DE112009002337T5

DE112009002337T5 - Mikroleistungsmagnetschalter

Info

Publication number: DE112009002337T5
Application number: DE112009002337T
Authority: DE
Inventors: Paul N.H. David; Nevenka N.H. Kozomora; Gary T. N.H. Pepka
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-07-28
Also published as: JP2012504239A; WO2010036438A1; US8222888B2; US20100079138A1

Abstract

Sensor mit: einer Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung; und einer Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Magnetfeldsensoren und insbesondere auf Magnetfeldsensoren zur Verwendung bei Niederleistungsanwendungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Magnetfeldsensoren zum Erfassen eines Magnetfelds bei Niederleistungsanwendungen sind bekannt. Solche Sensoren nutzen typischerweise eine interne Zeitgabeschaltungsanordnung, um Abschnitte der Vorrichtung für einen kleinen Prozentsatz des Arbeitszyklus zu aktivieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt ist die Erfindung im Allgemeinen auf einen Sensor gerichtet. Der Sensor weist eine Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und eine Steuerschaltung auf, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Der Sensor kann ferner eine Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung, die mit der Steuerschaltung und der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist, aufweisen. Die Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung wird durch den Versorgungsstrompuls aktiviert, um einen Zustand für ein Ausgangssignal basierend auf einem Ausgangssignal von der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung einzustellen. Der Sensor kann mit einem Eingang versehen sein, der konfiguriert ist, um ein gepulstes Signal, das durch eine externe Steuerung erzeugt wird, als das extern erzeugte Auslösersignal zu empfangen. Der Sensor kann alternativ einen Spannungsversorgungseingang aufweisen und konfiguriert sein, um ein gepulstes Leistungsversorgungssignal, das auf einem Versorgungssignal, das an dem Spannungsversorgungseingang empfangen wird, basiert, als das extern erzeugte Auslösersignal zu verwenden. Die Steuerschaltung kann eine Einimpulsschaltung (englisch: one-shot circuit) aufweisen, um das extern erzeugte Auslösersignal als ein Auslösereingangssignal zu empfangen und ansprechend darauf einen Einimpulsausgangspuls zu liefern. Die Steuerschaltung kann ferner einen Schalter, der mit der Einimpulsschaltung verbunden ist, aufweisen, der betreibbar ist, um ansprechend auf den Einimpulsausgangspuls der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung den Versorgungsstrompuls zu liefern.
Bei einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein System gerichtet, das eine Steuerung und einen Sensor, der mit der Steuerung gekoppelt ist, aufweist. Der Sensor weist eine Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und eine Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, auf, wobei die Steuerschaltung betreibbar ist, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden Merkmale der Erfindung sowie die Erfindung selbst sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen vollständiger zu verstehen. Es zeigen:
1 einen exemplarischen Niederleistungssensor, der eine Einimpulsschaltung aufweist, die konfiguriert ist, um ein externes Steuersignal als ein Einimpulsauslösereingangssignal zu empfangen;
2 einen alternativen exemplarischen Niederleistungssensor, der eine Einimpulsschaltung aufweist, die konfiguriert ist, um ein Versorgungs-(VCC-)Signal als ein Einimpulsauslösereingangssignal zu verwenden;
3 verschiedene Sensorsignalwellenformen für einen Niederleistungsbetrieb; und
4 eine exemplarische Anwendung, bei der ein Niederleistungssensor, wie z. B. derselbe, der in 1–2 gezeigt ist, genutzt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf 1 ist ein Niederleistungssensor 10, der ein extern erzeugtes Signal nutzt, um seinen internen Leistungsverbrauch zu steuern, gezeigt. Ein Niederleistungssensor ist einer, der zu einer Verwendung bei Anwendungen mit einer begrenzten Leistung, wie z. B. batteriebetriebenen Vorrichtungen, geeignet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 1 gezeigt ist, ist der Sensor 10 ein Ausgangsschalttyp eines Magnetfeldsensors. Dieser Typ eines Sensors weist Vorrichtungen, wie z. B. Sensorschalter (sowohl unipolar als auch omnipolar, d. h. polabhängig) und Zwischenspeicher (englisch: latches), auf. Bei einer Magnetfeld erfassenden Anwendung ist der Sensor 10 in einer Nähe eines Magneterzeugnisses positioniert und liefert an einem Sensorausgang (VOUT) 12 ein Sensorausgangssignal 14, das die Anwesenheit eines Magnetfelds einer vorbestimmten Stärke angibt. Der Sensor 10 kann relativ zu dem Magneterzeugnis bewegbar oder fixiert sein.
