DE202014105421U1

DE202014105421U1 - Sensorschaltung

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Publication number: DE202014105421U1
Application number: DE201420105421
Authority: DE
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2024-11-13
Also published as: US10018654B2; US20150130451A1; CN204575093U

Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln von Rotation eines Objekts, umfassend: eine Halbleitervorrichtung mit einer Sensorschaltung, die einen Signalgenerator aufweist, der dazu konfiguriert ist, ein Erregungssignal zu erzeugen; eine erste Verbindungsklemme der Sensorschaltung, die dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal an ein Erregungselement anzulegen; einen ersten Demodulator der Sensorschaltung, der dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal und ein erstes Empfangssignal von einem ersten Empfangssensor zu empfangen, wobei das erste Empfangssignal eine erste Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem ersten Empfangssensor erzeugt wird, wobei der erste Demodulator dazu konfiguriert ist, ein erstes Ermittlungssignal zu erzeugen, das die erste Gegeninduktivität repräsentiert; einen zweiten Demodulator der Sensorschaltung, der dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal und ein zweites Empfangssignal von einem zweiten Empfangssensor zu empfangen, wobei das zweite Empfangssignal eine zweite Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem zweiten Empfangssensor erzeugt wird, wobei der zweite Demodulator dazu konfiguriert ist, ein zweites Ermittlungssignal zu erzeugen, das die zweite Gegeninduktivität repräsentiert; die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsermittlungssignal in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Ermittlungssignal und einem ersten Bezugssignal zu aktivieren; und die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsrichtungssignal in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem zweiten Ermittlungssignal und einem adaptiven Bezugssignal zu aktivieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Elektronik und insbesondere Halbleiterstrukturen.
In der Vergangenheit wurden in der Elektronikbranche verschiedene Verfahren und Strukturen zum Bilden von Positionssensoren eingesetzt. Bei manchen Anwendungen, wie beispielsweise bei einer Kurbelwelle oder Nockenwelle eines Verbrennungsmotors oder anderen drehungsabhängigen Maschinen kann es wünschenswert sein, die Position und Drehrichtung der Kurbelwelle, Nockenwelle oder eines anderen Drehelements zu bestimmen. In einigen Anwendungen wird zur Bestimmung der Position ein Hallsensor verwendet. In anderen Anwendungen wurden Sensor und Sensorschnittstelle in einer integrierten Schaltung mit einem Permanentmagnet implementiert. Die integrierte Schaltung konnte mit einer Leiterplatte mit einigen zusätzlichen Vorrichtungen verbunden werden. Bei einigen Anwendungen waren die Kosten des Sensors unerwünscht hoch. Bei anderen Anwendungen waren die Kosten des Permanentmagneten unerwünscht hoch.
Bei manchen Systemen störten elektromagnetische Interferenzen oder sensorexternes Rauschen die korrekte Funktionsweise der Sensoren.
Somit ist ein Sensor wünschenswert, der die Kosten senkt und/oder der eine verbesserte Leistung in Anwesenheit von Rauschen aufweist.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Rotationssystems mit einem Näherungssensorsystem und einem beweglichen Objekt gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Sensorsystems, bei dem es sich um eine Ausführung eines Teils des Systems aus 1 gemäß der vorliegenden Erfindung handeln kann;
3 ist eine grafische Darstellung einiger Ausführungsbeispiele eines Teils einer Kombination von Sensorelementen, bei welchen es sich um alternative Ausführungen der Sensorelemente aus 2 gemäß der vorliegenden Erfindung handeln kann;
4 ist eine grafische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels einiger Konfigurationen der Sensorelemente aus 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer Sensorschaltung, bei welcher es sich um eine alternative Ausführung der Sensorschaltung aus 2 gemäß der vorliegenden Erfindung handeln kann;
6 ist ein Diagramm, das einige Signale der Schaltung aus 1 und/oder 5 gemäß der vorliegenden Erfindung grafisch veranschaulicht;
7 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel von Variationen der Signale illustriert, die von der Schaltung aus 1 und/oder 5 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;
8 veranschaulicht Teile weiterer Ausführungsbeispiele der Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte, auf der Teile der Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein können;
10 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung, die Teile des Systems aus 1, 2 und/oder 5 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält; und
11 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer Sensorschaltung, bei welchem es sich um eine alternative Ausführung von Teilen einer Sensorschaltung aus 2 oder 5 gemäß der vorliegenden Erfindung handeln kann.
Zugunsten einer einfacheren und übersichtlicheren Darstellung sind die Elemente in den Figuren nicht unbedingt maßstabsgetreu, einige Elemente können zur Veranschaulichung vergrößert sein, und dieselben Bezugsziffern in verschiedenen Figuren kennzeichnen dieselben Elemente, sofern nicht anders angegeben. Außerdem wird ggf. auf Beschreibungen und Einzelheiten bekannter Schritte und Elemente zugunsten einer verständlicheren Beschreibung verzichtet. In der vorliegenden Verwendung ist mit einem Strom führenden Element oder einer stromführenden Elektrode ein Element einer Vorrichtung gemeint, das Strom durch die Vorrichtung leitet, wie beispielsweise eine Source oder Drain eines MOS-Transistors oder ein Emitter oder Kollektor eines Bipolartransistors oder eine Kathode oder Anode einer Diode, und ein Steuerelement oder eine Steuerelektrode bezeichnet ein Element der Vorrichtung, das den Stromfluss durch die Vorrichtung steuert, wie beispielsweise ein Gate eines MOS-Transistors oder eine Basis eines Bipolartransistors. Außerdem kann ein Strom führendes Element Strom in einer Richtung durch eine Vorrichtung leiten, wie beispielsweise Strom, der in die Vorrichtung eintritt, während ein zweites Strom führendes Element Strom in der entgegengesetzten Richtung durch die Vorrichtung leiten kann, wie beispielsweise Strom, der die Vorrichtung verlässt. Auch wenn die Vorrichtungen hier als bestimmte N-Kanal- oder P-Kanal-Vorrichtungen oder bestimmte N- oder P-dotierte Bereiche beschrieben sind, werden Fachleute erkennen, dass auch ergänzende Vorrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich sind. Fachleuten wird sich erschließen, dass mit dem Leitfähigkeitstyp der Mechanismus gemeint ist, mithilfe dessen die Leitung erfolgt, wie beispielsweise Löcher oder Elektronen und dass sich der Begriff Leitfähigkeitstyp folglich nicht auf die Dotierungskonzentration, sondern den Dotierungstyp bezieht, wie P-Typ oder N-Typ. Fachleute werden verstehen, dass die hier verwendeten Worte „während”, „währenddessen” und „wenn”, die sich auf den Betrieb der Schaltung beziehen, keine exakten Begriffe hinsichtlich einer Aktion sind, die sofort nach einer einleitenden Aktion stattfindet, sondern dass es zu einer geringen, aber zumutbaren Verzögerung kommen kann, wie beispielsweise unterschiedlichen Laufzeitverzögerungen zwischen der Reaktion, die von der einleitenden Aktion initiiert wird. Außerdem bedeutet der Begriff „während”, dass eine bestimmte Aktion zumindest innerhalb eines Teils einer Dauer der einleitenden Aktion stattfindet. Die Verwendung der Worte „annähernd” oder „im Wesentlichen” bedeutet, dass ein Wert eines Elements einen Parameter aufweist, der einem genannten Wert oder einer genannten Position voraussichtlich nahe kommen wird. Wie jedoch in Fachkreisen hinlänglich bekannt, gibt es immer geringe Varianzen, die verhindern, dass die Werte oder Positionen exakt den genannten Werten oder Positionen entsprechen. Allgemein gelten in Fachkreisen Abweichungen von bis zu mindestens zehn Prozent (10%) (und bis zu zwanzig Prozent (20%) bei Halbleiter-Dotierungskonzentrationen) als hinnehmbare Abweichungen von dem idealen Wert, welcher genau der Beschreibung entspräche. Bei Verwendung mit Bezug auf den Status eines Signals bezeichnet der Begriff „aktiviert” einen aktiven Status des Signals und der Begriff „negiert” bezeichnet einen inaktiven Status des Signals. Der tatsächliche Spannungswert oder logische Zustand (wie „1” oder „0”) des Signals hängt davon ab, ob positive oder negative Logik verwendet wird. So kann entweder ein hoher Spannungswert oder ein hoher Logikwert oder ein niedriger Spannungswert oder ein niedriger Logikwert aktiviert werden, je nachdem ob positive oder negative Logik verwendet wird, und negiert werden kann entweder ein niedriger Spannungswert oder ein niedriger Status oder ein hoher Spannungswert oder ein hoher Logikwert, je nachdem ob positive oder negative Logik verwendet wird. Dabei wird eine Übereinkunft der positiven Logik verwendet, doch werden Fachleute erkennen, dass ebenso auch eine Übereinkunft der negativen Logik verwendet werden kann. Die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter” und dergleichen in den Ansprüchen und/oder der ausführlichen Beschreibung der Zeichnungen dienen, wenn sie als Teil eines Namens oder Elements verwendet werden, zur Unterscheidung zwischen ähnlichen Elementen und beschreiben nicht notwendigerweise eine Folge – sei es zeitlich, räumlich, in der Klassifizierung oder auf andere Weise. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe in geeigneten Fällen austauschbar sind und dass die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele auch in anderen als den beschriebenen oder illustrierten Sequenzen eingesetzt werden können. Der Verweis auf „ein Ausführungsbeispiel” bedeutet, dass eine in Verbindung mit diesem Ausführungsbeispiel beschriebene bestimmte Funktion, Struktur oder ein Merkmal in mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Der Ausdruck „in einem Ausführungsbeispiel” an verschiedenen Stellen in dieser Spezifikation bezieht sich also nicht notwendigerweise auf dasselbe Ausführungsbeispiel, auch wenn das manchmal der Fall sein kann. Darüber hinaus können spezielle Funktionen, Strukturen oder Merkmale in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen auf geeignete Weise kombiniert werden, wie sie sich Fachleuten erschließt. Zur Veranschaulichung der Zeichnungen sind dotierte Bereiche von Vorrichtungsstrukturen mit im Allgemeinen geraden Rändern und präzisen Winkeln dargestellt. Fachleute werden dabei jedoch verstehen, dass aufgrund der Diffusion und Aktivierung der Dotierstoffe die Ränder der dotierten Bereiche im Allgemeinen keinen geraden Linien folgen müssen und keine präzisen Winkel aufweisen müssen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Rotationssystems 10 mit einem Näherungssensorsystem 12 und einem beweglichen Objekt. In einigen Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem beweglichen Objekt um ein Rad 11 mit Vorsprüngen handeln. In einem Ausführungsbeispiel können die Vorsprünge Zähne sein, wie beispielsweise Zähne eines Zahnrads, das zum Antreiben des Rads 11 dient. Eine Draufsicht 13 illustriert außerdem das Näherungssensorsystem 12 sowie das Rad 11 mit den Zähnen 14 und 15. Wie nachfolgend deutlich wird, enthält das Sensorsystem 12 Sensorelemente und eine Sensorschaltung, die zum Bestimmen dienen, ob sich das Rad 11 bewegt und in welcher Richtung die Bewegung stattfindet.
