Magnetsensor, der sich nicht stören lässt

Feinfühlig registrieren Sensoren geringste Temperaturschwankungen, kleinste Änderungen eines Magnetfelds oder minimale Luftströmungen. In einigen Fällen sind der Feinfühligkeit allerdings Grenzen gesetzt – etwa wenn ein Sensor eine kleine Magnetfeldschwankung dort registrieren soll, wo bereits ein starkes Magnetfeld vorhanden ist.

Ein Beispiel sind Sensoren im Autospiegel: Bei einem Fahrerwechsel müssen Sitz und Spiegel meist neu eingestellt werden. Einfacher wäre es, Sitz- und Spiegelpositionen für jeden Fahrer zu speichern. Über einen kleinen Chip im Schlüssel oder eine entsprechende Taste auf dem Armaturenbrett kann der Fahrer diese mit einem einzigen Knopfdruck in die richtige Position bringen.

Im Spiegel und im Sitz befindet sich je ein kleiner Magnet, dessen Position ein Magnetsensor ermittelt und über den der Spiegel genau eingestellt werden kann. Das Problem dabei: Die Stromkabel, die die Spiegelheizung und den Schrittmotor versorgen, erzeugen ein Magnetfeld. Der Sensor sieht also nicht nur das Feld, das vom Magneten ausgeht, sondern auch das der Stromkabel – er erhält ein falsches Ergebnis. Bislang müssen solche Magnetfeldsensoren daher teuer und aufwendig abgeschirmt werden.

Ein neuartiger integrierter 3-D-Magnetfeldsensor des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen kommt ohne Abschirmung aus. In einer Pixelzelle haben die Forscher mehrere Sensoren so angeordnet, dass sie alle drei Komponenten des Magnetfelds an einem Ort messen können. Bringt man zwei dieser Pixelzellen auf einem Chip an, misst der Sensor nicht nur das Magnetfeld als solches, sondern auch, wie es sich räumlich verändert. »Mit diesem Sensor können wir erstmals magnetische Störfelder als solche erkennen und sie vom Nutzfeld separieren. Der Sensor funktioniert selbst dann noch fehlerfrei, wenn das Störfeld deutlich größer ist als das Nutzfeld«, sagt Dr. Hans-Peter Hohe, Gruppenleiter am IIS. »Abschirmungen sind daher überflüssig.«

Ein weiterer Vorteil der Sensoren: Sie eignen sich für Hochtemperatur-Anwendungen bis etwa 150 Grad Celsius und lassen sich daher beispielsweise auch im Motorraum einsetzen. Die Sensoren sind bereits geprüft und so weit entwickelt, dass sie industriell eingesetzt werden können. Um eine Serienproduktion zu erleichtern, haben die Forscher zur Herstellung kostengünstige Standard-CMOS-Techniken verwendet.