DE102014101025A1

DE102014101025A1 - Systeme und Verfahren zur Offsetreduktion in Sensorvorrichtungen und -systemen

Info

Publication number: DE102014101025A1
Application number: DE102014101025.6A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: CN103969606B; CN103969606A; DE102014101025B4; US9164155B2; US9720050B2; US20160047863A1; US20140210458A1

Abstract

Ausführungsformen betreffen Systeme und Verfahren zum Verringern von Fehlern in Sensorvorrichtungen und -systemen. Bei Ausführungsformen umfassen die Sensorvorrichtungen Magnetfeld-Sensorvorrichtungen, wie etwa gewöhnliche oder Vertikal-Hall-Sensorvorrichtungen, und der zu verringernde Fehler ist ein Rest-Offsetfehler, obwohl bei anderen Ausführungsformen andere Sensorvorrichtungen verwendet und/oder andere Arten von Fehlern zur Reduktion oder Beseitigung ins Auge gefasst werden können. Bei einer Ausführungsform werden mindestens zwei solche Sensorvorrichtungen, die nicht elektrisch miteinander gekoppelt sind, sequenziell in einem Modus des Drehstromtyps betrieben, dergestalt, dass ein einzelnes Ausgangssignal von jeder der mindestens zwei Sensorvorrichtungen erhalten wird. Dann kann ein Gesamtausgangssignal berechnet werden, wie etwa durch Mitteln oder anderweitiges Kombinieren der einzelnen Ausgangssignale von jeder Sensorvorrichtung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein Sensoren und insbesondere Offsetreduktion in Sensorvorrichtungen und -systemen.
HINTERGRUND
Magnetfeldsensoren, wie etwa Hall-Sensoren, sind empfindlich für Magnetfelder, können aber einen Offsetfehler aufweisen. Ein Offsetfehler ist die Anwesenheit eines Ausgangssignals bei Abwesenheit irgendeiner Eingangsgröße. In einem mit Hall-Sensoren zusammenhängenden Beispiel wäre der Offsetfehler ein Ausgangssignal, das ein Eingangsmagnetfeld anzeigt, wenn tatsächlich kein Magnetfeld vorliegt. Der Offsetfehler kann sich sowohl auf gewöhnliche Hall-Vorrichtungen als auch auf Vertikal-Hall-Vorrichtungen auswirken.
Ein Offsetfehler kann mit verschiedenen Ursachen zusammenhängen, von denen zwei der unverarbeitete Offsetfehler und der Rest-Offsetfehler sind. Der unverarbeitete Offsetfehler kann sich auf einen Offsetfehler beziehen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorliegt. Der Rest-Offsetfehler kann sich auf einen Offsetfehler beziehen, der in einem insgesamten oder Gesamt-Ausgangssignal vorliegt, wie etwa einem Signal, das eine Kombination derjenigen aus einzelnen Betriebsphasen ist.
Ein Ansatz zur Verringerung oder Beseitigung des Offsetfehlers ist die Verwendung eines Hall-Sensors mit mehreren Anschlüssen. Hall-Sensoren mit vier Anschlüssen können in einem drehstromartigen Modus betrieben werden, der die Kopplungen der Anschlüsse in jeder von mehreren Taktphasen so ändert, dass ein etwaiges Offset reduziert ist, wenn die Signale aus den mehreren Taktphasen kombiniert werden. Der Begriff „Drehstrom“ ist im Rahmen dieser Anmeldung derart zu verstehen, dass z.B. je nach Phase verschiedene Hall-Vorrichtungen mit drei Anschlüssen typischerweise die Verwendung von mindestens zwei Vorrichtungen und eine modifizierte Drehstromtechnik erfordern, um ähnlich betrieben zu werden. Dennoch kann der Rest-Offsetfehler höher als erwünscht bleiben, wie etwa im Bereich von etwa 1 milli-Tesla (mT).
KURZFASSUNG
Ausführungsformen betreffen Systeme und Verfahren zum Verringern von Fehlern in Sensorvorrichtungen und Sensorsystemen.
Es wird ein Sensorsystem nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Sensorsystem mehrere Sensorvorrichtungen, die in der Nähe voneinander positioniert werden, so dass jede der mehreren Sensorvorrichtungen ausgelegt ist zum Erfassen im Wesentlichen desselben Zustands; Steuerschaltkreise (einer Steuerschaltung), ausgelegt zum Betreiben jeder der mehreren Sensorvorrichtungen in mindestens einem Partial-Drehstrommodus (einer parallelen drehstromartigen Betriebsart), der mindestens zwei Phasen umfasst, um in jeder Phase ein Partial-Drehstrom-Ausgangssignal zu erhalten, indem selektiv in jeder Phase ein erster der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung als Versorgungsanschluss und ein zweiter der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung als Signalanschluss gekoppelt wird dergestalt, dass in sequenziellen Phasen Strom in verschiedenen Richtungen in jeder Sensorvorrichtung fließt und verschiedene der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung Signalanschlüsse sind; und Ausgangsschaltkreise, ausgelegt zum Bestimmen eines Systemausgangssignals aus Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen der mindestens zwei Phasen jeder der mindestens zwei der mehreren Sensorvorrichtungen.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betrieb eines Sensorsystems, das mehrere Sensorvorrichtungen umfasst, die in der Nähe voneinander angeordnet sind, so dass jede der mehreren Sensorvorrichtungen ausgelegt ist zum Erfassen im Wesentlichen desselben Zustands, wobei jede Sensorvorrichtung mehrere Anschlüsse umfasst, Betreiben einer ersten Sensorvorrichtung der mehreren Sensorvorrichtungen in einem Drehstrommodus, der mindestens zwei Taktphasen umfasst, durch selektives Koppeln eines ersten Anschlusses der ersten Sensorvorrichtung als Versorgungsanschluss und eines zweiten Anschlusses der ersten Sensorvorrichtung als Signalanschluss, dergestalt, dass in sequenziellen Taktphasen Strom in verschiedenen Richtungen in mindestens einem Teil der ersten Sensorvorrichtung fließt und verschiedene der mehreren Anschlüsse der ersten Sensorvorrichtung der Signalanschluss sind; Bestimmen eines Partial-Drehstrom-Ausgangssignals der ersten Sensorvorrichtung in jeder der mindestens zwei Taktphasen des Betriebs der ersten Sensorvorrichtung; Betreiben mindestens einer zweiten Sensorvorrichtung der mehreren Sensorvorrichtungen in dem Drehstrommodus; Bestimmen eines Partial-Drehstrom-Ausgangssignals der mindestens zweiten Sensorvorrichtung in jeder der mindestens zwei Taktphasen des Betriebs der mindestens zweiten Sensorvorrichtung; und Bestimmen eines Sensorsystem-Ausgangssignals auf der Basis der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der ersten Sensorvorrichtung und der mindestens zweiten Sensorvorrichtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen umfassender verstanden werden. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
2A eine Draufsicht eines Planar-Halleffekt-Sensorelements gemäß einer Ausführungsform.
2B eine Querschnittsansicht eines Vertikal-Halleffekt-Sensorelements gemäß einer Ausführungsform.
3 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
4 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
5 ein Flussdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
6 ein Flussdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
7 ein Flussdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform.
Obwohl bei der Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Formen möglich sind, wurden in den Zeichnungen Einzelheiten dieser gezeigt, die im Detail beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass keine Absicht besteht, die Erfindung auf die beschriebenen konkreten Ausführungsformen zu beschränken. Stattdessen ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den durch die angefügten Ansprüche definierten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung fallen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen betreffen Systeme und Verfahren zum Verringern von Fehlern in Sensorvorrichtungen und Sensorsystemen. Bei Ausführungsformen umfassen die Sensorvorrichtungen Magnetfeld-Sensorvorrichtungen, wie etwa gewöhnliche oder Vertikal-Hall-Sensorvorrichtungen, und der zu verringernde Fehler ist ein Rest-Offsetfehler, obwohl bei anderen Ausführungsformen andere Sensorvorrichtungen verwendet und/oder andere Arten von Fehlern zur Reduktion oder Beseitigung ins Auge gefasst werden können. Bei einer Ausführungsform werden mindestens zwei solche Sensorvorrichtungen in einem Modus des Drehstromtyps sequenziell betrieben, so dass ein einzelnes Ausgangssignal von jeder der mindestens zwei Sensorvorrichtungen erhalten wird. Es kann dann ein Gesamtausgangssignal berechnet werden, wie etwa durch Mitteln oder anderweitiges Kombinieren der einzelnen Ausgangssignale von jeder Sensorvorrichtung.
Mit Bezug auf 1 ist ein Sensorsystem 100 abgebildet. Das Sensorsystem 100 umfasst bei der Ausführungsform von 1 mehrere Hall-Sensorvorrichtungen H1–Hn, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist. Ausführungsformen, die Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfassen, die gewöhnlich oder vertikal und auf die Verringerung des Rest-Offsetfehlers in diesen Vorrichtungen ausgerichtet sein können, werden hier im Allgemeinen anhand von beispielhaften Ausführungsformen besprochen, sind aber nicht als beschränkend zu betrachten, da Ausführungsformen andere Sensortypen umfassen und/oder auf die Verringerung oder Beseitigung anderer Arten von Fehlern ausgerichtet sein können. Außerdem müssen die mehreren Sensorvorrichtungen nicht miteinander identisch sein, obwohl im Allgemeinen jede der mehreren auf dieselbe physikalische Größe anspricht, z.B. eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu einem Substrat, auf dem die Sensorvorrichtungen angeordnet sind. Die Sensorvorrichtungen H1–Hn sind so angeordnet, dass jede im Wesentlichen demselben Magnetfeld ausgesetzt wird, wobei der Unterschied im Allgemeinen nur mit der kleinen Beabstandung bei der Positionierung jeder Vorrichtung H1–Hn auf dem Substrat, wie etwa ungefähr 1 mm oder weniger bei einer Ausführungsform, zusammenhängt.
