oder 50 kHz oder ein anderes alternierendes Signal sein kann, das aus einer Schwingungsvariation eines Magnetfelds (vgl. Drehbewegung) resultiert, wobei das Signal eine Gleichstromkomponente aufweisen kann. Aufgrund des Offset-Versatzes des Hall-Effekt-Signals wird die Gleichstromkomponente so angepasst, dass das (analoge) Sinussignal, das auch als Offset-Signal bezeichnet wird, im Hauptsignalpfad verarbeitet werden kann. Es ist anzumerken, dass in dieser Implementierung das Differential-Hall-Effekt-Signal durch das verstellbare Element 14 in ein unsymmetrisches Signal umgewandelt wird. Dieses (unsymmetrische) Offset-Signal wird im Hauptsignalpfad 16 durch das erste Tiefpassfilter 24 und durch den zweiten Komparator 22 verarbeitet. Das Tiefpassfilter 24, das typischerweise als aktives zweistufiges Tiefpassfilter (Kombination von zwei Tiefpassfiltern) mit einem hohen Q-Faktor realisiert ist, reduziert ein Hochfrequenzrauschen des Offset-Signals. Der erste Komparator 22 vergleicht das Offset-Signal bzw. die Spannung mit einem feststehenden Schwellenwert (z.B. 0V), um das Offset-Signal zu digitalisieren und ein Hauptsignal an die fakultative Freigabelogik 26 auszugeben. Dabei schaltet der Komparator 22 den Ausgang von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel, wenn der Signalwert größer als der Schwellenwert ist, und umgekehrt auf den niedrigen Pegel, wenn der Eingabewert kleiner als der Schwellenwert ist. Der erste Komparator 22 kann fakultativ eine Hysterese umfassen, um ein Schalten im Nulldurchgang aufgrund des Rauschens zu vermeiden. Alternativ dazu kann ein Nicht-Hysterese-Komparator mit einem Schmitt-Trigger gekoppelt sein, so dass eine verdeckte Hysterese erzeugt wird. Dabei kann der Komparator 22 als Null-Detektor konfiguriert sein. Somit kann ein 50% Tastverhältnis erzeugt werden, wenn das Eingangssignal ein oszillierendes Signal ist, das zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert schwingt, wobei der Minimalwert denselben Absolutwert im Vergleich zum Maximalwert aufweist. Dies wiederum bedeutet, dass das Versetzen des Hall-Effekt-Signals (unter Verwendung des einstellbaren Elements 14) ermöglicht, den Bereich des Offset-Signals (zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert) und somit das Tastverhältnis einzustellen. Aus diesem Grund wird das Offset-Signal so gewählt, dass ein Ziel-Tastverhältnis (z.B. 40% oder 50% Arbeitszyklus) vom Komparator 22 unabhängig von jeglichen Auswirkungen wie Temperatur- oder Lebensdauerschwankungen ausgegeben wird.
Wie obig erklärt wurde, wird die Anpassung des Versatzes durch das einstellbare Element 14 durchgeführt, das über die Rückkopplungssteuerschleife 18 gesteuert wird. In der Rückkopplungssteuerschleife 18 wird das vom einstellbaren Element 14 ausgegebene Offset-Signal verarbeitet, nämlich durch das zweite Filter 30 tiefpassgefiltert, z.B. durch ein aktives einfaches Tiefpassfilter, das eine vorzugsweise schnellere Filterantwort im Vergleich zur Filterantwort des ersten Filters 24 aufweist, und durch den zweiten Komparator 28 digitalisiert, der mit dem ersten Komparator 22 verglichen werden kann. Der zweite Komparator 28 gibt ebenfalls ein digitales Signal aus, nämlich das sogenannte Tracking-Signal, das vom Signal-Evaluator 32 evaluiert wird. Auf der Grundlage des evaluierten Signals gibt die Steuerung 34, z.B. ein Digital-Analog-Wandler, ein Offset-Steuersignal, z.B. einen Strom, an das einstellbare Element 14 aus. Anders gesagt, bildet die Steuerung 34 die Stromversorgung des einstellbaren Elements 14, wobei ein Arbeitspunkt des einstellbaren Elements (Verstärkungsfaktor im Fall eines Vorverstärkers) durch die Steuerung 34 gesteuert wird. Dieses „Ausgleichen“ des Offset-Versatzes wird während einiger Perioden des Hall-Effekt-Signals durchgeführt, wobei jede Anpassung auf einige LSBs (Least Significant Bit; niederwertigstes Bit) pro Nulldurchgang begrenzt werden kann. Die Evaluierung des digitalen Tracking-Signals, die vom Signal-Evaluator 32 durchgeführt wird, basiert typischerweise auf einem sogenannten Tracking-Algorithmus, der konfiguriert ist, eine Steigung oder ein Maximum des Tracking-Signals zu detektieren und ein resultierendes Offset-Steuersignal zu berechnen. Somit kann der Signal-Evaluator 32 eine Steigungs-/Maximums-Detektion am Offset-Berechner umfassen, der das Offset-Steuersignal an das verstellbare Element 14 über die Steuerung 34 ausgibt, wobei die Steuerung 34 das digitale Offset-Steuersignal in ein analoges Offset-Steuersignal umwandelt.
