DE102022200223A1

DE102022200223A1 - Magnetic field sensor device and method for determining magnetic field information

Info

Publication number: DE102022200223A1
Application number: DE102022200223.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Maschmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2023134925A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Magnetfeldsensorvorrichtung mit einer ersten Messbrücke (20), wobei zumindest in einem Messmodus der ersten Messbrücke (20) mindestens ein abgegriffenes erstes Messsignal (UM1) abhängig von einer magnetischen Feldstärke in einer ersten Raumrichtung variiert, und einer Elektronikeinrichtung (44), welche dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, zumindest unter Berücksichtigung des mindestens einen ersten Messsignals (UM1) eine erste Information bezüglich der magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung zu ermitteln, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung eine erste Korrekturbrücke (24) aufweist oder die erste Messbrücke aus dem Messmodus in einen Korrekturmessmodus überführbar ist, und wobei die Elektronikeinrichtung (44) zusätzlich dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, die erste Information unter zusätzlicher Berücksichtigung des mindestens einen ersten Korrektursignals (UC1) der ersten Korrekturbrücke (26) oder der in den Korrekturmessmodus überführten ersten Messbrücke festzulegen.The invention relates to a magnetic field sensor device with a first measuring bridge (20), wherein at least one measured first measuring signal (UM1) varies depending on a magnetic field strength in a first spatial direction, at least in one measuring mode of the first measuring bridge (20), and an electronic device (44) which is designed and/or programmed to determine first information relating to the magnetic field strength in the first spatial direction, at least taking into account the at least one first measurement signal (UM1), the magnetic field sensor device having a first correction bridge (24) or the first measurement bridge from the measurement mode can be converted into a correction measurement mode, and wherein the electronic device (44) is additionally designed and/or programmed to read the first information while also taking into account the at least one first correction signal (UC1) of the first correction bridge (26) or the first measurement bridge converted into the correction measurement mode to set.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetfeldsensorvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation.The present invention relates to a magnetic field sensor device. The invention also relates to a method for determining magnetic field information.

Stand der TechnikState of the art

1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Magnetfeldsensors, welcher der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist. 1 shows a schematic representation of a conventional magnetic field sensor, which is known to the applicant as internal prior art.

Der in 1 schematisch dargestellte herkömmliche Magnetfeldsensor hat eine Wheatstonebrücke 10 mit mehreren Einheitssensorelementen 12a und 12b, welche auf ein externes Magnetfeld mit einer magnetischen Feldstärke ungleich Null in einer ersten Raumrichtung reagieren. Bei den Einheitssensorelementen 12a der Wheatstonebrücke 10 nimmt deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Feldstärke in der ersten Raumrichtung zu, während bei anderen Einheitssensorelementen 12b der Wheatstonebrücke 10 ihr elektrischer Widerstand mit zunehmender magnetischer Feldstärke in der ersten Raumrichtung abnimmt. An einem ersten Verzweigungspunkt 14a der Wheatstonebrücke 10 ist eine Versorgungsspannung VDD bereitgestellt, während an einem zweiten Verzweigungspunkt 14b der Wheatstonebrücke 10 eine Erdung GND anliegt. Zwischen einem dritten Verzweigungspunkt 14c und einem vierten Verzweigungspunkt 14d der Wheatstonebrücke 10 ist außerdem ein Signal U abgreifbar, anhand von welchem die magnetische Feldstärke des externen Magnetfelds in der ersten Raumrichtung festlegbar sein soll.the inside 1 The conventional magnetic field sensor shown schematically has a Wheatstone bridge 10 with a plurality of unit sensor elements 12a and 12b, which react to an external magnetic field with a magnetic field strength not equal to zero in a first spatial direction. In the case of the unit sensor elements 12a of the Wheatstone bridge 10, their electrical resistance increases with increasing field strength in the first spatial direction, while in the case of other unit sensor elements 12b of the Wheatstone bridge 10 their electrical resistance decreases with increasing magnetic field strength in the first spatial direction. A supply voltage VDD is provided at a first branching point 14a of the Wheatstone bridge 10 , while a ground GND is present at a second branching point 14b of the Wheatstone bridge 10 . In addition, a signal U can be tapped between a third branching point 14c and a fourth branching point 14d of the Wheatstone bridge 10, on the basis of which the magnetic field strength of the external magnetic field in the first spatial direction can be determined.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Magnetfeldsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The present invention creates a magnetic field sensor device with the features of claim 1 and a method for determining magnetic field information with the features of claim 10.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zum Vermeiden von Ungenauigkeiten oder Fehlern beim Ermitteln von Magnetfeldinformationen, welche herkömmlicherweise aufgrund von mechanischen Spannungen in einer zum Messen eingesetzten Messbrücke mit Einheitssensorelementen häufig auftreten. Mechanische Spannungen, wie mechanische Zugspannungen, mechanische Druckspannungen und/oder mechanische Scherspannungen, beeinflussen oft einen elektrischen Widerstand der Einheitssensorelemente der jeweiligen Messbrücke, und damit auch mindestens ein an der jeweiligen Messbrücke abgegriffenes Messsignal. Da die mechanischen Spannungen durch innere Einflüsse, wie beispielsweise unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der jeweiligen Messbrücke und ihrer unmittelbaren Umgebung, und/oder äußere Einflüsse, wie insbesondere Löteffekte oder eine mechanische Verformung unmittelbar an der jeweiligen Messbrücke, ausgelöst sein können, ist es vorteilhaft, dass mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung die Einflüsse der mechanischen Spannungen auf das mindestens eine Messsignal herauskorrigiert werden können. Dazu schafft die vorliegende Erfindung vorteilhafte Möglichkeiten zum „indirekten Messen“ der mechanischen Spannungen entweder in der Nähe der jeweiligen Messbrücke oder direkt in der jeweiligen Messbrücke. Die unerwünschten Effekte der mechanischen Spannungen können auf diese Weise verlässlich herauskorrigiert werden.The present invention provides advantageous options for avoiding inaccuracies or errors when determining magnetic field information, which commonly occur due to mechanical stresses in a measuring bridge used for measuring with standard sensor elements. Mechanical stresses, such as mechanical tensile stresses, mechanical compressive stresses and/or mechanical shearing stresses, often influence an electrical resistance of the standard sensor elements of the respective measuring bridge, and thus also at least one measurement signal picked off at the respective measuring bridge. Since the mechanical stresses can be triggered by internal influences, such as different expansion coefficients of the materials of the respective measuring bridge and its immediate surroundings, and/or external influences, such as in particular soldering effects or mechanical deformation directly on the respective measuring bridge, it is advantageous that by using the present invention, the influences of the mechanical stresses on the at least one measurement signal can be corrected. For this purpose, the present invention creates advantageous possibilities for “indirect measurement” of the mechanical stresses either in the vicinity of the respective measuring bridge or directly in the respective measuring bridge. The undesired effects of the mechanical stresses can be reliably corrected in this way.

Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere Löteffekte und Temperaturveränderungseffekte bei herkömmlichen Magnetfeldsensoren aufgrund der dadurch ausgewirkten mechanischen Spannungen häufig zu einem sogenannten Nullfeldfehler (Offset-Fehler) führen, welcher jedoch mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung verlässlich herauskorrigiert werden kann. Die vorliegende Erfindung trägt damit zur verlässlicheren Vermessbarkeit von Magnetfeldern bei.It is pointed out that in particular soldering effects and temperature change effects in conventional magnetic field sensors often lead to a so-called zero field error (offset error) due to the resulting mechanical stresses, which can, however, be reliably corrected using the present invention. The present invention thus contributes to the more reliable measurability of magnetic fields.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung sind die Einheitssensorelemente der ersten Messbrücke so als Wheatstonebrücke mit mindestens zwei zwischen gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen verschaltet und derart ausgelegt, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand entweder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen zunimmt oder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen abnimmt, wobei die Einheitssensorelemente der ersten Korrekturbrücke so als weitere Wheatstonebrücke mit mindestens zwei zwischen gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen verschaltet sind und derart ausgelegt sind, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand bei mindestens einem ersten Einheitssensorelement der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen zunimmt und bei mindestens einem zweiten Einheitssensorelement der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen abnimmt. Während die mittels der magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung ausgelösten Änderungen der elektrischen Widerstände sich somit bei der ersten Messbrücke an ihrem mindestens einen ersten Messsignal vollständig aufaddieren, tritt keine magnetfeldbewirkte Änderung an dem mindestens einen ersten Korrektursignal auf.In an advantageous embodiment of the magnetic field sensor device, the standard sensor elements of the first measuring bridge are connected as a Wheatstone bridge with at least two standard sensor elements connected in series between the same branching points and are designed in such a way that with increasing magnetic field strength in the first spatial direction, the respective electrical resistance either in all between the same branching points unit sensor elements connected in series increases or decreases for all unit sensor elements connected in series between the same branching points, the unit sensor elements of the first correction bridge being connected as a further Wheatstone bridge with at least two unit sensor elements connected in series between the same branching points and being designed such that with increasing magnetic field strength in the first spatial direction, the respective electrical resistance increases in at least one first unit sensor element of the unit sensor elements connected in series between the same branching points and decreases in at least one second unit sensor element of the unit sensor elements connected in series between the same branching points. While the changes in the electrical If the resistances of the first measuring bridge thus add up completely to their at least one first measurement signal, no change caused by a magnetic field occurs in the at least one first correction signal.