Halleffekt-Sensorvorrichtungen H1–Hn sind im Allgemeinen diejenigen, die mindestens eine aktive Hall-Region, in der Ladungsträger eine hohe Hall-Mobilität aufweisen, und mindestens drei Anschlüsse umfassen, wobei mindestens zwei der Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse zum Versorgen der Sensorvorrichtung mit elektrischer Energie verwendet werden und mindestens einer der Anschlüsse als Signalanschluss verwendet wird, der ein Signal abgreift, das ein an der aktiven Hall-Region wirkendes Magnetfeld anzeigt. Ein oder mehrere der Anschlüsse der Hall-Sensorvorrichtungen können als eine andere Art von Anschluss verwendet werden, zum Beispiel obere Platten von p-Wannen in n-dotierten aktiven Hall-Regionen oder umgekehrt, Schutzringe, Isolationsringe oder andere Anschlusstypen. Im vorliegenden Gebrauch bezieht sich "Anschlüsse" jedoch im Allgemeinen auf Versorgungsanschlüsse und/oder Signalanschlüsse, sofern es nicht anders erwähnt wird.
Bei Ausführungsformen sind die Halleffekt-Sensorvorrichtungen H1–Hn geeignet zum Betrieb in einer Drehstromsequenz, die mindestens zwei Drehstromphasen umfasst, die auch als Taktphasen oder Betriebsphasen bezeichnet werden, wobei in jeder Drehstromphase Strom in verschiedenen Richtungen durch mindestens einen Teil der Halleffekt-Sensorvorrichtung H1–Hn fließt. Bei einer Ausführungsform wird diese Änderung des Stromflusses erreicht, indem Anschlüsse der Halleffekt-Sensorvorrichtung H1–Hn in jeder Drehstromphase verschieden als Versorgungsanschlüsse oder Signalanschlüsse gekoppelt werden, wobei die Ausgangssignale aus den mindestens zwei Taktphasen dann kombiniert werden, wie etwa durch Addieren, Mitteln, Tiefpassfiltern oder eine andere Methodologie, um ein Gesamt-Drehstrom-Ausgangssignal zu erhalten. Bei Ausführungsformen sind die Halleffekt-Sensorvorrichtungen H1–Hn nicht elektrisch miteinander gekoppelt oder werden nur durch einen einzigen Anschluss, wie etwa einen gemeinsamen Masseknoten, gekoppelt. Anders ausgedrückt, fließt bei Ausführungsformen kein Strom zwischen den Halleffekt-Sensorvorrichtungen H1–Hn.
In einem Beispiel für eine Drehstromsequenz und auch unter Bezugnahme auf 2, worin eine beispielhafte Lateral-Hall-Platte mit vier Anschlüssen T1, T2, T3 und T4 und 90-Grad-Symmetrie abgebildet ist, fließt Strom in einer ersten Phasen von T1 zu T3 und in einer zweiten Phase von T2 zu T4, in einer dritten Phase von T3 zu T1 und in einer vierten Phase von T4 zu T2. Die Ausgangssignale sind dann Spannungen, die in einer ersten Phase zwischen T2–T4, in einer zweiten Phase zwischen T3–T1, in einer dritten Phase zwischen T4–T2 und in einer vierten Phase zwischen T1–T3 abgegriffen werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten für Drehstromschemata, die bei Ausführungsformen verfügbar sind. Ein einfaches Drehstromschema ist als ein Orthogonalschema bekannt, bei dem nur die Phasen 1 und 2 verwendet werden und die Signale der Phasen 1 und 2 addiert werden, um ein Drehstrom-Ausgangssignal bereitzustellen. Bei realen Vorrichtungen ist die 90-Grad-Symmetrie im Allgemeinen nicht perfekt und bei Magnetfeld Null ist das Signal in jeder Betriebsphase deshalb von Null verschieden. Dies wird als das unverarbeitete Offset der jeweiligen Phase bezeichnet. Die Addition der unverarbeiteten Offsets der Phasen 1 und 2 ist äquivalent zum Offset des Drehstrom-Ausgangssignals bei dem Orthogonalschema und dem Rest-Offset des Gesamt-Drehstromschemas. Sie kann in äquivalenten magnetischen Einheiten gemessen werden, indem man das in Volt gemessene Ausgangssignal durch die in Volt pro Tesla gemessene magnetische Empfindlichkeit dividiert. Das Rest-Offset ist typischerweise viel kleiner als das unverarbeitete Offset (z.B. in der Größenordnung von 100x kleiner).
Dieselbe Prozedur kann mit ähnlichen Ergebnissen in den Phasen 3 und 4 ausgeführt werden. Die Drehstrommethode kann alle vier Phasen umfassen, und in der Praxis kann gezeigt werden, dass das Rest-Offset dieser Vierphasen-Drehstrommethode im Mittel kleiner als das Rest-Offset einer Zweiphasen-Drehstrommethode ist. In bestimmten Fällen kann das Rest-Offset einer Zweiphasen-Drehstrommethode jedoch kleiner als das Rest-Offset einer Vierphasen-Drehstrommethode sein. Dies hängt vermutlich von der genauen Beschaffenheit der Asymmetrie ab, die das Offset verursacht. Deshalb können bei bestimmten Ausführungsformen große Drehstrommethoden, die aus einer großen Anzahl von Phasen zusammengesetzt sind, aufgeteilt werden, um eine Vielzahl von Drehstrom-Ausgangssignalen von Partial-Drehstrommethoden zu bestimmen, wobei die kleinstmögliche Anzahl von Phasen im Allgemeinen zwei ist, und dann beobachtet man die Verteilung all dieser Partial-Drehstrom-Ausgangssignale und wendet Algorithmen auf diese an, um das Rest-Offset zu verringern.
Das Ausgangssignal kann bei Ausführungsformen auch Strom sein, anstelle von Spannung. Zu diesem Zweck kann in Phase 1 wie oben beschrieben eine Spannungsquelle mit T1 und T3 verbunden werden und ein Amperemeter zwischen T2 und T4 geschaltet werden. Der von dem Amperemeter gemessene Strom ist das Ausgangssignal der Phase. Ein Amperemeter stellt einen galvanischen Kurzschluss zwischen T2 und T4 bereit, kann jedoch durch verschiedene Arten von Schaltungen ersetzt werden, die Rückkopplungstechniken und hohe Schleifenverstärkung verwenden, um einen virtuellen Kurzschluss zwischen T2 und T4 herzustellen, sowie es in der eigenen und gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 13/627,468 beschrieben wird, die hiermit durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Diese Anmeldung bespricht auch andere Drehstrommethoden in Bezug auf dreieckige Hall-Platten. Zum Beispiel kann eine Hall-Platte mit drei Anschlüssen T1, T2 und T3, die im Uhrzeigersinn um die Umgrenzung herum angeordnet sind, in einem Dreiphasen-Drehstromschema betrieben werden. In Phase 1 werden T1 und T2 mit einer Spannungsquelle gekoppelt und T3 mit einem Bezugspotential gekoppelt. Das Ausgangssignal in dieser Phase ist die Differenz der Ströme, die in T1 und T2 hineinfließen. In Phase 2 werden T2 und T3 mit einer Spannungsquelle gekoppelt und T1 wird mit einem Bezugspotential gekoppelt. Das Ausgangssignal in dieser Phase ist die Differenz der Ströme, die in T2 und T3 hineinfließen. In Phase 3 werden T3 und T1 auf eine Spannungsquelle geklemmt, und T2 wird auf ein Bezugspotential geklemmt. Das Ausgangssignal in dieser Phase ist die Differenz der Ströme, die in T3 und T1 hineinfließen. Hierbei können alle drei Anschlüsse in allen drei Taktphasen als Versorgungsanschlüsse betrachtet werden, und die zwei mit der Spannungsquelle gekoppelten Anschlüsse sind gleichzeitig Signalanschlüsse. Außerdem ist T2 in den Phasen 1 und 2, aber nicht in Phase 3, ein Signalanschluss, so dass sich ein Signalanschluss bei Ausführungsformen nicht in jeder Betriebsphase ändert, nur in bestimmten Phasen.
Zusätzlich können Signale zwischen zwei Halleffekt-Vorrichtungen oder zwischen zwei Wannen einer Halleffekt-Vorrichtung abgegriffen werden. Anders ausgedrückt kann jede Halleffekt-Sensorvorrichtung H1–Hn eine einzige Halleffekt-Sensorvorrichtung oder mehrere Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfassen, die miteinander gekoppelt sind, um eine zusammengesetzte Halleffekt-Sensorvorrichtung zu bilden. Ein Beispiel für eine solche Kopplungsanordnung ist in 3 der eigenen US-Patentanmeldung Nr. 13/559,197 zu sehen, worin Kopplungsanordnungen von zwei Mehrkontakt-Sensorvorrichtungen in mehreren Phasen gezeigt sind. Insbesondere besitzen bei der abgebildeten Ausführungsform zwei Sensorvorrichtungen, die voneinander isoliert sind, aber einen gemeinsamen Masseknoten aufweisen, jeweils drei Kontakte und erhalten jeweils einen eigenen Strom aus einer Stromquelle, so dass das Ausgangssignal die Spannung zwischen dem dritten Anschluss der ersten Vorrichtung und dem ersten Anschluss der zweiten Vorrichtung ist. Somit wird durch eine Spannungsmessung zwischen Anschlüssen der zwei Sensorvorrichtungen ein einziges Ausgangssignal erhalten, so dass die zwei Sensorvorrichtungen als eine Hall-Sensorvorrichtung mit einem Ausgangssignal bildend betrachtet werden können. Bei Ausführungsformen können eine oder mehrere der Halleffekt-Vorrichtungen H1–Hn eine solche zusammengesetzte Vorrichtung sein, während eine oder mehrere andere einzelne Halleffekt-Sensorvorrichtungen sind. Die US-Patentanmeldung Nr. 13/559,197 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig aufgenommen.
Bei Ausführungsformen können Partial-Drehstromschemata drei statt nur zwei Betriebsphasen umfassen. Zum Beispiel können zwei Vertikal-Vorrichtungen, die jeweils vier Anschlüsse umfassen, bei Ausführungsformen mindestens in siebenundzwanzig Phasen betrieben werden, und bestimmte dieser Phasen können in Partial-Drehstromschemata gruppiert werden, die nur zwei Signale aufweisen, während andere Partial-Drehstromschemata vier aufweisen.
