DE19943128A1 - Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung - Google Patents

Abstract

Eine Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung umfaßt ein erstes und wenigstens ein weiters Paar von Hall-Sensorelementen, wobei jedes Hall-Sensorelement vier Anschlüsse aufweist, von denen ein erster und ein dritter Anschluß als Versorgungsanschlüsse zum Zuführen eines Betriebsstroms und ein zweiter und ein vierter Anschluß als Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung vorgesehen sind. Die Hall-Sensorelemente sind derart angeordnet, daß die Stromrichtungen des Betriebsstroms in den zwei Hall-Sensorelementen jedes Paars um im wesentlichen 90 DEG zueinander winkelmäßig versetzt sind, wobei die Hall-Sensorelemente des wenigstens einen weiteren Paars derart angeordnet sind, daß ihre Betriebsstromrichtungen gegenüber den Betriebsstromrichtungen des ersten Paars von Hall-Sensorelementen um im wesentlichen 90 DEG /n winkelmäßig versetzt sind, wobei n die Gesamtzahl der Paare von Hall-Sensorelementen ist und n >= 2 ist. Die ersten Anschlüsse, die dritten Anschlüsse, die zweiten Anschlüsse und die vierten Anschlüsse der Hall-Sensorelemente sind jeweils elektrisch miteinander verbunden, wodurch über die elektrisch miteinander verbundenen ersten und dritten Anschlüsse aller Hall-Sensoranordnungen der Betriebsstrom zuführbar ist, und wodurch über die elektrisch miteinander verbundenen zweiten und vierten Anschlüsse aller Hall-Sensoranordnungen die Hall-Spannung meßbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Hall-Sensoren und insbesondere die Anordnung und Ansteuerung mehrerer Hall-Sensorelemente in einer Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung.

Ein einzelnes Hall-Sensorelement ist im allgemeinen aus ei­ nem n-dotierten aktiven Halbleiterbereich auf einem p-do­ tierten Halbleitersubstrat aufgebaut. Der n-dotierte aktive Bereich ist üblicherweise über vier Kontaktelektroden bzw. Kontaktanschlüsse, die diagonal gegenüberliegend in dem ak­ tiven Bereich angeordnet sind, mit einer externen Ansteuer­ logik verbunden. Die vier Kontaktelektroden des Hall-Sensor­ elements unterteilen sich in zwei gegenüberliegende Steuer­ stromkontaktelektroden, die vorgesehen sind, um einen Strom­ fluß durch den aktiven Bereich zu erzeugen, und ferner in zwei gegenüberliegende Spannungsabgriffkontaktelektroden, die vorgesehen sind, um eine Hall-Spannung, die bei einem anliegenden Magnetfeld senkrecht zu dem Stromfluß in dem aktiven Bereich auftritt, als Sensorsignal abzugreifen.

Aus der Europäischen Patentschrift EP-0548391 B1 ist eine Hall-Sensoranordnung bekannt, bei der zwei oder vier Hall-Sensorelemente zur Kompensation des Störeinflusses einer bestimmten Kristallrichtung verwendet werden. Die einzelnen Hall-Sensorelemente sind um einen bestimmten Winkel zueinander gedreht, der zwischen 0° und 180° liegt. Der Winkel ist dabei entsprechend der Kristallrichtung des verwendeten Halbleitermaterials gewählt.

Bekanntermaßen treten bei den Herstellungsprozessen von Halbleiterstrukturen produktionsbedingt häufig Inhomogenitä­ ten oder Störungen in dem Halbleitermaterial des aktiven Be­ reichs auf. Diese Inhomogenitäten lassen sich auch mit auf­ wendigen Herstellungsverfahren nicht vollständig vermeiden. Diese Inhomogenitäten sind häufig ein Grund für das Auftre­ ten eines Offsets des Sensorsignals. Das heißt, an den Kon­ taktelektroden, an denen die Hall-Spannung abgegriffen wird, wird auch dann ein Sensorsignal erfaßt, wenn kein Magnetfeld an dem aktiven Bereich anliegt. Dieses störende Sensorsignal wird als der Offset des Sensornutzsignals oder einfach auch als Offset-Signal bezeichnet. Durch die starke Abhängigkeit des Offset-Signals von den Inhomogenitäten treten bei her­ kömmlichen Hall-Sensorelementen große Exemplarstreuungen auf. Ferner wird die Empfindlichkeit und die Meßgenauigkeit der Hall-Sensoren stark beeinträchtigt. Aus diesem Grund ist eine Offset-Kompensation und eine korrekte Auswertung der Sensorsignale im allgemeinen mit einem großen schaltungs­ technischen Aufwand verbunden.

