DE102011017096A1

DE102011017096A1 - Hall-Sensor-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Betrieb des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE102011017096A1
Application number: DE102011017096A
Authority: DE
Inventors: Georg Röhrer
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-10-18
Also published as: US20140117983A1; WO2012140074A1; JP5878622B2; JP2014515823A; US9349943B2

Abstract

Hall-Sensor-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Betrieb des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes Das Hall-Sensor-Halbleiterbauelement weist eine Anordnung aus mindestens zwei Hall-Sensoren (1, 2) mit Signalanschlüssen (11, 13, 21, 23) und Versorgungsanschlüssen (12, 14, 22, 24) auf sowie ein Schaltnetzwerk, das in aufeinander folgenden Phasen die Positionen der Versorgungsanschlüsse variiert und die Hall-Sensoren in jeder Phase über die jeweiligen Signal anschlüsse in Reihe schaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hall-Sensor-Halbleiterbauelement mit hoher Empfindlichkeit bei niedriger Offset-Spannung sowie ein angepasstes Betriebsverfahren.
Der nach dem amerikanischen Physiker Edwin Herbert Hall (1855–1938) benannte Hall-Effekt tritt auf, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu einem elektrischen Strom vorhanden ist. Das Magnetfeld erzeugt in diesem Fall eine Potenzialdifferenz, die als Hall-Spannung bezeichnet wird, in einer Richtung, die sowohl senkrecht zu der Richtung des Magnetfeldes als auch zu der Richtung des Stromes verläuft. Durch eine Messung der Hall-Spannung ist es möglich, die Größe der betreffenden Komponente des Magnetfeldes zu bestimmen.
Ein zur Messung einer Hall-Spannung vorgesehener Hall-Sensor kann als Halbleiterbauelement realisiert werden. In dem Halbleiterbauelement kann auch eine Auswerteschaltung integriert sein, die zum Beispiel im Rahmen eines CMOS-Prozesses hergestellt werden kann. Wenn die Ebene des aktiven Bereiches, in dem der Betriebsstrom fließt und die Hall-Spannung auftritt, koplanar zur Oberseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, kann eine Hall-Spannung gemessen werden, die von einer senkrecht zu der Oberseite gerichteten Komponente des Magnetfeldes hervorgerufen wird. Wenn die Ebene des aktiven Bereiches senkrecht zur Oberseite, das heißt, vertikal innerhalb des Halbleiterkörpers, angeordnet ist, kann eine Hall-Spannung gemessen werden, die von einer parallel zu der Oberseite gerichteten Komponente des Magnetfeldes hervorgerufen wird.
Bei Hall-Sensor-Halbleiterbauelementen ist die erreichbare Empfindlichkeit durch die Mobilität der Ladungsträger in dem verwendeten Halbleitermaterial beschränkt. In Silizium liegt die maximale Empfindlichkeit eines Hall-Sensors, gemessen durch die Größe der Hall-Spannung bezogen auf die Stärke des Magnetfeldes und die Betriebsspannung, etwa bei 0,1/T. Andere Halbleitermaterialien bieten eine höhere Ladungsträgermobilität, sind aber für eine Integration des Hall-Sensors mit der Ansteuer- und Auswerteelektronik weniger geeignet.
In dem Lehrbuch von R. S. Popovic, „Hall Effect Devices", zweite Auflage, Institute of Physics Publishing, Bristol und Philadelphia 2004, wird in dem Abschnitt 5.1.4 auf den Seiten 241 und 242 die Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit behandelt. Auf den Seiten 261 bis 264 werden vertikale Hall-Bauelemente beschrieben. Auf den Seiten 280 bis 289 wird eine Reihe von Verfahren beschrieben, mit denen die Temperaturvariation kompensiert, die Offset-Spannung reduziert und frequenzabhängiges Rauschen unterdrückt wird. Dazu gehört auch das Verfahren der rotierenden Betriebsströme (Spinning-Current-Technik).
Weitere Verfahren zur Verbesserung der Betriebseigenschaften von Hall-Sensoren sind beschrieben in den Veröffentlichungen von R. S. Popovic: „A MOS Hall device free from short-circuit effect", Sensors and Actuators A5, 253–262 (1984), J.-B. Kammerer et al.: „Horizontal Hall Effect Sensor with High Maximum Absolute Sensitivity", IEEE Sensors Journal 3 (2003), L. Hébrard et al.: „A Chopper Stabilized Biasing Circuit Suitable for Cascaded Wheatstone-Bridge-Like Sensors", IEEE Transactions on Circuits and Systems 52 (2005), sowie in EP 0 667 648 A2 , WO 2005/017546 A1 , WO 2005/073744 A1 , US 6,064,202 A , WO 01/18556 A1 und EP 2 068 163 A2 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hall-Sensor-Halbleterbauelement mit hoher Empfindlichkeit und niedriger Offset-Spannung anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Hall-Sensor-Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen, insbesondere zugehörige Betriebsverfahren, ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem Hall-Sensor-Halbleiterbauelement ist eine Anordnung aus mindestens zwei Hall-Sensoren vorhanden, die mit getrennt voneinander schaltbaren elektrischen Anschlüssen versehen sind. Die für eine Messung einer Hall-Spannung verwendeten so genannten Spannungsanschlüsse, die hier als Signalanschlüsse bezeichnet werden sollen, werden in Reihe geschaltet, und die bei Auftreten eines Magnetfeldes hervorgerufene Hall-Spannung wird an den äußeren Anschlüssen dieser Reihenschaltung abgegriffen. Die zum Anlegen der Betriebsströme oder Betriebsspannungen vorgesehenen so genannten Stromanschlüsse, die hier als Versorgungsanschlüsse bezeichnet werden sollen, und die Reihenschaltung der Signalanschlüsse werden phasenweise durch Umschalten der Anschlussverbindungen geändert. Dies geschieht nach Art des für einzelne Hall-Sensoren an sich bekannten Verfahrens der rotierenden Betriebsströme (Spinning-Current-Technik), das für die Betriebsweise dieses Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes geeignet abgewandelt wird. Hierfür ist ein Schaltnetzwerk vorgesehen. Die Betriebsströme der einzelnen Hall-Sensoren haben vorzugsweise unterschiedliche Richtungen, und diese Richtungen können je nach Ausgestaltung des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes unterschiedliche Winkel einschließen.
