ITTO20100740A1 - Circuito di lettura a compensazione automatica dell'offset per un sensore di campo magnetico e relativo metodo di lettura a compensazione automatica dell'offset - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“CIRCUITO DI LETTURA A COMPENSAZIONE AUTOMATICA DELL'OFFSET PER UN SENSORE DI CAMPO MAGNETICO E RELATIVO METODO DI LETTURA A COMPENSAZIONE AUTOMATICA DELL'OFFSETâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un circuito di lettura a compensazione automatica dell’offset per un sensore di campo magnetico, in particolare un sensore magnetico magnetoresistivo anisotropo (AMR – “Anisotropic Magneto-Resistive†), e ad un relativo metodo di lettura a compensazione automatica dell’offset.

Sensori di campo magnetico, in particolare sensori magnetici AMR, sono utilizzati in una pluralità di applicazioni e sistemi, ad esempio in bussole, in sistemi di rilevamento di materiali ferrosi, nel rilevamento di correnti, e in svariate altre applicazioni, grazie alla loro capacità di rilevare campi magnetici naturali (ad esempio il campo magnetico terrestre) e campi magnetici generati da componenti elettrici (quali dispositivi elettrici o elettronici e linee percorse da corrente elettrica).

In modo noto, il fenomeno della magnetoresistività anisotropa si verifica all’interno di particolari materiali ferrosi, che, quando sottoposti ad un campo magnetico esterno, subiscono una variazione di resistività in funzione delle caratteristiche dello stesso campo magnetico esterno. Solitamente, tali materiali vengono applicati sotto forma di sottili strisce (“strips†) in modo da formare elementi resistivi, e gli elementi resistivi così formati vengono collegati elettricamente a formare una struttura a ponte (tipicamente un ponte di Wheatstone).

È noto inoltre realizzare i sensori magnetici AMR con tecniche standard di microfabbricazione dei semiconduttori, come descritto ad esempio in US 4,847,584.

In particolare, ciascun elemento magnetoresistivo può essere formato da un film di materiale magnetoresistivo, quale ad esempio il Permalloy (una lega ferromagnetica contenente ferro e nichel), depositato a formare una sottile striscia su un substrato di materiale semiconduttore, ad esempio silicio.

Quando una corrente elettrica viene fatta scorrere attraverso un elemento magnetoresistivo, l’angolo Î ̧ tra la direzione di magnetizzazione di tale elemento magnetoresistivo e la direzione del flusso della corrente influenza il valore effettivo di resistività dello stesso elemento magnetoresistivo, così che, al variare del valore dell’angolo Î ̧, varia il valore di resistenza elettrica (in dettaglio, tale variazione segue una legge del tipo cos<2>Î ̧). Ad esempio, una direzione di magnetizzazione parallela alla direzione del flusso di corrente risulta in un valore di resistenza al passaggio di corrente attraverso l’elemento magnetoresistivo massimo, mentre una direzione di magnetizzazione ortogonale alla direzione del flusso di corrente risulta in un valore di resistenza al passaggio di corrente attraverso l’elemento magnetoresistivo minimo.

In particolare, nel ponte di Wheatstone vengono disposti elementi magnetoresistivi idealmente di pari valore di resistenza, e tali da formare coppie diagonali di elementi uguali, che reagiscono in maniera tra loro opposta ad un campo magnetico esterno come mostrato schematicamente in figura 1 (in cui H indica il campo magnetico esterno, I la corrente elettrica che fluisce negli stessi elementi magnetoresistivi ed R il valore comune di resistenza).

Applicando una tensione di alimentazione Vsin ingresso alla struttura di rilevamento a ponte (in particolare a primi due terminali del ponte, che operano come terminali di ingresso), in presenza del campo magnetico esterno H, si verifica una variazione di resistenza ΔR degli elementi magnetoresistivi ed una corrispondente variazione del valore di caduta di tensione (“voltage drop†) sugli stessi elementi magnetoresistivi; infatti, il campo magnetico esterno H determina una variazione della direzione di magnetizzazione degli elementi magnetoresistivi. Ne consegue uno sbilanciamento della struttura a ponte, che si manifesta come una variazione di tensione ΔV all’uscita (in particolare tra i restanti due terminali del ponte, che operano come terminali di uscita). Siccome la direzione della magnetizzazione iniziale degli elementi magnetoresistivi à ̈ nota a priori, in funzione di tale variazione di tensione ΔV risulta dunque possibile risalire, ad esempio, alla direzione ed alla intensità del campo magnetico esterno H che agisce sul sensore magnetico AMR.

Solitamente, viene utilizzato uno stadio (o front-end) di lettura, accoppiato all’uscita del sensore magnetico AMR ed includente ad esempio un amplificatore da strumentazione, per rilevare lo sbilanciamento del ponte di Wheatstone e generare un segnale di uscita indicativo delle caratteristiche del campo magnetico esterno da misurare.

A causa della presenza di disomogeneità (mismatch) tra i valori di resistenza a riposo (ovvero, in assenza di stimoli esterni) dei vari elementi magnetoresistivi, dovuti ad esempio al processo di fabbricazione o a fenomeni di invecchiamento non omogeneo dei componenti, al segnale di uscita del sensore magnetico AMR si sovrappone un segnale di offset (ovvero una deviazione rispetto al valore del segnale utile), che risulta dunque intrinseco al sensore stesso, ed il cui valore risulta indipendente dalle caratteristiche del campo magnetico esterno.

In generale, la variazione di tensione ΔV all’uscita del ponte si può dunque considerare come la somma di un segnale utile Vsig, indicativo del campo magnetico esterno, e di un offset Voff:

ΔV = Vsig+ Voff.

In particolare, anche in assenza di campi magnetici esterni, il sensore magnetico AMR presenta un segnale di uscita non nullo, dovuto proprio all’offset Voff. Dato che il valore dell’offset à ̈ spesso comparabile ai, se non anche maggiore dei, segnali di uscita dovuti al campo magnetico esterno (in particolare quando il sensore deve misurare campi esterni di valore ridotto, ad esempio il campo magnetico terrestre nel caso di applicazioni di bussola), la presenza dell’offset causa errori e distorsioni nelle misure ed inoltre una riduzione della scala di misura utilizzabile (una volta fissato il fondo scala). Inoltre, un eventuale aumento del fondo scala del sensore, al fine di ridurre l’effetto dell’offset, comporta in maniera svantaggiosa una corrispondente diminuzione della sensibilità e della risoluzione di misura.

Sono state dunque ad oggi proposte svariate tecniche di compensazione dell’offset del sensore magnetico, atte a ridurre o almeno limitare gli effetti dell’offset sull’uscita del sensore stesso.

Ad esempio, una prima tecnica di compensazione prevede l’utilizzo di un resistore (cosiddetto “resistore di shunt†) collegato in parallelo ad uno o più dei rami del ponte di Wheatstone (e dunque ad uno o più dei corrispondenti elementi magnetoresistivi), il cui valore risulta tale da bilanciare lo stesso ponte di Wheatstone ed annullare così l’offset in uscita dal sensore. Lo svantaggio di tale tecnica di compensazione à ̈ legato al fatto che, per la determinazione del valore del resistore di shunt, à ̈ necessario rimuovere qualsiasi campo magnetico esterno (compreso quello dovuto al campo magnetico terrestre), e dunque risulta necessario predisporre un ambiente perfettamente schermato, o, in alternativa, un insieme di bobine di Helmholtz; ciò comporta un aumento dei costi di realizzazione ed à ̈ difficilmente implementabile nella produzione in grandi quantitativi.

