DE112009000449B4

DE112009000449B4 - Beseitigung des Hystereseversatzes bei magnetischen Sensoren

Info

Publication number: DE112009000449B4
Application number: DE112009000449.0T
Authority: DE
Inventors: John Cummings; William P. Taylor; David J. Haas
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: KR101454680B1; JP5844425B2; WO2009108420A1; CN101960320A; JP2011513730A; DE112009000449T5; US9046562B2; US20090212771A1; US8269491B2; JP2014209124A; US20120313636A1; CN101960320B; KR20100135747A

Abstract

Es wird ein Sensor vorgeschlagen, welcher eine magnetoresistive Einrichtung (MR-Fühlereinrichtung) zum Detektieren eines Magnetfeldes und zur Erzeugung eines Wechselspannungssignales proportional zu dem detektierten Magnetfeld enthält. Der Sensor enthält auch mit der MR-Fühlereinrichtung gekoppelte Schaltungseinrichtungen zur Entfernung des Gleichstromversatzes aus dem Wechselspannungssignal. Der Gleichstromversatz kann mit den Hystereseeigenschaften der MR-Fühlereinrichtung in Beziehung stehen. Zur Entfernung des Gleichstromversatzes können die Schaltungseinrichtungen einen gemittelten Gleichstromversatz gewinnen und den gemittelten Gleichstromversatz von dem Wechselspannungssignal subtrahieren, um ein Fühlerausgangssignal zu erzeugen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Magnetfeldsensoren und im Einzelnen Magnetfeldsensoren, welche magnetoresistive Fühlerelemente (MR-Fühlerelemente) zum Einsatz bringen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Sämtliche magnetische Materialien zeigen Hysterese. Die Hysterese, insbesondere die magnetische Hysterese bezieht sich auf die von der Historie abhängige Natur des magnetischen Feldes, das auf das Material wirkt. Da ein magnetoresistiver Fühler (MR-Fühler), beispielsweise ein giganotmagnetoresistiver Fühler (GMR) aus magnetischem Material gefertigt ist, zeigt sein Ansprechen die Effekte der Hysterese. Ein Diagramm des Widerstands über dem angelegten Magnetfeld bildet eine Hystereseschleife, da die Widerstandsänderung in der Vorwärtsrichtung (für ein zunehmendes angelegtes magnetisches Feld) und in der Gegenrichtung (für ein abnehmendes angelegtes magnetisches Feld) nicht dieselbe ist. Die Hystereseschleife zeigt somit, dass der Widerstand nicht lediglich von dem angelegten Magnetfeld abhängig ist, sonder auch davon, wie das angelegte Magnetfeld zuvor war.
Der aus der Hysterese resultierende Fehler nimmt die Gestalt eines Gleichstromversatzes (DC) im Sensorausgang an. Obwohl MR-Sensoren, beispielsweise GMR-Sensoren im Allgemeinen eine höhere Empfindlichkeit als andere Arten von Magnetfeldsensoren, beispielsweise Halleffekt-Sensoren zeigen, werden sie gegenwärtig aufgrund ihrer Hystereseeigenschaften nicht für Fühleranwendungen hoher Auflösungen eingesetzt.
Aus der US 6 456 063 B1 ist eine selbstkompensierende Steuerschaltung zur Verwendung mit einem magnetoresistiven Sensor bekannt. Die Steuerschaltung enthält eine Verstärkungs- und Offsettfunktion der ersten Stufe, die eine Gleichstromkomponente aus dem Eingangssignal entfernt und eine Wechselstromkomponente des Eingangssignals innerhalb des dynamischen Bereichs der Steuerschaltung maximiert. Nachfolgende Stufen entfernen, falls vorhanden, die verbleibende Gleichstromkomponente und sorgen für eine geeignete zusätzliche Verstärkung. Ein Komparator liefert ein digitales Ausgangssignal basierend auf dem verarbeiteten Eingangssignal und einem Schwellensignal.
Die US 5 886 842 A offenbart eine leistungsreduzierte digitale Steuerung innerhalb einer Rückkopplungssteuerschleife eines Abtastdatenerfassungskanals, die einen vorbestimmten Betriebsparameter des Kanals, in dem ein Analog-Digital-Wandler digitale Abtastwerte von Informationen in dem Kanal mit einer vorbestimmten Kanaltaktrate bereitstellt, steuert. Die digitale Steuerung umfasst eine mit der vorbestimmten Kanalrate getaktete Parameterfehlerextraktionsschaltung, die angeschlossen ist, um digitale Abtastwerte von dem Analog-Digital-Wandler zu empfangen, und die Parameterfehlerwerte aus den digitalen Abtastwerten extrahiert; eine Mittelwertbildungsschaltung zum Mitteln der extrahierten Parameterfehlerwerte über einen ganzzahligen Teil der vorbestimmten Kanaltaktrate; und eine Parameterfehlerverarbeitungsschaltung, die mit der Parameterfehlerextraktionsschaltung verbunden ist und mit dem ganzzahligen Teil der vorbestimmten Kanalrate zum Erzeugen und Ausgeben digitaler Steuerwerte innerhalb der Rückkopplungssteuerschleife zum Steuern des vorbestimmten Betriebsparameters getaktet ist. Der Parameter kann ein Timing, eine Verstärkung oder ein Gleichstromoffset sein, und der Abtastdatenerfassungskanal kann ein PRML-Kanal eines Magnetfestplattenlaufwerks sein. Ein leistungsreduziertes Steuerverfahren wird ebenfalls beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen ist gemäß einem Aspekt die Erfindung auf einen Sensor gerichtet. Der Sensor enthält ein magnetoresistives Fühlerelement (MR-Element) zum Detektieren eines Magnetfeldes und zum Erzeugen eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld. Der Fühler enthält weiter eine Schaltungsanordnung, welche mit dem MR-Fühlerelement gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen und den Gleichstromversatz aus dem empfangenen Wechselspannungssignal zu beseitigen.
Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Der Gleichstromversatz kann sich auf die Hystereseeigenschaften des MR-Fühlergeräts beziehen. Das MR-Fühlergerät kann ein Fühlerelement enthalten, um das Magnetfeld zu detektieren, und dieses Fühlerelement kann ein gigantomagnetoresistives Element (GMR-Element) sein, eine Element mit einem magnetischen Tunnelübergang (MTJ-Element), ein magnetoresistives Tunnelelement (TMR-Element) oder ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR-Element). Die Schaltungsanordnung kann eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung zur Aufnahme des Wechselspannungssignals als ein Eingang und zur Lieferung eines gemittelten Gleichstromversatzes als Ausgang enthalten. Die Schaltungsanordnung kann ferner ein Gerät zum Subtrahieren des gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal enthalten, um ein Fühlerausgangssignal zu erzeugen. Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung kann einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil zur Erzeugung eines positiven Scheitelwerts, einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil zur Erzeugung eines negativen Scheitelwerts, einen Summationsblock zur Erzeugung einer Summe des positiven und des negativen Scheitelwerts und eine Mittelwertbildungsschaltung zur Division der Summe durch Zwei enthalten, um den gemittelten Gleichstromversatz zu erzeugen. Der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, der Summationsblock und die Mittelwertbildungsschaltung können im digitalen Bereich arbeiten. Der Positiv- und Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil können eine Halteschaltung enthalten, um die Versatzbestimmung durch die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung um mindestens einen Taktzyklus zu verzögern.
Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung kann eine Takt-Mittelwertbildungsschaltung enthalten, um ein takt-gemitteltes Gleichstromversatzsignal auf der Basis des gemittelten Gleichstromversatzes zu erzeugen, der für eine vorbestimmte Anzahl von Takten geliefert wird. Ein Detektor kann in der Schaltungseinrichtung enthalten sein, um ein Fehlersignal aus dem gemittelten Gleichstromversatz und dem takt-gemittelten Gleichstromversatz zu erzeugen. Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung kann eine Schaltungseinrichtung zur Einstellung des gemittelten Gleichstromversatzes in solcher Weise enthalten, dass das Wechselspannungssignal eine von Null verschiedene Gleichstromkomponente nach der Beseitigung des Gleichstromversatzes aufweist.
Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf einen Stromsensor gerichtet. Der Stromsensor enthält einen Leiter, welchem ein zu messender Strom zugeführt wird, sowie ein MR-Fühlergerät, welches auf ein Magnetfeld anspricht, das durch den Leiter erzeugt wird, wenn ihm der Strom zugeführt wird, um ein Wechselspannungssignal zu erzeugen, welches zu dem Strom proportional ist. Der Stromfühler enthält weiter eine Schaltungseinrichtung, die mit dem MR-Fühlergerät gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal aufzunehmen und den Gleichstromversatz aus dem empfangenen Wechselspannungssignal zu entfernen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren gerichtet, welches das Detektieren eines Magnetfeldes mit einem MR-Fühlergerät, das Erzeugen eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld und das Entfernen eines Gleichstromversatzes aus dem Wechselspannungssignal umfasst.
Figurenliste
Die obigen Merkmale der Erfindung sowie diese selbst werden noch voll umfänglicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen verständlich, in welchen:

1 ein Beispiel eines Sensors mit einem Magnetfeldfühler und einer Schaltung zur Beseitigung des Gleichstromversatzes zeigt, welche eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung enthält;
2 ein Beispiel eines Magnetfeldfühlers zeigt, der als Stromfühler mit geschlossener Schleife ausgeführt ist, der ein gigantomagnetoresistives Fühlergerät (GMR-Gerät) aufweist;
3 ein Beispiel einer Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung darstellt;
4 eine beispielsweise Wellenform für ein detektiertes Wechselstromsignal mit Gleichstromversatz zeigt;
5 eine beispielsweise alternative Sensorausführungsform wiedergibt, welche einen Versatzdifferenzdetektor zur Erzeugung eines Ausgangsfehlers enthält;
6 eine beispielsweise alternative Ausführungsform der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung für einen von Null verschiedenen Gleichstromversatz darstellt; und
7A und 7B beispielsweise alternative Ausführungsformen der Positiv-Scheitelwertbestimmung (7A) und der Negativ-Scheitelwertbestimmung (7B) zeigen.

Zur Bezeichnung jeweils gleicher Teile oder Komponenten werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es sei auf 1 Bezug genommen. Hier ist ein Sensor 10 gezeigt, der einen Magnetfeldfühler 12 enthält, der mit einer Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14 gekoppelt ist. Der Magnetfeldfühler 12 wandelt ein detektiertes Magnetfeld in ein Gleichspannungssignal um, welches als eine detektierte Spannung Vs 16 dargestellt ist, die proportional zu dem detektierten Magnetfeld ist. Die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14 empfängt als Eingang die Spannung Vs 16, welche durch den magnetischen Fühler 12 gemessen wird und liefert an dem Sensorausgang ein Wechselspannungssignal (als Ausgangsspannung Vout 18 bezeichnet), das bezüglich des Gleichstromversatzes eingestellt ist. Die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14 dient zur Beseitigung des Gleichstromversatzes, der in Verbindung mit der Detektierung des Magnetfelds steht, insbesondere der Gleichstromversatz, der von den Hystereseeigenschaften des Magnetfeldfühlers 12 abhängig ist. Beispielsweise, und wie weiter unten genauer beschrieben, ist, wenn der Magnetfeldfühler 12 irgendeine Art eines magnetoresistiven Fühlergeräts (MR-Geräts) verwendet, der Gleichstromversatz ein durch die Hysterese eingeführter Gleichstromversatz.
Ein idealer Sensorbetrieb ist ein solcher, bei welchem das gemessenen Wechselstromsignal um einen Bezugsnullpunkt (0V DC) oder alternativ einen von Null verschiedenen Bezugspunkt auf der Basis eines bekannten von Null verschiedenen Versatzes, d.h., einen Versatz, der vom Benutzer gewünscht wird, zentriert ist. Irgendein unerwünschter Gleichstromversatz verursacht, dass das detektierte Wechselstromsignal in der Amplitude (entweder in positiver oder negativer Richtung) verschoben ist, so dass es nicht länger symmetrisch um den Bezugsnullpunkt oder relativ zu einem gewünschten von Null verschiedenen Versatz symmetrisch ist. Vielmehr ist es symmetrisch mit Bezug auf einen unerwünschten Gleichstromversatz. Es ist daher anzustreben, einen solchen unerwünschten Gleichstromversatz aus dem Wechselstromsignal zu entfernen.
Es sei weiterhin auf 1 Bezug genommen. Die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14 enthält eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20, welche die Größe des unerwünschten Gleichstromversatzes bestimmt, die in dem Wechselstromsignal vorhanden ist. Der unerwünschte Gleichstromversatz, wie er durch die Bestimmungseinrichtung 20 bestimmt wird, hat die Form eines gemittelten Gleichstromversatzes, der als gemittelter Gleichstromversatz 22 für einen einzigen Taktzyklus dargestellt ist, oder eines gemittelten Gleichstromversatzes 22' für mehr als einen einzigen Taktzyklus (auch hier als ein takt-gemittelter Gleichstromversatz 22' bezeichnet), wie dies später beschrieben wird. Die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14 enthält weiter ein Gerät, vorliegend als Verstärker 24 dargestellt, um den unerwünschten Gleichstromversatz von dem detektierten Wechselspannungssignal 16 zu trennen. Der Verstärker 24 empfängt als Eingänge das detektierte Wechselspannungssignal 16 und den gemittelten Gleichstromversatz 22 (oder den takt-gemittelten Gleichstromversatz 22'). Er subtrahiert dann den gemittelten Gleichstromversatz 22 (oder den takt-gemittelten Gleichstromversatz 22') von dem detektierten Wechselspannungssignal 16, um die Ausgangsspannung Vout 18 an seinem Ausgang zu erzeugen und so effektiv den unerwünschten Gleichstromversatz, der als Ergebnis der Detektierung eines Magnetfelds eingeführt ist, zu entfernen. Durch Löschen oder Minimieren der Wirkungen der Hysterese, die durch MR-Sensoren eingeführt wird, in dieser Weise, können selbst sehr kleine Signale genau gemessen werden.
