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    • 专利摘要:
    Dieerfindungsgemäße Vorrichtung(100) zur Ermittlung einer momentanen relativen Richtung eines Geberobjekts(107) in Abhängigkeiteines von dem Geberobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfelds(Hx, Hy) umfassteine erste Einrichtung (102) zum Erfassen eines Verlaufs einer erstenMagnetfeldkomponente (Hx) des Magnetfelds,eine zweite Einrichtung (104) zum Erfassen eines Verlaufs einerzweiten Magnetfeldkomponente (Hy) des Magnetfeldsund eine Einrichtung (106) zum Auswerten des Verlaufs der erstenMagnetfeldkomponente (Hx) und der zweitenMagnetfeldkomponente (Hy), um die momentane,relative Richtung des Geberobjekts zu ermitteln, wobei die ersteMagnetfeldkomponente (Hx) und die zweiteMagnetfeldkomponente (Hy) winkelmäßig zueinanderversetzt sind.
    公开号:DE102004017191A1
    申请号:DE200410017191
    申请日:2004-04-07
    公开日:2005-10-27
    发明作者:Bernhard Forster
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:G01D5-14
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und einVerfahren zur Ermittlung einer relativen Richtung eines Objektsbzw. Geberobjekts, und insbesondere auf die Ermittlung einer relativenDrehrichtung bzw. Bewegungsrichtung eines Geberobjekts, wie z. B.eines Drehrades, mittels Magnetfelderfassungselementen, die relativzu der Bewegungs- bzw.Drehrichtung des Geberobjekts angeordnet sind.
    [0002] Beizahlreichen Anwendungen wird häufig nebeneiner Drehzahl- bzw.Geschwindigkeitsmessung eines Geberobjekts auch die Erkennung der Bewegungsrichtungbzw. Drehrichtung des Geberobjekts, wie z. B. der Drehrichtung einesRades oder einer Welle, gefordert. Dazu werden im allgemeinen Magnetfeldsensorenzur Bestimmung der Drehzahl und der Drehrichtung verwendet.
    [0003] Eineerste, im Stand der Technik bekannte Möglichkeit zur Drehrichtungs-und Drehzahlbestimmung besteht nun darin, zwei Magnetfeldsondenzu verwenden, die örtlichgetrennt voneinander und beabstandet zu dem zu untersuchenden Geberobjekt angeordnetsind. Die Sensorsignale der Magnetfeldsensoren werden dabei getrenntausgewertet, wobei aus der zeitlichen Abfolge der Signale der Magnetfeldsensorenbeispielsweise mittels (digitalen) Signalverarbeitungseinrichtungen(DSP; DSP = digitaler Signalprozessor) oder Mikroprozessoren die Bewegungs-oder Drehrichtung des Geberobjekts bestimmt wird. Bei einer solchenAnordnung ist es erforderlich in Verbindung mit dem Geberobjekt,z. B. einem Zahnrad, einen sogenannten Backbias-Magneten, zu verwenden,um ein Magnetfeld zu erzeugen, das durch die verschiedenen Zähne undVertiefungen des Zahnrades beeinflusst wird, so dass die zwei beabstandetenMagnetfeldsensoren unterschiedliche Sensorsignale in Abhängigkeitder Drehposition des Zahnrades liefern können.
    [0004] In 9 ist beispielhaft eineschematische Darstellung einer solchen Hallsensoranordnung 10 mitzwei Hallelementen 12, 14 und einem Backbias-Magneten 16 bzgl.eines Zahnrads (bzw. Zahnstange) 18 dargestellt. Der AbstandL (z. B. 2,5 mm) gibt den Abstand zwischen dem Hallsensor-IC 10 (IC =integrated circuit = integrierte Schaltung) und dem Zahnrad 18 an,der Abstand a gibt den Mittenabstand der Hallelemente 12, 14 an,und der Abstand b gibt den Abstand der Hallelemente 12, 14 vonder IC-Oberflächean.
    [0005] Gemäß der Anordnungvon 9 erfasst der Hallsensor-IC 10 dieBewegung und Position einer ferromagnetischen Struktur in Form desZahnrads 18 durch Erfassen und zeitliches Auswerten derjeweiligen Flussdichte eines die Hallelemente 12, 14 durchdringendenMagnetfeldes. Dazu ist an der Rückseite derSensoreinrichtung 10 der sog. Backbias-Magnet 16 mitSüd- undNordpol (wie eingezeichnet) angeordnet.
    [0006] Beidieser im Stand der Technik bekannten Vorgehensweise zur Erfassungder Bewegungs- oder Drehrichtung eines Geberobjekts ist es jedoch nachteilig,dass ein stationäresHintergrundsignal (Backbias-Signal), wie z. B. das Feld eines Dauermagneten,bei der Drehzahlerkennung mittels Magnetfeldsensoren nicht herausgekürzt wird.Das heißtmit anderen Worten, dass bei dieser Vorgehensweise ein relativ kleinesModulationssignal bzw. Nutzsignal, das durch die Zähne desZahnrades in dem Hintergrundfeld des Dauermagneten erzeugt wird,ausgewertet werden muß,so dass das Nutzsignal von einem großen statischen Hintergrundsignal überlagert ist.Darüberhinaus ist es bei dieser Vorgehensweise nachteilig, dass der Gleichlauf(Matching) der beiden Magnetfeldsensorelemente 12, 14 sehrgut sein muss, damit der Offsetunterschied der Ausgangssignalverläufe beiderMagnetfeldsensorelemente 12, 14 klein wird, umvernünftigeMessergebnisse zu erhalten.
    [0007] Gemäß der Anordnungvon 9 erfasst also derHallsensor-IC 10 die Bewegung und Position einer ferromagnetischenStruktur in Form des Zahnrads 18 durch Erfassen und zeitlichesAuswerten der Flussdichte eines Magnetfeldes. Dazu ist an der Rückseiteder Sensoreinrichtung 10 der sog. Backbias-Magnet 16 mitSüd- undNordpol (wie eingezeichnet) angeordnet.
    [0008] Eineweitere Vorgehensweise gemäß dem Standder Technik zur Ermittlung der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeiteines Geberobjekts, welche mit drei Magnetfeldsensorelementen arbeitet, wirdbeispielsweise in der deutschen Patentschrift ( DE 19717364 C1 ) vorgestellt.Wie in dieser Patentschrift dargestellt ist, werden die Ausgangssignale derdrei Magnetfeldsensorelemente dabei so zu einem Richtungssignalmiteinander verknüpft,dass ein statisches Hintergrundsignal ausgeblendet wird, wobei diePhasenverschiebung des Richtungssignals zu einem Differenzsignalder beiden äußeren Magnetfeldsensorelementezur Richtungserkennung verwendet wird. Dabei wird nun der Nulldurchgangdes Differenzsignals als Abtastzeitpunkt des Richtungssignals verwendet,und zwar einmal bei einem steigenden Differenzsignal und einmalbei einem fallenden Differenzsignal. Die Differenz der beiden abgetastetenRichtungssignale bestimmt nun die Bewegungsrichtung des Geberobjekts.Bei diesem in der oben genannten deutschen Patentschrift dargestellten Vorgehensweiseist nun zu beachten, dass fürein ausreichendes Verhalten (Performance) der Sensoranordnung ausdrei Magnetfeldsensorelementen nur „ideale" Zahnabstände („ideale Pitches") geeignet sind,da das ausgewertete Richtungssignal für größere Zahnabstände sehrklein wird. Von „idealen Pitches" wird gesprochen,wenn der Zahnabstand mit dem Sondenabstand übereinstimmt.
    [0009] Diebei der oben genannten deutschen Patentschrift dargestellte Vorgehensweiseberuht nun insbesondere darauf, aus der Kombination von drei Ausgangssignalender drei Magnetfeldsensorelemente ein Richtungssignal zu erzeugen,welches eine Phasenverschiebung von 90° (π/2) zum Differenzsignal hat.Das Differenzsignal wird dabei durch eine Subtraktion der Signaleder beiden äußeren Magnetfeldsensorelementegebildet. Das Richtungssignal wird durch die Subtraktion der Summeder beiden Sensorsignale, welche das Differenzsignal bilden, unddes doppelten Signalwertes des Ausgangssignals des mittleren Magnetfeldsensorelementsgebildet. Der Grund fürdie gewünschtePhasenverschiebung von 90° bestehtdarin, ein möglichstgroßes Richtungssignalbeim Nulldurchgang des Differenzsignals zu erhalten. Somit kannman nun aus dem Vorzeichen des Richtungssignals die Drehrichtungbzw. die Bewegungsrichtung des Geberobjekts bestimmen, wenn mandas Richtungssignal bei jedem Nulldurchgang des Differenzsignalsabtastet.
    [0010] Bezüglich derim Stand der Technik bekannten Vorgehensweise zur Ermittlung derDrehrichtung eines Geberobjekts und insbesondere der beiden im vorhergehendendargestellten Vorgehensweisen sollte beachtet werden, dass dortjeweils nur die vertikale Magnetfeldkomponente, d. h. die Magnetfeldkomponentesenkrecht zur Oberflächedes Magnetfeldsensors mit den Sensorelementen, verwendet bzw. berücksichtigtwird.
    [0011] Bezüglich derim vorhergehenden dargestellten Vorgehensweisen gemäß dem Standder Technik zur Ermittlung der Drehrichtung eines Geberobjekts sollteferner beachtet werden, dass bei den dort verwendeten Sensoranordnungeneinerseits der Gleichlauf der verwendeten Magnetfeldsensorelemente äußerst gutsein muss, damit die Offsetunterschiede der Magnetfeldsensorelementemöglichstniedrig sind, und ferner die Positionierung der Magnetfeldsensorelementebezüglichdes Geberobjekts, dessen Drehrichtung bestimmt werden soll, äußerst exaktvorgenommen werden muss, da sonst zu große und damit störende Phasenfehler,Jitter, usw. im Ausgangssignal der Sensoranordnung auftreten.
