Winkelsensor für die Messung des Winkels eines magnetischen WinkelgebersAngle sensor for measuring the angle of a magnetic encoder
[0001] Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor für die Messung des Winkels eines magnetischen Winkelgebers der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to an angle sensor for measuring the angle of a magnetic angle encoder of the type mentioned in the preamble of claim 1.
[0002] Für die kontaktlose Messung einer absoluten Winkelposition werden heute aus Gründen niedriger Kosten und hoher Zuverlässigkeit und Robustheit in zunehmenden Masse magnetischeFor the contactless measurement of an absolute angular position are magnetic increasingly for reasons of low cost and high reliability and robustness
Winkelgeber verwendet. Ein solcher Winkelgeber besteht aus einem Magneten, der auf einem drehbaren Körper montiert ist, sowie einem Sensor, der auf einem nicht rotierenden Körper montiert ist. Dreht sich der Magnet, so dreht sich das Magnetfeld am Ort des Sensors. Der Sensor bestimmt die Richtung des Magnetfeldes, die durch die Angabe eines Winkels α definiert ist, indem er zwei Komponenten des Magnetfeldes misst, die in der senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene liegen und orthogonal zueinander stehen, und aus den beiden Messwerten den Winkel berechnet. Der Sensor enthält dazu zwei Magnetfeldsensoren, wobei der erste Magnetfeldsensor ein elektrisches Signal liefert, das proportional zur Grosse B*sinα ist, und wobei der zweite Magnetfeldsensor ein elektrisches Signal liefert, das proportional zur Grosse B*cosα ist, wobei B die Stärke des Magnetfeldes bezeichnet. Die beiden Signale werden dann durch eine entsprechende Elektronik zu einem Signal weiterverarbeitet, welches dem absoluten Winkel α entspricht. Dieses Messprinzip hat den Vorteil, dass nur die Richtung, nicht aber die absolute Stärke des Magnetfeldes in die Winkelberechnung eingeht. Damit werden z.B. Temperaturdrifts der Empfindlichkeit des Sensors oder der Stärke des Magneten weitgehend unterdrückt. Die Signalweiterverarbeitung wird in der Regel in digitaler Form durch einen Mikrokontroller unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus wie z.B. dem CORDIC Algorithmus durchgeführt. Die Magnetfeldsensoren basieren auf dem Halleffekt oder auf dem magnetoresistiven Effekt. Die Technologie magnetoresistiver Sensoren ist allerdings nicht kompatibel mit der Halbleitertechnologie. Die Realisierung von Hall-Effekt basierten Sensoren in der weit verbreiteten CMOS Technologie, welche empfindlich parallel zur Chipoberfläche sind, kann auf zwei Arten erfolgen: Entweder durch Verwendung eines ferromagnetischen Flusskonzentrators, welcher die parallel zur Chipoberfläche verlaufenden magnetischen Feldlinien lokal in vertikal verlaufende Feldlinien umlenkt, so dass sie von üblichen horizontalen Hallelementen, welche im Halbleiterchip integriert sind, gemessen werden können, oder durch Verwendung von sogenannten vertikalen Hallelementen, die empfindHch sind auf ein Magnetfeld, das parallel zur Oberfläche des Halbleiterchips verläuft.Angle encoder used. Such an angle encoder consists of a magnet which is mounted on a rotatable body and a sensor which is mounted on a non-rotating body. If the magnet turns, the magnetic field turns at the location of the sensor. The sensor determines the direction of the magnetic field, which is defined by the specification of an angle α, by measuring two components of the magnetic field, which lie in the plane perpendicular to the axis of rotation and are orthogonal to one another, and calculates the angle from the two measured values. For this purpose, the sensor contains two magnetic field sensors, the first magnetic field sensor providing an electrical signal that is proportional to the size B * sinα, and the second magnetic field sensor providing an electrical signal that is proportional to the size B * cosα, where B is the strength of the magnetic field designated. The two signals are then further processed by appropriate electronics to form a signal which corresponds to the absolute angle α. This measuring principle has the advantage that only the direction but not the absolute strength of the magnetic field is included in the angle calculation. With this e.g. Temperature drifts of the sensitivity of the sensor or the strength of the magnet largely suppressed. The signal processing is usually carried out in digital form by a microcontroller using a suitable algorithm such as the CORDIC algorithm. The magnetic field sensors are based on the Hall effect or on the magnetoresistive effect. However, the technology of magnetoresistive sensors is not compatible with the semiconductor technology. The implementation of Hall-effect based sensors in the widespread CMOS technology, which are sensitive parallel to the chip surface, can be done in two ways: either by using a ferromagnetic flux concentrator, which locally deflects the magnetic field lines running parallel to the chip surface into vertical field lines, so that they can be measured by conventional horizontal Hall elements that are integrated in the semiconductor chip, or by using so-called vertical Hall elements that are sensitive to a magnetic field that runs parallel to the surface of the semiconductor chip.
[0003] Um aus den bei der Drehung des Magneten von den Hallelementen gemessenen Spannungen den Winkel α zu berechnen, werden die beiden Messwerten üblicherweise digitalisiert. Nach der Wandlung wird entweder der dem Messwert entsprechende Winkelwert aus einer Tabelle ausgelesen oder es wird ein iterativer Algorithmus zur Winkelberechnung herangezogen. Das erste Verfahren benötigt einen grossen und teuren Speicher, das zweite Verfahren benötigt viel Zeit, so dass die Messrate stark beschränkt ist. Dies stellt einen Nachteil dar, falls der Sensor in Anwendungen mit geschlossener
Regelschleife verwendet werden soll. Eine solche Anwendung ist z.B. die Regelung der Drosselklappenstellung im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors.In order to calculate the angle α from the voltages measured by the Hall elements when the magnet rotates, the two measured values are usually digitized. After the conversion, either the angle value corresponding to the measured value is read from a table or an iterative algorithm is used to calculate the angle. The first method requires a large and expensive memory, the second method takes a lot of time, so that the measurement rate is very limited. This is a disadvantage if the sensor is used in closed applications Control loop should be used. One such application is the regulation of the throttle valve position in the intake manifold of an internal combustion engine.