Der zweite Komparator 28 ist ähnlich dem ersten Komparator 22, weshalb er ebenfalls eine begrenzte Bandbreite hat. Um die Bandbreite zu erhöhen, kann ein Arbeitspunkt des zweiten Komparators 28 während der Signalevaluierung variiert werden. Somit umfasst der Signal-Evaluator 32 eine Tracking-Steuerung 32a, z.B. einen weiteren Stromsteuerungs-DAC, der ein oszillierendes Arbeitspunktsignal an den zweiten Komparator 28 ausgibt, so dass dessen Arbeitspunkt mit einer Abtastfrequenz variiert wird. Aufgrund der hohen Abtastfrequenz, z.B. 2 oder 10 MHz, was im Vergleich zur Frequenz des Offset-Signals größer ist, kann das Offset-Signal abgetastet werden. Die Abtastfrequenz wird so gewählt, so dass die Verzögerungsdifferenz (d_b- d_a) mit ausreichender Genauigkeit digitalisiert oder abgetastet wird. Auf diese Weise ist die Abtastfrequenz typischerweise mehr als 10-mal größer im Vergleich zu einer reziproken Verzögerungsdifferenz (d.h. 1/(d_b - d_a)). Anders gesagt, die Digitalisierung in der Rückkopplungssteuerschleife 18 wird durch eine Kombination aus einem Niedrigauflösungs-ADC und einem Verstärker mit programmierbarer Verstärkung eines Hochauflösungs-ADC durchgeführt. Der Signal-Evaluator 32 kann des Weiteren eine fakultative Dither- (oder Zitter-) Steuerung 32b (z.B. ebenfalls einen DAC) umfassen, die konfiguriert ist, ein Hochfrequenzsignal auszugeben, z.B. ein Dreiecksignal, ein Sägezahnsignal oder ein anderes Pseudo-Zufallssignal, überlagert über das Arbeitspunktsignal. Aufgrund dieses an die zweite Steuerung 28 angelegten Dither-Signals kann die Abtastgenauigkeit erhöht werden. Aufgrund dieses Dither-Effekts kann das Offset-Signal mit einer höheren Auflösung von 11 bis 14 Bits abgetastet werden. Es ist anzumerken, dass das Tracking-Signal typischerweise tiefpassgefiltert wird, wenn ein Dither-Signal überlagert wird. Somit kann der Signal-Evaluator 32 ein Tiefpassfilter zur Mittelung umfassen. Um das Versetzen des Hall-Effekt-Signals schnell durchzuführen, kann das Filter 30 in der Rückkopplungssteuerschleife 18 vorzugsweise eine schnellere Filterantwort im Vergleich zu dem Filter 24 im Hauptsignalpfad aufweisen. Diese unterschiedliche Filtereigenschaft führt zu einer Phasenverschiebung des Hauptsignals im Vergleich zum Tracking-Signal, wie dies durch 1b dargestellt ist.
1b zeigt ein Diagramm des Hauptsignals 38 und des Tracking-Signals 40, aufgezeichnet über die Zeit. Wie veranschaulicht ist, sind beide Signale 38 und 40 digitale Signale mit ansteigenden und abfallenden Flanken zwischen ihren jeweiligen niedrigen und hohen Pegeln. Wie obig ausgeführt, wird das Hauptsignal 38 im Vergleich zum Tracking-Signal 40 verzögert. Eine Verzögerung d_a (z.B. 4 µs) zwischen den abfallenden Flanken 38a und 40a des Hauptsignals 38 und des Tracking-Signals 40 unterscheidet sich aber von einer Verzögerung d_b (z.B. 10 µs) zwischen den ansteigenden Flanken 38b und 40b des Hauptsignals 38 und des Tracking-Signals 40. Der Hintergrund dazu ist, dass eine Fehlanpassung zwischen dem Haupt- und dem Tracking-Komparator (vgl. Komparatoren 22 und 28) gegeben ist. Diese Fehlanpassung geht auf Bauteiltoleranzen zwischen den zwei Komparatoren 22 und 28 zurück. Dies resultiert in einem Tastverhältnisfehler oder sogar in fehlenden Impulsen, wie dies in Bezug auf 1c erläutert ist.
1c zeigt ein Eingangssignal 42, nämlich ein oszillierendes Signal, das über die Zeit aufgezeichnet ist. Wie gezeigt ist, wird das Eingangssignal 42 unter Verwendung der Rückkopplungssteuerschleife der 1a versetzt. Dieses Versetzen wird durchgeführt, um ein 50% Tastverhältnis zu erreichen. Somit wird das Offset-Steuersignal angepasst, bis ein Durchschnittswert des Signals 42 gleich dem Schwellenwert 44 des Tracking-Komparators ist (vgl. Komparator 28 der Rückkopplungssteuerschleife 18). Folglich kann ein 50% Tastverhältnis erzeugt werden, wenn die Rückkopplungssteuerschleife isoliert betrachtet wird. Aufgrund der Differenzen zwischen dem Tracking-Komparator und dem Hauptkomparator aber wird ein Schwellenwert 46 des Hauptkomparators im Vergleich zum Schwellenwert 44 des Tracking-Komparators 28 verschoben. Folglich wird im Hauptsignalpfad ein Tastverhältnisfehler erzeugt, so dass das Tastverhältnis im Hauptsignalpfad etwa 48% sein kann.
