DE102019109892B3

DE102019109892B3 - Sensorschaltung und Verfahren zum Filtern eines Sensorsignals

Info

Publication number: DE102019109892B3
Application number: DE102019109892.0A
Authority: DE
Inventors: Massimiliano Zilli; Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: US20200326208A1; US11385076B2

Abstract

Es werden Sensorschaltungen mit einem Filter und Verfahren zur Filterung eines Sensorsignals bereitgestellt. Dabei wird eine Durchlassbandbreite eines einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes einer Signaländerung eines Sensorsignals mit einem Schwellenwert eingestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Sensorschaltungen mit einem Tiefpassfilter oder Bandpassfilter mit einstellbarer Durchlassbandbreite sowie entsprechende Verfahren.
HINTERGRUND
Filter wie Tiefpassfilter oder Bandpassfilter werden in manchen Anwendungen benutzt, um höherfrequente Störkomponenten, beispielsweise höherfrequentes Rauschen, aus einem Nutzsignal zu entfernen. Ein Beispiel hierfür sind Sensorschaltungen, bei denen ein von einem Sensor erzeugtes Signal durch einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal gewandelt wird und dieses Signal dann tiefpassgefiltert oder bandpassgefiltert wird, um höherfrequentes Rauschen zu reduzieren. Dabei ist zur Unterdrückung von Störkomponenten, wie Rauschen, häufig eine vergleichsweise niedrige Grenzfrequenz des Tiefpassfilters oder obere Grenzfrequenz des Bandpassfilters wünschenswert. Auf der anderen Seite kann eine niedrige Grenzfrequenz dazu führen, dass dynamische Änderungen des Eingangssignals sich mit einer relativ hohen Verzögerung im Ausgangssignal des Filters widerspiegeln, was für manche Anwendungen, beispielsweise Regelsysteme im Automobilbereich, die auf Rückkopplungssignalen von Sensoren beruhen, unerwünscht sein kann.
Die US 2008 / 0 094 055 A1 offenbart eine Sensorschaltung mit einer Spinning-Hall-Schaltung, welche ein Hallsensorelement zum Erzeugen eines Spinning-Hall-Sensorsignals und ein Filter aufweist. Das Filter weist einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf dem Spinning-Hall-Sensorsignal und ein einstellbares Tiefpassfilter mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite auf.
Die US 2017 / 0 347 885 A1 offenbart eine Sensorschaltung mit einem Bewegungssensorelement zum Erfassen einer relativen Bewegung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element. Die Sensorschaltung weist weiterhin ein Filter mit einem Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Bewegungssensorelements, ein einstellbares Tiefpassfilter mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite und eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters einzustellen.
KURZFASSUNG
Es werden Sensorschaltungen nach Anspruch 1, 2 oder 3 sowie ein Verfahren nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen sowie ein Sensorsystem mit einem derartigen Tiefpassfilter.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Sensorschaltung bereitgestellt, aufweisend:

eine Spinning-Hall-Schaltung mit einem Hallsensorelement zum Erzeugen eines Spinning-Hall-Sensorsignals,
ein Filter, umfassend:
- einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf dem Spinning-Hall-Sensorsignal,
- ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
- Durchlassbandbreite, und
- eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Sensorschaltung bereitgestellt, aufweisend:

ein Positionssensorelement und/oder ein
Bewegungssensorelement zum Erfassen einer relativen Position oder Bewegung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element,
ein Filter, umfassend:
- einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Positionssensorelements und/oder ein Bewegungssensorelements,
- ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
- Durchlassbandbreite, und
- eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.

ein Stromsensorelement,
ein Filter, umfassend:
- einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Stromsensorelements,
- ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
- Durchlassbandbreite, und
- eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Filterung eines Spinning-Hall-Sensorsignals bereitgestellt, umfassend:

Einstellen einer Durchlassbandbreite eines einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Spinning-Hall-Sensorsignals mit einem Schwellenwert, und
Filtern des Spinning-Hall-Sensorsignals unter Benutzung des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters.

Die obige Kurzfassung gibt lediglich einen kurzen Überblick über manche Ausführungsbeispiele und ist nicht als einschränkend auszulegen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines digitalen Tiefpassfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt Beispielsignale zur Veranschaulichung der Funktionsweise mancher Ausführungsbeispiele.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Tiefpassfilters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4A und 4B zeigen Simulationen zur Veranschaulichung der Funktionsweise mancher Ausführungsbeispiele.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Tiefpassfilters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines einstellbaren Tiefpassfilters, wie er bei manchen Ausführungsbeispielen verwendbar ist.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Sensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8A bis 8C zeigen Diagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Sensorschaltung der 7.
9 zeigt einen alternativen Sensor für die Sensorschaltung der 7.
10 zeigt einen weiteren alternativen Sensor für die Sensorschaltung der 7
11 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Verfahren gemäß mancher Ausführungsbeispiele.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise können andere Ausführungsbeispiele andere Merkmale und Komponenten als die explizit beschriebenen Merkmale und Komponenten aufweisen.
Merkmale oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Variationen und Abwandlungen, die für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sind auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar und werden daher nicht mehrmals erläutert.
Verbindungen oder Kopplungen, die im Folgenden erläutert werden, sind Verbindungen über Kopplungen, über die analoge oder digitale Signale übertragbar sind, sofern nichts anderes angegeben ist.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Sensorschaltungen mit einem Filter, der ein einstellbares Tiefpassfilter oder Bandpassfilter aufweist, und auf entsprechende Verfahren. Zunächst werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 derartige Filter erläutert, bevor dann Sensorschaltungen mit derartigen Filtern dargestellt werden.
1 zeigt ein Filter 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Filter 10 empfängt ein Eingangssignal si und gibt ein Ausgangssignal so als gefiltertes Signal aus. Das Filter 10 kann ein digitales Filter sein. In diesem Fall sind die Signale si, so digitale Signale. Ein solches digitales Filter 10 kann mittels beliebiger Schaltungskomponenten, die eine digitale Signalverarbeitung ermöglichen, implementiert werden. So kann das Filter 10 in diesem Fall mittels eines entsprechend konfigurierten digitalen Signalprozessors (DSP) oder mittels spezifischer Hardware, wie einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder eine feldprogrammierbaren Gatteranordnung (FPGA), implementiert sein. Auch eine Implementierung mittels eines Mehrzweckprozessors (GPU, General Processing Unit) ist durch entsprechende Programmierung möglich. Kombinationen der obigen Möglichkeiten können ebenfalls genutzt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Filter 10 auch ein analoges Filter sein, das mittels entsprechender analoger Komponenten realisiert ist, wie z.B. durch RC-Glieder zum Bereitstellen einer Filterfunktion.
