DE102019116010A1

DE102019116010A1 - Initialisierungszustandsbestimmung eines magnetischen multiturn-sensors

Info

Publication number: DE102019116010A1
Application number: DE102019116010.3A
Authority: DE
Inventors: Peter James Tonge; Monsoon Dutt; Michael Müller-Aulmann
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US20230349728A1; JP6931020B2; US20190383645A1; JP2019215347A

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines Multiturn-Sensors basierend auf den Sensorausgaben. Das Verfahren führt eine Ablesung der Sensorausgaben durch und bestimmt dann basierend auf einer Annahme, dass der Sensor in einen von zwei Zuständen initialisiert ist, ob die Sensorausgaben möglich sind. Wenn die Sensorausgaben richtig sind, wird diese anfängliche Annahme auch als richtig angesehen. Wird jedoch eine falsche Sensorausgabe abgelesen, dann wird der angenommene Initialisierungszustand als falsch angesehen. Deshalb wird angenommen, dass der Sensor in den anderen Zustand initialisiert ist. Dann bestimmt das Verfahren basierend auf dieser zweiten Annahme, ob die Sensorausgaben möglich sind, und wenn immer noch eine falsche Sensorausgabe abgelesen wird, dann besteht ein Fehler in dem Multiturn-Sensor.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors.
Hintergrund
Magnetische Multiturn-Sensoren werden gemeinhin in Anwendungen verwendet, in denen ein Erfordernis besteht, die Anzahl von Umdrehungen einer Vorrichtung zu überwachen. Ein Beispiel ist ein Lenkrad in einem Fahrzeug. Magnetische Multiturn-Sensoren weisen oftmals Riesenmagnetowiderstandselemente (GMR-Elemente, GMR - giant magnetoresistance) auf, die für ein angelegtes äußeres Magnetfeld empfindlich sind. Der Widerstand der GMR-Elemente kann durch Drehen des Magnetfelds in der Nähe des Sensors geändert werden. Änderungen des Widerstands der GMR-Elemente können verfolgt werden, um die Anzahl von Umdrehungen des Magnetfelds zu bestimmen, die in eine Anzahl von Umdrehungen in der überwachten Vorrichtung umgewandelt werden kann.
Um die Änderungen des Widerstands zu messen, sind die GMR-Elemente zum Beispiel in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration elektrisch verbunden, um mehrere Sensorausgaben bereitzustellen. Bevor der Sensor verwendet wird, werden die GMR-Elemente in der Regel magnetisch in einen von zwei Zuständen initialisiert, so dass sämtliche Sensorausgaben bei null Umdrehungen des Magnetfelds gleich sind. Dies wird als Initialisierungszustand bezeichnet und definiert den Zustand der GMR-Elemente bei null Umdrehungen des Magnetfelds. Es kann wichtig sein, den Initialisierungszustand zu kennen, um die Anzahl von Umdrehungen genau zu zählen und um zu gewährleisten, dass der Sensor ordnungsgemäß und ohne Fehler arbeitet. Sensoren werden jedoch gemeinhin im Werk initialisiert, und deshalb ist der Initialisierungszustand oftmals nicht bekannt, wenn die Vorrichtung das erste Mal hochgefahren wird. Wenn ein Sensor ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird, besteht ebenfalls keine Möglichkeit den Initialisierungszustand zu kennen, es sei denn, diese Information ist separat gespeichert worden.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines Multiturn-Sensors basierend auf den Sensorausgaben. Das Verfahren führt eine Ablesung der Sensorausgaben durch und bestimmt dann basierend auf einer Annahme, dass der Sensor in einen von zwei Zuständen initialisiert ist, ob die Sensorausgaben möglich sind. In dieser Hinsicht können die Ablesungen nach einer beliebigen Anzahl von Umdrehungen des Magnetfelds, einschließlich null Umdrehungen, durchgeführt werden. Wenn die Sensorausgaben richtig sind, wird diese anfängliche Annahme auch als richtig angesehen. Wird jedoch eine falsche Sensorausgabe abgelesen, dann wird der angenommene Initialisierungszustand als falsch angesehen. Deshalb wird angenommen, dass der Sensor in den anderen Zustand initialisiert ist. Dann bestimmt das Verfahren basierend auf dieser zweiten Annahme, ob die Sensorausgaben möglich sind, und wenn immer noch eine falsche Sensorausgabe abgelesen wird, dann besteht ein Fehler in dem Multiturn-Sensor.
Bei einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors bereit, wobei der magnetische Multiturn-Sensor einen Magnetstreifen aufweist, der mehrere magnetoresistive Elemente aufweist, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, wobei das Verfahren Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente und Bestimmen eines Ist-Initialisierungszustands des magnetischen Multiturn-Sensors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen aufweist.
Der erste Satz von Zuständen kann als Reaktion auf ein sich bezüglich des Magnetstreifens drehendes Magnetfeld bestimmt werden und kann nach einer beliebigen Anzahl von Umdrehungen des Magnetfelds bestimmt werden. Somit kann der erste Satz von Zuständen eine erste Folge von Zuständen, die von einer oder mehreren Umdrehungen des Magnetfelds erhalten werden, aufweisen. Der erste Satz von Zuständen kann jedoch auch bestimmt werden, bevor irgendeine Drehung in dem Magnetfeld erfolgt ist, das heißt, die Zustände der magnetoresistiven Elemente bei null Umdrehungen des Magnetfelds.
Der Initialisierungszustand definiert einen anfänglichen Satz von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente vor Drehung des Magnetfelds. Der Zustand jedes der magnetoresistiven Elemente, wobei der Zustand ihrer magnetischen Ausrichtung entspricht, ist für Änderungen eines angelegten Magnetfelds empfindlich. Somit definiert der Initialisierungszustand die anfängliche magnetische Ausrichtung der magnetoresistiven Elemente, bevor ein Magnetfeld gedreht wird und die magnetische Ausrichtung eines oder mehrerer der magnetoresistiven Elemente geändert wird. Das heißt, der Initialisierungszustand definiert den Satz von Zuständen, die erhalten werden würden, bevor irgendeine Drehung in dem Magnetfeld erfolgt ist, sowie jene, die als Reaktion auf eine Drehung des Magnetfelds erhalten werden.
Der Initialisierungszustand kann die Zustände der mehreren magnetoresistiven Elemente bei null Umdrehungen des Magnetfelds definieren. Auf diesem Weg definiert der Initialisierungszustand dadurch die magnetische Ausrichtung der magnetoresistiven Elemente bei null Umdrehungen des Magnetfelds und bei jeder anschließenden Umdrehung des Magnetfelds danach. Das heißt, der Initialisierungszustand definiert den Satz von Zuständen, die bei null Umdrehungen des Magnetfelds erhalten werden würden, sowie jene, die nach jeder anschließenden Umdrehung erhalten werden.