Der Sensor 10 weist ein Magnetfeld erfassendes Element (auf das ferner als ein Magnetfeldwandler Bezug genommen ist) 16, das ein Magnetfeldsignal 18, beispielsweise ein Spannungssignal, proportional zu dem erfassten Magnetfeld liefert, auf. Das erfassende Element 16 kann ein einzelnes magnetisch ansprechendes Element oder alternativ zwei oder mehrere solcher Elemente, die in verschiedenen Konfigurationen, z. B. einer Halbbrücke oder Voll-(Wheatstone-)Brücke, angeordnet sind, aufweisen. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel ist das erfassende Element 16 als ein einzelnes Hall-Effekt-Element gezeigt. Der Sensor 10 kann jedoch jeder Typ eines Sensors sein und ist daher nicht auf den in 1 gezeigten Hall-Effekt-Sensor begrenzt. Das Element oder die Elemente des erfassenden Elements 16 können somit eine andere Form als die eines Hall-Effekt-Elements, wie z. B. eines Magnetowiderstands-(MR-; MR = magnetoresistance)Elements, annehmen. Ein MR-Element kann aus jedem Typ einer MR-Vorrichtung hergestellt sein, die eine anisotrope Magnetowiderstands-(AMR-; AMR = anisotropic magnetoresistance)Vorrichtung, eine sehr große Magnetowiderstands-(GMR-; GMR = giant magnetoresistance)Vorrichtung und eine Tunnelmagnetowiderstands-(TMR-; TMR = tunneling magnetoresistance)Vorrichtung mit einem Magnettunnelübergang (MTJ (= magnetic tunnel junction), was ferner als ein spinabhängiges Tunneln oder „SDT” (= spin-dependent tunneling) bekannt ist) aufweist, jedoch nicht darauf begrenzt ist.
Das erfassende Element 16 ist innerhalb einer Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung 20, die verschiedene herkömmliche Schaltungen, die in Betrieb sind, um das Magnetfeldsignal 18 gemeinsam zu erzeugen, enthalten kann, gezeigt. Zusätzlich zu dem erfassenden Element 16 enthält allgemein die Schaltung 20 mindestens einen Verstärker 22 zum Verstärken des Ausgangssignals des erfassenden Elements 16. Die Schaltung 20 kann eine Zerhacker-(englisch: chopper)Stabilisierung implementieren, durch die eine Versorgungsspannung mit Kontakten des Hall-Effekt-Elements durch eine Modulationsschalterschaltung abwechselnd verbunden wird, und das modulierte Signal wird dann durch den Verstärker demoduliert, um das Magnetfeldsignal ohne eine Versatz-(Offset-)Spannung zu liefern, die den Halbleiter-Hall-Effekt-Elementen zugeordnet ist. Ferner oder alternativ kann die Schaltung 20 ein Offsetanpassungsmerkmal, durch das das Magnetfeldsignal innerhalb des Leistungsversorgungsbereichs des Sensors zentriert wird, und/oder ein Gewinnanpassungsmerkmal implementieren, durch das der Gewinn des Magnetfeldsignals angepasst wird, um von Spitze zu Spitze innerhalb des Versorgungsbereichs zu maximieren, ohne ein Abschneiden zu verursachen.
Der Sensor 10 weist ferner eine Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung 24 und eine Ausgangsschaltung 26 auf. Die Ausgangsschaltung 26 ist gezeigt, um ein Latch 27 und eine Ausgangsstufe 28 aufzuweisen. Die Schaltung 24 ist gezeigt, um ein Tiefpassfilter 30 und eine Komparatorschaltung 32, die das Magnetfeldsignal 18 verarbeitet, um ein Komparatorausgangssignal 34 zu erzeugen, aufzuweisen. Das Komparatorausgangssignal 34 wird zu dem Latch 27 geliefert. Das Latch 27 zwischenspeichert ansprechend auf das Komparatorausgangssignal 34 den Zustand dieses Ausgangssignals. Das Ausgangssignal des Latch 27, ein Latchausgangssignal 36, wird zu der Ausgangsstufe 28 geliefert, die dazu dient, um das Sensorausgangssignal 14 an dem Sensorausgang 12 zu liefern. Die Ausgangsstufe 28 kann als eine Totempfahl-(englisch: totem-pole) Schiebe-zieh- bzw. Gegentakt-(englisch: push-pull)Ausgangskonfiguration implementiert sein. Die Ausgangsstufe kann alternativ als eine Stromquellenausgangsstruktur implementiert sein, die zwei Pegel eines Stroms, die zwei digitale Ausgangszustände des Sensors darstellen, liefert. Da der Ausgangsstrom an den Versorgungs-/Masseleitungen geliefert wird, eliminiert die Verwendung einer Stromquellenausgangsstruktur die Notwendigkeit des Spannungsausgangssignals 12.