Bei einer Ausführungsform wird der Sensor 10 durch eine sensorintegrierte Schaltung 26 (IC 26) verwirklicht, welche Anschlussstifte, Anschlüsse oder Leitungen 28 aufweist, die mit 28a, 28b und 28c bezeichnet sind. Die Leitung 28a ist ein VCC-Anschlussstift, zur Verbindung einer Leistungsquelle 30, die Leitung 28b ist ein Ausgangsanschlussstift für Vout, der es einem äußeren Applikationsgerät gestattet, die Sensorausgangsspannung Vout 18 zu empfangen oder zu überwachen, und die Leitung 28c ist ein Erdanschlussstift (GND) zum Anschluss an Erde 32, wie dargestellt ist. Ein Entkopplungskondensator 34 ist zwischen die Leistungsquelle 30 und Erde 32 geschaltet. Leistung wird der IC 26 über den VCC-Anschlussstift 28a zugeführt, der intern mit einem Spannungsregler 36 verbunden ist. Der Spannungsregler 36 liefert eine im Wesentlichen konstante Spannung an Unterschaltungen des Sensor-IC 26. Unterschaltungen, beispielsweise der Magnetfeldfühler 12 und die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 14, erhalten Leistung von dem Spannungsregler 30. Eine Zenerdiode 38 ist zwischen der Speiseseite des Spannungsreglers 36 und Erde gelegt, um den Spannungsregler zu schützen, wenn die Speiseseite zur Erde hin kurzgeschlossen wird. Der GND-Anschluss 28c ist intern so beschaltet, dass er eine Erdverbindung für die UnterSchaltungen des Sensors bildet. Andere Schaltungsanordnungen, beispielsweise eine Steuerung und eine Takterzeugung, sind aus der Zeichnung aus Gründen der Vereinfachung weggelassen.
Es sei auf 2 Bezug genommen. In einer beispielsweisen Ausführungsform ist der Magnetfeldfühler 12 als Stromfühler dargestellt. Der Stromfühler 12 enthält einen Leiter 40 und einen magnetischen Kern 43. Der Leiter 40 bildet einen Leitungsweg zwischen den Endanschlüssen IP+ und IP-. In einer IC-Ausführung können die Endanschlüsse als zusätzliche I/O-Anschlussstifte des IC erscheinen. Der Stromfühler 12 ist als einfacher Wechselstrom messender Stromfühler mit geschlossener Schleife dargestellt. Er enthält eine Fühlereinrichtung 44, welche nahe dem Leiter 40 angeordnet ist. Ein angelegter Strom, der durch den Leiter 40 fließt, erzeugt ein magnetisches Feld 46, welches durch die Fühlereinrichtung 44 detektiert wird und in eine proportionale Spannung umgewandelt wird. Der Stromfühler 12 enthält weiter einen Operationsverstärker 48, welcher mit der Fühlereinrichtung 44 gekoppelt ist, sowie eine Gegenvorspannungsschaltung 50, die mit dem Operationsverstärker 48 und der Fühlereinrichtung 44 gekoppelt ist.
In einer beispielsweisen Ausführungsform ist, wie dargestellt, die Fühlereinrichtung 44 eine GMR-Fühlereinrichtung. Die GMR-Fühlereinrichtung 44 kann mindestens ein GMR-Element enthalten (d.h., einen Widerstand der GMR-Type oder einen Magnetoresistor), welches dem Magnetfeld („Fühlerelement“) ausgesetzt ist und es detektiert. Die GMR-Fühlereinrichtung 44 kann so ausgelegt sein, dass sie ein Element enthält, welches als Fühlerelement oder Detektorelement arbeitet, oder mehrfache GMR-Elemente, welche mindestens ein Fühlerelement enthalten. Wenn zwei oder mehr GMR-Elemente verwendet werden, können sie als volle Brückenschaltung (Wheatstone) oder Halbbrückenschaltung (Spannungsteiler) angeordnet sein. Es kann sich um zwei Fühlerelemente, beispielsweise zwei im Gegentakt arbeitende Elemente handeln, die so angeordnet sind, dass in Gegenwart eines Magnetfelds der Widerstand des einen Elements zunimmt, während der Widerstand des andren Elements abnimmt.
Während die in 2 gezeigte Konstruktion diejenige eines Stromfühlers mit geschlossener Schleife ist, können andere Arten von Stromfühlern in Betracht kommen (beispielsweise andere Arten von Schaltungen mit geschlossener Schleife oder mit offener Schleife), sowie Magnetfeldfühler, welche andere Parameter neben dem Strom (beispielsweise eine Verlagerung) messen. Andere Beispiele von Sensorschaltungen mit geschlossener und offener Schleife sind im US-Patent 7 259,545 mit dem Titel „Integrated Sensors“ beschrieben, welches am 21. August 2007 an Stauth u.a. erteilt und auf Allegro Microsystems Inc., nämlich dem Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.
Ferner ist zwar die Fühlereinrichtung 44 als eine GMR-Fühlereinrichtung dargestellt, doch kann die Fühlereinrichtung auch durch irgendeine andere Art von MR-Elementen gebildet werden, einschließlich, jedoch nicht in beschränkendem Sinne folgender Geräte: GMR-Strukturen einschließlich stiftlosen antiferromagnetischen Vielschicht-Sandwichstrukturen und Spin-Ventilstrukturen; anisotropen magnetoresistiven Strukturen (AMR); magnetischen Tunnelübergängen (MTJ, auch bekannt als spin-abhängigen Tunnelstrukturen oder „SDT“); und magnetoresistiven Tunnelstrukturen (TMR). Der Gleichstromversatz-Beseitigungsmechanismus, der hier vorgesehen ist, kann auch in Halleffektsensoren anstelle von oder zusätzlich zu bekannten Halleffektsensor-Gleichstromversatz-Beseitigungsschemata oder Einstellschemata Verwendung finden, beispielsweise Zerhackerstagbilisierungsschaltung und Aktivplattenschaltung.
Ein durch die Fühlereinrichtung 44 zu messender Strom wäre an den Leitungsweg des Leiters 40 zu legen. Während des Betriebs erzeugt der angelegte Strom, welcher durch den Leitungsweg fließt, eine Magnetfeld, welches durch das eine oder die mehreren Fühlerelemente (oder aktive Elemente) der Fühlereinrichtung detektiert wird. Das detektierte Magnetfeld 46 ändert den Widerstand irgendwelcher internen Fühlerelemente der Fühlereinrichtung 44. Der Differenzverstärker 48 empfängt eine Spannung 52, die durch die GMR-Fühlereinrichtung 44 erzeugt wird, wobei diese Spannung hier als eine Differenzspannung dargestellt ist, welche zwischen den Signalen Vo1 und Vo2 (als 52a bzw. 52b bezeichnet) zur Verfügung steht, und treibt ihrerseits die Gegenvorspannungsschaltung 50 über das Ausgangssignal 54. Die Gegenvorspannungsschaltung 54 kann als eine Gegentaktausgangsstufe verwirklicht werden, die aus einem abgestimmten Bipolarübergangstransistorpaar besteht. Die Gegenvorspannungsschaltung 50 erzeugt wiederum ein Rückkopplungssignal 56. Das Rückkopplungssignal 56 wird an eine innere Kompensationsstromschleife (nicht dargestellt) der Fühlereinrichtung 44 gelegt, welche bewirkt, dass der Flussgradient gegen Null getrieben wird.