Wieder mit Bezug auf 1 ist jede Sensorvorrichtung H1–Hn durch einen Eingangsschalter SWin mit einer elektrischen Versorgung 102, wie etwa einer Spannungs- oder Stromversorgung, koppelbar. Jede Sensorvorrichtung H1–Hn ist außerdem durch einen Ausgangsschalter SWout mit Signalverarbeitungs- und Sensorausgangsschaltkreisen 104 koppelbar. Das in 1 abgebildete Sensorsystem 100 ist insofern etwas vereinfacht, als jede Sensorvorrichtung H1–Hn mit nur einem Versorgungsanschluss und einem Ausgangsanschluss gezeigt ist, und für Fachleute ist erkennbar, dass im Allgemeinen mindestens zwei Versorgungsanschlüsse und mindestens ein, obwohl in vielen Fällen zwei, Ausgangsanschluss für jede Sensorvorrichtung H1–Hn verwendet werden können. Man beziehe sich zum Beispiel auf 2A, worin eine Planar-Hall-Sensorvorrichtung H1 mit vier Anschlüssen T1, T2, T3 und T4 abgebildet ist. Der Drehpfeil bedeutet, dass die Sensorvorrichtung H1 eine Dreh-Hall-Sonde ist und geeignete Schalter und Schaltkreise, die zum Betrieb der Vorrichtung H1 in einem Drehstromschema notwendig sind, umfasst oder anderweitig damit assoziiert ist. 2B zeigt einen Querschnitt einer Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H1 mit drei Anschlüssen T1, T2, T3, die von einer oberen Oberfläche des Substrats aus zugänglich sind. Obwohl herkömmliche oder Planar-Hall-Vorrichtungen, wie in 2A abgebildet, gegenüber Magnetfeldern senkrecht zu der Oberflächenebene der Vorrichtung empfindlich sind, sind Vertikal-Hall-Vorrichtungen wie die in 2B abgebildete gegenüber Magnetfeldern parallel zu der Oberflächenebene der Vorrichtung empfindlich.
Das Sensorsystem 100 umfasst außerdem einen Takt clk, der durch Steuerschaltkreise 106 mit dem Eingangsschalter SWin und jeder Sensorvorrichtung H1–Hn gekoppelt ist. Der Takt clk steuert die Schaltkreise 106 an, die ihrerseits einen drehstromartigen Modus des Betriebs der Sensorvorrichtungen H1–Hn implementieren, indem gesteuert wird, welche Anschlüsse durch den Eingangsschalter SWin mit der Versorgung 102 gekoppelt werden und durch den Ausgangsschalter SWout mit den Ausgangsschaltkreisen 104. Der Takt clk steuert auch die Betriebsphase jeder Sensorvorrichtung H1–Hn sowie die Ausgangsschaltkreise 104, obwohl diese Merkmale bei Ausführungsformen optional sein können und bei bestimmten Ausführungsformen die Art des verwendeten Sensors H1–Hn betreffen können, d.h., Drehstrom-Halleffekt-Vorrichtungen können das Signal des aus den Steuerschaltkreisen 106 abgeleiteten Takts clk verwenden.
Bei Ausführungsformen bestimmen die Steuerschaltkreise 106 nicht nur die zeitweise Sequenz oder Reihenfolge, in der die Sensorvorrichtungen H1–Hn betrieben werden, sondern auch die zeitliche Beziehung zwischen diesen Operationen. Zum Beispiel können die Steuerschaltkreise 106 bestimmen, ob sich der Betrieb irgendeiner Sensorvorrichtung H1–Hn mit irgendeiner anderen überlappt, sich mit keiner anderen überlappt oder den Betrieb irgendeiner bestimmten Sensorvorrichtung bzw. irgendwelcher bestimmter Sensorvorrichtungen H1–Hn überspringt oder ignoriert.
Zum Beispiel können die Steuerschaltkreise 106 den Eingangsschalter SWin steuern, um während eines ersten Zeitintervalls die Sensorvorrichtung H1 mit der Versorgung 102 zu koppeln, und können den Ausgangsschalter SWout steuern, um während eines Teils oder des des gesamten selben Zeitintervalls die Sensorvorrichtung H1 mit den Ausgangsschaltkreisen 104 zu koppeln. Während eines zweiten Zeitintervalls können die Steuerschaltkreise 106 den Eingangsschalter SWin steuern, um während desselben zweiten Zeitintervalls wieder für einen Teil des oder das gesamte Zeitintervall die Sensorvorrichtung H2 mit der Versorgung 102 und über den Ausgangsschalter SWout mit Sensorausleseschaltkreisen zu koppeln. Dieser Prozess kann für für einen Teil oder alle der Sensorvorrichtungen bis zu einschließlich der Sensorvorrichtung Hn in einem n-ten Zeitintervall wiederholt werden. Bei Ausführungsformen sind diese Zeitintervalle sequenziell oder sukzessive, obwohl die Zeitintervalle bei anderen Ausführungsformen verschachtelt oder sich überlappend sein können. Zum Beispiel kann eine Sensorvorrichtung H1 in einer ersten Taktphase ihres Drehstrommodus betrieben werden, dann kann die Sensorvorrichtung H2 in einer ersten Taktphase ihres Drehstrommodus betrieben werden, gefolgt von Betrieb der Sensorvorrichtung H1 in einer zweiten Taktphase ihres Drehstrommodus, wobei dann die Sensorvorrichtung H2 in einer zweiten Taktphase ihres Drehstrommodus betrieben wird, für insgesamt vier Taktphasen. Dies ist lediglich ein Beispiel für ein Verschachteln, und bei anderen Ausführungsformen können andere Verfahren des verschachtelten Betriebs verwendet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform steuern die Steuerschaltkreise 106 zum Beispiel den Eingangsschalter SWin, um die Sensorvorrichtung H1 mit der Versorgung 102 zu koppeln, und den Ausgangsschalter SWout, um die Sensorvorrichtung H1 mit den Ausgangsschaltkreisen 104 zu koppeln, dergestalt, dass die Sensorvorrichtung H1 in einer Drehstromsequenz betrieben wird, die mindestens zwei Betriebsmodi umfasst, bei denen die Anschlüsse von H1 verschiedenartig als Versorgungsanschlüsse, Signalanschlüsse und/oder andere Anschlüsse gekoppelt werden. Dann steuern die Steuerschaltkreise 106 den Eingangsschalter SWin, um die Sensorvorrichtung H2 mit der Versorgung 102 zu koppeln, und den Ausgangsschalter SWout, um die Sensorvorrichtung H2 mit den Ausgangsschaltkreisen 104 zu koppeln, dergestalt, dass die Sensorvorrichtung H2 in einer Drehstromsequenz betrieben wird, die mindestens zwei Betriebsmodi umfasst, bei denen die Anschlüsse von H2 verschiedenartig als Versorgungsanschlüsse, Signalanschlüsse und/oder andere Anschlüsse gekoppelt werden. Dieser Prozess wird für jede Sensorvorrichtung bis zur Sensorvorrichtung Hn fortgesetzt.
Bei Ausführungsformen umfassen die Ausgangsschaltkreise 104 Schaltkreise, die dafür ausgelegt sind, Ausgangsdaten von jeder der Sensorvorrichtungen H1–Hn zu sammeln, wenn sie mit diesen gekoppelt sind. Bei einer Ausführungsform können die Speicherschaltkreise Abtast-Halte-Schaltkreise, ein Schieberegister, ein Tiefpassfilter, das über die n Zeitintervalle integriert, oder bestimmte andere geeignete Schaltkreise, die dafür ausgelegt sind, die Speicherfunktion auszuführen, umfassen.
Wie bereits erwähnt, kann der Offsetfehler mit verschiedenen Ursachen zusammenhängen, von denen zwei der unverarbeitete Offsetfehler und der Rest-Offsetfehler sind. Der unverarbeitete Offsetfehler kann sich auf einen Offsetfehler beziehen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorliegt, während sich Rest-Offsetfehler auf einen Offsetfehler beziehen kann, der in einem insgesamten oder Gesamt-Ausgangssignal vorliegt, wie etwa einem Signal, das eine Kombination derjenigen aus einzelnen Betriebsphasen einer bestimmten Halleffekt-Vorrichtung ist. Unverarbeitete Offsetfehler in mehreren Betriebsphasen können deshalb kombiniert werden, um entweder einen vergrößerten Rest-Offsetfehler zu erzeugen, was unerwünscht ist oder um unverarbeitete Offsetfehler teilweise oder vollständig wegzuheben, so dass der Rest-Offsetfehler verringert oder beseitigt wird. Bei Ausführungsformen sind die Sensorausleseschaltkreise 104 dafür ausgelegt, diesen Rest-Offsetfehler durch Verwendung der einzelnen Ausgangssignale aus jedem von H1–Hn und Kombinieren oder anderweitiges Analysen dieser auf bestimmte Weise zu verringern oder zu beseitigen.
Somit umfassen bei Ausführungsformen die Ausgangsschaltkreise 104 Schaltkreise, die dafür ausgelegt sind, einen oder mehrere Algorithmen zu implementieren, die als Eingaben die Ausgangssignale von H1–Hn nehmen, diese Signale auf bestimmte Weise auswerten und ein damit zusammenhängendes Gesamt-Ausgangssignal produzieren. Bei einer Ausführungsform werden alle Partial-Drehstrom-Ausgangssignale gleichzeitig abgetastet, ihre Verteilung wird verglichen, es wird eine beste Schätzung für ein Magnetfeld abgeleitet, das eine solche Verteilung verursachen würde, es werden (etwaige) Ausreißer identifiziert und Aktionen hinsichtlich dessen, wie in der Zukunft mit den Vorrichtungen oder den jeweiligen Partial-Drehstromschemata umzugehen ist, die diese Ausreißer verursacht haben, werden bestimmt und implementiert. Bei der Implementierung eines solchen Schemas können jedoch Probleme existieren.
