DE102017107228A1

DE102017107228A1 - Sensoreinrichtungen, Systeme und Verfahren

Info

Publication number: DE102017107228A1
Application number: DE102017107228.4A
Authority: DE
Inventors: Andrea Monterastelli; Tobias Werth; Dirk Hammerschmidt; Helmut Köck
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN108693374B; US20180283905A1; US20200149928A1; CN108693374A; US10907994B2; US10551221B2

Abstract

Magnetfeldsensoreinrichtungen, entsprechende Systeme und entsprechende Verfahren werden besprochen, bei denen mehrere Magnetfeldsensoren ein Magnetfeld erfassen. Eine Auswertungsschaltung erzeugt eine erste Signalkomponente, die mit einer Periodizität eines Magnetfeldes verknüpft ist, und eine zweite Signalkomponente zumindest für Perioden des Magnetfeldes, die eine Schwelle überschreiten, mit einer Auflösung, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Sensoreinrichtungen, Systeme und Verfahren.
Hintergrund
Magnetfeldsensoren können zum Detektieren und Messen einer Bewegung oder Position in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden. Im Allgemeinen kann eine Magnetanordnung bei derartigen Einstellungen relativ zu einem oder mehreren Magnetfeldsensoren bewegt werden. Durch diese relativen Bewegungen nehmen die Magnetfeldsensoren ein variierendes Magnetfeld wahr und können somit die Bewegung detektieren.
Eine spezielle Anwendung ist die Messung von Drehgeschwindigkeiten, zum Beispiel bei Kraftfahrzeuganwendungen. Bei derartigen Anwendungen ist gewöhnlich ein Polrad (d. h. ein Rad, eine Scheibe oder ein Ring, bei dem bzw. der Magneten mit abwechselnden Polen an einem Umfang angeordnet sind) oder ein Zahnrad (ein gezahnter Magnet) mit einer Rotationsachse gekoppelt angeordnet, sodass ein Magnetfeldsensor, der relativ zu dieser Achse stationär ist, ein variierendes Magnetfeld wahrnimmt, wenn die Achse rotiert. Im Fall einer konstanten Drehgeschwindigkeit ist die Modulation des Magnetfeldes bei derartigen Einstellungen häufig periodisch.
Derartige Sensoren werden zum Beispiel bei Antiblockiersystem(ABS)-Sensoren verwendet, um die Umdrehungsgeschwindigkeit jedes Reifens eines Autos zu messen. Bei einer derartigen Anwendung werden zum Beispiel Polräder mit 48 Polpaaren verwendet. Typische herkömmliche Sensoren zeichnen dann das variierende Magnetfeld auf, das durch eine Drehung des Polrades verursacht wird, und erzeugen einen Impuls zum Beispiel bei jedem Nulldurchgang des erfassten Feldes oder ein daraus abgeleitetes Signal, was zu 96 Impulsen pro Umdrehung des Reifens in diesem Beispiel führt. Für einen typischen Reifenumfang von 2 m bedeutet dies eine räumliche Auflösung von 2 cm.
Für manche Anwendungen kann eine derartige Auflösung jedoch unzureichend sein. Für Autoeinparksysteme, bei denen ein Auto autonom einparkt, bewegt sich das Auto zum Beispiel häufig sehr langsam. Mit einer Auflösung von 2 cm kann dies eine vergleichsweise lange Zeit zwischen den oben erwähnten Impulsen verursachen, sodass die Position des Autos basierend auf derartigen Sensoren möglicherweise nicht häufig genug aktualisiert wird, um ein präzises Einparken zu ermöglichen. Daher würde eine höhere Auflösung derartiger Sensoren für manche Anwendungen wünschenswert sein.
Eine einfache Weise, die Auflösung zu erhöhen, würde darin bestehen, die Anzahl von Polpaaren im Polrad (oder die Anzahl von Zähnen in einem gezahnten Magnetrad) zu erhöhen. Dies erhöht jedoch die Herstellungskosten für das Polrad oder das Zahnrad, insbesondere, falls zum Beispiel eine Verdopplung der Auflösung benötigt wird.
Kurzdarstellung
Es sind eine Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen sowie ein System, das eine derartige Einrichtung beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Sensoreinrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:

eine Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere (d. h. mindestens zwei) Magnetfeldsensoren umfasst, und
eine Auswertungsschaltung, die mit der Magnetfeldsensoranordnung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, eine erste Signalkomponente zu erzeugen, die mit einer Periodizität eines Magnetfeldes, das durch die Magnetfeldsensoranordnung erfasst wird, verknüpft ist (z. B. mit Impulsen bei Nulldurchgängen des Magnetfeldes oder einem daraus abgeleiteten Signal), und eine zweite Signalkomponente, die eine Auflösung aufweist, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist, zu erzeugen, zumindest wenn eine Periodenlänge des erfassten Magnetfeldes eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.

Des Weiteren ist ein System bereitgestellt, das Folgendes umfasst:

eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die ein periodisches Magnetfeld erzeugt, und
eine wie oben besprochene Einrichtung,
wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung relativ zur Magnetfeldsensoranordnung der Einrichtung bewegbar ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes umfasst:

Messen eines Magnetfeldes mit einer Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere Magnetfeldsensoren umfasst,
Erzeugen einer ersten Signalkomponente, die mit einer Periodizität des Magnetfeldes verknüpft ist, und
Erzeugen einer zweiten Signalkomponente mit einer Auflösung, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist.

Die obige Kurzdarstellung ist lediglich dazu vorgesehen, eine knappe Übersicht über manche Merkmale mancher Ausführungsformen zu geben, und ist nicht als auf irgendeine Weise beschränkend aufzufassen, da andere Ausführungsformen unterschiedliche Merkmale als die oben besprochenen beinhalten können.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein ausführliches Diagramm, das eine Einrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
4-6 sind Kurven, die Systeme und Einrichtungen gemäß Ausführungsformen veranschaulichen.
7 ist ein Diagramm, das einen Betrieb einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein ausführliches Diagramm, das eine Einrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Einrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
10 und 11 sind Diagramme, die Kurven zur Veranschaulichung von Ausführungsformen darstellen.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass diese Ausführungsformen lediglich zu Veranschaulichungszwecken gegeben sind und nicht als beschränkend aufzufassen sind. Während Ausführungsformen als zahlreiche Merkmale oder Elemente umfassend beschrieben sind, können zum Beispiel bei anderen Ausführungsformen manche dieser Merkmale oder Elemente weggelassen und/oder durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden.
Außerdem können außer den Merkmalen oder Elementen, die explizit in den Zeichnungen dargestellt oder vorliegend beschrieben sind, weitere Merkmale oder Elemente bereitgestellt werden, zum Beispiel Merkmale oder Elemente, die herkömmlicherweise in Magnetfeldsensoreinrichtungen, Bewegungssensoreinrichtungen und -systemen und/oder Geschwindigkeitssensoreinrichtungen und -systemen verwendet werden.
