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HINTERGRUND
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Magnetfeldschalter wie etwa Hall-Effekt-Sensoren sind ein Typ eines magnetischen Sensors mit einer digitalen Ausgabe, die von hoch auf tief und von tief auf hoch umschaltet, wenn bestimmte Niveaus der Magnetfeldstärke erfasst werden. Diese Schalter werden häufig für die Näheerfassung verwendet. Die Schalter liefern Magnetfeld-Ausgangsspannungs-Kennlinien, die einen bestimmten Betrag an Hysterese aufweisen, um Rauschfestigkeit bereitzustellen.
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Das Ausgabeverhalten dieser Schalter kann unipolar, bipolar oder omnipolar sein. In unipolaren Schaltern hängt die Ausgabe sowohl von der Stärke des Felds als auch von der Polarität ab. In omnipolaren Schaltern hängt die Ausgabe von der Stärke des Felds und nicht von der Polarität ab. In einigen Anwendungen ist ein omnipolares Schalterverhalten gegenüber einem unipolaren erwünscht, da die Ausgabe nicht von der Polarität des Magnetfelds abhängt. Dies kann den Betrieb und die Erfassung des gewünschten Verhaltens vereinfachen. Allerdings neigen omnipolare Schalter gegenüber unipolar geschalteten dazu, eine erhöhte Komplexität aufzuweisen, und erfordern einen Polaritätskomparator, um das unipolare Verhalten bereitzustellen. Neben weiteren Nachteilen erfordert diese erhöhte Komplexität eine größere Fläche und einen höheren Leistungsverbrauch. Ein Magnetfelddetektor mit geringer Leistungsaufnahme wird in
US 5,619,137 A beschrieben. Dabei sind eine Takteinheit und ein Schalter vorgesehen, um einen Versorgungsstrom eines Hall-Elements zu zerhacken und dadurch die Leistungsaufnahme gering zu halten. Die
US 2012/0229132 A1 beschreibt einen Magnetfeld-Erfassungssensor vom gestapelten Typ mit einer vertikalen Hall-Vorrichtung, deren Messsignal durch einen Chopper-Verstärker verstärkt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es besteht ein Bedarf an der Bereitstellung eines verbesserten Konzepts für ein Signalverarbeitungssystem, für ein omnipolares Magnetsensorsystem und für ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetsensorsystems.
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Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand irgendeines der Ansprüche erfüllt werden.
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Einige Ausführungsformen beziehen sich auf ein Signalverarbeitungssystem, das eine Eingangsstufe, die zum Empfangen eines Quellsignals, zum wahlweisen Zerhacken des Quellsignals, zum Abgleichen des Quellsignals unter Verwendung von Verhaltensparametern und zum Erzeugen eines abgeglichenen Quellsignals konfiguriert ist; und eine Verhaltenskomponente, die zum Erzeugen der Verhaltensparameter konfiguriert ist, umfasst.
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Optional umfasst das System ferner eine zweite Stufe, die zum Verstärken des abgeglichenen Signals, um ein verstärktes Signal zu erzeugen, konfiguriert ist.
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Ferner umfasst das System optional ferner eine Ausgangskomponente, die zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals aus dem verstärkten Signal konfiguriert ist.
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Optional ist die digitale Ausgabe ein logisches Hoch, wenn die Amplitude des Quellsignals über den Schwellenwert zunimmt, und wird sie zu einem logischen Tief, wenn die Amplitude des Quellsignals auf einen zweiten Schwellenwert zunimmt.
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Ferner geht die digitale Ausgabe optional von logisch tief auf logisch hoch, wenn die Amplitude des Quellsignals auf den Schwellenwert abnimmt.
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Optional weisen die Verhaltensparameter einen Versatzstrom und einen Hysteresestrom auf.
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Ferner erzeugt die Verhaltenskomponente die Verhaltensparameter optional wenigstens teilweise in Übereinstimmung mit einem digitalen Ausgangssignal auf der Grundlage des abgeglichenen Signals.
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Optional werden die Verhaltensparameter invertiert, wenn die Amplitude des Quellsignals über den Schwellenwert zunimmt.
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Ferner ist die Eingangsstufe optional dafür konfiguriert, das Zerhacken des Quellsignals anzuhalten, wenn seine Amplitude über einen zweiten Schwellenwert zunimmt.
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Optional ist die Eingangsstufe dafür konfiguriert, das Quellsignal zu zerhacken, wenn seine Amplitude auf den Schwellenwert abnimmt.
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Einige Ausführungsformen beziehen sich auf ein omnipolares Magnetsensorsystem, das einen Magnetsensor, der zum Messen eines Magnetfelds und zum Erzeugen eines Sensorsignals mit einer Amplitude und einer Polarität konfiguriert ist; und einen Komparator, der zum Empfangen des Sensorsignals und zum Erzeugen einer digitale Ausgabe auf der Grundlage des omnipolaren Verhaltens konfiguriert ist, wobei der Komparator Verhaltensparameter nutzt und das Sensorsignal zerhackt, wenn die digitale Ausgabe auf einem vorgegebenen Wert ist, umfasst.