[0004] Ein Sensor für die Detektion der Richtung eines Magnetfeldes mit einem Magnetfeldkonzentrator und mit horizontalen oder vertikalen Hallelementen ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 1182461 bekannt. Dieser Sensor kann als Winkelsensor verwendet werden. Die Information über den Winkel des magnetischen Winkelgebers muss ge äss einem der oben beschriebenen Verfahren bestimmt werden.A sensor for the detection of the direction of a magnetic field with a magnetic field concentrator and with horizontal or vertical Hall elements is known from the European patent application EP 1182461. This sensor can be used as an angle sensor. The information about the angle of the magnetic angle encoder must be determined according to one of the methods described above.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelsensor zu entwickeln, bei dem die Bestimmung des Winkels ohne aufwendige Operationen möglich ist und der sich deshalb auch für Anwendungen mit geschlossener Regelschleife eignet.The invention has for its object to develop an angle sensor in which the determination of the angle is possible without complex operations and which is therefore also suitable for applications with a closed control loop.
[0006] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.[0006] According to the invention, the stated object is achieved by the features of claim 1.
[0007] Die erfϊndungsgemässen Winkelsensoren sind ausgelegt für einen Winkelgeber mit einem vorgegebenen Messbereich. Der Messbereich ist definiert als Winkelbereich mit Endwerten von ßi und ß2. Der Einfachheit halber wird im folgenden der Messbereich bezogen auf einen Messbereich von 0° bis ß, d.h. es werden ßi = 0° und ß2 = ß gesetzt. Typische Messbereiche sind 0° bis 30°, 0° bis 60°, 0° bis 120°, unter Umständen 0° bis 150°. Der Winkel ß ist also typischerweise > 30° und < 180°. Der Winkelsensor umfasst einen Halbleiterchip mit zwei Magnetfeldsensoren, Logik-, Verstärker- und Auswerteschaltungen. Die Amplituden der Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren hängen von der Richtung des externen Magnetfeldes ab. Als Magnetfeldsensoren werden vorzugsweise in den Halbleiterchip integrierte Hallelemente verwendet, es können aber auch magnetoresistive oder andere magnetfeldempfindliche Sensoren verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf die Oberfläche des Halbleiterchips ein flacher r gförmiger oder scheibenförmiger Magnetfeldkonzentrator aus ferromagnetischem Material aufgebracht. Der Winkelsensor dient zur Bestimmung der Richtung des von einem externen magnetischen Winkelgeber erzeugten Magnetfeldes in der durch die Oberfläche des Halbleiterchips bzw. den flachen Magnetfeldkonzentrator definierten Ebene. Die Richtung des Magnetfeldes in dieser Ebene kann durch einen polaren Winkel α charakterisiert werden. Der Sensor ist charakterisiert durch zwei Messachsen, die sich in einem gemeinsamen Punkt schneiden. Die Messachsen sind durch je einen polaren Winkel ψi bzw. ψ2 definiert. Jeder Messachse ist ein Magnetfeldsensor zugeordnet. Die Zuordnung eines Magnetfeldsensors zu einer Messachse ist so definiert, dass das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors immer dann am grössten ist, wenn das externe Magnetfeld parallel zu seiner Messachse verläuft. Erfindungsgemäss stehen die beiden Messachsen nicht orthogonal aufeinander, sondern schliessen einen von 90° verschiedenen Winkel ein, d.h. es ist | ψi - ψ2 1 ≠ 90°. Der Winkel α wird aus den Ausgangssignalen Ui und U2 der beiden Magnetfeldsensoren gewonnen, wobei
dies eine Division der beiden Ausgangssignale Uj und U2 einschliesst, d.h. die Division — - oder die "ι[0007] The angle sensors according to the invention are designed for an angle transmitter with a predetermined measuring range. The measuring range is defined as an angular range with end values of ßi and ß2. For the sake of simplicity, the measuring range is based on a measuring range from 0 ° to ß, ie ßi = 0 ° and ß 2 = ß. Typical measuring ranges are 0 ° to 30 °, 0 ° to 60 °, 0 ° to 120 °, under certain circumstances 0 ° to 150 °. The angle β is therefore typically> 30 ° and <180 °. The angle sensor comprises a semiconductor chip with two magnetic field sensors, logic, amplifier and evaluation circuits. The amplitudes of the output signals of the magnetic field sensors depend on the direction of the external magnetic field. Hall elements integrated in the semiconductor chip are preferably used as magnetic field sensors, but magnetoresistive or other magnetic field sensitive sensors can also be used. In a preferred embodiment, a flat, circular or disk-shaped magnetic field concentrator made of ferromagnetic material is applied to the surface of the semiconductor chip. The angle sensor serves to determine the direction of the magnetic field generated by an external magnetic angle transmitter in the plane defined by the surface of the semiconductor chip or the flat magnetic field concentrator. The direction of the magnetic field in this plane can be characterized by a polar angle α. The sensor is characterized by two measuring axes that intersect at a common point. The measuring axes are each defined by a polar angle ψi or ψ 2 . A magnetic field sensor is assigned to each measuring axis. The assignment of a magnetic field sensor to a measuring axis is defined such that the output signal of the magnetic field sensor is always greatest when the external magnetic field runs parallel to its measuring axis. According to the invention, the two measuring axes are not orthogonal to one another, but instead form an angle different from 90 °, ie it is ψi - ψ 2 1 ≠ 90 °. The angle α is obtained from the output signals Ui and U 2 of the two magnetic field sensors, wherein this includes a division of the two output signals Uj and U 2 , ie the division - - or the "ι
Division — - , wobei das betragsmässig kleinere der beiden Ausgangssignale im Zähler und das U2 betragsmässig grössere der beiden Ausgangssignale im Nenner des Divisionsquotienten ist.Division - -, the smaller of the two output signals in the numerator and the larger of the two U 2 output signals in the denominator of the division quotient.
[0008] Die Erfindung schlägt zwei Lösungen vor für die Bestimmung der Winkel ψi und ψ2 der beiden Messachsen und die Ermittlung des Winkels α in Abhängigkeit des Winkels ß, der die Grosse des Messbereichs definiert.The invention proposes two solutions for the determination of the angles ψi and ψ 2 of the two measuring axes and the determination of the angle α as a function of the angle β, which defines the size of the measuring range.