Eine gemeinsame Lösung zur Vermeidung solcher Offset-Fehler besteht darin, automatisch nullstellende oder Zerhacker-Komparatoren im Hauptsignalpfad und der Rückkopplungssteuerschleife zu verwenden, aber dieser Komparator erzeugt zusätzliche Probleme durch Rauschen oder Rieseln, was die Jitter- (oder Zitter-) Qualität der Hall-Effekt-Vorrichtung schmälert. Somit gibt es einen Bedarf für einen verbesserten Lösungsansatz, welcher in Bezug auf die 2a erläutert wird.
2a zeigt einen Rückkopplungssteuerkreis 50, der das verstellbare Element 14, den Komparator 22 im Hauptsignalpfad 16 und eine verstärkte Rückkopplungssteuerschleife 52 umfasst. Die Rückkopplungssteuerschleife 52 umfasst den zweiten Komparator 28, den Signal-Evaluator 32, der die Tracking-Steuerung 32a wie auch die erste Steuerung 34 zum Ausgeben des Rückkopplungssteuersignals an das einstellbare Element 14 trägt. Die Struktur dieser Elemente in der verbesserten Rückkopplungssteuerschleife 52 ist im Wesentlichen gleich der in 1a dargestellten Rückkopplungssteuerschleife 18. Im Gegensatz dazu umfasst die verbesserte Rückkopplungssteuerschleife 52 einen zweiten Signal-Evaluator 54 und eine zweite Steuerung 56. Der zweite Signal-Evaluator 54 ist mit dem Ausgang des zweiten Komparators 28 und mit dem Ausgang des ersten Komparators 22 verbunden, so dass selbiger das Hauptsignal und das Tracking-Signal empfangen und vergleichen kann. Darüber hinaus ist der zweite Signal-Evaluator 54 über die zweite Steuerung 56 mit dem zweiten Komparator 28 verbunden, während die zweite Steuerung 56 parallel zur Tracking-Steuerung 32a angeordnet und somit auch konfiguriert ist, den Arbeitspunkt des zweiten Komparators 28 zu schalten.
Aufgrund des Vergleichs des Hauptsignals und des Tracking-Signals kann eine Differenz zwischen dem Hauptsignal und dem Tracking-Signal oder, noch genauer, die Differenz zwischen einer Eigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals durch den zweiten Signal-Evaluator 54 detektiert werden. Hierin ist in einer Ausführungsform die detektierte Differenz die Differenz zwischen den zwei Verzögerungen d_a und d_b (vgl. 1b), wobei die Verzögerungsdifferenz (d_b- d_a) beinahe unabhängig von der Frequenz des Hauptsignals bzw. des Tracking-Signals ist. Somit ist der zweite Signal-Evaluator 54 konfiguriert, das Hauptsignal und das Tracking-Signal hinsichtlich ihrer Zeiteigenschaft bzw. hinsichtlich ihrer Phaseneigenschaft zu analysieren und zu vergleichen, wobei ein Zählbereich für die Verzögerung z.B. zwischen 0,1 µs bis zu 50 µs liegen kann.
Auf der Grundlage dieser detektierten Verzögerungsdifferenz (d_b- d_a) wird der Betriebsteil des zweiten Komparators 28 angepasst, um diese Verzögerungsdifferenz zu reduzieren (oder in einer Ausführungsform bis die Verzögerungsdifferenz minimiert oder gleich null ist), wie dies durch die 2b veranschaulicht ist. Die Anpassung des Arbeitspunktes des zweiten Komparators 28 wird unter Verwendung der zweiten Steuerung 56 durchgeführt, die ein DAC sein kann, der konfiguriert ist, eine digitale Arbeitspunktsignalausgabe vom zweiten Signal-Evaluator 54 in ein analoges Arbeitspunktsignal umzuwandeln, z.B. einen Strom oder eine Spannung, über welche der Arbeitspunkt des zweiten Komparators 28 gesteuert wird. Aufgrund des eingestellten Arbeitspunktes eines der Komparatoren 22 oder 28 weisen die zwei Komparatoren 22 und 28 beinahe dasselbe Verhalten, so dass ein Tastverhältnisfehler vermieden wird, weil das durch die Verwendung der verbesserten Rückkopplungssteuerschleife 52 angepasste Tastverhältnis dasselbe durch den Hauptsignalpfad 16 erzeugte Tastverhältnis ist. Folglich ermöglicht die verbesserte Rückkopplungssteuerschleife 52 die Bereitstellung eines Hauptsignals mit sehr geringem Rauschen oder Taktzittern, wobei das Zieltastverhältnis bei variierenden Eingabefrequenzen stabil ist. Das veranschaulichte Prinzip kann für alle beliebigen Tastverhältniswerte verwendet werden. Dieser Lösungsansatz zum Ausgleichen des Versatzes verhindert Schwankungen bezüglich Lebensdauer und Temperatur und stellt somit unter allen Umständen ein exaktes Tastverhältnis bereit.
2b zeigt einen Vergleich zwischen dem Diagramm der 1b und dem ähnlichen Diagramm, welches das Hauptsignal 38 und das angepasste Tracking-Signal 40' zeigt. Wie man erkennen kann, ist die Verzögerung d_a' zwischen den abfallenden Flanken der zwei Signale 38 und 40' beinahe gleich einer Verzögerung d_b' zwischen den ansteigenden Flanken der zwei Signale (z.B. etwa 6 µs). Auf diese Weise wird die Verzögerungsdifferenz (d_b- d_a) reduziert oder sogar auf null minimiert.
