DE102018111812B4 - Inkrementeller Geschwindigkeitssensor mit redundanten Sensorelementen - Google Patents

Inkrementeller Geschwindigkeitssensor mit redundanten Sensorelementen Download PDF

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Abstract

Ein Magnetsensormodul (6), das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu messen, dessen Größe zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert, das Magnetsensormodul (6) umfassend:einen Magnetsensor umfassend eine Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C), die ausgebildet sind, um Messwerte ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) in ein erstes verschobenes Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C), ein zentrales Paar (L-R; L2-R2) und ein zweites verschobenes Paar (1-R; L-rr; L3-R3; C-R) gruppiert sind;eine Sensorschaltung (500), die ausgebildet ist, um die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) zu empfangen, ein erstes verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem ersten verschobenen Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C) empfangen werden, ein zentrales, differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zentralen Paar (L-R; L2-R2) empfangen werden, und ein zweites verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zweiten verschobenen Paar (1-R; L-rr; L3-R3; C-R) empfangen werden, zu erzeugen, und ein Ausgangssignal basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen, die zumindest eine Schwelle kreuzen, wobei die zumindest eine Schwelle eine Schaltschwelle (62) umfasst; unddie Sensorschaltung (500) einen Schaltmechanismus aufweist, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, unddie Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, wenn das erste verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu deaktivieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, wenn das zweite verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit und insbesondere auf magnetische Geschwindigkeitssensoren.
  • HINTERGRUND
  • Magnetfeldsensoren werden verbreitet bei der inkrementelle Geschwindigkeits- und Positions-Messung verwendet. Sie detektieren Änderungen bei einem Magnetfeld, das durch einen sich bewegenden oder drehenden magnetischen Codierer verursacht wird.
  • Um zum Beispiel eine Radgeschwindigkeit zu messen (z.B. bei einer Automobilanwendung) wird üblicherweise ein Codiererrad in Kombination mit einem empfindlichen magnetischen Sensor verwendet. Der Sensor erzeugt ein Ausgangssignal basierend auf einem erfassten Magnetfeld, das zwischen zwei Extrema oszilliert (z.B. zwischen einem Minimum und einem Maximum) gemäß der Rotation des Codiererrads. Eine Steuerungseinheit ist in der Lage, eine Radgeschwindigkeit und einen tatsächlichen Winkel des sich drehenden Codiererrads basierend auf den Ausgangssignalen zu berechnen, die durch den Sensor erzeugt werden.
  • Die Messung des erfassten Magnetfeldes kann differentiell zwischen zwei Magnetfeldsensorelementen des Sensors ausgeführt werden. Der Sensor schaltet zwischen einem hohen und einem niedrigen Zustand seines Ausgangs wenn eine Schwellenkreuzung bei dem erfassten Magnetfeld detektiert wird. Es können jedoch ungültige Schaltereignisse aus falschen Kreuzungen auftreten, zum Beispiel aufgrund einer Signalverzerrung oder reduzierter Amplituden einzelner Codierermarken. Ferner wird kein Ausfall-Ausweich-Schema im Hinblick auf Fehler der Magnetsensorelemente bereitgestellt (sollte z. B. eines der Magnetsensorelemente ausfallen).
  • Daher kann ein verbessertes Bauelement erwünscht sein, das in der Lage ist, ungültige Schaltereignisse zu vermeiden, und das ein Ausfall-Ausweich-Schema implementiert.
  • WO 2012 / 134 751 A1 offenbart einen differentiellen Magnetfeldsensor, der einen Betrieb ermöglicht, der unabhängig von der Ausrichtung von Sensor zu Ziel ist. Der Differenzmagnetfeldsensor ist mit mindestens zwei Differenzkanälen versehen. Jeder Differenzkanal enthält ein Paar Magnetfelderfassungselemente und weist eine entsprechende Erfassungsachse auf, die durch diese Magnetfelderfassungselemente definiert ist. Die Erfassungsachsen sind nicht zueinander ausgerichtet. Eine Erfassungsachse ist relativ zu einer Referenzachse eines Zielprofils positioniert, um einen Orientierungswinkel zwischen der Erfassungsachse und der Referenzachse zu definieren. Der Differenzmagnetfeldsensor enthält eine Schaltung zur Erzeugung von Differenzsignalen, die den Differenzkanälen zugeordnet sind, und verwendet diese Differenzsignale, um ein einzelnes Differenzsignal mit einer Amplitude zu erzeugen, die vom Orientierungswinkel unabhängig ist.
  • US 2015 / 0 061 656 A1 offenbart eine Schaltung zum Erfassen einer Bewegung eines Objekts, die ein Schwellwert-Auswahlmodul oder ein Scheitelpunkt-Identifizierungsmodul bereitstellt, das ein oder mehrere Schwellwertsignale verwendet, die vor einem gegenwärtigen Zyklus des Magnetfeldsignals identifiziert wurden, um ein Schwellwertsignal zu erstellen, das für einen gegenwärtigen Zyklus des Magnetfeldsignales verwendet wird.
  • DE 100 39 354 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, worin ein einzelner galvanomagnetischer Doppelelementsensor, der als Doppelelement-Magnetwiderstandssensor ausgeführt ist, dazu verwendet wird, die Kurbelwellenstellung und -drehzahl aus dem Vorbeitritt einzelner Zahnflanken eines Impulsgeberrades durch kontinuierliches adaptives Anpassen beider MR-Ausgangssignale während des Sensorbetriebes zu messen. Über einem Schlitz oder Zahn sollten beide MR-Ausgangssignale gleich sein, und wenn sie dies nicht sind, werden sie angepasst, indem der Strom von einer der Stromquellen, welche die MR antreiben, eingestellt wird.
  • US 2013 / 0 106 326 A1 offenbart eine Motorantriebssteuerung zum Steuern eines Motors über mehrere Sensoren. Die Motoransteuerung umfasst einen Detektor für die erste Phase, um die jeweiligen Differenzpaare der Sensorsignale von demselben Sensor zu vergleichen, um Phasen des Rotors zu detektieren und ein Informationssignal für die erste Phase auszugeben. Ferner umfasst sie einen zweiten Phasendetektor, um ein entsprechendes Sensorsignal aus einer Vielzahl von Sensorsignalen mit einem anderen Sensorsignal des anderen Sensors zu vergleichen, um die Phasen zu detektieren und ein zweites Phaseninformationssignal auszugeben. Die Motoransteuerung umfasst darüber hinaus einen Phasenteiler, zum Teilen der von den ersten und zweiten Phasendetektoren erfassten Phasen in mehrere vorbestimmte Phasenintervalle. Die Motoransteuerung umfasst ferner einen Signalwähler, zum Auswählen eines der mehreren Sensorsignale in den mehreren vorbestimmten Phasenintervallen, und einen dritten Phasendetektor, zum erfassen, ob das von dem Signalwähler ausgewählte Signal einen vorbestimmten Schwellpegel erreicht, der einer vorbestimmten Phase des Rotors entspricht, und um ein Informationssignal der dritten Phase auszugeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für ein Magnetsensormodul und ein Verfahren zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers.
  • Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Magnetsensormodul, das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu messen, dessen Größe zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert, das Magnetsensormodul umfassend einen Magnetsensor umfassend eine Mehrzahl von Sensorelementen, die ausgebildet sind, um Messwerte ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente in ein erstes verschobenes Paar, ein zentrales Paar und ein zweites verschobenes Paar gruppiert sind; und eine Sensorschaltung, die ausgebildet ist, um die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen zu empfangen, ein erstes verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem ersten verschobenen Paar empfangen werden, ein zentrales, differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zentralen Paar empfangen werden und ein zweites verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zweiten verschobenen Paar empfangen werden, zu erzeugen, und ein Ausgangssignal basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen, die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Optional ist das Magnetsensormodul ein inkrementeller Geschwindigkeitssensor, und die Sensorschaltung ist ausgebildet, um das Ausgangssignal gemäß einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers zu modulieren, wobei das Kreuzen der zumindest einen Schwelle durch das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentielle Messsignal von einer Rotation des Codierers abhängt.
  • Wiederum optional umfasst die Sensorschaltung zumindest eine Kalibrierungseinheit, die ausgebildet ist, um das erste Extrem und das zweite Extrem zu überwachen und die zumindest eine Schwelle basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extrems und des zweiten Extrems einzustellen oder einen Versatz einzustellen, der auf eines oder mehrere des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals angewandt wird, basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extrems und des zweiten Extrems.
  • Optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um das Kreuzen der zumindest einen Schwelle durch das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene differentielle Messsignal basierend auf Abfallende-Flanke-Kreuzungen oder Ansteigende-Flanke-Kreuzungen zu detektieren.
  • Wiederum optional umfasst die Sensorschaltung einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, und die Sensorschaltung ist ausgebildet, um den Schaltmechanismus basierend auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen differentiellen Messsignal, die die zumindest eine Schwelle kreuzen zu aktivieren, auszulösen, zu deaktivieren und wieder zu aktivieren.
  • Optional umfasst das Magnetsensormodul ferner einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf einer Oszillation des Magnetfeldes zu ändern; und eine Zustandsmaschine, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Schaltregelsätzen anzuwenden, die Kriterien zum Aktivieren (arm), Deaktivieren (disarm) und Neuaktivieren (re-enable) des Schaltmechanismus und zum Ändern des logischen Werts des Ausgangssignals bereitstellen, wobei die Kriterien auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal basieren, die die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Wiederum optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um eine Oszillationsrichtung des Magnetfeldes zu detektieren und die Zustandsmaschine ausgebildet ist, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Regelsätzen zum Steuern des Schaltmechanismus basierend auf der detektierten Oszillationsrichtung anzuwenden.
  • Optional ist die Sensorschaltung ausgebildet ist, um einen Operationszustand zu detektieren, der einen gültigen Zustand oder einen fehlerhaften Zustand von jedem der Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, und die Zustandsmaschine ist ausgebildet, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Schaltregelsätzen basierend auf dem Operationszustand von jedem der Mehrzahl von Sensorelementen anzuwenden.
  • Wiederum optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um eine Gültigkeit von jedem des ersten, verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals zu bestimmen, und die Zustandsmaschine ist ausgebildet, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Schaltregelsätzen basierend auf der Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals anzuwenden.
  • Optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um separat zu bestimmen, ob jedes des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals gültig ist, basierend auf dem Kreuzen von drei Schwellen über eine vorbestimmte Zeitperiode.
  • Wiederum optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um zu bestimmen, ob das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentielle Messsignal gültig sind, basierend auf einer Relation einer Amplitude von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals im Vergleich zueinander.
  • Optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um zu bestimmen, ob das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentielle Messsignal gültig sind, basierend darauf, ob ein Versatz von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals eine Versatzschwelle überschreitet.
