DE102018115530A1

DE102018115530A1 - Magnetfeldsensor

Info

Publication number: DE102018115530A1
Application number: DE102018115530.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Schmitt
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2019-01-10
Also published as: CN109212439B; JP6773726B2; JP2019020399A; US10739165B2; US20190011287A1; CN109212439A

Abstract

Ein Magnetfeldsensor wird offenbart. Der Magnetfeldsensor weist ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke, auf. Der Magnetfeldsensor weist auch an das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element angrenzend zwei oder mehr Leiter auf. Die zwei oder mehr Leiter können einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/528,872 , mit dem Titel „MAGNETIC FIELD SENSOR“, eingereicht am 5. Juli 2017, und der nicht-vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 15/801,831 , mit dem Titel „MAGNETIC FIELD SENSOR“, eingereicht am 2. November 2017, deren gesamte Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen werden.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung betrifft Elektronik im Allgemeinen. Insbesondere betrifft die Offenbarung Magnetfeldsensoren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Magnetfeldrichtungsdetektoren der hier beschriebenen Art können verwendet werden zum Auflösen der Richtung eines Magnetfelds in einen von einem Paar oder einigen Sektoren. Dies kann nützlich sein zum Auflösen von Mehrdeutigkeit von Winkelpositionssensoren, die Magnete zum Verfolgen der Drehbewegung eines Objekts verwenden. Derartige Objekte können beispielsweise Lenkräder, Nockenwellen, Kurbelwellen, Räder/Reifen, Naben, Rotoren und dergleichen aufweisen. Die Drehinformationen können verwendet werden für Antiblockierbremssysteme, für Traktionskontrolle, Motornockenwellensteuerung, Zünd- und/oder Kraftstoffeinspritzzeiten und dergleichen.
Magnetfeldsensoren können ein Magnetfeld erfassen. Ein Differenz-Magnetfeldsensor kann zum Erfassen eines Stroms verwendet werden. Beispielsweise können zwei magnetfeldempfindliche Elemente auf eine Weise angeordnet sein, dass sie bei homogenen Feldern das gleiche Ausgangssignal und bei Feldgradienten eine Differenzausgabe erzeugen.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Die in den Ansprüchen beschriebenen Innovationen weisen jeweils einige Merkmale auf, von denen kein einzelnes allein für deren erwünschte Eigenschaften verantwortlich ist. Ohne den Schutzumfang der Ansprüche einzuschränken werden nun einige herausragende Merkmale dieser Offenbarung kurz beschrieben.
Bei einem Aspekt ist ein Magnetfeldsensor offenbart. Der Magnetsensor kann ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke, aufweisen. Der Magnetfeldsensor kann auch an das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element angrenzend zwei oder mehr Leiter aufweisen. Die zwei oder mehr Leiter sind dazu ausgebildet, einen Vorstrom (bias current) und einen Kompensationsstrom zu führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzter Richtung fließen.
Bei manchen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor ausgebildet zum Erfassen eines Magnetfelds. Bei manchen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor ausgebildet zum Erfassen eines Differenzmagnetfelds.
Bei manchen Ausführungsformen weisen die zwei oder mehr Leiter einen ersten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Vorstroms, und einen zweiten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Kompensationsstroms, auf. Bei manchen Ausführungsformen sind das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element in einer magnetoresistiven Schicht enthalten und der erste und der zweite Leiter sind auf entgegengesetzten Seiten der magnetoresistiven Schicht angeordnet.
Bei manchen Ausführungsformen weist das erste magnetoresistive Element ein Paar von beabstandeten magnetoresistiven Unterelementen auf zwei Seiten des Magnetfeldsensors auf.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor ferner ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element, die als eine zweite Halbbrücke angeordnet sind, und einen Zweite-Halbbrücke-Kompensationsleiter, der ausgebildet ist zum Führen eines Zweite-Halbbrücke-Kompensationsstroms, aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor auch ein fünftes magnetoresistives Element und ein sechstes magnetoresistives Element, die als eine dritte Halbbrücke angeordnet sind, und einen Dritte-Halbbrücke-Kompensationsleiter, der ausgebildet ist zum Führen eines Dritte-Halbbrücke-Kompensationsstroms, aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor eingerichtet zum Erfassen eines Magnetfelds mit Ausgaben von der Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke, während die dritte Halbbrücke kalibriert wird. Bei manchen Ausführungsformen weisen die zwei oder mehr Leiter einen ersten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Vorstroms, und einen zweiten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Kompensationsstroms, auf. Der erste Leiter und der Zweite-Halbbrücke-Kompensationsleiter sind derart ausgebildet, dass der Vorstrom und der Zweite-Halbbrücke-Kompensationsstrom an das dritte magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Zweite-Halbbrücke-Kompensationsstrom an das vierte magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen. Der erste Leiter und der Dritte-Halbbrücke-Kompensationsleiter sind derart ausgebildet, dass der Vorstrom und der Dritte-Halbbrücke-Kompensationsstrom an das fünfte magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Dritte-Halbbrücke-Kompensationsstrom an das sechste magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Bei manchen Ausführungsformen können die zwei oder mehr Leiter einen ersten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen eines ersten kombinierten Stroms, der eine erste Kombination des Vorstroms und des Kompensationsstroms aufweist, in welcher der Vorstrom und der Kompensationsstrom in derselben Richtung fließen, und einen zweiten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen eines zweiten kombinierten Stroms, der eine zweite Kombination des Vorstroms und des Kompensationsstroms aufweist, in welcher der Vorstrom und der Kompensationsstrom in entgegengesetzten Richtungen fließen, aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen sind die zwei oder mehr Leiter derart angeordnet, dass sowohl der Vorstrom als auch der Kompensationsstrom entlang einer Längsrichtung des ersten magnetoresistiven Elements fließen.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor auch ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element aufweisen. Das erste, das zweite, das dritte und das vierte magnetoresistive Element sind als eine Vollbrücke angeordnet.
Bei manchen Ausführungsformen ist der Kompensationsstrom dazu ausgebildet, einen Versatz einer Ausgabe der Halbbrücke auf nahe null zu bringen. Bei manchen Ausführungsformen ist das erste magnetoresistive Element ein anisotropes magnetoresistives Element. Bei manchen Ausführungsformen basiert der Kompensationsstrom auf einer Ausgabe der Halbbrücke.
Ein anderer Aspekt dieser Offenbarung ist ein Magnetfelderfassungssystem. Das Magnetfelderfassungssystem kann einen Magnetfeldsensor aufweisen. Der Magnetfeldsensor weist ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke, auf. Der Magnetfeldsensor weist ferner zwei oder mehr Leiter auf, die dazu ausgebildet sind, einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom zu führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen. Das Magnetfelderfassungssystem kann auch eine Vorstromerzeugungsschaltung aufweisen, die ausgebildet ist zum Erzeugen des Vorstroms, so dass die Polarität des Vorstroms während des Betriebs umkippt. Das Magnetfelderfassungssystem kann auch eine Kompensationsstromerzeugungsschaltung aufweisen, die ausgebildet ist zum Erzeugen des Kompensationsstroms.
Bei manchen Ausführungsformen des Magnetfelderfassungssystems ist die Kompensationsstromerzeugungsschaltung ausgebildet zum Umkippen der Polarität der Kompensationsschaltung zu Zeiten, die Zeiten entsprechen, zu denen der Vorstrom die Polarität umkippt.
Bei manchen Ausführungsformen kann das Magnetfelderfassungssystem auch eine Kombinationsschaltung aufweisen zum Kombinieren des Vorstroms und des Kompensationsstroms, zum Erzeugen eines kombinierten Stroms und zum Zuführendes kombinierten Stroms zu dem Magnetfeldsensor.
Ein anderer Aspekt dieser Offenbarung ist ein Verfahren des Detektierens eines Magnetfelds. Das Verfahren weist Vorbeaufschlagen (biasing) eines ersten magnetoresistiven Elements und eines zweiten magnetoresistiven Elements einer Halbbrücke mit einem oder mehreren Vorströmen auf, so dass das erste magnetoresistive Element relativ zu dem zweiten magnetoresistiven Element eine entgegengesetzte Feldempfindlichkeit aufweist. Das Verfahren weist auch Anlegen eines Kompensationsstroms zum Durchführen einer Feldkompensation der Halbbrücke zwecks Linearisierung auf. Das Verfahren weist auch, im Zusammenhang mit dem Vorbeaufschlagen und dem Anlegen, Detektieren eines Magnetfelds unter Verwendung der Halbbrücke auf.
Zum Zwecke des Zusammenfassens der Offenbarung wurden hier gewisse Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale von Innovationen beschrieben. Es versteht sich, dass nicht notwendigerweise alle solche Vorteile entsprechend einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden. Somit können die Innovationen auf eine Weise umgesetzt oder ausgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hier gelehrt, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Vorteile, wie sie hier möglicherweise gelehrt oder vorgeschlagen sind, zu erreichen.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden lediglich auf dem Wege nichtbeschränkender Beispiele mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:

1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Magnetfeldrichtungsdetektors;
2 ist eine Ersatzschaltung für den in 1 veranschaulichten Detektor;
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A' von 1;
4 ist ein Vektordiagramm, das die Vektoraddition eines Störmagnetfelds an jedem Magnetowiderstand zu dem Magnetfeld, dessen Richtung gemessen werden soll, zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Bezugssystem zum Messen einer Richtung zwischen einem Magnetfeld und einer Stromflussrichtung in einem Magnetowiderstand zeigt;
6 ist ein Graph, der Variationen des Widerstands als eine Funktion des Winkels des gemessenen Magnetfelds zu einer Stromflussrichtung zeigt
7 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Magnetfeldrichtungsdetektors;
8 ist eine Draufsicht auf einen Leiter, der als ein Störgenerator fungiert, für einen eine Ausführungsform darstellenden Quadrantendetektor;
9 ist eine Draufsicht auf den Störgenerator von 8, überlagert mit der Position von Magnetowiderständen und deren diagrammatischen Verschaltungen;
10 ist ein Diagramm, das die Richtungen von Störmagnetfeldern an den Magnetowiderständen von 9 schematisch veranschaulicht;
11 ist ein Diagramm, das für jeden Quadranten, von dem ein Magnetfeld ausgeht, die Ausgabe der zwei Richtungsdetektoren zeigt;
12 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform und veranschaulicht die relativen Richtungen eines störenden magnetischen Flusses;
13 ist ein Diagramm, das Richtungsunsicherheit an einem magnetoresistiven Sensor in einem Magnetwinkelrichtungsdetektor repräsentiert;
14 veranschaulicht schematisch einen anisotrop-magnetoresistiven Brücken-Magnetwinkel sensor;
15 veranschaulicht schematisch einen Zwei-Brücken-Magnetwinkelpositionssensor;
16 ist ein Graph, der Ausgangsspannung gegen Winkel über jeder Brücke eines Zwei-Brücken-Magnetwinkelpositionssensors repräsentiert;
17 ist ein Graph, der die monotone Ausgabe eines Zwei-Brücken-Magnetwinkelsensors über einen begrenzten Winkelbereich, nachdem Signalverarbeitung vorgenommen wurde, zeigt;
18 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausgestaltung eines Störgenerators;
19 ist ein Schaltbild für eine Ausführungsform eines einen einzelnen Magnetowiderstand verwendenden Magnetfeldrichtungsdetektors;
20 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Magnetfeldsensors.