Eine weitere Problematik bei Hall-Sensoranordnungen stellen die sogenannten Piezoeffekte dar, die stark von der Kris­ tallrichtung des verwendeten Halbleitermaterials abhängig sind. Die Piezoeffekte können durch mechanische Verspannun­ gen, die aufgrund äußerer Kräfte (z. B. durch das Gehäuse) hervorgerufen werden, oder durch mechanische Spannungen im Kristallgefüge des Halbleitermaterials ein beträchtliches Offset-Signal hervorrufen. Man hat versucht, diese Problema­ tik zu überwinden, indem entweder die Hall-Sensoranordnung an die Kristallrichtung des Halbleitermaterials angepaßt wurde oder indem die Piezoeffekte durch eine geeignete Wahl der Stromrichtungen im Halbleitermaterial in Abhängigkeit von der Kristallrichtung kompensiert wurden. Diese Maßnahmen haben jedoch zur Folge, daß die Herstellungsprozesse dieser Hall-Sensoranordnungen sehr aufwendig sind, da sowohl die Kristallausrichtung der Halbleiteroberfläche als auch die Ausrichtung der Hall-Sensorelemente zueinander und bezüglich der Kristallorientierung beachtet werden müssen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte und we­ niger aufwendig herstellbare Hall-Sensoranordnung zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird durch eine Hall-Sensoranordnung gemäß An­ spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung, die ein erstes und wenigstens ein weiteres Paar von Hall-Sensorelementen umfaßt, wobei jedes Hall-Sensorelement vier Anschlüsse auf­ weist, von denen ein erster und ein dritter Anschluß als Versorgungsanschlüsse zum Zuführen eines Betriebsstroms und ein zweiter und ein vierter Anschluß als Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung vorgesehen sind. Die Hall-Sen­ sorelemente sind derart angeordnet, daß die Stromrichtungen des Betriebsstroms in den zwei Hall-Sensorelementen jedes Paars um im wesentlichen 90° zueinander winkelmäßig versetzt sind, wobei die Hall-Sensorelemente des wenigstens einen weiteren Paars derart angeordnet sind, daß ihre Betriebs­ stromrichtungen gegenüber den Betriebstromrichtungen des er­ sten Paars von Hall-Sensorelementen um im wesentlichen 90°/n winkelmäßig versetzt sind, wobei n die Gesamtzahl der Paare von Hall-Sensorelementen ist und n ≧ 2 ist. Die ersten An­ schlüsse, die dritten Anschlüsse, die zweiten Anschlüsse und die vierten Anschlüsse der Hall-Sensorelemente sind jeweils elektrisch miteinander verbunden, wodurch über die elek­ trisch miteinander verbundenen ersten und dritten Anschlüsse aller Hall-Sensoranordnungen der Betriebsstrom zuführbar ist, und wodurch über die elektrisch miteinander verbundenen zweiten und vierten Anschlüsse aller Hall-Sensoranordnungen die Hall-Spannung meßbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der in einer Hall-Sensoranordnung auftretende Offset- Anteil des Sensorsignals durch die oben ausgeführte geome­ trische Anordnung der einzelnen Hall-Sensorelemente der Paa­ re und der Verschaltung der Anschlüsse stark verringert und somit bereits ein vorkompensiertes Offset-Signal geliefert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ver­ schaltung der Hall-Sensorelemente kann eine Unabhängigkeit der erfaßten Hall-Spannung von der Kristallrichtung des Halbleitermaterials erreicht werden.