Vorzugsweise sind die erste Korrekturbrücke und die erste Messbrücke nebeneinander angeordnet. Eine derart nahe Anordnung der ersten Korrekturbrücke zu der ersten Messbrücke ermöglicht ein vorteilhaftes „indirektes Messen“ der mechanischen Spannungen in der Nähe der ersten Messbrücke mittels der ersten Korrekturbrücke.The first correction bridge and the first measuring bridge are preferably arranged next to one another. Such a close arrangement of the first correction bridge to the first measuring bridge enables an advantageous “indirect measurement” of the mechanical stresses in the vicinity of the first measuring bridge using the first correction bridge.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung sind die Einheitssensorelemente der ersten Messbrücke als Wheatstonebrücke mit mindestens zwei zwischen gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen verschaltet, wobei die Einheitssensorelemente der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke derart ausgelegt sind, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand entweder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen zunimmt oder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen abnimmt, und wobei die Einheitssensorelemente der in ihrem Korrekturmessmodus vorliegenden ersten Messbrücke so ausgelegt sind, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand bei mindestens einem ersten Einheitssensorelement der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen zunimmt und bei mindestens einem zweiten Einheitssensorelement der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten in Serie geschalteten Einheitssensorelementen abnimmt. Durch die hier beschriebene Ausbildung der ersten Messbrücke zur Nutzung sowohl in ihrem Messmodus als auch in ihrem Korrekturmessmodus können die an der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke auftretenden mechanischen Spannungen mittels der in ihren Korrekturmessmodus überführten ersten Messbrücke indirekt gemessen werden.In a further advantageous embodiment of the magnetic field sensor device, the standard sensor elements of the first measuring bridge are connected as a Wheatstone bridge with at least two standard sensor elements connected in series between the same branching points, the standard sensor elements of the first measuring bridge present in its measuring mode being designed in such a way that with increasing magnetic field strength in the first spatial direction the respective electrical resistance either increases for all unit sensor elements connected in series between the same branching points or decreases for all unit sensor elements connected in series between the same branching points, and the unit sensor elements of the first measuring bridge present in its correction measuring mode are designed such that with increasing magnetic field strength in in the first spatial direction, the respective electrical resistance increases in at least one first unit sensor element of the unit sensor elements connected in series between the same branching points and decreases in at least one second unit sensor element of the unit sensor elements connected in series between the same branching points. Due to the design of the first measuring bridge described here for use both in its measuring mode and in its correction measuring mode, the mechanical stresses occurring on the first measuring bridge present in its measuring mode can be indirectly measured by means of the first measuring bridge converted into its correction measuring mode.

Bevorzugter Weise ist auf einer Speichereinheit der Elektronikeinrichtung ein Programm hinterlegt, mittels welchem die erste Messbrücke aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus überführbar ist. Damit entfällt die Notwendigkeit zur Anbringung einer eigens zum Abgreifen des mindestens einen ersten Korrektursignals ausgebildeten zusätzlichen Brücke nahe an der ersten Messbrücke.A program is preferably stored on a memory unit of the electronic device, by means of which the first measuring bridge can be transferred from its measuring mode to its correction measuring mode. This eliminates the need to attach an additional bridge designed specifically for tapping the at least one first correction signal close to the first measuring bridge.

Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung dazu ausgelegt und/oder programmiert sein, die erste Messbrücke mit einer fest-vorgegebenen Soll-Frequenz aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus zu überführen und nach einem Abgreifen des mindestens einen ersten Korrektursignals die erste Messbrücke aus ihrem Korrekturmessmodus in ihren Messmodus zu überführen. Mittels der hier beschriebenen Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung können die direkt in der ersten Messbrücke auftretenden mechanischen Spannungen regelmäßig mittels des mindestens einen aktuell abgegriffenen ersten Korrektursignals herauskorrigiert werden.For example, the electronic device can be designed and/or programmed to transfer the first measuring bridge from its measuring mode to its corrective measuring mode with a fixed, predetermined target frequency and after tapping the at least one first corrective signal, the first measuring bridge from its corrective measuring mode to its measuring mode convict. Using the embodiment of the magnetic field sensor device described here, the mechanical stresses occurring directly in the first measuring bridge can be regularly corrected out by means of the at least one currently tapped first correction signal.

Alternativ kann die Magnetfeldsensorvorrichtung auch einen Temperatursensor aufweisen, wobei die Elektronikeinrichtung in diesem Fall dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, unter Berücksichtigung einer von dem Temperatursensor ausgegebenen Temperatur eine Soll-Frequenz festzulegen und die erste Messbrücke mit der festgelegten Soll-Frequenz aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus zu überführen und nach einem Abgreifen des mindestens einen ersten Korrektursignals die erste Messbrücke aus ihrem Korrekturmessmodus in ihren Messmodus zu überführen. Mittels der hier beschriebenen Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung kann die Frequenz zum indirekten Messen der mechanischen Spannungen direkt in der ersten Messbrücke an eine durch die aktuelle Temperatur vorliegende Häufigkeit von mechanischen Spannungen angepasst werden.Alternatively, the magnetic field sensor device can also have a temperature sensor, in which case the electronic device is designed and/or programmed to specify a target frequency, taking into account a temperature output by the temperature sensor, and to switch the first measuring bridge out of its measuring mode with the specified target frequency to convert its correction measurement mode and to convert the first measuring bridge from its correction measurement mode to its measurement mode after tapping the at least one first correction signal. Using the embodiment of the magnetic field sensor device described here, the frequency for indirectly measuring the mechanical stresses can be adapted directly in the first measuring bridge to a frequency of mechanical stresses that is present due to the current temperature.

Die Einheitssensorelemente der ersten Messbrücke und/oder der ersten Korrekturbrücke können je eine gepinnte ferromagnetische Schicht, je eine freie ferromagnetische Schicht, je eine zwischen der gepinnten ferromagnetischen Schicht des gleichen Einheitssensorelements und der freien ferromagnetischen Schicht des gleichen Einheitssensorelements angeordnete Tunnelbarriere, je eine erste Kontaktschicht auf der von der Tunnelbarriere des gleichen Einheitssensorelements weg gerichteten Seite der gepinnten ferromagnetischen Schicht des gleichen Einheitssensorelements und je eine zweite Kontaktschicht auf der von der Tunnelbarriere des gleichen Einheitssensorelements weg gerichteten Seite der freien ferromagnetischen Schicht des gleichen Einheitssensorelements aufweisen. Die Einheitssensorelemente der ersten Messbrücke und/oder der ersten Korrekturbrücke können deshalb basierend auf dem TMR-Prinzip (Magnetischer Tunnelwiderstand) ausgebildet sein.The unit sensor elements of the first measuring bridge and/or the first correction bridge can each have a pinned ferromagnetic layer, each a free ferromagnetic layer, each a tunnel barrier arranged between the pinned ferromagnetic layer of the same unit sensor element and the free ferromagnetic layer of the same unit sensor element, each a first contact layer the side of the pinned ferromagnetic layer of the same unit sensor element directed away from the tunnel barrier of the same unit sensor element and a second contact layer each on the side of the free ferromagnetic layer of the same unit sensor element directed away from the tunnel barrier of the same unit sensor element. The standard sensor elements of the first measuring bridge and/or the first correction bridge can therefore be based on the TMR principle (magnetic tunnel resistance).

Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Magnetfeldsensorvorrichtung noch eine zweite Messbrücke umfassend mehrere sensitive Einheitssensorelemente für ein externes Magnetfeld mit einer magnetischen Feldstärke in einer senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung aufweisen, wobei zumindest in einem Messmodus der zweiten Messbrücke mindestens ein abgegriffenes zweites Messsignal abhängig von der magnetischen Feldstärke in der zweiten Raumrichtung variiert, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung noch eine zweite Korrekturbrücke umfassend mehrere weitere für das externe Magnetfeld mit der magnetischen Feldstärke in der zweiten Raumrichtung sensitive Einheitssensorelemente aufweist oder die zweite Messbrücke aus dem Messmodus in einen Korrekturmessmodus überführbar ist, wobei von der magnetischen Feldstärke in der zweiten Raumrichtung ausgelöste Änderungen von elektrischen Widerständen der Einheitssensorelemente der zweiten Korrekturbrücke oder der in den Korrekturmessmodus überführten zweiten Messbrücke sich in mindestens einem abgegriffenen zweiten Korrektursignal zumindest teilweise herausmitteln, und wobei die Elektronikeinrichtung zusätzlich dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, eine zweite Information bezüglich der magnetischen Feldstärke in der zweiten Raumrichtung zumindest unter Berücksichtigung des mindestens einen zweiten Messsignals und des mindestens einen zweiten Korrektursignals festzulegen. Die hier beschriebene Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung kann somit auch zum mehrdimensionalen Vermessen des externen Magnetfelds genutzt werden. Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Magnetfeldsensorvorrichtung auch zum 3-dimensionalen Vermessen des externen Magnetfelds weitergebildet sein.As an advantageous development, the magnetic field sensor device can also have a second measuring bridge comprising a plurality of sensitive unit sensor elements for an external magnetic field with a magnetic field strength in a second spatial direction oriented perpendicularly to the first spatial direction, with at least one measuring mode of the second measuring bridge, at least one picked-off second measuring signal varies depending on the magnetic field strength in the second spatial direction, with the magnetic field sensor device also having a second correction bridge comprising a number of other unit sensor elements that are sensitive to the external magnetic field with the magnetic field strength in the second spatial direction, or the second measuring bridge the measurement mode can be converted into a correction measurement mode, with changes in electrical resistances of the standard sensor elements of the second correction bridge or of the second measurement bridge converted to the correction measurement mode being triggered by the magnetic field strength in the second spatial direction being at least partially averaged out in at least one second correction signal that is tapped off, and the electronic device is additionally designed and/or programmed to define a second piece of information regarding the magnetic field strength in the second spatial direction, at least taking into account the at least one second measurement signal and the at least one second correction signal. The embodiment of the magnetic field sensor device described here can thus also be used for multidimensional measurement of the external magnetic field. As an advantageous development, the magnetic field sensor device can also be developed for the 3-dimensional measurement of the external magnetic field.

Auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation schafft die oben erläuterten Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen von Magnetfeldsensorvorrichtungen weitergebildet werden kann.Carrying out a corresponding method for determining magnetic field information also creates the advantages explained above. It is expressly pointed out that the method for determining magnetic field information can be further developed according to the embodiments of magnetic field sensor devices explained above.

Figurenlistecharacter list

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Magnetfeldsensors;
2a bis 2c schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung;
3a bis 3f schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung;
4a bis 4c schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung; und
5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation.

Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:

1 a schematic representation of a conventional magnetic field sensor;
2a until 2c schematic representations of a first embodiment of the magnetic field sensor device;
3a until 3f schematic representations of a second embodiment of the magnetic field sensor device;
4a until 4c schematic representations of a third embodiment of the magnetic field sensor device; and
5 a flowchart for explaining an embodiment of the method for determining magnetic field information.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung. 2a until 2c show schematic representations of a first embodiment of the magnetic field sensor device.