21 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Differenz-Magnetfeldsensors;
22 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetfeldsensors gemäß einer Ausführungsform.
23 veranschaulicht einen Voreinstellungsleiter des Magnetfeldsensors von 22 während eines Herstellungsschritts.
24 veranschaulicht über einem Voreinstellungsleiter ausgebildete magnetoresistive Elemente.
25 veranschaulicht eine die über dem Voreinstellungsleiter ausgebildeten magnetoresistiven Elemente verbindende Metallisierungsschicht.
26 veranschaulicht einen über Teilen des Voreinstellungsleiters, der magnetoresistiven Elemente und der Metallisierungsschicht ausgebildeten Kompensationsleiter.
27 ist ein schematisches Diagramm eines Differenz-Magnetfeldsensors gemäß einer Ausführungsform.
28 ist ein schematisches Diagramm eines Differenz-Magnetfeldsensors gemäß einer anderen Ausführungsform.
29 ist ein schematisches Diagramm eines Differenz-Magnetfeldsensors mit drei Halbbrücken und drei Ausgängen gemäß einer Ausführungsform.
30A ist ein Graph, der einen ein externes Magnetfeld repräsentierenden Strom mit einer sinusförmigen Kurve eines Differenz-Magnetsensors von 29 auf der Vertikalachse und Zeit auf der Horizontalachse zeigt.
30B ist ein Graph, der einen ersten Vorstrom in einem ersten Voreinstellungsleiter des Differenz-Magnetsensors auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt.
30C ist ein Graph, der einen ersten Vorstrom in einem zweiten Voreinstellungsleiter des Differenz-Magnetsensors auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt.
30D ist ein Graph, der einen ersten Vorstrom in einem dritten Voreinstellungsleiter des Differenz-Magnetsensors auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt.
31A ist ein Graph, der eine Differenz von Strömen an einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang des Differenz-Magnetfeldsensors von 29 über der Zeit zeigt.
31B ist ein Graph, der eine Differenz von Strömen an dem zweiten Ausgang und einem dritten Ausgang des Differenz-Magnetfeldsensors von 29 über der Zeit zeigt.
31C ist ein Graph, der eine Differenz von Strömen an dem dritten Ausgang und dem ersten Ausgang des Differenz-Magnetfeldsensors von 29 über der Zeit zeigt.
32A ist ein Zeitablaufdiagramm, das Zeitabläufe für Kalibrierung in dem Differenz-Magnetfeldsensor von 29 zeigt.
32B ist ein Zeitablaufdiagramm, das für Kalibrierung in dem Differenz-Magnetfeldsensor von 29 verwendete Signale zeigt.
32C zeigt eine Ausgangsspannung eines Erfassungssystems, das den Magnetfeldsensor von 29 aufweist.
33 ist ein schematisches Diagramm eines Differenz-Magnetfeldsensors, der kombinierte Voreinstellungs- und Kompensationsleiter aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
34 ist ein schematisches Diagramm eines Magnetfelderfassungssystems gemäß einer Ausführungsform.
35 ist ein schematisches Diagramm eines Magnetfelderfassungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform.
36 zeigt ein Strommesssystem nach einer Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Verschiedene Aspekte der neuartigen Systeme, Einrichtungen und Verfahren sind nachfolgend vollständiger mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Aspekte dieser Offenbarung können allerdings in vielen verschiedenen Formen umgesetzt sein und sollten nicht auf eine durchweg in dieser Offenbarung präsentierte spezifische Struktur oder Funktion beschränkt angesehen werden. Vielmehr sind diese Aspekte bereitgestellt, damit diese Offenbarung genau und vollständig ist und einem Fachmann den Schutzumfang der Offenbarung vollständig vermittelt. Auf Grundlage der Lehren hierin versteht ein Fachmann, dass der Schutzumfang der Offenbarung dafür beabsichtigt ist, jeglichen Aspekt der hier offenbarten neuartigen Systeme, Einrichtungen und Verfahren abzudecken, ob unabhängig implementiert von oder kombiniert mit einem beliebigen anderen Aspekt. Beispielsweise kann eine Einrichtung implementiert werden oder ein Verfahren kann ausgeübt werden, indem eine beliebige Anzahl der hier dargelegten Aspekte verwendet wird. Zusätzlich ist der Schutzumfang dafür gedacht, eine solche Einrichtung oder ein solches Verfahren, welches unter Verwendung einer anderen Struktur, Funktionalität oder einer Struktur und Funktionalität zusätzlich zu anderen als den verschiedenen hier dargelegten Aspekten ausgeübt wird, einzuschließen. Es versteht sich, dass jeglicher hier offenbarte Aspekt durch ein oder mehr Elemente eines Anspruchs umgesetzt sein kann.
Obwohl hier bestimmte Aspekte beschrieben sind, fallen viele Variationen und Permutationen dieser Aspekte in den Schutzumfang der Offenbarung. Obwohl manche Nutzen und Vorteile der bevorzugten Aspekte erwähnt sind, ist nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang auf bestimmte Nutzen, Verwendungen oder Ziele beschränkt sein soll. Vielmehr sind Aspekte der Offenbarung dafür beabsichtigt, weithin auf verschiedene Systeme und Technologien anwendbar zu sein, von denen manche auf beispielhaftem Wege in den Figuren und in der folgenden Beschreibung der bevorzugten Aspekte veranschaulicht sind. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind eher die Offenbarung veranschaulichend als beschränkend, wobei der Schutzumfang der Offenbarung durch die angehängten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
In dieser Beschreibung wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen. Es versteht sich, dass die in den Figuren veranschaulichten Elemente nicht unbedingt maßstabsgerecht sind. Darüber hinaus versteht sich, dass gewisse Ausführungsformen mehr Elemente aufweisen können als in einer Zeichnung und/oder einer Untermenge der in der Zeichnung veranschaulichten Elemente veranschaulicht ist. Ferner können manche Ausführungsformen jegliche geeignete Kombination aus zwei oder mehr Zeichnungen einschließen.
1 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines Magnetfeldrichtungsdetektors. Der Magnetfeldrichtungsdetektor 10 weist einen ersten bis vierten Magnetowiderstand 12, 14, 16 und 18 mit jeweiligen Widerständen R1 bis R4 auf. Der erste und der zweite Magnetowiderstand 12 und 14 sind in Reihe zwischen einen ersten Referenzknoten 20 und einen zweiten Referenzknoten 22 geschaltet. Zweckmäßigerweise kann der erste Referenzknoten 20 im Gebrauch geschaltet sein, eine erste Referenzspannung Vref+ zu erhalten, und der zweite Referenzknoten kann eine zweite Referenz Vref- erhalten. Diese Spannungen können vorteilhafterweise durch stabilisierte Spannungsreferenzen bereitgestellt werden. Unter Bedingungen, bei denen die Referenzspannungen Vref+ und Vref- gut kontrolliert sind, muss dann ein Richtungsdetektor nur einen des ersten und des zweiten Magnetowiderstands 12 und 14 aufweisen. Allerdings ist es für größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsvariation, Detektortemperaturdrift und für erhöhte Empfindlichkeit von Vorteil, den dritten und den vierten Widerstand 16 und 18 vorzusehen, um somit eine Brückenausgestaltung auszubilden, wie in 2 gezeigt ist.
Mit Bezug auf 2 wird die Brücke durch Verbinden eines ersten Endes des ersten Magnetowiderstands 12 mit dem ersten Referenzknoten 20 und eines zweiten Endes mit einem ersten Ausgangsknoten 30 und mit einem ersten Ende des zweiten Magnetowiderstands 14 ausgebildet. Ein zweites Ende des zweiten Magnetowiderstands 14 ist mit dem zweiten Spannungsreferenzknoten 22 verbunden.
Gleichermaßen ist ein erstes Ende des vierten Widerstands 18 mit dem ersten Referenzknoten 20 verbunden. Ein zweites Ende des vierten Widerstands ist mit einem zweiten Ausgangsknoten 32 und einem ersten Ende des dritten Magnetowiderstands 16 verbunden. Ein zweites Ende des dritten Magnetowiderstands 16 ist mit dem zweiten Referenzknoten 22 verbunden.
Im Gebrauch können die Ausgangsspannungen an dem ersten und dem zweiten Ausgangsknoten miteinander verglichen werden, um zu bestimmen, ob das Magnetfeld eine Komponente aufweist, die in einer ersten Richtung, gekennzeichnet durch den Pfeil 40 (1), oder einer zweiten Richtung 42, der ersten Richtung 40 entgegengesetzt, liegt. Somit reagiert der Sensor auf die Richtung eines Magnetfelds bezüglich einer Detektionsachse 44 und wirkt zum Bestimmen, ob das Magnetfeld eine Feldkomponente von einer ersten Seite oder einer zweiten Seite der Detektionsachse aufweist. Der Vergleich kann durch einen Komparator oder einen Differenzverstärker 34 durchgeführt werden.
Der erste bis vierte Magnetowiderstand 12 bis 18 sind in einer ersten Ebene angeordnet, die gegenüber einer zweiten Ebene versetzt ist, welche einen Störgenerator zum Stören des Magnetfelds an den Magnetowiderständen trägt. Der Störgenerator kann ein magnetisiertes Materialstück sein, um somit ein permanentes Feld zu erzeugen. Allerdings ist es im Zusammenhang mit integrierten Schaltungen häufig zweckmäßiger, einen elektrischen Strom zu verwenden, der in einem Leiter fließt, um die Störung zu erzeugen. Dies weist den Vorteil auf, dass die Stärke und Richtung der Störung durch die Treiberschaltung geändert werden können. Dies ist von Nutzen, wenn die Empfindlichkeit des Magnetfeldrichtungsdetektors bestimmt wird oder wenn Schritte zum Verbessern einer Signalverarbeitung durchgeführt werden, wie etwa Autonullabgleichhandlungen, um Versätze, die in mit den Ausgangsanschlüssen 30 und 32 verbundenen Verstärkern oder Komparatoren auftreten, zu messen und/oder zu kompensieren.
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A' von 1, und zeigt den ersten und den zweiten Magnetowiderstand 12 bzw. 14 und den durch ein leitendes Element ausgebildeten Störgenerator 50. Das leitende Element ist über einem Substrat, wie etwa einem Siliciumsubstrat 52 oder einer Schicht eines Isolators, wie etwa Polyamid über einem Siliciumsubstrat ausgebildet. Das leitende Element ist selbst durch einen Isolator 54, wie etwa Polyamid, umgeben und innerhalb von diesem eingebettet. Der Isolator 54 kann, während der Herstellung des Magnetfeldrichtungsdetektors, planarisiert werden, um somit eine planare Oberfläche 56 auszubilden, über welcher die Magnetowiderstände 12 und 14 abgeschieden werden. Die Widerstände werden dann in eine Schutzschicht 58 eingeschlossen, um sie vor Umweltbeschädigung zu schützen.
Diese Schritte sind für den Fachmann der Bauelementherstellung von konventioneller Natur und müssen hier nicht beschrieben werden. Man sieht, dass sie mit den wie in 3 gezeigt positionierten Magnetowiderständen, aufgrund eines in dem Leiter des Störgenerators 50 fließenden Stroms, einem magnetischen Fluss ausgesetzt werden.
