DE19521617C1 - Sensorchip zur Bestimmung eines Sinus- und eines Cosinuswertes sowie seine Verwendung zum Messen eines Winkels und einer Position - Google Patents
Sensorchip zur Bestimmung eines Sinus- und eines Cosinuswertes sowie seine Verwendung zum Messen eines Winkels und einer PositionInfo
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- G01R33/09—Magnetoresistive devices
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorchip mit magnetfeldabhängigen
Widerstandsschichten sowie seine Verwendung in der berührungslosen Winkel- und Positionsmessung.
Die Vorteile der Anwendung von Sensorchips, deren Dünnschichtwiderstände den anisotro
pen magnetoresistiven Effekt zeigen, werden beispielsweise in der Schrift von A. Petersen
und T. Rinschede "Berührungslose Winkelmessung mit magnetoresistiven Sensoren" in der
Elektronik 6/1994, S. 91-93, für solche Messungen bereits herausgestellt. Nachteilig bei der
Verwendung einer einzigen Sensorbrücke erweist sich der stark begrenzte Meßbereich und
die starke Temperaturabhängigkeit des Ausgangssignales der Brücke. Deshalb werden be
reits in der Patentschrift DE 43 17 512 und in dem Aufsatz von A. Petersen "Berührungslose
Winkelmessung" in Design & Elektronik Sensortechnik, Mai 1995, S. 64-66 Sensorchips mit
zwei Brücken für die Bestimmung des Sinus- und Cosinuswertes des Winkels eines Magnet
feldes zu einer Kante des Sensorchips beschrieben. Der Winkel wird hier aus dem Verhält
nis beider Brückenausgangssignale erhalten. Da beide Sensorbrücken auf demselben Chip
angeordnet sind, ist ihre Temperatur von nur geringer Differenz, und damit wird das Ver
hältnis beider Ausgangssignale weitgehend temperaturunabhängig. Als nachteilig bei beiden
Sensorchips erweist sich jedoch, daß die magnetoresistiven Streifenleiter, die die Brücken
widerstände bilden, eine Formanisotropie haben, die die Eigenanisotropie der unendlich
ausgedehnten Schicht bei weitem übertrifft. Je größer die Gesamtanisotropie des jeweiligen
Schichtstreifens ist, desto größer ist auch die Abweichung der Richtung des äußeren Ma
gnetfeldes von der Magnetisierungsrichtung im Inneren des Schichtmaterials. Das Brücken
ausgangssignal entspricht jedoch immer der Richtung der inneren Magnetisierung. Damit
treten Abweichungen auf, die sich als entsprechende Fehler in der Winkelmessung bemerk
bar machen. Eine Korrektur dieser Fehler in der Auswertung wird dadurch äußerst kompli
ziert, daß magnetoresistive Schichtstreifen mit unterschiedlicher Längsrichtung und unter
schiedlicher Länge benutzt werden. Damit sind die Abweichungen in jedem magnetoresisti
ven Schichtstreifen von anderer Größe. Deshalb bleibt bei den beschriebenen Anordnungen
nur die Beseitigung der Fehler durch den Einsatz von Magneten mit sehr hoher Feldstärke.
Das bedeutet, daß Magnete mit erheblichem Volumen aus Magnetmaterialien, die hohe
Feldstärken liefern, benutzt werden müssen und nur relativ geringe Abstände zwischen Ma
gnet und Sensorchip bestehen dürfen. Ersteres führt zu hohen Kosten, letzteres zu geringen
Montagetoleranzen.
Ein weiterer Mangel der Anwendung von langen Magnetschichtstreifen unterschiedlicher
Längsrichtung auf der Chipfläche ist rein geometrisch bedingt. Die gesamte Chipfläche kann
wegen der Winkel von etwa 45° zwischen den Streifen nicht zur Unterbringung der Schicht
mit magnetfeldabhängigem Widerstand genutzt werden. Damit ist eine größere Chipfläche
erforderlich, was unbedingt zu höheren Chipkosten führt.