Besondere Bedeutung hat die erfindungsgemäße geometrische Anordnung und Verschaltung der Hall-Sensorelemente vor allem für den sogenannten "Spinning-Current"-Betrieb. Der Spin­ ning-Current-Betrieb besteht darin, daß die Meßrichtung ständig mit einer bestimmten Taktfrequenz um beispielsweise 90° zyklisch weitergedreht wird, d. h. der Betriebsstrom fließt von einer zu der gegenüberliegenden Kontaktelektrode, wobei die Hall-Spannung an den quer dazu liegenden Kontakt­ elektroden abgegriffen wird, woraufhin dann beim nächsten Zyklus, d. h. der nächsten Meßphase, die Meßrichtung um 90° weitergedreht wird. Die in den einzelnen Meßphasen gemesse­ nen Hall-Spannungen werden durch eine geeignete, vorzeichen­ richtige und gewichtete Summierung oder Subtraktion ausge­ wertet, wobei der in der einzelnen Meßphase noch enthaltene Offset weiter reduziert werden kann bzw. sich die Offset- Spannungen bei einem Umlauf annähernd gegenseitig aufheben sollen, so daß die echt magnetfeldabhängigen Anteile des Hall-Signals übrig bleiben.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Orientierung und Verschaltung der Hall-Sensorelemente ist es somit nicht mehr notwendig, die Kristallrichtung des Halbleitermaterials zu berücksich­ tigen, wodurch der Einfluß der von der Kristallrichtung des Halbleitermaterials abhängigen Piezoeffekte auf die erfaßte Hall-Spannung im wesentlichen vollständig beseitigt werden kann.

Da die starke Abhängigkeit des Offset-Signals sowohl von der Kristallrichtung des Halbleitermaterials als auch von den Inhomogenitäten oder Störungen im Halbleitermaterial durch die erfindungsgemäße Hall-Sensoranordnung im wesentlichen beseitigt ist, wird eine beträchtliche Erhöhung der Empfind­ lichkeit und der Meßgenauigkeit durch diese Hall-Sensoran­ ordnung erreicht. Aus diesem Grund kann der schaltungstech­ nische Aufwand, der für eine korrekte Auswertung und Weiter­ verarbeitung der Sensorsignale erforderlich ist, bei der Hall-Sensoranordnung der vorliegenden Erfindung niedrig ge­ halten werden.

Aufgrund der verbesserten Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit entsprechend dem niedrigeren Offset-Anteil des Sensorsignals der Hall-Sensoranordnung erhöht sich ferner die nutzbare Auflösung der erfaßten Hall-Spannung.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht da­ rin, daß der Schaltungsaufwand der Hall-Sensoranordnung wei­ ter verringert werden kann, da durch die untereinander feste Verschaltung der Hall-Sensorelemente eine gemeinsame Be­ triebsstromeinprägung in alle Hall-Sensorelemente und ein gemeinsamer Abgriff aller Hall-Signale der Hall-Sensorele­ mente verwendet werden kann. Dadurch wird vermieden, daß so­ wohl die Betriebsströme in jedes Sensorelement einzeln ein­ gespeist als auch die Hall-Spannungen jedes Sensorelements getrennt erfaßt werden müssen. Dadurch lassen sich zusätzli­ che Schaltungskomponenten, z. B. zusätzliche Schalter, Strom­ quellen, Zuleitungen usw., vermeiden. Ferner kann die Kom­ plexität der Auswerteschaltung niedrig gehalten werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Hall-Sen­ soranordnung mit vier Hall-Sensorelementen ge­ mäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a-c prinzipielle Darstellungen weiterer alternati­ ver geometrischer Ausführungen und Anordnungen der Hall-Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3a-b prinzipielle Darstellungen weiterer alternati­ ver geometrischer Anordnungen der Hall-Sensor­ elemente gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nun im folgenden der allgemeine Aufbau einer Hall-Sensoranordnung mit zwei Paaren von Hall- Sensorelementen dargestellt.

Auf einem Halbleitersubstrat, das vorzugsweise p-dotiert ist, sind vorzugsweise vier rechteckige, aktive Halbleiter­ bereiche aufgebracht, die im allgemeinen n-dotiert sind. Vorzugsweise in den Ecken der n-dotierten aktiven Bereiche sind Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4 angeordnet, die im allgemeinen durch eine n⁺-Dotierung erhalten werden. Die Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4 sind in dem n-dotierten aktiven Bereich jeweils diagonal gegenüberliegend angeord­ net, wobei zwei Kontaktelektroden K1, K3 zur Betriebsstrom­ zuführung und die anderen beiden Kontaktelektroden K2, K4 zum Hall-Spannungsabgriff vorgesehen sind. Die aktiven Be­ reiche bilden die einzelnen Hall-Sensorelemente 1A, 2A, 1B, 2B, wobei bei der in Fig. 1 dargestellten Hall-Sensoranord­ nung mit vier Hall-Sensorelementen jeweils die Hall-Sensor­ elemente 1A, 1B und die Hall-Sensorelemente 2A, 2B ein Hall-Sensorelementepaar bilden.

In Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die zwei Hall-Sensorelementepaare in einem Viereck plaziert sind, wobei die einzelnen Paare der Hall-Sensorelemente jeweils diagonal angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Hall-Sensorelemente eines Paars in der Hall-Sensor­ anordnung untereinander oder auch nebeneinander zu plazie­ ren.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Hall-Sensoranordnung sind jeweils die Kontaktelektro­ den K1, die Kontaktelektroden K2, die Kontaktelektroden K3 und die Kontaktelektroden K4 der einzelnen Hall-Sensorele­ mente 1A, 2A, 1B, 2B untereinander parallel geschaltet und ohne dazwischenliegende Schalter fest miteinander verdrah­ tet. Bei der vorliegenden Darstellung bilden die Kontakt­ elektroden K1 und die Kontaktelektroden K3 der Hall-Sensor­ elemente 1A, 2A, 1B, 2B die Stromeinprägungskontakte, wohin­ gegen die Kontaktelektroden K2 und die Kontaktelektroden K4 der Hall-Sensorelemente 1A, 2A, 1B, 2B die Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung liefern. Die Kontaktelektroden zum Zuführen eines Betriebsstroms und die Kontaktelektroden zur Erfassung einer Hall-Spannung sind in den einzelnen Hall-Sensorelement derart angeordnet, daß die Stromrichtung des eingeprägten Betriebsstroms jeweils senkrecht zu der Richtung der abgegriffenen Hall-Spannung ist.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er­ findung sind die Betriebsstromrichtungen in den beiden Hall-Sensorelementen jedes Paars jeweils um 90° zueinander gedreht. Die Stromrichtungen des zweiten Hall-Sensorelemen­ tepaars sind gegenüber den Stromrichtungen des ersten Hall- Sensorelementepaars um einen Winkel von 45° versetzt.

Bei der praktischen Ausführung der erfindungsgemäßen Hall- Sensoranordnung kann der Winkel, um den die Betriebsstrom­ richtungen in den beiden Hall-Sensorelementen jedes Paars zueinander gedreht sind, auch von dem Idealwert von 90° ab­ weichen und in einem Bereich von z. B. 80° bis 100° liegen, wobei Winkel in diesem Bereich im Sinne der vorliegenden Erfindung als Winkel von im wesentlichen 90° angesehen wer­ den. Dies gilt auch für den Winkel, um den die Stromrichtun­ gen des zweiten Hall-Sensorelementepaars gegenüber den Stromrichtungen des ersten Hall-Sensorelementepaars versetzt sind, der beispielsweise in einem Bereich von 40° bis 50° gewählt werden kann und folglich im wesentlichen 45° be­ trägt. Es ist jedoch zu beachten, daß die erzielte Offset- Kompensation der Hall-Sensoranordnung bei einer steigenden Abweichung von den als optimal erachteten Idealwinkeln, die 90° bzw. 45° betragen, abnehmen kann.

Die untereinander fest verschalteten Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4 der Hall-Sensorelemente 1A, 2A, 1B, 2B sind mit Schaltern S1, S2, S3, S4 verbunden, die jeweils zwischen vier Positionen, d. h. zwischen den Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4, umgeschaltet werden können. Mit den Schaltern S1, S2, S3, S4 können die Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4 in den einzelnen Meßphasen der Hall-Sensoranordnung als Ver­ sorgungsanschlüsse zum Zuführen eines Betriebsstroms I_Betrieb oder als Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung U_Hall jeweils gemeinsam umgeschaltet werden.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hall-Sen­ soranordnung (nicht explizit dargestellt) kann darin beste­ hen, daß mehr als zwei Paare von Hall-Sensorelementen ver­ wendet werden. Dabei sind auch in diesem Fall die Stromrich­ tungen in den beiden Hall-Sensorelementen eines jeden Paars jeweils um im wesentlichen 90° zueinander gedreht. Auch hier müssen die beiden Hall-Sensorelemente eines Paars geome­ trisch gleich und bezüglich der Abmessungen der Hall-Sensor­ elemente eng benachbart sein, und können in der Gesamt-Sen­ soranordnung untereinander, nebeneinander oder in einer Dia­ gonalen angeordnet sein. Die Stromrichtungen der mindestens zwei Hall-Sensorelementepaare sind jeweils untereinander um den Winkel von im wesentlichen 90°/n gedreht, wobei n die Anzahl der insgesamt verwendeten Hall-Sensorelement-Paare ist, wobei gilt n ≧ 2. Wenn beispielsweise drei Hall-Sensor­ element-Paare verwendet werden, sind die Stromrichtungen der einzelnen Hall-Sensorelementepaare somit um eine Winkel von im wesentlichen 30° untereinander versetzt. Die Elementepaa­ re der Sensoranordnung sind entweder nebeneinanderliegend oder in der Nebendiagonalen angeordnet, wobei sich die Hall-Sensorelemente paarweise möglichst nahe aneinander be­ finden.