Die in 2a bis 2c schematisch dargestellte Magnetfeldsensorvorrichtung weist eine erste Messbrücke 20 auf, welche mehrere Einheitssensorelemente 22a und 22b umfasst, die für ein externes Magnetfeld Bx mit einer magnetischen Feldstärke Hx ungleich Null in einer ersten Raumrichtung (positiv oder negativ) sensitiv sind. Zusätzlich ist die Magnetfeldsensorvorrichtung der 2a bis 2c mit einer ersten Korrekturbrücke 24 ausgebildet, wobei auch die erste Korrekturbrücke 24 mehrere weitere Einheitssensorelemente 26a und 26b aufweist, welche auf das externe Magnetfeld Bx mit der magnetischen Feldstärke Hx ungleich Null in der ersten Raumrichtung sensitiv reagieren. Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unter der sensitiven Ausbildung der Einheitssensorelemente 22a, 22b, 26a und 26b (lediglich) zu verstehen ist, dass ein elektrischer Widerstand/elektrischer Einzelwiderstand eines einzelnen Einheitssensorelements 22a, 22b, 26a oder 26b bei der sich ändernden magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung variiert. Bevorzugter Weise sind die erste Messbrücke 20 und die erste Korrekturbrücke 24 nebeneinander angeordnet.In the 2a until 2c The magnetic field sensor device shown schematically has a first measuring bridge 20, which includes a plurality of unit sensor elements 22a and 22b, which are sensitive to an external magnetic field Bx with a magnetic field strength Hx other than zero in a first spatial direction (positive or negative). In addition, the magnetic field sensor device 2a until 2c formed with a first correction bridge 24, the first correction bridge 24 also having a plurality of further unit sensor elements 26a and 26b, which react sensitively to the external magnetic field Bx with the magnetic field strength Hx not equal to zero in the first spatial direction. It is expressly pointed out here that the sensitive design of the unit sensor elements 22a, 22b, 26a and 26b (only) means that an electrical resistance/electrical individual resistance of an individual unit sensor element 22a, 22b, 26a or 26b with the changing magnetic Field strength Hx of the external magnetic field Bx varies in the first spatial direction. The first measuring bridge 20 and the first correction bridge 24 are preferably arranged next to one another.

2b zeigt eine vergrößerte Darstellung eines der Einheitssensorelemente 26a und 26b der ersten Korrekturbrücke 24. Das jeweilige Einheitssensorelement 26a oder 26b hat eine erste ferromagnetische Schicht 28, deren Magnetisierungsrichtung 30 in der ersten Raumrichtung, in welcher das externe Magnetfeld Bx die magnetische Feldstärke Hx ungleich Null aufweist, gepinnt ist. Die erste ferromagnetische Schicht 28 ist deshalb als gepinnte/fixierte ferromagnetische Schicht 28 (Pinned Layer) bezeichenbar. 2 B shows an enlarged view of one of the unit sensor elements 26a and 26b of the first correction bridge 24. The respective unit sensor element 26a or 26b has a first ferromagnetic layer 28 whose magnetization direction 30 is in the first spatial direction in which the external magnetic field Bx has the magnetic field strength Hx not equal to zero. is pinned. The first ferromagnetic layer 28 can therefore be designated as a pinned/fixed ferromagnetic layer 28 (pinned layer).

Das Einheitssensorelement 26a oder 26b der 2b weist auch eine zweite ferromagnetische Schicht 32 auf, deren Magnetisierungsrichtung 34 durch das externe Magnetfeld Bx mit der magnetischen Feldstärke Hx ungleich Null in der ersten Raumrichtung beeinflussbar ist. Die zweite ferromagnetische Schicht 32 kann deshalb als eine freie ferromagnetische Schicht 32 (Free Layer) bezeichnet werden, deren Magnetisierungsrichtung 34 von dem externen Magnetfeld Bx „gedreht“ wird. Sofern die magnetische Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung gleich Null ist, kann die Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht 32 als eine Ausgangs- Magnetisierungsrichtung 34a bezeichnet werden. Die Ausgangs- Magnetisierungsrichtung 34a kann entweder in einem Neigungswinkel von 90° (siehe 2b) oder in einem Neigungswinkel von 270° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 ausgerichtet sein. Die Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der freien ferromagnetischen Schicht 32 kann entweder während einer Prozessierung des Einheitssensorelements 26a oder 26b festgelegt oder nach der Prozessierung durch ein kurzfristiges Anlegen eines starken Stromflusses variabel eingestellt sein. Beispielsweise kann die Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der freien ferromagnetischen Schicht 32 auch während eines Betriebs der Magnetfeldsensorvorrichtung durch kurzzeitiges Anlegen eines Stromflusses von insbesondere 30 mA (Milliampere) und die auf diese Weise induzierten Magnetfeldern zwischen einer ersten Ausrichtung mit dem Neigungswinkel von 90° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 und einer zweiten Ausrichtung mit dem Neigungswinkel von 270° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 umgerichtet werden.The unit sensor element 26a or 26b of 2 B also has a second ferromagnetic layer 32 whose magnetization direction 34 can be influenced by the external magnetic field Bx with the magnetic field strength Hx not equal to zero in the first spatial direction. The second ferromagnetic layer 32 can therefore be referred to as a free ferromagnetic layer 32 (free layer) whose direction of magnetization 34 is “rotated” by the external magnetic field Bx. If the magnetic field strength Hx is zero in the first spatial direction, the direction of magnetization 34 of the free ferromagnetic layer 32 may be referred to as an initial magnetization direction 34a. The initial magnetization direction 34a can either be at an inclination angle of 90° (see 2 B) or oriented at a tilt angle of 270° to the magnetization direction 30 of the pinned ferromagnetic layer 28. The initial magnetization direction 34a of the free ferromagnetic layer 32 can be set either during processing of the unit sensor element 26a or 26b or variably after the processing by briefly applying a strong current flow. For example, the initial magnetization direction 34a of the free ferromagnetic layer 32 can also be switched during operation of the magnetic field sensor device by briefly applying a current flow of, in particular, 30 mA (milliampere) and the magnetic fields induced in this way between a first alignment with the inclination angle of 90° to the magnetization direction 30 of the pinned ferromagnetic layer 28 and a second orientation with the tilt angle of 270° to the direction of magnetization 30 of the pinned ferromagnetic layer 28 are reversed.

Zwischen der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 und der freien ferromagnetischen Schicht 32 des Einheitssensorelements 26a oder 26b der 2b liegt eine Tunnelbarriere 36, welche z.B. eine Isolierschicht 36 sein kann. Auf der von der Tunnelbarrieren 36 weg gerichteten Seite der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 des Einheitssensorelements 26a oder 26b der 2b liegt eine erste Kontaktschicht 38a, während eine zweite Kontaktschicht 38b auf der von der Tunnelbarriere 36 weg gerichteten Seite der freien ferromagnetischen Schicht 32 des Einheitssensorelements 26a oder 26b angeordnet ist. Lediglich beispielhaft ist der aus den Schichten 28, 32, 36, 38a und 38b ausgebildete Schichtaufbau derart an/auf einem (nichtleitenden) Substrat 40 angeordnet, dass die erste Kontaktschicht 38a das Substrat 40 oder mindestens eine das Substrat 40 abdeckende Zwischenschicht 42 mechanisch kontaktiert. Alternativ kann jedoch auch die zweite Kontaktschicht 38b des Schichtstapels aus den Schichten 28, 32, 36, 38a und 38b das Substrat 40 oder die mindestens eine Zwischenschicht 42 mechanisch kontaktieren.Between the pinned ferromagnetic layer 28 and the free ferromagnetic layer 32 of the unit sensor element 26a or 26b of 2 B there is a tunnel barrier 36, which can be an insulating layer 36, for example. On the side of the pinned ferromagnetic layer 28 of the unit sensor element 26a or 26b that faces away from the tunnel barrier 36 2 B there is a first contact layer 38a, while a second contact layer 38b is arranged on the side of the free ferromagnetic layer 32 of the unit sensor element 26a or 26b which is directed away from the tunnel barrier 36. By way of example only, the layer structure formed from the layers 28, 32, 36, 38a and 38b is arranged on a (non-conductive) substrate 40 in such a way that the first contact layer 38a mechanically contacts the substrate 40 or at least one intermediate layer 42 covering the substrate 40. Alternatively, however, the second contact layer 38b of the layer stack made up of the layers 28, 32, 36, 38a and 38b can also mechanically contact the substrate 40 or the at least one intermediate layer 42.

Der elektrische Widerstand/elektrische Einzelwiderstand des Einheitssensorelements 26a oder 26b der 2b ist u.a. abhängig von einem zwischen der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 und der Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht eingeschlossenen Winkel. Je stärker eine mittels der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung bewirkte „Drehung“ der Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht 32 aus der Ausgangs- Magnetisierungsrichtung 34a ist, desto mehr ändert sich auch der elektrische Widerstand des Einheitssensorelements 26a oder 26b. Liegt die Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 90° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28, so führt die mittels der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung bewirkte „Drehung“ der Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht 32 aus der Ausgangs- Magnetisierungsrichtung 34a zu einer Widerstandserhöhung. Ein Einheitssensorelement 26a mit einer Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a seiner freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 90° zu der Magnetisierungsrichtung 30 seiner gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 kann deshalb als ein positives/positiv sensitives Einheitssensorelement 26a bezeichnet werden, welches auf die Zunahme der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung mit einer Widerstandserhöhung reagiert. Alternativ bewirkt, sofern die Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 270° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 ausgerichtet ist, die mittels des externen Magnetfelds Bx bewirkte „Drehung“ der Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht 32 aus der Ausgangs- Magnetisierungsrichtung 34a eine Widerstandsabsenkung. Ein Einheitssensorelement 26b mit einer Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a seiner freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 270° zu der Magnetisierungsrichtung 30 seiner gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 wird deshalb oft ein negatives Einheitssensorelement 26b genannt, bei welchem die Zunahme der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung eine Widerstandsabsenkung bewirkt. In beiden Fällen ist die mittels des externen Magnetfelds Bx bewirkte „Drehung“ der Magnetisierungsrichtung 34 der freien ferromagnetischen Schicht 32 abhängig von der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung.The electrical resistance/electrical individual resistance of the unit sensor element 26a or 26b of FIG 2 B depends, among other things, on an angle enclosed between the direction of magnetization 30 of the pinned ferromagnetic layer 28 and the direction of magnetization 34 of the free ferromagnetic layer. The stronger a "rotation" of the magnetization direction 34 of the free ferromagnetic layer 32 from the initial magnetization direction 34a caused by the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, the more the electrical resistance of the standard sensor element 26a or 26b also changes. If the initial direction of magnetization 34a of the free ferromagnetic layer 32 is at the angle of inclination of 90° to the direction of magnetization 30 of the pinned ferromagnetic layer 28, the “rotation” of the direction of magnetization 34 of the free ferromagnetic layer caused by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction results 32 from the initial magnetization direction 34a to an increase in resistance. A unit sensor element 26a with an initial magnetization direction 34a of its free ferromagnetic layer 32 at the angle of inclination of 90° to the magnetization direction 30 of its pinned ferromagnetic layer 28 can therefore be referred to as a positive/positively sensitive unit sensor element 26a, which responds to the increase in the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx reacts in the first spatial direction with an increase in resistance. Alternatively, if the initial magnetization direction 34a of the free ferromagnetic layer 32 is aligned at the inclination angle of 270° to the magnetization direction 30 of the pinned ferromagnetic layer 28, the "rotation" of the magnetization direction 34 of the free ferromagnetic layer 32 caused by the external magnetic field Bx causes from the output magnetization direction 34a a resistance reduction. A unit sensor element 26b with an initial magnetization direction 34a of its free ferromagnetic layer 32 at the inclination angle of 270° to the magnetization direction 30 of its pinned ferromagnetic layer 28 is therefore often called a negative unit sensor element 26b, in which the increase in the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx causes a reduction in resistance in the first spatial direction. In both cases, the “rotation” of the magnetization direction 34 of the free ferromagnetic layer 32 caused by the external magnetic field Bx is dependent on the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction.

