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WO2024175173A1 - Vorrichtung mit einem magnetfeldgenerator und verfahren zur bereitstellung einer spulenanordnung - Google Patents

Vorrichtung mit einem magnetfeldgenerator und verfahren zur bereitstellung einer spulenanordnung Download PDF

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WO2024175173A1
WO2024175173A1 PCT/EP2023/054193 EP2023054193W WO2024175173A1 WO 2024175173 A1 WO2024175173 A1 WO 2024175173A1 EP 2023054193 W EP2023054193 W EP 2023054193W WO 2024175173 A1 WO2024175173 A1 WO 2024175173A1
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WO
WIPO (PCT)
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coil
magnetic field
coil layer
layer
conductor
Prior art date
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Application number
PCT/EP2023/054193
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English (en)
French (fr)
Inventor
Henrik WOLFRAMM
Michael Höft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Christian Albrechts Universitaet Kiel
Original Assignee
Christian Albrechts Universitaet Kiel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Christian Albrechts Universitaet Kiel filed Critical Christian Albrechts Universitaet Kiel
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Publication of WO2024175173A1 publication Critical patent/WO2024175173A1/de
Priority to US19/305,309 priority patent/US20250372289A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F5/003—Printed circuit coils
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    • G01R33/0017—Means for compensating offset magnetic fields or the magnetic flux to be measured; Means for generating calibration magnetic fields
    • G—PHYSICS
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/18—Chip packaging

Definitions

  • the invention relates to a device having at least one magnetic field generator which has a coil arrangement with a plurality of coils, each of which has a plurality of turns.
  • the invention also relates to a method for providing a coil arrangement for such a device.
  • the device should be particularly suitable for testing, characterizing and/or calibrating magnetic field sensors. It is known to use permanent magnets or very large coil arrangements for this purpose, such as a Helmholtz coil or a cylindrical coil that surrounds the magnet-sensitive element of a magnetic field sensor.
  • the invention is based on the object of specifying an improved device with at least one magnetic field generator with which the disadvantages mentioned are overcome.
  • a method for providing a coil arrangement for such a device is to be specified.
  • a device comprising at least one magnetic field generator, which has a coil arrangement with a plurality of coils, each of which has a plurality of turns, wherein the coil arrangement has a first planar coil layer with at least one coil and a second planar coil layer arranged parallel thereto with at least one coil, wherein the second planar coil layer is arranged at a distance from the first planar coil layer, wherein the coil arrangement is designed to generate a parallel magnetic field when the coil arrangement is electrically energized on the side of the first coil layer facing away from the second coil layer at a distance from the first coil layer, which parallel magnetic field has magnetic field lines parallel to the first coil layer.
  • the parallel magnetic field is thus a magnetic field directed tangentially to the plane of the first planar coil layer.
  • the second planar coil layer can thus be arranged in a plane parallel to the plane of the first planar track layer, and thus not in the same plane.
  • the coils of the first and second planar track layers can have their planar extension in the x and y coordinate directions.
  • the second planar track layer is then slightly spaced from the first planar track layer in the z direction.
  • the coils of the first planar track layer can be arranged so as to overlap with the tracks of the second planar track layer.
  • Such a coil arrangement with a first and a second planar coil layer can be provided relatively easily and inexpensively, e.g. by means of conductor tracks in corresponding conductor track layers of a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the above-mentioned design of the coil arrangement can generate a relatively homogeneous magnetic field directed in a desired direction outside the area surrounded by the coil layers, i.e. the magnetic field sensor does not have to be arranged between the coil layers.
  • the desired parallel magnetic field can be generated at a distance from the first coil layer that is at least 50% of the distance between the first coil layer and the second coil layer.
  • the first coil layer and the second coil layer are designed as planar coil layers, i.e. the invention creates planar coils whose coil turns are thus arranged in one plane.
  • the first planar coil layer can have two coils.
  • the second planar coil layer can have two coils.
  • the invention allows an advantageous, relatively inexpensive generation of directed and homogeneous magnetic fields in the sensitive plane of a magnetic field sensor without the need for wire-wound coils.
  • the coil arrangement of the magnetic field generator according to the invention can therefore be implemented in a relatively small design, e.g. on an electrical circuit board.
  • the invention has the advantage that permanent magnets allow the magnetic field to be set as desired by controlling the current supply to the coil arrangement and can be changed as desired during operation of the device.
  • the parallel magnetic field generated by the magnetic field generator can be used to characterize a magnetic field sensor, to set its operating point and/or to compensate for external fields.
  • a further advantage of the invention is that the coils of the coil arrangement can be manufactured cost-effectively and reproducibly, e.g. by using existing, widespread and established manufacturing techniques, such as the manufacture of electrical circuit boards.
  • a generally unused space on the circuit board can advantageously be used to accommodate the coil arrangement, with the circuit board otherwise serving as a carrier and protection for the magnetic field sensor. This makes it possible to provide a separate and stable coil system associated with the magnetic field sensor, which is suitable for system calibration and characterization.
  • a device with such a magnetic field generator can be realized with a coil design that is particularly robust against external interference fields.
  • the device according to the invention can be used to characterize and calibrate a magnetic field sensor. It is also possible to exert a desired influence on its behavior during operation, e.g. by influencing the sensor characteristic curve using the parallel magnetic field and its control.
  • the coil arrangement can be designed with only two external connections, via which an electrical current can be fed to the coil arrangement.
  • the at least one coil of the first coil layer has an opposite winding direction to the at least one coil of the second coil layer. This makes it possible to generate a parallel magnetic field outside the area surrounded by the first and second coil layers, i.e. beyond the coil arrangement, in a particularly favorable manner.
  • the coils of the first coil layer and/or the second coil layer are formed by conductor tracks of a printed circuit board (PCB).
  • the conductor tracks form coil-like conductor loops.
  • the circuit board has several conductor track layers, the first coil layer being formed on a first conductor track layer (conductor layer) and the second coil layer being formed on a second conductor track layer spaced apart from it. In this case, it is sufficient if a circuit board with two conductor track layers is used, for example a circuit board coated on both sides with conductor track material.
  • the first coil layer can then be implemented on one conductor track layer of the circuit board, and the second coil layer on the other conductor track layer.