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Sensorsystems 120, bei dem es sich um eine Ausführung eines Teils des Systems 12 aus 1 handeln kann. Ein Ausführungsbeispiel des Systems 120 beinhaltet eine Sensorschaltung 127 und Sensorelemente 121. Ein Ausführungsbeispiel der Sensorschaltung 127 kann eine erste Empfängerschaltung 133 aufweisen, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Signal 124 zu empfangen, das eine erste variable Gegeninduktivität eines Sensors 123 anzeigt, und ein erstes Ermittlungssignal 125 zu erzeugen, das die erste variable Gegeninduktivität anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal 134 ein differenzielles AC-Signal sein, das von dem Sensor 123 empfangen wird, und das Signal 135 kann ein differenzielles AC-Signal sein, das um eine Gleichtaktspannung schwingt. Die Gleichtaktspannung kann an der Masse anliegen oder ein anderer Spannungswert sein. Alternativ kann das Signal 135 ein gleichgerichtetes DC-Signal sein, das auf eine gemeinsame Spannung wie beispielsweise eine Bezugsmasse bezogen ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste variable Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Position eines Zielobjekts variieren. Bei dem Zielobjekt kann es sich um ein Metallobjekt handeln. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Zielobjekt ein ferromagnetisches Material oder alternativ ein leitendes Material sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 127 außerdem eine Erkennungsschaltung 143 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, festzustellen, dass ein Bewegungsermittlungssignal 144 in Reaktion auf einen ersten Wert des ersten Ermittlungssignals 135 erfolgt. So kann die Schaltung 143 beispielsweise ein Signal 144 mit einem bestimmten Wert in Reaktion darauf erzeugen, dass der Wert des Signals 135 größer als ein erstes Schwellenwertsignal ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltung 127 kann eine Signalgeneratorschaltung 129 aufweisen, die zum Erzeugen eines Erregungssignals 130 konfiguriert ist. Die Schaltung 127 kann dazu konfiguriert sein, dass Erregungssignal 130 an ein Erregungselement 122 anzulegen. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste variable Gegeninduktivität zwischen dem Erregungselement 122 und einem ersten Empfangssensor 123 entstehen, der zum Erzeugen des Signals 124 konfiguriert ist. Ein Ausführungsbeispiel der Sensorschaltung 127 kann außerdem eine zweite Empfängerschaltung 138 aufweisen, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Signal 139 zu empfangen, das eine zweite variable Gegeninduktivität anzeigt, und ein zweites Ermittlungssignal 140 zu bilden, das die zweite variable Gegeninduktivität anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal 139 ein differenzielles AC-Signal sein, das von dem Sensor 124 empfangen wird und das um eine Gleichtaktspannung schwingt, und das Signal 140 kann ein differenzielles AC-Signal sein, das um die Gleichtaktspannung schwingt. Die Gleichtaktspannung kann an der Masse anliegen oder ein anderer Spannungswert sein. Alternativ kann das Signal 135 ein gleichgerichtetes DC-Signal sein, das auf eine gemeinsame Spannung wie beispielsweise eine Bezugsmasse bezogen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die zweite variable Gegeninduktivität in Reaktion auf die Position des Zielobjekts variieren. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite variable Gegeninduktivität zwischen dem Erregungselement 122 und einem zweiten Empfangssensor 124 entstehen, der zum Erzeugen des Signals 139 konfiguriert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Empfangssensoren 123 und 124 Signale bilden, die auf ein gemeinsames Signal oder ein Sensorbezugssignal, das von einer Sensorbezugsschaltung oder einer Sensorreferenz oder SRef 127 empfangen wird, bezogen sind. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 143 außerdem dazu konfiguriert sein, ein Bewegungsrichtungssignal 145 in Reaktion auf einen ersten Wert des zweiten Ermittlungssignals 140 zu aktivieren.
3 ist eine grafische Darstellung einiger Ausführungsbeispiele eines Teils einer Kombination von Sensorelementen, bei welchen es sich um alternative Ausführungsbeispiele der Sensorelemente 121 aus 2 handeln kann. 3 zeigt eine Draufsicht einer möglichen geometrischen Form, die zum Bilden eines Ausführungsbeispiels eines Erregungselements 16 verwendet werden kann, ein Beispiel einer möglichen geometrischen Form, die zum Bilden eines Ausführungsbeispiels eines ersten Empfangssensors 18 verwendet werden kann, und ein Beispiel einer möglichen geometrischen Form, die zum Bilden eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Empfangssensors 30 verwendet werden kann. Das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 können alternative Ausführungsbeispiele des Elements 122 bzw. der Sensoren 123 und 124 aus 2 sein. Das Element 16 und der Sensor 18 sind dazu konfiguriert sind, nebeneinander angeordnet zu werden und eine gegenseitige magnetische Kupplung oder Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 18 zu erzeugen. Der Sensor 30 ist dazu konfiguriert, eine gegenseitige magnetische Kupplung oder Gegeninduktivität mit dem Element 16 zu haben, die sich von der Kupplung zwischen dem Element 16 und dem Sensor 18 unterscheidet. Wie nachfolgend deutlich wird, werden die Formen des Elements 16 und der Sensoren 18 und 30 so gewählt, dass die Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 18 und die Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 30 variiert, wenn das Zielobjekt relativ zu den Sensoren 18 und 30 an unterschiedlichen Positionen platziert wird. In einigen Ausführungsbeispielen werden die relativen Positionen des Elements 16 und der Sensoren 18 und 30 auch so gewählt, dass die Gegeninduktivität in Reaktion auf die Positionen des Zielobjekts variiert.
In einem Ausführungsbeispiel hat das Element 16 im Wesentlichen die geometrische Form eines Kreises. Das Element 16 hat einen Umfang 17, der die geometrische Form aufweist. Die geometrische Form des Elements 16 hat außerdem eine Fläche. In einem Ausführungsbeispiel kann das Element 16 aus einem Leiter wie einem Draht gebildet sein oder als leitfähige Spur auf einer Leiterplatte ausgebildet sein. Der Leiter kann zu einer Schleife mit der geometrischen Form geformt sein, die als Induktor dienen kann. Zwei entgegengesetzte Enden des Leiters bilden Verbindungsklemmen 28 und 29, die zum Bilden einer Verbindung zu Element 16 verwendet werden können.
Der Empfangssensor 18 verfügt über mehr Schleifen als das Element 16. Außerdem verfügt der Empfangssensor 18 über einen Umfang 20, der eine geometrische Form aufweist. In einem Ausführungsbeispiel hat der Umfang 20 des Sensors 18 im Wesentlichen dieselbe Form wie der Umfang von Element 16. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die geometrische Form des Sensors 18 im Wesentlichen dieselbe Fläche wie Element 16 aufweisen. Der Sensor 18 verfügt jedoch über mehr Schleifen als das Element 16. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 18 zwei Schleifen aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel können die zwei Schleifen nebeneinander angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel können die zwei Schleifen lateral nebeneinander und in derselben Ebene angeordnet sein. Ein erste Schleife 22 kann sich von einer Verbindungsklemme 26 um einen linken Teil eines Umfangs 20 im Wesentlichen zu einem Mittelpunkt des Umfangs 20 erstrecken, und dann weiter in Richtung der Klemme 26 verlaufen, bis sie einen Kreuzungsteil 23 der ersten Schleife 22 erreicht. In einem Ausführungsbeispiel kann der Mittelpunkt des Umfangs 20 im Wesentlichen quer seitlich von der Klemme 26 liegen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schleife 22 eine Fläche aufweisen, die im Wesentlichen eine Hälfte der Fläche des Sensors 18 ist. Eine zweite Schleife 21 kann sich von einer Verbindungsklemme 25 weg von dem Teil 23 und um einen rechten Teil des Umfangs 20 im Wesentlichen zu einem Mittelpunkt des Umfangs 20 erstrecken und dann weiter bis zu dem Kreuzungsteil 23 verlaufen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schleife 21 eine Fläche aufweisen, die im Wesentlichen eine Hälfte der Fläche des Sensors 18 ist. Der Kreuzungsteil 23 bildet eine elektrische und physische Verbindung zwischen den Schleifen 21 und 22. In einem Ausführungsbeispiel können die Schleifen 21 und 22 jeweils im Wesentlichen die Form eines Pilzkopfes aufweisen, wobei die zwei Pilzköpfe Rücken an Rücken zueinander angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 18 eine geometrische Form aufweisen, bei der es sich um ein verdrilltes und gedrehtes Abbild von Element 16 handelt. Der Sensor 18 kann beispielsweise durch Verdrillen von Element 16 um eine Achse 97 (allgemein durch eine gestrichelte Linie angedeutet) und durch Drücken des Umfangs 20 in die gewünschte geometrische Form gebildet werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 18 eine solche Form aufweisen, dass, wenn der Sensor neben dem Element 16 platziert wird, ohne jedoch damit kurzgeschlossen werden, eine Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 18 einen Nullwert beträgt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen Null betragen. Fachleuten wird sich erschließen, dass aufgrund von Herstellungstoleranzen und anderen Varianzen der Nullwert nicht identisch mit Null sein muss, sondern auch nahe Null oder alternativ im Wesentlichen Null sein kann. Ein Ausführungsbeispiel kann das Ausbilden der Schleife 22 als Leiterschleife umfassen, die in einer ersten Richtung gewunden ist, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, und das Ausbilden der Schleife 21 als Leiterschleife, die in einer zweiten Richtung gewunden ist, wie beispielsweise im Uhrzeigersinn.
Angenommen, der Sensor 18 ist beispielsweise neben dem Element 16 positioniert und es wird ein AC-Signal an das Element 16 angelegt. Dann kann die Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 18 im Wesentlichen eine Null-Gegeninduktivität sein, in Reaktion darauf, dass sich kein Zielobjekt in der Nähe von Sensor 18 oder in der Nähe der Schleifen 21–22 befindet. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen Null betragen. Das an das Element 16 angelegte Signal erzeugt ein Magnetfeld. Aufgrund der symmetrischen Form der Schleifen 21 und 22 kann die Schleife 22 als Schleife betrachtet werden, die ein Signal mit einer ersten Polarität erzeugt, und die Schleife 21 kann als Schleife betrachtet werden, die ein Signal mit einer zweiten und im Wesentlichen entgegengesetzten Polarität erzeugt. Das kann dem Wesen nach auch als Symmetrie der Schleifen betrachtet werden. Aufgrund der im Wesentlichen bestehenden Symmetrie der Schleifen 21 und 22 sind alle Signale, die in den Schleifen 21 und 22 induziert werden, im Wesentlichen gleiche Signale von entgegengesetzter Polarität in den Schleifen 21 und 22. Diese entgegengesetzten Signale löschen einander aus, so dass das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 im Wesentlichen Null ist. Wenn das Zielobjekt unter den Sensor 18 oder in die Nähe desselben bewegt wird, erzeugt das Magnetfeld von Element 16 einen Strom in dem Zielobjekt, der seinerseits ein Magnetfeld in dem Zielobjekt erzeugt. Wenn das Zielobjekt unter der Schleife 22 positioniert wird, kann die Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und der Schleife 22 zunehmen, so dass in Reaktion darauf das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 stärker wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität einen maximalen Wert annehmen, wenn das Zielobjekt ausschließlich unter der Mitte der Schleife 22 platziert wird. In einem Ausführungsbeispiel hat der maximale Wert eine Größe, die größer als der Nullwert ist. Somit kann das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25–26 ebenfalls eine maximale Größe aufweisen. Wenn das Zielobjekt im Wesentlichen unter der Mitte von Sensor 18 positioniert wird, kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen der Nullwert oder alternativ im Wesentlichen Null sein. Das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 kann ebenfalls im Wesentlichen eine Größe gleich Null aufweisen. Wenn das Zielobjekt unter der Schleife 21 positioniert wird, kann die Größe der gegenseitigen Induktivität einen minimalen Wert annehmen. Die Amplitude kann also größer als der Nullwert sein, doch die Polarität kann bezüglich der Polarität des maximalen Werts umgekehrt sein. Die Polarität des Signals zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 kann also umgekehrt werden. So kann beispielsweise die Richtung eines Stroms oder einer Spannung zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 umgekehrt sein. Fachleuten wird sich erschließen, dass das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 ein AC-Signal ist, das auf einen Wert eines Bezugssignals bezogen werden kann. So kann das Signal zum Beispiel auf Masse, eine negative Versorgungsspannung oder eine positive Versorgungsspannung bezogen werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der minimale Wert eine Amplitude oder Größe gleich der Amplitude der maximalen gegenseitigen Induktivität aufweisen, nur dass die Polarität bezüglich der Polarität des maximalen Werts umgekehrt sein kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität einen positiven Wert als den maximalen Wert aufweisen, einen nicht positiven Wert (relativ zu dem positiven Wert) als den minimalen Wert und der Nullwert kann ein Schwellenwert sein, der zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert liegt. So kann das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 einen maximalen Wert, einen minimalen Wert und einen Nullwert aufweisen, bei dem es sich um einen Schwellenwert zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Signals handelt.
Ein Vorteil des Sensors 18 ist, dass in dem Sensor 18 induzierte Rauschsignale innerhalb des Sensors 18 ausgelöscht werden. Aufgrund der Symmetrie der Schleifen 21 und 22 bilden die Rauschsignale im Wesentlichen gleiche Signale von entgegengesetzter Polarität in den Schleifen 21 und 22. Diese entgegengesetzten Signale löschen einander aus, so dass das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 25 und 26 im Wesentlichen frei von diesen Rauschsignalen ist. Das Rauschsignal kann von einem Mobiltelefon herrühren, von Signalen, die während des Betriebs eines Automotors entstehen, oder von einer anderen Quelle.
