DE112009000448T5

DE112009000448T5 - Magnetfeldsensor mit einer automatischen Empfindlichkeitsanpassung

Info

Publication number: DE112009000448T5
Application number: DE112009000448T
Authority: DE
Inventors: Michael C. Doogue; Gerardo Pilar Monreal; Wiliam P. Taylor
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2011-03-17
Also published as: JP2011513706A; KR101556587B1; KR20100131994A; CN101960319B; JP2013224958A; JP6166741B2; JP5769423B2; WO2009108422A2; US7923996B2; US20090212765A1; WO2009108422A3; US8030918B2; JP2015096871A; US20110074405A1; JP5539576B2; KR20150008894A; KR101518241B1; JP2016224064A; CN101960319A

Abstract

Magnetfeldsensor mit:
einem Magnetfeld erfassenden Element, das durch ein Substrat getragen ist, wobei das Magnetfeld erfassende Element zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil aufweist, dient, wobei der auf ein Magnetfeld ansprechende Signalanteil eine Empfindlichkeit gegenüber einem ersten Magnetfeld hat;
einer Rückkopplungsschaltung mit:
einem Stromleiter, der durch das Substrat getragen ist und nahe dem Magnetfeld erfassenden Element ist, wobei der Stromleiter zum Erzeugen eines zweiten Magnetfelds dient; und
einer Gewinnberechnungsschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf das zweite Magnetfeld ein Gewinnanpassungssignal zu erzeugen; und
einer Gewinnanpassungsschaltung, die durch das Substrat getragen ist und einen Gewinnanpassungsknoten hat, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, wobei die Gewinnanpassungsschaltung konfiguriert ist, um die Empfindlichkeit des auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteils ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal anzupassen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung bezieht sich allgemein auf Magnetfeldsensoren und insbesondere auf Magnetfeldsensoren, die eine Schaltungsanordnung haben, um eine Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoren gegenüber einem Magnetfeld zu erfassen und anzupassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Magnetfeldsensoren nutzen eine Vielfalt von Typen von Magnetfeld erfassenden Elementen, beispielsweise Hall-Effekt-Elemente und Magnetowiderstandselemente, die oftmals mit einer Vielfalt an Elektronik gekoppelt sind, was alles über einem gemeinsamen Substrat angeordnet ist. Ein Magnetfeld erfassendes Element (und ein Magnetfeldsensor) kann durch eine Vielfalt von Leistungscharakteristiken charakterisiert sein, wobei eine derselben eine Empfindlichkeit ist, die in Form einer Ausgangssignalamplitude gegen ein Magnetfeld, dem das Magnetfeld erfassende Element ausgesetzt ist, ausgedrückt ist.
Es ist bekannt, dass sich die Empfindlichkeit eines Magnetfeld erfassenden Elements und daher eines Magnetfeldsensors in Bezug auf eine Anzahl von Parametern ändert. Die Empfindlichkeit kann sich beispielsweise in Bezug auf eine Änderung der Temperatur des Magnetfeld erfassenden Elements ändern. Die Empfindlichkeit kann sich bei einem anderen Beispiel in Bezug auf eine Dehnung, die dem Substrat, über dem das Magnetfeld erfassende Element angeordnet ist, auferlegt ist, ändern. Eine solche Dehnung kann dem Substrat zu der Zeit einer Herstellung einer integrierten Schaltung, die das Substrat aufweist, auferlegt werden. Die Dehnung kann beispielsweise durch mechanische Spannungen auferlegt werden, die durch ein Aushärten von Formkomponenten, die verwendet werden, um eine Verkapselung des Substrats, zum Beispiel eine Kunststoffverkapselung, zu bilden, verursacht werden.
Es ist zu erkennen, dass Änderungen der Temperatur eines Magnetfeldsensors direkt in Änderungen einer Empfindlichkeit aufgrund der Änderungen der Temperatur resultieren können. Die Änderungen der Temperatur des Magnetfeldsensors können jedoch ferner indirekt in Änderungen einer Empfindlichkeit resultieren, wobei die Temperatur dem Substrat, über dem das Magnetfeld erfassende Element angeordnet ist, Dehnungen vermittelt.
Die Änderungen der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors und des Magnetfeld erfassenden Elements sind unerwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Magnetfeldsensor, der ein Magnetfeld erfassendes Element aufweist, kann entweder direkt oder indirekt eine Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements messen und kann dementsprechend eine Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors anpassen. Der Magnetfeldsensor hält daher eine Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern, die allgemein in der Anwesenheit von Temperaturausschlägen oder in der Anwesenheit von Herstellungsschritten invariant ist, die beide sonst dazu tendieren könnten, die Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors zu ändern, aufrecht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Magnetfeldsensor ein Magnetfeld erfassendes Element, das durch ein Substrat getragen ist, auf. Das Magnetfeld erfassende Element dient zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil aufweist. Der auf ein Magnetfeld ansprechende Signalanteil hat eine Empfindlichkeit gegenüber einem ersten Magnetfeld. Der Magnetfeldsensor weist ferner eine Rückkopplungsschaltung auf, die einen Stromleiter, der durch das Substrat getragen ist und nahe dem Magnetfeld erfassenden Element ist, auf. Der Stromleiter dient zum Erzeugen eines zweiten Magnetfelds. Die Rückkopplungsschaltung weist ferner eine Gewinnberechnungsschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf das zweite Magnetfeld ein Gewinnanpassungssignal zu erzeugen, auf. Der Magnetfeldsensor weist ferner eine Gewinnanpassungsschaltung, die durch das Substrat getragen ist und einen Gewinnanpassungsknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, auf. Die Gewinnanpassungsschaltung ist konfiguriert, um die Empfindlichkeit des auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteils ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal anzupassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Magnetfeldsensor ein Magnetfeld erfassendes Element, das durch ein Substrat getragen ist, auf. Das Magnetfeld erfassende Element dient zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil aufweist. Der auf ein Magnetfeld ansprechende Signalanteil hat eine Empfindlichkeit gegenüber einem ersten Magnetfeld. Der Magnetfeldsensor weist ferner eine Rückkopplungsschaltung auf. Die Rückkopplungsschaltung weist einen ersten Piezowiderstand auf, der durch das Substrat getragen ist. Der erste Piezowiderstand hat einen Knoten, an dem ein erstes piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Das erste piezoelektrische Ausgangssignal spricht auf eine Dehnung des Substrats in einer ersten Richtung an. Die Rückkopplungsschaltung weist ferner einen zweiten Piezowiderstand auf, der durch das Substrat getragen ist. Sowohl der erste als auch der zweite Piezowiderstand haben eine jeweilige primäre Ansprechachse, wobei der erste und der zweite Piezowiderstand in einer relativen Ausrichtung angeordnet sind, sodass ihre jeweiligen primären Ansprechachsen allgemein senkrecht sind. Der zweite Piezowiderstand hat einen Knoten, bei dem ein zweites piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Das zweite piezoelektrische Ausgangssignal spricht auf eine Dehnung des Substrats in einer zweiten Richtung, die allgemein senkrecht zu der ersten Richtung ist, an. Die Rückkopplungsschaltung weist ferner eine Kombinierschaltung, die einen ersten und einen zweiten Eingangsknoten, die gekoppelt sind, um Signale, die sich auf das erste und das zweite piezoelektrische Ausgangssignal beziehen, zu empfangen, hat, und einen Ausgangsknoten, bei dem ein Gewinnanpassungssignal erzeugt wird, hat, auf. Der Magnetfeldsensor weist ferner eine Gewinnanpassungsschaltung, die durch das Substrat getragen ist und die einen Gewinnanpassungsknoten hat, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, auf. Die Gewinnanpassungsschaltung ist konfiguriert, um die Empfindlichkeit des auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteils ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal anzupassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden Merkmale der Erfindung sowie die Erfindung selbst sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen verständlicher. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Schaltung, die ein Magnetfeld erfassendes Element, hier ein Hall-Effekt-Element, das mit einer Gewinnanpassungsschaltung gekoppelt ist, hat, wobei die Gewinnanpassungsschaltung mit einer Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, die konfiguriert ist, um ein Gewinnanpassungssignal zu liefern, um einen Gewinn der Gewinnanpassungsschaltung anzupassen, wobei bei einigen Ausführungsbeispielen die Rückkopplungsschaltung eine Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung aufweist;
1A ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Temperaturschwellenschaltung, die als die Temperaturschwellenschaltung von 1 verwendet sein kann, zeigt;
1B ein Blockdiagramm, das ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Temperaturschwellenschaltung, die als die Temperaturschwellenschaltung von 1 verwendet sein kann, zeigt;
1C ein Blockdiagramm, das eine kombinierte Einschalt-Temperaturschwellen-Schaltung, die anstelle der Einschaltschaltung und der Temperaturschwellenschaltung von 1 verwendet sein kann, zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung zwei Piezowiderstände aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung einen Vorverstärker mit einem anpassbaren Gewinn aufweist;
2A ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung die zwei Piezowiderstände aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung eine anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
3 ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung einen Leiter nahe dem Hall-Effekt-Element aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung einen Gewinn anpassbaren Verstärker aufweist;
3A ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung den Leiter nahe dem Hall-Effekt-Element aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung eine anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
3B ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung ein zweites Hall-Effekt-Element aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung eine anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
4 ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung zwei Piezowiderstände aufweist und ferner einen jeweiligen Leiter nahe jedem Piezowiderstand aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung eine anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
4A ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung die zwei Piezowiderstände aufweist und ferner den jeweiligen Leiter nahe jedem Piezowiderstand aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung die anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
4B ein Blockdiagramm eines weiteren speziellen Ausführungsbeispiels der Schaltung von 1, wobei die Rückkopplungsschaltung zwei Piezowiderstände aufweist und ferner einen Leiter nahe dem Hall-Effekt-Element aufweist, und wobei die Gewinnanpassungsschaltung eine anpassbare Stromquelle, die mit dem Hall-Effekt-Element gekoppelt ist, aufweist;
5 ein Blockdiagramm, das ein Magnetfeld erfassendes Element in Bezug auf zwei Piezowiderstände zeigt;
6 ein Blockdiagramm, das ein Magnetfeld erfassendes Element und einen Stromleiter nahe dem Magnetfeld erfassenden Element zeigt;
7 ein Blockdiagramm, das ein Magnetfeld erfassendes Element, zwei Piezowiderstände und einen jeweiligen Leiter nahe jedem Piezowiderstand zeigt; und
8 ein Blockdiagramm, das ein Magnetfeld erfassendes Element und einen Stromleiter, der in mehreren Schleifen um das Magnetfeld erfassende Element gebildet ist, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Vor dem Beschreiben der vorliegenden Erfindung sind einige einführende Konzepte und eine Terminologie erläutert. Wie hierin verwendet, wird die Bezeichnung „Magnetfeldsensor” verwendet, um eine Schaltung zu beschreiben, die ein „Magnetfeld erfassendes Element” aufweist. Magnetfeldsensoren sind in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet, die einen Stromsensor, der ein Magnetfeld, das durch einen Strom, der in einem Stromleiter fließt, erzeugt wird, erfasst, einen Magnetschalter, der die Nähe eines ferromagnetischen Objekts erfasst, einen Drehungsdetektor, der vorbeigehende ferromagnetische Gegenstände, beispielsweise Magnetbezirke bzw. Weißsche Bezirke eines Ringmagneten erfasst, und einen Magnetfeldsensor, der eine Magnetfelddichte eines Magnetfelds erfasst, aufweisen, jedoch nicht darauf begrenzt sind. Die Bezeichnung „Magnetfeldsensor” wird hierin synonym mit der Phrase „Schaltung zum Erfassen eines Magnetfelds” verwendet.
Obwohl Magnetfeld erfassende Elemente als Hall-Effekt-Elemente im Folgenden gezeigt und beschrieben sind, können bei anderen Anordnungen die Magnetfeld erfassenden Elemente Hall-Effekt-Elemente, Magnetowiderstandselemente oder Magnetotransistoren sein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Wie bekannt ist, gibt es unterschiedliche Typen von Hall-Effekt-Elementen, beispielsweise ein planares Hall-Element und ein vertikales Hall-Element. Wie ferner bekannt ist, gibt es unterschiedliche Typen von Magnetowiderstandselementen, beispielsweise ein Großmagnetowiderstands-(GMR-; GMR = giant magnetoresistance)Element, ein anisotropes Magnetowiderstandselement (AMR-; AMR = anisotropic magnetoresistance), ein Tunnelmagnetowiderstands-(TMR-; TMR = tunneling magnetoresistance)Element und einen Magnettunnelübergang (MTJ; MTJ = magnetic tunnel junction).