Typischerweise enthält die Fühlereinrichtung 44 in der Anordnung mit geschlossener Schleife, wie dargestellt, auch Rückkopplungswicklungen, welche in unmittelbarer Nähe zu den Fühlerelementen angeordnet sind. Die Rückkopplungsspulen oder Rückkopplungswicklungen der Fühlereinrichtung 44 dienen zur Erzeugung eines Magnetfelds, das entgegengesetzt zu dem Feld ist, das durch den Strom im Leiter 40 erzeugt wird. Der Strom, welcher erforderlich ist, um den Fluss zu Null zu machen, ist der Stromfühlerausgang, wobei ein Widerstand 58 diesen Strom in die detektierte Spannung Vs 16 umwandelt. Die Gegenvorspannungsschaltung 50 bildet zusammen mit den Rückkopplungswicklungen oder Rückkopplungsspulen eine geschlossene Regelschleife, welche die Fühlerelemente nahe dem Magnetflussnullpunkt hält.
Es sei nun 3 betrachtet und es werden Einzelheiten der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 gemäß einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Diese besondere Ausführungsform arbeitet in der Weise, dass sie die Gesamtheit oder im Wesentlichen die Gesamtheit des Gleichstromversatzes aus dem Wechselspannungssignal Vs 16 entfernt. In einer praktischen Ausführung kann die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 als einen Ausgang den gemittelten Gleichstromversatz 22 liefern. Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 kann so ausgeführt sein, dass sie einen gemittelten Gleichstromversatz liefert, der über mehr als einen Takt gemittelt ist, d.h., über eine vorbestimmte Anzahl von Takten „N“, worin N größer als Eins ist, wobei auf diesen Versatz zuvor in Verbindung mit 1 als den takt-gemittelten Gleichstromversatz 22' Bezug genommen wurde. Einer oder beide der Versatzwerte 22, 22' kann bzw. können an dem Ausgang der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 verfügbar gemacht werden.
Das detektierte Wechselspannungssignal Vs 16 wird an zwei gesonderte Scheitelwertdetektierungsteile (der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20) geliefert: einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil 60a und einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil 60b. In der dargestellten Ausführungsform wird die Scheitelwertbestimmung als eine digitale Scheitelwertbestimmung ausgeführt. Der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil 60a detektiert und hält den Wert der positiven Scheitelwertexkursionen des detektierten Wechselspannungssignals Vs und liefert den Scheitelwert positiven Vorzeichens am Ausgang 62a. In entsprechender Weise detektiert und hält der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil 60b den Wert der negativen Scheitelwertexkursionen des detektierten Wechselspannungssignals Vs und bietet den Scheitelwert negativen Vorzeichens am Ausgang 62b dar. Wenn eine Gleichstromversatzkomponente bei dem detektierten Wechselspannungssignal Vs vorhanden ist, wird sie an diesen Ausgängen auftreten. Ein Summationsblock 64 dient zur Bildung der Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens an den Ausgängen 62a und 62b, was einen digitalen Summenwert 65 ergibt.
Es sei weiterhin auf 3 Bezug genommen, und insbesondere auf den Positiv-Scheitelwertdetektor 60a. Die analoge Spannung Vs 16 wird in einem Vergleicher 66a eingegeben, dessen Ausgang ein Vergleichssignal ist, welches für den Augenblickswert von Vs repräsentativ ist. Der Vergleicher 66a hat einen nicht invertierenden Eingang 68a zum Empfang des Eingangssignals Vs und einen invertierenden Eingang 70a zum Empfang eines Bezugssignals. Der Vergleicher 66a liefert einen Ausgang 72a an ein Torschaltglied 74a, dessen Ausgang als Eingang 76a an einen Zähler 78a geliefert wird. Ein Taktsignal 80a wird ebenfalls an das Torschaltglied 74a gegeben, um den Eingang 72a zu dem Zähler 78a zu takten. Der Zähler 78a liefert einen N-Bit-Digitalausgang 81a an einen Digital-/Analog-Umformer (DAC) 82a, der wiederum ein analoges Ausgangssignal (einen Spannungspegel, der repräsentativ für den in dem Zähler 78a gespeicherten digitalen Zählerstand ist) 70a als einen Bezugseingang an dem Speicher 66a. Auch wird der digitale N-Bit-Zählerausgang als ein Eingang 84a an einen Positiv-Scheitelwerthaltekreis 86a geliefert, der einen Scheitelwert positiven Vorzeichens +Vp_max speichert.
Der Vergleicher 66a vergleicht das Eingangssignal, welches als Eingang 68a erscheint, mit der Analogspannung 70a von dem Digital-/Analog-Umformer 82a. Wenn die Scheitelamplitude des Signals Vs am Eingang 68a größer ist als das Signal, welches an dem Eingang 70a (DAC-Ausgang) erscheint, dann liefert der Vergleicher 66a einen Ausgang an das Torschaltglied 70a, welches dieses dazu veranlasst, an den Zähler 78a ein Signal hohen Signalpegels abzugeben. Wenn die Scheitelamplitude nicht größer ist, dann wird an den Zähler 78a ein Signal niedrigen Signalpegels geliefert. Der Ausgang des Zählers 78a wird in den Digital-/Analog-Umformer (DAC) 82a eingegeben und der Ausgang des DAC-Geräts ist ein rampenartiges Signal, welches in den Vergleicher 66a zum Vergleich mit Vs eingegeben wird. Das Vergleichersignal 72a ist somit ein Signal hohen Signalpegels (logische Eins), wenn Vs gleich oder größer als der Ausgang des Digital-/Analog-Umformers 82a ist, und ist anderenfalls ein Signal niedrigen Signalpegels (logische Null).
Der Aufbau des Negativ-Scheitelwertbestimmungsteils 60b ist spiegelbildlich zu demjenigen des Positiv-Scheitelwertbestimmungsteils 60a. Ein Vergleicher 66b besitzt einen invertierenden Eingang 68b zur Aufnahme des Signals Vs und einen nicht invertierenden Eingang 70b zur Aufnahme eines Bezugssignals. Der Vergleicher 66b liefert einen Ausgang 72b an ein Torschaltglied 74b, dessen Ausgang als ein Eingang 76b zu einem Zähler 78b dient. Ein Taktsignal 80b wird auch an das Torschaltglied 74b geliefert, um den Eingang 72b zu dem Zähler 78b zu takten. Der Zähler 78b liefert ein digitales N-Bit-Ausgangssignal 81b an einen Digital-/Analog-Umformer (DAC) 82b, der wiederum ein analoges Ausgangssignal als Bezugseingang 70b an den Vergleicher 76b liefert. Auch wird ein digitaler N-Bit-Zählerausgang als Eingang 84b an einen Negativ-Scheitelwerthaltekreis 86b geliefert, welcher einen Scheitelwert negativen Vorzeichens -Vp_min speichert.
