JP2019174466A - マルチターン磁気センサ用のターンカウント復号化 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化するためのシステムを提供する。【解決手段】本開示の態様は、逐次近似技術を使用してマルチターン磁気センサの出力を復号化し、磁気ターゲットのターン数を検出することに関する。デコーダ回路は、以前の測定値から判定されるノードにおける測定値を取得することによって、マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化することができる。【選択図】図１

Description

本開示の技術はマルチターン磁気センサに関する。

マルチターン磁気センサは、磁性ターゲットを含むまたは結合する対象が、何回回転したかを追跡することができる。磁気マルチターンセンサの例として、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサが挙げられる。

磁気抵抗は、２つの強磁性層が非磁性の比較的薄膜によって分離される場合に、薄膜構造内で生じることができる。２つの磁性層が平行であると、抵抗値が最小値まで下がり得る。磁性層がもはや平行配向でなくなるように磁性層が向きを変えれば、電気抵抗が増加する。磁気センサは、強磁性合金層と非磁性層で交互に作製されたＧＭＲ抵抗器を含み得る。ＧＭＲ抵抗器の抵抗値は、適用される磁場の変化に影響を受け、変化することがある。ＧＭＲ抵抗器を使用するホイートストンブリッジは、半導体チップ上にパターニングされ、磁石の角運動および直線運動を検出することができる。

本開示の一態様は、マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化するためのシステムを含み、そのシステムは、磁気抵抗トラックを備えるマルチターン磁気センサと、磁気抵抗トラックのノードに連結されたデコーダ回路と、を備える。デコーダ回路は、第１の対のノードから第１の対の信号を検出するように、第１の対のノードから信号の値に基づいて第２の対のノードを選択するように、第２の対のノードから第２の対の信号を検出するように、かつ第１の対の信号および第２の対の信号の少なくとも一部に基づいて、マルチターンセンサのターンカウントを判定するように構成することができる。

マルチターンセンサのターンカウントを復号化するためのシステムは、次の１つ、全て、または任意の組み合わせを有し得る。ターンカウントが複数のハーフターンを表すことができる。デコーダ回路が、第１の対の信号の双方が既定の範囲内にあるかどうかに基づいて、第２の対のノードを選択するよう構成される。磁気抵抗トラックが螺旋形状に敷設され、デコーダ回路が螺旋の中心を通って延在するラインの反対側のノードに結合される。第１の対の信号がマルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧である。ターンカウントを表現する第１のビットが、第１の対の信号の値に基づいて復号化される。デコーダ回路が、ターンカウントを表す他のビットを判定する前に、ターンカウントを表現する最上位ビットを判定するように構成される。デコーダシステムが、磁気抵抗トラックの２^ｉ以上の異なるノードからの信号の測定に基づいて、ターンカウントを判定するように構成され、マルチターン磁気センサの最大ターンカウントが２^ｉ以下であり、ｉが、２^ｉが最大ターンカウント以上となるような最小の整数である。または、デコーダ回路が、磁気抵抗トラックのノードから１つのノードを選択するように構成されるマルチプレクサと、ノードから信号のデジタル表現を生成するように構成されるアナログデジタル変換器と、ノードからの信号のデジタル表現に少なくとも一部に基づいて、ターンカウントを判定するように構成されるデコーダ論理回路と、を含んでいる。

本開示の別の態様は、逐次近似を使用してマルチターン磁気センサの状態を復号化するためのデコーダ回路を含み、当該デコーダ回路は、マルチターン磁気センサのノードに結合し、逐次近似読み出し技術を使用して選択されるノードの少なくともいくつかから複数対の信号を測定し、測定された複数対の信号に、少なくとも一部に基づいて、ターンカウントを判定するよう構成される、デコーダ回路を備える。

デコーダ回路は、次の１つ、全て、または任意の組み合わせを有し得る。逐次近似読み出し技術が、第１の対のノードから第１の対の信号を検出することと、第１の対のノードからの信号の値に基づいて第２の対のノードを選択することと、第２の対のノードから第２の対の信号を検出することと、を含む。第１の対の信号がマルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧信号である。ターンカウントを表現する最上位ビットは第１の対の信号の値に基づいて復号化される。または、デコーダ回路はハーフターン分解能へのターンカウントを判定するよう構成される。

本開示の別の態様は、マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化する方法を開示しており、当該方法は、マルチターン磁気センサの一対の場所に対する一対の信号を判定し、一対の信号の値の少なくとも一部に基づいてマルチターン磁気センサの第２の対の場所を選択し、第２の対の場所に対する第２の対の信号を判定し、第１の対の信号と第２の対の信号の値の少なくとも一部に基づいて、ターンカウントを復号化することを含む。

本方法は次の１つ、全て、または任意の組み合わせを含み得る。第２の対のノードが、第１の対の信号の双方が既定の範囲内にあるかどうかに基づいて選択される。ターンカウントを表現する第１のビットが、第１の対の信号の値に基づいて復号化される。ターンカウントを表現する最上位ビットが、ターンカウントを表現する他のビットを判定する前に、復号化される。第１の対の信号が、マルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧であり、ターンカウントはハーフターンカウントである。または、マルチターン磁気センサが、螺旋形状に敷設された磁気抵抗トラックを含み、対の場所が、螺旋の中心を通って延在するラインの反対側にある。

本開示の概要を述べるために、特定の態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。任意の特定の実装形態に従って、そのような態様、利点、または特徴の必ずしも全てが実現されるとは限らないことを理解されたい。したがって、様々な実施形態は、本明細書に教示される１つ以上の態様、利点、または特徴を、本明細書に教示または示唆される他の態様、利点、または特徴を必ずしも実現することなく、含み得るか、または最適化され得る。

これらの図面および本明細書における関連する説明は、特定の実施形態を例示するために提供されており、限定することを意図するものではない。

図１は、実施形態による、マルチターンセンサおよび角度センサを含む磁気マルチターン角度センサシステムの概略ブロック図である。 図２は、実施形態による、対応する回路の図式表現と共に、マルチターンセンサの磁気ストリップレイアウトを表す一実施例を示す。 図３は、実施形態による、一実施例としての読み出し構造を備えたマルチターンセンサの一実施例を示す。 図４は、実施形態による、図３のマルチターンセンサのターンカウントを復号化するための回路の一実施例を示す。 図５は、実施形態による、逐次近似読み出し技術を使用して、マルチターンセンサの出力からハーフターンを復号化する一実施例のプロセスのフローチャートを示す。 図６は、実施形態による、逐次近似読み出し技術を使用して、マルチターンセンサの出力からハーフターンを復号化する一実施例のプロセスのフローチャートを示す。 図７は、マルチターンセンサ図３の様々なノードからの電圧出力の実施例を示す。 図８Ａは、実施形態による、マルチターンセンサ、角度センサ、およびプロセッサを含む磁気角度センサシステムの概略ブロック図である。 図８Ｂは、別の実施形態による、マルチターンセンサ、角度センサ、およびプロセッサを含む磁気角度センサシステムの概略ブロック図である。 図８Ｃは、別の実施形態による、マルチターンセンサ、角度センサ、およびプロセッサを含む磁気角度センサシステムの概略ブロック図である。

次の特定実施形態についての詳細な説明は、特定実施形態についての多様な説明を提示している。しかしながら、本明細書において説明される本イノベーションは、例えば、特許請求の範囲によって定義され、包含される多数の様々な方法において具体化され得る。本明細書では、図面が参照され、図面では、類似の参照番号は、同一または機能的に同様の素子を指すことがある。図に示す素子は必ずしも縮尺一定に描かれていないことが理解されるであろう。その上、特定の実施形態は、図面に示すよりも多くの素子および／または図面に示す素子の下位集合を含み得ることが理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の好適な組み合わせを組み込み得る。ここに記載された見出しは、便宜上のためだけのものであり、請求項の範囲または意味に必ずしも影響するものではない。