Wie hierin verwendet, wird die Bezeichnung „Piezowiderstand” verwendet, um ein Schaltungselement zu beschreiben, das einen Widerstand hat, der sich auf eine Dehnung des Piezowiderstands bezieht. Herkömmliche Piezowiderstände sind bekannt. Wie offensichtlich werden wird, können jedoch bei einigen im Folgenden beschriebenen Anordnungen die Piezowiderstände einen Widerstand haben, der sich auf ein Magnetfeld, das durch den Piezowiderstand erfahren wird, bezieht, und auf diese Weise können diese ferner als ein sogenannter „Magnetowiderstand” funktionieren. Dafür, dass die Piezowiderstände, die im Folgenden beschrieben sind, einen Widerstand haben, der sich sowohl auf eine Dehnung als auch ein Magnetfeld bezieht, können die Piezowiderstände größer (zum Beispiel länger) als herkömmliche Piezowiderstände hergestellt sein, um die Empfindlichkeit der Piezowiderstände gegenüber Magnetfeldern zu verbessern. Wie hierin verwendet, umfasst die Bezeichnung „Piezowiderstände” jedoch ferner herkömmliche Magnetowiderstandselemente.
Bezug nehmend auf 1 weist eine exemplarische Schaltung 10 zum Erfassen eines Magnetfelds ein Magnetfeld erfassendes Element 20, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 20 ist gekoppelt, um von einer Stromquelle 24 einen Treibstrom 22 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 26, 28 zu erzeugen, das mit einer Gewinnanpassungsschaltung 14 gekoppelt ist. Die Gewinnanpassungsschaltung 14 weist die Stromquelle 24 auf und weist ferner einen Vorverstärker 30 auf. Der Vorverstärker 30 ist konfiguriert, um das Differenzeingangssignal 26, 28 zu verstärken und ein verstärktes Signal 32 zu erzeugen. Die Schaltung 10 kann ferner ein weiteres Schaltungselement 34, das bei einigen Anordnungen ein (linearer) Verstärker ist, und das bei anderen Anordnungen ein Komparator bzw. Vergleicher ist, aufweisen.
Die Schaltung 10 weist ferner eine Rückkopplungsschaltung 12, die konfiguriert ist, um entweder direkt oder indirekt eine Empfindlichkeit der Hall-Effekt-Elemente 20 zu erfassen, auf. Die Rückkopplungsschaltung ist konfiguriert, um ein Gewinnanpassungssignal 16, das mit der Gewinnanpassungsschaltung gekoppelt ist, zu erzeugen.
Bei einem Betrieb können entweder die Stromquelle 24 oder der Vorverstärker 30 (oder beide) als ein Gewinnanpassungselement verwendet sein, das eine Größe des verstärkten Signals 32 ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal 16 beeinflussen kann.
Die Rückkopplungsschaltung 12 kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine Temperaturschwellenschaltung 18 aufweisen. Die Rückkopplungsschaltung 12 kann bei einigen Ausführungsbeispielen ferner eine Einschaltschaltung 19 aufweisen.
Die Temperaturschwellenschaltung 18 ist konfiguriert, um das Gewinnanpassungssignal 16 beispielsweise so zu beeinflussen, dass das Gewinnanpassungssignal 16 den Gewinn der Gewinnanpassungsschaltung 14 lediglich steuert, wenn eine Temperatur eines Substrats, über dem die Schaltung 10 angeordnet ist, eine Temperatur oberhalb einer Temperaturschwelle erreicht.
Die Einschaltschaltung 18 ist ferner konfiguriert, um das Gewinnanpassungssignal 16 beispielsweise so zu beeinflussen, dass das Gewinnanpassungssignal 16 den Gewinn der Gewinnanpassungsschaltung 14 lediglich für eine Periode einer Zeit steuert, die kurz dem folgt, dass eine Energie an die Schaltung 10 angelegt wird.
Bezug nehmend nun auf 1A kann eine exemplarische Temperaturschwellenschaltung 40 gleich derselben oder ähnlich zu der Temperaturschwellenschaltung 18 von 1 sein. Die Temperaturschwellenschaltung 40 kann ein Temperatur erfassendes Element 42, das konfiguriert ist, um ansprechend auf eine Temperatur eines Substrats, über dem das Temperatur erfassende Element 42 angeordnet ist, ein Temperatursignal 44 zu erzeugen, aufweisen. Ein Vergleicher 47 ist gekoppelt, um das Temperatursignal 44 zu empfangen und das Temperatursignal 44 mit einem Schwellensignal 46 zu vergleichen. Der Vergleicher 47 ist konfiguriert, um ein Temperaturfreigabesignal 48, das beispielsweise einen ersten Zustand annehmen kann, wenn das Temperatursignal 44 unterhalb des Temperaturschwellensignals 46 ist, und einen zweiten Zustand annehmen kann, wenn das Temperatursignal 44 oberhalb des Temperaturschwellensignals 46 ist, zu erzeugen.
Bezug nehmend nun auf 1B kann eine weitere exemplarische Temperaturschwellenschaltung 50 gleich oder ähnlich zu der Temperaturschwellenschaltung 18 von 1 sein. Die Temperaturschwellenschaltung 50 kann ein Temperatur erfassendes Element 52 aufweisen, das konfiguriert ist, um ein Temperatursignal 54, das auf eine Temperatur eines Substrats, über dem das Temperatur erfassende Element 52 angeordnet ist, anspricht, zu erzeugen. Ein Vergleicher 58 ist gekoppelt, um das Temperatursignal 54 zu empfangen, und das Temperatursignal 54 mit einem Schwellensignal 56 zu vergleichen. Der Vergleicher 58 ist konfiguriert, um ein Vergleichssignal 60 zu erzeugen, das beispielsweise einen ersten Zustand annehmen kann, wenn das Temperatursignal unterhalb des Temperaturschwellensignals 56 ist, und einen zweiten Zustand annehmen kann, wenn das Temperatursignal 54 oberhalb des Temperaturschwellensignals 56 ist. Die Temperaturschwellenschaltung 50 kann ferner einen monostabilen Multivibrator 62, der gekoppelt ist, um das Vergleichssignal 60 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Temperaturfreigabesignal 64 zu erzeugen, aufweisen.
Im Betrieb ist das Temperaturfreigabesignal 64 ein Pulssignal, das bei oder nahe zu einer Zeit beginnt, zu der das Temperatursignal 54 einen Wert eines Temperaturschwellensignals 56 kreuzt und zu einer Zeit endet, die durch Charakteristiken des monostabilen Multivibrators 62 bestimmt ist. Bei einigen Anordnungen hat das Pulssignal 54 eine Dauer von etwa einer Millisekunde.
Es ist offensichtlich, dass die Schaltung 40 von 1A das Temperaturfreigabesignal 48 als ein im Wesentlichen statisches Signal erzeugen kann, während die Schaltung 50 von 1B das Temperaturfreigabesignal 48 als Pulssignal erzeugen kann.
Bezug nehmend nun auf 1C liefert eine kombinierte Einschalt- und Temperaturschwellenschaltung 700 eine Änderung eines Zustands eines Freigabesignals 742 sowohl zu der Zeit eines Hochfahrens als auch zu der Zeit von Temperaturausschlägen. Die Schaltung 700 weist eine Einschaltschaltung 702 auf, die konfiguriert ist, um ein Einschaltsignal 704, das ein Hochfahren einer Schaltung, beispielsweise der Schaltung 10 von 1, angibt, zu erzeugen.
Einschaltschaltungen, die als die Einschaltschaltung 19 von 1 oder die Einschaltschaltung 702 von 1C verwendet sein können, sind bekannt und daher nicht weiter beschrieben. Es sollte jedoch zu erkennen sein, dass die Einschaltschaltungen 19, 702 bei einigen Ausführungsbeispielen ein im Wesentlichen statisches Einschaltfreigabesignal, und bei anderen Ausführungsbeispielen das Einschaltfreigabesignal als ein Pulssignal nahe zu einer Zeit, zu der eine Energie an eine Schaltung, beispielsweise die Schaltung 10 von 1 angelegt wird, erzeugen können.
Die Schaltung 700 weist ferner einen monostabilen Multivibrator 706 auf, der gekoppelt ist, um das Einschaltsignal 704 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein binäres Einschaltpulssignal 708, das eine vorbestimmte Periode hat, zu erzeugen. Das binäre Einschaltpulssignal 708 ist mit einem ODER-Gatter 714 bzw. -Tor, das konfiguriert ist, um ein binäres Abtastsignal 716 zu erzeugen, gekoppelt.
Die Schaltung 700 weist ferner ein Temperatur erfassendes Element 744 auf, das konfiguriert ist, um ein Temperatursignal 746, das eine Temperatur einer Schaltung, beispielsweise der Schaltung 10 von 1, angibt, zu erzeugen. Das Temperatursignal 746 wird durch eine Abtast- und Halteschaltung 748, die das Temperatursignal 746 während eines Zustands des binären Abtastsignals 716 abtastet, empfangen, was in einem gehaltenen Temperatursignal 750 während des anderen Zustands des binären Abtastsignals 716 resultiert.
Eine Offset- bzw. Versatzschaltung 718 ist gekoppelt, um das gehaltene Temperatursignal 750 zu empfangen. Bei einer Anordnung weist die Offset-Schaltung 718 eine erste bzw. eine zweite Spannungsquelle 722, 724 auf, die gekoppelt sind, um ein positives Offset-Haltetemperatursignal 720 und ein negatives Offset-Haltetemperatursignal 726 zu erzeugen. Es ist offensichtlich, dass das positive Offset-Haltetemperatursignal 720 eine vorbestimmte Menge oberhalb des gehaltenen Temperatursignals 750, beispielsweise einhundert Millivolt, ist, und das negative gehaltene Offset-Temperatursignal 726 eine vorbestimmte Menge unterhalb des gehaltenen Temperatursignals 750, beispielsweise einhundert Millivolt, ist. Bei einigen anderen Anordnungen können sich jedoch die erste und die zweite Spannungsquelle 722, 274 unterscheiden, was in dem positiven gehaltenen Offset-Temperatursignal 720 und dem negativen gehaltenen Offset-Temperatursignal 726 resultiert, die unterschiedliche vorbestimmte Mengen weg von dem gehaltenen Temperatursignal 750 sind.
Das positive gehaltene Offset-Temperatursignal 720 und das negative gehaltene Offset-Temperatursignal 726 werden durch einen Fenstervergleicher 730 empfangen. Fenstervergleicher können mit einer Vielfalt von Topologien konfiguriert sein, und die gezeigte Topologie ist bloß darstellend. Der Fenstervergleicher 730 ist ferner gekoppelt, um das Temperatursignal 746 zu empfangen.
Im Betrieb ist der Fenstervergleicher 730 konfiguriert, um immer dann eine Änderung in einem Zustand eines binären Fenstervergleicherausgangssignals 742 zu erzeugen, wenn das Temperatursignal 752 aus einem Fensters, das durch die Grenzen des positiven gehaltenen Offset-Temperatursignals 720 und des negativen gehaltenen Offset-Temperatursignals 726 definiert ist, geht. Auf diese Weise gibt das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 ein Erfahren eines Temperaturausschlags durch das Temperatur erfassende Element 744 an.
Es sollte offensichtlich sein, dass das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 ferner eine Änderung eines Zustands nahe einer Zeit eines Hochfahrens der Schaltung 700 hat. Bei einem Hochfahren kann das Temperatursignal 752 rasch einen Wert erreichen, der die Temperatur darstellt, während das positive gehaltene Offset-Temperatursignal 720 und das negative gehaltene Offset-Temperatursignal 726 sich langsamer stationären Werten nähern können. Anfangs kann daher beispielsweise beim Hochfahren das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 hoch sein. Sowie das positive gehaltene Offset-Temperatursignal 720 und das negative gehaltene Offset-Temperatursignal 726 stationärere Werte erreichen, kann das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 zu einem niedrigen Zustand übergehen.
Bei einem Betrieb kann ferner zu einer Zeit, zu der das Temperatursignal 746 aus dem Fenster, das durch die Grenzen des positiven gehaltenen Offset-Temperatursignals 720 und des negativen gehaltenen Offset-Temperatursignals 726 definiert ist, geht, das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 seinen Zustand ändern.