[0009] Bei der ersten Lösung sind die Winkel ψi undψ2 gegeben durch ψi = +ß/2+δ und ψ2= 3ß/2-δ, wobei der Winkel δ einen Korrekturwinkel darstellt. Bei dieser Lösung ist der Winkel ψi der ersten Messachse (9) kleiner als der Winkel ß, während der Winkel ψ2 der zweiten Messachse (10) grösser als der Winkel ß ist. Der Winkel α wird durch eine Division der Ausgangssignale der den beiden Messachsen zugeordneten Magnetfeldsensoren ermittelt:
In the first solution, the angles ψi and ψ 2 are given by ψi = + ß / 2 + δ and ψ 2 = 3ß / 2-δ, the angle δ representing a correction angle. In this solution, the angle ψi of the first measuring axis (9) is smaller than the angle β, while the angle ψ 2 of the second measuring axis (10) is larger than the angle β. The angle α is determined by dividing the output signals of the magnetic field sensors assigned to the two measuring axes:
Der resultierende systematische Messfehler ist am kleinsten und damit die Linearität des Winkelsensors 1 am grössten, wenn der Korrekturwinkel δ = 0° beträgt. Die erste Lösung eignet sich für relativ kleine Messbereiche im Bereich ß = 15° bis ß = 45°, in Ausnahmefällen aber bis ß = 60° oder ß < 90°, da sonst der systematische Messfehler gross wird.The resulting systematic measurement error is the smallest and thus the linearity of the angle sensor 1 is greatest when the correction angle is δ = 0 °. The first solution is suitable for relatively small measuring ranges in the range ß = 15 ° to ß = 45 °, but in exceptional cases up to ß = 60 ° or ß <90 °, otherwise the systematic measurement error will be large.
[0010] Bei der zweiten Lösung sind die Winkel ψi undψ2 gegeben durch ψi = +ß/4+δ und ψ2 = 3ß/4-δ, wobei der Winkel δ einen Korrekturwinkel darstellt. Bei dieser Lösung sind die Winkel ψi und ψ2 der beiden Messachsen 9 und 10 kleiner als der Winkel ß. Der resultierende systematische Messfehler ist am kleinsten und damit die Linearität des Winkelsensors 1 am grössten, wenn der Korrekturwinkel δ bei kleinen Winkeln ß etwa δ = 0.0135 * ß und bei grösseren Winkeln ß etwa δ = 0.012 * ß beträgt. Die folgende Tabelle 1 enthält einige Werte für den für die Erzielung der grösstmöglichen Genauigkeit optimalen Winkel δ in Funktion des Winkels ß.In the second solution, the angles ψi and ψ 2 are given by ψi = + ß / 4 + δ and ψ 2 = 3ß / 4-δ, the angle δ representing a correction angle. In this solution, the angles ψi and ψ 2 of the two measuring axes 9 and 10 are smaller than the angle ß. The resulting systematic measurement error is the smallest and thus the linearity of the angle sensor 1 is greatest when the correction angle δ is approximately δ = 0.0135 * ß at small angles ß and approximately δ = 0.012 * ß at larger angles ß. The following Table 1 contains some values for the optimal angle δ as a function of the angle ß for achieving the greatest possible accuracy.
Der Winkel α wird aus den Ausgangssignalen wie folgt gebildet:
= — U, -* — ß fürUι < U2 U2 2 α = fürUi >U2. (2)
The angle α is formed from the output signals as follows: = - U, - * - ß forUι <U 2 U 2 2 α = forUi> U 2 . (2)
[0011] Der Vorteil der zweiten Lösung gegenüber der ersten Lösung besteht darin, dass für einen vorgegebenen Messbereich die Abweichung des ermittelten Winkels α vom tatsächlichen Winkel α', d.h. der Fehler, kleiner ist.The advantage of the second solution over the first solution is that for a given measuring range the deviation of the determined angle α from the actual angle α ', i.e. the mistake is smaller.
[0012] Bei der ersten Lösung ergibt sich mit der Wahl des Korrekturwinkels δ zu δ = 0° der kleinste systematische Fehler. Bei der zweiten Lösung ergibt sich mit der Wahl des Korrekturwinkels δ gemäss der Tabelle 1 der kleinste systematische Fehler. Die Grosse des Korrekturwinkels δ hat aber einen vergleichsweise grossen Einfluss auf die EmpfindHchkeit des Winkelsensors. Bei Anwendungen, bei denen der maximal zulässige Fehler grösser als der mit dem Wert δ gemäss der Tabelle 1 erreichte maximale systematische Fehler sein darf, ist es daher vorteilhaft, die Empfindlichkeit auf Kosten der Genauigkeit zu erhöhen. D.h. der Korrekturwinkel δ wird so gewählt, dass der maximale Fehler innerhalb des Messbereichs den maximal zulässigen systematischen Fehler erreicht. Bei einem Messbereich von ß = 60° erhält man bei der zweiten Lösung mit δ = 0.79° die höchste Genauigkeit, nämlich einen maximalen systematischen Fehler von 0.2% des Messwerts, die EmpfindHchkeit beträgt aber nur 0.84%/°. Mit δ = -11° erhält man eine kleinere Genauigkeit, nämlich einen maximalen systematischen Fehler von 1% des Messwerts, dafür aber eine deutlich höhere Empfindlichkeit von 1.5%/°.In the first solution, the choice of the correction angle δ to δ = 0 ° results in the smallest systematic error. In the second solution, the choice of the correction angle δ according to Table 1 results in the smallest systematic error. However, the size of the correction angle δ has a comparatively large influence on the sensitivity of the angle sensor. In applications in which the maximum permissible error may be greater than the maximum systematic error achieved with the value δ according to Table 1, it is therefore advantageous to increase the sensitivity at the expense of accuracy. That the correction angle δ is chosen so that the maximum error within the measuring range reaches the maximum permissible systematic error. With a measuring range of ß = 60 °, the second solution with δ = 0.79 ° gives the highest accuracy, namely a maximum systematic error of 0.2% of the measured value, but the sensitivity is only 0.84% / °. With δ = -11 ° you get a smaller accuracy, namely a maximum systematic error of 1% of the measured value, but a significantly higher sensitivity of 1.5% / °.