Das Filter 10 weist ein einstellbares Tiefpassfilter oder Bandpassfilter 12 mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite und eine Steuerung 11 zum Einstellen der Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters 12 auf. Die Durchlassbandbreite gibt an, in welchem Frequenzbereich das einstellbare Tiefpassfilter oder Bandpassfilter 12 Signale durchlässt. Im Falle eines einstellbaren Tiefpassfilters reicht die Durchlassbandbreite von 0 bis zu einer Grenzfrequenz f_c. Die Grenzfrequenz f_c ist dabei diejenige Frequenz, bei deren Überschreitung eine Signalamplitude am Ausgang des einstellbaren Tiefpassfilters 12 auf einen vorgegebenen Bruchteil der Eingangssignalamplitude sinkt. Üblicherweise wird der vorgegebene Bruchteil auf $1 / \sqrt{2}$
gesetzt. Die Grenzfrequenz wird auch als Übergangsfrequenz oder Eckfrequenz bezeichnet. Im Falle eines einstellbaren Bandpassfilters reicht die Durchlassbandbreite von einer unteren Grenzfrequenz zu einer oberen Grenzfrequenz. Ein Tiefpassfilter kann insofern als Spezialfall eines Bandpassfilters mit unterer Grenzfrequenz 0 angesehen werden.
Zur Vereinfachung der folgenden Erläuterungen wird in der übrigen Beschreibung der 1 sowie der Beschreibung der 2 bis 6 von einem einstellbaren Tiefpassfilter ausgegangen. Die Erläuterungen gelten für ein einstellbares Bandpassfilter in entsprechender Weise, wobei Ausführungen zu der Grenzfrequenz f_c des einstellbaren Tiefpassfilters und der Anpassung derselben in entsprechender Weise für die obere Grenzfrequenz bei Verwendung eines einstellbaren Bandpassfilters. Zudem kann bei Verwendung eines einstellbaren Bandpassfilters die untere Grenzfrequenz ebenfalls eingestellt werden, z.B. erhöht werden, wenn die obere Grenzfrequenz erniedrigt wird, um die Durchlassbandbreite „von beiden Seiten“ zu verkleinern, und erniedrigt werden, wenn die ober Grenzfrequenz erhöht wird, um die Durchlassbandbreite „auf beiden Seiten“ zu vergrößern.
Die Steuerung 11 steuert die Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters 12 in Abhängigkeit von dem Eingangssignal si. Liegt ein Maß für Signaländerungen des Eingangssignals si unterhalb eines Schwellenwerts, wird die Grenzfrequenz erniedrigt, auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt oder auf dem niedrigen Wert gehalten. Ändert sich das Maß für die Signaländerungen des Eingangssignals si um mehr als den Schwellenwert, wird die Grenzfrequenz erhöht. Wenn die Änderung der Signalamplitude wieder kleiner wird als der Schwellenwert (oder ein weiterer Schwellenwert), wird die Grenzfrequenz wieder erniedrigt. Beispielsweise kann auf diese Weise zwischen zwei oder mehr Werten der Grenzfrequenz umgeschaltet werden.
Das Maß für die Signaländerung ist dabei eine Größe, die Signaländerungen des Eingangssignals widerspiegelt. Beispielsweise können die Signaländerungen selbst als Maß verwendet werden, indem zum Beispiel die Differenz zwischen aufeinander folgenden Abtastwerten des Eingangssignals als Maß verwendet wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Maß auch aus von dem Eingangssignal abgeleiteten, zum Beispiel gefilterten, Signalen gewonnen werden. Ein Beispiel hierfür wird später unter Bezugnahme auf die 3 erläutert.
Die Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters 12 bestimmt dabei die Grenzfrequenz des Filters 10, sodass sich diese in Abhängigkeit von dem Eingangssignal si verändert.
Dies wird nunmehr anhand von Beispielsignalen unter Bezugnahme auf die 2 näher erläutert.
In der 2 zeigt eine Kurve 20 ein Eingangssignal eines digitalen Tiefpassfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel über der Zeit, beispielsweise das Eingangssignal si des Filters 10 der 1, und eine Kurve 21 zeigt ein entsprechendes gefiltertes Signal, beispielsweise das Ausgangssignal so der 1. In einem Bereich 23 sind Schwankungen des Eingangssignals 20 betragsmäßig kleiner als ein Schwellenwert 24, in 2 durch einen Pfeil angedeutet. In diesem Fall wird die Grenzfrequenz beispielsweise des einstellbaren Tiefpassfilters 12 der 1 auf einen relativ kleinen Wert gesetzt, um diese Schwankungen, die durch verschiedene Störeinflüsse, wie thermisches Rauschen, 1/f-Rauschen und Quantisierungsrauschen, bedingt sein können, möglichst weitgehend herauszufiltern.
In einem Bereich 25 ändert sich dann das Eingangssignal 20 um einen Wert, der über dem Schwellenwert 24 liegt. Hier wird nun die Grenzfrequenz des digitalen Tiefpassfilters erhöht, beispielsweise durch Erhöhen der Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters 12 der 1. Dies führt dazu, dass der Verlauf des gefilterten Signals 21 dem Eingangssignal 20 nach der Anpassung der Grenzfrequenz ohne größere Verzögerung folgen kann. In einem Bereich 26 kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Grenzfrequenz dann wieder verringert werden, da hier nur langsame Änderungen des Eingangssignals auftreten, um Störungen besser herausfiltern zu können. Am Ende des Bereichs 26 übersteigt dann eine Änderung des Eingangssignals 20 wiederum den Schwellenwert, sodass die Grenzfrequenz erhöht wird, und somit kann das gefilterte Signal 21 dem Eingangssignal 20 wieder mit nur geringer Verzögerung folgen. Diese Herangehensweise kann dann im weiteren Verlauf des Eingangssignals fortgesetzt werden.
