DE102016009353B4

DE102016009353B4 - Sensoreinheit und Verfahren für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position

Info

Publication number: DE102016009353B4
Application number: DE102016009353.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Ritter
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: DE102016009353A1; US20180038920A1; US10317479B2

Abstract

Sensoreinheit (10) für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), mit- einer Schaltungsvorrichtung (35),- einem an der Schaltungsvorrichtung (35) anliegenden Schwellwertsignal (VSP),- einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), und ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) ausgibt,- einer mit dem Versorgungsanschluss (22) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist,die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, das Sensorsignal (VM) zu verstärken und als Signalwert (nVM) bereit zu stellen,und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, ein Steuersignal (VST) aus der dem Betrag aus der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) und die Versorgungseinheit (30) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals (VST) zu steuern,- die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt und der Wert des binären Signals (VOUT) sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als das Schwellwertsignal (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) ist, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und- bei der Versorgungseinheit (30) die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist und die Verstärkung proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position und ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit.
Aus der DE 10 2012 020 515 A1 ist ein Stromsensor und ein Verfahren zur Detektion eines stromlosen Zustandes bekannt. Aus der DE 10 2004 010 613 A1 A ist eine Regelung für einen Magnetfeldsensor bekannt, bei der die Signale mittels eines Prozessors digital aufbereitet werden. Eine weitere Regelung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal ist aus der DE 10 2006 052 692 B3 bekannt. Eine Regelung der Verstärkung des Sensorsignals ist aus der US 2013 / 0 076 351 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor und ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit anzugeben, die jeweils den Stand der Technik weiterbilden.
Die Aufgabe wird durch eine Sensoreinheit mit einem Magnetfeldsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird eine Sensoreinheit für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position bereitgestellt.
Die Sensoreinheit umfasst eine Schaltungsvorrichtung mit einem an der Schaltungsvorrichtung anliegenden Schwellwertsignal und einen Magnetfeldsensor, wobei der Magnetfeldsensor einen Versorgungsanschluss und einen Massenanschluss und einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang aufweist.
Der Magnetfeldsensor gibt ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analloges Sensorsignal aus.
Mit dem Versorgungsanschluss des Magnetfeldsensors ist eine Versorgungseinheit verschaltet, wobei die Versorgungseinheit einen Steuereingang aufweist.
Die Schaltungsvorrichtung ist mit dem Magnetfeldsensor verschaltet, wobei die Schaltungsvorrichtung eingerichtet ist, das Sensorsignal zu verstärken und das verstärke Sensorsignal als ein Signalwert bereit zu stellen. Die Schaltungsvorrichtung ist auch eingerichtet, ein Steuersignal aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert und dem Schwellwertsignal zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals und die Versorgungseinheit in Abhängigkeit von der Größe mittels des Steuersignals zu steuern.
Die Schaltungsvorrichtung gibt ein binären Signals aus, wobei sich der Wert des binaren Signals jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts größer als das Schwellwertsignal und / oder wenn der Wert des Signalwertes kleiner als das Schwellwertsignal ist, um anhand der Änderung des binären Signals den Geber als an der vorbestimmten Position angeordnet zu detektieren.
Gemäß dem zweiten Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position mit einer Sensoreinheit bereitgestellt, wobei die Sensoreinheit eine Schaltungsvorrichtung aufweist und an die Schaltungsvorrichtung ein Schwellwertsignal angelegt wird.
Die Sensoreinheit weist ein Magnetfeldsensor auf. Der Magnetfeldsensor weist einen Versorgungsanschluss und einen Massenanschluss und einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf, wobei mittels des Magnetfeldsensors ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal erzeugt wird.
Der Magnetfeldsensor ist mit dem Versorgungsanschluss mit der Versorgungseinheit verschaltet. Die Versorgungseinheit weist einen Steuereingang auf.
Die Schaltungsvorrichtung ist mit dem Magnetfeldsensor verschaltet, wobei mittels der Schaltungsvorrichtung das Sensorsignal verstärkt wird und als Signalwert bereitgestellt wird.
Mittels der Schaltungsvorrichtung wird ein Steuersignal bereitgestellt, wobei das Steuersignal aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert und dem Schwellwertsignal ermittelt wird.