Merkmale oder Elemente verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Variationen und Modifikationen, die im Hinblick auf eine der Ausführungsformen beschrieben werden, können ebenso auf andere Ausführungsformen angewandt werden, sofern nichts anderes angegeben wird.
Beliebige elektrische Verbindungen oder Kopplungen, die in den Zeichnungen gezeigt oder hier beschrieben sind, können direkte elektrische Verbindungen oder Kopplungen sein, d. h. elektrische Verbindungen oder eine elektrische Kopplung ohne dazwischenliegende Elemente, oder können indirekte Verbindungen oder Kopplungen sein, d. h. elektrische Verbindungen oder Kopplungen mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Elementen, so lange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel zum Übertragen einer gewissen Art von Signal, zum Übertragen einer gewissen Art von Informationen oder zum Bereitstellen einer gewissen Art von Steuerung, im Wesentlichen beibehalten wird. Des Weiteren können Verbindungen oder Kopplungen drahtgebundene Verbindungen oder drahtlose Verbindungen sein.
Wenden wir uns nun den Figuren zu, wo 1 ein System gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das System von 1 umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 10, die einen oder mehrere Magneten umfassen kann. Bei manchen Implementierungen kann die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 ein Polrad oder ein Zahnrad umfassen, das an einem rotierenden Element, wie einer Achse eines Autos, einem Reifen eines Autos oder einer Welle oder einem anderen rotierenden Element in einer Übertragungskette eines Autos, angebracht ist, aber nicht auf diese rotierenden Elemente beschränkt ist. Bei anderen Implementierungen kann die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 eine Magnetanordnung umfassen, die zum Beispiel mehrere Magneten umfasst, die Polpaare bilden, die mit einem sich linear bewegenden Element gekoppelt ist. Bei manchen Implementierungen, wenn sich das rotierende Element oder das sich linear bewegende Element mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, erzeugt die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 ein periodisch moduliertes Magnetfeld an einer Position der Magnetfeldsensoren einer Magnetfeldsensoranordnung 11. Die Magnetfeldsensoranordnung 11 kann zwei oder mehr Magnetfeldsensoren umfassen, zum Beispiel magnetoresistive Sensoren oder Hall-Sensoren. Magnetoresistive Sensoren verwenden allgemein einen magnetoresistiven Effekt, wie Riesenmagnetowiderstand (GMR), anisotropen Magnetowiderstand (AMR) oder Tunnelmagnetowiderstand (TMR), um ein Magnetfeld zu erfassen. Hall-Sensorelemente verwenden den Hall-Effekt, um ein Magnetfeld zu erfassen.
Die Magnetfeldsensoranordnung 11 überträgt ein oder mehrere Signale m, die das erfasste Magnetfeld angeben, zu einer Auswertungsschaltung 12. Die Auswertungsschaltung 12 gibt, basierend auf dem einen oder den mehreren Signalen m, ein oder mehrere Signale s aus, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 und daher eine Dreh- oder Linearbewegungsgeschwindigkeit einer Einrichtung anzeigen, an der die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 angebracht ist.
Es sollte angemerkt werden, dass, während im obigen Szenario die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 an einer sich bewegenden Einrichtung (z. B. Achse) angebracht ist und die Magnetfeldsensoranordnung 11 stationär ist, bei anderen Ausführungsformen auch die Magnetfeldsensoranordnung 11 an einer sich bewegenden Einrichtung angebracht sein kann, während die Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 stationär ist. Dies bewirkt auch eine relative Bewegung zwischen der Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 und der Magnetfeldsensoranordnung 11, wenn sich die sich bewegende Einrichtung bewegt.
Das Signal s gibt bei Ausführungsformen eine Periode eines Magnetfeldes der Magnetfelderzeugungseinrichtung 10 an oder bezieht sich darauf. Beispielsweise kann das Signal s Impulse bei jedem Nulldurchgang eines Magnetfeldes, das durch die Magnetfeldsensoranordnung 11 erfasst wird, oder ein Signal, das aus dem erfassten Magnetfeld abgeleitet wird, umfassen. Bei einem derartigen Fall, wie anfänglich erläutert, werden zum Beispiel für ein Polrad mit 48 Polen 90 Polpaaren 96 Impulse derartige Arten pro Umdrehung der Einrichtung, an der das Polrad befestigt ist, ausgegeben.
Des Weiteren ist die Auswertungsschaltung 12 bei der Ausführungsform von 12 dazu konfiguriert, eine Interpolation durchzuführen, um eine zweite Signalkomponente des einen oder der mehreren Signale s auszugeben, die Zwischenpositionen zwischen den Positionen, die mit der Periodizität eines Magnetfeldes verknüpft sind, angeben, zum Beispiel zwischen den oben erwähnten 96 Impulsen, zumindest für langsame Bewegungsgeschwindigkeiten (zum Beispiel langsame Drehgeschwindigkeiten) unter einer Schwelle. Durch eine derartige zweite Signalkomponente kann die Auflösung des Systems erhöht werden. Dies kann im Gegenzug für manche Anwendungen erwünscht sein, wie autonomes Fahren (z. B. Einparken) bei Kraftfahrzeuganwendungen. Einzelheiten der Erzeugung einer derartigen zweiten Signalkomponente, z. B. durch Interpolation, werden später beschrieben.
Wie im Folgenden erläutert wird, können das eine oder die mehreren Signale s in Abhängigkeit von der Anwendung als eine Modifikation eines Protokolls, das im jeweiligen Gebiet verwendet wird, ausgegeben werden, zum Beispiel als eine Modifikation des AK-Protokolls im Fall von ABS-Sensoren oder ähnlichen Kraftfahrzeugsensoren, die das AK-Protokoll verwenden.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren von 2 kann im System von 1 oder unter Verwendung einer beliebigen der im Folgenden besprochenen Einrichtungen implementiert werden, kann aber auch unabhängig davon implementiert werden. Des Weiteren, während das Verfahren von 2 als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen dargestellt und veranschaulicht ist, ist die Reihenfolge, in der diese Handlungen oder Ereignisse repräsentiert werden und beschrieben sind, nicht als beschränkend aufzufassen. Insbesondere kann die Reihenfolge variieren und/oder verschiedene Handlungen oder Ereignisse können parallel durchgeführt werden, zum Beispiel in unterschiedlichen Abschnitten einer Einrichtung oder Schaltung.
Bei 20 umfasst das Verfahren Messen eines Magnetfeldes, das durch eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, wie eine Magnetanordnung mit mehreren Magnetfeldsensoren, erzeugt wird. Wie schon unter Bezugnahme auf 1 erläutert, kann die Magnetfelderzeugungseinrichtung an einem bewegbaren Element, wie einem rotierenden Element oder einem linear bewegbaren Element, befestigt sein und/oder kann ein periodisches Magnetfeld erzeugen. Bei anderen Ausführungsformen können die Magnetfeldsensoren am bewegbaren Element befestigt sein und die Magnetanordnung kann stationär sein.