[0013] Die Ermittlung des Winkels α gemäss der Gleichung (1) bzw. den Gleichungen (2) erfolgt bevorzugt mit analoger Schaltungstechnik. Dies wird später anhand der Detailbeschreibung erläutert. Das Winkelsignal steht dann kontinuierlich zur Verfügung, was bei der Verwendung des Winkelsensors in einem geschlossenen Regelkreis vorteilhaft ist. Die Ermittlung des Winkels α kann aber auch auf digitale Art erfolgen, indem die beiden Ausgangssignale Ui und U2 digitalisiert und dann der Winkel α gemäss der Gleichung (1) bzw. den Gleichungen (2) berechnet wird.The determination of the angle α according to equation (1) or equations (2) is preferably carried out using analog circuitry. This will be explained later using the detailed description. The angle signal is then continuously available, which is advantageous when using the angle sensor in a closed control loop. However, the determination of the angle α can also be carried out digitally by digitizing the two output signals Ui and U 2 and then calculating the angle α according to equation (1) or equations (2).
[0014] Die Genauigkeit des ermittelten Winkels α kann noch erhöht werden, wenn der gemäss der Gleichung (1) bzw. den Gleichungen (2) ermittelte Wert mittels einer Kennlinie nachkorrigiert wird. Die Kennlinie ist vorzugsweise in Form einer Tabelle mit Wertepaaren (α, α") vorhanden, wobei jedem aus den Ausgangssignalen ermittelten Wert α der entsprechende korrekte Wert α' zugeordnet ist. Auf diese Weise kann der bei der erfindungsgemässen Anordnung und Auswertung resultierende systematische Messfehler wieder eliminiert werden. Dies ist sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Lösung interessant.
[0015] Als Magnetfeldsensoren eignen sich insbesondere Hallelemente, da sie in den Halbleiterchip integriert werden können. Hallelemente, die empfindlich auf ein parallel zur Oberfläche des Halbleiterchips verlaufendes Magnetfeld sind, werden als "vertikale" Hallelemente bezeichnet. Hallelemente, die empfindlich auf ein senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterchips verlaufendes Magnetfeld sind, werden als "horizontale" Hallelemente bezeichnet.The accuracy of the determined angle α can be increased if the value determined according to equation (1) or equations (2) is corrected by means of a characteristic curve. The characteristic curve is preferably present in the form of a table with pairs of values (α, α "), with each value α determined from the output signals being associated with the corresponding correct value α ' This is interesting for both the first and the second solution. Hall elements are particularly suitable as magnetic field sensors, since they can be integrated into the semiconductor chip. Hall elements that are sensitive to a magnetic field running parallel to the surface of the semiconductor chip are referred to as "vertical" Hall elements. Hall elements that are sensitive to a magnetic field running perpendicular to the surface of the semiconductor chip are referred to as "horizontal" Hall elements.
[0016] Der Winkelsensor kann mit oder ohne Magnetfeldkonzentrator ausgebildet sein. Wenn der Winkelsensor ohne Magnetfeldkonzentrator ausgebildet ist, dann müssen die Magnetfeldsensoren auf ein Magnetfeld empfindlich sein, das parallel zur Oberfläche des Halbleiterchips gerichtet ist. Die Magnetfeldsensoren, die zu verschiedenen Messachsen gehören, unterscheiden sich dann in ihrer Ausrichtung im Halbleiterchip. In diesem Fall werden vertikale Hallelemente eingesetzt. Wenn der[0016] The angle sensor can be designed with or without a magnetic field concentrator. If the angle sensor is designed without a magnetic field concentrator, then the magnetic field sensors must be sensitive to a magnetic field which is directed parallel to the surface of the semiconductor chip. The magnetic field sensors that belong to different measuring axes then differ in their alignment in the semiconductor chip. In this case, vertical Hall elements are used. If the
Winkelsensor mit einem flachen, ring- oder scheibenförmigen Magnetfeldkonzentrator versehen ist, dann sind die Magnetfeldsensoren entlang des Randes des Magnetfeldkonzentrators anzuordnen, wo die Feldstärke des Magnetfeldes am grössten ist. In diesem Fall können sowohl horizontale wie vertikale Hallelemente eingesetzt werden. Horizontale Hallelemente sind unterhalb des äusseren Randes des Magnetfeldkonzentrators anzuordnen. Die Orientierung eines horizontalen Hallelementes bezügUch der ihm zugeordneten Messachse spielt keine Rolle. Vertikale Hallelemente sind ausserhalb des äusseren Randes des Magnetfeldkonzentrators anzuordnen. Das vertikale Hallelement ist bezüglich der ihm zugeordneten Messachse auszurichten.If the angle sensor is provided with a flat, ring-shaped or disk-shaped magnetic field concentrator, then the magnetic field sensors are to be arranged along the edge of the magnetic field concentrator, where the field strength of the magnetic field is greatest. In this case, both horizontal and vertical Hall elements can be used. Horizontal Hall elements are to be arranged below the outer edge of the magnetic field concentrator. The orientation of a horizontal Hall element with respect to the measuring axis assigned to it does not matter. Vertical Hall elements are to be arranged outside the outer edge of the magnetic field concentrator. The vertical Hall element must be aligned with the measuring axis assigned to it.
[0017] Wie bereits oben dargelegt wurde, enthält der Winkelsensor zwei Magnetfeldsensoren, denen je eine Messachse gemäss der Massgabe zugeordnet ist, dass das Ausgangssignal des erstenAs already explained above, the angle sensor contains two magnetic field sensors, each of which is assigned a measuring axis according to the proviso that the output signal of the first
Magnetfeldsensors betragsmässig am grössten ist, wenn die Richtung des vom Winkelgeber in der Ebene erzeugten Magnetfeldes parallel zur ersten Messachse verläuft, und dass das Ausgangssignal des zweiten Magnetfeldsensors betragsmässig am grössten ist, wenn die Richtung des vom Winkelgeber in der Ebene erzeugten Magnetfeldes parallel zur zweiten Messachse verläuft. Ein solcher Magnetfeldsensor kann aus einem oder mehreren Sensorelementen bestehen, die auf der zugeordneten Messachse liegen. Ein solcher Magnetfeldsensor kann aber auch aus mehreren Sensorelementen bestehen, die symmetrisch um die Messachse verteilt angeordnet sind und aus deren einzelnen Ausgangssignalen das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors gebildet wird. Wenn beispielsweise die Lage der Messachse durch den Winkel ψ= 60° definiert ist, dann kann zum Beispiel ein Sensorelement auf einer Achse, die durch den Winkel ψ = 50° definiert ist, und ein zweites Sensorelement auf einer Achse, die durch den Winkel ψ = 70° definiert ist, angeordnet sein.The magnitude of the magnetic field sensor is greatest when the direction of the magnetic field generated by the angle encoder in the plane runs parallel to the first measuring axis, and that the output signal of the second magnetic field sensor is largest in terms of amount when the direction of the magnetic field generated by the angle encoder in the plane is parallel to the second measuring axis runs. Such a magnetic field sensor can consist of one or more sensor elements which lie on the assigned measuring axis. However, such a magnetic field sensor can also consist of several sensor elements which are arranged symmetrically around the measuring axis and from whose individual output signals the output signal of the magnetic field sensor is formed. For example, if the position of the measuring axis is defined by the angle ψ = 60 °, then, for example, a sensor element on an axis, which is defined by the angle ψ = 50 °, and a second sensor element on an axis, which is defined by the angle ψ = 70 ° is defined.