  • the distance between the first and second coil layers then essentially corresponds to the thickness of the circuit board.
  • multilayer circuit boards For example, a circuit board with four conductor track layers can also be used. Then, for example, the conductor layers arranged inside the circuit board can be used to implement the coil arrangement.
  • conductor tracks of the first coil layer are connected to conductor tracks of the second coil layer by one or more through-contacts (vias).
  • through-contacts vias
  • the first coil layer in the area covered by the parallel magnetic field has a greater distance between turns of the at least one coil than outside the area covered by the parallel magnetic field. This ensures a high level of homogeneity of the parallel magnetic field. If the turns are implemented as conductor tracks, the first coil layer in the area covered by the parallel magnetic field has a greater distance between conductor tracks than outside the area covered by the parallel magnetic field.
  • the second coil layer has concavely curved windings or conductor track sections that directly border the area covered by the parallel magnetic field.
  • the conductor tracks can be routed around the area of the coil arrangement covered by the parallel magnetic field. This also ensures particularly good homogeneity of the parallel magnetic field.
  • the device has at least one magnetic field sensor, in particular a magnetic field sensor in thin Layer technology, with a magnet-sensitive element that is arranged in the area of the parallel magnetic field.
  • a magnetic field sensor in particular a magnetic field sensor in thin Layer technology
  • the magnetic field generator can be used to measure and/or calibrate the magnetic field sensor.
  • the magnetic field generator can also influence the sensor properties of the magnetic field sensor while it is in operation, e.g. by changing the characteristic curve of the magnetic field sensor in a desired way by controlling the parallel magnetic field.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a method for providing a coil arrangement of a device of the type explained above, with the following steps: a) determining the installation space available for the coil arrangement, b) determining a desired area in which the parallel magnetic field is to be generated by the coil arrangement, c) arranging the conductor tracks of the first coil layer and the second coil layer on a circuit board, special virtual arrangement of the conductor tracks in a CAD program, d) simulating the magnetic field that can be generated by the coil arrangement with checking whether the parallel magnetic field meets the requirements, e) if the requirements are not met, continuing the process in step c), otherwise terminating the process.
  • this makes it possible to realize the advantages explained above.
  • this makes it possible to provide a coil arrangement for a magnetic field generator, through which a very homogeneous and relatively strong parallel magnetic field can be generated in the desired area.
  • step c) c1) distributing the conductor tracks in the first and second coil layers, c2) determining the coil center distance and core diameter, c3) connecting the conductor tracks to form coil-like conductor loops.
  • step c) and before step d) it is checked whether the distribution of the conductor tracks in the second coil layer is sufficiently suitable for the predetermined generation of the parallel magnetic field, and if this is not the case, enlarge the defined core diameter and continue with step c2), otherwise continue with step d).
  • the coil arrangement and thus the magnetic field generator can be iteratively optimized for the desired application.
  • a software simulation of the expected parallel magnetic field can be carried out to carry out the method step and optimization can be carried out in one or more iterative steps on the computer during the coil design.
  • FIG. 2 the magnetic field generator according to Figure 1 with a magnetic field sensor
  • Figure 3 - a side sectional view through the device according to Figure 2 showing the magnetic field
  • Figure 7 the sequence of a method for providing a coil arrangement according to Figure 3.
  • Figure 1 shows a device 1 with a magnetic field generator 2, which has a coil arrangement with several coils 3, 4, 5, 6.
  • the coils 3, 4, 5, 6 are designed as planar coils with several turns 7.
  • the coils 3, 4 are located in a first planar coil layer 12, i.e. in the same plane, and the coils 5, 6 are located in a second planar coil layer 13 arranged parallel to the first coil layer 12, thus in a plane parallel to the coil layer 12.
  • the coils 3, 4 are connected to one another via a line.
  • the coil 3 is connected to the coil 5 via a through-hole 8.
  • the coil 4 is connected to the coil 6 via a through-hole 8.
  • the coil arrangement 2 has two external connections 9, via which an electrical signal can be applied to the coil arrangement 2, which flows through the coils 3, 4, 5, 6.
  • a parallel magnetic field is generated in the third coil layer 12, which is spaced from the first coil layer 12 and has magnetic field lines parallel to the first coil layer 12.
  • Figure 2 shows the combination of the device 1 with the coil arrangement 2 with a magnetic field sensor 10, which has a magnet-sensitive element 11.
  • the magnet-sensitive element 11 is arranged in the region of the parallel magnetic field that can be generated by the coil arrangement 2.
  • Figure 3 illustrates this using a side sectional view.
  • the coils 3, 4 in the first coil layer 12 and the coils 5, 6 in the second coil layer 13 can be seen.
  • the vias 8 can also be seen.
  • the magnetic field sensor 10 with the magnet-sensitive element 11 is arranged above the first coil layer 12.
  • the arrows show the course of the magnetic field lines.
  • the aforementioned parallel magnetic field 14 is generated above the first coil layer 12.
  • the x and y components of the magnetic field lines in the area of the parallel magnetic field 14 run relatively homogeneously and also parallel to the plane of the first coil layer 12 and accordingly also tangential to the longitudinal extension of the magnet-sensitive element 11.
  • FIG. 4 illustrates an advantageous design of the coils 3, 4, 5, 6 as well as an advantageous possibility of connecting these coils.
  • the coils 3, 4, 5, 6 are connected in series.
  • the coil 6 is connected to the coil 4 at the connection point B via a through-hole.
  • the coil 3 is connected to the coil 5 at the connection point D via a through-hole.
  • the coils 3 and 4 are connected to one another at the connection points C directly or via a conductor track section in the same coil layer.
  • the connection points A and E are connected to the external connections 9.
  • the coils 5, 6 in the second (lower) coil layer 13 ensure the highest possible magnetic field strength and, accordingly, sensitivity.
  • the coils 3, 4 in the first (upper) coil layer 12 direct the magnetic field in a tangential plane to the first coil layer or to an electrical circuit board in which the first and second coil layers are implemented, and produce a homogeneous field distribution in the area of the parallel magnetic field 14.