Das binäre Fenstervergleicherausgangssignal 742 kann als ein „Freigabe”-Signal in Schaltungen verwendet sein, die in anschließenden Figuren gezeigt sind. Wie im Folgenden beschrieben ist, kann eine Gewinnanpassung, das heißt eine Gewinnkalibrierung, einer Schaltung zum Erfassen eines Magnetfelds während eines hohen Zustands oder alternativ während eines niedrigen Zustands des Freigabesignals 742 auftreten. Aus der vorhergehenden Erörterung versteht es sich von selbst, dass das Freigabesignal 742 dazu dienen kann, um eine solche Kalibrierung bei oder nahe zu der Zeit eines Hochfahrens und bei oder nahe zu einer Zeit eines Temperaturausschlags, der durch das Temperatur erfassende Element 744 erfasst wird, zu initialisieren.
Wie hierin verwendet, ist die Bezeichnung „Freigabe”-Signal verwendet, um entweder auf ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden Bezug zu nehmen.
Das Freigabesignal 742 ist mit einem weiteren monostabilen Multivibrator 712 gekoppelt, der ein binäres Temperaturausschlagspulssignal 710 erzeugt. Das binäre Temperaturausschlagspulssignal 710 wird ferner durch das ODER-Gatter 714 empfangen, was in einem weiteren Puls innerhalb des binären Abtastsignals 716 resultiert, wenn das Freigabesignal 742 eine Änderung eines Zustands aufgrund eines Temperaturausschlags hat.
Es sollte offensichtlich sein, dass das gepulste binäre Abtastsignal 716, das aus dem Temperaturausschlag resultiert, darin resultiert, dass das gehaltene Temperatursignal 750 einen neuen Wert annimmt, und daher das Fenster, das durch die Grenzen des positiven gehaltenen Offset-Temperatursignals 720 und des negativen gehaltenen Offset-Temperatursignals 726 definiert ist, eine neue Position annimmt, die das gehaltene Temperatursignal 750 umgibt. Das Freigabesignal 742 ändert sich somit zurück zu seinem ursprünglichen Zustand.
Auf diese Weise resultiert eine Hochfahrbedingung nicht nur in einem temporären hohen Zustand des Freigabesignals 742, sondern ein Temperaturausschlag, der durch das Temperatur erfassende Element erfahren wird, resultiert ferner in einem temporären hohen Zustand des Freigabesignals 742. Das Freigabesignal 742 kann somit verursachen, dass sich eine der im Folgenden beschriebenen Schaltungen sowohl bei einem Hochfahren als auch wenn ein vorbestimmter Temperaturausschlag, entweder ein positiver oder negativer Temperaturausschlag, erfahren wird, automatisch kalibriert (zum Beispiel den Gewinn anpasst).
Nun Bezug nehmend auf 2 kann eine Schaltung 70 zum Erfassen eines Magnetfelds gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein und kann eine Rückkopplungsschaltung 72 aufweisen, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 sein kann. Die Rückkopplungsschaltung 72 ist im Folgenden vollständiger beschrieben.
Die Schaltung 70 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 108, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 108 ist gekoppelt, um ein Treibstromsignal 112 von einer Stromquelle 110 zu empfangen und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 114, 116, das mit einem Vorverstärker 118 gekoppelt ist, zu erzeugen. Der Vorverstärker 118 ist als ein Gewinnanpassungselement verwendet, das einen Gewinn, der auf ein Gewinnanpassungssignal 106, das durch die Rückkopplungsschaltung 72 erzeugt wird, anspricht, hat. Der Vorverstärker 118 ist konfiguriert, um das Differenzeingangssignal 114, 116 zu verstärken und ein verstärktes Signal 120 zu erzeugen. Die Schaltung 70 kann ferner ein anderes Schaltungselement 122, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 120 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 124 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 122 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 122 ein Vergleicher.
Die Rückkopplungsschaltung 72 kann einen ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 80, 86 aufweisen. Ein Piezowiderstand ist als ein Schaltungselement zu erkennen, das einen Widerstand hat, der in Bezug auf eine Dehnung, die durch den Piezowiderstand erfahren wird, variiert. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, kann, wenn ein Substrat, über dem die Schaltung 70 angeordnet ist, einen Temperaturausschlag erfährt, oder wenn das Substrat bestimmte Herstellungsverarbeitungsschritte, beispielsweise ein Überformen mit einem Körper einer integrierten Schaltung, erfährt, das Substrat eine mechanische Spannung und eine resultierende Dehnung erfahren. Die Dehnung kann eine Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 108 beeinflussen. Wie vollständiger im Folgenden beschrieben ist, können insbesondere die Rückkopplungsschaltung 72 und die Piezowiderstände 80, 86 die Dehnung messen, und die Rückkopplungsschaltung 72 kann das Rückkopplungssignal 106, das sich auf die Dehnung bezieht, erzeugen.
Der erste Piezowiderstand 80 kann gekoppelt sein, um von einer ersten Stromquelle 76 ein erstes Stromsignal 78 zu empfangen, was in einem ersten Spannungssignal 78a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 72 kann ferner einen ersten Verstärker 81, der gekoppelt ist, um das erste Spannungssignal 78a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein erstes verstärktes Signal 94 zu erzeugen, aufweisen.
Der zweite Piezowiderstand 86 kann ähnlicherweise gekoppelt sein, um von einer zweiten Stromquelle 82 ein zweites Stromsignal 84 zu empfangen, was in einem zweiten Spannungssignal 84a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 72 kann ferner einen zweiten Verstärker 90, der gekoppelt ist, um das zweite Spannungssignal 84a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein zweites verstärktes Signal 92 zu erzeugen, aufweisen.
Die Rückkopplungsschaltung 72 kann ferner eine Kombinierschaltung 96, die gekoppelt ist, um das erste bzw. zweite verstärkte Signal 94, 92 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 98 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen weist die Rückkopplungsschaltung 72 eine Abtast- und Halteschaltung 104, die gekoppelt ist, um das Ausgangssignal 98 zu empfangen, auf. Die Abtast- und Halteschaltung 104 kann gekoppelt sein, um ein Pulssignal 102 von einem Pulsgenerator 100 zu empfangen, wobei ein Zustand oder ein Übergang desselben darin resultiert, dass die Abtast- und Halteschaltung 104 das Ausgangssignal 98 abtastet und dementsprechend das Gewinnsteuersignal 106 erzeugt. Der Pulsgenerator 100 kann ansprechend auf ein Freigabesignal 88, das ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden sein kann, ansprechen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 70 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung aufweisen, die in Verbindung mit 1–1B beschrieben sind. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind jedoch für eine Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist lediglich das Freigabesignal 88 gezeigt.
Es sollte aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich sein, dass die Abtast- und Halteschaltung 104 das Ausgangssignal 98 abtasten kann, um ein Gewinnanpassungssignal 106 während Zeiten zu erzeugen, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal aktiv sind, zum Beispiel wenn sich die Temperatur der Schaltung über eine Temperaturschwelle erhöht hat, oder wenn eine Energie kürzlich an die Schaltung 70 angelegt wurde. Umgekehrt kann die Abtast- und Halteschaltung 104 das Gewinnanpassungssignal 106 während Zeiten halten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal inaktiv sind, zum Beispiel wenn sich die Temperatur von oberhalb der Temperaturschwelle zu unterhalb der Temperaturschwelle verringert, oder zu einer Zeit, nach der eine Energie an die Schaltung 70 angelegt wurde.
Das Freigabesignal 88 kann ferner durch die erste bzw. zweite Stromquelle 76, 82 empfangen werden, was verursacht, dass die erste und die zweite Stromquelle 76, 82 das erste und das zweite Stromsignal 78, 84 lediglich erzeugen, wenn das Freigabesignal 88 aktiv ist. Mit dieser Anordnung kann die Schaltung 70 zu Zeiten, zu denen eine Gewinnanpassung nicht erforderlich, beispielsweise wenn die Temperatur der Schaltung 70 die Temperaturschwelle nicht überschritten hat, Energie erhalten.
Bei einigen Anordnungen sind der erste und der zweite Piezowiderstand 80, 86 orthogonal über dem Substrat, auf dem dieselben angeordnet sind, angeordnet. Mit dieser Anordnung bezieht sich ein Wert des ersten Spannungssignals 78a auf eine Dehnung in einer ersten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats, und ein Wert des zweiten Spannungssignals 84a bezieht sich auf eine Dehnung in einer zweiten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats und orthogonal zu der ersten Richtung. Mit dieser Anordnung kann eine Dehnung des Substrats in irgendeiner Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats durch die Piezowiderstände 80, 86 erfasst werden.
Bei Anordnungen ist eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem ersten Stromsignal 78 und dem zweiten Stromsignal 84 gemäß einer erwarteten Beziehung zwischen der Dehnung des Substrats in der ersten Richtung und der Dehnung des Substrats in der zweiten Richtung, wenn das Substrat einem Temperaturausschlag unterworfen ist, ausgewählt.
Bei einigen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 96 das Ausgangssignal 98 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 106 als eine Summe der verstärkten Signale 94, 92. Bei anderen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 96 das Ausgangssignal 98 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 106 als eine Summe eines quadratischen Mittelwerts bzw. Effektivwerts (RMS; RMS = root-mean-square) der verstärkten Signale 94, 92. Bei noch anderen Anordnungen, speziellen Anordnungen, für die die Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 108 eine nichtlineare Funktion der Dehnung des Substrats ist, über dem dasselbe angeordnet ist, kann die Kombinierschaltung 96 die verstärkten Signale 94, 92 auf andere Weisen kombinieren.
Bei einem Betrieb passt das Gewinnanpassungssignal 106 den Gewinn des Vorverstärkers 118 in Bezug auf die Dehnungen, die durch die Piezowiderstände 80, 86 erfasst werden, an, wobei dazu tendiert wird, die Empfindlichkeit der Schaltung 70 bei der Anwesenheit von Dehnungen und Temperaturausschlägen konstanter zu halten, als wenn das Gewinnanpassungssignal 106 nicht vorgesehen ist. Fachleute verstehen die Beziehung zwischen der Dehnung eines Substrats und dem resultierenden Effekt auf die Empfindlichkeit eines Hall-Elements, das auf dem Substrat angeordnet ist. Fachleute verstehen ferner die Beziehung zwischen einer Temperatur eines Substrats und dem resultieren Effekt auf die Empfindlichkeit eines Hall-Elements, das auf dem Substrat angeordnet ist.
Nun Bezug nehmend auf 2A, in der gleiche Elemente von 2 mit gleichen Bezugsbenennungen gezeigt sind, kann eine andere Schaltung 130 zum Erfassen eines Magnetfelds gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein und kann die Rückkopplungsschaltung 72 von 2 aufweisen. In Gegensatz zu der Schaltung 70 von 2 ist eine Gewinnanpassung mittels einer anpassbaren Stromquelle 136 vorgesehen, die ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal 106 zu dem Hall-Effekt-Element 108 ein anpassbares Stromsignal 140 erzeugt. Ein Vorverstärker 142 mit einem festen Gewinn ersetzt den Vorverstärker 118 mit einem anpassbaren Gewinn von 2.
Ein Betrieb der Schaltung 130 ist im Wesentlichen gleich einem Betrieb, der im Vorhergehenden in Verbindung mit 2 beschrieben ist.
Bezug nehmend nun auf 3 kann eine Schaltung 150 zum Erfassen eines Magnetfelds gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein und eine Rückkopplungsschaltung 152 aufweisen, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 ist. Die Rückkopplungsschaltung 152 ist vollständiger im Folgenden beschrieben.
Die Schaltung 150 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 166, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 166 ist gekoppelt, um ein Treibstromsignal 192 von einer Stromquelle 190 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 194, 196, das mit einem Vorverstärker 198 gekoppelt ist, zu erzeugen. Der Vorverstärker 198 ist als ein Gewinnanpassungselement verwendet, das einen Gewinn, der auf ein Gewinnanpassungssignal 186, das durch die Rückkopplungsschaltung 152 erzeugt wird, anspricht, hat. Der Vorverstärker 198 ist konfiguriert, um das Differenzeingangssignal 194, 196 zu verstärken und ein verstärktes Signal 200 zu erzeugen. Die Schaltung 150 kann ferner ein Tiefpassfilter 202, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 200 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein gefiltertes Signal 204 zu erzeugen, aufweisen. Die Schaltung 150 kann ferner ein anderes Schaltungselement 206, das gekoppelt ist, um das gefilterte Signal 204 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 208 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 206 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 206 ein Vergleicher bzw. Komparator.