Obwohl in den vorausgehenden Absätzen nicht ausführlicher beschrieben, weisen die Einheitssensorelemente 22a und 22b der ersten Messbrücke 20 den gleichen Schichtaufbau aus den Schichten 28, 32, 36, 38a und 38b wie die Einheitssensorelemente 26a und 26b der ersten Korrekturbrücke 24 auf. Auch die erste Messbrücke 20 kann positive Einheitssensorelemente 22a mit jeweils einer Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der jeweiligen freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 90° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der jeweiligen gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 und negative Einheitssensorelemente 22b mit jeweils einer Ausgangs-Magnetisierungsrichtung 34a der jeweiligen freien ferromagnetischen Schicht 32 in dem Neigungswinkel von 270° zu der Magnetisierungsrichtung 30 der jeweiligen gepinnten ferromagnetischen Schicht 28 umfassen.Although not described in more detail in the preceding paragraphs, the unit sensor elements 22a and 22b of the first measuring bridge 20 have the same layer structure of layers 28, 32, 36, 38a and 38b as the unit sensor elements 26a and 26b of the first correction bridge 24. The first measuring bridge 20 can also have positive unit sensor elements 22a each with an initial magnetization direction 34a of the respective free ferromagnetic layer 32 at the angle of inclination of 90° to the magnetization direction 30 of the respective pinned ferromagnetic layer 28 and negative unit sensor elements 22b each having an initial magnetization direction 34a of the respective free ferromagnetic layer 32 at the angle of inclination of 270° to the magnetization direction 30 of the respective pinned ferromagnetic layer 28.

Wie oben bereits erläutert ist, beeinflussen auch mechanische Spannungen, wie mechanische Zugspannungen, mechanische Druckspannungen und/oder mechanische Scherspannungen, die elektrischen Widerstände der Einheitssensorelemente 22a, 22b, 26a und 26b der Brücken 20 und 24.As already explained above, mechanical stresses, such as mechanical tensile stresses, mechanical compressive stresses and/or mechanical shearing stresses, also influence the electrical resistances of the unit sensor elements 22a, 22b, 26a and 26b of the bridges 20 and 24.

Die Einheitssensorelemente 22a und 22b der ersten Messbrücke 20 sind als Wheatstonebrücke miteinander verschaltet. Die als erste Messbrücke 20 eingesetzte Wheatstonebrücke weist einen ersten Verzweigungspunkt 20a mit einer anliegenden Versorgungsspannung VDD, einen zweiten Verzweigungspunkt 20b mit einer anliegenden Erdung GND, einen dritten Verzweigungspunkt 20c in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkt 20a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 20b erstreckenden ersten Schaltungspfad der Wheatstonebrücke und einen vierten Verzweigungspunkt 20d in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkts 20a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 20b erstreckenden und zu dem ersten Schaltungspfad parallelen zweiten Schaltungspfad auf. Zumindest ein erstes Messsignal U_M1 kann zwischen dem dritten Verzweigungspunkt 20c und dem vierten Verzweigungspunkt 20d der ersten Messbrücke 20 abgegriffen werden. Die Einheitssensorelemente 22a und 22b der ersten Messbrücke 20 sind derart miteinander verschaltet, dass mindestens zwei in Serie geschaltete Einheitssensorelemente 22a oder 22b zwischen jeweils den gleichen Verzweigungspunkten 20a bis 20d liegen. Beispielsweise können je 50 in Serie geschaltete Einheitssensorelemente 22a oder 22b zwischen dem ersten Verzweigungspunkt 20a und dem dritten Verzweigungspunkt 20c, zwischen dem ersten Verzweigungspunkt 20a und dem vierten Verzweigungspunkt 20d, zwischen dem zweiten Verzweigungspunkt 20b und dem dritten Verzweigungspunkt 20c und zwischen dem zweiten Verzweigungspunkt 20b und dem vierten Verzweigungspunkt 20d vorliegen.The unit sensor elements 22a and 22b of the first measuring bridge 20 are interconnected as a Wheatstone bridge. The Wheatstone bridge used as the first measuring bridge 20 has a first branching point 20a with an applied supply voltage VDD, a second branching point 20b with an applied grounding GND, a third branching point 20c in a first circuit path of the Wheatstone bridge extending from the first branching point 20a to the second branching point 20b and a fourth branch point 20d in a second circuit path extending from the first branch point 20a to the second branch point 20b and parallel to the first circuit path. At least one first measurement signal U _M1 can be tapped off between the third branching point 20c and the fourth branching point 20d of the first measuring bridge 20 . The unit sensor elements 22a and 22b of the first measuring bridge 20 are interconnected in such a way that at least two unit sensor elements 22a or 22b connected in series lie between the same branching points 20a to 20d. For example, 50 unit sensor elements 22a or 22b connected in series can be installed between the first branch point 20a and the third branch point 20c, between the first branch point 20a and the fourth branch point 20d, between the second branch point 20b and the third branch point 20c and between the second branch point 20b and the fourth branching point 20d.

Außerdem sind die Einheitssensorelemente 22a und 22b der ersten Messbrücke 20 derart ausgelegt, d.h. die Ausgangs-Magnetisierungsrichtungen 34a ihrer freien ferromagnetischen Schichten 32 sind derart zu den Magnetisierungsrichtungen 30 ihrer gepinnten ferromagnetischen Schichten 28 orientiert, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke Hx des ersten Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand entweder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 20a bis 20d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 22a zunimmt oder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 20a bis 20d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 22b abnimmt. Man kann dies auch damit umschreiben, dass die zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 20a bis 20d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 22a und 22b entweder alle positive Einheitssensorelementen 22a oder alle negative Einheitssensorelementen 22b sind. Das mindestens eine an der ersten Messbrücke 20 abgegriffene erste Messsignal U_M1 variiert deshalb abhängig von der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung. Damit ist das mindestens eine erste Messsignal U_M1 sowohl von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung als auch von den an/in der ersten Messbrücke 20 auftretenden mechanischen Spannungen abhängig.In addition, the unit sensor elements 22a and 22b of the first measuring bridge 20 are designed in such a way, i.e. the initial magnetization directions 34a of their free ferromagnetic layers 32 are oriented in relation to the magnetization directions 30 of their pinned ferromagnetic layers 28, that with increasing magnetic field strength Hx of the first magnetic field Bx in the In the first spatial direction, the respective electrical resistance either increases for all unit sensor elements 22a connected in series between the same branching points 20a to 20d or decreases for all unit sensor elements 22b connected in series between the same branching points 20a to 20d. This can also be paraphrased by the fact that the unit sensor elements 22a and 22b connected in series between the same branching points 20a to 20d are either all positive unit sensor elements 22a or all negative unit sensor elements 22b. The at least one first measurement signal U _M1 picked up at the first measuring bridge 20 therefore varies depending on the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction. The at least one first measurement signal U _M1 is therefore dependent both on the magnetic field strength Hx in the first spatial direction and on the mechanical stresses occurring on/in the first measuring bridge 20 .

Die Einheitssensorelemente 26a und 26b der ersten Korrekturbrücke 24 sind als weitere Wheatstonebrücke miteinander verschaltet. Die als erste Korrekturbrücke 24 eingesetzte weitere Wheatstonebrücke weist ebenfalls vier Verzweigungspunkte 24a bis 24d auf, wobei an einem ersten Verzweigungspunkt 24a die Versorgungsspannung VDD anliegt, an einem zweiten Verzweigungspunkt 24b die Erdung GND anliegt, ein dritter Verzweigungspunkt 24c in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkt 24a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 24b erstreckenden ersten Schaltungspfad der weiteren Wheatstonebrücke angeordnet ist und ein vierter Verzweigungspunkt 24d in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkt 24a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 24b erstreckenden und zu dem ersten Schaltungspfad parallelen zweiten Schaltungspfad der weiteren Wheatstonebrücke ausgebildet ist. Zumindest ein erstes Korrektursignal U_C1
kann zwischen dem dritten Verzweigungspunkt 24c und dem vierten Verzweigungspunkt 24d abgegriffen werden. Auch bei der ersten Korrekturbrücke 24 sind mindestens zwei Einheitssensorelemente 26a und 26b zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 24a bis 24d in Serie geschaltet. Insbesondere können je 50 Einheitssensorelemente 26a oder 26 zwischen dem ersten Verzweigungspunkt 24a und dem dritten Verzweigungspunkt 24c, zwischen dem ersten Verzweigungspunkt 24a und dem vierten Verzweigungspunkt 24d, zwischen dem zweiten Verzweigungspunkt 24b und dem dritten Verzweigungspunkt 24c und zwischen dem zweiten Verzweigungspunkt 24b und dem vierten Verzweigungspunkt 24d in Serie geschaltet sein.The unit sensor elements 26a and 26b of the first correction bridge 24 are interconnected as a further Wheatstone bridge. The further Wheatstone bridge used as the first correction bridge 24 also has four branching points 24a to 24d, with the supply voltage VDD being present at a first branching point 24a, the grounding GND being present at a second branching point 24b, and a third branching point 24c in a manner that is different from the first branching point 24a to the second branch point 24b extending first circuit path of the further Wheatstone bridge and a fourth branch point 24d is formed in a second circuit path of the further Wheatstone bridge extending from the first branch point 24a to the second branch point 24b and parallel to the first circuit path. At least one first correction signal U _C1
can be tapped between the third branch point 24c and the fourth branch point 24d. At least two standard sensor elements 26a and 26b are also connected in series between the same branching points 24a to 24d in the first correction bridge 24 . In particular, each 50 unit sensor elements 26a or 26 between the first branch point 24a and the third branch point 24c, between the first branch point 24a and the fourth branch point 24d, between the second branch point 24b and the third branch point 24c and between the second branch point 24b and the fourth branch point 24d be connected in series.

