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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Magnetsensoren und insbesondere auf einen Magnetsensor mit einer asymmetrischen Wheatstone-Brücke.
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HINTERGRUND
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Im Bereich der Geschwindigkeitserfassung kann von einem Magnetsensor ansprechend auf eine Rotation eines Zielobjekts, wie beispielsweise eines Rades, einer Nockenwelle, einer Kurbelwelle oder ähnlichem, ein sinusform-ähnliches Signal erzeugt werden. Beispielsweise kann ein Backbias-Magnet verwendet werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und ein magnetischer Geschwindigkeitssensor kann zwischen dem Zielobjekt und dem Backbias-Magneten platziert werden. Das sinusförmige Signal kann erzeugt und in Pulse umgeschrieben werden, was weiter in eine Bewegungsdetektion oder eine Geschwindigkeitsausgabe umgeschrieben wird.
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Eine oder mehrere Sensoranordnungen können in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration verwendet werden. Wenn jedoch bei Backbias-Anwendungen ein Magnetsensor zwischen einem Zahnrad und einem Magneten platziert wird, erzeugt das Magnetfeld eines standardmäßigen, kostengünstigen Magneten ein großes statisches Magnetfeld auf der linken Seite und der rechten Seite der Brücke. Dieses große statische Magnetfeld führt zu einem großen elektrischen Gleichstrom- (DC-; direct current) Versatz bei der Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke. Der elektrische DC-Versatz muss durch einen Versatz-Kompensations-Digital-zu-AnalogWandler (DAC; digital-to-analog converter) oder eine ähnliche Lösung kompensiert werden. Ein Nachteil bei dem Verwenden des Versatz-Kompensations-DACs ist, dass zusätzliches Rauschen in den Signalpfad eingeführt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Verhältnis zwischen dem Versatz und dem Signal groß ist, wie es normalerweise der Fall ist. Dann muss der Versatz-Kompensations-DAC für Rauschen optimiert werden, was einen sehr großen Chipbereich erfordert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für einen Magnetsensor und ein Magnetsensormodul.
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Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem oder mehreren der Ansprüche erfüllt werden.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Magnetsensor, umfassend eine Sensoranordnung, umfassend eine Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen, die elektrisch in einer asymmetrischen Brückenschaltung angeordnet sind, wobei ein erster Gesamtwiderstand eines ersten Paares von Sensorelementen, die auf einer ersten Seite der asymmetrischen Brückenschaltung bereitgestellt sind, unterschiedlich zu einem zweiten Gesamtwiderstand eines zweiten Paares von Sensorelementen ist, die auf einer zweiten Seite der asymmetrischen Brückenschaltung bereitgestellt sind, wobei die asymmetrische Brückenschaltung ausgebildet ist, ein differenzielles Signal basierend auf Sensorsignalen zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen erzeugt werden, ansprechend auf ein Magnetfeld, das auf diese auftrifft.
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Optional ist das Magnetfeld ein differenzielles Magnetfeld, und die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen umfasst das erste Paar von Sensorelementen, die ausgebildet sind, einen ersten Abschnitt des differenziellen Magnetfeldes zu messen, und das zweite Paar von Sensorelementen, die ausgebildet sind, einen zweiten Abschnitt des differenziellen Magnetfeldes zu messen, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt unterschiedlich sind.
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Wiederum optional weisen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt eine selbe Feldstärke mit entgegengesetzten Vorzeichen auf.
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Optional weist jedes der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen einen resistiven Wert auf, der derart ausgebildet ist, dass das differenzielle Signal Null ist, wenn eine Feldstärke des differenziellen Magnetfelds, das auf die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen auftrifft, äquivalent zu einer magnetischen Arbeitspunkt- (MOP-) Feldstärke ist.
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Wiederum optional ist der resistive Wert jedes der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen derart ausgebildet, dass das differenzielle Signal eine Versatzspannung aufweist, wenn die Feldstärke des differenziellen Magnetfeldes, das auf die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen auftrifft, Null ist.
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Optional ist ein Unterschied bei dem Widerstand zwischen dem ersten Paar von Sensorelementen und dem zweiten Paar von Sensorelementen gleich einer Variation des Widerstands, die durch eine differenzielle magnetische Arbeitspunkt- (MOP-) Feldstärke verursacht wird, die an der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen angewendet wird.
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Wiederum optional weist das erste Paar von Sensorelementen einen ersten Widerstandswert auf und das zweite Paar von Sensorelementen weist einen zweiten Widerstandswert auf, der unterschiedlich zu dem ersten Widerstandswert ist.
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Optional umfasst die asymmetrische Brückenschaltung einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, die parallel zwischen einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss geschaltet sind, der erste Schenkel umfasst ein erstes Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen und ein erstes Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen, und der zweite Schenkel umfasst ein zweites Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen und ein zweites Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen.
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Wiederum optional umfasst die asymmetrische Brückenschaltung einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, die parallel zwischen einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss geschaltet sind, der erste Schenkel umfasst ein erstes Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen, das mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt ist und einen ersten Widerstandswert aufweist; ein erstes Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen ist mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt und weist einen zweiten Widerstandswert auf, der zweite Schenkel umfasst ein zweites Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen, das mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt ist und einen dritten Widerstandswert aufweist, der unterschiedlich zu dem zweiten Widerstandswert ist, und ein zweites Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen ist mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt und weist einen vierten Widerstandswert auf, der unterschiedlich zu dem ersten Widerstandswert ist.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Magnetsensormodul, umfassend einen Magneten, der einen magnetischen Arbeitspunkt (MOP) aufweist und ausgebildet ist, ein differenzielles Magnetfeld zu erzeugen, wobei das differenzielle Magnetfeld eine differenzielle MOP-Feldstärke an dem MOP aufweist und ferner einen ersten differenziellen Feldabschnitt und einen zweiten differenziellen Feldabschnitt aufweist; eine asymmetrische Brückenschaltung, die eine Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen umfasst, umfassend ein erstes Paar von Sensorelementen, das in dem ersten differenziellen Feldabschnitt angeordnet ist, und ein zweites Paar von Sensorelementen, das in dem zweiten differenziellen Feldabschnitt angeordnet ist, wobei die asymmetrische Brückenschaltung ausgebildet ist, ein differenzielles Signal basierend auf Sensorsignalen zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen erzeugt werden, und wobei das differenzielle Signal Null ist, unter einer Bedingung, dass eine differenzielle Feldstärke des differenziellen Magnetfelds, das auf die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen auftrifft, äquivalent zu der differenziellen MOP-Feldstärke ist.
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Optional weist das erste Paar von Sensorelementen einen ersten Leitwert oder einen ersten Widerstandswert auf und das zweite Paar von Sensorelementen weist einen zweiten Leitwert oder einen zweiten Widerstandswert auf, der jeweils unterschiedlich zu dem ersten Leitwert und dem ersten Widerstandswert ist.
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Wiederum optional umfasst die asymmetrische Brückenschaltung einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, die parallel zwischen einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss geschaltet sind, der erste Schenkel umfasst ein erstes Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen und ein erstes Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen, und der zweite Schenkel umfasst ein zweites Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen und ein zweites Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen.
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Optional ist ein Unterschied bei einer Leitfähigkeit oder einem Widerstand zwischen dem ersten Paar von Sensorelementen und dem zweiten Paar von Sensorelementen gleich einer Variation der Kapazität oder des Widerstands, die durch die differenzielle, magnetische Arbeitspunkt-(MOP-) Feldstärke verursacht wird, die an der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen angewendet wird.