  • Optional umfasst die Mehrzahl von Schaltregelsätzen einen primären Regelsatz und einen Ausweich-Regelsatz (fallback rule set), und die Zustandsmaschine ist ausgebildet, um den primären Regelsatz zu implementieren, wenn alle der Mehrzahl von Sensorelementen normal arbeiten, und um den Ausweich-Regelsatz zu implementieren, wenn zumindest ein Sensorelement der Mehrzahl von Sensorelementen fehlerhaft ist.
  • Wiederum optional umfasst die Sensorschaltung einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf einer Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, und die zumindest eine Schwelle umfasst eine Schaltschwelle, und die Sensorschaltung ist ausgebildet, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, dass das erste verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu deaktivieren, dass das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, dass das zweite verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt.
  • Optional ist die Sensorschaltung ausgebildet, um den Schaltmechanismus auf eine Bedingung hin neu zu aktivieren, dass ein Maximum oder ein Minimum eines Gültigen aus dem ersten verschobenen, dem zentralen oder dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal detektiert wird.
  • Wiederum optional umfasst die Sensorschaltung einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, wobei die zumindest eine Schwelle eine Hystereseschwelle und eine Schaltschwelle umfasst, und die Sensorschaltung ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, dass das zentrale, differentielle Messsignal die Hystereseschwelle kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu deaktivieren, dass das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, dass das zweite verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt.
  • Optional umfasst die Sensorschaltung einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, wobei die zumindest eine Schwelle eine Hystereseschwelle und eine Schaltschwelle umfasst, und die Sensorschaltung ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, dass das erste verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu deaktivieren, dass das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, dass das zentrale, differentielle Messsignal die Hystereseschwelle kreuzt.
  • Wiederum optional, auf eine Bedingung hin, dass das zentrale, differentielle Messsignal ungültig ist, ist die Sensorschaltung ausgebildet, um das Ausgangssignal basierend auf einem interpolieren Mittensignal zu erzeugen, das aus einem Durchschnittswert des ersten und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals erzeugt wird.
  • Optional, auf eine Bedingung hin, dass eines des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals ungültig ist, ist die Sensorschaltung ausgebildet, um das Ausgangssignal basierend auf einer asymmetrischen Verschiebung von Gültigen des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers, umfassend das Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente in ein erstes verschobenes Paar, ein zentrales Paar und ein zweites verschobenes Paar gruppiert sind; Erzeugen eines ersten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das erste verschobene Paar erzeugt werden, eines zentralen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das zentrale Paar erzeugt werden und eines zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das zweite verschobene Paar erzeugt werden; und Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals, die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Optional umfasst das Verfahren ferner das Aktivieren, Auslösen, Deaktivieren und Neuaktivieren eines Schaltmechanismus basierend auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal, die die zumindest eine Schwelle kreuzen, wobei der Schaltmechanismus ausgebildet ist, um das Ausgangssignal basierend auf dem Auslösen zu modulieren.
  • Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen einer Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals; und das Anwenden, basierend auf der Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals, von zumindest einem einer Mehrzahl von Schaltregelsätzen, die Kriterien bereitstellen zum Aktivieren, Deaktivieren und Neuaktivieren des Schaltmechanismus und zum Ändern eines logischen Werts des Ausgangssignals, wobei die Kriterien auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal basieren, die die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Magnetsensormodule, Systeme und Verfahren werden bereitgestellt, die ausgebildet sind, um eine Rotation eines Objekts zu detektieren, und insbesondere um eine Rotationsgeschwindigkeit eines Objekts zu detektieren.
  • Ausführungsbeispiele stellen ein Magnetsensormodul bereit, das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu messen, dessen Größe zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert. Das Magnetsensormodul umfasst einen Magnetsensor umfassend eine Mehrzahl von Sensorelementen, die ausgebildet sind, um Messwerte ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente in ein erstes verschobenes Paar, ein zentrales Paar und ein zweites verschobenes Paar gruppiert sind. Das Magnetsensormodul umfasst ferner eine Sensorschaltung, die ausgebildet ist, um die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen zu empfangen, ein erstes verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem ersten verschobenen Paar empfangen werden, ein zentrales, differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zentralen Paar empfangen werden und ein zweites verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zweiten verschobenen Paar empfangen werden, zu erzeugen, und ein Ausgangssignal basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen, die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Ausführungsbeispiele stellen ein Verfahren zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers bereit. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf das Erfassen eines Magnetfeldes, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente in ein erstes verschobenes Paar, ein zentrales Paar und ein zweites verschobenes Paar gruppiert sind; Erzeugen eines ersten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das erste verschobene Paar erzeugt werden, einem zentralen, differentiellen Messsignal basierend auf den Messwerten, die durch das zentrale Paar erzeugt werden und eines zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das zweite verschobene Paar erzeugt werden; und Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals, die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele werden hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • 1A - 1C stellen ein Diagramm eines Magnetfeld-Erfassungsprinzips unter Verwendung eines ersten Typs eines Magnetcodierers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
    • 1D stellt ein Diagramm eines Magnetfeld-Erfassungsprinzips unter Verwendung eines zweiten Typs eines Magnetcodierers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
    • 2 stellt ein Diagramm eines Messsignals dar, das durch eine Sensorschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird;
    • 3A stellt ein Diagramm eines gepulsten Ausgangssignals dar, das durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird;
    • 3B stellt ein anderes Diagramm eines gepulsten Ausgangssignals dar, das durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird;
    • 4A-D stellen ein Blockdiagramm von unterschiedlichen Sensorelementkonfigurationen dar, die durch ein oder mehrere Ausführungsbeispiele implementiert sind;
    • 5 stellt ein Blockdiagramm einer Sensorschaltung gemäß einer ersten Sensorelementkonfiguration dar, die in 4A gezeigt ist, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 6A stellt ein Diagramm von drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt werden;
    • 6B stellt ein Diagramm einer vergrößerten Ansicht eines Abschnitts aus 6A dar;
    • 7A und 7B stellen ein anderes Diagramm aus drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor erzeugt werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 8A und 8B stellen ein anderes Diagramm aus drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor erzeugt werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen; und
    • 9 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend wird eine Mehrzahl von Details ausgeführt, um eine ausführlichere Erklärung der beispielhaften Ausführungsbeispiele zu geben. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht und nicht im Detail gezeigt, um das Verunklaren der Ausführungsbeispiele zu vermeiden. Zusätzlich können Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nachfolgend miteinander kombiniert werden können, außer dies ist spezifisch anderweitig angegeben.
  • Ferner werden entsprechende oder gleiche Elemente oder Elemente mit entsprechender oder gleicher Funktionalität in der nachfolgenden Beschreibung mit entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Da den entsprechenden oder gleichen Elementen in den Figuren dieselben Bezugszeichen gegeben werden, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, weggelassen werden. Somit sind Beschreibungen für Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen gegenseitig austauschbar.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, kann das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein oder Zwischenelemente können vorhanden sein. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ etc.).
  • Bei Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt sind, kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jegliche Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen liegenden Elementen sein, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel , das Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder das Übertragen einer bestimmten Art von Information im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können auch Abänderungen oder Modifikationen, die in Bezug auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.
  • Signalkonditionierung, nach hiesigem Gebrauch, bezieht sich auf das Manipulieren eines analogen Signals auf solche Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe zur weiteren Verarbeitung erfüllt. Signalkonditionierung kann das Umwandeln von analog zu digital (z.B. über einen Analog-zu-Digital-Wandler), Verstärkung, Filtern, Umwandeln, Vorspannen, Bereichsanpassung, Isolation und viele andere Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um eine Sensorausgabe nach der Konditionierung geeignet zur Verarbeitung zu machen.
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Sensoren und Sensorsysteme, und das Erhalten von Informationen über Sensoren und Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine physikalische Größe, die gemessen werden soll, in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel, ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Kraft, einen Strom oder eine Spannung aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Sensorbauelement, wie hierin beschrieben ist, kann ein Stromsensor, ein Gaussmeter, ein Winkelsensor, ein linearer Positionssensor, ein Geschwindigkeitssensor und ähnliches sein.
  • Ein Magnetfeldsensor umfasst zum Beispiel ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, die eine oder mehrere Charakteristika eines Magnetfeldes messen (z.B. einen Betrag einer Magnetfeld-Flussdichte, eine Feldstärke, einen Feldwinkel, eine Feldrichtung, eine Feldausrichtung, etc.), entsprechend dem Detektieren und/oder Messen des Magnetfeldmusters eines Elements, das das Magnetfeld erzeugt (z.B. ein Magnet, ein stromtragender Leiter (z.B. ein Draht), die Erde oder eine andere Magnetfeldquelle).
  • Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen sind ein Magnetfeldsensor und eine Sensorschaltung beide in demselben Chipgehäuse untergebracht (d. h. integriert) (z.B. ein gekapseltes Kunststoff-Gehäuse, wie beispielsweise mit Anschlussleitung versehenes Gehäuse oder Gehäuse ohne Anschlussleitungen, oder ein Gehäuse einer oberflächenmontierten Vorrichtung (SMD; surface mounted device). Dieses Chipgehäuse wird auch als Sensorgehäuse bezeichnet. Das Sensorgehäuse kann mit einem Back-Bias-Magneten kombiniert werden, um ein Sensormodul, Sensorbauelement oder ähnliches zu bilden.
  • Ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, oder kurz Magnetfeldsensoren, die in dem Sensorgehäuse umfasst sind, sind somit dem Magnetfeld ausgesetzt, und das Sensorsignal (z.B. ein Spannungssignal), das durch jedes Magnetfeldsensorelement bereitgestellt wird, ist proportional zu der Größe des Magnetfeldes, zum Beispiel. Ferner wird daraufhingewiesen, dass die Begriffe „Sensor“ und „Erfassungselement“ in dieser Beschreibung durchgehend austauschbar verwendet werden können, und die Begriffe „Sensorsignal“ und „Messwert“ in dieser Beschreibung durchgehend austauschbar verwendet werden können.
  • Die Sensorschaltung kann als eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalkonditionierungsschaltung bezeichnet werden, die das Signal (d.h. Sensorsignal) von dem Magnetfeldsensorelement in der Form von Rohmessdaten empfängt und aus dem Sensorsignal ein Messsignal herleitet, das das Magnetfeld repräsentiert. Die Sensorschaltung kann einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) umfassen, der das analoge Signal aus dem einen oder den mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Sensorschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) umfassen, der eine Verarbeitung an dem digitalen Signal ausführt, wie nachfolgend erörtert wird. Daher umfasst das Sensorgehäuse eine Schaltung, die das Kleinsignal des Magnetfeldsensors über Signal-Verarbeitung und/oder -Konditionierung konditioniert und verstärkt.