Allerdings sind die Einheitssensorelemente 26a und 26b der ersten Korrekturbrücke 24 derart ausgelegt, d.h. die Ausgangs-Magnetisierungsrichtungen 34a ihrer freien ferromagnetischen Schichten 32 sind derart zu den Magnetisierungsrichtungen 30 ihrer gepinnten ferromagnetischen Schichten 28 orientiert, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand bei mindestens einem ersten Einheitssensorelement 26a der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 24a bis 24d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 26a und 26b zunimmt und bei mindestens einem zweiten Einheitssensorelement 26b der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 24a bis 24d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 26a und 26b abnimmt. Von den zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 24a bis 24d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 26a und 26b ist somit mindestens eines ein positives Einheitssensorelement 26a und mindestens eines ein negatives Einheitssensorelement 26b. Die von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung ausgelöste Widerstandserhöhung des mindestens einen positiven Einheitssensorelements 26a wird somit von der mittels der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung bewirkten Widerstandsabsenkung des mindestens einen negativen Einheitssensorelement 26b zumindest teilweise kompensiert. Änderungen von elektrischen Widerständen der Einheitssensorelemente 26a und 26b, wie sie von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung ausgelöst werden, mitteln sich deshalb in dem mindestens einen an der ersten Korrekturbrücke 24 abgegriffenen ersten Korrektursignal U_C1 zumindest teilweise heraus.However, the unit sensor elements 26a and 26b of the first correction bridge 24 are designed such that the initial magnetization directions 34a of their free ferromagnetic layers 32 are such to the magnetization directions 30 of their pinned ferromagnetic layers 28 ori entent that with increasing magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, the respective electrical resistance increases in at least one first unit sensor element 26a of the unit sensor elements 26a and 26b connected in series between the same branching points 24a to 24d and in at least one second unit sensor element 26b of the unit sensor elements 26a and 26b connected in series between the same branch points 24a to 24d decreases. At least one of the unit sensor elements 26a and 26b connected in series between the same branching points 24a to 24d is therefore a positive unit sensor element 26a and at least one is a negative unit sensor element 26b. The increase in resistance of the at least one positive standard sensor element 26a triggered by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction is thus at least partially compensated for by the reduction in resistance of the at least one negative standard sensor element 26b caused by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction. Changes in the electrical resistances of unit sensor elements 26a and 26b, as triggered by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction, are therefore at least partially averaged out in the at least one first correction signal U _C1 tapped off at first correction bridge 24.

Vorzugsweise bestehen die zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 24a bis 24d in Serie geschalteten Einheitssensorelemente 26a und 26b (ausschließlich) aus einer Anzahl von positiven Einheitssensorelementen 26a und der gleichen Anzahl von negativen Einheitssensorelementen 26b. Die von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung ausgelösten Widerstandserhöhungen der positiven Einheitssensorelemente 26a und Widerstandsabsenkung der negativen Einheitssensorelemente 26b kompensieren sich in diesem Fall (nahezu) vollständig. Entsprechend mitteln sich die von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung ausgelösten Änderungen der elektrischen Widerstände der Einheitssensorelemente 26a und 26b in dem mindestens einen ersten Korrektursignal U_C1 (im Wesentlichen) vollständig heraus. Wie in 2c schematisch dargestellt ist, kann die erste Korrekturbrücke 24 als ihre Einheitssensorelemente 26a und 26b auch (ausschließlich) Einheitssensorelementpaare 26ab aus je einem positiven Einheitssensorelement 26a und je einem benachbarten negativen Einheitssensorelement 26b aufweisen.Preferably, the unit sensor elements 26a and 26b connected in series between the same branch points 24a to 24d consist (exclusively) of a number of positive unit sensor elements 26a and the same number of negative unit sensor elements 26b. The increases in resistance of the positive unit sensor elements 26a and the decrease in resistance of the negative unit sensor elements 26b triggered by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction compensate each other (almost) completely in this case. Correspondingly, the changes in the electrical resistances of the unit sensor elements 26a and 26b triggered by the magnetic field strength Hx in the first spatial direction are (essentially) completely averaged out in the at least one first correction signal U _C1 . As in 2c is shown schematically, the first correction bridge 24 can also (exclusively) have as its unit sensor elements 26a and 26b unit sensor element pairs 26ab each having a positive unit sensor element 26a and an adjacent negative unit sensor element 26b.

Im Unterschied zu dem mindestens einen ersten Messsignal U_M1 ist das mindestens eine erste Korrektursignal U_C1 darum (im Wesentlichen) von der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung unabhängig. Das mindestens eine erste Korrektursignal U_C1 bleibt jedoch abhängig von den an/in der ersten Korrekturbrücke 24 auftretenden mechanischen Spannungen, und eignet sich deshalb vorteilhaft zum „indirekten Messen“ der mechanischen Spannungen an/in der ersten Korrekturbrücke 24, bzw. in der Nähe der ersten Messbrücke 20. Ein „indirektes Messen“ bedeutet in diesem Fall, dass nicht die mechanischen Spannungen selbst oder die durch die mechanischen Spannungen bewirkten Widerstandsänderungen pro Einheitssensorelement 26a und 26b der ersten Korrekturbrücke 24 gemessen werden, sondern mittels des mindestens einen ersten Korrektursignals U_C1 ein zu den mechanischen Spannungen proportionales Signal zusammen dem mindestens einen ersten Messsignal U_M1 ausgewertet wird.In contrast to the at least one first measurement signal U _{M1 ,} the at least one first correction signal U _C1 is therefore (essentially) independent of the magnetic field strength Hx in the first spatial direction. However, the at least one first correction signal U _C1 remains dependent on the mechanical stresses occurring on/in the first correction bridge 24 and is therefore advantageously suitable for “indirectly measuring” the mechanical stresses on/in the first correction bridge 24 or in the vicinity of the first measuring bridge 20. In this case, “indirect measurement” means that the mechanical stresses themselves or the changes in resistance caused by the mechanical stresses per unit sensor element 26a and 26b of the first correction bridge 24 are not measured, but rather by means of the at least one first correction signal U _C1 signal proportional to the mechanical stresses is evaluated together with the at least one first measurement signal U _M1 .

Die Magnetfeldsensorvorrichtung der 2a bis 2c umfasst deshalb auch eine Elektronikeinrichtung 44, welche dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, zumindest unter Berücksichtigung des mindestens einen ersten Messsignals U_M1 und des mindestens einen ersten Korrektursignals U_C1 eine erste Information bezüglich der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung zu ermitteln. Die Elektronikeinrichtung 44 kann beispielsweise ein integrierter Micro-Controller sein. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung 44 dazu ausgelegt/programmiert sein, gemäß Gleichung (Gl. 1) ein erstes Auswertesignal U₁ zu bestimmen, bei welchem die durch mechanische Spannungen bewirkte Offsetdrift der ersten Messbrücke 20 korrigiert ist: $U_{1} = U_{M1} - U_{C1}$

The magnetic field sensor device 2a until 2c therefore also includes an electronic device 44, which is designed and/or programmed to, at least taking into account the at least one first measurement signal U _M1 and the at least one first correction signal U _C1 , first information regarding the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction to determine. The electronic device 44 can be an integrated microcontroller, for example. For example, electronic device 44 can be designed/programmed to determine a first evaluation signal U ₁ according to equation (Eq. 1), in which the offset drift of first measuring bridge 20 caused by mechanical stresses is corrected:

u_{1} = u_{M1} - u_{C1}

Das erste Auswertesignal U₁ kann anschließend zur verlässlichen Festlegung der ersten Information bezüglich der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung ausgewertet werden. Wahlweise kann die magnetische Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung auch gemäß Gleichung (Gl. 2) berechnet werden mit: $Hx = a_{0} + a_{1} * (U_{M1} - U_{C1}) + a_{2} * {(U_{M1} - U_{C1})}^{n},$

wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist. Die Parameter a₀, a₁ und a₂ können mittels einer Eichung festgelegt werden. Auch eine Pade-Approximation kann zur Berechnung der magnetischen Feldstärke Hx in der ersten Raumrichtung verwendet werden.The first evaluation signal U ₁ can then be evaluated in order to reliably determine the first information relating to the magnetic field strength Hx in the first spatial direction. Optionally, the magnetic field strength Hx in the first spatial direction can also be calculated according to Equation (Eq. 2) with:

Hx = a_{0} + a_{1} * (u_{M1} - u_{C1}) + a_{2} * {(u_{M1} - u_{C1})}^{n},

where n is a natural number greater than 1. The parameters a ₀ , a ₁ and a ₂ can be determined by means of a calibration. A Pade approximation can also be used to calculate the magnetic field strength Hx in the first spatial direction.

Ein eventueller Offset-Fehler der ersten Korrekturbrücke 24 kann mittels einer Eichung von erster Messbrücke 20 und erster Korrekturbrücke 24 nach deren Fertigstellung abgeglichen werden. Ein auf diese Weise bestimmter Korrekturwert kann zum Beispiel in einem elektrisch programmierbaren ROM der Elektronikeinrichtung 44 abgespeichert werden. Die erste Messbrücke 20 und die erste Korrekturbrücke 24 können simultan oder abwechselnd ausgelesen werden. Die Auslesung der Signale U_M1 und U_C1 muss jedoch nicht mit derselben Datenrate erfolgen. Insbesondere in einem Stromsparmodus der Magnetfeldsensorvorrichtung kann das Auslesen ihrer Korrekturbrücke 24 in der Häufigkeit reduziert sein. Erfahrungsgemäß ändern sich mechanische Spannungen nur langsam. Ein Auslesen der ersten Korrekturbrücke 24 einmal pro Minute ist deshalb häufig ausreichend. Weiterhin kann die Auslesung der ersten Korrekturbrücke 24 bei schnellen Temperaturänderungen mittels mindestens eines (integrierten) Temperatursensors extra getriggert sein, da Temperaturänderungen erfahrungsgemäß Änderungen der mechanischen Spannungen auslösen.Any offset error in the first correction bridge 24 can be adjusted by calibrating the first measuring bridge 20 and the first correction bridge 24 after they have been completed. A correction value determined in this way can be stored, for example, in an electrically programmable ROM of the electronic device 44 become. The first measuring bridge 20 and the first correction bridge 24 can be read out simultaneously or alternately. However, the signals U _M1 and U _C1 do not have to be read out at the same data rate. In particular in a power-saving mode of the magnetic field sensor device, the frequency with which its correction bridge 24 is read out can be reduced. Experience has shown that mechanical stresses change only slowly. Reading out the first correction bridge 24 once a minute is therefore often sufficient. Furthermore, the reading of the first correction bridge 24 can be triggered extra in the event of rapid temperature changes by means of at least one (integrated) temperature sensor, since experience has shown that temperature changes trigger changes in the mechanical stresses.

