DE102015001064A1

DE102015001064A1 - Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung und eine Magnetfeldsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102015001064A1
Application number: DE102015001064.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Schladebach; Bernhard Huber
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: DE102015001064B4

Abstract

Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung aufweisend eine Spule und eine Spannungsversorgung und eine Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Aufwachschaltung und eine Auswerteschaltung und einem Magnetfeldsensor umfasst und die Schaltungsanordnung und der Magnetfeldsensor in einem Halbleiterkörper monolithisch integriert und in einem IC-Gehäuse angeordnet sind, und die Aufwachschaltung mit der Spule und mit der Spannungsversorgung ist und die Auswerteschaltung mit dem Magnetfeldsensor verschaltet ist, wobei die Auswerteschaltung eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für den Magnetfeldsensor bereitzustellen, wobei in einem ersten Schritt durch die Einwirkung einer Flussänderung in der Spule ein Spannung induziert wird, und in einem zweiten Schritt in der Aufwachschaltung die induzierte Spannung detektiert wird, und in einem dritten Schritt mittels der Aufwachschaltung die Auswerteschaltung aufgeweckt wird, um den Magnetfeldsensor mit dem Betriebsstrom zu versorgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung und eine Magnetfeldsensorvorrichtung.
Aus der EP 9 540 85 A1 und der DE 101 50 955 C1 sind Magnetfeldsensorvorrichtungen bekannt. Des Weiteren sind aus der DE 10 2011 107 767 A1 und der DE 10 2012 221 009 A1 Magnetfeldsensorvorrichtungen bekannt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Magnetfeldsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Spule und eine Spannungsversorgung und eine Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Aufwachschaltung und eine Auswerteschaltung und einem Magnetfeldsensor umfasst und die Schaltungsanordnung und der Magnetfeldsensor in einem Halbleiterkörper monolithisch integriert und in einem IC-Gehäuse angeordnet sind, und die Aufwachschaltung mit der Spule und mit der Spannungsversorgung ist und die Auswerteschaltung mit dem Magnetfeldsensor verschaltet ist, wobei die Auswerteschaltung eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für den Magnetfeldsensor bereitzustellen, und die Auswerteschaltung einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweist, wobei der erste Zustand als Schlafmodus und der zweite Zustand als Wachzustand ausgebildet ist, und wobei in einem ersten Schritt durch die Einwirkung einer Flussänderung in der Spule ein Spannung induziert wird, und in einem zweiten Schritt in der Aufwachschaltung die induzierte Spannung detektiert wird, und in einem dritten Schritt mittels der Aufwachschaltung die Auswerteschaltung aufgeweckt wird, indem die Auswerteschaltung von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt wird und mittels der Auswerteschaltung in dem zweiten Zustand den Magnetfeldsensor mit dem Betriebsstrom zu versorgen.
Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge der Verfahrensschritte einer aufsteigenden Ziffernfolge entspricht, d. h. der zweite Verfahrensschritt wird nach dem ersten Verfahrensschritt durchgeführt. Es versteht sich, dass der Ausdruck Betriebsstrom insbesondere in Bezug auf den Magnetfeldsensor äquivalent zu dem Ausdruck Versorgungsspannung zu sehen ist, d. h. mit dem Anlegen einer Versorgungsspannung an den Magnetfeldsensor wird auch ein Stromfluss durch den Magnetfeldsensor bewirkt. Des Weiteren sei angemerkt, dass das IC-Gehäuse einen Anschlusskontakt aufweist und an dem Anschlusskontakt nur in dem zweiten Zustand ein Ausgangssignal anliegt, wobei die Höhe und der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals von der Stärke des mit dem Magnetfeldsensor gemessenen Magnetfelds bestimmt ist.
Gemäß dem zweiten Gegenstand der Erfindung wird eine Magnetfeldsensorvorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Spule und eine Spannungsversorgung und eine Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Aufwachschaltung und eine Auswerteschaltung und eine Magnetfeldsensor umfasst, und die Schaltungsanordnung und der Magnetfeldsensor in einem Halbleiterkörper monolithisch integriert und in einem IC-Gehäuse angeordnet sind, und wobei die Aufwachschaltung mit der Spule und mit der Spannungsversorgung und die Auswerteschaltung mit dem Magnetfeldsensor verschaltet sind und die Auswerteschaltung eingerichtet ist, den Magnetfeldsensor mit einem Betriebsstrom zu beaufschlagen, und die Auswerteschaltung einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweist, wobei der erste Zustand als Schlafmodus und der zweite Zustand als Wachzustand ausgebildet ist, und in dem ersten Zustand kein Betriebsstrom für den Magnetfeldsensor bereitstellt und in dem zweiten Zustand ein Betriebsstrom für den Magnetfeldsensor bereitstellt, sodass nur in dem zweiten Betriebszustand ein Betriebsstrom durch den Magnetfeldsensor fließt, und die Aufwachschaltung eingerichtet ist, bei einer Induktion einer Spannung in die Spule, die Auswerteschaltung von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu überführen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die Auswerteschaltung, als ein wesentlicher Teil der Schaltungsanordnung, nur dann mit einer Betriebsspannung bzw. mit einem Betriebsstrom versorgt wird, wenn eine Spannung in die Spule induziert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Energieaufnahme der Magnetfeldsensoranordnung hierdurch wesentlich reduzieren lässt. Insbesondere bei Batterie gestützten Magnetfeldsensorvorrichtungen wird die Lebensdauer der Batterie erheblich verlängert.