Bei 21 umfasst das Verfahren Erzeugen einer ersten Signalkomponente eines oder mehrerer Ausgangssignale, die mit der Periodizität des Magnetfeldes verknüpft sind. Im Fall eines im Wesentlichen sinusförmigen oder ähnlichen periodischen Magnetfeldes kann die erste Signalkomponente zum Beispiel Nulldurchgänge des Magnetfeldes angeben, sodass die erste Signalkomponente eine Periodizität aufweist, die zweimal die Periodizität des Magnetfeldes ist (zwei Nulldurchgänge in einer Periode eines sinusförmigen Signals). Bei 22 umfasst das Verfahren ferner Erzeugen einer zweiten Signalkomponente des einen oder der mehreren Signale mit einer Auflösung, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist, durch Interpolationstechniken, um die räumliche Auflösung zu erhöhen. Es sollte angemerkt werden, dass die erste und die zweite Signalkomponente bei manchen Ausführungsformen Signalkomponenten eines einzigen Signals sein können oder bei anderen Ausführungsformen als separate Signale übertragen werden können.
Wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird, kann die erste Signalkomponente zum Beispiel eine Signalkomponente sein, die standardmäßig durch ein Protokoll (zum Beispiel das oben erwähnte AK-Protokoll) übertragen wird, währenddessen die zweite Signalkomponente als eine Modifikation am Protokoll übertragen werden kann.
3 ist ein ausführliches Diagramm, das eine Magnetfeldsensoreinrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht, die in Verbindung mit einer wie zuvor besprochenen Magnetfelderzeugungseinrichtung verwendet werden kann, um ein System zu bilden.
Die in 3 veranschaulichte Einrichtung umfasst drei Magnetfeldsensoren 30, 31 und 32, die angrenzend zueinander angeordnet sein können, sodass der Sensor 31 zwischen den Sensoren 30, 32 angeordnet ist. Der Sensor 30 wird auch als „linker“ Sensor bezeichnet, der Sensor 31 wird als „mittiger“ Sensor bezeichnet und der Sensor 32 wird als „rechter“ Sensor bezeichnet. Diese Bezeichnungen geben lediglich die räumliche Beziehung zwischen den Sensoren an und ziehen keine absolute Anordnung der Sensoren nach sich. Die Sensoren 30 bis 32 können als eine beliebige geeignete Art von Magnetfeldsensoren implementiert werden, zum Beispiel basierend auf magnetoresistiven Sensoren oder basierend auf Hall-Sensoren.
Signale von den Sensoren werden einer Auswertungsschaltung 318, 319 bereitgestellt. Ein Block 318 der Auswertungsschaltung 318, 319 ist im Wesentlichen dazu konfiguriert, eine erste Signalkomponente wie oben besprochen zu erzeugen, die mit einer Periodizität einer Magnetfelderzeugungseinrichtung verknüpft ist, wobei das Magnetfeld durch die Sensoren 30 bis 32 erfasst wird, sowie manche zusätzliche Funktionen, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, durchzuführen. Der Block 319 ist dazu konfiguriert, eine Interpolation durchzuführen, um eine zweite Signalkomponente wie oben besprochen zu erzeugen, damit eine räumliche Auflösung einer Bewegungsdetektion bei manchen Ausführungsformen erhöht wird. Es sollte angemerkt werden, dass, während 3 zahlreiche Einzelheiten umfasst, manche dieser Einzelheiten bei anderen Ausführungsformen ausgelassen werden können.
Ein Ausgangssignal des Sensors 30 wird einem positiven Eingang eines Subtrahierers 34 bereitgestellt und ein Ausgangssignal vom Sensor 32 wird einem negativen Ausgang des Subtrahierers 34 bereitgestellt, um ein Ausgangssignal S = L - R zu bilden, wobei L und R die Signale von den Sensoren 30 bzw. 32 sind.
Des Weiteren werden die Ausgangssignale L, R von den Sensoren 30, 32 negativen Eingängen eines Subtrahierers 35 bereitgestellt und eine Ausgabe C vom Sensor 31 wird einem positiven Eingang des Subtrahierers 35 bereitgestellt, um ein Signal D = 2C - L -R zu bilden.
Das Signal D wird einem Analog-Digital-Umsetzer 36 bereitgestellt, um eine digitalisierte Version des Signals D bereitzustellen. Die digitalisierte Version des Signals D wird dann einer Richtungsdetektionsschaltung 315 bereitgestellt, die eine Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeugungseinrichtung relativ zur Sensoreinrichtung von 3 basierend auf der digitalisierten Version des Signals D bestimmt. Dies kann auf eine beliebige herkömmliche Art und Weise durchgeführt werden.
Ein Signal S wird einem Addierer 32 bereitgestellt. Über einen Rückkopplungspfad, der einen Verstärker 38 mit programmierbarer Verstärkung (PGA), einen Analog-Digital-Umsetzer 314, eine Signalanalyseschaltung 318, eine Offsetanpassungsschaltung 316 und einen Digital-Analog-Umsetzer 37, dessen Ausgang mit dem Addierer 323 gekoppelt ist, umfasst, wird eine Offsetkompensation für das Signal S durchgeführt. Im Fall einer konstanten Bewegung der jeweiligen Magnetfelderzeugungseinrichtung kann das Signal S zum Beispiel ein im Wesentlichen sinusförmiges Signal mit einem Offset sein und durch die Offsetkompensation wird dieser Offset entfernt, um ein sinusförmiges Signal zu erzeugen, das um Null herum zentriert ist. Das somit offsetkorrigierte Signal wird den Slicern 39 bis 311 und einer Verdeckte-Hysterese-Schaltung 312 bereitgestellt, um weitere Korrekturen durchzuführen, und wird dann einer Protokollerzeugungsschaltung 313 bereitgestellt, die später ausführlicher besprochen wird. Das Signal, das durch die Verdeckte-Hysterese-Schaltung 312 ausgegeben wird, liefert im Wesentlichen ein Signal bezüglich der Periodizität des Magnetfeldes, liefert zum Beispiel Nulldurchgänge des Signals S, die eine Frequenz von zweimal der Periodizität des Magnetfeldes aufweisen. Daher kann dieses Signal im Wesentlichen der oben besprochenen ersten Signalkomponente entsprechen.