Auch bei dieser Anordnung sind sowohl die Kontaktelektroden zum Zuführen eines Betriebsstroms I_Betrieb (oder einer Ver­ sorgungsspannung) als auch die Kontaktelektroden zum Abgrei­ fen der Hall-Spannung U_Hall parallel geschaltet und ohne da­ zwischenliegende Schalter fest miteinander verdrahtet.

Durch die erfindungsgemäße Hall-Sensoranordnung mit zwei Paaren von Hall-Sensorelementen, siehe Fig. 1, oder auch mit mehreren Paaren von Hall-Sensorelementen entsteht aufgrund der geometrischen Plazierung der Hall-Sensorelemente bereits in jeder Meßphase ein vorkompensiertes Offset-Signal. So kann beispielsweise ein nachfolgender Verstärker mit einer höheren Verstärkung ausgeführt werden, weil derselbe nicht so schnell in eine Sättigung gehen kann. Der in den einzel­ nen Meßphasen noch enthaltene vorkompensierte Offset-Anteil der Sensorsignals wird durch die zyklische Umschaltung (z. B. Spinning-Current-Betrieb) der Betriebstromrichtungen und durch eine geeignete, vorzeichenrichtige und gewichtete Sum­ mierung oder Subtraktion der Signale der einzelnen Meßphasen während des Spinning-Current-Betriebs noch weiter reduziert, da die eingangs beschriebenen Offset-Anteile des Sensorsi­ gnals aufgrund von Inhomogenitäten oder von Verspannungen im Halbleitermaterial im wesentlichen beseitigt werden.

Dabei ist die angegebene geometrische Anordnung der Sensoren dahingehend von Vorteil, daß der Offset-Anteil eines einzel­ nen Hall-Sensorelements mit nur vier Anschlüssen kleiner ist als der eines Hall-Sensorelements mit einer anderen Geome­ trie, z. B. mit acht Kontaktelektroden. Daher verbleibt nach der zyklischen Umschaltung und Gewichtung ebenfalls ein kleinerer resultierender Offset-Anteil. Aufgrund der geome­ trischen Anordnung der Hall-Sensoranordnung und unter Ver­ wendung des Spinning-Current-Verfahrens liefert die erfin­ dungsgemäße Anordnung eine Hall-Spannung mit äußerst niedri­ gem Offset-Anteil, wobei die sich ergebende Hall-Spannung unabhängig von der beim Herstellungsprozeß der Hall-Sensor­ anordnung verwendeten Kristallrichtung bzw. von der Orien­ tierung der Hall-Sensorelemente zu dieser Kristallrichtung ist.

Üblicherweise ist die Hall-Sensoranordnung als monolithisch integriertes Bauelement ausgeführt, wobei in dem Bauelement neben der Hall-Sensoranordnung auch einer Stromversorgung für die Hall-Sensorelemente als auch eine elektronische Aus­ werteschaltungen für die Hall-Spannung untergebracht sein können. Die Herstellung dieser Schaltungsanordnung wird im allgemeinen unter Verwendung von üblichen Silizium-Halblei­ tertechnologien mit bekannten Bipolar- oder MOS-Herstel­ lungsprozessen durchgeführt. Durch die erfindungsgemäße An­ ordnung können die bekannten Nachteile, die Silizium als Hall-Sensorelementmaterial zugeordnet sind, d. h. eine gerin­ ge Hall-Empfindlichkeit und der große Einfluß des Piezo- Effekts, der zu dem Offset-Anteil des Sensorsignals führt, als auch der Einfluß von Inhomogenitäten im Halbleitermate­ rial im wesentlichen beseitigt werden.