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Wiederum optional umfasst die asymmetrische Brückenschaltung einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, die parallel zwischen einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss geschaltet sind, der erste Schenkel umfasst ein erstes Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen, das mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt ist und einen ersten Leitwert oder einen ersten Widerstandswert aufweist; ein erstes Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen ist mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt und weist einen zweiten Leitwert oder einen zweiten Widerstandswert auf, der zweite Schenkel umfasst ein zweites Sensorelement des ersten Paares von Sensorelementen, das mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt ist und einen dritten Leitwert oder einen dritten Widerstandswert aufweist, der zu dem zweiten Leitwert und dem zweiten Widerstandswert jeweils unterschiedlich ist, und ein zweites Sensorelement des zweiten Paares von Sensorelementen ist mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt und weist einen vierten Leitwert oder einen vierten Widerstandswert auf, der jeweils unterschiedlich zu dem ersten Leitwert und dem ersten Widerstandswert ist.
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Optional, unter einer Bedingung, dass die differenzielle Feldstärke des differenziellen Magnetfelds, das an die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen angelegt ist, Null ist, weist das differenzielle Signal eine Gleichstrom- (DC-) Versatzspannung auf.
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Wiederum optional ist die DC-Versatzspannung gleich einer Spitzen-Versatzspannung, wenn die differenzielle Feldstärke des differenziellen Magnetfelds, das auf die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen auftrifft, Null ist.
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Optional weisen der erste differenzielle Feldabschnitt und der zweite differenzielle Feldabschnitt eine selbe Feldstärke mit entgegengesetzten Vorzeichen auf.
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Wiederum optional ist das differenzielle Signal ein Geschwindigkeitssignal, das einer Rotationsgeschwindigkeit eines Zielobjekts entspricht.
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Optional ist eine Größe des differenziellen Magnetfeldes ausgebildet, ansprechend auf eine Rotation eines Zielobjekts zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem zu oszillieren, und das differenzielle Signal ist eines von einem Geschwindigkeitssignal, das einer Rotationsgeschwindigkeit des Zielobjekts entspricht, oder einem Richtungssignal, das einer Rotationsrichtung des Zielobjekts entspricht.
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Wiederum optional sind die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen magnetoresistive Sensorelemente.
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Magnetsensoren, Sensormodule und Verfahren dafür sind bereitgestellt.
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Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst ein Magnetsensor eine Sensoranordnung, umfassend eine Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen, die elektrisch in einer asymmetrischen Brückenschaltung angeordnet sind, wobei ein erster Gesamtwiderstand eines ersten Paares von Sensorelementen, die auf einer ersten Seite der asymmetrischen Brückenschaltung bereitgestellt sind, unterschiedlich zu einem zweiten Gesamtwiderstand eines zweiten Paares von Sensorelementen ist, die auf einer zweiten Seite der asymmetrischen Brückenschaltung bereitgestellt sind, und die asymmetrische Brückenschaltung ausgebildet ist, ein differenzielles Signal basierend auf Sensorsignalen zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen erzeugt werden, ansprechend auf ein Magnetfeld, das auf diese auftrifft.
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Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst ein Magnetsensormodul einen Magneten, der einen magnetischen Arbeitspunkt (MOP; magnetic operation point) aufweist und ausgebildet ist, ein differenzielles Magnetfeld zu erzeugen, wobei das differenzielle Magnetfeld eine differenzielle MOP-Feldstärke an dem MOP aufweist und ferner einen ersten differenziellen Feldabschnitt und einen zweiten differenziellen Feldabschnitt aufweist. Das Magnetsensormodul umfasst ferner eine asymmetrische Brückenschaltung umfassend eine Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen, umfassend ein erstes Paar von Sensorelementen, das in dem ersten differenziellen Feldabschnitt angeordnet ist, und ein zweites Paar von Sensorelementen, das in dem zweiten differenziellen Feldabschnitt angeordnet ist,
wobei die asymmetrische Brückenschaltung ausgebildet ist, ein differenzielles Signal basierend auf Sensorsignalen zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen erzeugt werden, und wobei das differenzielle Signal Null ist, unter einer Bedingung, dass eine differenzielle Feldstärke des differenziellen Magnetfelds, das auf die Mehrzahl von Magnetfeldsensorelementen auftrifft, äquivalent zu der differenziellen MOP-Feldstärke ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele werden hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
- 1A und 1B zeigen eine Querschnittsansicht, die gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ein Magnetfeld-Erfassungsprinzip darstellt;
- 1C stellt ein Magnetfeld-Erfassungsprinzip mit einem magnetischen Codierer gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
- 2 ist ein Beispiel einer normalisierten, sinusförmigen Wellenform, die von einer Sensoranordnung eines magnetischen Geschwindigkeitssensors erzeugt wurde;
- 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen magnetischen Geschwindigkeitssensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt;
- 4 ist ein schematisches Diagramm, das zwei beispielhafte Sensorbrückenkonfigurationen unter Verwendung von vier xMR Sensorelementen gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt;
- 5A-5C zeigen Draufsichten von unterschiedlichen beispielhaften Sensoranordnungskonfigurationen eines Magnetsensors gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen; und
- 6 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine asymmetrische Sensorbrückenschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind nur zu darstellenden Zwecken gegeben und sollen nicht als einschränkend betrachtet werden. Zum Beispiel, während Ausführungsbeispiele derart beschrieben sein können, dass sie eine Mehrzahl von Merkmalen oder Elementen aufweisen, können einige dieser Merkmale oder Elemente bei anderen Ausführungsbeispielen weggelassen sein und/oder können durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen können weitere Merkmale oder Elemente zusätzlich zu jenen bereitgestellt sein, die ausdrücklich gezeigt und beschrieben sind. Zusätzlich können Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nachfolgend miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden, außer dies ist spezifisch anderweitig angegeben. Zum Beispiel können auch Abänderungen oder Modifikationen, die in Bezug auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen.
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Ferner werden entsprechende oder gleiche Elemente oder Elemente mit entsprechender oder gleicher Funktionalität in der nachfolgenden Beschreibung mit entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Da den entsprechenden oder gleichen Elementen in den Figuren dieselben Bezugszeichen gegeben werden, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, weggelassen werden. Somit sind Beschreibungen für Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen gegenseitig austauschbar.
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Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „weist auf“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Prozesse, Handlungen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder Hinzufügung eines/einer oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente, Komponenten und/oder einer beliebigen Gruppe davon ausschließen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ etc.).
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Bei Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt sind, kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jegliche Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen liegenden Elementen sein, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel , das Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder das Übertragen einer bestimmten Art von Information im Wesentlichen beibehalten wird.
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Die Zeichnungen sollen als schematische Darstellungen betrachtet werden und Elemente, die in den Zeichnungen dargestellt sind, sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Stattdessen sind die verschiedenen Elemente derart dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich werden. Jegliche Verbindung oder Kopplung zwischen funktionalen Blöcken, Vorrichtungen, Komponenten oder anderen physischen oder funktionalen Einheiten, die in den Zeichnungen gezeigt oder hierin beschrieben sind, können auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert sein. Funktionale Blöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination derselben implementiert sein.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Sensoren und Sensorsysteme, und das Erhalten von Informationen über Sensoren und Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine physikalische Größe, die gemessen werden soll, in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Kraft, einen Strom oder eine Spannung aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Sensorbauelement, wie hierin beschrieben ist, kann ein Winkelsensor, ein linearer Positionssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Bewegungssensor und ähnliches sein.
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Ein Magnetfeldsensor umfasst beispielsweise ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, die eine oder mehrere Charakteristika eines Magnetfeldes (z.B. eine Menge an Magnetfeldflussdichte, eine Feldstärke, einen Feldwinkel, eine Feldrichtung, eine Feldausrichtung, etc.) messen. Das Magnetfeld kann durch einen Magneten, einen stromtragenden Leiter (z.B. einen Draht), die Erde oder eine andere Magnetfeldquelle erzeugt werden. Jedes Magnetfeldsensorelement ist ausgebildet, ansprechend auf ein oder mehrere Magnetfelder, die auf das Sensorelement auftreffen, ein Sensorsignal (z.B. ein Spannungssignal) zu erzeugen. Somit ist ein Sensorsignal anzeigen für die Größe und/oder die Ausrichtung des Magnetfeldes, das auf das Sensorelement auftrifft.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „Sensor“, „Sensorelement“ und „Erfassungselement“ in dieser Beschreibung durchgehend austauschbar verwendet werden können, und die Begriffe „Sensorsignal“ und „Messsignal“ in dieser Beschreibung auch durchgehend austauschbar verwendet werden können.