Auf diese Weise ist bei manchen Ausführungsbeispielen sowohl ein effizientes Filtern von Störungen insbesondere in Phasen, in denen keine starken und schnellen Änderungen des Eingangssignals vorliegen, als auch ein Nachverfolgen des Eingangssignals durch das gefilterte Signal ohne starke Verzögerung im Falle von schnellen Signaländerungen möglich.
Die 3 zeigt ein Blockdiagramm eines digitalen Tiefpassfilters 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bei der Beschreibung des digitalen Tiefpassfilters 30 auf die vorherigen Erläuterungen zu den 1 und 2 Bezug genommen.
Das digitale Tiefpassfilter 30 der 3 empfängt ein digitales Signal HADC roh beispielsweise von einem Analog-Digital-Wandler an einem Eingang 31 und gibt ein tiefpassgefiltertes Signal HADC gefiltert an einem Ausgang 37 aus. Hinsichtlich der Implementierungsmöglichkeiten des digitalen Tiefpassfilters 30 gelten die Erläuterungen zum Filter 10 der 1 entsprechend.
Das digitale Tiefpassfilter 30 weist ein festes Tiefpassfilter 32 mit unendlicher Impulsantwort (IIR, vom Englischen: infinite impulse response) auf, welches im Folgenden kurz als Tiefpassfilter 32 bezeichnet wird. Das Tiefpassfilter 32 weist eine feste Grenzfrequenz auf, welche eine maximale Bandbreite des digitalen Tiefpassfilters 30 festlegt. Dem Tiefpassfilter 32 ist ein einstellbares IIR-Tiefpassfilter 33 nachgeschaltet, welches eine einstellbare Grenzfrequenz aufweist, die von einer digitalen Steuerung 34 eingestellt wird. Die einstellbare Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 33 liegt unterhalb der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 32, schränkt den Durchlassfrequenzbereich also weiter ein. Ein Ausgang des Tiefpassfilters 33 ist mit dem Ausgang 37 des digitalen Tiefpassfilters 30 verbunden.
Das digitale Tiefpassfilter 30 umfasst zudem einen digitalen Komparator 35. Einem ersten Eingang des digitalen Komparators 35 wird ein Ausgangssignal TP32 des Tiefpassfilters 32 zugeführt, und einem zweiten Eingang des digitalen Komparators 35 wird ein Ausgangssignal TP33 des Tiefpassfilters 33 zugeführt. Zudem wird dem digitalen Komparator 35 ein Schwellenwert zugeführt, der in einem Register 36 als digitaler Wert mit mehreren Bits gespeichert ist. Dieser Schwellenwert kann bei dem Ausführungsbeispiel der 3 von einem Benutzer konfiguriert werden.
Ein Ausgangssignal des digitalen Komparators 35 gibt an, ob ein Absolutwert der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Tiefpassfilter 32, 33 größer als der Schwellenwert ist oder nicht. Die Differenz dient dabei als Maß für Signalanalysen des Eingangssignals. In Abhängigkeit davon erhöht oder erniedrigt die digitale Steuerung 34 die Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters 33. Die digitale Steuerung 34 kann beispielsweise als Zustandsautomat realisiert sein, bei welchem jeder Zustand einem Wert der Grenzfrequenz entspricht, und zwischen den Zuständen kann in Abhängigkeit von der Ausgabe des digitalen Komparators 35 gewechselt werden. Ein Pseudocode der digitalen Steuerung 34 kann hierfür beispielsweise wie folgt lauten:
Gemäß diesem Pseudocode wird eine if/else-Abfrage (wenn/sonst-Abfrage) durchgeführt. Dabei bedeutet abs den Absolutwert, TP33 das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 33 und TP32 das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 32. hyst ist der Schwellenwert. Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Ausgangssignalen TP33 und TP32 (d.h. zwischen jeweiligen Abtastwerten der Ausgangssignale) größer ist als der Schwellenwert, wird die Grenzfrequenz Fc vergrößert (increase (Fc)) und sonst verkleinert (decrease (Fc)). Im Falle der Implementierung als Zustandsautomat kann der Zustandsautomat zum Vergrößern der Grenzfrequenz Fc in einen Zustand übergehen, der einer höheren Grenzfrequenz zugeordnet ist, und im Falle des Verringerns der Grenzfrequenz in einen Zustand übergehen, der einer niedrigeren Grenzfrequenz zugeordnet ist. Ist eine maximale oder minimale Grenzfrequenz (beispielsweise ein entsprechender Zustand) erreicht, wird die Grenzfrequenz nicht weiter vergrößert oder verkleinert, sondern der entsprechende maximale oder minimale Wert gehalten. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden auch nur zwei Werte für die Grenzfrequenz Fc verwendet werden, und bei increase (Fc) wird auf die höhere Grenzfrequenz und bei decrease (Fc) die Grenzfrequenz auf die niedrigere Grenzfrequenz gesetzt bzw. bei dieser gehalten.
Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch zwei Schwellenwerte verwendet werden. wenn der Absolutwert der Differenz TP33 - TP32 größer als ein erster Schwellenwert ist, wird die Grenzfrequenz Fc vergrößert, und wenn sie kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der kleiner ist als der erste Schwellenwert, wird die Grenzfrequenz verkleinert. Die Formulierung, dass die Grenzfrequenz in Abhängigkeit von einem Schwellenwert geändert wird, beinhaltet auch solche Szenarien. Dies kann erreicht werden, indem der digitale Komparator 35 als Fensterkomparator mit dem ersten und zweiten Schwellenwert implementiert ist. Hiermit kann bei manchen Ausführungsbeispielen ein schnelles Hin- und Herschalten der Grenzfrequez, falls beispielsweise das Maß für die Signaländerung über längere Zeit nahe am Schwellenwert liegt, verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich kann hierzu der digitale Komparator 35 oder die digitale Steuerung 34 so eingerichtet sein, dass nach einer Änderung der Grenzfrequenz eine nächste Änderung der Grenzfrequenz frühestens nach einer vorgegebenen Zeitspanne erfolgen kann.
Die Funktionsweise des digitalen Tiefpassfilters 30 wird anhand von Simulationsbeispielen, welche in den 4A und 4B dargestellt sind, weiter erläutert. Die gezeigten Signale dienen lediglich der Veranschaulichung.
In den Simulationsbeispielen wird ein digitales Tiefpassfilter, wie in 3 gezeigt, mit einer herkömmlichen Lösung verglichen, bei der ein Ausgangssignal eines Filters einfach erhöht wird, wenn eine Signaländerung einen Schwellenwert übersteigt. Als weiteres Vergleichsbeispiel wird ein herkömmliches Filter mit einer festen Grenzfrequenz verwendet.