Aufgrund der oben beschriebenen Parallelschaltung der jewei­ ligen Kontaktelektroden K1, K2, K3, K4 der einzelnen Hall- Sensorelemente sind bei der vorliegenden Hall-Sensoranord­ nung insgesamt nur vier Ausgangsverbindungen vorgesehen, die ohne größeren Schaltungsaufwand für die einzelnen Meßphasen einfach umgeschaltet und mit der nachfolgenden Auswerteelek­ tronik verbunden werden können. Aufgrund dieser festen Ver­ drahtung ist es zusätzlich zu den oben beschriebenen Vortei­ len hinsichtlich einer verbesserten Offset-Kompensation au­ ßerdem möglich, den erforderlichen Schaltungsaufwand gering zu halten, wodurch eine einfachere und damit kostengünsti­ gere Herstellung dieser Hall-Sensoranordnungen gegenüber herkömmlichen Hall-Sensoren erreicht werden kann.

Im folgenden sind zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Konzepts einige weitere unterschiedliche Anordnungsmöglich­ keiten für die Hall-Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt. Es ist zu beachten, daß die Hall-Sensorelemente eines Paares untereinander jeweils geometrisch gleich sein müssen, wobei sich aber die Hall- Sensorelemente unterschiedlicher Paare in der Geometrie un­ terscheiden können. Dadurch kann eine weitere Optimierung für den jeweiligen Anwendungsfall bzw. den Anwendungsbereich der Hall-Sensoranordnung durchgeführt werden.

In Fig. 2a sind die Hall-Sensorelementepaare 1A, 1B und 2A, 2B jeweils nebeneinander angeordnet, wobei die Hall-Sensor­ elemente beider Paare die gleiche geometrische Form aufwei­ sen.

In Fig. 2b sind die Hall-Sensorelementepaare 1A, 1B und 2A, 2B jeweils nebeneinander angeordnet, wobei die Hall-Sensor­ elemente beider Paare eine unterschiedliche geometrische Form aufweisen.

In Fig. 2c sind die Hall-Sensorelementepaare 1A, 1B und 2A, 2B jeweils diagonal angeordnet, wobei die Hall-Sensorelemen­ te beider Paare eine unterschiedliche geometrische Form auf­ weisen.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit für die geometrische Anordnung der einzelnen Hall-Sensorelementpaare besteht da­ rin, die Hall-Sensorelemente so zu plazieren, daß bezüglich der Mittelpunkte der einzelnen Hall-Sensor-Elemente eine Kreissymmetrie vorliegt.

Eine beispielhafte geometrische Anordnung für zwei Paare von Hall-Sensorelementen 1A, 1B und 2A, 2B ist in Fig. 3a darge­ stellt. Verbindungslinien L1, L2 stellen jeweils die gedach­ te Verbindung zwischen den geometrischen Mittelpunkten der beiden Hall-Sensorelemente eines Paars dar. Die Verbindungs­ linien L1, L2 der beiden Paare von Hall-Sensorelementen 1A, 1B und 2A, 2B schneiden sich in einem Punkt M, der den geo­ metrischen Mittelpunkt der gesamten Hall-Sensoranordnung darstellt. Bei dieser geometrischen Anordnung liegen die Mittelpunkte der einzelnen Hall-Sensorelemente 1A, 1B und 2A, 2B symmetrisch auf einer gedachten Kreislinie U, deren Mittelpunkt der Punkt M ist.

In Fig. 3b ist eine beispielhafte geometrische Anordnung für drei Paare von Hall-Sensorelementen dargestellt. Verbin­ dungslinien L1, L2, L3 stellen jeweils die gedachte Verbin­ dung zwischen den geometrischen Mittelpunkten der beiden Hall-Sensorelemente eines Paars dar. Die Verbindungslinien L1, L2, L3 der drei Paare von Hall-Sensorelementen 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B schneiden sich in einem Punkt M, der den geometrischen Mittelpunkt der gesamten Hall-Sensoranordnung darstellt. Bei dieser geometrischen Anordnung liegen die Mittelpunkte der einzelnen Hall-Sensorelemente 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B symmetrisch auf einer gedachten Kreislinie U, de­ ren Mittelpunkt der Punkt M ist.