  • Ein Sensorbauelement, nach hiesigem Gebrauch, kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die einen Sensor und eine Sensorschaltung umfasst, wie vorangehend beschrieben wurde. Ein Sensorbauelement kann auf einem einzelnen Halbleiterchip (z. B. Silizium-Chip oder Chip) integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Chips zum Implementieren eines Sensorbauelements verwendet werden kann. Somit sind der Sensor und die Sensorschaltung entweder auf demselben Halbleiterchip oder auf mehreren Chips in demselben Gehäuse angeordnet. Zum Beispiel kann der Sensor auch auf einem Chip sein und die Sensorschaltung auf einem anderen Chip, derart, dass sie innerhalb des Gehäuses elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Chips aus demselben oder aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien sein, wie zum Beispiel GaAs und Si, oder der Sensor könnte auf ein Keramik- oder Glas-Plättchen gesputtert sein, das kein Halbleiter ist.
  • Magnetfeldsensorelemente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Hall-Platten, vertikale Hall-Effektbauelemente oder magnetoresistive Sensoren, häufig bezeichnet als XMR-Sensoren, was eine gemeinsame Bezeichnung für anisotroper Magnetowiderstand (AMR), Riesen-Magnetowiderstand (GMR), Tunnel-Magnetowiderstand (TMR) etc. ist.
  • Hierin bereitgestellte Magnetfeldsensoren können für eine inkrementelle Geschwindigkeits- und Positions-Messung eines sich drehenden magnetischen Codierers ausgebildet sein, wie beispielsweise eines Rades oder einer Nockenwelle.
  • Ein Typ eines magnetischen Codierers kann ein ferromagnetischer Codierer sein, der ein Zahnrad oder eine gezahnte Scheibe aus ferromagnetischem Material mit Löchern oder Einkerbungen sein kann, die sich vor dem Magnetfeldsensor vorbeibewegen. Das Magnetfeld kann durch einen Backbias-Magneten erzeugt werden, der mit einer Rückseite des Magnetfeldsensors gekoppelt ist. Somit wird die Stärke des Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten erzeugt wird, durch das Vorbeibewegen von Zähnen und Einkerbungen des sich drehenden magnetischen Codierers geändert.
  • Ein zweiter Typ eines magnetischen Codierers ist ein Codierer, der aus alternierenden Magneten besteht, die in einer entgegengesetzten Richtung magnetisiert sind (z.B. alternierende Südpol- und Nordpol-Magneten). In diesem Fall ist der inkrementelle Geschwindigkeitssensor vor dem Codierer platziert und detektiert, ob das gemessene Magnetfeld seine Polarität ändert. In diesem Fall erzeugt der Geschwindigkeitssensor ein Ausgangssignal, das anzeigt, dass sich ein Pol vorbeibewegt hat.
  • 1A-1C stellen ein Magnetfeldprinzip dar, das einen ersten Typ eines magnetischen Codierers, ein Zahnrad 1, das abwechselnd Zähne 2 und Einkerbungen 3 aufweist, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen aufweist. Genauer gesagt kann das Zahnrad 1 aus einem ferromagnetischen Material (z.B. Eisen) hergestellt sein, das Magnetfelder anzieht. Zusätzlich ist eine Sensoranordnung 4 ausgebildet, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Backbias-Magneten 5 erzeugt wird, wobei die Sensoranordnung 4 und der Backbias-Magnet 5 ein Sensormodul 6 aufweisen. Die Sensoranordnung 4 kann hierin allgemein als Sensor 4 bezeichnet werden und kann ferner eine Sensorschaltung (nicht gezeigt) umfassen und kann in einem Sensorgehäuse angeordnet sein.
  • 1 A und 1B zeigen einen Zahn 2 und/oder eine Einkerbung 3 des Rades 1, die sich an dem Sensormodul 6 vorbeibewegen. In dem Fall von 1A werden die Magnetfeldlinien des Bias-Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten 5 erzeugt wird, in die z-Richtung in Richtung des Zahns 2 gezogen. Somit werden die Magnetfeldlinien weg von der x- und y-Achse gezogen (d.h. den Sensorebenen der Sensoranordnung 4) und die erfasste Magnetfeldstärke in der x- und y- Richtung wird derart reduziert, dass eine minimale Feldstärke in der Mitte des Zahns 2 detektiert wird. Dies kann sich bei Echtwelt-Anwendungen unterscheiden, wo das Minimum aufgrund von Anordnungstoleranzen möglicherweise nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die minimale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte des Zahns 2 detektiert werden.
  • Umgekehrt werden in dem Fall von 1B die Magnetfeldlinien des Bias-Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten 5 erzeugt wird, nicht in die z-Richtung in Richtung des Zahns 3 gezogen (oder weniger gezogen). Somit bleiben die Magnetfeldlinien relativ zu der x- und y-Achse konzentriert (d.h. zu den Sensorebenen der Sensoranordnung 4) und die erfasste Magnetfeldstärke in der x- und y- Richtung sind in der Mitte der Einkerbung 3 auf einem Maximum. Dies kann sich bei Echtwelt-Anwendungen unterscheiden, wo das Maximum möglicherweise nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die maximale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte der Einkerbung 3 detektiert werden.
  • 1C stellt eine schematische Ansicht des Sensormoduls 6 in der Nähe des Zahnrades 1 dar. Das Sensormodul 6 umfasst eine Sensoranordnung 4 mit einer Sensorschaltung (nicht gezeigt) und zwei Magnetfeldsensorelemente, Hall-Platte H1 und Hall-Platte H2, und einen Backbias-Magneten 5, der mit die Sensoranordnung 4 gekoppelt ist. Die zwei Magnetfeldsensorelemente H1 und H2 können hierin als differentielle Sensorelemente bezeichnet werden und sind linear in einer Rotationsrichtung des Zahnrads 1 ausgerichtet. Die Sensorsignale jedes differentiellen Sensorelements H1 und H2 werden an die Sensorschaltung bereitgestellt, die ein differentielles Messsignal unter Verwendung einer differentiellen Berechnung berechnet, die verwendet werden kann, um homogene Streufelder in den Sensorebenenrichtungen herauszulöschen. Zusätzlich können die differentiellen Sensorelemente H1 und H2 in einer Distanz von ungefähr einer Hälfte des Abstands der Zähne des Zahnrads 1 angeordnet sein, um ein differentielles Messsignal mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Ein Abstand ist die Distanz entlang eines Abstandskreises zwischen zwei benachbarten Zähnen eines Zahnrads. Zuletzt stellen Anschlussleitungen 7 einen elektrischen Pfad für verschiedene Eingangs- und Ausgangssignale (z.B. Leistungs-, Befehls, und Ausgangssignale) zu und von der Sensoranordnung 4 bereit.
  • Wenn sich das Rad 1 dreht, wechseln sich Zähne 2 und Einkerbungen 3 vorbei an dem Sensormodul 6 ab und die Sensorelemente innerhalb der Sensoranordnung 4 erfassen eine Änderung bei der x-Achsen- und y-Achsen-Magnetfeldstärke, die als eine sinusförmige Wellenform (d.h. als eine Signalmodulation) variiert, deren Frequenz einer Rotationsgeschwindigkeit des Rades entspricht und die ferner einer Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle (z.B. Nockenwelle) entspricht, die die Rotation des Rades antreibt. Somit empfängt die Sensorschaltung der Sensoranordnung 4 Signale (d.h. Sensorsignale) von den Magnetfeldsensorelementen H1 und H2 und leitet aus den Sensorsignalen ein differentielles Messsignal her, das das Magnetfeld repräsentiert, als eine Signalmodulation. Das differentielle Messsignal kann dann als ein Ausgangssignal an eine externe Steuerung, eine Steuerungseinheit oder einen Prozessor (z.B. eine ECU) ausgegeben werden oder wird intern durch die Sensorschaltung zur weiteren Verarbeitung verwendet (z.B. um ein gepulstes Ausgangssignal zu erzeugen), bevor es an ein externes Bauelement ausgegeben wird. Zum Beispiel kann das externe Bauelement die Pulse des gepulsten Ausgangssignals zählen und daraus eine Radgeschwindigkeit berechnen.
  • Zusätzlich kann ein drittes Magnetfeldsensorelement (nicht gezeigt) auf der Sensoranordnung 4 in der Mitte zwischen den zwei differentiellen Sensorelementen H1 und H2 angeordnet sein, um dem Sensor die Detektion einer Rotationsrichtung des Rades 1 zu ermöglichen.
  • 1D stellt ein Magnetfeld-Erfassungsprinzip unter Verwendung eines zweiten Typs eines Magnetcodierers, eines magnetisierten Codiererrads, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar. Das Sensormodul 6 umfasst eine Sensoranordnung 4 mit einer Sensorschaltung (nicht gezeigt) und zwei Magnetfeldsensorelemente, Hall-Platte H1 und Hall-Platte H2. Die Sensorsignale jedes differentiellen Sensorelements H1 und H2 werden an die Sensorschaltung bereitgestellt, die ein differentielles Messsignal unter Verwendung einer differentiellen Berechnung berechnet, die verwendet werden kann, um homogene Streufelder in den Sensorebenenrichtungen herauszulöschen. Zusätzlich können die differentiellen Sensorelemente H1 und H2 in einer Distanz von ungefähr einer Hälfte des Abstands der Pole des magnetisierten Codiererrads 11 angeordnet sein, um ein differentielles Messsignal mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Ein Abstand ist die Distanz entlang eines Abstandskreises zwischen zwei Polen derselben Polarität (d.h. zwischen zwei benachbarten positiven Polen oder zwei benachbarten negativen Polen) für ein magnetisiertes Codiererrad.
  • Ein magnetisiertes Codiererrad 11 umfasst abwechselnde Nordpolabschnitte 12 und Südpolabschnitte 13. Dementsprechend repräsentieren die Nordpolabschnitte 12 und Südpolabschnitte 13 Zähne und Einkerbungen eines Zahn- und Einkerbungs-Rades 1, wie oben beschrieben ist. Die Sensorelemente H1 und H2 der Sensoranordnung 4, wie Bezug nehmend auf 1C beschrieben ist, sind empfindlich für Magnetfelder, die durch die Nordpolabschnitte 12 und Südpolabschnitte 13 des Rades 11 beeinflusst werden. Hier, da das Magnetfeld aktiv durch das Rad 11 erzeugt wird, kann der Backbias-Magnet weggelassen werden. Eine Sensorausgabe entspricht der Drehgeschwindigkeit des magnetisierten Codiererrads 11 durch Detektieren der Änderung des magnetischen Wechselfeldes auf eine Weise ähnlich zu der, die im Hinblick auf 1C beschrieben ist. Somit erzeugt die Sensorschaltung der Sensoranordnung 4 eine Sensorausgabe, die durch eine der Anschlussleitungen 7 ausgegeben werden soll.
  • 2 stellt ein Beispiel Messsignals dar, das durch eine Sensorschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird. Das Messsignal kann ein differentielles Messsignal sein, das aus zwei Sensorsignalen unter Verwendung eines differentiellen Kalkulus hergeleitet wird, wie vorangehend im Hinblick auf 1C und 1D beschrieben wurde. Das Messsignal ist eine Messung des Magnetfeldes B erfasst über die Zeit t durch den Magnetsensor, und oszilliert zwischen zwei Extrema (z.B. Minimum und Maximum) wenn sich der magnetische Codierer dreht. Ferner kann das Messsignal einen Versatz von einer x-Achsen- in einer y-Achsen-Richtung aufweisen und kann ferner normiert werden durch eine Verarbeitung, die durch die Sensorschaltung ausgeführt wird.