Zum Beispiel kann es unmöglich sein, alle Partial-Drehstromschemata gleichzeitig abzutasten, weil manche von ihnen (z.B. die derselben Halleffekt-Vorrichtung) einander stören können oder Systembetriebsmittel fehlen können, wie etwa nicht genug verfügbarer Strom zum gleichzeitigen Herauffahren aller Halleffekt-Vorrichtungen und Signalaufbereitungsschaltkreise. Eine Lösung hierfür besteht darin, alle Betriebsphasen verglichen mit allen anderen Transienten in dem System sehr schnell auszuführen. Eine andere Lösung kann darin bestehen, bestimmte Taktphasen zu verwürfeln, so dass die Partial-Drehstromschemata auf eine zeitverschachtelte Weise angeordnet werden. Ein komplizierterer Ansatz besteht darin, dass das System die zeitbezogene Entwicklung eines angelegten Magnetfelds und gegebenenfalls andere Größen, die die Messungen beeinflussen, wie etwa Temperatur, mechanische Anspannung und Versorgungsspannung des Sensors, beeinflussen, unter Verwendung robuster Verfahren schätzt. Zum Beispiel kann das System bei einer Ausführungsform einfach alle Partial-Drehstrom-Ausgangssignale aller Halleffekt-Vorrichtungen aufaddieren. Immer wenn es stabile Umgebungsbedingungen identifiziert (d.h. angelegtes Magnetfeld, Temperatur, mechanische Anspannung, Versorgungsspannung und/oder andere Größen sind ausreichend stabil), kann das System die Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen erfassen und annehmen, dass sie gültig sind. Auf der Basis dieser gültigen Verteilung kann das System darauf schließen, welche Partial-Drehstrom-Ausgangssignale Ausreißer oder weniger zuverlässig sind. Obwohl die Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen typischerweise verfügbar ist, weil sie bereits bestimmt wird, um alle Signale aufzusummieren, wertet das System bei Ausführungsformen nur, wenn es stabile Bedingungen detektiert, diese Verteilung aus und friert das Ergebnis für zukünftige Entscheidungen darüber, wie alle Halleffekt-Vorrichtungen zu betreiben sind, ein.
In der Praxis kann bei jedem Partial-Drehstromschema ein kleiner Offsetfehler auftreten, es kann aber auch ein kleiner Verstärkungsfehler auftreten. Ferner ist für asymmetrische Vorrichtungen, wie die meisten Arten von Vertikal-Halleffekt-Vorrichtungen, die Verstärkung oder die magnetische Empfindlichkeit nicht für alle Partial-Drehstromschemata identisch. Deshalb könnte es problematisch sein, die Partial-Drehstrom-Ausgangssignale für ein beliebiges angelegtes Magnetfeld zu vergleichen. Stattdessen könnte es vorteilhaft sein, diese bei einem kleinen angelegten Magnetfeld zu vergleichen. Ähnlich wie bei dem in dem vorherigen Beispiel besprochenen System kann diese Ausführungsform auch eine grobe Schätzung des angelegten Magnetfelds mit robusten Verfahren durchführen und die beobachtete Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen als gültig nehmen, wenn der Betrag des angelegten Felds klein genug ist, wie etwa kleiner als etwa 100 µT bei einer Ausführungsform. Bei solchen kleinen Feldern hat die Verstärkungsfehlanpassung verschiedener Vorrichtungen und Partial-Drehstromschemata nur eine kleine Auswirkung auf die beobachtete Verteilung. Außerdem kann das System das geschätzte Magnetfeld verwenden, um mindestens systematische Unterschiede bei der magnetischen Empfindlichkeit verschiedener Partial-Drehstromschemata zu berücksichtigen.
Ausführungsformen können sich auch damit befassen, wie Partial-Drehstrom-Ausgangssignale zu behandeln sind, die als Ausreißer identifiziert wurden. Bei einer Ausführungsform können diese Signale einfach übersprungen oder ignoriert werden, was bedeutet, dass diese Signale nicht zum Ableiten des Gesamtausgangssignals verwendet werden. Ein verfeinerterer Ansatz bei einer anderen Ausführungsform besteht darin, diese mit einem kleineren Gewichtungsfaktor als alle anderen zu multiplizieren, so dass ihr Einfluss auf das Ausgangssignal abnimmt. In diesem Fall aktualisiert das System die Gewichtungsfaktoren aller Partial-Drehstrom-Ausgangssignale immer dann, wenn es eine neue gültige Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen identifiziert. Dadurch werden die Gewichtungsfaktoren der Signale, die dem Mittelwert der Verteilung nahe sind, etwas vergrößert, während die Gewichtungsfaktoren der Signale, die Ausreißer sind (d.h. fern vom Mittelwert der Verteilung) etwa verkleinert werden. Die Gewichtungsfaktoren können normiert werden, was bedeutet, dass die Summe aller Gewichtungsfaktoren konstant bleibt, so dass die insgesamte magnetische Empfindlichkeit des Sensors konstant bleibt. Gewichtungsfaktoren sollten außerdem bei Ausführungsformen nicht negativ sein, da sie im Idealfall zwischen einem Mindest- und einem Maximalwert, typischerweise zwischen 0 und 1, begrenzt werden sollten, obwohl dies bei Ausführungsformen unterschiedlich sein kann.
Ausführungsformen können sich auch damit befassen, wie das System Partial-Drehstrom-Schemata behandelt, deren Ausgangssignale als Ausreißer identifiziert wurden. Bei einer Ausführungsform können diese Schemata aus bestimmten oder allen zukünftigen Drehstromschemata weggelassen werden, was bedeutet, dass die jeweiligen Sensorvorrichtungen nicht betrieben werden. Dadurch kann die zum Betrieb dieser Vorrichtungen notwendige Leistung sowie die zum Betrieb dieser Vorrichtungen und Abtasten ihrer Signale notwendige Zeit gespart werden. Wenn die oben erläuterten Gewichtungsfaktoren verwendet werden, kann das System Mindestwerte für sie definieren, unter denen das jeweilige Partial-Drehstromschema weggelassen wird. Wenn zum Beispiel ein System vier Halleffekt-Vorrichtungen aufweist, wobei jedes in zwei Partial-Drehstromphasen betreibbar ist, gibt es insgesamt acht Partial-Drehstromphasen. Jedes Drehstrom-Ausgangssignal kann vor der Summierung mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert werden. Wenn alle Drehstrom-Ausgangssignale gut sind, ist ihre Verteilung mit null angelegtem Feld schmal. Die Gewichtungsfaktoren sollten dann 0,125 = 1/8 sein.
Nach einer gewissen Zeit kann jedoch ein Drehstrom-Ausgangssignal beginnen, von der Verteilung bei null angelegtem Feld wegzudriften, so dass dann sein jeweiliger Gewichtungsfaktor vom System zum Beispiel auf 0,1 verkleinert werden sollte. Das jeweilige Partial-Drehstromschema wird jedoch immer noch auf dieselbe Weise wie alle anderen ausgeführt. Wenn sich der Trend fortsetzt und nach einer gewissen Zeit dieses Drehstrom-Ausgangssignal weit vom Mittelwert der Verteilung liegt, kann das System seinen Gewichtungsfaktor weiter bis auf einen gewissen Mindestwert, wie etwa bei einer Ausführungsform 0,05, verringern. Wenn angenommen wird, dass der Mindestwert für jeden Gewichtungsfaktor als 0,05 definiert ist, lässt das System das jeweilige Partial-Drehstromschema während nachfolgendem Betrieb weg und setzt seinen Gewichtungsfaktor auf null, so dass es keinen Einfluss auf die Summierung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen mehr hat.
Signale, die als Ausreißer identifiziert werden, müssen das jedoch nicht immer sein, obwohl sich im einfachsten Fall der Status eines Ausreißers nicht ändert, sobald das System einen Ausreißer detektiert hat, so dass es sein Partial-Drehstromschema permanent weglässt. Bei anderen Ausführungsformen kann das System jedoch prüfen, ob sich irgendwelche Ausreißer verbessert haben. Hierzu kann das System einfach anfangen, das jeweilige Partial-Drehstromschema auszuführen, während sein Gewichtungsfaktor auf null gehalten wird, so dass sich sein Partial-Drehstrom-Ausgangssignal nicht auf die Gesamtausgabe auswirkt. Wenn das System stabile Umgebungsbedingungen detektiert, kann es die Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen als gültig markieren und die Verteilung auswerten. Wenn der zuvor identifizierte Ausreißer außerhalb des Mittelwerts der Verteilung bleibt, hat sich die Situation nicht verbessert, und er bleibt bis zur nächsten Prüfung ein Ausreißer. Wenn der vergangene Ausreißer jedoch nun der Verteilung näher ist, kann sein Gewichtungsfaktor über den Mindestwert vergrößert werden, so dass er für zukünftige Drehstromzyklen betrieben wird.
Bei Ausführungsformen können alle Ausreißer wieder betrieben werden, wenn das System ein großes Magnetfeld detektiert, weil die Ausreißer nur bei schwachem angelegtem Magnetfeld effektiv sein können. Große Änderungen von Temperatur, mechanischer Anspannung oder Versorgungsspannung können auch das System dazu triggern, zu beginnen, wieder alle Ausreißer zu betreiben, wie etwa durch Setzen ihrer Gewichtungsfaktoren über den Mindestwert.
Die Anzahl der Ausreißer kann bei Ausführungsformen vom System mit einem Grenzwert verglichen werden. Wenn zu viele Ausreißer identifiziert werden, kann das System eine Warnung ausgeben, die angibt, dass seine Zuverlässigkeit, kleine Magnetfelder zu detektieren, beeinträchtigt ist. Wenn zum Beispiel ein System zehn Partial-Drehstromschemata implementiert hat, kann es einen, zwei oder drei detektieren. Wenn jedoch fünf der Schemata Ausreißer in der Verteilung von Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen produzieren, kann es schwierig werden, zu bestimmen, welche Ausreißer sind und welche genau sind. Die Situation kann sich verschlechtern, wenn mehr als die Hälfte der Partial-Drehstromsignale Ausreißer sind, weil das System dann die Ausreißer als gut beurteilen könnte und umgekehrt. Bei Ausführungsformen können Ergebnisse somit verbessert werden, wenn nur eine Minderheit der Partial-Drehstromschemata Ausreißer sind, so dass es nützlich sein kann, einen Hinweis zu geben, wenn dies nicht mehr der Fall ist. Das System kann auch detektieren, ob alle Partial-Drehstrom-Ausgangssignale bei null angelegtem Feld einer bestimmten Halleffekt-Vorrichtung Ausreißer sind, da es dann der Fall sein könnte, dass diese spezifische Halleffekt-Vorrichtung ein Problem oder einen Defekt aufweist. Das System kann diese Art von Fehler und eine Kennung für die jeweilige Halleffekt-Vorrichtung übermitteln, um anzuzeigen, dass das System verringerte Zuverlässigkeit aufweist, zumindest bei schwachem Magnetfeld.