Der Einfluß der Anisotropie der Schichten wird bei einer in der Patentschrift EP 0 217 478
B1 beschriebenen Anordnung, die den planaren Hall-Effekt in magnetoresistiven Schichten
nutzt, weitgehend vermieden. Hier ergibt sich jedoch der Nachteil, daß nur sehr geringe
Elementewiderstände realisierbar sind. Das führt unmittelbar auch zu geringen Ausgangs
spannungen der Meßelemente, da diese den angelegten Betriebsspannungen proportional
sind.
Dazu kommt, daß bei Verwendung von kreisförmigen Dünnschichtbereichen mit
näherungsweise punktförmiger Stromeinspeisung am Kreisumfang die Richtung der
Stromlinien nicht parallel ist. So ist immer eine Richtungsverteilung des Stromes gegenüber
der Richtung der Magnetisierung vorhanden und die bei parallelen Stromlinien maximale
Widerstandsänderung der Magnetschicht wird bei weitem nicht erreicht. Entsprechend der
so verringerten Widerstandsänderung ist auch das Ausgangssignal verkleinert. Auch bei
Anwendung von kreisbogenförmigen Widerstandsstreifen anstelle der kreisförmigen ist eine
Richtungsverteilung vorhanden. Dadurch wird ein Abfall der Ausgangsspannungsamplitude
gegenüber der maximal möglichen um einen Faktor 2 bewirkt. Bei schmalen Leiterzügen,
wie sie für die kreisbogenförmigen Schichtleiter verwendet werden, hat darüber hinaus die
Formanisotropie schon wieder einen erheblichen Wert, so daß größere Abweichungen
zwischen der zu messenden Feldrichtung und der Magnetisierung der Schicht auftreten. Im
Falle dieser schmalen Schichtleiter bei der vorgeschlagenen rotationssymmetrischen
Anordnung ist weiterhin eine Ausnutzung der Chipfläche als empfindliche Sensorfläche nur
in geringem Maße möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sensorchip zur Bestimmung des
Sinus- und Cosinuswertes des Winkels zwischen einem Magnetfeld und einer Linie auf dem
Sensorchip anzugeben, der geringe Feldstärken benötigt, der mit einer geringen Chipfläche
auskommt, der große Signalamplituden liefert und der große Abstände zwischen Magnet und
Sensorchip zuläßt, sowie Verwendungen des Sensorchips in Anordnungen anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Sensorchips durch den im Haupt
anspruch beschriebenen Sensorchip und hinsichtlich der Verwendung des
Sensorchips durch die in den Ansprüchen 11 und 14 angegebenen Merkmale
gelöst.
Besondere Ausführungssorten der Erfindung sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Die Brückenwiderstände sind aus einer Vielzahl
von magnetoresistiven Schichtelementen aufgebaut. Diese Schichtelemente beinhalten
hochleitfähige Dünnschichtflächen mit jeweils zwei gegenüberliegenden Kanten, durch die
die Stromrichtung in den Schichtelementen festgelegt wird. Dadurch, daß die Stromrichtun
gen in den Widerständen derselben Brücke um 90° gegeneinander verdreht sind, wird die für
die Brücken notwendige gegenläufige Widerstandsänderung der Widerstände in jedem
Brückenzweig erhalten. Der Winkel von 45° zwischen den Kanten der Schichtelemente der
Sinus- und der Cosinusbrücke ist die Voraussetzung für die Phasenverschiebung von 90°,
die zwischen den beiden Ausgangssignalen der Brücken besteht. Die Schichtelemente sind
so gestaltet, daß sie nur vernachlässigbare Formanisotropien aufweisen. Das ergibt sich
schon allein aus der Tatsache, daß ihre Länge sich nicht wesentlich von ihrer Breite unter
scheidet. Solche Schichtelemente können nur einen sehr begrenzten Widerstand haben.