Die Rückkopplungsschaltung 152 kann einen Leiter 164, der hier gezeigt ist, um eine Schleife um das Hall-Effekt-Element 166 zu bilden, aufweisen. Der Leiter 164 kann gekoppelt sein, um von einer Stromquelle 160 ein Stromsignal 162 zu empfangen. Die Stromquelle 160 kann gekoppelt sein, um ein Pulssignal 158, das durch einen Pulsgenerator 154 erzeugt wird, zu empfangen. Das Pulssignal 158 kann in einem Pulsstromsignal 162 resultieren. Bei einigen Anordnungen hat das Pulsstromsignal zwei Zustände, einen ersten Zustand, während dessen ein Strom von im Wesentlichen null in den Leiter 164 fließt, und einen zweiten Zustand, während dessen ein vorbestimmter Strom in den Leiter 164 fließt. Bei einigen Anordnungen kann ein Tastverhältnis des zweiten Zustands, beispielsweise in dem Bereich von einem Prozent bis etwa fünf Prozent, klein sein. Bei einigen Anordnungen ist eine Frequenz des Pulsstromsignals 162 in dem Bereich von etwa 25 kHz bis 500 kHz.
Es versteht sich von selbst, dass, wenn die Stromquelle 160 in dem ersten Zustand ist und im Wesentlichen einen Strom von null erzeugt, das Hall-Effekt-Element 166 lediglich auf ein Magnetfeld, das es messen soll, anspricht, das beispielsweise ein Magnetfeld ist, das aus einem Strom, der durch einen Strom transportierenden Leiter (oder einfacher einen Stromleiter) geht, resultiert, wie es in Verbindung mit einem Stromsensor vorgefunden wird. Wenn jedoch die Stromquelle 160 in dem zweiten Zustand ist und den vorbestimmten Strom erzeugt, spricht das Hall-Effekt-Element 166 nicht nur auf lediglich das Magnetfeld an, das gemessen werden soll, jedoch ferner auf ein Magnetfeld, das durch den vorbestimmten Strom, der durch den Leiter 164 geht, erzeugt wird. Das verstärkte Signal 200 ist daher eine Summe eines Signals, das das Magnetfeld, das die Schaltung 150 messen soll, darstellt, kombiniert mit Pulsen, die das Magnetfeld, das aus einem Stromsignal 162, das die im Vorhergehenden beschriebenen Strompulse hat, resultiert, darstellen.
Das verstärkte Signal 200 wird durch einen Verstärker 178, der konfiguriert ist, um ein anderes verstärktes Signal 175 zu erzeugen, empfangen. Eine erste und eine zweite Abtast- und Halteschaltung 174, 178 sind jeweils gekoppelt, um das verstärkte Signal 175 zu empfangen und ein erstes bzw. zweites abgetastetes Signal 180, 192 zu erzeugen. Die erste Abtast- und Halteschaltung 174 empfängt das Pulssignal 158 und tastet während eines speziellen Zustands des Pulssignals 158, beispielsweise zu Zeiten, zu denen das Stromsignal 162 einen Strompuls hat, ab. Die zweite Abtast- und Halteschaltung 176 empfängt ein invertiertes Pulssignal 172, das durch einen Inverter 170 erzeugt wird, und tastet während eines speziellen Zustands des invertierten Pulssignals 172, beispielsweise zu Zeiten, zu denen das Stromsignal 162 keinen Strompuls hat, ab. Es sollte offensichtlich sein, dass das zweite abgetastete Signal 182 das Magnetfeld darstellt, das die Schaltung 150 messen soll, während das erste abgetastete Signal 180 das Magnetfeld, das die Schaltung 150 messen soll, in Kombination mit dem Magnetfeld, das aus dem Stromsignal 162, das die im Vorhergehenden beschriebenen Strompulse hat, resultiert, darstellt.
Die Rückkopplungsschaltung 152 kann eine Kombinierschaltung 184, die gekoppelt ist, um das erste und das zweite abgetastete Signal 180, 182 zu empfangen, aufweisen. Die Kombinierschaltung 184 ist konfiguriert, um das Gewinnanpassungssignal 186, das mit dem Vorverstärker 198 gekoppelt ist, zu erzeugen. Bei einigen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 184 das Gewinnanpassungssignal 186 als eine Differenz des ersten und des zweiten abgetasteten Signals 180, 182 und stellt daher lediglich das Magnetfeld, das aus dem Stromsignal 162, das die im Vorhergehenden beschriebenen Strompulse hat, resultiert, dar. Mit dieser speziellen Anordnung versteht es sich von selbst, dass die Gewinnanpassungsschaltung 186 direkt eine Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166 gegenüber dem Magnetfeld, das aus den im Vorhergehenden beschriebenen Strompulsen resultiert, darstellt.
Wie hierin verwendet ist die Bezeichnung „Gewinnberechnungsschaltung” verwendet, um Abschnitte der Rückkopplungsschaltung 152, die den Leiter 164, die Stromquelle 160 oder den Pulsgenerator 154 nicht aufweisen, zu beschreiben.
Das Tiefpassfilter 202 entfernt im Wesentlichen die Pulse in dem verstärkten Signal 200, die aus den im Vorhergehenden beschriebenen Strompulsen resultieren, was das gefilterte Signal 204 lediglich das Magnetfeld, das die Schaltung 150 messen soll, darstellen lässt. Es versteht sich von selbst, dass das gefilterte Signal 204 ähnlich zu dem zweiten abgetasteten Signal 182 ist, und bei anderen Ausführungsbeispielen jedes Signal austauschbar verwendet sein kann. Das Signal 204 ist somit mit einer gestrichelten Linie als mit der Kombinierschaltung 184 gekoppelt gezeigt.
Beim Betrieb passt die Gewinnanpassungsschaltung 186 den Gewinn des Vorverstärkers 198 in Bezug auf die direkt gemessene Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 164 an, was dazu tendiert, die Empfindlichkeit der Schaltung 150 bei der Anwesenheit von dehnungsbezogenen Änderungen der Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166 oder anderen Änderungen der Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166 konstanter zu halten, als wenn das Gewinnanpassungssignal nicht vorgesehen wäre.
Es ist offensichtlich, dass die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166 abgesehen von den Dehnungen, die dem Hall-Effekt-Element 166 aufgrund der Temperatur auferlegt werden, durch die Temperatur direkt beeinflusst werden kann. Eine Beweglichkeit des Hall-Effekt-Elements kann sich beispielsweise auf eine Temperatur beziehen. Da die Schaltung 150 die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166 direkt misst, ist die Schaltung 150 konfiguriert, um den Gewinn des Vorverstärkers 198 anzupassen, um Änderungen der Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 166, die aus irgendeiner Quelle einer Änderung resultieren, zu berücksichtigen.
Der Pulsgenerator 154 kann gekoppelt sein, um ein Freigabesignal 156, das, wie im Vorhergehenden in Verbindung mit 2 beschrieben ist, ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden sein kann, zu empfangen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 150 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung, die in Verbindung mit 1–1B beschrieben sind, aufweisen. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind jedoch zur Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist lediglich das Freigabesignal 156 gezeigt.
Nun Bezug nehmend auf 3A, in der gleiche Elemente von 3 mit gleichen Bezugsbenennungen gezeigt sind, kann eine andere Schaltung 220 zum Erfassen eines Magnetfels gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein, und die Rückkopplungsschaltung 152 von 3 aufweisen. Im Gegensatz zu der Schaltung 150 von 3 ist eine Gewinnanpassung mittels einer anpassbaren Stromquelle 222 vorgesehen, die ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal 186 ein anpassbares Stromsignal 224 zu dem Hall-Effekt-Element 166 erzeugt. Ein Vorverstärker 226 mit einem festen Gewinn ersetzt den Vorverstärker 198 mit einem anpassbaren Gewinn von 3.
Ein Betrieb der Schaltung 220 ist im Wesentlichen gleich einem Betrieb, der im Vorhergehenden in Verbindung mit 3 beschrieben ist.
Nun Bezug nehmend auf 3B erreicht eine Schaltung 240 zum Erfassen eines Magnetfelds, wie die Schaltung 150 von 3, durch eine direkte Messung einer Empfindlichkeit eines Hall-Effekt-Elements eine Gewinnanpassung. Im Gegensatz zu der Schaltung 150 ist jedoch das Element, das verwendet ist, um die Empfindlichkeit direkt zu messen, ein zweites Hall-Effekt-Element 254, nicht das Hall-Effekt-Element 280, das ein Magnetfeld messen soll.
Die Schaltung 240 kann eine Rückkopplungsschaltung 242, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 sein kann, aufweisen. Die Rückkopplungsschaltung 242 ist vollständiger im Folgenden beschrieben.
Die Schaltung 240 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 280, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 280 ist gekoppelt, um von einer Stromquelle 276 ein Treibstromsignal 278 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 282, 284 zu erzeugen, das mit einem Vorverstärker 286 gekoppelt ist. Der Vorverstärker 286 ist konfiguriert, um ein verstärktes Signal 288 zu erzeugen. Die Schaltung 240 kann ferner ein anderes Schaltungselement 290, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 288 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 290 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 290 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 290 ein Vergleicher.
Die Rückkopplungsschaltung 242 kann ein sekundäres Magnetfeld erfassendes Element 254, hier ein Hall-Effekt-Element, aufweisen. Das sekundäre Hall-Effekt-Element 254 ist gekoppelt, um ein Treibstromsignal 258 von einer Stromquelle 256 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 264, 266, das mit einem zweiten Vorverstärker 268 gekoppelt ist, zu erzeugen. Ein Stromleiter 252, der hier als eine Spule gezeigt ist, ist nahe dem sekundären Hall-Effekt-Element 254. Der Stromleiter 252 empfängt von einer Stromquelle 246 ein Stromsignal 250. Das Differenz-Hall-Spannungssignal 264, 266 stellt ein Magnetfeld, das durch den Stromleiter 252 erzeugt wird, und eine Empfindlichkeit des zweiten Hall-Effekt-Element 254 dar. Bei einigen Anordnungen weist die Schaltung 240 eine Magnetabschirmung, die nahe dem zweiten Hall-Effekt-Element 254 angeordnet ist, auf, um den Effekt von anderen Magnetfeldern als das Magnetfeld, das durch den Stromleiter 252 erzeugt wird, auf das sekundäre Hall-Effekt-Element 254 zu reduzieren.
Der zweite Vorverstärker 268 ist konfiguriert, um ein verstärktes Signal 270 zu erzeugen. Die Rückkopplungsschaltung 242 kann eine Abtast- und Halteschaltung 272, die gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 270 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Gewinnanpassungssignal 274 zu erzeugen, aufweisen. Die Stromquelle 276 erzeugt ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal 274 das Stromsignal 278 als ein anpassbares Stromsignal 278 zu dem Hall-Effekt-Element 280.
Bei einem Betrieb passt das Gewinnanpassungssignal 274 die Stromquelle 276 an, was dazu tendiert, die Empfindlichkeit der Schaltung 240 bei der Anwesenheit von Änderungen der Empfindlichkeit des sekundären Hall-Effekt-Elements 254, die sich auf Änderungen der Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 280 beziehen, konstanter zu halten, als wenn das Gewinnanpassungssignal 274 nicht vorgesehen wäre.
Der Pulsgenerator 260 kann gekoppelt sein, um ein Freigabesignal 248, das, wie im Vorhergehenden in Verbindung mit 2 beschrieben ist, ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden sein kann, zu empfangen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 240 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung, die im Vorhergehenden in Verbindung mit 1–1B beschrieben sind, aufweisen. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind jedoch für eine Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist das Freigabesignal 248 gezeigt.
Das Freigabesignal 248 kann ferner durch die erste bzw. zweite Stromquelle 246, 256 empfangen werden, was verursacht, dass die erste und die zweite Stromquelle 246, 256 das erste und das zweite Stromsignal 250, 258 lediglich erzeugen, wenn das Freigabesignal 248 aktiv ist, das heißt in einem speziellen Zustand ist. Mit dieser Anordnung kann die Schaltung 240 eine Energie zu Zeiten erhalten, zu denen eine Gewinnanpassung nicht erforderlich ist, wenn beispielsweise die Temperatur der Schaltung 240 die Temperaturschwelle nicht überschritten hat.