[0018] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 einen Winkelsensor gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Diagramm, Fig. 3 einen Winkelsensor gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig.4 eine Schaltung zur Bildung des Verhältnisses der Ausgangsspannungen von zwei Hallelementen, und Fig. 5 eine weitere Schaltung.1 shows an angle sensor according to a first exemplary embodiment, 2 shows a diagram, FIG. 3 shows an angle sensor according to a second exemplary embodiment, FIG. 4 shows a circuit for forming the ratio of the output voltages of two Hall elements, and FIG. 5 shows another circuit.
[0019] Die Fig. 1 zeigt in Aufsicht und schematisch einen Winkelsensor 1 , der für einen Messbereich von 0° bis ß = 60° ausgelegt ist. Der Winkelsensor 1 besteht aus einem Halbleiterchip 2, auf dessen Oberfläche ein flacher, scheibenförmiger Magnetfeldkonzentrator 3 aufgebracht ist. Der Winkelsensor 1 dient zur Messung der Richtung eines von einem Magneten 4 erzeugten Magnetfeldes in der durch den Magnetfeldkonzentrator 3 definierten Ebene. In diesem Beispiel ist der Magnet 4 in Richtung seiner langen Achse magnetisiert. Der Magnet 4 ist relativ zum Winkelsensor um eine das Zentrum des Magnetfeldkonzentrators 3 senkrecht durchstossende Achse 5 drehbar angeordnet, wobei die Drehlage des Magneten 4 durch den Winkel α definiert ist. Der Winkelsensor 1 und der Magnet 4 bilden zusammen einen Winkelgeber. Der Halbleiterchip 2 weist zwei Magnetfeldsensoren 6 und 7 auf, die im Bereich des Randes 8 des Magnetfeldkonzentrators 3 angeordnet sind. Die Lage der beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7 bezügUch des Messbereichs ist gegeben durch die beiden Winkel ψi = +ß/2 = 30° und ψ2= 3ß/2 = 90°. Die beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7 definieren zwei Messachsen 9 bzw. 10, die sich auf der Achse 5 schneiden und deren Lage durch die Winkel ψibzw. ψ2 definiert ist. Die Stärke des Magnetfeldes am Ort der beiden Magnetfeldsensoren 6 bzw. 7 ist gegeben durch:
B2 = ki *B *cos(ψ2 - α) (4), wobei die Grosse ki eine von der Geometrie des Magnetfeldkonzentrators 3 abhängige Konstante und die Grosse B die Stärke des Magnetfeldes bezeichnen. FaUs kein Magnetfeldkonzentrator vorhanden ist, dann ist ki = 1. Die Ausgangssignale Ui und U2 des ersten bzw. zweiten Magnetfeldsensors 6 bzw. 7 sind gegeben durch: Uι = k2*Bj (5) U2 = k2*B2 (6), wobei die Grosse k2 eine von den Eigenschaften der Magnetfeldsensoren abhängige Konstante ist. Das Ausgangssignal des ersten Magnetfeldsensors 6 ist also betragsmässig am grössten, wenn das vom Magneten 4 erzeugte Magnetfeld parallel zur Messachse 9 verläuft. Das Ausgangssignal des zweiten Magnetfeldsensors 7 ist betragsmässig am grössten, wenn das Magnetfeld parallel zur Messachse 10 verläuft. Der Winkel α ist eine annähernd lineare Funktion des Verhältnisses B2 B1. Die Information über den Winkel α kann deshalb gewonnen werden durch eine Division der Ausgangssignale Uj und U2 der beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7: α = _2-* ß (7). U,
[0020] Die Fig. 2 zeigt gemessene Werte 11 des Winkels α in Funktion des tatsächhch vom Magneten 4 eingenommenen Winkels α' im Messbereich von 0° bis ß = 60°. Die gemessenen Werte 11 Hegen annähernd auf einer Geraden 12. Die folgende TabeUe 2 gibt einen Überblick über die erreichbare Genauigkeit. Als maximaler Fehler oder maximale NichtHnearität ist der absolute Wert der grössten Differenz zwischen dem gemessenen Winkel α und dem tatsächlichen Winkel α' innerhalb des Messbereichs bezeichnet.1 shows in top view and schematically an angle sensor 1 which is designed for a measuring range from 0 ° to β = 60 °. The angle sensor 1 consists of a semiconductor chip 2, on the surface of which a flat, disk-shaped magnetic field concentrator 3 is applied. The angle sensor 1 is used to measure the direction of a magnetic field generated by a magnet 4 in the plane defined by the magnetic field concentrator 3. In this example, the magnet 4 is magnetized in the direction of its long axis. The magnet 4 is arranged such that it can be rotated relative to the angle sensor about an axis 5 perpendicularly penetrating the center of the magnetic field concentrator 3, the rotational position of the magnet 4 being defined by the angle α. The angle sensor 1 and the magnet 4 together form an angle sensor. The semiconductor chip 2 has two magnetic field sensors 6 and 7, which are arranged in the region of the edge 8 of the magnetic field concentrator 3. The position of the two magnetic field sensors 6 and 7 with respect to the measuring range is given by the two angles ψi = + ß / 2 = 30 ° and ψ 2 = 3ß / 2 = 90 °. The two magnetic field sensors 6 and 7 define two measuring axes 9 and 10, which intersect on the axis 5 and their position by the angle ψibzw. ψ 2 is defined. The strength of the magnetic field at the location of the two magnetic field sensors 6 and 7 is given by: B 2 = ki * B * cos (ψ 2 - α) (4), the size ki denoting a constant dependent on the geometry of the magnetic field concentrator 3 and the size B the strength of the magnetic field. If there is no magnetic field concentrator, then ki = 1. The output signals Ui and U 2 of the first and second magnetic field sensors 6 and 7 are given by: Uι = k 2 * B j (5) U 2 = k 2 * B 2 (6), the size k 2 being a constant dependent on the properties of the magnetic field sensors. The magnitude of the output signal of the first magnetic field sensor 6 is greatest when the magnetic field generated by the magnet 4 runs parallel to the measuring axis 9. The amount of the output signal of the second magnetic field sensor 7 is greatest when the magnetic field runs parallel to the measuring axis 10. The angle α is an approximately linear function of the ratio B2 B1. The information about the angle α can therefore be obtained by dividing the output signals Uj and U 2 of the two magnetic field sensors 6 and 7: α = _ 2 - * ß (7). U, 2 shows measured values 11 of the angle α as a function of the angle α 'actually occupied by the magnet 4 in the measuring range from 0 ° to β = 60 °. The measured values 11 are approximately on a straight line 12. The following table 2 gives an overview of the achievable accuracy. The absolute error of the greatest difference between the measured angle α and the actual angle α 'within the measuring range is referred to as the maximum error or maximum non-hearance.