Zurück zu 1, wo beobachtet werden kann, dass der Störgenerator 50 einen gefalteten Pfad aufweist, so dass, wenn der unter dem ersten Magnetowiderstand 12 fließende Strom eine erste Richtung (sagen wir aufwärts, wie in 1 gezeigt ist, und in die Ebene der Seite von 3) aufweist, der unter dem zweiten Magnetowiderstand 14 fließende Strom in einer Gegenrichtung fließt (die Seite von 1 runter und aus der Ebene von 3 hinaus). Somit treten verschiedene Störmagnetfelder an dem ersten Magnetowiderstand 12 und dem zweiten Magnetowiderstand 14 auf, wenn der Störgenerator 50 einen Strom führt.
Exakt derselbe Effekt tritt auch an dem dritten und dem vierten Widerstand 16 bzw. 18 auf.
4 zeigt schematisch die Vektoraddition des Störmagnetfelds mit einem externen Magnetfeld, das eine Stärke und eine durch den Vektor „H“ veranschaulichte Richtung aufweist. Die Störung von jedem Magnetowiderstand wird durch den Vektor H_p repräsentiert. In jedem Fall wurde die Stärke von H_p als für jeden Magnetowiderstand die gleiche gezeigt, wobei aber die Richtung für den ersten und den dritten Magnetowiderstand der für den zweiten und den vierten Magnetowiderstand entgegengesetzt ist.
Die resultierende Vektorsumme ist für jeden Widerstand 12, 14, 16 und 18 als „M“ bezeichnet, und man kann sehen, dass sich die Richtung des resultierenden Felds M₁ für den ersten Widerstand 12 um einen ersten Winkel θ₁ geändert hat, der von dem des resultierenden Felds M₂ für den zweiten Magnetowiderstand 14, welcher sich um einen zweiten Winkel θ₂ geändert hat, abweicht. Auch kann sich die Größe der Vektorsummen M₁ und M₂ unterscheiden.
Die Änderung der Magnetfeldrichtung und -stärke beeinflusst jeweils die Widerstände R1 bis R4 des ersten bis vierten Magnetowiderstands 12, 14, 16 und 18, und jede Vektorsumme ist um einen jeweiligen Winkel θ₁ bis θ₄ mit Bezug auf H gedreht.
5 veranschaulicht ein Bezugssystem, das den Winkel φ zwischen der Stromflussrichtung in einem länglichen und linearen Magnetowiderstand 60, und einem Magnetowiderstand-Magnetisierungsvektor M, der sich aus einem Umgebungsmagnetfeld H ergibt, definiert, und 6 ist ein Graph, der zeigt, wie der spezifische Volumenwiderstand ρ des Magnetowiderstands mit φ variiert. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein ausreichend großes Magnetfeld H den Magnetisierungsvektor M veranlasst, sich an H auszurichten. Dies ist der in Winkelfeldsensoren verwendete Betriebsmodus.
Die bemerkenswerten Merkmale sind, dass ρ (rho) bei ±90° minimal ist und dass die Antwort um ±90° symmetrisch ist. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden zum Erhöhen der effektiven Länge des Magnetowiderstands und somit zum Erhöhen der Empfindlichkeit, indem zugelassen wird, dass ein magnetoresistiver Sensor aus magnetoresistiven Elementen mit entgegengesetzten Stromflussrichtungen ausgebildet wird, wie später erörtert wird.
Anhand eines Vergleichs von 4 und 6 ist es offensichtlich, dass der Widerstand R1 des ersten Magnetowiderstands 12 in einem anderen Ausmaß als R2 des zweiten Magnetowiderstands 14 verändert wird. In dem in 4 veranschaulichten Beispiel liegt M₂ bei einem größeren Winkel ρ (rho) als M₁ und somit gilt R2 < R1, bei Annahme von R1 = R2 in Abwesenheit jeglichen Magnetfelds. Gleichermaßen gilt R4 < R3. Daher ist für diese Widerstände in einer wie in 2 gezeigten Brückenausgestaltung Vout₂ > Vout₁, wenn das Magnetfeld eine Komponente in der ersten Richtung 40 aufweist, wohingegen Vout₂ < Vout₁ gilt, wenn das Magnetfeld eine Komponente in der zweiten Richtung 42 aufweist.
Die Stärke der magnetoresistiven Antwort kann durch Verwendung von Widerständen verbessert werden, die im Vergleich zu deren „Breite“ eine erhöhte „Länge“ aufweisen. Dies kann erreicht werden durch Ausbilden von Mäander- oder Serpentinenmustern in dem die Magnetowiderstände ausbildenden Material oder durch Ausbilden jedes Magnetowiderstands aus einigen in Reihe verbundenen Streifen oder Elementen aus magnetoresistivem Material. Die Streifen oder Elemente aus magnetoresistivem Material können parallel zueinander abgeschieden werden.
7 zeigt in vereinfachter Form einen Magnetfeldrichtungsdetektor, bei dem jeder Magnetowiderstand nun mehrere verschaltete magnetoresistive Elemente umfasst. Im Vergleich von 7 mit 1 weist der erste Magnetowiderstand 12 nun zwei magnetoresistive Elemente 12-1 und 12-2 auf, welche mittels einer metallischen Verbindungsstrecke 71 zusammengeschaltet sind, welche über dem magnetoresistiven Material ausgebildet sein kann, oder in einer Schicht zwischen dem Leiter des Störgenerators 50 und den magnetoresistiven Elementen ausgebildet sein kann oder Teil des magnetoresistiven Materials sein kann.
Die anderen Magnetowiderstände sind gleichermaßen durch die magnetoresistiven Elemente 14-1, 14-2; 16-1, 16-2; 18-1 und 18-2 ausgebildet.
Obgleich der Stromfluss innerhalb des magnetoresistiven Elements 12-2 im Vergleich mit dem Stromfluss im Element 12-1 in entgegengesetzten Richtungen verläuft, bedeutet die Symmetrie der Widerstandscharakteristik um die 90°-Richtung herum, dass die Antwort der zwei Elemente identisch ist. Jeder Magnetowiderstand 12, 14, 16 und 18 kann aus mehreren magnetoresistiven Elementen erstellt werden, z. B. zwei, drei, vier, fünf und so weiter. Der Widerstand und somit die Widerstandsänderung skaliert mit der Anzahl resistiver Elemente.
Die resistiven Elemente wurden als lineare Elemente gezeichnet, da dies sowohl die einfachste Ausgestaltung ist als auch als die wahrscheinlichste angenommen wird, wobei allerdings alle Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht derart beschränkt sind. Selbst wenn das externe Magnetfeld über die räumliche Ausdehnung des Richtungsdetektors hinweg als von im Wesentlichen linearer Richtung erwartet wird, können die diese ausbildenden Magnetowiderstände und magnetoresistiven Elemente andere Geometrien annehmen, wie etwa bogenförmig oder zickzack. Dies kann das Packen des Magnetfeldrichtungsdetektors auf einen andere Bauteile enthaltenden Die verbessern.
Zwei Magnetfeldrichtungsdetektoren können zum Ausbilden eines Quadrantendetektors verwendet werden, was nun beschrieben wird.
8 zeigt den Pfad eines gemeinsam genutzten Störgenerators, der einen einzelnen Leiterstörgenerator 50 zum Erzeugen der magnetischen Störung in einem ersten Richtungsdetektor 100, aufweisend eine Detektionsachse entlang der Richtung des Pfeils 102, und einem zweiten Richtungsdetektor 104, aufweisend eine Detektionsachse entlang der Richtung des Pfeils 106, aufweist. Somit können die Stärke und die Richtung des Störfelds in beiden Magnetfeldrichtungsdetektoren simultan gesteuert werden. 9 ist 8 ähnlich, zeigt allerdings auch schematisch die Positionen des ersten bis vierten Magnetowiderstands in jedem Richtungsdetektor 100 und 104 an (die Magnetowiderstände können aus mehreren magnetoresistiven Elementen erstellt sein, wie unter Bezug auf 7 beschrieben wurde).
Ein nicht gezeigter Komparator kann mit dem ersten und dem zweiten Ausgang des ersten Richtungsdetektors 100 verbunden sein, um V₁₁ mit Bezug auf V₁₂ zu vergleichen. Gleichermaßen kann ein mit den Ausgängen der zweiten Brücke 104 verbundener Komparator V₂₁ mit Bezug auf V₂₂ vergleichen.
10 zeigt die Richtungen der Störmagnetfelder, wenn der Leiter des Störgenerators 50 wie gezeigt energetisiert wird und unterhalb des Magnetowiderstands von 9 vergraben ist.
Es wird möglich, die relativen Stärken von V₁₁ und V₁₂ und V₂₁ und V₂₂ abzubilden, wenn das Magnetfeld in der in 11 veranschaulichten x - y-Ebene von links nach rechts oder rechts nach links fortschreitet, wobei die Detektionsachsen 102 und 106 derart veranschaulicht sind, dass sie der in 10 gezeigten Richtung entsprechen.
Somit ist die Auswirkung der Störung auf ein von links nach rechts fortschreitendes Feld V₁₁ > V₁₂ zu machen.
Der zweite Richtungsdetektor prüft, um herauszufinden, ob das Feld in dem in 11 gezeigten Koordinatensystem aufwärts oder abwärts fortschreitet. Falls das Feld aufwärts fortschreitet, ist V₂₁ > V₂₂.
Falls die Komparatoren derart angeordnet sind, dass V₁₁ > V₁₂ = 1, V₁₁ < V₁₂ = 0; V₂₁ > V₂₂ = 1 und V₂₁ < V₂₂ = 0 gilt, dann kann die Richtung des Magnetfelds als ein Zwei-Bit-Wort repräsentiert werden, was ebenfalls in 11 gezeigt ist.
Somit wird in diesem Beispiel ein von dem Ursprung ausgehendes in der 0°- bis 90°-Richtung fortschreitendes Magnetfeld durch 1,1 repräsentiert. In der 90°- bis 180°-Richtung wird es durch 1,0 repräsentiert und so weiter. Die Vorzeichen der Komparatorausgänge können gewechselt werden, indem die Eingangsverbindungen auf V₁₁ und V₁₂ und auf V₂₁ und V₂₂ und/oder durch Umkehren der Polarität des in dem Störgenerator 50 fließenden Stroms abgeändert werden (8, 9 und 10).
Es ist offensichtlich, dass zwei um 45° versetzte Quadrantendetektoren verwendet werden können, um die innerhalb eines ⅛ eines Vollkreises darstellenden Sektors fallende Richtung eines Magnetfelds zu bestimmen. Mit einer Modifikation kann ein Detektor auch für Magnetfeldrichtungen senkrecht zu der Ebene, in welcher die Magnetowiderstände ausgebildet sind, empfindlich sein. Eine derartige Anordnung ist in 12 schematisch dargestellt.
Wie in 12 gezeigt ist, ist ein Leiter 150 über einem Substrat 152 ausgebildet und innerhalb eines Isolators 154 eingebettet. Ein erster und ein zweiter Magnetowiderstand 160 und 162 (entsprechend den Magnetowiderständen 12 und 14 von 1) sind über der Schicht 154 ausgebildet und auf beiden Seiten des Leiters 150 seitlich verschoben.
Die Linien des magnetischen Flusses 156 vom Stromfluss in dem Leiter 150 (herkömmliche Stromflussrichtung in die Ebene von 12) sind dargestellt. Das Störfeld weist am Magnetowiderstand 160 eine Aufwärtskomponente und am Magnetowiderstand 162 eine Abwärtskomponente auf. Dies ermöglicht, dass Erfassen in der Richtung senkrecht zu der Ebene der die Magnetowiderstände tragenden integrierten Schaltung auftritt. Eine derartige Anordnung steht möglicherweise im Wettbewerb mit Formanisotropie des Magnetowiderstands, die daraus resultiert, dass das Material in der Z-Richtung dünn ist. Als ein Ergebnis dieser Anisotropie kann die Empfindlichkeit dieser Ausführungsform beschränkt sein, so dass es das Vorhandensein eines starken Magnetfelds benötigt und/oder die Magnetowiderstände müssen mit zusätzlicher Dicke in der Z-Richtung ausgebildet werden.