  • Xmax maximum available installation space in the x-direction (field direction of the parallel magnetic field 14)
  • ymax maximum available installation space in the y-direction
  • dmin minimum radius of an inner conductor loop
  • Vx coil center distance in the x-direction
  • v y core diameter of a coil pair
  • pmin minimum conductor track spacing to be achieved
  • P distance between the inner conductor tracks of coils 3, 4 (coil top)
  • pbottom distance between the inner conductor tracks of coils 5, 6 (coil bottom)
  • the dimensions Xmax and ymax indicate the total installation space required by the coils. This should be as large as possible. A high number of turns that can be achieved in a large installation space is advantageous in terms of the homogeneity of the field and the maximum field strength that can be achieved.
  • Vx and v y denote the coil center distance of a coil pair and the core diameter of a single coil, respectively.
  • a v y that is as large as possible reduces the field gradient in the y direction. It should be selected at least large enough so that all line sections run below the desired field level without bends.
  • x should correspond to at least 1.7 times the length of the desired field level.
  • Vx must be > (ymax - v y ). A larger distance is advantageous in terms of homogeneity.
  • dmin is the minimum diameter, or twice the minimum radius of the innermost conductor loop. This is determined by the PCB technology used and the specifications of the PCB manufacturer. The limiting factor here is usually the minimum distance between a via set to connect the upper and lower coils and a conductor track running past it. A small dmin leads to more effective use of the possible installation space.
  • the track spacing pmin is determined by the design specifications of the PCB manufacturer and the selected track width.
  • the track width (not specified in the drawing here) should be as large as necessary to achieve a low ohmic resistance in the coil, but also as small as possible to achieve a maximum number of turns.
  • the track spacing pbottom should be equal to pmin for a maximally homogeneous magnetic field.
  • a minimal increase in pbottom results in an increase in the ma- maximum achievable field in the desired field plane, with only a slight deterioration in homogeneity.
  • the distance between the upper coil (coil top) and the lower coil (coil bottom) is determined by the PCB technology selected (not specified in the drawing here). However, a distance should be aimed for that approximately corresponds to that between the upper coil and the desired field plane of the parallel magnetic field 14.
  • An advantageous method for providing such a coil arrangement 2 can, as shown in Figure 7, proceed as follows.
  • the available installation space can first be defined.
  • the installation space should be as large as possible. It has a direct influence on the number of coil turns to be implemented and thus also on the achievable field strength and field homogeneity.
  • the installation space available on the circuit board must be taken into account, particularly when implementing on a circuit board.
  • a target area can be defined.
  • the target area is the area in which the parallel magnetic field to be generated tangentially to the circuit board surface is to be created in the coil arrangement and should be as homogeneous as possible.
  • the areas 80 can be defined as the target area, which are, so to speak, a projection of the parallel magnetic field to be generated into the areas of the planar coil layers.
  • a step 72 the distribution of the conductor tracks on the circuit board is then carried out in the coil levels, ie in the first coil layer and the second coil layer. It is advantageous to place the outer conductor tracks as closely as possible in the first coil layer. The inner conductor tracks should use the available space evenly. It is also advantageous to place all conductor tracks in the second coil layer so as far as possible on the outside and not to cover the target area 80 substantially.
  • the coil center distance and core diameter are then determined.
  • the maximum values for the coil center distance and the core diameter are defined by the conductor track width, the conductor track distance and the number of coil turns.
  • areas 81 can already be reserved for the vias 8.
  • the conductor tracks are connected to form conductor loops.
  • the conductor loops can at least partially cover the target area 80.
  • the conductor loops are formed in such a way that the target area 80 is essentially left out. In this way, for example, two eyeglass-like coils can be created in the second coil layer 13.
  • the conductor tracks should be connected to form conductor loops using the shortest possible route. The connection is made using circular tracks and conductor tracks at a 45 degree angle.
  • the conductor tracks are then distributed in the coil planes, i.e. the first coil layer and the second coil layer.
  • the conductor loop geometry in the second coil layer can be evaluated: If there are no or only very short straight conductor tracks, so that the target area 80 is covered too much, the core diameter can be increased, for example.
  • step 76 it is checked whether the geometry in the second coil layer is suitable for fulfilling the requirements of the parallel magnetic field 14 to be generated. If this is not the case, the process continues with step 73, e.g. by increasing the core diameter in the second coil layer 13.
  • step 76 continues with step 77.
  • the magnetic field resulting when the coil arrangement is energized, at least in the X direction can be checked by simulation.
  • relevant evaluation criteria for the suitability of the resulting magnetic field can be the homogeneity of the magnetic field in the plane of the desired parallel magnetic field, ie in the target area, and the sensitivity of the coil arrangement in relation to the target area in T/A.
  • the parameters determined from the simulation are checked, for example whether the homogeneity and the sensitivity reach the desired values. If this is not the case, the process branches back to step 72.
  • the homogeneity of the magnetic field can then be improved there by changing the number of turns and/or the coil center distance. If the field strength is insufficient, the number of turns and/or the conductor path distance in the second coil layer can be changed, for example.
  • step 78 If it is determined in step 78 that the desired criteria are met, the process continues with step 79. There, the conductor loops are connected to a coil system, i.e. to the finished coil arrangement 2 as shown in Figure 1.
  • the conductor loops can, for example, be connected in such a way that the impairment of symmetry is as small as possible.
  • the four individual coils are then connected in series.
  • the steps mentioned can be carried out in whole or at least in part in a circuit board design program.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aufweisend wenigstens einen Magnetfeldgenerator, der eine Spulenanordnung mit mehreren Spulen aufweist, die jeweils mehrere Windungen haben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung für eine derartige Vorrichtung.

Description

Vorrichtung mit einem Magnetfeldgenerator und Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aufweisend wenigstens einen Magnetfeldgenerator, der eine Spulenanordnung mit mehreren Spulen aufweist, die jeweils mehrere Windungen haben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung für eine derartige Vorrichtung.
Die Vorrichtung soll insbesondere geeignet sein, um Magnetfeldsensoren zu prüfen, zu charakterisieren und/oder zu kalibrieren. Es ist bekannt, hierfür Permanentmagneten oder sehr großbauende Spulenanordnungen einzusetzen, wie z.B. eine Helmholtzspule oder eine Zylinderspule, die das magnetsensitive Element eines Magnetfeldsensors umgibt.