Obwohl die Rückkopplungsschaltung 242 gezeigt ist, um den Gewinn, der dem Hall-Effekt-Element 280 zugeordnet ist, mittels der Stromquelle 276 zu steuern, kann das Gewinnanpassungssignal 274 bei anderen Ausführungsbeispielen an einen Vorverstärker mit einem anpassbaren Gewinn anstelle des Vorverstärkers 286 angelegt sein.
Nun Bezug nehmend auf 4 kann eine Schaltung 300 zum Erfassen eines Magnetfelds gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein, und kann eine Rückkopplungsschaltung 302, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 sein kann, aufweisen. Die Rückkopplungsschaltung 302 ist vollständiger im Folgenden beschrieben.
Die Schaltung 300 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 352, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 352 ist gekoppelt, um von einer anpassbaren Stromquelle 348 ein Treibstromsignal 350 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 354, 356, das mit einem Vorverstärker 358 gekoppelt ist, zu erzeugen. Die anpassbare Stromquelle 348 spricht auf ein Gewinnanpassungssignal 344, das durch die Rückkopplungsschaltung 302 erzeugt wird, an und liefert eine Gewinnanpassung des Differenz-Hall-Spannungssignals 354, 356. Der Vorverstärker 358 ist konfiguriert, um ein verstärktes Signal 360 zu erzeugen. Die Schaltung 300 kann ferner ein anderes Schaltungselement 362, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 360 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 364 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 362 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 362 ein Vergleicher.
Die Rückkopplungsschaltung 302 kann ferner einen ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 312, 320 aufweisen. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, kann, wenn ein Substrat, über dem die Schaltung 300 angeordnet ist, einen Temperaturausschlag erfährt, oder wenn das Substrat bestimmte Herstellungsverarbeitungsschritte, beispielsweise ein Überformen mit einem Körper einer integrierten Schaltung, erfährt, das Substrat eine mechanische Spannung und eine resultierende Dehnung erfahren. Die Dehnung kann eine Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 352 beeinflussen. Wie vollständiger im Folgenden beschrieben ist, können die Rückkopplungsschaltung 302 und insbesondere die Piezowiderstände 312, 320 die Dehnung messen, und die Rückkopplungsschaltung 302 kann das Rückkopplungssignal 344, das sich auf die Dehnung bezieht, erzeugen.
Der erste Piezowiderstand 312 kann gekoppelt sein, um von einer ersten Stromquelle 308 ein erstes Stromsignal 310 zu empfangen, was in einem ersten Spannungssignal 310a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 302 kann ferner einen ersten Verstärker 327, der gekoppelt ist, um das erste Spannungssignal 310a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein erstes verstärktes Signal 328 zu erzeugen, aufweisen.
Der zweite Piezowiderstand 320 kann ähnlicherweise gekoppelt sein, um ein zweites Stromsignal 318 von einer zweiten Stromquelle 316 zu empfangen, was in einem zweiten Spannungssignal 318a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 302 kann ferner einen zweiten Verstärker 330, der gekoppelt ist, um das zweite Spannungssignal 318a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein zweites verstärktes Signal 332 zu erzeugen, aufweisen.
Im Gegensatz zu der Schaltung 70 von 2 kann die Schaltung 300 ferner einen reihengekoppelten ersten bzw. zweiten Leiter 314, 322, die hier als Spulen gezeigt sind, nahe dem ersten und dem zweiten Piezowiderstand 312, 320 aufweisen. Es ist zu erkennen, dass Piezowiderstände, die hauptsächlich auf Dehnungen ansprechen, ferner auf Magnetfelder ansprechen. Zu diesem Zweck sind die Leiter 314, 322 gekoppelt, um von einer Stromquelle 324 ein Stromsignal 326 zu empfangen. Das Stromsignal 326, das durch die Leiter 314, 322 geht, resultiert in einem Magnetfeld bei den Piezowiderständen 312, 320. Es sollte daher offensichtlich sein, dass das erste und das zweite verstärkte Signal 328, 332 Dehnungen, die durch den ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 312, 320 erfahren werden, angeben (zum Beispiel Spannungen haben, die im Verhältnis zu den jeweiligen Dehnungen variieren), und ferner ein Magnetfeldansprechen (das heißt eine Empfindlichkeit) des ersten bzw. zweiten Piezowiderstands 312, 320 angeben (zum Beispiel Spannungen haben, die im Verhältnis zu dem Stromsignal 326 variieren). Es sollte verständlich sein, dass Änderungen der Magnetfeldempfindlichkeit des ersten und des zweiten Piezowiderstands 312, 320 dazu tendieren, auf Änderungen der Magnetfeldempfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 352 bezogen zu sein. Die Schaltung 300 tendiert dazu, Änderungen der Magnetfeldempfindlichkeit direkter zu messen als die Schaltung 70 von 2.
Die Rückkopplungsschaltung 302 kann ferner eine Kombinierschaltung 334 aufweisen, die gekoppelt ist, um das erste bzw. zweite verstärkte Signal 328, 332 zu empfangen, und konfiguriert sein, um ein Ausgangssignal 336 zu erzeugen. Bei einigen Anordnungen weist die Rückkopplungsschaltung 302 eine Abtast- und Halteschaltung 342, die gekoppelt ist, um das Ausgangssignal 336 zu empfangen, auf. Die Abtast- und Halteschaltung 342 kann gekoppelt sein, um von einem Pulsgenerator 338 ein Pulssignal 340 zu empfangen, wobei ein Zustand oder ein Übergang desselben darin resultiert, dass die Abtast- und Halteschaltung 243 das Ausgangssignal 336 abtastet und dementsprechend das Gewinnsteuersignal 344 erzeugt. Der Pulsgenerator 338 kann auf ein Freigabesignal 306, das ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden sein kann, ansprechen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 300 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung, die im Vorhergehenden in Verbindung mit 1–1B beschrieben sind, aufweisen. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind zur Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist lediglich das Freigabesignal 306 gezeigt.
Es sollte aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich sein, dass die Abtast- und Halteschaltung 342 das Ausgangssignal 336 abtasten kann, um während Zeiten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal aktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur der Schaltung über eine Temperaturschwelle erhöht hat, oder wenn eine Energie kürzlich an die Schaltung 300 angelegt wurde, das Gewinnanpassungssignal 344 zu erzeugen. Die Abtast- und Halteschaltung 342 kann umgekehrt das Gewinnanpassungssignal 344 während Zeiten halten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal inaktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur davon, über der Temperaturschwelle zu sein, zu unterhalb der Temperaturschwelle zu sein, verringert, oder zu einer Zeit, nach der eine Energie an die Schaltung 300 angelegt wurde.
Das Freigabesignal 306 kann ferner nicht nur durch den Pulsgenerator 338, sondern ferner durch die erste bzw. zweite Stromquelle 308, 316 und ferner durch die Stromquelle 324 empfangen werden, was verursacht, dass die erste und die zweite Stromquelle 308, 316 und ferner die Stromquelle 324 das erste und das zweite Stromsignal 310, 318 und ferner das Stromsignal 326 lediglich erzeugen, wenn das Freigabesignal 306 aktiv ist, das heißt in einem speziellen Zustand ist. Mit dieser Anordnung kann die Schaltung 300 eine Energie zu Zeiten erhalten, wenn eine Gewinnanpassung nicht erforderlich ist, wenn beispielsweise die Temperatur der Schaltung 300 die Temperaturschwelle nicht überschritten hat.
Bei einigen Anordnungen sind der erste und der zweite Piezowiderstand 312, 320 orthogonal über das Substrat, auf dem dieselben angeordnet sind, angeordnet. Mit dieser Anordnung bezieht sich ein Wert des ersten Spannungssignals 310a auf eine Dehnung in einer ersten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats, und ein Wert des zweiten Spannungssignals 318a bezieht sich auf eine Dehnung in einer zweiten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats und orthogonal zu der ersten Richtung. Mit dieser Anordnung kann eine Dehnung des Substrats in irgendeiner Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats durch die Piezowiderstände 312, 320 erfasst werden.
Bei einigen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 334 das Ausgangssignal 336 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 344 als eine Summe der verstärkten Signale 328, 332. Bei anderen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 334 das Ausgangssignal 336 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 344 als eine Summe eines quadratischen Mittelwerts (RMS) der verstärkten Signale 328, 332. Bei noch anderen Anordnungen, bei speziellen Anordnungen, bei denen die Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 352 eine nichtlineare Funktion der Dehnung des Substrats ist, über dem dasselbe angeordnet ist, kann die Kombinierschaltung 334 die verstärkten Signale 328, 332 auf andere Weisen kombinieren.
Bei einem Betrieb passt das Gewinnanpassungssignal 344 das Stromsignal 350 und daher die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 352 in Bezug auf die Dehnungen, die durch den ersten und den zweiten Piezowiderstand 312, 320 erfasst werden, und ferner in Bezug auf eine Magnetfeldempfindlichkeit des ersten und des zweiten Piezowiderstands 312, 320 an, was dazu tendiert, die Empfindlichkeit der Schaltung 300 in der Anwesenheit von Dehnungen und der Temperaturausschläge konstanter zu halten, als wenn das Gewinnanpassungssignal 344 nicht vorgesehen wäre.
Obwohl die Rückkopplungsschaltung 302 gezeigt ist, um den Gewinn, der dem Hall-Effekt-Element 352 zugeordnet ist, mittels der Stromquelle 348 zu steuern, kann bei anderen Ausführungsbeispielen das Gewinnanpassungssignal 344 anstelle des Vorverstärkers 358 auf einen Vorverstärker mit einem anpassbaren Gewinn angewendet sein.
Obwohl die Leiter 314, 322 als in Reihe gekoppelt und durch die Stromquelle 324 getrieben gezeigt sind, sind bei anderen Anordnungen die Leiter 314, 322 durch die Stromquelle 324 parallel getrieben. Bei noch anderen Anordnungen sind die Leiter 314, 322 durch getrennte Stromquellen getrennt getrieben.
Bei einigen Anordnungen hat die Schaltung 300 lediglich einen der Strom transportierenden Leiter 314, 322.
Nun Bezug nehmend auf 4A ist eine Schaltung 400 zum Erfassen eines Magnetfelds ähnlich zu der Schaltung 300 von 4, wirkt jedoch auf Signale, die durch Piezowiderstände auf eine unterschiedliche Weise erzeugt werden. Die Schaltung 400 kann gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein und eine Rückkopplungsschaltung 402, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 sein kann, aufweisen. Die Rückkopplungsschaltung 402 ist vollständiger im Folgenden beschrieben.
Die Schaltung 400 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 468, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 468 ist gekoppelt, um ein Treibstromsignal 466 von einer anpassbaren Stromquelle 464 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 470, 472, das mit einem Vorverstärker 474 gekoppelt ist, zu erzeugen. Die anpassbare Stromquelle 464 spricht auf ein Gewinnanpassungssignal 462, das durch die Rückkopplungsschaltung 402 erzeugt wird, an, und liefert eine Verstärkungsanpassung des Differenz-Hall-Spannungssignals 470, 472. Der Vorverstärker 474 ist konfiguriert, um ein verstärktes Signal 476 zu erzeugen. Die Schaltung 400 kann ferner ein anderes Schaltungselement 478, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 476 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 480 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 478 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 478 ein Vergleicher.
Die Rückkopplungsschaltung 402 kann einen ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 412, 420 aufweisen. Der erste Piezowiderstand 412 kann gekoppelt sein, um von einer ersten Stromquelle 408 ein erstes Stromsignal 410 zu empfangen, was in einem ersten Spannungssignal 410a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 402 kann ferner einen ersten Verstärker 424, der gekoppelt ist, um das erste Spannungssignal 410a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein erstes verstärktes Signal 426 zu erzeugen, aufweisen.
Der zweite Piezowiderstand 420 kann ähnlicherweise gekoppelt sein, um von einer zweiten Stromquelle 416 ein zweites Stromsignal 418 zu empfangen, was in einem zweiten Spannungssignal 418a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 402 kann ferner einen zweiten Verstärker 436, der gekoppelt ist, um das zweite Spannungssignal 418a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein zweites verstärktes Signal 438 zu erzeugen, aufweisen.