Der Quadrantendetektor kann verwendet werden zum Erweitern der Ausgabe von den Magnetfeldrichtungsdetektoren unter Verwendung von anisotropem Magnetowiderstand. Solche Sensoren werden ebenfalls aus Streifen von Magnetowiderstände ausbildendem magnetoresistiven Material erstellt, weisen aber keinen Störgenerator auf. Um die Grenzen von AMR-Elementen als Drehdetektoren zu verstehen, wenn beispielsweise ein Stabmagnet auf einer Welle getragen wird, um somit die Winkeldrehung einer Welle zu messen, möge man 13 betrachten, welche die Daten von 6 repräsentiert, aber verdeutlicht, dass es vier Richtungen der Magnetfeldrichtung M bezogen auf eine Längsachse eines Magnetowiderstands gibt, die identische Resistivitäten und somit identische Widerstände ergeben.
Diese Winkelmehrdeutigkeit bleibt unverändert, wenn die Magnetowiderstände in einem Brückenarray der in 14 schematisch veranschaulichten Art platziert werden. Hierbei sind magnetoresistive Elemente parallel zueinander in vier Blöcken ausgelegt, um eine Widerstandsbrücke zu bilden. Somit bilden die sieben innerhalb der Region 180 enthaltenen magnetoresistiven Elemente einen einzigen Magnetowiderstand. Die Regionen 182, 184 und 186 bilden andere Magnetowiderstände aus, welche dann in einer Brückenausgestaltung platziert werden, so dass die Magnetowiderstände 180 und 186 zusammenwirken, um ein Gliedmaß der Brücke auszubilden, und die Magnetowiderstände 182 und 184 zusammenwirken, um das andere Gliedmaß der Brücke auszubilden.
In bekannten Winkelpositionssensoren ist es bekannt, zwei magnetoresistive Brückenausgestaltungen 190 und 192 auszubilden, wobei eine Brücke relativ zu der anderen Brücke um 45° gedreht ist, wie in 15 gezeigt ist. Für jede Brücke kann ein Ausgangssignal Vout = Vout-a - Vout-b ausgebildet werden. Diese Antworten für die erste Brücke 190 und die zweite Brücke 192 sind in 16 als Vout_bridge1 bzw. Vout_bridge2 veranschaulicht.
Die Ausgabe von den Brücken kann wie unten in Gl. 1 gezeigt ist kombiniert werden. $Output angle = 0.5 arctan2 (Vout_bridge1, Vout_bridge2)$
Die Ausgabe ist in 17 gezeigt und ist im Bereich -90° < X < 90° monoton, wobei X die Richtung des Magnetfelds relativ zu einer Erfassungsachse der ersten Brücke 190 repräsentiert. Somit besteht weiterhin eine Mehrdeutigkeit, beispielsweise zwischen -45° und +135°. Allerdings kann durch Einbezug eines Quadrantendetektors, wie hier beschrieben, die Winkelungewissheit aufgelöst und eine unzweideutige Ausgabe gegeben werden.
Wie zuvor angemerkt müssen die Elemente des Quadrantendetektors oder die einzelnen, diesen ausbildenden Richtungsdetektoren nicht gerade oder lineare Elemente sein. Gleichermaßen müssen die Einzelwiderstände eines Detektors nicht nebeneinander platziert sein, sondern können über ein Substrat verstreut sein, um eine größere Packungsdichte zu erreichen. Gleichermaßen muss der zum Ausbilden der magnetischen Störung verwendete Leiter nicht dem hier zuvor offenbarten Pfad folgen und kann beispielsweise in einem Spiralpfad ausgebildet werden.
18 zeigt einen modifizierten Magnetfelddetektor, bei dem jeder der Magnetowiderstände aus mehreren über jeweiligen Abschnitten des Störgenerators ausgebildeten magnetoresistiven Elementen ausgebildet ist. Im Vergleich von 18 mit 1 ist der erste Widerstand 12 von 1 nun aus vier magnetoresistiven Elementen 200.1 bis 200.4 zusammengesetzt. Die magnetoresistiven Elemente 200.1 bis 200.4 sind gegeneinander geneigt, um somit über einem Zick-Zack-Störgenerator ein Zick-Zack-Muster aufzuweisen. Die anderen Magnetowiderstände sind ähnlich ausgebildet.
Der Störleiter muss nicht permanent energetisiert sein. Ein Winkelpositionssensor sollte in der Lage sein, eine laufende Schätzung einer Winkelposition zu halten, so dass es ausreichend ist, den Quadrantendetektor, oder tatsächlich nur einen Richtungsdetektor, bei Initialisierung und/oder periodisch für Prüfzwecke, hochzufahren.
19 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Anzahl von Magnetowiderständen verringert wurde, in diesem Beispiel auf einen einzigen Widerstand 210, der unmittelbar neben einem Störgenerator 50 platziert ist, welcher durch eine steuerbare Stromsenke 214 (oder Stromquelle) selektiv energetisiert werden kann. Der Strom durch den Magnetowiderstand kann auch, wie gezeigt, durch eine Stromsenke 220 oder durch eine Stromquelle gesteuert werden. Bei Anwesenheit eines Magnetfelds, das eine Komponente quer zu einer Erfassungs- oder Detektionsrichtung des Widerstands 210 aufweist, veranlasst Energetisieren des Störgenerators in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfelds, dass der Widerstand des Widerstands 210 entweder abnimmt oder zunimmt. Dies veranlasst, dass sich die Spannung am Knoten 222 ändert. Falls diese Änderung überwacht werden kann, kann dann die Richtung des Magnetfelds geschätzt werden. 19 zeigt eine Schaltung, die zum Überwachen der Spannungsänderung am Knoten 222 in der Lage ist. Ein Kondensator 224 weist einen mit einem nicht-invertierenden Anschluss eines Operationsverstärkers 226 verbundenen ersten Anschluss auf. Ein zweiter Anschluss des Kondensators ist mit einer lokalen Masse oder mit einer Versorgungsleitung 228 verbunden. Ein elektrisch gesteuerter Schalter 230, beispielsweise durch einen FET ausgebildet, ist bereitgestellt, um den ersten Anschluss des Kondensators 224 mit Knoten 222 zu verbinden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 226 ist mit dem Knoten 222 durch einen Widerstand und auch mit dem Ausgang des Verstärkers 226 durch einen Widerstand 234 verbunden. Die Widerstände bewirken, dass die Verstärkung des Verstärkers 226 definiert wird.
Wenn der Schalter 230 geschlossen wird, kann sich der Kondensator auf die Spannung vom Knoten 222 aufladen. Während dieser Zeit kann die Stromsenke 214 entenergetisiert werden, so dass kein Strom in den Störgenerator 50 fließt. Wenn gewünscht wird, die Richtung des Magnetfelds zu prüfen, wird der Schalter 230 geöffnet, so dass die Spannung am Knoten 222 an dem Kondensator 224 gehalten wird. Der Störgenerator wird dann energetisiert, was bewirkt, dass sich der Widerstand 210 ändert und dass sich folglich die Spannung am Knoten 222 ändert. Diese neue Spannung wird dem invertierenden Eingang zugeführt, wo sie durch den Verstärker 226 mit dem unmittelbar vorhergegangenen Wert verglichen wird, und das Vorzeichen des Verstärkerausgangs zeigt die Richtung des Magnetfelds an. Der Verstärker 226 kann durch einen Komparator ersetzt und es kann auf verteilte Widerstände 232 und 234 verzichtet werden und der invertierende Eingang des Komparators kann direkt mit dem Knoten 222 verbunden werden.
Der Richtungsdetektor ist für Integration in eine integrierte Schaltung geeignet, die Winkelpositionssensoren enthält, und in manchen Fällen kann dieselbe AMR-Brücke verwendet werden, um einen Teil eines Winkelrichtungsdetektors und des Richtungsdetektors, d. h. Halbkugel- oder Quadrantendetektor der vorliegenden Offenbarung, auszubilden.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Magnetfelddetektion, aufweisend einen magnetoresistiven Sensor und einen Leiter oder Störgenerator, der Auflösung von Richtungsunsicherheit eines externen Magnetfelds ermöglicht, sind in der U.S. Anm. Nr. 13/655,059 („'059-Anmeldung“) mit dem Titel „MAGNETIC FIELD DIRECTION DETECTOR“ offenbart, deren Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Wie in der '059-Anmeldung offenbart, können magnetoresistive Sensoren einen begleitenden Störgenerator in einer isolierten Schicht unter oder über der die magnetoresistiven Sensoren enthaltenden Schicht aufweisen und der Störgenerator kann ausgebildet sein, Ströme in verschiedenen Richtungen nahe verschiedenen Streifen des magnetoresistiven Sensors zu leiten. Der wie in der '059-Anmeldung offenbart implementierte Störgenerator ermöglicht eine Bestimmung davon, in welchem Quadranten sich die Richtung oder der Winkel eines externen Magnetfelds befindet, auf Grundlage der Ausgabewerte der verschiedenen durch den Leiter gestörten Streifen. Wie ebenfalls in der '059-Anmeldung erörtert, kann der den Störgenerator aufweisende Richtungsdetektor mit in einer Brückenausgestaltung ausgebildeten magnetoresistiven Sensoren implementiert sein. In derartigen Beispielen ist ein erster Satz von magnetoresistiven Streifen in einer Richtung, aufweisend eine erste Detektionsachse, bereitgestellt und ein zweiter Satz von magnetoresistiven Streifen ist in einer anderen Richtung bereitgestellt, aufweisend eine zweite Detektionsachse, wobei die erste und die zweite Richtung ungefähr senkrecht zueinander sein können. Der erste und der zweite Satz von magnetoresistiven Streifen kann als Sinusbrückenwiderstände bzw. Kosinusbrückenwiderstände bezeichnet werden.
Magnetsensoren, wie etwa anisotrop magnetoresistive (AMR) Sensoren, Riesen-magnetoresistive (GMR), tunnelmagnetoresistive Sensoren (TMR) oder beliebige andere magnetoresistive (XMR) Sensoren bieten jeweils verschiedene Vorteile beim Implementieren eines Magnetfelddetektors. Und unter Verwendung verschiedener Arten von Magnetsensoren implementierte Anwendungen können in der Lage sein, verschiedene Winkelbereiche eines externen Felds zu erfassen. Beispielsweise können manche Anwendungen von in einer Brücke ausgebildeten AMR-Sensoren nur in der Lage sein, den Winkel eines externen Magnetfelds in dem Bereich von 0 bis 180 Grad zu bestimmen, da sich die Ausgaben von den AMR-Sensorbrücken alle 180 Grad wiederholen. Gewisse Magnetfelddetektoren können einen vollen 360 Grad-Bereich von Winkeldetektion eines externen Felds mit einem relativ breiten Magnetfenster und relativ hoher Genauigkeit ermöglichen. Dies kann es den Sensoren ermöglichen, von Vorteilen gewisser magnetoresistiver Sensoren, wie etwa AMR-Sensoren, zu profitieren, während gewisse mit diesen Sensoren verbundene Nachteile überwunden werden.