  • Die Pulse eines Ausgangssignals können durch eine Sensorschaltung des Magnetsensors (d.h. Sensoranordnung 4) auf die Detektion einer Kreuzung eines Schaltpunktes hin (d.h. einer Schaltschwelle) des Messsignals des Magnetfeldes (d.h. des Magnetfeldsignals) hin erzeugt werden. Der Schaltpunkt, gespeichert in dem Speicher, ist zwischen dem Minimum (min) und dem Maximum (max) des Magnetfeldes B angeordnet. Ferner kann die Sensorschaltung regelmäßig und autonom den Schaltpunkt (neu)berechnen und den Schaltpunkt basierend auf einem Durchschnittswert von einem oder mehreren Minima und einem oder mehreren Maxima des gemessenen Magnetfeldes selbstkalibrieren. Zum Beispiel kann der Schaltpunkt als ein Durchschnittswert des neuesten Minimal- und Maximal-Werts des Messsignals berechnet und entsprechend eingestellt werden. Der Schaltpunkt kann eingestellt werden, wenn der neue Schaltpunktwert um mehr als eine vorbestimmte Schwelle (z.B. 5%) von dem aktuellen Schaltpunktwert abweicht, zum Beispiel, ist aber nicht darauf beschränkt. Durch kontinuierliches Anpassen des Schaltpunkts wird die Genauigkeit des Schaltpunkts in einer gewünschten Region gemäß schnellen Änderungen des Messsignals beibehalten und stellt sicher, dass ein gutes Jitter-Verhalten erreicht wird.
  • Wie vorangehend erwähnt wurde, kann die Messung des Magnetfeldes differentiell zwischen zwei Magnetfeldsensorelementen (z.B. Hall- oder XMR-Sensoren) ausgeführt werden, die in einer Distanz von ungefähr einer Hälfte des Abstands der Pole oder Zähne eines Codiererrads platziert sind, um ein Messsignal mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Der Sensor 4 schaltet zwischen einem hohen Zustand und einem niedrigen Zustand seines Ausgangs wenn eine Schwellenkreuzung detektiert wird. Alternativ kann der Sensor 4 einen Puls einer bekannten Länge liefern, wenn die Schwellenkreuzung detektiert wird. Bei einigen Systemen kann die Pulslänge über eine Pulsweitenmodulation variiert werden, zum Beispiel um zusätzliche Informationen zu liefern, wie beispielsweise eine Anzeige einer ausreichenden Magnetfeldstärke, Rotationsrichtung oder Fehler-Kennungen (error flags). Bei anderen Systemen kann diese Art von Informationen durch ein kurzes Manchester-Protokoll übertragen werden, nachfolgend zu jedem Ausgangpuls.
  • 3A stellt ein Beispiel eines gepulsten Ausgangssignals dar, das durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird. Genauer gesagt repräsentiert die obere Wellenform ein differentielles Messsignal, das mit drei Komparatorschwellen verglichen wird, die zum Erzeugen des gepulsten Ausgangssignals verwendet werden. Die drei Komparatorschwellen umfassen eine Schaltschwelle und zwei Hystereseschwellen. Die Schaltschwelle ist ein Schaltpunkt, an dem der Sensor 4 zwischen dem hohen und dem niedrigen Zustand seines Ausgangssignals schaltet (oder umgekehrt), wenn die Kreuzung des Schaltpunktes detektiert wird. Um ein mehrfaches Schalten des Ausgangssignals zu vermeiden, während das Messsignal nahe der Schaltschwelle ist, wird eine verdeckte Hysterese derart eingeführt, dass zwei zusätzliche Schwellen auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltschwelle bereitgestellt werden. Die Hystereseschwellen können äquidistant von der Schaltschwelle derart eingestellt werden, dass die Hystereseregion Bhys misst und jede Hystereseschwelle Bhys/2 von der Schaltschwelle ist. Die Ausführungsbeispiele jedoch, die hierin bereitgestellt werden, sind nicht darauf beschränkt und können möglicherweise nicht äquidistant von der Schaltschwelle eingestellt sein. Die Region zwischen den zwei Hystereseschwellen kann als ein Hystereseband oder eine Hystereseregion bezeichnet werden.
  • Unter Verwendung eines verdeckten Hysteresemechanismus kann der Schaltmechanismus in einen „aktivierten Zustand“ eingestellt werden, wenn detektiert wird, dass das Messsignal eine erste Hystereseebene kreuzt, die von außerhalb des Hysteresebandes kommt, aber das Ausgabe-Schalten nicht sofort ausgeführt wird. Sobald die Schaltschwelle in dem aktivierten Zustand erreicht wird, wird die Ausgabe geschaltet und der Schaltmechanismus wird in einen „deaktivierten Zustand“ eingestellt, um ein durch Rauschen induziertes, mehrfaches Schalten zu vermeiden. Um die nächste Aktivierung zu erlauben, muss das Messsignal das Hystereseband so verlassen, dass der Schaltmechanismus in einen „neu-aktiviert Zustand“ oder „Bereit-Zustand“ eingestellt wird. Ein „neu-aktiviert“ oder „Bereit-Zustand“ ist ein Zustand, in dem der Schaltmechanismus aktiviert werden kann.
  • In 3A wird das Ausgangssignal gepulst, wenn das Messsignal die Schaltschwelle kreuzt, wenn sich das Messsignal in das Hystereseband bewegt nach dem Kreuzen der unteren Hystereseschwelle (z.B. auf einer ansteigenden Flanke). Die Sensorschaltung kann jedoch derart ausgebildet sein, dass das Ausgangssignal gepulst wird, wenn das Messsignal die Schaltschwelle aus jeglicher Richtung kreuzt (z.B. auf einer ansteigenden oder abfallenden Flanke) oder nur wenn das Messsignal sich in das Hystereseband nach dem Kreuzen der oberen Hystereseschwelle bewegt (z.B. auf einer abfallenden Flanke). Alternativ kann das Ausgangssignal von einem logischen Niedrig zu Hoch auf einer ersten ansteigenden Flanke des Messsignals und von einem logischen Hoch zu Niedrig auf einer ersten abfallenden Flanke des Messsignals geschaltet werden, oder umgekehrt, wo die ansteigende und abfallende Flanke bei einer Schaltschwellen-Kreuzung auftreten.
  • 3B stellt ein anderes Beispiel eines gepulsten Ausgangssignals dar, das durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt wird. Bei diesem Beispiel kann das Messsignal möglicherweise nach dem Kreuzen der Schaltschwelle nicht aus dem Hystereseband austreten. Somit, um den Verlust von Schaltereignissen zum Beispiel aufgrund einer Signalverzerrung oder reduzierter Amplituden einzelner Codierermarkierungen zu vermeiden, wird die folgende Ausnahme definiert: für einen Fall, in dem das Messsignal eine erste Hystereseschwelle kreuzt aber nicht eine zweite Hystereseschwelle kreuzt, führt nach dem Kreuzen der Schaltschwelle das Kreuzen der ersten Hystereseebene (wieder) zu einem Schaltereignis und ermöglicht ein Neuaktivieren des Schaltmechanismus. D.h., der Schaltmechanismus wird in einen „Bereit-Zustand“ eingestellt, nachdem das Messsignal die erste Hystereseschwelle nach dem Schalten kreuzt (d.h. nach dem Kreuzen der Schaltschwelle). Es wird darauf hingewiesen, dass die obere Hystereseschwelle nur als ein Beispiel verwendet wird, und dass die erste Hystereseschwelle entweder die obere Hystereseschwelle oder die untere Hystereseschwelle sein kann, je nach Bedarf.
  • Es kann wünschenswert sein, in der Lage zu sein, einen Fehler zu detektieren, in dem Fall, dass eines oder mehrere der Sensorelemente ausfallen, und das Sensorsystem anzupassen, um noch betriebsfähige Sensorelemente zu verwenden, um Erfassungsoperationen fortzusetzen. Somit wird die Verwendung von dezentrierten (phasenverschobenen) differentiellen Sensorpaaren bereitgestellt, um eine verdeckte Hysterese auf eine Weise zu implementieren, sodass der Sensor fehlertoleranter sein kann. Ferner kann das Sensorsystem angepasst sein, um neue Informationen zu verwenden, die durch den Sensor im Fall eines detektierten Fehlers geliefert werden.
  • Somit wird ein Magnetsensor bereitgestellt, der zumindest drei Sensorelemente und eine Sensorschaltung verwendet, die zum Erzeugen von zumindest drei unterschiedlichen, differentiellen Messsignalen unter Verwendung unterschiedlicher Sensorelementpaare ausgebildet sind, die voneinander im Hinblick auf ihr geometrisches Gravitationszentrum verschoben sind.
  • 4A-D stellen unterschiedliche Sensorelementkonfigurationen dar, die durch ein oder mehrere Ausführungsbeispiele implementiert sind. Genauer gesagt sind die Sensorelemente auf Sensoren 4a-d mit einer Chipbreite angeordnet, die angepasst ist, um die Platzierung der Sensorelemente unterzubringen. Jeder Sensor 4a-d hat zwei zentrierte Sensorelemente, die ein zentriertes Sensorpaar bilden, und zumindest ein verschobenes Sensorelement. Ferner hat jeder Sensor 4a-d eine geometrische Mitte 41a-d, die im Wesentlichen auf halbem Weg zwischen den zwei zentrierten Sensorelementen angeordnet ist.
  • Die Sensorschaltung von jedem Sensor 4a-d ist ausgebildet zum Erzeugen von zumindest drei differentiellen Messsignalen unter Verwendung von zumindest drei unterschiedlichen Sensorpaaren, wobei zumindest zwei Sensorpaare im Hinblick auf die geometrische Mitte 41a-d verschoben sind. Die Distanz zwischen den zwei zentrierten Sensorelementen ist angepasst oder im Wesentlichen angepasst (z.B. innerhalb von 5%, um Herstellungstoleranzen zu erlauben) auf einen Abstand der Pole oder der Zähne des Codierers, die Distanz kann jedoch reduziert werden, um Chipfläche zu sparen. Die Sensorelemente sind linear in einer Rotationsrichtung des Codiererrads ausgerichtet. Das Ergebnis sind drei differentielle Messsignale (z.B. ein nach links verschobenes Messsignal, ein zentriertes Messsignal und ein nach rechts verschobenes Messsignal), die einem Codierer-Muster folgen, die zueinander phasenverschoben sind. Das Codierer-Muster (z.B. Muster aus Zähnen und Einkerbungen oder Nord- und Südpolen) ist repräsentiert durch das Oszillationsmuster des Magnetfeldes, wenn sich der Codierer dreht. Eine Phasenverschiebung der drei differentiellen Messsignale kann auf eine Weise ausgewählt werden, dass die Differenz zwischen den dezentrierten (verschobenen) Signalamplituden und dem zentrierten Signal ausreichend größer (z.B., 3...6 sigma) ist als das Rauschen auf einem der differentiellen Messsignale.