Der Empfangssensor 30 kann von einem Leiter gebildet werden, der ebenfalls aus einer Vielzahl von Schleifen besteht. In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 30 auch zwei Schleifen aufweisen. Außerdem verfügt der Sensor 30 über einen Umfang 42, der eine geometrische Form aufweist. In einem Ausführungsbeispiel hat der Umfang 42 des Sensors 30 im Wesentlichen dieselbe geometrische Form wie das Element 16. Die Teile des Leiters, die in jeder Schleife enthalten sind, können durch Kreuzungsteile des Leiters elektrisch miteinander verbunden sein. In einem Ausführungsbeispiel können die zwei Schleifen lateral nebeneinander angeordnet sein. Eine erste Schleife 37 kann im Wesentlichen eine Form eines Pilzkopfes aufweisen, die an einer Hälfte eines Rechtecks befestigt ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Schleife 37 auch andere Formen aufweisen. Ein erster Teil 38 der Schleife 37 kann sich von einer Verbindungsklemme 41 um einen linken Teil eines Umfangs 42 zu einem ersten Punkt entlang des Umfangs 42 erstrecken und dann nach innen in Richtung eines ersten Kreuzungsteils 33 der ersten Schleife 37 zu einem zweiten Teil 39 der Schleife 37 verlaufen. In einem Ausführungsbeispiel kann der erste Punkt entlang dem Umfang etwa ein Vierteil der Distanz um den gesamten Umfang 42 betragen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schleife 37 eine Fläche aufweisen, die etwa die Hälfte der Fläche des Sensors 30 ist. Eine zweite Schleife 34 des Sensors 30 kann ebenfalls im Wesentlichen eine Form eines Pilzkopfes aufweisen, die an einer Hälfte eines Rechtecks befestigt ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Schleife 34 auch andere Formen aufweisen. Ein erster Teil 36 der Schleife 34 kann sich von einer Verbindungsklemme 40 nach außen, weg von dem Kreuzungsteil 33 in Richtung des Umfangs 42 erstrecken, um ein Viertel des Umfangs 42 herum verlaufen und sich dann nach innen, weg von dem Umfang 42 zu einem Kreuzungsteil 31 der Schleife 34 erstrecken. Dieser erste Teil 36 kann die Form einer Hälfte eines Rechtecks haben. Ein zweiter Teil 35 der Schleife 34 kann im Wesentlichen die Form eines Pilzkopfes aufweisen und sich von dem Kreuzungsteil 31 nach außen in einem Winkel in Richtung des Umfangs 42 erstrecken, um etwa ein Viertel des Umfangs 42 verlaufen und sich dann nach innen zu einem dritten Kreuzungsteil 32 zur Verbindung mit der Schleife 37 erstrecken. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Mittelpunkt des Teils 35 der Schleife 34 direkt gegenüber einem Mittelpunkt des Teils 38 der Schleife 37 liegen, so dass eine Linie durch die zwei Mittelpunkte das Zentrum des Sensors 30 halbieren würde. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schleife 34 eine Fläche aufweisen, die etwa die Hälfte der Fläche des Sensors 30 ist. In einem Ausführungsbeispiel können die Schleifen 34 und 37 im Wesentlichen dieselbe planbare Fläche aufweisen. Allerdings kann sich in einigen Ausführungsbeispielen die Fläche der Teile 35 und 38 von der Fläche der Teile 36 und 39 unterscheiden. Der Kreuzungsteil 32 bildet eine Verbindung zwischen den Schleifen 34 und 37. Die Kreuzungsteile 31 und 33 bilden jeweils Verbindungen zwischen den Teilen 35 und 36 und den Teilen 38 und 39 der jeweiligen Schleifen 34 und 37. Ein Ausführungsbeispiel kann das Ausbilden der Teile 36 und 38 als Leiterschleifenteile umfassen, die in einer ersten Richtung gewunden sind, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, und das Ausbilden der Teile 35 und 39 als Leiterschleifenteile, die in einer zweiten Richtung gewunden sind, wie beispielsweise im Uhrzeigersinn. In einem Ausführungsbeispiel können die Schleifen 34 und 37 jeweils mit Teilen im Uhrzeigersinn und Teilen gegen den Uhrzeigersinn ausgebildet sein, die im Wesentlichen die Gegeninduktivität des Teils mit der entgegengesetzten Richtung der jeweiligen Schleife auslöschen.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 30 eine geometrische Form aufweisen, bei der es sich um ein mehrfach verdrilltes und gedrehtes Abbild von Element 16 handelt. So kann der Sensor 30 beispielsweise durch Verdrillen eines oberen Teils von Element 16 um eine Achse 95 (allgemein durch eine gestrichelte Linie angedeutet) und durch Verdrillen eines unteren Teils von Element 16 um eine Achse 96 (allgemein durch eine gestrichelte Linie angedeutet) und durch anschließendes Drücken des Umfangs 42 in die erwünschte geometrische Form gebildet werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 30 eine solche geometrische Form aufweisen, dass, wenn der Sensor neben dem Element 16 platziert wird, ohne jedoch damit kurzgeschlossen werden, eine Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 20 einen minimalen Wert annimmt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen Null betragen.
Angenommen, der Sensor 30 ist beispielsweise neben dem Element 16 positioniert und es wird ein AC-Signal an das Element 16 angelegt. Dann kann die Gegeninduktivität zwischen dem Element 16 und dem Sensor 30 im Wesentlichen eine Null-Gegeninduktivität sein, in Reaktion darauf, dass sich kein Zielobjekt in der Nähe von Sensor 30 oder einer der Schleifen 34–36 befindet. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen Null betragen. Außerdem sind die Schleifen bei dem Sensor 30 symmetrisch ausgebildet. Die Teile 35 und 38 können als Schleifenteile betrachtet werden, die ein Signal mit einer ersten Polarität erzeugen, und die Teile 36 und 39 können als Schleifenteile betrachtet werden, die ein Signal mit einer zweiten und im Wesentlichen entgegengesetzten Polarität erzeugen. So haben die Schleifen 34 und 37 jeweils symmetrische Schleifen oder Schleifenteile. Aufgrund der Symmetrie der Schleifen haben Signale, die in Abwesenheit eines Zielobjekts in den Teilen 35 und 36 induziert werden, im Wesentlichen gleiche Amplituden, aber unterschiedliche Polarität, so dass sie sich gegenseitig auslöschen, und auch Signale, die in den Teilen 38 und 39 induziert werden, haben im Wesentlichen gleiche Amplituden, aber entgegengesetzte Polarität, so dass sie sich gegenseitig auslöschen. So werden dank der Schleifensymmetrie Signale, die Abwesenheit eines Ziels in dem Sensor 30 induziert werden, im Wesentlichen innerhalb des Sensors 30 ausgelöscht. Folglich ist das Signal, das in Abwesenheit eines Zielobjekts zwischen den Verbindungsklemmen 40–41 erzeugt wird, im Wesentlichen Null. Wenn das Zielobjekt im Wesentlichen unter der Mitte des Teils 38, 36 positioniert wird, nimmt die Gegeninduktivität zu. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität einen maximalen Wert annehmen, wenn das Zielobjekt ausschließlich unter der Mitte des Teils 38 platziert wird. Wenn das Zielobjekt im Wesentlichen unter der Mitte des Teils 35 positioniert wird, nimmt außerdem die Gegeninduktivität in Bezug auf den Nullwert der gegenseitigen Induktivität zu. Wenn das Zielobjekt im Wesentlichen unter der Mitte der Teile 36 und 39 positioniert wird, kann die Gegeninduktivität in Bezug auf den Nullwert abnehmen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gegeninduktivität einen minimalen Wert annehmen, wenn das Zielobjekt im Wesentlichen unter der Mitte der Teile 36 und 39 platziert wird. Wie nachfolgend deutlich wird, hat der minimale Wert einen großen absoluten Wert, doch eine Polarität, die dem maximalen Wert entgegengesetzt ist. So kann die Polarität bezüglich des Nullwerts zum Beispiel negativ sein.
Dank der Symmetrie der Schleifen werden Rauschsignale, die in dem Sensor 30 induziert werden, im Wesentlichen innerhalb des Sensors 30 ausgelöscht. Aufgrund der Symmetrie der Schleifen 34 und 37 bilden die Rauschsignale ein im Wesentlichen gleiches Signal von entgegengesetzter Polarität in den Schleifenteilen. Diese entgegengesetzten Signale löschen einander aus, so dass das Signal zwischen den Verbindungsklemmen 40 und 41 im Wesentlichen frei von den Rauschsignalen ist.
4 ist eine grafische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels einiger Konfigurationen der Sensorelemente 121 aus 1. In einem Ausführungsbeispiel können das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 in einer relativ zueinander überlagernden Konfiguration angeordnet sein. Der Sensor 30 kann gegenüber dem Zielobjekt angeordnet sein, das in dem Beispiel als Rad 11 illustriert ist (1). Der Sensor 18 kann über dem Sensor 30 angeordnet sein. Das Element 16 kann über dem Sensor 18 angeordnet sein. Die Kombination aus Element 16 und den Sensoren 18 und 30 kann so positioniert werden, dass die Bewegung der Zähne 14-15 in einer Richtung erfolgt, die im Wesentlichen lateral über die Mitte der Schleifen 22 und 21 und im Wesentlichen über die Mitte der Schleifen 34 und 17 verläuft. In einem Ausführungsbeispiel kann das Zielobjekt unter den Schleifen 22 und 21 und den Schleifen 34 und 37 in der Richtung eines Pfeils 44 verlaufen.
5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer Sensorschaltung 45, bei welcher es sich um eine alternative Ausführung der Schaltung 127 handeln kann, die in der Beschreibung zu 2 erläutert wurde. Die Schaltung 45 enthält einen Signalgenerator 52, der zum Erzeugen eines Erregungssignals 53 konfiguriert ist. Der Generator 52 kann eine alternative Ausführung des Generators 129 sein, der in der Beschreibung zu 2 erläutert wurde. In einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltung 45 zum Betrieb mit Sensorelementen 75 konfiguriert, die ähnlich den Sensorelementen 121 aufgebaut sind, die in der Beschreibung zu 2 erläutert wurden. Die Sensorelemente 75 können eine Sensorbezugsschaltung einer Sensorreferenz oder SRef 76 umfassen, die ähnlich der Sref 127 aufgebaut ist und arbeitet (2). Das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 sind zur Vereinfachung der Zeichnung als Induktoren dargestellt, doch stellt diese Illustration keineswegs eine Einschränkung für das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 dar. Die Induktoren sind weiterhin mit Wicklungen in entgegengesetzten Richtungen dargestellt, um die Elemente der Sensoren 18 und 30 zu illustrieren, die im Zusammenhang mit 3 und 4 beschrieben wurden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 45 Verbindungsklemmen 47 und 48 enthalten, die zur Verbindung mit entsprechenden Verbindungsklemmen 28 und 29 von Element 16 konfiguriert sind. Eine Verbindungsklemme 49 der Schaltung 45 kann zum Empfangen eines Signals von der Verbindungsklemme 25 des Sensors 18 konfiguriert sein und eine Verbindungsklemme 50 der Schaltung 45 kann zum Empfangen eines Signals von der Verbindungsklemme 41 des Sensors 30 konfiguriert sein. Die Verbindungsklemmen 26 und 40 der jeweiligen Sensoren 18 und 30 können mit einer gemeinsamen Bezugsspannung verbunden sein, wie einer Bezugsmasse oder einer anderen gemeinsamen Referenz, die zum Betreiben der Schaltung 45 dient. In anderen Ausführungsbeispielen können die Verbindungsklemmen 26 und 40 mit anderen Elementen der Schaltung 45 verbunden sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 45 zum Beispiel die differenziellen AC-Signale von den Verbindungsklemmen 25 und 26 des Sensors 18 und von den Verbindungsklemmen 40 und 41 des Sensors 30 empfangen und die differenziellen Signale verarbeiten, anstatt die Signale von den Sensoren 18 und 30 auf eine Bezugsmasse zu beziehen.
Die Schaltung 45 umfasst außerdem eine Erkennungsschaltung 72, bei der es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel der Schaltung 143 handelt, die unter Bezug auf 2 beschrieben wurde und die ähnlich wie die Schaltung 143 funktioniert. Eine Demodulatorschaltung oder ein Demodulator 55 und eine Demodulatorschaltung oder ein Demodulator 57 der Schaltung 45 sind alternative Ausführungsbeispiele der entsprechenden Schaltungen 133 und 138, die unter Bezug auf 2 beschrieben wurden und die ähnlich wie die Schaltungen 133 und 138 funktionieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Schaltung 72 kann einen Komparator 60 und einen Komparator 62 beinhalten. Ein Bezugssignalgenerator oder eine Referenz oder ref 58 kann dazu dienen, ein Bezugssignal 59 für den Komparator 60 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 72 eine Bezugsschaltung 68 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, ein Bezugssignal 65 für den Komparator 62 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Bezugsschaltung 68 eine adaptive Bezugsschaltung 68 sein, die dazu konfiguriert ist, ein adaptives Bezugssignal 65 für den Komparator 62 zu erzeugen.