Der Schritt des Bestimmens kann Bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht, und Bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht, aufweisen. Wenn sich der erste Satz von Zuständen von dem unterscheidet, der für einen magnetischen Multiturn-Sensor, der in den ersten Initialisierungszustand initialisiert worden ist, erwartet werden würde, dann wird somit angenommen, dass der Ist-Initialisierungszustand nicht der erste Initialisierungszustand sein kann.
Im Einzelnen kann der Schritt des Bestimmens, dass der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, Detektieren eines falschen Zustands, wenn einer oder mehrere des ersten Satzes von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweichen, aufweisen.
Der Schritt des Bestimmens, dass der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, kann ferner Bestimmen, dass die Ist-Initialisierungszustände der zweite Initialisierungszustand sind, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht, aufweisen. Wenn der erste Satz von Zuständen mit dem übereinstimmt, der für einen magnetischen Multiturn-Sensor, der in den zweiten Initialisierungszustand initialisiert worden ist, erwartet werden würde, dann wird somit angenommen, dass der Ist-Initialisierungszustand der zweite Initialisierungszustand ist.
Das Verfahren kann ferner Detektieren eines Fehlers in dem magnetischen Multiturn-Sensor, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht, aufweisen. Wenn sich der erste Satz von Zuständen von dem unterscheidet, der für einen magnetischen Multiturn-Sensor, der in den zweiten Initialisierungszustand initialisiert worden ist, erwartet werden würde, dann wird somit angenommen, dass ein Fehler in dem magnetischen Multiturn-Sensor vorliegt.
Der Schritt des Bestimmens eines ersten Satzes von Zuständen kann Messen mindestens einer Ausgabe einer oder mehrerer elektrischer Verbindungen, wobei jede elektrische Verbindung mit mindestens zwei magnetoresistiven Elementen elektrisch gekoppelt ist, und Bestimmen eines Zustands der jeweiligen magnetoresistiven Elemente anhand der mindestens einen Ausgabe aufweisen. Da der Widerstand jedes magnetoresistiven Elements von seinem magnetischen Zustand abhängig ist, können die Zustände der magnetoresistiven Elemente dadurch bestimmt werden, dass Widerstandsmessungen an verschiedenen Stellen innerhalb des Magnetstreifens vorgenommen werden.
Es versteht sich, dass die magnetoresistiven Elemente auf eine beliebige geeignete Weise so elektrisch verbunden sein können, dass der magnetische Zustand der einzelnen magnetoresistiven Elemente und jegliche Änderungen davon auf irgendeine Weise bestimmt werden können. Zum Beispiel können die magnetoresistiven Elemente in einer Matrixkonfiguration, in der die magnetischen Zustände der magnetoresistiven Elemente durch Vergleichen der gemessenen Widerstände mit dem eines magnetoresistiven Bezugselements bestimmt werden können, elektrisch verbunden sein.
Das Verfahren kann auch Erzeugen einer Domänenwand an einem Ende des Magnetstreifens als Reaktion auf eine Drehung eines Magnetfelds um 180°, um dadurch die Änderung des Zustands eines magnetoresistiven Elements zu bewirken, aufweisen. In dieser Hinsicht kann bei jeder Drehung des Magnetfelds um 180° eine neue Domänenwand erzeugt werden. Bei Erzeugung jeder Domänenwand kann sie in den Magnetstreifen injiziert werden, so dass sie sich daran entlang ausbreitet und dabei den Zustand jedes magnetoresistiven Elements ändert, während sie sich daran vorbei bewegt.
Das Verfahren kann ferner Dekodieren eines Halfturn-Zählwerts eines sich drehenden Magnetfelds basierend auf dem ersten Satz von Zuständen und dem bestimmten Ist-Initialisierungszustand aufweisen. Wie oben besprochen wurde, ist Kenntnis des Initialisierungszustands erwünscht, um die Anzahl von 180°-Umdrehungen des Magnetfelds basierend auf den Zuständen der magnetoresistiven Elemente genau zu dekodieren. In dieser Hinsicht kann das Verfahren ferner Speichern des bestimmten Initialisierungszustands zum Beispiel in irgendeinem geeigneten Speicherungsmittel oder Speicher aufweisen. Der gespeicherte Initialisierungszustand kann dann zu einem späteren Zeitpunkt zum Beispiel zur Durchführung des Schritts des Dekodierens des Halfturn-Zählwerts eines sich drehenden Magnetfelds verwendet werden.
Bei einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors bereit, wobei der magnetische Multiturn-Sensor einen Multiturn-Magnetstreifen aufweist, der mehrere magnetoresistive Elemente aufweist, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente und Bestimmen eines Ist-Initialisierungszustands des magnetischen Multiturn-Sensors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht, und zu bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Ferner kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, dass die Ist-Initialisierungszustände der zweite Initialisierungszustand sind, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht.
Ferner kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, einen Fehler in dem magnetischen Multiturn-Sensor zu detektieren, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Bei einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Multiturn-Magnetsensorsystem bereit, das einen Magnetstreifen, der mehrere magnetoresistive Elemente, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, aufweist, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, mehrere elektrische Verbindungen, die mit mehreren Knoten entlang dem Magnetstreifen elektrisch gekoppelt sind, und eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Satz von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente zu bestimmen und einen Ist-Initialisierungszustand des Magnetstreifens in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen zu bestimmen, aufweist.
Die Vorrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, mindestens eine Ausgabe der mehreren elektrischen Verbindungen zu messen und anhand der mindestens einen Ausgabe einen Zustand der jeweiligen magnetoresistiven Elemente zu bestimmen.
Der Magnetstreifen kann eine spiralförmige Konfiguration haben, die Streifenecken und Streifenseiten mit einem veränderlichen Widerstand aufweist, wobei die mehreren magnetoresistiven Elemente die Seiten aufweisen, und wobei die mehreren Knoten die Streifenecken aufweisen.
Ferner kann das System einen Domänenwandgenerator aufweisen, der mit einem ersten Ende der mehreren magnetoresistiven Elemente gekoppelt ist, wobei der Domänenwandgenerator dazu ausgebildet ist, eine Domänenwand an einer Ecke in dem Magnetstreifen zu erzeugen, um dadurch eine Zustandsänderung eines magnetoresistiven Elements zu bewirken.
Ferner kann das System einen Magneten aufweisen, der dazu angeordnet ist, zu bewirken, dass der Domänenwandgenerator Domänenwände in den mehreren magnetoresistiven Elementen ändert, derart, dass sich der Widerstand mindestens eines magnetoresistiven Elements als Reaktion auf die magnetische Multiturn-Drehung um 180° ändert.
Bei noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Computersystem bereit, das einen Prozessor und ein computerlesbares Medium, das eine oder mehrere Anweisungen speichert, die so angeordnet sind, dass bei Ausführung bewirkt wird, dass der Prozessor ein Verfahren zum Bestimmen eines Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors durchführt, aufweist, wobei der magnetische Multiturn-Sensor einen Magnetstreifen aufweist, der mehrere magnetoresistive Elemente aufweist, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, und wobei das Verfahren Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente und Bestimmen eines Ist-Initialisierungszustands des magnetischen Multiturn-Sensors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen aufweist.