    [0012] DerMittenabstand a (vgl. 9)der Sensorelemente ist gemäß dem Standder Technik so einzustellen, dass die Übergänge bzw. Kanten zwischen denZähnen(vorstehenden Abschnitten) und den Vertiefungen bzw. Lücken (zurückversetztenAbschnitten) des Zahnrads von den beiden Sensorelementen nacheinander überlappenderfasst werden. Damit könnendann bei einer Differenzbildung der Signalverläufe der Ausgangssignale derbeiden Sensorelemente ein solches resultierendes Differenzsignal erhaltenwerden, das dort Signalspitzen aufweist, wenn eine Zahn-Lücke-Kantean den Sensorelementen vorbei bewegt wird. Die Auswertung diesesDifferenzsignals kann sich aber aufgrund von Überschwingern im Signalverlaufsehr aufwendig gestalten, da das Ausgangssignal der Sensorelementevorzugsweise so weiterverarbeitet und aufbereitet werden soll, dassder Verlauf des Ausgangssignals im wesentlich das Profil des Geberzahnradswiedergibt. Ferner beeinträchtigenbei den bisher verwendeten Sensoranordnungen Positionierungsungenauigkeitenzwischen dem Geberobjekt und der Sensoreinrichtung die genaue Auswertungdes Sensorsignals und verursachen Phasenrauschen, Jitter, usw. im Sensorausgangssignal.
    [0013] Daherwird aus dem oben genannten Stand der Technik deutlich, dass dieAuswertung der Sensorsignale der Magnetfeldsensorelemente zur Ermittlungder Drehrichtung des Geberobjekts relativ aufwendig bzw. auch dieBestimmung der Geschwindigkeit, des Drehwinkels oder der Drehrichtungnicht immer ausreichend genau ist.
    [0014] Ausgehendvon diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegendenErfindung darin, ein verbessertes Konzept zur Ermittlung der relativenRichtung eines Geberobjekts zu schaffen, wobei dieses Konzept insbesondereunempfindlich gegen Positionierungstoleranzen der Magnetfeldsensorelementeund unempfindlich bezüglichdes Einflusses von Störfeldernauf die Magnetfeldsensorelemente und damit auf die Ermittlung derrelativen Richtung ist.
    [0015] DieseAufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Ermittlung einer momentanen,relativen Richtung eines Geberobjekts gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahrengemäß Anspruch20 und durch Computer-Programm gemäß Anspruch 21 gelöst.
    [0016] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungzur Ermittlung einer momentanen relativen Richtung eines Geberobjektsin Abhängigkeiteines von dem Geberobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfeldsumfasst eine erste Einrichtung zum Erfassen eines Verlaufs einerersten Magnetfeldkomponente des Magnetfelds, eine zweite Einrichtungzum Erfassen eines Verlaufs einer zweiten Magnetfeldkomponente des Magnetfelds,und eine Einrichtung zum Auswerten des Verlaufs der ersten Magnetfeldkomponenteund der zweiten Magnetfeldkomponente, um die momentane, relativeRichtung des Geberobjekts zu ermitteln, wobei die erste Magnetfeldkomponenteund die zweite Magnetfeldkomponente winkelmäßig zueinander versetzt sind.
    [0017] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenzum Ermitteln einer momentanen, relativen Richtung eines Geberobjektsin Abhängigkeiteines von dem Geberobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfeldeswird ein Verlauf einer ersten Magnetfeldkomponente (Hx)und ein Verlauf einer zweiten Magnetfeldkomponente (Hy)erfasst. Daraufhin werden der Verlauf der ersten Magnetfeldkomponente(Hx) und der zweiten Magnetfeldkomponente(Hy) ausgewertet, um die momentane, relativeRichtung des Geberobjekts zu ermitteln, wobei die erste Magnetfeldkomponente(Hx) und die zweite Magnetfeldkomponente (Hy) winkelmäßig zueinander versetzt sind.
    [0018] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirdinsbesondere bei dem Auswerten des Verlaufs der ersten Magnetfeldkomponenteund der zweiten Magnetfeldkomponente ein Wendepunkt und insbesondereein Nulldurchgang eines der Verläufeder Magnetfeldkomponenten und die Richtung des Signalverlaufs imWendepunkt ermittelt, woraufhin der Momentanwert und insbesonderedas Vorzeichen des jeweils anderen Verlaufs der Magnetfeldkomponente überprüft wird,wobei jeder Momentanwert (Vorzeichen) in bezug auf den im Wendepunktabgetasteten Verlauf der Magnetfeldkomponente jeweils einer Drehrichtungfest zugeordnet ist.
    [0019] Fernerwird erfindungsgemäß ausgenutzt, dassder Verlauf der ersten Magnetfeldkomponente zu dem Verlauf der zweitenMagnetfeldkomponente um 90° (π/2) phasenverschobenist.
    [0020] Dervorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, mit zwei Magnetfeldsensoreinrichtungen,die vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind,den Verlauf einer ersten Magnetfeldkomponente und einer zweitenMagnetfeldkomponente, die winkelversetzt und vorzugsweise im wesentlichensenkrecht zueinander sind, zu erfassen, wodurch das durch die ersteMagnetfelderfassungseinrichtung und das durch die zweite Magnetfelderfassungseinrichtungerhaltene erste und zweite Auswertesignal um einen entsprechendenPhasenwinkel und insbesondere einen Phasenwinkel von 90° zueinanderphasenverschoben sind, so dass mittels dieser beiden um einen vorgegebenenPhasenwinkel und insbesondere um 90°-phasenverschobenen Auswertesignale sowohldie relative Geschwindigkeit als auch die relative Richtung desGeberobjekts bezüglichder Erfassungseinrichtungen bestimmt werden kann.
    [0021] Gemäß der vorliegendenErfindung ist es also mittels zweier unterschiedlicher Magnetfeldsensorelementemöglich,die bezüglichzwei unterschiedlicher Magnetfeldkomponenten empfindlich sind unddie vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind,unterschiedliche Magnetfeldkomponenten, d. h. vorzugsweise einehorizontale und eine vertikale Magnetfeldkomponente bezüglich derGeberobjektebene, im wesentlichen in einem Punkt zu erfassen, undin Abhängigkeitder zwei unterschiedlichen Magnetfeldkomponenten zwei Auswertesignalezu erzeugen, die phasenverschoben und vorzugsweise um 90° zueinanderphasenverschoben sind, wobei insbesondere diese beiden AuswertesignaleInformationen überdie relative Geschwindigkeit (z. B. relative Drehgeschwindigkeit) und/oderdie relative Richtung (z. B. relative Drehrichtung) des Ge berobjektsbezüglichder Magnetfeldsensorelemente aufweisen und entsprechend ausgewertetwerden können.
    [0022] Gemäß der vorliegendenErfindung wird nun ausgenutzt, dass die beiden Komponenten des Magnetfeldessowohl bei einer Backbias-Anordnung als auch bei einer Polradanwendungdie Extremwerte (Maxima und Minima) der vertikalen Magnetfeldkomponentedes Magnetfeldes, örtlichbetrachtet bzgl. der Geberobjektebene, immer dort liegen, wo diehorizontale Feldkomponente des Magnetfeldes ihren Wendepunkt bzw.Nulldurchgang hat.
    [0023] Gemäß der vorliegendenErfindung ist es nun möglich,die Wendepunkte bzw. Nulldurchgänge desVerlaufs der ersten Magnetfeldkomponente (z. B. in Form des erstenAuswertesignals) und die Richtung der Signalverläufe in den Wendepunkten zubestimmen, wobei der Verlauf der zweiten Magnetfeldkomponente (z.B. in Form des zweiten Auswertesignals) in Abhängigkeit von der Phasenlageder bestimmten Wendepunkte bzw. Nulldurchgänge und deren Richtung desersten Auswertesignals untersucht wird.
    [0024] Ausden erhaltenen Informationen, d. h. den Wendepunkten und den dortigenRichtungen des Signalverlaufs des ersten Auswertesignals und den Momentanwertenbzw. Vorzeichen des Signalverlaufs des zweiten Auswertesignals,kann dann die Drehrichtung des Geberobjekts ermittelt werden, da diesenInformationen des ersten und zweiten Auswertesignals die Drehrichtungdes Geberobjekts fest zugeordnet werden kann.
    [0025] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform dervorliegenden Erfindung werden also zwei verschiedene Magnetfelderfassungselementeverwendet, die vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnetsind, wobei ein Magnetfeldsensorelement bezüglich der vertikalen Magnetfeldkomponenteempfindlich ist, und das zweite Magnetfelderfassungselement bezüglich derhorizontalen Magnetfeldkomponente empfindlich ist, so dass beispielsweisedie Bewegungs- oder Drehrichtung eines Geberobjekts dadurch bestimmtwerden kann, indem die vertikale Feldkomponente in zwei aufeinanderfolgendenNulldurchgängender horizontalen Feldkomponente gemessen beziehungsweise abgetastet wird,und diese beiden Werte voneinander subtrahiert werden. Das Vorzeichenbzw. der Momentanwert dieser Differenz repräsentiert nun die Bewegungs-bzw. Drehrichtung des Geberobjekts.
    [0026] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung kann auch eine differentielle Ausführung derbeiden unterschiedlichen Magnetfeldsensorelemente verwendet werden,wobei jeweils zwei Magnetfeldsensorelemente des gleichen Typs vorzugsweiseim Abstand des Pitches, d. h. im Abstand der Zähne bei einer Backbias-Anordnung oderim Abstand der Polpaare bei einer Polradanwendung, auf einem integriertenHalbleiterchip angeordnet sind. Die zwei unterschiedlichen Sensorelementesind vorzugsweise wieder unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.Von den Signalverläufender beiden Magnetfeldsensorelemente eines Typs wird nun jeweilsdie Differenz gebildet und ausgewertet.
    [0027] Dieseweitere erfindungsgemäße Anordnung ändert aberim wesentlichen nichts an den Verhältnissen, d. h. Phasenlagen,der jeweiligen Signale, welche aus der vertikalen Magnetfeldkomponenteund der horizontalen Magnetfeldkomponente gebildet werden. Es kanndaher die Auswertung erfolgen, wie dies bereits im vorhergehendenbeschrieben wurde, wobei es bei dieser weiteren erfindungsgemäßen Vorgehensweiseaber äußerst vorteilhaftist, dass eine Verdopplung der Signalverläufe der Auswertesignale erreichtwird, und ferner, dass der Signalverlauf, welcher aus der vertikalenFeldkomponente generiert wird, vom Offset befreit ist. Dadurch sinddie beiden Differenzsignale, die aus der vertikalen und horizontalenMagnetfeldkomponente erhalten werden, auch bei einer Backbias-Anordnung äquivalent undkönnenin ihrer Funktion auch vertauscht werden.