[0021] Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel sind die beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7 sogenannte horizontale Hauelemente 13 bzw. 14, deren empfindUche Zone unterhalb des Randes 8 des scheiben- förmigen Magnetfeldkonzentrators 3 angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren 6 und 7 können auch auf ihrer Messachse 9 bzw. 10 auf der diametral gegenüberHegenden Seite unterhalb des Randes 8 des Magnetfeldkonzentrators 3 angeordnet sein, nä Hch als horizontale HaUelemente 15 und 16. Da die Richtung des magnetischen Feldes an aneinander diametral gegenüberHegenden Positionen entgegengesetzt ist, Hefern die HaUelemente 13 und 15 eine betragsmässig gleiche Ausgangsspannung, aber mit unterschiedUchen Vorzeichen. Das gleiche gut für die HaUelemente 14 und 16. Der Magnetfeldsensor 6 besteht deshalb bevorzugt aus den beiden HaUelementen 13 und 15, wobei das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 6 aus der Differenz der Ausgangsspannungen der beiden HaUelemente 13 und 15 gebüdet ist, und der Magnetfeldsensor 7 besteht bevorzugt aus den beiden HaUelementen 14 und 16 und sein Ausgangssignal ist gebüdet aus der Differenz der Ausgangsspannungen der beiden HaUelemente 14 und 16.In the example shown in FIG. 1, the two magnetic field sensors 6 and 7 are so-called horizontal housings 13 and 14, the sensitive zone of which is arranged below the edge 8 of the disk-shaped magnetic field concentrator 3. The magnetic field sensors 6 and 7 can also be arranged on their measuring axis 9 or 10 on the diametrically opposite side below the edge 8 of the magnetic field concentrator 3, similarly as horizontal housing elements 15 and 16. Since the direction of the magnetic field is opposite in opposite diametrically opposite positions is, the housing elements 13 and 15 have the same output voltage in terms of amount, but with different signs. The same is good for the housing elements 14 and 16. The magnetic field sensor 6 therefore preferably consists of the two housing elements 13 and 15, the output signal of the magnetic field sensor 6 being composed of the difference in the output voltages of the two housing elements 13 and 15, and the magnetic field sensor 7 preferably exists from the two housing elements 14 and 16 and its output signal is composed of the difference in the output voltages of the two housing elements 14 and 16.
[0022] Die Fig. 3 zeigt in Aufsicht und schematisch einen Winkelsensor 1, der ebenfaUs für einen Messbereich von 0° bis ß = 60° ausgelegt ist und der gleich aufgebaut ist wie der in der Fig. 1 dargesteUte Winkelsensor 1. Der Unterschied besteht in der Auswahl der Lage der beiden Messachsen 9 und 10, auf denen die Magnetfeldsensoren 6 und 7 angeordnet sind, und im Verfahren für die Berechnung des Winkels α aus den Ausgangssignalen Ui und U2 der beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7. Die Lage der beiden Messachsen 9 und 10 ist gegeben durch die beiden Winkel ψi = +ß/4+δ = 15°+δ und ψ2 = 3ß/4-δ = 45°-δ. Der optimale Wert des Korrekturwinkels δ beträgt bei diesem Beispiel δ = 0.0132*60° = 0.79°. Damit erhält man ψi = 15.79° und ψ2= 44.21°. Die Ausgangssignale Ui und U2 des ersten bzw. zweiten Magnetfeldsensors 6 bzw. 7 sind wiederum gegeben durch: Ui = kj *k2*B*cos(ψι - α) (8) U2 = ki *k2*B*cos(ψ2 - α) (9).
Die Information über den Winkel α wird nun aus den Ausgangssignalen Ui und U2 der beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7 gewonnen gemäss der folgenden Vorschrift: = fürU2 < Uι U: 2
3 shows in top view and schematically an angle sensor 1, which is also designed for a measuring range from 0 ° to β = 60 ° and which is constructed in the same way as the angle sensor 1 shown in FIG. 1. The difference exists in the selection of the position of the two measuring axes 9 and 10 on which the magnetic field sensors 6 and 7 are arranged, and in the method for calculating the angle α from the output signals Ui and U 2 of the two magnetic field sensors 6 and 7. The position of the two measuring axes 9 and 10 is given by the two angles ψi = + ß / 4 + δ = 15 ° + δ and ψ 2 = 3ß / 4-δ = 45 ° -δ. The optimal value of the correction angle δ in this example is δ = 0.0132 * 60 ° = 0.79 °. This gives ψi = 15.79 ° and ψ 2 = 44.21 °. The output signals Ui and U 2 of the first and second magnetic field sensors 6 and 7 are again given by: Ui = kj * k 2 * B * cos (ψι - α) (8) U 2 = ki * k 2 * B * cos (ψ 2 - α) (9). The information about the angle α is now obtained from the output signals Ui and U 2 of the two magnetic field sensors 6 and 7 according to the following rule: = forU 2 <Uι U : 2
Die folgende TabeUe 3 gibt einen Überblick über die erreichbare Genauigkeit.The following TabeUe 3 gives an overview of the achievable accuracy.