In einer Weiterbildung wird in einem vierten Verfahrensschritt mittels des Magnetfeldsensors der magnetische Fluss gemessen und in einem fünften Verfahrensschritt an einem Ausgangsanschluss des IC-Gehäuses ein von dem gemessenen Fluss abhängiges Ausgangssignal angelegt.
In einer Ausführungsform wird die Induktion der Spannung mittels eines sich bewegenden Permanentmagneten bewirkt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich der Permanentmagnet sowohl in der Nähe der Spule drehen als auch translatorische Bewegungen ausführen kann, um entsprechend der Lenz'schen Regel mittels der Flussänderung eine Spannung in der Spule zu induzieren.
In einer anderen Weiterbildung wird vor dem Aufwecken der Auswerteschaltung die Auswerteschaltung und/oder der Magnetfeldsensor in einem Schlafmodus betrieben, um Energie einzusparen. Vorteilhaft ist, wenn ein Aufwecken der Auswertschaltung erst durchgeführt wird, wenn die induzierte Spannung einen ersten Schwellwert übersteigt. Untersuchungen haben gezeigt, dass hierdurch die Auswerteschaltung nicht bereits bei kleinen Spannungen nahe dem Rauschpegel aktiviert wird. Insbesondere bei sehr empfindlichen Spulen wird hierdurch die Zuverlässigkeit des Verfahrens bzw. der Anordnung erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die induzierte Spannung über der Zeit integriert und ein Aufwecken der Auswertschaltung erst durchgeführt wird, wenn die aus der Induktion gewonnene Energie einen zweiten Schwellwert übersteigt. Es sei angemerkt, dass der zweite Schellwert als Spannung an einem Kondensator auslesen lässt. Hierbei ist der zweite Schwellwert unterschiedlich zu dem ersten Schwellwert. In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Schwellwert gleich groß wie der erste Schwellwert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Magnetfeldsensor als ein Hallsensor, insbesondere als eine Hallplatte ausgebildet. Anders ausgedrückt der Hallsensor wird erst nach dem Aufwecken der Auswerteschaltung mit dem Betriebsstrom versorgt wird. Ferner ist bevorzugt, eine Batterie zur Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d. h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigt:
1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens.
2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Magnetfeldsensorvorrichtung.
Die Abbildung der 1 zeigt eine Ansicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens. In einem ersten Schritt wird ein Energieeintrag EN, vorzugsweise durch die Einwirkung einer Flussänderung in einer Spule – nicht dargestellt – bewirkt. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird mittels einer Aufwachschaltung die der Energieeintrag, vorzugsweise die induzierte Spannung, detektiert, und in einem nachfolgenden dritten Schritt mittels der Aufwachschaltung AW eine Auswerteschaltung AUS aufgeweckt, um mittels der Auswerteschaltung AUS einen Magnetfeldsensor SEN mit einen Betriebsstrom bzw. mit einer Betriebsspannung zu versorgen. Hiernach wird mittels des Magnetfeldsensors SEN in einem vierten Verfahrensschritt ein anliegendes Magnetfeld gemessen und in einem fünften Verfahrensschritt mittels der Auswerteschaltung AUS ein Ausgangssignal VO an einem Ausgangsanschluss bereitgestellt. Es versteht sich, dass das Ausgangssignal VO von dem mittels des Magnetfeldsensors SEN gemessenen Magnetfeldes abhängt.
In der Abbildung der 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Magnetfeldsensorvorrichtung MSV dargestellt. Die Magnetfeldsensorvorrichtung MSV umfasst eine Spule SP und ein IC-Gehäuse GH. Das IC-Gehäuse GH umfasst eine Auswerteschaltung AUS und eine Aufwachschaltung AW und einen Magnetfeldsensor SEN. Die Aufwachschaltung AW ist mittels zwei Anschlüssen mit der Spule SP und mit einem Anschluss mit der Auswerteschaltung AUS verschaltet. Die Auswerteschaltung AUS ist mit dem Magnetfeldsensor SEN verschaltet. Ferner weist das IC-Gehäuse Spannungsanschluss mit einer Versorgungsspannung VS und einen Masseanschluss mit einer Massespannung GND und einen Ausgangsanschluss auf. Sofern die Auswerteschaltung AUS erweckt ist, liegt an dem Ausgangsanschluss die Ausgangsspannung VO an. Der Spannungsanschluss und der Masseanschluss sind sowohl mit der Auswerteschaltung AUS als auch mit der Aufwachschaltung AW verbunden. Die Auswerteschaltung AUS weist einen Schlafmodus und einen Betriebsmodus auf. Mittels der Aufwachschaltung AW ist die Auswerteschaltung AUS von dem Schlafmodus in den Betriebsmodus überführbar.