Weitere Merkmale der Offenbarung werden in den angehängten Ansprüchen definiert.
Figurenliste

Die Lehren der vorliegenden Offenbarung werden als nicht einschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besprochen; darin zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Multiturn-Magnetsensorsystems, das einen Multiturn-Sensor aufweist;
2 einen beispielhaften Multiturn-Sensor, der eine Wheatstone-Brückenkonfiguration hat;
3A-3J ein Beispiel für fortlaufende Umdrehungszustände eines beispielhaften Multiturn-Sensors, wenn sich ein äußeres Magnetfeld dreht; und
4 ein Flussdiagramm, das den Prozess des Dekodierens des Initialisierungszustands anhand einer Ausgabe eines Multiturn-Sensors gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung gewisser Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen vor. Die hierin beschriebenen Neuerungen können jedoch in einer Vielzahl von verschiedenen Weisen ausgestaltet werden, wie zum Beispiel durch die Ansprüche definiert und abgedeckt wird. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen identische oder funktionell ähnliche Elemente bezeichnen können. Es versteht sich, dass in den Figuren veranschaulichte Elemente nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind. Ferner versteht sich, dass gewisse Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung veranschaulicht und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung veranschaulichten Elemente aufweisen können. Ferner können einige Ausführungsformen jegliche geeignete Kombination von Merkmalen von zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Magnetische Multiturn-Sensoren können zum Überwachen des Umdrehungszählwerts einer sich drehenden Welle verwendet werden. Solch eine magnetische Erfassung kann auf eine Vielzahl verschiedener Anwendungen angewandt werden, wie zum Beispiel Kraftfahrzeuganwendungen, medizinische Anwendungen, industrielle Steueranwendungen, Verbraucheranwendungen und eine Reihe anderer Anwendungen, die Informationen über eine Position einer sich drehenden Komponente wünschen. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors basierend auf den Ausgaben des Sensors selbst bereit. Der Initialisierungszustand wirkt als der Ausgangspunkt, von dem aus der Umdrehungszählwert bestimmt wird, und somit ist Kenntnis des Initialisierungszustands erwünscht, um die Anzahl von Umdrehungen in einem sich drehenden Magnetfeld genau zu zählen. Diese Informationen stehen jedoch nicht immer zur Verfügung, der Sensor kann zum Beispiel im Werk initialisiert und ohne Speicherung des Initialisierungszustands ausgeschaltet worden sein. Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung des Initialisierungszustands ohne vorherige Kenntnis des Sensors, was bedeutet, dass der Sensor eingeschaltet und sofort verwendet werden kann, um die Anzahl von Umdrehungen in einem Magnetfeld ohne vorherige Prüfung zu zählen.
Zum Bestimmen des Initialisierungszustands verwendet das Verfahren einen Satz von Sensorausgaben, die in irgendeinem Stadium während der Drehung eines äußeren Magnetfelds in der Nähe des Sensors erhalten werden. In dieser Hinsicht können die Sensorausgaben, die null Umdrehungen des Magnetfelds entsprechen, auch zum Bestimmen des Initialisierungszustands verwendet werden. Das Verfahren nimmt zunächst an, dass der Sensor in einen bestimmten Zustand initialisiert worden ist, wobei der Sensor in einen von zwei verschiedenen Zuständen initialisiert werden kann. Wenn basierend auf dieser ersten Annahme die Sensorausgaben wie erwartet sind, wird die erste Annahme als die richtige Annahme angesehen. Wenn irgendeine der Sensorausgaben jedoch von dem Erwarteten abzuweichen scheint, wird die erste Annahme als falsch angesehen. Das Verfahren wird dann annehmen, dass der Sensor in den anderen Zustand initialisiert worden ist. Wenn die Sensorausgaben basierend auf dieser neuen Annahme wie erwartet sind, wird die zweite Annahme als die richtige Annahme angesehen. Wenn jedoch irgendeine der Sensorausgaben immer noch von dem Erwarteten abzuweichen scheint, dann muss der Sensor einen Fehler haben.
Da das Verfahren die gleichen Sensorausgaben wie jene, die zur Bestimmung des Umdrehungszählwerts verwendet werden, verwenden kann, kann der Initialisierungszustand unmittelbar vor oder gleichzeitig mit der Messung des Umdrehungszählwerts automatisch bestimmt werden. Ebenso kann der Initialisierungszustand für eine zukünftige Verwendung bestimmt und gesichert werden. In einigen Fällen kann der Initialisierungszustand in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Gemäß gewissen Anwendungen kann der Initialisierungszustand als Reaktion darauf, dass eine Vorrichtung aktiviert und/oder eingeschaltet wird, bestimmt und gespeichert werden.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Multiturn-Magnetsensorsystems 100, das einen Multiturn-Sensor (MT-Sensor) 120 aufweist. Das Multiturn-Magnetsensorsystem 100 weist ferner eine Verarbeitungsschaltung 130 und eine integrierte Schaltung 110, auf der der MT-Sensor 120 und die Verarbeitungsschaltung 130 angeordnet sind, auf. Die Verarbeitungsschaltung 130 kann irgendeine geeignete Schaltungsanordnung (zum Beispiel eine digitale Schaltungsanordnung und/oder eine analoge Schaltungsanordnung) aufweisen, um die hierin beschriebenen Funktionen durchzuführen. Die Verarbeitungsschaltung 130 empfängt Signale S_M 160 von dem MT-Sensor 120 und verarbeitet die empfangenen Signale zur Bestimmung des Initialisierungszustands unter Verwendung eines Initialisierungszustandsdekodierers 140, wie unten ausführlicher besprochen werden wird. Der Initialisierungszustandsdekodierer 140 kann den bestimmten Initialisierungszustand an einen Umdrehungszählwertdekodierer 150 ausgeben, der die von dem MT-Sensor 120 empfangenen Signale zusammen mit dem bestimmten Initialisierungszustand verarbeitet, um einen Umdrehungszählwert auszugeben, der die Anzahl von Umdrehungen eines äußeren Magnetfelds (nicht gezeigt), das sich in der Nähe des MT-Sensors 120 dreht, darstellt. Wie unten beschrieben wird, ist der Initialisierungszustandsdekodierer 140 ferner dazu ausgebildet, einen Fehler in dem MT-Sensor 120 zu detektieren und ein diesen anzeigendes Signal auszugeben.
Die Verarbeitungsschaltung 130 kann ein Verfahren zur Bestimmung des Initialisierungszustands aus den Signalen S_M 160 des MT-Sensors 120 implementieren. Die Verarbeitungsschaltung 130 kann durch irgendeine geeignete elektronische Schaltungsanordnung implementiert werden, die dazu ausgebildet ist, den Initialisierungszustand zu bestimmen.