Im Gegensatz zu der Schaltung 70 von 2, jedoch wie bei der Schaltung 300 von 4, kann die Schaltung 400 ferner einen reihengekoppelten ersten bzw. zweiten Leiter 414, 422, die hier als Spulen gezeigt sind, nahe dem ersten und dem zweiten Piezowiderstand 412, 420 aufweisen. Es ist zu erkennen, dass Piezowiderstände, die hauptsächlich auf Dehnungen ansprechen, ferner auf Magnetfelder ansprechen. Zu diesem Zweck sind die Leiter 414, 422 gekoppelt, um von einer Stromquelle 458 ein Stromsignal 459 zu empfangen. Im Gegensatz zu dem Stromsignal 346 von 4 ist das Stromsignal 459 ein gepulstes Stromsignal, das auf einen Pulsgenerator 455 anspricht. Das Stromsignal 459, das durch die Leiter 414, 422 geht, resultiert bei den Piezowiderständen 412, 420 in einem Magnetfeld. Es sollte daher offensichtlich sein, dass das erste und das zweite verstärkte Signal 426, 438 Dehnungen angeben, die durch den ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 412, 420 erfahren werden, und ferner ein Magnetfeldansprechen des ersten bzw. zweiten Piezowiderstands 312, 320 angeben. Wie im Vorhergehenden in Verbindung mit 4 beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass Änderungen der Magnetfeldempfindlichkeit des ersten und des zweiten Piezowiderstands 412, 420 dazu tendieren, sich auf Änderungen der Magnetfeldempfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 468 zu beziehen. Die Schaltung 400 tendiert dazu, Änderungen einer Magnetfeldempfindlichkeit direkter zu messen, als die Schaltung 70 von 2.
Die Rückkopplungsschaltung 402 kann ferner eine erste bzw. zweite Abtast- und Halteschaltung 428, 430, die gekoppelt sind, um das erste verstärkte Signal 426 zu empfangen, und ferner eine dritte bzw. vierte Abtast- und Halteschaltung 432, 434, die gekoppelt sind, um das zweite verstärkte Signal 438 zu empfangen, aufweisen. Die erste Abtast- und Halteschaltung 428 erzeugt ein erstes abgetastetes Signal 440, die zweite Abtast- und Halteschaltung 430 erzeugt ein zweites abgetastetes Signal 442, die dritte Abtast- und Halteschaltung 432 erzeugt ein drittes abgetastetes Signal 446, und die vierte Abtast- und Halteschaltung 434 erzeugt ein viertes abgetastetes Signal 448, die jeweils durch eine Kombinierschaltung 460 empfangen werden.
Die erste und die dritte Abtast- und Halteschaltung 428, 432 tasten zu Zeiten ab, zu denen das Stromsignal 459 einen Wert gleich einem Pulsstrom hat. Das erste und das dritte abgetastete Signal 440, 446 geben daher Dehnungen, die durch den ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 412, 420 erfahren werden, an, und geben ferner das Magnetansprechen des ersten und des zweiten Piezowiderstands 412, 420 auf das Magnetfeld, das durch das gepulste Stromsignal 459 erzeugt wird, (und ferner auf ein anderes Magnetfeld, das anwesend sein kann) an.
Die erste und die vierte Abtast- und Halteschaltung 430, 434 tasten zu Zeiten ab, zu denen das Stromsignal 459 einen Wert von im Wesentlichen null hat. Das zweite und das vierte abgetastete Signal 442, 448 geben daher allgemein lediglich Dehnungen, die durch den ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 412, 420 erfahren werden, an. Das zweite und das vierte abgetastete Signal 442, 448 können jedoch ferner andere Magnetfelder angeben, die anwesend sein können. Das zweite und das vierte abgetastete Signal 442, 448 stellen eine Grundlinie dar, die von dem ersten und dem dritten abgetasteten Signal 440, 446 subtrahiert werden kann, um ein Signal zu erreichen, das lediglich das Magnetfeldansprechen des ersten und des zweiten Piezowiderstands 412, 420 auf das Magnetfeld, das durch das gepulste Stromsignal 459 erzeugt wird, (und ferner auf ein anderes Magnetfeld, das anwesend sein kann) darstellt.
Die Kombinierschaltung 460 ist konfiguriert, um das Gewinnanpassungssignal 462 zu erzeugen. Der Pulsgenerator 455 kann ferner auf ein Freigabesignal 406, das ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden sein kann, ansprechen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 300 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung, die im Vorhergehenden in Verbindung mit 1–1B beschrieben sind, aufweisen. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind jedoch für eine Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist lediglich das Freigabesignal 406 gezeigt.
Es sollte aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich sein, dass mittels des Freigabesignals 406, das durch den Pulsgenerator 455 empfangen wird, die Abtast- und Halteschaltungen 428, 430, 432, 434 abtasten können, um während Zeiten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal aktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur der Schaltung über eine Temperaturschwelle erhöht hat, oder wenn eine Energie kürzlich an die Schaltung 400 angelegt wurde, das Gewinnanpassungssignal 462 zu erzeugen. Die Abtast- und Halteschaltungen 428, 430, 432, 434 können umgekehrt während Zeiten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal inaktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur von oberhalb der Temperaturschwelle zu unterhalb der Temperaturschwelle verringert, oder zu einer Zeit, nach der eine Energie an die Schaltung 400 angelegt wurde, das Gewinnanpassungssignal 462 halten.
Das Freigabesignal 406 kann ferner durch die erste bzw. zweite Stromquelle 408, 416 empfangen werden, was verursacht, dass die erste und die zweite Stromquelle 408, 416 das erste und das zweite Stromsignal 410, 418 (und ferner das Stromsignal 459) lediglich erzeugen, wenn das Freigabesignal 406 aktiv ist, das heißt in einem speziellen Zustand ist. Mit dieser Anordnung kann die Schaltung 400 eine Energie zu Zeiten erhalten, wenn eine Gewinnanpassung nicht erforderlich ist, wenn beispielsweise die Temperatur der Schaltung 400 die Temperaturschwelle nicht überschritten hat.
Bei einigen Anordnungen sind der erste und der zweite Piezowiderstand 412, 420 über das Substrat, auf dem dieselben angeordnet sind, orthogonal angeordnet. Mit dieser Anordnung bezieht sich ein Wert des ersten Spannungssignals 410 auf eine Dehnung in einer ersten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats, und ein Wert des zweiten Spannungssignals 418 bezieht sich auf eine Dehnung in einer zweiten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats und orthogonal zu der ersten Richtung. Mit dieser Anordnung kann eine Dehnung des Substrats in einer Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats durch die Piezowiderstände 412, 420 erfasst werden.
Bei einigen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 460 das Gewinnanpassungssignal 462, das sich auf eine Summe des ersten und des dritten abgetasteten Signals 440, 446 bezieht. Bei einigen Anordnungen subtrahiert die Kombinierschaltung 460 eine Summe des zweiten und vierten abgetasteten Signals 442, 448 von der Summe des ersten und des dritten abgetasteten Signals 440, 446.
Bei anderen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 460 das Gewinnanpassungssignal 462, das sich auf eine Summe eines quadratischen Mittelwerts (RMS) des ersten und des dritten abgetasteten Signals 440, 446 bezieht. Bei einigen Anordnungen subtrahiert die Kombinierschaltung 460 eine RMS-Summe des zweiten und des vierten abgetasteten Signals 442, 448 von der RMS-Summe des ersten und des dritten abgetasteten Signals 440, 446.
Bei noch anderen Anordnungen, speziellen Anordnungen, bei denen die Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 468 eine nichtlineare Funktion der Dehnung des Substrats, über dem dasselbe angeordnet ist, ist, kann die Kombinierschaltung 460 das erste, das zweite, das dritte und das vierte abgetastete Signal 440, 442, 446, 448 auf andere Weisen kombinieren.
Bei einem Betrieb passt das Gewinnanpassungssignal 462 das Stromsignal 446 und daher die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 468 in Bezug auf Dehnungen, die durch den ersten und den zweiten Piezowiderstand 412, 420 erfasst werden, und ferner in Bezug auf eine Magnetfeldempfindlichkeit des ersten und des zweiten Piezowiderstands 412, 420 an, was dazu tendiert, die Empfindlichkeit der Schaltung 400 bei der Anwesenheit der Dehnungen und der Temperaturausschläge konstanter zu halten, als wenn das Gewinnanpassungssignal 462 nicht vorgesehen wäre.
Obwohl die Rückkopplungsschaltung 402 gezeigt ist, um den Gewinn, der dem Hall-Effekt-Element 468 zugeordnet ist, mittels der Stromquelle 464 zu steuern, kann bei anderen Ausführungsbeispielen das Gewinnanpassungssignal 462 anstelle des Vorverstärkers 474 an einen Vorverstärker mit einem anpassbaren Gewinn angelegt sein.
Bei einigen Anordnungen hat die Schaltung 400 lediglich einen der Strom transportierenden Leiter 414, 422.
Nun Bezug nehmend auf 4B weist eine Schaltung 500 zum Erfassen eines Magnetfelds Aspekte der Schaltung 70 von 2 in Kombination mit Aspekten der Schaltung 150 von 3 auf. Die Schaltung 500 weist nämlich zum Erfassen einer Dehnung eines Substrats, die sich indirekt auf eine Empfindlichkeit eines Hall-Effekt-Elements bezieht, zwei Piezowiderstände wie in 2 und ferner einen Leiter wie in 3, der nahe dem Hall-Effekt-Element ist, um die Änderungen der Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements direkt zu erfassen, auf.
Die Schaltung 500 kann gleich oder ähnlich zu der Schaltung 10 von 1 sein und kann eine Rückkopplungsschaltung 502, die gleich oder ähnlich zu der Rückkopplungsschaltung 12 von 1 sein kann, sein. Die Rückkopplungsschaltung 502 ist im Folgenden vollständiger beschrieben.
Die Schaltung 500 weist ein Magnetfeld erfassendes Element 524, hier ein Hall-Effekt-Element, auf. Das Hall-Effekt-Element 524 ist gekoppelt, um von einer Stromquelle 564 ein Treibstromsignal 566 zu empfangen, und konfiguriert, um ein Differenz-Hall-Spannungssignal 568, 570, das mit einem Vorverstärker 572 gekoppelt ist, zu erzeugen. Der Vorverstärker 572 ist konfiguriert, um das Differenzeingangssignal 568, 570 zu verstärken und ein verstärktes Signal 564 zu erzeugen. Die Schaltung 500 kann ferner ein Tiefpassfilter 574, das gekoppelt ist, um das verstärkte Signal 564 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein gefiltertes Signal 576 zu erzeugen, aufweisen. Die Schaltung 500 kann ferner ein anderes Schaltungselement 578, das gekoppelt ist, um das gefilterte Signal 576 zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal 580 zu erzeugen, aufweisen. Bei einigen Anordnungen ist das Schaltungselement 578 ein (linearer) Verstärker, und bei anderen Anordnungen ist das Schaltungselement 578 ein Vergleicher.
Die Rückkopplungsschaltung 502 kann einen ersten bzw. zweiten Piezowiderstand 512, 520 aufweisen. Wie vollständiger im Folgenden beschrieben ist, können die Rückkopplungsschaltung 502 und insbesondere die Piezowiderstände 512, 520 eine Dehnung des Hall-Effekt-Elements 524 messen, und die Rückkopplungsschaltung 502 kann das Rückkopplungssignal 554, das sich auf die Dehnung bezieht, erzeugen.
Der erste Piezowiderstand 512 kann gekoppelt sein, um von einer ersten Stromquelle 508 ein erstes Stromsignal 510 zu empfangen, was in einem ersten Spannungssignal 510a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 502 kann ferner einen ersten Verstärker 514, der gekoppelt ist, um das erste Spannungssignal 510a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein erstes verstärktes Signal 526 zu erzeugen, aufweisen.
Der zweite Piezowiderstand 520 kann ähnlicherweise gekoppelt sein, um ein zweites Stromsignal 518 von einer zweiten Stromquelle 516 zu empfangen, was in einem zweiten Spannungssignal 518a resultiert. Die Rückkopplungsschaltung 502 kann ferner einen zweiten Verstärker 528, der gekoppelt ist, um das zweite Spannungssignal 518a zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein zweites verstärktes Signal 530 zu erzeugen, aufweisen.