Um einen Niederleistungsbetrieb zu erreichen, kann der Sensor 10 für ein erstes Zeitintervall aktiviert und für ein zweites Zeitintervall deaktiviert werden. Eine Leistung wird an bestimmte Abschnitte des Sensors 10 während der ersten Zeitintervalle (oder „Wachintervalle”) angelegt, und wird von diesen Abschnitten während der zweiten Zeitintervalle (oder „Ruheintervalle”) entfernt. Auf die Messung und die anschließende Verarbeitung, die während der Wachintervalle auftritt, ist hierin als ein „Abtasten” Bezug genommen, und somit kann auf die Wachintervalle alternativ als „Abtastintervalle” oder „Abtastzeiten” Bezug genommen sein.
Weiter Bezug nehmend auf 1 ist eine Steuerschaltung oder -vorrichtung 38 vorgesehen, um eine Leistungsversorgungsspannung VCC 40, die durch eine externe Leistungsversorgung an einem VCC-Anschluss oder -Eingang 42 geliefert wird, über einen ersten VCC-Bus 44 mit den Schaltungen 20, 24, wie gezeigt, zu koppeln. Ein Steuersignal 46 ist an die Steuerschaltung 38 angelegt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist, wie in 1 dargestellt ist, die Schaltung 38 durch einen Schalter vorgesehen. Der Schalter kann beispielsweise ein Transistor, wie z. B. ein MOSFET-Bauelement, oder ein anderer Typ einer Schaltvorrichtung sein. Der Schalter 38 wird geschlossen (oder eingeschaltet), um die Schaltungen 20, 24 mit Leistung zu versorgen, wenn das Steuersignal 46 auf einem ersten Signalpegel (z. B. einem logisch hohen Pegel) ist, und geöffnet (oder ausgeschaltet), um von den Schaltungen 20, 24 Leistung zu entfernen, wenn das Steuersignal auf einem zweiten Signalpegel (z. B. einem logisch niedrigen Pegel) ist.
Wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt ist, weist der Sensor 10 eine zweite Steuerschaltung, die durch eine Einimpulsschaltung 48 vorgesehen ist, auf. Die Einimpulsschaltung 48 ist zwischen einen Sensoreingang 50 und die Steuerschaltung 38 gekoppelt. Dieselbe ist ferner über einen Kondensator 51 mit Masse gekoppelt. Die erste und die zweite Steuerschaltung 38, 48 bilden zusammen mit dem Kondensator 51 eine größere Steuerschaltung 52. Die Einimpulsschaltung 48 ist eine Vorrichtung mit einem stabilen Zustand, die ansprechend auf ein Eingangssignal den Zustand ihres Ausgangssignals für eine Zeitdauer vor dem Zurückkehren zu dem stabilen Zustand ändert. Dieselbe spricht genauer gesagt auf einen Eingangs-„Übergang” an, das heißt dieselbe wird flankenausgelöst. Dieselbe kann für ein Auslösen mit einer steigenden Flanke (Übergang mit aktiv hoch) oder ein Auslösen mit einer fallenden Flanke (Übergang mit aktiv niedrig) entworfen sein. Eine Fähigkeit eines doppelt ausgelösten Eingangs kann vorgesehen sein, um dem Endbenutzer die Wahl eines Auslösens mit einer positiven oder negativen Flanke zu ermöglichen. Die Einimpulsschaltung 48 erzeugt einen Einimpulsausgangspuls als das Steuersignal 46, das einem besonderen Übergang (oder einer Flanke) eines extern erzeugten Auslösersignals (englisch: trigger signal) 54, das an dem Sensoreingang 50 empfangen wird, folgt.