Mittels der Schaltungsvorrichtung werden die Versorgungseinheit und die Verstärkung des Signalwertes in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals gesteuert.
Die Schaltungsvorrichtung gibt ein binäres Signals aus, wobei der Wert des binaren Signals geändert wird, wenn der Wert des Signalwerts größer als der des Schwellwertsignals und / oder wenn der Wert des Signalwertes kleiner als das Schwellwertsignal wird. Der Geber als an der vorbestimmten Position angeordnet, lässt sich anhand der Änderung des binären Signals detektieren.
Es sei angemerkt, dass mit der Sensoreinheit sich die Position eines Gebers zuverlässig und genau ermitteln lässt, wobei mittels des Gebers ein magnetischer Fluss und insbesondere bei einer Veränderung des Gebers eine Änderung des Flusses in dem Magnetfeldsensor bewirkt wird. Ist das Sensorsignal groß genug, d. h. übersteigt das verstärkte Sensorsignal das Schwellwertsignal tritt eine Änderung des binären Ausgangssignals auf.
Als Geber lassen sich sowohl ferromagnetische Geber als auch Geber mit einem Permanentmagneten verwenden. Bei einem ferromagnetischen Geber wird durch die Änderung der Position des Gebers das magnetische Feld eines sogenannten Back-Bias Magneten verändert und in Folge ein Sensorsignal erzeugt.
Ein Vorteil ist, dass sich mit der Sensoreinheit oder des Verfahrens präzise an einer vorbestimmten Position der Abstand des Gebers zu dem Magnetfeldsensor ermitteln lässt. Insbesondere wird die Ortsauslösung in der Nähe der vorbestimmten Position gegenüber hierzu entfernteren Positionen des Gebers wesentlich erhöht.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich auf einfache und kostengünstige Weise unterschiedliche Sensitivitätsbereiche bereits mit einem einzelnen Magnetfeldsensor erzielen lassen.
In einer Weiterbildung umfasst die Versorgungseinheit eine steuerbare Spannungsquelle oder eine steuerbare Stromquelle. Mittels der Versorgungseinheit wird die Größe des Betriebsstroms oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals, d.h. zu der Größe des Betrags eingestellt. Ferner wird die Verstärkung des Sensorsignals umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals eingestellt.
Anders ausgedrückt der Magnetfeldsensor wird umso stärker bestromt, je kleiner das Steuersignal ist. Bei einem Hallsensor lässt sich hierdurch, bei einem gegebenen magnetischen Fluss, die Größe der Hallspannung und die Sensitivität steigern.
Ein Vorteil ist, dass sich insbesondere in einem zu dem vorbestimmten Bereich entfernten Bereich der Betriebsstrom oder die Höhe der Versorgungsspannung gegenüber einem Bereich in unmittelbarer Umgebung zu dem vorbestimmten Bereich absenken lässt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich hierdurch wesentlich Strom einsparen lässt. Es wird nämlich nur dann mit einem hohen Betriebsstrom oder mit einer hohen Betriebsspannung der Magnetfeldsensor beaufschlagt, wenn es in der näheren Umgebung von der vorbestimmten Position wünschenswert ist.
In einer Weiterbildung ist die Höhe des Steuersignals proportional zu dem Betrag aus der Differenz von dem Signalwert minus das Schwellwertsignal.
Anders ausgedrückt, je größer der Betrag desto größer wird das Steuersignal.
In einer Ausführungsform wird die Größe des Schwertsignals geändert. Hierdurch lässt sich die vorbestimmte Position verändern. Anders ausgedrückt, der Wert des binären Signals ändert sich erst dann, wenn die Position des Gebers die veränderte vorbestimmte Position erreicht.
In einer Weiterbildung weist die Schaltungsvorrichtung einen mit dem Magnetfeldsensor verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker auf, wobei der erste Differenzverstärker einen Ausgang und einen Steuereingang umfasst.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst einen zweiten Differenzverstärker, wobei der zweite Differenzverstärker einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist.