Die bisherigen Vorrichtungen sind jedoch relativ unflexibel in ihren Einsatzmöglichkeiten und teilweise auch sehr platz- und kostenintensiv. Zudem ist die Erzeugung reproduzierbarer homogener Magnetfelder bei solchen Anordnungen problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung mit wenigstens einem Magnetfeldgenerator anzugeben, mit dem die genannten Nachteile überwunden werden. Außerdem soll ein Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung für eine derartige Vorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung aufweisend wenigstens einen Magnetfeldgenerator, der eine Spulenanordnung mit mehreren Spulen aufweist, die jeweils mehrere Windungen haben, wobei die Spulenanordnung eine erste planare Spulenlage mit wenigstens einer Spule und eine dazu parallel angeordnete zweite planare Spulenlage mit wenigstens einer Spule aufweist, wobei die zweite planare Spulenlage in einem Abstand von der ersten planaren Spulenlage angeordnet ist, wobei die Spulenanordnung dazu eingerichtet ist, bei elektrischer Bestromung der Spulenanordnung auf der von der zweiten Spulenlage abgewandten Seite der ersten Spulenlage in einem Abstand von der ersten Spulenlage ein Parallelmagnetfeld zu erzeugen, das zur ersten Spulenlage parallele Magnetfeldlinien hat. Das Parallelmagnetfeld ist somit ein tangential zur Ebene der ersten planaren Spulenlage gerichtetes Magnetfeld.
Dabei kann die zweite planare Spulenlage somit in einer zur Ebene der ersten planaren Spurenlage parallelen Ebene angeordnet sein, somit nicht in derselben Ebene. Beispielsweise können die Spulen der ersten und der zweiten planaren Spurenlage ihre flächige Erstreckung in x- und y-Koordinatenrichtung haben. Die zweite planare Spurenlage ist dann in z-Richtung etwas von der ersten planaren Spurenlage beanstandet. Dabei können die Spulen der ersten planaren Spurenlage überlappend mit den Spuren der zweiten planaren Spurenlage angeordnet sein.
Eine solche Spulenanordnung mit einer ersten und einer zweiten planaren Spulenlage kann relativ einfach und kostengünstig bereitgestellt werden, z.B. durch Leiterbahnen in entsprechenden Leiterbahnlagen einer gedruckten Leiterplatte (PCB-Printed Circuit Board). Zudem kann durch die genannte Konstruktion der Spulenanordnung ein relativ homogenes und in einer gewünschten Richtung gerichtetes Magnetfeld außerhalb des von den Spulenlagen umgebenen Bereichs erzeugt werden, d.h. der Magnetfeldsensor muss nicht zwischen den Spulenlagen angeordnet werden.
Beispielsweise kann das gewünschte Parallelmagnetfeld in einem Abstand von der ersten Spulenlage erzeugt werden, der wenigstens 50% des Abstands zwischen der ersten Spulenlage und der zweiten Spulenlage beträgt. Die erste Spulenlage und die zweite Spulenlage sind wie erwähnt als planare Spulenlagen ausgebildet, d.h. bei der Erfindung werden Planarspulen realisiert, deren Spulenwindungen somit in einer Ebene angeordnet sind. Beispielsweise kann die erste planare Spulenlage zwei Spulen haben. Die zweite planare Spulenlage kann zwei Spulen haben.
Die Erfindung erlaubt eine vorteilhafte, relativ kostengünstige Erzeugung von gerichteten und homogenen Magnetfeldern in der sensitiven Ebene eines Magnetfeldsensors, ohne dass hierfür drahtgewickelte Spulen erforderlich sind. Die Spulenanordnung des erfindungsgemäßen Magnetfeldgenerators kann dementsprechend relativ kleinbauend realisiert werden, z.B. auf einer elektrischen Leiterplatte. Gegenüber der Verwendung von Permanentmagneten hat die Erfindung den Vorteil, dass durch Steuerung der Bestro- mung der Spulenanordnung das Magnetfeld in gewünschter Weise eingestellt werden kann und im Betrieb der Vorrichtung nach Wunsch verändert werden kann. Das vom Magnetfeldgenerator erzeugte Parallelmagnetfeld kann zur Charakterisierung eines Magnetfeldsensors, zur Einstellung seines Arbeitspunkts und/oder zur Kompensation externer Felder genutzt werden.
Als weiterer Vorteil der Erfindung ist zu nennen, dass die Spulen der Spulenanordnung kostengünstig und reproduzierbar hergestellt werden können, z.B. durch Verwendung von vorhandenen, verbreiteten und etablierten Fertigungstechniken, wie z.B. der Herstellung elektrischer Leiterplatten. Vorteilhaft kann dabei ein in der Regel ungenutzter Raum auf der Leiterplatte zur Unterbringung der Spulenanordnung genutzt werden, wobei die Leiterplatte ansonsten als Träger und Schutz des Magnetfeldsensors dient. Hierdurch kann ein dem Magnetfeldsensor zugeordnetes, eigenes und stabiles Spulensystem bereitgestellt werden, das sich zur Systemkalibrierung und -Charakterisierung eignet. Eine Vorrichtung mit einem solchen Magnetfeldgenerator lässt sich mit einem Spulendesign realisieren, das besonders robust gegenüber externen Störfeldern ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Magnetfeldsensor charakterisiert und kalibriert werden. Es ist zudem möglich, im laufenden Betrieb einen gewünschten Einfluss auf dessen Verhalten zu nehmen, z.B. durch das Parallelmagnetfeld und dessen Steuerung die Sensorkennlinie zu beeinflussen.