本開示の態様は、マルチターン磁気センサのターンカウントを効率的に復号化することに関する。ターンカウントはハーフターンカウント（ＨＴＣ）によって表現され得る。逐次近似技術を使用して、マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化できる。かかる逐次近似技術は、ターンカウントを復号化するために読み取るマルチターンセンサにおけるポイントを効率的に判定することができる。マルチターン磁気センサからの出力は、復号化され、ターンカウント情報を判定できるようになる。これはハーフターン分解能で実施され得る。かかる出力は、マルチターン磁気センサから出力するブリッジ電圧となり得る。その出力した電圧は、低、中、および高と３つの状態を表現する。各ハーフブリッジが存在する状態は、磁気角によって判定され得る。これらの状態の閾値はマルチターン磁気センサの巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果によって判定され得る。

センサ初期化の種類に基づいて、ターンカウント情報は、マルチターン磁気センサの螺旋から連続するハーフブリッジをペアリングし、２つのハーフブリッジが低位である状態から、その２つのいずれかが低位にならない状態までの変移を判定することにより、計算され得る。逐次近似ルーチンにより、有用なハーフブリッジを判定し、ターンカウント情報を計算することができる。これにより、比較的低い電力消費で、比較的高速なターンカウントの復号化をもたらすことができる。

網羅的な連続読み出し技術を使用していくつかのマルチターン磁気センサのターンカウントを復号化するために、マルチターン磁気センサからの全てのハーフブリッジ電圧が測定され、磁気シーケンスの順序、すなわち、磁気螺旋のマルチターン磁気センサのハーフブリッジの位置で、再順序付けされる。これは、双方のブリッジが低位からいずれかが低位にならないという変移を判定するために、各ハーフブリッジ状態と連続したハーフブリッジ状態とを比較する双方向ルーティングを伴い得る。かかる方法はＮ変換および比較を伴い、Ｎは、マルチターン磁気センサのハーフブリッジの数である。実施例として、４０ターン磁気センサでは、連続読み出し技術は、本明細書で論じられる逐次近似の復号化技術と比較すると、５倍超の遅さで、またより多くの電力を消費する。

磁気センサの概要
磁気センサは移動シャフトの角度位置および／または回転速度を監視するために使用され得る。そのような磁気感知は、多様な異なる用途、例えば、自動車用途、医療用途、および産業制御用途等に適用され得る。磁気センサを作製するためのいくつかの技術が存在する。例えば、ホール効果センサがある。ホール効果センサは、印加される磁場強度に基づいて直流出力電圧を生成する。回転磁場は、次いで、コンピュータによって処理され、角度を計算するホール効果センサ内に、正弦波波形を作り出す。巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサもある。ＧＭＲセンサのＧＭＲ抵抗器は、磁気抵抗トラックとして敷設された強磁性および非磁性材料の層を使用して形成される。ＧＭＲ抵抗器は、回転磁場の変化を検知するためにホイートストンブリッジで使用することができる。

磁気センサは、４分の１のターンごとに変化し得る状態で、ハーフターンの増分でターン数を検知し記録するか、または回転磁場の角度を検知するために、チップ上に集積化される。増分するターン数を検知および記録するための磁気センサは、マルチターンセンサまたはマルチターンカウントと同義に参照され得る。マルチターンセンサは全ターン、ハーフターン、４分の１ターン等といったように様々な分解能でカウントすることができ、当該ターン分解能とは異なり得る、様々な増分で、特性を変化させることができる。３６０度の範囲で回転角度を検知する磁気センサは、角度センサまたは単ターン（３６０度）角度センサとして称される。

マルチターンセンサおよび角度センサの両方を一緒に使用して、３６０度を超える回転角度位置を判定することができる。マルチターンセンサと角度センサのこの組み合わせは、マルチターン角度センサとしても称される。例えば、自動車用途では、マルチターン角度センサをドライブバイワイヤシステムに使用できる。角度センサは、ハンドル角度を検出することができ、マルチターンセンサはハンドルが何ターンしたかを追跡することができる。これにより、車両制御システムが、ハンドルが４５度または４０５度である場合に、ハンドルが両方の角度で同じ位置にも関わらず、区別することを可能にする。

追加の回路を使用して、マルチターンセンサおよび角度センサからの信号を位置情報に処理および／または変換することができる。例えば、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して、センサからの電圧を、全体的な回転角度位置および／または角度速度を判定するのに処理され得るデジタルデータに変換することができる。これらの変換の精度は、少し例を挙げれば、センサ配置、温度といった環境要因、磁場強度等の多くの要因に依存し得る。

位置情報は、磁場の回転を表現する。磁場は、１つ以上の磁石を含み得る磁性ターゲットによって生成される。そのような磁性ターゲットは、シャフト、ギア、リニアまたはロータリーアクチュエータ、モジュラークラッチアクチュエータ（ＭＣＡ）、ハンドル等の任意の好適な対象物の一部となり得るか、または結合され得る。位置情報は、角度または回転を表現し、３６０度超の回転ですら表現することができる。よって、位置情報は、磁性ターゲットを含んでいるか、結合している対象物の、全体的な回転の角度を表現することができる。

マルチターンセンサは磁気抵抗感知素子を含んでもよい。例えば、マルチターンセンサはＧＭＲセンサでもよい。角度センサは、任意の好適な角度センサでよく、例えば、ホール効果センサ、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、他の磁気抵抗感知素子等といったものが挙げられる。角度センサは０度〜３６０度の範囲内の角度を示す出力を提供し得る。

図１は、実施形態による、マルチターンセンサ１００および角度センサ１６６を含むマルチターン角度センサシステム１６０の概略ブロック図である。マルチターン角度センサシステム１６０はまた、処理回路１６８と、マルチターンセンサ１００、角度センサ１６６、処理回路１６８が配設される、プリント回路基板（ＰＣＢ）１６３とを含み得る。処理回路１６８は、マルチターンセンサ１００からの信号（複数可）Ｓ_Ｍと、角度センサ１６６からの信号（複数可）Ｓ_Ａを受信することができ、次いで、これらの受信信号を処理し、回転角度位置Ｐｏｓｉｔｉｏｎを供給する。処理回路１６８はハーフターンデコーダ１６９を含み得る。このハーフターンデコーダ１６９は、マルチターンセンサ１００からの信号（複数可）Ｓ_Ｍを受信し、ハーフターンカウントを出力することができる。ハーフターンデコーダ１６９は、逐次近似復号化および／または、マルチターンセンサのターンカウントの復号化に関する本明細書中で議論される任意の原理および利点を実装できる。マルチターンセンサ１００からの信号（複数可）Ｓ_Ｍおよび角度センサ１６６からの信号（複数可）Ｓ_Ａは、アナログ信号であり得る。例えば、マルチターンセンサ１００からの信号（複数可）Ｓ_Ｍは、ＧＭＲ抵抗器を含むホイートストンブリッジ等の抵抗器ネットワークから派生する電圧信号となり得る。

図２は、対応する回路の図式表現１５０と共に、マルチターンセンサ１００の磁気ストリップレイアウトを表す一実施例を示す。図２の実施形態において、磁気ストリップは、螺旋形状で物理的に配置される巨大磁気抵抗トラック１０１としてチップ上にパターニングされている。磁気抵抗トラック１０１は、コーナー１０５と、互いに直列で配設される磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４を形成するセグメント１０３ａ〜１０７ｎと、磁壁生成器１０７とを有する。磁気抵抗素子は、磁気整列状態に応じて抵抗を変える、可変抵抗器として役割を果たすことができる。図示されたマルチターンセンサ１００の磁気抵抗トラック１０１は、少なくとも３ターンをカウントすることのできるマルチターンカウンタにおいて実装され得る。磁気抵抗トラック１０１は、磁気抵抗トラック１０１の材料および断面寸法により、高異方性などの磁気異方性を有し得る。磁気抵抗トラック１０１は磁気エネルギーを保存することができる。