Somit und unter Bezugnahme auf 1 können bei einer Ausführungsform die Ausgangsschaltkreise 104 einfach die einzelnen Ausgangssignale von H1–Hn summieren oder mitteln, um ein Gesamtausgangssignal bereitzustellen. Bei einer anderen Ausführungsform bestimmen die Ausgangsschaltkreise 104 die Drehstromausgabe für alle H1–Hn durch Kombinieren aller einzelnen Drehstromausgaben, um dadurch effektiv das Restoffset aller H1–Hn zu bestimmen, und leitet dann aus der für alle H1–Hn bestimmten Ausgabe ein Gesamtausgangssignal ab. Bei anderen Ausführungsformen können die Ausgangsschaltkreise 104 als Gesamtausgangssignal einen statistischen Indikator bezüglich einer Auswertung der einzelnen Ausgangssignale von H1–Hn bereitstellen. Zum Beispiel kann bei Ausführungsformen das Gesamtausgangssignal ein Median, eine Standardabweichung, eine Varianz, eine Wölbung, Neigung oder ein beliebiger anderer Wert oder Indikator bezüglich der Signale sein oder damit zusammenhängen.
In einem konkreten Beispiel können die Ausgangsschaltkreise 104 bestimmen, ob das erfasste Magnetfeld einen kleinen (z.B. weniger als etwa 100 µT) oder großen (z.B. mehr als etwa 100 µT) Betrag aufweist, und dann die Signale auf der Basis dieser Bestimmung differenziell verarbeiten. Zum Beispiel können bei Signalen von mehr als etwa 100 µT die Ausgangsschaltkreise 104 einen Algorithmus implementieren, der den Mittelwert der Ausgangssignale aller Sensorvorrichtungen H1–Hn nimmt, während die Schaltkreise 104 bei denen von weniger als etwa 100 µT ausreißende Werte eliminieren können. Bei Ausführungsformen können Ausgangschaltkreise auch einen abgestuften Übergang zwischen den Bereichen verwenden, was bei anderen Ausführungsformen von dem hier angegebenen Beispiel abweichen kann, indem beide Werte bestimmt und daraus ein Gesamtausgangssignal abgeleitet wird, zum Beispiel gemäß X·f(best) + Y·(1 – f(best)), wobei X die Kombination von Signalen bei dem großen Feld (z.B. mehr als etwa 100 µT) und Y die Kombination von Signalen bei dem kleinen Feld (z.B. weniger als etwa 100 µT) ist, best ein geschätztes Magnetfeld ist und f(best) eine Glättungsfunktion ist, die Werte zwischen 0 und 1 mit f(0) = 0 und f(infinity) = 1 annimmt, und eine steile Steigung in der Nähe von best = 100 µT ist.
Die Ausgangsschaltkreise 104 können auch Ausreißer identifizieren, wie etwa dadurch, ob Signale in bestimmten Taktphasen oder von einer bestimmten Sensorvorrichtung H1–Hn mit Bezug auf andere ausreißen, und diese Informationen einstufen und/oder in flüchtigem oder nichtflüchtigem Speicher speichern. Auf der Basis dieser Informationen können die Ausgangsschaltkreise 104 bestimmen, wie die Vorrichtungen H1–Hn über Steuerschaltkreise 106 in nachfolgenden Betriebsphasen zu steuern sind. Die Ausgangsschaltkreise 104 können auch eine Warnung ausgeben, wie etwa durch Setzen eines Hinweis-Flags in einem Register, das zu anderen Komponenten innerhalb oder außerhalb des Systems 100 übermittelt werden kann, wodurch angezeigt wird, dass ein bestimmter Prozentsatz der Sensorvorrichtungen H1–Hn schlechter arbeitet oder um einen bestimmten Betrag schlechter arbeitet. Die Ausgangsschaltkreise 104 können auch zusätzliche Informationen bereitstellen, wie etwa ein zweites Ausgangssignal mit Bezug auf die Verteilung oder Spreizung von Signalen der Sensorelemente H1–Hn. Hierzu können die Ausgangsschaltkreise 104 die Standardabweichung oder Differenz zwischen Maximal- und Mindestwerten, die von H1–Hn erhalten werden, oder ähnliche Alternativen berechnen. Die Daten können bei Ausführungsformen gespeichert werden, wie etwa in einem Register, und auf externe Anforderung hin periodisch übermittelt oder kontinuierlich ausgegeben werden.
Bei Ausführungsformen können die Ausgangsschaltkreise 104 Ausgangssignale von H1–Hn für die letzen n Zeitintervalle, zusätzliche und/oder ältere Zeitintervalle und Informationen benutzen, die zum Beispiel von der Produktionsendeprüfung während der Herstellung oder einer bestimmten anderen Quelle oder von einer bestimmten andere Quelle oder Periode behalten werden. Somit können die Ausgangsschaltkreise 104 potentielle Lebenszeitänderungen oder andere Faktoren, die sich auf irgendwelche der H1–Hn in Betrieb und Gebrauch auswirken können, berücksichtigen oder nicht.
Man betrachte zum Beispiel eine Ausführungsform, bei der das Sensorsystem 100 neun Sensorvorrichtungen H1–H9 umfasst, die jeweils vier Anschlüsse umfassen. Die Sensorvorrichtungen H1–H9 werden einzeln in Modi des Drehstromtyps betrieben, bei denen die Versorgungs- und Signalanschlüsse jeder Vorrichtung unterschiedlich geschaltet werden. Mit Bezug auf 1 und 2 können, wenn der obere Anschluss der Sensorvorrichtung H1 als Anschluss 1 bzw. T1 betrachtet wird und nachfolgende Anschlüsse im Uhrzeigersinn 2–4 nummeriert werden, vier Drehstromphasen betrieben werden, bei denen Strom in einer ersten Phase von T1 zu T3 fließt, in einer zweiten Phase von T2 zu T4, in einer dritten Phase von T3 zu T1 und in einer vierten Phase von T4 zu T2. Dementsprechend werden dann Ausgangsspannungen in der ersten Phase zwischen T4 und T2, in der zweiten Phase zwischen T1 und T3, in der dritten Phase zwischen T2 und T4 und in der vierten Phase zwischen T3 und T1 gemessen. Aus diesen vier Ausgangsspannungen kann zum Beispiel durch Mitteln der Spannungen ein Ausgangssignal für H1 berechnet werden. Ähnlich können Ausgangssignale jeweils für H2–H9 erhalten werden. Wenn ein großer Offsetfehler (d.h. ein offensichtlicher Ausreißer) in irgendeinem Ausgangssignal irgendeiner bestimmten Sensorvorrichtung H1–H9 vorliegt, wird er zum großen Teil verringert oder beseitigt, wie etwa um einen Faktor neun in dieser beispielhaften Ausführungsform mit neun Sensorvorrichtungen, bei der ein Fehler, wie etwa ein signifikanter Fehler, mit einem Wert zusammenhängt, durch Betrieb der einzelnen Vorrichtung in eine Drehstrommodus und die nachfolgende Kombination der Ausgangssignale von jeder Sensorvorrichtung H1–H9. In einem anderen Beispiel kann der Offsetfehler im Mittel bei Ausführungsformen um einen Faktor drei verringert werden, wenn es neun Werte gibt, die jeweils einen kleinen statistisch unabhängigen Fehler aufweisen.
Bei einer Abwandlung dieses Beispiels können die Sensorvorrichtungen H1–H9 gleichzeitig in ihren Modi des Drehstromtyps betrieben werden. Ein solcher Betriebsmodus wird vom Standpunkt der Signalverarbeitung aus gesehen viel schneller sein, aber auch mehr Strom verbrauchen. Ausführungsformen, die sukzessive Betriebsmodi jeder Sensorvorrichtung H1–Hn umfassen, können also vorteilhaft sein, obwohl für Fachleute erkennbar ist, dass bestimmte Anwendungen durch von Ausführungsformen in Betracht gezogene andere Betriebsmodi Vorteile erhalten können.
Wie bereits erwähnt, können die Ausgangsschaltkreise 104 auch andere Analysen der Ausgangssignale der Sensorvorrichtungen H1–Hn ausführen und das Ergebnis beim Steuern des Betriebs der Vorrichtungen H1–Hn durch die Steuerschaltkreise 106 berücksichtigen. Zum Beispiel können bei einer Ausführungsform die Ausgangsschaltkreise 104 eine Verteilung des Rest-Offsets zwischen oder unter Sensorvorrichtungen H1–Hn bestimmen. Alle Vorrichtungen, die Ausreißer sind, wie etwa die mit besonders hohem Rest-Offset, können dann identifiziert werden, und Ausgangssignale von diesen Vorrichtungen ignoriert werden, um das Gesamtausgangssignal zu verbessern. Bei Ausführungsformen kann bestimmt werden, ob das Rest-Offset irgendeiner bestimmten Sensorvorrichtung H1–Hn hoch ist oder nicht, mit Bezug auf andere der Sensorvorrichtungen H1–H9, oder einen bestimmten Prozentsatz oder anderen vorbestimmten Wert.
Zum Beispiel umfasst bei einer Ausführungsform das System 100 fünf Sensorvorrichtungen H1–H5. Im Betrieb bestimmen die Ausgangsschaltkreise 104 die Drehstromausgabe einer jeden folgendermaßen: H1 = –2 µT; H2 = –10 µT; H3 = 50 µT; H4 = 15 µT und H5 = 10 µT. Die Ausreißer an jedem Ende sind H2 und H3, die bei der Berechnung des Gesamtausgangssignals ignoriert werden können. In diesem Beispiel beträgt das aus H1, H4 und H5 berechnete Gesamtausgangssignal 7,7 µT, verglichen mit dem aus allen fünf H1–H5 berechneten Gesamtausgangssignal, das 12,6 µT beträgt, was eine Verbesserung des Rest-Offsets von 64% darstellt. Bei anderen Ausführungsformen kann die Frage, ob ein Ausreißer beseitigt wird, von vielfältigen Faktoren abhängen, wie etwa einer prozentualen Differenz von einem Mittelwert, Median oder anderen Wert, einer unverarbeiteten Differenz vom nächstliegenden Wert, einer einfachen Anzahl von zu betrachtenden Vorrichtungen oder bestimmten anderen Faktoren.