Die 4A zeigt einen Fall mit einem insgesamt konstanten, jedoch verrauschten Eingangssignal 40. Das Eingangssignal 40 stammt in diesem Fall aus einer Messung mittels eines Sensors, ist also ein reales Signal. Das Verhalten der verschiedenen Filter wurde dann mittels einer Simulation ermittelt.
Eine Kurve 41 zeigt eine Anwendung eines Tiefpassfilters mit einer festen Grenzfrequenz von 500 MHz. Eine Kurve 42 zeigt ein Ausgangssignal eines Filters, der das Ausgangssignal erhöht, wenn eine Signaländerung einen Schwellenwert überschreitet, und sonst konstant hält. Eine Kurve 43 zeigt die Anwendung des digitalen Filters 30 der 3 auf das Eingangssignal 40. Hier zeigen die Kurven 42 und 43 ein im Wesentlichen ähnliches Verhalten, bis auf eine Änderung der Signalausgabe im Falle der Kurve 43.
Die 4B zeigt die gleichen Kurven 40 bis 43 für einen Fall, in dem das Eingangssignal gemäß der Kurve 40 insgesamt ansteigt, aber nach wie vor verrauscht ist. Hier ist ersichtlich, dass das digitale Filter 30 entsprechend der Kurve 43 dem Signalverlauf enger folgt, während die Kurve 42 größere Sprünge aufweist und somit eine geringere Genauigkeit aufweist. Bei der Lösung mit einer festen Grenzfrequenz entsprechend der Kurve 41 ergibt sich hingegen ein verrauschteres Signal. Somit kann bei manchen Ausführungsbeispielen ein präziseres Nachverfolgen des Signalverlaufs bei gleichzeitig guter Rauschunterdrückung bereitgestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Schwellenwert durch entsprechende Programmierung des Registers 36 vorgebbar. In einer Erweiterung kann ein geeigneter Schwellenwert auch automatisch eingestellt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel eines digitalen Tiefpassfilters 50 ist in der 5 dargestellt.
Dabei tragen Komponenten des Ausführungsbeispiels der 5, welche denen des Ausführungsbeispiels der 3 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals detailliert erläutert.
Zusätzlich zu den Komponenten des digitalen Tiefpassfilters 30 der 3 weist das digitale Tiefpassfilter 50 eine Hysteresedetektion 51, umfassend ein Hochpassfilter 52 mit unendlicher Impulsantwort und einen Spitzendetektor 53, auf. Eine Grenzfrequenz des Hochpassfilters 52 ist auf eine minimale Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 33 gesetzt. Die digitale Steuerung 54 führt die für die digitale Steuerung 34 der 3 beschriebenen Funktionen aus und gibt zudem das Schreiben des Registers 36 frei, wenn die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 33 auf einen kleinstmöglichen Wert gesetzt ist.
In diesem Fall arbeitet das Hochpassfilter 52 demnach komplementär zu dem Tiefpassfilter 33 und lässt im Wesentlichen nur einen Rauschanteil des Ausgangssignals TP32 des Tiefpassfilters 32 durch. Der Spitzendetektor 53 detektiert dann ein Maximum des Absolutwerts dieses Rauschens, und ein entsprechender Wert wird als Schwellenwert in das Register 36 geschrieben. Da gemäß der bereits erläuterten Steuerung das dynamische Tiefpassfilter 33 dann auf eine minimale Grenzfrequenz gesetzt wird, wenn Variationen des Eingangssignals klein sind und insbesondere unterhalb des Schwellenwerts liegen, wird hierdurch sichergestellt, dass der Schwellenwert in einem im Wesentlichen stationären Zustand (beispielsweise dem Bereich 23 der 2) bestimmt wird, in denen Änderungen des Eingangssignals abgesehen von Rauschen zumindest sehr gering sind und hierdurch durch das Hochpassfilter 52 tatsächlich nur das Rauschen bestimmt wird.
Ein Pseudocode für die digitale Steuerung 54 kann wie folgt aussehen.
Der erste Teil entspricht dem bereits diskutierten Pseudocode der Steuerung 34 der 3. Die zweite if-Abfrage fragt ab, ob die Grenzfrequenz Fc des Tiefpassfilters 33 auf ihrem minimalen Wert ist, und schreibt den Ausgangswert des Spitzendetektors 53 Peak_detector in das Register 36 (Hyst_reg) .
Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel muss der Schwellenwert nicht extern eingestellt werden, sodass keine detaillierte Analyse des Rauschens notwendig ist. Zudem kann sich das digitale Tiefpassfilter selbstständig an veränderte Rauschbedingungen anpassen.
Die verwendeten Filter 32 und 52 können auf beliebige herkömmliche Weise implementiert sein. Gleiches gilt grundsätzlich für das einstellbare Tiefpassfilter 33, bei welchem lediglich ein Parameter, der die Grenzfrequenz bestimmt, veränderlich ist. Ein Beispiel für eine Implementierung eines einstellbaren Tiefpassfilters mit unendlicher Impulsantwort ist in der 7 dargestellt. Die Darstellung erfolgt dabei wie häufig bei digitalen Filtern auf Basis der z-Transformierten der Signale.
In der 6 ist das Eingangssignal des Filters mit X(z) und das Ausgangssignal als Y(z) bezeichnet. Das Eingangssignal X(z) wird einem ersten Eingang eines Addierers 60 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Addierers 60 wird einem ersten Eingang eines Addierers 62 sowie einem Multiplizierer 63 zugeführt. In dem Multiplizierer 63 wird das Signal mit einem einstellbaren Wert a multipliziert. Durch Veränderung des Werts a wird die Grenzfrequenz des digitalen Tiefpassfilters verändert. Ein Ausgangssignal des Multiplizierers 63 wird als das Ausgangssignal Y(z) ausgegeben und zu einem zweiten Eingang des Addierers 62 rückgekoppelt. Ein Ausgangssignal des Addierers 62 wird um eine Zeiteinheit in einem Verzögerungsglied 61 verzögert (durch z^-1 ausgedrückt), und das so verzögerte Signal wird einem zweiten Eingang des Addierers 60 zugeführt. Auch andere Strukturen zur Realisierung eines Tiefpassfilters mit einstellbarer Grenzfrequenz, insbesondere Tiefpassfilter höherer Ordnung, sind möglich.