Die Spulenanordnung kann mit nur zwei Außenanschlüssen ausgebildet sein, über die eine elektrische Bestromung der Spulenanordnung eingespeist werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Spule der ersten Spulenlage einen gegensinnigen Wicklungssinn zur wenigstens einen Spule der zweiten Spulenlage hat. Hierdurch kann in besonders günstiger Weise ein Parallelmagnetfeld außerhalb des von der ersten und der zweiten Spulenlage umgebenen Bereichs, d.h. jenseits der Spulenanordnung, erzeugt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spulen der ersten Spulenlage und/oder der zweiten Spulenlage durch Leiterbahnen einer Leiterplatte (PCB - Printed Circuit Board) gebildet sind. Die Leiterbahnen bilden dabei spulenartige Leiterschleifen. Dies ermöglicht eine einfache, reproduzierbare, kostengünstige und robuste Realisierung der Spulenanordnung. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mehrere Leiterbahnlagen hat, wobei die erste Spulenlage auf einer ersten Leiterbahnlage (Leiterschicht) ausgebildet ist und die zweite Spulenlage auf einer zweiten, davon beabstandeten Leiterbahnlage ausgebildet ist. Hierbei ist es ausreichend, wenn eine Leiterplatte mit zwei Leiterbahnlagen genutzt wird, beispielsweise eine zweiseitig mit Leiterbahnmaterial beschichtete Leiterplatte. Dann kann die erste Spulenlage auf der einen Leiterbahnlage der Leiterplatte realisiert werden, und die zweite Spulenlage auf der anderen Leiterbahnlage. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spulenlage entspricht bei einer zweilagigen Leiterplatte dann im Wesentlichen der Dicke der Leiterplatte. Es ist auch möglich, mehrlagige Leiterplatten (Multilayer) einzusetzen. Es kann z.B. auch eine Leiterplatten vier Leiterbahnlagen genutzt werden. Dann können z.B. die im Inneren der Leiterplatte angeordneten Leiterschichten für die Realisierung der Spulenanordnung genutzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Leiterbahnen der ersten Spulenlage durch ein oder mehrere Durchkontaktierungen (Vias) mit Leiterbahnen der zweiten Spulenlage verbunden sind. Auf diese Weise kann ein relativ komplexes Spulensystem in Leiterplattentechnik einfach und kostengünstig realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Spulenlage im vom Parallelmagnetfeld überdecken Bereich einen größeren Abstand zwischen Windungen der wenigstens einen Spule hat als außerhalb des vom Parallelmagnetfeld überdecken Bereichs. Hierdurch kann eine hohe Homogenität des Parallelmagnetfelds gewährleistet werden. Wenn die Windungen als Leiterbahnen realisiert sind, hat die erste Spulenlage im vom Parallelmagnetfeld überdecken Bereich einen größeren Abstand zwischen Leiterbahnen als außerhalb des vom Parallelmagnetfeld überdecken Bereichs.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Spulenlage konkav gekrümmt ausgebildete Windungen oder Leiterbahnabschnitte hat, die unmittelbar an den vom Parallelmagnetfeld überdecken Bereich angrenzen. Auf diese Weise können die Leiterbahnen um den vom Parallelmagnetfeld überdeckten Bereich der Spulenanordnung herumgeführt sein. Auch hierdurch kann eine besonders gute Homogenität des Parallelmagnetfelds gewährleistet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Magnetfeldsensor in Dünn- Schichttechnik, mit einem magnetsensitiven Element hat, das im Bereich des Parallelmagnetfelds angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine integrierte Vorrichtung realisiert werden, die sowohl einen Magnetfeldsensor als auch einen dem Magnetfeldsensor zugeordneten Magnetfeldgenerator hat. Mit dem Magnetfeldgenerator kann der Magnetfeldsensor vermessen und/oder kalibriert werden. Es kann auch im laufenden Betrieb des Magnetfeldsensors durch den Magnetfeldgenerator Einfluss auf dessen Sensoreigenschaften genommen werden, z.B. indem durch Steuerung des Parallelmagnetfelds die Kennlinie des Magnetfeldsensors in einer gewünschten Weise verändert wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung einer Vorrichtung der zuvor erläuterten Art, mit folgenden Schritten: a) Festlegen des für die Spulenanordnung zur Verfügung stehenden Bauraums, b) Festlegen eines gewünschten Bereichs, in dem durch die Spulenanordnung das Parallelmagnetfeld erzeugt werden soll, c) Anordnen der Leiterbahnen der ersten Spulenlage und der zweiten Spulenlage auf einer Leiterplatte, besondere virtuelles Anordnen der Leiterbahnen in einem CAD- Programm, d) Simulation des durch die Spulenanordnung erzeugbaren Magnetfelds mit Überprüfung, ob das Parallelmagnetfeld die gestellten Anforderungen erfüllt, e) falls die Anforderungen nicht erfüllt sind, Fortsetzen des Ablaufs im Schritt c), andernfalls Beenden des Ablaufs.
Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Insbesondere kann hierdurch eine Spulenanordnung für einen Magnetfeldgenerator bereitgestellt werden, durch den ein sehr homogenes und relativ starkes Parallelmagnetfeld im gewünschten Bereich erzeugt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Schritt c) folgende Teilschritte ausgeführt werden: c1) Verteilen der Leiterbahnen in der ersten und der zweiten Spulenlage, c2) Festlegen von Spulenmittenabstand und Kerndurchmesser, c3) Verbinden der Leiterbahnen zu spulenartigen Leiterschleifen.