Deshalb wird eine Vielzahl von ihnen in Reihe geschaltet. An den sich damit ergebenden
hohen Widerstand kann ohne hohe Wärmeerzeugung auf der Chipfläche eine große Be
triebsspannung angelegt werden. Damit werden hohe Ausgangsspannungen der Brücken
ermöglicht, da diese der angelegten Betriebsspannung proportional sind. Die hier mögliche
geringe Formanisotropie und eine geringe Eigenanisotropie der magnetoresistiven Schicht
bedingen eine geringe Abweichung der Richtung der inneren Magnetisierung der Schicht
elemente von der äußeren Feldrichtung, so daß die Feldrichtung mit hoher Genauigkeit aus
den Ausgangssignalen der beiden Sensorbrücken ermittelt werden kann.
Durch die Verwendung der gleichen geometrischen Figur und der gleichen Abmessungen für
alle magnetoresistiven Schichtelemente sind die Gesamtanisotropien derselben überall
gleich und es treten mit der Winkelverdrehung des Sensorchips gegenüber dem Magnetfeld
keine winkelabhängigen systematischen Abweichungen auf.
Die Ausbildung der magnetoresistiven Schichtelemente als Quadrate hat den Vorteil, daß
eine Abweichung bei der Justage der Struktur der hochleitfähigen Dünnschichtflächen ge
genüber den magnetoresistiven Quadraten in den vier unterschiedlichen gegeneinander
verdrehten Lagen keine Widerstandsänderung der magnetoresistiven Schichtelemente be
wirkt und dadurch die Brücken schon bei der Schichtherstellung mit sehr geringer Offset-
Spannung entstehen.
Die Anordnung aller Kontaktflächen für den Anschluß der Betriebsspannung und der Aus
gangsspannungen entlang einer Kante des Sensorchips führt zu dem Vorteil, daß sich die
magnetfeldempfindliche Fläche des Sensors nahe der gegenüberliegenden Kante befindet
und so mit geringem Abstand zu magnetfelderzeugenden Teilen wie Spulen oder Dauerma
gneten positioniert werden kann. Hier sind weit größere Magnetfeldstärken vorhanden als in
größeren Abständen, so daß die Messung des Sinus- und Cosinuswertes des Winkels zum
Magnetfeld mit kleinerem Fehler erfolgt.
Die Anordnung aller magnetoresistiven Schichtelemente, der Verbindungsleitungen und der
Kontaktflächen in einer Ebene vermeidet Leitungsüberkreuzungen und damit die Notwendig
keit der Herstellung von Isolationsschichten.
Die beschriebene Sensorchipanordnung ist zur Messung eines Winkels geeignet, der zwi
schen einer Kante des Sensorchips und der Richtung eines Magneten eingeschlossen ist.
Im speziellen Fall ist der Sensor über einem Stabmagneten so angeordnet, daß die Mittel
senkrechte der empfindlichen Fläche des Sensorchips in einer Linie mit der Mittelsenkrech
ten des Stabmagneten ist und die Magnetisierungsrichtung des Stabmagneten senkrecht zu
dieser Mittelsenkrechten steht. Wie bei bekannten magnetoresistiven Sensoren wird bei ei
ner Drehung des Stabmagneten um 180° eine volle Sinus- und Cosinusperiode an den bei
den Brückenausgängen gemessen. Aus dem Sinus- und Cosinussignal entsteht durch Ver
hältnisbildung der Tangens des zu messenden Winkels. Durch die Verhältnisbildung wird
das Ergebnis sowohl von der Temperatur des Sensorchips als auch von der Temperatur des
Magneten unabhängig.