Das Hall-Sensor-Halbleiterbauelement weist eine Anordnung aus mindestens zwei Hall-Sensoren mit Signalanschlüssen und Versorgungsanschlüssen auf sowie ein Schaltnetzwerk, das in aufeinander folgenden Phasen die Positionen der Versorgungsanschlüsse variiert und die Hall-Sensoren in jeder Phase über die jeweiligen Signalanschlüsse in Reihe schaltet.
In einem Ausführungsbeispiel des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes sind die Hall-Sensoren in einem Halbleiterkörper, der eine Oberseite aufweist, angeordnet und so ausgerichtet, dass eine zu der Oberseite parallele Magnetfeldkomponente gemessen wird. Die Hall-Sensoren sind insbesondere als vertikale Hall-Sensoren in dem Halbleiterkörper ausgebildet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die Stromquellen und Stromsenken bereitstellt. Voneinander getrennte Verbindungen sind zum Anschluss der Stromquellen und Stromsenken an die Versorgungsanschlüsse vorgesehen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes sind die Versorgungsanschlüsse der Hall-Sensoren für einen Zufluss und einen Abfluss von Betriebsströmen vorgesehen, und das Schaltnetzwerk verbindet in jeder Phase die für den Zufluss vorgesehenen Versorgungsanschlüsse und/oder die für den Abfluss vorgesehenen Versorgungsanschlüsse miteinander.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes besteht mindestens einer der Hall-Sensoren aus einer fest verdrahteten Schaltung mehrerer einzelner Hall-Sensoren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes sind die Versorgungsanschlüsse der Hall-Sensoren so angeordnet, dass Richtungen der Betriebsströme auch Winkel von 45°, 135°, 225° und/oder 315° einschließen können.
In einem Verfahren zum Betrieb des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes werden die Versorgungsanschlüsse der Hall-Sensoren in jeder der Phasen so geschaltet, dass die Richtungen der durch die Versorgungsanschlüsse fließenden Betriebsströme zwischen den gemäß der Reihenschaltung aufeinander folgenden Hall-Sensoren variieren.
In einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird eine gerade Anzahl von Hall-Sensoren verwendet, und die Versorgungsanschlüsse der Hall-Sensoren werden in jeder der Phasen so geschaltet, dass die Richtungen der Betriebsströme innerhalb zweier Gruppen, die dieselbe Anzahl von Hall-Sensoren umfassen, untereinander Winkel von 90°, 180° und/oder 270° einschließen, und die Richtungen der Betriebsströme zweier Hall-Sensoren, die zu verschiedenen dieser Gruppen gehören, jeweils einen Winkel von 45°, 135°, 225° oder 315° einschließen.
In einer weiteren Ausführungsform des Betriebsverfahrens findet zu jeder Phase eine frühere oder eine spätere Phase statt, in der die Stromanschlüsse umgepolt sind, so dass in jedem Hall-Sensor die Richtung des Betriebsstromes umgekehrt ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Betriebsverfahrens werden die Hall-Sensoren innerhalb der Reihenschaltung von Phase zu Phase permutiert.
In einer weiteren Ausführungsform des Betriebsverfahrens werden für die Betriebsströme Stromquellen und Stromsenken vorgesehen, und die Phasen werden mit permutierten Stromquellen und Stromsenken wiederholt.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes und der Betriebsverfahren anhand der beigefügten Figuren.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung aus zwei Hall-Sensoren.
2 zeigt die Anordnung gemäß der 1 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
3 zeigt die Anordnung gemäß der 2 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
4 zeigt die Anordnung gemäß der 3 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung aus vier Hall-Sensoren.
6 zeigt die Anordnung gemäß der 5 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
7 zeigt die Anordnung gemäß der 6 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
8 zeigt die Anordnung gemäß der 7 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung aus zwei Hall-Sensoren.
10 zeigt die Anordnung gemäß der 9 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
11 zeigt die Anordnung gemäß der 10 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
12 zeigt die Anordnung gemäß der 11 für eine nachfolgende Schaltungsphase.
13 zeigt ein Schaltungsschema einer Anordnung von Hall-Sensoren und weiteren Schaltungskomponenten.
14 zeigt ein Schema eines Halbleiterbauelementes mit vertikalen Hall-Sensoren.
15 zeigt ein Schema eines Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für zwei Hall-Sensoren.
16 zeigt ein Schema eines weiteren Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für vier Hall-Sensoren.
17 zeigt ein Schema eines weiteren Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für vier Hall-Sensoren.
18 zeigt ein Schema eines weiteren Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für vier Hall-Sensoren.
19 zeigt ein Schema eines Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für drei Hall-Sensoren.
20 zeigt ein Schema eines Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für acht Hall-Sensoren.
21 zeigt ein Schema eines Beispiels einer Richtungsanordnung der Betriebsströme für zwölf Hall-Sensoren.
22 zeigt verschiedene Schemata von Anordnungen aus zwei bis sechzehn Hall-Sensoren.
23 zeigt eine Anordnung aus zwei Hall-Sensoren für einen ersten Betriebsmodus.
24 zeigt eine Anordnung aus zwei Hall-Sensoren gemäß 23 für einen zweiten Betriebsmodus.
25 zeigt eine Anordnung aus zwei Hall-Sensoren gemäß 24 für einen dritten Betriebsmodus.
26 zeigt eine Anordnung aus vier Hall-Sensoren für einen Betriebsmodus gemäß 25.