3 zeigt eine weitere Implementierung eines Rückkopplungssteuerkreises 60, der eine verbesserte Rückkopplungssteuerschleife 62 trägt. Der Rückkopplungssteuerkreis 60 umfasst im Gegensatz zum Rückkopplungssteuerkreis 50 der 2a das erste Tiefpassfilter 24 und die Freigabelogik 26 im Hauptsignalpfad 16 wie auch das zweite Tiefpassfilter 30 in der Rückkopplungssteuerschleife 62. Darüber hinaus sind der erste Signal-Evaluator 32 und der zweite Signal-Evaluator 54 in einem digitalen Signalprozessor 64 kombiniert, der drei Signalausgänge zum Verbinden der ersten Steuerung 34, der zweiten Steuerung 56 und der Tracking-Steuerung 32a trägt. Darüber hinaus ist ein Oszillator 66 mit dem digitalen Signalprozessor 64 verbunden. In dieser Implementierung wird der zweite Signal-Evaluator 54 durch einen Verzögerungsdifferenz-Evaluator 54a und einen digitalen Integrator 54b realisiert.
Der Verzögerungsdifferenz-Evaluator 54a misst die Verzögerungsdifferenz (d_b - d_a) durch Zählen der Takte des Oszillators 66. Anders gesagt, der Verzögerungsdifferenz-Evaluator 54a verwendet das durch den Oszillator 66 ausgegebene Oszillationssignal als Zeitreferenz für die Messung. Dieses Messresultat wird in einer Ausführungsform durch digitale Mittel über viele Perioden des Hall-Effekt-Signals (tiefpass-) gefiltert. Somit ist der digitale Integrator 54b konfiguriert, das Messresultat des Verzögerungsdifferenz-Evaluators 54a zu integrieren. Dieser digitale Integrator 54b kann z.B. ein einfacher Auf- und Abzähler sein. Das integrierte Signal wird zum zweiten Komparator 28 über die zweite Steuerung 56 zurückgeführt, um den Fehler zwischen dem ersten und dem zweiten Komparator 22 und 28, wie dies oben erklärt ist, zu löschen.
Es ist anzumerken, dass die zwei Komparatoren 22 und 28 in einer Ausführungsform so konfiguriert sein können, dass der erste Komparator 22 für geringes Rauschen und geringes Taktzittern optimiert ist, während der zweite Komparator 28 für hohe Geschwindigkeiten optimiert ist. Somit kann ein automatisch nullstellender oder zerhackten Komparator als zweiter Komparator 28 verwendet werden, weil er sich nicht im für Rauschen und Zittern kritischen Hauptsignalpfad 16 befindet. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, eine getrennte Steuerung (vgl. eine zweite Steuerung 56) zum Einstellen des Arbeitspunkt des Komparators 28 hinzuzufügen. Somit kann das Arbeitspunktsignal zum Ausgleichen des zweiten Komparators 28 alternativ dazu über den Tracking-Komparator 32a ausgegeben werden.
4a zeigt eine weitere Implementierung eines Hauptsignalpfades 68 und des Tracking-Signalpfades 72 eines Rückkopplungssteuerkreises, wobei die zwei Signalpfade 68 und 72 konfiguriert sind, Differenzsignale zu verarbeiten. Dieser Rückkopplungssteuerkreis kann in einem Normalbetriebsmodus (4a) oder in einem Inbetriebnahmemodus (vgl. 4b) verwendet werden.
In dieser Implementierung umfasst der Hauptsignalpfad 68 das Filter 24 und den Hauptkomparator 22, wobei ein mehrstufiger Differenzverstärker 70, umfassend die zwei Differenzverstärker 70a und 70b, dazwischen angeordnet ist. Das Filter 24, der mehrstufige Verstärker 70 und der Komparator 22 sind jeweils miteinander unter Verwendung von zwei gepaarten Leitungen in Serie geschaltet, um ein Differenzsignal zu verarbeiten. Der Komparator 22, der in einer Ausführungsform eine Hysterese aufweisen kann, ist konfiguriert, ein unsymmetrisches Signal auf der Grundlage des im Hauptsignalpfad 68 verarbeiteten Differenzsignals auszugeben. Es ist zu beachten, dass die zweite Stufe 74b des Differenzverstärkers 74 so angeordnet ist, dass seine Minusanschlüsse (an der Eingangs- und Ausgangsseite) mit einem Plusanschluss der ersten Stufe 74a bzw. mit einem Plusanschluss des Komparators 22 gekoppelt sind. Umgekehrt sind die jeweiligen Plusanschlüsse mit Minusanschlüssen der ersten Verstärkungsstufe 74a und des Komparators 22 gekoppelt.
Ähnlicherweise umfasst der Tracking-Signalpfad 72 das Filter 30, den Komparator 28 und einen mehrstufigen Differenzverstärker 74, umfassend zwei Differenzverstärker 74a und 74b dazwischen, wobei die Elemente des Tracking-Signalpfades 72 ebenfalls miteinander unter Verwendung zwei gepaarter Leitungen verbunden sind. Hierin ist die zweite Stufe 70b auch so angeordnet, dass ihre Plusanschlüsse mit den Minusanschlüssen des Differenzverstärkers 74a und des Komparators 28 verbunden sind und so dass ihre Minusanschlüsse mit den jeweiligen Plusanschlüssen verbunden sind. Hierin kann der Komparator 28 auch eine Hysterese aufweisen und ist konfiguriert, ein unsymmetrisches Signal auf der Grundlage des im Tracking-Signalpfad 72 verarbeiteten Differenzsignals auszugeben.