Somit treibt in jedem Scheitelwertdetektierungsteil 60a, 60b der Vergleicher 66a, 66b selektiv das Torschaltglied 74a bzw. 74b, welches wiederum den Zähler 78a bzw. 78b treibt, der einen digitalen Zählerstand enthält. Der Zählerstand in dem Zähler wird selektiv um einen vorbestimmten Betrag erhöht, oder erniedrigt, abhängig von dem Zustand des Torschaltgliedes und dem Zählerstand im Zähler. Der Zählerstand wird durch den Digital-/Analog-Umformer (DAC) 82a bzw. 82b umgeformt, um das Vergleicherbezugssignal 70a bzw. 70b zu bilden. Der Positiv-Scheitelwert (+Vp_max) und der Negativ-Scheitelwert (-Vp_min) werden relativ zu dem Bezugsnullpunkt (oder gegenüber Erde) gemessen. Der Summenwert 65, d.h., die Differenz zwischen den positiven und negativen Scheitelwerten oder Amplituden wird für jeden Taktzyklus bestimmt.
Die Bestimmungseinrichtung 20 enthält auch eine Mittelwertbildungsschaltung 88 (als „Sum/2“-Schaltung 88 bezeichnet), welche einen digitalen Summenwert 65 bildet und diese Summe durch Zwei dividiert, um einen digitalen gemittelten Gleichstromversatzwert 90 zu erzeugen. Wenn kein Gleichstromversatz in dem Signal vorhanden ist, dann ist der Wert 90 gleich Null. Der Wert 90 ist also gleich dem gemittelten Wert des Gleichstromversatzes, welcher in dem detektierten Wechselspannungssignal Vs vorhanden ist. Es kann erwünscht sein, einen gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, welcher über eine Anzahl von N Taktimpulsen gemittelt ist, wie zuvor diskutiert wurde. Demgemäß kann, wie in der Zeichnung gezeigt ist, die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 weiter eine Takt-Mittelwertbildungsschaltung 92 enthalten, um einen digitalen, über Takte gemittelten Gleichstromversatzwert 94 zu bilden. Genauer gesagt, die Takt-Mittelwertbildungsschaltung 92 empfängt den gemittelten Gleichstromversatzwert 90 für jeden der N Takte und bestimmt einen Mittelwert der N Werte.
Die Takt-Mittelwertbildungsschaltung 92 kann einen laufenden Mittelwert aufrechterhalten oder kann Werte 90 speichern und den Mittelwert bilden, um den takt-gemittelten Gleichstromversatzwert 94 nur dann zu bestimmen, wenn die Werte von N Takten empfangen worden sind. Die Wahl von N ist eine Frage der ausgewählten Konstruktion.
Ist einmal der digitale gemittelte Gleichstromversatzwert 90 bestimmt, so wird er in einen analogen Gleichstromversatz (d.h., den gemittelten Gleichstromversatz 22) durch eine dritte Digital-/Analog-Umformerschaltung, nämlich die DAC-Schaltung 96 umgewandelt. Der gemittelte Gleichstromversatz 22 wird als eine Eingangsspannung an den Verstärker 24 (siehe 1) geliefert. Wenn ein digitaler takt-gemittelter Wert 94 ebenfalls zur Verfügung steht, dann dient ein Digital-/Analog-Umformer 98 zur Umwandlung des digitalen Werts in den analogen takt-gemittelten Gleichstromversatz 22'. Der takt-gemittelte Gleichstromversatz 22' könnte dann als eine Eingangsspannung zum Verstärker 24 anstelle des für einen Takt gemittelten Gleichstromversatzes 22 dienen. Beide Versatzwerte 22, 22' könnten als Ausgänge vorgesehen sein, wobei einer zu dem Verstärker 24 geführt wird und der andere (oder beide) für andere Zwecke verwendet werden, wobei ein Beispiel hierfür unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird. Zwar ist die dargestellte Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 als digitale Schaltung ausgeführt, doch könnte sie auch durch eine analoge Version ersetzt werden.
4 zeigt ein Beispiel einer Wechselstromwellenform 100 für ein detektiertes Wechselstromsignal 102, welches einen Gleichstromversatz 104 aufweist. Das Signal ist als sinusförmiges Signal dargestellt. Das sinusförmige Signal mit einem Gleichstromversatz hat ungleiche positive und negative Scheitelwerte, welche mit +Vp_max bzw. -Vp_min relativ zu dem Nullpunktbezug eingezeichnet sind. Tastungen 106 des Wechselstromsignals werden durch die Zähler-/DAC-Schaltung jedes Scheitelwert-Bestimmungsteils des Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 (gemäß 3) mit einer vorbestimmten Tastungsrate gewonnen, welche durch die Taktfrequenz eingestellt ist. Es versteht sich, dass das detektierte Wechselstromsignal 102 kontinuierlich getastet wird, wenngleich nur ein kleines Intervall der Tastungen dargestellt ist. Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 verwendet die Tastungen zur Messung des Positiv-Scheitelwerts (+Vp_max) und des Negativ-Scheitelwerts (-Vp_min) des Wechselstromsignals relativ zu dem Bezugsnullpunkt für jeden Takt, und bestimmt aus diesen Scheitelwerten den Wert des Gleichstromversatzes 104, wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 ausgeführt wurde. Es sei ein einfache Beispiel gewählt. Wenn das Wechselstromsignal 102 einen Scheitelwert von 20V von Scheitel zu Scheitel hat und der Gleichstromversatz 104 eine Verschiebung von +1V ist, dann wäre +Vp_max gleich +11V und der Wert -Vp_min wäre -9V. Die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 würde diese Werte zusammenzählen, um einen Amplitudendifferenzwert von +2V zu erhalten, der dann durch Zwei dividiert würde, um einen +1V-Gleichstromversatz zu erhalten, und würde von dem Wechselstromsignal am Verstärker 24 subtrahiert (1). Das resultierende Signal ohne Gleichstromversatz, d.h. Vout 18, würde Werte von +Vp_max und -Vp_min von 10V bzw. -10V haben.