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Optional weist der Komparator einen Impulsgenerator, der zum Erzeugen eines verzögerten Impulses konfiguriert ist und der den verzögerten Impuls zum Erzeugen der digitalen Ausgabe nutzt, auf.
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Ferner ist der Komparator optional zum Zerhacken des Sensorsignals mit einer Zerhackungsfrequenz konfiguriert.
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Optional ist die Zerhackungsfrequenz höher als das 10-fache einer Frequenz des Sensorsignals.
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Ferner weist der Komparator optional eine Eingangsstufe, die dafür konfiguriert ist, das Sensorsignal unter Verwendung der Verhaltensparameter abzugleichen, auf.
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Optional weisen die Verhaltensparameter einen Versatzstrom auf.
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Optional weisen die Verhaltensparameter ferner einen Hysteresestrom auf.
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Optional ist der vorgegebene Wert logisch hoch.
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Einige Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetsensorsystems, wobei das Verfahren das Messen eines Magnetfelds zum Erzeugen eines Sensorsignals mit einer Amplitude und einer Polarität auf der Grundlage des Magnetfelds; das Abgleichen des Sensorsignals unter Verwendung von Verhaltensparametern, um ein abgeglichenes Sensorsignal zu erzeugen; das Zerhacken des abgeglichenen Sensorsignals, wenn ein digitales Ausgangssignal ein erster logischer Wert ist; und das Erzeugen des digitalen Ausgangssignals aus dem abgeglichenen Sensorsignal, wobei das digitale Ausgangssignal nur auf der Amplitude des Magnetsignals beruht, umfasst.
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Optional umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen der Verhaltensparameter in Übereinstimmung mit dem digitalen Ausgangssignal und mit einem verzögerten Zwischenimpulssignal.
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Ferner umfasst das Verfahren optional das Verstärken des abgeglichenen Sensorsignals vor dem Erzeugen des digitalen Ausgangssignals.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltplan, der ein System auf der Grundlage eines omnipolaren Magnetsensors darstellt.
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2A ist ein Graph, der das unipolare Verhalten eines Magnetsensors zeigt. In diesem Beispiel ist die Polarität des Magnetfelds immer positiv.
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2B ist ein Graph, der das omnipolare Verhalten eines Magnetsensors zeigt.
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3 ist ein Blockschaltplan, der einen Komparator darstellt.
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4A ist ein Stromlaufplan, der eine Eingangsstufe eines Komparators darstellt.
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4B ist ein Stromlaufplan, der einen Verhaltensparametergenerator darstellt.
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4C ist ein Stromlaufplan, der Torsteuerungselemente darstellt, die in einem Komparator verwendet werden können.
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4D ist ein Stromlaufplan, der eine zweite Stufe und eine Ausgangskomponente für einen Komparator darstellt.
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5 ist ein Graph, der ein beispielhaftes omnipolares Verhalten und eine beispielhafte digitale Ausgabe für einen Komparator darstellt.
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6 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetsensorkomparatorsystems darstellt.
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7 ist ein Graph, der ein beispielhaftes unipolares Verhalten in Ansprechen auf Eingangssignale zeigt.
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8 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Verhalten in Ansprechen auf Eingangssignale zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei zur Bezeichnung gleicher Elemente überall dieselben Bezugszeichen verwendet sind und wobei die dargestellten Strukturen und Vorrichtungen nicht notwendig maßstabsgerecht sind.
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Es werden Systeme und Verfahren offenbart, die dadurch, dass sie ein omnipolares Magnetsensorverhalten unter Verwendung einer vereinfachten Schaltungsanordnung bereitstellen, Magnetsensoren ermöglichen. Die Systeme und Verfahren weisen einen Komparator auf, der nur auf der Grundlage einer Amplitude eines Sensorsignals eine digitale Ausgabe erzeugt, ohne einen Polaritätskomparator oder eine andere komplexe Schaltungsanordnung zu erfordern.
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1 ist ein Blockschaltplan, der ein System 100 auf der Grundlage eines omnipolaren Magnetsensors darstellt. Das System 100 misst ein Magnetfeld und erzeugt auf der Grundlage der Messung eine digitale Ausgabe.
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Das System weist einen Sensor 114 und einen Komparator 116 auf. Der Sensor 114 ist ein Sensor vom Magnettyp und misst ein Magnetfeld. Der Sensor erzeugt ein Sensorsignal 118, das notwendig eine Amplitude und eine Polarität aufweist. Die Sensoramplitude liegt im Bereich von null bis zu einem Maximalwert und die Polarität wird als positiv oder negativ angesehen.
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Der Komparator 116 erzeugt auf der Grundlage des Sensorsignals 118 eine digitale Ausgabe 120. Der Komparator 116 ist nur für die Amplitude des Sensorsignals 118 empfindlich. Somit ist der Komparator 116 für die Polarität unempfindlich. Der Komparator 116 erzeugt intern Verhaltensparameter und ein Zerhacken und nutzt sie, um nur auf der Grundlage der Amplitude des Sensorsignals 118 die digitale Ausgabe 120 zu erzeugen. Die Verhaltensparameter werden genutzt, um das Signal auszugleichen.