Des Weiteren werden einer Digitalverarbeitungsschaltung 317 eine Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 314 und eine Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 36 bereitgestellt. Mit anderen Worten werden eine digitalisierte Version des Signals D und eine digitalisierte und verstärkte (durch den PGA 38) und offsetkompensierte Version des Signals S der Digitalverarbeitungsschaltung 317 bereitgestellt. Bei der Ausführungsform von Figur 3 führt die Digitalverarbeitungsschaltung 317 basierend auf diesen digitalen Signalen S' und D' eine Berechnung durch, um eine zweite Signalkomponente wie oben besprochen zu erzeugen, die Zwischenwerte zwischen Angaben der ersten Signalkomponente bereitstellt. Bei manchen Ausführungsformen wird diese zweite Signalkomponente nur für kleine Geschwindigkeiten bereitgestellt, zum Beispiel, wenn Intervalle zwischen Impulsen oder anderen Angaben bezüglich der Periodizität unter eine Schwelle fallen. Digitalverarbeitungsschaltkreise, wie durch einen Pfeil 322 angegeben, kommunizieren mit der Protokollerzeugung 313, sodass die zweite Signalkomponente auch in einem Protokoll (zum Beispiel einem modifizierten AK-Protokoll) eingeschlossen werden kann, das dann über Anschlüsse 320, 321 ausgegeben wird, zum Beispiel durch Ansteuern einer Stromquelle 319 gemäß dem Protokoll.
Die Ziffer 33 bezeichnet interne Unterstützungsfunktionen der Einrichtung, wie Versorgungsspannungserzeugung, Rücksetzsignale, Taktsignalerzeugung und Watchdog-Funktionen, die ein richtiges Funktionieren der Einrichtung überwachen, wobei die Funktionen auf eine beliebige herkömmliche Art und Weise implementiert werden können.
Verschiedene Möglichkeiten für eine Interpolation zum Erzeugen von Zwischenwerten werden im Folgenden besprochen.
Im Fall eines periodischen Feldes und einer konstanten Bewegung einer entsprechenden Magnetfelderzeugungseinrichtung können die Signale L, C und R ungefähr als Folgendes geschrieben werden: $R = sin (ω \cdot t)$
$C = sin (ω \cdot t + p),$
und $L = sin (ω \cdot t + 2 \cdot p)$
wobei ω ein Maß der Periodizität ist, t die Zeit ist und p ein Phasenoffset ist, der durch die versetzten Sensorpositionen erzeugt wird.
Daraus sind die Signale S und D (außer den Offset-Termen) Folgendes: $S = L - R = - 2 sin (p) \cdot cos (ω \cdot t + p),$
und $D = 2 C - L - R = 2 (cos (p) - 1) \cdot sin (ω \cdot t + p)$
Die Nulldurchgänge des Signals S können der ersten Signalkomponente entsprechen und treten zweimal in jeder Periode auf. Eine Zwischenphaseninterpolation (z. B. durch die Digitalverarbeitungsschaltung 317) kann gemäß Folgendem durchgeführt werden: $p h a s e = a tan (- S / D) \cdot c o r r,$
wobei phase die Phaseninformationen gibt, atan die Arkustangensfunktion ist und corr ein Amplitudenkorrekturterm ist, der vom Amplitudenverhältnis zwischen Signalen S/D abhängt und derart bestimmt wird, dass das Amplitudenverhältnis mal corr gleich 1 ist.
Auf diese Weise können Phaseninformationen ohne zusätzliche Messungen basierend auf den Signalen, die durch die drei Sensoren 30-32 bereitgestellt werden, erhalten werden. Die Phaseninformationen können dann als eine zweite Signalkomponente in einem Ausgangssignal der Magnetfeldsensoreinrichtung ausgegeben werden.
Die Amplitudenkorrektur corr kann auf den physischen Abmessungen des Systems bestimmt werden, zum Beispiel basierend auf einer Entfernung zwischen den Sensoren 30-32 und der Magnetfelderzeugungseinrichtung, und/oder können basierend auf einer Kalibrationsmessung zu einem Beginn des Betriebs bestimmt werden, nachdem eine erste Periode basierend auf den gemessenen Amplituden für die Signale S und D gemessen wurde.
Es sollte angemerkt werden, dass, während in 3 verschiedene Blöcke dargestellt sind, zum Beispiel 312, 313, 315, 317, 316, 318, diese nicht als separate Entitäten implementiert werden müssen, sondern auch in einer gemeinsamen Schaltung zum Beispiel unter Verwendung eines einzigen Signalprozessors oder einer einzigen Digitalverarbeitungseinrichtung implementiert werden können.
Diese Phasenbestimmung durch Interpolation und Übertragung eines entsprechenden Signals wird jetzt ferner unter Bezug auf die 4-6 veranschaulicht.
4 veranschaulicht ein Magnetsignal eines Polrades für unterschiedliche Luftspalte, z. B. unterschiedliche Entfernungen vom Polrad zu einer Magnetfeldsensoranordnung, wie den Sensoren 30-32 von 3. Es sind ungefähr zwei Perioden des Magnetfeldes dargestellt. Eine Kurve 40 veranschaulicht das Magnetfeld für einen beispielhaften Luftspalt von 1 mm, eine Kurve 41 veranschaulicht das Magnetfeld für einen beispielhaften Luftspalt von 2 mm und eine Kurve 42 veranschaulicht das Magnetfeld für einen Luftspalt von 1 mm, jeweils wie differenziell durch ein Sensorpaar (zum Beispiel als das Signal S in 3) in beliebigen Einheiten gemessen. Wie gesehen werden kann, fällt das Signal mit zunehmendem Luftspalt erheblich ab, was auch den Rauschabstand (SNR) erhöht.
5 veranschaulicht einen Phasenfehler, wenn eine Phase wie oben besprochen basierend auf den Signalen S und D interpoliert wird, für die drei in 5 dargestellten Luftspalte. 5 veranschaulicht den Phasenfehler für einen Luftspalt von 1 mm, eine Kurve 51 veranschaulicht den Phasenfehler für einen Luftspalt von 2 mm und eine Kurve 52 veranschaulicht den Phasenfehler für einen Luftspalt von 3 mm. Die Spitzenwerte veranschaulichen die Nulldurchgänge von 4, wo die Phase bei den Nulldurchgängen zu 0 „zurückgesetzt“ wird.
Der resultierende inkrementelle Phasenfehler innerhalb einer Periode ist kleiner als 5° bei allen Luftspalten (mit einem Offset subtrahiert am Anfang jeder Periode), wohingegen zum Beispiel aus einer einfachen linearen Schätzung aus dem Signal S Fehler von größer als 30° auftreten können. Daher kann die Auflösung selbst für große Luftspalte durch diese Interpolation bei manchen Ausführungsformen erheblich verbessert werden.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausgangssignal basierend auf einem modifizierten AK-Protokoll, das bei manchen Ausführungsformen verwendet werden kann, zum Beispiel als ein Ausgangssignal, das an den Anschlüssen 320, 319 von 3 durch die Protokollerzeugungsschaltung 313 erzeugt wird. Eine Kurve 60 in 6 veranschaulicht das Magnetfeld mit einer im Wesentlichen sinusförmigen Variation. Die gestrichelten Linien 61 markieren die Nulldurchgänge. Bei jedem Nulldurchgang wird ein Geschwindigkeitsimpuls 64 mit zum Beispiel einer erhöhten Amplitude, wie dargestellt, ausgegeben.