Die Rückkopplungssteuerschleife umfasst des Weiteren den digitalen Signalprozessor 64 (vgl. 3), der mit den unsymmetrischen Ausgängen des ersten und des zweiten Komparators 22 und 28 verbunden ist. In dieser Implementierung ist der digitale Signalprozessor 64 mit der ersten Stufe 74a des Differenzverstärkers 74 des Tracking-Signalpfades 72 über die Tracking-Steuerung 32a und über die zweite Steuerung 56 zum Variieren und Anpassen eines Arbeitspunktes des Verstärkers 74 und somit des Komparators 28 verbunden. Anders gesagt, bilden in einer Ausführungsform die zwei Steuerungen 32a und 56 die Spannungsversorgung der ersten Stufe 74a des Differenzverstärkers 74, wobei die Tracking-Steuerung 32a mit einem ersten Versorgungsanschluss des Differenzverstärkers 74a verbunden ist und wobei die zweite Steuerung 56 mit einem zweiten Versorgungsanschluss des Differenzverstärkers 74a verbunden ist. Somit weisen die zwei Steuerungen 32a und 56 bzw. DACs die Funktionalität einer anpassbaren Stromversorgung auf, die durch den digitalen Signalprozessor 64 gesteuert wird, um das Differenz-Hall-Effekt-Signal abzutasten und den Arbeitspunkt des zweiten Komparators 28 einzustellen. Gemäß den obigen Ausführungsformen kann die Verzögerungsdifferenz durch Einstellung des Arbeitspunktes des zweiten Komparators 28 über die Verstärkungsstufe 74a in diesem sogenannten Normalbetriebsmodus minimiert werden.
Diese Struktur mit den zweistufigen Differenzverstärkern 70 und 74 ermöglicht es, vom Normalbetriebsmodus in einen Inbetriebnahmemodus zu schalten, der durch die 4b veranschaulicht ist. 4b zeigt den Differenzverstärker 70 und den ersten Komparator 22 im Hauptsignalpfad 68 und den Differenzverstärker 74 und den zweiten Komparator 28 im Tracking-Signalpfad 72 in Kombination mit dem digitalen Signalprozessor 64 und den zwei Steuerungen 32a und 56, durch welche die erste Stufe 74a des Differenzverstärkers 74 gesteuert wird.
Im veranschaulichten Inbetriebnahmemodus kreuzen sich der Hauptsignalpfad 68 und der Tracking-Signalpfad 72. Dies bedeutet, dass die erste Verstärkungsstufe 70a des Hauptsignalpfads 68 mit der entsprechenden zweiten Stufe 70b und mit der zweiten Verstärkungsstufe 74b des Tracking-Signalpfads 72 verbunden ist, so dass ihr Minusanschluss mit den Plusanschlüssen der zweiten Stufen 70b und 74b verbunden ist, wobei der Plusanschluss mit den jeweiligen Minusanschlüssen verbunden ist. Umgekehrt ist die erste Verstärkungsstufe 74a mit der entsprechenden zweiten Stufe 74b und der zweiten Stufe 70b des Hauptsignalpfades 68 gekoppelt. Hierin ist der Plusanschluss der ersten Stufe 74a mit den Plusanschlüssen der zweiten Stufen 70b und 74b verbunden, wobei der Minusanschluss mit den jeweiligen Minusanschlüssen verbunden ist. Aufgrund dieser kreuzweisen Koppelung sind die ersten Verstärkungsstufen 70a und 74a so verbunden, dass selbige entgegengesetzt gepolt sind.
Folglich wirken die zwei kreuzweise gekoppelten Verstärker 70a und 74a gegeneinander, so dass die Ströme in den zwei Signalpfaden 68 und 72 direkt verglichen werden. Deshalb wird im Fall einer Offset-Fehlanpassung zwischen den zwei Komparatoren 22 und 28 eine Differenz zwischen den Ausgangsströmen erzeugt. Um den Offset-Fehler zu reduzieren, wird die erste Stufe 74a des Operationsverstärkers 74 über die Steuerung 56 angepasst, bis die Ausgangsstromdifferenz gleich Null ist. Dies bedeutet, der Offset-Fehler wird durch Vergleichen der Spannungsdifferenz des Hauptsignals und des Tracking-Signals während des Inbetriebnahmemodus geregelt. Dieser Inbetriebnahmemodus ermöglicht einen schnellen (Anfangs-) Offset-Fehlerausgleich.