Das Auslösersignal 54 kann ein Typ eines Steuersignals, beispielsweise ein gepulstes oder getaktetes Signal, sein. Dasselbe wird durch einen externen Auslösergenerator (z. B. eine Steuerung oder einen Prozessor), mit dem der Sensor 10 bei einer Anwendung gekoppelt ist, zu dem Sensor 10 an dem Sensoreingang 50 geliefert. Das Auslösersignal 54 verursacht somit, dass die Steuerschaltung 52 während des Wachintervalls eine Messung und eine Verarbeitung („ein Abtasten”) aktiviert. Das heißt das Auslösen bzw. Triggern aktiviert die Schaltung 20, um ein Magnetfeldsignal zu erzeugen, und die Verarbeitungsschaltung 24, um dieses Magnetfeldsignal zu verwenden, um den Ausgangszustand einzustellen, der durch das Latch 27 zu Beginn des folgenden Ruheintervalls zwischengespeichert wird. Die Einimpulsschaltung 48 erzeugt insbesondere einen Ausgangspuls, das Ausgangssignal 46, um den Schalter 38 einzuschalten, der seinerseits einen Versorgungsstrom-(ICC-)Puls erzeugt. Die Einimpulsschaltung 48 erzeugt einen einzelnen Ausgangspuls bei jedem auslösenden Ereignis, unabhängig davon, ob es sich um eine ansteigende oder fallende Flanke des Eingangssignals handelt. Die Steuerschaltung 52 leitet somit einen ICC-Puls gemäß der Zeitgabe, beispielsweise einer vorbestimmten Frequenz, die durch einen externen Auslösergenerator eingestellt wird, ein. Die Schaltungen 20, 24 verbleiben in dem Ruhemodus (ziehen lediglich eine kleine Menge eines „Ruhe-”Stroms), bis ein anderer Einimpulsausgangspuls 46 an den Schalter 38 angelegt wird, um die Schaltungen 20, 24 für einen Betrieb in einem neuen Wach-/Abtastintervall zu aktivieren.
Der ICC-Puls hat mindesten eine vorbestimmte minimale Dauer, die dem Wach- oder Abtastintervall entspricht. Die Einimpulsausgangspulsdauer (und daher die ICC-Pulsdauer) ist durch Werte einer internen Zeitgabe der Einimpulsschaltung 48 und des Kondensators 51 bestimmt. Der Sensor 10 erfordert für einen korrekten Betrieb einen geeignet zeitgesteuerten ICC-Puls. Die Steuerschaltung 52 muss daher entworfen sein, um die minimale Zeit zu liefern, die die Sensorschaltungen 20, 24 benötigen, um eine gültige Abtastung zu erzeugen. Das Auslösersignal 54 könnte kleiner oder größer als der resultierende ICC-Puls sein. Wie in der Technik bekannt ist, kann die Einimpulsschaltung 48 mit einer zusätzlichen Pulssteuerung in der Form eines Neuauslösers und/oder einer Löschfunktion vorgesehen sein, die ermöglicht, dass die Pulsdauer jeweils ausgedehnt oder reduziert wird. Ein Neuauslösen kann verwendet werden, um die Sensorvorrichtung weiter in einem Vollleistungsmodus (in einem 100%-Arbeitszyklus bzw. Tastverhältnis), wenn gewünscht, in Betrieb zu halten.
Die Wahl eines Kondensators für den Kondensator 51 kann gemäß der Zeitgabe und möglichen anderen Erfordernissen der Anwendung vorgenommen werden. Derselbe kann beispielsweise der Typ einer Struktur sein, die in der US-Patentanmeldung Nr. 12/198,191, mit dem Titel „Methods and Apparatus for Integrated Circuit Having Integrated Energy Storage Device”, eingereicht am 28. August 2008, mit den Erfindern William P. Taylor, Karl P. Scheller und Andrea Foletto und übertragen an die Allegro Microsystems, Inc., die die Bevollmächtigte der gegenständlichen Anmeldung ist, beschrieben ist. Obwohl ein Kondensator in der Fig. gezeigt ist, ist die Verwendung von anderen Typen von Energiespeicherungsvorrichtungen, wie Induktoren, ebenfalls denkbar.
Die Ausgangsstufe 28 liefert das Sensorausgangssignal 14 mit einem ersten Signalpegel, wenn ein Magneterzeugnis innerhalb eines vorbestimmten Abstands des Sensors ist, und mit einem zweiten Signalpegel, wenn das Magneterzeugnis nicht innerhalb eines vorbestimmten Abstands des Sensors 10 ist. Das Latch 17 ist in Betrieb, um den Zustand des Komparatorausgangssignals 34 bei der fallenden Flanke jedes Strompulses, die dem Ende jedes Wachintervalls entspricht, zwischenzuspeichern. Das Latch 27 und die Ausgangsstufe 28 sind über einen zweiten VCC-Bus 56 mit VCC direkt gekoppelt. Eine interne Schaltungsanordnung des Sensors 10 ist durch einen GND-Anschluss 58 mit Masse (englisch: ground) verbunden.
Der Sensor 10 kann in der Form einer integrierten Schaltung (IC; IC = integrated circuit), die ein Halbeitersubstrat, an dem verschiedene Schaltungselemente gebildet sind, enthält, vorgesehen sein. Die Schnittstelle einer solchen IC ist in der Fig. durch gestrichelte Linien angegeben und hat mindestens einen Stift, um jeweils dem Eingangsstift 50, dem VCC-Eingang oder -Anschluss 42, dem GND-Anschluss 58 und abhängig von der Ausgangsstufenimplementierung dem Ausgang (VOUT) 12 zu entsprechen. Es ist offensichtlich, dass die Funktionalität der IC, das heißt der Schaltungselemente, die innerhalb derselben enthalten sind, variiert sein kann, um zu einer speziellen Anwendung zu passen.
