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Spinning Current Kit: Hall-Sensor Offset-Kompensation zum Selberbauen
Integrierte Hall-Sensoren von Allegro, Infineon oder TI haben eine clevere Technik eingebaut: Spinning Current. Sie rotiert die Kontaktbelegung des Hall-Elements so schnell, dass sich die störende Offset-Spannung herausmittelt — und nur das echte Magnetfeld-Signal übrig bleibt.
Aber wie funktioniert das genau? In einem integrierten IC ist das eine Black Box. Man sieht nichts, man misst nichts, man versteht wenig.
Das Spinning Current Kit
Wir haben ein Kit zusammengestellt, mit dem man Spinning Current von außen aufbauen kann — mit diskreten Bauteilen auf dem Breadboard. Alles offen, alles messbar.
Was ist drin?
- 1× LM334MX/NOPB — Einstellbare Konstantstromquelle von Texas Instruments. Liefert den präzisen Bias-Strom für das Hall-Element. Mit einem einzigen Widerstand einstellbar von 1 µA bis 10 mA.
- 4× TC4424AVOA713 — Dual MOSFET Gate Driver von Microchip. Vier Stück für die acht Schaltpfade (je Kontakt ein Strom- und ein Messpfad). Schaltzeiten unter 30 ns — schnell genug für Zyklusfrequenzen bis in den MHz-Bereich.
- 4× WIMA MKS2 1µF — Deutsche Folienkondensatoren als Abblockkondensatoren für die Gate-Treiber. Folie statt Keramik, weil Folienkondensatoren keinen Piezo-Effekt haben — wichtig für störungsfreie Analogmessungen.
Was braucht man noch?
- Ein nacktes Hall-Element (z.B. AKM HG106C, GaAs, 4-Terminal)
- Einen Mikrocontroller (Arduino, Teensy, ESP32) für die Phasensteuerung
- Ein Breadboard und Widerstände
Warum diese Bauteile?
Der LM334 als Stromquelle ist die eleganteste Lösung für Hall-Biasing: Die Hallspannung ist proportional zum Strom (V_H = I·B / n·q·d). Ein konstanter Strom bedeutet, dass die Hallspannung direkt das Magnetfeld abbildet — unabhängig vom Elementwiderstand und seiner Temperaturdrift.
Die TC4424A Gate-Treiber sind kräftig genug (3A Peak) um die Schaltpfade sauber zu treiben, und TTL-kompatibel — also direkt vom Mikrocontroller ansteuerbar. Pro Hall-Kontakt ein IC: Kanal A schaltet den Biasstrom, Kanal B den Messausgang.
Die WIMA MKS2 als Abblockkondensatoren statt der üblichen Keramik-MLCCs: Bei Präzisionsmessungen im µV-Bereich stören die piezoelektrischen Effekte von Keramikkondensatoren. Folie ist sauber.
Hintergrund und Theorie
Die komplette Theorie — vom Hall-Effekt über die Wheatstone-Brücke bis zur mathematischen Herleitung der Offset-Kompensation — gibt es auf electronobotics.de. Dort steht auch, warum der Offset sich bei Rotation der Kontaktbelegung exakt aufhebt (Stichwort: Non-Reciprocity).
Das Projekt mit Schaltplan, Firmware (Arduino + Zephyr) und Python-GUI: Spinning Current Hall-Sensor
Und der LM334 hat jetzt seinen eigenen Artikel: LM334: Einstellbare Konstantstromquelle
Alle Bauteile direkt hier im Shop erhältlich: Spinning Current Kit · LM334MX · TC4424A · WIMA MKS2