Ein AMR-Quadrantendetektor kann einen AMR-Winkelpositionssensor ergänzen und dessen Bereich von 180 Grad auf eine volle 360 Grad Drehung ausdehnen. Manche AMR-Winkelsensoren stellen ein Ausgangssignal bereit, das einem Winkel eines externen Felds mit 2x erhöhter Phase entspricht, so dass für eine 360 Grad Magnetfelddrehung 2 Perioden (720 Grad) eines Ausgangssignals bereitgestellt werden. Es kann daher herausfordernd sein, zu unterscheiden, ob der tatsächlich gemessene Winkel α oder α+180 Grad ist.
Eine Anzahl von Anwendungen kann von einer Fähigkeit, diese Mehrdeutigkeit zu lösen, profitieren. Eine in der '059-Anmeldung offenbarte Lösung involviert Hinzufügen von 2 speziell entwickelten AMR-Brücken (AMR-Quadrantendetektor), die im Normalbetrieb null Ausgabe aufweisen können, aber beim Vorbeaufschlagen mit einer überlagerten „Spule“, welche auch als ein Störgenerator oder ein Voreinstellungsleiter bekannt sind, eine Richtung eines gemessenen Felds innerhalb eines Quadranten bereitstellen würden. Es versteht sich, dass die „Spule“ andere Gestalten als Spulen aufweisen kann und im Allgemeinen an die magnetoresistiven Elemente angrenzend sein kann. Die zusätzlichen Informationen in Kombination mit einem AMR-Winkelsensor stellen einen vollen 360 Grad-Betriebsbereich bereit. Der Quadrantendetektor kann auf im Wesentlichen demselben Prozess wie die Winkel-AMR-Brücken beruhen und kann in gewissen Ausführungsformen mit nur 1 zusätzlichen Metallschicht implementiert werden. Dementsprechend ist eine Integration innerhalb eines einzigen Die möglich.
Durch Kippen der Winkel der resistiven Streifen innerhalb des Quadrantendetektors von der '059-Anmeldung (siehe 9 hierin) ist es möglich, Singulärpunktmehrdeutigkeit zu vermeiden, ohne darauf zurückzugreifen, sowohl einen Quadrantendetektor als auch einen Winkeldetektor verwenden zu müssen. Es ist ebenfalls gezeigt, dass in einer Ausführungsform von resistiven Streifen eine Sinuswellenausgabe mit einer Periode von 360 Grad erhalten werden kann. Weiterhin kann durch Ändern der Polarität eines Vorstroms der Brückenversatz (und dessen Drift) detektiert, verringert und/oder durch Signalverarbeitung entfernt werden. Ferner kann eine relativ große Feldstärke eines angelegten Magnetfelds durch diese Anordnung zusätzlich zu der Winkelrichtung des angelegten Magnetfelds gemessen werden. Dies kann signifikante Verwendung in Merkmalen funktionaler Sicherheit finden.
Ein Vorteil dieser vorgeschlagenen Lösung im Vergleich zu erschiedenen cogepackten Kombinationen von Sensoren von unterschiedlichen Technologien besteht darin, dass hier offenbarte Ausführungsformen denselben Prozess wie eine Art eines Magnetsensors (z. B. ein AMR-Sensor) verwenden können. Demgemäß ist Integration auf demselben Die mit einer zusätzlichen metallischen Schicht möglich. Falls der Magnetsensor (z. B. AMR) monolithisch auf eine ASIC integriert ist, geht zusätzlich die Anzahl von Die in dem Package auf eins zurück, verglichen mit mindestens drei in manchen anderen Ansätzen. Bei manchen Implementationen kann der Vorstrom für die meiste Zeit ausgeschaltet werden, wenn keine Quadranteninformationen gewünscht werden, um Strom zu sparen, und nur in gegebenen Intervallen oder auf Verlangen eingeschaltet werden.
Diese Offenbarung stellt Magnetfeldsensoren bereit, die eingerichtet sind zum Erfassen eines Magnetfelds und/oder eines Differenz-Magnetfelds. Die Prinzipien und Vorteile dieser Magnetfeldsensoren können zum Erzeugen einer kontaktlosen Strommessung angewandt werden.
Die Magnetfeldsensoren können magnetoresistive Erfassungselemente zum Messen eines Magnetfelds und/oder eines Differenz-Magnetfelds für Strommessung aufweisen. Ein signifikanter Nachteil mancher früherer Magnetfeld- und/oder Differenz-Magnetfeldmessungen unter Verwendung von magnetoresistiven Sensoren sind Fehler aufgrund von Versätzen, wie etwa Temperaturversatzkompensation und/oder Langzeit-Versatzdrift. Solche Versätze können die Genauigkeit in manchen Fällen in einen Bereich von etwa 1% bis 2% begrenzen. Dies kann ungünstig sein, da magnetoresistive Sensoren eine relativ hohe Auflösung aufweisen können (z. B. einen Dynamikbereich von etwa 130 dB).
Gewisse frühere Bemühungen zum Verringern von Sensorversatz involvierten Verwendung des Umkippprinzips. Allerdings involvierten Sensoren, die das Umkippprinzip verwendeten, relativ hohe Strompulse, um die Empfindlichkeit umzukippen, und relativ schwache Wiederholbarkeit nach dem Umkippen.
Aspekte dieser Offenbarung betreffen Magnetfeldsensoren, die Sensorversatz von magnetoresistiven Sensoren verringern und/oder eliminieren können, um diese zu befähigen, einen breiteren Dynamikbereich verwenden zu können. Jegliche oben mit Bezug auf einen Magnetfeldrichtungssensor und/oder einen Störgenerator erörterte geeignete Prinzipien und Vorteile können in Verbindung mit den hier erörterten Magnetfeldsensoren und/oder Differenz-Magnetfeldsensoren angewandt werden. Die hier erörterten Magnetfeldsensoren können für Magnetometeranwendungen und/oder Kompasse verwendet werden. Die hier erörterten Differenz-Magnetfeldsensoren können für Strommessungsanwendungen verwendet werden. Andere Anwendungen für die hier erörterten Magnetfeldsensoren weisen unter anderem Strommessungen in Solarpanels, Gleichstrom-in-Wechselstrom-Energieübertragungsanwendungen, Laserversorgung und Batteriemanagement auf.
20 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Magnetfeldsensors 300. Der Magnetfeldrichtungsdetektor 300 weist ein erstes bis viertes magnetoresistives Element 312, 314, 316 und 318 mit jeweiligen Widerständen R11 bis R41 auf. Die magnetoresistiven Elemente 312, 314, 316 und 318 sind als eine Wheatstone-Brücke ausgebildet. Der Magnetfeldsensor 300 kann nahe den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 zwei oder mehr Leiter aufweisen. Beispielsweise können die Leiter an das erste bis vierte magnetoresistive Element 312, 314, 316 und 318 angrenzend positioniert sein. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen es zwei Leiter gibt, wie in 20 veranschaulicht ist, kann ein erster Leiter eine Voreinstellungsstruktur sein, die einen Vorstrom führt, und kann ein zweiter Leiter eine Kompensationsstruktur sein, die einen Kompensationsstrom führt. Wie veranschaulicht weist der Magnetfeldsensor einen Voreinstellungsleiter 332, der ausgebildet ist zum Führen eines Vorstroms, und einen Kompensationsleiter 342, der ausgebildet ist zum Führen eines Kompensationsstroms, auf. Bei gewissen Ausführungsformen können der Voreinstellungsleiter 332 und der Kompensationsleiter 342 auf entgegengesetzten Seiten der magnetoresistiven Elemente 312, 314, 316 und 318 angeordnet sein. Der Voreinstellungsleiter 332 weist einen ersten Voreinstellungsknoten B+ und einen zweiten Voreinstellungsknoten B- auf. Der Kompensationsleiter 342 weist einen ersten Kompensationsknoten C+ und einen zweiten Kompensationsknoten C- auf.
Das erste bis vierte magnetoresistive Element 312, 314, 316 und 318 sind magnetoresistive (xMR) Elemente. Beispielsweise können das erste bis vierte magnetoresistive Element 312, 314, 316 und 318 anisotrope magnetoresistive (AMR) Elemente sein. Solche AMR-Elemente können Widerstandsstreifen ohne „Barber-Poles“ aufweisen.
Der Voreinstellungsleiter 332 ist eingerichtet zum Erzeugen eines Voreinstellungsmagnetfelds senkrecht zu der Länge des xMR-Widerstands aufgrund eines Stromflusses. Der Voreinstellungsleiter 332 ist eingerichtet zum Erzeugen einer umgekehrten Feldempfindlichkeit für magnetoresistive Elemente 312 und 316 relativ zu den magnetoresistiven Elementen 314 und 318. Der Voreinstellungsleiter 332 kann auf eine Vielzahl von Wegen implementiert werden. Beispielsweise kann der Voreinstellungsleiter 332 durch ein leitendes Metall in einer Einzelschicht oder in mehreren Schichten implementiert sein. Weniger Schichten können den Vorteil geringer Kosten aufweisen. Miteinander in Serie geschaltete Leiter in mehreren Schichten können Stromeinsparungen bieten, da derselbe Strom durch mehrere Schichten durchgeleitet werden kann, und bei einer vorgegebenen Stromstärke ein höheres Magnetfeld erzeugen kann. Beispielsweise können diese Schichten über und/oder unter der Schicht mit den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 sein. In einem Beispiel ist der Voreinstellungsleiter 332 in einer Schicht über und einer Schicht unter den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 implementiert. In einem anderen Beispiel ist der Voreinstellungsleiter 332 in zwei Schichten über und zwei Schichten unter den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 implementiert. Andere Varianten können implementiert werden. Andere Wege zum Bereitstellen eines Störmagnetfelds sind anwendbar. Beispielsweise kann alternativ ein Permanentmagnet verwendet werden, statt ein Magnetfeld über einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Der Kompensationsleiter 342 kann Feldkompensation für Linearisierung bereitstellen. Der Kompensationsleiter 342 kann ein Magnetfeld erzeugen, das einem externen Magnetfeld entgegengesetzt ist, welches die Ausgabe der Wheatstone-Brücke auf ungefähr null bringen würde. Der Strom in dem Kompensationsleiter 342 kann eine Messung des externen Magnetfelds sein. Beispielsweise kann der Kompensationsstrom auf einer Ausgabe der Wheatstone-Brücke basieren, die die magnetoresistiven Elemente 312, 314, 316 und 318 aufweist. Ähnlich dem Voreinstellungsleiter 332 kann der Kompensationsleiter 342 in einer Einzelschicht oder in mehreren Schichten implementiert sein.
Eine Stromflussrichtung in dem Voreinstellungsleiter 332 und dem Kompensationsleiter 342 kann in dem Magnetfeldsensor 300 signifikant sein, um sauberen Betrieb zu gewährleisten. Bei der in 20 gezeigten Ausführungsform ist der Voreinstellungsleiter 332 eingerichtet, so dass der Strom in dem Voreinstellungsleiter 332 angrenzend an das erste magnetoresistive Element 312 und das vierte magnetoresistive Element 318 für eine bestimmte Zeitdauer in einer Aufwärtsrichtung 350 fließt, der Strom in dem Voreinstellungsleiter 332 angrenzend an das zweite magnetoresistive Element 314 und das dritte magnetoresistive Element 316 für die bestimmte Zeitdauer in einer Abwärtsrichtung 352 fließt. Der Strom in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das erste und das zweite magnetoresistive Element 312 bzw. 314 fließt in einer Abwärtsrichtung 352. Der Strom in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das dritte und das vierte magnetoresistive Element 316 bzw. 318 fließt in einer Aufwärtsrichtung 350.