Wie oben unter Bezugnahme auf 3 diskutiert, kann eine Taktmittelung verwendet werden, um eine Mittelung des Ausgangs über eine vorbestimmte Anzahl von Taktzyklen N vorzunehmen. Eine solche Taktmittelung könnte verwendet werden, um die Effekte von Stromspitzen oder Startverschiebungen in Vs (und daher den gemittelten Gleichstromversatz) über die Zeit herauszuglätten. Wenn zusätzlich die Gleichstromversatzwerte 22 und 22' als Ausgänge der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 verfügbar gemacht werden, ist es möglich, eine wesentliche Verschiebung in dem grundsätzlich gemittelten Gleichstromversatz-Ausgang 22 über die Zeit zu verfolgen oder zu detektieren. Es sei nun auf 5 Bezug genommen, in welcher eine alternative Ausführungsform des Sensors 10, hier als Sensor 110 bezeichnet, mit Versatzdifferenzdetektierung gezeigt ist. Der Sensor 110 enthält ein Sensor-IC oder eine Sensorschaltung 112, in welcher der Magnetfeldfühler 12 mit einer Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 114 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform liefert die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung, hier als Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 116 dargestellt, als Ausgänge sowohl den gemittelten Gleichstromversatzwert 22 als auch den takt-gemittelten Gleichstromversatzwert 22'. Einer dieser Werte wird an den Verstärker 24 gegeben. In dem dargestellten Beispiel ist es der takt-gemittelte Gleichstromversatzwert 22', welcher als Eingang an den Verstärker 24 geführt wird. Man erkennt jedoch, dass der gemittelte Gleichstromversatz 22 anstelle des Wertes 22' als Gleichstromversatz-Eingang zu dem Verstärker 24 verwendet werden könnte. In dem Sensor 110 von 5 ist die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung 114 mit einem Versatzdifferenzdetektor 118 gekoppelt. Der Versatzdifferenzdetektor 118 empfängt als Eingänge den gemittelten Gleichstromversatzwert 22 und den takt-gemittelten Gleichstromversatzwert 22' und erzeugt ein Fehlerausgangssignal 120. Das Fehlerausgangssignal wird an einem vierten Ausgangsanschluss dargeboten, welcher als Fehlerausgangsanschluss 28d bezeichnet ist. Der Ausgangsfehler am Anschluss 28d kann von einer äußeren Einrichtung (oder äußeren Einrichtungen) als ein Steuersignal für vielerlei Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur Auslösung einer raschen Fehlerreaktion, um einfach anzuzeigen, dass der Fühlerausgang (Vout 18) möglicherweise nicht richtig ist (in diesem Falle kann oder kann nicht eine unmittelbare Korrektur vorgenommen werden) oder für andere Zwecke.
Wie früher erwähnt kann es wünschenswert sein, die Größe des Gleichstromversatzes so einzustellen, dass sämtlicher (oder im Wesentlichen sämtlicher) Gleichstromversatz außer einem bekannten erwünschten, von Null verschiedenen Gleichstromversatzes entfernt wird. Die resultierende Ausgangsspannung Vout 18 würde daher eine gewünschte, von Null verschiedene Gleichstromversatzkomponente nach der beschriebenen Beseitigung des Gleichstromversatzes haben. Demgemäß kann die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 (von 3) so konstruiert sein, dass sie einen bekannten, von Null verschiedenen Gleichstromversatz zulässt, d.h., einen Gleichstromversatz, der von dem Benutzer des Sensors gewünscht wird. Es sei nun auf 6 Bezug genommen. Hier ist eine alternative Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung als Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 130 dargestellt, welche dieselben Scheitelwert-Bestimmungseinrichtungen 60a, 60b, den Summationsblock 64, die Takt-Mittelungsschaltung 94 und den Digital-/Analog-Umformer 98 aufweist, wie die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung 20 nach 3. Zusätzlich enthält die Bestimmungseinrichtung 130 einen zweiten Summationsblock 132, der die Summe aus dem Wert 90 (von der sum/2-Schaltung 88) und einem Gleichstromversatz 134 negativen Vorzeichens bildet, welcher von einem Benutzer oder in einer Anwendung gewünscht wird. Der Summationsblock 132 summiert den gemittelten Gleichstromversatz 90 und den gewünschten Gleichstromversatz 134 negativen Vorzeichens zur Gewinnung eines neuen gemittelten Gleichstromversatzwerts. Eine solche Ausführungsform kann zweckmäßig sein, wenn gewünscht wird, einen bekannten, von Null verschiedenen Gleichstromversatz zuzulassen, während gleichzeitig während der Verwendung des Sensors Hystereseeinflüsse eliminiert oder vermindert werden. Es versteht sich, dass die durch den Summationsblock 132 durchgeführte zweite Summation in dem Analogteil der Schaltung durchgeführt werden könnte, d.h., durch Addieren des analogen Ausgangs 22' und eines analogen Äquivalents des gewünschten Gleichstromversatzes negativen Vorzeichens, anstatt dies im digitalen Bereich zu tun, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Auch kann die Takt-Mittelungsschaltung 94 und der Digital-/Analog-Umformer 98 durch den Digital-/Analog-Umformer 96 ersetzt werden. Wenn nur ein gemittelter Gleichstromversatzwert bei dem Schaltungspunkt 90 dargeboten wird, dann könnte der Summationsblock 132 den Wert 90 und den Wert 134 in dem digitalen Bereich der Bestimmungsschaltung summieren oder alternativ könnte der Summationsblock 132 nach dem Digital-/Analog-Umformer 96 vorgesehen sein, so dass er als Eingänge den Gleichstromversatz 22 und ein analoges Äquivalent des gewünschten Gleichstromversatzes 134 negativen Vorzeichens empfängt. In wieder einer anderen Ausführungsform könnte die Bestimmungseinrichtung 130 beide Ausgänge 22 und 22' (wie zuvor unter Bezugnahme auf die 3 und 5 beschrieben), bereitstellen und die Technik mit von Null verschiedenem Versatz auf beide Ausgänge (entweder im Digitalbereich oder im Analogbereich der Bestimmungseinrichtung 130) anwenden.
Ein weiteres zweckmäßiges Merkmal, welches in den Sensor einbezogen werden kann, umfasst die Hinzufügung eines Haltekreises in den Scheitelwert-Bestimmungseinrichtungen. Ein Beispiel für dieses Merkmal ist in den 7A und 7B dargestellt. Zunächst sei auf 7A in Verbindung mit 3 Bezug genommen. Eine alternative Ausführungsform des Positiv-Scheitelwertdetektors 60a, welche in 7A als Positiv-Scheitelwertbestimmungseinrichtung 170a bezeichnet ist, enthält einen Haltekreis 142a. Der Haltekreis 142a wird mit einem Vergleicher 143a verwirklicht, der dem Ausgang 42a des Vergleichers 66a als einen ersten Eingang empfängt, und Vp_max-1, den Wert von Vp_max für den vorausgegangenen Zyklus, als einen zweiten Eingang 144a empfängt. Der Vergleicher 143a liefert einen Ausgang 146a als einen Eingang zu dem Vorschaltglied 74a. Wenn Vp_max-1 größer als Vp_max des gegenwärtigen Taktzyklus ist, dann gibt der Vergleicher 143a ein Signal hohen Signalpegels (eine logische Eins) ab. 7B zeigt denselben Schaltungsaufbau, jedoch für den Negativ-Scheitelwertdetektor, der als Negativ-Scheitelwertdetektor 140b bezeichnet ist. Der Detektor 140b enthält also einen Haltekreis 142b, der als ein Vergleicher 143b dargestellt ist. Der Vergleicher 143b empfängt den Ausgang 72b des Vergleichers 76b als einen ersten Eingang, sowie Vp_min-1, den Wert von -Vp_min für den vorausgehenden Taktzyklus, als den zweiten Eingang 144b. Der Vergleicher 143b liefert einen Ausgang 146b als einen Eingang zu dem Torschaltglied 74b. Wenn Vp_min-1 größer als -Vp_min des gegenwärtigen Taktzyklus ist, dann gibt der Vergleicher 143b ein Signal hohen Signalpegels (eine logische Eins) ab. Wenn die Ausgänge sowohl des Haltekreises 143a als auch des Haltekreises 143b jeweils eine logische Eins sind, dann sind die Ausgänge der jeweiligen Torschaltglieder 74a, 74b eine logische Eins. Dieses Ergebnis signalisiert intern und/oder extern, dass die Vs-Wellenform für Vp_max und Vp_min ein Maximum bzw. Minimum durchlaufen hat und dass die Versatzkorrektur gültig ist.