27 zeigt ein Schaltungsschema für zwei Hall-Sensoren für eine erste Richtung der Betriebsströme.
28 zeigt das Schaltungsschema gemäß 27 für eine entgegengesetzte zweite Richtung der Betriebsströme.
Die 1 bis 4 zeigen schematisch Anordnungen aus zwei Hall-Sensoren 1, 2, die mittels elektrisch leitender Verbindungen 10 in Reihe geschaltet sind, für aufeinander folgende Phasen eines Betriebsverfahrens. Die Hall-Sensoren 1, 2 weisen jeweils vier Anschlüsse 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24 auf, von denen in jeder Betriebsphase zwei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse 12, 14, 22, 24 für die Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' und zwei Anschlüsse als Signalanschlüsse 11, 13, 21, 23 zum Abgreifen eines Signals, insbesondere einer auftretenden Hall-Spannung V₁/V₁', V₂/V₂', geschaltet werden. Für die Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' sind in diesem Ausführungsbeispiel Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' vorgesehen, die durch eine elektronische Schaltung bereitgestellt werden. Durch die unterschiedliche Schreibweise In beziehungsweise I_n' soll angedeutet werden, dass schaltungsbedingt möglicherweise eine geringe Fehlanpassung (mismatch) der zu demselben Betriebsstrom I₁/I₁', I₂/I₂' gehörenden Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' auftreten kann.
Die Hall-Sensoren 1, 2 sind in dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch bezüglich einer Rotation um 90°. Die vier Anschlüsse 11, 12, 13, 14 beziehungsweise 21, 22, 23, 24 sind entsprechend in zueinander um 90° gedrehten Richtungen angeordnet. Mindestens einer der Hall-Sensoren 1, 2 kann aus einer fest verdrahteten Schaltung mehrerer einzelner Hall-Sensoren bestehen. Die Hall-Sensoren 1, 2 können bei Ausführungsbeispielen insbesondere jeweils durch zwei oder mehr separate Hall-Sensoren gebildet werden, die parallel zueinander geschaltet werden, so dass die Signalanschlüsse und die Versorgungsanschlüsse der parallel geschalteten Hall-Sensoren in jeder Phase räumlich gegeneinander gedreht sind.
Ein erster Signalanschluss 11 des ersten Hall-Sensors 1 und ein zweiter Signalanschluss 23 des zweiten Hall-Sensors 2 befinden ich an den Enden der Reihenschaltung der Hall-Sensoren 1, 2 und sind zum Abgreifen eines Summensignals, insbesondere der in Reihe geschalteten Hall-Spannungen V₁/V₁', V₂/V₂', vorgesehen. Der zweite Signalanschluss 13 des ersten Hall-Sensors 1 ist mit dem ersten Signalanschluss 21 des zweiten Hall-Sensors 2 verbunden.
Jeder Hall-Sensor 1, 2 der Anordnung wird im Betrieb von eifern Betriebsstrom I₁/I₁', I₂/I₂' durchflossen. Die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' sind in den 1 bis 4 mit Pfeilen innerhalb der die Hall-Sensoren 1, 2 repräsentierenden Konturen angegeben. Die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' schließen jeweils einen von null verschiedenen Winkel zueinander ein. In dem in den 1 bis 4 gezeigten Beispiel beträgt dieser Winkel zwischen den Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' jeweils 90°. Es können jedoch auch andere Winkel vorgesehen sein. Es kann vorteilhaft sein, die Phasen mit permutierten Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' zu wiederholen, wodurch insbesondere eine vorhandene Fehlanpassung der Stromquellen I₁, I₂ an die Stromsenken I₁', I₂' zumindest teilweise kompensiert werden kann.
Die Schaltung der Anordnung ist in der 1 für eine erste Phase, in der 2 für eine auf die erste Phase folgende zweite Phase, in der 3 für eine auf die zweite Phase folgende dritte Phase und in der 4 für eine auf die dritte Phase folgende vierte Phase gezeigt. In den Phasen sind die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' im Vergleich zu der jeweils vorhergehenden Phase um 90° in mathematisch positivem Drehsinn gedreht. Eine Messung kann nach zwei Phasen, zum Beispiel gemäß den 1 und 2 oder gemäß den 2 und 3, abgeschlossen werden. Eine Messung kann aber auch alle gezeigten Phasen umfassen. Messungen mit zwei Phasen können schneller durchgeführt werden als Messungen mit vier Phasen, die jedoch unter Umständen bessere Ergebnisse liefern. Messungen mit zwei oder vier Phasen sind gegenüber Messungen mit drei Phasen bevorzugt. Zum Zweck einer weiteren Messung können die Phasen zyklisch wiederholt werden. Stattdessen kann die Abfolge der Phasen von Messung zu Messung wechseln.
Die Signalanschlüsse 11, 13, 21, 23 sind in jeder Phase derart verbunden, dass die in den Hall-Sensoren 1, 2 auftretenden Signale, insbesondere Hall-Spannungen V₁/V₁', V₂/V₂', addiert werden und ein Summensignal, insbesondere eine entsprechend hohe gesamte Hall-Spannung V₁/V₂', an den äußeren Signalanschlüssen 11, 23 der Reihenschaltung gemessen werden kann. Das bedeutet, dass beim Durchlaufen der die Reihenschaltung bildenden Verbindungen 10 von dem ersten Signalanschluss 11 des ersten Hall-Sensors 1 zu dem zweiten Signalanschluss 23 des zweiten Hall-Sensors 2 die Pfeile der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' in derselben Richtung durchquert werden, in dem gezeigten Beispiel in der Blickrichtung zur Pfeilspitze hin jeweils von rechts nach links, so dass sich die einzelnen Hall-Spannungen in der Reihenschaltung addieren. Das Messsignal kann eine Spannung oder ein Strom sein.