磁壁生成器（ＤＷＧ）１０７は磁気抵抗トラック１０１の一端に結合される。ＤＷＧ１０７は低異方性などの磁気異方性を有し得る。ＤＷＧ１０７は磁場の影響を受ける。外部磁場が変化するにつれて、ＤＷＧ１０７により磁気抵抗トラック１０１を介して磁壁は注入され得る。磁壁はセグメントを通って伝播し、それによりセグメントの磁区の方向性に変更をもたらすことができる。磁場の各ハーフターン（最大数のハーフターンまで）により、磁気抵抗トラック１０１のセグメント１０３ａ〜１０３ｎの抵抗が固有の配列になるように、磁壁は配置される。

図２の例では、磁気抵抗トラック１０１のセグメント１０３ａ〜１０３ｎは、磁気抵抗トラック１０１の真っすぐな側面として示される。セグメント１０３ａ〜１０３ｎは各セグメントの磁区に基づいた可変抵抗を有することができる。セグメントの磁区の方向が変わるのに従って、そのセグメントの抵抗が変わり得る。したがって、セグメント１０３ａ〜１０３ｎは、本明細書では可変抵抗器Ｒ１〜Ｒ１４とも呼ばれ、磁気抵抗素子として動作することができる。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４は、磁気的に書き込まれ、電気的に読み取ることができる、不揮発性の磁気メモリとしても機能し得る。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４は、螺旋形状の磁気抵抗トラック１０１に敷設される際、互いに直列に結合される。対応する回路図表現１５０は、それぞれに直列に接続された対応する磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４として示されたセグメント１０３ａ〜１０３ｎを示す。

マルチターンセンサは、ハーフターンカウントに独自に復号化され得る様々な出力を提供することができる。例えば、マルチターンセンサ１００は、電圧であってもよい多様なハーフブリッジ出力信号を提供し得る。電圧は、マルチターンセンサの異なるコーナー１０５などの異なる位置で測定され得る。測定された電圧は、図１のハーフターンデコーダ１６９によって格納することができる。次いで、ハーフターンデコーダ１６９は、どのコーナーがどの電圧を有するかによって（および／またはＶ＝Ｉ^＊Ｒによる電圧に対応する一連の電流または抵抗によって）、一連の抵抗を出現させる磁場のハーフターンの数を判定することができる。いくつかの実施形態では、ハーフターンの数は、ルーチンに従って判定され得るか、またはメモリに格納された事前設定されたルックアップテーブルを参照することによって判定され得る。

マルチターンセンサの復号化
図１および図２に関して、マルチターンセンサ１００は螺旋形状であってもよく、信号Ｓ_Ｍは、ハーフターンデコーダ１６９にマルチターンセンサ１００のセグメントまたはコーナー全体を読み取る電圧を提供することができる。

ハーフターンデコーダは、図２に示されるようなマルチターンセンサの一端から他端までで、セグメントの終了時（例えば、コーナーまたは反対のコーナーにおいて）に電圧測定結果を順次受信することができる。次いで、各セグメントについての電圧読み取りに基づき、ハーフターンデコーダは、ハーフターンの数を復号化することができる。本開示における実施例はハーフターンに関し得るが、本明細書中に論じられている任意の好適な原理および利点を、全ターン、ハーフターン、４分の１ターン等の特定の用途の任意の好適な分解能で、ターンカウントを復号化するために適用することができる。さらに、本開示における実施例は電圧測定を伴うが、電流測定を使用するターンカウントを復号化することができるある用途のための電流信号といった特定の用途のために、任意の他の好適な信号を、測定してもよい。

各電圧読み取りには時間が必要であり電力を消費する。比較的長い一連の電圧が読み取られる場合、マルチターンセンサを復号化するために使用される時間および電力の量は、比較的大きくなり得る。比較的大きなマルチターンセンサの中には、比較的多数のターンをカウントするため、長いトラックを有するものもある。比較的大きなマルチターンセンサについては、大きなマルチターンセンサの一端から他方の端部への電圧の連続読み取りには、多量の電力が消費され、多くの時間を必要とする。並行する読み取り出力には、著しくより多くのチップ面積を使用する代わりに、より速い速度を提供することができる。これは必ずしも電力節約を提供するというものではない。

より迅速でエネルギー効率的な方法を使用して、逐次近似読み出し（ＳＡＲ）技術により、マルチターンセンサ１００を復号化することができる。図１のハーフターンデコーダ１６９はＳＡＲ技術を実装し得る。ＤＷＧの移動によって生成される磁壁の列が異なるハーフターンの独自の下位集合を含むことを認知することにより、これらの独自の下位集合を特定することができ、ハーフターンの数は、磁壁の全ての方向を判定することなく、復号化することができる（例えば、全てのセグメントの抵抗を判定することなく、またはＧＭＲの螺旋の全てのコーナーの電圧を判定することもない）。

図１の信号Ｓ_Ｍは、マルチターンセンサ１００の異なる部分から取られた複数対の電圧を含み得る。例えば、ハーフターンデコーダ１６９は、マルチターンセンサ１００の第１の対のコーナーから第１の対の電圧を受信し、次いで、ハーフターンデコーダ１６９が一連の複数の電圧を反復受信するように、ハーフターンデコーダ１６９は、マルチターンセンサ１００の異なる対のコーナー等から対の電圧を受信することができる。各反復において、ハーフターンデコーダ１６９は、次の反復でマルチターンセンサのどのコーナーを読み取るかを判定するために、電圧を読み取り、かつその読み取りを使用するように構成することができる。式 により、ハーフターンカウントを、実質的に少ない反復で判定することができる。
ＨＴＣ_ｍａｘ≦２^ｉ 方程式１

式１において、ＨＴＣ_ｍａｘは、マルチターンセンサ１００が検出するよう構成されるハーフターンの最大数を示し、ｉは、ｉが当該式を満たす最小の正の整数である場合の、反復の数を示す。各反復中、ハーフターンの数の２進数表現のビットの値を復号化することができる。例えば、０〜１２７のハーフターン（または６４のターンまたは１２８のハーフターン）を検出する磁気センサは、７回の反復（２^７＝１２８）で復号化され得る。特に、０〜１２７の整数は、７ビット２進数として表現され得る。いくつかの実施形態では、２^ｉまでの電圧読み取りが実行されハーフターンカウントを復号化するように、各反復中に、電圧は、２つまでの異なるノードから読み取られ得る。反復技術により、対応する１２８ハーフターンセンサの各コーナーから電圧を読み取るよりも実質的に速く実施され得、少電力の消費で実施され得る。８以上のハーフターンカウントを測定するマルチターンセンサを復号化する場合に、著しい利点を実現することができる。

例示的な読み出し構造
図３は、例示的な読み出し構造を有するマルチターン磁気センサ３００を示す。マルチターン磁気センサ３００は、複数の磁気抵抗素子（図２のＲ１〜Ｒ１３に類似しているが、明示的に図３では再度記載されていない）と、ハーフホイートストンブリッジの出力として測定され、検出され、および／または読み取られ得る電圧の複数のノードＮ_０〜Ｎ_１５とを含む。ハーフホイートストンブリッジは、代替的にハーフブリッジと称され得る。第１の電圧を有する電圧レールＶｃｃは、螺旋の各ループの左上コーナーに結合される。螺旋の各ループの右下コーナーはグランド（ＧＮＤ）のような第２の電圧に結合される。

マルチターン磁気センサ３００は、リングのループを含む。例えば、第１のループは、最内周側Ｖｃｃノードでスタートし、次のＶｃｃノードに到達するまで、時計回りに続いていく。各ループにおける磁気抵抗セグメントは、ホイートストンブリッジの可変抵抗器と考えられ得る。他の実施形態としては、第１の電圧レール上のＶｃｃおよび第２の電圧レール上の異なる電圧といった、異なる電圧レールを含み得る。