Die Haltekreise 142a, 142b bewirken, dass die Gleichstromversatzbestimmung und die nachfolgende Beseitigung für mindestens einen Taktzyklus verzögert werden, d.h., bis mindestens ein Zeitpunkt von Vp_max und Vp_min beobachtet worden ist. Da dieser Haltemechanismus eine anfängliche Verfolgung von Vs 16 verhindert, vergrößert er auch die anfängliche Ansprechzeit der Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung. Eine andere mögliche Ausführungsform wäre die Lieferung der Vergleicherausgänge 72a, 72b an gewisse äußere Anschlussstifte anstatt zu den Torschaltgliedern 74a, 74b. In dieser Weise könnte die Haltekreisinformation dazu verwendet werden, den Benutzer des Sensors darauf aufmerksam zu machen, dass die Gleichstromversatzeinstellung durch die Gleichstromversatz-Beseitigungsschaltung nicht richtig sein könnte. In diesem letzteren Falle wäre des der Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung möglich, ohne Verzögerung zu arbeiten.
Der Sensor mit einem Fühlergerät und einer Gleichstromversatz-Beseitigungseinrichtung der oben beschriebenen Art kann in Anwendungsfällen verwendet werden, welche einen Wechselstromsignalfühlereingang und eine Gleichstromversatz-Beseitigung für den Gleichstromversatz benötigen, der in dem Fühlerausgangssignal als Ergebnis der Hysteresenatur des Fühlergeräts eingeführt wird. Der Fühler ist insbesondere vorteilhaft bei Anwendungen mit schwachem Feld oder niedrigem Strom, welche ein Fühlergerät hoher Empfindlichkeit benötigen, beispielsweise für die Energiemessung (Wattstunden). MR-Geräte, beispielsweise GMR-Geräte, die oft gegenüber anderen Arten von Fühlergeräten für solche Anwendungen bevorzugt werden, weil sie eine relativ hohe Empfindlichkeit haben, leiden jedoch unter Hystereseeffekten. Ein Sensor der Art, wie oben beschrieben, ist somit besonders vorteilhaft für Anwendungen, welche einen Sensoreingang erfordern, der hochempfindlich gegenüber schwachen Magnetfeldern und/oder kleinen Signalen ist und eine Genauigkeit des Sensorausganges aufweist.
Sämtliche herangezogene Literatur sei hier durch Bezugnahme voll umfänglich einbezogen.
Nach Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ergibt sich für Fachleute, dass andere Ausführungsformen, welche die beschriebenen Konzepte beinhalten, verwendet werden können. Es ist daher davon auszugehen, dass diese Ausführungsformen nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sind, sondern nur durch die anliegenden Ansprüche definiert sind.

Claims

Sensor, welcher Folgendes umfasst: eine magnetoresistive Fühlereinrichtung (MR-Fühlereinrichtung) zum Detektieren eines Magnetfeldes und zur Erzeugung eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld; und mit dem MR-Fühlergerät gekoppelte Schaltungseinrichtungen zum Empfang des Wechselspannungssignals, und zur Bestimmung eines gemittelten Gleichstromversatzes des Wechselspannungssignals, und zur Erzeugung eines korrigierten Ausgangssignals durch das Subtrahieren des gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal, wobei eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert positiven Vorzeichens zu erzeugen, einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert negativen Vorzeichens zu erzeugen, einen Summationsblock, um eine Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens zu erzeugen, und ein Mittelwertbildungsschaltung, um diese Summe durch Zwei zu dividieren, um einen gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, beinhaltet, wobei der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen ersten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes Vergleichersignal zu erzeugen; ein erstes Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das erste Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein erstes Logiksignal zu erzeugen; einen ersten Zähler, der gekoppelt ist, um das erste Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein erstes Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen ersten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das erste Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der erste Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das erste Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert positiven Vorzeichens in Beziehung steht, und wobei der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen zweiten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites Vergleichersignal zu erzeugen; ein zweites Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein zweites Logiksignal zu erzeugen; einen zweiten Zähler, der gekoppelt ist, um das zweite Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein zweites Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen zweiten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das zweite Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der zweite Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das zweite Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert negativen Vorzeichens in Beziehung steht.
Sensor nach Anspruch 1, bei welchem der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, der Summationsblock und die Mittelwertbildungsschaltung im digitalen Bereich arbeiten.
Sensor nach Anspruch 1, bei welchem sowohl der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil als auch der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil jeweils einen Haltekreis zum Verzögern der Versatzbestimmung durch die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung um mindestens einen Taktzyklus enthalten.
Sensor, welcher Folgendes umfasst: eine magnetoresistive Fühlereinrichtung (MR-Fühlereinrichtung) zum Detektieren eines Magnetfeldes und zur Erzeugung eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld; und mit dem MR-Fühlergerät gekoppelte Schaltungseinrichtungen zum Empfang des Wechselspannungssignals, und zur Bestimmung eines takt-gemittelten Gleichstromversatzes des Wechselspannungssignals, und zur Erzeugung eines korrigierten Ausgangssignals durch das Subtrahieren des takt-gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal, wobei die Schaltungseinrichtung eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung aufweist, um den gemittelten Gleichstromversatzwert des Wechselspannungssignals zu bestimmen; wobei die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert positiven Vorzeichens zu erzeugen, einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert negativen Vorzeichens zu erzeugen, einen Summationsblock, um eine Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens zu erzeugen, und ein Mittelwertbildungsschaltung, um diese Summe durch Zwei zu dividieren, um den gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, beinhaltet, wobei der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen ersten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes Vergleichersignal zu erzeugen; ein erstes Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das erste Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein erstes Logiksignal zu erzeugen; einen ersten Zähler, der gekoppelt ist, um das erste Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein erstes Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen ersten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das erste Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der erste Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das erste Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert positiven Vorzeichens des Wechselspannungssignals in Beziehung steht, und wobei der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen zweiten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites Vergleichersignal zu erzeugen; ein zweites Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein zweites Logiksignal zu erzeugen; einen zweiten Zähler, der gekoppelt ist, um das zweite Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein zweites Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen zweiten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das zweite Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei wobei der zweite Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das zweite Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert negativen Vorzeichens des Wechselspannungssignals in Beziehung steht, wobei die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung weiter eine Takt-Mittelwertbildungsschaltung zur Erzeugung des takt-gemittelten Gleichstromversatzes auf der Basis des gemittelten Gleichstromversatzes enthält, der für eine vorbestimmte Anzahl von Taktzyklen erzeugt wird.