[0023] Die erzielbare Genauigkeit ist am grössten, wenn die Winkel ψi und ψ2 der Messachsen 9 und 10 aufgrund der in der TabeUe angegebenen Werte für den Korrekturwinkel δ festgelegt werden. AUerdings ist die Verbesserung der Genauigkeit gegenüber der Ausführung mit δ = 0° relativ bescheiden. Es können also ohne grosse Minderung der Genauigkeit für die beiden Messachsen 9 und 10 die Winkel ψi = +ß/4 und ψ2= 3ß/4 verwendet werden. Obwohl der optimale Wert des Korrekturwinkels etwa δ = 0.013*ß beträgt, kann der Konekturwinkel δ auch etwas grösser oder kleiner gewählt werden.The achievable accuracy is greatest when the angles ψi and ψ 2 of the measuring axes 9 and 10 are determined on the basis of the values for the correction angle δ given in the table. However, the improvement in accuracy compared to the version with δ = 0 ° is relatively modest. The angles ψi = + ß / 4 and ψ 2 = 3ß / 4 can therefore be used for the two measuring axes 9 and 10 without a great reduction in accuracy. Although the optimal value of the correction angle is approximately δ = 0.013 * ß, the conical angle δ can also be chosen somewhat larger or smaller.
[0024] Die beiden Messachsen 9 und 10 sind symmetrisch bezügUch der durch den Winkel ß/2 definierten Achse angeordnet. Aus dieser Symmetrie ergibt sich, dass für U2 <Uι das Verhältnis U:_/Uι ein annähernd lineares Ausgangssignal ergibt, während für U2 > Ui das Verhältnis U]/U2 ein annähernd lineares Ausgangssignal ergibt. Die in den Gleichungen (10) definierte Vorschrift erzeugt ein im ganzen Messbereich annähernd lineares und stetiges Ausgangssignal.The two measuring axes 9 and 10 are arranged symmetrically with respect to the axis defined by the angle β / 2. From this symmetry it follows that for U 2 <Uι the ratio U: _ / Uι gives an approximately linear output signal, while for U 2 > Ui the ratio U] / U 2 gives an approximately linear output signal. The rule defined in equations (10) generates an approximately linear and continuous output signal in the entire measuring range.
[0025] Das Verhältnis U2/U1 kann mit analoger Schaltungstechnik gebüdet werden, wenn die beiden Magnetfeldsensoren 6 und 7 Hallelemente sind. Eine elektronische Schaltung für den Betrieb der beiden HaUelemente, die ein Ausgangssignal Ua erzeugt, das proportional zum Verhältnis WUi ist, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 1243897 beschrieben.The ratio U 2 / U 1 can be built with analog circuitry if the two magnetic field sensors 6 and 7 are Hall elements. An electronic circuit for the operation of the two HaU elements, which generates an output signal U a , which is proportional to the ratio WUi, is described in the European patent application EP 1243897.
[0026] Die Fig. 4 zeigt eine solche elektronische Schaltung, die das erste HaUelement 13 zur Messung der Komponente Bi und das zweite HaUelement 14 zur Messung der Komponente B2 aufweist. Die Division der gemessenen Komponenten des Magnetfeldes erfolgt analog, weü bei dieser Schaltung die HaUspannung des ersten HaUelementes 13 auf einen konstanten Wert geregelt und der durch das zweite HaUelement 14 fliessende Strom I2 proportional zu dem durch das erste Hallelement 13 fliessenden Strom Ii ist. Die Schaltung Hefert ein Ausgangssignal Ua entsprechend der Gleichung (7). Ein Masse-
Potential der Schaltung ist mit m bezeichnet. Die Schaltung umfasst:4 shows such an electronic circuit, which has the first housing element 13 for measuring the component Bi and the second housing element 14 for measuring the component B 2 . The measurement of the measured components of the magnetic field is carried out analogously, since in this circuit the housing voltage of the first housing element 13 is regulated to a constant value and the current I 2 flowing through the second housing element 14 is proportional to the current Ii flowing through the first Hall element 13. The circuit Hefert an output signal U a according to equation (7). A mass Potential of the circuit is denoted by m. The circuit includes:
- einen ersten Operationsverstärker 17, der die sich zwischen den beiden Spannungskontakten des ersten HaUelementes 13 einsteUende Hallspannung differentieU abgreift und bezügUch des Massepotentials m referenziert. Für die Ausgangsspannung Vi des ersten Operationsverstärkers 17 gut bei einem Verstärkungsfaktor von Eins: Vi = Sι*Iι*Bι, wobei Si die EmpfindHchkeit des ersten HaUelementes 13 bezeichnet.a first operational amplifier 17, which taps the Hall voltage differentieU established between the two voltage contacts of the first housing element 13 and references it with respect to the ground potential m. Good for the output voltage Vi of the first operational amplifier 17 with an amplification factor of one: Vi = Sι * Iι * Bι, where Si denotes the sensitivity of the first housing element 13.