Hierdurch kann die Homogenität des Parallelmagnetfelds weiter verbessert werden bzw. iterativ optimiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) geprüft wird, ob die Verteilung der Leiterbahnen in der zweiten Spulenlage eine ausreichende Eignung zur vorgegebenen Erzeugung des Parallelmagnetfelds hat, und wenn dies nicht der Fall ist, Vergrößern des definierten Kerndurchmessers und Fortfahren im Schritt c2), andernfalls Fortfahren im Schritt d). Auf diese Weise kann iterativ die Spulenanordnung und damit der Magnetfeldgenerator auf die gewünschte Anwendung hin optimiert werden. Beispielsweise kann für die Durchführung des Verfahrensschritts eine softwaremäßige Simulation des zu erwartenden Parallelmagnetfelds durchgeführt werden und bereits während des Spulendesigns am Computer eine Optimierung in einem oder mehreren iterativen Schritten durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen
Figur 1 - einen Magnetfeldgenerator in perspektivischer Ansicht,
Figur 2 - den Magnetfeldgenerator gemäß Figur 1 mit einem Magnetfeldsensor,
Figur 3 - eine seitliche Schnittansicht durch die Vorrichtung gemäß Figur 2 mit Darstellung des Magnetfelds,
Figur 4 - Spulen einer Spulenanordnung des Magnetfeldgenerators gemäß Figur 1 in Draufsicht,
Fig. 5, 6 - Dimensionierungsmöglichkeiten der Spulen gemäß Figur 3,
Figur 7 - den Ablauf eines Verfahrens zur Bereitstellung einer Spulenanordnung gemäß Figur 3.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem Magnetfeldgenerator 2, der eine Spulenanordnung mit mehreren Spulen 3, 4, 5, 6 aufweist. Die Spulen 3, 4, 5, 6 sind als planare Spulen mit mehreren Windungen 7 ausgebildet. Die Spulen 3, 4 befinden sich in einer ersten planaren Spulenlage 12, d.h. in derselben Ebene, und die Spulen 5, 6 befinden sich in einer parallel zur ersten Spulenlage 12 angeordneten zweiten planaren Spulenlage 13, somit in einer zur Spulenlage 12 parallelen Ebene. Die Spulen 3, 4 sind miteinander über eine Leitung verbunden. Die Spule 3 ist über eine Durchkontaktierung 8 mit der Spule 5 verbunden. Die Spule 4 ist über eine Durchkontaktierung 8 mit der Spule 6 verbunden. Die Spulenanordnung 2 hat zwei Außenanschlüsse 9, über die an die Spulenanordnung 2 ein elektrisches Signal angelegt werden kann, das die Spulen 3, 4, 5, 6 durchfließt. Hierdurch kann auf der von der zweiten Spulenlage 13 abgewandten Seite der ers- ten Spulenlage 12 ein von der ersten Spulenlage 12 beabstandetes Parallelmagnetfeld erzeugt werden, das zur ersten Spulenlage 12 parallele Magnetfeldlinien hat.
Die Figur 2 zeigt die Kombination der Vorrichtung 1 mit der Spulenanordnung 2 mit einem Magnetfeldsensor 10, der ein magnetsensitives Element 11 hat. Das magnetsensitive Element 11 ist dabei im Bereich des von der Spulenanordnung 2 erzeugbaren Parallelmagnetfelds angeordnet.
Die Figur 3 verdeutlicht dies anhand einer seitlichen Schnittansicht. Erkennbar sind wiederum die Spulen 3, 4 in der ersten Spulenlage 12 und die Spulen 5, 6 in der zweiten Spulenlage 13. Erkennbar sind zudem die Durchkontaktierungen 8. Oberhalb der ersten Spulenlage 12 ist der Magnetfeldsensor 10 mit dem magnetsensitiven Element 11 angeordnet. Durch die Pfeile wird der Verlauf der Magnetfeldlinien verdeutlicht. Dabei wird oberhalb der ersten Spulenlage 12 das erwähnte Parallelmagnetfeld 14 erzeugt. Die x- und y-Komponenten der Magnetfeldlinien im Bereich des Parallelmagnetfelds 14 verlaufen relativ homogen und zudem parallel zur Ebene der ersten Spulenlage 12 und dementsprechend auch tangential zur Längserstreckung des magnetsensitiven Elements 11.
Die Figur 4 verdeutlicht eine vorteilhafte Gestaltung der Spulen 3, 4, 5, 6 sowie eine vorteilhafte Möglichkeit der Verbindung zwischen diesen Spulen. Die Spulen 3, 4, 5, 6 sind dabei in Reihe geschaltet. Die Spule 6 ist mit der Spule 4 am Verbindungspunkt B über eine Durchkontaktierung verbunden. Die Spule 3 ist mit der Spule 5 am Verbindungspunkt D über eine Durchkontaktierung verbunden. Die Spulen 3 und 4 sind an den Verbindungspunkten C direkt bzw. über ein Leiterbahnstück in derselben Spulenlage miteinander verbunden. Die Anschlusspunkte A und E sind mit den Außenanschlüssen 9 verbunden sind.
Die Spulen 5, 6 in der zweiten (unteren) Spulenlage 13 sorgen für eine möglichst hohe magnetische Feldstärke und dementsprechend eine Sensitivität. Die Spulen 3, 4 in der ersten (oberen) Spulenlage 12 lenken das magnetische Feld in eine tangentiale Ebene zur ersten Spulenlage bzw. zu einer elektrischen Leiterplatte, in der die erste und die zweite Spulenlage realisiert sind, und stellen eine homogene Feldverteilung im Bereich des Parallelmagnetfelds 14 her.
Unter Bezugnahme auf die in den Figuren 5 und 6 angegebenen Kenngrößen der Spulen 3, 4, 5, 6 wird folgendes vorteilhafte Verfahren zur Dimensionierung der Spulen durch Leiterbahnen auf einer Leiterplatte vorgeschlagen. Folgende relevante Größen zur Dimensionierung sind zu beachten:
Xmax: maximal zur Verfügung stehender Bauraum in x-Richtung (Feldrichtung des Parallelmagnetfelds 14) ymax: maximal zur Verfügung stehender Bauraum in y-Richtung dmin: minimaler Radius einer Leiterinnenschleife Vx: Spulenmittenabstand in x-Richtung vy: Kerndurchmesser eines Spulenpaars pmin: minimaler zu realisierender Leiterbahnabstand ptoP: Abstand der inneren Leiterbahnen der Spulen 3, 4 (coil top) pbottom: Abstand der inneren Leiterbahnen der Spulen 5, 6 (coil bottom)
Auslegung und Dimensionierung der Spulen:
1. Die Abmessungen Xmax und ymax bezeichnen den vollständigen durch die Spulen beanspruchen Bauraum. Dieser sollte so groß wie möglich gewählt werden. Eine bei großem Bauraum zu realisierende, hohe Windungszahl ist vorteilhaft bezüglich der Homogenität des Feldes und der maximal zu erreichenden Feldstärke.