In einem Ausführungsbeispiel des Betriebs der Schaltung 45 kann der Generator 52 dazu konfiguriert sein, das Erregungssignal 53 an das Erregungselement 16 anzulegen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal 53 ein AC-Signal sein. In einem Ausführungsbeispiel kann des Weiteren die Frequenz des AC-Signals größer als eine Frequenz sein, mit der sich ein Zielobjekt unter den Sensoren 18 und/oder 30 bewegt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Frequenz des AC-Signals zwischen etwa einem und etwa zehn Megahertz (1–10 MHz) liegen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Demodulator 55 dazu konfiguriert sein, ein Erregungssignal 53 zu empfangen und ein Empfangssignal 46 von dem Sensor 18 zu empfangen. Der Demodulator 55 ist dazu konfiguriert, das Signal 46 zu demodulieren und ein Ermittlungssignal D1 zu erzeugen, das die Gegeninduktivität des Sensors 18 anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel kann diese Gegeninduktivität die Gegeninduktivität zwischen dem Sensor 18 und dem Element 16 sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Demodulator 57 dazu konfiguriert sein, das Signal 53 zu empfangen und ein Empfangssignal 51 von dem Sensor 30 zu empfangen. Der Demodulator 57 kann dazu konfiguriert sein, das Signal 51 zu demodulieren und ein Ermittlungssignal D2 zu erzeugen, das die Gegeninduktivität des Sensors 30 anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel kann diese Gegeninduktivität die Gegeninduktivität zwischen dem Sensor 30 und dem Element 16 sein. In einem Ausführungsbeispiel können die Demodulatoren 55 und 57 dazu vorgesehen sein, die jeweils von den entsprechenden Sensoren 18 und 30 empfangenen Signale 46 und 51 zu demodulieren und AC-Signale zu erzeugen, die um ein gemeinsames Bezugssignal schwingen. So können zum Beispiel in einem Ausführungsbeispiel die Signale D1 und D2 AC-Signale sein, die über und unter den Wert des Bezugssignals 59 schwingen. In einem Ausführungsbeispiel können das Signal von Sref 76 und das Signal 59 im Wesentlichen denselben Wert aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen können die Demodulatoren 55 und 57 differenzielle Signale von den jeweiligen Sensoren 18 und 30 empfangen und Signale D1 und D2 als AC-Signale erzeugen, die eine Schwingungsbreite um eine Gleichtaktspannung herum aufweisen. Die Gleichtaktspannung kann an der Masse anliegen oder das Signal 59 oder ein anderer Spannungswert sein. In einem Ausführungsbeispiel können die Demodulatoren 55 und 57 dazu eingerichtet sein, die jeweils empfangenen Signale 46 und 51 von den jeweiligen Sensoren 18 und 30 zu demodulieren und optional die demodulierten Signale gleichzurichten, um ein langsam variierendes Signal zu erzeugen, das die Gegeninduktivität der jeweiligen Sensoren 18 und 30 repräsentiert. Der Wert des Signals kann beispielsweise variieren, wenn sich das Zielobjekt bewegt. In einem Ausführungsbeispiel können die Demodulatoren 55 und 57 das Signal als ein variierendes DC-Signal erzeugen, das die Gegeninduktivität der jeweiligen Sensoren 18 und 30 anzeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Verläufe einiger Signale veranschaulicht, die von der Schaltung 45 erzeugt werden. Die Abszisse kennzeichnet die zunehmende Zeit und die Ordinate zeigt die Amplitude und Polarität der entsprechenden Signale an. Der Kurvenverlauf 80 illustriert ein Ausführungsbeispiel der Gegeninduktivität des Sensors 18 und der Kurvenverlauf 81 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gegeninduktivität des Sensors 30. Ein Kurvenverlauf 82 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ermittlungssignals D1 und der Kurvenverlauf 83 illustriert ein Ausführungsbeispiel des Ermittlungssignals D2. Das Ausführungsbeispiel von Signal D1, das in 6 dargestellt ist, ist ein AC-Signal mit einer Schwingungsbreite, die auf das Bezugssignal 59 bezogen ist, wobei die Scheitel- und Talwerte jeweils größer bzw. kleiner als der Wert des Bezugssignals 59 sind. Entsprechend ist das Ausführungsbeispiel von Signal D2, das in 6 dargestellt ist, ist ein AC-Signal mit einer Schwingungsbreite, die auf das Bezugssignal 65 bezogen ist, wobei die Scheitel- und Talwerte jeweils größer bzw. kleiner als der Wert des Bezugssignals 65 sind. Der Verlauf 86 zeigt das Signal 61 und der Verlauf 87 illustriert das Signal 63. Diese Beschreibung bezieht sich auf 3–6.
Angenommen, in einer Anwendung ist das Zielobjekt ein Zahnrad, ähnlich dem Rad 11 aus 1 und die Schaltung 45 sowie die Elemente 75 sind dazu konfiguriert, eine Bewegung des Rades 11 zu ermitteln. Angenommen außerdem, dass eine Breite (W) der einzelnen Zähne des Rades 11 (1) kleiner als ein Durchmesser 27 (3) von Element 16 und den Sensoren 18 und 30 ist. Wenn zu einem Zeitpunkt t0 eine Lücke zwischen zwei Zähnen, Wie den Zähnen 14 und 15, im Wesentlichen unter der Mitte des Sensors 18 positioniert ist, wie beispielsweise unter dem Kreuzungsteil 23, und unter den Teilen 36 und 39 von Sensor 30 positioniert ist, dann ist jeweils ein Zahn links und rechts von den Sensoren 18 und 30 angeordnet. Da sich also kein Zielobjekt unter den Schleifen 21 oder 22 des Sensors 18 befindet, beläuft sich die Gegeninduktivität des Sensors 18 im Wesentlichen auf einen Nullwert, wie in der Kurve 80 bei t0 dargestellt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Nullwert ein Wert nahe Null für die Gegeninduktivität sein und in einem Ausführungsbeispiel ist der Nullwert im Wesentlichen Null. In manchen Ausführungsbeispielen kann der Nullwert ein Wert sein, der im Wesentlichen ein Mittelwert der Gegeninduktivität ist. So hat auch das Signal D1 einen Nullwert, wie in der Kurve 82 bei t0 zu sehen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal D1 folglich einen Wert aufweisen, der im Wesentlichen dem Signal 59 entspricht. Das Signal D1 ist also nicht größer als das Bezugssignal 59, was dazu führt, dass die Ausgabe des Komparators 60 negiert wird, wie in der Kurve 86 zu erkennen. Der exakte Wert des Signals D1, der die Negierung oder Aktivierung des Signals 61 bewirkt, wird von dem Wert des Signals 59 bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal 59 einen Wert aufweisen, der zwischen den erwarteten Scheitel- und Talwerten des Signals D1 liegt. So kann das Signal 59 beispielsweise ein prozentualer Anteil der Differenz zwischen dem Scheitelwert und Mindestwert bzw. Talwert des Signals D1 sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Wert von Signal 59 in der Nähe eines Mittelpunkts der Stromversorgung liegen, die zum Betreiben des Komparators 60 dient. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Wert des Signals 59 ein Grundwert für den Fall sein, dass die differenziellen Signale D1 und D2 über und unter die Masse schwingen, kann in anderen Ausführungsbeispielen aber auch ein anderer Wert sein. Wenn sich ein Rand eines Zahns in der Nähe der Teile 38 und 35 des Sensors 30, jedoch nicht unter den Teilen 36 und 39 befindet, dann hat die Gegeninduktivität des Sensors 30 einen Maximalwert, wie in der Kurve 81 bei t0 zu sehen. Folglich hat auch das Signal D2 einen Maximalwert, wie in der Kurve 83 bei t0 zu sehen. Da das Signal D2 größer als das Bezugssignal 65 ist, wird das Richtungssignal 63 aktiviert.
Wenn sich das Rad 11 über die Sensoren dreht, wie zwischen den Zeiten t0 und t1, beginnt sich ein Zahn unter die Schleife 22 des Sensors 18 zu bewegen, so dass die Gegeninduktivität des Sensors 18 beginnt, zuzunehmen, wie in der Kurve 80 dargestellt. Folglich beginnt das Signal D1 stärker zu werden, wie in der Kurve 82 dargestellt. Wenn das Signal D1 über das Bezugssignal 59 ansteigt, aktiviert der Komparator 60 das Bewegungsermittlungssignal 61. Die Radbewegung bewirkt außerdem, dass sich der Zahn unter den Teil 38 des Sensors 30 bewegt, so dass die Gegeninduktivität des Sensors 30 beginnt abzunehmen, wie in der Kurve 81 zwischen t0 und t1 angedeutet. Da sich die Mitte des Zahns unter der Mitte der Schleife 22 des Sensors 18 befindet, nimmt die Gegeninduktivität des Sensors 18 zu, wie in der Kurve 80 bei t1 dargestellt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Gegeninduktivität ein maximaler Wert oder Spitzenwert sein. Die Mitte es Zahns bewegt sich außerdem von der Mitte des Teils 38 in Richtung der Teile 36 und 39 des Sensors 30, so dass der Wert der Gegeninduktivität weiter abnimmt, wie in der Kurve 81 zwischen t0 und t1 dargestellt. Folglich nimmt auch der Wert des Signals D2 ab, wie in der Kurve 83 zu sehen. Als Reaktion darauf, dass das Signal D2 kleiner als das Bezugssignal 65 wird, wie beispielsweise in der Nähe oder um t1 herum, kann der Komparator 62 das Signal 63 negieren.
Wenn sich der Zahn zwischen den Zeiten t1 und t2 unter der Mitte der Schleife 22 des Sensors 18 heraus unter die tatsächliche Mitte des Sensors 18 bewegt, bewegt sich der Zahn auch von dem Teil 38 des Sensors 30 unter die Mitte der Teile 36 und 39. Durch die Positionierung des Zahns unter der Mitte von Sensor 18 entsteht eine Null-Gegeninduktivität, wie an der Kurve 80 bei t2 zu erkennen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Nullwert ein Wert der Gegeninduktivität nahe Null sein, während er in anderen Ausführungsbeispielen ein Wert von annähernd Null sein kann. So hat auch das Signal D1 einen Wert nahe dem Gleichtaktwert des Signals D1, beispielsweise nahe dem Wert von Signal 59, wie in der Kurve 82 bei t2 dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel kann der Wert von D1 im Wesentlichen Null betragen. In Reaktion darauf, dass der Wert von D1 kleiner als der Wert von Signal 59 wird, wird das Signal 61 negiert. Auf der Position unter den Teilen 36 und 39 des Sensors 30 erzeugt der Zahn eine minimale Gegeninduktivität für den Sensor 30, wie an der Kurve 81 bei t2 zu erkennen. Folglich sinkt der Wert des Signals D2, wie mit der Kurve 83 bei t2 dargestellt. Die Schaltung 72 hält das Signal 63 negiert, da der Wert des Signals D2 kleiner als das Signal 65 ist.
Angenommen, der Zahn bewegt sich zwischen t2 und t3 von der Mitte des Sensors 18 unter die Schleife 21 des Sensors 18 und von unter den Teilen 36 und 39 des Sensors 30 unter den Teil 35 des Teils 30. Wenn sich der Zahn von der Mitte des Sensors 18 zur Mitte der Schleife 21 des Sensors 18 bewegt, nimmt die Gegeninduktivität des Sensors 18 ab und ändert die Polarität, wie im Kurvenverlauf 80 kurz nach t2 und zwischen t2 und t3 zu sehen, bis sie in der Nähe von t3 einen Mindestwert erreicht. Folglich sinkt der Wert des Signals D1 unter das Signal 59. In Reaktion auf den Wert von D2 wird das Signal 61 negiert. Durch die Bewegung des Zahns von unter den Teilen 36 und 39 des Sensors 30 unter den Teil 35 steigt die Gegeninduktivität des Sensors 30 von der Mindest-Gegeninduktivität auf eine Null-Gegeninduktivität, wie im Kurvenverlauf 81 zwischen t2 und t3 angezeigt. Folglich steigt das Signal D2 von einem Mindestwert oder Talwert bei t2 auf einen Wert bei t3, der in der Nähe des Signals 65 liegt, wie in der Kurve 83 dargestellt. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Signal D2 bei t3 im Wesentlichen einen Nullwert aufweisen. Das Signal 63 kann negiert bleiben, während das Signal D2 stärker wird, und kann in Reaktion darauf aktiviert werden, dass D2 einen Wert erreicht, der nicht kleiner als das Signal 65 ist, wie in der Kurve 87 zwischen t2 und t3 dargestellt.