3a bis 3f zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung. 3a until 3f show schematic representations of a second embodiment of the magnetic field sensor device.

Auch die in den 3a bis 3f schematisch wiedergegebene Magnetfeldsensorvorrichtung hat eine erste Messbrücke 50 mit mehreren für ein externes Magnetfeld Bx mit einer magnetischen Feldstärke Hx ungleich Null in der ersten Raumrichtung sensitiven Einheitssensorelementen 52a bis 52d. Die Einheitssensorelemente 52a bis 52d der ersten Messbrücke 50 können den ober erläuterten Schichtaufbau aus den Schichten 28, 32, 36, 38a und 38b aufweisen. Außerdem sind die Einheitssensorelemente 52a bis 52d der ersten Messbrücke 50 zu einer Wheatstonebrücke miteinander verschaltet, welche einen ersten Verzweigungspunkt 50a mit einer anliegenden Versorgungsspannung VDD, einen zweiten Verzweigungspunkt 50b mit einer anliegenden Erdung GND, einen dritten Verzweigungspunkt 50c in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkt 50a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 50b erstreckenden ersten Schaltungspfad und einen vierten Verzweigungspunkt 50d in einem sich von dem ersten Verzweigungspunkts 50a zu dem zweiten Verzweigungspunkt 50b erstreckenden und zu dem ersten Schaltungspfad parallelen zweiten Schaltungspfad aufweist. Mindestens zwei Einheitssensorelemente 52a und 52b oder 52c und 52d der ersten Messbrücke 50 sind zwischen gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d der ersten Messbrücke 50 in Serie geschaltet.Also the ones in the 3a until 3f The magnetic field sensor device shown schematically has a first measuring bridge 50 with a plurality of unit sensor elements 52a to 52d sensitive to an external magnetic field Bx with a magnetic field strength Hx not equal to zero in the first spatial direction. The unit sensor elements 52a to 52d of the first measuring bridge 50 can have the above-explained layer structure made up of the layers 28, 32, 36, 38a and 38b. In addition, the standard sensor elements 52a to 52d of the first measuring bridge 50 are interconnected to form a Wheatstone bridge, which has a first branch point 50a with an applied supply voltage VDD, a second branch point 50b with an applied ground GND, a third branch point 50c in a different from the first branch point 50a first circuit path extending to the second branch point 50b and a fourth branch point 50d in a second circuit path extending from the first branch point 50a to the second branch point 50b and parallel to the first circuit path. At least two unit sensor elements 52a and 52b or 52c and 52d of the first measuring bridge 50 are connected in series between the same branching points 50a to 50d of the first measuring bridge 50 .

3a und 3b zeigen die erste Messbrücke 50 in einem sogenannten Messmodus der ersten Messbrücke 50. Die Einheitssensorelemente 52a bis 52d der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 sind derart ausgelegt, d.h. die Ausgangs-Magnetisierungsrichtungen 34a ihrer freien ferromagnetischen Schichten 32 sind derart zu den Magnetisierungsrichtungen 30 ihrer gepinnten ferromagnetischen Schichten 28 orientiert, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand entweder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 52a und 52b zunimmt oder bei allen zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 52c und 52d abnimmt. Bei der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 sind somit die zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 52a bis 52d entweder alle positive Einheitssensorelementen 52a und 52b oder alle negative Einheitssensorelementen 52c und 52d. Damit ist gewährleistet, dass das mindestens eine erste Messsignal U_M1, welches an der in dem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 abgegriffen ist, abhängig von der magnetischen Feldstärke Hx des magnetischen Feldes in der ersten Raumrichtung variiert. 3a and 3b show the first measuring bridge 50 in a so-called measuring mode of the first measuring bridge 50. The unit sensor elements 52a to 52d of the first measuring bridge 50 present in their measuring mode are designed in such a way that the initial magnetization directions 34a of their free ferromagnetic layers 32 are such to the magnetization directions 30 of their pinned ones ferromagnetic layers 28 that with increasing magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, the respective electrical resistance increases either in all unit sensor elements 52a and 52b connected in series between the same branching points 50a to 50d or in all between the same branching points 50a to 50d unit sensor elements 52c and 52d connected in series decreases. When the first measuring bridge 50 is present in its measuring mode, the unit sensor elements 52a to 52d connected in series between the same branching points 50a to 50d are either all positive unit sensor elements 52a and 52b or all negative unit sensor elements 52c and 52d. This ensures that the at least one first measurement signal U _M1 , which is tapped at the first measurement bridge 50 present in the measurement mode, varies depending on the magnetic field strength Hx of the magnetic field in the first spatial direction.

Im Unterschied zu der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform der 2a bis 2c ist die erste Messbrücke 50 der Magnetfeldsensorvorrichtung der 3a bis 3f aus dem Messmodus in einen sogenannten Korrekturmessmodus überführbar. Die 3c und 3d geben den Korrekturmessmodus der ersten Messbrücke 50 wieder. Die Einheitssensorelemente 52a bis 52d` der in ihrem Korrekturmessmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 sind so ausgelegt, d.h. die Ausgangs-Magnetisierungsrichtungen 34a ihrer freien ferromagnetischen Schichten 32 sind derart zu den Magnetisierungsrichtungen 30 ihrer gepinnten ferromagnetischen Schichten 28 orientiert, dass mit zunehmender magnetischer Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung der jeweilige elektrische Widerstand bei mindestens einem ersten Einheitssensorelement 52a oder 52d` der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 52a und 52b` oder 52c und 52d` zunimmt und bei mindestens einen zweiten Einheitssensorelement 52b` und 52c der zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelementen 52a und 52b` oder 52c und 52d` abnimmt. Die von der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung ausgelösten Änderungen von elektrischen Widerständen der Einheitssensorelemente 52a bis 52d` der in den Korrekturmessmodus überführten ersten Messbrücke 50 mitteln sich deshalb in mindestens einem abgegriffenen Korrektursignal U_C1 zumindest teilweise heraus.In contrast to the embodiment of the previously described 2a until 2c is the first measuring bridge 50 of the magnetic field sensor device 3a until 3f transferable from the measuring mode into a so-called correction measuring mode. The 3c and 3d represent the correction measurement mode of the first measurement bridge 50. The unit sensor elements 52a to 52d` of the first measuring bridge 50 in its correction measuring mode are designed in such a way, i.e. the initial magnetization directions 34a of their free ferromagnetic layers 32 are oriented to the magnetization directions 30 of their pinned ferromagnetic layers 28, that with increasing magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, the respective electrical resistance increases in at least one first unit sensor element 52a or 52d` of the unit sensor elements 52a and 52b` or 52c and 52d` connected in series between the same branching points 50a to 50d and in at least one second unit sensor element 52b` and 52c of the unit sensor elements 52a and 52b` or 52c and 52d` connected in series between the same branching points 50a to 50d. The changes in electrical resistances of the standard sensor elements 52a to 52d` of the first measuring bridge 50, which has been switched to the correction measurement mode, triggered by the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, are therefore at least partially averaged out in at least one correction signal U _C1 that has been tapped off.

Bevorzugter Weise weist die in ihrem Korrekturmessmodus vorliegende erste Messbrücke 50 als ihre zwischen den gleichen Verzweigungspunkten 50a bis 50d in Serie geschalteten Einheitssensorelemente 52a bis 52d` (ausschließlich) eine Anzahl von positiven Einheitssensorelementen 52a und 52d` und die gleiche Anzahl von negativen Einheitssensorelementen 52b` und 52c auf. Wie mittels der 3b, 3d und 3e schematisch wiedergegeben ist, kann dazu beim Überführen der ersten Messbrücken 50 aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus jedes zweite positive Einheitssensorelement 52b der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 durch kurzfristiges Anlegen eines Stromflusses 54 in ein negatives Einheitssensorelement 52b` umgewandelt werden. Entsprechend kann, wie in 3f skizziert ist, jedes zweite negative Einheitssensorelement 52d der in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke 50 durch kurzfristiges Anlegen eines weiteren Stromflusses 56 in ein positives Einheitssensorelement 52d` umgewandelt werden. Diese „Umprogrammierung“ der ersten Messbrücke 50 ist reversibel, so dass die in ihrem Korrekturmessmodus vorliegende erste Messbrücke 50 mittels weiterer Stromflüsse wieder in ihren Messmodus überführbar ist.The first measuring bridge 50 present in its correction measuring mode preferably has a number of unit sensor elements 52a to 52d` (exclusively) connected in series between the same branching points 50a to 50d positive unit sensor elements 52a and 52d` and the same number of negative unit sensor elements 52b` and 52c. How by means of 3b , 3d and 3e is shown schematically, when the first measuring bridges 50 are transferred from their measuring mode to their correction measuring mode, each second positive unit sensor element 52b of the first measuring bridge 50 present in its measuring mode can be converted into a negative unit sensor element 52b` by briefly applying a current flow 54. Correspondingly, as in 3f is outlined, every second negative unit sensor element 52d of the first measuring bridge 50 present in its measuring mode can be converted into a positive unit sensor element 52d' by briefly applying a further current flow 56. This “reprogramming” of the first measuring bridge 50 is reversible, so that the first measuring bridge 50 that is in its correction measuring mode can be switched back to its measuring mode by means of further current flows.