Die Rückkopplungsschaltung 502 kann ferner einen Leiter 522, der hier gezeigt ist, um eine Schleife um das Hall-Effekt-Element 524 zu bilden, aufweisen. Der Leiter 522 kann gekoppelt sein, um von einer Stromquelle 560 ein Stromsignal 562 zu empfangen. Die Stromquelle 560 kann gekoppelt sein, um ein Pulssignal 556, das durch einen Pulsgenerator 558 erzeugt wird, zu empfangen. Das Pulssignal 556 kann in einem Pulsstromsignal 556 resultieren. Bei einigen Anordnungen hat das Pulsstromsignal 556 zwei Zustände, einen ersten Zustand, während dessen im Wesentlichen ein Strom von Null in den Leiter 552 fließt, und einen zweiten Zustand, während dessen ein vorbestimmter Strom in den Leiter 522 fließt. Bei einigen Anordnungen kann ein Tastverhältnis des zweiten Zustands beispielsweise in dem Bereich von etwa einem Prozent bis etwa fünf Prozent klein sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist eine Frequenz des Pulsstromsignals 556 in dem Bereich von etwa 25 kHz bis 500 kHz.
Die Rückkopplungsschaltung 502 kann ferner eine erste bzw. zweite Abtast- und Halteschaltung 548, 540, die jeweils gekoppelt sind, um das verstärkte Signal 564 zu empfangen, und die ein erstes bzw. zweites Abtastsignal 534, 536 erzeugen, aufweisen.
Die erste Abtast- und Halteschaltung 548 empfängt das Pulssignal 556 und tastet während eines speziellen Zustands des Pulssignals 556, beispielsweise zu Zeiten, zu denen das Stromsignal 562 einen Strompuls hat, ab. Die zweite Abtast- und Halteschaltung 540 empfängt ein invertiertes Pulssignal 544, das durch einen Inverter 546 erzeugt wird, und tastet während eines speziellen Zustands des invertierten Pulssignals 544, beispielsweise zu Zeiten, zu denen das Stromsignal 562 keinen Strompuls hat, ab. Es sollte offensichtlich sein, dass das zweite abgetastete Signal 536 das Magnetfeld, das die Schaltung 500 messen soll, darstellt, während das erste abgetastete Signal 534 das Magnetfeld, das die Schaltung 500 messen soll, in Kombination mit dem Magnetfeld, das aus dem Stromsignal 562, das die im Vorhergehenden beschriebenen Strompulse hat, resultiert, darstellt.
Die Rückkopplungsschaltung 502 kann ferner eine Kombinierschaltung 532, die gekoppelt ist, um das erste bzw. zweite verstärkte Signal 526, 530 zu empfangen, und ferner gekoppelt ist, um das erste bzw. zweite abgetastete Signal 534, 536 zu empfangen, aufweisen. Die Kombinierschaltung ist konfiguriert, um ein Ausgangssignal 552 zu erzeugen. Bei einigen Anordnungen weist die Rückkopplungsschaltung 502 ferner eine Abtast- und Halteschaltung 550, die gekoppelt ist, um das Ausgangssignal 552 zu empfangen, auf. Die Abtast- und Halteschaltung 550 kann gekoppelt sein, um das Pulssignal, von dem ein Zustand oder ein Übergang darin resultiert, dass die Abtast- und Halteschaltung 550 das Ausgangssignal 552 abtastet und dementsprechend das Gewinnsteuersignal 554 erzeugt, zu empfangen.
Der Pulsgenerator 558 kann auf ein Freigabesignal 506, das ein Temperaturfreigabesignal, ein Einschaltfreigabesignal oder eine Kombination von beiden ist, ansprechen. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 500 eine oder beide einer Temperaturschwellenschaltung und/oder einer Einschaltschaltung, die in Verbindung mit 1–1B im Vorhergehenden beschrieben sind, aufweisen. Die Temperaturschwellenschaltung und/oder eine Einschaltschaltung sind jedoch für eine Klarheit nicht gezeigt; stattdessen ist das Freigabesignal 506 gezeigt.
Es sollte aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich sein, dass die Abtast- und Halteschaltung 550 das Ausgangssignal 552 abtasten kann, um das Gewinnanpassungssignal 554 während Zeiten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal aktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur der Schaltung über eine Temperaturschwelle erhöht hat, oder wenn kürzlich eine Energie an die Schaltung 500 angelegt wurde, zu erzeugen. Die Abtast- und Halteschaltung 550 kann umgekehrt das Gewinnanpassungssignal 554 während Zeiten, zu denen das Temperaturfreigabesignal oder das Einschaltfreigabesignal inaktiv sind, zum Beispiel, wenn sich die Temperatur von oberhalb der Temperaturschwelle zu unterhalb der Temperaturschwelle verringert, oder zu einer Zeit, nach der eine Energie an die Schaltung 500 angelegt wurde, halten.
Das Freigabesignal 506 kann ferner durch die erste bzw. zweite Stromquelle 508, 516 empfangen werden, was verursacht, dass die erste und die zweite Stromquelle 508, 516 das erste und zweite Stromsignal 510, 518 lediglich erzeugen, wenn das Freigabesignal 506 aktiv ist. Mit dieser Anordnung kann die Schaltung 500 eine Energie zu Zeiten erhalten, zu denen eine Gewinnanpassung nicht erforderlich ist, wenn beispielsweise die Temperatur der Schaltung 500 die Temperaturschwelle nicht überschritten hat.
Bei einigen Anordnungen sind der erste und der zweite Piezowiderstand 512, 520 orthogonal über das Substrat, auf dem dieselben angeordnet sind, angeordnet. Mit dieser Anordnung bezieht sich ein Wert des ersten Spannungssignals 510a auf eine Dehnung in einer ersten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats, und ein Wert des zweiten Spannungssignals 518a bezieht sich auf eine Dehnung in einer zweiten Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats und orthogonal zu der ersten Richtung. Mit dieser Anordnung kann durch die Piezowiderstände 512, 520 eine Dehnung des Substrats in irgendeiner Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats erfasst werden.
Bei einigen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 532 das Ausgangssignal 552 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 554 als eine Summe der verstärkten Signale 526, 530 plus einer Differenz des ersten abgetasteten Signals 534 und des zweiten abgetasteten Signals 536. Bei anderen Anordnungen liefert die Kombinierschaltung 532 das Ausgangssignal 552 und ein resultierendes Gewinnanpassungssignal 554 als eine Summe eines quadratischen Mittelwerts (RMS) der verstärkten Signale 526, 530 plus einer RMS-Differenz des ersten abgetasteten Signals 534 und des zweiten abgetasteten Signals 536. Bei noch anderen Anordnungen, speziellen Anordnungen, für die die Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements 524 eine nichtlineare Funktion der Dehnung des Substrats ist, über dem dasselbe angeordnet ist, kann die Kombinierschaltung 532 die verstärkten Signale 526, 530 und die abgetasteten Signale 534, 536 auf andere Weisen kombinieren.
Das Tiefpassfilter 574 entfernt im Wesentlichen die Pulse in dem verstärkten Signal 564, die aus den im Vorhergehenden beschriebenen Strompulsen 562 resultieren, was das gefilterte Signal 576 lediglich das Magnetfeld, das die Schaltung 500 messen soll, darstellend hinterlässt. Es versteht sich von selbst, dass das gefilterte Signal 576 ähnlich zu dem zweiten abgetasteten Signal 564 ist, und bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Signal austauschbar verwendet sein. Das gefilterte Signal 576 ist mit einer gestrichelten Linie als mit der Kombinierschaltung 532 gekoppelt gezeigt.
Bei einem Betrieb passt das Gewinnanpassungssignal 554 das Stromsignal 566 und daher die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 524 in Bezug auf die Dehnungen, die durch den ersten und den zweiten Piezowiderstand 512, 512 erfasst werden, und ferner in Bezug auf eine Magnetfeldempfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 524 an, was dazu tendiert, die Empfindlichkeit der Schaltung 500 bei der Anwesenheit von Dehnungen und der Temperaturausschläge konstanter zu halten, als wenn das Anpassungssignal 554 nicht vorgesehen wäre.
Obwohl die Rückkopplungsschaltung 502 gezeigt ist, um den Gewinn, der dem Hall-Effekt-Element 524 zugeordnet ist, mittels der Stromquelle 564 zu steuern, kann bei anderen Ausführungsbeispielen das Gewinnanpassungssignal 554 anstelle des Vorverstärkers 572 an einen Vorverstärker mit einem anpassbaren Gewinn angelegt sein.
Bei einigen alternativen Anordnungen hat die Schaltung lediglich einen der Piezowiderstände 512, 520.
Nun Bezug nehmend auf 5 ist eine Vielfalt von physischen Konfigurationen dargestellt, die detaillierter Anordnungen von Piezowiderständen und Stromleitern, die im Vorhergehenden in 2–4B gezeigt sind, darstellen.
Nun Bezug nehmend auf 5 sind ein erster und ein zweiter Piezowiderstand 504, 506 nahe einem Magnetfeld erfassenden Element 502. Diese Anordnung ist mindestens in Verbindung mit 2 und 2A gezeigt und beschrieben. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, sind bei einigen Anordnungen der erste und der zweite Piezowiderstand 604, 606 über das Substrat (nicht gezeigt), auf dem dieselben angeordnet sind, orthogonal angeordnet.
Nun Bezug nehmend auf 6 ist ein Stromleiter 612 nahe einem Magnetfeld erfassenden Element 610 angeordnet. Diese Anordnung ist mindestens in Verbindung mit 3–3B gezeigt und beschrieben. Obwohl die Stromleiter 164 und 252 von 3–3B als Spulen gezeigt sind, um jeweilige Magnetfeld erfassende Elemente zu umgeben, sollte erkennbar sein, dass die Leiter entweder Spulen, wie es in 3–3B gezeigt ist, oder keine Spulen nahe dem Magnetfeld erfassenden Element, wie in 6 gezeigt ist, sein können.
Nun Bezug nehmend auf 7 sind ein erster und ein zweiter Piezowiderstand 612, 616 nahe einem Magnetfeld erfassenden Element 620. Ein erster Leiter 614 umgibt den ersten Piezowiderstand 612 teilweise, und ein zweiter Leiter 618 umgibt den zweiten Piezowiderstand 616 teilweise. Diese Anordnung ist mindestens in Verbindung mit 4 und 4A gezeigt und beschrieben. Obwohl die Stromleiter 314, 322, 414, 422 von 4 und 4A als Spulen gezeigt sind, die gänzlich jeweilige Piezowiderstände umgeben, sollte erkennbar sein, dass die Leiter entweder Spulen sein können, wie es in 4 und 4A gezeigt ist, oder offene Spulen sein können, wie es in 7 gezeigt ist, oder keine Spulen sein können, wie es in 6 gezeigt ist.
Nun Bezug nehmend auf 8 ist ein Stromleiter 632 nahe einem Magnetfeld erfassenden Element 630. Diese Anordnung ist mindestens in Verbindung mit 3–3B gezeigt und beschrieben. Obwohl die Stromleiter 164 und 252 von 3–3B als einzelne Schleifenspulen, die jeweilige Magnetfeld erfassende Elemente umgeben, gezeigt sind, sollte erkennbar sein, dass die Leiter entweder einzelne Schleifenspulen, wie in 3–3B gezeigt ist, Mehrschleifenspulen, wie in 8 gezeigt ist, oder keine Spulen, die nahe dem Magnetfeld erfassenden Element 630 sind, wie in 6 gezeigt ist, sein können.
Obwohl Hall-Effekt-Elemente, die durch Stromquellen (zum Beispiel 108, 136, 2A) getrieben sind, im Vorhergehenden beschrieben sind, können bei anderen Ausführungsbeispielen die Stromquellen durch Spannungsquellen (zum Beispiel steuerbare Spannungsquellen) oder durch Spannungsquellen in Reihe mit Widerständen ersetzt sein.
Alle hierin zitierten Bezugnahmen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Nachdem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es nun für Fachleute offensichtlich, dass andere Ausführungsbeispiele, die ihre Konzepte enthalten, verwendet sein können. Es wird daher empfunden, dass diese Ausführungsbeispiele nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein sollten, sondern vielmehr lediglich durch den Geist und den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt sein sollten.