ノードＮ_０〜Ｎ_１５の電圧は対で測定することができる。ノードの電圧が測定され、測定された電圧が電圧の範囲内かどうか判定され得る。例えば、第１の「低」電圧は、電圧が第１の範囲内（例えば、−５０ｍＶ未満）か判定され、第２の「中」電圧は電圧が第２の範囲内（例えば、−５０ｍＶ〜５０ｍＶ）か判定され、および第３の「高」電圧は第３の範囲（例えば、５０ｍＶ以上）か判定され得る。いくつかの実施形態では、ＳＡＲ技術は、電圧が電圧範囲内（例えば「高い」）かそうでないかを検出することも含むことができる。かかる実施形態は、他の電圧間の判別（例えば、「中」および「低」）は含まない場合もある。

様々な実施形態において、電圧範囲は、電力レール（複数可）および／またはＧＭＲ螺旋のセグメントの抵抗の値に基づいて変化し得る。いくつかの実施形態では、「低」、「中」、および「高」の範囲が、螺旋の異なるループではノードごとにより異なり得る。様々な実施形態において、螺旋は、より多くのループを含み、より多くの数のハーフターンを検出するよう構成され得る。様々な実施形態において、ＤＷＧはマルチターン磁気センサ３００のいずれかの端部にあってよい。

逐次近似読み出し技術を使用して、対の電圧を順次読み取り、ハーフターンカウントを示す２進数を復号化する。第１の反復において、磁気抵抗トラックの第１の対のノードからの第１の測定電圧の読み出しが実施され得る。第１の対のノードは、螺旋の中央のループに向かうノード、または、ハーフターンカウントを示すのに使用されるビット数に対応するノードであり得る。ハーフターンカウントの第１の最上位ビットは、第１の測定電圧に基づいて（例えば、電圧が、両方とも高、または両方とも低、または高および低のように異なる値であるかどうか）、復号化され得る。次の反復中に読み取られるノードの次の対は、第１の対のノードからの測定電圧に基づいて選択され得る（例えば、電圧が、両方とも高、または両方とも低、または異なる値であるかどうか）。次いで、次の反復の間、次の対のノードを読み取ることができ、ハーフターンカウントの次のビットを復号化することができる（例えば、電圧が、両方とも高、または両方とも低、または高および低のように異なる値であるかどうか）。反復は、十分な数のノードが読み取られ、ハーフターンカウントを独自に復号化するまで、継続し得る。

様々な実施形態において、連続的な読み取りは、ＧＭＲ螺旋のどの端部（内側端部または外側端部）上にＤＷＧが位置しているのか、時計回りまたは反時計回りのターンがカウントされているかどうか、ＶｃｃおよびＧＮＤのような電力レールの値等に基づいて、変更され得る。逐次近似読み出し技術の一例を示すフローチャートが、図５に示される。逐次近似読み出し技術の特定の例を示すフローチャートが、図５に示される。ＧＭＲ螺旋のノードにおける信号レベルを示す実施例が、図７で論じられている。

図４は、図４のマルチターンセンサ３００からの複数対の電圧を読み取り、マルチターンセンサ３００のターンカウントを復号化するためのデコーダ回路４００の実施例を示す。デコーダ回路４００は、マルチターンセンサ３００からの読み取りに基づいて、ハーフターンカウントＨＴＣを出力する。図示されるデコーダ回路４００は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４０１と、増幅器４０３と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４０５と、バイアス制御器４０７と、デコーダ論理回路およびインターフェース４０９と、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）４１１とを含む。

マルチターンセンサ３００から、各ノード（図３に示されるノードＮ_０〜Ｎ_１５等）がマルチプレクサ４０１の異なる入力に電気的に結合される。マルチプレクサ４０１は、増幅器４０３へのマルチプレクサ４０１の出力を通して、電気的に連結されるマルチターンセンサ３００のノードから１つを選択するように構成されている。いくつかの実施形態では、増幅器４０３はプログラマブルゲイン増幅器（ＰＧＡ）であり得る。したがって、マルチターンセンサ３００のノードの１つからの電圧は、選択され、増幅器４０３の入力に供給される。

増幅器４０３は、増幅器入力で受領される電圧を増幅するように、かつ増幅器４０３出力で増幅信号を生成するように構成される。増幅信号はＡＤＣ４０５の入力に供給される。増幅器４０３はバイアスネットワーク４０７を使用して付勢することができる。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ４０５は比較器などの１ビットＡＤＣであり、バイアスネットワーク４０７は比較される基準電圧を供給することができる。

ＡＤＣ４０５の出力は、ＡＤＣ４０５の入力で受信された電圧の測定または範囲を示すデジタル出力信号であり得る。ＡＤＣ４０５は、受信する低、中、または高の電圧間を区別するデジタル出力信号のための異なる値を出力することができる。例えば、ＡＤＣは、低電圧（例えば、−５０ｍＶ未満または他の閾値内）の検出に応答して、ｂ’０１（ｂ’０１はビット０１を示す）を出力することができ、中電圧（例えば、−５０ｍＶ〜５０ｍＶまたは他の閾値内）の検出に応答してｂ’１０を出力することができ、高電圧（例えば、５０ｍＶ以上または他の閾値内）の検出に応答してｂ’１１を出力することができる。ＡＤＣ４０５のための比較器を含むいくつかの実施形態では、ＡＤＣ４０５の入力の電圧が、バイアス回路４０７によって供給される基準電圧よりも大きくなるか、また低くなるかどうかを、ＡＤＣ４０５の入力は示すことができる。したがって、ＡＤＣ４０５は、マルチターンセンサ３００の選択されたノードから電圧を検出または測定するように、かつマルチターンセンサ３００の選択されたノードの電圧に少なくとも一部に基づいてデジタル出力信号を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では異なる電圧閾値は、マルチターンセンサ３００の異なる抵抗セグメントに使用され得る。異なる電圧閾値は抵抗セグメントの異なる長さを説明できる。例えば、図２に示すように、抵抗器Ｒ１３はＲ１よりも長い。さらにまたは代替的に、異なるゲインは、異なるセグメントの抵抗の変化について測定するための増幅器４０３に適用され得る。

デコーダ論理回路およびインターフェース４０９はデジタル出力信号を受信および復号化することができる。例えば、これは図５および図６それぞれに示されるフローチャートを参照して論じられる、任意の好適な特徴に基づいて、復号化するのに関係する。いくつかの実施形態では、デコーダ論理回路およびインターフェース４０９は、図５および／または図６のフローチャートを参照して論じられる特徴を実施する記述機械、および／または、図５および／または図６のフローチャートを参照して論じられる特徴を実施するようにプログラムされたデジタルプロセッサを含み得る。デコーダ論理回路およびインターフェース４０９は、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）のような通信用インターフェースまたは他の好適なインターフェースを含み、ハーフターンカウント（ＨＴＣ）のような検出されたターンカウントを出力することができる。

デコーダ論理回路はまた、マルチプレクサ４０１に供給される制御信号の値を設定するための論理を含み得る。制御信号は、逐次近似読み出し技術に従って、電圧検出用のマルチターンセンサ３００のノードを順次選択するように設定することができる。例えば、制御信号は、図５のブロック５０５および／または図６のブロック６０９に示されるように、ノードを選択するように構成され得る。したがって、一連のノードは、マルチターンセンサ３００のターンカウントを迅速かつ効率的に復号化するように選択され得る。

不揮発性メモリ（ＮＶＭ）４１１を使用して、増幅器４０３のゲインのようなデコーダ回路４００の他の構成素子の較正値、および／または、マルチターンセンサ３００の様々なノードからの各ハーフブリッジ出力電力の、オフセットを較正するための係数とを格納することができる。較正係数は、増幅器４０３に適用するゲイン、および／または、異なる抵抗セグメントに使用される異なる閾値電圧を含み得る。いくつかの実施形態では、ＮＶＭ４１１は、測定された電圧に従ってハーフターンカウントを復号化するために参照する、ルックアップテーブルを格納することができる。いくつかの実施形態では、ＮＶＭ４１１は、異なるノードから電圧が読み取られる際に、電圧値の表示を記憶することができる。同じデコードプロセス中に読み取られ、かつＮＶＭ４１１に格納されるノードの電圧値に、逐次近似読み出しが依存する場合、その格納された電圧は、マルチターンセンサ３００上のノードから電圧を再読み取りする代わりに、ＮＶＭ４１１から読み取られ得る。