Die Überführung der ersten Messbrücke 50 aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus ermöglicht die „indirekte Messung“ von mechanischen Spannungen direkt in der ersten Messbrücke 50. Die Elektronikeinrichtung 44 kann anschließend wie oben schon erläutert zum genauen und verlässlichen Festlegen der ersten Information bezüglich der magnetischen Feldstärke Hx des externen Magnetfelds Bx in der ersten Raumrichtung unter Berücksichtigung des mindestens einen ersten Messsignals U_M1 und des mindestens einen ersten Korrektursignals U_C1 eingesetzt werden. Auf einer (nicht skizzierten) Speichereinheit der Elektronikeinrichtung 44 kann außerdem ein Programm hinterlegt sein, mittels welchem die erste Messbrücke 50 aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus, bzw. aus ihrem Korrekturmessmodus in ihren Messmodus, überführbar ist. Insbesondere kann die Elektronikeinrichtung 44 dazu ausgelegt/programmiert sein, die erste Messbrücke 50 mit einer fest-vorgegebenen Soll-Frequenz aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus zu überführen und nach einem Abgreifen des mindestens einen ersten Korrektursignals U_C1 die erste Messbrücke 50 wieder aus ihrem Korrekturmessmodus in ihren Messmodus zu überführen. Alternativ kann die Magnetfeldsensorvorrichtung jedoch auch einen Temperatursensor haben, so dass die Soll-Frequenz auch unter Berücksichtigung einer von dem Temperatursensor ausgegebenen Temperatur vorteilhaft gewählt sein kann.The transfer of the first measuring bridge 50 from its measuring mode to its correction measuring mode enables the "indirect measurement" of mechanical stresses directly in the first measuring bridge 50. The electronic device 44 can then, as already explained above, precisely and reliably determine the first information regarding the magnetic field strength Hx of the external magnetic field Bx in the first spatial direction, taking into account the at least one first measurement signal U _M1 and the at least one first correction signal U _C1 . A program can also be stored on a memory unit (not shown) of the electronic device 44, by means of which the first measuring bridge 50 can be transferred from its measuring mode to its corrective measuring mode, or from its corrective measuring mode to its measuring mode. In particular, the electronic device 44 can be designed/programmed to transfer the first measuring bridge 50 from its measuring mode to its correction measuring mode with a fixed, predetermined target frequency and, after the at least one first correction signal U _C1 has been tapped, to transfer the first measuring bridge 50 back out of its correction measuring mode into its measuring mode. Alternatively, however, the magnetic field sensor device can also have a temperature sensor, so that the setpoint frequency can also be advantageously selected taking into account a temperature output by the temperature sensor.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale der Magnetfeldsensorvorrichtung der 3a bis 3f und ihrer Vorteile wird auf die Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsform der 2a bis 2c verwiesen.Regarding other properties and features of the magnetic field sensor device 3a until 3f and its advantages, reference is made to the description of the preceding embodiment of FIG 2a until 2c referred.

4a bis 4c zeigt schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform der Magnetfeldsensorvorrichtung. 4a until 4c shows schematic representations of a third embodiment of the magnetic field sensor device.

Die Magnetfeldsensorvorrichtung der 4a bis 4c weist die oben schon erläuterten Brücken 20 und 24 auf. Zusätzlich hat die Magnetfeldsensorvorrichtung der 4a bis 4c eine zweite Messbrücke 60 mit mehreren sensitiven Einheitssensorelementen für ein externes Magnetfeld By mit einer magnetischen Feldstärke Hy in einer senkrecht zu der ersten Raumrichtung x ausgerichteten zweiten Raumrichtung y. Ebenso ist die Magnetfeldsensorvorrichtung mit einer zweiten Korrekturbrücke 62 für die zweite Messbrücke 60 ausgestattet, wobei die zweite Korrekturbrücke 62 ebenfalls mehrere sensitive Einheitssensorelemente 64a und 64b umfasst, die auf das externe Magnetfeld By mit der magnetischen Feldstärke Hy in der zweiten Raumrichtung y reagieren. Die erste Raumrichtung x und die zweite Raumrichtung y können parallel zu einer mit den jeweiligen Brücken 20, 24, 60 und 62 bestückten Substratoberfläche des Substrats 40 ausgerichtet sein. Die sensitiven Einheitssensorelemente 64a und 64b der Brücken 60 und 62 können den oben schon erläuterten Schichtaufbau aus den Schichten 28, 32, 36, 38a und 38b aufweisen und jeweils als Wheatstonebrücke verschaltet sein. In 4b ist das Verschaltungsschema der sensitiven Einheitssensorelemente 64a und 64b der zweiten Korrekturbrücke 62 als Einheitssensorelementpaare 64ab schematisch wiedergegeben. Bezüglich der Eigenschaften und Merkmale der Brücken 60 und 62 wird deshalb auf die Beschreibung der 2a bis 2c verwiesen.The magnetic field sensor device 4a until 4c has the bridges 20 and 24 already explained above. In addition, the magnetic field sensor device of 4a until 4c a second measuring bridge 60 with a plurality of sensitive unit sensor elements for an external magnetic field By with a magnetic field strength Hy in a second spatial direction y oriented perpendicular to the first spatial direction x. Likewise, the magnetic field sensor device is equipped with a second correction bridge 62 for the second measuring bridge 60, the second correction bridge 62 also comprising a plurality of sensitive unit sensor elements 64a and 64b, which react to the external magnetic field By with the magnetic field strength Hy in the second spatial direction y. The first spatial direction x and the second spatial direction y can be aligned parallel to a substrate surface of the substrate 40 equipped with the respective bridges 20 , 24 , 60 and 62 . The sensitive unit sensor elements 64a and 64b of the bridges 60 and 62 can have the layer structure already explained above from the layers 28, 32, 36, 38a and 38b and can each be connected as a Wheatstone bridge. In 4b 1 shows the wiring diagram of the sensitive unit sensor elements 64a and 64b of the second correction bridge 62 as unit sensor element pairs 64ab. With regard to the properties and features of the bridges 60 and 62 is therefore on the description of the 2a until 2c referred.

Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Magnetfeldsensorvorrichtung noch eine weitere Sensorik 66 haben, welche auf ein externes Magnetfeld Bz mit einer magnetischen Feldstärke ungleich Null in einer senkrecht zu der Substratoberfläche des Substrats 40 ausgerichteten dritten Raumrichtung z reagiert. Wie anhand der 4c erkennbar ist, kann mittels eines Magnetflussumlenkers (flux guide) 68 die in der dritten Raumrichtung z ausgerichtete Komponente des externen Magnetfelds Bz in ein inneres Magnetfeld mit magnetischen Feldstärken ungleich Null in einer senkrecht zu der dritten Raumrichtung z ausgerichteten Ebene konvertiert werden. Mittels magnetischer Sensorelemente 70a und 70b, kann das innere Magnetfeld anschließend detektiert werden. Die dazu eingesetzten Sensorelemente 70a und 70b sind unempfindlich bezüglich eines äußeren Magnetfelds selbst mit einer magnetischen Feldstärke ungleich Null in der xy-Ebene (parallel zu der Substratoberfläche des Substrats 40). Anschließend kann aus den erhaltenen Daten eine dritte Information bezüglich der magnetischen Feldstärke des externen Magnetfelds Bz in der dritten Raumrichtung z festgelegt werden. Auch für die Sensorelemente 70a und 70b kann noch mindestens eine weitere Korrekturbrücke an der Magnetfeldsensorvorrichtung ausgebildet sein.As an advantageous further development, the magnetic field sensor device can have an additional sensor system 66 which reacts to an external magnetic field Bz with a magnetic field strength not equal to zero in a third spatial direction z oriented perpendicularly to the substrate surface of the substrate 40 . How based on 4c As can be seen, a magnetic flux deflector (flux guide) 68 can be used to convert the component of the external magnetic field Bz aligned in the third spatial direction z into an internal magnetic field with magnetic field strengths not equal to zero in a plane aligned perpendicular to the third spatial direction z. The internal magnetic field can then be detected by means of magnetic sensor elements 70a and 70b. The sensor elements 70a and 70b used for this purpose are insensitive to an external magnetic field, even with a magnetic field strength not equal to zero in the xy plane (parallel to the substrate surface of the substrate 40). A third piece of information regarding the magnetic field strength of the external magnetic field Bz in the third spatial direction z can then be determined from the data obtained. Also for the sensor elements 70a and 70b, at least one further correction bridge can be formed on the magnetic field sensor device.

Die Magnetfeldsensorvorrichtung der 4a bis 4c kann somit vorteilhaft zum 3-dimensionalen Vermessen des externen Magnetfelds eingesetzt werden. Offset-Fehler und Offset Driften können vorteilhaft für alle drei Raumrichtungen x,y und z herauskorrigiert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Magnetfeldsensorvorrichtung auch mit Messbrücken ausgestattet sein, welche jeweils aus ihrem Messmodus in ihren Korrekturmessmodus überführbar sind. Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale der Magnetfeldsensorvorrichtung der 4a bis 4c und ihrer Vorteile wird auf die Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsformen verwiesen.The magnetic field sensor device 4a until 4c can thus be used advantageously for 3-dimensional measurement of the external magnetic field. Offset errors and offset drifts can be advantageously corrected for all three spatial directions x, y and z. In an alternative embodiment, the magnetic field sensor device can also be equipped with measuring bridges, which can each be transferred from their measuring mode to their corrective measuring mode. Regarding other properties and features of the magnetic field sensor device 4a until 4c and its advantages, reference is made to the description of the preceding embodiments.

Die oben erläuterten Magnetfeldsensorvorrichtungen können vorteilhaft für Smartphones, Tablets, Wearables, Hearables, Drohnen, Spielzeug, Roboter, Schrittzähler, Kalorienzähler, im AR- und VR-Bereich, im Gaming-Bereich, im Smart Home-Bereich und im industriellen Kontext eingesetzt werden. Mittels der oben erläuterten Magnetfeldsensorvorrichtungen können Weckfunktionen für ausgewählte Gerätemodule ausgeführt werden. Sie können auch zur Logistik, Teilenachverfolgung, Geräteorientierung, Bildschirmorientierung, Anzeigeorientierung, Bildstabilisierung, Einbruchsüberwachung, Schlafüberwachung, Erfassung des Tragezustands von Hearables (In-Ear-Detection), Bestimmung von Kopforientierung und Kopfbewegung, Positionsverfolgung, Erkennung von Begrenzungen und Hindernissen, Erkennung einer signifikanten Bewegung, Echtzeit-Bewegungserkennung und - verfolgung, Bewegungssteuerung, Höhen- und Lagestabilisierung, Stockwerkserkennung, Aktivierungsverfolgung, Fußgänger-Koppelnavigation, Flugsteuerung, Innen- und Außennavigation, dynamischen Streckenplanung, Streckenaufzeichnung und zum Indoor-Slam (Simultanlokalisierung und Kartenerstellung) genutzt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten der oben erläuterten Magnetfeldsensorvorrichtungen sind Energiemanagement, energiesparendes Messen, vorausschauende Wartung und Sensordatenfunktionen.The magnetic field sensor devices explained above can be used advantageously for smartphones, tablets, wearables, hearables, drones, toys, robots, step counters, calorie counters, in the AR and VR area, in the gaming area, in the smart home area and in an industrial context. The magnetic field sensor devices explained above can be used to carry out wake-up functions for selected device modules. They can also be used for logistics, part tracking, device orientation, screen orientation, display orientation, image stabilization, intrusion monitoring, sleep monitoring, detecting the wearing status of hearables (in-ear detection), determining head orientation and head movement, position tracking, detection of boundaries and obstacles, detection of a significant Motion, real-time motion detection and tracking, motion control, altitude and attitude stabilization, floor detection, activation tracking, pedestrian dead reckoning, flight control, indoor and outdoor navigation, dynamic route planning, route recording, and indoor slam (simultaneous localization and mapping). Further possible uses of the magnetic field sensor devices explained above are energy management, energy-saving measurement, predictive maintenance and sensor data functions.