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Allgemein schaltet die digitale Ausgabe 120 auf der Grundlage des aktuellen Werts und früherer Werte des Magnetfelds, die als das Sensorsignal 118 dargestellt werden, erreicht werden, von hoch auf tief und von tief auf hoch um. Wie etwa in den im Folgenden gezeigten Hystereseschleifen gezeigt ist, schaltet die Ausgabe um, wenn die Amplitude auf einen ersten Schwellenwert zunimmt und auf einen zweiten Schwellenwert abnimmt. Die digitale Ausgabe 120 kann für eine Vielzahl von Anwendungen wie etwa Näheerfassung, Geschwindigkeitsbestimmung und dergleichen verwendet werden. Im Folgenden wird ein Beispiel der digitalen Ausgabe 120 weiter beschrieben.
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2A ist ein Graph, der das unipolare Verhalten eines Magnetsensors zeigt. In diesem Beispiel ist die Polarität des Magnetfelds immer positiv.
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Eine x-Achse zeigt ein Magnetfeld, das von null nach rechts zunimmt, und eine y-Achse zeigt eine Spannung, die von null zunimmt. Es ist eine repräsentative digitale Ausgabe gezeigt.
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Auf der x-Achse sind zwei Magnetschaltpunkte oder Schwellenwerte gezeigt.
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Diese sind ein Magnetfreigabepunkt (BRP) und ein Magnetarbeitspunkt (BOP). Die digitale Ausgabe schaltet von tief auf hoch, während sie zu dem BRP abnimmt, und schaltet beim Zunehmen zu dem BOP von hoch auf tief.
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Das Magnetfeld bleibt in diesem Beispiel positiv.
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Es gibt einige weitere Parameter in Bezug auf dieses Verhalten. Ein Versatz ist durch (BOP + BRP)/2 definiert. Eine Hysterese ist als (BOP – BRP) definiert.
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2B ist ein Graph, der das omnipolare Verhalten eines Magnetsensors zeigt. In diesem Beispiel ist die Polarität des Magnetfelds positiv oder negativ. Eine x-Achse zeigt ein Magnetfeld, das von negativen Werten links zu positiven Werten rechts zunimmt, und eine y-Achse zeigt die Spannung, die von null zunimmt. Es ist eine repräsentative digitale Ausgabe gezeigt, die ein omnipolares Verhalten zeigt. In einem Beispiel wird die in der Figur gezeigte digitale Ausgabe durch das oben beschriebene System 100 als die digitale Ausgabe 120 erzeugt.
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Auf der x-Achse sind hier vier Schaltpunkte oder Schwellenwerte, ein erster Magnetarbeitspunkt (BOP1), ein erster Magnetfreigabepunkt (BRP1), ein zweiter Magnetarbeitspunkt (BOP2) und ein zweiter Magnetfreigabepunkt (BRP2), gezeigt. Der BOP1 und der BRP1 liegen entlang eines positiven Abschnitts der x-Achse und der BOP2 und der BRP2 liegen entlang eines negativen Abschnitts der x-Achse.
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Obgleich das Magnetfeld positiv ist, schaltet die digitale Ausgabe, während sie den BOP1 erreicht, bei zunehmender Amplitude/bei zunehmendem Betrag des Magnetfelds von hoch auf tief. Wenn das Feld auf von den Wert BRP1 abnimmt, schaltet die digitale Ausgabe von tief auf hoch.
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Wenn das Magnetfeld negativ ist, schaltet die digitale Ausgabe von hoch auf tief, wenn der absolute Betrag der Amplitude auf BOP2 zunimmt. Wenn der absolute Betrag der Feldamplitude auf BRP2 abnimmt, schaltet die digitale Ausgabe von tief auf hoch.
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Es gibt mehrere mit dem omnipolaren Verhalten zusammenhängende Parameter. Diese weisen einen ersten Versatz, einen zweiten Versatz, eine erste Hysterese und eine zweite Hysterese auf. Der erste Versatz, der auch als ein positiver Versatz bezeichnet wird, ist (BOP1 + BRP1)/2. Der zweite Versatz, der auch als ein negativer Versatz bezeichnet wird, ist (BOP2 + BRP2)/2.
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Im Idealfall sind der erste und der zweite Versatz gleich, wobei aber Herstellungsfehlanpassungen und dergleichen dazu neigen, Abweichungen zu liefern. Die erste Hysterese, die auch als eine positive Hysterese bezeichnet wird, ist als BOP1 – BRP1 definiert. Die zweite Hysterese, die auch als eine negative Hysterese bezeichnet wird, ist als BOP2 – BRP2 definiert. Im Idealfall sind die erste und die zweite Hysterese wieder gleich. Allerdings neigen Herstellungsfehlanpassungen und dergleichen dazu, Abweichungen zwischen den Werten der ersten und der zweiten Hysterese zu liefern.