Una differente tecnica di compensazione dell’offset prevede l’utilizzo di bobine integrate nei sensori magnetici AMR, cosiddette “offset straps†, atte a generare, quando percorse da una corrente di valore opportuno, un campo magnetico lungo la direzione di rilevamento. Il valore del campo magnetico generato à ̈ tale da bilanciare il ponte di Wheatstone, così che il sensore, sentendo sia il campo magnetico esterno che il campo magnetico generato internamente dalle bobine di offset, fornisce un segnale di uscita privo del contributo di offset (l’offset à ̈ intrinsecamente compensato all’interno del sensore magnetico AMR).

Questa tecnica presenta lo svantaggio di comportare notevoli consumi di potenza (anche a causa del fatto che spesso l’offset à ̈ maggiore dei segnali da rilevare), dovuti alla corrente circolante nelle bobine di offset durante l’utilizzo del sensore; inoltre, tale tecnica richiede anch’essa un ambiente controllato in cui misurare, durante una fase di calibrazione, il contributo dell’offset in assenza di campi magnetici esterni, per regolare di conseguenza il valore di corrente da far scorrere attraverso le bobine di offset ed il valore del campo magnetico di compensazione da generare internamente.

Un’ulteriore tecnica proposta prevede l’utilizzo di mezzi di orientamento della direzione di magnetizzazione degli elementi magnetoresistivi appartenenti ai sensori magnetici AMR. In particolare, tali mezzi di orientamento comprendono bobine o “straps†, integrate negli stessi sensori magnetici AMR, ed atte a generare, quando percorse da corrente, un campo magnetico con direzione e verso predefiniti; tali bobine sono note come “set/reset straps†. Ad esempio, le bobine di set/reset sono realizzate sullo stesso substrato su cui sono realizzati gli elementi magnetoresistivi del sensore, essendo elettricamente isolate dagli, e disposte in prossimità degli, stessi elementi magnetoresistivi.

In uso, l’orientamento della direzione di magnetizzazione à ̈ ottenuto applicando agli elementi magnetoresistivi, tramite le bobine di set/reset, un intenso campo magnetico per un breve periodo di tempo, di valore tale da forzare ed allineare il verso dei dipoli magnetici dell’elemento magnetoresistivo lungo una prima direzione predefinita (impulso di “set†), oppure lungo una seconda direzione predefinita, opposta alla prima direzione (impulso di “reset†), a seconda del verso del campo magnetico generato (e dunque in maniera coerente al verso della corrente che circola nelle bobine di set/reset stesse). Le operazioni di set e reset summenzionate sono note e descritte in dettaglio ad esempio nel documento US 5,247,278.

L’inversione dell’orientamento dei dipoli magnetici causa l’inversione del segnale di uscita dal ponte di Wheatstone, in presenza di un campo magnetico esterno; al contrario, il segnale di offset sovrapposto al segnale utile nel segnale di uscita non inverte la propria polarità, essendo dovuto esclusivamente ai mismatch tra i componenti interni al sensore e dunque indipendente dalle caratteristiche del campo magnetico esterno.

Di conseguenza, la procedura di compensazione dell’offset prevede in questo caso di applicare un impulso di set e, dopo aver atteso un opportuno tempo di rilassamento tale da annullare eventuali code di corrente e di assestamento dei dipoli magnetici del materiale ferromagnetico, di acquisire un primo campione del segnale di uscita (ad esempio un segnale di tensione, Vout) in presenza del campo magnetico esterno H; il primo campione del segnale di uscita, indicato con Voutsetà ̈ dato da:

Voutset= H·S Voutoff

dove S à ̈ la sensibilità del sensore magnetico AMR e Voutoffrappresenta il segnale di offset sovrapposto all’uscita.

Successivamente, viene rilasciato un impulso di reset e, dopo aver atteso un opportuno tempo di rilassamento tale da annullare eventuali code di corrente e di assestamento dei dipoli magnetici del materiale ferromagnetico, viene acquisito un secondo campione del segnale di uscita ottenendo:

Voutreset= H·(-S) Voutoff

in cui -S à ̈ il valore di sensibilità del sensore magnetico AMR, avente in questo caso valore uguale ed opposto al valore di sensibilità S durante l’operazione di set, a causa dell’inversione del verso dei dipoli magnetici degli elementi magnetoresistivi del sensore stesso.

Viene quindi eseguita una sottrazione tra il primo ed il secondo campione acquisiti, che consente di derivare il segnale utile, cancellando gli effetti del contributo di offset sul segnale di uscita:

(Voutset-Voutreset)=H·S+Voutoff-(H·(-S)+Voutoff)=2H·S Questa tecnica (nota come “metodo di sottrazione†) prevede dunque di cancellare digitalmente l’offset durante l’elaborazione digitale dei segnali di uscita (eseguita da un’unità elettronica esterna che riceve i segnali di uscita dallo stadio di lettura accoppiato al sensore), ricavando, a partire dall’elaborazione dei segnali di uscita, il valore del segnale utile, discriminandolo dal segnale di offset Voutoff. Tuttavia, l’offset risulta essere comunque presente all’uscita del sensore magnetico AMR ed all’ingresso del relativo stadio di lettura durante la procedura di compensazione; in alcuni casi, il valore dell’offset può essere tale da saturare la catena di lettura. In tal caso, a causa della saturazione, lo stadio di lettura fornisce in uscita un campione errato e di conseguenza può risultare errata l’operazione di compensazione eseguita.

Ne consegue che le varie tecniche di compensazione dell’offset che sono state sino ad oggi proposte soffrono, ciascuna, di rispettivi inconvenienti che non ne consentono di sfruttare appieno gli specifici vantaggi.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una tecnica di compensazione dell’offset presente all’uscita di un sensore magnetico AMR, che risulti esente dagli svantaggi dell’arte nota, precedentemente evidenziati.

Secondo la presente invenzione sono forniti un circuito di lettura ed un metodo di lettura come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra uno schema circuitale semplificato di un sensore magnetico AMR di tipo noto, configurato a ponte di Wheatstone;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di un circuito di lettura per un sensore magnetico AMR, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 3 Ã ̈ un diagramma di flusso relativo ad operazioni previste da un metodo di lettura utilizzato nel circuito di lettura di figura 2, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 4 e 5 mostrano rispettive implementazioni del circuito di lettura di figura 2;

- la figura 6 mostra un diagramma di temporizzazione di segnali di controllo nell’implementazione del circuito di lettura di figura 5; e

- la figura 7 mostra uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo elettronico includente il circuito di lettura ed il sensore magnetico AMR di figura 2.