5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln einer Magnetfeldinformation. 5 shows a flowchart for explaining an embodiment of the method for determining magnetic field information.

In einem Verfahrensschritt S1 des Verfahrens wird mindestens ein Messsignal an einer an und/oder in einer Vorrichtung angeordneten und in ihrem Messmodus vorliegenden ersten Messbrücke derart abgegriffen, dass das mindestens eine abgegriffene Messsignal abhängig von einer magnetischen Feldstärke in einer ersten Raumrichtung variiert. Die dazu verwendete erste Messbrücke umfasst mehrere für ein externes Magnetfeld mit der aktuellen magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung sensitive Einheitssensorelemente.In a method step S1 of the method, at least one measurement signal is tapped at a first measuring bridge arranged on and/or in a device and present in its measurement mode in such a way that the at least one tapped measurement signal varies depending on a magnetic field strength in a first spatial direction. The first measuring bridge used for this includes a plurality of unit sensor elements that are sensitive to an external magnetic field with the current magnetic field strength in the first spatial direction.

Außerdem wird in einem Verfahrensschritt S2 mindestens ein Korrektursignal an einer an und/oder in der Vorrichtung angeordneten ersten Korrekturbrücke oder an der aus dem Messmodus in einen Korrekturmessmodus überführten ersten Messbrücke derart abgegriffen, dass von der magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung ausgelöste Änderungen von elektrischen Widerständen der Einheitssensorelemente der ersten Korrekturbrücke oder der in den Korrekturmessmodus überführten ersten Messbrücke sich in dem mindestens einen Korrektursignal zumindest teilweise herausmitteln. Auch die erste Korrekturbrücke weist mehrere (weitere) für das externe Magnetfeld mit der magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung sensitive Einheitssensorelemente auf.In addition, in a method step S2, at least one correction signal is tapped off at a first correction bridge arranged on and/or in the device or at the first measuring bridge transferred from the measuring mode to a correction measuring mode in such a way that changes in electrical resistances triggered by the magnetic field strength in the first spatial direction of the unit sensor elements of the first correction bridge or of the first measuring bridge converted to the correction measurement mode are at least partially averaged out in the at least one correction signal. The first correction bridge also has several (additional) unit sensor elements that are sensitive to the external magnetic field with the magnetic field strength in the first spatial direction.

Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S3 eine erste Information bezüglich der magnetischen Feldstärke in der ersten Raumrichtung zumindest unter Berücksichtigung des mindestens einen Messsignals und des mindestens einen abgegriffenen Korrektursignals festgelegt. Damit schafft auch ein Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens die oben schon erläuterten Vorteile.Subsequently, in a method step S3, first information regarding the magnetic field strength in the first spatial direction is defined, at least taking into account the at least one measurement signal and the at least one correction signal tapped off. Executing the method described here also creates the advantages already explained above.

Claims

Magnetic field sensor device with: a first measuring bridge (20, 50) comprising a plurality of unit sensor elements (22a, 22b, 52a to 52d) sensitive to an external magnetic field (Bx) with a magnetic field strength (Hx) in a first spatial direction (x), wherein at least in one Measuring mode of the first measuring bridge (20, 50) varies at least one tapped first measuring signal (U _M1 ) depending on the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x); and an electronic device (44) which is designed and/or programmed to determine first information relating to the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x), at least taking into account the at least one first measurement signal (U _M1 ); characterized in that the magnetic field sensor device has a first correction bridge (24) comprising several further unit sensor elements (26a, 26b) sensitive to the external magnetic field (Bx) with the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x), or the first measuring bridge (50 ) can be converted from the measurement mode into a correction measurement mode, with changes in electrical resistances of the unit sensor elements triggered by the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x). (26a, 26b, 52a to 52d`) of the first correction bridge (26) or of the first measuring bridge (50) switched to the correction measurement mode, at least partially averages out in at least one tapped first correction signal (U _C1 ), and wherein the electronic device (44) additionally is designed and/or programmed to define the first information while also taking into account the at least one first correction signal (U _C1 ).

Magnetic field sensor device claim 1 , wherein the unit sensor elements (22a, 22b) of the first measuring bridge (20) are connected as a Wheatstone bridge with at least two unit sensor elements (22a, 22b) connected in series between the same branching points (20a to 20d) and are designed such that with increasing magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x) the respective electrical resistance increases either in all unit sensor elements (22a) connected in series between the same branching points (20a to 20d) or in all unit sensor elements connected in series between the same branching points (20a to 20d). (22b) decreases, and wherein the unit sensor elements (26a, 26b) of the first correction bridge (24) are connected up as a further Wheatstone bridge with at least two unit sensor elements (26a, 26b) connected in series between the same branching points (24a, 24b) and are designed in this way that with increasing magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x), the respective electrical resistance increases in at least one first unit sensor element (26a) of the unit sensor elements (26a, 26b) connected in series between the same branching points (24a to 24d) and at least one second unit sensor element (26b) which decreases between the same branch points (24a to 24d) connected in series unit sensor elements (26a, 26b).

Magnetic field sensor device claim 1 or 2 , wherein the first correction bridge (24) and the first measuring bridge (20) are arranged side by side.

Magnetic field sensor device claim 1 , wherein the standard sensor elements (52a to 52d) of the first measuring bridge (50) are interconnected as a Wheatstone bridge with at least two standard sensor elements (52a to 52d) connected in series between the same branching points (50a to 50d), the standard sensor elements (52a to 52d) of the in first measuring bridge (50) present in their measuring mode are designed in such a way that with increasing magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x), the respective electrical resistance either in all standard sensor elements (52a, 52b) increases or decreases for all unit sensor elements (52c, 52d) connected in series between the same branching points (50a to 50d), and wherein the unit sensor elements (52a to 52d`) of the first measuring bridge (50) present in their correction measurement mode are designed such that that with increasing magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x), the respective electrical resistance in at least one first standard sensor element (52a, 52d`) of the standard sensor elements (52a to 52d`) connected in series between the same branching points (50a, 50d) increases and decreases in the case of at least one second unit sensor element (52b`, 52c) of the unit sensor elements (52a to 52d`) connected in series between the same branching points (50a to 50d).

Magnetic field sensor device claim 1 or 4 , wherein a program is stored on a memory unit of the electronic device (44), by means of which the first measuring bridge (50) can be transferred from its measuring mode to its correction measuring mode.

Magnetic field sensor device claim 1 , 4 or 5 , wherein the electronic device (44) is designed and/or programmed to convert the first measuring bridge (50) from its measuring mode to its corrective measuring mode with a fixed-predetermined target frequency and after tapping the at least one first corrective signal (U _C1 ) to transfer the first measuring bridge (50) from its correction measuring mode to its measuring mode.

Magnetic field sensor device claim 1 , 4 or 5 , wherein the magnetic field sensor device has a temperature sensor, and wherein the electronic device (44) is designed and/or programmed to specify a target frequency, taking into account a temperature output by the temperature sensor, and to switch off the first measuring bridge (50) with the specified target frequency to convert its measurement mode into its correction measurement mode and to convert the first measuring bridge (50) from its correction measurement mode into its measurement mode after tapping the at least one first correction signal (U _C1 ).

Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, wherein the unit sensor elements (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d) of the first measuring bridge (20, 50) and/or the first correction bridge (24) each have a pinned ferromagnetic layer (28), each a free ferromagnetic layer (32), one between each pinned ferromagnetic layer (28) of the same unit sensor elements (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d) and the free ferromagnetic layer (32) of the same unit sensor element (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d) arranged tunnel barrier (36), each having a first contact layer (38a ) on the side of the pinned ferromagnetic layer (28) of the same unit sensor element (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d) directed away from the tunnel barrier (36) of the same unit sensor element (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d). ) and a second contact layer (38b) each on the side of the free ferromagnetic layer (32) of the same unit sensor element (22a, 22b) that faces away from the tunnel barrier (36) of the same unit sensor element (22a, 22b, 26a, 26b, 52a to 52d). , 26a, 26b, 52a to 52d).

Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field sensor device has a second measuring bridge (60) comprising a plurality of sensitive unit sensor elements for an external magnetic field (By) with a magnetic field strength (Hy) in a second spatial direction (y) aligned perpendicularly to the first spatial direction (x). has, at least in one measuring mode of the second measuring bridge (60), at least one tapped second measuring signal varies depending on the magnetic field strength (Hy) in the second spatial direction (y), wherein the magnetic field sensor device has a second correction bridge (62) comprising several further ones for the external Magnetic field (By) with the magnetic field strength (Hy) in the second spatial direction (y) has sensitive unit sensor elements (64a, 64b) or the second measuring bridge can be converted from the measuring mode into a correction measuring mode, with the magnetic field strength (Hy) in the second Changes in electrical resistances of the unit sensor elements (64a, 64b) of the second correction bridge (62) triggered in the spatial direction (y) or of the second measuring bridge switched to the correction measurement mode are at least partially averaged out in at least one second correction signal that is tapped off, and the electronic device (44) in addition to this is designed and/or programmed to define second information regarding the magnetic field strength (Hy) in the second spatial direction (y) at least taking into account the at least one second measurement signal and the at least one second correction signal.

Method for determining magnetic field information, comprising the steps of: tapping at least one measurement signal (U _M1 ) on a first measurement bridge (20, 50) which is arranged on and/or in a device and is in its measurement mode, comprising several for an external magnetic field (Bx) with a magnetic field strength (Hx) in a first spatial direction (x) sensitive unit sensor elements (22a, 22b, 52a to 52d) such that the at least one tapped measurement signal (U _M1 ) depends on the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x) varies (S1); and determining first information relating to the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction (x) at least taking into account the at least one measurement signal (U _M1 ); characterized by the steps: tapping at least one correction signal (U _C1 ) on a first correction bridge (24) arranged on and/or in the device, comprising several further ones for the external magnetic field (Bx) with the magnetic field strength (Hx) in the first spatial direction ( x) sensitive unit sensor elements (26a, 26b) or on the first measuring bridge (50) transferred from the measurement mode to a correction measurement mode in such a way that changes in electrical resistances of the unit sensor elements (26a , 26b, 52a to 52d`) of the first correction bridge (24) or of the first measuring bridge (50) switched to the correction measurement mode at least partially averaging (S2) in the at least one correction signal (U _C1 ); wherein the first item of information is defined (S3) with additional consideration of the at least one tapped correction signal (U _C1 ).