デコーダ回路４００の様々な実施形態は、より多いまたはより少ない要素を含むことができる。例えば、一度にマルチターンセンサ３００の２つ以上のノードから電圧を選択しかつ読み取るために、並行パスを加えることができる。これは、第１マルチプレクサおよび奇数ノードを読み取る処理通路と、第２マルチプレクサおよび偶数ノードを読み取る並行の処理通路とを含み得る。いくつかの実施形態では、増幅器またはＡＤＣが省略され得る。

逐次近似読み出し技術
図５は、逐次近似読み出し技術を使用して、マルチターンセンサの出力からハーフターンを復号化するための例示的なプロセス５００のフローチャートを示す。プロセス５００は、図３に示されるマルチターンセンサ３００のようなマルチターンセンサからの、ハーフターン（ＨＴＣ）を判定するように構成された任意の好適な電子回路に実装され得る。ＨＴＣは、２進数に復号化され得る。逐次近似読み出し技術は多様なマルチターンセンサのための様々な異なる方法で実装され得る。例えば、ＤＷＧが位置するのは螺旋のどの端部なのかに基づいて、時計回りまたは反時計回りのターンが「正」ターンとみなすかどうかに基づいて、磁気抵抗素子の初期化された状態に基づいて、どのようにノードは数えられるということに基づいて、かつ他の要素に基づいて、電圧は、高いまたは低いとして検出され得る、数字が加算若しくは減算され得る、数字が異なるように初期化され得る等が挙げられる。例示的なプロセス５００の実装に関する具体的な例は、図６に関連して論じられる。

ブロック５０３で、初期反復子（ｉ）を設定し、マルチターンセンサのノード番号「ｎ」（例えば、Ｎｎ）が選択されてもよい。初期反復子は、逐次近似読み出し技術を使用するＨＴＣを判定するのに十分な反復回数に設定することができる。反復子は、２進数で最大ＨＴＣを表現するのに十分なビット数を示す整数に設定してもよい。例えば、デコーダが、ビット［５：０］を使用する２進数として０〜６３のハーフターンをカウントするように構成された場合、次いで、反復子は、フルターンカウントを表現することができるビット数、または同じように、ハーフターンカウントを表現することができるビット数未満のビット数に、設定することができる。例えば、反復子は５または６に設定してもよい様々な実施形態において、反復子はカウントアップまたはカウントダウンし得る。例えば、反復子は、０で開始しカウントアップしていく。反復子は、反復回数の追跡に有用な任意の数に初期化され得る。

ノード番号ｎは、測定されたおよび／または検出された電圧を有するように選択される。例えば、図３および図４に関して、ノードＮ_８（ｎ＝８）は、マルチプレクサ４０１に供給される制御信号の適切な値を設定することによって選択され得る。ｎの初期値は、ノードのいずれかとして選択されてもよい。ある特定の実施形態では、ｎは、ＭＳＢ＋／−１の値のように、およそＨＴＣの最上位ビット値の数でとして選択され得る。例えば、最大ＨＴＣが十進法で３０である場合、次いで、ＨＴＣは、２^５＝３２で３０を超えるため、５つのビット２進数［４：０］で表現することができる。２^ＭＳＢ＝２^４＝１６なので、ノードｎ_１６（ｎ＝１６）は初期ノードとして選択され得る。いくつかの他の実施形態では、ノードは、図３に示される付番方式に従って、最大可能ＨＴＣの約半分であるように選択され得る。

ブロック５０５では、ノード番号ｎからの出力が読み取られ得る。出力は、ハーフブリッジ電圧出力またはホイートストンブリッジ電力出力としてもよい。電圧測定は、電圧計、アナログデジタル変換器、比較器、または他の電圧インジケータを使用して読み取ることができる。

ブロック５０６では、図３に示される付番方式に従って、ノードｎ±１からの出力を読み取ることができる。例えば、図３のノードＮ_８からの出力がブロック５０５で読み取られた場合、次いで、図３のノードＮ_７からの出力はブロック５０６でも読み取られ得る。１がｎに加算されるか、またはｎから減算されるかどうかは、最初に選択されたノード（例えば、Ｎ_７がブロック５０５で選択される場合）と、ノードがどのように付番されるかと、他の類似の検討要素とに依存してもよい。出力はまた、電圧計、アナログデジタル変換器、比較器、または他の電圧インジケータを使用して読み取られる、電圧測定値であり得る。

ブロック５０７では、ＨＴＣの連続ビットが、ブロック５０５およびブロック５０６で読み取られたノードｎおよびノードｎ±１の出力に基づいて判定され得る。第１の反復「ｉ」にとって、連続ビットは、ＨＴＣの最上位ビットであり得る。連続的な反復では、連続ビットが、ＨＴＣの次の最上位ビットであり得る。いくつかの実施形態において、ノードｎとノードｎ±１の電圧出力の両方が低い場合、連続ビットを１と設定することができ、そうでなければ、連続ビットを０に設定することができる。ＨＴＣの連続ビットは、ノードｎおよびｎ±１の両方が低いまたは高いであるか否かで、１または０に設定することができる。特定の実装は、電力レールの接続および／または他の要因などの設定に依存し得る。いくつかの事例において、全てのハーフターンの全てのノードの全ての電圧の完全な読み出しは測定されることができ、ブロック５０７における判定は、特定のノード対のどの電圧読み出しが、どの特定のＨＴＣがカウントにとって特有なのかに基づくことができる。

ブロック５０９では、反復が完了したかどうかを判定できる。ＨＴＣの全てのビットを復号化するのに十分な反復数が完了した場合、次いでブロック５０９はブロック５１１に進むことができる。ブロック５１１で、マルチターンセンサの復号化されたターンカウントは、出力となり得る。そうでなければ、ブロック５０９はブロック５１３に進むことができる。

ブロック５１３では、反復子が増加できる。例えば、反復子がカウントアップまたはカウントダウンするかどうかによって、反復子を加算または減算することができる。

ブロック５１５では、次のノード番号「ｎ」を選択する。「ｎ」の数は，直近の反復のブロック５０７からのノードｎの出力の少なくとも一部、およびノードｎ±１の出力に基づいて、選択することができる。ノードｎおよびｎ±１がブロック５０７で使用され、ＨＴＣの現在近似値を設定することができるため、次のノード番号「ｎ」はまた、ＨＴＣの現在近似に基づいて選択され得る。いくつかの実施形態では、次のノード番号ｎが、次の最上位ビット値を加算または減算することによって変更され得る。例えば、ｎが現在１６に等しい場合、次いで、Ｎ＋８（２４である）またはＮ−８（８である）は、ブロック５０５および５０６で検出されたＮ_ｎおよびＮ_ｎ±１の電圧出力の値に応じて、ノード番号として選択され得る。いくつかの実施形態において、ブロック５０５および５０６で検出されたＮ_ｎおよびＮ_ｎ±１の電圧出力の値に応じて、次のノード番号Ｎは、Ｎの現在値と最大ＨＴＣとの間の約中間にあるか、またはＮの現在値と最小ＨＴＣとの間の約中間にあるかで選択され得る。ｎの数が増加するか減少するかどうかは設定による。ｎの次の値が、ノードの有効範囲外にある場合、次いで、ＨＴＣへの変化は、次の反復に対して無視され得る。ノード番号ｎがブロック５１５で選択された後に、ブロック５０５の次の反復が処理され得る。

逐次近似読み出し実施例
図６は、逐次近似読み出し技術を使用してマルチターンセンサのハーフターンを復号化するための例示的なプロセス６００のフローチャートを示す。プロセス６００は、例示的なマルチターンセンサの出力からハーフターンカウント（ＨＴＣ）を判定するよう構成されている、任意の好適な電子回路によって実装され得る。プロセス６００は、４０のフルターンをカウントすることができ、０〜７９のＨＴＣを判定するよう構成された例示的なマルチターンセンサについて、論じられている。ＨＴＣはビット［６：０］で２進数に復号化することができる。例示的なマルチターンセンサは、螺旋の外側に配置されたＤＷＧを含むことができ、マルチターンセンサは、磁性ターゲットの「正」ターンを時計回りターンをカウントするように構成することができる。ノードは０〜７９で付番され、螺旋の外側ループでノード０から開始する。