Un aspetto della presente invenzione si applica ad un sensore magnetico AMR del tipo descritto con riferimento alla figura 1, e prevede di utilizzare una bobina di set/reset integrata nello stesso sensore magnetico AMR (in maniera di per sé nota), e di fornire in tempi successivi un impulso di set ed un impulso di reset, per acquisire un primo ed un secondo campione del segnale di uscita dal ponte di Wheatstone, Voutsete Voutreset(si faccia riferimento, a questo riguardo, alla discussione precedente).

La presente richiedente ha constatato che, a partire dai suddetti primo e secondo campione del segnale di uscita, Voutsete Voutreset, risulta possibile ricavare, non solo il valore del segnale utile associato al campo magnetico esterno H, ma anche il valore del segnale di offset Voutoffdovuto all’offset presente nel sensore magnetico AMR. Infatti, eseguendo una somma dei due campioni suddetti, si ottiene:

(Voutset+Voutreset) = H·S+Voutoff+(H·(-S)+Voutoff) = 2·VoutoffDi conseguenza, il segnale di offset si può ottenere mediante la seguente espressione:

Voutoff= (Voutset+ Voutreset)/2

ovvero risulta uguale alla semisomma dei due campioni del segnale di uscita acquisiti in seguito ad un impulso di set e, rispettivamente, di reset.

In particolare, secondo un aspetto della presente invenzione, l’informazione sul valore del segnale di offset Voutoffcosì ricavata viene utilizzata per compensare l’effetto dell’offset direttamente all’uscita del sensore magnetico AMR e dunque all’ingresso dello stadio di lettura associato al sensore stesso, in tal modo evitando saturazioni di tale stadio di lettura. In altre parole, in funzione del suddetto valore del segnale di offset Voutoff, viene determinato il valore di un’opportuna grandezza di compensazione che viene applicata all’ingresso dello stadio di lettura, combinandola in maniera opportuna al segnale di uscita del sensore magnetico AMR, in modo tale da compensarne l’offset.

La figura 2 mostra schematicamente il circuito di lettura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, indicato nel suo complesso con 1, associato ad un sensore magnetico AMR, indicato con 2 e schematizzato mediante il suo circuito equivalente a ponte di Wheatstone. In particolare, il sensore magnetico AMR 2 comprende quattro elementi magnetoresistivi 2a-2d, ad esempio costituiti da strisce di un film sottile di materiale magnetoresistivo, quale il Permalloy, aventi uno stesso valore di resistenza a riposo R (in assenza di campi magnetici esterni), ed atti a subire a coppie una stessa variazione in presenza di un campo magnetico esterno H (le coppie sono formate dagli elementi affacciati in diagonale nel ponte, vale a dire una prima coppia à ̈ formata dagli elementi magnetoresistivi 2a e 2c, ed una seconda coppia dagli elementi magnetoresistivi 2b e 2d).

Il ponte di Wheatstone presenta un primo terminale di ingresso In1, collegato al polo positivo di una sorgente di alimentazione fornente una tensione di alimentazione Vs, ed un secondo terminale di ingresso In2, collegato al polo negativo della stessa sorgente di alimentazione (ad esempio coincidente con un terminale di massa del circuito). Il ponte di Wheatstone presenta inoltre un primo ed un secondo terminale di uscita Out1, Out2, tra cui à ̈ presente il segnale di sbilanciamento del ponte di Wheatstone (ovvero la variazione di tensione ΔV), che à ̈ funzione delle caratteristiche del campo magnetico esterno H (ed include la componente di offset Voff).

Il sensore magnetico AMR 2 comprende inoltre una bobina di set/reset 3 (schematizzata in figura 2 come un resistore), disposta in modo da essere accoppiata magneticamente agli elementi magnetoresistivi 2a-2d e collegata elettricamente ad un generatore di corrente 4, atto a fornire una corrente di set o di reset Isralla stessa bobina di set/reset 3; in modo noto, la bobina di set/reset 3 Ã ̈ integrata nel sensore magnetico AMR 2.

Il circuito di lettura 1 comprende uno stadio di lettura 5 (mostrato schematicamente in figura 2), accoppiato elettricamente all’uscita del sensore magnetico AMR 2 ed includente, in tale forma di realizzazione, un amplificatore da strumentazione avente un ingresso non invertente 5a, un ingresso invertente 5b ed almeno una prima uscita 5c (l’uscita può eventualmente essere di tipo differenziale, in modo qui non illustrato), su cui à ̈ presente il segnale di uscita Vout il cui valore à ̈ funzione del campo magnetico esterno H da determinare. Il segnale di uscita Vout, in modo qui non illustrato, può essere quindi fornito ad un’unità elettronica esterna, che può eseguire ulteriori elaborazioni in funzione di tale segnale.

Il circuito di lettura 1 comprende inoltre uno stadio di compensazione dell’offset 6, collegato all’uscita dello stadio di lettura 5 e ricevente il segnale di uscita Vout, e configurato in modo da ricavare, per poi compensare, il valore dell’offset intrinseco alla struttura del sensore magnetico AMR 2.

Come precedentemente illustrato, lo stadio di compensazione dell’offset 6 à ̈ configurato in modo da eseguire la somma tra almeno due campioni del segnale di uscita Vout fornito dallo stadio di lettura 5, Voutsete Voutreset, ricavati in seguito all’applicazione di un impulso di set e, rispettivamente, di reset applicati alla bobina di set/reset 3 (tramite il generatore di corrente 4). Lo stadio di compensazione dell’offset 6 può essere un circuito dedicato di tipo analogico, o, in alternativa, essere costituito da un blocco digitale; in tal caso, ciascun campione acquisito à ̈ convertito in digitale tramite un convertitore ADC (Analog-to-Digital Converter), qui non illustrato, e i campioni acquisiti sono sommati tra di loro digitalmente.

Lo stadio di compensazione dell’offset 6 genera quindi in uscita, in funzione del valore del segnale di offset Voutoffcosì determinato, almeno una prima grandezza di compensazione COMP1, di valore opportuno, che viene riportata in ingresso allo stadio di lettura 5 (realizzando dunque un percorso di retroazione, esterno al sensore magnetico AMR 2). In particolare, nella forma di realizzazione illustrata in figura 2, lo stadio di compensazione dell’offset 6 genera inoltre una seconda grandezza di compensazione COMP2, anch’essa riportata in ingresso allo stadio di lettura 5.

La prima grandezza di compensazione COMP1 viene inviata all’ingresso non invertente 5a dello stadio di lettura 5, tramite un primo blocco di combinazione 8a (ad esempio schematizzato come un blocco sommatore con segno), mentre la seconda grandezza di compensazione COMP2 viene riportata all’ingresso invertente 5b dello stesso stadio di lettura 5, mediante un secondo blocco di combinazione 8b (ad esempio anch’esso schematizzato come un blocco sommatore con segno).

Si noti che la prima e la seconda grandezza di compensazione COMP1, COMP2 possono ad esempio essere segnali analogici di tensione o di corrente, così come i blocchi di combinazione 8a, 8b, di tipo analogico, possono operare in tensione o in corrente; inoltre, gli stessi blocchi di combinazione 8a, 8b possono essere collegati all’ingresso dello stadio di lettura 5 direttamente, oppure tramite l’interposizione di uno o più componenti elettronici.