Für hohe Winkelauflösungen wird der Sensorchip in der Nähe des Umfangs eines Polrades
angeordnet, das mindestens auf seiner Oberfläche abwechselnd in entgegengesetzter
Richtung magnetisiert ist. Da das Magnetfeld aus den Nordpolen des Polrades senkrecht
austritt und in die Südpole senkrecht eintritt, liegt jeweils zwischen den zwei Polen eine Dre
hung der Magnetfeldrichtung um 180° vor. Damit ergibt sich an den Ausgängen des Sensor
chips jeweils eine ganze Periode des Sinus- und des Cosinussignales. Die Zahl der am Sen
sor vorbei bewegten Pole wird nach bekannten inkrementalen Zählverfahren ermittelt. Die
genaue Winkelposition zwischen den Polen wird wieder durch Verhältnisbildung beider Aus
gangssignale erhalten. Vorteilhafterweise ist der winkelbestimmende Sensorchip für die
Messung bei den unterschiedlichsten Polabständen von Polrädern geeignet.
Zur Messung einer Position wird eine magnetfelderzeugende Anordnung, die unter anderem
eine Spule oder ein Stabmagnet sein kann, gegenüber dem Sensorchip in einer Richtung
bewegt. Ist beispielsweise der Sensorchip so angeordnet, daß er sich auf einer Parallelen
der Achse des Stabmagneten, in deren Richtung dieser auch magnetisiert ist, bewegt, ist die
Position aus dem Winkel des Magnetfeldes gegen diese Parallele, den der Sensor mißt,
eindeutig bestimmbar. Als Vorteil ergibt sich auch hier, daß die Temperatur des Magneten
und auch des Sensorchips keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Dazu kommt, daß
eine lineare Zuordnung des gemessenen Winkels zur Position mit geringem Fehler möglich
ist. Der Abstand zwischen Magnet und Sensorchip kann von der Größe der halben Magnet
länge sein. Abstandsschwankungen führen bei Einschränkung des zu messenden Weges
auf etwa die halbe Magnetlänge zu keinem Positionsfehler.
Wird statt des einfachen Stabmagneten ein Magnet eingesetzt, der in Bereichen, die in Be
wegungsrichtung eine bestimmte Länge haben, in abwechselnder Richtung magnetisiert
sind, so ist analog zur oben beschriebenen Winkelmessung mit Polrad eine hochauflösende
inkrementale Längenmessung möglich. Als Vorteil für den Einsatz des erfindungsgemäßen
Sensorchips ergibt sich wieder, daß er für alle Periodenlängen des in abwechselnder Rich
tung magnetisierten Magneten geeignet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen und von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Schaltung von zwei parallelen Wheatstone-Brücken entsprechend dem Stand der
Technik und der Erfindung,
Fig. 2 eine spezielle Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorchips,
Fig. 3 einen gekennzeichneten Ausschnitt aus Fig. 2,
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Sensorchip mit einem Stabmagneten zur Winkelmessung,
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Sensorchip mit einem Polrad zur hochauflösenden
Winkelmessung,
Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Sensorchip mit einem linear beweglichen Magneten zur
Positionsmessung,
Fig. 7 die Abhängigkeit des Positionsfehlers von der gemessenen Position einer Anordnung
mit Sensorchip und Stabmagnet.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild von zwei parallel geschalteten Wheatstone-Brücken. Die erste
Brücke besteht aus den Widerständen 1.1; 1.2; 1.3 und 1.4, und wird als Sinusbrücke be
zeichnet, die zweite besteht aus den Widerständen 1.5; 1.6; 1.7 und 1.8. und ist die Cosi
nusbrücke. Diese Schaltung ist sowohl bei den bekannten als auch bei dem erfindungsge
mäßen Sensorchip realisiert.
Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorchips 12 ist in Fig. 2
schematisch dargestellt. Alle Brückenwiderstände 1.1 bis 1.8 sind hier aus gleichen magne
toresistiven Schichtelementen 2 aufgebaut. Ein solches Schichtelement 2 ist in Fig. 3 ver
größert zu sehen. Das magnetoresistive Schichtelement 2 enthält außer einer quadratischen
Fläche einer Schicht mit anisotropem magnetoresistiven Effekt zur elektrischen Kontaktie
rung hochleitfähige Dünnschichtflächen 3, deren zum Inneren der Quadrate gerichtete Kan
ten 4 parallel verlaufen. Die-magnetoresistiven Schichtelemente 2 sind jeweils in Reihen als
lineare Widerstandsbereiche 7, von denen nur zwei gestrichelt eingerahmt und gekenn
zeichnet sind, angeordnet. Die zu jedem Brückenzweig gehörenden beiden Widerstände 1.1
und 1.2,1.3 und 1.4,1.5 und 1.6 sowie 1.7 und 1.8 befinden sich auf dem Sensorchip 12
jeweils symmetrisch zur Mittellinie 10 der Chipfläche. Die Kanten 4 der magnetoresistiven
Schichtelemente 2, die in der elektrischen Schaltung der beiden einzelnen Brücken direkt
elektrisch miteinander verbunden sind, bilden Winkel 5 von 90° miteinander. Die Kanten 4
der magnetoresistiven Schichtelemente 2, der einander entsprechenden Widerstände der
Sinus- und Cosinusbrücke 1.1 und 1.5; 1.2 und 1.6; 1.3 und 1.7; 1.4 und 1.8 bilden Winkel 6
von 45° miteinander. Beide Brücken sind mit den Betriebsspannungskontakten 8 verbunden.
Die mit demselben Betriebsspannungskontakt 8 verbundenen linearen Widerstandsbereiche
7 gehören abwechselnd zur Sinus- und zur Cosinusbrücke. Jeder Widerstand 1.1 bis 1.8
besteht aus zwei in Reihe geschalteten linearen Widerstandsbereichen 7, die so
angeordnet sind, daß in jedem Zweig 9 die nebeneinanderliegenden linearen
Widerstandsbereiche 7 jeweils abwechselnd zur Sinus- und zur Cosinusbrücke gehören. In
realen Anordnungen des Sensorchips sind gegenüber der Fig. 2 auf dem Sensorchip 12
nicht nur drei magnetoresistive Schichtelemente 2, sondern eine Vielzahl davon und nicht nur
zwei Zweige, sondern wesentlich mehr angeordnet. Die Abmessungen des Sensor
chips 12 liegen im Bereich von einigen Millimetern, die der magnetoresistiven Schichtele
mente 2 im Bereich von etwa 10 Mikrometern. Die Kontaktflächen 13 für die Ausgangssigna
le der beiden Brücken und die Betriebsspannungskontakte 8 liegen alle nahe an einer Chip
kante 14. Hier sind auch Abgleichflächen 11 für die Einstellung der Nullspannung beider
Brücken untergebracht. Die empfindliche Fläche 17 des Sensorchips 12, in der die magnet
feldabhängigen magnetoresistiven Schichtelemente 2 angeordnet sind, ist also zum dieser
Kante 14 gegenüberliegenden Rand verschoben.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Winkelmessung. Über dem Sensorchip 12, dessen emp
findliche Fläche 17 und deren Mittelsenkrechte 16 eingezeichnet sind, befindet sich drehbar
ein Dauermagnet 15 mit den Polen N und S und mit der Mittelsenkrechten 18 seiner zum
Sensorchip 12 zeigenden Fläche. Für eine Messung des Winkels zwischen der Kante 14 des
Sensorchips 12 und einer Längskante des Magneten 15 mit möglichst geringem Fehler sind
beide Mittelsenkrechte 16 und 18 in Übereinstimmung zu bringen.
In Fig. 5 ist die Anordnung für eine hochauflösende Winkelmessung mit dem Sensorchip 12
dargestellt. In der Ebene des Polrades 19, das mindestens an seinem Umfang 20 abwech
selnd in entgegengesetzter Richtung magnetisiert ist, befindet sich auch die Ebene des Sen
sorchips 12. Dabei ist die der Kante 14, in der Nähe derer die Kontaktflächen 13 unterge
bracht sind, gegenüberliegende Kante 21 zum Polrad hin ausgerichtet. Bei Drehung des
Polrades um einen Winkel der dem Abstand eines Südpols S vom Nordpol N entspricht,
dreht sich die Feldrichtung am Ort des Sensorchips 12 um 180° und die Ausgangssignale
der Sinus- und der Cosinusbrücke durchlaufen eine ganze Periode. Damit wird eine Emp
findlichkeit der Winkelmessung erhalten, die um die Anzahl der Pole des Polrades 19 höher
ist als bei Anwendung eines Stabmagneten 15 nach Fig. 4. Die Zählung der bereits am
Sensorchip 12 vorbeibewegten Pole kann nach bekannten inkrementalen Meßverfahren
ermittelt werden, so daß die Gesamtwinkeländerung gegenüber einem Anfangswert immer
bekannt ist.
