Hall-Sensoren

Hall-Sensoren

Ziel

Bereits seit langer Zeit werden Hall-Sensoren zur Erfassung magnetischer Felder in einer Raumrichtung verwendet, um damit berührungs- und kontakt- lose Positionsmesssysteme aufzubauen oder Ströme zu messen. Neuere Ent- wicklungen haben die Eigenschaften dieser Sensoren stetig verbessert und die Einsatzbereiche erweitert. Einer der wesentlichen Vorteile von Hall-Sen- soren ist dabei, dass sie mit Hilfe qualifizierter Standard-Halbleiterprozesse hergestellt werden können. Heute haben Hall-ICs die höchsten Marktanteile unter magnetischen Sensoren zur Erfassung von Bewegung oder Position.

Aktuell sind erste Produkte mit integrierten Hall-Sensoren angekündigt, die auch Magnetfelder parallel zur Substratoberfläche messen können, was eine vollständige, mehrdimensionale Erfassung des Magnetfeldes am Ort des Sen- sors möglich macht. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für die Positi- onssensorik wie die Erfassung mehrerer Achsen oder verbesserte Robustheit gegen magnetische Störfelder.

Im Seminar wiederholen wir zunächst die physikalischen Grundlagen des Hall-Effektes. Außerdem besprechen wir die Eigenschaften von Permanent- magneten zur Sensoransteuerung und die Grundzüge der Magnetostatik. Aus der Physik leiten wir dann die prinzipiellen Möglichkeiten einer technischen Realisierung einschließlich der resultierenden parasitären Effekte ab. Die Dozenten erläutern, wie parasitäre Effekte schaltungstechnisch kompensiert werden können. Insbesondere besprechen wir die Vorteile einer Integration der Hall-Elemente.

Auf der Basis der physikalischen Grundlagen führen wir Sie in die Funktions- weise von Hall-Elementen ein, die Magnetfelder parallel zur Substratober- fläche empfindlich detektieren. Die Anwendungsbeispiele gehen besonders auf die Verbesserung der Störfestigkeit durch gradientenbasierte Auswerte- ansätze ein. Beispiele dafür sind Encoder oder lineare Wegmessung. Ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten beendet das Seminar.
Dazu gehört eine kurze Einführung in das Prinzip der magnetoresistiven Sensoren, um die Vor- und Nachteile dieser verschiedenen magnetischen Sensorprinzipien vergleichen zu können.