Bei Ausführungsformen können die Ausgangsschaltkreise 104 auch eine Chronik der Leistungsfähigkeit beliebiger der Sensorvorrichtungen H1–Hn führen, so dass alle, die beständig ein hohes Rest-Offset oder einen anderen Fehler zeigen, automatisch weggelassen werden können, wie etwa durch Entfernen dieser aus dem Drehstrommodus. Wenn zum Beispiel die Sensorvorrichtung H2 beständig mit Bezug auf die anderen Sensorvorrichtungen H1 und H3–H5 schlechter arbeitet, können die Steuerschaltkreise 106 die Sensorvorrichtung H2 aus der Sequenz von betriebenen Sensorvorrichtungen entfernen. Auf diese Weise kann sich das System 100 an die Realitäten gewisser moderner Sensorvorrichtungen anpassen, bei denen die meisten relativ gut sind, aber gelegentliche Ausreißer mit hohem Offset identifiziert und leicht beseitigt werden können. Dies kann bei Ausführungsformen Zeit sparen und die Wirksamkeit und Genauigkeit des Systems 100 verbessern. Das System 100 kann auch im Betrieb am Einsatzort bestimmen, welche Sensorvorrichtung(en) H1–Hn Ausreißer sind, mehr oder weniger von Temperaturdrift beeinflusst werden oder anderweitig schlechter arbeiten. Dementsprechend kann sich das System 100 auf Änderungen einstellen, die nach der Herstellung auftreten, darunter Drift in einzelnen Sensorvorrichtungen H1–Hn über die Lebensdauer des Systems 100 im Gebrauch. Jegliche aus dem Betrieb entfernte Sensorvorrichtungen H1–Hn können periodisch evaluiert werden, da sich Änderungen in den Sensorvorrichtungen H1–Hn während der Betriebslebensdauer dieser Vorrichtungen darauf auswirken könnten, ob eine Vorrichtung weiter entfernt oder implementiert wird. Zum Beispiel können ausreißende Vorrichtungen alle 100 Zyklen identifiziert und für die folgenden 99 Zyklen weggelassen und dann im 200. Zyklus neu evaluiert werden, oder gemäß einem gewissen anderen Evaluierungsschema. Außerdem können die Sensorvorrichtungen H1–Hn bei Ausführungsformen bei der Produktionsendeprüfung während der Herstellung geprüft werden, wobei etwaige ausreißende Sensorvorrichtung(en) H1–Hn identifiziert und im Speicher des Systems 100 programmiert werden, so dass diese Vorrichtungen beim Gebrauch automatisch verworfen werden. Das Verwerfen beliebiger der Sensorvorrichtungen H1–Hn kann mehrere Formen annehmen, wie etwa bei Ausführungsformen durch Ignorieren jedes Ausgangssignals von diesen Vorrichtungen oder nicht einmal Auswählen dieser Vorrichtungen durch die Steuerschaltkreise 106 in Betrieb.
Zum Beispiel können eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen H1–Hn Temperaturdrift aufweisen, so dass H2 bei niedrigen Temperaturen ein höheres Offset aufweist, während H3 bei hohen Temperaturen ein höheres Offset aufweist. Diese Informationen können auf mehrere verschiedene Weisen verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann bestimmt werden, welche Temperatur oder welcher Temperaturbereich wichtiger ist, und die in diesem Bereich höheres Offset aufweisende Sensorvorrichtung kann abgewählt oder ihr Ausgangssignal ignoriert werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Ausgangsschaltkreise 104 einen Algorithmus implementieren, der beide Ausgaben berücksichtigt und eine Temperaturfunktion implementiert, so dass die relevante Sensorvorrichtung bzw. die relevanten Sensorvorrichtungen H1–Hn bei höheren oder niedrigeren Temperaturen je nach Fall weggelassen werden können.
Ein anderer Vorteil von Ausführungsformen besteht darin, dass das System 100 nicht das genaue angelegte Magnetfeld kennen muss, um Ausreißer zu identifizieren oder anderweitig das Rest-Offset zu verringern. Wenn ein äußeres Magnetfeld an dem System 100 wirkt, würde dieses Feld die Signale der Sensorvorrichtungen H1–Hn verschieben, aber nicht ändern, ob irgendeine Sensorvorrichtung H1–Hn ein Ausreißer ist. Außerdem ist ein weiterer Vorteil von Ausführungsformen die Möglichkeit, transiente Magnetfelder zu detektieren, die sich auf beliebige der Sensorvorrichtungen H1–Hn auswirken, indem jede der Sensorvorrichtungen H1–Hn sequenziell betrieben und die Messungen wiederholt werden und dann bestimmt wird, ob die Stichproben jeder Sensorvorrichtung ähnlich sind, wobei in diesem Fall jedes transiente Feld anscheinend stabil war oder spezieller in diesem Fall sich das transiente Feld anscheinend geändert hat.
Ausführungsformen können auch Sicherheitsvorteile ergeben, so dass das System 100 detektieren kann, ob irgendeine einzelne Sensorvorrichtung bzw. irgendwelche einzelnen Sensorvorrichtungen H1–Hn fehlerhaft arbeiten oder defekt sind. Bei einer Ausführungsform können die Ausgangsschaltkreise 104 Maximal- und Mindestsignale aller Sensorvorrichtungen H1–Hn vergleichen und eine Systemwarnung geben, wenn eine Differenz oder ein Verhältnis zwischen beiden einen bestimmten maximalen tolerierten Wert übersteigt.
Es werden auch bei Ausführungsformen Abwandlungen des Systems 100 in Betracht gezogen, dergestalt, dass andere und/oder zusätzliche Merkmale und Vorteile bereitgestellt werden können. Mit Bezug auf 3 und wie zuvor erwähnt kann bei Ausführungsformen das Sensorsystem 300 Sensorvorrichtungen H1–Hn umfassen, die Vertikal-Hall-Vorrichtungen sind. Während herkömmliche oder Planar-Hall-Vorrichtungen wie die oben mit Bezug auf 1 und 2 besprochenen gegenüber Magnetfeldern senkrecht zu der Oberflächenebene der Vorrichtung empfindlich sind, sind Vertikal-Hall-Vorrichtungen gegenüber Magnetfeldern parallel zu der Oberflächenebene der Vorrichtung empfindlich. In 3 und hier durchweg werden ähnliche Bezugszahlen verwendet, um ähnliche Elemente in den Zeichnungen zu bezeichnen, z.B. die Steuerschaltkreise 106 in 1 und die Steuerschaltkreise 306 in 3, die Ausgangsschaltkreise 104 in 1 und die Ausgangschaltkreise 304 in 3 usw. Merkmale, Funktionalität und andere Eigenschaften sollten deshalb als ähnlich oder gleich betrachtet werden, wenn es nicht anders angegeben ist. Die Vertikal-Hall-Vorrichtungen H1–Hn des Systems 300 können mit Bezug auf ihre kleinere Größe im Vergleich zu herkömmlichen Hall-Platten Vorteile bereitstellen, und Ausführungsformen können besonders vorteilhaft sein, da bei Vertikal-Hall-Vorrichtungen typischerweise größere Rest-Offsetfehler auftreten.
Bei der Ausführungsform von 3 umfasst das Sensorsystem 300 mehrere Vertikal-Hall-Sensorvorrichtungen H1–Hn. Jede Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H1–Hn umfasst wie abgebildet drei Anschlüsse, obwohl die Anzahl der Anschlüsse bei anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein kann. Zum Beispiel umfasst bei der Ausführungsform von 4 jede Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H und H' mehrere Anschlüsse C1–Cn, eine Konfiguration, die einzelnen Vertikal-Hall-Sensorvorrichtungen, die kombiniert werden, äquivalent ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der n = 6 ist, so dass die Vertikal-Sensorvorrichtung H jeweils gleichmäßig beabstandete Anschlüsse C1–C6 umfasst, können die Anschlüsse C1–C3 als eine erste Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung umfassend betrachtet werden, die Anschlüsse C2–C4 als eine zweite Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung umfassend, die Anschlüsse C3–C5 als eine dritte Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung umfassend und die Anschlüsse C4–C6 als eine vierte Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung umfassend. Die Vorrichtungen müssen nicht aus sequenziellen Kontakten bestehen. Zum Beispiel kann eine erste Vorrichtung Anschlüsse C1–C3 umfassen, während eine zweite Vorrichtung Anschlüsse C5–C7, eine dritte Vorrichtung Anschlüsse C2–C4 und so weiter umfassen kann, obwohl dies wieder nur eine beispielhafte Ausführungsform ist. Im Allgemeinen umfasst jede Vorrichtung jedoch drei sequenzielle Anschlüsse, statt Konfigurationen wie C1, C3 und C5.
Ein Vorteil des Systems 400 besteht darin, dass Vorrichtungen H und H' weniger Platz erfordern, als wenn vier getrennte Vertikal-Hall-Vorrichtungen implementiert würden, ohne sich Anschlüsse zu teilen. Obwohl die Anschlüsse C1–Cn bei einer solchen Ausführungsform zwischen Vorrichtungen geteilt werden, kann das von irgendeiner bestimmten Vorrichtung erfahrene Rest-Offset relativ unabhängig sein.
Um eine solche Konfiguration zu ermöglichen, umfasst das Sensorsystem 400 zwei Schaltnetzwerke SW und SW' zur unterschiedlichen Kopplung jeder Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H und H' mit einer positiven und negativen Stromversorgung 402a und 402b und Ausgangsschaltkreisen 404. Jedes Schaltnetzwerk SW und SW' umfasst mehrere Schalter, wie etwa wie abgebildet drei, zur Kopplung der drei Kontakte jeder Sensorvorrichtung mit einer positiven Stromversorgung 402a, einer negativen Stromversorgung 402b und Ausgangsschaltkreisen 404. Ähnlich wie bei anderen Ausführungsformen steuern die Steuerschaltkreise 406 den Betrieb des Schaltnetzwerks SW und SW' bezüglich der Anschlüsse C1–Cn jeder Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H und H' in einem Betriebsmodus des Drehstromtyps gekoppelt werden.
Bei Ausführungsformen werden die Sensorsysteme 300 und 400 jeweils in Modi des Drehstromtyps betrieben, bei denen die Kopplungsanordnung der Anschlüsse in einer bestimmten Sensorvorrichtung in sequenziellen Betriebsphasen geändert wird. Der Zweckmäßigkeit halber wird das Sensorsystem 300 hier als beispielhafte Ausführungsform bezeichnet, dieselben oder ähnliche Modi des Drehstromtyps können jedoch unter Verwendung des Sensorsystems 400 implementiert werden. Im Betrieb wird die Kopplungsanordnung der Anschlüsse jeder von H1–Hn, die hier als Anschlüsse C1, C2 und C3 von oben nach unten an jeder Sensorvorrichtung H1–Hn bezeichnet werden, zwischen Stromversorgung 302, Ausgangsschaltkreisen 304 und einem Bezugspotential wie Masse oder einem bestimmten anderen Potential variiert.