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Magnetsensoren, wie sie hierin bereitgestellt sind, können magnetoresistive Sensoren sein. Magnetoresistenz ist eine Eigenschaft eines Materials, den Wert seines elektrischen Widerstands zu ändern, wenn ein externes Magnetfeld an dasselbe angelegt wird. Einige Beispiele von magnetoresistiven Effekten sind Riesenmagnetowiderstand (GMR; GMR = Giant Magneto-Resistance), der ein quantenmechanischer Magnetowiderstandseffekt ist, der bei Dünnfilmstrukturen beobachtet wird, die aus abwechselnden ferromagnetischen und nichtmagnetischen leitfähigen Schichten zusammengesetzt sind, Tunnelmagnetowiderstand (TMR; TMR = Tunnel Magneto-Resistance), der ein magnetoresistiver Effekt ist, der bei einem Magnettunnelübergang (MTJ; MTJ = magnetic tunnel junction) auftritt, der eine Komponente bestehend aus zwei durch einen dünnen Isolator getrennten Ferromagneten ist, oder anisotroper Magneto-Widerstand (AMR; AMR = Anisotropic Magneto-Resistance), der eine Eigenschaft eines Materials ist, bei der eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von dem Winkel zwischen der Richtung des elektrischen Stroms und der Richtung der Magnetisierung beobachtet wird. Zum Beispiel ändert sich in dem Fall von AMR-Sensoren ein Widerstand für ein AMR-Sensorelement gemäß einem Quadrat eines Sinus eines Winkels der Magnetfeldkomponente, die auf eine Erfassungsachse des AMR-Sensorelements projiziert wird.
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Die Mehrzahl von unterschiedlichen magnetoresistiven Effekten wird gemeinhin als xMR abgekürzt, wobei das „x“ als ein Platzhalter für die verschiedenen magnetoresistiven Effekte fungiert. xMR-Sensoren können die Ausrichtung eines angelegten Magnetfeldes durch ein Messen von Sinus- und Cosinus-Winkelkomponenten mit monolithisch integrierten magnetoresistiven Sensorelementen detektieren.
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Magnetoresistive Sensorelemente solcher xMR-Sensoren umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von Schichten, von denen mindestens eine Schicht eine Bezugsschicht mit einer Bezugsmagnetisierung (d.h. einer Bezugsrichtung) ist. Die Bezugsmagnetisierung ist eine Magnetisierungsrichtung, die eine Erfassungsrichtung entsprechend einer Erfassungsachse des xMR-Sensors bereitstellt. Dementsprechend, wenn eine Magnetfeldkomponente in genau dieselbe Richtung wie die Bezugsrichtung zeigt, ist ein Widerstand des xMR-Sensorelements auf einem Maximum, und wenn eine Magnetfeldkomponente genau in die entgegengesetzte Richtung zu der Bezugsrichtung zeigt, ist der Widerstand des xMR-Sensorelements auf einem Minimum. Eine Magnetfeldkomponente kann beispielsweise eine x-Magnetfeldkomponente (Bx), eine y-Magnetfeldkomponente (By) oder eine z-Magnetfeldkomponente (Bz) sein, wobei die Bx- und By-Feldkomponenten in einer Ebene des Magnetsensors sind und Bz außerhalb einer Ebene des Magnetsensors ist.
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Bei einigen Anwendungen umfasst ein xMR-Sensor eine Mehrzahl von magnetoresistiven Sensorelementen, die unterschiedliche Bezugsmagnetisierungen aufweisen. Beispiele für solche Anwendungen, in denen verschiedene Bezugsmagnetisierungen verwendet werden, sind Winkelsensoren, Kompass-Sensoren oder bestimmte Arten von Geschwindigkeitssensoren (z.B. Geschwindigkeitssensoren in einer Brückenanordnung).
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Beispielhalber werden solche magnetoresistiven Sensorelemente in Geschwindigkeits-, Winkel- oder Rotationsgeschwindigkeitsmessvorrichtungen verwendet, bei denen Magnete relativ zu einem magnetoresistiven Sensorelement bewegt werden können und sich somit das Magnetfeld an der Stelle des magnetoresistiven Sensorelements in dem Fall einer Bewegung ändert, was wiederum zu einer messbaren Widerstandsänderung führt.
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Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen können möglicherweise ein Magnetfeldsensor und eine Sensorschaltung beide in demselben Chipgehäuse untergebracht (d. h. integriert) sein (z.B. ein gekapseltes Kunststoff-Gehäuse, wie beispielsweise mit Anschlussleitung versehenes Gehäuse oder Gehäuse ohne Anschlussleitungen, oder ein Gehäuse einer oberflächenmontierten Vorrichtung (SMD; surface mounted device). Dieses Chipgehäuse kann auch als Sensorgehäuse bezeichnet werden. Das Sensorgehäuse kann mit einem Backbias-Magneten kombiniert werden, um ein Sensormodul, Sensorbauelement oder ähnliches zu bilden.
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Die Sensorschaltung kann als eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalkonditionierungsschaltung bezeichnet werden, die ein oder mehrere Signale (d.h. Sensorsignale) von dem einen oder den mehreren Magnetfeldsensorelementen in der Form von Rohmessdaten empfängt und aus dem Sensorsignal ein Messsignal herleitet, das das Magnetfeld repräsentiert. Signalkonditionierung, nach hiesigem Gebrauch, bezieht sich auf das Manipulieren eines analogen Signals auf solche Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe zur weiteren Verarbeitung erfüllt. Signalkonditionierung kann das Umwandeln von analog zu digital (z.B. über einen Analog-zu-Digital-Wandler), Verstärkung, Filtern, Umwandeln, Vorspannen, Bereichsanpassung, Isolation und viele andere Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um eine Sensorausgabe nach der Konditionierung geeignet zur Verarbeitung zu machen.
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Somit kann die Sensorschaltung einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC; analog-to-digital converter) umfassen, der das analoge Signal aus dem einen oder den mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Sensorschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) umfassen, der eine Verarbeitung an dem digitalen Signal ausführt, wie nachfolgend erörtert wird. Daher kann das Sensorgehäuse eine Schaltung umfassen, die das Kleinsignal des Magnetfeldsensorelements über Signal-Verarbeitung und/oder Konditionierung konditioniert und verstärkt.
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Ein Sensorbauelement, nach hiesigem Gebrauch, kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die einen Sensor und eine Sensorschaltung umfasst, wie vorangehend beschrieben wurde. Ein Sensorbauelement kann auf einem einzelnen Halbleiter-Die (z. B. Silizium-Die oder Chip) integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Dies zum Implementieren eines Sensorbauelements verwendet werden kann. Somit sind der Sensor und die Sensorschaltung entweder auf demselben Halbleiter-Die oder auf mehreren Dies in demselben Gehäuse angeordnet. Zum Beispiel kann der Sensor auf einem Die sein und die Sensorschaltung auf einem anderen Die, derart, dass sie elektrisch miteinander verbunden oder innerhalb des Gehäuses sind. In diesem Fall können die Dies aus demselben oder aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien sein, wie zum Beispiel GaAs und Si, oder der Sensor könnte auf ein Keramik- oder Glas-Plättchen gesputtert sein, das kein Halbleiter ist.