ブロック６０３では、初期反復子（ｉ）は、６に設定され、ＨＴＣは、ゼロに初期化され得る。最大ＨＴＣは７９であり、本実施例では、７ビット数（１００１１１１）と表現されている。ビット［６：０］を含むＨＴＣのビット６が最上位ビットであり、ＨＴＣのビット０が最下位ビットである。反復子ｉは、６に初期化され得、これは、最上位ビットの位置である。

ブロック６０５で、ＨＴＣは、ＨＴＣの以前の値に２^ｉを加算することによって変更される。第１の反復では、０の初期ＨＴＣは、２^６〜０を加算することで変更され、６４と等しくなり、それにより、ＨＴＣが６４に設定される。

ブロック６０７で、ｎはＨＴＣの値に設定される。第１の反復では、図３に示される付番方式に従って、より多くのターンを有する螺旋に適用されるノードＮ_６４が選択されるように、Ｎは、ブロック６０５で判定されたＨＴＣの値に設定される。後続の反復では（例えば、第１の反復以外で）、ｎは、ブロック６１１または６１３で判定されるようなＨＴＣの更新値の値に設定することができる。したがって、後続の反復では（例えば、第１の反復以外で）、ブロック６０７に設定されたｎの値は、ブロック６０９で測定されたマルチターンセンサの以前の測定に少なくとも一部依存する。

ブロック６０９では、図３に示される付番方式に従って、より多くのターンを有する螺旋に適用される、ノードｎとノードｎ−１からのハーフブリッジ電圧出力は、読み取られ得る。ノードｎおよびノードｎ−１からのハーフブリッジ電圧出力が両方とも低い場合、次いでブロック６０９はブロック６１１に進み、そうでなければブロック６０９はブロック６１３に進む。プロセス６００では、ブロック６０９での判定およびブロック６１１またはブロック６１３いずれかにおける後続の演算により、ＨＴＣの各ビットを判定することができる。

ブロック６１１において、ＨＴＣは、ＨＴＣの以前の値から２^ｉを減算して変更され、ブロック６０５の変化を効果的に元に戻す。第１の反復では、ブロック６１１が実施される場合、ＨＴＣの値が６４−２^６に設定されれば、０と等しくなり、その結果、ＨＴＣの最上位ビットが０に設定される。

ブロック６１３では、ＨＴＣは変化しない。第１の反復では、ブロック６１３が実施される場合、ＨＴＣの最上位ビットは１として設定される。いくつかの実施形態では、ブロック６０９が「ＨＴＣ＝ＨＴＣ＋２^ｉ」に変更され、ブロック６１１が「ＨＴＣ＝ＨＴＣ」に変更され、ブロック６０７が、ＮがＨＴＣ＋２^ｉに設定されることを示す場合に、ブロック６０５がなくても、数学的な等化処理を実施することができるということが認識されている。

ブロック６１５では、ＨＴＣが完全に復号化され、それが、反復子がプロセス６００で０に等しいときに生じるということを、反復子が示すかどうかを、判定することができる。そうである場合、ブロック６１５は、ブロック６１７で復号化されたハーフターンを出力するよう処理することができるそうでなければ、ブロック６１５は、ブロック６１９に進むことができる。

ブロック６１９では、反復子が、１を減分され得るため、結果、次の反復を始めることができる。次いで、ブロック６１９は、ブロック６０５〜６１５がＨＴＣの次の連続ビットを判定するよう再度実施されるようにブロック６０５に進む。

図７は、マルチターンセンサの様々なノードからの例示的な電圧出力を示す。図７は、図３に示されるセンサ３００のような、０〜１５のハーフターンをカウントするための例示的なマルチターンセンサに基づいている。ハーフブリッジ電圧出力は、図３の各ノードＮ_０〜Ｎ_１５で示されている。ノードＮ_０〜Ｎ_７は第１の列で示され、ノードＮ_９〜Ｎ_１５が第２の列で示される。各列の底部では、軸が２２５０度〜２５２０度のターン角度を示している。参考として、２３４０°／１８０°＝１３ハーフターンを挙げる。ノードＮ_０〜Ｎ_１５の電圧出力の各々が、軸によって示されるターン角度の対応する範囲を通して、低、中、または高電圧として示される。ノードＮ_０〜Ｎ_１５が、ターン角度の例示される範囲外の他の電圧出力を有し得るということは、理解されるであろう。２進数として示されない限りは、全ての数字は１０進数である。さらに明確にするために、いくつかの１０進数は、接尾語に「ｄｅｃ」を用いて具体的に示してもよく、２進数は接頭語に「ｂ’」を持ってきてもよい。

第１の実施例として、図６に示されるプロセスは、磁性ターゲットが２３００度までターンした場合に、４つの反復でハーフターンカウントを判定するために、電圧出力を復号化するよう使用され得る。したがって、各ノードにとって、低、中、または高の電圧値は、２２５０〜２３４０の間の軸部に沿って読み取られ得る。ＨＴＣは、ビット［３：０］によって表現される４ビット数に復号化され得る。したがって、ブロック６０３では、ｉは３に初期化することができ、ＨＴＣは、ｂ’００００＝０ｄｅｃと設定される。

第１の反復（ｉ＝３）では、ブロック６０５で、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１０００＝８ｄｅｃとなるように０＋２^３で設定される。ブロック６０７では、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは、ｎ＝８になるように選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_８およびＮ_７のハーフブリッジ電圧出力が読み取られる。出力グラフによると、ノードＮ_８の電圧出力が低く、ノードＮ_７の電圧出力が高い。したがって、ブロック６０９における判定は、偽であり、ブロック６０９はブロック６１３に進み、ＨＴＣは変化しない。ブロック６１５では、反復子は完了せず、ブロック６１９では、ｉ＝２になるように、反復子ｉは１を減分する。

第２の反復（ｉ＝２）において、ブロック６０５では、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１００＝１２ｄｅｃになるように、８＋２^２に設定される。ブロック６０７では、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは、ｎ＝１２になるように選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ１２およびＮ１１のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、ノードＮ_１２の電圧出力が低く、ノードＮ_１１の電圧出力が高い。したがって、ブロック６０９での判定は偽であり、ブロック６０９はブロック６１３に進み、ＨＴＣは変化しない。ブロック６１５では、反復は完了せず、ブロック６１９では、反復子ｉはｉ＝１になるよう１を減分する。

第３の反復（ｉ＝１）において、ブロック６０５では、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１１０＝１４ｄｅｃになるように、１２＋２^１に設定される。ブロック６０７では、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは、ｎ＝１４になるように選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_１４およびＮ_１３のハーフブリッジ電圧出力は、読み取られる。出力グラフによると、Ｎ_１４の電圧出力ノードが低く、Ｎ_１３の電圧出力ノードが低い。したがって、ブロック６０９での判定は真であり、ブロック６０９はブロック６１１に進み、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１００＝１２ｄｅｃになるように、１４−２^１に設定される。ブロック６１５では、反復は完了せず、ブロック６１９では、反復子ｉはｉ＝０になるよう１を減分する。

第４の反復（ｉ＝０）において、ブロック６０５では、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１０１＝１３ｄｅｃになるように、１２＋２^０に設定される。ブロック６０７では、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは、ｎ＝１３になるように、選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_１３およびＮ_１２のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、ノードＮ_１３の電圧出力は低く、ノードＮ_１２の電圧出力は低い。したがって、ブロック６０９での判定は真であり、ブロック６０９はブロック６１１に進み、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１００＝１２ｄｅｃになるように、１３−２^０に設定される。ブロック６１５では、反復は完了し、ＨＴＣは、２３００°が１２ハーフターン（２１６０°）超で、かつ１３ハーフターン未満（２３４０°）となるので、２３００°に該当する、１２ハーフターンとして復号化される。ハーフターンカウントはブロック６１７での出力である。