  • 4A stellt eine erste Sensorelementkonfiguration dar, die Sensorelemente L, l, r und R umfasst, die gruppiert sind, um drei unterschiedliche Sensorelementpaare zu bilden und aus denen drei unterschiedliche differentielle Messsignale hergeleitet werden. Genauer gesagt bilden die Sensorelemente L und r ein links verschobenes Sensorpaar (L-r), Sensorelemente L und R bilden ein zentriertes Sensorpaar (L-R) mit einer Distanz dazwischen, angepasst oder im Wesentlichen angepasst an den Abstand der Pole oder der Zähne des Codierers, und Sensorelemente I und R werden verwendet, um ein nach rechts verschobenes Sensorpaar (I-R) zu bilden.
  • 4B stellt eine zweite Sensorelementkonfiguration dar, die Sensorelemente L, rl, R und rr umfasst, die gruppiert sind, um drei unterschiedliche Sensorelementpaare zu bilden und aus denen drei unterschiedliche differentielle Messsignale hergeleitet werden. Genauer gesagt bilden die Sensorelemente L und rl ein links verschobenes Sensorpaar (L-rl), Sensorelemente L und R bilden ein zentriertes Sensorpaar (L-R) mit einer Distanz dazwischen, angepasst oder im Wesentlichen angepasst an den Abstand der Pole oder der Zähne des Codierers, und Sensorelemente L und rr werden verwendet, um ein rechts verschobenes Sensorpaar (L-rr) zu bilden.
  • 4C stellt eine dritte Sensorelementkonfiguration dar, die Sensorelemente L1, L2, L3, R1, R2 und R3 umfasst, die gruppiert sind, um drei unterschiedliche Sensorelementpaare zu bilden und aus denen drei unterschiedliche differentielle Messsignale hergeleitet werden. Genauer gesagt bilden die Sensorelemente L1 und R1 ein links verschobenes Sensorpaar (L1-R1), Sensorelemente L2 und R2 bilden ein zentriertes Sensorpaar (L2-R2) mit einer Distanz dazwischen, angepasst oder im Wesentlichen angepasst an den Abstand der Pole oder der Zähne des Codierers, und Sensorelemente L3 und R3 werden verwendet, um ein rechts verschobenes Sensorpaar (L3-R3) zu bilden.
  • 4D stellt eine vierte Sensorelementkonfiguration dar, die Sensorelemente L, C und R umfasst, die gruppiert sind, um drei unterschiedliche Sensorelementpaare zu bilden und aus denen drei unterschiedliche differentielle Messsignale hergeleitet werden. Genauer gesagt bilden die Sensorelemente L und C ein links verschobenes Sensorpaar (L-C), Sensorelemente L und R bilden ein zentriertes Sensorpaar (L-R) mit einer Distanz dazwischen, angepasst oder im Wesentlichen angepasst an den Abstand der Pole oder der Zähne des Codierers, und Sensorelemente C und R werden verwendet, um ein rechts verschobenes Sensorpaar (C-R) zu bilden. Somit kann die Distanz zwischen dem links verschobenen Sensorpaar (L-C) angepasst oder im Wesentlichen angepasst werden an die Hälfte des Abstands der Pole oder der Zähne des Codierers. Auf ähnliche Weise kann die Distanz zwischen dem rechts verschobenen Sensorpaar (C-R) angepasst oder im Wesentlichen angepasst werden an die Hälfte des Abstands der Pole oder der Zähne des Codierers.
  • Tabelle 1 unten fast die Konfigurationen der Sensorelemente in jeder von 4A-D und einige mögliche Vorteile und Nachteile von jeder Konfiguration zusammen. TABELLE 1
    Bezug auf Figur Links verschobenes Paar Zentriertes Paar Rechts verschobenes Paar Implementierung
    4A L-r L-R I-R Chipabmessung nicht erhöht.
    4B L-rl L-R L-rr Mehr als ein rechtsseitiges Element kann ausfallen.
    4C L1-R1 L2-R2 L3-R3 Alle 3 Paare können einen übereinstimmenden Abstand aufweisen. Neukonfigurationen mit 3 differentiellen Signalen immer noch möglich (z.B. config 1) wenn ein Sensor ausfällt.
    4D L-C L-R C-R Chipabmessung nicht erhöht.
  • 5 stellt ein Beispiel einer Sensorschaltung 500 dar, die ausgebildet ist, um drei differentielle Messsignale gemäß der ersten Sensorelementkonfiguration zu erzeugen, die in 4A gezeigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Sensorschaltung 500 auf einem einzelnen Chip integriert sein kann und gemäß den unterschiedlichen Konfigurationen angepasst sein kann, die in 4B-D beschrieben sind. Somit empfängt die Sensorschaltung Eingangssignale von den Sensorelementen (z.B., L, l, r und R) und stellt ein Ausgangssignal (Out) über das Modulieren eines Stroms (z. B. eines Stromverbrauchs) zwischen zwei Versorgungs-Stiften, Versorgung (Vs) und Masse (GND) bereit.
  • Die Sensorschaltung 500 umfasst einen Hauptzweig, der verbunden ist mit und ausgebildet ist zum Empfangen von Signalen von Sensorelementen L und R (d.h., zentriertes Sensorpaar (L-R)). Der Hauptzweig ist ausgebildet zum Erzeugen eines zentrierten Messsignals und Ausführen einer Signalanalyse daran durch Vergleichen des zentrierten Messsignals mit den drei oben erörterten Schwellenwerten (d.h., dem unteren Hystereseschwellenwert, dem Schaltschwellenwert und dem oberen Hystereseschwellenwert). Der Hauptzweig kann sein zum Durchführen einer Autokalibrierung an einer oder mehreren der drei Schwellen basierend auf der Überwachung von maximalen oder minimalen Werten des zentrierten Messsignals auch ausgebildet.
  • Alternativ können die eine oder mehreren der drei Schwellen unverändert bleiben. Stattdessen kann die Kalibrierungseinheit des Hauptzweigs zum Überwachen des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts ausgebildet sein und zum Einstellen eines Versatzkompensations-Signals oder -Werts, der an das Mittenmesssignal angelegt ist, basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts. Somit kann das Mitten-Messsignal vor dem Vergleichen desselben mit der einen oder den mehreren Schwellen eingestellt werden.
  • Die Sensorschaltung 500 umfasst ferner einen sekundären Links-Zweig (sub 1) verbunden mit und ausgebildet zum Empfangen von Signalen von Sensorelementen L und r (d.h., links verschobenes Sensorpaar (L-r)). Der sekundäre Links-Zweig ist ausgebildet zum Erzeugen eines links verschobenen Messsignals und Ausführen einer Signalanalyse daran durch Vergleichen des links verschobenen Messsignals mit den drei oben erörterten Schwellenwerten (d.h., dem unteren Hystereseschwellenwert, dem Schaltschwellenwert und dem oberen Hystereseschwellenwert). Der sekundäre Links-Zweig kann auch zum Durchführen einer Autokalibrierung an einer oder mehreren der drei Schwellen basierend auf der Überwachung von maximalen oder minimalen Werten des zentrierten Messsignals ausgebildet sein.
  • Alternativ können die eine oder mehreren der drei Schwellen unverändert bleiben. Stattdessen kann die Kalibrierungseinheit des sekundären Links-Zweigs zum Überwachen des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts und Einstellen eines Versatzkompensationssignals oder eines Werts, der an das links verschobene Messsignal angelegt ist, basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts ausgebildet sein. Somit kann das links verschobene Messsignal vor dem Vergleichen desselben mit der einen oder den mehreren Schwellen eingestellt werden.
  • Die Sensorschaltung 500 umfasst ferner einen sekundären Rechts-Zweig (sub r) verbunden mit und ausgebildet zum Empfangen von Signalen von Sensorelementen 1 und R (d.h., rechts verschobenes Sensorpaar (L-r)). Der sekundäre Links-Zweig ist ausgebildet zum Erzeugen eines links verschobenen Messsignals und Ausführen einer Signalanalyse daran durch Vergleichen des links verschobenen Messsignals mit den drei oben erörterten Schwellenwerten (d.h., dem unteren Hystereseschwellenwert, dem Schaltschwellenwert und dem oberen Hystereseschwellenwert). Der sekundäre Links-Zweig kann auch zum Durchführen einer Autokalibrierung an einer oder mehreren der drei Schwellen basierend auf der Überwachung von maximalen oder minimalen Werten des zentrierten Messsignals ausgebildet sein.
  • Alternativ können die eine oder mehreren der drei Schwellen unverändert bleiben. Stattdessen kann die Kalibrierungseinheit des sekundären Rechts-Zweigs ausgebildet sein zum Überwachen des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts und zum Einstellen eines Versatzkompensationssignals oder eines Werts, der an das rechts verschobene Messsignal angelegt ist, basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extremwerts und des zweiten Extremwerts. Somit kann das rechts verschobene Messsignal vor dem Vergleichen desselben mit der einen oder den mehreren Schwellen eingestellt werden.
  • Die Sensorschaltung 500 umfasst ferner eine Protokollerzeugungseinheit 510, die mit Schaltregelsätzen programmiert ist, die in einem Speicher gespeichert sind, und ist ausgebildet zum Erzeugen des Ausgangssignals (Out) basierend auf der Signalanalyse, die durch jeden Schaltungszweig bereitgestellt wird, und den Schaltregelsätzen. Die Protokollerzeugungseinheit 510 kann hierin als eine Steuerung, ein Prozessor oder eine Ausgabeeinheit bezeichnet werden, die zum Erzeugen eines Ausgangssignals an dem Ausgang (Out) des Sensors durch Signalmodulation ausgebildet ist.
  • Zusätzlich kann die Protokollerzeugungseinheit 510 als finite Zustandsmaschine (FSM; finitestate machine) bezeichnet werden oder diese umfassen, die von einem Zustand in einen anderen Zustand ansprechend auf einige externe Eingaben wechseln kann. Somit kann die FSM entscheiden, wie sich der Zustand abhängig von eingehenden Messsignalen und einem tatsächlichen Zustand ändert. Ferner kann die FSM eine vorbestimmte Sequenz aus Aktionen abhängig von einer Sequenz aus Ereignissen initiieren, steuern und/oder ausführen, mit denen sie präsentiert wird, basierend auf der Sequenz aus Schwellenkreuzungen, die durch das links verschobene differentielle Messsignal, das zentrale differentielle Messsignal und das rechts verschobene differentielle Messsignal getätigt werden. Die FSM kann regelmäßige Zustände umfassen, die sich abhängig von den Eingaben ändern, und kann auch Ausnahmeregeln umfassen, die auch den regelmäßigen Zustand ändern können (aber verzögert sein können), und sie kann auch zusätzliche Ausnahmezustände aufweisen, die nur durch die Ausnahmeregeln erreicht oder verlassen werden.