Zusammenfassung
Magnetfeldsensor mit einer automatischen Empfindlichkeitsanpassung
Magnetfeldsensoren haben ein Magnetfeld erfassendes Element und ferner eine Rückkopplungsschaltung, um ein Gewinnanpassungssignal zu liefern, um eine Empfindlichkeit, die dem Magnetfeld erfassenden Element zugeordnet ist, zu beeinflussen. Bei einigen Anordnungen kann die Rückkopplungsschaltung Piezowiderstände aufweisen, um eine Dehnung eines Substrats, über dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist, zu erfassen. Mit diesen Anordnungen kann die Rückkopplungsschaltung das Gewinnanpassungssignal gemäß der erfassten Dehnung erzeugen. Bei anderen Anordnungen kann die Rückkopplungsschaltung gepulste Magnetfelder nahe dem Magnetfeld erfassenden Element erzeugen, um die Empfindlichkeit des Magnetfeld erfassenden Elements direkt zu messen. Mit diesen Anordnungen kann die Rückkopplungsschaltung das Gewinnanpassungssignal gemäß der erfassten Empfindlichkeit erzeugen.

Claims

Magnetfeldsensor mit: einem Magnetfeld erfassenden Element, das durch ein Substrat getragen ist, wobei das Magnetfeld erfassende Element zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil aufweist, dient, wobei der auf ein Magnetfeld ansprechende Signalanteil eine Empfindlichkeit gegenüber einem ersten Magnetfeld hat; einer Rückkopplungsschaltung mit: einem Stromleiter, der durch das Substrat getragen ist und nahe dem Magnetfeld erfassenden Element ist, wobei der Stromleiter zum Erzeugen eines zweiten Magnetfelds dient; und einer Gewinnberechnungsschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf das zweite Magnetfeld ein Gewinnanpassungssignal zu erzeugen; und einer Gewinnanpassungsschaltung, die durch das Substrat getragen ist und einen Gewinnanpassungsknoten hat, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, wobei die Gewinnanpassungsschaltung konfiguriert ist, um die Empfindlichkeit des auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteils ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal anzupassen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem das Ausgangssignal, das durch das Magnetfeld erfassende Element erzeugt wird, sowohl einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil als auch ferner einen Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteil ansprechend auf das zweite Magnetfeld und bezogen auf das Gewinnanpassungssignal aufweist, wobei der Gewinnanpassungssignal bezogene Anteil eine Wechselstromsignalkomponente aufweist, wobei der Magnetfeldsensor ferner eine Filterschaltung aufweist, die mit dem Magnetfeld erfassenden Element gekoppelt ist und konfiguriert ist, um den Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteil von dem auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil zu trennen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 2, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: eine Stromgeneratorschaltung, die einen Ausgangsknoten, bei dem Strompulse erzeugt werden, hat, wobei der Stromleiter gekoppelt ist, um die Strompulse, die in dem zweiten Magnetfeld resultieren, zu empfangen, wobei die Wechselstromsignalkomponente des Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteils auf eine Wechselstromsignalkomponente der Strompulse bezogen ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem das Magnetfeld erfassende Element ein Hall-Effekt-Element ist, wobei die Gewinnanpassungsschaltung einen Stromgenerator, der mit dem Hall-Element gekoppelt ist, aufweist, wobei der Stromgenerator einen Steuerknoten hat, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem die Gewinnanpassungsschaltung einen Verstärker aufweist, der gekoppelt ist, um das Ausgangssignal von dem Magnetfeld erfassenden Element zu empfangen, wobei der Verstärker einen Steuerknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, hat.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: ein zweites Magnetfeld erfassendes Element, das durch das Substrat getragen ist, wobei das zweite Magnetfeld erfassende Element auf das zweite Magnetfeld anspricht, und wobei das zweite Magnetfeld erfassende Element ein Ausgangssignal, das auf das Gewinnanpassungssignal bezogen ist, erzeugt.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Piezowiderstand, der durch das Substrat getragen ist, wobei der erste Piezowiderstand einen Knoten, bei dem ein erstes piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, hat, wobei das erste piezoelektrische Ausgangssignal auf eine Dehnung des Substrats in einer ersten Richtung anspricht und ferner auf das zweite Magnetfeld anspricht, und wobei das erste piezoelektrische Ausgangssignal auf das Gewinnanpassungssignal bezogen ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 7, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Piezowiderstand, der durch das Substrat getragen ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite Piezowiderstand eine jeweilige primäre Ansprechachse haben, der erste und der zweite Piezowiderstand in einer relativen Ausrichtung angeordnet sind, sodass ihre jeweiligen primären Ansprechachsen allgemein senkrecht sind, der zweite Piezowiderstand einen Knoten, bei dem ein zweites piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, hat, das zweite piezoelektrische Ausgangssignal auf eine Dehnung des Substrats in einer zweiten Richtung allgemein senkrecht zu der ersten Richtung anspricht und ferner auf das zweite Magnetfeld anspricht, das zweite piezoelektrische Ausgangssignal ferner auf das Gewinnanpassungssignal bezogen ist, und wobei die Gewinnberechnungsschaltung eine Kombinierschaltung, die einen ersten und einen zweiten Eingangsknoten, die gekoppelt sind, um Signale, die sich auf das erste und das zweite piezoelektrische Ausgangssignal beziehen, zu empfangen, hat, und einen Ausgangsknoten, bei dem das Gewinnanpassungssignal erzeugt wird, hat, aufweist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, bei dem der Stromleiter einen ersten und einen zweiten Stromleiter aufweist, und bei dem das zweite Magnetfeld einen ersten und einen zweiten Magnetfeldanteil aufweist, wobei der erste Piezowiderstand auf den ersten Magnetfeldanteil anspricht, und der zweite Piezowiderstand auf den zweiten Magnetfeldanteil anspricht.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, bei dem das Ausgangssignal, das durch das Magnetfeld erfassende Element erzeugt wird, sowohl den auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil als auch ferner einen Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteil, der auf das zweite Magnetfeld anspricht und auf das Gewinnanpassungssignal bezogen ist, aufweist, wobei der Gewinnanpassungssignal bezogene Anteil eine Wechselstromsignalkomponente aufweist, wobei der Magnetfeldsensor ferner eine Filterschaltung, die mit dem Magnetfeld erfassenden Element gekoppelt ist und konfiguriert ist, um den Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteil von dem auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil zu trennen, aufweist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 10, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: eine Stromgeneratorschaltung, die einen Ausgangsknoten, bei dem Strompulse erzeugt werden, hat, wobei der Stromleiter gekoppelt ist, um die Strompulse, die in dem zweiten Magnetfeld resultieren, zu empfangen, wobei die Wechselstromsignalkomponente des Gewinnanpassungssignal bezogenen Anteils auf eine Wechselstromsignalkomponente der Strompulse bezogen ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, bei dem das Magnetfeld erfassende Element ein Hall-Effekt-Element ist, wobei die Gewinnanpassungsschaltung einen Stromgenerator, der mit dem Hall-Element gekoppelt ist, hat, wobei der Stromgenerator einen Steuerknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, hat.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, bei dem die Gewinnanpassungsschaltung einen Verstärker, der gekoppelt ist, um das Ausgangssignal von dem Magnetfeld erfassenden Element zu empfangen, aufweist, wobei der Verstärker einen Steuerknoten hat, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, mit ferner einer Temperaturschwellenschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf eine Temperatur, die oberhalb einer Temperaturschwelle ist, ein Temperaturfreigabesignal zu erzeugen, wobei ausgewählte Abschnitte der Rückkopplungsschaltung abhängig von einem Zustand des Temperaturfreigabesignals ein- oder ausschalten.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, mit ferner einer Einschaltschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend darauf ein Einschaltfreigabesignal zu erzeugen, dass der Magnetfeldsensor eingeschaltet wird, wobei ausgewählte Abschnitte der Rückkopplungsschaltung abhängig von einem Zustand des Einschaltfreigabesignals ein- oder ausschalten.
Magnetfeldsensor mit: einem Magnetfeld erfassenden Element, das durch ein Substrat getragen ist, wobei das Magnetfeld erfassende Element zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteil aufweist, dient, wobei der auf ein Magnetfeld ansprechende Signalanteil eine Empfindlichkeit gegenüber einem ersten Magnetfeld hat; einer Rückkopplungsschaltung mit: einem ersten Piezowiderstand, der durch das Substrat getragen ist, wobei der erste Piezowiderstand einen Knoten, bei dem ein erstes piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, hat, wobei das erste piezoelektrische Ausgangssignal auf eine Dehnung des Substrats in einer ersten Richtung anspricht; einem zweiten Piezowiderstand, der durch das Substrat getragen ist, wobei einer von den ersten und zweiten Piezowiderständen eine jeweilige primäre Ansprechachse hat, wobei der erste und der zweite Piezowiderstand in einer relativen Ausrichtung angeordnet sind, sodass ihre jeweiligen primären Ansprechachsen allgemein senkrecht sind, wobei der zweite Piezowiderstand einen Knoten, bei dem ein zweites piezoelektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, hat, wobei das zweite piezoelektrische Ausgangssignal auf eine Dehnung des Substrats in einer zweiten Richtung allgemein senkrecht zu der ersten Richtung anspricht; und einer Kombinierschaltung, die einen ersten und einen zweiten Eingangsknoten hat, die gekoppelt sind, um Signale, die auf das erste und das zweite piezoelektrische Ausgangssignal bezogen sind, zu empfangen, und einen Ausgangsknoten, bei dem ein Gewinnanpassungssignal erzeugt wird, hat; und einer Gewinnanpassungsschaltung, die durch das Substrat getragen ist und einen Gewinnanpassungsknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, hat, wobei die Gewinnanpassungsschaltung konfiguriert ist, um die Empfindlichkeit des auf ein Magnetfeld ansprechenden Signalanteils ansprechend auf das Gewinnanpassungssignal anzupassen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, bei dem das Magnetfeld erfassende Element ein Hall-Effekt-Element ist, wobei die Gewinnanpassungsschaltung einen Stromgenerator, der mit dem Hall-Element gekoppelt ist, aufweist, wobei der Stromgenerator einen Steuerknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, hat.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, bei dem die Gewinnanpassungsschaltung einen Verstärker, der gekoppelt ist, um das Ausgangssignal von dem Magnetfeld erfassenden Element zu empfangen, aufweist, wobei der Verstärker einen Steuerknoten, der gekoppelt ist, um das Gewinnanpassungssignal zu empfangen, hat.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Stromgenerator, der mit dem ersten Piezowiderstand gekoppelt ist, zum Erzeugen eines ersten Stroms durch den ersten Piezowiderstand; und einen zweiten Stromgenerator, der mit dem zweiten Piezowiderstand gekoppelt ist, zum Erzeugen eines zweiten Stroms durch den zweiten Piezowiderstand.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 19, bei dem eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom gemäß einer erwarteten Beziehung zwischen der Dehnung des Substrats in der ersten Richtung und der Dehnung des Substrats in der zweiten Richtung ausgewählt ist, wenn das Substrat einem Temperaturausschlag unterworfen ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, bei dem die Rückkopplungsschaltung ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Verstärker, der eine erste Verstärkung hat und der zwischen den ersten Piezowiderstand und die Kombinierschaltung gekoppelt ist; und einen zweiten Verstärker, der eine zweite Verstärkung hat und der zwischen den zweiten Piezowiderstand und die Kombinierschaltung gekoppelt ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 21, bei dem eine vorbestimmte Beziehung zwischen der ersten Verstärkung und der zweiten Verstärkung gemäß einer erwarteten Beziehung zwischen der Dehnung des Substrats in der ersten Richtung und der Dehnung des Substrats in der zweiten Richtung, wenn das Substrat einem Temperaturausschlag unterworfen ist, ausgewählt ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, mit ferner einem Stromleiter nahe mindestens entweder dem ersten oder dem zweiten Piezowiderstand, wobei der Stromleiter zum Erzeugen eines zweiten Magnetfelds dient, wobei das erste und das zweite piezoelektrische Ausgangssignal, die jeweils durch den ersten und den zweiten Piezowiderstand erzeugt werden, ferner auf das zweite Magnetfeld ansprechen.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, mit ferner einer Temperaturschwellenschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf eine Temperatur, die oberhalb einer Temperaturschwelle ist, ein Temperaturfreigabesignal zu erzeugen, wobei ausgewählte Abschnitte der Rückkopplungsschaltung abhängig von einem Zustand des Temperaturfreigabesignals ein- oder ausschalten.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 16, mit ferner einer Einschaltschaltung, die konfiguriert ist, um ansprechend darauf ein Einschaltfreigabesignal zu erzeugen, dass der Magnetfeldsensor eingeschaltet ist, wobei ausgewählte Abschnitte der Rückkopplungsschaltung abhängig von einem Zustand des Einschaltfreigabesignals ein- oder ausschalten.