Ferner versteht sich, dass das Verfahren zur Bestimmung des Initialisierungszustands an irgendeinem anderen äußeren Verarbeitungsmittel, wie zum Beispiel einer Verarbeitungsschaltung oder einem Verarbeitungssystem, implementiert werden kann. Zum Beispiel einer separaten Rechenvorrichtung (nicht gezeigt) mit einem Prozessor und einem computerlesbaren Speichermedium zum Speichern von Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor bewirken, dass der Prozessor den Initialisierungszustand basierend auf den von dem MT-Sensor 120 über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung empfangenen Signalen S_M 160 bestimmt.
Ein Beispiel für einen MT-Sensor 120 und sein Betriebsverfahren wird durch die 2 und 3a-j gezeigt.
2 zeigt ein Beispiel für eine Magnetstreifenlayoutdarstellung eines MT-Sensors 120, der in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration verbunden ist. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Magnetstreifen 200 eine Riesenmagnetowiderstandsbahn, die physisch in einer spiralförmigen Konfiguration ausgelegt ist. Somit weist der Magnetstreifen 200 Ecken 205 und Segmente 210a bis 210p auf, wobei die Segmente 210a-p aus magnetoresistiven Elementen gebildet sind, die in Reihe miteinander angeordnet sind. Die magnetoresistiven Segmente 210a-p wirken als veränderbare Widerstände, die den Widerstand als Reaktion auf einen magnetischen Ausrichtungszustand ändern. Ein Ende des Magnetstreifens 200 ist mit einem Domänenwandgenerator (DWG) 240 gekoppelt. In dieser Hinsicht versteht sich, dass der DWG 240 mit einem der beiden Enden des Magnetstreifens 200 gekoppelt sein kann. Der DWG 240 erzeugt Domänenwände als Reaktion auf Drehungen in einem äußeren Magnetfeld oder die Anwendung irgendeines anderen starken äußeren Magnetfelds über das magnetische Betriebsfenster des Sensors 120 hinaus. Diese Domänenwände können dann in den Magnetstreifen 200 injiziert werden. Bei Änderung der magnetischen Domäne ändert sich auch der Widerstand der Segmente 210a-p aufgrund der sich ergebenden Änderung der magnetischen Ausrichtung. Dies wird unter Bezugnahme auf die 3A-3J unten ausführlicher besprochen.
Zum Messen des veränderlichen Widerstands der magnetoresistiven Segmente 210a-p bei der Erzeugung der Domänenwände wird der Magnetstreifen 200 mit einer Versorgungsspannung VDD 220 und Masse GND 230 elektrisch verbunden, um eine Spannung zwischen einem Paar gegenüberliegender Ecken 205 anzulegen. Die Ecken 205 auf halbem Wege zwischen den Spannungsversorgungen sind mit elektrischen Verbindungen 250 versehen, um Halbbrückenausgänge bereitzustellen. Somit weist der MT-Sensor 120 mehrere Wheatstone-Brückenschaltungen auf, wobei jede Halbbrücke 250 einer halben Umdrehung oder einer Umdrehung eines äußeren Magnetfelds von 180° entspricht, wie unten ausführlicher besprochen wird. Spannungsmessungen an den elektrischen Verbindungen 250 können somit zum Messen von Änderungen des Widerstands der magnetoresistiven Segmente 210a-p, die Änderungen ihrer magnetischen Ausrichtung anzeigen, verwendet werden.
Das in 2 gezeigte Beispiel beinhaltet acht Halbbrücken 250 und ist somit dazu ausgebildet, vier Umdrehungen eines äußeren Magnetfelds zu zählen. Es versteht sich jedoch, dass ein MT-Sensor in Abhängigkeit von der Anzahl von magnetoresistiven Elementen irgendeine Anzahl von Halbbrücken haben kann. Im Allgemeinen können MT-Sensoren halb so viele Umdrehungen wie Halbbrücken zählen.
Ferner versteht sich, dass die magnetoresistiven Segmente 210a-p auf irgendeine geeignete Weise elektrisch verbunden sein können, um Sensorausgaben bereitzustellen, die die Änderungen des magnetischen Ausrichtungszustands darstellen. Die magnetoresistiven Segmente 210a-p können zum Beispiel in einer solchen Matrixanordnung verbunden sein, wie in der US 2017/0261345 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen ist, beschrieben wird. Als eine weitere Alternative kann jedes magnetoresistive Segment einzeln statt in einer Brückenanordnung verbunden sein.
Die 3A-3J zeigen ein Beispiel für fortlaufende Umdrehungszustände eines beispielhaften Multiturn-Sensors, wenn sich ein Magnetfeld dreht. Wie in dem Beispiel von 2 hat der Multiturn-Sensor 120 ein Magnetstreifenlayout, mit den magnetoresistiven Segmenten 210a-j, die die Seiten des Magnetstreifens 200 bereitstellen, zusammen mit einem DWG 240, einer Versorgungsspannung VDD 220, Masse GND 230 und den elektrischen Verbindungen 250 an den Ecken zwischen den Spannungsversorgungen 220, 230. Die 3A-3J zeigen ferner ein äußeres Magnetfeld 300, das im Uhrzeigersinn gedreht werden soll, wie in 3A durch den Pfeil 310 gezeigt wird. Obgleich dieses Beispiel das im Uhrzeigersinn 310 gedrehte Magnetfeld 300 zeigt, versteht sich, dass das Magnetfeld 300 in die Richtung gedreht wird, in der der Magnetstreifen 200 von dem DWG 240 spiralförmig zu dem gegenüberliegenden Ende des Magnetstreifens 200 verläuft. In dieser Hinsicht kann sich der DWG 240 an einem der beiden Enden des Magnetstreifens 200 befinden.
Die magnetischen Ausrichtungen 360, 370, 380 und 390 zeigen eine Ausrichtung einer Domäne innerhalb eines Segments 210a-j des Magnetstreifens 200 an. Wie zuvor besprochen wurde, kann der DWG 240 durch das äußere Magnetfeld 300 beeinflusst werden. Bei Drehung des äußeren Magnetfelds 300 kann der DWG 240 Domänenwände durch den Magnetstreifen 200 injizieren, wobei sich die magnetischen Ausrichtungen 360, 370, 380 und 390 ändern, während sich die Domänenwände durch den Streifen 200 ausbreiten, wie unten ausführlicher besprochen wird. Der spezifische Widerstand der magnetoresistiven Segmente 210a-j wird durch die magnetische Ausrichtung innerhalb der Segmente 210a-j vorgegeben. In dieser Hinsicht kann die magnetische Ausrichtung jedes Segments bewirken, dass dieses Segment einen hohen Widerstand (HR - high resistance) oder einen geringen Widerstand (LR - low resistance) hat. Die vertikal veranschaulichten Segmente 210a-j mit einer magnetischen Ausrichtung 360 haben einen höheren spezifischen Widerstand als die vertikalen Segmente 210a-j mit einer magnetischen Ausrichtung 370, die einen geringen spezifischen Widerstand haben. Ebenso haben die horizontal veranschaulichten Segmente 210a-j mit einer magnetischen Ausrichtung 380 einen höheren spezifischen Widerstand als die horizontalen Segmente 210a-j mit einer magnetischen Ausrichtung 390, die einen geringen spezifischen Widerstand haben. Die Segmente 210a-j mit den magnetischen Ausrichtungen 360 und 380 können vergleichbare Widerstände haben, und die Segmente 210a-j mit den magnetischen Ausrichtungen 370 und 390 können ebenfalls vergleichbare Widerstände haben, obgleich die tatsächlichen Widerstände zwischen den Segmenten 210a-j variieren können.