Come illustrato in figura 2, il primo blocco di combinazione 8a presenta: un ingresso positivo collegato al secondo terminale di uscita Out2del ponte di Wheatstone; un ingresso negativo ricevente la prima grandezza di compensazione COMP1 dallo stadio di compensazione dell’offset 6; ed un’uscita collegata all’ingresso non invertente 5a dell’amplificatore da strumentazione dello stadio di lettura 5. Inoltre, il secondo blocco sommatore 8b presenta: un ingresso positivo collegato al primo terminale di uscita Out1del ponte di Wheatstone; un ingresso negativo ricevente la seconda grandezza di compensazione COMP2 generata dallo stesso stadio di compensazione dell’offset 6; ed un’uscita collegata all’ingresso invertente 5b dell’amplificatore da strumentazione dello stadio di lettura 5.

La prima, ed eventualmente la seconda, grandezza di compensazione COMP1, COMP2 vengono così combinate opportunamente con il segnale fornito dal sensore magnetico AMR 2 (ovvero la variazione di tensione ΔV), generando un segnale compensato Vcompall’ingresso dello stadio di lettura 5, tale da compensare gli effetti dell’offset dello stesso sensore magnetico AMR 2. Il segnale compensato Vcompviene elaborato dallo stesso stadio di lettura 5 (in modo di per sé noto), ed à ̈ tale da fornire un segnale di uscita Voutprivo di offset, e da non provocare la saturazione dello stesso stadio di lettura 5.

In generale, un aspetto della presente invenzione prevede dunque di ricavare il valore del segnale di offset Voutoffsovrapposto al segnale utile all’uscita del sensore magnetico AMR 2, e quindi di sfruttare tale informazione per apportare un fattore correttivo al segnale presente all’ingresso dello stadio di lettura 5, in modo da eseguire una compensazione dell’offset direttamente all’ingresso dello stesso stadio di lettura 5 e dunque della catena di lettura associata al sensore, tale compensazione essendo eseguita in funzione del valore di offset ricavato; una opportuna grandezza ricavata in funzione del segnale di offset Voutoffdeterminato può essere riportata in retroazione all’ingresso della catena di lettura, e ad esempio sottratta al segnale in uscita dal ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2.

Come illustrato in figura 3, l’algoritmo di compensazione dell’offset del sensore magnetico AMR 2 prevede dunque le seguenti operazioni, che vengono eseguite all’interno dello stadio di compensazione dell’offset 6, mediante elementi circuitali analogici e/o digitali, in particolare unità digitali di elaborazione (ad esempio a microprocessore).

In una fase iniziale dell’algoritmo, fase 10, si avviano le operazioni di regolazione e compensazione dell’offset; l’avvio di tali operazioni può ad esempio avvenire in seguito ad un comando impartito da un utente, in seguito ad un comando ricevuto da un’unità elettronica esterna, oppure può avvenire in seguito all’accensione del dispositivo incorporante il sensore magnetico AMR 2, o ancora ogni qual volta si desideri rilevare un campo magnetico esterno (a seconda della specifica applicazione e/o dei desideri dell’utente).

Successivamente, fase 11, viene applicato nel sensore magnetico AMR 2, tramite la bobina di set/reset 3 integrata nel sensore stesso, un impulso di set, tale da orientare i dipoli magnetici degli elementi magnetoresistivi 2a-2d del sensore lungo una prima direzione, e viene eseguita una prima misura del segnale di uscita Vout fornito dallo stadio di lettura 5 accoppiato allo stesso sensore magnetico AMR 2; viene in tal modo acquisito il primo campione Voutset(i) del segnale di uscita.

Si noti in particolare che, in una forma di realizzazione, l’algoritmo di compensazione dell’offset à ̈ di tipo iterativo, ovvero prevede in generale una serie di iterazioni successive per ottenere la calibrazione dell’offset in uscita. Infatti, l’offset non calibrato, inizialmente presente all’ingresso dello stadio di lettura 5, può causarne la saturazione e dunque l’impossibilità di effettuare una calibrazione accurata in un singolo passo. Il suddetto primo campione Voutset(i) del segnale di uscita viene dunque acquisito al passo i dell’algoritmo iterativo (essendo inizialmente i=1) e convenientemente memorizzato. Secondo un aspetto dell’invenzione, viene fissato inoltre un valore massimo per l’indice i, imax, ovvero un numero massimo di passi dell’algoritmo iterativo (ad esempio pari a 8), in modo da evitare la possibilità che si verifichino cicli di iterazioni infiniti.

Successivamente, fase 12, viene applicato nel sensore magnetico AMR 2, tramite la stessa bobina di set/reset integrata nel sensore stesso, un impulso di reset, tale da orientare i dipoli magnetici degli elementi magnetoresistivi del sensore lungo una seconda direzione, opposta alla prima direzione, e viene eseguita una seconda misura del segnale di uscita Vout fornito dallo stadio di lettura 5 accoppiato allo stesso sensore magnetico AMR 2; viene in tal modo acquisito il secondo campione Voutreset(i) del segnale di uscita Vout (l’indice i indica nuovamente il passo corrente dell’algoritmo iterativo).

Quindi, fase 13, viene ricavato il valore del segnale di offset Voutoff(i) sovrapposto al segnale utile nel segnale di uscita Vout (come precedentemente discusso in dettaglio), mediante la formula:

Voutoff(i) = (Voutset(i) Voutreset(i))/2

A questo punto, fase 14, l’algoritmo prevede di verificare se il valore del segnale di offset Voutoff(i) precedentemente determinato (nella fase 13) sia o meno inferiore ad una data soglia Th (al limite uguale a 0), ovvero se si sia verificata la corretta compensazione del segnale di offset in uscita. Si noti che il valore della soglia Th dipende dal tipo di applicazione e dal livello di offset tollerabile sull’uscita, ed inoltre dalla eventuale quantizzazione dei segnali coinvolti.

Se si verifica che il valore del segnale di offset Voutoff(i) à ̈ inferiore alla soglia Th, l’algoritmo procede verso la fase 15, con l’arresto delle operazioni di compensazione dell’offset. Ad esempio, può essere quindi emessa una segnalazione all’utente indicativa del fatto che il segnale in uscita Vout à ̈ compensato rispetto all’offset, oppure il segnale di uscita Vout (ora corrispondente al solo segnale utile) può essere a questo punto inviato ad un’unità elettronica esterna per successive elaborazioni (in modo di per sé noto).

Al contrario, la verifica alla fase 14 che il valore del segnale di offset Voutoff(i) à ̈ superiore alla soglia implica la necessità di modificare il valore delle grandezze di compensazione COMP1, COMP2 riportate in retroazione all’ingresso dello stadio di lettura 5, ad esempio incrementando il valore di tali grandezze di compensazione COMP1, COMP2 per il passo successivo (i+1) dell’algoritmo iterativo (si noti che l’algoritmo si può applicare anche in presenza di una sola grandezza di compensazione, ad esempio la prima grandezza di compensazione COMP1).