Die 5 bis 8 zeigen schematisch Anordnungen aus vier Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4, die mittels elektrisch leitender Verbindungen 10 in Reihe geschaltet sind, für aufeinander folgende Phasen eines Betriebsverfahrens. Die Schaltung der ersten beiden Hall-Sensoren 1, 2 entspricht in jeder Phase einer der 1 bis 4. Der dritte Hall-Sensor 3 und der Vierte Hall-Sensor 4 weisen wie der erste Hall-Sensor 1 und der zweite Hall-Sensor 2 jeweils vier Anschlüsse 31, 32, 33, 34 beziehungsweise 41, 42, 43, 44 auf, von denen in jeder Betriebsphase zwei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse 32, 34, 42, 44 für die Betriebsströme I₃/I₃', I₄/I₄' und zwei Anschlüsse als Signalanschlüsse 31, 33, 41, 43 zum Abgreifen eines Signals, insbesondere einer auftretenden Hall-Spannung V₃/V₃', V₄/V₄', geschaltet werden. Für die Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' sind auch in diesem Ausführungsbeispiel Stromquellen I₁, I₂, I₃, I₄ und Stromsenken I₁', I₂', I₃', I₄' vorgesehen, die durch eine elektronische Schaltung bereitgestellt werden.
Die Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 sind in dem in den 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch bezüglich einer Rotation um 90°. Die vier Anschlüsse 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44 sind entsprechend in zueinander um 90° gedrehten Richtungen angeordnet. Die Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 können bei Ausführungsbeispielen insbesondere jeweils durch zwei oder mehr separate Hall-Sensoren gebildet werden, die parallel zueinander geschaltet werden, so dass die Signalanschlüsse und die Versorgungsanschlüsse der parallel geschalteten Hall-Sensoren in jeder Phase räumlich gegeneinander gedreht sind.
Ein erster Signalanschluss 11 des ersten Hall-Sensors 1 und ein zweiter Signalanschluss 43 des vierten Hall-Sensors 4 befinden sich an den Enden der Reihenschaltung der Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 und sind zum Abgreifen eines Signals, insbesondere der in Reihe geschalteten Hall-Spannungen V₁/V₁', V₂/V₂', V₃/V₃', V₄/V₄', vorgesehen. Der zweite Signalanschluss 13 des ersten Hall-Sensors 1 ist mit dem ersten Signalanschluss 21 des zweiten Hall-Sensors 2 verbunden. Der zweite Signalanschluss 23 des zweiten Hall-Sensors 2 ist mit dem ersten Signalanschluss 31 des dritten Hall-Sensors 3 verbunden. Der zweite Signalanschluss 33 des dritten Hall-Sensors 3 ist mit dem ersten Signalanschluss 41 des vierten Hall-Sensors 4 verbunden.
Jeder Hall-Sensor 1, 2, 3, 4 der Anordnung wird im Betrieb von einem Betriebsstrom I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' durchflossen. Die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' sind in den 5 bis 8 mit Pfeilen innerhalb der die Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 repräsentierenden Konturen angegeben. Die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' schließen jeweils einen von null verschiedenen Winkel zueinander ein. In dem in den 5 bis 8 gezeigten Beispiel beträgt dieser Winkel zwischen den Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' jeweils 90°. Es können jedoch auch andere Winkel vorgesehen sein, und der Drehsinn kann entgegengesetzt sein oder auch, beispielsweise alternierend, wechseln.
Die Schaltung der Anordnung ist in der 5 für eine erste Phase, in der 6 für eine auf die erste Phase folgende zweite Phase, in der 7 für eine auf die zweite Phase folgende dritte Phase und in der 8 für eine auf die dritte Phase folgende vierte Phase gezeigt. In den Phasen sind die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄' im Vergleich zu der jeweils vorhergehenden Phase um 90° in mathematisch positivem Drehsinn gedreht. Es kann vorteilhaft sein, die Phasen mit permutierten Stromquellen I₁, I₂, I₃, I₄ und Stromsenken I₁', I₂', I₃', I₄' zu wiederholen, wodurch insbesondere eine vorhandene Fehlanpassung der Stromquellen I₁, I₂, I₃, I₄ an die Stromsenken I₁', I₂', I₃', I₄' zumindest teilweise kompensiert werden kann.
Die Signalanschlüsse 11, 13, 21, 23, 31, 33, 41, 43 werden in jeder Phase derart verbunden, dass die in den Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 auftretenden Signale, insbesondere Hall-Spannungen V₁/V₁', V₂/V₂', V₃/V₃', V₄/V₄', addiert werden und ein Summensignal, insbesondere eine entsprechend hohe gesamte Hall-Spannung V₁/V₄', an den äußeren Signalanschlüssen 11, 43 der Reihenschaltung gemessen werden kann. Eine Messung kann nach zwei Phasen, zum Beispiel gemäß den 5 und 6 oder gemäß den 6 und 7, abgeschlossen werden. Eine Messung kann aber auch alle gezeigten Phasen umfassen. Messungen mit zwei oder vier Phasen sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu Messungen mit drei Phasen bevorzugt. Zum Zweck einer weiteren Messung können die Phasen zyklisch wiederholt werden. Stattdessen kann die Abfolge der Phasen von Messung zu Messung wechseln. Wenn jeder Hall-Sensor 1, 2, 3, 4 der Anordnung mit acht Anschlüssen versehen ist, kann das Verfahren in vorteilhafter Weise auch mit acht Phasen unterschiedlicher Verschaltungen pro Messung durchgeführt werden.
Die Positionen der Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 innerhalb der Reihenschaltungen können variieren, so dass zum Beispiel ein Hall-Sensor, der in einer Phase als erster Hall-Sensor eingesetzt wird, in der nachfolgenden Phase als zweiter Hall-Sensor oder weiter hinten in der Reihenschaltung eingesetzt wird. Insbesondere können die äußeren Signalanschlüsse der Reihenschaltungen, an denen die gesamte auftretende Hall-Spannung abgegriffen wird, in verschiedenen Phasen zu verschiedenen Hall-Sensoren gehören. Die in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Schaltung der Anschlüsse braucht da her nicht darauf beschränkt zu werden, nur die Richtungen der Betriebsströme zu verändern; die Hall-Sensoren können zusätzlich oder stattdessen innerhalb der Reihenschaltung von Phase zu Phase permutiert werden. Für die in verschiedenen Phasen möglichen Variationen der von den Hall-Sensoren innerhalb der Reihenschaltung eingenommenen Positionen bestehen keine Einschränkungen.