Tiefpassfilter wie oben erläutert können beispielsweise bei der Verarbeitung von Sensorsignalen eingesetzt werden. Eine entsprechende Sensorschaltung ist in der 7 dargestellt.
Das System der 7 weist einen Sensor 70 auf. In dem dargestellten Beispiel ist der Sensor 70 ein als Brückenschaltung mit vier magnetoresistiven Elementen implementierter Magnetfeldsensor. Wie durch einen Pfeil 74 angedeutet, wird der Sensor 70 dabei mit einer Spinning current-Technik betrieben, bei der die Anschlüsse zum Anlegen einer Vorspannung und zum Abgreifen des Sensorsignals gleichsam „durchgetauscht“ werden, was einen Offset verringern kann. Zudem kann ein Choppen durchgeführt werden, wie durch einen Chopper 75 mit einer Chopperfrequenz fchop angedeutet. Dabei wird die Vorspannung gleichsam gepulst mit fchop angelegt, und die Auswertung erfolgt entsprechend. Das Choppen kann dabei mit der Spinning-current-Technik synchronisiert durchgeführt werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und es können auch andere Sensoren verwendet werden, wie dies später unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben wird. Ein Ausgangssignal des Sensors 70 wird in einem Analog-Digital-Wandler 72 digitalisiert. Zwischen den Sensor 70 und dem Analog-Digital-Wandler 72 kann optional ein analoges Tiefpassfilter 71 als Antialiasing-Filter geschaltet sein, um Signalfaltung zu vermeiden. Hierzu werden mittels des analogen Tiefpassfilters 71 Frequenzen herausgefiltert, die höher sind als eine halbe Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 72.
Dem Analog-Digital-Wandler 72 nachgeschaltet ist ein digitales Tiefpassfilter 73, welches wie oben beschrieben ausgestaltet ist und eine anpassbare Grenzfrequenz ausweist. Wie erläutert kann statt eines Tiefpassfilters auch ein Bandpassfilter verwendet werden. So kann das digitale Tiefpassfilter 73 das Filter 10 der 1, das digitale Tiefpassfilter 30 der 3 oder das digitale Tiefpassfilter 50 der 5 sein. Mit dem digitalen Tiefpassfilter 73 werden Rauschanteile des Signals, welche sich aus verschiedenen Quellen, wie dem Sensor 70 oder dem Analog-Digital-Wandler 72, ergeben können, herausgefiltert. Dabei kann wie erläutert bei schnellen Änderungen des vom Sensor 70 ausgegebenen Signals ein Ausgangssignal do des digitalen Tiefpassfilters 73 dem Signalverlauf mit vergleichsweise geringerer Verzögerung folgen.
Das digitale Tiefpassfilter 73 kann zusammen mit dem Analog-Digital-Wandler 72 und gegebenenfalls auch zusammen mit dem Filter 71 und dem Sensor 70 (je nach Art des Sensors 70) auf einem Chip integriert werden. Die Einstellbarkeit des digitalen Tiefpassfilters 73 weist dabei verglichen mit herkömmlichen Filterlösungen bei manchen Implementierungen nur einen geringfügig höheren Flächenverbrauch auf. Durch die Verwendung des Filters 73 kann bei manchen Implementierungen eine nachfolgende Bearbeitung des Signals zum Entrauschen, beispielsweise durch einen nachfolgenden Microcontroller, vermieden werden, was zusätzliche Verzögerungen durch eine derartige Nachbearbeitung vermeidet. Die Genauigkeit und Auflösung des ursprünglich vom Sensor ausgegebenen Signals kann bei manchen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen beibehalten werden. Zudem kann eine gute Rauschunterdrückung gewährleistet werden.
Die Unterdrückung von Rauschen bei Verwendung der Spinning-current Technik und Choppen mittels des digitalen Tiefpassfilters 73 wird nun unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C noch näher erläutert.
In der 8A zeigt eine Kurve 80 einen Verlauf eines Rauschens in einer Hallspannung Vhall des Sensors 70 über der Frequenz, welche logarithmisch aufgetragen ist, ohne Choppen und ohne Spinning-current-Technik. Bei niedrigen Frequenzen dominiert das Flickerrauschen (1/f-Rauschen), welches über einem konstanten Untergrund aus weißem Rauschen liegt, der bei höheren Frequenzen dominiert.
In der 8B zeigt eine Kurve 81 das Rauschen in der Hallspannung bei Verwendung einer Spinning-current-Technik und Choppen. Hier wird das Flickerrauschen zu höheren Frequenzen, nämlich hauptsächlich ungradzahligen Vielfachen der Chopperfrequenz fchop, hin verschoben.
Die 8C zeigt die Auswirkungen der Verwendung des digitalen Tiefpassfilters 73 bei einer höheren Grenzfrequenz bei 83 und einer niedrigeren Grenzfrequenz bei 82. In beiden Fällen liegt die Grenzfrequenz unterhalb der Chopperfrequenz fchop, sodass die Spitzen bei den ungradzahligen Vielfachen von fchop und somit das Flickerrauschen herausgefiltert wird.
Bei der niedrigen Grenzfrequenz bei 82 wird zudem ein großer Teil des verbleibenden weißen Rauschens herausgefiltert, während bei der höheren Grenzfrequenz bei 83 dem Sensorsignal schneller gefolgt werden kann. Mit der Sensorschaltung der 7 kann somit sowohl Flickerrauschen als auch weißes Rauschen effektiv unterdrückt werden und zudem eine schnelle Reaktion auf Änderungen des gemessenen Magnetfeldes und somit der Hallspannung ermöglicht werden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen ist als Sensor ein Positions- oder Bewegungssensor, der eine relative Position oder Bewegung zweier Elemente zueinander misst, bereitgestellt. Die Begriffe „Positionssensor“ und „Bewegungssensor“ sind dabei im Wesentlichen austauschbar, da z.B. wenn eine Bewegung durch eine Geschwindigkeit ausgedrückt wird, die Position durch Integration der Geschwindigkeit erhalten werden kann oder die Geschwindigkeit als Ableitung der Position nach der Zeit erhalten werden kann.