Bezug nehmend auf 2 verwendet ein alternatives Ausführungsbeispiel des Sensors 10, der als ein Sensor 10' gezeigt ist, das VCC als das Einimpulsauslösersignal. Bei einer Implementierung, wie in 2 gezeigt ist, kann der Sensor 10' eine Puls-(oder Wellenform-)Steuervorrichtung 60 zwischen der VCC 40 und der Einimpulsschaltung 48 aufweisen. Bei einer solchen Implementierung wird ein gepulstes Versorgungsspannungssignal zu der Einimpulsschaltung 48 als ein Einimpulsauslösersignal 62 geliefert. Die Pulssteuervorrichtung 60 kann eine Puls erzeugende Schaltung sein, die beispielsweise eine andere Einimpulsschaltung, einen Kondensator oder Induktor aufweist, um das Versorgungsspannungssignal 40 mit dem Eingang der Einimpulsschaltung 48 zu koppeln. Bei noch einer anderen Implementierung kann die VCC 40 direkt an den Eingang der Einimpulsschaltung gebunden sein. Der Entwurf und/oder die Umfassung der Vorrichtung 60 in dem Sensor 10' hängt von den Charakteristiken des VCC-Signals 40, das an dem VCC-Anschluss 42 geliefert wird, ab. Einige Anwendungen sind bekannt, um über eine externe batteriesparende Schaltung eine gepulste (oder kippende) VCC zu dem Sensor als die Versorgungsspannung des Sensors zu liefern. Andere Anwendungen können eine konstante Versorgungsspannung verwenden. Es gibt natürlich Verfahren zum Entwickeln einer Einimpulsschaltung mit ebenso einem erzwungenen Signalfeuerstartzustand. Wie im Vorhergehenden hinsichtlich des Sensors 10, der in 1 gezeigt ist, erwähnt ist, kann die Ausgangsstufe 28 in dem Sensor 10' als eine Stromquellenausgangsstruktur implementiert sein. Bei einer Stromquellenausgangsstrukturimplementierung, wie sie früher erwähnt ist, wird zwischen den VCC- und GND-Anschlüssen ein Stromausgangssignal geliefert. Dieser Typ einer Ausgangsstufe kann den Sensor 10' zur Verwendung bei Anwendungen, die eine 2-Draht-Schnittstelle für einen Kabelbaum mit einem niedrigeren Aufwand erfordern, attraktiver machen.
3 zeigt darstellende Signalwellenformen 70 für einen Niederleistungssensorbetrieb basierend auf einem Auslösersignal, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1–2 beschrieben ist. Bezug nehmend auf 1–3 weisen Wellenformen 70 eine Wellenform 72, die dem Auslösersignal 54 (1) oder dem Auslösersignal 62 (2) entspricht, eine Wellenform 74, die dem Ausgangssignal 34 entspricht, eine Wellenform 76, die der VCC 40 entspricht, und eine Wellenform 78, die dem Versorgungsstrom ICC entspricht, auf. Es ist offensichtlich, dass bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das VCC-Signal 40 direkt zu dem Einimpulsschaltungseingang geliefert wird, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 2 erläutert ist, die Auslösersignalwellenform ebenfalls die VCC-Wellenform ist. Bei dem gezeigten Beispiel beginnt die Zeitgabefolge für einen Abtastbetrieb mit dem Auslösersignal (der Wellenform 72), das zu einem hohen Pegel übergeht. Ansprechend auf diesen Übergang erzeugt die Einimpulsschaltung 48 einen Ausgangspuls, um den Schalter 38 zu schließen (oder einzuschalten). Der Schalter 38 erzeugt dann einen Versorgungsstrom-(oder ICC-)Puls 80. Der Versorgungsstrompuls 80 entspricht dem Versorgungsstrom, der während eines Abtastintervalls 82 zu den Schaltungen 20, 24 geliefert wird. Das Abtastintervall 82 definiert die Periode, in der eine Magnetfeldstärkenmessung vorgenommen und verarbeitet (wie im Vorhergehenden beschrieben ist) wird. Das Abtastintervall 82 endet damit, dass der Zustand des Ausgangssignals 34 (der Wellenform 74) aktualisiert ist, was hier als ein Übergehen zu einem hohen Pegel gezeigt ist. Das heißt das dargestellte Beispiel basiert auf einem Magnetfeldpegel, der einer Ausgangssignaländerung zugeordnet ist. An dem Ende des Abtastintervalls 82 geht der Versorgungsstrom von einem Wachstromwert zu einem Ruhestromwert und verbleibt auf diesem Pegel, bis ein anderer ICC-Puls durch die nächste ansteigende Auslöserflanke eingeleitet wird. Die Ausgangsdaten, die während der Abtastzeit erzeugt werden, werden bei der fallenden Flanke des Strompulses zwischengespeichert und gehalten, bis die nächste Abtastung auftritt.