Es können beliebig viele Hall-Sensoren in der Anordnung vorgesehen werden. Die Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 sind in dem Schema der 5 bis 8 auf einer Linie nebeneinander angeordnet. Die Hall-Sensoren können jedoch im Prinzip beliebig angeordnet sein. Sie können insbesondere an den Eckpunkten eines regelmäßigen Polygons angeordnet sein. Die Hall-Sensoren brauchen nicht benachbart zueinander angeordnet zu sein, sondern können in größeren, gegebenenfalls auch unregelmäßigen Abständen zueinander innerhalb derselben Ebene oder auch in verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Die Hall-Sensoren können in dem Halbleiterbauelement insbesondere vertikal angeordnet sein, so dass Magnetfeldkomponenten parallel zu der Ebene einer Oberseite des Bauelements, insbesondere parallel zu einer Hauptoberseite, an der elektronische Komponenten integriert sind, gemessen werden können.
Die Winkel zwischen den Betriebsströmen der in der Reihenschaltung aufeinander folgenden Hall-Sensoren können beliebig gewählt werden. Diese Winkel können jeweils gleich groß sein oder stattdessen untereinander variieren. Die Betriebsströme müssen nicht in allen Hall-Sensoren jeweils gleichsinnig verändert werden. Das gilt insbesondere für den Fall, dass die Hall-Sensoren von Phase zu Phase in der Reihenschaltung permutiert werden. Eine Ausrichtung der Betriebsströme in Winkeln, die von 90° verschieden sind, setzt voraus, dass die Hall-Sensoren und/oder die Anschlüsse der Hall-Sensoren in geeigneten Winkeln zueinander angeordnet sind.
Die 9 bis 12 zeigen schematisch Anordnungen aus vier Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4, die mittels elektrisch leitender Verbindungen 10 in Reihe geschaltet sind, für aufeinander folgende Phasen eines Betriebsverfahrens, gemäß den 5 bis 8. In dem Ausführungsbeispiel der 9 bis 12 sind alle Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5 bis 8 mit Anschlüssen versehen, die im Winkel von 90°, 180° und 270° angeordnet sind. Für die elektrischen Verbindungen in den dargestellten Phasen gilt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 12 das Entsprechende wie für das Ausführungsbeispiel gemäß den 5 bis 8. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5 bis 8 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 12 der zweite Hall-Sensor 2 und der vierte Hall-Sensor 4 um 45° gegenüber dem ersten Hall-Sensor 1 und dem dritten Hall-Sensor 3 gedreht, so dass die Betriebsströme I₂/I₂', I₄/I₄' des zweiten Hall-Sensors 2 und des vierten Hall-Sensors 4 um 45°, 135°, 225° beziehungsweise 315° gegenüber den Betriebsströmen I₁/I₁', I₃/I₃' des ersten Hall-Sensors 1 und des dritten Hall-Sensors 3 gedreht sein können. Statt dessen können die Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 alle gleich ausgerichtet sein und zum Beispiel mit acht Anschlüssen versehen sein, deren Ausrichtungen Winkel bilden, die Vielfache von 45° sind. Wenn jeder Hall-Sensor 1, 2, 3, 4 der Anordnung mit acht Anschlüssen versehen ist, kann das Verfahren auch mit acht Phasen unterschiedlicher Verschaltungen durchgeführt werden.
Die 13 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Hall-Sensor-Anordnung 5, eines Schaltungsnetzwerkes 6, einer Stromversorgungseinheit 7 und einer Messschaltung 8. Die elektrisch leitenden Verbindungen 10 zwischen der Hall-Sensor-Anordnung 5 und dem Schaltnetzwerk 6 sind dafür vorgesehen, die für die Reihenschaltung der Hall-Sensoren und die für den Abgriff der Signale, insbesondere einer Hall-Spannung, vorgesehenen Anschlüsse geeignet zu verschalten. Diese Schaltung wird in jeder Betriebsphase geändert, wozu eine entsprechende Vorrichtung, zum Beispiel ein Multiplexer, in dem Schaltnetzwerk 6 vorgesehen ist. Außerdem verbindet das Schaltnetzwerk 6 die Hall-Sensoren mit den entsprechenden Anschlüssen einer Stromversorgungseinheit 7, die die Betriebsströme oder Betriebsspannungen über entsprechende Verbindungen 15 zur Verfügung stellt. Weitere Verbindungen 16 führen von dem Schaltnetzwerk zu der Messschaltung 8, so dass die an den jeweiligen Anschlüssen der Hall-Sensor-Anordnung 5 abgegriffenen Signale, insbesondere Hall-Spannungen, gemessen werden können.
Die Richtungen der Betriebsströme und der Spannungsabgriff können in den unterschiedlichen Phasen insbesondere so eingerichtet sein, dass die Hall-Spannung ihr Vorzeichen zwischen zwei Phasen, die sich um 90° oder 270° in der Stromrichtung unterscheiden, ändert. Der Offset ist dann ein statisches Signal. Das Schaltnetzwerk 6, zum Beispiel ein Multiplexer, kann in diesem Fall bei Einsatz eines Zerhacker-Verstärkers (chopper) zusätzlich zu dem Umschalten der Anschlussverbindungen zwischen den einzelnen Phasen auch zum Zerhacken des Signals (chopping) eingesetzt werden.