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Hierin umfasste Ausführungsbeispiele können eine oder mehrere Wheatstone-Brückenschaltungen verwenden. Wie hierin verwendet können „Brückenschaltung“, „Brückenvorrichtung“ und „Brücke“ austauschbar verwendet werden. Eine Brückenschaltung ist eine Topologie einer elektrischen Schaltung, bei der zwei Schaltungszweige oder Schenkel (üblicherweise parallel zueinander) durch einen dritten Zweig „überbrückt“ werden, der zwischen die ersten zwei Zweige an einem Zwischenpunkt entlang derselben verbunden ist. Eine Brückenschaltung kann passive Elemente wie beispielsweise resistive, kapazitive und induktive Elemente oder eine Kombination derselben umfassen.
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Magnetoresistive Sensorelemente eines xMR-Sensors sind resistive Elemente, die in einer Brückenkonfiguration angeordnet sein können. Diese Brückenschaltung von xMR-Sensoren kann ein differenzielles Magnetfeld, das an einer linken Seite und einer rechten Seite der Brückenschaltung angelegt ist, in eine differenzielle Ausgangsspannung umwandeln. Unter der Annahme eines idealen xMR-Sensors ist die Ausgangsspannung linear proportional zu dem differenziellen Magnetfeld.
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Insbesondere kann ein resistiver Wert des einen oder der mehreren Magnetfeldsensorelemente sich ändern, wenn diese einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Der resistive Wert, der einer Charakteristik des Magnetfeldes entspricht, kann derart gemessen werden, dass Informationen im Hinblick auf die Charakteristik des Magnetfeldes erhalten werden. Ferner kann der resistive Wert in der Form einer Spannungs- oder Strommessung gemessen werden. Somit können Magnetfeldsensorelemente in einem xMR-Sensor in einer Brückenanordnung angeordnet sein, um einen Widerstandswert (z.B. in Form einer Spannungsausgabe) bereitzustellen, der einer gemessenen Charakteristik eines Magnetfeldes entspricht.
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Hierin bereitgestellte Magnetfeldsensoren können für inkrementelle Geschwindigkeitsmessung, Winkelmessung, Positionsmessung und Rotationsrichtungsmessung eines rotierenden Zielobjekts, wie beispielsweise eines magnetischen Codierers (z.B. Rad), einer Nockenwelle oder Welle, ausgebildet sein. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt und können für irgendeine Vorrichtung oder irgendein System angewendet werden, das magnetische Sensoren in einer Brückenkonfiguration verwendet, um ein differenzielles Sensor-(Mess-)Signal zu erzeugen.
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1A und 1B zeigen eine Querschnittsansicht, die gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ein Magnetfeld-Erfassungsprinzip darstellt. Ein Sensorbauelement 4, das auch als ein Sensorchip oder eine Sensorschaltung bezeichnet werden kann, kann zwei oder mehr Sensorelemente umfassen, die in einem differenziellen Magnetfeld angeordnet sind, das von einem Magneten 6 erzeugt wird. Der Magnet 6 kann ein standardmäßiger, kostengünstiger Permanentmagnet sein, der ein statisches Magnetfeld auf der linken Seite und der rechten Seite der Mitte des Magneten erzeugt. Dies kann auch als differenzielles Magnetfeld bezeichnet werden, sodass die Amplitude des Magnetfeldes auf der linken Seite gleich der Amplitude des Magnetfeldes auf der rechten Seite ist.
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Der Magnet 6 erzeugt ein statisches Magnetfeld, wie in 1B gezeigt ist. Wenn ein Sensor (z.B. Sensorelement 5L oder 5R) in einer bestimmten Distanz zu dem Magneten 6 platziert ist, dann liegt an der Sensorposition ein statisches Magnetfeld vor. Dieses statische Magnetfeld kann durch eine Komponente in der x- und y-Richtung ausgedrückt sein, wie in 1B dargestellt ist. Für ein Magneterfassungsmodul (d.h. umfassend den Magneten 6 und das Sensorbauelement 4) ist der magnetische Arbeitspunkt (MOP) definiert als das von dem Sensor gemessene Feld in Abwesenheit eines Zielobjekts, wie beispielsweise eines Rades.
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Wenn zwei x-empfindliche Sensoren mit einer bestimmten Verschiebung um die Mitte des Magneten 6 verwendet werden, dann haben der MOP des linken Sensors 5L und des rechten Sensors 5R ein unterschiedliches Vorzeichen. Das differenzielle Feld, auch differenzieller MOP genannt, ist groß. Bei Vorhandensein eines Rades wird der MOP des Sensors beeinflusst und hängt von dem Winkel des Rades ab. Das differenzielle Erfassungsmodul mit einem großen MOP (x-empfindliche Sensoren) erzeugt um diesen MOP herum ein differenzielles Ausgangssignal, d.h. mit einem großen Versatz.
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Somit sind zwei Sensorelemente 5L und 5R gezeigt, die differenziell voneinander verschoben sind, so dass sich ein Sensorelement in einer Hälfte des differenziellen Magnetfeldes befindet und das andere Sensorelement sich in der anderen Hälfte des differenziellen Magnetfeldes befindet. Die Feldamplitude des differenziellen Magnetfeldes an den beiden Stellen ist die gleiche, aber das Vorzeichen des Magnetfeldes ist entgegengesetzt. Bei diesem Beispiel ist eine x-Feldkomponente (Bxl) des Magnetfeldes an dem Sensorelement 5L -20mT, während die x-Feldkomponente (Bxr) des Magnetfeldes an dem Sensorelement 5R +20mT ist. Das gemessene differenzielle Feld ist 40mT. Es wird darauf hingewiesen, dass das Feld von 20mT nur als ein Beispiel dient und dass die hierin bereitgestellten Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt sind. Zusätzlich können die Sensorelemente 5L und 5R an Stellen platziert sein, an denen die Feldamplitude unterschiedlich voneinander ist (z.B. bei -20mT und -10mT).
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Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Sensorelemente 5L und 5R jeweils ein Paar von Sensorelementen darstellen können, wobei ein Paar von Sensorelementen im Wesentlichen an jeder Stelle oder Region auf dem Sensorchip angeordnet ist. Bei diesem Beispiel können die Sensorelemente 5L und 5R entgegengesetzte Bezugsrichtungen aufweisen, die entlang einer selben Erfassungsachse (z.B. der x-Achse) ausgerichtet sind. Somit sind die Sensorelemente 5L und 5R empfindlich gegenüber einer x-Feldkomponente (Bx), die von dem Magneten 6 erzeugt wird. Um hier eine äquivalente x-Feldkomponente (Bx) zu erfassen, können Sensorelemente eines Sensorpaares in die y-Richtung miteinander ausgerichtet werden. Zusätzlich sind die Bezugsrichtungen nicht auf die obige Ausrichtung beschränkt und können in anderen Ausrichtungen fest sein.
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1C stellt ein Magnetfeld-Erfassungsprinzip mit einem magnetischen Codierer gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar. Ein Typ eines magnetischen Codierers kann ein ferromagnetischer Codierer sein, der ein Zahnrad oder eine gezahnte Scheibe aus ferromagnetischem Material mit Löchern oder Einkerbungen sein kann, die sich vor dem Magnetfeldsensor vorbeibewegen. Ähnlich wie bei dem aus 1A kann ein differenzielles Magnetfeld durch einen Backbias-Magneten 6 erzeugt werden, der mit einer Rückseite des Magnetfeldsensors gekoppelt ist. Somit wird die Magnetfeldstruktur des Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten 6 erzeugt wird, durch das Vorbeibewegen von Zähnen 2 und Einkerbungen 3 des rotierenden magnetischen Codierers 1 geändert. Daher kann die Stärke des Magnetfeldes, das von dem Backbias-Magneten 6 in bestimmten Erfassungsebenen und Erfassungsrichtungen (z.B. x-, y- und z-Ebenen und Richtungen) erzeugt wird, gemäß der Änderung in der Magnetfeldstruktur verändert werden.