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Wie oben festgestellt wurde, sollten für ein richtiges omnipolares Verhalten der erste und der zweite Versatz im Wesentlichen gleich sein und die erste und die zweite Hysterese im Wesentlichen gleich sein. Diese Eigenschaft wird als Symmetrie bezeichnet. Bei Symmetrie liefert derselbe Betrag des Magnetfelds, gleich, ob positiv oder negativ, dieselbe digitale Ausgabe. Das System 100 sichert die Symmetrie, ohne einen Polaritätskomparator zu erfordern.
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3 ist ein Blockschaltplan, der einen Komparator 300 darstellt, der in dem obigen System 100 genutzt werden kann. Der Komparator 300 empfängt das Sensorsignal 118, das sowohl Polaritäts- als auch Betragskomponenten aufweist, und erzeugt nur auf der Grundlage der Betragskomponente die digitale Ausgabe 120.
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Der Komparator 300 weist einen Verhaltensparametergenerator 302, Torsteuerelemente 304, einen Impulsgenerator 306, eine Eingangsstufe 308, eine zweite Stufe 310 und eine Ausgangskomponente 312 auf. Der Komparator 300 empfängt das Sensorsignal 118, das eine Polaritätskomponente und eine Amplitudenkomponente aufweist. Das Sensorsignal 118 ist ein durch einen Magnetsensor bereitgestellter Messwert eines Magnetfelds. Der Komparator 300 erzeugt nur auf der Grundlage der Amplitudenkomponente des Sensorsignals 118 die digitale Ausgabe 120.
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Das Sensorsignal 118 wird bei der Eingangsstufe 308 empfangen. Außerdem empfängt die Eingangsstufe 308 Verhaltensparameter 324 und erste Torsteuerausgaben 326. Auf der Grundlage der Eingaben erzeugt die Eingangsstufe 308 eine Ausgabe 328 der ersten Stufe. Die ersten Torsteuerausgaben 326 werden zum Zerhacken oder Umschalten des empfangenen Sensorsignals 118 verwendet. Ferner nutzt die Eingangsstufe 308 die Verhaltensparameter 324, um die Hysteresewerte und Versätze im Wesentlichen symmetrisch zu machen, was als Abgleich bezeichnet wird.
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Somit wird die Ausgabe 328 der ersten Stufe abgeglichen.
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Die zweite Stufe 310 verstärkt die Ausgabe 328 der ersten Stufe und erzeugt eine Ausgabe 330 der zweiten Stufe. Die Ausgabe 330 der zweiten Stufe wird von der von der Ausgangskomponente 312 empfangen. Die Ausgangskomponente 312 erzeugt aus der Ausgabe 330 der zweiten Stufe auf der Grundlage eines Impulses 332 von dem Impulsgenerator 306 die digitale Ausgabe 120.
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Der Impulsgenerator 306 erzeugt den Impuls 332 und eines oder mehrere Zwischenimpulssignale 334. Der Impulsgenerator 306 nutzt ein Taktsignal bei einer ausgewählten Frequenz, um die Signale 332 und 334 zu erzeugen. Die Torsteuerelemente 304 erzeugen aus den Zwischenimpulssignalen 334 und aus dem digitalen Ausgangssignal 120 die ersten Torsteuerausgaben 326 und die zweiten Ausgaben 336. Der Verhaltensparametergenerator 302 erzeugt die Parameter 324, die von der Eingangstufe 308 zum Abgleichen des Eingangssensorsignals 118 verwendet werden. In einem Beispiel weisen die Parameter 324 einen Hysteresestrom (Ihys) und einen Versatzstrom (Iuni) auf.
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4A–4D werden als ein detaillierteres Beispiel eines geeigneten Komparators gegeben, der in dem System 100 verwendet werden kann. Es wird gewürdigt werden, dass Abwandlungen der Schaltungen und Komponenten betrachtet werden.
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4A ist ein Stromlaufplan, der eine Eingangsstufe 308 eines Komparators darstellt. Die Eingangsstufe 308 empfängt ein Sensorsignal 118 als eine Differenzeingabe und erzeugt eine Ausgabe 328 der ersten Stufe, die abgeglichen ist.
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Die Eingangsstufe 308 weist eine Hysteresestromquelle 440, eine Versatzstromquelle 442 und einen Vorstrom 444 auf. Die Stufe 308 empfängt Verhaltensparameter von den Anschlüssen 446 und 448. Das Sensorsignal 118 wird als ein Differenzsignal bei den Transistoren M1 und M2 empfangen.
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Die Eingangsstufe 308 weist einen ersten Schalter 466, der durch ein gepulstes Steuersignal von dem Anschluss 452 betätigt wird, auf. Der Schalter 466 wird zum wahlweisen Kurzschließen der Drains der Transistoren M1 und M2 verwendet. Die Umschalter 450 werden durch ein Signal von dem Anschluss 454 betätigt. Die Umschalter 450 sind zum Umschalten der Wege von den Differenzeingängen 118 zu den Ausgängen 328 konfiguriert.
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4B ist ein Stromlaufplan, der einen Verhaltensparametergenerator 302 darstellt. Der Generator 302 stellt wahlweise Verhaltensparameter für die Eingangsstufe 308 bereit. In diesem Beispiel weisen die Verhaltensparameter einen Hysteresestrom und einen Versatzstrom, die bei den Anschlüssen 446 und 448 bereitgestellt werden, auf. Der Generator 302 weist eine Hystereseverhaltensstromquelle 456 und eine Versatzverhaltensstromquelle 458 auf.