Mit Bezug auf 2a ist anzumerken, dass die zweite Steuerung 56 alternativ mit dem ersten Komparator 22 verbunden sein kann und ein Arbeitspunktsignal zum Verschieben des Arbeitspunktes des ersten Komparators 22 ausgibt, um die Bauteiltoleranzen zwischen den zwei Komparatoren 22 und 28 auszugleichen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der zweite Signal-Evaluator 54 konfiguriert, eine andere Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren, z.B. eine Spannungsdifferenz, auf der Grundlage welcher der zweite Signal-Evaluator 54 das Ausgleichen der zwei Komparatoren 22 und 28 durchführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Rückkopplungssteuerschleife 52 durch einen Analog-Digital-Wandler (Tracking-ADC) in Kombination mit einem digitalen Signalprozessor mit einer integrierten Steuerung (Mittel zum digitalen Versetzen des Tracking-Signals und zum Steuern des einstellbaren Elements 14 realisiert). Der Tracking-ADC, umfassend den zweiten Komparator 28, ist konfiguriert, das Tracking-Signal zu digitalisieren. Dieses digitalisierte Tracking-Signal stellt die Grundlage für die Berechnung des Offset-Steuersignals dar, das durch den digitalen Signalprozessor ausgegeben wird. Somit sind der erste und der zweite Signal-Evaluator 32 und 54 und die erste und zweite Steuerung 34 und 56 im digitalen Signalprozessor implementiert (vgl. 3, digitaler Signalprozessor 64). Wie obig ausgeführt wurde, führt der Fehler zwischen den zwei Komparatoren 22 und 28 zu einem Tastverhältnisfehler, der auf der Grundlage der Signaleigenschaftsdifferenz detektiert werden kann. Somit ist der digitale Signalprozessor konfiguriert, das einstellbare Element 14 in der Weise zu steuern, so dass die Verzögerungszeitdifferenz zwischen den ansteigenden und abfallenden Signalflanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals reduziert wird. Hierin evaluiert der digitale Signalprozessor das digitalisierte Tracking-Signal und vergleicht selbiges mit dem Hauptsignal, um einen digitalen Offset-Pegel zu detektieren. Der digitale Offset-Pegel wird zum Korrigieren und zum digitalen Ausgleichen des Fehlers zwischen dem Tracking-Signal und dem Hauptsignal verwendet. Somit gibt der digitale Signalprozessor das Offset-Steuersignal an das einstellbare Element 14 auf der Grundlage des (digitalen) Tracking-Signals und auf der Grundlage des detektierten Offset-Pegels aus. Der digitale Signalprozessor kann Mittel zur digitalen Summierung und/oder Mittel zur digitalen Subtraktion des Tracking-Signals und des digitalen Offset-Pegels umfassen, um ein Offset-Steuersignal unter Berücksichtigung des Fehlers auszugeben. Es ist anzumerken, dass das Prinzip des Fehlerausgleichs zwischen den Komparatoren 22 und 28 durch Anpassung des Offset-Steuersignals auch in Kombination mit der Struktur der Rückkopplungssteuerschleife 52 (vgl. 2a) verwendet werden kann, wobei im Gegensatz zur 2a die zweite Steuerung 56 mit dem verstellbaren Element 14 gekoppelt ist, um das Offset-Steuersignal der ersten Steuerung 34 anzupassen. Somit können der zweite Signal-Evaluator 54 bzw. die zweite Steuerung 56 konfiguriert sein, das durch die erste Steuerung 34 ausgegebene Offset-Steuersignal anzupassen, um den Fehler auszugleichen oder die detektierten Eigenschaftsdifferenz zwischen dem Hauptsignal und dem Tracking-Signal zu reduzieren.
Mit Bezug auf 4a ist anzumerken, dass die zwei Ausgangsanschlüsse der ersten Stufe 70a der Differenzverstärker fakultativ über einen Kondensator 76a (für den Minusanschluss) und einen Kondensator 76b (für den Plusanschluss) mit Masse gekoppelt sein können, um den Hauptsignalpfad 68 auf geringes Rauschen zu optimieren.
Obwohl einige Aspekte im Kontext einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, in welchem ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entsprechen. Analog dazu stellen im Kontext eines Verfahrensschrittes beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blockes oder Elements oder Merkmals eines entsprechenden Geräts dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch (oder unter Verwendung) einer Hardware-Vorrichtung, wie z.B. einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder einem elektronischen Schaltkreis, ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder einige der wichtigsten Verfahrensschritte durch ein solches Gerät ausgeführt werden.
Die obig beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der hierin beschriebenen Details für den Fachmann ersichtlich sind. Aus diesem Grund ist es somit beabsichtigt, dass eine Einschränkung nur durch den Schutzumfang der anhängigen Patentansprüche und nicht durch die anhand von Beschreibung und Erklärung der Ausführungsformen hierin dargestellten spezifischen Details gegeben ist.