Angenommen, das Rad dreht sich zwischen t3 und t4 weiter und der Zahn bewegt sich von der Mitte der Schleife 21 des Sensors 18 in Richtung des Umfangs des Sensors 18 und in der Nähe von Zeitpunkt t4 nach außerhalb des Umfangs. Wenn sich die Mitte des Zahns von der Schleife 21 nach außerhalb der Schleife 21 bewegt, steigt die Gegeninduktivität des Sensors 18 von dem Minimum in Richtung eines Nullwerts an, wie im Kurvenverlauf 80 zwischen t3 und t4 dargestellt, und wird im Wesentlichen ein Nullwert, wenn sich kein Zahn unter dem Sensor 18 befindet, wie bei t4 illustriert. In einem Ausführungsbeispiel wird die Gegeninduktivität im Wesentlichen Null. Das Ermittlungssignal D1 steigt in Richtung des Wertes von Signal 59 an und wird gleich oder größer als das Signal 59, was dazu führt, dass in der Nähe von Zeitpunkt t4 oder kurz danach das Signal 61 aktiviert wird. An dem Sensor 30 steigt durch den Zahn, der sich unter dem Teil 35 heraus und nach außerhalb der Schleife 34 bewegt, die Gegeninduktivität an, wie in der Kurve 81 gezeigt. Folglich steigt das Signals D2 an, wie in der Kurve 83 dargestellt. Das Signal 63 bleibt aktiviert, während der Wert des Signals D2 über das Signal 65 steigt.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Bezugsschaltung 68 eine adaptive Bezugsschaltung 68 sein, die einen adaptiven Wert für das Bezugssignal 65 erzeugt. In einigen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Spitzenauslenkungen der Gegeninduktivität des Sensors 30 nicht gleich sind, so dass auch die resultierenden maximalen und minimalen Werte von Signal 51 nicht alle die gleiche Größe aufweisen. Die adaptive Bezugsschaltung 68 ist dazu konfiguriert, ein adaptives Bezugssignal 65 mit einem Wert zu erzeugen, der irgendwo zwischen den maximalen und minimalen Werten des Signals D2 liegt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 68 das Signal 65 mit einem Wert bilden, der ein prozentualer Anteil der maximalen Spitzenwerte von Signal D2 ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal 65 mit einem Wert erzeugt werden, der ein Mittelwert von Signal D2 ist. Die Schaltung 68 kann eine Ermittlungsschaltung 69 und eine Anpassungsschaltung 64 aufweisen. Die Ermittlungsschaltung 69 kann dazu konfiguriert sein, das Signal D2 abzutasten und einen Mittelwert der Spitzenwerte von Signal D2 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ermittlungsschaltung 69 eine Abtast-Halte-Schaltung sein, welche die Spitzenwerte des Signals D2 abtastet und einen Mittelwert der Spitzenwerte erzeugt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Schaltung 69 auch in Form anderer Schaltungen ausgeführt sein, die einen Mittelwert des Signals D2 erzeugen können, wie beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler und digitale Logik oder optional eine digitale Speicherschaltung. Die Anpassungsschaltung 64 kann dazu konfiguriert sein, die gemittelten Spitzenwerte um einige Prozent anzupassen, um das Signal 65 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Prozentsatz etwa eine Hälfte, wobei er in anderen Ausführungsbeispielen auch andere Werte annehmen kann.
7 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel von Variationen des Signals 65 illustriert.
Ein Kurvenverlauf 88 illustriert die Gegeninduktivität des Sensors 30 und Variationen, die in der Gegeninduktivität auftreten können. Der Kurvenverlauf 89 illustriert Variationen des Maximalwerts der Gegeninduktivität und der Kurvenverlauf 90 illustriert Variationen des Minimalwerts der Gegeninduktivität. Die nicht symmetrische Form der Gegeninduktivität des Sensors 30 wird dann auch in ungleiche Spitzenwerte des Signals D2 übertragen. Der Kurvenverlauf 84 veranschaulicht ein Beispiel von Änderungen des Werts des Signals 65 in Reaktion auf die Variationen der Gegeninduktivität des Sensors 30, oder alternativ auf die Variationen in den maximalen und minimalen Werten des Signals D2. Wie anhand des Kurvenverlaufs 84 zu erkennen, ist die Schaltung 64 dazu konfiguriert, den Wert des Signals 65 in Reaktion auf das Absinken des Signals D2 zu senken, und das Signal 65 in Reaktion auf einen Anstieg des Werts von Signal D2 anzuheben.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel empfängt die Schaltung 45 differenzielle Signale von den Sensoren 18 und 30 und die Signale D1 und D2 haben differenzielle Werte um eine Gleichtaktspannung herum. Jede Überquerung der Gleichtaktspannung, wie beispielsweise bei einem Wert von im Wesentlichen Null, wird von dem Komparator 60 ermittelt, und der Komparator 62 bestimmt die Polarität des Signals von dem Sensor 30. Diese Polarität kann dazu verwendet werden, die Richtung der Zahnraddrehung anzuzeigen.
Der Kurvenverlauf 77 veranschaulicht die Gegeninduktivität des Sensors 30 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Angenommen, das Rad 11 dreht sich und beginnt an einem Punkt 78, sich in die andere Richtung drehen. Die Richtungsänderung verursacht eine Änderung der Gegeninduktivität, die von dem Sensor 30 erfasst wird, und entsprechend eine Änderung des Spitzenwerts von Signal D2. Die Änderung des Spitzenwertes von D2 verursacht auch eine Änderung des Wertes von Signal 65. Da der Spitzenwert von Signal D2 gesunken ist, sinkt auch der Wert des Bezugssignals 65. Das Absinken von Signal 65 kann dazu dienen, eine Richtungsänderung des Rades 11 anzuzeigen.
Wenn die Position der Mitte des Zahns genauer ermittelt werden muss, als nur mit dem Rand des Zahns, können die Anschlüsse der Sensoren 18 und 30 an die Schaltung 45 vertauscht werden.
8 zeigt Teile eines weiteren Ausführungsbeispiels des Sensors 30. In einem Ausführungsbeispiel können die Zahnbreite und die Zahnlücke unterschiedlich positioniert sein, so dass die Gegeninduktivität zwischen Element 16 und Sensor 30 nicht Null ist, wenn sich der Rand des Zahns in der Mitte von Sensor 30 befindet. Stattdessen kann die Position, die den Nullwert bewirkt, nach links oder rechts verschoben sein. So kann beispielsweise die im Wesentlichen minimale Gegeninduktivität dann auftreten, wenn der Rand des Zahns nach links oder rechts von Sensor 30 verschoben ist. Um diesen Effekt zu kompensieren, kann der Aufbau von Sensor 30 modifiziert werden. Die Teile 36 und 39 können beispielsweise schmaler ausgelegt werden, während der Teil 35 und/oder der Teil 38 breiter ausgelegt werden oder umgekehrt, wie in den alternativen Ausführungsbeispielen 30A–30C von Sensor 30 dargestellt. Die Teile 36 und 39 können so ausgebildet sein, dass die Gegeninduktivität im Wesentlichen minimal oder im Wesentlichen Null bleibt, wenn sich kein Metall in der Nähe befindet.
In einem Ausführungsbeispiel können die Sensoren 18 und 30 durch Drucken von leitenden Spuren auf eine Leiterplatte gebildet werden. So kann einer der Sensoren 18 oder 30 beispielsweise durch Drucken der Spuren in einer ersten Richtung auf der Leiterplatte gebildet werden, wie zum Beispiel im Uhrzeigersinn. Dann kann der andere der Sensoren 18 oder 30 in die entgegengesetzte Richtung, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, in einer darüber- oder darunterliegenden Schicht auf der Leiterplatte gedruckt werden. Die zwei Sensoren können dann übereinander angeordnet sein und entsprechend mit den Verbindungsklemmen etc. verbunden werden.
9 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte 99, auf der das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 ausgebildet sein können. Das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 können in verschiedenen geometrischen Formen und relativen Positionen ausgebildet sein, zusätzlich zu den in 3 und 4 dargestellten Varianten. In einem Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte 99 als mehrschichtige Leiterplatte geformt sein, die ein Hauptsubstrat 100 aufweist, auf dem der Sensor 30 beispielsweise als leitende Spur ausgebildet sein kann. Über dem Sensor 30 kann eine isolierende Schicht 102 angeordnet sein. Bei der Schicht 102 kann es sich beispielsweise um ein Epoxidharz handeln, das auf der Leiterplatte 100 ausgebildet wird und den Sensor 30 bedeckt. In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 18 in derselben Ebene wie das Element 16 ausgebildet sein. Das Element 16 und der Sensor 18 können ebenfalls als Leiterspuren auf der Schicht 102 ausgebildet sein.
Das Element 16 und die Sensoren 18 und 30 können andere geometrische Formen aufweisen. So kann es sich bei der geometrischen Form um ein Quadrat, ein Rechteck, eine Ellipse oder eine andere Form handeln, die sich von der zuvor beschriebenen runden Form unterscheidet.
10 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil eines Ausführungsbeispiels einer Halbleitervorrichtung oder integrierten Schaltung 110, die auf einem Halbleiter-Die 111 ausgebildet ist. Die Schaltung 120 und/oder die Schaltung 45 ist auf dem Die 111 ausgebildet. Der Die 111 kann außerdem weitere Schaltungen enthalten, auf die in 9 zugunsten der Übersichtlichkeit der Zeichnung verzichtet wurde. Die Schaltung 45 und die Vorrichtung bzw. integrierte Schaltung 110 werden durch Fachleuten bekannte Herstellungstechniken für Halbleiter auf dem Die ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel können das Sensorelement 75 und/oder 122 oder Teile davon auf dem Die 111 ausgebildet sein, wie mit der gestrichelten Linie angedeutet.
Wieder bezogen auf 1 werden Fachleute erkennen, dass das Ziel, auch wenn es als gewölbtes oder rundes Rad 11 dargestellt und erläutert wurde, durchaus auch ein lineares Objekt sein kann, das Vorsprünge ähnlich den Zähnen 14 und 15 aufweist.
11 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Teils einer Sensorschaltung 150, bei welchem es sich um eine alternative Ausführung von Teilen der Schaltung 45 handeln kann, die in der Beschreibung zu 5 erläutert wurden. Die Schaltung 150 enthält einen Signalgenerator 175, bei dem es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel des Signalgenerators 52 handelt. Der Generator 175 ist dazu konfiguriert, ein Erregungssignal 176 zu erzeugen, bei dem es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel des Signals 53 (5) handelt. Die Frequenz des Signals 176 ist viel höher als die Frequenzvariation der Gegeninduktivität des Sensors 18. Die Schaltung 150 umfasst außerdem eine Demodulatorschaltung 152, bei der es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel des Demodulators 55 handeln kann, der unter Bezug auf 5 beschrieben wurde, und eine Demodulatorschaltung 168, bei der es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel des Demodulators 57 handeln kann, der unter Bezug auf 5 erläutert wurde. Die Schaltung 150 kann außerdem eine Sensorbezugsschaltung oder SRef 170 enthalten, bei der es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel von SRef 76 handeln kann (5).
Der Demodulator 152 umfasst einen Tiefpassfilter 172, einen Verstärker 162 und einen Schalterstromkreis oder Schalter 154. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt SRef 170 ein Bezugssignal mit einem Wert, der zwischen dem Wert der Spannungen liegt, die zum Betreiben des Verstärkers 162 zugeführt werden. Wenn zum Beispiel der Verstärker 162 mit zwischen fünf Volt (5 V) und Masse arbeitet, kann SRef 170 ein Signal von etwa zweieinhalb Volt (2 1/2 V) erzeugen. Wenn der Verstärker 162 zwischen einer positiven Versorgung und einer negativen Versorgung arbeitet, kann SRef 170 ein Signal setzen, das im Wesentlichen die Masse ist oder alternativ ein Signal, das bei der Hälfte zwischen der positiven und der negativen Versorgung liegt. Der Wert der Signale 46 und 51, die von den Sensoren 18 bzw. 30 empfangen werden, sind somit auf den Wert des Signals von SRef 170 bezogen.