Daher würden der Voreinstellungsleiter 332 und der Kompensationsleiter 342 in der veranschaulichten Ausführungsform von 20 Strom aufweisen, der nahe dem zweiten und dem vierten magnetoresistiven Element 314 bzw. 318 in derselben Richtung und nahe dem ersten und dem dritten magnetoresistiven Element 312 bzw. 316 in der entgegengesetzten Richtung fließt. Mit anderen Worten ist in einer durch das erste und das vierte magnetoresistive Element 312 bzw. 318 in der Wheatstone-Brücke definierten ersten Halbbrücke die Stromflussrichtung in dem Voreinstellungsleiter 332 der Stromflussrichtung in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das erste magnetoresistive Element 312 entgegengesetzt, und die Stromflussrichtung in dem Voreinstellungsleiter 332 dieselbe wie die Stromflussrichtung in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das vierte magnetoresistive Element 318. Ferner ist in einer durch das zweite und das dritte magnetoresistive Element 314 bzw. 316 definierten zweiten Halbbrücke die Stromflussrichtung in dem Voreinstellungsleiter 332 der Stromflussrichtung in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das dritte magnetoresistive Element 316 entgegengesetzt, und die Stromflussrichtung in dem Voreinstellungsleiter 332 dieselbe wie die Stromflussrichtung in dem Kompensationsleiter 342 angrenzend an das zweite magnetoresistive Element 314.
Die Richtung des Stroms in dem Voreinstellungsleiter 332 kann in regelmäßigen Zeitintervallen umgekippt werden. Beispielsweise kann sich der Vorstrom wie in 30B gezeigt verhalten. Gleichermaßen kann die Richtung des Kompensationsstroms in dem Kompensationsleiter 342 zu ungefähr denselben Zeiten wie der Vorstrom umgekippt werden. Der Kompensationsstrom kann auf der Ausgabe einer Halbbrücke und/oder einer Vollbrücke basieren.
Die Ausführungsform von 20 ermöglicht es, den Versatz einer Ausgabe Out+ und/oder Out- auf ungefähr null zu bringen. Beispielsweise kann die veranschaulichte Voreinstellung einen Widerstand magnetoresistiver Elemente 312 bzw. 318 in einem externen Feld erhöhen, während ein Widerstand von magnetoresistiven Elementen 314 bzw. 316 verringert wird. Auch kann, wie oben erläutert wurde, der Kompensationsleiter 342 ein Magnetfeld erzeugen, das einem externen Magnetfeld entgegengesetzt ist. Somit kann das Magnetfeld an dem ersten und dem vierten Element 312 bzw. 318 auf ungefähr null gebracht werden.
Dieselbe Auswirkung kann auch in der zweiten Halbbrücke auftreten, die das zweite und das dritte magnetoresistive Element 314 bzw. 316 aufweist.
Magnetfeldsensoren weisen Sensoren auf, die ausgebildet sind zum Detektieren eines Magnetfelds und/oder eines Differenz-Magnetfelds. Magnetfeldsensoren, die ausgebildet sind zum Detektieren eines Differenz-Magnetfelds können als Differenz-Magnetfeldsensoren bezeichnet werden.
21 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Differenz-Magnetfeldsensors 360. Der Differenz-Magnetfeldsensor 360 in 21 ist allgemein dem in 20 veranschaulichten Magnetfeldsensor 300 ähnlich, mit der Ausnahme, dass das erste und das zweite magnetoresistive Element 312 bzw. 314 physisch von dem dritten und dem vierten magnetoresistiven Element 316 bzw. 318 in dem Differenz-Magnetfeldsensor 360 beabstandet sind (z. B. in zwei unterschiedlichen Teilen eines Chips positioniert). Wie veranschaulicht sind das erste und das zweite magnetoresistive Element 312 bzw. 314 in einem ersten Gebiet 354 angeordnet und sind das dritte und das vierte magnetoresistive Element 316 bzw. 318 in einem zweiten Gebiet 356 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform, wenn zwei gleiche Magnetfelder auf ein erstes Gebiet 354, aufweisend das erste und das zweite magnetoresistive Element 312 bzw. 314, und ein zweites Gebiet 356, aufweisend das dritte und das vierte magnetoresistive Element 316 bzw. 318, angewandt werden, gibt es keine messbare Felddifferenz in dem ersten Gebiet 354 und dem zweiten Gebiet 356. Allerdings kann es mit unterschiedlichen Magnetfeldern messbare Änderungen des Ausgangssignals geben. Dieser Mechanismus kann in einer Differenz-Feldmessung verwendet werden, um jegliches homogene Feld zu verringern und/oder zu eliminieren. Somit kann ein erzeugtes Differenz-Feld präziser gemessen werden als eine Messung ohne diesen Mechanismus.
Die Stromflussrichtung in dem Differenz-Magnetfeldsensor 360 unterschiedet sich von der Stromflussrichtung des in 20 veranschaulichten Magnetfeldsensors 300. Allerdings ist der Stromfluss in dem Voreinstellungsleiter 332 und dem Kompensationsleiter 342 nahe dem zweiten und dem vierten magnetoresistiven Element 314 bzw. 318 in derselben Richtung und nahe dem ersten und dem dritten magnetoresistiven Element 312 bzw. 316 in der entgegengesetzten Richtung.
22 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetfeldsensors. 23-26 sind schematische Draufsichten, die verschiedene Schichten des Magnetfeldsensors während verschiedener Herstellungsstufen zeigen. Der in 22 gezeigte Magnetfeldsensor weist eine Isolationsschicht 364, einen Voreinstellungsleiter 332, zwei Passivierungsschichten 366 und 370, ein magnetoresistives Element 312, eine Metallisierungsschicht 368 und einen Kompensationsleiter 342 auf einem Halbleitersubstrat 362 auf. Bei manchen Ausführungsformen kann es nützlich sein, das magnetoresistive Element 312 zwischen dem Voreinstellungsleiter 332 und dem Kompensationsleiter 342 vorzusehen. Eine solche Anordnung kann das magnetoresistive Element 312 mit einem maximalen Magnetfeld versorgen. Allerdings können in manchen Ausführungsformen andere Schichtausgestaltungen vorgenommen werden. Beispielsweise können der Voreinstellungsleiter 332 und der Kompensationsleiter 342 auf derselben Ebene positioniert und/oder auf einer Seite des magnetoresistiven Elements 312 zusammengestapelt sein. Auch versteht es sich, das unterschiedliche Gestalten der Leiter 332 und/oder 342 angeordnet werden können, um unterschiedliche Magnetfeldrichtungen zu erzeugen.
Ein Verfahrensbeispiel des Herstellens eines Magnetfeldsensors wird mit Bezugnahme auf die 23-26 beschrieben. Dieses Verfahren kann einen Magnetfeldsensor auf einem Halbleitersubstrat (z. B. ein Siliciumsubstrat) und/oder auf einem Isolator über dem Halbleitersubstrat ausbilden. Wie in 23 gezeigt ist, kann ein Voreinstellungsleiter 332 ausgebildet werden. Dann können magnetoresistive Elemente 312, 314, 316 und 318 über dem Voreinstellungsleiter 332 ausgebildet werden, wie in 24 gezeigt ist. Wie in 22 gezeigt ist, kann eine Passivierungsschicht 364 zwischen dem Voreinstellungsleiter 332 und den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 angeordnet werden. Verschaltungen, z. B. die Metallisierungsschicht 368, können ausgebildet werden, um die magnetoresistiven Elemente 312, 314, 316 und 318 elektrisch zu verbinden, wie in 25 gezeigt ist. Ein Kompensationsleiter 342 kann über den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 ausgebildet werden, wie in 26 gezeigt ist. 22 veranschaulicht, dass eine Passivierungsschicht 370 zwischen den magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318 und dem Kompensationsleiter 342 angeordnet werden kann.
27 und 28 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines Differenz-Magnetfeldsensors. Bei diesen Ausführungsformen ist jedes magnetoresistive Element einer Wheatstone-Brücke durch zwei getrennte magnetoresistive Abschnitte auf verschiedenen Seiten des Differenz-Magnetfeldsensors implementiert. Die Differenz-Magnetfeldsensoren von 27 und 28 weisen jeweils ein magnetoresistives Unterelement von jedem magnetoresistiven Element einer Vollbrücke auf verschiedenen Seiten des Differenzsensors auf. Magnetoresistive Unterelemente 312A, 314A, 316A und 318A befinden sich in einem ersten Abschnitt des Sensors und magnetoresistive Unterelemente 312B, 314B, 316B und 318B befinden sich in einem zweiten Abschnitt des Sensors, der von dem ersten Abschnitt beabstandet ist. Durch Aufweisen von zwei Paaren von magnetoresistiven Unterelementen in getrennten Abschnitten in dem Differenz-Magnetfeldsensor kann jedes magnetoresistive Element einer Halbbrücke auf eine entgegengesetzte Seite des Differenz-Magnetsensors angepasst werden. Verschiedene Teile eines Substrats können verschiedene Temperaturen aufweisen. Unerwünschte Temperaturgradienten auf dem Substrat können alternativ oder zusätzlich durch externe Mechanismen erzeugt werden. Die Differenz-Magnetfeldsensoren von 27 und 28 können Anpassen von magnetoresistiven Erfassungselementen hinsichtlich Temperaturdrift verbessern.
Da ein Magnetfeldsensor möglicherweise nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn ein Vorstrom eingebracht wird, und die Empfindlichkeitsrichtung von der Richtung des eingebrachten Stroms abhängt, kann eine Versatzkompensation implementiert werden. In manchen Anwendungen kann es nützlich sein, einen Signalpfad zu haben, der arbeitet, während ein anderer Signalpfad kalibriert wird. Eine Sensorarchitektur mit drei Ausgängen, wie in 29 gezeigt ist, implementiert solche Merkmale. Beispielsweise können ein erster Ausgang und ein zweiter Ausgang des Sensors zum Erfassen eines Differenz-Magnetfelds verwendet werden, während ein dritter Ausgang auf ungefähr null kalibriert wird und die gleiche Empfindlichkeit wie der zweite Ausgang aufweist. Ströme durch die verschiedenen Voreinstellungsleiter können einen solchen Betrieb des Sensors steuern.
In 29 ist ein drei Halbbrücken aufweisender Differenz-Magnetfeldsensor mit drei Ausgängen Out1, Out2 und Out3 gezeigt. Der Differenz-Magnetfeldsensor weist drei Halbbrücken, einen ersten bis dritten Voreinstellungsleiter 432, 435, 438 und einen Kompensationsleiter 442 auf. Die drei Halbbrücken weisen eine erste bis dritte Halbbrücke auf. Die erste Halbbrücke weist magnetoresistive Element 416 und 418 auf, die zweite Halbbrücke weist magnetoresistive Elemente 414 und 420 auf und die dritte Halbbrücke weist magnetoresistive Elemente 412 und 422 auf. Obgleich ein Differenz-Magnetfeldsensor unter Bezugnahme auf 29 beschrieben wird, können die Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsform auf andere Magnetfeldsensoren angewandt werden, die ein Nicht-Differenz-Magnetfeld erfassen.