2. Vxund vy bezeichnen den Spulenmittenabstand eines Spulenpaars bzw. den Kerndurchmesser einer einzelnen Spule. Ein möglichst großes vy reduziert den Feldgradienten in y-Richtung. Es sollte mindestens so groß gewählt werden, dass alle Leitungsstücke unterhalb der angestrebten Feldebene ohne Krümmungen verlaufen. x sollte mindestens 1,7-mal der Länge der angestrebten Feldebene entsprechen. Desweiterem muss Vx > (ymax - vy) sein. Ein größerer Abstand ist bezüglich der Homogenität vorteilhaft.
3. dmin ist der minimale Durchmesser, bzw. 2-mal der minimale Radius der innersten Leiterschleife. Dieser ergibt sich aus der verwendeten PCB Technologie und den Vorgaben des PCB Herstellers. Limitierend ist hier i.d.R. der minimale Abstand zwischen einem gesetzten Via zur Verbindung der oberen und unteren Spule und einer daran vorbeigeführten Leiterbahn. Ein kleines dmin führt zu einer effektiveren Ausnutzung des möglichen Bauraums.
4. Der Leiterbahnabstand pmin ist durch die Designvorgaben des PCB Herstellers und die gewählte Leiterbahnweite gegeben. Die Leiterbahnweite (nicht in der hiesigen Zeichnung spezifiziert) sollte so groß wie nötig gewählt werden, um einen geringen ohmschen Widerstand in der Spule zu realisieren, aber auch so klein wie möglich, um eine maximale Anzahl an Windungen zu erzielen.
5. Der Leiterbahnabstand pbottom sollte für ein maximal homogenes Magnetfeld gleich pmin sein. Eine minimale Vergrößerung von pbottom hat eine Vergrößerung des ma- ximalen erreichbaren Feldes in der angestrebten Feldebene, bei einer nur geringfügigen Verschlechterung der Homogenität, zur Folge.
6. ptop muss so gewählt werden, dass sich die Leiterbahnen gleichmäßig über die freie Fläche verteilen. Wenn n die Anzahl der Windungen pro Einzelspule ist, dann ist ptop = (Vx+dmin)/(2n+1) .
7. Der Abstand zwischen der oberen (coil top) und der unteren Spule (coil bottom) ist bedingt durch die gewählt PCB Technologie (nicht in der hiesigen Zeichnung spezifiziert). Es sollte aber ein Abstand angestrebt werden, der in etwa dem zwischen der oberen Spule und der angestrebten Feldebene des Parallelmagnetfelds 14 entspricht.
8. Alle nicht genauer spezifizierten Leiterbahnen sollten mit dem Fokus auf minimale Leitungslänge und maximale Symmetrie des gesamten Spulenaufbaus ausgelegt werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren für die Bereitstellung einer solchen Spulenanordnung 2 kann, wie in Figur 7 dargestellt, wie folgt ablaufen.
In einem Schritt 70 kann zunächst eine Definition des zur Verfügung stehenden Bauraums durchgeführt werden. Der Bauraum sollte so groß wie möglich gewählt werden. Er hat direkten Einfluss auf die Anzahl der zu realisierenden Spulenwindungen und somit auch auf die erreichbare Feldstärke und Feldhomogenität. Dabei ist insbesondere bei Realisierung auf einer Leiterplatte der auf der Leiterplatte verfügbare Bauraum zu berücksichtigen.
In einem darauffolgenden Schritt 71 kann ein Zielbereich definiert werden. Der Zielbereich ist der Bereich, in dem bei der Spulenanordnung das tangential zur Leiterplattenoberfläche zu erzeugende Parallelmagnetfeld entstehen und möglichst homogen sein soll. Beispielsweise können als Zielbereich die Flächen 80 festgelegt werden, die sozusagen eine Projektion des zu erzeugenden Parallelmagnetfelds in die Bereiche der planaren Spulenlagen sind.
In einem Schritt 72 wird dann die Verteilung der Leiterbahnen auf der Leiterplatte in den Spulenebenen durchgeführt, d.h. in der ersten Spulenlage und der zweiten Spulenlage. Dabei ist es vorteilhaft, in der ersten Spulenlage die äußeren Leiterbahnen so eng wie möglich zu platzieren. Die inneren Leiterbahnen sollen den vorhandenen Raum gleichmäßig ausnutzen. Weiter ist es vorteilhaft, in der zweiten Spulenlage alle Leiterbahnen so weit wie möglich an den Außenseiten zu platzieren und den Zielbereich 80 im Wesentlichen nicht zu überdecken.
In einem Schritt 73 erfolgt dann eine Festlegung von Spulenmittenabstand und Kerndurchmesser. Die Maximalwerte für den Spulenmittenabstand und den Kerndurchmesser werden durch die Leiterbahnbreite, den Leiterbahnabstand und die Anzahl der Spulenwindungen definiert. Zudem können bereits Bereiche 81 für die Durchkontaktierungen 8 reserviert werden.
In einem Schritt 74 erfolgt eine Verbindung der Leiterbahnen zu Leiterschleifen. Wie man erkennt, können in der ersten Spulenlage die Leiterschleifen den Zielbereich 80 zumindest teilweise überdecken. In der zweiten Spulenlage werden die Leiterschleifen derart gebildet, dass der Zielbereich 80 im Wesentlichen ausgespart wird. Auf diese Weise können z.B. zwei von der Form her brillenartige Spulen in der zweiten Spulenlage 13 entstehen. Allgemein gilt, dass die Leiterbahnen auf dem kürzest möglichem Weg zu Leiterschleifen verbunden werden sollen. Die Verbindung erfolgt mit Kreisbahnen und Leiterbahnen im 45 Grad-Winkel.
In einem Schritt 75 erfolgt dann eine Verteilung der Leiterbahnen in den Spulenebenen, d.h. der ersten Spulenlage und der zweiten Spulenlage. Beispielsweise kann eine Bewertung der Leiterschleifengeometrie in der zweiten Spulenlage erfolgen: Sind keine oder nur sehr kurze gerade Leiterbahnen vorhanden, sodass der Zielbereich 80 zu stark überdeckt ist, kann beispielsweise der Kerndurchmesser vergrößert werden.
In einem Schritt 76 wird geprüft, ob die Geometrie in der zweiten Spulenlage geeignet zur Erfüllung der Anforderungen an das zu erzeugende Parallelmagnetfeld 14 ist. Ist dies nicht der Fall, wird wieder mit dem Schritt 73 fortgefahren, z.B. indem dort eine Vergrößerung des Kerndurchmessers in der zweiten Spulenlage 13 durchgeführt wird.