Die 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Hall-Sensor-Halbleiterbauelements mit einem Halbleiterkörper 9, der dotierte Bereiche 18 an einer im Wesentlichen ebenen Oberseite 19 aufweist. Mit den dotierten Bereichen 18 und den schematisch eingezeichneten Anschlüssen 11, 12, 13, 14 ist ein vertikaler Hall-Sensor gebildet, der an sich bekannt und auch in dem eingangs zitierten Buch von R. S. Popovic beschrieben ist. Mit einem vertikalen Hall-Sensor kann eine Magnetfeldkomponente in der Ebene der Oberseite 19, also in vektoriell aus den eingezeichneten Pfeilen x und y gebildeten Richtungen, gemessen werden. In dem Bauelement können weitere vertikale Hall-Sensoren integriert sein sowie auch laterale Hall-Sensoren, mit denen eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu der Ebene der Oberseite 19, also in der Richtung des Pfeils z, gemessen werden kann. Vertikale und/oder laterale Hall-Sensoren können bei einer Messung wie oben beschrieben phasenweise unterschiedlich verschaltet werden. An der Oberseite 19 können elektronische Komponenten, insbesondere des Schaltnetzwerkes 6, der Stromversorgungseinheit 7 und der Messschaltung 8, integriert sein. Das Halbleiterbauelement kann zum Beispiel in Silizium hergestellt sein.
Die 15 bis 21 zeigen Schemata für unterschiedliche Ausrichtungen der Betriebsströme zueinander. Die Betriebsströme und deren Richtungen sind wie in den 1 bis 12 jeweils durch einen Pfeil wiedergegeben. Die 16 bis 18 betreffen jeweils Ausführungsformen mit vier Hall-Sensoren, während die 15 ein Beispiel mit zwei Sensoren, die 19 ein Beispiel mit drei Sensoren, die 20 ein Beispiel mit acht Sensoren und die 21 ein Beispiel mit zwölf Sensoren wiedergibt. Unter den Pfeilen ist jeweils der im mathematisch positiven Drehsinn gemessene Winkel des Pfeils in Bezug auf den links eingezeichneten ersten Pfeil angegeben. Die Wahl der Richtungen der Betriebsströme gemäß der 15 ist bei einer Anordnung von zwei Hall-Sensoren besonders geeignet.
In den Beispielen der 16, 17 und 18 gibt es jeweils zwei Sensorpaare, deren Betriebsströme im Winkel von 90° zueinander gerichtet sind. In den Beispielen der 16 und 18 bilden die Sensoren 1 und 2 ein Paar und die Sensoren 3 und 4 das andere Paar. In dem Beispiel der 17 bilden die Sensoren 1 und 3 ein Paar und die Sensoren 2 und 4 das andere Paar.
In dem Beispiel der 16 sind die Richtungen der Betriebsströme des zweiten Paars von Sensoren gegenüber dem ersten Paar von Sensoren um 180° gedreht.
In dem Beispiel der 17 sind die Richtungen der Betriebsströme des zweiten Paars von Sensoren gegenüber dem ersten Paar von Sensoren um 45° gedreht.
In dem Beispiel der 18 sind die Richtungen der Betriebsströme des zweiten Paars von Sensoren gegenüber dem ersten Paar von Sensoren um 135° gedreht.
Die in den 17 und 18 gezeigten Richtungen der Betriebsströme sind bei einer Anordnung von vier Hall-Sensoren besonders geeignet und können insbesondere in zwei verschiedenen Betriebsphasen einer Anordnung von vier Hall-Sensoren eingesetzt werden.
In dem Beispiel der 15 sind die Richtungen der Betriebsströme um 45°, das heißt, um 90° dividiert durch die Anzahl der Sensoren, gedreht.
In dem Beispiel der 19 sind die Richtungen der Betriebsströme in den aufeinander folgenden Hall-Sensoren jeweils um 30°, das heißt, um 90° dividiert durch die Anzahl der Sensoren, gedreht.
In dem Beispiel der 20 sind die Richtungen der Betriebsströme in den aufeinander folgenden Hall-Sensoren jeweils um 45°, das heißt, um 360° dividiert durch die Anzahl der Sensoren, gedreht.
In dem Beispiel der 21 sind die Betriebsströme in den aufeinander folgenden Hall-Sensoren jeweils um 30°, das heißt, um 360° dividiert durch die Anzahl der Sensoren, zueinander gedreht.
In den Beispielen der 17, 18 und 20 werden die Versorgungsanschlüsse der Hall-Sensoren in jeder der Phasen so geschaltet, dass die Richtungen der Betriebsströme innerhalb zweier Gruppen, die dieselbe Anzahl von Hall-Sensoren umfassen, untereinander Winkel von 90°, 180° und/oder 270° einschließen, und die Richtungen der Betriebsströme zweier Hall-Sensoren, die zu verschiedenen dieser Gruppen gehören, jeweils einen Winkel von 45°, 135°, 225° oder 315° einschließen. Im Fall der 17 wird eine dieser Gruppen durch die Sensoren 1 und 3 und die andere dieser Gruppen durch die Sensoren 2 und 4 gebildet. Im Fall der 18 wird eine dieser Gruppen durch die Sensoren 1 und 2 und die andere dieser Gruppen durch die Sensoren 3 und 4 gebildet. Im Fall der 20 wird eine dieser Gruppen durch die Sensoren 1, 3, 5 und 7 und die andere dieser Gruppen durch die Sensoren 2, 4, 6 und 8 gebildet.
Die 15 bis 21 zeigen, dass in einer Schaltungsphase die Richtungen der Betriebsströme in den Hall-Sensoren verschieden sind. In den aufeinander folgenden Schaltungsphasen werden die Richtungen der Betriebsströme der Hall-Sensoren geändert. Hierbei können zum Beispiel die Winkel zwischen den Richtungen der Betriebsströme in den gemäß der Reihenschaltung aufeinander folgenden Hall-Sensoren gleich bleiben. Die Pfeildiagramme der 15 bis 21 bleiben in diesem Fall bis auf eine zyklische Permutation der Pfeile gleich. Stattdessen können die Winkel zwischen den Richtungen der Betriebsströme in den gemäß der Reihenschaltung aufeinander folgenden Hall-Sensoren auch von Phase zu Phase variieren.