Ein typischer ICC-Strom während des Abtast-/Wach-Intervalls kann etwa 1,5 mA sein. In dem „Ruhe-”Intervall kann ein typischer ICC-Ruhestrom kleiner als 75 nA sein. Der Strom, der somit durch den Niederleistungsmodus während des Ruheintervalls gezogen wird, ist somit eine beträchtliche Reduzierung hinsichtlich der Leistung gegenüber derselben, die während des Wachintervalls verbraucht wird. Ein Endbenutzer kann, nachdem er bestimmt hat, wie oft Messungen für eine gegebene Anwendung zu aktualisieren sind, die Aufweckrate des Sensors 10 (oder 10') auf das Minimum einstellen, das durch die Anwendung ermöglicht ist, was die Periode, in der die Schaltungen 20, 24 in dem Ruhemodus sind, verlängert (und somit den Leistungsverbrauch reduziert).
Wie im Vorhergehenden erwähnt ist, kann unter Bezugnahme auf 2 die Ausgangsstufe für eine 2-Draht-Konfiguration angepasst sein. Bei der 2-Draht-Konfiguration verbleibt mit einem gepulsten VCC-Auslöser, wenn das Ausgangssignal zu einem hohen Ausgangsstromzustand (unter der Annahme, dass der Sensor 10' ein adäquates Magnetsignal erfährt) geht, dasselbe in diesem Zustand, bis der Sensor neu mit Leistung versorgt wird und das nächste Abtasten auftritt. Das Ausgangssignal verbleibt sonst in dem niedrigen Stromausgangszustand.
Dieses Niederleistungsauslöseverfahren für eine automatische Ein-/Aus-Steuerung eines Niederleistungsbetriebs kann auf irgendeinen Typ eines digitalen Ausgangsschaltsensors, einschließlich Schalter und Latches, angewendet sein. Dasselbe kann ferner bei anderen Typen von Sensoren, beispielsweise Sensoren, die interne Architekturen (Schaltungen 20, 24, 26), die für lineare und Strom erfassende Anwendungen angepasst sind, haben, genutzt sein. Einige Strom erfassende Anwendungen, wie z. B. industrielle oder Leistung überwachende Heimanwendungen, erfordern insbesondere möglicherweise keine momentane Strommessung. Das Vornehmen von Strommessungen zu Abtastzeiten gemäß dem Niederleistungsauslöseverfahren kann mehr als adäquat sein. Um einen solchen Betrieb zu unterstützen, kann es wünschenswert sein, in oder als ein Teil der Ausgangsstruktur 26 für den Sensor 10, 10', der als ein Stromsensor in Betrieb ist, einen Analog-zu-digital-Wandler, um eine digitale Darstellung eines analogen Strompegels zu erzeugen, und Latches, um diese digitale Darstellung zu halten, aufzuweisen. Das Niederleistungsabtastverfahren ist für jeden Sensorentwurf nützlich, der niedrige Abtastraten und außerdem Abtastzeiten erfordert, die nicht von einem internen Takt abhängen.
Der Sensor 10, 10' kann für einen weiten Bereich von Niederleistungs-Endbenutzeranwendungen einsatzfähig sein. Derselbe ist insbesondere für sowohl eine batteriebetriebene Ausstattung, wie z. B. Mobil-(Zellen- und kabellose)Telefone, tragbare Medienspieler, Handspielvorrichtungen, mobile PC (einschließlich Piepsern (englisch: pager), Palmtops oder Handcomputern, persönlichen digitalen Assistenten und dergleichen), als auch ein industrielles Messen und für einen Ersatz eines mechanischen Schalters (z. B. eines Reed-Schalters) attraktiv. Die Reduzierung des Leistungsverbrauchs verlängert die Verfügbarkeit von batteriebetriebenen Funktionen und ermöglicht ferner eine Reduzierung der Batteriegröße und des Batteriegewichts. Bei Mobiltelefonanwendungen kann insbesondere der Niederleistungssensor 10, 10' für ein Erfassungsschema eines geöffneten oder geschlossenen Deckels verwendet sein, das in Betrieb ist, um einzuschalten, wenn der Deckel geöffnet ist, und auszuschalten, wenn beispielsweise der Deckel geschlossen ist. Dieser Typ eines Betriebs kann auf andere batteriebetriebene Vorrichtungen mit einem Deckel/einer Abdeckung, z. B. eine Digitalkamera oder ein Kameratelefon, angewendet sein.