Fig. 6 zeigt die Anordnung des Sensorchips 12 bei der Messung einer linearen Positi
onsänderung gegenüber einem Dauermagneten 22, der in Pfeilrichtung hin und her bewegt
werden kann. Der Magnet enthält in Bewegungsrichtung mehrere Bereiche 23, die abwech
selnd in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind. Der Sensorchip 12 ist mit seiner
Kante 21 parallel zur Bewegungsrichtung des Dauermagneten ausgerichtet. Die Feldrich
tung am Ort des Sensorchips 12 ändert sich bei Vorbeibewegung des Magneten 22 um den
Abstand eines Nordpols N vom Südpol S um eine ganze Periodenlänge. Damit durchlaufen
beide Sensorausgangssignale eine ganze Periode. Vorteilhafterweise ist die Zuordnung des
dabei ermittelten Feldrichtungswinkels zur Position weitgehend linear. Die Zählung der von
einer Ausgangsposition aus bereits am Sensorchip 12 vorbeibewegten Magnetpole kann
wieder durch bekannte inkrementale Meßverfahren erfolgen.
Die weitgehende Linearität der Zuordnung des mit dem Sensorchip ermittelten Feldrich
tungswinkels zur Positionsänderung wird in Fig. 7 gezeigt. Die hier dargestellten Ergebnis
se sind für den Fall ermittelt worden, daß der Magnet 22 nur aus einem Bereich 23 besteht.
Er hat eine Länge von 20 mm und einen Querschnitt von 10·10 mm². Aufgetragen ist in der
Grafik der Fehler, der sich bei linearer Zuordnung des gemessenen Winkels zur Position in
Bewegungsrichtung ergibt. Kurve 24 gilt für einen Abstand zwischen Sensorchip 12 und Ma
gnet 22 von 10 mm, Kurve 25 für 10,7 mm Abstand und Kurve 26 für 12 mm Abstand. Bei
einer Gesamtmeßlänge von 20 mm bleibt der Fehler im optimalen Abstand von 10,7 mm
unter 0,1 mm. Wird nur eine Meßlänge von 10 mm bei dem 20 mm langen Magneten ge
nutzt, ist der Meßfehler auch dann noch kleiner als 0,1 mm, wenn der Abstand zwischen
Sensorchip 12 und Magnet um 2 mm geändert wird. Es soll hier betont werden, daß diese
Ergebnisse weder von der Temperatur des Sensorchips 12 noch der des Magneten 22 ab
hängig sind.