Im Fall einer langsamen Bewegung läuft eine Stillstandunterbrechungszeit, die durch einen Pfeil 63 angegeben wird, ab, bevor ein nächster Nulldurchgang erreicht wird. In diesem Fall wird zu den Zeitpositionen, die durch die gestrichelten Linien 62 markiert sind, eine Phasenschätzung unter Verwendung der Winkelberechnung mit einer Arkustangensfunktion, wie oben besprochen, oder einer Cordic-Approximation verwendet. Das Ergebnis wird wie angegeben in Stillstandimpulsen 65 ausgegeben. Im dargestellten Beispiel werden die Phaseninformationen in den Impulsen Manchester-codiert, die für die Manchester-Codierung unterschiedliche Impulslängen aufweisen. Die Manchester-Codierung ist nur ein Beispiel für eine mögliche Codierung und eine beliebige andere Modulation oder Codierung, zum Beispiel Pulsweitenmodulation, kann auch verwendet werden. Es sollte angemerkt werden, dass die Stillstandzeit, die durch den Pfeil 63 eingegeben wird, und/oder die Anzahl von Impulsen in der Manchester-Codierung in Abhängigkeit von der Genauigkeit und der Frequenzanforderung für die Messung abhängig von der Implementierung variieren können.
Mit den obigen Beispielen unter Verwendung der Signale S und D werden zwei Signale, die eine Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, für die Phasenannäherung verwendet (Kosinusterm in S und Sinusterm in D im oben gegebenen Beispiel). Bei anderen Ausführungsformen können zwei Signale, die eine andere Phasenverschiebung als 90° zueinander aufweisen, verwendet werden, solange die Phasendifferenz bei manchen Ausführungsformen konstant ist. Es sollte angemerkt werden, dass eine konstante Phasendifferenz allgemein vorhanden ist, falls zwei oder mehr Sensoren in einer festen räumlichen Beziehung mit einer entsprechenden periodischen Magnetfelderzeugungseinrichtung, wie einem Polrad mit regelmäßig beanstandeten Polpaaren oder einem Zahnrad mit regelmäßig beanstandenden Zähnen, bereitgestellt sind. Während in den obigen Beispielen drei Magnetfeldsensoren verwendet werden, können daher bei anderen Ausführungsformen nur zwei Magnetfeldsensoren an zwei unterschiedlichen Standorten verwendet werden, wobei die Entfernung zwischen den Standorten die Phasendifferenz definiert. Dann können zum Beispiel ein Geschwindigkeitssignal S und ein Richtungssignal D durch S = A-B und D = A+B oder S = A und D = B berechnet werden, wobei A und B die Signale von den beiden Sensoren sind. Die Abweichung von einer 90°-Phasendifferenz, auch als Orthogonalitätsfehler bezeichnet, kann dann in der Berechnung unter Verwendung von herkömmlichen Winkelfehlerkompensationstechniken kompensiert werden. Der Winkel kann dann auch mit einem Cordic-Algorithmus oder einem ähnlichen Algorithmus berechnet oder geschätzt werden.
Als Nächstes wird ein weiterer Ansatz zur Interpolation zum Erzeugen der zweiten Signalkomponente unter Bezugnahme auf die 7-13 besprochen. In diesem Ansatz werden durch eine Annäherung zwischen angrenzenden Sensoren „virtuelle“ Sensorsignale erzeugt, die zum Detektieren von zum Beispiel Nulldurchgängen verwendet werden können, die eine Phasenverschiebung zu den Nulldurchgängen des oben besprochenen Signals S aufweisen, und daher kann die Auflösung der Einrichtung erhöht werden. Dieser Ansatz verwendet allgemein gewichtete Summen von Signalen von benachbarten Magnetfeldsensoren und verwendet, dass alle Sensoren im Wesentlichen dasselbe Signal nach einer Bewegung der Magnetfelderzeugungseinrichtung um die Entfernung zwischen den beiden Sensorelementen sehen. Daher weist die gewichtete Summe der beiden Sensoren dieselbe Periodizität wie die Signale der realen Sensoren auf und ferner befindet sich das Signal (insbesondere die Phase des Signals) näher am Signal des realen Sensors, der mit einer höheren Gewichtung zur Summe beiträgt.
7 stellt ein veranschaulichendes Beispiel für eine derartige Implementierung mit vier Magnetfeldsensoren 70A-70D dar, die durch Abstände 75 beanstandet sind, die im Beispiel von 7 äquidistant sind. Bei anderen Ausführungsformen kann die Entfernung zwischen benachbarten Sensoren variieren. Bei anderen Ausführungsformen kann eine andere Anzahl von Sensoren bereitgestellt sein, zum Beispiel zwei Sensoren, drei Sensoren oder mehr als vier Sensoren. Signale von den Sensoren 70A, 70B, 70C und 70D (zusammengefasst als Sensoren 70 bezeichnet) werden Multiplizierern 71A-71F (zusammengefasst als Multiplizierer 71 bezeichnet) und Addierern 72 bereitgestellt. Im Beispiel von 7 sind zwischen jedem Paar von Sensoren (zum Beispiel 70A, 70B) drei Addierer 72 bereitgestellt. Für die folgende Erläuterung wird das Sensorpaar 70A, 70B verwendet. Die gleichen Erläuterungen gelten für das andere Sensorpaar 70B, 70C und 70C, 70D.
Zwischen den Sensoren 70A, 70B empfängt ein linker Addierer 72 ein Signal direkt vom Sensor 70A und vom Sensor 70B über den Multiplizierer 71B, sodass die Ausgabe dieses linken Addierers das Signal vom Sensor 70A plus 1/2 des Signals vom Sensor 70B ist (Gewichtung 2:1). Ein mittlerer Addierer 72 empfängt 1/2 mal das Sensorsignal vom Sensor 70A (multipliziert durch den Multiplizierer 71A) und 1/2 des Signals vom Sensor 70B (multipliziert durch den Multiplizierer 71B), sodass die Ausgabe dieses mittleren Addierers 1/2 des Signals vom Sensor 70A plus 1/2 des Signals vom Sensor 70B ist. Der rechte Addierer empfängt das Signal vom Sensor 70B plus 1/2 des Signals vom Sensor 70A (über den Multiplizierer 71A), sodass seine Ausgabe das Signal vom Sensor 70B plus 1/2 des Signals vom Sensor 70A ist (Verhältnis 1:2). Über die Multiplizierer 73 werden dann die Signale vom linken und vom rechten Addierer durch Multiplizieren von diesen mit 2/3 normiert.
Es sollte angemerkt werden, dass die Bezeichnungen „zwischen“, „linker“, „mittlerer“ und „rechter“, wenn sich auf die Addierer und Multiplizierer von 7 bezogen wird, keine räumliche Anordnung in einer tatsächlichen Implementierung nach sich ziehen, sondern dies lediglich zur Vereinfachung der Referenz der Bezugnahme auf Elemente der Figuren ist.