4 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Anwendung 90, die den Sensor 10 (oder Sensor 10') für ein Niederleistungserfassen nutzt. Die Anwendung 90 weist einen Auslösergenerator, der als eine Mikrosteuerung oder ein Prozessor 92, der mit dem Sensor 10 gekoppelt ist, gezeigt ist, auf. Der Sensor 10 ist in einer engen Nähe zu einer Magnetflussquelle 94, die als ein Magneterzeugnis 94, das sich in einem Zielabschnitt („Ziel”) 96 befindet, der Anwendung gezeigt ist, angeordnet. Die Magnetflussquelle 94 kann natürlich jede Vorrichtung oder Struktur sein, die einen Magnetfluss bei einer gegebenen Magnetfeld erfassenden Anwendung erzeugt. Dieselbe kann implementiert sein, um einen Permanentmagneten, wie z. B. einen Ringmagneten oder einen Zweipolmagneten, aufzuweisen. Dieser Magnet kann mit einer „Ziel-”Vorrichtung, das heißt einem zu erfassenden Objekt, wie z. B. einer sich bewegenden oder sich drehenden Vorrichtung, gekoppelt sein oder in derselben angebracht sein. Andere mögliche Magnetflussquellen können Elektromagnete (z. B. Strom transportierende Drahtleiter und Spulen), wie z. B. dieselben, die bei Strom erfassenden Anwendungen, Magnet-/Spulen-Anordnungen und anderen Strom transportierenden Vorrichtungen, die Magnetfelder erzeugen, verwendet sind, aufweisen.
Der Prozessor 92 liefert zu dem Sensor 10 und insbesondere zu der Einimpulsschaltung 48 (von 1–2) das Eingangsauslösersignal 54. Das erfassende Element 16 des Sensors 10 erfasst ein Magnetfeld 98, das dem Magneterzeugnis 94 zugeordnet ist, und erzeugt anschließend das Sensorausgangssignal 14. Bei der dargestellten Anwendung wird das Ausgangssignal 14 zu dem Prozessor 92 geliefert (kann jedoch stattdessen zu einer anderen Vorrichtung geliefert werden). Die Steuerung oder eine Leistungsquelle kann alternativ anstatt mit dem Auslösersignal 52 mit einem VCC-Signal (das der Sensor als ein VCC-Auslösersignal 40 oder um ein VCC-Auslösersignal 62, wie in 2 gezeigt ist, zu erzeugen, verwendet) versorgen.
Bei einem Klapptelefon mit einem Erfassungsschema eines geöffneten oder geschlossenen Deckels (oder Abdeckung), wie im Vorhergehenden erörtert ist, kann sich das Magneterzeugnis 94 in der Abdeckung (die dem Zielabschnitt 96 entspricht) befinden, und der Sensor 10 und die Mikrosteuerung 92 können sich in der Basis des Telefons befinden. Bei einer solchen Anordnung liefert das Ausgangssignal 14 basierend darauf, ob ein Magnetfeld einer vorbestimmten Stärke erfasst wird, eine Angabe, ob die Abdeckung geöffnet oder geschlossen ist.
Alle hierin zitierten Bezugnahmen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Da die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es nun für Fachleute offensichtlich, dass andere Ausführungsbeispiele, die ihre Konzepte enthalten, verwendet sein können. Es wird daher angenommen, dass diese Ausführungsbeispiele nicht auf offenbarte Ausführungsbeispiele begrenzt sein sollten, sondern vielmehr lediglich durch den Geist und Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt sein sollten.
Zusammenfassung
Mikroleistungsmagnetschalter
Ein Sensor, der eine Leistungsverwaltungseinrichtung hat, die durch ein externes Auslösersignal gesteuert wird, ist dargestellt. Der Sensor weist eine Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und eine Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist, auf. Die Steuerschaltung, die auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, leitet einen Versorgungsstrompuls ein, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.

Claims

Sensor mit: einer Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung; und einer Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.
Sensor nach Anspruch 1, der ferner eine Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung aufweist, die mit der Steuerschaltung und der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist, wobei die Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung durch den Versorgungsstrompuls aktiviert wird, um einen Zustand für ein Ausgangssignal basierend auf einem Ausgangssignal von der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung einzustellen.
Sensor nach Anspruch 1, mit ferner einem Eingang, der konfiguriert ist, um ein gepulstes Signal, das durch eine externe Steuerung erzeugt wird, als das extern erzeugte Auslösersignal zu empfangen.