L’algoritmo procede quindi con la fase 16, successiva alla fase 14, che prevede di aggiornare il valore corrente del segnale di offset Voutoff(i) incrementandolo con il valore del segnale di offset ottenuto al passo precedente del processo iterativo Voutoff(i-1) (valore che viene dunque in precedenza convenientemente memorizzato), in particolare utilizzando la seguente espressione:

Voutoff(i) = Voutoff(i) Voutoff(i-1)

Quindi, fase 17, in funzione del valore di offset Voutoff(i) così modificato, viene determinato il nuovo valore delle grandezze di compensazione COMP1, COMP2 che devono essere inviate all’ingresso dello stadio di lettura 5 per ottenere la compensazione del segnale di offset Voutoffnel segnale di uscita Vout. Ad esempio, il valore delle grandezze di compensazione COMP1, COMP2 può variare secondo una funzione lineare con il valore del segnale di offset Voutoff(i); oppure, può ad esempio essere prevista una relazione tabellare tra il valore delle stesse grandezze di compensazione COMP1, COMP2 ed il valore del segnale di offset Voutoff(i).

In ogni caso, le grandezze di compensazione COMP1, COMP2 così determinate vengono successivamente inviate, fase 18, all’ingresso dello stadio di lettura 5 mediante il percorso di retroazione, per essere combinate con il segnale di uscita dal ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2.

In seguito, fase 19, si verifica che il numero di iterazioni, indicato dall’indice i, non abbia raggiunto il numero massimo imax; nel caso in cui i=imax, l’algoritmo procede verso la fase 20, nuovamente indicativa dell’arresto delle operazioni di compensazione dell’offset. In tal caso, può essere inviato un messaggio per l’utente indicativo del fatto che le operazioni di compensazione dell’offset non hanno avuto successo.

Al contrario, se si verifica che il numero di iterazioni non ha ancora raggiunto il numero massimo imax, si incrementa l’indice i, fase 21, e successivamente si ritorna alla fase iniziale 10 dell’algoritmo, per l’esecuzione di un nuovo passo dell’algoritmo iterativo.

La figura 4 mostra, a titolo di esempio non limitativo, una possibile implementazione del circuito di lettura 1, che prevede l’utilizzo della sola prima grandezza di compensazione COMP1, riferita in questo caso all’ingresso invertente 5b dell’amplificatore da strumentazione, qui indicato con 23, dello stadio di lettura 5 (l’ingresso non invertente 5a dello stesso amplificatore da strumentazione 23, così come il secondo terminale di uscita Out2 del ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2, sono posti ad una tensione di riferimento, ad esempio la massa del circuito).

Il primo terminale di uscita Out1 dello stesso ponte di Wheatstone riceve invece il segnale di sbilanciamento del ponte, ovvero la variazione di tensione ΔV, che si può esprimere come la somma di un contributo utile di segnale Vsige di un contributo di offset Voff, quest’ultimo dovuto ai mismatch dei componenti internamente al sensore magnetico AMR 2.

L’amplificatore da strumentazione 23 presenta una rete di guadagno resistiva collegata all’ingresso invertente 5b e costituita da: un primo resistore di guadagno 24a, collegato tra l’ingresso invertente 5b dell’amplificatore da strumentazione 23 ed il primo terminale di uscita Out1 del ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2; ed un secondo resistore di guadagno 24b, collegato tra lo stesso ingresso invertente 5b e l’unica uscita 5c dell’amplificatore da strumentazione 23.

Lo stadio di compensazione dell’offset 6 (di tipo digitale, in tale forma di realizzazione) comprende un convertitore ADC 25, avente ingresso collegato all’uscita 5c dell’amplificatore da strumentazione 23, ed atto a convertire da analogico a digitale il segnale di uscita Vout fornito dallo stesso amplificatore da strumentazione 23 (ad esempio, il convertitore ADC 25 opera a M bit, con M ad esempio uguale a dodici); ed un’unità di elaborazione 26, collegata all’uscita del convertitore ADC 25 ed atta ad implementare, mediante un’opportuna logica di controllo, i passi dell’algoritmo precedentemente discusso con riferimento alla figura 3.

In particolare, l’unità di elaborazione 26 determina il valore del segnale di offset Voutoffpresente all’uscita dell’amplificatore da strumentazione 23 e genera, in funzione di tale valore, un segnale di controllo Soff, di tipo digitale (ad esempio avente N bit, con N ad esempio uguale a otto).

Lo stadio di compensazione 6 comprende inoltre un convertitore da digitale a analogico DAC (Digital-to-Analog Converter) 27, che riceve in ingresso il segnale di controllo Soffe genera in uscita un segnale di corrente analogico (variabile in funzione del valore dello stesso segnale di controllo Soff), che corrisponde in questo caso alla prima grandezza di compensazione COMP1; il convertitore DAC 27 agisce dunque come generatore di una corrente di valore selezionabile.

Tale prima grandezza di compensazione COMP1 viene riportata in ingresso allo stadio di lettura 5, in particolare all’ingresso invertente 5b dell’amplificatore da strumentazione 23, dove si combina con la corrente circolante nel primo resistore di guadagno 24a (si noti che il primo blocco di combinazione 8a realizza in tal caso una sommatoria di correnti).

Risulta immediato verificare che il segnale di uscita Vout in corrispondenza dell’uscita 5c dell’amplificatore da strumentazione 23 (in questo caso un segnale di tensione) à ̈ dato dalla seguente espressione:

<R>

Vout=-(Vsig+Voff)× 2-<COMP1>×<R>2

R1

in cui R2Ã ̈ il valore di resistenza del secondo resistore di guadagno 24b e R1Ã ̈ il valore di resistenza del primo resistore di guadagno 24a.

Tramite la variazione della grandezza di compensazione COMP1 (in base all’algoritmo di compensazione dell’offset precedentemente descritto) risulta dunque possibile sfruttare il termine COMP1 ×R2della suddetta espressione per compensare (ed in particolare ridurre al di sotto della soglia Th) il segnale di offset Voutoffin uscita, qui corrispondente sostanzialmente al termine della stessa espressione Voff×R2/R1.

La figura 5 mostra, nuovamente a titolo di esempio non limitativo, una ulteriore possibile implementazione del circuito di lettura 1, in cui si sfrutta una rete di guadagno capacitiva associata all’amplificatore da strumentazione, qui indicato con 30, dello stadio di lettura 5.

In questo caso, l’amplificatore da strumentazione 23 à ̈ di tipo “fully differential†, ovvero presenta ingressi differenziali (ingressi non invertente ed invertente 5a, 5b) ed uscite differenziali (qui indicate con 5c, per l’uscita invertente, e 5d, per l’uscita non invertente).

Lo stadio di lettura 5 comprende inoltre due rami circuitali sostanzialmente identici, collegati rispettivamente agli ingressi non invertente ed invertente 5a, 5b dell’amplificatore da strumentazione 23.