Der erste Eingang des zweiten Differenzverstärkers ist mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verschaltet, wobei an dem zweiten Eingang des zweiten Differenzverstärkers das Schwellwertsignal und an dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers das binäre Signal anliegt bzw. mittels des zweiten Differenzverstärkers ausgegeben wird.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst eine Schaltungseinheit mit einem ersten mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verschalteten ersten Eingang.
An dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers liegt der Signalwert an, anders ausgedrückt mittels des ersten Differenzverstärkers wird an den ersten Eingang der Schaltungseinheit der Signalwert angelegt.
Die Schaltungsvorrichtung umfasst einen zweiten Eingang. An dem zweiten Eingang der Schaltungseinheit wird das Schwellwertsignal angelegt.
Die Schaltungseinheit umfasst einen mit dem Steuereingang des ersten Differenzverstärkers und mit dem Steuereingang der Versorgungseinheit verschalteten Ausgang. An dem Ausgang der Schaltungseinheit wird das Steuersignal angelegt.
Ferner ist die Schaltungseinheit eingerichtet bzw. wird mittels der Schaltungseinheit der Betrag aus der Differenz ermittelt und der Betrag an dem Ausgang der Schaltungseinheit als Steuersignal angelegt.
In einer Weiterbildung sind der erste Differenzverstärker und der zweite Differenzverstärker als analoge Schaltungseinheiten ausgebildet oder der erste Differenzverstärker und der zweite Differenzverstärker sind als digitale Schaltungseinheiten ausgebildet, wobei bei der digitalen Ausführungsform zwischen dem Magnetfeldsensor und dem ersten Differenzverstärker ein Analog-Digital Wandler eingeschleift ist. Vorzugsweise bilden der erste Differenzverstärker und die Schaltungseinheit einen analogen Steuerkreis oder einen digitalen Steuerkreis aus.
In einer Weiterbildung weist die Sensoreinheit mit Ausnahme des binären Signals am Ausgang der Schaltungsvorrichtung ausschließlich eine analoge Signalverarbeitung auf, d. h. das Sensorsignal, das verstärkte Sensorsignal und das Steuersignal sind rein analoge Signale. Ein Vorteil einer analogen Signalverarbeitung ist es, dass sich eine schnelle Änderung der Verstärkung durchführen lässt.
Indem die Steuerung kontinuierlich und mittels eines analogen Steuersignals erfolgt, erübrigt sich eine aufwändige und teure Digitalisierung der Daten und eine Berechnung mit einem Prozessor. Des Weiteren zeigt sich, dass die Sensoreinheit und das Verfahren sehr zuverlässig und fehlerfrei anwenden lassen.
In der analogen Ausführungsform bildet der erste Differenzverstärker zusammen mit der Schaltungseinheit den analogen Regelkreis aus. Anders ausgedrückt, wird das analoge Sensorsignal des Magnetfeldsensors mittels des ersten steuerbaren Differenzverstärkers verstärkt und als analoges Signal an die Schaltungseinheit angelegt. Mittels der Schaltungseinheit wird das analoge Steuersignal gebildet und an den Steuereingang des ersten Differenzverstärkers angelegt, wobei sich die Verstärkung umso mehr verringert, je geringer der Unterschied zwischen dem verstärkten Sensorsignal und der Schwellwertsignal ist.
In einer Weiterbildung ist oder wird die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers proportional zu der Höhe des Steuersignals eingestellt. Anders ausgedrückt wird mit abnehmender Höhe des Steuersignals die Sensitivität des Magnetfeldsensors erhöht und die Verstärkung verringert.
In einer anderen Weiterbildung weist der erste Differenzverstärker einen mit dem ersten Ausgang des Magnetfeldsensors verschalteten ersten Eingang und einen zweiten mit dem zweiten Ausgang des Magnetfeldsensors verschalteten Eingang auf. Zwischen den beiden Eingängen liegt das Sensorsignal an.
