DE3727125A1

DE3727125A1 - Method for compensating voltage variations in a magneto-resistive bridge element

Info

Publication number: DE3727125A1
Application number: DE19873727125
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Esser
Original assignee: AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1987-08-14
Publication date: 1989-02-23

Abstract

In the method, the bridge output voltage is amplified by means of an operational amplifier. The technical problem is the provision of a method for compensating such voltage variations and for providing symmetrical output pulses with a constant sampling ratio. The output voltage of the bridge element is compared with the average value of the bridge output voltage and, whenever the bridge output voltage passes through the average value, the level of the output value of the comparison operation is reversed. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Span nungsvariationen eines magnetoresistiven Brückenelements, wobei die Brückenausgangsspannung mit einem Operationsverstärker verstärkt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for compensating chip Variations of a magnetoresistive bridge element, the Bridge output voltage amplified with an operational amplifier becomes. The invention also relates to a circuit for carrying it out this procedure.

Magnetoresistive Brückenelemente werden zur Positionsmessung, zur Bewegungsmessung, insbesondere zur Messung der Winkelstellung von rotierenden Teilen wie Zahnräder oder dergleichen eingesetzt. Es ist auch bereits bekannt, durch eine besondere Aufarbeitung der Ausgangs signale des Brückenelements eine Erkennung der Drehrichtung durchzu führen.Magnetoresistive bridge elements are used for position measurement, for measuring movement, in particular for measuring the angular position of rotating parts such as gears or the like are used. It is already known, through a special processing of the output signals of the bridge element to detect the direction of rotation to lead.

Derartige magnetoresistive Brückenelemente zeigen Spannungsva riationen aufgrund von Temperaturänderungen, von Einstellungsvariatio nen, von Unterschieden der magnetischen Kennwerte der jeweils zu mes senden Teile. Derartige Spannungsvariationen können auch von weiteren Einflußgrößen herrühren. Diese Spannungsvariationen bewirken eine Än derung der Empfindlichkeit und/oder der Schaltschwelle, die zur Aus wertung der Brückenausgangsspannung verwendet wird. Insbesondere, wenn die Brückenausgangsspannung digitalisiert wird, ergeben sich unerwünschte Änderungen des Tastverhältnisses der Ausgangsimpulse. In extremen Fällen kann durch solche Spannungsvariationen eine Erkennung des Meßsignals unmöglich sein.Such magnetoresistive bridge elements show voltage va rations due to temperature changes, from setting variations NEN, of differences in the magnetic characteristics of each to be measured send parts. Such voltage variations can also be used by others Influencing factors come from. These variations in tension cause a change change in sensitivity and / or switching threshold that leads to the off evaluation of the bridge output voltage is used. In particular, if the bridge output voltage is digitized, the result unwanted changes in the duty cycle of the output pulses. In Extreme cases can be detected by such voltage variations of the measurement signal may be impossible.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kompensation solcher Spannungsvariationen und zur Bereitstellung symmetrischer Ausgangsimpulse mit einem konstanten Tastverhältnis.The object of the invention is to provide a method to compensate for such voltage variations and to provide them symmetrical output pulses with a constant duty cycle.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausgangsspannung des Brückenelements mit dem Mittelwert der Brücken ausgangsspannung verglichen wird und daß jeweils beim Durchgang der Brückenausgangsspannung durch den Mittelwert der Pegel des Ausgangs wertes der Vergleichsoperation umgeschaltet wird.This object is achieved according to the invention in that the Output voltage of the bridge element with the average value of the bridges output voltage is compared and that each time the Bridge output voltage by the mean of the level of the output value of the comparison operation is switched.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Schwellenspannung zum Vergleich mit der Brückenausgangsspan nung durch Integration aus der Brückenausgangsspannung gewonnen wird. Die Schwellenspannung ist also bei Anwendung einer großen Halbwert zeit für die Integration genau der Mittelwert der Brückenausgangsspan nung. Infolgedessen beeinflussen Spannungsvariationen den Umschalt punkt, der für die Auswertung der Brückenausgangsspannung maßgeblich ist, nicht. Es ist so möglich, genau symmetrische Ausgangsimpulse zu erzeugen, die für eine weitere Verarbeitung in logischen Schaltkrei sen erforderlich sind.The invention differs from the prior art in that than the threshold voltage for comparison with the bridge output chip voltage through integration from the bridge output voltage. The threshold voltage is therefore when using a large half value time for the integration exactly the mean value of the bridge output chip nung. As a result, voltage variations affect switching point which is decisive for the evaluation of the bridge output voltage is not. It is thus possible to produce exactly symmetrical output pulses generate that for further processing in logic circuitry are required.

Eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfin dung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Brückenelements mit einem Eingang eines Operationsverstärkers und der Ausgang eines an den Brückenausgang angeschalteten Integrators mit dem zweiten Ein gang des Operationsverstärkers verbunden ist.A circuit for performing the method according to the Erfin manure is characterized in that the output of the bridge element with an input of an operational amplifier and the output of a integrator connected to the bridge output with the second on gear of the operational amplifier is connected.

Eine besonders einfache Integration erzielt man dadurch, daß als Integrator ein Kondensator mit großer Kapazität eingesetzt ist.A particularly simple integration is achieved by the fact that Integrator a capacitor with a large capacity is used.

Eine sichere Auswertung beider Spannungen wird dadurch erzielt, daß mindestens in einen Zweig für die Brückenausgangsspannung ein Ope rationsverstärker als Impedanzwandler eingefügt ist. Insbesondere ist der Operationsverstärker in den die Ausgangsspannung des Brückenele ments integrierenden Zweig eingefügt.A reliable evaluation of both voltages is achieved that at least one branch for the bridge output voltage is an ope ration amplifier is inserted as an impedance converter. In particular is the operational amplifier into the the output voltage of the bridge ele integrating branch inserted.

Eine Schaltung nach der Erfindung wird im folgenden unter Bezug nahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstelltA circuit according to the invention is hereinafter referred to Taking explained on the drawings, in which represents

Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 1 is a circuit diagram and

Fig. 2 ein Spannungsdiagramm. Fig. 2 is a voltage diagram.

Ein magnetoresistives Brückenelement MRS enthält vier magnetore sistive Schichtwiderstände in einer Brückenanordnung. An die Anschluß punkte 1 und 3 wird die Betriebsspannung angeschaltet. An den An schlußpunkten 2 und 4 stehen Brückenausgangsspannungen zur Verfügung. Es kann sich auch um eine Voll- oder Halbbrückenschaltung handeln. Die Brückenausgangsspannungen haben eine gegenseitige Phasenverschie bung, so daß eine Erkennung einer Bewegungsrichtung möglich ist, wenn sich ein magnetisch aktiver Körper an dem Brückenelement MRS vorbei bewegt.A magnetoresistive bridge element MRS contains four magnetoresistive sheet resistors in a bridge arrangement. At the connection points 1 and 3 , the operating voltage is switched on. At the connection points 2 and 4 , bridge output voltages are available. It can also be a full or half-bridge circuit. The bridge output voltages have a mutual phase shift, so that detection of a direction of movement is possible when a magnetically active body moves past the bridge element MRS .

Die Brückenausgangsspannung weist unterschiedliche Größe auf, die einerseits von Exemplarstreuungen und andererseits von einem Lang zeitgang, wie einem Temperaturgang oder dergleichen abhängt. Zur Kom pensation dieser Variationen der Ausgangsspannung wird die Ausgangs spannung in folgender Weise verarbeitet.The bridge output voltage has different sizes, that on the one hand from specimen scatter and on the other hand from a long depends on time, such as a temperature response or the like. Com pensation of these variations in the output voltage becomes the output voltage processed in the following way.

Die Ausgangsspannung am Ausgang 4 des Brückenelements MRS wird über den Widerstand R 1 durch den Kondensator C 4 integriert. Ein Opera tionsverstärker OP 1 dient als Impedanzwandler. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP 1 liegt über einen Widerstand R 3 zur Ein stellung der Schaltschwelle als Schwellenspannung U 1 am invertieren den Eingang eines Operationsverstärkers OP 2 an. Die Ausgangsspannung U 2 des Brückenelements MRS liegt unmittelbar an dem nicht invertieren den Eingang des Operationsverstärkers OP 2 an.The output voltage at the output 4 of the bridge element MRS is integrated via the resistor R 1 through the capacitor C 4 . An OP 1 operational amplifier serves as an impedance converter. The output voltage of the operational amplifier OP 1 is present via a resistor R 3 for setting the switching threshold as a threshold voltage U 1 at the invert of the input of an operational amplifier OP 2 . The output voltage U 2 of the bridge element MRS is present directly at the non-inverting input of the operational amplifier OP 2 .