Ciascun ramo circuitale comprende: un primo interruttore 31a, 31b (si noti che la lettera a o b indica un rispettivo dei due rami circuitali), interposto tra un rispettivo terminale di uscita Out2, Out1 del ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2 ed un nodo intermedio 32a, 32b e controllato da un primo segnale logico S; un secondo interruttore 33a, 33b, interposto tra il nodo intermedio 32a, 32b ed un ingresso di riferimento 34 ricevente una tensione di riferimento VREF, il cui valore à ̈ pari alla metà della tensione di alimentazione Vsdel ponte di Wheatstone, e controllato da un secondo segnale logico R; un primo condensatore di guadagno 35a, 35b collegato tra il nodo intermedio 32a, 32b ed un rispettivo ingresso (non invertente 5a o invertente 5b, a seconda del ramo circuitale considerato) dell’amplificatore da strumentazione 30; ed un secondo condensatore di guadagno 38a, 38b, collegato tra il suddetto rispettivo ingresso ed una rispettiva uscita (invertente 5c o non invertente 5d, a seconda del ramo circuitale considerato) dell’amplificatore da strumentazione 30.

Lo stadio di compensazione dell’offset 6 (di tipo digitale, anche in tale forma di realizzazione) comprende nuovamente: il convertitore ADC 25, avente ingressi collegati alle uscite 5c, 5d dell’amplificatore da strumentazione 30, ed atto a convertire da analogico a digitale il segnale di uscita Vout fornito dallo stesso amplificatore da strumentazione 30; e l’unità di elaborazione 26, collegata all’uscita del convertitore ADC 25 ed atta a determinare il valore del segnale di offset Voutoffpresente all’uscita dell’amplificatore da strumentazione 30 e generare, in funzione di tale valore, il segnale di controllo Soff, di tipo digitale.

Lo stadio di compensazione dell’offset 6 comprende inoltre una prima ed una seconda unità di condensatore regolabile (“trimmable capacitor†, detta anche “captrim†) 45a, 45b, di tipo digitale. Ciascuna unità di condensatore regolabile 45a, 45b presenta: un primo ed un secondo terminale, tra cui fornisce una capacità di valore variabile in modo selezionabile; ed un terminale di controllo, su cui riceve il segnale di controllo Soff, che determina il valore della suddetta capacità variabile. La prima e la seconda unità di condensatore regolabile 45a, 45b sono atte a generare, in funzione della rispettiva capacità variabile, rispettivamente la prima e la seconda grandezza di compensazione COMP1, COMP2, in questo caso costituite da variazioni di una carica iniettata ad un rispettivo ingresso dell’amplificatore da strumentazione 30 (come meglio descritto in seguito).

In maggiore dettaglio, il primo terminale di ciascuna unità di condensatore regolabile 45a, 45b à ̈ collegato ad un rispettivo ingresso (non invertente 5a o invertente 5b, a seconda del ramo circuitale considerato) dell’amplificatore da strumentazione 30; il secondo terminale riceve un segnale di stimolo, ad esempio sotto forma di un gradino di tensione di valore prefissato. La prima unità di condensatore regolabile 45a riceve al suo secondo terminale un primo segnale di stimolo Vp1, mentre la seconda unità di condensatore regolabile 45b riceve al suo secondo terminale un secondo segnale di stimolo Vp2, di valore “negato†(opposto) rispetto al primo segnale di polarizzazione Vp1; in particolare, il primo segnale di stimolo Vp1à ̈ un segnale analogico di tensione variabile tra la tensione di alimentazione Vse la tensione di riferimento VREF, mentre il secondo segnale di stimolo Vp2, anch’esso un segnale analogico di tensione, à ̈ variabile tra 0 e la stessa tensione di riferimento VREF.

La figura 6 mostra un diagramma relativo alla temporizzazione dei segnali nel circuito di lettura 1, ed in particolare del primo e del secondo segnale di controllo S, R, e del primo e del secondo segnale di stimolo Vp1, Vp2.

In uso (si noti che si farà riferimento ad un primo ramo circuitale, ma considerazioni del tutto analoghe si applicano al secondo ramo circuitale), durante una fase di scarica, il primo segnale di controllo S presenta valore logico basso (aprendo il primo interruttore 31a), mentre il secondo segnale di controllo R presenta valore logico alto (chiudendo il secondo interruttore 33a), determinando in tal modo una condizione di scarica del primo condensatore di guadagno 35a e della prima unità di condensatore regolabile 45a (in quanto la tensione ai loro capi risulta nulla, essendo l’ingresso non invertente 5a dell’amplificatore da strumentazione 23 alla tensione VREF).

Successivamente, durante una fase di lettura in cui il primo segnale di controllo S presenta valore logico alto (chiudendo il primo interruttore 31a), mentre il secondo segnale di controllo R presenta valore logico basso (aprendo il secondo interruttore 33a), il primo condensatore di guadagno 35a si carica al valore di tensione presente sul primo terminale di uscita Out1 del ponte di Wheatstone del sensore magnetico AMR 2, ovvero alla tensione ΔV/2 = (Vsig/2 Voff/2). Di conseguenza, una prima quantità di carica ΔQ1 va a caricare il secondo condensatore di guadagno 38a, per effetto della massa virtuale all’ingresso dell’amplificatore da strumentazione 30, data da:

ΔQ1=C1·(Vsig/2 Voff/2)

dove C1 à ̈ il valore di capacità del primo condensatore di guadagno 35a.

Contemporaneamente, la prima unità di condensatore regolabile 45a si scarica di una differenza di tensione pari a VREF/2 (essendo l’ingresso non invertente 5a dell’amplificatore da strumentazione 23 pari alla tensione VREF/2. Di conseguenza, una seconda quantità di carica ΔQ2 va a caricare il secondo condensatore di guadagno 38a, nuovamente per effetto della massa virtuale all’ingresso dell’amplificatore da strumentazione 30, data da:

ΔQ2=CA·(-VREF/2)

dove CA à ̈ il valore di capacità, variabile, della prima unità di condensatore regolabile 45a.

Si noti in particolare che tale seconda quantità di carica ΔQ2 rappresenta in tal caso la prima grandezza di compensazione COMP1 che viene riportata in ingresso allo stadio di lettura 5 per realizzare la compensazione dell’offset (il percorso di retroazione comprendendo in tal caso un blocco di combinazione 8a, per la combinazione di quantità di carica, collegato all’ingresso non invertente 5a dell’amplificatore da strumentazione 30).

Per effetto delle suddette prima e seconda quantità di carica ΔQ1 e ΔQ2, il secondo condensatore di guadagno 38a determina, caricandosi, una tensione di uscita Vout data dalla seguente espressione:

Vout=-C1/C2·(Vsig/2 Voff/2) CA/C2·(VREF/2)

dove C2 à ̈ il valore di capacità dello stesso secondo condensatore di guadagno 38a.

Tramite la variazione della grandezza di compensazione COMP1 (in base all’algoritmo di compensazione dell’offset precedentemente descritto), in tal caso costituita dalla seconda quantità di carica ΔQ2 (o, in maniera equivalente dal valore di capacità variabile CA della prima unità di condensatore regolabile 45a), risulta dunque possibile sfruttare il termine CA/C2·(VREF/2) della suddetta espressione per compensare (ed in particolare ridurre al di sotto della soglia Th, ed al limite annullare) il segnale di offset Voutoffin uscita, qui corrispondente sostanzialmente al termine della stessa espressione C1/C2·(Voff/2).