Der Schalter 154 ist dazu konfiguriert, das Signal 176 und das Signal 46 von dem Sensor 18 zu empfangen und die Signale durch den Tiefpassfilter 172 mit dem Verstärker 162 zu verbinden.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Filter 172 einen Kondensator 164 und Widerstände 159 und 160 umfassen. Während des aktivierten Teils von Signal 176 erzeugt der Sensor 18 ein Signal 46 zwischen den Verbindungsklemmen 49 und 26, so dass die Verbindungsklemme 49 positiver als die Verbindungsklemme 26 ist (wie mit einem durchgehenden Pfeil angezeigt). Außerdem schaltet während des aktivierten Teils von Signal 176 das Signal 176 die Schalter 156 und 157 so, dass die positiveren Verbindungsklemmen von Sensor 18, wie beispielsweise die Verbindungsklemme 49, mit dem positiven Eingang des Verstärkers 162 verbunden wird und die weniger positive Verbindungsklemme des Sensors 18, wie beispielsweise die Verbindungsklemme 26, mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 172 verbunden wird. Während des negierten Teils von Signal 176 erzeugt der Sensor 18 ein Signal, so dass die Verbindungsklemme 26 positiver als die Verbindungsklemme 49 ist (wie mit einem gestrichelten Pfeil angezeigt). Außerdem schaltet während des negierten Teils von Signal 176 das Signal 176 die Schalter 156 und 157 so, dass die positivere Verbindungsklemmen von Sensor 18, wie beispielsweise die Verbindungsklemme 26, mit dem positiven Eingang des Verstärkers 162 verbunden wird und die weniger positive Verbindungsklemme mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 162 verbunden wird. So erzeugt der Verstärker 162 ein Ausgangssignal, das die Gegeninduktivität zwischen dem Sensor 18 und dem Element 16 repräsentiert.
Fachleute werden erkennen, dass der Tiefpassfilter mit anderen Mitteln geschaffen werden kann, wie beispielsweise unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP). Außerdem kann der DSP auch als Verstärker 162 und Schalter 154 eingesetzt werden.
Der Demodulator 168 ist im Wesentlichen gleich wie der Demodulator 152 aufgebaut und arbeitet im Wesentlichen gleich, mit Ausnahme dessen, dass der Demodulator 168 dazu konfiguriert ist, die Signale von dem Sensor 30 anstatt von dem Sensor 18 zu empfangen.
Fachleuten wird sich erschließen, dass die Sensoren in einem Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Spule aufweisen können, die beispielsweise mithilfe von Spuren auf einer Leiterplatte gebildet werden kann.
Eine weitere Spule, wie beispielsweise die Spule von Sensor 18 kann mit zwei Schleifen ausgebildet sein. Die erste, mit 22 gekennzeichnet, kann gegen den Uhrzeigersinn verlaufen, während die zweite, mit 21 gekennzeichnet, im Uhrzeigersinn verlaufen kann bzw. umgekehrt. Die Variation der Gegeninduktivität zwischen der gemeinsamen Spule und der mittleren Spule kann dazu verwendet werden, die Mitte des Zahns oder die Mitte der Lücke zwischen zwei Zähnen zu ermitteln.
Eine weitere Spule, wie beispielsweise die Spule von Sensor 30 kann drei Schleifen umfassen.
Eine erste und letzte Schleife, mit 36 gekennzeichnet, kann gegen den Uhrzeigersinn verlaufen, während die zweite, mit 34 gekennzeichnet, im Uhrzeigersinn verlaufen kann bzw. umgekehrt. Eine Variation der Gegeninduktivität zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule kann dazu dienen, den Rand der Zähne zu ermitteln.
Eine oder mehrere der drei Spulen können aus mehreren Wicklungen oder Schleifen bestehen, um die Sensibilität des Sensors zu erhöhen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Position der ersten und zweiten Spule relativ zu einer gemeinsamen Spule unterschiedlich sein. Die erste und zweite Spule können beispielsweise auf entgegengesetzten Seiten der gemeinsamen Spule angeordnet sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine der Spulen, wie beispielsweise die zweite Spule, eine Vielzahl von Schleifen einschließlich einer ersten Schleife und einer zweiten Schleife umfassen, wobei die erste Schleife als ein Leiter mit einem ersten Ende und zweitem Ende ausgebildet sein kann, die zweite Schleife als ein Leiter mit einem dritten Ende und einem vierten Ende ausgebildet sein kann, und wobei das zweite Ende mit dem vierten Ende verbunden ist; die erste Schleife einen ersten Teil aufweist, der im Wesentlichen in der Form eines halben Rechtecks ausgebildet ist und einen zweiten Teil, der im Wesentlichen in der Form eines Pilzkopfes ausgebildet ist; und die zweite Schleife einen ersten Teil aufweist, der im Wesentlichen in der Form eines halben Rechtecks ausgebildet ist und einen zweiten Teil, der im Wesentlichen in der Form eines Pilzkopfes ausgebildet ist, wobei der erste Teil der ersten Schleife und der erste Teil der zweiten Schleife so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen die Form eines Rechtecks mit zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten sowie einer Öffnung in den zwei langen Seiten bilden. Wie zum Beispiel in 3 dargestellt, kann der erste Leiter so ausgebildet sein, dass ein weiterer Teil des Leiters, der zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil angeordnet ist, so geführt wird, dass er durch die Öffnung in einer Seite des Rechtecks verläuft. Der zweite Leiter kann entsprechend durch die Öffnung in einer entgegengesetzten Seite des Rechtecks geführt werden.
Zwischen der gemeinsamen Spule und den anderen zwei Spulen kann es zwei Gegeninduktivitäten geben. Ohne Metall, wie beispielsweise das Metall eines Rotationselements sind die Gegeninduktivitäten in der Nähe der Spulen Null. Die einfache Spulensymmetrie unterstützt das Entstehen einer Null-Gegeninduktivität in der ersten Spule. Bei der zweiten Spule können die relativen Spulengrößen so angepasst werden, dass das Entstehen der Null-Gegeninduktivität unterstützt wird.
Aufgrund des Spulenaufbaus der ersten Spule kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen ein Maximum sein, wenn ein Zahn zu der Spule 22 ausgerichtet ist und kann im Wesentlichen ein Minimum sein, wenn der Zahn zu der Schleife 21 ausgerichtet ist. Wenn die Mitte des Zahns mit der Mitte der Spule fluchtet, wird die Gegeninduktivität minimiert und kann aufgrund der Symmetrie von Spule und Zahn im Wesentlichen Null betragen.
Bei der zweiten Spule kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen ein Maximum erreichen, wenn der Zahn mit der ersten und letzten Schleife überlappt, während die Lücke zu den Teilen 36 und 39 ausgerichtet ist. Wenn sich der Zahn in der Mitte oder in der Nähe der Mitte befindet, kann die Gegeninduktivität im Wesentlichen ein Minimum annehmen. Wenn der Rand des Zahns mit der Mitte der Spule fluchtet, wird die Gegeninduktivität minimiert und wird aufgrund der Symmetrie im Wesentlichen minimiert bzw. im Wesentlichen Null.
Im Betrieb und aufgrund der Gegeninduktivitäten entwickeln sich an der ersten und zweiten Spule in Reaktion auf die Position des Zahns (oder der Zähne) Spannungen. Diese Wechselspannungen können demoduliert werden, wie beispielsweise mithilfe von Synchrongleichrichtung mit dem Oszillator. Die demodulierten (oder in einigen Ausführungsbeispielen gleichgerichteten) Signale können dann mit den Komparatoreingängen '+' verbunden werden.
Die Komparatoreingänge können auf die gemeinsame Referenz bezogen werden, wie beispielsweise die Bezugsmasse, wenn die Nullsetzung der Gegeninduktivität realisiert wurde. Wenn es nicht möglich ist, oder wenn ein langsames variierendes Signal überlagert wird (beispielsweise aufgrund der Exzentrizität des Zahnrads) kann ein adaptiver Schwellenwert implementiert werden. Die im Wesentlichen maximalen und die im Wesentlichen minimalen Werte der Signale (beispielsweise die Demodulatorsignale) können in einem Spitzen-und-Tal-Block gemessen und gespeichert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Spitzen-und-Tal-Block eine analoge Abtast-und-Halte-Schaltung oder ein Analog-Digital-Wandler und digitaler Speicher sein. Basierend auf diesen beiden Werten (beispielsweise den Spitzen- und Talwerten) kann ein Schwellenwert berechnet werden (zum Beispiel der Durchschnitt von Spitze und Tal).
Jede Überquerung, wie beispielsweise bei einem Wert von im Wesentlichen Null, wird von dem ersten Komparator ermittelt, und der zweite Komparator bestimmt die Polarität des mittleren Spulensignals. Diese Polarität kann dazu verwendet werden, die Richtung der Zahnraddrehung anzuzeigen.
Wenn die Position der Mitte des Zahns genauer ermittelt werden muss, als nur mit dem Rand des Zahns, können die Anschlüsse der Spulen am Rand und in der Mitte an der Sensorschnittstelle vertauscht werden.
Die Symmetrie des ersten und zweiten Sensors kann in Verbindung mit dem Erregungselement die Sensibilität der Sensorelemente gegenüber den Elementen im Stand der Technik verbessern. Durch die verbesserte Sensibilität können die Sensorelemente weiter weg von dem Zielobjekt platziert werden als im Stand der Technik. Die verbesserte Sensibilität kann außerdem die Verlustleistung gegenüber den Elementen nach Stand der Technik verringern.
Anhand des Vorhergehenden wird sich Fachleuten erschließen, dass in einem Ausführungsbeispiel ein Positions- und Drehrichtungssensor Folgendes umfassen kann:
eine erste Spule, die zum Positionieren einer ersten Distanz zu einem Rotationselement konfiguriert ist; eine zweite Spule, die zum Positionieren einer zweiten Distanz zu dem Rotationselement konfiguriert ist; eine dritte Spule, die zum Positionieren einer dritten Distanz zu dem Rotationselement konfiguriert ist, wobei die zweite Distanz größer als die erste Distanz ist und die dritte Distanz größer als die zweite Distanz ist; eine der ersten oder dritten Spulen eine Vielzahl von Schleifen einschließlich einer ersten Schleife und einer zweiten Schleife aufweisen, wobei die erste Schleife als ein Leiter mit einem ersten Ende und zweitem Ende ausgebildet ist, die zweite Schleife als ein Leiter mit einem dritten Ende und einem vierten Ende ausgebildet ist, und wobei das zweite Ende mit dem vierten Ende verbunden ist; die erste Schleife einen ersten Teil aufweist, der im Wesentlichen in der Form eines halben Rechtecks ausgebildet ist und einen zweiten Teil, der im Wesentlichen in der Form eines Pilzkopfes ausgebildet ist; und die zweite Schleife einen ersten Teil aufweist, der im Wesentlichen in der Form eines halben Rechtecks ausgebildet ist und einen zweiten Teil, der im Wesentlichen in der Form eines Pilzkopfes ausgebildet ist, wobei der erste Teil der ersten Schleife und der erste Teil der zweiten Schleife so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen die Form eines Rechtecks mit zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten sowie einer Öffnung in den zwei langen Seiten bilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann bei einem Positions- und Drehrichtungssensor die zweite Spule aus einem Leiter mit zwei Teilen gebildet sein, wobei ein erster Teil im Wesentlichen die Form eines Pilzkopfes aufweist und der zweite Teil ebenfalls die Form eine Pilzkopfes aufweist, wobei die Basisteile der beiden Pilzformen im Wesentlichen zueinander ausgerichtet sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste Spule mindestens drei Schleifen aufweisen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Spule eine gemeinsame Spule sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Breite der ersten Schleife der Vielzahl von Schleifen größer als die zweite Schleife der Vielzahl von Schleifen sein.