Somit ist in diesem Beispiel jede Sensorausgabe 320, 330, 340 und 350 ein Vergleich des Widerstands der magnetoresistiven Segmente 210b-i auf jeder Seite davon. In dem vorliegenden Beispiel werden die Endsegmente 210a und 210j nicht verwendet, die Endsegmente können jedoch in anderen Anordnungen verwendet werden. Nimmt man die erste Sensorausgabe 320 als Beispiel, kann die Ausgabe 320 ein hoher Wert sein, wenn der Widerstand des ersten magnetoresistiven Segments 210b geringer als der des zweiten magnetoresistiven Segments 210c ist, null sein, wenn das erste und das zweite magnetoresistive Segment 210b-c den gleichen Widerstand haben, oder ein geringer Wert sein, wenn der Widerstand des ersten magnetoresistiven Segments 210b höher als der des zweiten magnetoresistiven Segments 210c ist.
Ein Satz und/oder eine Folge von Ausgaben von den Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 bei Drehung des äußeren Magnetfelds 300 kann somit zum Dekodieren der Anzahl von Umdrehungen in dem Magnetfeld 300 verwendet werden. Somit wird die Anzahl von Umdrehungen in dem Magnetfeld 300 basierend auf einem Muster bei den Zuständen der einzelnen magnetoresistiven Segmente 210b-i, die mit den Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 gekoppelt sind, dekodiert, was in diesem Beispiel durch Vergleichen der Widerstände benachbarter Segmente erreicht wird. Es versteht sich jedoch, dass dies in Abhängigkeit von der Konfiguration des MT-Sensors 120 auf mehrere andere Weisen erreicht werden kann. Zum Beispiel kann bei einem MT-Sensor, bei dem die magnetoresistiven Segmente in einer Matrixanordnung verbunden sind, jedes magnetoresistive Segment mit einem Bezugssegment verglichen werden und die Anzahl von Umdrehungen in dem Magnetfeld bei dem Vergleich anhand eines Musters dekodiert werden.
Zum Dekodieren der Anzahl von Umdrehungen in dem Magnetfeld 300 wird der Sensor 120 auf eine von zwei Weisen initialisiert, und genau dieser Initialisierungszustand definiert, was die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 für jede Umdrehung des Magnetfelds 300 sein sollten. Im Allgemeinen kann der Sensor 120 magnetisch initialisiert werden oder in einen bekannten Zustand gesetzt werden, indem der Magnetstreifen 200 mit Domänenwänden gefüllt wird, so dass sich der Magnetstreifen 200 in einem „vollen“ Zustand befindet. Der Magnetstreifen 200 kann durch Drehen eines äußeren Magnetfelds im Uhrzeigersinn (bei einem Uhrzeigersinn-MT-Sensor) oder im Gegenuhrzeigersinn (bei einem Gegenuhrzeigersinn-MT-Sensor) für seine maximale Anzahl von Umdrehungen mit Domänenwänden gefüllt werden, oder als Alternative durch Anlegen eines starken äußeren Magnetfelds über das magnetische Betriebsfenster des Sensors hinaus, was insofern die gleiche physikalische Wirkung haben kann, als es den Magnetstreifen 200 mit Domänenwänden besiedelt. Der Initialisierungszustand entspricht somit der magnetischen Ausrichtung der magnetoresistiven Segmente 210a-j, wenn der Magnetstreifen 200 mit Domänenwänden gefüllt ist, das heißt, wenn sich das Magnetfeld 300 auf seiner maximalen Anzahl von Umdrehungen befindet. Deshalb wird dadurch definiert, was die magnetische Ausrichtung der magnetoresistiven Segmente 210a-j sein wird, wenn der Magnetstreifen 200 keine Domänenwände enthält, das heißt, sich das Magnetfeld auf null Umdrehungen befindet, sowie der erwartete Satz und/oder die erwartete Folge von magnetischen Ausrichtungen der magnetoresistiven Segmente 210a-j für jede Umdrehung des Magnetfelds 300 dazwischen. Wie oben erwähnt wurde, kann der Sensor 120 auf eine von zwei Weisen so initialisiert werden, dass die Sensorausgaben 320, 330, 340, 350 entweder alle geringe Werte oder hohe Werte sind, wenn sich in dem Magnetstreifen 200 keine Domänenwände befinden, das heißt, sich der Magnetstreifen 200 in einem „leeren“ Zustand befindet.
3A zeigt ein Beispiel für den MT-Sensor 120 in seinem Null-Umdrehungs-Zählwert-Zustand oder „leeren“ Zustand, wobei das Magnetfeld 300 noch nicht gedreht worden ist und keine Domänenwände vorhanden sind. In dem in 3A gezeigten leeren Zustand des MT-Sensors 120 sind die magnetischen Ausrichtungen entlang jeder Seite des Magnetstreifen 200 die gleichen, und somit sind sämtliche der vier Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350, die mit den elektrischen Verbindungen 250 verbunden sind, ungefähr gleich. In dem vorliegenden Beispiel ist der MT-Sensor 120 so initialisiert worden, dass die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 in dem „leeren“ Zustand alle einen geringen Wert haben, stattdessen könnten die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 jedoch einen hohen Wert haben. Ferner versteht sich, dass die Werte der Sensorausgaben in dem leeren Zustand davon abhängig sein werden, wie der MT-Sensor 120 verbunden ist.
Die magnetoresistiven Segmente 210a-j des MT-Sensors 120 werden in diesen magnetischen Ausrichtungen, das heißt in ihrem „leeren“ Zustand, bleiben, bis eine Domänenwand erzeugt und in den Magnetstreifen 300 injiziert worden ist, wobei jedes magnetoresistive Segment 210a-j seine magnetische Ausrichtung ändert, wenn sich die Domänenwand daran vorbei ausbreitet, wie nunmehr besprochen wird.
Die 3B und 3C zeigen den MT-Sensor 120 bei Drehung des Magnetfelds 300 um 180°. Bei Drehung des Magnetfelds 300 wird eine erste Domänenwand 240a erzeugt und an dem ersten magnetoresistiven Segment 210a vorbei geschoben, wodurch die magnetische Ausrichtung des ersten Segments 210a von der magnetischen Ausrichtung 370 zu der magnetischen Ausrichtung 360 geändert wird. Da das erste Segment 210a nicht verwendet wird, wird die erste 90°-Umdrehung nicht gezählt.