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1C zeigt ein Zahnrad 1, das in jede Rotationsrichtung rotieren kann und abwechselnde Zähne 2 und Einkerbungen 3 aufweist, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Genauer gesagt kann das Zahnrad 1 aus einem ferromagnetischen Material (z.B. Eisen) hergestellt sein, das Magnetfelder anzieht. Darüber hinaus kann ein Sensorbauelement 4 zwei Paare von Sensorelementen 5L und 5R umfassen, die in einer Brückenkonfiguration angeordnet sind und ausgebildet sind, ein differenzielles Magnetfeld zu erfassen, das von einem Backbias-Magneten 6 erzeugt wird. Zusammen können das Sensorbauelement 4 und der Backbias-Magnet 6 ein Sensormodul aufweisen. Das Sensorbauelement 4 kann hierin allgemein als Sensor 4 bezeichnet werden, kann ferner eine Sensorschaltung (nicht gezeigt) umfassen und kann in einem Sensorgehäuse angeordnet sein.
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Während das Zahnrad 1 rotiert, bewegen sich die Zähne 2 und Einkerbungen 3 abwechselnd an dem Sensormodul, umfassend den Backbias-Magneten 6 und das Paar von Sensorelementen 5L und 5R, vorbei. In dem Fall, dass sich ein Zahn 2 an dem Sensormodul vorbeibewegt, werden die Magnetfeldlinien des Bias-Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten 6 erzeugt wird, in die z-Richtung in Richtung des Zahns 2 gezogen. Somit werden die Magnetfeldlinien von der x-und y-Ebene weggezogen und eine erfasste Magnetfeldstärke in die x- und y-Richtung derart reduziert, dass eine minimale Feldstärke von Bx und By in die x- und y-Richtung in der Mitte des Zahnes 2 detektiert würde. Im Gegensatz dazu wird eine erfasste Magnetfeldstärke von Bz in die z-Richtung derart erhöht, dass eine maximale Feldstärke in die z-Richtung in der Mitte des Zahnes 2 erfasst würde. Dies kann sich bei Echtwelt-Anwendungen unterscheiden, wo das Minimum aufgrund von Anordnungstoleranzen möglicherweise nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die minimale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte des Zahns 2 detektiert werden.
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Umgekehrt werden in dem Fall, dass sich eine Einkerbung 3 an dem Sensormodul vorbeibewegt, Magnetfeldlinien des Bias-Magnetfeldes, das durch den Backbias-Magneten 6 erzeugt wird, nicht in die z-Richtung in Richtung des Zahns 3 gezogen (oder weniger gezogen). Somit bleiben die Magnetfeldlinien relativ zu der x- und y-Ebene konzentriert und die erfasste Magnetfeldstärke von Bx und By in x- und y-Richtung wäre maximal in die x- und y-Richtung in der Mitte der Einkerbung 3. Im Gegensatz dazu wird eine erfasste Magnetfeldstärke in die z-Richtung derart reduziert, dass eine minimale Feldstärke in die z-Richtung in der Mitte der Einkerbung 2 detektiert würde. Dies kann sich bei Echtwelt-Anwendungen unterscheiden, wo das Maximum möglicherweise nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die maximale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte der Einkerbung 3 detektiert werden.
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Die zwei Paare von Magnetfeldsensorelementen 5L und 5R können als differenzielle Paare von Sensorelementen bezeichnet werden, die ausgebildet sind, das differenzielle Magnetfeld, das an die linke Seite und rechte Seite des Sensorbauelementes 4 angelegt ist, in eine differenzielle Ausgangsspannung (d.h. ein differenzielles Signal) umzuwandeln. Bei einer solchen differenziellen Brückenkonfiguration können die Sensorsignale von jedem Sensorelement des differenziellen Paares von Sensorelementen 5L und 5R innerhalb der Sensorschaltung (d.h. der Brückenschaltung) bereitgestellt sein, die ausgebildet ist, ein differenzielles Signal an dem Brückenausgang zu erzeugen. Aufgrund der Brückenkonfiguration kann das differenzielle Signal homogene und/oder inhomogene Streufelder in der Erfassungsachse des xMR-Sensors ausgleichen.
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Zusätzlich kann jedes differenzielle Paar von Sensorelementen 5L und 5R in einer Distanz von etwa einer Hälfte des Pitch (Zahnabstand eines Zahnrads) von einem Rad 1 von einer Mitte eines Magnetfelds angeordnet sein, um ein differenzielles Signal mit einem hohen Signal-zu-RauschVerhältnis zu erzeugen. Das heißt, die Distanz zwischen dem differenziellen Paar von Sensorelementen 5L und 5R, die beide etwa einen halben Pitch von der Mitte beabstandet sind, kann an den Pitch des Rades 1 angepasst oder im Wesentlichen angepasst (z.B. innerhalb von 5%, um Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen) werden. Ein Pitch ist die Distanz entlang eines Pitch-Kreises zwischen zwei benachbarten Zähnen eines Zahnrads. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch andere Abstandsregelungen möglich sind und insbesondere genutzt werden, wenn das Rad zum Übertragen mechanischer Kräfte verwendet wird. Zuletzt stellen Anschlussleitungen 7 einen elektrischen Pfad für verschiedene Eingangs- und Ausgangssignale (z.B. Leistungs-, Befehls-, und Ausgangssignale) zu und von dem Sensorbauelement 4 bereit.
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Bezugnehmend auf die in 1C gezeigte Konfiguration als ein Beispiel, wenn das Rad 1 rotiert, wechseln die Zähne 2 und Einkerbungen 3 sich an dem Sensormodul vorbei ab, und das differenzielle Paar von Sensorelementen (oder die vier Widerständen innerhalb einer Wheatstone-Brückenkonfiguration) 5L und 5R erfassen eine Änderung bei der x-Achsen-Magnetfeldstärke Bx, die als sinusform-ähnliche Wellenform (d.h. als eine Signalmodulation) variiert, deren Frequenz einer Rotationsgeschwindigkeit des Rades 1 entspricht. Somit empfängt die Sensorschaltung des Sensorbauelements 4 Signale (d.h. Sensorsignale) von jedem Sensorelement der differenziellen Paare von Sensorelementen 5L und 5R und leitet aus den Sensorsignalen ein differenzielles Signal her, das das Magnetfeld als eine Signalmodulation darstellt. Das differenzielle Signal kann dann als ein Ausgangssignal an eine externe Steuerung, eine Steuerungseinheit oder einen Prozessor (z.B. eine elektronischen Steuereinheit (ECU; electrical control unit)) ausgegeben werden, oder es wird intern durch die Sensorschaltung zur weiteren Verarbeitung verwendet (z.B. um ein gepulstes Ausgangssignal zu erzeugen), bevor es an ein externes Bauelement ausgegeben wird. Zum Beispiel kann das externe Bauelement die Pulse des gepulsten Ausgangssignals zählen und daraus eine Radgeschwindigkeit berechnen.