Aus dem Vorhergehenden wird sich Fachleuten erschließen, dass ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln von Rotation eines Objekts Folgendes des umfassen kann:
eine Halbleitervorrichtung mit einer Sensorschaltung, wie beispielsweise der Schaltung 45, die einen Signalgenerator aufweist, wie beispielsweise den Signalgenerator 52, der zum Erzeugen eines Erregungssignals, wie beispielsweise des Signals 53 konfiguriert ist;
eine erste Verbindungsklemme der Sensorschaltung, wie beispielsweise die Verbindungsklemme 47, die zum Anlegen des Erregungssignals an ein Erregungselement konfiguriert ist, wie beispielsweise das Element 16;
einen ersten Demodulator der Sensorschaltung, wie beispielsweise den Demodulator 55, der zum Empfangen des Erregungssignals und zum Empfangen eines ersten Empfangssignals, wie beispielsweise des Signals 46 von einem ersten Empfangssensor, wie beispielsweise dem Sensor 18 konfiguriert ist, wobei das erste Empfangssignal eine erste Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem ersten Empfangssensor erzeugt wird, der erste Demodulator dazu konfiguriert ist, ein erstes Ermittlungssignal, wie beispielsweise das Signal D1 zu erzeugen, das die erste Gegeninduktivität repräsentiert;
einen zweiten Demodulator der Sensorschaltung, wie beispielsweise den Demodulator 57, der zum Empfangen des Erregungssignals und zum Empfangen eines zweiten Empfangssignals, wie beispielsweise des Signals 51, von einem zweiten Empfangssensor, wie beispielsweise dem Sensor 30 konfiguriert ist, wobei das zweite Empfangssignal eine zweite Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem zweiten Empfangssensor erzeugt wird, der zweite Demodulator dazu konfiguriert ist, ein zweites Ermittlungssignal, wie beispielsweise das Signal D2, zu erzeugen, das die zweite Gegeninduktivität repräsentiert;
die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsermittlungssignal zu aktivieren, wie beispielsweise das Signal 61, in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Ermittlungssignal und einem ersten Bezugssignal, wie beispielsweise dem Signal 59; und
die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsrichtungssignal zu aktivieren, wie beispielsweise das Signal 63, in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem zweiten Ermittlungssignal und einem adaptiven Bezugssignal, wie beispielsweise dem Signal 65.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung einen ersten Komparator, wie beispielsweise den Komparator 60 aufweisen, der dazu konfiguriert ist, das erste Ermittlungssignal und das erste Bezugssignal zu empfangen und am Ausgang des ersten Komparators ein Drehungsermittlungssignal zu erzeugen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann einen zweiten Komparator, wie beispielsweise den Komparator 62 enthalten, der dazu konfiguriert ist, das zweite Ermittlungssignal und das adaptive Bezugssignal zu empfangen und am Ausgang des zweiten Komparators ein Drehungsrichtungssignal zu erzeugen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Erregungselement eine erste geometrische Form aufweisen und der erste Empfangssensor eine zweite geometrische Form haben, die im Wesentlichen ein verdrehtes Abbild der ersten geometrischen Form ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Empfangssensor eine dritte geometrische Form aufweisen, die im Wesentlichen ein verdrehtes Abbild der zweiten geometrischen Form ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der erste Demodulator dazu konfiguriert sein, eine AC-Komponente des Erregungssignals aus dem ersten Empfangssignal zu entfernen.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Signalgenerator dazu konfiguriert sein, ein AC-Signal mit einer Frequenz zu erzeugen, die größer als eine erste Frequenz ist, auf der die erste Gegeninduktivität variiert und größer als eine zweite Frequenz, auf der die zweite Gegeninduktivität variiert, wobei die AC-Komponente, die von dem ersten Demodulator entfernt wird, dem AC-Signal entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Demodulator dazu konfiguriert sein, eine AC-Komponente des Erregungssignals aus dem zweiten Empfangssignal zu entfernen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die adaptive Bezugsschaltung ein gemitteltes Signal bilden, das im Wesentlichen ein Mittelwert des zweiten Empfangssignals ist und ein adaptives Bezugssignal erzeugen, das im Wesentlichen gleich dem gemittelten Signal ist.
Fachleuten wird sich erschließen, dass ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bilden einer Sensorschaltung Folgendes umfassen kann:
Ausbilden der Sensorschaltung, wie beispielsweise der Schaltung 45, zum Empfangen eines ersten Empfangssignals, wie beispielsweise des Signals 46, von einem ersten Empfangssensor, wie beispielsweise von dem Sensor 18, und zum Erzeugen eines ersten Ermittlungssignals, wie beispielsweise des Signals D1, wobei das erste Ermittlungssignal eine Größe aufweist, die in Reaktion auf eine Bewegung eines Metallobjekts von einer zu dem ersten Sensor distalen Position auf eine zu einem ersten Teil, wie beispielsweise der Schleife 22 oder 21, proximale Position zunimmt, wobei die Größe des ersten Ermittlungssignals in Reaktion auf eine Bewegung des Metallobjekts im Wesentlichen zu einer Mitte hin, wie beispielsweise dem ersten Teil 23, des ersten Empfangssensors abnimmt;
Konfigurieren der Sensorschaltung zum Aktivieren eines Drehungsermittlungssignals, wie beispielsweise des Signals 61, in Reaktion auf einen ersten Wert, wie beispielsweise den Wert des Signals 59, des ersten Ermittlungssignals;
Ausbilden der Sensorschaltung zum Empfangen eines zweiten Empfangssignals, wie beispielsweise des Signals 51, von einem zweiten Empfangssensor, wie beispielsweise dem Sensor 30, und zum Erzeugen eines zweiten Ermittlungssignals, wie beispielsweise des Signals D2, wobei das zweite Ermittlungssignal einen Mindestwert in Reaktion darauf annimmt, dass sich das Metallobjekt in einer Position befindet, die im Wesentlichen mittig zu dem zweiten Empfangssensor ist, und einen größeren Wert in Reaktion darauf annimmt, dass sich das Objekt in einer Position befindet, die distal zu der Mitte des zweiten Empfangssensors ist; und
Konfigurieren der Sensorschaltung zum Aktivieren eines Drehungsrichtungssignals, wie beispielsweise des Signals 63, in Reaktion auf einen ersten Wert, wie beispielsweise den Wert des Signals 65, des zweiten Ermittlungssignals.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das Konfigurieren einer adaptiven Bezugsschaltung beinhalten, wie beispielsweise der Schaltung 68, zum Erzeugen eines adaptiven Bezugssignals, wie beispielsweise des Signals 65, mit einem Wert, der ein prozentualer Anteil einer Differenz zwischen dem größeren Wert des zweiten Ermittlungssignals und dem Mindestwert des zweiten Ermittlungssignals ist, wobei der erste Wert des zweiten Ermittlungssignals im Wesentlichen gleich dem Wert des adaptiven Bezugssignals ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann das Konfigurieren einer adaptiven Bezugsschaltung beinhalten, wie beispielsweise der Schaltung 68, zum Erzeugen eines adaptiven Bezugssignals, wie beispielsweise des Signals 65, mit einem Wert, der ein Mittelwert eines maximalen Wertes und des minimalen Wertes des zweiten Ermittlungssignals ist, wobei der erste Wert des zweiten Ermittlungssignals im Wesentlichen gleich dem Wert des adaptiven Bezugssignals ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das Konfigurieren der Sensorschaltung zum Erzeugen des ersten Ermittlungssignals mit einem Mindestwert in Reaktion darauf beinhalten, dass sich das Metallobjekt in einer Position befindet, die im Wesentlichen mittig zu dem ersten Empfangssensor ist, und in Reaktion darauf, dass das Metallobjekt distal zu dem ersten Empfangssensor ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann das Konfigurieren der Sensorschaltung zum Erzeugen des ersten Ermittlungssignals auf solche Art beinhalten, dass es einer Gegeninduktivität zwischen dem ersten Empfangssensor und einem Erregungselement entspricht, und das zweite Ermittlungssignal so zu erzeugen, dass es einer weiteren Gegeninduktivität zwischen dem zweitem Empfangssensor und dem Erregungselement entspricht.
Fachleute werden darüber hinaus anerkennen, dass eine Sensorschaltung Folgendes umfassen kann:
eine erste Empfangsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Signal zu empfangen, das eine erste Gegeninduktivität repräsentiert, und ein erstes Ermittlungssignal zu erzeugen, das die erste Gegeninduktivität repräsentiert, wobei die erste variable Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Position eines Metallobjekts variiert;
eine zweite Empfangsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Signal zu empfangen, das eine zweite Gegeninduktivität repräsentiert, und ein zweites Ermittlungssignal zu erzeugen, das die zweite Gegeninduktivität repräsentiert, wobei die zweite Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Position eines Metallobjekts variiert; und
eine Erkennungsschaltung, wie beispielsweise die Schaltung 72, die dazu konfiguriert ist, ein Bewegungsermittlungssignal, wie beispielsweise das Signal 61, in Reaktion auf einen ersten Wert des ersten Ermittlungssignals zu aktivieren, und dazu konfiguriert ist, ein Bewegungsrichtungssignal, wie beispielsweise das Signal 63, in Reaktion auf einen ersten Wert des zweiten Ermittlungssignals, wie beispielsweise des Signals D2, zu aktivieren.
In einem Ausführungsbeispiel kann das erste Ermittlungssignal einen minimalen Wert und einen maximalen Wert aufweisen, die bezüglich eines minimalen Werts bzw. eines maximalen Werts des zweiten Ermittlungssignals phasenverschoben sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste Gegeninduktivität zwischen einem Erregungselement mit einem ersten Induktor, der mindestens eine Induktorschleife aufweist, und einem ersten Empfangssensor mit einem zweiten Induktor gebildet werden, der ein zweite Schleife aufweist, die mehr als mindestens eine Induktorschleife aufweist; und die zweite Gegeninduktivität kann zwischen dem Erregungselement und einem zweiten Empfangssensor mit einem dritten Induktor gebildet werden, der eine dritte Schleife mit mehr als mindestens einer Induktorschleife aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Erregungselement neben dem ersten Empfangssensor positioniert sein, und der erste Empfangssensor ist zwischen dem zweiten Empfangssensor und dem Erregungselement angeordnet.
Fachleuten wird sich erschließen, dass ein Ausführungsbeispiel eines Sensors zum Ermitteln eines Zielobjekts Folgendes umfassen kann:
ein Erregungselement, das dazu konfiguriert ist, ein AC-Signal von einer Sensorschaltung zu empfangen und ein Magnetfeld zu erzeugen;
einen ersten Empfangssensor, wie beispielsweise Sensor 18, der dazu konfiguriert ist, eine erste Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der erste Empfangssensor eine erste Schleife enthält, wie beispielsweise die Schleife 22, die in einer ersten Richtung gewunden ist, und eine zweite Schleife, wie beispielsweise die Schleife 21, die in einer zweiten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, so dass die erste Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null beträgt; und
einen zweiten Empfangssensor, wie beispielsweise den Sensor 30, der dazu konfiguriert ist, eine zweite Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der zweite Empfangssensor eine dritte Schleife enthält, wie beispielsweise die Schleife 37, die einen ersten Teil aufweist, wie beispielsweise den Teil 38, der in einer dritten Richtung gewunden ist, und einen zweiten Teil, wie beispielsweise den Teil 39, der in einer vierten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der dritten Richtung ist, und eine vierte Schleife enthält, wie beispielsweise die Schleife 34, die einen dritten Teil aufweist, wie beispielsweise den Teil 36, der im Wesentlichen in der dritten Richtung gewunden ist, und einen vierten Teil, wie beispielsweise den Teil 35, der im Wesentlichen in der vierten Richtung gewunden ist, so dass die zweite Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null ist.
Fachleuten wird sich auch erschließen, dass ein Ausführungsbeispiel eines Sensors zum Ermitteln eines Zielobjekts Folgendes umfassen kann:
ein Erregungselement, das dazu konfiguriert ist, ein AC-Signal von einer Sensorschaltung zu empfangen und ein Magnetfeld zu erzeugen;
einen ersten Empfangssensor, wie beispielsweise Sensor 18, der dazu konfiguriert sein kann, eine erste Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der erste Empfangssensor eine erste Schleife enthalten kann, wie beispielsweise die Schleife 22, die in einer ersten Richtung gewunden ist, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, und eine zweite Schleife aufweist, wie beispielsweise die Schleife 21, die in einer zweiten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, so dass die erste Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null beträgt; und
einen zweiten Empfangssensor, wie beispielsweise den Sensor 30, der dazu konfiguriert ist, eine zweite Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der zweite Empfangssensor eine dritte Schleife enthält, wie beispielsweise die Schleife 37, die einen ersten Teil aufweist, wie beispielsweise den Teil 38, der in einer dritten Richtung gewunden ist, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, und einen zweiten Teil, wie beispielsweise den Teil 39, der in einer vierten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der dritten Richtung ist, und eine vierte Schleife enthält, wie beispielsweise die Schleife 34, die einen dritten Teil aufweist, wie beispielsweise den Teil 36, der im Wesentlichen in der dritten Richtung gewunden ist, und einen vierten Teil, wie beispielsweise den Teil 35, der im Wesentlichen in der vierten Richtung gewunden ist, so dass die zweite Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schleife im Wesentlichen lateral zu der zweiten Schleife und im Wesentlichen in einer ersten Ebene mit der zweiten Schleife angeordnet sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste Schleife eine erste Pilzkopfform aufweisen, die Rücken an Rücken mit einer zweiten Pilzkopfform der zweiten Schleife angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die dritte Schleife lateral zu der vierten Schleife und in einer ersten Ebene mit der vierten Schleife angeordnet sein.