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4C ist ein Stromlaufplan, der Torsteuerelemente 304 darstellt, die in einem Komparator verwendet werden können. Die Torsteuerelemente 304 weisen eine Hilfszwischenspeicherkomponente 462, ein erstes XOR 468, ein zweites XOR 470 und ein UND-Gatter 472 auf.
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Die Hilfszwischenspeicherkomponente 462 empfängt ein erstes Zwischenimpulssignal von einem Impulsgenerator und wird durch das digitale Ausgangssignal 120 freigegeben. Das erste XOR 468 stellt an seinem Ausgang auf der Grundlage des digitalen Ausgangssignals 120 und einer Ausgabe (Q) der Zwischenspeicherkomponente 462 ein Exklusiv-ODER bereit. Die Ausgabe des ersten XOR 468 wird über den Anschluss 460 für eine Hystereseseite des Verhaltensparametergenerators 302 bereitgestellt.
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Die Ausgabe (Q) 454 der Hilfszwischenspeicherkomponente 462 wird zum Umschalten des Hysteresestroms, des Versatzstroms und der Schalter 450 verwendet.
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Ein zweites XOR 470 empfängt ein zweites Zwischenimpulssignal (IM SIGNAL2) und ein drittes Zwischenimpulssignal (IM SIGNAL3). Das dritte Zwischenimpulssignal ist gegenüber dem zweiten Zwischenimpulssignal verzögert. Die Ausgabe des zweiten XOR 470 wird mit dem digitalen Ausgangssignal 120 UND-verknüpft und als ein Signal für den Anschluss 452 bereitgestellt. Dieses Signal wird zum Steuern des Schalters 466 der Eingangsstufe 308 bereitgestellt. Der Schalter 466 wird zum wahlweisen Kurzschließen der Drains der Transistoren M1 und M2 verwendet.
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4D ist ein Stromlaufplan, der eine zweite Stufe und eine Ausgangskomponente für einen Komparator darstellt. Diese Komponenten empfangen zusammen das Abgleichsignal 328 und erzeugen zusammen das digitale Ausgangssignal 120.
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Die zweite Stufe 310 ist als ein Verstärker (AMP1) gezeigt, der zum Empfangen des abgeglichenen Signals 328 als verschiedene Abschnitte, 328n und 328p, konfiguriert ist. Die zweite Stufe 310 erzeugt durch Anwenden einer ausgewählten Verstärkung die Ausgabe 330 der zweiten Stufe. Die Ausgangsstufe 312 ist in diesem Beispiel ein D-Flip-Flop oder ein Zwischenspeicher. Der Zwischenspeichereingang (D) ist zum Empfangen der Ausgabe der zweiten Stufe konfiguriert und wird in Übereinstimmung mit dem Impulssignal 332 freigegeben (L). Die komplementäre Ausgabe (Q) stellt das digitale Ausgangssignal 120 bereit.
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Der Impulsgenerator 306 aus 3 erzeugt auf der Grundlage eines Rechteckschwingungssignals mit einer ausgewählten Anzahl von Verzögerungen das Impulssignal 332. Wenn das Impulssignal 332 tief ist, kann sich die Eingabe (D) der Ausgangsstufe (des Zwischenspeichers) 312 ändern, wobei die Ausgangsstufe 312 aber verhindert, dass sich Eingangsänderungen zu dem Ausgangssignal 120 fortpflanzen. Wenn das Impulssignal 332 hoch ist, pflanzen sich Eingangsänderungen 330 zu dem Ausgangssignal 120 fort.
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Während die Ausgabe des Komparators, das digitale Ausgangssignal 120, logisch hoch ist, wird das Sensorsignal 118 allgemein in der Eingangsstufe 308 zerhackt, sodass die zweite Stufe 310 die verstärkte Eingabe (als 328), auf die Hysterese und Versatzströme angewendet sind, empfängt. Daraufhin empfängt die zweite Stufe 310 eine invertierte Eingabe, wobei die Hysterese und die Versatzströme während der anderen Taktphase ebenfalls invertiert werden. Dies wird fortgesetzt, bis einer der Schwellenwerte BOP1 und BOP2 erreicht ist. An diesem Punkt ist das digitale Ausgangssignal 120 logisch tief, was veranlasst, dass das Zerhacken anhält, bis das elektrische Signal abnimmt und einen der BRP-Schwellenwerte erreicht, wo das Zerhacken erneut beginnt.
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5 ist ein Graph, der ein beispielhaftes omnipolares Verhalten und eine beispielhafte digitale Ausgabe für einen Komparator wie etwa für den oben beschriebenen Komparator 300 darstellt. Der Graph soll das Verständnis erleichtern und nicht einschränkend sein.