In einer Ausführungsform sind bei den Differenzverstärkern die jeweilig ersten Eingänge als nicht invertierende Eingänge und die jeweilig zweiten Eingänge als invertierende Eingänge ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass das binäre Signal einen ersten Wert annimmt, solange das verstärke Sensorsignal kleiner als die Schwellwertsignal ist und einen zweiten Wert an nimmt, solange das verstärke Sensorsignal größer als die Schwellwertsignal ist. Bevorzugt ist, dass der erste Wert des binäres Signals kleiner als der zweite Wert ist.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit monolithisch in einem Halbleitersubstrat integriert und umfasst eine Auswerteschaltung. Es versteht sich, dass die Auswerteschaltung mit der Schaltungsvorrichtung verschaltet ist und insbesondere das binäre Signal auswertet. Vorzugsweise ist das Halbeitersubstrat als Siliziumhalbleiter ausgebildet.
In einer Weiterbildung umfasst der Magnetfeldsensor einen Hallsensor und / oder einen AMR Sensor. Es versteht sich, dass sich der Magnetfeldsensor als 1D oder als 2D oder als 3D Hallsensor ausbilden lässt. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor als eine Hallplatte ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind, um insbesondere die Rauschunterdrückung zu verbessern, mittels einer Umschalteinheit die Zuordnung der Anschlüsse des Magnetfeldsensors zu den elektrischen Funktionen zyklisch vertauschbar. Ein derartiges Vertauschen wird auch als „spinning currrent“ bezeichnet.
Vorzugsweise lässt sich die Sensoreinheit oder das Verfahren für eine hoch ortsaufgelöste Erkennung der genauen Stellung eines Gebers in der Umgebung der vorbestimmten Position verwenden. Insbesondere für die Ermittlung der genauen Stellung der Türe oder für die Ermittlung der Stellung eines Pedals oder der Stellung einer Klappe jeweils in der Nähe der vorbestimmten Position. Hierfür wird das Steuersignal in der Umgebung der vorbestimmten Position erhöht.
In einer Weiterbildung ist die Schaltungsvorrichtung als Prozessoreinheit ausgebildet, wobei die Prozessoreinheit eingerichtet ist, das analoge Sensorsignal in einen digitalen Signalwert umzuwandeln.
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, die:

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit,
2 ein vereinfachter Schaltplan einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit,
3a-f mehrere Kennlinienverläufe in Abhängigkeit der Änderung der Position eines Gebers der Sensoreinheit, dargestellt in der 1 oder in der 2.

Die Abbildung der 1 zeigt eine Sensoreinheit 10 mit einem Magnetfeldsensor 20 und einer mit dem Magnetfeldsensor 20 verschalteten Versorgungseinheit 30 und einer Schaltungsvorrichtung 35. Vorzugsweise umfasst oder besteht der Magnetfeldsensor 20 aus einer Hallplatte. Der Magnetfeldsensor 20 weist einen ersten Versorgungsanschluss 22 und einen zweiten mit einem Massepotential verschalteten Versorgungsspannungsanschluss 24 und einen ersten Sensorausgang 26 und einen zweiten Sensorausgang 28 auf.
Die Versorgungseinheit 30 weist einen Steuereingang 32 und einen Ausgang 34 auf. Der Ausgang 34 ist mit dem ersten Versorgungsanschluss 22 des Magnetfeldsensors 20 verschaltet und prägt einen Betriebsstrom IM in den Magnetfeldsensor 20 ein. Vorzugsweise umfasst die Versorgungseinheit 30 eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle.
Zwischen dem ersten Sensorausgang 26 und dem zweiten Sensorausgang 28 liegt das Sensorsignal VM an. Die beiden Sensorausgänge 26 und 28 sind mit Eingängen der Schaltungsvorrichtung 35 verbunden. Die Schaltungsvorrichtung 35 weist einen weiteren Eingang für ein Schwellwertsignal VSP auf. Das Schwellwertsignal VSP ist als ein Referenzsignal ausgebildet.
Die Schaltungsvorrichtung 35 weist einen Ausgang für die Ausgabe eines binären Signals VOUT auf. Ferner weist die Schaltungsvorrichtung 35 einen Steuerausgang auf. An dem Steuerausgang wird mittels der Schaltungsvorrichtung 35 ein Steuersignal VST angelegt. Der Steuerausgang ist mit einem Steuereingang 32 der Versorgungseinheit 30 verschaltet.
Die Schaltungsvorrichtung 35 ist eingerichtet, das Sensorsignal VM zu verstärken und als Signalwert nVM bereit zu stellen.