Bei manchen Ausführungsformen, wenn eine interne Magnetisierung von jedem der magnetoresistiven Elemente 412, 414, 416, 418, 420 und 422 in regelmäßigen Intervallen periodisch umgekippt wird, kann eine Differenzmessung einer Einzelkomponente des externen Magnetfelds durchgeführt werden. Somit kann Umkippen des Vorstroms zwischen positiv und negativ den Versatz verringern und/oder eliminieren. Wenn das Umkippen in dem Differenz-Magnetfeldsensor stattfindet, gibt es typischerweise eine Zeitverzögerung für Kalibrierung und die Messung kann während einer solchen Kalibrierung unterbrochen werden. Allerdings kann bei Verwendung von drei oder mehr Halbbrücken eine kontinuierliche Messung erreicht werden. Mit Bezug auf 29 kann beispielsweise, wenn der Strom zwischen einem ersten Ausgang Out1 und einem zweiten Ausgang Out2 gemessen wird und der in einer Richtung für den ersten Ausgang Out1 und in der entgegengesetzten Richtung für den zweiten Ausgang Out2 fließende Vorstrom erzeugt wird, ein dritter Ausgang Out3 einen Vorstrom in derselben Richtung wie der Vorstrom für den ersten Ausgang Out1 aufweisen. In diesem Fall gibt es einen Versatz zwischen dem ersten Ausgang Out1 und dem dritten Ausgang Out3 und es kann ungefähr null Versatz zwischen dem ersten Ausgang Out1 und dem zweiten Ausgang Out2 geben. Dann kann der Vorstrom für den dritten Ausgang Out3 umgekippt werden und der Strom kann zwischen dem ersten Ausgang Out1 und dem dritten Ausgang Out3 gemessen werden, während der zweite Ausgang Out2 kalibriert wird. Folglich kann eine kontinuierliche Messung sogar vorgenommen werden, während der Vorstrom in einem der Voreinstellungsleiter 432, 435 und 438 umgekippt wird. 30A-32C stellen mehr Details bereit, hinsichtlich dessen, wie diese Abfolge implementiert werden kann.
30A-30D zeigen Graphen, die dem Betrieb des Differenz-Magnetsensors von 29 entsprechen. 30A ist ein Graph, der eine Stromstärke eines ein externes Magnetfeld repräsentierenden Stroms mit einer sinusförmigen Kurve auf der Vertikalachse und Zeit auf der Horizontalachse zeigt. 30B ist ein Graph, der einen ersten Vorstrom in dem ersten Voreinstellungsleiter 432 auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt. 30C ist ein Graph, der einen zweiten Vorstrom in dem ersten Voreinstellungsleiter 435 auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt. 30D ist ein Graph, der einen dritten Vorstrom in dem ersten Voreinstellungsleiter 438 auf der Vertikalachse und die Zeit auf der Horizontalachse zeigt. Die Zeit auf den Horizontalachsen in 30A-30D teilen sich denselben Zeitrahmen.
31A-31C sind Graphen, die eine Stromdifferenz zwischen den verschiedenen Ausgängen des Differenz-Magnetfeldsensors von 29 über denselben Zeitrahmen hinweg zeigen. 31A zeigt die Differenz der Ströme an dem ersten Ausgang Out1 und dem zweiten Ausgang Out2 über der Zeit. 31B zeigt die Differenz der Ströme an dem zweiten Ausgang Out2 und dem dritten Ausgang Out3 über der Zeit. 31C zeigt die Differenz der Ströme an dem dritten Ausgang Out3 und dem ersten Ausgang Out1 über der Zeit.
32A und 32B sind zwei Timingdiagramme, die Timings für Kalibrierung und für denselben Zeitraum verwendete Signale zeigen. 32C zeigt eine Ausgangsspannung eines Magneterfassungssystems für denselben Zeitraum. Wie anhand der 32A und 32B gesehen werden kann, kann, wenn zwei der Ausgänge des Differenz-Magnetsensors von 29 zur Strommessung verwendet werden, der andere Ausgang relativ zu einem der zwei Ausgänge kalibriert werden. Wenn beispielsweise der erste und der dritte Ausgang Out1 bzw. Out3 verwendet werden, kann der zweite Ausgang Out2 umgekippt werden. Ferner tritt eine Versatzkalibrierung zwischen dem zweiten und dem dritten Ausgang Out2 bzw. Out3 auf, während andere Kombinationen der Ausgänge für eine Messung verwendet werden.
33 ist ein schematisches Diagramm eines Differenz-Magnetfeldsensors, der kombinierte Voreinstellungs- und Kompensationsleiter 532 bzw. 542 aufweist, gemäß einer Ausführungsform. Wie veranschaulicht weist der Differenz-Magnetfeldsensor ein erstes bis viertes magnetoresistives Element 512, 514, 516 und 518, einen ersten Voreinstellungs- und Kompensationsleiter 532 und einen zweiten Voreinstellungs- und Kompensationsleiter 542 auf. In 33 können die Voreinstellungs- und Kompensationsleiter 532 und 542 kombinierte Kombinations- und Voreinstellungsströme führen, in welchen ein Vorstrom und ein Kompensationsstrom überlagert sind. Wie in 33 veranschaulicht ist, sind zu einem Zeitpunkt die Stromflussrichtung des Vorstroms und des Kompensationsstroms in dem ersten kombinierten Leiter 532, angrenzend an das erste und das dritte Element 512 und 516, entgegengesetzt. Im Gegensatz dazu sind zu dem Zeitpunkt die Stromflussrichtung des Vorstroms und des Kompensationsstroms in dem zweiten kombinierten Leiter 542, angrenzend an das zweite und das vierte Element 514 und 518, die gleichen. Bei dieser Ausführungsform kann der Differenz-Magnetfeldsensor kleiner als ein Sensor mit getrennten Leitern für die Voreinstellungs- und Kompensationsströme (z. B. die in 21 gezeigte Ausführungsform) sein, weil Vorstrom und Kompensationsstrom in einem Leiter bereitgestellt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann es in der Ausführungsform von 33 keine signifikante Gesamtänderung der Stromaufnahme während des Nullsetzens eines Versatzes geben. Beispielsweise kann zum Nullsetzen des Versatzes bei einer Messung eines externen Magnetfelds der Strom für einen der kombinierten Leiter 532 und 542 verringert werden, während der Strom für den anderen der kombinierten Leiter 532 und 542 erhöht wird.
Obgleich hier gewisse Ausführungsformen von Magnetfeldsensoren und Differenz-Magnetfeldsensoren beschrieben werden, können darüber hinaus jegliche hier erörterte geeignete Prinzipien und Vorteile in Kombination miteinander implementiert werden. Während Ausführungsformen von Magnetfeldsensoren und Differenz-Magnetfeldsensoren Vollbrücken aufweisen können, können jegliche hier erörterte geeignete Prinzipien und Vorteile in Verbindung mit einer Halbbrücke und/oder oder einem Sensor mit mehr als zwei Halbbrücken implementiert werden.
34 ist ein schematisches Diagramm eines Magnetfelderfassungssystems gemäß einer Ausführungsform. Das Magnetfelderfassungssystem weist einen Magnetfeldsensor 610 auf. Der Differenz-Magnetfeldsensor 610 kann beispielsweise durch den Differenz-Magnetfeldsensor von 21, 27 oder 28 implementiert sein. Eine Vorstromschaltung kann während des Betriebs einen Vorstrom kontinuierlich zwischen positiv und negativ umschalten. Beispielsweise können die Schalter 670 die Polarität des durch die Vorstromquelle 672 bereitgestellten Stroms basierend auf einer durch einen Rechteckwellengenerator 680, welcher mittels eines Invertierers 674 bereitgestellt wird, bereitgestellten Ausgabe ändern. Jegliche Art eines Differenzfelds, wie etwa ein durch den Primärstromstab 690 erzeugtes Differenzfeld, das eine niedrigere Frequenz als das Vorstromschalten aufweist, kann in eine Wechselstrom(AC)-Ausgabe Out+/Out- umgesetzt werden. Das Ausgabesignal kann durch den Vorverstärker 620 vorverstärkt werden. Der Primärstromstab 690 kann sich physisch unter dem Sensor 610 befinden. Der Vorverstärker 620 kann eine im Wesentlichen konstante Transkonduktanz G aufweisen.
Der Gleichstrom(DC)-Abschnitt einer Ausgabe des Vorverstärkers 620 kann durch ein Hochpassfilter 631 entfernt werden. Wie veranschaulicht kann das Hochpassfilter 631 einen DC-Sperrkondensator 632 und einen Nebenschlusswiderstand 634 aufweisen. Das Filtern kann den DC-Versatz des Sensors 610 und den DC-Versatz des Vorverstärkers 620 verringern und/oder eliminieren. Die Ausgabe des Hochpassfilters 631 kann unter Verwendung eines Kreuzschalters 641, der mit derselben Frequenz wie das Stromschalten geschaltet wird, gleichgerichtet werden. Wie in 34 gezeigt ist, können der Kreuzschalter 641 und die Schalter 670 durch dasselbe Steuersignal geschaltet werden.
Der Kreuzschalter 641 kann das ursprüngliche Ausgabesignal bereitstellen. Die Ausgabe des Kreuzschalters 641 kann durch den Verstärker 650 verstärkt und dem Kompensationsleiter des Sensors 610 zugeführt werden. Dementsprechend kann der Kompensationsstrom auf einer Ausgabe des Sensors 610 basieren. Der Kompensationsleiter kann das Feld auf dem xMR-Widerstand auf ungefähr null verringern. Das Differenzfeld kann dem durch den Kompensationsleiter fließenden Strom proportional sein. Ein Ausgangsverstärker 660 kann eine für das Differenzmagnetfeld repräsentative Ausgangsspannung Vout bereitstellen. Ein Widerstand 655 kann über die Eingänge des Ausgangsverstärkers 660 geschaltet sein.
35 ist ein schematisches Diagramm eines Magnetfelderfassungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform. Das Magnetfelderfassungssystem von 35 ähnelt dem Magnetfelderfassungssystem von 34, mit der Ausnahme, dass überlagerte Vor- und Kompensationsströme einem Differenz-Magnetfeldsensor 695 zugeführt werden. Der Differenz-Magnetfeldsensor 395 kann beispielsweise durch den Differenz-Magnetfeldsensor von 33 implementiert sein. Kombinieren der Schaltungen 682 und 684 kann einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom kombinieren. Diese kombinierten Ströme können kombinierten Vorstrom- und Kompensationsleitern zugeführt werden. Die kombinierten Ströme können in den wie in 33 gezeigten Richtungen und entgegengesetzten Richtungen fließen, wenn die Ruhe- und Kompensationsströme umgekippt werden.
36 zeigt ein Strommesssystem gemäß einer Ausführungsform. Das veranschaulichte Strommesssystem weist einen primären U-förmigen Stab 690, eingerichtet zum Erzeugen eines Differenzmagnetfelds in einer U-Form, zwei zusätzliche Magnete 700 und 702, eingerichtet zum Erzeugen eines zusätzlichen Voreinstellungsfelds in einer Längsrichtung von magnetoresistiven Elementen 312, 314, 316 und 318, und den Differenzfeldsensor 360 auf, wie in 21 gezeigt ist.
In dem Stromsensor von 36 wird dem Primärstab 690 ein Strom zugeführt, der von einer Seite links unten aufwärts fließt 350, dann fließt der Strom in der Zeichnung an einer Oberseite nach rechts und auf einer rechten Seite fließt der Strom abwärts 352. Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Stromfluss ein Magnetfeld, das in der Zeichnung im ersten Teil 354 von links nach rechts zeigt, und ein Magnetfeld, das im zweiten Teil 356 von rechts nach links zeigt. Wenn es ein durch den Primärstab 690 erzeugtes Differenzmagnetfeld gibt, kann das Magnetfeld durch den Sensor erfasst werden. Diese Ausführungsform kann ohne eine Abschirmung für ein externes Magnetfeld implementiert werden.
Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert werden. Beispielsweise können Aspekte dieser Offenbarung in einer beliebigen elektronischen Vorrichtung oder einem beliebigen elektronischen Bauteil implementiert werden, die bzw. das von einem magnetoresistiven Sensor profitieren könnte. Als ein Beispiel können Aspekte dieser Offenbarung in einer beliebigen elektronischen Vorrichtung oder einem beliebigen elektronischen Bauteil implementiert werden, die bzw. das von einem magnetoresistiven Sensor profitieren könnte. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können, unter anderem, Unterhaltungselektronikprodukte, Teile von Unterhaltungselektronikprodukten, elektronische Testausstattung, Fahrzeugelektroniksysteme usw. beinhalten. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können, unter anderem, Rechenvorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen, elektronische Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeug-Elektroniksysteme usw. beinhalten. Ferner können die elektronischen Vorrichtungen Halbzeuge beinhalten.
Es sei denn, dass der Kontext deutlich Anderes erfordert, sind die Wörter „aufweisen“, „aufweisend“ und dergleichen in der gesamten Beschreibung in einem einschließenden Sinne aufzufassen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn; das soll heißen, im Sinne von „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt“. Zusätzlich sollen sich die Wörter „hierin“, „vorstehend“, „nachfolgend“ und Wörter ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung in Gänze und nicht auf irgendwelche bestimmte Teile dieser Anmeldung beziehen. Wo es der Kontext zulässt, können Wörter in der obigen Ausführlichen Beschreibung, die den Singular oder den Plural verwenden, auch jeweils den Plural oder den Singular einschließen. Wo es der Kontext zulässt, ist das Wort „oder“ mit Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Einträgen dafür vorgesehen, alle der folgenden Interpretationen des Worts abzudecken: irgendeiner der Listeneinträge, alle der Listeneinträge und jegliche beliebige Kombination der Listeneinträge.
Darüber hinaus ist hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „möglich“, „möglicherweise“, „z. B.“, „beispielsweise“, „wie etwa“ und dergleichen, soweit nicht insbesondere anders dargelegt oder sonstwie innerhalb des genutzten Kontexts verstanden, im Allgemeinen dafür vorgesehen, mitzuteilen, dass gewisse Ausführungsformen gewisse Merkmale, Elemente und/oder Zustände aufweisen, wohingegen andere Ausführungsformen diese nicht aufweisen. Somit ist derartige bedingte Sprache nicht allgemein dafür vorgesehen, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise Logik zum Entscheiden, mit oder ohne Autoreingabe oder -aufforderung, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten oder durchzuführen sind, aufweisen.
Die vorstehende Beschreibung und die Ansprüche können sich auf Elemente oder Merkmale als „verbunden“ oder zusammen „gekoppelt“ beziehen. So wie es hier verwendet wird, bedeutet „verbunden“, soweit es nicht ausdrücklich anders vermerkt ist, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist, und dies nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet „gekoppelt“, soweit es nicht ausdrücklich anders vermerkt ist, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist, und dies nicht notwendigerweise mechanisch. Obwohl die vielfältigen in den Figuren gezeigten Schemata Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten abbilden, können folglich zusätzliche Zwischenelemente, -vorrichtungen, -merkmale oder -komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (unter der Annahme, dass die Funktionalität der abgebildeten Schaltungen nicht nachteilig betroffen ist).
Wie hier verwendet, sieht der Ausdruck „im Wesentlichen“ vor, dass die modifizierte Eigenschaft nicht absolut sein muss, aber nah genug, um die Vorteile der Eigenschaft zu erzielen.
Die verschiedenen Operationen von oben beschriebenen Verfahren können durch jegliches geeignete Mittel durchgeführt werden, das in der Lage ist, die Operationen durchzuführen, wie etwa verschiedene Hardware- und/oder Software-Komponenten, Schaltungen und/oder Module. Im Allgemeinen können jegliche in den Figuren veranschaulichte Operationen durch entsprechende Mittel durchgeführt werden, die in der Lage sind, die Operationen durchzuführen.
Die hier offenbarten Verfahren weisen eine oder mehrere Operationen oder Handlungen zum Erreichen des beschriebenen Verfahrens auf. Die Verfahrensschritte und/oder -handlungen können miteinander ausgetauscht werden, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Mit anderen Worten gesagt, können, soweit nicht eine andere Reihenfolge von Operationen oder Handlungen spezifiziert ist, die Reihenfolge und/oder Verwendung spezifischer Operationen und/oder Handlungen modifiziert werden, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.
Es versteht sich, dass die Implementationen nicht auf die genaue Ausgestaltung und oben beschriebene Komponenten beschränkt sind. Verschiedenste Modifikationen, Änderungen und Variationen können hinsichtlich Anordnung, Betrieb und Details der oben beschriebenen Verfahren und Einrichtungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Implementationen abzuweichen
Obwohl Innovationen in Form gewisser Ausführungsformen beschrieben wurde, liegen andere Ausführungsformen, die dem Fachmann sofort einfallen, einschließlich Ausführungsformen, die nicht alle der hier dargelegten Merkmale und Vorteile bereitstellen, auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung. Darüber hinaus können die vielfältigen oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Zusätzlich können gewisse in dem Kontext einer Ausfiihrungsform gezeigte Merkmale ebenfalls in andere Ausführungsformen aufgenommen werden.
Verschiedene Ausführungsformen wurden oben beschrieben. Obgleich unter Bezugnahme auf diese spezifischen Ausführungsformen beschrieben, sind die Beschreibungen als veranschaulichend beabsichtigt und sind nicht als einschränkend beabsichtigt. Verschiedene Modifikationen und Anwendungen können dem Fachmann in den Sinn kommen.
Gemäß einem Aspekt ist ein Magnetfeldsensor offenbart. Der Magnetfeldsensor weist ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke, auf. Der Magnetfeldsensor weist auch an das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element angrenzend zwei oder mehr Leiter auf. Die zwei oder mehr Leiter können einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62528872 [0001]
US 15801831 [0001]

Claims

Magnetfeldsensor, aufweisend: ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke; und zwei oder mehr Leiter, angrenzend an das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element, wobei die zwei oder mehr Leiter dazu ausgebildet sind, einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom zu führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist zum Erfassen eines Magnetfelds.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist zum Erfassen eines Differenzmagnetfelds.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehr Leiter einen ersten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Vorstroms, und einen zweiten Leiter, der ausgebildet ist zum Führen des Kompensationsstroms, aufweisen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 4, wobei das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element in einer magnetoresistiven Schicht enthalten sind und der erste und der zweite Leiter auf entgegengesetzten Seiten der magnetoresistiven Schicht angeordnet sind.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste magnetoresistive Element ein Paar von beabstandeten magnetoresistiven Unterelementen auf zwei Seiten des Magnetfeldsensors aufweist.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element, angeordnet als eine zweite Halbbrücke; und einen Zweite-Halbbrücke-Kompensationsleiter, der ausgebildet ist zum Führen eines Zweite-Halbbrücke-Kompensationsstroms.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 7, ferner aufweisend: ein fünftes magnetoresistives Element und ein sechstes magnetoresistives Element, angeordnet als eine dritte Halbbrücke; und einen Dritte-Halbbrücke-Kompensationsleiter, der ausgebildet ist zum Führen eines Dritte-Halbbrücke-Kompensationsstroms.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, wobei der Magnetfeldsensor eingerichtet ist zum Erfassen eines Magnetfelds mit Ausgaben von der Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke, während die dritte Halbbrücke kalibriert wird.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehr Leiter aufweisen: einen ersten Leiter, ausgebildet zum Führen eines ersten kombinierten Stroms, der eine erste Kombination des Vorstroms und des Kompensationsstroms aufweist, in welcher der Vorstrom und der Kompensationsstrom in derselben Richtung fließen; und einen zweiten Leiter, ausgebildet zum Führen eines zweiten kombinierten Stroms, der eine zweite Kombination des Vorstroms und des Kompensationsstroms aufweist, in welcher der Vorstrom und der Kompensationsstrom in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehr Leiter derart angeordnet sind, dass sowohl der Vorstrom als auch der Kompensationsstrom entlang einer Längsrichtung des ersten magnetoresistiven Elements fließen.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element; wobei das erste magnetoresistive Element, das zweite magnetoresistive Element, das dritte magnetoresistive Element und das vierte magnetoresistive Element als eine Vollbrücke angeordnet sind.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste magnetoresistive Element ein anisotropes magnetoresistives Element ist.
Magnetfelderfassungssystem, aufweisend: einen Magnetfeldsensor, der Folgendes aufweist: ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, angeordnet als eine Halbbrücke; und zwei oder mehr Leiter, ausgebildet, einen Vorstrom und einen Kompensationsstrom zu führen, so dass der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das erste magnetoresistive Element angrenzend in derselben Richtung fließen, wohingegen der Vorstrom und der Kompensationsstrom an das zweite magnetoresistive Element angrenzend in entgegengesetzten Richtungen fließen; und eine Vorstromerzeugungsschaltung, ausgebildet zum Erzeugen des Vorstroms, so dass die Polarität des Vorstroms während des Betriebs umkippt; und eine Kompensationsstromerzeugungsschaltung, ausgebildet zum Erzeugen des Kompensationsstroms.
Magnetfelderfassungssystem nach Anspruch 14, wobei die Kompensationsstromerzeugungsschaltung ausgebildet ist zum Umkippen der Polarität der Kompensationsschaltung zu Zeiten, die Zeiten entsprechen, zu denen der Vorstrom die Polarität umkippt.
Magnetfelderfassungssystem nach Anspruch 14 oder 15, ferner aufweisend eine Kombinierschaltung, ausgebildet zum Kombinieren des Vorstroms und des Kompensationsstroms zum Erzeugen eines kombinierten Stroms und zum Zuführen des kombinierten Stroms zu dem Magnetfeldsensor.
Magnetfelderfassungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das erste magnetoresistive Element ein Paar von beabstandeten magnetoresistiven Unterelementen auf zwei Seiten des Magnetfeldsensorsystems aufweist.
Verfahren zum Detektieren eines Magnetfelds, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorbeaufschlagen eines ersten magnetoresistiven Elements und eines zweiten magnetoresistiven Elements einer Halbbrücke mit einem oder mehreren Vorströmen, so dass das erste magnetoresistive Element relativ zu dem zweiten magnetoresistiven Element eine entgegengesetzte Feldempfindlichkeit aufweist; Anlegen eines Kompensationsstroms zum Durchführen einer Feldkompensation der Halbbrücke zwecks Linearisierung; und im Zusammenhang mit dem Vorbeaufschlagen und dem Anlegen, Detektieren eines Magnetfelds unter Verwendung der Halbbrücke.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend Vorbeaufschlagen eines dritten magnetoresistiven Elements und eines vierten magnetoresistiven Elements einer zweiten Halbbrücke, so dass das dritte magnetoresistive Element relativ zu dem vierten magnetoresistiven Element eine entgegengesetzte Feldempfindlichkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Anlegen des Kompensationsstroms einen Versatz einer Ausgabe der Halbbrücke auf nahe null bringt.