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Der Graph 500 weist einen oberen Graphen, der ein digitales Ausgangssignal zeigt, und einen unteren Graphen, der ein Magnetsensorsignal zeigt, auf. Das digitale Ausgangssignal ist ein Beispiel eines oben beschriebenen digitalen Ausgangssignals 120. Es ist zu sehen, dass sich das digitale Ausgangssignal für einen logisch tiefen Wert zu einem logisch hohen Wert ändert.
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Das Magnetsensorsignal ist ein durch einen Magnetsensor erzeugtes Signal wie etwa das oben beschriebene Sensorsignal 118. Das Magnetsensorsignal weist eine Amplitude und eine Polarität, positiv oder negativ, auf.
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Es werden einige Beispiele sich ändernder Werte des Sensorsignals und des Ansprechens des digitalen Ausgangssignals gegeben. Kleiner oder größer als bezieht sich dann auf den Absolutwert der Amplitude ohne Polarität.
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Beginnend mit dem Sensorsignal bei einer positiven Polarität und einer Amplitude größer als der Schwellenwert BRP1 nimmt das Sensorsignal ab und erreicht den Schwellenwert BRP1. An diesem Punkt geht das digitale Ausgangssignal von logisch tief zu logisch hoch. Beginnend mit dem Sensorsignal bei der negativen Polarität und mit einer Amplitude größer als das BRP2 nimmt das Sensorsignal ab und erreicht den Schwellenwert BRP2. An diesem Punkt ändert sich das digitale Ausgangssignal von logisch tief zu logisch hoch.
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Beginnend mit dem Sensorsignal, das positive Polarität aufweist und zunimmt, erreicht das Sensorsignal den Schwellenwert BOP1. Hier geht das digitale Ausgangssignal von logisch hoch auf logisch tief. Ähnlich erreicht das Sensorsignal bei dem Sensorsignal, das negative Polarität aufweist und zunimmt, den Schwellenwert BOP2. An diesem Punkt geht das digitale Ausgangssignal ebenfalls von logisch hoch auf logisch tief.
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6 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren 600 zum Betreiben eines Magnetsensorkomparatorsystems darstellt. Zur Erleichterung des Verständnisses des Verfahrens 600 kann auf die obigen Systeme und Komponenten Bezug genommen werden. Ferner kann das Verfahren 600 wenigstens teilweise durch die obigen Systeme und/oder Komponenten integriert sein.
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Das Verfahren 600 erzeugt aus einem empfangenen Magnetsensorsignal ein digitales Ausgangssignal. Das Ausgangssignal wird in Übereinstimmung mit den omnipolaren Schwellenwerten BOP und BRP und auf der Grundlage des omnipolaren Verhaltens erzeugt.
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Das Verfahren 600 beginnt im Block 602, wo das Magnetsensorsignal bereitgestellt wird. Das Sensorsignal weist einen Polaritäts-(positiv oder negativ) und einen Amplitudenwert auf. Das Sensorsignal wird durch einen Magnetsensor bereitgestellt und ist ein Messwert eines bei dem Magnetsensor befindlichen Magnetfelds. Dem Sensorsignal ist eine Frequenz oder ein Bereich von Frequenzen zugeordnet.
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Im Block 604 wird ein Komparator mit einer Eingangsstufe und mit einer zweiten Stufe bereitgestellt. Der Komparator weist keinen Polaritätskomparator auf. Die Eingangsstufe ist zum Empfangen des Sensorsignals und zum wahlweisen Ausführen eines Zerhackens konfiguriert. In einem Beispiel weist die Eingangsstufe Schalter, die mit einer Zerhackungsfrequenz wahlweise umgeschaltet werden, um das Signal zu zerhacken, auf. Die Zerhackungsfrequenz übersteigt die Frequenz des Magnetsensorsignals.
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Darüber hinaus ist die Eingangsstufe ebenfalls dafür konfiguriert, wahlweise Hysterese- und Versatzeinstellungen zum Abgleichen des Signals aufzuweisen. Die zweite Stufe verstärkt ein Eingangssignal. Es wird gewürdigt werden, dass in dem Komparator andere Stufen und/oder Komponenten vorhanden sein können.
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Im Block 606 wird das Sensorsignal wahlweise zerhackt. In einem Beispiel wird das Sensorsignal zerhackt, wenn der absolute Betrag der Amplitude des Signals einen Schwellenwert BRP erreicht hat, bis die Amplitude auf einen Schwellenwert BOP zugenommen hat. Die Eingangsstufe ist zum wahlweisen Zerhacken des Sensorsignals konfiguriert. In einem Beispiel beträgt die Zerhackungsfrequenz wenigstens das 10-fache der Frequenz des Sensorsignals. Wenn ein Schwellenwert BOP erreicht worden ist, wird das Zerhacken angehalten. In einem Beispiel ist die Ausregelzeit kleiner als das Doppelte der Zerhackungsfrequenz. Wenn das Signal unter den BRP abnimmt, beginnt das Zerhacken erneut.
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Es wird angemerkt, dass während des Zerhackens die Ausgaben des Hilfszwischenspeichers 462 und des UND-Gatters 472, die oben beschrieben sind, umgeschaltet werden.