Außerhalb der Magnetfeldsensorvorrichtung MSV ist eine Permanentmagnet PM mit einem Nordpol N und einem Südpol S angeordnet. Wird der Permanentmagnet PM wie dargestellt derart bewegt, dass sich der Abstand zwischen dem Permanentmagneten PM und der Spule SP ändert, wird in der Spule SP eine Spannung induziert. Die Spannung wird mittels der Aufwachschaltung AW detektiert. Sofern die Höhe der Spannung einen ersten Schwellwert übersteigt, wird mittels der Aufwachschaltung AW die Auswerteschaltung AUS von dem Schlafmodus in den Betriebsmodus überführt. Hierdurch ist der Magnetfeldsensor SEN bestromt und an dem Ausgangsanschluss liegt die Ausgangsspannung VO an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 954085 A1 [0002]
DE 10150955 C1 [0002]
DE 102011107767 A1 [0002]
DE 102012221009 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) aufweisend eine Spule (SP), eine Spannungsversorgung, eine Schaltungsanordnung mit einer Aufwachschaltung (AW) und einer Auswerteschaltung (AUS) und einem Magnetfeldsensor (SEN), wobei die Schaltungsanordnung und der Magnetfeldsensor (SEN) in einem Halbleiterkörper monolithisch integriert und in einem IC-Gehäuse (GH) angeordnet sind, und die Aufwachschaltung (AW) mit der Spule (SP) und mit der Spannungsversorgung und die Auswerteschaltung (AUS) mit dem Magnetfeldsensor (SEN) verschaltet ist, und die Auswerteschaltung (AUS) eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für den Magnetfeldsensor (SEN) bereitzustellen, und die Auswerteschaltung (AUS) einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweist, wobei der erste Zustand als Schlafmodus und der zweite Zustand als Wachzustand ausgebildet ist, wobei in einem ersten Schritt durch die Einwirkung einer Flussänderung in der Spule (SP) eine Spannung induziert wird, und in einem zweiten Schritt in der Aufwachschaltung (AW) die induzierte Spannung detektiert wird, und in einem dritten Schritt mittels der Aufwachschaltung (AW) die Auswerteschaltung (AUS) aufgeweckt wird indem die Auswerteschaltung (AUS) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt wird und mittels der Auswerteschaltung (AUS) in dem zweiten Zustand den Magnetfeldsensor (SP) mit dem Betriebsstrom zu versorgen.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt mittels des Magnetfeldsensors (SEN) der magnetische Fluss gemessen wird und in einem fünften Verfahrensschritt an einem Ausgangsanschluss (VO) des IC-Gehäuses (GH) ein von dem gemessenen Fluss abhängiges Ausgangssignal (VO) angelegt wird.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion der Spannung mittels eines sich bewegenden Permanentmagneten (PM) bewirkt wird.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwecken der Auswerteschaltung (AUS) die Auswerteschaltung (AUS) und/oder der Magnetfeldsensor (SEN) in dem Schlafmodus betrieben wird, um Energie einzusparen.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufwecken der Auswertschaltung (AUS) erst durchgeführt wird, wenn die induzierte Spannung einen ersten Schwellwert übersteigt.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induzierte Spannung integriert wird und ein Aufwecken der Auswertschaltung (AUS) erst durchgeführt wird, wenn die aus der Induktion gewonnene Energie einen zweiten Schwellwert übersteigt.
Verfahren zum Aufwecken einer Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufwecken als Magnetfeldsensor (SEN) ein Hallsensor mit dem Betriebsstrom versorgt wird.
Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) aufweisend, eine Spule (SP), eine Spannungsversorgung, eine Schaltungsanordnung mit einer Aufwachschaltung (AW) und einer Auswerteschaltung (AUS) und einem Magnetfeldsensor (SEN), wobei die Schaltungsanordnung und der Magnetfeldsensor (SEN) in einem Halbleiterkörper monolithisch integriert und in einem IC-Gehäuse (GH) angeordnet sind, und die Aufwachschaltung (AW) mit der Spule (SP) und mit der Spannungsversorgung und die Auswerteschaltung (AUS) mit dem Magnetfeldsensor (SEN) verschaltet und eingerichtet ist, den Magnetfeldsensor (SEN) mit einem Betriebsstrom zu beaufschlagen, und die Auswerteschaltung (AUS) einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweist, wobei der erste Zustand als Schlafmodus und der zweite Zustand als Wachzustand ausgebildet ist, und in dem ersten Zustand kein oder nur ein Leckstrom durch den Magnetfeldsensor (SEN) und der Auswerteschaltung (AUS) und in dem zweiten Zustand ein Betriebsstrom durch den Magnetfeldsensor (SEN) und der Auswerteschaltung (AUS) fließt, und die Aufwachschaltung (AW) eingerichtet ist, bei einer Induktion einer Spannung in die Spule, die Auswerteschaltung (AUS) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu überführen.
Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das IC-Gehäuse (GH) ein Ausgangsanschluss aufweist und an dem Ausgangsanschluss nur in dem zweiten Zustand ein Ausgangssignal (VO) anliegt.
Magnetfeldsensorvorrichtung (MSV) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie zur Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung vorgesehen ist.