Die somit erzeugten Signale können als Signale von mehreren Sensoren 74 angesehen werden, die um einen virtuellen Abstand 76 beanstandet sind, der kleiner als der Abstand 75 ist. Nulldurchgänge für jeden dieser Sensoren können evaluiert werden, um eine erhöhte räumliche Auflösung im Vergleich zum direkten Evaluieren von nur den Signalen von den Sensoren 70 bereitzustellen. Daher kann durch die Verwendung von gewichteten Summen von Sensorsignalen, wie in 7 veranschaulicht, eine Auflösung erhöht werden.
8 ist ein ausführliches Diagramm einer Sensoreinrichtung, die eine derartige Interpolation verwendet.
Die Ausführungsform von 8 ist eine Variation der Ausführungsform von 3 und die gleichen oder ähnliche Elemente tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmal ausführlich beschrieben. Insbesondere kann die Erzeugung einer ersten Signalkomponente basierend auf den Signalen S und D, insbesondere entsprechend den Nulldurchgängen des Signals S, die gleiche wie die schon unter Bezugnahme auf 3 beschriebene sein.
In der Ausführungsform von 8 werden zusätzlich Signale von den Sensoren 30-32 zu einem Block 81 bereitgestellt, der die zweite Signalkomponente zumindest in einem Fall einer langsamen Bewegungsgeschwindigkeit erzeugt, zum Beispiel, wenn eine zeitliche Entfernung zwischen Nulldurchgängen der Signale S eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wie oben erläutert.
Basierend auf diesen Signalen, die in einem Analog-Digital-Umsetzer 85 von analog zu digital umgesetzt werden, interpoliert eine Digitalverarbeitungsschaltung 86 Signale von dazwischenliegenden virtuellen Sensoren zwischen den Sensoren 30-32, wie durch die virtuellen Sensoren 82, 83 in 8 symbolisiert. Für Interpretationen können Ansätze, wie oben bezüglich 7 veranschaulicht, verwendet werden.
Wie durch einen Multiplexer 84 symbolisiert, kann die Digitalverarbeitungsschaltung 86 dann Nulldurchgänge für jedes der Signale von den Sensoren 30-32 und den virtuellen Sensoren 82, 83 bestimmen, um eine höhere räumliche Auflösung einer Bewegungsmessung bereitzustellen.
Es sollte angemerkt werden, dass die virtuellen Sensoren 82, 83 und ihre Verbindung mit dem Multiplexer 84 lediglich einen Betrieb der Ausführungsform von 8 symbolisieren und nicht als eine reale Verbindung angenommen werden sollen. Der Multiplexer 84 in 8 multiplext die Signale von den Sensoren 30-31 zum Analog-Digital-Umsetzer 85, sodass nur ein Analog-Digital-Umsetzer notwendig ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der Multiplexer 84 ausgelassen werden und separate Analog-Digital-Umsetzer können für die Sensoren 30-32 bereitgestellt werden.
9 veranschaulicht eine Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, die eine Interpolation zwischen Sensoren verwendet. Bei der Ausführungsform von 9 wird eine Anordnung mit drei Sensoren 110, 111 und 112, wie auch in den 3 und 8 veranschaulicht ist, verwendet. Drei derartige Sensoren werden in manchen bestehenden Sensoreinrichtungen ohnehin verwendet, sodass Implementierungen derartiger Ausführungsformen keine wesentliche zusätzliche Hardware benötigen, sondern im Wesentlichen nur eine zusätzliche Auswertung der gemessenen Signale erfordern.
In dem in 9 dargestellten Beispiel können die Sensoren 110-112 wie in den 3 und 8 dargestellt angeordnet sein, mit dem Sensor 110 als ein „linker“ Sensor, dem Sensor 112 als ein „rechter“ Sensor und dem Sensor 111 als ein „mittiger“ Sensor.
Ein Subtrahierer 113 bildet ein Differenzsignal zwischen Signalen, die durch die Sensoren 110 und 112 bereitgestellt werden.
Ein Ausgangssignal des Subtrahierers 113 wird einer Offsetanpassungsschaltung 114 bereitgestellt, die Minimal- und Maximalwerte des Differenzsignals, das durch den Subtrahierer 113 ausgegeben wird, bestimmen und eine Offsetanpassung bereitstellen kann, sodass das Differenzsignal zum Beispiel um 0 herum zentriert wird.
Des Weiteren wird das Signal vom Sensor 111 zu einer Offsetkompensationsschaltung 115 bereitgestellt, die auf eine ähnliche Art und Weise zur Offsetkompensationsschaltung 114 arbeiten kann, d. h. sie bestimmt Minimal- und Maximalwerte des Sensorsignals und stellt eine Offsetkompensation zum Zentrieren dieser Minimal- und Maximalwerte um 0 herum bereit.
Das somit offsetkompensierte Signal von der Schaltung 114 kann als das Signal D an einen Ausgangsanschluss 122 ausgegeben werden. Dies ist ein anderes Beispiel für die Bildung eines Signals D, das zur Richtungsdetektion verwendet werden kann, zusätzlich zur Bildung, die unter Bezugnahme auf den Subtrahierer 35 der 3 und 8 besprochen wird.
Des Weiteren werden in einer Verstärkungsanpassungsschaltung 116, die zum Beispiel einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung umfasst, die Amplituden des Signals, das durch die Schaltungen 114, 115 ausgegeben wird, zueinander angepasst, sodass ein Ausgangssignal der Schaltung 116 im Wesentlichen die gleiche Amplitude wie das Ausgangssignal der Schaltung 114 aufweist. Die Ausgabe der Schaltung 116 wird dann als Mittensignal an einen Anschluss 123 ausgegeben.
Die Ausgangssignale der Schaltungen 114, 116 werden in den Blöcken 117-120 zur Interpolation verwendet, wie im Folgenden erläutert wird. Zuerst werden die Signale einem optionalen Tiefpassfilter 118 bereitgestellt, um zum Beispiel unerwünschte Hochfrequenzkomponenten zu entfernen. In einer Schaltung 119 werden gewichtete Summen der beiden Signale gebildet, ähnlich dem, was für die Addierer 72 von 7 erläutert worden ist, um Zwischensignale zu erzeugen. Koeffizienten für die gewichteten Summen können in einer Koeffiziententabelle 117 gespeichert werden. Entsprechende interpolierte Ausgangssignale werden an den Anschlüssen 120, 121 ausgegeben, von denen zwei dargestellt sind und die entsprechend einer Anzahl von gebildeten interpolierten Signalen bereitgestellt werden können. Die Anzahl von interpolierten Signalen ist nicht ausdrücklich beschränkt und kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einer benötigten Auflösung ausgewählt werden.
In diesem Fall, da ein Differenzsignal (das durch den Subtrahierer 113 ausgegeben wird) und ein Mittensignal (vom Sensor 111) zur Implementierung verwendet werden, kann in Abhängigkeit von den verwendeten Koeffizienten eine ungleiche Verteilung von Zwischensignalen über eine Signalperiode resultieren. Dies kann jedoch bei Ausführungsformen weiterhin akzeptable Ergebnisse ergeben.