  • Die Schaltregelsätze werden in den folgenden Beispielen in Verbindung mit 6A-B und 7A-B beschrieben.
  • 6A stellt ein Beispiel von drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erzeugt werden. Genauer gesagt umfassen die Messsignale ein nach links verschobenes Messsignal, ein zentriertes Messsignal und ein nach rechts verschobenes Messsignal, gezeigt über eine Magnetfeldperiode (t). Die Messsignale werden im Hinblick aufeinander gemäß der y-Achse normiert, die das Magnetfeld B repräsentiert. Der in 6A dargestellte Graph umfasst ferner eine untere Hystereseschwelle 62, eine Schaltschwelle 62 und eine obere Hystereseschwelle 63. Wie vorangehend erwähnt wurde, kann eine Phasenverschiebung der drei differentiellen Messsignale auf eine Weise ausgewählt werden, dass die Differenz zwischen den dezentrierten (verschobenen) Signalamplituden und dem zentrierten Signal ausreichend größer (z.B., 3...6 sigma) ist als das Rauschen auf einem der differentiellen Messsignale.
  • Die Amplitude des zentrierten Messsignals ist größer als das links verschobene und rechts verschobene Messsignal, da die Distanz zwischen dem L und R Sensorelement (d.h., dem zentrierten Sensorpaar) angepasst oder im Wesentlichen angepasst ist an den Abstand des Codierers, wohingegen die Distanz zwischen den anderen Sensorpaaren nicht an den Abstand angepasst ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass ein oder mehrere der anderen Sensorpaare bei bestimmten Ausführungsbeispielen auch an den Abstand angepasst sein können.
  • Es kann bei der Schaltschwellenkreuzung auch beobachtet werden, dass das links verschobene Messsignal nach links von dem mittleren Messsignal phasenverschoben ist, und das nach rechts verschobene Messsignal nach rechts von dem mittleren Messsignal phasenverschoben ist. Dies liegt an der Platzierung des jeweiligen nach links und rechts verschobenen Sensorpaars relativ zu der Rotation des Codiererrads.
  • 6B stellt eine vergrößerte Ansicht der Messsignale dar, die die Schaltschwelle 62 kreuzen, und ein Ausgangssignal (Out).
  • Eine oder mehrere Schaltregeln können durch die Protokollerzeugungseinheit 510 implementiert werden, allein oder in Kombination für einen Regelsatz, um das Ausgangssignal zu erzeugen. Die Schaltregelsätze umfassen Regeln zum Ändern des Schaltmechanismus zwischen einem „aktivierten Zustand“, „deaktivierten Zustand“ und einem „Bereit-Zustand“ und zum Auslösen eines Schalters in dem Ausgangszustand des Ausgangssignals. Der „Bereit-Zustand“ ist ein Zustand, in dem der Schaltmechanismus nicht mehr deaktiviert ist und in der Lage ist, aktiviert zu werden. Es wird jedoch daraufhingewiesen, dass der Schaltmechanismus direkt von einem „deaktivierten Zustand“ in einen „aktivierten Zustand“ übergehen kann, ohne in einen „Bereit-Zustand“ überzugehen, bei einem oder mehreren Ausführungsbeispielen basierend auf dem Einhalten von einer oder mehreren Regeln in einem Regelsatz. Es wird auch darauf hingewiesen, dass der Schaltmechanismus ein Pulsmechanismus sein kann, derart, dass ein Signalpuls bei einem Auslöseereignis erzeugt wird, das verursacht, dass die Ausgabe des Sensors moduliert wird, im Gegensatz zu einem einzelnen Logischer-Zustand-Übergang.
  • Gemäß 6A und 6B ist der Schaltmechanismus aktiviert, wenn das links verschobene Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt, ein Schalter oder ein Puls in dem Ausgangssignal ausgelöst wird, und der Schaltmechanismus ist deaktiviert, wenn das mittlere Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt und der Schaltmechanismus wird neu in den Bereit-Zustand aktiviert, wenn das rechts verschobene Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt. Somit wird das Ausgangssignal (Out) bei diesem Beispiel von Hoch zu Niedrig geschaltet, wenn das mittlere Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt, wie in 6B gezeigt ist, nachdem der Schaltmechanismus aktiviert wurde.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Sensorschaltung derart ausgebildet sein kann, dass sich die Zustände des Schaltmechanismus und des Ausgangssignals basierend auf einer ansteigenden Flanke der drei Messsignale oder basierend auf sowohl ansteigenden Flanken als auch abfallenden Flanken der drei Messsignale ändern. Beispielsweise kann das Ausgangssignal von einem logischen Niedrig zu Hoch auf einer ersten ansteigenden Flanke des mittleren Messsignals und von einem logischen Hoch zu Niedrig auf einer ersten abfallenden Flanke des mittleren Messsignals geschaltet werden, oder umgekehrt, wo die ansteigende und abfallende Flanke an einer Kreuzung der Schaltschwelle 62 auftreten.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Signale und ihre entsprechenden zugewiesenen Auslöser von Aktivieren, Deaktivieren und Neuaktivieren für eine entgegengesetzte Rotationsrichtung des Codierers umgekehrt werden können (z.B., Drehung im Uhrzeigersinn vs. gegen den Uhrzeigersinn des Codiererrads). Das heißt, wenn die Rotationsrichtung umgekehrt wird, kann das rechts verschobene Messsignal das erste, frühere Signal sein, das eine Aktivierung auslöst, und das links verschobene Messsignal kann das dritte, spätere Signal sein, das die Neuaktivierung des Bereit-Zustands auslöst. Die Rotationsrichtung kann auch als eine Oszillationsrichtung des Magnetfeldes bezeichnet werden.
  • Ferner können eine oder mehrere der folgenden Schaltregeln durch die Protokollerzeugungseinheit 510 implementiert werden, allein oder in Kombination, um einen Schaltregelsatz zu bilden, zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals. Eine oder mehrere der nachfolgenden Regeln können in Verbindung mit dem Regelsatz implementiert werden, der in 6A und 6B beschrieben ist, oder können ein neues Ausführungsbeispiel bilden.
  • Eine erste Schaltregel umfasst: aktivieren des Schaltmechanismus, wenn jegliche zwei der drei Messsignale eine Schwellenkreuzung an derselben Hystereseschwelle haben (z.B., obere Hystereseschwelle 63 für eine abfallende Flanke oder untere Hystereseschwelle 61 für eine ansteigende Flanke).
  • Eine zweite Schaltregel umfasst: Schalten des Ausgangssignals (z.B., von einem logischen Hoch zu Niedrig oder Niedrig zu Hoch) oder Pulsen des Ausgangssignals und Deaktivieren des Schaltmechanismus, wenn jegliche zwei der drei Messsignale eine Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 haben.
  • Eine dritte Schaltregel umfasst: Neuaktivieren des Schaltmechanismus in einen Bereit-Zustand, wenn alle drei Messsignale eine Schwellenkreuzung zum Beispiel an der Schaltschwelle 62 in derselben Richtung (z.B., abfallende Flanke oder ansteigende Flanke) haben.
  • Eine vierte Schaltregel umfasst: Neuaktivieren des Schaltmechanismus in einen Bereit-Zustand, wenn jegliche zwei der drei Messsignale eine Schwellenkreuzung an derselben Hystereseschwelle haben (z.B., untere Hystereseschwelle 61 für eine abfallende Flanke oder obere Hystereseschwelle 63 für eine ansteigende Flanke).
  • Eine fünfte Schaltregel umfasst: Neuaktivieren des Schaltmechanismus in einen Bereit-Zustand, wenn eines der Signale einen neuen Extremwert nach einem letzten Schaltereignis einnimmt.
  • Eine sechste Schaltregel umfasst: Aktivieren des Schaltmechanismus, wenn eines der verschobenen (nach links oder rechts) Messsignale eine Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 hat.
  • Eine siebte Schaltregel umfasst: Aktivieren des Schaltmechanismus, wenn das zentrierte Messsignal eine Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 hat.
  • Eine achte Schaltregel umfasst: Schalten oder Pulsen des Ausgangssignals, wenn das mittlere Messsignal eine Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 hat, wenn der Schaltmechanismus in einem aktivierten Zustand ist.
  • Eine neunte Schaltregel umfasst: Schalten oder Pulsen des Ausgangssignals, wenn die zwei verschobenen Messsignale (jeweils links oder rechts verschoben) eine Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 in derselben Richtung (z.B., abfallende Flanke oder ansteigende Flanke) haben, bei Nicht-Vorhandensein des mittleren Messsignals mit einer Schwellenkreuzung, an der Schaltschwelle 62 in derselben Richtung, zwischen Kreuzungen der zwei verschobenen Messsignale. D.h., das erste verschobene Messsignal (z.B. nach links verschoben in 6A und 6B) kann den Schaltmechanismus aktivieren, und das zweite verschobene Messsignal (z.B. nach rechts verschoben in 6A und 6B) kann das Ausgangssignal schalten und den Schaltmechanismus in dem Fall deaktivieren, dass das mittlere Messsignal die Schaltschwelle 62 noch nicht gekreuzt hat, da der Schaltmechanismus aktiviert wurde.
  • Eine zehnte Schaltregel umfasst: Neuaktivieren des Schaltmechanismus in den Bereit-Zustand mit einer Schwellenkreuzung an der Schaltschwelle 62 durch ein drittes Messsignal in derselben Richtung (z.B., abfallende Flanke oder ansteigende Flanke) wie die vorangehenden zwei Messsignale. Zum Beispiel, in dem Fall der neunten Schaltregel, wäre das dritte Signal, das die Schaltschwelle 62 in derselben Richtung noch kreuzen muss, das mittlere Messsignal. Somit würde das Kreuzen des mittleren Messsignals den Schaltmechanismus in diesem Szenario neu aktivieren.
  • Eine elfte Schaltregel umfasst: Neuaktivieren, wenn zwei der drei Messsignale einen neuen Extremwert nach dem letzten Schaltereignis eingenommen haben.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass andere Regeln durch die Protokollerzeugungseinheit 510 programmiert und implementiert werden können und dass die obigen Regeln nicht einschränkend sein sollen.
  • 7A und 7B stellen ein anderes Beispiel aus drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor erzeugt werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Genauer gesagt können drei Gültigkeitsbereiche bereitgestellt werden (z.B., gültig Max, gültig Schwelle und gültig Min) und die Schaltregeln oben können an die Gültigkeitsbereiche angepasst werden. Die Gültigkeitsbereiche überlappen möglicherweise nicht, wie in 7A, oder können überlappen, wie in 7B.
  • Bei einem Beispiel, nachdem eine Schalt-Ausgabe basierend auf einer abfallenden Flanke auftritt, die das mittlere Messsignal kreuzt, kann der Schaltmechanismus neu in den Bereit-Zustand aktiviert werden, daraufhin, dass das mittlere Messsignal in die Region gültig Min oder gültig Max eintritt.