Bei Drehung des Magnetfelds 300 um weitere 90°, wie in 3D gezeigt wird, wird die erste Domänenwand 240a an dem zweiten magnetoresistiven Segment 210b vorbei geschoben, wobei wieder seine magnetische Ausrichtung geändert wird. Dabei ändert sich auch die erste Sensorausgabe 320, die dann dekodiert werden kann, um einen Halfturn oder eine 180°-Drehung in dem Magnetfeld 300 anzuzeigen. Da die restlichen magnetoresistiven Segmente 210c-j keine Domänenwände enthalten, bleibt ihre magnetische Ausrichtung die gleiche, das heißt, sie befinden sich immer noch in ihrem „leeren“ Zustand.
Die 3E und 3F zeigen den MT-Sensor 120 bei Drehung des Magnetfelds 300 um weitere 180°. Dabei wird eine zweite Domänenwand 240b erzeugt und an dem ersten und zweiten magnetoresistiven Segment 210a und 210b vorbei geschoben und ihre magnetische Ausrichtung einmal mehr geändert. Die erste Domänenwand 240a breitet sich ferner weiter an dem dritten und vierten magnetoresistiven Segment 210c und 210d vorbei aus, wobei ihre magnetische Ausrichtung bei diesem Vorgang geändert wird. Dabei ändern sich die erste und zweite Sensorausgabe 320 und 330, die dann dekodiert werden können, um zwei Halfturns oder eine 360°-Drehung in dem Magnetfeld 300 anzuzeigen
Die 3G und 3H zeigen den MT-Sensor 120 bei Drehung des Magnetfelds 300 um weitere 180°. Dabei wird eine dritte Domänenwand 240c erzeugt und an dem ersten und zweiten magnetoresistiven Segment 210a und 210b vorbei geschoben, wobei ihre magnetische Ausrichtung geändert wird. Die zweite Domänenwand 240b breitet sich ferner weiter an dem dritten und vierten magnetoresistiven Segment 210c und 210d vorbei aus, während sich die erste Domänenwand 240a an dem fünften und sechsten Segment 210e und 210f vorbei ausbreitet, wobei ihre magnetische Ausrichtung bei diesem Vorgang geändert wird. Dabei ändern sich die erste, die zweite und die dritte Sensorausgabe 320, 330 und 340, die dann dekodiert werden können, um drei Halfturns oder eine 540°-Drehung in dem Magnetfeld 300 anzuzeigen.
Die 3I und 3J zeigen den MT-Sensor 120 bei Drehung des Magnetfelds 300 um noch weitere 180°. Dabei wird eine vierte Domänenwand 240d erzeugt und an dem ersten und zweiten magnetoresistiven Segment 210a und 210b vorbei geschoben, wobei ihre magnetische Ausrichtung geändert wird. Die dritte Domänenwand 240c breitet sich auch weiter an dem dritten und vierten magnetoresistiven Segment 210c und 210d vorbei aus, während sich die zweite Domänenwand 240b an dem fünften und sechsten Segment 210e und 210f vorbei ausbreitet und sich die erste Domänenwand 240a an dem siebten und achten Segment 210g und 210h vorbei ausbreitet, wobei alle ihre magnetischen Ausrichtungen bei diesem Vorgang geändert werden. Dabei ändern sich die erste, die zweite, die dritte und die vierte Sensorausgabe 320, 330, 340 und 350, die dann dekodiert werden können, um vier Halfturns oder eine 720°-Drehung in dem Magnetfeld 300 anzuzeigen.
Wenn das Magnetfeld 300 dann in die entgegengesetzte Richtung, die in diesem Fall der Gegenuhrzeigersinn wäre, zurückgedreht wird, breiten sich die Domänenwände 240a-d entlang dem Magnetstreifen 300 zurück aus, wobei die magnetischen Ausrichtungen der magnetoresistiven Segmente 210a-j, wenn sie zurückpassieren, geändert werden. Dabei wird/werden der Satz und/oder die Folge von magnetischen Zuständen, die unter Bezugnahme auf die 3A-3J beschrieben wurden, effektiv umgedreht, wobei die magnetoresistiven Segmente 210a-j letztendlich in ihren „leeren“ Zustand zurückkehren, wenn die letzte Domänenwand 240a zurückpassiert.
Um den Satz und/oder die Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350, die sich aus der Drehung des Magnetfelds 300 ergeben, und somit den Satz und/oder die Folge von magnetischen Zuständen richtig zu dekodieren, kann es wichtig sein, den Initialisierungszustand des MT-Sensors 120 und somit die anfängliche magnetische Ausrichtung jedes der magnetoresistiven Segmente 210a-p und die sich ergebenden Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 zu kennen, bevor das Magnetfeld 300 gedreht wird, oder zumindest, bevor eine Drehung des Magnetfelds 300 eine Auswirkung auf die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 hat. Informationen über den Initialisierungszustand stehen jedoch bei Einschalten des MT-Sensors 120 nicht immer zur Verfügung.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess 400 des Dekodierens des Initialisierungszustands anhand einer Ausgabe eines Multiturn-Sensors gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Der Prozess 400 kann durch irgendeine geeignete elektronische Schaltungsanordnung implementiert werden, die dazu ausgebildet ist, einen Initialisierungszustand anhand einer MT-Sensor-Ausgabe zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsschaltung 130 von 1 einen Initialisierungszustandsdekodierer 140 aufweisen, der dazu angeordnet ist, den Prozess 400 zu implementieren. Als anderes Beispiel kann ein Initialisierungszustandsdekodierer in dem MT-Sensor integriert sein und einer Verarbeitungsschaltung einen Initialisierungszustand zuführen. Der Prozess 400 kann zum Beispiel als Reaktion auf eine Aktivierung eines MT-Sensors durchgeführt werden.
Der Prozess 400 beginnt bei Schritt 410, bei dem ein Satz und/oder eine Folge von Sensorausgaben entsprechend einem Satz und/oder einer Folge von Magnetzuständen erhalten werden kann. In dieser Hinsicht kann/können der Satz und/oder die Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 in irgendeinem Stadium während der Drehung des Magnetfelds 300, einschließlich, wenn sich das Magnetfeld 300 bei null Umdrehungen befindet, erhalten werden. Der Prozess 400 trifft eine Annahme über den Initialisierungszustand bei Schritt 420. In diesem Fall wird angenommen, dass der MT-Sensor 120 in einen ersten Initialisierungszustand X₁ initialisiert worden ist. Der Prozess 400 kann zum Beispiel annehmen, dass der MT-Sensor 120 so initialisiert ist, dass die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 bei null Umdrehungen des Magnetfelds 300 alle einen geringen Wert haben. Bei Schritt 430 wird/werden der Satz und/oder die Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 dazu verarbeitet, zu bestimmen, ob es irgendwelche falschen Zustände geben würde, wenn der MT-Sensor 120 in den ersten Initialisierungszustand X₁ initialisiert wäre. In dieser Hinsicht kann jegliches Verfahren zur Detektion eines falschen Zustands verwendet werden, um zu bestimmen, ob irgendein Teil des Satzes und/oder der Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 von einem bzw. einer für den bei Schritt 420 angenommenen Initialisierungszustand erwarteten Satz und/oder Folge abweicht.