Claims

Rückkopplungssteuerkreis (18) für eine Hall-Effekt-Vorrichtung (12), umfassend: ein einstellbares Element (14), das konfiguriert ist, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal zu versetzen, und konfiguriert ist, ein Offset-Signal auszugeben; einen Hauptsignalpfad (16), umfassend einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Hauptsignal auszugeben; und eine Rückkopplungssteuerschleife, umfassend: einen zweiten Komparator (28), der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Tracking-Signal auszugeben; einen ersten Signal-Evaluator (32), der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren; und eine erste Steuerung (34), die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben, wobei die Rückkopplungssteuerschleife des Weiteren Folgendes umfasst: einen zweiten Signal-Evaluator (54), der konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren; und eine zweite Steuerung (56), die konfiguriert ist, den ersten Komparator oder den zweiten Komparator (28) zu steuern, oder das einstellbare Element (14), so dass die Differenz reduziert wird.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 1, wobei das einstellbare Element (14) ein Verstärker mit einem Offset-Pegel ist und konfiguriert ist, das von der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) empfangene Signal gemäß dem Offset-Pegel zu verstärken, und konfiguriert ist, das verstärkte Signal an den Hauptsignalpfad (16) und an die Rückkopplungssteuerschleife auszugeben, wobei der Offset-Pegel über das Offset-Steuersignal einstellbar ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Steuerung (34) ein Digital-Analog-Wandler ist, der konfiguriert ist, einen Strom oder eine Spannung als das Offset-Steuersignal an das einstellbare Element (14) anzulegen, so dass ein Arbeitspunkt des einstellbaren Elements (14) festgelegt ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hauptsignal und das Tracking-Signal digitale Signale sind, die ansteigende und abfallende Flanken zwischen einem niedrigen Pegel und einem hohen Pegel aufweisen.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals eine Zeitdifferenz ist, die ansteigenden und abfallenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals zugeordnet ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Signalpfad ein erstes Tiefpassfilter umfasst, das zwischen dem einstellbaren Element (14) und dem ersten Komparator angeordnet ist, und wobei die Rückkopplungssteuerschleife ein zweites Tiefpassfilter umfasst, das sich vom ersten Tiefpassfilter unterscheidet und zwischen dem einstellbaren Element (14) und dem zweiten Komparator (28) angeordnet ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 6, wobei das erste Tiefpassfilter eine Kombination aus zumindest zwei Tiefpassfiltern ist und das zweite Tiefpassfilter ein einfaches Tiefpassfilter mit einer schnelleren Filterantwort im Vergleich zu einer Filterantwort des ersten Tiefpassfilters ist, und wobei das Hauptsignal und das Tracking-Signal ansteigende und abfallende Flanken aufweisen, wobei eine erste Verzögerung zwischen den ansteigenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals und eine zweite Verzögerung zwischen den abfallenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals durch die unterschiedlichen Filterantworten des ersten und des zweiten Tiefpassfilters und durch eine Offset-Differenz zwischen dem Hauptkomparator und dem Tracking-Komparator bewirkt werden.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 7, wobei die Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals eine Zeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Verzögerung ist, wobei der zweite Signal-Evaluator (54)einen Verzögerungsdifferenz-Evaluator, der konfiguriert ist, die Zeitdifferenz zu bestimmen, und einen digitalen Integrator umfasst.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 8, wobei der zweite Signal-Evaluator (54) einen Oszillator umfasst, der konfiguriert ist, ein oszillierendes Signal auszugeben, das als Zeitreferenz zur Bestimmung der Zeitdifferenz verwendet wird.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Signal-Evaluator (32) eine Tracking-Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, einen Arbeitspunkt des zweiten Komparators (28) zu variieren, um das Offset-Signal abzutasten.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 10, wobei die Tracking-Steuerung ein Digital-Analog-Wandler ist, der konfiguriert ist, einen Strom oder eine Spannung an den zweiten Komparator (28) mit einer Abtastfrequenz auszugeben, die zumindest 10 Mal größer ist im Vergleich zur reziproken Verzögerungsdifferenz des Offset-Signals.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste Signal-Evaluator (32) eine Dither-Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, ein Hochfrequenzsignal an den zweiten Komparator (28) auszugeben, um die Abtastgenauigkeit zu erhöhen.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die zweite Steuerung (56) ein Digital-Analog-Wandler ist, der konfiguriert ist, ein Arbeitspunktsignal auszugeben, so dass ein Arbeitspunkt des ersten Komparators oder des zweiten Komparators (28) eingestellt wird, um Bauteiltoleranzen zwischen dem ersten Komparator und dem zweiten Komparator (28) auszugleichen.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 13, wobei die zweite Steuerung (56) konfiguriert ist, einen Arbeitspunkt des zweiten Komparators (28) zu variieren, um das Offset-Signal abzutasten, oder konfiguriert ist, ein Hochfrequenzsignal an den zweiten Komparator (28) auszugeben, um eine Abtastgenauigkeit zu erhöhen, oder beides.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals eine Stromdifferenz oder eine Spannungsdifferenz ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der erste Komparator oder der zweite Komparator (28), oder beide, einen Verstärker umfassen.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 16, wobei einer der Verstärker einstellbar ist und von der zweiten Steuerung (56) gesteuert wird.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach Anspruch 17, wobei die Verstärker des ersten und/oder des zweiten Komparators (28) konfiguriert sind, während einer Phase der Inbetriebnahme gekoppelt zu werden, so dass ein Ausgangssignal des einstellbaren Verstärkers des ersten Komparators mit einem Ausgangssignal des einstellbaren Verstärkers des zweiten Komparators (28) gekoppelt ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der erste Komparator oder der zweite Komparator (28), oder beide, mit einem Schmitt-Trigger gekoppelt sind, so dass der erste Komparator oder der zweite Komparator (28), oder beide, eine verdeckte Hysterese aufweisen.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Offset-Steuersignal so gewählt ist, dass das Hauptsignal ein vorbestimmtes Tastverhältnis aufweist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Hauptsignalpfad (16) eine mit dem ersten Komparator in Serie geschaltete Logik aufweist und konfiguriert ist, das digitale Hauptsignal zu analysieren.