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Alternativ kann das differenzielle Signal eine Winkelmessung, eine Positionsmessung oder eine Rotationsrichtungsmessung gemäß der Implementierung des Sensorbauelements 4 und dessen Zielobjekt darstellen. Ferner kann ein zusätzliches differenzielles Paar von Sensorelementen bereitgestellt und ausgebildet sein, irgendeine Art von differenziellem Signal zu erzeugen, das ein differenzielles Magnetfeld darstellt, umfassend diese Arten von Messsignalen, die hierin bereitgestellt sind. Auch können zwei oder mehr Sätze von differenziellen Paaren von Sensorelementen kombiniert verwendet werden, wobei jedes ausgebildet ist, ein differenzielles Signal zu erzeugen, sodass zusätzliche Informationen, die sich auf das Zielobjekt beziehen, erhalten werden können. Beispielsweise kann ein differenzielles Geschwindigkeitssignal in Kombination mit einem differenziellen Richtungssignal in einem Geschwindigkeitssensor verwendet werden. Bei dieser Anordnung können die zwei differenziellen Sensoren mit einer bestimmten Distanz zueinander angeordnet werden. Als ein anderes Beispiel kann ein differenzielles x-Winkelsensorsignal in Kombination mit einem differenziellen y-Winkelsensorsignal in einem Winkelsensor verwendet werden.
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2 ist ein Beispiel einer normalisierten, sinusförmigen Wellenform, die von den Sensoren des Sensorbauelements 4 eines magnetischen Geschwindigkeitssensors erzeugt wurde. Insbesondere zeigt 2 eine volle Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensorsignalantwort einer vollen Umdrehung eines Codiererrads, das vorangehend in 1C erläutert wurde. Jedoch ist die Signalform - insbesondere auf kleineren Luftzwischenräumen- unterschiedlich und hängt von der Form der Zähne des Rades ab.
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Ein Polpaar umfasst einen benachbarten Zahn und eine Einkerbung an einem Zahnrad. Typischerweise wird bei Geschwindigkeitsanwendungen eine Anzahl von Zähnen auf einem Zahnrad in eine Anzahl von Sinuswellenformen für eine volle Umdrehung von 360° umgeschrieben. Für dieses Beispiel würde das Codiererrad 1 gemäß der in 2 dargestellten sinusförmigen Wellenform 24 Polpaare umfassen.
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Wie aus der Wellenform zu sehen ist, ein Ausgangssignal basierend auf einem erfassten Magnetfeld, das zwischen zwei Extrema (z.B. zwischen einem Minimum und einem Maximum) oszilliert, gemäß der Rotation des Codiererrads. Ein Prozessor kann ausgebildet sein, eine Radgeschwindigkeit und Rotationsrichtung des rotierenden Codiererrads 1 basierend auf den Ausgangssignalen zu berechnen, die durch die Sensoren erzeugt werden.
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3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen magnetischen Geschwindigkeitssensor 300 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt. Der magnetische Geschwindigkeitssensor 300 umfasst eine Sensoranordnung X, die ausgebildet ist, ansprechend auf ein darauf auftreffendes Magnetfeld ein differenzielles Sensorsignal zu erzeugen. Insbesondere kann die Sensoranordnung X eine Widerstandsbrücke darstellen, die zwei differenzielle Paare von Sensorelementen umfasst, die in einer Brückenkonfiguration angeordnet sind.
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Der magnetische Geschwindigkeitssensor 300 umfasst auch eine Sensorschaltung 30, die das differenzielle Sensorsignal von der Sensoranordnung X zum Verarbeiten und zum Erzeugen eines gepulsten Ausgangsgeschwindigkeitssignals an einem Ausgang 31 empfängt. Insbesondere kann das differenzielle Sensorsignal von einem ADC 32 empfangen werden, der das analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt und das digitale Signal zum weiteren Verarbeiten an einen DSP 33 ausgibt.
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Der digitale Signalprozessor 33 kann einen oder mehrere Prozessoren und/oder Logikeinheiten umfassen, die verschiedene Signalkonditionierungsfunktionen ausführen, wie beispielsweise absolute Signalumwandlung, Normalisierung, Linearisierung, Frequenzerhöhung, und so weiter. Eine oder mehrere Signalkonditionierungsfunktionen können in Kombination mit einer Nachschlagtabelle (Look-Up-Tabelle) ausgeführt werden, die in einem Speicher gespeichert ist. Der Ausgang 31 des digitalen Signalprozessors 33 kann ein oder mehrere Ausgangssignale an eine externe Vorrichtung, wie beispielsweise eine ECU, liefern. Der digitale Signalprozessor 33 kann auch als digitale Logik implementiert sein.
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Beispielsweise kann die Rotationsgeschwindigkeit des Zielobjekts als ein Geschwindigkeitspulssignal ausgegeben werden. Somit kann das sinusförmige Signal, das von der Sensoranordnung X erzeugt wurde, von dem digitalen Signalprozessor 33 in Pulse umgeschrieben werden, die ferner in eine Bewegungsdetektierung oder eine Geschwindigkeitsausgabe umgeschrieben werden können. Zusätzlich kann der digitale Signalprozessor 33 zwei oder mehr differenzielle Sensorsignale von unterschiedlichen Sätzen von differenziellen Paaren von Sensorelementen empfangen, um zusätzliche Informationen zu bestimmen, die sich auf das Zielobjekt beziehen.
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4 ist ein schematisches Diagramm, das unter Verwendung von vier xMR Sensorelementen zwei mögliche Sensorbrückenkonfigurationen darstellt. Beispielsweise stellt 4 ein Beispiel für eine Magnetsensorbrückenschaltung X dar, die ein differenzielles Sensorsignal Sx erzeugt und vier xMR-Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4 umfasst, wobei Pfeile bereitgestellt sind, um eine Richtung einer gepinnten Schicht-Magnetisierung jedes in die x-Richtung ausgerichteten Sensorelements zu bezeichnen. In diesem Fall kann gesagt werden, dass der Magnetsensor eine x-erfassende Achse hat. Der Sensor ist mit einem Magneten gekoppelt, der ein statisches Magnetfeld erzeugt und der einen MOP von 20mT aufweist.
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Die Sensorelemente Z1 und Z2 bilden ein erstes Paar von Sensorelementen, die in einer Region angeordnet sind, die einem ersten Abschnitt eines differenziellen Magnetfeldes ausgesetzt ist, der eine Feldstärke von -20mT aufweist. Ähnlich bilden die Sensorelemente Z3 und Z4 ein zweites Paar von Sensorelementen, die in einer Region angeordnet sind, die einem zweiten Abschnitt des differenziellen Magnetfeldes ausgesetzt ist, der eine Feldstärke von +20mT aufweist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des differenziellen Magnetfeldes weisen entgegengesetzte Größen auf. Zusätzlich können die Sensorelementpaare an Stellen platziert sein, an denen die Feldamplitude unterschiedlich voneinander ist (z.B. bei -20mT und -10mT).
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Ein erster Schenkel der Magnetsensorbrückenschaltung X umfasst ein erstes magnetoresistives Sensorelement Z1 und ein viertes magnetoresistives Sensorelement Z4. Das erste und das vierte magnetoresistive Sensorelement Z1 und Z4 sind in Reihe geschaltet. Ferner umfasst ein zweiter Schenkel der Magnetsensorbrückenschaltung X ein zweites magnetoresistives Sensorelement Z2 und ein drittes magnetoresistives Sensorelement Z3. Das dritte und das zweite magnetoresistive Sensorelement Z3 und Z2 sind in Reihe geschaltet. Das erste und das dritte magnetoresistive Sensorelement Z1 und Z3 sind mit einem ersten Versorgungsanschluss der Magnetsensorbrückenschaltung X verbunden. Das zweite und vierte magnetoresistive Sensorelement Z2 und Z4 sind mit einem zweiten, unterschiedlichen Versorgungsanschluss der Magnetsensorbrückenschaltung X verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifischen Richtungen jeder gepinnten Schicht-Magnetisierung, wie gezeigt ist, entwurfsmäßig um 180° rotiert werden können.