Sensor nach Anspruch 4, bei welchem die Schaltungseinrichtungen weiter einen Detektor zum Empfang des gemittelten Gleichstromversatzes und des takt-gemittelten Gleichstromversatzes und zur Erzeugung eines Fehlersignals hieraus enthalten.
Sensor, welcher Folgendes umfasst: eine magnetoresistive Fühlereinrichtung (MR-Fühlereinrichtung) zum Detektieren eines Magnetfeldes und zur Erzeugung eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld; und mit dem MR-Fühlergerät gekoppelte Schaltungseinrichtungen zum Empfang des Wechselspannungssignals, und zur Bestimmung eines gemittelten Gleichstromversatzes des Wechselspannungssignals, und zur Erzeugung eines korrigierten Ausgangssignals durch das Subtrahieren des gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal, wobei die Schaltungseinrichtung eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung aufweist, um den gemittelten Gleichstromversatzwert des Wechselspannungssignals zu bestimmen; wobei die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert positiven Vorzeichens zu erzeugen, einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert negativen Vorzeichens zu erzeugen, einen Summationsblock, um eine Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens zu erzeugen, und ein Mittelwertbildungsschaltung, um diese Summe durch Zwei zu dividieren, um den gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, beinhaltet, wobei der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen ersten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes Vergleichersignal zu erzeugen; ein erstes Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das erste Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein erstes Logiksignal zu erzeugen; einen ersten Zähler, der gekoppelt ist, um das erste Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein erstes Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen ersten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das erste Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der erste Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das erste Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert positiven Vorzeichens in Beziehung steht, und wobei der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen zweiten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites Vergleichersignal zu erzeugen; ein zweites Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein zweites Logiksignal zu erzeugen; einen zweiten Zähler, der gekoppelt ist, um das zweite Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein zweites Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen zweiten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das zweite Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der zweite Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das zweite Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert negativen Vorzeichens in Beziehung steht, und wobei die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung weiter Schaltungseinrichtungen zur Einstellung des gemittelten Gleichstromversatzes derart enthalten, dass das korrigierte Ausgangssignal eine von Null verschiedene Gleichspannungskomponente enthält.
Stromfühler, welcher folgendes umfasst: einen Leiter, welchem ein zu messender Strom zugeführt wird; eine MR-Fühlereinrichtung, welche auf ein Magnetfeld anspricht, das in dem Leiter erzeugt wird, wenn ihm der Strom zugeführt wird, um ein Wechselspannungssignal proportional zu dem Strom zu erzeugen; und mit dem MR-Fühlergerät gekoppelte Schaltungseinrichtungen zum Empfang des Wechselspannungssignals, und zur Bestimmung eines gemittelten Gleichstromversatzes des Wechselspannungssignals, und zur Erzeugung eines korrigierten Ausgangssignals durch das Subtrahieren des gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal, wobei die Schaltungseinrichtung eine Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung aufweist, um den gemittelten Gleichstromversatzwert des Wechselspannungssignals zu bestimmen; wobei die Gleichstromversatz-Bestimmungseinrichtung einen Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert positiven Vorzeichens zu erzeugen, einen Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil, um einen Scheitelwert negativen Vorzeichens zu erzeugen, einen Summationsblock, um eine Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens zu erzeugen, und ein Mittelwertbildungsschaltung, um diese Summe durch Zwei zu dividieren, um den gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, beinhaltet, wobei der Positiv-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen ersten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes Vergleichersignal zu erzeugen; ein erstes Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das erste Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein erstes Logiksignal zu erzeugen; einen ersten Zähler, der gekoppelt ist, um das erste Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein erstes Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen ersten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das erste Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein erstes DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der erste Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das erste Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert positiven Vorzeichens in Beziehung steht, und wobei der Negativ-Scheitelwertbestimmungsteil das Folgende beinhaltet: einen zweiten Vergleicher, der gekoppelt ist, um das Wechselspannungssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites Vergleichersignal zu erzeugen; ein zweites Torschaltglied, das gekoppelt ist, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen, und das konfiguriert ist, ein zweites Logiksignal zu erzeugen; einen zweiten Zähler, der gekoppelt ist, um das zweite Logiksignal zu empfangen; und der konfiguriert ist, ein zweites Zählerausgangssignal zu erzeugen; und einen zweiten Digital-/Analog Umformer (DAC), der gekoppelt ist, um das zweite Zählerausgangssignal zu empfangen, und der konfiguriert ist, um ein zweites DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der zweite Vergleicher ebenso gekoppelt ist, um das erste DAC Ausgangssignal zu empfangen, wobei das zweite Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert negativen Vorzeichens in Beziehung steht.
Verfahren, welches folgendes umfasst: Detektieren eines Magnetfeldes mit einer MR-Fühlereinrichtung und Erzeugung eines Wechselspannungssignals proportional zu dem detektierten Magnetfeld; Bestimmen eines gemittelten Gleichstromversatzes für das Wechselspannungssignal; Erzeugen des korrigierten Ausgangssignals durch das Subtrahieren eines gemittelten Gleichstromversatzes von dem Wechselspannungssignal; wobei das Bestimmen des gemittelten Gleichstromversatzes das folgende beinhaltet: Bestimmen, für einen vorbestimmten Takt, eines Scheitelwert positiven Vorzeichens und eines Scheitelwerts negativen Vorzeichens für das Wechselspannungssignal; und Erzeugen einer Summe der Scheitelwerte positiven und negativen Vorzeichens, und Teilen dieser Summe durch Zwei, um einen gemittelten Gleichstromversatzwert zu bilden, wobei das Bestimmen des Scheitelwerts positiven Vorzeichens das Folgende beinhaltet: Vergleichen des Wechselspannungssignals mit einem ersten Digital-/Analog (DAC) Ausgangssignal, um ein erstes Vergleichersignal zu erzeugen; logisches Zusammenführen des ersten Vergleichersignals mit einem ersten Taktsignal, um ein erstes Logiksignal zu erzeugen; Erzeugen eines ersten Zählerausgangssignals durch das Zählen der Übergänge des ersten Logiksignals; Umwandeln des ersten Zählerausgangssignals, um das erste DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das erste Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert positiven Vorzeichens in Beziehung steht, und wobei das Bestimmen des Scheitelwerts negativen Vorzeichens das Folgende beinhaltet: Vergleichen des Wechselspannungssignals mit einem zweiten Digital-/Analog (DAC) Ausgangssignal, um ein zweites Vergleichersignal zu erzeugen; logisches Zusammenführen des zweiten Vergleichersignals mit einem zweiten Taktsignal, um ein zweites Logiksignal zu erzeugen; Erzeugen eines zweiten Zählerausgangssignals durch das Zählen der Übergänge des zweiten Logiksignals; Umwandeln des zweiten Zählerausgangssignals, um das zweite DAC Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das zweite Zählerausgangssignal mit dem Scheitelwert negativen Vorzeichens in Beziehung steht.