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Im Block 608 wird das Sensorsignal für den Versatz und für die Hysterese abgeglichen. Das Signal wird dadurch abgeglichen, dass veranlasst wird, dass der positive Versatz und der negative Versatz im Wesentlichen gleich sind, und dass veranlasst wird, dass die positive und die negative Hysterese im Wesentlichen gleich sind. In einem Beispiel werden ein Hysteresestrom und ein Versatzstrom in der Eingangsstufe zum Abgleichen des Signals verwendet. Der Hysteresestrom und der Versatzstrom werden bis zum Erreichen eines der BOP-Schwellenwerte, d. h. während des Zerhackens, invertiert.
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Im Block 610 wird das abgeglichene Sensorsignal verstärkt. Die zweite Stufe wird zum wahlweisen Verstärken des abgeglichenen Sensorsignals, um an ihrem Ausgang ein abgeglichenes verstärktes Signal bereitzustellen, verwendet. Das abgeglichene Signal wird in Übereinstimmung mit einer ausgewählten Verstärkung verstärkt. Es wird gewürdigt werden, dass zusätzliche Verstärkungsstufen vorhanden sein können.
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Daraufhin wird das verstärkte Signal im Block 612 zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals in Übereinstimmung mit einem Impulstakt verwendet. Das digitale Ausgangssignal repräsentiert das omnipolare Verhalten des Sensorsignals nur in Ansprechen auf die Amplitude/den Betrag des Sensorsignals. Somit geht das digitale Ausgangssignal auf einen logisch tiefen Wert über, wenn die Amplitude zunimmt und den Schwellenwert BOP erreicht, und geht das digitale Ausgangssignal auf einen logisch hohen Wert über, wenn die Amplitude abnimmt und den Schwellenwert BRP erreicht.
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Daraufhin kann das digitale Ausgangssignal für andere Anwendungen wie etwa Anwesenheitsdetektion, Nähedetektion, Geschwindigkeitsbestimmung und dergleichen verwendet werden.
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Es wird gewürdigt werden, dass die obigen Verfahren und Änderungen davon kombiniert und austauschbar genutzt werden können.
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Obgleich die obigen Verfahren als eine Folge von Tätigkeiten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben sind, wird gewürdigt werden, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Tätigkeiten oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn zu interpretieren ist. Zum Beispiel können einige Tätigkeiten in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Tätigkeiten oder Ereignissen außer den hier dargestellten und/oder beschriebenen stattfinden. Außerdem brauchen nicht alle dargestellten Tätigkeiten erforderlich zu sein, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu implementieren.
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Außerdem können eine oder mehrere der hier gezeigten Tätigkeiten in einer oder in mehreren getrennten Tätigkeiten und/oder Phasen ausgeführt werden. 7 ist ein Graph, der ein beispielhaftes unipolares Verhalten in Ansprechen auf Eingangssignale für die obigen Systeme und Verfahren zeigt. Der Graph wird anhand von 4A bis 4D beschrieben, ist aber ebenfalls auf andere Systeme und Verfahren anwendbar. Um das Verständnis zu erleichtern, ist dieses Beispiel auf unipolares Verhalten beschränkt. Der Graph weist ein erstes beispielhaftes Signal 701 und ein zweites Signal 702 auf.
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Eine x-Achse zeigt Schritte oder die Zeit und eine y-Achse zeigt die Amplitude. Es ist ein durch 118p und 118n bezeichnetes Differenzeingangssignal gezeigt, das sich durch eine Eingangsstufe, wie etwa durch die Stufe 308, fortpflanzt. Für das erste Signal 701 wird bei 704 ein Versatz angewendet. Der Versatz nutzt den Versatzstrom von den Verhaltensparametern. Der Versatz veranlasst, dass das Signal invertiert. Bei 706 wird der Hysteresestrom angewendet, was veranlasst, dass die Signale auseinanderlaufen. Wenn sich die zwei Linien schneiden, nachdem die Hysterese angewendet worden ist, schaltet die Ausgabe 120 von hoch auf tief um.
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Für das zweite Signal 702 wird bei 704 ein Versatz angewendet. Der Versatz nutzt den Versatzstrom, der veranlasst, dass die Signale invertieren. Bei 706 wird der Hysteresestrom angewendet, was in diesem Beispiel veranlasst, dass die Signale zusammenlaufen. Nachdem die Hysterese angewendet worden ist, schaltet die Ausgabe 120 von tief auf hoch um, wenn sich die Signale schneiden.
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8 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Verhalten in Ansprechen auf die Eingangssignale für die obigen Systeme und Verfahren zeigt. Der Graph wird anhand von 4A bis 4D beschrieben, ist aber ebenfalls auf andere Systeme und Verfahren anwendbar. Dieses Beispiel beschreibt das omnipolare Verhalten. Der Graph beschreibt ein erstes Differenzeingangssignal 801, ein zweites Differenzeingangssignal 802, ein drittes Differenzeingangssignal 803 und ein viertes Differenzeingangssignal 804. Jedes Differenzsignal entspricht den in 4A gezeigten Eingaben 118p und 118n.