Zum Beispiel wird bei einem Sechsphasen-Drehstrommodus oder -schema in einer ersten Betriebs- oder Taktphase C1 die Vertikal-Hall-Sensorvorrichtung H1 durch SWin mit der Stromversorgung 302 gekoppelt, C2 wird mit einem Bezugspotential gekoppelt und C3 wird durch SWout mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt. In einer zweiten Phase wird C1 mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt, C2 wird mit der Stromversorgung 302 gekoppelt und C3 wird mit einem Bezugspotential gekoppelt. In einer dritten Phase wird C1 mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt, C2 wird mit einem Bezugspotential gekoppelt und C3 wird mit der Stromversorgung 302 gekoppelt. In einer vierten Phase wird C1 mit einem Bezugspotential gekoppelt, C2 wird mit der Stromversorgung 302 gekoppelt und C3 wird mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt. In einer fünften Phase wird C1 mit der Stromversorgung 302 gekoppelt, C2 wird mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt und C3 wird mit einem Bezugspotential gekoppelt. In einer sechsten Phase wird C1 mit einem Bezugspotential gekoppelt, C2 wird mit den Ausgangsschaltkreisen 304 gekoppelt und C3 wird mit der Stromversorgung 302 gekoppelt. Dies kann auf dieselbe oder ähnliche Weise für die übrigen Sensorvorrichtungen H2–Hn, die benutzt werden, wiederholt werden. Dies ist lediglich ein Beispiel für einen Drehstrom-Betriebsmodus, und bei anderen Ausführungsformen können, wie für Fachleute ersichtlich ist, die konkreten Anschlusskopplungen, die Reihenfolge der Phasen, die Gesamtzahl der Phasen und andere Eigenschaften variieren.
Ein ähnlicher Drehstrom-Betriebsmodus kann auch für das Sensorsystem 400 implementiert werden, das bei dieser Ausführungsform Schaltnetzwerke SW und SW' und die drei Schalter jeder dieser verwendet. Jeder einzelne Schalter kann einen beliebigen Anschluss C1–Cn koppeln, aber im Allgemeinen sollte kein Anschluss C1–Cn bei Ausführungsformen mit mehr als einem Schalter entweder von SW oder SW' gekoppelt werden. Ausgangsschaltkreise 404 bestimmen ein Ausgangssignal für jede Sensorvorrichtung, wobei hier auf die obige Besprechung hinsichtlich einer ersten Vorrichtung von Anschlüssen C1–C3, einer zweiten Vorrichtung von Anschlüssen C2–C4 und so weiter Bezug genommen wird, die durch die Steuerschaltkreise 406 gesteuert werden, die mit jedem Schaltnetzwerk SW und SW' gekoppelt sind, wobei SW und SW' beide ähnliche Drehstromschemata implementieren, so dass ein Differenzsignal zwischen den zwei Vorrichtungen erhalten werden kann, eines von der Sensorvorrichtung H und eines von der Sensorvorrichtung H', als das einzelne Ausgangssignal für diese Phase. Die Gesamtzahl der implementierten Phasen kann bei Ausführungsformen variieren, wie zuvor mit Bezug auf das Sensorsystem 300 besprochen. Zum Beispiel könnten zwei, vier oder sechs Phasen implementiert werden, oder eine bestimmte andere Anzahl von Phasen.
Aus den in jeder Phase erhaltenen einzelnen Differenzsignalen kann dann ein Gesamtausgangssignal bestimmt werden. Das Gesamtausgangssignal kann eine Summe, ein Mittelwert oder ein anderer statistischer Wert der Signale aller Sensorvorrichtungen in allen Betriebsphasen wie oben besprochen sein. Als Alternative können die Ausgangsschaltkreise 304 die Drehstromsignale durch Berechnen ihrer Summe, ihres Mittelwerts oder eines anderen statistischen Werts wie oben besprochen kombinieren. Somit ist es vorteilhaft, das Drehstromsignal in mehreren Schritten zu berechnen, wie etwa in einem Beispiel durch Kombinieren der Signale von ersten zwei der sechs Phasen, zweiten zwei der sechs Phasen und dritten zwei der sechs Phasen. Dies produziert drei Signale, die in einem Idealfall gleich sind; wenn sie sich um einen bestimmten Betrag unterscheiden, können Ausreißer aus der Berechnung weggelassen werden. Als Alternative können diese drei Signale wieder auf eine beliebige der oben besprochenen Weisen kombiniert werden (z.B. Summe, Mittelwert, getrimmtes Mittel, Quartile oder Perzentile oder eine bestimmte andere statistische Datenverarbeitung).
Zum Beispiel und mit Bezug auf 5 umfasst ein System 500 bei einer Ausführungsform n Halleffekt-Vorrichtungen H1–Hn. Jede Halleffekt-Vorrichtung H1–Hn kann in m Betriebsphasen eines Drehstromschemas betrieben werden. Die Zahl m kann bei Ausführungsformen von der Anzahl der Anschlüsse der Halleffekt-Vorrichtungen H1–Hn abhängen, weil sie einfach die Anzahl möglicher Kombinationen von Versorgungsanschlüssen ist. Wenn alle Halleffekt-Vorrichtungen H1–Hn dieselbe Anzahl von Anschlüssen aufweisen, können sie alle in derselben Anzahl von Betriebsphasen betrieben werden. Zum Beispiel kann eine Dreianschluss-Halleffekt-Vorrichtung in m = 6 Betriebsphasen betrieben werden, eine Vieranschluss-Halleffekt-Vorrichtung kann in m = 12 Betriebsphasen betrieben werden usw. In 5 wird angenommen, dass m für H1–Hn gleich ist, obwohl im allgemeinsten Fall m von der spezifischen verwendeten Halleffekt-Vorrichtung abhängen kann (somit könnte m als m_i für H_i indexiert werden). Die Signale S_i,j werden als Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der Halleffekt-Vorrichtung Nummer i bezeichnet.
5 zeigt einen einfachen Fall eines Partial-Drehstromschemas, nämlich eines, das aus nur zwei Betriebsphasen zusammengesetzt ist. Bei bestimmten Arten von Halleffekt-Vorrichtungen sind auch Partial-Drehstromschemata mit zwei und drei Betriebsphasen bekannt. In 5 werden die Partial-Drehstromschemata einer einzelnen Halleffekt-Vorrichtung bei Ausführungsformen typischerweise nicht gleichzeitig ausgeführt, obwohl dies unterschiedlich sein kann. Das Partial-Drehstromschema, das die Phasen 1 und 2 der Halleffekt-Vorrichtung H1 umfasst, wird daher typischerweise nicht zur selben Zeit wie das Partial-Drehstromschema der Phasen 3 und 4 der Halleffekt-Vorrichtung H1 ausgeführt. In seltenen Fällen (z.B. wenn die in beiden Partial-Drehstromschemata verwendeten Anschlüsse ausreichend entkoppelt sind, wie etwa durch einen großen Abstand), kann es jedoch eine zeitliche Überlappung beider Partial-Drehstromschemata geben. Es ist außerdem möglich, die Partial-Drehstromschemata in einzelne Phasen aufzuteilen, sie beliebig zu verwürfeln und die Signale S_i,j danach zu rekonstruieren. In diesem Fall werden die Partial-Drehstromschemata auf zeitlich verschachtelte Weise ausgeführt. Umgekehrt kann der Betrieb der Halleffekt-Vorrichtung H2 bei verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise oder völlig sequenziell mit dem Betrieb der Halleffekt-Vorrichtung H1 erfolgen.
Die Kombination der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale S_i,j (J = 1, 2, ... m) stellt ein Drehstrom-Ausgangssignal T_i bereit. Somit kann das System 500 die Verteilung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale S_i,j in einem ersten Schritt auswerten und die Drehstrom-Ausgangssignale T_i dieser ableiten. In einem zweiten Schritt kann das System 500 die Verteilung der Drehstrom-Ausgangssignale T_i auswerten und das Gesamtausgangssignal OUT davon ableiten.
6 zeigt eine vereinfachte Version des Systems 500, die das Drehstromschema nicht in Partial-Drehstromschemata aufteilt. Stattdessen berechnet das System 600 direkt die Drehstrom-Ausgangssignale T_i ohne Auswertung der Verteilung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale. Bei einer weiteren Ausführungsform und mit Bezug auf 7 ist es möglich, in einem einzigen Schritt in einem System 700 alle Partial-Drehstrom-Ausgangssignale zu kombinieren (und gegebenenfalls die Verteilung dieser einschließlich der Identifikation von Ausreißern auszuwerten).
Die Auswertung von Ausreißervorrichtungen und andere oben mit Bezug auf andere Ausführungsformen besprochene Analysen können hier mit Bezug auf das System 400 genauso wie für die Systeme 300, 500 und andere ausgeführt werden. In dem System 400 könnte zum Beispiel bestimmt werden, dass bestimmte Kontakte Asymmetrien hervorrufen, wie etwa die Anschlüsse C1 und Cn, die sich an den Enden der Vorrichtung H befinden, und deshalb aus der Verwendung weggelassen werden könnten.
Ausführungsformen betreffen deshalb Sensorsysteme, die mehrere Sensorvorrichtungen umfassen, die sequenziell oder gleichzeitig in Modi des Drehstromtyps betrieben werden können, um mehrere einzelne Ausgangssignale bereitzustellen. Bestimmte oder alle der einzelnen Ausgangssignale können dann verwendet werden, um ein Gesamtausgangssignal zu bestimmen, das verringertes Rest-Offset aufweist, sowie um die Leistungsfähigkeit oder Eigenschaften der einzelnen Sensorvorrichtungen zu analysieren. Obwohl Ausführungsformen Rest-Offsetfehler verringern oder beseitigen können, können auch andere stochastische Fehler verringert oder beseitigt werden. Jegliche Sensorvorrichtungen, die schlechter arbeiten, wie etwa durch Aufweisen von hohem Rest-Offset oder anderen zu ausreißenden Ergebnissen beitragende Eigenschaften, können weggelassen werden. Diese Weglassung kann viele Formen annehmen, wie etwa indem einfach ein bestimmtes einzelnes Ausgangssignal nicht verwendet wird, keinerlei Signal von dieser Vorrichtung verwendet wird oder diese Vorrichtung in nachfolgenden Phasen nicht betrieben wird. Die Sensorvorrichtungen können Halleffekt-Vorrichtungen umfassen, einschließlich sowohl regulärer Halleffekt-Vorrichtungen als auch Vertikal-Halleffekt-Vorrichtungen oder eine bestimmte andere Art von Sensor, einschließlich der Kombination mehrerer einzelner Sensorvorrichtungen, die gekoppelt sind, um eine einzige Sensorvorrichtung zu bilden.