9 zeigt einen Bewegungssensor 90, der statt des Sensors 70 in der Sensorschaltung der 7 verwendet werden kann. Der Sensor 90 umfasst ein Polrad 93, das um eine Drehachse 92 drehbar ist. Entlang des Umfangs des Polrads 93 sind Magnete 94 angeordnet. Statt eines Polrads kann auch ein magnetisches Zahnrad verwendet werden. Des Weiteren umfasst der Sensor 90 einen Magnetfeldsensor 91. Der Magnetfeldsensor 91 kann wie der Sensor 70 der 7 ausgestaltet sein oder eine andere Art von Magnetfeldsensor sein. Bei Drehung des Polrads 93 erfasst der Magnetfeldsensor 91 ein veränderliches Magnetfeld, auf Basis dessen die Winkelgeschwindigkeit des Polrads 93 bestimmt werden kann. So kann der Sensor 90 als Winkelgeschwindigkeitssensor oder Winkelpositionssensor dienen.
Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Winkelsensor zur Erfassung einer Lenkraddrehung handeln. Speziell für Sensoren, bei denen einerseits der Signalpegel sehr gering ist und andererseits eine menschliche Rückmeldung schnell umzusetzen ist (wie z.B. bei Landradsteuersysteme oder andere Mensch-Maschine-Rückmeldungssysteme) und somit hohe Anforderungen an eine maximal erlaubte Verzögerung vorliegen, erweist sich die Verwendung des digitalen Tiefpassfilters 73 als vorteilhaft, da es Rauschen effektiv unterdrücken kann und andererseits einer dynamische Änderung des Signals folgen kann.
Statt des Sensors 90 kann auch ein linearer Bewegungssensor verwendet werden. Hier sind dann beispielsweise Magnete, wie die Magnete 94, entlang eines linear beweglichen Elements angeordnet, dessen Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor, wie dem Magnetfeldsensor 91, erfasst wird.
Ein weiteres Beispiel für einen Sensor, der in der Sensorschaltung der 7 verwendbar ist, ist ein Stromsensor. Als Beispiel zeigt die 10 einen Stromsensor 100, der als Messwiderstand ausgestaltet ist. Ein zu messender Strom Im verursacht einen Spannungsabfall Um an dem Messwiderstand, der dann durch den Analog-Digital-Wandler 72 digitalisiert wird. Auch hier ermöglicht die Verwendung des einstellbaren Tiefpassfilters 73 eine gute Rauschunterdrückung in Verbindung mit einem schnellen Ansprechverhalten bei schnellen Stromänderungen.
Die 11 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Filtern eines Sensorsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Sensorsignal kann dabei von einem der unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 beschriebenen Sensoren erzeugt werden. Während das Verfahren der 11 als Abfolge bestimmter Vorgänge dargestellt ist, ist die Reihenfolge dieser Vorgänge nicht als einschränkend auszulegen. Das Verfahren der 11 kann mittels der zuvor beschriebenen Filter implementiert sein und wird zur Vermeidung von Wiederholungen unter Bezugnahme auf diese beschrieben. Das Verfahren kann jedoch auch mittels anderer Tiefpassfilter implementiert werden. Insbesondere wird mit dem Verfahren der 11 eine Durchlassbandbreite eines einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters eingestellt. Dabei wird als Beispiel eine Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters eingestellt. Dies ist in entsprechender Weise auf ein Einstellen einer oberen Grenzfrequenz eines Bandpassfilters (und ggfs. einem entsprechenden Einstellen einer unteren Grenzfrequenz des Bandpassfilters) anwendbar.
Das Verfahren startet in Schritt 110 mit einer Grenzfrequenz auf einem niedrigen Wert, beispielsweise im Bereich 23 der 2. Das Verfahren kann jedoch auch bei einem höheren Wert starten.
Bei 111 wird überprüft, ob eine Signaländerung eines Sensorsignals, die größer als ein Schwellenwert ist, vorliegt, d.h. ein Maß für die Signaländerung den Schwellenwert übersteigt. Falls dies nicht der Fall ist, bleibt die Grenzfrequenz bei 110 auf dem niedrigen Wert. Andernfalls wird bei 112 die Grenzfrequenz auf einen höheren Wert gesetzt.
Bei 113 wird überprüft, ob die Signaländerung nun kleiner als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert bei 113 kann der gleiche sein wie bei 111 oder kann kleiner sein als derjenige bei 111, wie bereits erläutert. Falls dies nicht der Fall ist, bleibt die Grenzfrequenz bei 112 auf einem höheren Wert, und ansonsten geht das Verfahren zurück zu 110, wo die Grenzfrequenz auf dem höheren Wert ist.
Bei dem Beispiel der 11 werden somit zwei verschiedene Werte für die Grenzfrequenz verwendet, zwischen denen umgeschaltet wird. Wie bereits erläutert können auch mehrere verschiedene Werte verwendet werden. Im Falle einer Implementierung einer digitalen Steuerung wie den digitalen Steuerungen 34 und 54 als Zustandsautomaten würden 110 und 112 Zuständen entsprechen, während die Entscheidungen bei 111 und 113 Übergängen zwischen diesen Zuständen entsprechen.
Somit ist ersichtlich, dass das Verfahren der 11 nur als Beispiel zu verstehen ist, und verschiedene Variationen und Erweiterungen insbesondere auf mehrere Werte von Grenzfrequenzen möglich sind.
Einige Ausführungsbeispiele werden durch die nachfolgenden Beispiele definiert:

Beispiel 1. Sensorschaltung, aufweisend:
- eine Spinning-Hall-Schaltung mit einem Hallsensorelement zum Erzeugen eines Spinning-Hall-Sensorsignals,
- ein Filter, umfassend:
  - einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf dem Spinning-Hall-Sensorsignal,
  - ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
  - Durchlassbandbreite, und
  - eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.
Beispiel 2. Sensorschaltung, aufweisend:
- ein Positionssensorelement und/oder ein
- Bewegungssensorelement zum Erfassen einer relativen Position oder Bewegung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element,
- ein Filter, umfassend:
  - einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Positionssensorelements und/oder ein Bewegungssensorelements,
  - ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
  - Durchlassbandbreite, und
  - eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.
Beispiel 3. Sensorschaltung, aufweisend:
- ein Stromsensorelement,
- ein Filter, umfassend:
  - einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Stromsensorelements,
  - ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter mit einer einstellbaren
  - Durchlassbandbreite, und
  - eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals mit einem Schwellenwert einzustellen.