Sensor nach Anspruch 1, mit ferner einem Spannungsversorgungseingang, und wobei der Sensor konfiguriert ist, um ein gepulstes Leistungsversorgungssignal, das auf einem Versorgungssignal, das bei dem Spannungsversorgungseingang empfangen wird, basiert, als das extern erzeugte Auslösersignal zu verwenden.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung ein erfassendes Element, das mindestens ein Hall-Effekt-Element aufweist, aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung ein erfassendes Element, das mindestens ein Magnetowiderstands-(MR-; MR = magnetoresistance)Element aufweist, aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die Steuerschaltung eine Einimpulsschaltung aufweist, um das extern erzeugte Auslösersignal als ein Auslösereingangssignal zu empfangen und ansprechend darauf einen Einimpulsausgangspuls zu liefern.
Sensor nach Anspruch 7, bei dem die Steuerschaltung ferner einen Schalter, der mit der Einimpulsschaltung verbunden ist, aufweist, der betreibbar ist, um ansprechend auf den Einimpulsausgangspuls zu der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung den Versorgungsstrompuls zu liefern.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem der Versorgungsstrompuls ein Wachintervall definiert, während dessen die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung aktiviert ist, und die Zeit zwischen dem Versorgungsstrompuls und einem nächsten Versorgungsstrompuls ein Ruheintervall definiert, während dessen die Magnetfeld erzeugende Schaltung deaktiviert ist.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und die Steuerschaltung als eine integrierte Halbleiterschaltung integriert sind.
System mit: einer Steuerung; und einem Sensor, der mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei der Sensor eine Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und eine Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und auf ein extern erzeugtes Auslösersignal anspricht, aufweist, wobei die Steuerschaltung betreibbar ist, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.
System nach Anspruch 11, bei dem der Sensor ferner eine Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung, die mit der Steuerschaltung und der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist, aufweist, wobei die Magnetfeldsignal verarbeitende Schaltung durch den Versorgungsstrompuls aktiviert wird, um einen Zustand für ein Ausgangssignal basierend auf einem Ausgangssignal von der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung einzustellen.
System nach Anspruch 11, bei dem der Sensor ferner einen Eingang, der konfiguriert ist, um ein gepulstes Signal, das durch die Steuerung erzeugt wird, als das extern erzeugte Auslösersignal zu empfangen.
System nach Anspruch 11, bei dem der Sensor ferner einen Spannungsversorgungseingang aufweist, und bei dem der Sensor konfiguriert ist, um ein gepulstes Leistungsversorgungssignal, das auf einem Versorgungssignal, das an dem Spannungsversorgungseingang empfangen wird, basiert, als das extern erzeugte Auslösersignal zu verwenden.
System nach Anspruch 11, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung ein erfassendes Element, das mindestens ein Hall-Effekt-Element aufweist, aufweist.
System nach Anspruch 11, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung ein erfassendes Element, das mindestens ein Magnetowiderstands-(MR-; MR = magnetoresistance)Element aufweist, aufweist.
System nach Anspruch 11, bei dem die Steuerschaltung eine Einimpulsschaltung aufweist, um das extern erzeugte Auslösersignal als ein Auslösereingangssignal zu empfangen und ansprechend darauf einen Einimpulsausgangspuls zu liefern.
System nach Anspruch 17, bei dem die Steuerschaltung ferner einen Schalter, der mit der Einimpulsschaltung verbunden und betreibbar ist, um ansprechend auf den Einimpulsausgangspuls den Versorgungsstrompuls zu der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung zu liefern, aufweist.
System nach Anspruch 11, bei dem der Versorgungsstrompuls ein Wachintervall definiert, während dessen die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung aktiviert ist, und die Zeit zwischen dem Versorgungsstrompuls und einem nächsten Versorgungsstrompuls ein Ruheintervall definiert, während dessen die Magnetfeld erzeugende Schaltung deaktiviert ist.
System nach Anspruch 11, bei dem die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung und die Steuerschaltung als eine integrierte Halbleiterschaltung integriert sind.
Sensor mit: einer Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung; und einer Steuerschaltung, die mit der Magnetfeldsignal erzeugenden Schaltung gekoppelt ist und die eine erste Steuerschaltung und eine zweite Steuerschaltung aufweist, wobei die zweite Steuerschaltung auf ein Auslösersignal anspricht, um einen Ausgangspuls zu erzeugen, und die erste Steuerschaltung auf den Ausgangspuls anspricht, um einen Versorgungsstrompuls einzuleiten, der die Magnetfeldsignal erzeugende Schaltung für ein vorbestimmtes Zeitintervall aktiviert.