Bezugszeichenliste
1.1 bis 1.8 Widerstände
2 magnetoresistive Schichtelemente
3 hochleitfähige Dünnschichtflächen
4 Kanten
5 Winkel
6 Winkel
7 lineare Widerstandsbereiche
8 Betriebsspannungskontakte
9 Mäanderzweig
10 Mittellinie des Chips
11 Abgleichfläche
12 Sensorchip
13 Kontaktflächen
14 Chipkante (nahe den Anschlüssen)
15 Dauermagnet
16 Mittelsenkrechte der empfindlichen Fläche
17 empfindliche Fläche
18 Mittelsenkrechte des Dauermagneten
19 Polrad
20 Umfang des Polrades
21 Chipkante (gegenüber den Kontaktflächen)
22 Magnet
23 Bereich (des Magneten).
2 magnetoresistive Schichtelemente
3 hochleitfähige Dünnschichtflächen
4 Kanten
5 Winkel
6 Winkel
7 lineare Widerstandsbereiche
8 Betriebsspannungskontakte
9 Mäanderzweig
10 Mittellinie des Chips
11 Abgleichfläche
12 Sensorchip
13 Kontaktflächen
14 Chipkante (nahe den Anschlüssen)
15 Dauermagnet
16 Mittelsenkrechte der empfindlichen Fläche
17 empfindliche Fläche
18 Mittelsenkrechte des Dauermagneten
19 Polrad
20 Umfang des Polrades
21 Chipkante (gegenüber den Kontaktflächen)
22 Magnet
23 Bereich (des Magneten).
Claims (15)
1. Sensorchip zur Bestimmung eines Sinus- und eines Cosinuswertes des Winkels der Ma
gnetfeldrichtung gegen eine Linie auf der Chipfläche mit zwei magnetoresistiven Wheatstone
-Brücken, deren Widerstände (1.1 bis 1.8) aus einer Reihenschaltung einer Vielzahl von ma
gnetoresistiven Schichtelementen (2) bestehen, deren jeweils zwei Stromanschlüsse aus
elektrisch hochleitfähigen Dünnschichtflächen (3) gebildet sind, die die Schichtelemente (2)
von zwei gegenüberliegenden Rändern her bedecken und die in Richtung zueinander von
jeweils einer geraden Kante (4) begrenzt werden, und alle geraden Kanten (4) jedes Wider
standes (1.1 bis 1.8) zueinander parallel sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rand der magnetoresistiven Schichtelemente (2) durch eine geschlossene, ebene geometrische Figur gebildet ist,
daß die parallelen Kanten (4) der elektrisch hochleitfähigen Dünnschichtflächen (3) auf den magnetoresistiven Schichtelementen (2) der Widerstände (1.1 bis 1 .8), die jeweils aus zwei Widerständen (1.1 und 1.2; 1.3 und 1.4; 1.5 und 1.6; 1.7 und 1.8) eines Brücken zweiges in Reihe geschaltet sind, um Winkel (5) von jeweils 90° gegeneinander verdreht sind,
daß die zueinander parallelen Kanten (4) der elektrisch hochleitfähigen Dünnschicht flächen (3) auf den magnetoresistiven Schichtelementen (2) der einander entsprechenden Widerstände der Sinusbrücke (1.1; 1.2; 1.3 und 1.4) und der der Cosinusbrücke (1.5; 1.6; 1.7 und 1.8) jeweils einen Winkel von 45° einschließen
und daß die zueinander parallelen Kanten (4) der hochleitfähigen Dünnschichtflä chen (3), die zur Sinusbrücke gehören, gegen die Linie auf der Chipfläche um einen Winkel (6) von 45° geneigt sind.
daß der Rand der magnetoresistiven Schichtelemente (2) durch eine geschlossene, ebene geometrische Figur gebildet ist,
daß die parallelen Kanten (4) der elektrisch hochleitfähigen Dünnschichtflächen (3) auf den magnetoresistiven Schichtelementen (2) der Widerstände (1.1 bis 1 .8), die jeweils aus zwei Widerständen (1.1 und 1.2; 1.3 und 1.4; 1.5 und 1.6; 1.7 und 1.8) eines Brücken zweiges in Reihe geschaltet sind, um Winkel (5) von jeweils 90° gegeneinander verdreht sind,
daß die zueinander parallelen Kanten (4) der elektrisch hochleitfähigen Dünnschicht flächen (3) auf den magnetoresistiven Schichtelementen (2) der einander entsprechenden Widerstände der Sinusbrücke (1.1; 1.2; 1.3 und 1.4) und der der Cosinusbrücke (1.5; 1.6; 1.7 und 1.8) jeweils einen Winkel von 45° einschließen
und daß die zueinander parallelen Kanten (4) der hochleitfähigen Dünnschichtflä chen (3), die zur Sinusbrücke gehören, gegen die Linie auf der Chipfläche um einen Winkel (6) von 45° geneigt sind.
2. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand aller magnetore
sistiven Schichtelemente (2) die gleiche geschlossene, ebene geometrische Figur aufweist
und daß alle Schichtelemente (2) aus einem gleichen Material bestehen.
3. Sensorchip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene,
ebene geometrische Figur ein Quadrat ist.
4. Sensorchip nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände
(1.1 bis 1.8) der Brücken aus einem oder mehreren linearen Widerstandsbereichen (7) be
stehen, die aus geometrisch in einer Linie angeordneten magnetoresistiven Schichtelemen
ten (2) zusammengesetzt sind.
5. Sensorchip nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Brücken mit densel
ben Betriebsspannungskontakten (8) verbunden sind.
6. Sensorchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an demselben Betriebs
spannungskontakt (8) die nebeneinanderliegenden linearen Widerstandsbereiche (7) ab
wechselnd zur Sinus- und der Cosinus-Brücke gehören.
7. Sensorchip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Widerstände (1.1
und 1.2, 1.3 und 1.4, 1.5 und 1.6, 1.7 und 1.8)) jedes Brückenzweiges beider Brücken sym
metrisch zur Mittellinie (10) des Sensorchips (12) angeordnet sind.
8. Sensorchip nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktflächen (13)
zum Anschluß der Brücken entlang einer Chipkante (14) angeordnet sind.
9. Sensorchip nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle magnetoresisti
ven Schichtelemente (2) und alle Verbindungsleitungen sowie alle Kontaktflächen (13) zum
Anschluß der Brücken in einer Ebene liegen.
10. Sensorchip nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich der beiden
Brückennullspannungen Abgleichflächen (11) vorgesehen sind.
11. Verwendung eines Sensorchips nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Messen eines
Winkels in einer Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein gegenüber dem
Sensorchip (12) drehbarer Magnet in der Nähe des Sensorchips (12) so angeordnet ist, daß
der Drehwinkel des Magneten bezüglich seiner Mittelsenkrechte (18) meßbar ist.
12. Verwendung eines Sensorchips nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über
oder unter der Chipebene mit der Mittelsenkrechten (16) der empfindlichen Fläche (17), in
der die magnetfeldabhängigen magnetoresistiven Schichtelemente (2) angeordnet sind, als
Achse ein Dauermagnet (15), der in Richtung parallel zur Chipfläche magnetisiert ist und
dessen Mittelsenkrechte (18) mit der der empfindlichen Fläche (17) übereinstimmt, drehbar
gelagert ist.
13. Verwendung eines Sensorchips nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich
in der Ebene eines magnetischen Polrades (19), das mindestens auf seinem Umfang (20)
abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisiert ist, in der Nähe des Umfanges
(20) die Ebene der Fläche des Sensorchips (12) befindet und die Chipkante (21) des Sen
sorchips (12), die der Chipkante (14), entlang der sich die Kontaktflächen (13) zum Brüc
kenanschluß befinden, gegenüberliegt, zur Drehachse des Polrades (19) gerichtet ist.
14. Verwendung eines Sensorchips nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Messen einer
Position in einer Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein gegenüber dem
Sensorchip (12) in gerader Linie beweglicher Magnet in einem Abstand zum Sensorchip
(12) bewegt wird und soweit vom Sensorchip (12) beabstandet angeordnet ist, daß aus der
Magnetfeldrichtung, die der Sensorchip (12) für die Feldlinien des Magneten ermittelt, die
Position des Magneten gegenüber dem Sensorchip (12) bestimmbar ist.
15. Verwendung eines Sensorchips nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß über
einem in bestimmten Bereichen (23) abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magneti
sierten geraden und ebenen Magneten (22) ein dagegen in Magnetlängsrichtung bewegli
cher Sensorchip (12) mit der Chipebene in Bewegungsrichtung und senkrecht zur Oberflä
che des Magneten (22) angeordnet ist.
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