Die Interpolationsergebnisse können auch von der Stärke des Magnetfeldes abhängen. Um dies zu veranschaulichen, veranschaulicht 10 Simulationsergebnisse für Signale für ein geringes Feld. Hier dient eine Kurve 130 als ein Beispiel für ein Signal C am Anschluss 123 und folgt einer Kosinusfunktion und eine Kurve 131 wird als ein Beispiel für das Differenzsignal D am Anschluss 122 verwendet, das in diesem Beispiel einer Sinusfunktion folgt. C ist das Signal am Anschluss 123 (im Wesentlichen das normierte Signal vom Sensor 111) und D ist das Signal am Anschluss 122 (im Wesentlichen das normierte Ausgangssignal vom Subtrahierer 113). In gestrichelten Linien sind interpolierte Kurven dargestellt. Diese Kurven wurden gemäß (0,2 C + 0,8 D) · 1,21, (0,4 C + 0,6 D) · 1,38, (0,6 C + 0,4 D) · 1,38, (0,8 C + 0,2 D) · 1,21, (0,8 C - 0,2 D) · 1,21, (0,6 C - 0,4 D) · 1,38, (0,4 C - 0,6 D) · 1,38 bzw. (0,2 C - 0,8 D) · 1,21 interpoliert. Die Faktoren 1,21, 1,38 werden derart ausgewählt, dass alle Signale im Wesentlichen ähnliche Amplituden aufweisen.
11 veranschaulicht dann ein Beispiel für Signale für ein hohes Magnetfeld, wobei eine Kurve 140 ein Beispiel für ein Signal C(α) gemäß 2 · (sin(0,5α+π/8)⁴-0,5) repräsentiert und eine Kurve 141 ein Beispiel für ein Signal D(α) = 2 · (sin(0,5α)⁴-0,5) ist, als Beispiele für die Signale C und D. α ist der Winkel und die 4. Potenz repräsentiert das hohe Feld, magnetoresistive Sensoren können in hohen Feldern nichtlinear sein und daher ist das effektive Ausgangssignal von sinusförmigen Magnetfeldern nicht sinusförmig und die gewichtete Summe produziert keine lineare Phasenverschiebung, wobei dieser Effekt durch die 4. Potenz in den obigen Gleichungen repräsentiert wird. Selbst mit hohen Magnetfeldern kann daher mit einer derartigen Interpolation die Genauigkeit der Bewegungsdetektion, wie der Geschwindigkeitsdetektion oder der Positionsdetektion, im Gegensatz zur Verwendung von nur den Sensorsignalen S oder nur den Signalen S und D oder C und D, wie oben besprochen, verbessert werden. Um einheitlichere interpolierte Kurven als die in 11 dargestellten zu erzeugen, werden bei anderen Ausführungsformen die Sensoren über mehr als eine Länge von der Hälfte eines Polabstands eines Polrades platziert, um Signale zu erhalten, die gleichmäßig über eine gesamte Periode verteilt sind, selbst wenn die Signalform nicht rotationssymmetrisch um 180° ist, wie im Beispiel von 11.
Die folgenden Beispiele sind Ausführungsbeispiele.
Beispiel 1. Eine Sensoreinrichtung, die Folgendes umfasst: eine Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere Magnetfeldsensoren umfasst, und eine Auswertungsschaltung, die mit der Magnetfeldsensoranordnung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, eine erste Signalkomponente zu erzeugen, die mit einer Periodizität eines Magnetfeldes, das durch die Magnetfeldsensoranordnung erfasst wird, verknüpft ist, und eine zweite Signalkomponente, die eine Auflösung aufweist, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist, zu erzeugen, zumindest wenn eine Periodenlänge des erfassten Magnetfeldes eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Beispiel 2. Die Einrichtung von Beispiel 1, wobei das Erzeugen der ersten Signalkomponente ein Erzeugen von Angaben von Nulldurchgängen eines ersten Signals basierend auf dem detektierten Magnetfeld umfasst.
Beispiel 3. Die Einrichtung von Beispiel 2, wobei das erste Signal ein Differenzsignal ist, das eine Differenz zwischen einem ersten Signal, das durch einen ersten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, und einem zweiten Signal, das durch einen zweiten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, angibt.
Beispiel 4. Die Einrichtung von Beispiel 1, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Durchführen einer Phasenschätzung umfasst.
Beispiel 5. Die Einrichtung von Beispiel 4, wobei die Phasenschätzung ein Berechnen einer geschätzten Phase basierend auf einem ersten Signal, das aus Sensorsignalen der mehreren Sensoren abgeleitet wird, und einem zweiten Signal basierend auf Sensorsignalen aus den mehreren Signalen umfasst.
Beispiel 6. Die Einrichtung von Beispiel 5, wobei das erste Signal ein Differenzsignal zwischen einem ersten Sensorsignal von einem ersten Sensor der mehreren Sensoren und einem zweiten Sensorsignal von einem zweiten Sensor der mehreren Sensoren ist und wobei das zweite Signal eine Differenz zwischen zweimal einem dritten Sensorsignal von einem dritten Sensor der mehreren Sensoren und einer Summe des ersten und des zweiten Sensorsignals ist.
Beispiel 7. Die Einrichtung von Beispiel 5, wobei die Auswertungsschaltung dazu konfiguriert ist, das erste und das zweite Signal zu berechnen, sodass sie eine Phasendifferenz von 90° aufweisen.
Beispiel 8. Die Einrichtung von Beispiel 5, wobei das Schätzen der Phase ein Berechnen eines Arkustangens oder einer Cordic-Approximation eines Arkustangens basierend auf einem Verhältnis zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal umfasst.
Beispiel 9. Die Einrichtung von Beispiel 1, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Berechnen von virtuellen Sensorsignalen umfasst, die mit virtuellen Sensoren verknüpft sind, die zwischen den mehreren Magnetfeldsensoren angeordnet sind.
Beispiel 10. Die Einrichtung von Beispiel 9, wobei das Berechnen von virtuellen Sensorsignalen ein Berechnen von gewichteten Summen von Sensorsignalen von den mehreren Magnetfeldsensoren umfasst.
Beispiel 11. Die Einrichtung von Beispiel 9, wobei die zweite Signalkomponente Nulldurchgänge der virtuellen Sensorsignale angibt.
Beispiel 12. Die Einrichtung von Beispiel 1, die ferner ein Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf der ersten Signalkomponente und der zweiten Signalkomponente gemäß einem modifizierten AK-Protokoll umfasst.
Beispiel 13. Ein System, das Folgendes umfasst: eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die ein periodisches Magnetfeld erzeugt, und
eine Einrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung relativ zur Magnetfeldsensoranordnung der Einrichtung bewegbar ist.
Beispiel 14. Das System von Beispiel 13, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Polrad und/oder ein Zahnrad umfasst.