In einem Ausführungsbeispiel hat die dritte Schleife einen ersten im Wesentlichen pilzkopfförmigen Teil und die vierte Schleife hat einen zweiten im Wesentlichen pilzkopfförmigen Teil, wobei die dritte Schleife einen ersten Teil aufweist, der im Wesentlichen die Form eines halben Rechtecks hat, und die vierte Schleife einen zweiten Teil aufweist, der im Wesentlichen die Form eines halben Rechtecks hat, und wobei der erste und zweite Teil mit der Form eines im Wesentlichen halben Rechtecks lateral zwischen dem ersten und zweiten im Wesentlichen pilzkopfförmigen Teil angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schleife ein erstes Signal mit einer ersten Polarität in Reaktion auf das Magnetfeld erzeugen, wobei die zweite Schleife dazu konfiguriert ist, ein zweites Signal mit einer zweiten Polarität zu erzeugen, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, so dass sich das erste und zweite Signal gegenseitig auslöschen.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist offensichtlich, dass eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren offengelegt wurden. Unter anderem ist dabei das Ausbilden einer Sensorschaltung zum Empfangen von Signalen von zwei Empfangssensoren und zum Ermitteln der Bewegung eines Zielobjekts und einer Richtung der Bewegung enthalten. Die Sensorschaltung kann einen adaptiven Schwellenwert aufweisen, der das Bestimmen einer Richtungsänderung des Objekts erleichtert.
Ein Ausführungsbeispiel kann auch das Ausbilden eines Sensorelements beinhalten, das in Abwesenheit des Zielobjekts eine Gegeninduktivität von im Wesentlichen Null aufweist. Ein Ausführungsbeispiel kann das Ausbilden der Induktorelemente mit einer variablen Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Bewegung des Zielobjekts beinhalten. Die Sensoren können mit symmetrischen Formen ausgebildet werden, die zur Verbesserung der Leistung des Systems in Anwesenheit von Rauschen beitragen.
Auch wenn der Erfindungsgegenstand unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, stellen die angefügten Zeichnungen und die vorstehenden Beschreibungen lediglich typische Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands dar und schränken keineswegs dessen Geltungsbereich ein. Fachleuten werden sich zahlreiche Alternativen und Variationen erschließen. Fachleute werden auch verstehen, dass das Ausführungsbeispiel der Schaltung 45 und der Elemente 75 lediglich ein Mittel zur Erläuterung des Verfahrens zum Ermitteln von Bewegung und der Richtung der Bewegung eines Zielobjekts dient. Es sind jedoch auch andere Ausführungsbeispiele möglich. Verschiedene alternative Ausführungsbeispiele wurden oben erläutert.
Wie aus den nachstehenden Ansprüchen hervorgeht, können die erfinderischen Aspekte auch in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen vorstehend offengelegten Ausführungsbeispiels liegen. Die nachstehenden Ansprüche sind hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung der Zeichnungen aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich selbst als ein separates Ausführungsbeispiel der Erfindung steht. Des Weiteren sind bei einigen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen manche Merkmale enthalten, andere dagegen nicht, die in anderen Ausführungsbeispielen enthalten sind, wobei Kombinationen von Merkmalen verschiedener Ausführungsbeispiele in den Geltungsbereich der Erfindung fallen und andere Ausführungsbeispiele bilden, wie Fachleute erkennen können.

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln von Rotation eines Objekts, umfassend: eine Halbleitervorrichtung mit einer Sensorschaltung, die einen Signalgenerator aufweist, der dazu konfiguriert ist, ein Erregungssignal zu erzeugen; eine erste Verbindungsklemme der Sensorschaltung, die dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal an ein Erregungselement anzulegen; einen ersten Demodulator der Sensorschaltung, der dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal und ein erstes Empfangssignal von einem ersten Empfangssensor zu empfangen, wobei das erste Empfangssignal eine erste Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem ersten Empfangssensor erzeugt wird, wobei der erste Demodulator dazu konfiguriert ist, ein erstes Ermittlungssignal zu erzeugen, das die erste Gegeninduktivität repräsentiert; einen zweiten Demodulator der Sensorschaltung, der dazu konfiguriert ist, das Erregungssignal und ein zweites Empfangssignal von einem zweiten Empfangssensor zu empfangen, wobei das zweite Empfangssignal eine zweite Gegeninduktivität repräsentiert, die zwischen dem Erregungselement und dem zweiten Empfangssensor erzeugt wird, wobei der zweite Demodulator dazu konfiguriert ist, ein zweites Ermittlungssignal zu erzeugen, das die zweite Gegeninduktivität repräsentiert; die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsermittlungssignal in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Ermittlungssignal und einem ersten Bezugssignal zu aktivieren; und die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsrichtungssignal in Reaktion auf eine Differenz zwischen dem zweiten Ermittlungssignal und einem adaptiven Bezugssignal zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erregungselement eine erste geometrische Form aufweist und der erste Empfangssensor eine zweite geometrisch Form aufweist, die im Wesentlichen ein verdrehtes Abbild der ersten geometrischen Form ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Empfangssensor eine dritte geometrische Form aufweist, die im Wesentlichen ein verdrehtes Abbild der zweiten geometrischen Form ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Demodulator dazu konfiguriert ist, eine AC-Komponente des Erregungssignals aus dem ersten Empfangssignal zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Demodulator dazu konfiguriert sein, eine AC-Komponente des Erregungssignals aus dem zweiten Empfangssignal zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine adaptive Bezugsschaltung ein gemitteltes Signal bildet, das im Wesentlichen ein Mittelwert des zweiten Empfangssignals ist und ein adaptives Bezugssignal erzeugt, das im Wesentlichen gleich dem gemittelten Signal ist.
Sensorschaltung, umfassend: die Sensorschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Empfangssignal von einem ersten Empfangssensor zu empfangen und ein erstes Ermittlungssignal zu erzeugen, wobei das erste Ermittlungssignal eine Größe hat, die in Reaktion auf die Bewegung eines Metallobjekts von einer zu dem ersten Sensor distalen Position auf eine zu einem ersten Teil des Empfangssensors proximale Position zunimmt, wobei die Größe des ersten Ermittlungssignals in Reaktion auf eine Bewegung des Metallobjekts im Wesentlichen zu einer Mitte des ersten Empfangssensors abnimmt; wobei die Sensorschaltung zu konfiguriert ist, ein Drehungsermittlungssignal in Reaktion auf einen ersten Wert des ersten Ermittlungssignals zu aktivieren; die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein zweites Empfangssignal von einem zweiten Empfangssensor zu empfangen und ein zweites Ermittlungssignal zu erzeugen, wobei das zweite Ermittlungssignal einen Mindestwert in Reaktion darauf annimmt, dass sich das Metallobjekt in einer Position befindet, die im Wesentlichen mittig zu dem zweiten Empfangssensor ist, und einen größeren Wert in Reaktion darauf annimmt, dass sich das Objekt in einer Position befindet, die distal zu der Mitte des zweiten Empfangssensors ist; und die Sensorschaltung dazu konfiguriert ist, ein Drehungsrichtungssignal in Reaktion auf einen ersten Wert des zweiten Ermittlungssignals zu aktivieren.
Sensorschaltung nach Anspruch 7, des Weiteren versehen mit einer adaptiven Bezugsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein adaptives Bezugssignal mit einem Wert zu erzeugen, der ein prozentualer Anteil einer Differenz zwischen dem größeren Wert des zweiten Ermittlungssignals und dem Mindestwert des zweiten Ermittlungssignals ist, wobei der erste Wert des zweiten Ermittlungssignals im Wesentlichen gleich dem Wert des adaptiven Bezugssignals ist.
Sensorschaltung nach Anspruch 7, des Weiteren versehen mit einer adaptiven Bezugsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein adaptives Bezugssignal mit einem Wert zu erzeugen, der ein Mittelwert eines maximalen Wertes und des minimalen Wertes des zweiten Ermittlungssignals ist, wobei der erste Wert des zweiten Ermittlungssignals im Wesentlichen gleich dem Wert des adaptiven Bezugssignals ist.
Sensorschaltung nach Anspruch 7, wobei die Sensorschaltung des Weiteren dazu konfiguriert ist, das erste Ermittlungssignal auf solche Art zu erzeugen, dass es einer Gegeninduktivität zwischen dem ersten Empfangssensor und einem Erregungselement entspricht, und das zweite Ermittlungssignal so zu erzeugen, dass es einer weiteren Gegeninduktivität zwischen dem zweitem Empfangssensor und dem Erregungselement entspricht.
Sensorschaltung, umfassend: eine erste Empfangsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Signal zu empfangen, das eine erste Gegeninduktivität repräsentiert, und ein erstes Ermittlungssignal zu erzeugen, das die erste Gegeninduktivität repräsentiert, wobei die erste variable Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Position eines Metallobjekts variiert; eine zweite Empfangsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Signal zu empfangen, das eine zweite Gegeninduktivität repräsentiert, und ein zweites Ermittlungssignal zu erzeugen, das die zweite Gegeninduktivität repräsentiert, wobei die zweite Gegeninduktivität in Reaktion auf eine Position eines Metallobjekts variiert; und eine Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, ein Bewegungsermittlungssignal in Reaktion auf einen ersten Wert des ersten Ermittlungssignals zu aktivieren, und dazu konfiguriert ist, ein Bewegungsrichtungssignal in Reaktion auf einen ersten Wert des zweiten Ermittlungssignals zu aktivieren.
Sensorschaltung nach Anspruch 11, wobei das erste Ermittlungssignal einen minimalen Wert und einen maximalen Wert aufweist, die bezüglich einem minimalen Wert bzw. einem maximalen Wert des zweiten Ermittlungssignals phasenverschoben sind.
Sensorschaltung nach Anspruch 11, des Weiteren versehen mit einem Signalgenerator, der dazu konfiguriert ist, ein Erregungssignal zu erzeugen und das Erregungssignal an ein Erregungselement anzulegen, wobei die erste Gegeninduktivität zwischen dem Erregungselement und einem ersten Empfangssensor gebildet wird, und wobei die zweite Gegeninduktivität zwischen dem Erregungselement und einem zweiten Empfangssensor gebildet wird.
Sensorschaltung nach Anspruch 11, wobei die erste Gegeninduktivität zwischen einem Erregungselement mit einem ersten Induktor, der mindestens eine Induktorschleife aufweist, und einem ersten Empfangssensor mit einem zweiten Induktor gebildet wird, der eine zweite Schleife aufweist, die mehr als mindestens eine Induktorschleife enthält; und die zweite Gegeninduktivität zwischen dem Erregungselement und einem zweiten Empfangssensor mit einem dritten Induktor gebildet wird, der eine dritte Schleife mit mehr als mindestens einer Induktorschleife enthält.
Sensor zum Ermitteln eines Zielobjekts, umfassend: ein Erregungselement, das dazu konfiguriert ist, ein AC-Signal von einer Sensorschaltung zu empfangen und ein Magnetfeld zu erzeugen; einen ersten Empfangssensor, der dazu konfiguriert ist, eine erste Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der erste Empfangssensor eine erste Schleife enthält, die in einer ersten Richtung gewunden ist, und eine zweite Schleife, die in einer zweiten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, so dass die erste Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null beträgt; und einen zweiten Empfangssensor, der dazu konfiguriert ist, eine zweite Gegeninduktivität mit dem Erregungselement zu haben, wobei der zweite Empfangssensor eine dritte Schleife enthält, die einen ersten Teil aufweist, der in einer dritten Richtung gewunden ist, und einen zweiten Teil, der in einer vierten Richtung gewunden ist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der dritten Richtung ist, und eine vierte Schleife enthält, die einen dritten Teil aufweist, der im Wesentlichen in der dritten Richtung gewunden ist, und einen vierten Teil, der im Wesentlichen in der vierten Richtung gewunden ist, so dass die zweite Gegeninduktivität in Abwesenheit des Zielobjekts im Wesentlichen Null ist.