In altre parole, in funzione del valore del primo e del secondo segnale di compensazione COMP1, COMP2, varia il valore di capacità fornito dalle unità di condensatore regolabile 45a, 45b e dunque il contributo di iniezione di carica nel rispettivo ingresso non invertente 5a, o invertente 5b, dell’amplificatore da strumentazione 30; in tal modo, varia inoltre il segnale che viene combinato al segnale di variazione di tensione ΔV in uscita dal ponte di Wheatstone, in modo da implementare l’effetto di compensazione dell’offset sul segnale di uscita Vout (secondo l’algoritmo descritto in precedenza).

La figura 7 mostra schematicamente un dispositivo elettronico 60 in cui il circuito di lettura 1, insieme con il sensore magnetico AMR 2, trova applicazione, ad esempio per realizzare una bussola o un magnetometro.

Vantaggiosamente, il sensore magnetico AMR 2 ed il relativo circuito di lettura 1 possono essere realizzati, con le tecniche di microfabbricazione dei semiconduttori, all’interno di un unico chip 61; in particolare, il circuito di lettura 1 può essere realizzato come ASIC – Application Specific Integrated Circuit – in una prima piastrina di silicio (die), ed il sensore magnetico AMR 2 può essere realizzato in un secondo die, alloggiato, insieme al primo die, in uno stesso package del chip 61.

Il dispositivo elettronico 60 comprende inoltre un’unità di controllo 62 a microcontrollore (o microprocessore, o analogo strumento di calcolo ed elaborazione), collegata al circuito di lettura 1, in particolare per controllare le operazioni dello stesso circuito di lettura (ed in particolare l’esecuzione, all’occorrenza, della procedura di compensazione dell’offset), e per acquisire ed elaborare il segnale di uscita Vout (analogico o digitale) fornito in uscita dal circuito di lettura 1 e privo del contributo di offset. Il dispositivo elettronico 60 comprende inoltre una memoria 64 (opzionale) ed una sorgente di alimentazione 66, collegata al circuito di lettura 1, al sensore di campo magnetico 2, all’unità di controllo 62, ed alla memoria 64, per fornire l’alimentazione necessaria al loro funzionamento; la sorgente di alimentazione 66 può comprendere, ad esempio, una batteria.

In modo non illustrato, il dispositivo elettronico 60 può comprende ulteriori sensori magnetici AMR 2 e relativi circuiti di lettura 1, al fine, di realizzare un rilevamento lungo più assi di misura, ad esempio per realizzare un sistema di rilevamento triassiale di campi magnetici esterni diretti lungo rispettive direzioni di una terna di assi cartesiani x, y, z. In modo noto, tre sensori di campo magnetico sono sufficienti a identificare tre componenti spaziali di un campo magnetico esterno rilevato, identificandone univocamente il verso. In tal caso, il dispositivo elettronico 60 può comprendere inoltre un sistema di rilevamento posizione, ad esempio includente un accelerometro, configurato per rilevare l’orientamento del dispositivo elettronico stesso 60 rispetto alla superficie terrestre.

I vantaggi del circuito e del metodo di lettura secondo la presente invenzione emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In particolare, risulta possibile ottenere una compensazione dell’offset presente all’uscita di un sensore magnetico AMR, senza ricorrere ad un ambiente schermato e a complesse operazioni di taratura e calibrazione, riducendo i costi delle operazioni di lettura. Inoltre, le operazioni di compensazione possono essere eseguite anche durante le normali operazioni di lettura del sensore, senza incrementare il consumo di potenza.

In generale, l’operazione di compensazione risulta più accurata, in quanto vengono evitate situazioni di saturazione dello stadio (o front-end) di lettura.

Il circuito di compensazione viene vantaggiosamente fornito accoppiato al sensore magnetico AMR (ad esempio in uno stesso package), in modo tale da fornire all’utente la possibilità di compensare l’offset secondo le modalità desiderate. Ad esempio, l’utente può decidere di avviare le operazioni di compensazione all’accensione del dispositivo elettronico incorporante il sensore, all’esecuzione di ogni misura, oppure ogni qual volta in cui variazioni di temperatura o di altre condizioni esterne possono aver causato una modifica del valore di offset e dunque dell’accuratezza di misura.

Vantaggiosamente, la compensazione dell’offset viene effettuata a livello dell’ASIC (ovvero nel circuito integrato associato al sensore magnetico nello stesso package), senza che siano richieste ulteriori elaborazioni da parte di un’unità elettronica esterna.

La procedura di compensazione descritta, una volta avviata, può inoltre essere eseguita in modo del tutto automatico, senza interventi da parte dell’utente ed in maniera del tutto trasparente all’utente stesso.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti, senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, à ̈ evidente che l’implementazione circuitale dello stadio di lettura 5, nonché il percorso di retroazione previsto per la compensazione dell’offset, possono variare rispetto a quanto descritto ed illustrato. Inoltre, lo stesso algoritmo di compensazione può differire da quanto descritto ed illustrato; ad esempio, l’algoritmo può prevedere l’utilizzo di una tecnica dicotomica (di tipo per sé nota) per individuare iterativamente il valore opportuno da assegnare alla grandezza di compensazione per compensare l’offset in uscita.

Il metodo ed il circuito di lettura secondo la presente invenzione possono inoltre essere utilizzati per compensare l’offset di ulteriori sensori di campo magnetico, ad esempio comprendenti elementi (o in generale almeno un elemento) magnetoresistivi in una configurazione anche diversa da quella descritta ed illustrata.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di lettura (1) di un sensore di campo magnetico (2) dotato di almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a), comprendente la fase di generare un segnale di uscita (Vout) indicativo di un campo magnetico (H) in funzione di un segnale di rilevamento (ΔV) fornito da detto sensore di campo magnetico (2), mediante uno stadio di lettura (5) ricevente in ingresso detto segnale di rilevamento (ΔV), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - determinare un valore di un segnale di offset (Voutoff) presente in detto segnale di uscita (Vout); - generare almeno una grandezza di compensazione (COMP1) in funzione del valore di detto segnale di offset (Voutoff); ed - inviare in retroazione detta grandezza di compensazione (COMP1) all’ingresso di detto stadio di lettura (5) in modo tale da apportare un fattore correttivo all’ingresso di detto stadio di lettura (5) in funzione di detta grandezza di compensazione (COMP1), tale da ridurre il valore di detto segnale di offset (Voutoff).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di inviare in retroazione comprende combinare detta grandezza di compensazione (COMP1) con detto segnale di rilevamento (ΔV) in modo da fornire all’ingresso di detto stadio di lettura (5) un segnale compensato (Vcomp) tale da ridurre il valore di detto segnale di offset (Voutoff), presente all’uscita di detto stradio di lettura (5), al di sotto di una data soglia (Th).
3. 3. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di determinare un valore di un segnale di offset (Voutoff) comprende: - orientare un momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) in una prima direzione con un primo verso; - acquisire almeno un primo valore (Voutset) di detto segnale di uscita (Vout), con il momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) orientato in detto primo verso; - orientare il momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) in detta prima direzione con un secondo verso, opposto a detto primo verso; - acquisire almeno un secondo valore (Voutset) di detto segnale di uscita (Vout), con il momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) orientato in detto secondo verso; - elaborare congiuntamente detti primo (Voutset) e secondo (Voutreset) valore di detto segnale di uscita (Vout) per determinare il valore di detto segnale di offset (Voutoff).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta fase di elaborare congiuntamente comprende determinare detto valore di detto segnale di offset (Voutoff) utilizzando la seguente espressione: Voutoff= (Voutset+ Voutreset)/2 in cui Voutoffà ̈ il valore di detto segnale di offset, e Voutsete Voutresetsono detti primo e, rispettivamente, secondo valore di detto segnale di uscita (Vout).
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-4, in cui detta fase di generare almeno una grandezza di compensazione (COMP1) comprende la fase di implementare un algoritmo iterativo che prevede, ad ogni iterazione, di: - determinare un valore corrente (Voutoff(i)) di detto segnale di offset (Voutoff); - nel caso in cui detto valore corrente (Voutoff(i)) sia superiore a detta soglia (Th), aggiornare il valore corrente (Voutoff(i)) di detto segnale di offset (Voutoff) in funzione di un valore precedente (Voutoff(i-1)) di detto segnale di offset (Voutoff); e - generare detta grandezza di compensazione (COMP1) in funzione del valore corrente (Voutoff(i)), eventualmente aggiornato, di detto segnale di offset (Voutoff).
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore di campo magnetico (2) à ̈ un sensore magnetico AMR dotato di ulteriori elementi magnetoresistivi (2b-2d) disposti con detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) a formare una struttura di rilevamento a ponte; in cui detto segnale di rilevamento (ΔV) à ̈ un segnale di sbilanciamento di detta struttura di rilevamento a ponte.
7. 7. Circuito di lettura (1) per la lettura di un sensore di campo magnetico (2) dotato di almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a), detto circuito di lettura (1) comprendendo uno stadio di lettura (5) accoppiato a detto sensore di campo magnetico (2) per ricevere in ingresso un segnale di rilevamento (ΔV) ed atto a generare un segnale di uscita (Vout) indicativo di un campo magnetico (H) in funzione di detto segnale di rilevamento, caratterizzato dal fatto di comprendere uno stadio di compensazione (6), collegato ad un’uscita (5c) di detto stadio di lettura (5) e configurato in modo da determinare un valore di un segnale di offset (Voutoff) presente in detto segnale di uscita (Vout), e generare almeno una grandezza di compensazione (COMP1) in funzione del valore di detto segnale di offset (Voutoff); in cui detto stadio di compensazione (6) à ̈ inoltre configurato in modo da inviare detta grandezza di compensazione (COMP1) all’ingresso di detto stadio di lettura (5) in modo tale da apportare un fattore correttivo all’ingresso di detto stadio di lettura (5) in funzione di detta grandezza di compensazione (COMP1), tale da ridurre il valore di detto segnale di offset (Voutoff).
8. 8. Circuito secondo la rivendicazione 7, in cui detto stadio di compensazione (6) à ̈ configurato in modo da implementare una combinazione tra detta grandezza di compensazione (COMP1) e detto segnale di rilevamento (ΔV), e fornire all’ingresso di detto stadio di lettura (5) un segnale compensato (Vcomp) tale da ridurre il valore di detto segnale di offset (Voutoff), presente all’uscita di detto stradio di lettura (5), al di sotto di una data soglia (Th).
9. 9. Circuito secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detto sensore di campo magnetico (2) comprende un elemento di magnetizzazione (3) accoppiato a detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) e configurato in modo da orientare un momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) in un primo o in un secondo verso, tra di loro opposti, di una data direzione; ed in cui detto stadio di compensazione (6) Ã ̈ configurato in modo da: - acquisire almeno un primo valore (Voutset) di detto segnale di uscita (Vout), in corrispondenza di detto primo verso di orientamento del momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a); - acquisire almeno un secondo valore (Voutreset) di detto segnale di uscita (Vout), in corrispondenza di detto secondo verso di orientamento del momento di magnetizzazione di detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a); ed - elaborare congiuntamente detti primo (Voutset) e secondo (Voutreset) valore di detto segnale di uscita (Vout) per determinare il valore di detto segnale di offset (Voutoff).
10. 10. Circuito secondo la rivendicazione 9, in cui detto stadio di compensazione (6) à ̈ configurato in modo da determinare detto valore di detto segnale di offset (Voutoff) secondo la seguente espressione: Voutoff= (Voutset+ Voutreset)/2 in cui Voutoffà ̈ il valore di detto segnale di offset, e Voutsete Voutresetsono i valori di detti primo e, rispettivamente, secondo valore di detto segnale di uscita (Vout).
11. 11. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-10, in cui detto stadio di compensazione (6) Ã ̈ configurato in modo da implementare un algoritmo iterativo che prevede, ad ogni iterazione, di: - determinare un valore corrente (Voutoff(i)) di detto segnale di offset (Voutoff); - nel caso in cui detto valore corrente (Voff(i)) sia superiore a detta soglia (Th), aggiornare il valore corrente (Voutoff(i)) di detto segnale di offset (Voutoff) in funzione di un valore precedente (Voutoff(i-1)) di detto segnale di offset; e - generare detto grandezza di compensazione (COMP1) in funzione del valore corrente (Voutoff(i)), eventualmente aggiornato, di detto segnale di offset (Voutoff).
12. 12. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-11, in cui detto sensore di campo magnetico (2) à ̈ un sensore magnetico AMR dotato di ulteriori elementi magnetoresistivi (2b-2d) disposti con detto almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a) a formare una struttura di rilevamento a ponte; in cui detto segnale di rilevamento (ΔV) à ̈ un segnale di sbilanciamento di detta struttura di rilevamento a ponte.
13. 13. Circuito secondo la rivendicazione 12, in cui detto stadio di lettura (5) comprende un amplificatore (23) avente almeno un ingresso (5a) atto a ricevere detto segnale di rilevamento (ΔV), ed una rete di guadagno resistiva (24a, 24b) accoppiata a detto ingresso (5a) e ad un’uscita (5c) di detto amplificatore (23); ed in cui detto stadio di compensazione (6) comprende un generatore di corrente selezionabile (27) atto a generare una corrente di valore variabile come detta grandezza di compensazione (COMP1) da inviare a detto ingresso (5a) di detto amplificatore (23).
14. 14. Circuito secondo la rivendicazione 12, in cui detto stadio di lettura (5) comprende un amplificatore (30) avente almeno un ingresso (5a) atto a ricevere detto segnale di rilevamento (ΔV), ed una rete di guadagno capacitiva (35a, 38a) accoppiata a detto ingresso (5a) e ad un’uscita (5c) di detto amplificatore (30); ed in cui detto stadio di compensazione (6) comprende un’unità di condensatore regolabile (45a) atta a generare una quantità di carica di valore variabile come detta grandezza di compensazione (COMP1) da inviare a detto ingresso (5a) di detto amplificatore (30).
15. 15. Dispositivo elettronico (60) comprendente un sensore di campo magnetico (2) dotato di almeno un primo elemento magnetoresistivo (2a), ed un circuito di lettura (1) accoppiato a detto sensore di campo magnetico (2), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-14; detto dispositivo elettronico (60) comprendendo inoltre un’unità di controllo (62) accoppiata a detto circuito di lettura (1) per ricevere detto segnale di uscita (Vout).