Es wurden hier verschiedene Ausführungsformen von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren beschrieben. Diese Ausführungsformen werden lediglich als Beispiel angegeben und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken. Außerdem versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsformen, die beschrieben wurden, auf verschiedene Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen zu produzieren. Obwohl verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Konfigurationen und Orte usw. zur Verwendung mit offenbarten Ausführungsformen beschrieben wurden, können außerdem außer diesen offenbarten andere benutzt werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Für Durchschnittsfachleute ist erkennbar, dass die Erfindung weniger Merkmale als in irgendeiner oben beschriebenen einzelnen Ausführungsform dargestellt umfassen kann. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Präsentation der Weisen gedacht, auf die die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Dementsprechend sind die Ausführungsformen nicht sich gegenseitig ausschließende Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination verschiedener einzelner Merkmale umfassen, die aus verschiedenen einzelnen Ausführungsformen ausgewählt werden, wie für Durchschnittsfachleute erkennbar ist. Mit Bezug auf eine Ausführungsform beschriebene Elemente können außerdem selbst dann in anderen Ausführungsformen implementiert werden, wenn sie nicht in solchen Ausführungsformen beschrieben werden, sofern es nicht anderweitig erwähnt wird. Obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, können andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination von einem oder mehreren Merkmalen mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben wird, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs in einem beliebigen anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt bezüglich des unabhängigen Anspruchs abhängig gemacht wird.
Jede obige Aufnahme von Schriften durch Bezugnahme wird so eingeschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen wird, der der vorliegenden expliziten Offenbarung widerspricht. Jede obige Aufnahme von Schriften durch Bezugnahme wird ferner so eingeschränkt, dass keine in den Schriften enthaltenen Ansprüche hier durch Bezugnahme aufgenommen werden. Jede obige Aufnahme von Schriften durch Bezugnahme wird weiterhin so eingeschränkt, dass jegliche in den Schriften angegebene Definitionen hier nicht durch Bezugnahme aufgenommen werden, sofern sie nicht ausdrücklich hier aufgenommen werden.
Für die Zwecke der Interpretation der Ansprüche für die vorliegende Erfindung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die Vorkehrungen von Abschnitt 112, sechster Paragraph der 35 U.S.C. nicht zur Geltung kommen sollen, sofern nicht die spezifischen Ausdrücke "Mittel zum" oder "Schritt zum" in einem Anspruch angeführt werden.

Claims

Sensorsystem, umfassend: mehrere nahe beieinander positionierte Sensorvorrichtungen, dergestalt, dass jede der mehreren Sensorvorrichtungen ausgelegt ist, im Wesentlichen denselben Zustand zu erfassen; eine Steuerschaltung, welche zum Betreiben jeder der mehreren Sensorvorrichtungen in mindestens einer partiellen drehstromartigen Betriebsart eingerichtet ist, die mindestens zwei Phasen umfasst, um in jeder Phase durch selektives Koppeln eines ersten der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung als Versorgungsanschluss und eines zweiten der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung als Signalanschluss in jeder Phase ein Partial-Drehstrom-Ausgangssignal zu erhalten, dergestalt, dass in sequenziellen Phasen Strom in verschiedenen Richtungen in jeder Sensorvorrichtung fließt und verschiedene der mehreren Anschlüsse jeder Sensorvorrichtung Signalanschlüsse sind; und eine Ausgangsschaltung, ausgelegt zum Bestimmen eines Systemausgangssignals aus Partial-Drehstrom-Ausgangssignalen der mindestens zwei Phasen jeder der mindestens zwei der mehreren Sensorvorrichtungen.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsschaltung zum Bestimmen eines Systemausgangssignals aus Summierung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale von mindestens zwei der mehreren Sensorvorrichtungen eingerichtet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgangsschaltung zum Bestimmen eines Systemausgangssignals aus Mittelung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale von mindestens zwei der mehreren Sensorvorrichtungen eingerichtet ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die mehreren Sensorvorrichtungen Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfassen.
Sensorsystem nach Anspruch 4, wobei die Halleffekt-Sensorvorrichtungen vertikale Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfassen.
Sensorsystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine erste der Halleffekt-Sensorvorrichtungen mindestens einen derselben Anschlüsse wie eine zweite der Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfasst, und wobei die erste und zweite Halleffekt-Sensorvorrichtung in verschiedenen Phasen betrieben werden.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die mehreren Sensorvorrichtungen auf demselben Halbleiterchip angeordnet sind.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die mehreren Anschlüsse mindestens drei Anschlüsse umfassen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Ausgangsschaltung ferner zum Vergleichen der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der mehreren Sensorvorrichtungen, um eine Verteilung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale zu bestimmen, eingerichtet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 9, wobei die Verteilung verwendet wird, um einen Rest-Offsetfehler zu bestimmen, der mindestens eine der mehreren Sensorvorrichtungen beeinflusst.
Sensorsystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Ausgangsschaltung ferner zum Weglassen mindestens eines Sensorvorrichtungs-Partial-Drehstrom-Ausgangssignals, das ein Ausreißer in der Verteilung ist, aus der Bestimmung des Systemausgangssignals eingerichtet ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 9–11, wobei die Steuerschaltung zum Weglassen mindestens einer Sensorvorrichtung, die ein Partial-Drehstrom-Ausgangssignal aufweist, das ein Ausreißer in der Verteilung ist, aus dem Betrieb in einer nachfolgenden drehstromartigen Betriebsart eingerichtet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 12, wobei die Ausgangsschaltung zum Bestimmen der Verteilung während einer Produktionsprüfung und Speichern eines Ergebnisses der Prüfung in einem nichtflüchtigen Speicher eingerichtet ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 9–13, wobei die Ausgangsschaltung eingerichtet ist, den Vergleich periodisch auszuführen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 9–14, wobei die Ausgangsschaltung eingerichtet ist, den Vergleich stochastisch und/oder auf eine Anforderung hin und/oder auf eine Eingabe hin auszuführen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, jede der mehreren Sensorvorrichtungen sequenziell in einer drehstromartigen Betriebsart zu betreiben.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–16, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, mindestens zwei der mehreren Sensorvorrichtungen gleichzeitig in einer drehstromartigen Betriebsart zu betreiben.
Verfahren zum Betrieb eines Sensorsystems, das mehrere nahe beieinander angeordnete Sensorvorrichtungen umfasst, dergestalt, dass jede der mehreren Sensorvorrichtungen zum Erfassen im Wesentlichen desselben Zustands eingerichtet ist, wobei jede Sensorvorrichtung mehrere Anschlüsse umfasst, umfassend: Betreiben einer ersten Sensorvorrichtung der mehreren Sensorvorrichtungen in einer drehstromartigen Betriebsart, der mindestens zwei Taktphasen umfasst, durch selektives Koppeln eines ersten Anschlusses der ersten Sensorvorrichtung als Versorgungsanschluss und eines zweiten Anschlusses der ersten Sensorvorrichtung als Signalanschluss, dergestalt, dass in mindestens einem Teil der ersten Sensorvorrichtung Strom in verschiedenen Richtungen fließt und verschiedene der mehreren Anschlüsse der ersten Sensorvorrichtung der Signalanschluss sind; Bestimmen eines Partial-Drehstrom-Ausgangssignals der ersten Sensorvorrichtung in jeder der mindestens zwei Taktphasen des Betreibens der ersten Sensorvorrichtung; Betreiben mindestens einer zweiten Sensorvorrichtung der mehreren Sensorvorrichtungen in der drehstromartigen Betriebsart; Bestimmen eines Partial-Drehstrom-Ausgangssignals der mindestens zweiten Sensorvorrichtung in jeder der mindestens zwei Taktphasen des Betreibens der mindestens zweiten Sensorvorrichtung; und Bestimmen eines Sensorsystem-Ausgangssignals auf der Basis der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der ersten Sensorvorrichtung und der mindestens zweiten Sensorvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bestimmen eines Sensorsystem-Ausgangssignals Summieren der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der ersten Sensorvorrichtung und der mindestens zweiten Sensorvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bestimmen eines Sensorsystem-Ausgangssignals Mitteln der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der ersten Sensorvorrichtung und der mindestens zweiten Sensorvorrichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–20, ferner umfassend Vergleichen der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale der ersten Sensorvorrichtung und der mindestens zweiten Sensorvorrichtung, um eine Verteilung der Partial-Drehstrom-Ausgangssignale zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend Weglassen mindestens eines Partial-Drehstrom-Ausgangssignals der ersten Sensorvorrichtung oder der mindestens zweiten Sensorvorrichtung, das ein Ausreißer in der Verteilung ist, aus der Bestimmung des Systemausgangssignals.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend Weglassen zumindest der ersten Sensorvorrichtung oder der mindestens zweiten Sensorvorrichtung, die ein Partial-Drehstrom-Ausgangssignal aufweisen, das ein Ausreißer in der Verteilung ist, aus dem Betrieb in mindestens einer Taktphase der nachfolgenden drehstromartigen Betriebsart.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–23, wobei das Vergleichen während der Herstellung des Sensorsystems ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–24, wobei das Vergleichen dafür ausgelegt ist, periodisch ausgeführt zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–25, wobei das Verfahren dafür ausgelegt ist, stochastisch und/oder auf Empfang einer Anforderung hin und/oder auf Empfang einer Eingabe hin ausgeführt zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–26, wobei das Betreiben der ersten Sensorvorrichtung und das Betreiben der mindestens zweiten Sensorvorrichtung sequenziell ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–26, wobei sich das Betreiben der ersten Sensorvorrichtung und das Betreiben der mindestens zweiten Sensorvorrichtung mindestens teilweise zeitlich überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–28, wobei die mindestens zwei Taktphasen der ersten Sensorvorrichtung und die mindestens zwei Taktphasen der mindestens zweiten Sensorvorrichtung verschachtelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–29, wobei die mehreren Sensorvorrichtungen Halleffekt-Sensorvorrichtungen umfassen.