いくつかの実施形態では、Ｎ_１３の電圧は、第３の反復中に、メモリ（図４のＮＶＭ４１１）に格納され得る。第４の反復の一部として、Ｎ_１３の電圧は、マルチターンセンサ上のノードから電圧を再測定する代わりに、メモリから読み取ることができる。これにより、ある特定の事例で、ハーフターンカウントを復号化する電力消費の低減および／または時間の低減を実現できる。

第２の実施例として、図６に示すプロセスは、１３のハーフカウントに該当する、磁気ターゲットが２４００度までターンした場合、４回の反復の中でハーフターンカウントを判定するように、電圧出力を復号化するために使用され得る。したがって、各ノードにごとに、低、中、または高の電圧値は、２３４０〜２４３０の間の軸部に沿って読み取られ得る。ＨＴＣは、ビット［３：０］で表現される４ビット数に復号化され得る。したがって、ブロック６０３では、ｉは３に初期化され得、ＨＴＣはｂ’００００＝０ｄｅｃに設定される。

第１の反復（ｉ＝３）において、ブロック６０５では、ＨＴＣ＝ｂ’１０００＝８ｄｅｃになるように、ＨＴＣは０＋２^３に設定される。ブロック６０７では、ｎ＝８になるように、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_８およびＮ_７のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、ノードＮ_８の電圧出力は低く、ノードＮ_７の電圧出力は高い。したがって、ブロック６０９での判定は偽であり、ブロック６０９はブロック６１３に進み、ＨＴＣは変化しない。ブロック６１５では、反復は完了せずに、ブロック６１９では、ｉ＝２になるように、反復子ｉは１を減分する。

第２の反復（ｉ＝２）において、ブロック６０５では、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１００＝１２ｄｅｃになるように、８＋２^２に設定される。ブロック６０７では、ｎ＝１２になるように、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_１２およびＮ_１１のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、Ｎ_１２の電圧出力ノードは低く、Ｎ_１１の電圧出力ノードは高い。したがって、ブロック６０９での判定は偽であり、ブロック６０９はブロック６１３に進み、ＨＴＣは変化しない。ブロック６１５では、反復は完了せずに、ブロック６１９では、ｉ＝１になるように、反復子ｉは１を減分する。

第３の反復（ｉ＝１）において、ブロック６０５では、ＨＴＣは、ＨＴＣ＝ｂ’１１１０＝１４ｄｅｃになるように、１２＋２^１に設定される。ブロック６０７では、ｎ＝１４になるように、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_１４およびＮ_１３のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、ノードＮ_１４の電圧出力は低く、ノードＮ_１３の電圧出力は低い。したがって、ブロック６０９での判定は真であり、ブロック６０９はブロック６１１に進み、ＨＴＣ＝ｂ’１１００＝１２ｄｅｃになるように、ＨＴＣは１４−２^１に設定される。ブロック６１５では、反復は完了せずに、ブロック６１９では、ｉ＝０になるように、反復子ｉは１を減分する。

第４の反復（ｉ＝０）において、ブロック６０５では、ＨＴＣ＝ｂ’１１０１＝１３ｄｅｃになるように、ＨＴＣは１２＋２^０に設定される。ブロック６０７では、ｎ＝１３になるように、ノード番号ｎ＝ＨＴＣは選択される。ブロック６０９では、図３のマルチターンセンサ３００のノードＮ_１３およびＮ_１２のハーフブリッジ電圧出力は読み取られる。出力グラフによると、Ｎ_１３の電圧出力ノードは低く、ノードＮ_１２の電圧出力は中である。したがって、ブロック６０９での判定は偽であり、ブロック６０９はブロック６１３に進み、ＨＴＣは変化しないままである。ブロック６１５では、反復は完了せずに、ＨＴＣは、１３ハーフターンとして復号化される。このハーフターンカウントは、出力ブロック６１７では出力である。

図７を参照して上述の２つの実施例によって図示されるように、ＨＴＣは、１６の異なるノードを有するマルチターンセンサに関わらず、７つの異なるノードからの電圧出力の読み取り後に、ＨＴＣは復号化され得る。したがって、読み出しは、全てのノードからの出力電圧の読み取りと比較して、２倍速かつ半分未満の電力消費であり得る。

磁気角度センサシステムの実施例
図８Ａは、一実施形態による、マルチターンセンサ１００と、角度センサ１６６と、プロセッサ１６８ａとを含む、磁気角度センサシステム８００の概略ブロック図である。図示されるように、プロセッサ１６８ａは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）８０２と、ＡＤＣ８０４と、マイクロコントローラ８０６と、マイクロプロセッサ８０８とを含む。図８Ａの実施形態では、プロセッサ１６８ａは、マルチターンセンサ１００からの信号Ｓ_Ｍと、角度センサ１６６からの信号Ｓ_Ａを受信する。信号Ｓ_ＭおよびＳ_Ａは、ホイートストンブリッジからの電圧信号のようなアナログ信号である。マルチターンセンサ１００からの信号Ｓ_Ｍは、ＡＤＣ８０２によってデジタル信号Ｓ_１に変換され得、角度センサ１６６からの信号Ｓ_Ａは、ＡＤＣ８０４によってデジタル信号Ｓ_２に変換され得る。ＡＤＣ８０４は、デジタル信号Ｓ_２をマイクロコントローラ８０６に提供し、これは次に、この情報を変換および処理することができる。マイクロプロセッサ８０８は、ＡＤＣ８０４の角度出力データＳ_２とＡＤＣ８０２からデジタル信号Ｓ_１からの両方を組み合わせることができ、全回転角度位置データＰｏｓｉｔｉｏｎを算出する。マイクロコントローラ８０６は、マルチターンセンサ１００の出力を復号化して、ハーフターンカウントを判定することができる。マイクロコントローラ８０６は、本明細書で論じられる任意の好適な原理および利点に従い、マルチターンセンサのターンカウントを復号化するように配設されたデコーダを含み得る。例えば、マイクロコントローラ８０６は、本明細書で開示されるように、マルチターンセンサ１００からの信号Ｓ_Ｍの対を読み取り、復号化するように構成されたハーフターンデコーダを含み得る。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ８０２は、ＳＡＲ技術に従って、電圧が「低」または「高」であるかどうかを検出するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態において、ＡＤＣ８０２は、１ビット電圧閾値検出器または比較器として、実装され得る。

別の実施形態によると、図８Ｂは、マルチターンセンサ１００と、角度センサ１６６と、プロセッサ１１６８ｂとを含む、磁気角度センサシステム８４０の概略ブロック図である。プロセッサ１１６８ｂは、マイクロコントローラ８１４を含むことを除いて、図８Ａのプロセッサ１６８ａと同様である。マイクロコントローラ８１４は、図１の処理回路１６８の任意の好適な原理および利点を実装することができる。

図８Ｃは、一実施形態によると、マルチターンセンサ１００と、角度センサ１６６と、プロセッサ１６８ｃとを含む磁気角度センサシステム８５０の概略ブロック図である。プロセッサ１６８ｃは、プロセス１６８ｃが、マルチターンセンサ１００および角度センサ１６６の出力を処理するためにＡＳＩＣ８２０を含むことを除いては、プロセッサ１６８ａおよび１６８ｂと同様である。ＡＳＩＣ８２０は、図１の処理回路１６８の任意の好適な原理および利点を実装することができる。ＡＳＩＣ８２０は、全回転角度位置データＰｏｓｉｔｉｏｎを計算することができる。図８Ｃの実施形態では、ＡＳＩＣ８２０は、本明細書に開示されるように、マルチターンセンサ１００から信号Ｓ_Ｍの対を読み取り、復号化するように構成することができる。例えば、ＡＳＩＣ８２０は、図５または図６のプロセスについての、状態機械の実装であるか、デジタル論理の実装になり得る。全ての構成要素が再描写されているわけではないが、図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃのシステムは、図４のシステム４００の様々な実装を含み得ることが理解されるだろう。

