Selbstüberwachung und Autokalibrierung von Hall-Sensoren für die robuste Magnetfeldmessung

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Integrierte Hall-Sensoren sind aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile in technischen Anwendungen unverzichtbar. Diese Dissertation analysiert ihre Eigenschaften, verbessert die Signalqualität und erweitert die Anwendungsmöglichkeiten. Zu Beginn werden der Hall-Effekt und andere Prinzipien zur Magnetfeldmessung erklärt und in einen historischen Kontext bedeutender Erfindungen eingeordnet. Die Analyse der Hall-Sensoren zeigt, dass neben dem herstellungsbedingten Offset die Querempfindlichkeit auf Temperatur- und Stresseinflüsse einen entscheidenden Einfluss auf die Messwertqualität hat. Die physikalischen Mechanismen des Piezo-Hall-Effekts werden erläutert, und eigene Messergebnisse sowie Simulationen zur Stress-Entstehung werden präsentiert. Neben Maßnahmen zur Stressvermeidung wird ein selbstentwickeltes Verfahren zur präzisen Online-Kalibrierung vorgestellt, wobei die Messergebnisse eines Testchips mit bestehenden Lösungen verglichen werden. Es wird festgestellt, dass integrierte Spulen auch zur Erzeugung eines Referenzsignals für die Selbstüberwachung in sicherheitskritischen Anwendungen geeignet sind. Die Effektivität der Selbstüberwachung wird durch aufwendige simulierte Fehlerinjektionen überprüft und durch Experimente an realen Testchips bestätigt.