Die 22 zeigt schematische Darstellungen typischer Anordnungen von zwei, vier, neun, zwölf, dreizehn beziehungsweise sechzehn Hall-Sensoren innerhalb einer Ebene. Die Hall-Sensoren sind durch Quadrate repräsentiert. Die Richtungen der Betriebsströme sind waagrecht oder senkrecht oder auch diagonal, je nach der Anordnung der Anschlüsse der Hall-Sensoren. Die Anordnungen sind in den dargestellten Beispielen jeweils symmetrisch bezüglich einer Rotation um 90° um eine senkrecht auf der Ebene der Anordnung stehende Achse, die durch die Mitte der betreffenden Anordnung läuft. Eine symmetrische Hall-Sensor-Anordnung ist besonders geeignet zur Eliminierung der unerwünschten Offset-Spannung.
Die in der 22 für zwei Hall-Sensoren gezeigte diagonale Anordnung kann besonders geeignet sein, wenn nur zwei unterschiedliche Phasen verwendet werden.
Die 23 zeigt eine Anordnung aus zwei Hall-Sensoren 1, 2, die im Winkel von 45° zueinander angeordnet sind, zum Beispiel die Hall-Sensoren 1 und 2 aus 9. Die Richtungen der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' schließen in der dargestellten Phase ebenfalls einen Winkel von 45° ein. In dem dargestellten Betriebsmodus sind jeweils getrennte Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' für die Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' vorhanden.
Die 24 zeigt die Anordnung gemäß 23 für einen anderen Betriebsmodus, in dem eine den Hall-Sensoren 1, 2 gemeinsame Stromquelle beziehungsweise Stromsenke I oder ein gemeinsamer Spannungsanschluss V vorhanden ist. Der Schaltungsaufwand ist hierdurch im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 23 vereinfacht, aber die erreichte Empfindlichkeit des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes ist größer als bei einem Einzelsensor.
Die 25 zeigt die Anordnung gemäß 23 für einen Betriebsmodus, in dem den beiden Hall-Sensoren 1, 2 gemeinsame Stromquellen I und Stromsenken I', Spannungsanschlüsse V, V' oder eine Kombination einer Stromquelle I beziehungsweise einer Stromsenke I' mit einem Spannungsanschluss V, V' vorgesehen sind. Die Beschaltung kann also wie bei einem einzelnen Hall-Sensor erfolgen. Die Anordnung entspricht einem nicht rotationssymmetrischen Hall-Sensor, der im Unterschied zu herkömmlichen asymmetrischen Hall-Sensoren mit der Möglichkeit ausgestattet ist, die Spinning-Current-Technik einzusetzen. Durch die Reihenschaltung der Signalanschlüsse ist die erreichte Empfindlichkeit des Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes deutlich größer als bei einem Einzelsensor. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Hall-Sensor-Halbleiterbauelement mit konstanter Betriebsspannung betrieben werden, so dass keine Versorgung mit Konstantstromquellen erforderlich ist.
Die 26 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel aus vier Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4, die wie in dem Ausführungsbeispiel der 9 bis 12 ausgerichtet sind. Die Schaltung entspricht dem Betriebsmodus gemäß der 25, bei dem den Hall-Sensoren 1, 2, 3, 4 gemeinsame Stromquellen I und Stromsenken I', Spannungsanschlüsse V, V' oder eine Kombination einer Stromquelle I beziehungsweise einer Stromsenke I' mit einem Spannungsanschluss V, V' vorgesehen sind. Diese Anordnung entspricht gleichfalls einem nicht rotationssymmetrischen Hall-Sensor, der im Unterschied zu herkömmlichen asymmetrischen Hall-Sensoren mit der Möglichkeit ausgestattet ist, die Spinning-Current-Technik einzusetzen.
Mit dem Schaltnetzwerk 6 können Stromquellen, die die Betriebsströme liefern, ohne Schwierigkeit permutiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils zu einer Betriebsphase eine weitere Betriebsphase vorgesehen ist, in der die Richtung des Betriebsstromes in jedem Hall-Sensor umgekehrt ist, der Betriebsstrom also die entgegengesetzte Orientierung besitzt. Das wird anhand der 27 und 28 erläutert.
Die 27 zeigt ein Schaltungsdiagramm für eine Anordnung aus zwei Hall-Sensoren 1, 2 mit der zu einer Phase gehörenden Schaltung der Versorgungsanschlüsse 12, 14, 22, 24 und der Signalanschlüsse 11, 13, 21, 23, so dass die Hall-Sensoren über die Signalanschlüsse 11, 13, 21, 23 in Reihe geschaltet sind. Für die Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' sind in der Schaltung Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' vorgesehen.
Die 28 zeigt ein Schaltungsdiagramm gemäß 27 für eine Betriebsphase derselben Anordnung von Hall-Sensoren 1, 2, in der die Stromquellen I₁, I₂ und Stromsenken I₁', I₂' der Betriebsströme I₁/I₁', I₂/I₂' gegenüber der Phase gemäß der 27 vertauscht sind. Aufgrund der um 180° gedrehten Stromrichtungen besitzt eine auftretende Hall-Spannung eine umgekehrte Polarität, was in den 27 und 28 durch die eingetragenen Vorzeichen + und – des Spannungsmessers 20 kenntlich gemacht ist.
Das beschriebene Betriebsverfahren ist zur Anwendung der Spinning-Current-Technik in zwei, vier, acht oder allgemein 2ⁿ (n eine natürliche Zahl) Phasen geeignet, wenn eine ausreichende Anzahl von Anschlüssen an den Hall-Sensoren vorgesehen wird. Die Hall-Sensoren können identisch, paarweise identisch oder auch verschieden sein. Falls unterschiedliche Sensoren vorgesehen sind, können die Sensoren im Hinblick auf die spezifische Richtung des Betriebsstromes und/oder die Abmessungen individuell optimiert werden.