Alle im vorhergehenden, dargestellten Hall-Sensoranordnungen liefern die im vorhergehenden beschriebenen Vorteile bezüg­ lich des verringerten Schaltungsaufwands als auch bezüglich der verbesserten Offset-Eigenschaften.

Claims (9)

1. Hall-Sensoranordnung mit folgenden Merkmalen:
einem ersten (1A, 1B) und wenigstens einem weiteren Paar (2A, 2B; 2A, 2B, 3A, 3B) von Hall-Sensorelementen,
wobei jedes Hall-Sensorelement (1A, 1B, 2A, 2B; 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B) vier Anschlüsse (K1, K2, K3, K4) auf­ weist, von denen ein erster und ein dritter Anschluß (K1, K3) als Versorgungsanschlüsse zum Zuführen eines Betriebsstroms (I_Betrieb) und ein zweiter und ein vierter Anschluß (K2, K4) als Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung (U_Hall) vorgesehen sind,
wobei die Hall-Sensorelemente (1A, 1B, 2A, 2B; 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B) derart angeordnet sind, daß die Strom­ richtungen des Betriebsstroms (I_Betrieb) in den zwei Hall-Sensorelementen jedes Paars um im wesentlichen 90° zueinander winkelmäßig versetzt sind,
wobei die Hall-Sensorelemente (2A, 2B; 2A, 2B, 3A, 3B) des wenigstens einen weiteren Paars derart angeordnet sind, daß ihre Betriebstromrichtungen gegenüber den Be­ triebstromrichtungen des ersten Paars (1A, 1B) von Hall-Sensorelementen um im wesentlichen 90°/n winkel­ mäßig versetzt sind, wobei n die Gesamtzahl der Paare von Hall-Sensorelementen ist und n ≧ 2 ist, und
wobei die ersten Anschlüsse (K1), die dritten Anschlüsse (K3), die zweiten Anschlüsse (K2) und die vierten An­ schlüsse (K4) der Hall-Sensorelemente (1A, 1B, 2A, 2B; 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B) jeweils elektrisch miteinander verbunden sind, wodurch über die elektrisch miteinander verbundenen ersten und dritten Anschlüsse (K1, K3) aller Hall-Sensoranordnungen der Betriebsstrom (I_Betrieb) zu­ führbar ist, und wodurch über die elektrisch miteinander verbundenen zweiten und vierten Anschlüsse (K2, K4) al­ ler Hall-Sensoranordnungen (1A, 1B, 2A, 2B; 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B) die Hall-Spannung (U_Hall) meßbar ist.

2. Hall-Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, bei der die er­ sten Anschlüsse (K1), die dritten Anschlüsse (K3), die zweiten Anschlüsse (K2) und die vierten Anschlüsse (K4) der Hall-Sensorelemente (1A, 1B, 2A, 2B; 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B) jeweils durch eine feste Verdrahtung elektrisch miteinander verbunden sind.

3. Hall-Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Hall-Sensorelemente des ersten und des zweiten Paars jeweils nebeneinanderliegend angeordnet sind.

4. Hall-Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Hall-Sensorelemente des ersten und des zweiten Paars in einer Diagonalen angeordnet sind.

5. Hall-Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Hall-Sensorelemente des ersten und des zwei­ ten Paars bezüglich der Abmessungen der Hall-Sensorele­ mente eng benachbart zueinander angeordnet sind.

6. Hall-Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner Schalter (S1, S2, S3, S4) aufweist, wobei die Anschlüsse (K1, K2, K3, K4) der Hall-Sensorelemente (1A, 1B, 2A, 2B) mit den Schaltern (S1, S2, S3, S4) verbunden sind, so daß die Versorgungsanschlüsse zum Zuführen ei­ nes Betriebsstroms (I_Betrieb) und die Meßanschlüsse zur Erfassung einer Hall-Spannung (U_Hall) von einer Messung zu einer folgenden Messung um 90° umschaltbar sind.

7. Hall-Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine Steuereinrichtung aufweist, durch die die Schalter (S1, S2, S3, S4) so ansteuerbar sind, daß die Hall-Sensoranordnung im Spinning-Current-Betrieb be­ treibbar ist.

8. Hall-Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Hall-Sensorelemente eines Paars geometrisch gleich ausgeführt sind.

9. Hall-Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Hall-Sensorelemente unterschiedlicher Paare geometrisch unterschiedlich ausgeführt sind.