    [0028] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0029] 1 eineVorrichtung zur Ermittlung einer momentanen, relativen Richtungeines Geberobjekts gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0030] 2a–b beispielhafteVerläufeder Magnetfeldlinien bezüglicheines Zahnrads bei der Verwendung eines Backbias-Magneten und derentsprechenden Verläufeder magnetischen Feldstärkekomponenten;
    [0031] 3 beispielhafteVerläufeder vertikalen und horizontalen Magnetfeldkomponenten bei der Verwendungeines Polrades;
    [0032] 4 einemöglicheRealisierung einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer erstenund zweiten Magnetfeldkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0033] 5 einePrinzipdarstellung einer Schaltungsanordnung zur Auswertung vonGeschwindigkeit und Richtung eines Geberobjekts gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0034] 6a–f die erhaltenenSignalverläufebei der Auswertung von Geschwindigkeit und Richtung eines Geberobjektsmit der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0035] 7 eineweitere möglicheAusführungsformeiner Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ge schwindigkeit undRichtung eines Geberobjekts mittels einer differentiellen Anordnungder Magnetfelderfassungseinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0036] 8a–b prinzipielleVerläufeder Magnetfeldkomponenten bei einem Polrad und die entsprechendenSignale bei der Richtungserkennung gemäß der Schaltungsanordnung dervorliegenden Erfindung bzgl. des weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung; und
    [0037] 9 einePrinzipdarstellung einer bekannten Sensoranordnung zur Magnetfelderfassungeines Geberzahnrads gemäß dem Standder Technik.
    [0038] Bezugnehmend auf die 1, 2a–b, 3 wirdnun ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispieleiner Vorrichtung 100 zur Ermittlung einer momentanen,relativen Richtung eines Geberobjekts beschrieben. Als Geberobjektist im allgemeinen jeder Gegenstand aus einem ferromagnetischen oderpermanent-magnetischenMaterial anzusehen, der in seiner Umgebung das vorhandene Magnetfeld beeinflusstoder ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt.
    [0039] Gemäß der vorliegendenErfindung sollte ferner beachtet werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtungund das erfindungsgemäße Verfahren zurErmittlung einer Richtung eines Geberobjekts vorzugsweise bei Anwendungeneingesetzt werden kann, bei denen ein Magnetfeld zur Detektion von Geschwindigkeitbzw. Drehzahl und Richtung bzw. Drehrichtungen eines Geberobjektsverwendet wird. So könnenerfindungsgemäß als Geberobjektesogenannte Zahnräderoder Zahnstangen in Verbindung mit einem Backbias-Magneten eingesetztwerden, wobei der Backbias-Magnet ein Hintergrundmagnetfeld erzeugt,das durch die Zahnradanordnung, d. h. hervorstehende Zähne undzurück versetzteVertiefungen (Lücken),definiert ist bzw. beeinflusst wird, wobei der Abstand der Zähne beidiesen sogenannten Backbias-Anordnungen von Zahnrädern bzw. Zahnstangenals sogenannter „Pitch"-Abstand bezeichnetwird.
    [0040] Essollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung genauso aufsogenannte Polradanwendungen, wie z. B. Polräder oder Polstangen mit magnetisiertenPolen, anwendbar ist, wobei Polräder bzw.Polstangen nebeneinander angeordnete, magnetische Nord- und Südpole einerperiodischen permanent-magnetisiertenStruktur darstellen. In der Näheder Oberflächedes Polrades verlaufen die Feldlinien des Magnetfeldes (in Luft)gerichtet von dem magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol derPolradstruktur. Die unterschiedlich Permanentmagnetisierten Bereichesind üblicherweise gleichgroß,wobei in diesem Fall der Abstand der Polpaare bei einer Polradanwendungals sogenannter „Pitch"-Abstand bezeichnetwird.
    [0041] Diefolgende Beschreibung und insbesondere die Darstellungen in 2a–b, 3 werdenrein beispielhaft Bezug nehmend auf eine Zahnrad- bzw. Zahnstangenanordnungmit periodisch aufeinanderfolgenden Zähnen und Vertiefungen dargestellt,wobei die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf die oben dargestelltenPolrad- bzw. Polstangenanwendungen oder entsprechende Anordnungenanwendbar ist, mit dem entsprechende Magnetfelder bzw. entsprechendeMagnetfeldkomponenten erzeugt werden können.
    [0042] Wiein 1 dargestellt ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zurErmittlung einer momentanen, relativen Richtung eines Geberobjekts eineerste Magnetfelderfassungseinrichtung 102, die abhängig vondem ermittelten Verlauf einer ersten Magnetfeldkomponente Hx als ein Ausgangssignal S1 ein erstes Auswertesignalan ihrem Ausgang 102a bereitstellt, und ferner eine zweiteMagnetfelderfassungseinrichtung 104 zum Erfassen einer zweitenMagnetfeldkomponente Hy, wobei die zweite Erfassungseinrichtung 104 aneinem Ausgang 104a ein Ausgangssignal S2 in Form eineszweiten Auswertesignals bereitstellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 umfasstferner eine Auswerteeinrichtung 106 zum Auswerten des erstenund zweiten Auswertesignals S1 und S2, die den Verlauf der erstenMagnetfeldkomponente und der zweiten Magnetfeldkomponente im Bereichder ersten und zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung wiedergeben,um an einem ersten Ausgang 106a ein Ausgangssignal S3 auszugeben,das Informationen überdie Richtung eines Geberobjekts 107 enthält, undoptional an einem weiteren Ausgang 106b ein weiteres AusgangssignalS4 ausgibt, das Informationen überdie Geschwindigkeit (oder Drehzahl usw.) des Geberobjekts aufweist.
    [0043] Bezüglich 1 solltebeachtet werden, dass die dort gezeigte Darstellung keine geometrischenBeziehungen zwischen den einzelnen gezeigten Elementen vorgibt,sondern lediglich funktionale Zusammenhänge gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 vermittelnsoll.
    [0044] Imfolgenden wird nun unter Bezugnahme auf die 2a–b, 3 dieFunktionsweise der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 zurErmittlung einer momentanen, relativen Richtung eines Geberobjektsdargestellt, wobei die Ermittlung in Abhängigkeit eines von dem Geberobjektbeeinflussten oder erzeugten Magnetfelds vorgenommen wird.
    [0045] Beider vorliegenden Erfindung wird nun die Tatsache ausgenutzt, dassbei Applikationen, bei denen ein Magnetfeld H zur Detektion derGeschwindigkeit bzw. Drehzahl und der Richtung bzw. Drehrichtungeines Geberobjekts, wie z. B. eines Zahnrades, einer Zahnstange,eines Polrades, einer Polstange, verwendet wird, die Komponentendes von dem Geberobjekt erzeugten bzw. beeinflussten MagnetfeldesH in der Geberobjektebene (Draufsicht bzw. Zeichenebene in 2a)und senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Geberobjekts,die im folgenden als x-Komponente oder horizontale Komponente Hx des Magnetfeldes bezeichnet wird, und dieKomponente des Magnetfel des senkrecht zur relativen Bewegungsrichtungund parallel zu dieser Geberobjektebene, die im folgenden als y-Komponenteoder vertikale Komponente Hy des Magnetfeldesbezeichnet wird, die Eigenschaft haben, dass der Verlauf der vertikalenKomponente Hy des Magnetfeldes in der Objektebene(bezüglichder Oberflächedes Geberobjektes 107) dort seine Extremwerte, d. h. Maxima oderMinima aufweist, wo der Verlauf der horizontalen Komponente Hx des Magnetfeldes ihre Wendepunkte bzw.Nulldurchgängeaufweist.
    [0046] 2a zeigtnun beispielsweise den Verlauf der magnetischen Feldlinien über einenAusschnitt eines Zahnrades 107, d. h. bezogen auf mehrere Zähne undLückeneines Zahnrades, bei der Verwendung eines Backbias-Magneten (Hintergrundmagneten),wobei 2b beispielhaft den Verlaufder Magnetfeldkomponenten des magnetischen Feldes in der vertikalenRichtung „y" als Verlauf Hy und in der horizontalen Richtung „x" als der VerlaufHx darstellen.
    [0047] Diehorizontale Richtung „x" ist parallel zur Bewegungsrichtung(bzw. Tangente der Bewegungsrichtung) des Geberobjekts, wobei dievertikale Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Geberobjektsund parallel zur Geberobjektebene (Zeichenebene von 2a)ist. Die Verläufevon 2b behalten auch bei der Verwendung eines Polradesoder einer Polstange, d. h. eines Rades oder einer Stange mit einerabwechselnden Nord-Süd-Magnetisierung amUmfang bzw. bezüglichder Länge,im Prinzip ihre Gültigkeitbei. Ein wesentlicher Unterschied bei der Verwendung eines Polradesbzw. einer Polstange besteht aber darin, dass der Verlauf Hy der vertikalen Komponente des Magnetfeldeskeine Offset aufweist, sondern wie der Verlauf Hx derhorizontalen Komponente des Magnetfeldes symmetrisch zur Nulllinieist, wie dies beispielhaft in 3 dargestellt ist.Dadurch hat auch der Verlauf Hy der vertikalen KomponenteNulldurchgängean der Position seiner Wendepunkte.
    [0048] Somitkann gemäß der vorliegendenErfindung bzgl. der horizontalen und vertikalen MagnetfeldkomponenteHx, Hy zusammenfassendfestgestellt werden, dass der Verlauf der horizontalen KomponenteHx und der vertikalen Komponente Hy des Magnetfeldes immer dort ihre Extremwerte,d. h. Maxima und Minima aufweisen, wo der Verlauf der jeweils anderenKomponente des Magnetfeldes ihre Wendepunkte und vorzugsweise auchihre Nulldurchgängeaufweist.
    [0049] Wienun in 2a dargestellt ist, ist dieerste und zweite Erfassungseinrichtung 102, 104 imwesentlichen senkrecht zur relativen Richtung des Geberobjekts (x-Richtungin 2a) in einem vorgegebenen Abstand d1 vondem Geberobjekt 107 beabstandet angeordnet. Der Abstandd1 sollte möglichst gering sein und konstantgehalten werden, um eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten.
    [0050] TypischeGrößenordnungenfür denAbstand d1 liegen je nach Anwendungsfallbeispielsweise in einem Bereich von 0,1 mm bis 5 mm und vorzugsweisein einem Bereich von 0,5–2mm. Typische Feldstärkender auftretenden Magnetfelder liegen abhängig von dem verwendeten Gebermagnetenund dessen Abstand von den Erfassungselementen beispielsweise ineinem Bereich von 200 μTbis 200 mT. Typische Feldstärkendes Gebermagneten liegen beispielsweise in einem Bereich von 200bis 500 mT.
    [0051] Dieerste und die zweite Erfassungseinrichtung 102, 104 sindnun so auf einem Träger,wie z. B. einem Halbleitersubstrat, angeordnet, dass beispielsweisedie erste Erfassungseinrichtung 102 den Verlauf der horizontalenKomponente Hx des Magnetfeldes und die zweiteErfassungseinrichtung 104 den Verlauf der vertikalen KomponenteHy des Magnetfeldes, das durch das Geberobjekt 107 beeinflusstbzw. erzeugt wird, erfassen kann, um ein erstes und zweites AuswertesignalS1, S2 zu erzeugen.Definitionsgemäß wird nunfür diefolgende Beschreibung angenommen, dass die erste Magnetfeldkomponenteals der Verlauf Hx der horizontalen Komponentedes Magnetfeldes im wesentlichen parallel zur relativen Richtungdes Geberobjekts 107 verläuft, wobei die zweite Magnetfeldkomponenteals Verlauf Hy im wesentlichen senkrechtzur relativen Richtung des Geberobjekts 107 und in Richtungder ersten und zweiten Erfassungseinrichtung verläuft. Bezüglich der vorliegendenErfindung sollte beachtet werden, dass es lediglich wichtig ist,dass die erste und zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 102, 104 jeweilsunterschiedliche (winkelversetzte) Magnetfeldkomponenten erfassenkönnen.
    [0052] Damitder erfasste Verlauf Hx der horizontalenMagnetfeldkomponente und der erfasste Verlauf Hy dervertikalen Magnetfeldkomponente auf einfache Weise in Beziehunggebracht werden können, sinddie erste und zweite Magnetfelderfassungseinrichtung bezüglich derrelativen Richtung des Geberobjekts unmittelbar nebeneinander bzw. übereinanderangeordnet. Ferner sollte beachtet werden, dass die horizontaleAusdehnung der ersten und/oder zweiten Erfassungseinrichtung 102, 104 bezüglich eines „Pitch" eines Zahnradesbzw. Polrades relativ klein ist, d. h. vorzugsweise weniger als20% der Pitch-Längebetragen sollte. Ferner sollte beachtet werden, dass, falls dieerste und zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 102, 104 nebeneinanderangeordnet sind, der Mittenabstand der beiden Magnetfelderfassungseinrichtungenvorzugsweise weniger als 20% der Pitch-Länge betragen sollte. Sind die ersteund zweite Erfassungseinrichtung 102, 104 übereinanderangeordnet, sollte deren vertikaler Abstand bezüglich der Erfassungsebene derbeiden Magnetfelderfassungseinrichtungen einen vorgegebenen Wert,der beispielsweise kleiner als 10% der Pitch-Länge ist, in der Praxis nicht überschreiten.Dabei ist natürlichauch der Abstand d1 zwischen Geberobjektund Erfassungseinrichtungen zu berücksichtigen.
    [0053] Für eine ausreichendeMessgenauigkeit kann somit angenommen werden, dass die erste und zweiteMagnetfelderfassungseinrichtung 102, 104 in einemPunkt bzgl. des zu untersuchenden Magnetfelds des Geberobjekts 107 angeordnetsind.
    [0054] Wiebereits oben angegeben wurde, kann das Geberobjekt 107,dessen Richtung und optional auch dessen Geschwindigkeit bestimmtwerden soll, in Form eines Zahnrads oder einer Zahnstange mit einemBackbias-Magneten ausgeführtsein, wobei das Zahnrad oder die Zahnstange eine Mehrzahl von Zähnen undVertiefungen, die abwechselnd angeordnet sind aufweist, um das Magnetfelddes Backbias-Magneten zu beeinflussen. Ferner ist es möglich, dassdas Geberobjekt als ein Polrad oder eine Polstange ausgebildet ist,wobei die magnetischen Pole abwechselnd nebeneinander angeordnetsind, und das zur untersuchende Magnetfeld erzeugen. Die relativeRichtung des Geberobjekts 107 ist nun die relative Bewegungsrichtungoder Drehrichtung des Geberobjekts 107 relativ zu der erstenund zweiten Erfassungseinrichtung, wobei die relative Geschwindigkeitdie relative Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Längsgeschwindigkeit oder Drehzahlbzw. Drehgeschwindigkeit des Geberobjekts 107 relativ zu derersten und zweiten Erfassungseinrichtung 102, 104 ist.Bezüglichder vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass eine relativeBewegung bzw. Richtung bedeutet, dass entweder das Geberobjekt 107 bezüglich denErfassungseinrichtungen 102, 104 oder auch dieErfassungseinrichtungen 102, 104 bezüglich desGeberobjekts 107 bewegt werden können.
    [0055] Bezüglich derin 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlungeiner momentanen, relativen Richtung eines Geberobjekts 107 inAbhängigkeiteines von dem Geberobjekt 107 beeinflussten oder erzeugtenMagnetfelds wird nun auf die Auswertung des ersten und zweiten AuswertesignalsS1 (Sx) und S2 (Sy)der ersten und zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung 102, 104 eingegangen.
    [0056] Zurweiteren Erläuterungsind nun in 2b, 3 das ersteund zweite Auswertesignal Sx und Sy überder Zeitachse beispielhaft, schematisch aufgetragen, wobei im wesentlichenvon sinusförmigen Verläufen derAuswertesignale Sx und Sy ausgegan genwerden kann. Das in 2b dargestellte Diagramm beziehtsich dabei auf die Verwendung eines Zahnrades mit einer Backbias-Magnetanordnung,so dass der Verlauf des Auswertesignals Sy durchdas Hintergrundmagnetfeld des Backbias-Magneten um einen OffsetwertSy-offset versetzt ist, während derSignalverlauf des Auswertesignals Sx inseinen Wendepunkten gleichzeitig Nulldurchgänge aufweist.
    [0057] Beiden in 3 dargestellten Verläufen der beiden AuswertesignaleSx und Sy wurdeeine Polrad-Anordnung verwendet, so dass auch das AuswertesignalSy, das proportional zu dem Verlauf Hy der vertikalen Komponente des Magnetfeldesist, in seinen Wendepunkten prinzipiell auch immer einen Nulldurchgangaufweist.
    [0058] Ausden oben in 2b und 3 dargestellten,prinzipiellen Verläufender Auswertesignale Sx, Sy für Zahnradanordnungenbzw. Polradanordnungen kann nun die Richtung des Geberobjekts festgestelltwerden, in dem die im folgenden erläuterte Bewertung der AuswertesignaleSx, Sy durchgeführt wird.
    [0059] Umdie Richtung des Geberobjekts 107 zu bestimmen wird erfindungsgemäß ein Wendepunkt imVerlauf eines der Auswertesignale Sx, Sy und die dazu gehörende Richtung des Durchschreitensdes Wendepunkts dieses Auswertesignals ermittelt. Daraufhin wirdnun der Momentanwert bzw. das Vorzeichen des jeweils anderen Auswertesignalsin Abhängigkeitder ermittelten Phasenlage des Wendepunkts überprüft, wobei jedem Momentanwertdes anderen Auswertesignals, der in Abhängigkeit der Phasenlage desWendepunkts ermittelt wurde, unter Berücksichtigung der Signalrichtungim Wendepunkt jeweils eine Drehrichtung des Geberobjekts fest zugeordnet werdenkann.
    [0060] Ausden 2b, 3 wird deutlich, dass das ersteund zweite Auswertesignal Sx und Sy um 90° (π/2) zueinanderphasenverschoben sind.
    [0061] Ausgehendnun von der 2b, die die AuswertesignaleSx, Sy bei einerZahnradanordnung mit einem Backbias-Magneten prinzipiell darstellt,kann nun beispielsweise ausgehend von dem Signalverlauf des AuswertesignalsSx der Wendepunkt P1 mit der Steigung bzw.Richtung im Wendepunkt ermittelt werden, wobei nun mit dem zugehörigen Momentanwertdes Verlaufs des Auswertesignals Sy dieDrehrichtung des Zahnrads bestimmt werden kann.
    [0062] DieErmittlung des Geberobjekts kann auch ausgehend von dem AuswertesignalSy vorgenommen werden, indem ein Wendepunktund die Steigung bzw. Richtung des Verlaufs des Auswertesignalsin diesen Wendepunkt ermittelt wird und ferner der Momentanwertdes Verlaufs des Auswertesignals Sx bewertetwird.
    [0063] Besondersvorteilhaft ist, wenn beide Auswertesignale ihre Wendepunkte inNulldurchgängen desVerlaufs der Auswertesignale Sx, Sy haben, wie dies in der 3 dargestelltist, die die Auswertung mittels einer Polradanordnung darstellt.Bei dieser Anordnung entsprechen die Wendepunkte sowohl des erstenals auch zweiten Auswertesignals den Nulldurchgängen des Verlaufs des erstenund zweiten Auswertesignals Sx, Sy.
    [0064] Dadurchkann eine Ermittlung der Wendepunkte der Auswertesignale und derentsprechenden Richtung (Steigung) in diesen Wendepunkten (Nulldurchgängen) nocheinfacher durchgeführtwerden.
    [0065] Gemäß der vorliegendenErfindung werden eine erste und eine zweite Magnetfelderfassungseinrichtungverwendet, die bezüglicheiner ersten und zweiten Magnetfeldkomponente des zu untersuchendenMagnetfelds eines Geberobjekts, dessen relative Bewegungsrichtungbzw. relative Bewegungsgeschwindigkeit, ermittelt werden soll, empfindlichsind. So ist die erste Magnetfelderfassungseinrichtung 102 ausgeführt, umdie horizontale Komponente Hx des Magnetfeldszu erfassen, währenddie zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 104 ausgeführt ist,um die vertikale Komponente Hy des Magnetfeldszu erfassen, so dass man zwei Auswertesignale S1 (=Sx) und S2 (= Sy) erhalten kann, die um im wesentlichen 90° zueinanderphasenverschoben sind und die relevanten Informationen enthalten,um die Bewegungsrichtung bzw. Rotationsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeitbzw. Rotationsgeschwindigkeit des Geberobjekts 107 bestimmenzu können.
    [0066] ZurMessung der horizontalen bzw. vertikalen Komponenten Hx,Hy des Magnetfelds H können beispielsweise alle lateralenbzw. vertikalen Hallsonden, alle xMR-Sensoren (AMR-, GMR-, TMR-, CMR-Sensoren;AMR = anisotropic magnetoresistance, GMR = giant magnetoresistance,TMR = tunnel magnetoresistance, CMR = colossal magnetoresistance),Magnetwiderstände,Magnetotransistoren (MAGFETs), Giant-Planar-Halleffektsensoren,Spintransistoren, GMI-Elemente (GMI = Giant Magnetic Impedance)oder Magnetdioden entsprechend angeordnet und eingesetzt werden.Es sollte aber beachtet werden, dass die obige Aufzählung nichtumfassend ist, wobei bzgl. der vorliegenden Erfindung im wesentlichenalle magnetfeldempfindlichen Elemente eingesetzt werden können.
    [0067] Sowerden vorzugsweise zur Messung der horizontalen Komponenten Hx des Magnetfelds vertikale Hallsonden, xMR-Sensoren,Giant-Planar-Halleffektsensoren, Spintransistoren oder GMI-Elemente eingesetztwerden. Zur Erfassung der vertikalen Komponente Hy desMagnetfelds werden vorzugsweise laterale Hallsonden, Magnetwiderstände, Magnetotransistoren(MAGFETs) oder Magnetdioden eingesetzt.
    [0068] Bezüglich dervorliegenden Erfindung sollte jedoch deutlich werden, dass die ersteund zweite Erfassungseinrichtung 102, 104 lediglichin der Lage sein sollten, die unterschiedlichen Komponenten Hx, Hy des zu untersuchendenMagnetfeldes erfassen zu können,wobei die jeweilige Ausführungsformder Magnetfelderfassungselemente für die vorliegende Erfindungnicht von Bedeutung ist. Es ist lediglich wichtig, dass unterschiedli cheKomponenten und vorzugsweise die um 90° winkelversetzten Komponenten,wie sie in 2a bzgl. der Zeichenebene dargestelltsind, des Magnetfelds durch die Magnetfeldsensorelemente 102, 104 erfassbarsind.
    [0069] Einsehr einfaches Beispiel füreine erste und zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 102, 104, dieunmittelbar benachbart zueinander und insbesondere übereinanderangeordnet sind, ist in 4 beispielhaft dargestellt,wobei eine laterale Hallsonde 104 in der Mitte eines integriertenHalbleitersensor-ICs positioniert ist, wobei über der lateralen Hallsondeein xMR-Sensor 102, beispielsweise mittels Abscheidung,gebildet ist. Die in 4 dargestellte Anordnung kannmit üblichenHalbleiterherstellungsschritten relativ einfach hergestellt werden.
    [0070] Sokann beispielsweise der aktive n-Typ-Halbleiterbereich der Hallsonde 104 mittels Implantationin einem p-Typ-Halbleitersubstrathergestellt und ferner mit Kontaktanschlussflächen versehen werden, woraufhinauf einer abgeschiedenen Oxidschicht die xMR-Schicht 102 auseinem magnetoresistiven Material beispielsweise mittels Sputtern aufgebrachtwird, und mit Kontaktanschlüssenversehen wird.
    [0071] Imfolgenden wird nun Bezug nehmend auf die 5 und 6 eine mögliche Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zurErmittlung einer momentanen, relativen Richtung eines Geberobjekts (nichtgezeigt in 5) in Abhängigkeit eines von dem Geberobjektbeeinflussten oder erzeugten Magnetfelds detailliert erläutert.
    [0072] Inder folgenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegendenErfindung werden fürentsprechende Schaltungselemente bezüglich der vorhergehenden Beschreibungwieder die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine erneutedetaillierte Beschreibung dieser Schaltungselemente im folgendenverzichtet wird.
    [0073] Diein 5 in Form eines Prinzipschaltbilds dargestellteSchaltungsanordnung 100 zur Auswertung der Richtung undoptional der Geschwindigkeit eines Geberobjekts umfasst wieder eineerste Magnetfelderfassungseinrichtung 102 zum Erfasseneines Verlaufs einer ersten Magnetfeldkomponente Hx undferner eine zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 104 zumErfassen des Verlaufs einer zweiten Magnetfeldkomponente Hy. Ferner weist die Anordnung von 5 eineEinrichtung 106 zum Auswerten des Verlaufs der ersten MagnetfeldkomponenteHy und der zweiten MagnetfeldkomponenteHx auf, wobei die Einrichtung 106 vorzugsweiseein Ausgangssignal S3, das Informationenbezüglichder Richtung des Geberobjekts aufweist, und optional ein AusgangssignalS4 bereitstellt, das Informationen über dieGeschwindigkeit des Geberobjekts enthält.
    [0074] Wiein 5 dargestellt ist, ist die erste Magnetfelderfassungseinrichtung 102 zumErfassen des Verlaufs Hx der horizontalenKomponente des Magnetfelds als eine Brückenschaltung (Wheatstone-Brücke) mitvier WiderständenR1–R4 ausgebildet, die paarweise einen Spannungsteilerbilden und an der BrückenspeisespannungVs liegen. Die Widerstände R2 undR3 der Brückenschaltung sind als Widerstandselementeaus einem magnetoresistiven Material (xMR-Elemente) ausgebildet,so dass diese Brückenschaltungim folgenden als xMR-Brückenschaltungbezeichnet wird. Die Brückendiagonalspannungdient bei diesem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung als das Ausgangssignal S1 (Auswertesignal)der ersten Magnetfelderfassungseinrichtung 102. Die zweiteMagnetfelderfassungseinrichtung 104, die zur Erfassungdes Verlaufs Hy der vertikalen Komponentedes Magnetfelds vorgesehen ist, ist als eine laterale Hall-Sonde 108 ausgebildet,wobei zwischen zwei Steueranschlüssender Hall-Sonde die Versorgungsspannung Vs anliegt,und an den Ausgangsanschlüssender Hall-Sonde das Ausgangssignal S2 (AuswertesignalSy) bereitgestellt wird.
    [0075] Gemäß der Schaltungsanordnung 100 von 5 umfasstdie Auswerteeinrichtung 106 eine Komparatoreinrichtung 110 miteinem ersten Eingangsanschluss 110a (positiver Eingang)und einem zweiten Eingangsanschluss 110b (negativer Eingang),und einen Ausgangsanschluss 110c, eine Verstärkereinrichtung 112 miteinem ersten Eingangsanschluss 112a (positiver Eingang),einem zweiten Eingangsanschluss 112b (negativer Eingang)und einem Ausgangsanschluss 112c, einen Änderungsdetektor 114 (Signalverlaufauswerteeinrichtung)mit einem ersten Eingang 114a und einem ersten bis drittenAusgangsanschluss 114b-d eine erste Schaltereinrichtung 116 miteinem Eingangsanschluss 116a, einem Ausgangsanschluss 116b und einemSteueranschluss 116c, eine zweite Schaltereinrichtung 118 miteinem Eingangsanschluss 118a, einem Ausgangsanschluss 118b undeinem Steueranschluss 118c, eine erste Speichereinrichtung 120 miteinem Eingangsanschluss 120a und einem Ausgangsanschluss 120b,eine zweite Speichereinrichtung 122 mit einem ersten Anschluss 122a undeinem zweiten Anschluss 122b, eine Kombinationseinrichtung 124 miteinem ersten Eingangsanschluss 124a, einem zweiten Eingangsanschluss 124b und einemAusgangsanschluss 124c, eine dritte Schaltereinrichtung 126 miteinem Eingangsanschluss 126a, einem Ausgangsanschluss 126b undeinem Steueranschluss 126c. Die Auswerteeinrichtung 106 umfasstferner einen Ausgangsanschluss 106a zum Bereitstellen einesSignals S3, das Informationen bezüglich derRichtung des Geberobjekts 107 umfasst, und ferner optionaleinen Ausgangsanschluss 106b, an dem ein AusgangssignalS4 bereitgestellt werden kann, das Informationen über dieGeschwindigkeit des Geberobjekts 107 enthält.
    [0076] Wiein 5 dargestellt ist, wird der Komparatoreinrichtung 110,die vorzugsweise als ein Nullpunktkomparator ausgebildet ist, eingangsseitigdas Auswertesignal S1 (Sx)der ersten Magnetfelderfassungseinrichtung 102 bereitgestellt,wobei die Komparatoreinrichtung 110 ausgangsseitig mitdem Ausgangsanschluss 106b und dem Eingangsanschluss 114a des Änderungsdetektors 114 verbundenist. Dem Verstärker 112 wirdeingangs seitig das Auswertesignal S2 (Sy) der zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung 104 inForm der Hallsonde 108 bereitgestellt, wobei der Ausgangsanschluss 112c derVerstärkereinrichtung 112 mitdem Eingangsanschluss 116a der ersten Schaltereinrichtungund dem Eingangsanschluss 118a der zweiten Schaltereinrichtung 118 verbundenist. Der erste und zweite Ausgangsanschluss 114b, 114c des Änderungsdetektors 114 istmit dem Steueranschluss 116c bzw. dem Steueranschluss 118c derersten Schaltereinrichtung 116 bzw. der zweiten Schaltereinrichtung 118 verbunden.
    [0077] DerAusgangsanschluss 116b der ersten Schaltereinrichtung istmit dem Eingangsanschluss 120a der ersten Abtastwert-Speichereinrichtung 120 verbunden,wobei der Ausgangsanschluss 118b der zweiten Schaltereinrichtung 118 mitdem Eingangsanschluss 122a der zweiten Abtastwert-Speichereinrichtungverbunden ist. Der Ausgangsanschluss 120b und der Ausgangsanschluss 122b derersten und zweiten Abtastwert-Speichereinrichtung 120, 122 sindmit den Eingangsanschlüssen 124a bzw. 124b derKombinationseinrichtung 124 verbunden und stellen die SignalwerteA1 bzw. A2 bereit. Der Ausgangsanschluss 124c der Kombinationseinrichtung 124 istmit dem Eingangsanschluss 126a der dritten Schaltereinrichtung 126 verbunden,wobei der Steueranschluss 126c der dritten Schaltereinrichtung 126 mitdem Ausgangsanschluss 114d des Änderungsdetektors 114 verbundenist. Der Ausgangsanschluss 126b der dritten Schaltereinrichtung 126 ist mitdem Ausgangsanschluss 106a der Auswerteeinrichtung 100 verbunden,um das Ausgangssignal S3 bereitzustellen,das Informationen überdie Richtung des Geberobjekts enthält.
    [0078] In 6a–f sindeinige signifikante Signalverläufeder in 5 dargestellten Schaltungsanordnung 100 beispielhaftdargestellt.
    [0079] DerSignalverlauf Sy (6a) gibtdas Ausgangssignal der zweiten Magnetfelderfassungsvorrichtung 104 wieder.Der Sig nalverlauf Sx (6b) gibtdas Ausgangssignal der ersten Magnetfelderfassungseinrichtung 102 wieder.Der Signalverlauf K1 (6c)gibt das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtung 110 wieder.Die SignalverläufeA1 und A2 (6d–e) gebendie in den Abtastwert-Speichereinrichtungen 120, 122 gespeichertenAbtastwerte über derZeit wieder. Der Signalverlauf R (6f) gibtdas Signal an dem Ausgangsanschluss 106a der Auswerteeinrichtungwieder.
    [0080] Imfolgenden wird nun die Funktionsweise der in 5 dargestelltenSchaltungsanordnung 100 in Verbindung mit den in 6a–f dargestelltenSignalverläufenbei einem Rechtslauf eines Zahnrades bzw. einer Zahnstange erläutert.
    [0081] Wiein 5 dargestellt ist, ist die erste Magnetfelderfassungseinrichtung 102 vorzugsweiseals eine BrückenschaltungR1–R4 ausgebildet, wobei zwei magnetoresistiveElemente R2, R3 vorgesehen sind,um die horizontale Komponente Hx des Magnetfeldszu erfassen. Bezüglichder vorliegenden Erfindung sollte deutlich sein, dass im wesentlichenjede beliebige Magnetfelderfassungseinrichtung zur Erfassung derhorizontalen Magnetfeldkomponente eingesetzt werden kann, wobeiim einfachsten Fall ein einziges magnetoresistives Element verwendet werdenkann.
    [0082] DiexMR-Brückenschaltung,die vorzugsweise in der Mitte eines integrierten Halbleiterchipsangeordnet ist, liefert das Ausgangssignal Sx dessen Verlauf(Spannungsverlauf) in 6 über derZeit t dargestellt ist. Das Auswertesignal Sx wirdmit der Komparatoreinrichtung 110, die wie bereits angegebenist, vorzugsweise als Nullpunktkomparator ausgebildet ist, ausgewertet,wobei dadurch das Ausgangssignale K1 derKomparatoreinrichtung 110 erhalten wird. Das AusgangssignalK1 weist dabei eine Rechteckfunktion auf,wobei das Ausgangssignal K1 einen logischhohen Wert „H" aufweist, wenn derSignalverlauf Sx positiv ist, und einenniedrigen logischen Pegel „L" auf, wenn der Signalverlaufdes Auswertesignals Sx negativ ist. Damitkann das Ausgangssignal K1 der Komparatoreinrichtung 110 zur Festlegungder Abtastzeitpunkte fürdas Auswertesignal Sy (Richtungssignal)eingesetzt werden, wobei die logischen Übergänge des Ausgangssignals K1 den Nulldurchgängen (bzw. Wendepunkten) desersten Auswertesignals Sx entsprechen. Fernerkann das Ausgangssignal K1 auch als sogenanntesDrehzahlsignal zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Geberobjektsverwendet werden, da alle gleichgerichteten logischen Übergänge desAusgangssignals K1 eine Periodenlänge (Pitch-Länge) desZahnrades (der Zahnstange) darstellen.
    [0083] Der Änderungsdetektor 114 erkenntnun, ob das Ausgangssignal K1 der Komparatoreinrichtung 110 voneinem niedrigen logischen Pegel L auf einen hohen logischen PegelH (LH-Übergang)oder von einem hohen logischen Pegel H auf einen niedrigen logischenPegel L (HL-Übergang) übergeht.Bei dem Übergangvon einem niedrigen logischen Pegel L auf einen hohen logischenPegel H aktiviert der Änderungsdetektor 114 zumZeitpunkt t1 (bzw. zum Zeitpunkt t3) die erste Schaltereinrichtung 116 (AbtastschalterS1), so dass der erste Schalter zu diesem Zeitpunktdurchgeschaltet ist.
    [0084] Beieinem logischen Übergangvon einem hohen logischen Pegel H auf einen niedrigen logischenPegel L (HL-Übergang)zum Zeitpunkt t2 wird die zweite Schaltereinrichtung 118 (Abtastschalter S2) aktiviert, d. h. die Schaltereinrichtung 118 ist durchgeschaltet.
    [0085] Dabeikommen die abgetasteten Richtungssignale A1 undA2 aus der Verstärkereinrichtung 112, dievorzugsweise das Auswertesignal Sy der Hallsonde 108 verstärkt, sodass in der ersten Speichereinrichtung 120 der AbtastwertA1 gespeichert wird und in der zweiten Speichereinrichtung 122 derAbtastwert A2 gespeichert wird.
    [0086] Diesebeiden Signalwerte A1 (= Sdy1)und A2 (Sdy2) können inder ersten und zweiten Abtastwert-Speichereinrichtung 120, 122 in eineranalogen oder digitalen Form gespeichert bzw. zwischengespeichertwerden. Die gespeicherten Abtastwerte A1 undA2 werden der Kombinationseinrichtung 124 bereitgestellt,die die beiden Abtastwerte A1, A2 kombiniert und vorzugsweise gemäß der vorliegendenErfindung voneinander subtrahiert.
    [0087] DasErgebnis der Kombination ist das Richtungssignal R, das jeweilsnach zwei Abtastvorgängenmit den zugeordneten Abtastwerten A1, A2 beginnend mit einem logischen Übergangvon einem niedrigen logischen Pegel auf einen hohen logischen Pegelbeginnt, und als das Richtungssignal R zum Zeitpunkt t2 + Δt gespeichertbzw. als das Ausgangssignal S3 an dem Ausgangsanschluss 106a ausgegebenwird. Da bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispielder Signalwert A2 größer als der Signalwert A1 ist, ergibt sich aufgrund einer Subtraktiondes Signalwerts A2 von dem Signalwert A1 ein negativer Wert des RichtungssignalsR, der auf eine erste Richtung (Rechtslauf) des Zahnrads hinweist,wobei bei einer Subtraktion des ersten Signalwerts A1 vondem zweiten Signalwert A2 ein positiverWert fürdas Richtungssignal R erhalten wird, der auf die entgegengesetzteRichtung des Geberobjekts hinweist.
    [0088] Diein 6f beispielhaft gezeigte Zeitverzögerung Δt soll einein der Praxis schaltungstechnisch bedingte Zeitverzögerung angeben.Die Zeitverzögerung Δt dient beispielsweisedazu, einer Sample&Hold-Schaltung(Abtasten-Und-Halten-Schaltung)ausreichend Zeit zu geben, beispielsweise den Messwert A2 zu speichern. Die Zeitverzögerung Δt kann beispielsweiseaber auch dazu dienen, einer Digitalschaltung Rechenzeit zur Verfügung zustellen, bis z. B. der Messwert A2 gespeichertist.
    [0089] Bezüglich derKombination des ersten und zweiten Abtastsignals sind eine Vielzahlvon Verrechnungsmöglichkeitendenkbar, wobei die Subtraktion als technisch am einfachsten realisierbarerscheint.
    [0090] Nachdemdas Richtungssignal R bereitgestellt wurde, beginnt der Zyklus zurErfassung der Richtung und optional der Geschwindigkeit von neuem.Wie bereits angegeben ist, sind beispielhaft die in 6a–f dargestellten,prinzipiellen Signalverläufe für den Rechtslaufeines Zahnrades angegeben.
    [0091] Für einenLinkslauf des Zahnrades kann man sich die oben dargestellte Zeitachseumgedreht bzw. als entgegengesetzt durchlaufen vorstellen, d. h.die SignalverläufeSx, Sy in 6a, 6b werdenentgegengesetzt durchlaufen.
    [0092] Beieinem Linkslauf des Zahnrads wird dadurch das erste abgetasteteSignal A1 aus dem Signalwert Sdy2 abgeleitet,wobei das zweite abgetastete Signal A2 ausdem Signalwert Sdy1 abgeleitet wird. Darausergibt sich durch die Subtraktion des ersten Signalwerts von demzweiten abgetasteten Signalwert eine Vorzeichenumkehr des Richtungssignals R,wobei ein negatives Vorzeichen des Richtungssignals R bei dem in 5 dargestelltenAusführungsbeispielalso eine Drehrichtung nach rechts und ein positives Vorzeichendes Richtungssignals R eine Drehrichtung nach links des Geberobjekts(z. B. eines Zahnrads) bedeuten würde.
    [0093] DerGrund, warum das Ausgangssignal Sx der xMR-Brückenschaltung 102 zurBestimmung des Abtastzeitpunktes erfindungsgemäß verwendet wird, liegt darin,dass dieses Auswertesignal Sx prinzipbedingtimmer einen Nulldurchgang aufweist, da sich die Richtung der horizontalenMagnetfeldkomponente Hx umdreht und mandaher einfach einen Nullpunktkomparator zur Bestimmung der Nulldurchgänge (unddamit der Wendepunkte) des Signalverlaufs des Auswertesignals Sx verwenden kann.
    [0094] Verwendetman anstatt einer Backbias-Anordnung, d. h. einer Zahnrad- bzw.Zahnstangenanordnung mit einem Backbias-Magneten, eine Polrad-Anordnung, sohat auch der Verlauf Hy der vertikalen Magnetfeldkomponenteprinzipiell immer einen Nulldurchgang, da sich dann auch die Richtungder vertikalen Magnetfeldkomponente des Magnetfeldes umkehrt, sodass die horizontale und vertikale Magnetfeldkomponente Hx, Hy bezüglich desauszuwertenden Signalverlaufs zur Bestimmung der Abtastzeitpunktegleichwertig sind, so dass man beispielsweise auch die in 5 dargestelltenMagnetfelderfassungseinrichtungen 102, 104 vertauschenkann.
    [0095] Zusammenfassendlässt sichdas grundlegende Prinzip der bisher dargestellten Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung also dahingehend zusammenfassen, dassgemäß der vorliegendenErfindung die Tatsache ausgenutzt wird, dass die vertikale (Hy) und die horizontale (Hx)Magnetfeldkomponente des Magnetfeldes sowohl bei einer sogenanntenBackbias-Anordnung,d. h. einer Anordnung aus Magnet-Sensor-Zahnrad oder -Zahnstange,als auch bei einer Polradanordnung, die ein Polrad oder eine Polstangemit magnetisierten Polen und einem Sensor davor aufweist, die Extremwerte, d.h. die Maxima und Minima, der Verläufe der vertikalen Komponentendes Magnetfeldes örtlichbetrachtet immer dort liegen, wo die Verläufe der horizontalen Magnetfeldkomponenteihren Nulldurchgang (Wendepunkt) besitzen.
    [0096] BeiVerwendung einer Polstange oder eines Polrades verliert die vertikaleMagnetfeldkomponente ihren Offsetanteil und weist ebenfalls an denWendepunkten des Signalverlaufs Nulldurchgänge auf, wodurch die oben getroffeneAussage auch umgekehrt Geltung hat. Mit anderen Worten heißt dies, dassdann zusätzlichauch der Verlauf der horizontalen Magnetfeldkomponente des Magnetfeldesdessen Extremwerte, d. h. Maxima und Minima, genau dort hat, wodie Nulldurchgänge(Wendepunkte) der vertikalen Komponente liegen.
    [0097] Verwendetman nun zwei unterschiedliche Typen von Magnetfelderfassungseinrichtungen,die aber vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnetsind, und von denen eine Magnetfelderfassungseinrichtung bezüglich dervertikalen Magnetfeldkomponente empfindlich ist, und die andere Magnetfelderfassungseinrichtungbezüglichder horizontalen Magnetfeldkomponente empfindlich ist, so kann mansowohl die Richtung (Drehrichtung oder Bewegungsrichtung) einesGeberobjekts als auch die Geschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit,Bewegungsgeschwindigkeit, Längsgeschwindigkeit)ohne weiteres dadurch bestimmen, indem man den Verlauf der vertikalenMagnetfeldkomponente bei zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen derhorizontalen Magnetfeldkomponente misst bzw. abtastet und dieseWerte bewertet, d. h. beispielsweise voneinander subtrahiert. DasVorzeichen dieser Differenzbildung repräsentiert dann die Bewegungs-bzw. Drehrichtung des Geberobjekts.
    [0098] BeiPolradanwendungen bzw. bei einer differentiellen Anordnung der beidenTypen von Magnetfelderfassungseinrichtungen können die Funktion der Magnetfelderfassungseinrichtungenzum Erfassen der vertikalen und horizontalen Magnetfeldkomponenteauch vertauscht werden.
    [0099] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung wird nun im folgenden anhand von 7 dieVerwendung einer differentiellen Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 mitzwei unterschiedlichen Magnetfelderfassungseinrichtungen 102, 104 erläutert. Bei diesemAusführungsbeispielsind jeweils zwei Magnetfelderfassungseinrichtungen 102-1, 102-2 und 104-1, 104-2 desgleichen Typs vorzugsweise im Abstand der Pitch-Länge, d.h. dem Abstand der Zähne beieiner Backbias-Anordnung oder im Abstand der Polpaare bei einerPolradanordnung, vorzugsweise in der Mitte eines integrierten Halbleiterschaltungschipsangeordnet, wobei von den Signalen der beiden Magnetfelderfassungseinrichtungen 102-1, 102-2 und 104-1, 104-2 desgleichen Typs jeweils die Differenz gebildet wird, um das ersteund zweite Ausgangssignal S1, S2 zuerhalten.
    [0100] Beidiesem Ausführungsbeispielist zu beachten, dass diese weitere erfindungsgemäße Anordnungnicht an den relativen Verhältnissenbzw. Phasenlagen der im vorhergehenden beschriebenen Signalverläufe (von 6a–f) ändert, welcheaus dem Verlauf der vertikalen Magnetfeldkomponente Hy undaus dem Verlauf der horizontalen Magnetfeldkomponente Hx gebildetwerden. Daher kann auch bei einer differentiellen Ausführung derbeiden Magnetfelderfassungseinrichtungen die Auswertung der AuswertesignaleS1 (Sx) und S2 (Sy) erfolgen,wie dies bereits im vorhergehenden Bezug nehmend auf die 1 bis 6 detailliert erläutert wurde.
    [0101] Vorteilhaftbei einer differentiellen Ausführungder erfindungsgemäßen Anordnung 100 zurErmittlung einer momentanen, relativen Richtung eines Geberobjektsist dabei die Verdopplung in der Signalwerte, und ferner, dass dasAuswertesignal Sy, welches aus dem Verlaufder vertikalen Magnetfeldkomponente generiert wird, keinen Offset-Anteilmehr aufweist, auch wenn das Geberobjekt beispielsweise als Zahnradoder Zahnstange ausgebildet ist. Dadurch sind die beiden DifferenzsignaleS1 und S2, die ausden Verläufender vertikalen und horizontalen Magnetfeldkomponente erhalten werden,auch bei einer Backbias-Anordnung wieder äquivalent und können inihrer Funktion als Auswertesignale zum Bereitstellen der Abtastzeitpunkteund zum Bereitstellen der Abtastwerte auch vertauscht werden.
    [0102] Imfolgenden wird nun anhand der 7, 8a–b eineweitere erfindungsgemäße Ausführungsformunter Verwendung eines Polrades bei einer differentiellen Beschaltungin der Magnetfelderfassungseinrichtung beschrieben.
    [0103] DerFeldverlauf der horizontalen und vertikalen Magnetfeldkomponentendes Magnetfeldes bei Verwendung eines Polrades ist in 8a dargestellt. Indieser Figur ist auch ein beispielhafter Sensor-IC 100 mitden beiden Magnetfelderfassungseinrichtungen 102-1, 102-2 (H1, H2), welche diehorizon tale Magnetfeldkomponente Hx desMagnetfelds erfassen, und den beiden Magnetfelderfassungseinrichtungen 104-1, 104-2 (V1, V2) dargestellt,welche die vertikale Magnetfeldkomponente Hy desMagnetfeldes erfassen, wobei ferner deren geometrische Anordnungauf dem Sensor-IC dargestellt ist, d. h. der Abstand der beidenMagnetfeldsensoreinrichtungen eines Typs entspricht vorzugsweiseder Pitch-Längedes Polrades. Die Position des Sensor-IC in 8a bestimmt denZeitpunkt t = 0 fürdie folgenden Ausführungen. AlsAuswerteschaltung dient eine entsprechende Schaltung wie Bezug nehmendauf 5 beschrieben wurde. Ein wesentlicher Unterschiedbesteht jedoch darin, dass die Auswertesignale Sx undSy hier aus den Differenzsignalen der beidenSondentypen gebildet werden, wie dies aufgrund des prinzipiellen Schaltungsaufbausvon 7 zur Auswertung der Geschwindigkeit (Drehzahl)und/oder der Richtung (Drehrichtung) eines Geberobjektes dargestelltist.
    [0104] Zurdetaillierten Erläuterungder Funktionsweise der in 7 dargestelltenSchaltungsanordnung 100 zur Auswertung der Geschwindigkeit (Drehzahl)und der Richtung (Drehrichtung) eines Geberobjektes sind die Signalverläufe in 8b dargestellt.Bewegt sich nun das Geberrad von der Position zum Zeitpunkt t =0, wie sie in 8a dargestellt ist, nach links,so erhältman die Signalverläufe Sx an den Eingängen der Komparatoreinrichtung 110 undden Signalverlauf Sy an den Eingängen derVerstärkereinrichtung 112 (Differenzverstärker). ZurAnsteuerung der Komparatorschaltung 110 wurden die Signaleder xMR-Brückenschaltungen 102-1, 102-2 gewählt, dadiese Signale im allgemeinen einen höheren Signal-zu-Rausch-Abstand besitzenund daher ein geringerer Jitter an der Schaltflanke auftritt.
    [0105] DasAusgangssignal K1 der Komparatoreinrichtung 110 kanneinerseits direkt als Drehzahlsignal dienen und kann außerdem zurBestimmung der Abtastzeitpunkte der Richtungssignale verwendet werden.Bei jeder steigenden Flanke des Ausgangssignals K1 derKomparatoreinrichtung 110, d. h. bei einem Über gangvon einem logischen niedrigen Pegel auf einen hohen logischen Pegel(LH), wird der erste Abtastwert A1 gespeichert,und es beginnt ein neuer Richtungserkennungszyklus. Bei jeder fallenden Flankedes Komparatorsignals K1, d. h. bei jedem Übergangvon einem hohen logischen Pegel auf einen niedrigen logischen Pegel(HL), wird der zweite Abtastwert A2 desRichtungssignals gespeichert. Aus diesen beiden Abtastwerten A1, A2 wird nun dieDifferenz gebildet und nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit Δt das RichtungssignalR ausgegeben.
    [0106] Ändert sichnun die Drehrichtung, so ändert sichauch die Phasenlage zwischen den Signalen Sx unsSy und damit auch als Folge davon, das Vorzeichendes Richtungssignals R, wie dies insbesondere auch in 8b dargestelltist.
    [0107] Dabei der vorliegenden Erfindung die Wendepunkte im Signalverlaufder Auswertesignale verwendet werden, d. h. die steilsten Abschnitteim Signalverlauf der Auswertesignale, kann die Ermittlung der Dreh-bzw. Bewegungsrichtung des Objekts mit einer sehr hohen Genauigkeit,mit einem geringen Phasenrauschen, geringen Signal-Jitter, usw.ermittelt werden. Ferner ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch auch besondersunempfindlich gegenüberPositionierungsungenauigkeiten der Sensoreinrichtung bzgl. des Geberobjekts.Dies führtauch zu einer vereinfachten Auswertung der Auswertesignale, so dassgemäß der vorliegendenErfindung auch der schaltungstechnische Aufwand relativ niedriggehalten werden kann.
    [0108] Fernerist eine sehr kompakte Anordnung der Sensorelemente möglich, dadiese unmittelbar benachbart zu einander anzuordnen sind. Beim Standder Technik ist ein bestimmter Abstand erforderlich, um unterschiedlicheSignale zu erfassen.
    [0109] Gemäß der vorliegendenErfindung besteht nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einermomentanen, relativen Richtung eines Geberobjekts in Abhängigkeiteines von dem Ge berobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfeldes,wobei das Magnetfeld eine erste Magnetfeldkomponente und eine zweiteMagnetfeldkomponente aufweist, die vorzugsweise im wesentlichensenkrecht zueinander sind, darin, dass ein Verlauf der ersten Magnetfeldkomponenteerfasst wird, ein Verlauf der zweiten Magnetfeldkomponente erfasstwird und der Verlauf der ersten Magnetfeldkomponente und der zweitenMagnetfeldkomponente ausgewertet werden, um die momentane, relativeRichtung des Geberobjekts zu ermitteln. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirddabei insbesondere in Abhängigkeitder ersten Magnetfeldkomponente ein erstes Auswertesignal und gemäß der zweitenMagnetfeldkomponente ein zweites Auswertesignal erzeugt, aus denendie Richtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit eines Geberobjektsrelativ zu der Erfassungseinrichtung ermittelt werden kann. Dazuwird ein Wendepunkt bzw. Nulldurchgang eines der Auswertesignaleund die Steigung in diesem Punkt ermittelt, woraufhin der Momentanwertbzw. das Vorzeichen des jeweils anderen Auswertesignals überprüft wird,wobei in Abhängigkeitvon der Phasenlage des Wendepunkts (Nulldurchgangs) und der Richtungdes Nulldurchgangs aus dem Momentanwert (Vorzeichen) des jeweilsanderen Auswertesignals jeweils eine feste Drehrichtung zugeordnetwerden kann.
    [0110] Abhängig vonden Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlungeiner momentanen, relativen Richtung eines Geberobjekts in Hardwareoder in Software implementiert werden. Die Implementation kann aufeinem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oderCD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die somit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dassdas entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht dieErfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit aufeinem maschinenlesbaren Trägergespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. Inanderen Worten ausgedrücktkann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcodezur Durchführung desVerfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einemComputer abläuft.
    100 Ermittlungsvorrichtung 102 ersteMagnetfelderfassungseinrichtung 104 zweiteMagnetfelderfassungseinrichtung 106 Auswerteeinrichtung 107 Geberobjekt 108 Hallsondenelement 110 Komparatoreinrichtung 112 Verstärkereinrichtung 114 Änderungsdetektor 116 ersteSchaltereinrichtung 118 zweiteSchaltereinrichtung 120 ersteSpeichereinrichtung 122 zweiteSpeichereinrichtung 124 Kombinationseinrichtung 126 dritteSchaltereinrichtung
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] Vorrichtung (100) zur Ermittlung einermomentanen relativen Richtung eines Geberobjekts (107)in Abhängigkeiteines von dem Geberobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfelds(Hx, Hy), mit folgendenMerkmalen: einer ersten Einrichtung (102) zum Erfasseneines Verlaufs einer ersten Magnetfeldkomponente (Hx) desMagnetfelds; einer zweiten Einrichtung (104) zum Erfasseneines Verlaufs einer zweiten Magnetfeldkomponente (Hy) desMagnetfelds; und einer Einrichtung (106) zum Auswertendes Verlaufs der ersten Magnetfeldkomponente (Hx)und der zweiten Magnetfeldkomponente (Hy),um die momentane, relative Richtung des Geberobjekts zu ermitteln,wobei die erste Magnetfeldkomponente (Hx)und die zweite Magnetfeldkomponente (Hy)winkelmäßig zueinanderversetzt sind.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Magnetfeldkomponente(Hx) und die zweite Magnetfeldkomponente(Hy) im wesentlichen senkrecht zueinandersind.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersteund die zweite Erfassungseinrichtung (102, 104)im wesentlichen senkrecht zur relativen Richtung des Geberobjekts(107) und in einem vorgegebenen Abstand (d1)beabstandet von dem Geberobjekt (107) angeordnet ist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wobeidie erste Magnetfeldkomponente (Hx) im wesentlichenparallel zur relativen Richtung des Geberobjekts (107)verläuft,und wobei die zweite Magnetfeldkomponente (Hy)im wesentlichen senkrecht zur relativen Richtung des Geberobjektsverläuft.
    [5] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste und zweite Erfassungseinrichtung (102, 104)unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste undzweite Erfassungseinrichtung (102, 104) bezüglich derrelativen Richtung des Geberobjekts nebeneinander oder übereinanderangeordnet sind.
    [7] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidas Geberobjekt ein Zahnrad, eine Zahnstange, ein Polrad oder einePolstange ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie relative Richtung die Bewegungsrichtung oder Drehrichtung desGeberobjekts relativ zu der ersten und zweiten Erfassungseinrichtung(102, 104) ist.
    [9] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie relative Geschwindigkeit die Längsgeschwindigkeit oder Drehgeschwindigkeitdes Geberobjekts relativ zu der ersten und zweiten Erfassungseinrichtung(102, 104) ist.
    [10] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste Erfassungseinrichtung ein erstes Auswertesignal (S1) und die zweite Erfassungseinrichtung einzweites Auswertesignal (S2) bereitstellt,wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um einen Wendepunkteines der Auswertesignale (S1, S2) und die Steigung im Wendepunkt des einen Auswertesignalszu ermitteln, und um den Momentanwert oder das Vorzeichen des jeweilsanderen Auswertesignals festzustellen, wobei jedem Momentanwertbzw. Vorzeichen in bezug auf den Wendepunkt jeweils eine Drehrichtungdes Geberobjekts (107) fest zugeordnet ist.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das erste unddas zweite Auswertesignal um 90° zueinanderphasenverschoben sind.
    [12] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste und/oder zweite Erfassungseinrichtung ein Sensorelementaus einer Gruppen von Sensorelementen aufweist, wobei die GruppeAMR-, GMR-, TMR-, CMR-Elemente (AMR = anisotropic magnetoresistance,GMR = giant magnetoresistance, TMR = tunnel magnetoresistance, CMR= colossal magnetoresistance), vertikale Hallsensorelemente, horizontaleHallsensorelemente, Magnetwiderstandselemente, Magnetotransistorelemente (MAGFETs),Giant-Planar-Halleffektsensoren, Spintransistoren, GMI-Elemente(GMI = Giant Magnetic Impedance) oder Magnetdioden aufweist.
    [13] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste Erfassungseinrichtung (112) ein bezüglich derersten Magnetfeldkomponente (Hx) empfindlichesSensorelement aufweist, und wobei die zweite Erfassungseinrichtung(104) ein bezüglichder zweiten Magnetfeldkomponente (Hy) empfindlichesSensorelement aufweist.
    [14] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste und/oder die zweite Magnetfelderfassungseinrichtung (102, 104)eine Mehrzahl von Sensorelementen aufweist.
    [15] Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mehrzahlvon Sensorelementen in einer Brückenschaltungverschaltet sind.
    [16] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie erste Erfassungseinrichtung (102) zwei Sensorelemente(102-1, 102-2) in einem vorgegebenen Abstand unddie zweite Erfassungseinrichtung (104) zwei Sensorelemente(104-1, 104-2)in einem vorgegebenen Abstand aufweist.
    [17] Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zwei Sensorelemente(102-1, 102-2) der ersten Erfassungseinrichtung(102) gleich sind, und wobei die zwei Sensorelemente (104-1, 104-2)der zweiten Erfassungseinrichtung (104) gleich sind.
    [18] Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei dieSignalverläufeder zwei Sensorelemente der ersten Erfassungseinrichtung (102)und die Signalverläufeder zwei Sensorelemente (104-1, 104-2) der zweitenErfassungseinrichtung (104) differentiell weiter verarbeitetwerden.
    [19] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16–18, wobei die zwei Sensorelemente(102-1, 102-2) der ersten Erfassungseinrichtung(102) und die zwei Sensorelemente (104-1, 104-2)der zweiten Erfassungseinrichtung (104) jeweils in einem Pitch-Abstand des Geberobjekts(107) zueinander angeordnet sind.
    [20] Verfahren zur Ermittlung einer momentanen, relativenRichtung eines Geberobjekts (107) in Abhängigkeiteines von dem Geberobjekt beeinflussten oder erzeugten Magnetfelds(Hx, Hy), mit folgenden Schritten: Erfasseneines Verlaufs einer ersten Magnetfeldkomponente (Hx); Erfasseneines Verlaufs einer zweiten Magnetfeldkomponente (Hy);und Auswerten des Verlaufs der ersten Magnetfeldkomponente(Hx) und der zweiten Magnetfeldkomponente (Hy), um die momentane, relative Richtung desGeberobjekts zu ermitteln, wobei die erste Magnetfeldkomponente(Hx) und die zweite Magnetfeldkomponente(Hy) winkelmäßig zueinander versetzt sind.
    [21] Computer-Programm mit einem Programmcode zum Durchführen desVerfahrens zum Ermitteln einer momentanen, relativen Richtung einesGeberobjekts in Abhängigkeiteines von dem Ge berobjekt beeinflussten und erzeugten Magnetfeldsnach Anspruch 20, wenn das Computer-Programm auf einem Computerabläuft.
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    2019-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    US11/100,231| US7535215B2|2004-04-07|2005-04-06|Apparatus and method for the determination of a direction of an object|
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