Wird kein falscher Zustand detektiert, dann wird die anfängliche Annahme bei Schritt 440 als richtig angesehen. Wenn die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 einem für einen in den ersten Initialisierungszustand X₁ initialisierten MT-Sensor 120 erwarteten Satz von Ausgaben entsprechen, dann ist der erste Initialisierungszustand X₁ somit der Ist-Initialisierungszustand des MT-Sensors 120.
Scheint in dem Satz und/oder in der Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 ein falscher Zustand vorzuliegen, dann wird die anfängliche Annahme als falsch angesehen. Wenn die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 einem für einen in den ersten Initialisierungszustand X₁ initialisierten MT-Sensor 120 erwarteten Satz von Ausgaben nicht entsprechen, dann ist der erste Initialisierungszustand X₁ somit nicht der Ist-Initialisierungszustand des MT-Sensors 120.
Dann wird bei Schritt 450 die Annahme geändert, und stattdessen wird angenommen, dass der MT-Sensor 120 in einen zweiten Initialisierungszustand X₂ initialisiert worden ist. Der Prozess 400 wird nunmehr zum Beispiel annehmen, dass der MT-Sensor 120 so initialisiert ist, dass die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 bei null Umdrehungen des Magnetfelds 300 alle einen hohen Wert haben. Bei Schritt 460 wird/werden der Satz und/oder die Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 wieder verarbeitet, um zu bestimmen, ob basierend auf der neuen Annahme irgendwelche falschen Zustände vorliegen. In dieser Hinsicht kann jegliches Verfahren zur Detektion eines falschen Zustands verwendet werden, um zu bestimmen, ob irgendein Teil des Satzes und/oder der Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 von einem bzw. einer für den bei Schritt 450 angenommenen Initialisierungszustand erwarteten Satz und/oder Folge abweicht.
Wird kein falscher Zustand detektiert, dann wird wie zuvor die zweite Annahme bei Schritt 470 als richtig angesehen. Wenn die Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 einem für einen in den zweiten Initialisierungszustand X₂ initialisierten MT-Sensor 120 erwarteten Satz von Ausgaben entsprechen, dann ist der zweite Initialisierungszustand X₂ somit der Ist-Initialisierungszustand des MT-Sensors 120.
Wird nach Treffen der zweiten Annahme in dem Satz und/oder in der Folge von Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 jedoch ein falscher Zustand detektiert, dann bestimmt der Prozess 400 bei Schritt 480, dass in dem MT-Sensor 120 selbst ein Fehler vorliegt.
Wenn der Prozess 400 den Ist-Initialisierungszustand bestimmt hat, endet der Prozess 400 bei Schritt 490, bei dem der bestimmte Initialisierungszustand an einen Umdrehungszählwertdekodierer 150, wie unten besprochen wird, oder irgendeine andere Verarbeitungsschaltung ausgegeben werden kann. Der Initialisierungszustand kann in einem flüchtigen und/oder nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Wenn der Prozess 400 einen Fehler detektiert hat, geht der Prozess ebenso zu dem Ende bei Schritt 490 über, bei dem einer Verarbeitungsschaltung ein Signal, das den Sensorfehler anzeigt, zugeführt werden kann.
Nach Bestimmung des Initialisierungszustands unter Verwendung des obigen Prozesses 400 kann der bestimmte Initialisierungszustand dazu verwendet werden, den Umdrehungszählwert des MT-Sensors 120 bei Drehung eines äußeren Magnetfelds zu dekodieren. Die Verarbeitungsschaltung 130 von 1 kann zum Beispiel einen Umdrehungszählwertdekodierer 150 aufweisen, der dazu angeordnet ist, einen Umdrehungszählwert basierend auf dem bestimmten Initialisierungszustand und den Sensorausgaben 320, 330, 340 und 350 auszugeben. Als anderes Beispiel kann ein Umdrehungszählwertdekodierer in dem MT-Sensor 120 integriert und dazu ausgebildet sein, einer separaten Verarbeitungsschaltung einen Umdrehungszählwert zuzuführen.
Bei einer Ausführungsform kann ein Initialisierungszustand durch Vergleichen eines Satzes von MT-Magnetsensorzuständen mit zwei Initialisierungszuständen in einem Initialisierungszustandsdekodierer bestimmt werden. Der Satz von MT-Magnetsensorzuständen kann gleichzeitig und/oder sequenziell mit den beiden Initialisierungszuständen verglichen werden. Der Initialisierungszustandsdekodierer kann ein Ausgangssignal bereitstellen, um anzuzeigen, ob der Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, ob der Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist oder ob ein Sensorfehler vorliegt. Als Beispiel kann das Ausgangssignal ein 3-Bit-Signal sein, in dem ein erstes Bit anzeigt, ob der Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, ein zweites Bit anzeigt, ob der Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, und wobei ein drittes Bit anzeigt, ob ein Sensorfehler vorliegt. Das Ausgangssignal kann als Alternative ein Zwei-Bit-Signal sein. Das Ausgangssignal kann im Speicher (zum Beispiel nicht flüchtigen Speicher oder flüchtigen Speicher) gespeichert werden, und es kann zur Bestimmung eines Umdrehungszählwerts eines MT-Sensors darauf zugegriffen werden.
Wenn der Kontext nicht etwas Anderes angibt, sind in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Ausdrücke „aufweisen“, „aufweisend“, „beinhalten“, „beinhaltend“ und dergleichen durchweg allgemein in einem einschließenden Sinne aufzufassen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn; das heißt im Sinne von „aufweisend, aber nicht darauf beschränkt“. Der Ausdruck „gekoppelt“, wie er hierin allgemein verwendet wird, verweist auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt miteinander gekoppelt sein können oder durch ein oder mehrere Zwischenelemente miteinander gekoppelt sein können. Ebenfalls verweist der Ausdruck „verbunden“, wie er hierin allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden sein können oder durch ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus sollen sich die Ausdrücke „hierin“, „über“, „unter“ und Ausdrücke mit ähnlicher Bedeutung, soweit sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung in ihrer Gesamtheit und nicht auf irgendwelche bestimmten Teile dieser Anmeldung beziehen. Wo es der Kontext gestattet, können Ausdrücke in der obigen detaillierten Beschreibung, die in der Einzahl oder Mehrzahl verwendet werden, auch die Mehrzahl bzw. Einzahl einschließen. Der Ausdruck „oder“ in Bezug auf eine Liste mit zwei oder mehr Bestandteilen soll allgemein alle der folgenden Interpretationen des Ausdrucks abdecken: ein beliebiger Bestandteil der Liste, alle Bestandteile der Liste und jegliche Kombination der Bestandteile der Liste.