Beispiel 15. Ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Messen eines Magnetfeldes mit einer
Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere Magnetfeldsensoren umfasst,
Erzeugen einer ersten Signalkomponente, die mit einer Periodizität des Magnetfeldes verknüpft ist, und
Erzeugen einer zweiten Signalkomponente mit einer Auflösung, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist.
Beispiel 16. Das Verfahren von Beispiel 15, wobei das Erzeugen der ersten Signalkomponente ein Erzeugen von Angaben von Nulldurchgängen eines ersten Signals basierend auf dem detektierten Magnetfeld umfasst.
Beispiel 17. Das Verfahren von Beispiel 16, wobei das erste Signal ein Differenzsignal ist, das eine Differenz zwischen einem ersten Sensorsignal, das durch einen ersten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, und einem zweiten Signal, das durch einen zweiten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, angibt.
Beispiel 18. Das Verfahren von Beispiel 15, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Durchführen einer Phasenschätzung umfasst.
Beispiel 19. Das Verfahren von Beispiel 18, wobei die Phasenschätzung ein Berechnen einer geschätzten Phase basierend auf einem ersten Signal, das aus Sensorsignalen der mehreren Sensoren abgeleitet wird, und einem zweiten Signal basierend auf Sensorsignalen von den mehreren Signalen umfasst, wobei das erste Signal ein Differenzsignal zwischen einem ersten Sensorsignal von einem ersten Sensor der mehreren Sensoren und einem zweiten Sensorsignal von einem zweiten Sensor der mehreren Sensoren ist und wobei das zweite Signal eine Differenz zwischen zweimal einem dritten Sensorsignal von einem dritten Sensor der mehreren Sensoren und einer Summe des ersten und des zweiten Sensorsignals ist.
Beispiel 20. Das Verfahren von Beispiel 15, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Berechnen von virtuellen Sensorsignalen umfasst, die mit virtuellen Sensoren verknüpft sind, die zwischen den mehreren Magnetfeldsensoren angeordnet sind.
Wie gesehen werden kann, kann mit den wie oben besprochenen Techniken eine Auflösung verbessert werden. Bei manchen Implementierungen kann dies unter Verwendung von bestehenden Sensoren durchgeführt werden, zum Beispiel Sensoren, die in herkömmlichen Lösungen verwendet werden, um eine Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Bewegungsrichtung zu bestimmen. Angesichts der vielen oben besprochenen Variationen und Modifikationen ist es ersichtlich, dass die oben besprochenen Ausführungsformen nicht als beschränkend auszulegen sind.

Claims

Sensoreinrichtung, die Folgendes umfasst: eine Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere Magnetfeldsensoren umfasst, und eine Auswertungsschaltung, die mit der Magnetfeldsensoranordnung gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, eine erste Signalkomponente zu erzeugen, die mit einer Periodizität eines Magnetfeldes, das durch die Magnetfeldsensoranordnung erfasst wird, verknüpft ist, und eine zweite Signalkomponente, die eine Auflösung aufweist, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist, zu erzeugen, zumindest wenn eine Periodenlänge des erfassten Magnetfeldes eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der ersten Signalkomponente ein Erzeugen von Angaben von Nulldurchgängen eines ersten Signals basierend auf dem detektierten Magnetfeld umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Signal ein Differenzsignal ist, das eine Differenz zwischen einem ersten Sensorsignal, das durch einen ersten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, und einem zweiten Signal, das durch einen zweiten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, angibt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Durchführen einer Phasenschätzung umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Phasenschätzung ein Berechnen einer geschätzten Phase basierend auf einem ersten Signal, das aus Sensorsignalen der mehreren Sensoren abgeleitet wird, und einem zweiten Signal basierend auf Sensorsignalen aus den mehreren Signalen umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste Signal ein Differenzsignal zwischen einem ersten Sensorsignal von einem ersten Sensor der mehreren Sensoren und einem zweiten Sensorsignal von einem zweiten Sensor der mehreren Sensoren ist und wobei das zweite Signal eine Differenz zwischen zweimal einem dritten Sensorsignal von einem dritten Sensor der mehreren Sensoren und einer Summe des ersten und des zweiten Sensorsignals ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Auswertungsschaltung dazu konfiguriert ist, das erste und das zweite Signal zu berechnen, sodass sie eine Phasendifferenz von 90° aufweisen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, wobei das Schätzen der Phase ein Berechnen eines Arkustangens oder einer Cordic-Approximation eines Arkustangens basierend auf einem Verhältnis zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Berechnen von virtuellen Sensorsignalen umfasst, die mit virtuellen Sensoren verknüpft sind, die zwischen den mehreren Magnetfeldsensoren angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei das Berechnen von virtuellen Sensorsignalen ein Berechnen von gewichteten Summen von Sensorsignalen von den mehreren Magnetfeldsensoren umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Signalkomponente Nulldurchgänge der virtuellen Sensorsignale angibt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, die ferner ein Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf der ersten Signalkomponente und der zweiten Signalkomponente gemäß einem modifizierten AK-Protokoll umfasst.
System, das Folgendes umfasst: eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die ein periodisches Magnetfeld erzeugt, und eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung relativ zur Magnetfeldsensoranordnung der Einrichtung bewegbar ist.
System nach Anspruch 13, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Polrad und/oder ein Zahnrad umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Messen eines Magnetfeldes mit einer Magnetfeldsensoranordnung, die mehrere Magnetfeldsensoren umfasst, Erzeugen einer ersten Signalkomponente, die mit einer Periodizität des Magnetfeldes verknüpft ist, und Erzeugen einer zweiten Signalkomponente mit einer Auflösung, die kleiner als eine halbe Periode des Magnetfeldes ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erzeugen der ersten Signalkomponente ein Erzeugen von Angaben von Nulldurchgängen eines ersten Signals basierend auf dem detektierten Magnetfeld umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste Signal ein Differenzsignal ist, das eine Differenz zwischen einem ersten Sensorsignal, das durch einen ersten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, und einem zweiten Signal, das durch einen zweiten Sensor der mehreren Magnetfeldsensoren erzeugt wird, angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Durchführen einer Phasenschätzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Phasenschätzung ein Berechnen einer geschätzten Phase basierend auf einem ersten Signal, das aus Sensorsignalen der mehreren Sensoren abgeleitet wird, und einem zweiten Signal basierend auf Sensorsignalen von den mehreren Signalen umfasst, wobei das erste Signal ein Differenzsignal zwischen einem ersten Sensorsignal von einem ersten Sensor der mehreren Sensoren und einem zweiten Sensorsignal von einem zweiten Sensor der mehreren Sensoren ist und wobei das zweite Signal eine Differenz zwischen zweimal einem dritten Sensorsignal von einem dritten Sensor der mehreren Sensoren und einer Summe des ersten und des zweiten Sensorsignals ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, wobei das Erzeugen der zweiten Signalkomponente ein Berechnen von virtuellen Sensorsignalen umfasst, die mit virtuellen Sensoren verknüpft sind, die zwischen den mehreren Magnetfeldsensoren angeordnet sind.