- einen zweiten Operationsverstärker 18, der die sich zwischen den beiden Spannungskontäkten des zweiten HaUelementes 14 einstellende HaUspannung differentieU abgreift, verstärkt und bezügUch des Massepotentials m referenziert. Für die Ausgangsspannung V2 des zweiten Operationsverstärkers 18 gilt bei einem Verstärkungsfaktor von Eins: V2 = S2*I2*B2, wobei S2 die EmpfindHchkeit des zweiten HaUelementes 14 bezeichnet. Die Ausgangsspannung V2 des zweiten Operationsverstärkers 18 dient als Ausgangssignal Ua der Schaltung: Ua= V2. Da die beiden HaUelemente 13 und 14 paraUel geschaltet sind, ist der Strom It proportional zum Strom I2. Da die beiden HaUelemente 13 und 14 gleiche Eigenschaften aufweisen, gut Si = S2. - einen aus einem dritten Operationsverstärker 19, einem Widerstand R2 und einem Kondensator C gebüdeten PI-Regler, dessen invertierendem Eingang über einen ersten Widerstand Ri eine Referenzspannung -VRef und über einen zweiten, gleich grossen Widerstand Ri die Ausgangsspannung Vi des ersten Operationsverstärkers 17 zugeführt wird und dessen nicht invertierender Eingang mit der Masse m verbunden ist. Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers 19 speist je einen Stromkontakt des ersten und des zweiten HaUelementes 13 bzw. 14, während die anderen Stromkontakte der beiden HaUelemente 13 und 14 elektrisch verbunden und an eine SpannungsqueUe 20 mit einer bezügUch der Masse m negativen Speisespannung angeschlossen sind. Über die aus dem ersten HaUelement 13 und dem ersten Operationsverstärker 17 gebüdete Regelstrecke steUt sich Vi = VR^ ein. Durch Umformung der Gleichungen erhält man Ua = Vitsf * B^i = ω- * WUi.- A second operational amplifier 18, which taps, amplifies the reference voltage which occurs between the two voltage contacts of the second housing element 14, and references it with respect to the ground potential m. With an amplification factor of one, the following applies to the output voltage V 2 of the second operational amplifier 18: V 2 = S 2 * I 2 * B 2 , where S 2 denotes the sensitivity of the second housing element 14. The output voltage V 2 of the second operational amplifier 18 serves as the output signal U a of the circuit: U a = V 2 . Since the two housing elements 13 and 14 are connected, the current It is proportional to the current I 2 . Since the two housing elements 13 and 14 have the same properties, Si = S 2 is good. - A PI controller built up from a third operational amplifier 19, a resistor R 2 and a capacitor C, the inverting input of which is a reference voltage -V Ref via a first resistor Ri and the output voltage Vi of the first operational amplifier 17 via a second resistor Ri of the same size is supplied and its non-inverting input is connected to ground m. The output of the third operational amplifier 19 feeds one current contact each of the first and second housing elements 13 and 14, while the other current contacts of the two housing elements 13 and 14 are electrically connected and connected to a voltage source 20 with a supply voltage m negative in relation to ground. Vi = V R ^ is controlled via the controlled system composed of the first housing element 13 and the first operational amplifier 17. By transforming the equations one obtains U a = Vit s f * B ^ i = ω- * WUi.
[0027] Diese Schaltung kann auf einfache Weise erweitert werden, so dass die Information über den Winkel α gemäss Gleichung (10) mit analoger Schaltungstechnik gebüdet werden kann. Ein Beispiel einer solchen erweiterten Schaltung ist in der Fig. 5 gezeigt. Sie weist sechs Schalter auf, von denen drei mit dem Buchstaben A und drei mit dem Buchstaben B bezeichnet sind und deren Schaltzustand "geöffnet" oder "geschlossen" vom Verhältnis Vι/V2 abhängt, sowie einen Schaltkreis mit einem vierten Operationsverstärker 21 und zwei gleichen Widerständen R3. Der nicht invertierende Eingang des vierten Operationsverstärkers 21 ist mit der Masse m verbunden. Ist V2/V1 < 1, dann sind die mit A gekennzeichneten Schalter geschlossen und die mit B gekennzeichneten Schalter geöffnet. Der Schaltkreis mit dem vierten Operationsverstärker 21 wird umgangen. Am Ausgang der Schaltung liegt die Spannung Ua = VRef * V2 Vι = VR^ * WUI an. Ist V2/V1 > 1, dann sind die mit B gekennzeichneten Schalter geschlossen und die mit A gekennzeichneten Schalter geöffnet. Der Schaltkreis mit dem vierten Operationsverstärker 21 ist nun zwischen den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 18 und den
Ausgang geschaltet. Am Ausgang der Schaltung liegt die Spannung Ua = VRCΓ * (2-Vι/V2) =This circuit can be expanded in a simple manner, so that the information about the angle α according to equation (10) can be combined with analog circuitry. An example of such an extended circuit is shown in FIG. 5. It has six switches, three of which are designated by the letter A and three by the letter B and whose switching state "open" or "closed" depends on the ratio Vι / V 2 , and a circuit with a fourth operational amplifier 21 and two of the same Resistors R 3 . The non-inverting input of the fourth operational amplifier 21 is connected to ground m. If V2 / V1 <1, the switches marked A are closed and the switches marked B are open. The circuit with the fourth operational amplifier 21 is bypassed. The voltage U a = V Re f * V 2 Vι = V R ^ * WU I is present at the output of the circuit. If V2 / V1> 1, the switches marked B are closed and the switches marked A are open. The circuit with the fourth operational amplifier 21 is now between the output of the second operational amplifier 18 and the Output switched. At the output of the circuit is the voltage U a = V RCΓ * (2-Vι / V 2 ) =
VRef * (2-Uι/U2) an. Das Ausgangssignal Ua ist im Messbereich von 0° bis ß eine annähernd lineareV Ref * (2-Uι / U 2 ). The output signal U a is approximately linear in the measuring range from 0 ° to ß
Funktion des Winkels ct.: Ua = a + b * α (11), wobei die Konstanten a und b durch eine Eichmessung zu bestimmen sind. Die Steuersignale für die Steuerung der SteUung der Schalter werden beispielsweise mittels eines Komparators 22 erzeugt, dessen Ausgangssignal davon abhängt, welche der beiden Spannungen Vi und V2 die grössere ist. Ein logischer Inverter 23 sorgt dafür, dass die Steuersignale für die Schalter A und B zueinander invers sind. Die mit A' und B' bezeichneten Ausgänge des Komparators 22 bzw. des logischen Inverters 23 führen die Steuersignale für die Schalter A bzw. B. Das Ausgangssignal Ua kann bei Bedarf mittels eines A/D- Wandlers digitaHsiert werden, wobei die Referenzspannung VRef als Spannungsreferenz dient.
Function of the angle ct .: U a = a + b * α (11), whereby the constants a and b are to be determined by a calibration measurement. The control signals for controlling the control of the switches are generated, for example, by means of a comparator 22, the output signal of which depends on which of the two voltages Vi and V 2 is the larger. A logic inverter 23 ensures that the control signals for switches A and B are inverse to one another. The outputs of the comparator 22 and the logical inverter 23, designated A 'and B', carry the control signals for the switches A and B. The output signal U a can be digitized if necessary by means of an A / D converter, the reference voltage V Ref serves as a voltage reference.