Der Integrator C 4 ist ein Kondensator mit großer Kapazität, so daß die Spannung U 1 im wesentlichen der Mittelwert der Brückenaus gangsspannung ist, siehe Fig. 2. Die Spannung U 1 dient als Schalt schwelle für den Operationsverstärker OP 2, so daß am Ausgang 7 des Operationsverstärkers OP 2 symmetrische Ausgangsimpulse zur Verfügung stehen. Der Widerstand R 5 sichert eine definierte Umschaltung des Aus gangs des Operationsverstärkers. Diese symmetrischen Ausgangsimpulse lassen sich in logischen Schaltungen und in digitalen Schaltungen in üblicher Weise weiterverarbeiten.The integrator C 4 is a capacitor with large capacitance, so that the voltage U 1 is essentially the average value of the bridge output voltage, see FIG. 2. The voltage U 1 serves as a switching threshold for the operational amplifier OP 2 , so that at the output 7 of the operational amplifier OP 2 symmetrical output pulses are available. The resistor R 5 ensures a defined switching of the output from the operational amplifier. These symmetrical output pulses can be further processed in a conventional manner in logic circuits and in digital circuits.

Da die Spannung U 1 im wesentlichen der Mittelwert der Brückenaus gangsspannung ist, ist die Schwellenspannung für die Umschaltschwelle immer der Mittelwert der Brückenausgangsspannung, so daß die Umschal tung des Operationsverstärkers OP 2 immer bei dem Mittelwert der Brückenausgangsspannung erfolgt, ohne daß Variationen der Spitzenspan nung die Umschaltschwelle beeinflussen.Since the voltage U 1 is essentially the mean value of the bridge output voltage, the threshold voltage for the switchover threshold is always the mean value of the bridge output voltage, so that the switching of the operational amplifier OP 2 always takes place at the mean value of the bridge output voltage without variations in the peak voltage Influence the switching threshold.

Das digitale Impulssignal UB stellt z. B. eine Folge von Zahnim pulsen dar, wenn das magnetoresistive Brückenelement MRS einem signie renden Zahnkranz gegenübersteht. Eine solche Schaltung ist z. B. bei einem Verbrennungsmotor möglich, wenn das magnetoresistive Brückenele ment zur Drehzahl- und Winkelmessung eines Zahnkranzes, der mit der Koppelwelle verbunden ist, eingesetzt wird.The digital pulse signal UB z. B. is a sequence of Zahnim pulses when the magnetoresistive bridge element MRS faces a signie-generating ring gear. Such a circuit is e.g. B. possible in an internal combustion engine if the magnetoresistive Brückenele element for speed and angle measurement of a ring gear, which is connected to the coupling shaft, is used.

Die beiden Brückenausgangsspannungen aus den Ausgangspunkten an den Anschlußpunkten 2 und 4 des Brückenelements werden in der be schriebenen Weise verarbeitet. Die entsprechenden Impulssignale wer den in einer bistabilen Schaltung V 2 zur Richtungserkennung verarbei tet.The two bridge output voltages from the starting points at the connection points 2 and 4 of the bridge element are processed in the manner described. The corresponding pulse signals are processed in a bistable circuit V 2 for direction detection.

Claims

1. A method for compensating for voltage variations of a magnetoresistive bridge element, the bridge output voltage being amplified with an operational amplifier, characterized in that the output voltage of the bridge element is compared with the mean value of the bridge output voltage and that each time the bridge output voltage is passed through the mean value of the level of Output value of the comparison operation is switched.

2. Circuit for compensation of voltage variations of a magnetoresistive bridge element for performing the method according to claim 1, characterized in that the output of the bridge element (MRS) with an input of an operational amplifier (OP 2 ) and the output of an integrator connected to the bridge output is connected to the second input of the operational amplifier (OP 2 ).

3. A circuit according to claim 2, characterized in that a capacitor (C 4 ) with large capacitance is used as the integrator.

4. Circuit according to claim 2 or 3, characterized in that at least in one branch for the bridge output voltage an Opera tion amplifier (OP 1 ) is inserted as an impedance converter.