Darüber hinaus sollen hierin verwendete konditionale Formulierungen wie unter anderem „können“, „könnte“, „dürfte“, „möglicherweise“, „z. B.“, „zum Beispiel“, „wie etwa“ und dergleichen, sofern nicht speziell anders angegeben oder in dem Kontext, der verwendet wird, anderweitig zu verstehen, in der Regel vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände aufweisen, während andere Ausführungsformen diese nicht aufweisen. Somit sollen solche konditionalen Formulierungen in der Regel nicht bedeuten, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen zwangsweise eine Logik zum Entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder durchgeführt werden sollen, aufweisen.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft dargeboten worden und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die neuartigen Verfahren, Einrichtungen, Systeme Vorrichtungen und integrierten Schaltungen, die hierin beschrieben werden, in einer Vielzahl anderer Formen ausgeführt werden; des Weiteren können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen an der Form der hier beschriebenen Verfahren, Einrichtungen und Systeme vorgenommen werden, ohne von dem Wesen der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können hierin beschriebene Schaltungsblöcke gestrichen, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jeder dieser Schaltungsblöcke kann auf verschiedenste Weise implementiert werden. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen jegliche solche Formen oder Modifikationen, wie sie unter den Schutzumfang und das Wesen der Offenbarung fallen, mit abdecken.
Die hierin dargebotenen Ansprüche werden in einem Format eines einfachen Rückbezugs dargeboten, das zum Einreichen im Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten geeignet ist. Es wird jedoch angenommen, dass jeder einzelne der Ansprüche auf irgendeinen vorhergehenden Anspruch mehrfach rückbezogen sein kann, außer dort, wo es technisch nicht durchführbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2017/0261345 [0039]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors, wobei der magnetische Multiturn-Sensor einen Magnetstreifen aufweist, der mehrere magnetoresistive Elemente aufweist, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente; und Bestimmen eines Ist-Initialisierungszustands des magnetischen Multiturn-Sensors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Initialisierungszustand einen anfänglichen Satz von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente vor Drehung eines Magnetfelds definiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Initialisierungszustand die Zustände der mehreren magnetoresistiven Elemente bei null Umdrehungen eines Magnetfelds definiert.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schritt des Bestimmens des Ist-Initialisierungszustands Folgendes aufweist: Bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht; und Bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bestimmens, ob der Ist-Initialisierungszustand der zweite Initialisierungszustand ist, Detektieren eines falschen Zustands, wenn einer oder mehrere des ersten Satzes von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweichen, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bestimmens, dass der Ist-Initialisierungszustand der zweite Initialisierungszustand ist, ferner Folgendes aufweist: Bestimmen, dass die Ist-Initialisierungszustände der zweite Initialisierungszustand sind, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Detektieren eines Fehlers in dem magnetischen Multiturn-Sensor, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen Folgendes aufweist: Messen mindestens einer Ausgabe einer oder mehrerer elektrischer Verbindungen, wobei jede elektrische Verbindung mit mindestens zwei magnetoresistiven Elementen elektrisch gekoppelt ist; und Bestimmen eines Zustands der jeweiligen magnetoresistiven Elemente anhand der mindestens einen Ausgabe.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren Erzeugen einer Domänenwand an einem Ende des Magnetstreifens als Reaktion auf eine Drehung eines Magnetfelds um 180°, um dadurch eine Änderung des Zustands eines magnetoresistiven Elements zu bewirken, aufweist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: Dekodieren eines Halfturn-Zählwerts eines sich drehenden Magnetfelds basierend auf dem ersten Satz von Zuständen und dem bestimmten Ist-Initialisierungszustand.
Vorrichtung zum Bestimmen des Initialisierungszustands eines magnetischen Multiturn-Sensors, wobei der magnetische Multiturn-Sensor einen Multiturn-Magnetstreifen aufweist, der mehrere magnetoresistive Elemente aufweist, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat, wobei die Vorrichtung zu Folgendem ausgebildet ist: Bestimmen eines ersten Satzes von Zuständen der mehreren magnetoresistiven Elemente; und Bestimmen eines Ist-Initialisierungszustands des magnetischen Multiturn-Sensors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von Zuständen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner dazu ausgebildet ist: zu bestimmen, dass der Ist-Initialisierungszustand ein erster Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht; und zu bestimmen, ob der Ist-Initialisierungszustand ein zweiter Initialisierungszustand ist, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den ersten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, die ferner dazu ausgebildet ist: zu bestimmen, dass die Ist-Initialisierungszustände der zweite Initialisierungszustand sind, wenn der erste Satz von Zuständen einem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner dazu ausgebildet ist: einen Fehler in dem magnetischen Multiturn-Sensor zu detektieren, wenn der erste Satz von Zuständen von dem für den zweiten Initialisierungszustand erwarteten Satz von Zuständen abweicht.
Multiturn-Magnetsensorsystem, aufweisend: einen Magnetstreifen, der mehrere magnetoresistive Elemente, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind, aufweist, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens mindestens zwei Zustände hat, wobei jeder Zustand einen zugehörigen Widerstand hat; mehrere elektrische Verbindungen, die mit mehreren Knoten entlang dem Magnetstreifen elektrisch gekoppelt sind; und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
System nach Anspruch 15, wobei die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet ist: mindestens eine Ausgabe der mehreren elektrischen Verbindungen zu messen; und anhand der mindestens einen Ausgabe einen Zustand der jeweiligen magnetoresistiven Elemente zu bestimmen.
System nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Magnetstreifen eine spiralförmige Konfiguration hat, die Streifenecken und Streifenseiten mit einem veränderlichen Widerstand aufweist, wobei die mehreren magnetoresistiven Elemente die Seiten aufweisen, und wobei die mehreren Knoten die Streifenecken aufweisen.
System nach Anspruch 17, das ferner einen Domänenwandgenerator aufweist, der mit einem ersten Ende der mehreren magnetoresistiven Elemente gekoppelt ist, wobei der Domänenwandgenerator dazu ausgebildet ist, eine Domänenwand an einer Ecke in dem Magnetstreifen zu erzeugen, um dadurch eine Zustandsänderung eines magnetoresistiven Elements zu bewirken.
System nach Anspruch 18, das ferner einen Magneten aufweist, der dazu angeordnet ist, zu bewirken, dass der Domänenwandgenerator Domänenwände in den mehreren magnetoresistiven Elementen ändert, derart, dass sich der Widerstand mindestens eines magnetoresistiven Elements als Reaktion auf die magnetische Multiturn-Drehung um 180° ändert.
Computersystem, aufweisend: einen Prozessor; und ein computerlesbares Medium, das eine oder mehrere Anweisungen speichert, die so angeordnet sind, dass bei Ausführung bewirkt wird, dass der Prozessor das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt.