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Erzeugung differentieller Magnetfelder zum Testen integrierter Magnetfeldsensoren mit Drehrichtungserkennung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000031835D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 11 (2004-11-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Nov-25
Document File: 4 page(s) / 256K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Auf dem Halleffekt basierende integrierte Magnetfeldsensoren werden derzeit auch im Automobilmarkt eingesetzt. Diese werden unter anderem fuer die Drehzahlerkennung von rotierenden Polraedern oder ferromagnetischen Zahnraedern eingesetzt. Typische Anwendungen liegen in der Raddrehzahlerkennung bei ABS-Systemen (Anti-locking Brake Systems), ESP-Systemen (Electronic Stability Program), Drehzahlerkennung von Nockenwellen, Kurbelwellen und in Getriebeanwendungen. Fuer ABS-Systeme, ESP-Systeme und Getriebeanwendungen werden Hallsensoren, die nach dem differentiellen Prinzip arbeiten und zusaetzlich noch eine Drehrichtungserkennung aufweisen, eingesetzt. Bei differentiellen Hallsensoren werden zwei Hallelemente, welche aus mehren Einzelelementen gleicher oder unterschiedlicher Orientierung bestehen koennen, in einem bestimmten Abstand zueinander am Chip angeordnet. Zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips wird hier auf die Anwendung mit einem Backbias-Magneten und einem weichmagnetischen Zahnrad eingegangen. Dabei wird der Hall-Sensor IC (Integrated Circuit) zwischen dem Zahnrad und dem Backbias-Magneten (wie in Abbildung 1 dargestellt) angeordnet.

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Erzeugung differentieller Magnetfelder zum Testen integrierter Magnetfeldsensoren mit Drehrichtungserkennung

Idee: Wolfgang Marbler, AT-Villach

Auf dem Halleffekt basierende integrierte Magnetfeldsensoren werden derzeit auch im Automobilmarkt eingesetzt. Diese werden unter anderem fuer die Drehzahlerkennung von rotierenden Polraedern oder ferromagnetischen Zahnraedern eingesetzt. Typische Anwendungen liegen in der Raddrehzahlerkennung bei ABS-Systemen (Anti-locking Brake Systems), ESP-Systemen (Electronic Stability Program), Drehzahlerkennung von Nockenwellen, Kurbelwellen und in Getriebeanwendungen. Fuer ABS-Systeme, ESP-Systeme und Getriebeanwendungen werden Hallsensoren, die nach dem differentiellen Prinzip arbeiten und zusaetzlich noch eine Drehrichtungserkennung aufweisen, eingesetzt.

Bei differentiellen Hallsensoren werden zwei Hallelemente, welche aus mehren Einzelelementen gleicher oder unterschiedlicher Orientierung bestehen koennen, in einem bestimmten Abstand zueinander am Chip angeordnet. Zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips wird hier auf die Anwendung mit einem Backbias-Magneten und einem weichmagnetischen Zahnrad eingegangen. Dabei wird der Hall-Sensor IC (Integrated Circuit) zwischen dem Zahnrad und dem Backbias- Magneten (wie in Abbildung 1 dargestellt) angeordnet.

Der Sensor wird durch den Backbias-Magneten magnetisch vorgespannt und das in einem bestimmten Abstand rotierende Zahnrad moduliert die magnetische Flussdichte. Ein vorbei drehender Zahn verstaerkt das magnetische Feld und erhoeht somit den Absolutwert der magnetischen Flussdichte, waehrend eine Zahnluecke das magnetische Feld verringert. Der Abstand zwischen Zahn und Luecke des Zahnrades korrespondiert naeherungsweise mit dem Abstand der beiden Hallelemente zueinander. Dadurch entsteht in den beiden Hallsonden ein um 180° phasenverschobenes elektrisches Ausgangssignal. Durch Subtraktion dieser beiden elektrischen Signale in einem Differenzverstaerker (VH1-VH2), wird der konstante magnetische Offset eliminiert und die Empfindlichkeit verdoppelt (siehe Abbildung 2).

Zusaetzliches Rauschen oder Stoerungen, welche durch Systemoffsets oder Rundlauffehler des Zahnrades entstehen und auf beide Hallsonden einwirken, wird durch dieses Verfahren eliminiert. Der Vorteil des differentiellen Prinzips liegt in der guten Empfindlichkeit und der hohen Stabilitaet, die dadurch erreicht wird.

Die Richtungserkennung wird durch eine weitere Hallsonde realisiert, die exakt in der Mitte zwischen den beiden bereits beschrieben Hallsonden positioniert ist. Die Phasenlage des von dieser Sonde erzeugten Signals wird im Nulldurchgang des Drehzahlsignals (VH1-VH2) mit der Phase des Drehzahlsignals verglichen. Eine voreilende oder nacheilende Phasenlage bestimmt, ob es sich um Rechtslauf oder Linkslauf des Pol- oder Zahnrades handelt (siehe Abbildung 3).

Zum Testen dieser Art von Magnetfeldsensoren ist es notwendig, ein der Applikation entsprechendes Magnetfeld zu erzeugen. B...