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Eine x-Achse zeigt Schritte oder die Zeit und eine y-Achse zeigt die Amplitude. Es ist ein durch 118p und 118n bezeichnetes Differenzeingangssignal gezeigt, das sich durch eine Eingangsstufe wie etwa die Stufe 308 fortpflanzt. Bei 814 wird ein Versatzstrom angewendet und bei 816 wird ein Hysteresestrom angewendet und falls 118p größer als 118n ist, invertieren die Schalter 450 die Signale bei 818 wahlweise. Die rechte Seite ist das Ausgangsignal der Eingangsstufe, das als 328p und 328n bezeichnet ist, das ebenfalls anhand von 4A, 4B, 4C und 4D beschrieben ist. Im Wesentlichen wird in diesem Beispiel das Ausgangssignal 120 logisch hoch, falls 328p kleiner als 328n ist. Falls das 328p größer als 328n ist, wird das Ausgangssignal 120 logisch tief.
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Für das erste Signal 801 schaltet die Ausgabe 120 um, wenn die Differenz zwischen 118p und 118n groß genug ist. Wenn der Versatz angewendet wird, werden die Signale invertiert.
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Für das zweite Signal 802 schaltet die Ausgabe 120 unabhängig davon, wie stark die unterschiedlich zwischen 118p und 118n zunimmt, nicht um.
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Für das dritte Signal 803 schaltet die Ausgabe 120 unabhängig davon, wie stark die unterschiedlich zwischen 118n und 118p zunimmt, ebenfalls nicht um.
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Für das vierte Signal 804 schaltet die Ausgabe 120 um, falls die unterschiedlich zwischen 118n und 118p groß genug ist.
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Es wird gewürdigt werden, dass der beanspruchte Gegenstand unter Verwendung von Standardprogrammier- und/oder Standardentwurfstechniken zum Erzeugen von Software, Firmware, Hardware oder irgendeiner Kombination davon als ein Verfahren, eine Vorrichtung oder ein Herstellungsartikel, um einen Computer in der Weise zu steuern, dass er den oben offenbarten Gegenstand implementiert, implementiert werden kann (wobei z. B. die oben gezeigten Systeme nicht einschränkende Beispiele eines Systems sind, das zum Implementieren der Verfahren verwendet werden kann). Der Begriff "Herstellungsartikel", wie er hier verwendet ist, soll hier ein Computerprogramm umfassen, auf das von irgendeiner computerlesbaren Vorrichtung, einem Träger oder einem Medium zugegriffen werden kann. Natürlich erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass an dieser Konfiguration viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder von dem Erfindungsgedanken des beanspruchten Gegenstands abzuweichen.
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Ein omnipolares Magnetsensorsystem weist eine Eingangsstufe und eine Verhaltenskomponente auf. Die Eingangsstufe ist zum Empfangen eines Quell- oder Sensorsignals und zum wahlweisen Zerhacken des Sensorsignals konfiguriert. Ferner ist die Eingangsstufe zum Abgleichen des Quellsignals unter Verwendung von Verhaltensparametern und zum Erzeugen eines abgeglichenen Quellsignals konfiguriert.
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Ein omnipolares Magnetsensorsystem weist einen Magnetsensor und einen Komparator auf. Der Magnetsensor ist zum Messen eines Magnetfelds und zum Erzeugen eines Sensorsignals mit einer Amplitude und einer Polarität konfiguriert. Der Komparator ist zum Empfangen des Sensorsignals und zum Erzeugen einer digitalen Ausgabe auf der Grundlage eines omnipolaren Verhaltens konfiguriert. Der Komparator nutzt Verhaltensparameter und zerhackt das Sensorsignal, wenn die digitale Ausgabe logisch hoch ist. Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetsensorsystems offenbart. Es wird ein Magnetfeld gemessen, um auf der Grundlage des Magnetfelds ein Sensorsignal mit einer Amplitude und einer Polarität zu erzeugen. Das Sensorsignal wird unter Verwendung von Verhaltensparametern abgeglichen, um ein abgeglichenes Sensorsignal zu erzeugen. Das abgeglichene Sensorsignal wird zerhackt, wenn ein digitales Ausgangssignal auf einem ersten logischen Wert ist. Das digitale Ausgangssignal wird aus dem abgeglichenen Sensorsignal erzeugt, wobei das digitale Ausgangssignal nur auf der Amplitude des Magnetsignals beruht. Sofern nicht etwas anderes angegeben ist, sollen insbesondere hinsichtlich der verschiedenen durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme usw.) ausgeführten Funktionen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf ein "Mittel") irgendeiner Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (die z. B. funktional äquivalent ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung ausführt, nicht strukturell äquivalent ist.
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Obgleich ein bestimmtes Merkmal der Erfindung in Bezug auf nur eine der mehreren Implementierungen offenbart worden sein kann, kann dieses Merkmal außerdem mit einem oder mit mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen, wie es für irgendeine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht oder vorteilhaft ist, kombiniert werden. Darüber hinaus sollen die Begriffe "aufweisen", "weist auf", "besitzen", "besitzt", "mit" oder Varianten davon in dem Umfang, in dem sie entweder in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet sind, ähnlich wie der Begriff "umfassend" einschließend sein.