Mittels der Schaltungsvorrichtung 35 wird das Steuersignal VST als Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert nVM und dem Schwellwertsignal VSP ermittelt.
Mittels der Schaltungsvorrichtung wird die Verstärkung des Sensorsignals VM proportional mit der Größe des Betrags und der Betriebsstrom IM oder die Betriebsspannung umgekehrt proportional verändert.
Mittels der Schaltungsvorrichtung 35 wird das binäre Signal VOUT ausgegeben, wobei der Wert des binären Signals VOUT sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts nVM größer als das Schwellwertsignal VSP und / oder wenn der Wert des Signalwertes nVM kleiner als das Schwellwertsignal VSP wird. Aus der Stelle der Änderung lässt sich der Geber, als sich an der vorbestimmte Position X0 angeordnet, erkennen.
In einer Ausführungsform ist die Schaltungsvorrichtung als Prozessoreinheit ausgebildet. Hierbei wird das anliegende Sensorsignal in ein digitales Signal vorzugsweise innerhalb des Prozessors umgewandelt. Es versteht sich, dass je nach Ausführung das Steuersignal als ein analoges oder digitales Signal ausgegeben wird.
Die Abbildung der 2 zeigt eine analoge Ausführung der Sensoreinheit 10. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu der Ausführungsform dargestellt in der 1 erläutert.
Die Schaltungsvorrichtung 35, in einer analogen Ausführung, umfasst einen ersten steuerbaren Differenzverstärker 40. Der erste Differenzverstärker 40 weist einen ersten Eingang 42 und einen zweiten Eingang 44 und einen Ausgang 46 und einen Steuereingang 48 auf. Der erste Sensorausgang 26 ist mit dem ersten Eingang 42 des ersten Differenzverstärkers 40 und der zweite Sensorausgang 28 ist mit dem zweiten Eingang 44 des ersten Differenzverstärkers 40 verschaltet. An den beiden Eingängen 42 und 44 des ersten Differenzverstärkers 40 liegt ein Sensorsignal VM an.
An dem Ausgang 46 des ersten Differenzverstärkers 40 liegt das verstärkte analoge Sensorsignal nVM an.
Die Schaltungsvorrichtung 35 weist einen zweiten Differenzverstärker 50 mit einem ersten Eingang 52 und einem zweiten Eingang 54 und einem Ausgang 56 auf, wobei der erste Eingang 52 des zweiten Differenzverstärkers 50 mit dem Ausgang 46 des ersten Differenzverstärkers 40 verschaltet ist.
An dem zweiten Eingang 54 des zweiten Differenzverstärkers 50 liegt das analoge Schwellwertsignal VSP in Form einer Referenzspannung an. Der Ausgang 56 des zweiten Differenzverstärkers 50 ist mit einem Signalausgang 58 verschaltet, wobei an dem Signalausgang ein binäres Ausgangssignal VOUT anliegt.
Die Sensoreinheit 10 weist außerdem eine Schaltungseinheit 60 mit einem ersten Eingang 62 und einem zweiten Eingang 64 und mit einem Ausgang 66 auf, wobei der erste Eingang 62 der Schaltungseinheit 60 mit dem Ausgang 46 des ersten Differenzverstärkers 40 verschaltet und der zweite Eingang 64 der Schaltungseinheit 60 einen Eingang aufweist und an dem Eingang das Schwellwertsignal VSP anliegt.
Der Ausgang 66 der Schaltungseinheit 60, an dem das Steuersignal VST anliegt, ist mit dem Steuereingang 48 des Differenzverstärkers 40 und mit dem Steuereingang 32 der Versorgungseinheit 30 verschaltet. Hierbei wird das Steuersignal VST mittels der Schaltungseinheit 60 als Betrag der Differenz der verstärkten Sensorsignal nVM minus der Schwellwertsignal VSP gebildet. Hierdurch weist die Steuersignal VST immer ein positives Vorzeichen auf.
Die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers 40 ist proportional zu der Höhe der Steuersignal VST, während die Größe des Betriebsstroms IM umgekehrt proportional zu der Höhe der Steuersignal VST ist.