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Das differenzielle Sensorsignal Sx ist eine Funktion des Magnetfeldes, das an den zwei Stellen gemessen wird, an denen die zwei Paare von Sensorelementen bereitgestellt sind. Wie nachfolgend näher beschrieben wird, weist die Magnetsensorbrückenschaltung X eine asymmetrische Konfiguration auf, bei der die Leitfähigkeit oder der Widerstand auf der linken Seite und der rechten Seite der Brücke nicht gleich zueinander sind. In diesem Fall ist die Leitfähigkeit oder der Widerstand jedes Sensorelements derart ausgebildet, dass das differenzielle Sensorsignal Sx Null ist, wenn ein differenzielles Magnetfeld an der Magnetsensorbrückenschaltung X seiner MOP-Feldstärke entspricht.
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4 stellt ferner ein Beispiel für eine Magnetsensorbrückenschaltung Y dar, die ein differenzielles Sensorsignal Sy erzeugt und vier xMZ-Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4 umfasst, wobei Pfeile bereitgestellt sind, um eine Richtung einer gepinnten Schicht-Magnetisierung jedes in die y-Richtung ausgerichteten Sensorelements zu bezeichnen. In diesem Fall kann gesagt werden, dass der magnetische Geschwindigkeitssensor 500 eine y-erfassende Achse hat.
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Ein erster Schenkel der Magnetsensorbrückenschaltung Y umfasst ein erstes magnetoresistives Sensorelement Z1 und ein viertes magnetoresistives Sensorelement Z4. Das erste und das vierte magnetoresistive Sensorelement Z1 und Z4 sind in Reihe geschaltet. Ferner umfasst ein zweiter Schenkel der Magnetsensorbrückenschaltung Y ein drittes magnetoresistives Sensorelement Z3 und ein zweites magnetoresistives Sensorelement Z2. Das zweite und das dritte magnetoresistive Sensorelement Z2 und Z3 sind in Reihe geschaltet. Das erste und das dritte magnetoresistive Sensorelement Z1 und Z3 sind mit einem ersten Versorgungsanschluss der Magnetsensorbrückenschaltung Y verbunden. Das zweite und das vierte magnetoresistive Sensorelement Z2 und Z4 sind mit einem zweiten, unterschiedlichen Versorgungsanschluss der Magnetsensorbrückenschaltung Y verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifischen Richtungen jeder gepinnten Schicht-Magnetisierung, wie gezeigt ist, entwurfsmäßig um 180° rotiert werden können.
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Das differenzielle Sensorsignal Sy ist eine Funktion des Magnetfeldes, das an den zwei Stellen gemessen wird, an denen die zwei Paare von Sensorelementen bereitgestellt sind. Bei diesem Beispiel sind bei Y-empfindlichen Sensoren der MOP der linken und der rechten Seite der Brücke zueinander gleich (z.B. +20mT). Die differenzielle Ausgabe Sy ist Null.
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5A-5C zeigen Draufsichten von unterschiedlichen beispielhaften Sensoranordnungskonfigurationen eines Magnetsensors gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere 5A zeigt ein Chip-Layout eines Magnetsensors 510, 5B zeigt ein Chip-Layout eines Magnetsensors 520, und 5C zeigt ein Chip-Layout eines Magnetsensors 530. Jedes Chip-Layout ist in einer x-y-Ebene gezeigt und umfasst zumindest eine Sensoranordnung, die eine asymmetrische Brückenkonfiguration aufweist.
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Gemäß 5A umfasst der Magnetsensor 510 eine erste Sensoranordnung 511 und eine zweite Sensoranordnung 512. Die erste Sensoranordnung 511 umfasst ein erstes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente L1 und L2, die in einer linken Region (d.h. einer linken Seite) des Magnetsensors 510 angeordnet sind, und ein zweites Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente R1 und R2, die in einer rechten Region (d.h. einer rechten Seite) des Magnetsensors 510 angeordnet sind. Das erste Paar von Sensorelementen L1, L2 und das zweite Paar von Sensorelementen R1, R2 können gleich von einer Mitte des Magnetsensors 510 beabstandet sein, was auch mit einer Mitte eines Backbias-Magneten zusammenfallen kann. Daher kann ein Abstand d1 gleich einem Abstand d2 sein.
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Die Sensorelemente L1, L2, R1 und R2 können in einer Brückenschaltung gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele angeordnet sein, und können entsprechende Positionen und Bezugsrichtungen, jeweils ähnlich zu denen der resistiven Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4, aufweisen.
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Die zweite Sensoranordnung 512 kann ein Monozell-Sensorelement C umfassen. Somit kann in einer Geschwindigkeitssensoranwendung beispielsweise die erste Sensoranordnung 511 ausgebildet sein, ein differenzielles Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, und die zweite Sensoranordnung 512 kann ausgebildet sein, ein Richtungssignal zu erzeugen.
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Gemäß 5B umfasst der Magnetsensor 520 eine erste Sensoranordnung 521 und eine zweite Sensoranordnung 522. Die erste Sensoranordnung 521 umfasst ein erstes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente L1 und L2, die in einer ersten linken Region (z.B. einem linken Rand) des Magnetsensors 520 angeordnet sind, und ein zweites Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente R1 und R2, die in einer ersten rechten Region (z.B. einem rechten Rand) des Magnetsensors 520 angeordnet sind. Das erste Paar von Sensorelementen L1, L2 und das zweite Paar von Sensorelementen R1, R2 können gleich von einer Mitte des Magnetsensors 520 beabstandet sein, was mit einer Mitte eines Backbias-Magneten zusammenfallen kann.
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Die Sensorelemente L1, L2, R1 und R2 können in einer Brückenschaltung gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele angeordnet sein, und können entsprechende Positionen und Bezugsrichtungen, jeweils ähnlich zu denen der resistiven Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4, aufweisen.
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Die zweite Sensoranordnung 522 umfasst ein drittes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente L3 und L4, die in einer zweiten linken Region (z.B. einer linken Mitte) des Magnetsensors 520 angeordnet sein können, und ein viertes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente R3 und R4, die in einer zweiten rechten Region (z.B. einer rechten Mitte) des Magnetsensors 520 angeordnet sein können. Das dritte Paar von Sensorelementen L3, L4 und das vierte Paar von Sensorelementen R3, R4 können gleich oder ungleich von einer Mitte des Magnetsensors 520 beabstandet sein, was mit einer Mitte eines Backbias-Magneten zusammenfallen kann.
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Damit wird eine Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen, die von der ersten Sensoranordnung 521 und der zweiten Sensoranordnung 522 erzeugt werden, erzeugt und die Radrotationsrichtung kann erfasst werden. Die Sensorelemente L3, L4, R3 und R4 können in einer Brückenschaltung gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele angeordnet sein, und können entsprechende Positionen und Bezugsrichtungen, jeweils ähnlich zu denen der resistiven Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4, aufweisen.
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Bei einer Geschwindigkeitssensoranwendung zum Beispiel kann die erste Sensoranordnung 521 ausgebildet sein, ein differenzielles Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, und die zweite Sensoranordnung 522 kann ausgebildet sein, ein differenzielles Richtungssignal zu erzeugen. Mit einer Phasenverschiebung zwischen den Sensoranordnungen 521 und 522 kann die Radrichtung bestimmt werden.
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Gemäß 5C umfasst der Magnetsensor 530 eine erste Sensoranordnung 531 und eine zweite Sensoranordnung 532. Die erste Sensoranordnung 531 umfasst ein erstes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente L1 und L2, die in einer ersten linken Region (z.B. einem linken Rand) des Magnetsensors 520 angeordnet sind, und ein zweites Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente R1 und R2, die in einer ersten rechten Region (z.B. einer rechten Mitte) des Magnetsensors 520 angeordnet sind. Das erste Paar von Sensorelementen L1, L2 und das zweite Paar von Sensorelementen R1, R2 können von einer Mitte des Magnetsensors 530 im Hinblick auf einander versetzt sein. Die Mitte des Magnetsensors 530 kann mit einer Mitte eines Backbias-Magneten zusammenfallen.