Bezugszeichenliste

1: erster Hall-Sensor
2: zweiter Hall-Sensor
3: dritter Hall-Sensor
4: vierter Hall-Sensor
5: Hall-Sensor-Anordnung
6: Schaltnetzwerk
7: Stromversorgungseinheit
8: Messschaltung
9: Halbleiterkörper
10: Verbindung
11: Signalanschluss
12: Versorgungsanschluss
13: Signalanschluss
14: Versorgungsanschluss
15: Verbindung
16: Verbindung
17: Stromquelle/Stromsenke
18: dotierter Bereich
19: Oberseite des Halbleiterkörpers
20: Spannungsmesser
21: Signalanschluss
22: Versorgungsanschluss
23: Signalanschluss
24: Versorgungsanschluss
31: Signalanschluss
32: Versorgungsanschluss
33: Signalanschluss
34: Versorgungsanschluss
41: Signalanschluss
42: Versorgungsanschluss
43: Signalanschluss
44: Versorgungsanschluss
I: Stromquelle
I': Stromsenke
I_n: Stromquelle
I_n': Stromsenke
V: Spannungsanschluss
V': Spannungsanschluss
V_n: Spannung
V_n': Spannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0667648 A2 [0006]
WO 2005/017546 A1 [0006]
WO 2005/073744 A1 [0006]
US 6064202 A [0006]
WO 01/18556 A1 [0006]
EP 2068163 A2 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. S. Popovic, „Hall Effect Devices”, zweite Auflage, Institute of Physics Publishing, Bristol und Philadelphia 2004, wird in dem Abschnitt 5.1.4 auf den Seiten 241 und 242 [0005]
R. S. Popovic: „A MOS Hall device free from short-circuit effect”, Sensors and Actuators A5, 253–262 (1984) [0006]
J.-B. Kammerer et al.: „Horizontal Hall Effect Sensor with High Maximum Absolute Sensitivity”, IEEE Sensors Journal 3 (2003) [0006]
L. Hébrard et al.: „A Chopper Stabilized Biasing Circuit Suitable for Cascaded Wheatstone-Bridge-Like Sensors”, IEEE Transactions on Circuits and Systems 52 (2005) [0006]

Claims

Hall-Sensor-Halbleiterbauelement mit – einer Anordnung (5) aus mindestens zwei Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) mit Signalanschlüssen (11, 13, 21, 23, 31, 33, 41, 43) und Versorgungsanschlüssen (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) und – einem Schaltnetzwerk (6), das in aufeinander folgenden Phasen die Positionen der Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) variiert, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schaltnetzwerk (6) die Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) in jeder der Phasen über die jeweiligen Signalanschlüsse (11, 13, 21, 23, 31, 33, 41, 43) in Reihe schaltet.
Hall-Sensor-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) in einem Halbleiterkörper (9), der eine Oberseite (19) aufweist, angeordnet und so ausgerichtet sind, dass eine zu der Oberseite (19) parallele Magnetfeldkomponente gemessen wird.
Hall-Sensor-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine elektronische Schaltung (7) vorgesehen ist, die Stromquellen und Stromsenken (17) bereitstellt, und voneinander getrennte Verbindungen (15) zum Anschluss der Stromquellen und Stromsenken (17) an die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) vorgesehen sind.
Hall-Sensor-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) der Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) für einen Zufluss und einen Abfluss von Betriebsströmen (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') vorgesehen sind und das Schaltnetzwerk (6) in jeder Phase die für den Zufluss vorgesehenen Versorgungsanschlüsse (12, 22, 32, 42) und/oder die für den Abfluss vorgesehenen Versorgungsanschlüsse (14, 24, 34, 44) miteinander verbindet.
Hall-Sensor-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens einer der Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) aus einer fest verdrahteten Schaltung mehrerer einzelner Hall-Sensoren besteht.
Hall-Sensor-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) der Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) für Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') vorgesehen und so angeordnet sind, dass Richtungen der Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') auch Winkel von 45°, 135°, 225° und/oder 315° einschließen können.
Verfahren zum Betrieb eines Hall-Sensor-Halbleiterbauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) der Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) für Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') vorgesehen sind und in jeder der Phasen so geschaltet werden, dass die Richtungen der durch die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) fließenden Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') zwischen den gemäß der Reihenschaltung aufeinander folgenden Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) variieren.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine gerade Anzahl von Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) verwendet wird und die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) der Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) in jeder der Phasen so geschaltet werden, dass die Richtungen der Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') innerhalb zweier Gruppen, die dieselbe Anzahl von Hall-Sensoren umfassen, untereinander Winkel von 90°, 180° und/oder 270° einschließen, und die Richtungen der Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') zweier Hall-Sensoren, die zu verschiedenen dieser Gruppen gehören, jeweils einen Winkel von 45°, 135°, 225° oder 315° einschließen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem zu jeder Phase eine frühere oder eine spätere Phase stattfindet, in der die Versorgungsanschlüsse (12, 14, 22, 24, 32, 34, 42, 44) umgepolt sind, so dass in jedem Hall-Sensor (1, 2, 3, 4) die Richtung des Betriebsstromes (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') umgekehrt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Hall-Sensoren (1, 2, 3, 4) innerhalb der Reihenschaltung von Phase zu Phase permutiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem für die Betriebsströme (I₁/I₁', I₂/I₂', I₃/I₃', I₄/I₄') Stromquellen (I₁, I₂, I₃, I₄) und Stromsenken (I₁', I₂', I₃', I₄') vorgesehen sind und die Phasen mit permutierten Stromquellen (I₁, I₂, I₃, I₄) und Stromsenken (I₁', I₂', I₃', I₄') wiederholt werden.