Es zeigt sich, dass der erste Differenzverstärker 40 und die Schaltungseinheit 60 einen analogen Steuerkreis ausbilden, wobei im weiteren Verlauf auch die Versorgungseinheit 30 und der Magnetfeldsensor 20 mit einbezogen sind.
Es versteht sich, dass sich der erste Differenzverstärker 40 und der zweite Differenzverstärker 50 auch als digitale Schaltungseinheit ausbilden lassen. Hierbei wird mittels eines ADCs das Sensorsignal VM digitalisiert. Auch versteht es sich, dass sich die Schaltungseinheit 60 als analoge oder als digitale Schaltungseinheit ausbilden lässt.
In den 3a bis 3f sind ausgewählte Kennlinienverläufe der Sensoreinheit 10 dargestellt in der 1 in Abhängigkeit einer Änderung der Position x eines nicht dargestellten Gebers abgebildet. Hierbei ist die Position x bei den jeweiligen Figuren jeweils als Abszissenachse abgetragen, wobei die vorbestimmte Position mit X0 bezeichnet ist.
Als Ordinatenachse ist bei der 3a eine Stärke des Magnetfeldes B an der Stelle des Magnetfeldsensors 20 aufgetragen. Es zeigt sich, dass mit einem zunehmenden x-Wert die Stärke des Magnetfeldes B zunimmt, d.h. der Abstand zu dem Magnetfeldsensor 20 nimmt ab.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Zunahme des Magnetfelds B linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
In der 3b ist als Ordinatenachse die Größe des Betriebsstroms IM durch den vorzugsweise als Hallplatte ausgebildeten Magnetfeldsensor 20 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten Position X0 der Betriebsstrom IM und hierdurch die magnetische Sensitivität des Magnetfeldsensors 20 maximal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich verringert.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung des Betriebsstroms IM linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
In der 3c ist als Ordinatenachse die Größe des Verstärkungsfaktors n des ersten Differenzverstärkers 40 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten Position X0 der Verstärkungsfaktor n minimal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich der Verstärkungsfaktor n vergrößert.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung des der Verstärkungsfaktors n linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
In der 3d ist als Ordinatenachse die Größe des Fehlerbereiches ERR des Ausgangssignals nVM des ersten Differenzverstärkers 40 dargestellt. Es zeigt sich, dass an der vorbestimmten Position X0 die Größe des Fehlerbereiches ERR minimal ist und sowohl zu kleinen als auch zu großen x Werten sich die Größe des Fehlerbereiches ERR vergrößert.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung Größe des Fehlerbereiches ERR linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
In der 3e ist als Ordinatenachse die Größe des verstärkten Ausgangssignals nVM des ersten Differenzverstärkers 40 dargestellt. Es zeigt sich, dass das Ausgangssignal nVM ansteigt und an der vorbestimmten Position X0 gleich groß wie das Schwellwertsignal VSP ist und dann weiter zunimmt.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Veranschaulichung die Veränderung verstärkten Ausgangssignals nVM linear dargestellt ist. Jedoch ergeben sich je nach Anordnung Geber / Sensoreinheit eine Vielzahl von anderen Kurvenformen.
In der 3f ist als Ordinatenachse die Größe des binären Signals VOUT am Signalausgang 58 dargestellt. Es zeigt sich, dass das binären Signals VOUT an der vorbestimmten Position X0 von einem ersten niedrigen Wert auf einen zweiten höheren Wert springt.
Es versteht sich, dass mit einer Verringerung insbesondere der Schwellwertsignal VSP der vorbestimmte Ort zu kleineren x-Werten und vice versa verschiebt.

Claims

Sensoreinheit (10) für die Detektion eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), mit - einer Schaltungsvorrichtung (35), - einem an der Schaltungsvorrichtung (35) anliegenden Schwellwertsignal (VSP), - einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), und ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) ausgibt, - einer mit dem Versorgungsanschluss (22) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist, die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, das Sensorsignal (VM) zu verstärken und als Signalwert (nVM) bereit zu stellen, und die Schaltungsvorrichtung (35) eingerichtet ist, ein Steuersignal (VST) aus der dem Betrag aus der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) zu ermitteln und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) und die Versorgungseinheit (30) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals (VST) zu steuern, - die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt und der Wert des binären Signals (VOUT) sich jeweils ändert, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als das Schwellwertsignal (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) ist, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und - bei der Versorgungseinheit (30) die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist und die Verstärkung proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist.
Sensoreinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (30) eine steuerbare Spannungsquelle oder eine steuerbare Stromquelle umfasst.
Sensoreinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Steuersignals (VST) proportional zu dem Betrag aus der Differenz von dem Signalwert (nVM) minus des Schwellwertsignals (VSP) ist.
Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) - einen mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker (40), wobei der erste Differenzverstärker (40) einen Ausgang (46) und einen Steuereingang (48) aufweist, und - einen zweiten Differenzverstärker (50), wobei der zweite Differenzverstärker (50) einen ersten Eingang (52) und einen zweiten Eingang (54) und einen Ausgang (56) aufweist und der erste Eingang (52) des zweiten Differenzverstärkers (50) mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschaltet ist und an dem zweiten Eingang (54) des zweiten Differenzverstärkers (50) das Schwellwertsignal (VSP) anliegt, und an dem Ausgang (56) das binäre Signal (VOUT) anliegt, und - einer Schaltungseinheit (60) mit einem ersten mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschalteten Eingang (62), wobei an dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (40) der Signalwert (nVM) anliegt, und mit einem zweiten mit dem Schwellwertsignal (VSP) verschalteten Eingang (64) und die Schaltungseinheit (60) einem mit dem Steuereingang (48) des ersten Differenzverstärkers (40) und mit dem Steuereingang (32) der Versorgungseinheit (30) verschalteten Ausgang (66) aufweist, und die Schaltungseinheit (60) eingerichtet ist, den Betrag aus der Differenz zu ermitteln und den Betrag an dem Ausgang (66) der Schaltungseinheit (60) als Steuersignal (VST) anzulegen.
Sensoreinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der der erste Differenzverstärker (40) und der zweite Differenzverstärker (50) als analoge Schaltungseinheiten ausgebildet sind oder der erste Differenzverstärker (40) und der zweite Differenzverstärker (50) als digitale Schaltungseinheiten ausgebildet sind und zwischen dem Magnetfeldsensor (20) und dem ersten Differenzverstärker (40) ein Analog-Digital Wandler eingeschleift ist.
Sensoreinheit (10) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Differenzverstärker (40) und die Schaltungseinheit (60) einen analogen Steuerkreis oder einen digitalen Steuerkreis ausbilden.
Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Verstärkung des ersten Differenzverstärkers (40) proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) ist.
Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Differenzverstärker (40) einen mit dem ersten Ausgang (26) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten ersten Eingang (42) und einen zweiten mit dem zweiten Ausgang (28) des Magnetfeldsensors (20) verschalteten Eingang (44) aufweist und zwischen den beiden Eingängen (42, 44) das Sensorsignal (VM) anliegt.
Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingänge (42, 52, 62) als nicht invertierende Eingänge und die zweiten Eingänge (44, 54, 64) als invertierende Eingänge ausgebildet sind.
Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) monolithisch in einem Halbleitersubstrat integriert ist und die Sensoreinheit (10) eine Auswerteschaltung umfasst.
Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (20) ein Hallsensor und / oder ein AMR Sensor umfasst.
Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (20) eine Hallplatte umfasst.
Sensoreinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Umschalteinheit die Zuordnung der Anschlüsse (22, 24, 26, 28) des Magnetfeldsensors (20) zu den elektrischen Funktionen zyklisch vertauschbar sind, um die Rauschunterdrückung zu verbessern.
Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) als Prozessoreinheit ausgebildet ist und die Prozessoreinheit eingerichtet ist, das analoge Sensorsignal (VM) in einen digitalen Signalwert umzuwandeln.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0), aufweisend eine Sensoreinheit (10), mit einer Schaltungsvorrichtung (35), wobei an der ein Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird, und - einem Magnetfeldsensor (20) aufweisend einen Versorgungsanschluss (22) und einen Massenanschluss (24) und einen ersten Ausgang (26) und einen zweiten Ausgang (28), wobei mittels des Magnetfeldsensors (20) ein von dem Abstand des Gebers abhängiges analoges Sensorsignal (VM) erzeugt wird, und - einer mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten Versorgungseinheit (30), wobei die Versorgungseinheit (30) einen Steuereingang (32) aufweist, und die Schaltungsvorrichtung (35) mit dem Magnetfeldsensor (20) verschaltet ist, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) das Sensorsignal (VM) verstärkt und als Signalwert (nVM) bereitgestellt wird, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) ein Steuersignal (VST) bereitgestellt wird, wobei das Steuersignal (VST) aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Signalwert (nVM) und dem Schwellwertsignal (VSP) ermittelt wird, und mittels der Schaltungsvorrichtung (35) die Versorgungseinheit (30) und die Verstärkung des Sensorsignal (VM) in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals gesteuert wird, - die Schaltungsvorrichtung (35) ein binäres Signal (VOUT) ausgibt, wobei der Wert des binaren Signals (VOUT) geändert wird, wenn der Wert des Signalwerts (nVM) größer als des Schwellwertsignals (VSP) und / oder wenn der Wert des Signalwertes (nVM) kleiner als das Schwellwertsignal (VSP) wird, um anhand der Änderung des binären Signals (VOUT) den Geber als an der vorbestimmten Position (X0) angeordnet zu detektieren und - dass die Versorgungseinheit (30) eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle umfasst und die Größe des Betriebsstroms (IM) oder die Höhe der Versorgungsspannung umgekehrt proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) und die Verstärkung des Sensorsignals (VM) proportional zu der Höhe des Steuersignals (VST) eingestellt wird.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Größe des Schwellwertes (VSP) die vorbestimmte Position (X0) verändert wird.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Steuersignals (VST) proportional zu dem Betrag aus der Differenz von des Signalwertes (nVM) minus des Schwellwertsignals (VSP) eingestellt wird.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (35) ein mit dem Magnetfeldsensor (20) verschalteten ersten steuerbaren Differenzverstärker (40) aufweist, wobei mittels des ersten Differenzverstärkers das verstärkte Sensorsignal (nVM) erzeugt wird und der erste Differenzverstärker (40) einen Ausgang (46) und einen Steuereingang (48) aufweist, und, - ein zweiter Differenzverstärker (50) vorgesehen ist, wobei der zweite Differenzverstärker (50) einen ersten Eingang (52) und einen zweiten Eingang (54) und einen Ausgang (56) aufweist und der erste Eingang (52) des zweiten Differenzverstärkers (50) mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschaltet ist und an dem zweiten Eingang (54) des zweiten Differenzverstärkers (50) das Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird, und mittels des Ausgangs des zweiten Differenzverstärkers (50) das binäre Signal (VOUT) ausgegeben wird, und - eine Schaltungseinheit (60) mit einem ersten mit dem Ausgang (46) des ersten Differenzverstärkers (40) verschalteten Eingang (62) vorgesehen ist und an den ersten Eingang (62) der Schaltungseinheit (60) der Signalwert (nVM) angelegt wird, und die Schaltungseinheit (60) einen zweiten Eingang (64) aufweist und an dem zweiten Eingang (64) das Schwellwertsignal (VSP) angelegt wird und die Schaltungseinheit (60) einen mit dem Steuereingang (48) des ersten Differenzverstärkers (40) und mit dem Steuereingang (32) der Versorgungseinheit (30) verschalteten Ausgang (66) aufweist, und mittels der Schaltungseinheit (60) der Betrag ermittelt wird und der Betrag als Steuersignal (VST) an dem Ausgang (66) der Schaltungseinheit (60) angelegt wird.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des ersten Differenzverstärkers (40) proportional zu der Höhe der Steuersignal (VST) eingestellt wird.
Verfahren zur Erkennung eines Gebers an einer vorbestimmten Position (X0) nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Höhe des Schwellwertsignals (VSP) die Lage der vorbestimmten Position (X0) verändert wird.
Verwendung der Sensoreinheit (10) oder des Verfahrens nach einem der vorangegangen Ansprüche, um die ortsaufgelöste Erkennung der genauen Stellung eines Gebers in der Umgebung der vorbestimmten Position (X0) gegenüber den weiter von der vorbestimmten Position (X0) entfernt liegenden Geberstellungen zu erhöhen.