Beispiel 4. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Steuerung eingerichtet ist, eine obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite zu erhöhen oder auf einem maximalen Wert zu halten, wenn das Maß für die Signaländerung den Schwellenwert übersteigt, und die obere Grenzfrequenz zu erniedrigen oder auf einem minimalen Wert zu halten, wenn das Maß für die Signaländerung unter einem weiteren Schwellenwert liegt, wobei der weitere Schwellenwert kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
Beispiel 5. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 4, wobei das Filter ein digitales Filter ist.
Beispiel 6. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 5, wobei das Filter derart eingerichtet ist, dass nach einer Änderung der Durchlassbandbreite eine weitere Änderung der Durchlassbandbreite erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne erfolgen kann.
Beispiel 7. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 6, weiter umfassend eine Spitzenwertdetektion, welche eingerichtet ist, einen Spitzenwert eines Rauschens des Eingangssignals oder eines von dem Eingangssignal abgeleiteten Signals zu bestimmen, wobei das Filter eingerichtet ist, den Schwellenwert basierend auf dem Spitzenwert zu bestimmen.
Beispiel 8. Sensorschaltung nach Beispiel 7, wobei das Filter eingerichtet ist, den Schwellenwert als den Spitzenwert des Rauschens in einem Zustand, in dem die Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters auf einem minimalen Wert ist, zu bestimmen.
Beispiel 9. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 8,
- wobei ein Eingang des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters mit einem Signaleingang des Filters gekoppelt ist und ein Ausgang des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters mit einem Ausgang des Filters gekoppelt ist, wobei das Filter weiter umfasst:
  - einen Komparator, wobei ein erster Eingang des Komparators mit dem Signaleingang gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des Komparators mit dem Ausgang des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters gekoppelt ist, wobei der digitale Komparator eingerichtet ist, eine Differenz zwischen einem Signalwert an dem ersten Eingang und einem Signalwert an dem zweiten Eingang mit dem Schwellenwert zu vergleichen, und
- wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite in Abhängigkeit von einem Ausgangssignals des digitalen Komparators einzustellen.
Beispiel 10. Sensorschaltung nach Beispiel 9, wobei das Filter weiter ein Register zum Speichern des Schwellenwerts umfasst.
Beispiel 11. Sensorschaltung nach Beispiel 10, weiter umfassend ein Hochpassfilter und einen Spitzendetektor, wobei ein Eingang des Hochpassfilters mit dem Signaleingang gekoppelt ist, ein Ausgang des Hochpassfilters mit einem Eingang des Spitzendetektors gekoppelt ist und ein Ausgang des Spitzendetektors mit dem Register zum Beschreiben des Registers gekoppelt ist.
Beispiel 12. Sensorschaltung nach Beispiel 11, wobei das Hochpassfilter eine Grenzfrequenz aufweist, welche einer minimalen oberen Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite entspricht.
Beispiel 13. Sensorschaltung nach Beispiel 11 oder 12, wobei die Steuerung eingerichtet ist, ein Beschreiben des Registers mit einem Ausgangswert des Spitzendetektors nur dann zu ermöglichen, wenn die obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite auf einem minimalen Wert ist.
Beispiel 14. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 9 bis 13, weiter umfassend ein festes Tiefpassfilter mit einer festen Grenzfrequenz, wobei ein Eingang des festen Tiefpassfilters mit dem Signaleingang gekoppelt ist und ein Ausgang des festen Tiefpassfilters mit dem Eingang des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters und dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
Beispiel 15. Sensorschaltung nach Beispiel 14 und nach einem der Beispiele 11 bis 13, wobei der Ausgang des festen Tiefpassfilters mit dem Eingang des Hochpassfilters gekoppelt ist.
Beispiel 16. Sensorschaltung nach einem der Beispiele 1 bis 15, wobei die Steuerung einen Zustandsautomaten umfasst.
Beispiel 17. Verfahren zur Filterung eines Spinning-Hall-Sensorsignals, umfassend:
- Einstellen einer Durchlassbandbreite eines einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Spinning-Hall-Sensorsignals mit einem Schwellenwert, und
- Filtern des Spinning-Hall-Sensorsignals unter Benutzung des einstellbaren Tiefpassfilters oder Bandpassfilters.
Beispiel 18. Verfahren nach Beispiel 17, weiter umfassend:
- Erhöhen einer oberen Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite oder Halten der oberen Grenzfrequenz auf einem maximalen Wert, wenn das Maß für die Signaländerung den Schwellenwert übersteigt, und
- Erniedrigen der oberen Grenzfrequenz oder Halten der oberen Grenzfrequenz auf einem minimalen Wert, wenn das Maß für die Signaländerung unter einem weiteren Schwellenwert liegt, wobei der weitere Schwellenwert kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
Beispiel 19. Verfahren nach Beispiel 17 oder 18, weiter umfassend:
- Bestimmen eines Spitzenwerts eines Rauschens des Spinning-Hall-Sensorsignals oder eines von dem Spinning-Hall-Sensorsignal abgeleiteten Signals, und
- Einstellen des Schwellenwerts basierend auf dem Spitzenwert.
Beispiel 20. Verfahren nach Beispiel 19, wobei das Einstellen des Schwellenwerts ein Einstellen des Schwellenwerts als den Spitzenwert in einem Zustand, in eine obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite auf einem minimalen Wert ist, umfasst.

Obgleich in dieser Beschreibung spezifische Ausführungsbeispiele illustriert und beschrieben wurden, werden Personen mit üblichem Fachwissen erkennen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierung als Substitution für die spezifischen Ausführungsbeispiele, die in dieser Beschreibung gezeigt und beschrieben sind, ohne von dem Umfang der gezeigten Erfindung abzuweichen, gewählt werden können. Es ist die Intention, dass diese Anmeldung alle Adaptionen oder Variationen der spezifischen Ausführungsbeispiele, die hier diskutiert werden, abdeckt. Daher ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente der Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Sensorschaltung, aufweisend: eine Spinning-Hall-Schaltung (70) mit einem Hallsensorelement zum Erzeugen eines Spinning-Hall-Sensorsignals, ein Filter (10; 30; 50; 73), umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf dem Spinning-Hall-Sensorsignal, ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter (12; 33) mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite, und eine Steuerung (11; 34; 54), welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals (si; HADC roh) mit einem Schwellenwert (24) einzustellen.