  • Ferner können die Messsignale als gültig akzeptiert werden, wenn alle drei Gültigkeitsbereiche durchlaufen sind. Wenn zum Beispiel ein Messsignal nicht alle drei Gültigkeitsbereiche über eine spezifizierte Magnetfeldperiode oder eine spezifizierte Zeitdauer durchläuft, kann möglicherweise durch die Sensorschaltung bestimmt werden, dass das Messsignal ungültig ist. Anders ausgedrückt, wenn ein Signal eine gültige Maximal-Schwelle, gültige Minimal-Schwelle oder beide nicht mehr erreicht, kann das Signal als ungültig identifiziert werden. Diese Implementierung kann getrennt von oder in Kombination mit jeglichem anderen, hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um ein ungültiges Messsignal zu identifizieren.
  • Zusätzlich kann jedes Messsignal als gültig bestimmt werden, basierend auf der Beziehung der Amplituden im Hinblick aufeinander. Zum Beispiel kann eines, das wesentlich unter den anderen liegt (z.B., weniger als 75%) als fehlerhaft betrachtet werden. Zusätzlich oder alternativ kann jedes der Messsignale als gültig bestimmt werden, basierend auf einer Relation der daran angelegten Versätze, derart, dass ein Messsignal mit einem Versatz, der einen Schwellenwert überschreitet, als fehlerhaft betrachtet werden kann. Diese Implementierungen können getrennt von oder in Kombination mit jeglichem anderen, hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um ein ungültiges Messsignal zu identifizieren.
  • Wenn ein Messsignal als ungültig identifiziert wird, kann der Sensor auch einen aktuellen Regelsatz modifizieren, um den korrekten Schaltpunkt beizubehalten, abhängig von den Messsignalen, die immer noch verfügbar sind. Somit kann ein Ausweich-Schema (fallback scheme) unter Verwendung modifizierter Ausweich-Regeln in dem Fall implementiert werden, dass ein oder mehrere der Messsignale ungültig werden, zum Beispiel aufgrund eines ausgefallenen Sensorelements, das dem ungültigen Messsignal entspricht.
  • Zusätzlich können eine oder mehrere Sensorpaar-Gruppierungen durch die Sensorschaltung basierend auf einem detektierten fehlerhaften Sensorelement eingestellt werden, um neue Sensorpaare zu definieren und um einen Ausweich-Regelsatz basierend auf der neuen Gruppierungen anzuwenden.
  • Zum Beispiel kann ein aktueller Regelsatz teilweise oder vollständig zu dem Regelsatz verschoben werden, der in Verbindung mit 3A und 3B beschrieben ist, der zwei Sensorelemente verwendet, um ein einzelnes, differentielles Messsignal zu erzeugen.
  • 8A und 8B stellen ein anderes Beispiel aus drei differentiellen Messsignalen dar, die durch einen magnetischen Geschwindigkeitssensor erzeugt werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Genauer gesagt stellen 8A und 8B Szenarien dar, bei denen eines der Messsignale aufgrund eines Ausfalls verloren geht, und ein modifizierter Regelsatz wird durch die Sensorschaltung implementiert, wodurch der aktuelle Regelsatz ersetzt wird. Zum Beispiel kann eine Schaltregel in dem aktuellen Regelsatz durch eine andere Schaltregel ersetzt werden, um den modifizierten Regelsatz zu bilden. Dementsprechend kann die Sensorschaltung autonom ein ausgefallenes Messsignal detektieren, bestimmen, welche verbleibenden Messsignale immer noch gültig sind (oder welche Sensorelemente immer noch betriebsfähig sind) und einen Ausweich-Regelsatz auswählen, der den verbleibenden gültigen Messsignalen (oder noch betriebsfähigen Sensorelementen) entspricht. Somit können mehrere Regelsätze gespeichert werden, wobei jeder Regelsatz einer unterschiedlichen Kombination von betriebsfähigen Sensorelementpaaren oder einer unterschiedlichen Kombination aus gültigen Messsignalen entspricht. Jedem Regelsatz kann auch eine Priorität zugewiesen sein, derart, dass ein Regelsatz mit einer höheren Priorität vor einem Regelsatz mit niedrigerer Priorität implementiert wird, und es kann mehrere Ebenen von Ausweich-Regelsätzen geben, die durch die Sensorschaltung implementiert werden, wenn im Lauf der Zeit ein oder mehrere Ausfälle auftreten.
  • Z.B. geht in 8A das links verschobene Messsignal verloren und kann nicht mehr verwendet werden, um den Schaltmechanismus zu aktivieren. Somit kann ein Ausweich-Regelsatz implementiert werden, bei dem das mittlere Messsignal die Aktivierungsfunktion derart ersetzt, dass der Schaltmechanismus aktiviert wird, wenn das mittlere Messsignal die obere Hystereseschwelle 63 auf einer abfallenden Flanke kreuzt. Die Ausgabe ist immer noch geschaltet und der Schaltmechanismus deaktiviert, wenn das mittlere Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt. Ferner wird der Schaltmechanismus neu in einen Bereit-Zustand aktiviert, wenn das nach rechts verschobene Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt.
  • Alternativ geht in 8B das rechts verschobene Messsignal verloren und kann nicht mehr verwendet werden, um den Schaltmechanismus neu zu aktivieren. Somit kann ein Ausweich-Regelsatz implementiert werden, bei dem das Links-Messsignal immer noch den Schaltmechanismus aktiviert und die Ausgabe immer noch geschaltet ist und der Schaltmechanismus deaktiviert ist, wenn das mittlere Messsignal die Schaltschwelle 62 auf einer abfallenden Flanke kreuzt. Die Kreuzung des mittleren Messsignals an der unteren Hystereseschwelle 61 auf einer abfallenden Flanke aktiviert den Schaltmechanismus neu.
  • Alternativ kann eine Ausweich-Operation umfassen, die Schwellen aktiv zu halten aber sie auf eine Weise auszuwählen, dass sie später erreicht werden als der Nulldurchgang der phasenverschobenen Magnetfeldsensorsignale. Dann warten, was zuerst auftritt, ein phasenverschobenes Nulldurchgangs-Detektionssignal oder eine Kreuzung der Aktivieren- (arm) / Aktivieren- (enable) -Schwelle.
  • In dem Fall, dass das mittlere Messsignal verloren geht und nicht mehr verwendet werden kann, um die Ausgabe zu schalten und den Schaltmechanismus zu deaktivieren, kann die Sensorschaltung kann ausgebildet sein, um einen neuen Schaltpunkt basierend auf einem Durchschnittswert des links verschobenen und rechts verschobenen Messsignals zu bestimmen. Genauer gesagt kann der neue Schaltpunkt durch Bestimmen eines Durchschnittswerts zwischen den verbleibenden zwei Paaren berechnet werden, um einen Schätzwert für die mittlere Position zu erzeugen.
  • Alternativ kann der Schaltpunkt ausgebildet sein, um in eine Richtung (z.B. auf einer ansteigenden oder abfallenden Flanke) mit dem ersten Signal und in die entgegengesetzte Richtung (z.B. auf einer ansteigenden oder abfallenden Flanke) mit dem anderen zu schalten, wobei ein asymmetrisches Signal basierend auf jeglichem der zwei verbleibenden gültigen Signale geliefert wird.
  • Zusätzlich kann die Sensorschaltung ausgebildet sein, um eine Rotationsrichtung des Codierers zu detektieren, durch Detektieren der Rotationsrichtung des Magnetfeldes. Zum Beispiel kann während einer Konfigurationsphase oder einer Startphase die Sensorschaltung eine Reihenfolge der Schwellenkreuzungen der differentiellen Messsignale detektieren. Das links verschobene, mittlere und rechts verschobene Messsignal können eine Schwelle (z.B. die Schaltschwelle) in einer Reihenfolge kreuzen, die in den Figuren oben gezeigt ist (z.B., von links nach rechts), oder können in der umgekehrten Reihenfolge kreuzen (z.B., von rechts nach links) abhängig von der Rotationsrichtung des Codierers. Basierend auf der bestimmten Reihenfolge der Schwellenkreuzungen kann der Sensor die Rotationsrichtung des Codierers bestimmen.
  • Basierend auf der detektierten Rotationsrichtung kann die Sensorschaltung bestimmen, welche Regel(n) oder Regelsatz angewendet werden soll und diese eine oder mehreren Regeln oder den Regelsatz zum Implementieren auswählen. Zum Beispiel können die Regeln innerhalb eines Regelsatzes rotationsrichtungsabhängig sein, aufgrund der Reihenfolge der Schwellenkreuzungen, die durch den Regelsatz verwendet wird. Bei einem beispielhaften Regelsatz kann das links verschobene Messsignal verwendet werden, um den Schaltmechanismus zu aktivieren, das mittlere Messsignal kann verwendet werden, um die Ausgabe zu schalten und den Schaltmechanismus zu deaktivieren, und das rechts verschobene Messsignal kann verwendet werden, um den Schaltmechanismus neu zu aktivieren. Bei einem anderen beispielhaften Regelsatz kann diese Reihenfolge umgekehrt werden, um eine entgegengesetzte Rotationsrichtung zu berücksichtigen. Somit kann ein erster Regelsatz für eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn ausgebildet sein und ein zweiter Regelsatz für eine Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ausgebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder der vorher beschriebenen Regelsätze ein umgekehrtes Gegenstück aufweisen kann.
  • Ferner kann ein Regelsatz für eine volle Operation als ein primärer Regelsatz ausgewählt werden, wenn alle Sensorelemente betriebsfähig sind, und ein anderer Regelsatz kann für eine Ausweich-Operation als ein Ausweich-Regelsatz ausgewählt werden, wenn ein oder mehrere Sensorelemente als fehlerhaft detektiert werden. Dieser Auswahlprozess kann auf der detektierten Rotationsrichtung und der Anzahl von funktionsfähigen Sensorelementen und/oder der Anzahl von funktionsfähigen Paaren aus Sensorelementen basieren.
  • Zusätzlich dazu, wenn das Sensorsignal bestimmt, dass eines oder mehrere der differentiellen Messsignale ungültig sind oder dass eines oder mehrere der Sensorelemente fehlerhaft sind, kann die Sensorschaltung eine Warnmeldung ausgeben (z.B. unterschiedliche Pulslänge, unterschiedlicher Signalpegel oder Warnmeldung in einer Statusmeldung) und die Warnmeldung an ein externes Bauelement ausgeben, das ausgebildet sein kann, um den Fehler einem Benutzer anzuzeigen. Ein Fehler kann auch detektiert werden, wenn die Schwellenkreuzungen der differentiellen Messsignale nicht regelmäßig in der gewünschten Reihenfolge auftreten, und eine Warnmeldung kann ansprechend darauf ausgegeben werden.