Rückkopplungssteuerkreis (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Rückkopplungssteuerschleife einen Analog-Digital-Wandler und einen digitalen Signalprozessor umfasst, wobei der Analog-Digital-Wandler den zweiten Komparator (28) umfasst, und wobei der erste und der zweite Signal-Evaluator (54) und die erste (34) und die zweite Steuerung (56) durch den digitalen Signalprozessor implementiert und konfiguriert sind, das Tracking-Signal zu evaluieren, um die Differenz zwischen der Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren und das Offset-Steuersignal an das einstellbare Element (14) auszugeben, um die Differenz zu reduzieren.
Rückkopplungssteuerkreis (18) für eine Hall-Effekt-Vorrichtung (12), umfassend: ein einstellbares Element (14), das konfiguriert ist, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal zu versetzen, und konfiguriert ist, ein Offset-Signal auszugeben; einen Hauptsignalpfad (16), umfassend ein erstes Tiefpassfilter und einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das tiefpassgefilterte Offset-Signal zu verarbeiten, um ein digitales Hauptsignal mit einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke auszugeben; und eine Rückkopplungssteuerschleife, umfassend ein zweites Tiefpassfilter mit einer schnelleren Filterantwort im Vergleich zu einer Filterantwort des ersten Tiefpassfilters, einen zweiten Komparator (28), der konfiguriert ist, das tiefpassgefilterte Offset-Signal zu verarbeiten, um ein digitales Tracking-Signal mit einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke auszugeben, einen ersten Signal-Evaluator (32), der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren, und eine erste Steuerung (34), die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben, wobei eine erste Verzögerung zwischen den ansteigenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals und eine zweite Verzögerung zwischen den abfallenden Flanken des Hauptsignals und des Tracking-Signals durch die unterschiedlichen Filterantworten des ersten und zweiten Tiefpassfilters und durch eine Offset-Differenz zwischen dem ersten Komparator und dem zweiten Komparator (28) bewirkt werden, wobei die Rückkopplungssteuerschleife einen zweiten Signal-Evaluator (54) umfasst, der konfiguriert ist, eine Zeitdifferenz zwischen der ersten Verzögerung und der zweiten Verzögerung zu bestimmen, und eine zweite Steuerung (56), die konfiguriert ist, ein Arbeitspunktsignal an den zweiten Komparator (28) auszugeben, so dass ein Arbeitspunkt des zweiten Komparators (28) eingestellt wird, um Bauteiltoleranzen zwischen dem ersten Komparator und dem zweiten Komparator (28) auszugleichen, wobei der Arbeitspunkt eingestellt wird, bis die Zeitdifferenz reduziert ist.
Rückkopplungssteuerkreis (18) für eine Hall-Effekt-Vorrichtung (12), umfassend: Mittel zum Versetzen eines Signals der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal und zum Ausgeben eines Offset-Signals; Mittel zum Verarbeiten des Offset-Signals zum Ausgeben eines Hauptsignals; Mittel zum Verarbeiten des Offset-Signals zum Ausgeben eines Tracking-Signals, Mittel zum Evaluieren des Tracking-Signals, und zum Ausgeben des Offset-Steuersignals auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals; und Mittel zum Detektieren einer Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals und zum Steuern eines der Komparatoren oder der Mittel zum Versetzen, so dass die Differenz reduziert wird.
Geregelter Sensor, umfassend: eine Hall-Effekt-Vorrichtung (12); und einen Rückkopplungssteuerkreis (18), umfassend: ein einstellbares Element (14), das konfiguriert ist, ein Signal der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal zu versetzen und ein Offset-Signal auszugeben; einen Hauptsignalpfad (16), umfassend einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Hauptsignal auszugeben; und eine Rückkopplungssteuerschleife, umfassend einen zweiten Komparator (28), der konfiguriert ist, das Offset-Signal zu verarbeiten, um ein Tracking-Signal auszugeben; einen ersten Signal-Evaluator (32), der konfiguriert ist, das Tracking-Signal zu evaluieren; und eine erste Steuerung (34), die konfiguriert ist, das Offset-Steuersignal auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals auszugeben, wobei die Rückkopplungssteuerschleife einen zweiten Signal-Evaluator (54), der konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals zu detektieren; und eine zweite Steuerung (56) umfasst, die konfiguriert ist, den ersten Komparator oder den zweiten Komparator (28) zu steuern, oder das einstellbare Element (14), so dass die Differenz reduziert wird.
Verfahren zur Regelung einer Hall-Effekt-Vorrichtung (12), umfassend: Versetzen eines Signals der Hall-Effekt-Vorrichtung (12) gemäß einem Offset-Steuersignal; Ausgeben eines Offset-Signals; Verarbeiten des Offset-Signals unter Verwendung eines ersten Komparators, um ein Hauptsignal auszugeben; Verarbeiten des Offset-Signals unter Verwendung eines zweiten Komparators (28), um ein Tracking-Signal auszugeben; Evaluieren des Tracking-Signals; Ausgeben des Offset-Steuersignals auf der Grundlage des evaluierten Tracking-Signals; Detektieren einer Differenz zwischen einer Signaleigenschaft des Hauptsignals und des Tracking-Signals; und Steuern des ersten Komparators oder des zweiten Komparators (28), oder des Steuersignals, so dass die Differenz reduziert wird.