Andernfalls wird nach dem Schritt 76 mit dem Schritt 77 fortgefahren. Dort kann per Simulation das bei Bestromung der Spulenanordnung resultierende Magnetfeld, zumindest in X-Richtung, überprüft werden. Beispielsweise können relevante Bewertungskriterien für die Eignung des resultierenden Magnetfelds die Homogenität des Magnetfelds in der Ebene des gewünschten Parallelmagnetfelds, d.h. im Zielbereich, sein, sowie die Sensiti- vität der Spulenanordnung bezogen auf den Zielbereich in T/A. In einem Schritt 78 werden die anhand der Simulation ermittelten Parameter geprüft, beispielsweise ob die Homogenität und die Sensitivität die gewünschten Werte erreicht. Ist dies nicht der Fall, wird wieder zum Schritt 72 verzweigt. Beispielsweise kann die Homogenität des Magnetfelds dann dort verbessert werden, indem die Windungszahl und/oder der Spulenmittenabstand geändert wird. Ist die Feldstärke unzureichend, kann z.B. eine Änderung der Windungszahl und/oder der Leiterbahnabstand in der zweiten Spulenlage verändert werden.
Wird im Schritt 78 festgestellt, dass die gewünschten Kriterien erfüllt sind, wird mit dem Schritt 79 fortgefahren. Dort erfolgt eine Verbindung der Leiterschleifen zu einem Spulensystem, d.h. zu der fertigen Spulenanordnung 2 wie anhand der Figur 1 dargestellt. Die Leiterschleifen können z.B. derart verbunden werden, dass die Beeinträchtigung der Symmetrie so gering wie möglich ist. Die vier einzelnen Spulen werden anschließend in Reihe verschaltet. Die genannten Schritte können insgesamt oder zumindest zum Teil in einem Leiterplatten-Designprogramm durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche:
1 . Vorrichtung aufweisend wenigstens einen Magnetfeldgenerator (1), der eine Spulenanordnung (2) mit mehreren Spulen (3, 4, 5, 6) aufweist, die jeweils mehrere Windungen (7) haben, wobei die Spulenanordnung (2) eine erste planare Spulenlage (12) mit wenigstens einer Spule (3, 4, 5, 6) und eine dazu parallel angeordnete zweite planare Spulenlage (13) mit wenigstens einer Spule (3, 4, 5, 6) aufweist, wobei die zweite planare Spulenlage (13) in einem Abstand von der ersten planaren Spulenlage (12) angeordnet ist, wobei die Spulenanordnung (2) dazu eingerichtet ist, bei elektrischer Bestromung der Spulenanordnung (2) auf der von der zweiten Spulenlage (13) abgewandten Seite der ersten Spulenlage (12) in einem Abstand von der ersten Spulenlage (13) ein Parallelmagnetfeld (14) zu erzeugen, das zur ersten Spulenlage (12) parallele Magnetfeldlinien hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3, 4, 5, 6) der ersten Spulenlage (12) einen gegensinnigen Wicklungssinn zur wenigstens einen Spule (3, 4, 5, 6) der zweiten Spulenlage (13) hat.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3, 4, 5, 6) der ersten Spulenlage (12) und/oder der zweiten Spulenlage (13) durch Leiterbahnen (15) einer Leiterplatte (PCB - Printed Circuit Board) gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte mehrere Leiterbahnlagen hat, wobei die erste Spulenlage (12) auf einer ersten Leiterbahnlage ausgebildet ist und die zweite Spulenlage (13) auf einer zweiten, davon beab- standeten Leiterbahnlage ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterbahnen (15) der ersten Spulenlage (12) durch ein oder mehrere Durchkontaktierungen (8) (Vias) mit Leiterbahnen (15) der zweiten Spulenlage (13) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spulenlage (12) im vom Parallelmagnetfeld (14) überdecken Bereich einen größeren Abstand zwischen Windungen (7) der wenigstens einen Spule (3, 4, 5, 6) hat als außerhalb des vom Parallelmagnetfeld (14) überdecken Bereichs.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spulenlage (13) konkav gekrümmt ausgebildete Windungen (7) o- der Leiterbahnabschnitte hat, die unmittelbar an den vom Parallelmagnetfeld (14) überdecken Bereich angrenzen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Magnetfeldsensor (10), insbesondere einen Magnetfeldsensor in Dünnschichttechnik, mit einem magnetsensitiven Element (11) hat, das im Bereich des Parallelmagnetfelds (14) angeordnet ist.
9. Verfahren zur Bereitstellung einer Spulenanordnung (2) einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: a) Festlegen des für die Spulenanordnung (2) zur Verfügung stehenden Bauraums, b) Festlegen eines gewünschten Bereichs, in dem durch die Spulenanordnung (2) das Parallelmagnetfeld (14) erzeugt werden soll, c) Anordnen der Leiterbahnen (15) der ersten Spulenlage (12) und der zweiten Spulenlage (13) auf einer Leiterplatte, d) Simulation des durch die Spulenanordnung (2) erzeugbaren Magnetfelds mit Überprüfung, ob das Parallelmagnetfeld (14) die gestellten Anforderungen erfüllt, e) falls die Anforderungen nicht erfüllt sind, Fortsetzen des Ablaufs im Schritt c), andernfalls Beenden des Ablaufs.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) folgende Teilschritte ausgeführt werden: c1) Verteilen der Leiterbahnen (15) in der ersten und der zweiten Spulenlage (12, 13), c2) Festlegen von Spulenmittenabstand und Kerndurchmesser, c3) Verbinden der Leiterbahnen (15) zu spulenartigen Leiterschleifen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) geprüft wird, ob die Verteilung der Leiterbahnen (15) in der zweiten Spulenlage (13) eine ausreichende Eignung zur vorgegebenen Erzeugung des Parallelmagnetfelds (14) hat, und wenn dies nicht der Fall ist, Ver- großem des definierten Kerndurchmessers und Fortfahren im Schritt c2), andernfalls Fortfahren im Schritt d).
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