  • 9 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 900 zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes (Operation 91). Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen von drei differentiellen Messsignalen unter Verwendung der Messwerte aus der Mehrzahl von Sensorelementen (Operation 93). Das Verfahren umfasst ferner das Detektieren von Kreuzungen an einer oder mehreren Schwellen durch die drei differentiellen Messsignale (Operation 95) und das Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf den detektierten Kreuzungen (Operationen 97).
  • Im Hinblick auf das oben genannte kann das Sensorsystem fortfahren, in einem Ausweich-Modus zu arbeiten, wenn eines der drei Sensorpaare fehlerhaft ist (z.B., bei DC festhängt, kurzgeschlossen ist, eine wesentlich reduzierte Amplitude aufweist). Zum Beispiel kann ein Ausweich-Regelsatz implementiert werden oder ein Schaltpunkt kann um die entworfene Distanz zwischen dem zentralen Punkt der zentrierten und der verschobenen Sensorpaare phasenverschoben werden. Ferner ist eine Phasenverschiebung bekannt und definiert durch eine Distanz zwischen Sensorelementen und nicht durch eine Referenzspannung, wie bei den bestehenden verdeckten Hysteresesystemen. Daher kann das Sensorsystem ohne weiteres auf Systemebene kompensiert werden, wenn ein Fehler detektiert wird, und kann durch eine Warnung angezeigt werden.
  • Wie vorangehend erwähnt wurde, können die obigen Beispiele in jeglicher Kombination verwendet werden, außer es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben. Ferner wird darauf hingewiesen, dass andere Anordnungen von Sensorelementen, andere Typen von Codierern und andere Regelsätze möglich sind, die nicht explizit beschrieben wurden.
  • Während die obigen Ausführungsbeispiele in dem Kontext des Detektierens einer Rad- oder einer Nockenwellen-Geschwindigkeit beschrieben sind, kann der Sensor verwendet werden, um die Rotationsgeschwindigkeit von jeglichem sich drehenden Bauglied oder Objekt zu detektieren, das sinusförmige Schwankungen bei einem Magnetfeld erzeugt, wenn es sich dreht, und das durch einen Sensor erfasst werden kann. Zum Beispiel kann eine Kombination aus einem Eisenrad und einem Back-Bias-Magneten verwendet werden, um ein zeitlich variierendes Magnetfeld zu erzeugen. Alternativ kann ein aktives Codiererrad (ohne einen Backbias-Magneten) verwendet werden, um ein zeitlich variierendes Magnetfeld zu erzeugen.
  • Ferner, während verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist es für Durchschnittsfachleute offensichtlich, dass viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen innerhalb der Tragweite der Erfindung möglich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt sein, außer im Hinblick auf die angehängten Ansprüche und ihre Entsprechungen. Im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen ausgeführt werden (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, etc.) sollen die Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, außer anderweitig angegeben, jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z.B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten exemplarischen Implementierungen der Erfindung ausführt.
  • Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
  • Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch eine Vorrichtung implementiert werden, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
  • Ferner versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte umfassen oder in mehrere Teilschritte aufgeteilt sein. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.

Claims (19)

  1. Ein Magnetsensormodul (6), das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu messen, dessen Größe zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert, das Magnetsensormodul (6) umfassend: einen Magnetsensor umfassend eine Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C), die ausgebildet sind, um Messwerte ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) in ein erstes verschobenes Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C), ein zentrales Paar (L-R; L2-R2) und ein zweites verschobenes Paar (1-R; L-rr; L3-R3; C-R) gruppiert sind; eine Sensorschaltung (500), die ausgebildet ist, um die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) zu empfangen, ein erstes verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem ersten verschobenen Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C) empfangen werden, ein zentrales, differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zentralen Paar (L-R; L2-R2) empfangen werden, und ein zweites verschobenes differentielles Messsignal basierend auf den Messwerten, die von dem zweiten verschobenen Paar (1-R; L-rr; L3-R3; C-R) empfangen werden, zu erzeugen, und ein Ausgangssignal basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen, die zumindest eine Schwelle kreuzen, wobei die zumindest eine Schwelle eine Schaltschwelle (62) umfasst; und die Sensorschaltung (500) einen Schaltmechanismus aufweist, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, und die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, wenn das erste verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu deaktivieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, wenn das zweite verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt.
  2. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 1, wobei: das Magnetsensormodul (6) ein inkrementeller Geschwindigkeitssensor ist, und die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um das Ausgangssignal gemäß einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers zu modulieren, wobei das Kreuzen der zumindest einen Schwelle durch das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentielle Messsignal von einer Rotation des Codierers abhängt.
  3. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: die Sensorschaltung (500) zumindest eine Kalibrierungseinheit umfasst, die ausgebildet ist, um das erste Extrem und das zweite Extrem zu überwachen und die zumindest eine Schwelle basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extrems und des zweiten Extrems einzustellen oder einen Versatz, der auf eines oder mehrere des ersten verschobenen differentiellen Messsignals, des zentralen differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals angewandt wird, basierend auf einem Durchschnittswert des ersten Extrems und des zweiten Extrems einzustellen.
  4. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um das Kreuzen der zumindest einen Schwelle durch das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene differentielle Messsignal basierend auf Abfallende-Flanke-Kreuzungen oder Ansteigende-Flanke-Kreuzungen zu detektieren.
  5. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Schaltmechanismus, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern; und eine Zustandsmaschine, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Schaltregelsätzen anzuwenden, die Kriterien zum Aktivieren, Deaktivieren und Neuaktivieren des Schaltmechanismus und zum Ändern des logischen Werts des Ausgangssignals bereitstellen, wobei die Kriterien auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen differentiellen Messsignal basieren, die die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  6. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 5, wobei: die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um eine Oszillationsrichtung des Magnetfeldes zu detektieren, und die Zustandsmaschine ausgebildet ist, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Regelsätzen zum Steuern des Schaltmechanismus basierend auf der detektierten Oszillationsrichtung anzuwenden.
  7. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei: die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um einen Operationszustand zu detektieren, der einen gültigen Zustand oder einen fehlerhaften Zustand von jedem der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) umfasst, und die Zustandsmaschine ausgebildet ist, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Schaltregelsätzen basierend auf dem Operationszustand von jedem der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) anzuwenden.
  8. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei: die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um eine Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals zu bestimmen, und die Zustandsmaschine ausgebildet ist, um einen Regelsatz aus der Mehrzahl von Schaltregelsätzen basierend auf der Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals anzuwenden.
  9. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 8, wobei: die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um separat zu bestimmen, ob jedes des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals gültig ist, basierend auf dem Kreuzen von drei Schwellen über eine vorbestimmte Zeitperiode.
  10. Das Magnetsensormodul (6) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentielle Messsignal gültig sind, basierend auf einer Relation einer Amplitude von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals im Vergleich zueinander.
  11. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob das erste verschobene, das zentrale und das zweite verschobene, differentiellen Messsignal gültig sind, basierend darauf, ob ein Versatz von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals eine Versatzschwelle überschreitet.
  12. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei: Die Mehrzahl von Schaltregelsätzen einen primären Regelsatz und einen Ausweich-Regelsatz umfasst, und die Zustandsmaschine ausgebildet ist, um den primären Regelsatz zu implementieren, wenn alle der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) normal arbeiten, und um den Ausweich-Regelsatz zu implementieren, wenn zumindest ein Sensorelement der Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) fehlerhaft ist.
  13. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus auf eine Bedingung hin neu zu aktivieren, wenn ein Maximum oder ein Minimum eines Gültigen aus dem ersten verschobenen, dem zentralen oder dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals detektiert wird.
  14. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Sensorschaltung (500) einen Schaltmechanismus aufweist, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, und die zumindest eine Schwelle eine Hystereseschwelle (61, 63) und eine Schaltschwelle (62) umfasst, und die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Hystereseschwelle (61, 63) kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus zu deaktivieren, ansprechend auf das Detektieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, wenn das zweite verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt.
  15. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Sensorschaltung (500) einen Schaltmechanismus aufweist, der ausgebildet ist, um einen logischen Wert des Ausgangssignals basierend auf der Oszillation des Magnetfeldes zu ändern, und die zumindest eine Schwelle eine Hystereseschwelle (61, 63) und eine Schaltschwelle (62) umfasst, und die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren zu aktivieren, wenn das erste verschobene, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, den logischen Wert des Ausgangssignals zu ändern und den Schaltmechanismus zu deaktivieren, ansprechend auf das Detektieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Schaltschwelle (62) kreuzt, und den Schaltmechanismus ansprechend auf das Detektieren neu zu aktivieren, wenn das zentrale, differentielle Messsignal die Hystereseschwelle (61, 63) kreuzt.
  16. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, auf eine Bedingung hin, dass das zentrale, differentielle Messsignal ungültig ist, die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um das Ausgangssignal basierend auf einem interpolieren Mittensignal zu erzeugen, das aus einem Durchschnittswert des ersten und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals erzeugt wird.
  17. Das Magnetsensormodul (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, auf eine Bedingung hin, dass eines des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals ungültig ist, die Sensorschaltung (500) ausgebildet ist, um das Ausgangssignal basierend auf einer asymmetrischen Verschiebung von Gültigen des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen differentiellen Messsignals zu erzeugen.
  18. Ein Verfahren zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit eines Codierers, umfassend: Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) ansprechend auf das Erfassen des Magnetfeldes, wobei die Mehrzahl der Sensorelemente (1, R, L, r; L, rl, rr, R; L1, L2, L3, R1, R2, R3; L, R, C) in ein erstes verschobenes Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C), ein zentrales Paar und ein zweites verschobenes Paar gruppiert ist; Erzeugen eines ersten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das erste verschobene Paar (L-r; L-rl; L1-R1; L-C) erzeugt werden, eines zentralen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das zentrale Paar (L-R; L2-R2) erzeugt werden und eines zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals basierend auf den Messwerten, die durch das zweite verschobene Paar (1-R; L-rr; L3-R3; C-R) erzeugt werden; Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf dem Detektieren des ersten verschobenen, differentiellen Messsignals, des zentralen, differentiellen Messsignals und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals, die zumindest eine Schwelle kreuzen; Bestimmen einer Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals; und Anwenden, basierend auf der Gültigkeit von jedem des ersten verschobenen, des zentralen und des zweiten verschobenen, differentiellen Messsignals, von zumindest einem einer Mehrzahl von Schaltregelsätzen, die Kriterien bereitstellen zum Aktivieren, Deaktivieren und Neuaktivieren eines Schaltmechanismus und zum Ändern eines logischen Werts des Ausgangssignals, wobei die Kriterien auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal basieren, die die zumindest eine Schwelle kreuzen.
  19. Das Verfahren gemäß Anspruch 18, ferner umfassend: Aktivieren, Auslösen, Deaktivieren und Neuaktivieren des Schaltmechanismus basierend auf dem ersten verschobenen, dem zentralen und dem zweiten verschobenen, differentiellen Messsignal, die die zumindest eine Schwelle kreuzen, wobei der Schaltmechanismus ausgebildet ist, um das Ausgangssignal basierend auf dem Auslösen zu modulieren.
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