DE3727125A1 - Verfahren zur kompensation von spannungsvariationen eines magnetoresistiven brueckenelements - Google Patents

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.

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.

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.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kompensation solcher Spannungsvariationen und zur Bereitstellung symmetrischer Ausgangsimpulse mit einem konstanten Tastverhältnis.

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.

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.

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.

Eine besonders einfache Integration erzielt man dadurch, daß als Integrator ein Kondensator mit großer Kapazität eingesetzt ist.

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.

Eine Schaltung nach der Erfindung wird im folgenden unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellt

Fig. 1 ein Schaltbild und

Fig. 2 ein Spannungsdiagramm.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

1. Verfahren zur Kompensation von Spannungsvariationen eines ma­ gnetoresistiven Brückenelements, wobei die Brückausgangsspannung mit einem Operationsverstärker verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Brückenelements mit dem Mittelwert der Brückenausgangsspannung verglichen wird und daß jeweils beim Durch­ gang der Brückenausgangsspannung durch den Mittelwert der Pegel des Ausgangswertes der Vergleichsoperation umgeschaltet wird.

2. Schaltung zur Kompensation von Spannungsvariationen eines ma­ gnetoresistiven Brückenelements zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Brückenelements (MRS) mit einem Eingang eines Operationsverstärkers (OP 2) und der Aus­ gang eines an den Brückenausgang angeschalteten Integrators mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (OP 2) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrator ein Kondensator (C 4) mit großer Kapazität eingesetzt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einen Zweig für die Brückenausgangsspannung ein Opera­ tionsverstärker (OP 1) als Impedanzwandler eingefügt ist.