Sensorschaltung, aufweisend: ein Positionssensorelement und/oder ein Bewegungssensorelement (90) zum Erfassen einer relativen Position oder Bewegung zwischen einem ersten Element (93) und einem zweiten Element (91), ein Filter (10; 30; 50; 73), umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Positionssensorelements und/oder ein Bewegungssensorelements, ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter (12; 33) mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite, und eine Steuerung (11; 34; 54), welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals (si; HADC roh) mit einem Schwellenwert (24) einzustellen.
Sensorschaltung, aufweisend: ein Stromsensorelement (100), ein Filter (10; 30; 50; 73), umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Ausgangssignal des Stromsensorelements, ein einstellbares Tiefpassfilter oder einstellbares Bandpassfilter (12; 33) mit einer einstellbaren Durchlassbandbreite, und eine Steuerung (11; 34; 54), welche eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Eingangssignals (si; HADC roh) mit einem Schwellenwert (24) einzustellen.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung (11; 34; 54) eingerichtet ist, eine obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite zu erhöhen oder auf einem maximalen Wert zu halten, wenn das Maß für die Signaländerung den Schwellenwert (24) übersteigt, und die obere Grenzfrequenz zu erniedrigen oder auf einem minimalen Wert zu halten, wenn das Maß für die Signaländerung unter einem weiteren Schwellenwert liegt, wobei der weitere Schwellenwert kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Filter (10; 30; 50; 73) ein digitales Filter ist.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Filter (10; 30; 50; 73) derart eingerichtet ist, dass nach einer Änderung der Durchlassbandbreite eine weitere Änderung der Durchlassbandbreite erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne erfolgen kann.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend eine Spitzenwertdetektion (51), welche eingerichtet ist, einen Spitzenwert eines Rauschens des Eingangssignals oder eines von dem Eingangssignal abgeleiteten Signals zu bestimmen, wobei das Filter (10; 30; 50; 73) eingerichtet ist, den Schwellenwert (24) basierend auf dem Spitzenwert zu bestimmen.
Sensorschaltung nach Anspruch 7, wobei das Filter (10; 30; 50; 73) eingerichtet ist, den Schwellenwert (24) als den Spitzenwert des Rauschens in einem Zustand, in dem die Grenzfrequenz des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) auf einem minimalen Wert ist, zu bestimmen.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Eingang des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters mit einem Signaleingang (31) des Filters (10; 30; 50; 73) gekoppelt ist und ein Ausgang des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters mit einem Ausgang (37) des Filters (10; 30; 50; 73) gekoppelt ist, wobei das Filter weiter umfasst: einen Komparator (35), wobei ein erster Eingang des Komparators mit dem Signaleingang (31) gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des Komparators mit dem Ausgang des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters gekoppelt ist, wobei der digitale Komparator (35) eingerichtet ist, eine Differenz zwischen einem Signalwert an dem ersten Eingang und einem Signalwert an dem zweiten Eingang mit dem Schwellenwert (24) zu vergleichen, und wobei die Steuerung (11; 34; 54) eingerichtet ist, die Durchlassbandbreite in Abhängigkeit von einem Ausgangssignals des digitalen Komparators (35) einzustellen.
Sensorschaltung nach Anspruch 9, wobei das Filter weiter ein Register (36) zum Speichern des Schwellenwerts (24) umfasst.
Sensorschaltung nach Anspruch 10, weiter umfassend ein Hochpassfilter (52) und einen Spitzendetektor (53), wobei ein Eingang des Hochpassfilters mit dem Signaleingang (31) gekoppelt ist, ein Ausgang des Hochpassfilters mit einem Eingang des Spitzendetektors (53) gekoppelt ist und ein Ausgang des Spitzendetektors mit dem Register (36) zum Beschreiben des Registers gekoppelt ist.
Sensorschaltung nach Anspruch 11, wobei das Hochpassfilter (52) eine Grenzfrequenz aufweist, welche einer minimalen oberen Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite (12; 33) entspricht.
Sensorschaltung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuerung (11; 34; 54) eingerichtet ist, ein Beschreiben des Registers (36) mit einem Ausgangswert des Spitzendetektors (53) nur dann zu ermöglichen, wenn die obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite auf einem minimalen Wert ist.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, weiter umfassend ein festes Tiefpassfilter (32) mit einer festen Grenzfrequenz, wobei ein Eingang des festen Tiefpassfilters (32) mit dem Signaleingang (31) gekoppelt ist und ein Ausgang des festen Tiefpassfilters (32) mit dem Eingang des einstellbaren Tiefpassfilters (33) oder Bandpassfilters und dem ersten Eingang des Komparators (35) gekoppelt ist.
Sensorschaltung nach Anspruch 14 und nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Ausgang des festen Tiefpassfilters (32) mit dem Eingang des Hochpassfilters (52) gekoppelt ist.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Steuerung (11; 34; 54) einen Zustandsautomaten umfasst.
Verfahren zur Filterung eines Spinning-Hall-Sensorsignals, umfassend: Einstellen einer Durchlassbandbreite eines einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters in Abhängigkeit von einem Vergleich eines Maßes für eine Signaländerung eines Spinning-Hall-Sensorsignals mit einem Schwellenwert (24), und Filtern des Spinning-Hall-Sensorsignals unter Benutzung des einstellbaren Tiefpassfilters (12; 33) oder Bandpassfilters.
Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend: Erhöhen einer oberen Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite oder Halten der oberen Grenzfrequenz auf einem maximalen Wert, wenn das Maß für die Signaländerung den Schwellenwert (24) übersteigt, und Erniedrigen der oberen Grenzfrequenz oder Halten der oberen Grenzfrequenz auf einem minimalen Wert, wenn das Maß für die Signaländerung unter einem weiteren Schwellenwert liegt, wobei der weitere Schwellenwert kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, weiter umfassend: Bestimmen eines Spitzenwerts eines Rauschens des Spinning-Hall-Sensorsignals oder eines von dem Spinning-Hall-Sensorsignal abgeleiteten Signals, und Einstellen des Schwellenwerts (24) basierend auf dem Spitzenwert.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Einstellen des Schwellenwerts (24) ein Einstellen des Schwellenwerts (24) als den Spitzenwert in einem Zustand, in eine obere Grenzfrequenz der Durchlassbandbreite (12; 33) auf einem minimalen Wert ist, umfasst.