本明細書で論じられる原理および利点のうちのいずれもが、上述のシステムでだけではなく、他のシステムにも適用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の特徴および／または利点の下位集合を含み得る。上述の様々な実施形態の要素および操作は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本明細書で論じられる方法の実行は、必要に応じて任意の順序で実施することができる。さらに、本明細書で論じられる方法の実行は、必要に応じて、連続的または並行して実施することができる。回路は特定の配設において例示されているが、他の等価的な配設が可能である。

本明細書で論じられる原理および利点のいずれも、本明細書の教示のいずれかから、利益を得ることができる任意の他のシステム、装置、または方法に関連して実装することができる。例えば、本明細書で論じられる原理および利点のいずれも、マルチターン磁気センサのターンカウントの復号化を必要とする任意のデバイスと関連して実施することができる。

本開示の態様は、マルチターンセンシングに関する、様々な電子装置、部品および／またはシステムにおいて実施され得る。例えば、本明細書で論じられる原理および利点のうちのいずれかに従って実装される、復号化方法およびデコーダ回路は、様々な電子システム、装置、および／または電子部品に含めることができる。例えば、本開示の態様は、本明細書に開示される技術から利益を得る、任意の電子システム、電子装置、および／または電子部品で実装され得る。電子装置の例としては、消費者電子製品、消費者電子製品の部品、電子試験装置、車両用電子システム等が挙げられ得るが、これらに限定されない。電子装置の例としては、計算装置、通信装置、家電器具、自動車電子用システム、他の車両用電子システム、工業用制御電子システム、医療用システムまたは装置等が挙げられ得るが、これらに限定されない。

文脈が明確に別途必要としない限り、明細書および特許請求の範囲を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるべきであり、言い換えれば、「含んでいるが、これに限定されない」という意味である。本明細書で一般的に使用される「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という語は、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素によって接続され得る２つ以上の要素を指す。したがって、図面に示された様々な概略図は、要素および構成要素の例示的な配設を示しているが、実際の実施形態では、追加の介在要素、装置、特徴、または構成要素が存在することがある（図示の回路の機能に悪影響がないものと仮定する）。本明細書で使用される「に基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という語は、一般的に、「にだけに基づく（ｂａｓｅｄ ｓｏｌｅｌｙ ｏｎ）」と「少なくとも一部に基づく（ｂａｓｅｄ ａｔ ｌｅａｓｔ ｐａｒｔｌｙ ｏｎ）」を包含することが意図されているさらに、本出願で使用される場合、「本明細書（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」という語、および類似の意味の語は、本出願の特定部分ではなく、本出願全体を指すものとする。文脈が許す限り、単数または複数の数字を使用する特定の実施形態の詳細な説明内の語は、それぞれ複数または単数を含むこともできる。２つ以上の項目のリストを参照する際の「または（ｏｒ）」という語は、以下の語の解釈、リスト内のいずれかの項目、リスト内の全ての項目、およびリスト内の項目のいずれかの組み合わせを包含することを意図される。本明細書で提供される全ての数値または距離は、測定誤差内に同様の値を含むことが意図される。

特定の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は単なる例示として提示されたものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実際、本明細書に記載された新規な装置、システム、および方法は、様々な他の形態で具体化されてもよい。さらに、本開示の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記載の方法およびシステムの形態における様々な省略、置換、および変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、本開示の範囲および趣旨に含まれるような形態または改変を包含するように意図される。

Claims (20)

1. マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化するためのシステムであって、
   磁気抵抗トラックを備えるマルチターン磁気センサと、
   前記磁気抵抗トラックのノードに結合されたデコーダ回路であって、
   第１の対の前記ノードから第１の対の信号を検出し、
   前記第１の対の前記ノードからの前記信号の値に基づいて、第２の対の前記ノードを選択し、
   前記第２の対の前記ノードから第２の対の信号を検出し、かつ
   前記第１の対の信号および第２の対の信号に少なくとも一部に基づいて、前記マルチターン磁気センサのターンカウントを判定する
   ように構成される、デコーダ回路と、
   を備える、システム。
2. 前記ターンカウントが、ハーフターンの数を表す、請求項１に記載のシステム。
3. 前記デコーダ回路が、前記第１の対の信号の双方が既定の範囲内にあるかどうかに基づいて、前記第２の対の前記ノードを選択するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記磁気抵抗トラックが、螺旋形状に敷設され、前記デコーダ回路が、前記螺旋の中心を通って延在するラインの反対側のノードに結合される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１の対の信号が、前記マルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ターンカウントを表現する第１のビットが、前記第１の対の信号の値に基づいて復号化される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記デコーダ回路が、前記ターンカウントを表現する他のビットを判定する前に、前記ターンカウントを表現する最上位ビットを判定するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記デコーダシステムが、前記磁気抵抗トラックの２^ｉ以上の異なるノードからの信号の測定に基づいて、前記ターンカウントを判定するように構成され、前記マルチターン磁気センサの最大ターンカウントが、２^ｉ以下であり、ｉが、２^ｉが前記最大ターンカウント以上となるような最小の整数である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記デコーダ回路が、
   前記磁気抵抗トラックの前記ノードから１つのノードを選択するように構成されるマルチプレクサと、
   前記ノードからの信号のデジタル表現を生成するように構成されるアナログ−デジタル変換器と、
   前記ノードからの前記信号の前記デジタル表現に少なくとも一部に基づいて、前記ターンカウントを判定するように構成されるデコーダ論理回路と、
   を備える、請求項１に記載のシステム。
10. 逐次近似を使用してマルチターン磁気センサの状態を復号化するためのデコーダ回路であって、前記マルチターン磁気センサのノードに結合し、逐次近似読み出し技術を使用して選択される前記ノードのうちの少なくともいくつかから複数対の信号を測定し、かつ前記測定された複数対の信号に少なくとも一部に基づいて、ターンカウントを判定するように構成される、回路を備える、デコーダ回路。
11. 前記逐次近似読み出し技術が、
    第１の対の前記ノードから第１の対の信号を検出することと、
    前記第１の対の前記ノードからの前記信号の値に基づいて、第２の対の前記ノードを選択することと、
    前記第２の対の前記ノードから第２の対の信号を検出することと、を含む、請求項１０に記載のデコーダ回路。
12. 前記第１の対の信号が、前記マルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧信号である、請求項１１に記載のデコーダ回路。
13. 前記ターンカウントを表現する最上位ビットが、前記第１の対の信号の値に基づいて復号化される、請求項１１に記載のデコーダ回路。
14. 前記デコーダ回路が、ハーフターン分解能への前記ターンカウントを判定するよう構成される、請求項１０に記載のデコーダ回路。
15. マルチターン磁気センサのターンカウントを復号化する方法であって、
    前記マルチターン磁気センサの一対の場所に対する一対の信号を判定するステップと、
    前記一対の信号の値の少なくとも一部に基づいて、前記マルチターン磁気センサの第２の対の場所を選択するステップと、
    前記第２の対の場所に対する第２の対の信号を判定するステップと、
    前記第１の対の信号および前記第２の対の信号の値に少なくとも一部に基づいて、前記ターンカウントを復号化するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記ノードの前記第２の対のノードが、前記第１の対の信号の双方が既定の範囲内にあるかどうかに基づいて選択される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ターンカウントを表現する第１のビットが、前記第１の対の信号の値に基づいて復号化される、請求項１５に記載の方法。
18. 前記ターンカウントを表現する最上位ビットが、前記ターンカウントを表現する他のビットを判定する前に、復号化される、請求項１５に記載の方法。
19. 前記第１の対の信号が、前記マルチターン磁気センサのハーフブリッジ回路からの電圧であり、前記ターンカウントが、ハーフターンカウントである、請求項１５に記載の方法。
20. 前記マルチターン磁気センサが、螺旋形状に敷設された磁気抵抗トラックを含み、前記一対の場所が、前記螺旋の中心を通って延在するラインの反対側にある、請求項１５に記載の方法。