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Die Sensorelemente L1, L2, R1 und R2 können in einer Brückenschaltung gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele angeordnet sein, und können entsprechende Positionen und Bezugsrichtungen, jeweils ähnlich zu denen der resistiven Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4, aufweisen.
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Die zweite Sensoranordnung 532 umfasst ein drittes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente L3 und L4, die in einer zweiten linken Region (z.B. einer linken Mitte) des Magnetsensors 530 angeordnet sind, und ein viertes Paar von Sensorelementen, umfassend die Sensorelemente R3 und R4, die in einer zweiten rechten Region (z.B. einem rechten Rand) des Magnetsensors 520 angeordnet sind. Das dritte Paar von Sensorelementen L3, L4 und das vierte Paar von Sensorelementen R3, R4 können von einer Mitte des Magnetsensors 530 im Hinblick auf einander versetzt sein. Die Mitte des Magnetsensors 530 kann mit einer Mitte eines Backbias-Magneten zusammenfallen.
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Die Sensorelemente L3, L4, R3 und R4 können in einer Brückenschaltung gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele angeordnet sein, und können entsprechende Positionen und Bezugsrichtungen, jeweils ähnlich zu denen der resistiven Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4, aufweisen.
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Bei einer Geschwindigkeitssensoranwendung zum Beispiel kann die erste Sensoranordnung 531 ausgebildet sein, ein differenzielles Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, und die zweite Sensoranordnung 532 kann ausgebildet sein, ein differenzielles Richtungssignal zu erzeugen.
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6 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine asymmetrische Sensorbrückenschaltung 600 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt. Die asymmetrische Sensorbrückenschaltung umfasst die Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4, wie sie gemäß einem der in 4 gezeigten Beispiele ähnlich angeordnet sind. Zusätzlich können die Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4 auf einem Magnetsensor gemäß irgendeiner der in 5A-5C dargestellten Sensoranordnungen bereitgestellt sein. Jedoch wird darauf hingewiesen, dass andere Sensoranordnungen auf einem Magnetsensor auch möglich sind und nicht darauf beschränkt sind.
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Wie zu beobachten ist, sind die Größen der Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4 übertrieben, um die leitfähige oder resistive Asymmetrie innerhalb der Brückenschaltung 600 darzustellen. Beispielsweise ist ein elektrischer Widerstand eines Paares von Sensorelementen auf der linken Seite der asymmetrischen Sensorbrückenschaltung 600 (d.h. Z1 und Z2) nicht gleich einem elektrischen Widerstand eines Paares von Sensorelementen auf der rechten Seite der asymmetrischen Sensorbrückenschaltung 600 (d.h. Z3 und Z4). Insbesondere können die Sensorelemente Z1 und Z2 einen größeren elektrischen Widerstand aufweisen als der elektrische Widerstand der Sensorelemente Z3 und Z4. Ferner kann der elektrische Widerstand der Sensorelemente Z1 und Z2 gleich oder im Wesentlichen gleich sein (z.B. innerhalb von 5%, um Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen), und ähnlich kann der elektrische Widerstand der Sensorelemente Z3 und Z4 gleich oder im Wesentlichen gleich sein (z.B. innerhalb von 5%, um Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen).
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Der Unterschied bei dem Widerstand zwischen der linken Seite der asymmetrischen Sensorbrückenschaltung 600 und der rechten Seite der asymmetrischen Sensorbrückenschaltung 600 ist gleich einer Variation eines Widerstands, die durch die MOP-Feldstärke des Backbias-Magneten (z.B. 20mT) verursacht wird. Insbesondere ist, unter der Annahme, dass der MOP 20mT ist, die Leitfähigkeit oder der Widerstand der Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4 derart ausgebildet, dass, wenn kein Magnetfeld an die asymmetrische Sensorbrückenschaltung 600 (d.h. an die Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4) angelegt ist, die differenzielle Ausgangsspannung (d.h. das differenzielle Sensorsignal) -20mV sein kann. Somit stellen die - 20mV bei Vorhandensein keines Magnetfeldes einen elektrischen DC-Versatz dar, der von der Sensorbrückenschaltung 600 erzeugt wird, wenn sie mit einem Backbias-Magnet gekoppelt ist, der eine MOP-Feldstärke von 20mT aufweist.
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Da das Magnetfeld auch über dem Luftzwischenraum variiert, kann die Asymmetrie der Brücke auch so eingestellt sein, dass sie einen MOP von 18mT (und nicht 20mT) kompensiert und zu einer besseren Versatzstabilität über dem Luftzwischenraum führt.
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Falls, wie vorangehend erörtert wurde, ein differenzielles Magnetfeld mit einer Feldstärke gleich der differenziellen MOP-Feldstärke (z.B. +/-20mT) an die asymmetrische Sensorbrückenschaltung 600 (d.h. an die Sensorelemente Z1, Z2, Z3 und Z4) angelegt ist, ist die differenzielle Ausgangsspannung (d.h. das differenzielle Sensorsignal) 0mV. Somit wird ein Ungleichgewicht, das durch die differenzielle MOP-Feldstärke verursacht wird, durch die elektrische Asymmetrie der Brückenschaltung 600 kompensiert. Aufgrund dieser Kompensation ist kein Versatz-Kompensations-DAC erforderlich und es kann zu einer Reduzierung des Chipbereichs kommen.
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Bei einem ähnlichen Ausführungsbeispiel können die Widerstände Z2 und Z4 die gleiche Größe aufweisen und das magnetische Ungleichgewicht wird durch das Ungleichgewicht von Z1 und Z3 ausgeglichen.
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Bei einem ähnlichen Ausführungsbeispiel können die Widerstände Z2 und Z4 nicht-magnetisch empfindlich sein.
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Ferner, während verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist es für Durchschnittsfachleute offensichtlich, dass viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung möglich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt sein, außer im Hinblick auf die angehängten Ansprüche und ihre Entsprechungen. Im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen ausgeführt werden (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, etc.) sollen die Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, außer anderweitig angegeben, jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z.B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten exemplarischen Implementierungen der Erfindung ausführt.
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Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
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Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
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Ferner versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte umfassen oder in mehrere Teilschritte aufgeteilt sein. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
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Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können zumindest teilweise implementiert werden in Hardware, Software, Firmware oder jeglicher Kombination derselben. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken implementiert werden innerhalb eines oder mehrerer Prozessoren, umfassend einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs; digital signal processors), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC; application specific integrated circuit), oder jegliche andere äquivalente integrierte oder diskrete logische Schaltungsanordnung, sowie jegliche Kombination solcher Komponenten. Das Wort „Prozessor“ oder „Verarbeitungsschaltungsanordnung“ kann sich im Allgemeinen auf jegliche Art der vorhergehend beschriebenen logischen Schaltungsanordnungen beziehen, entweder allein oder in Kombination mit anderen logischen Schaltungsanordnungen oder jeglicher anderen äquivalenten Schaltungsanordnung. Eine Steuereinheit, die Hardware umfasst, kann auch eine oder mehrere der Techniken aus dieser Offenbarung ausführen. Solche Hardware, Software oder Firmware kann innerhalb der gleichen Vorrichtung implementiert sein, oder innerhalb separater Vorrichtungen, um die verschiedenen Techniken zu unterstützen, die in dieser Offenbarung beschrieben sind.
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Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsbeispiele offenbart wurden, ist es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, die einige der Vorteile der hierin offenbaren Konzepte erreichen werden, ohne von dem Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen ausführen, passend eingesetzt werden können. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es sollte erwähnt werden, dass Merkmale, die Bezug nehmend auf eine spezielle Figur beschrieben werden, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in diesen, die nicht explizit erwähnt werden. Solche Modifikationen des allgemeinen erfindungsgemäßen Konzepts sollen von den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten abgedeckt sein.
