KR100551537B1

KR100551537B1 - 센서장치

Info

Publication number: KR100551537B1
Application number: KR1019980050369A
Authority: KR
Inventors: 로트하르 브로스펠트
Original assignee: 미크로나스 게엠베하
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2006-05-23
Also published as: US6144229A; JPH11230781A; EP0919789B1; DE59707977D1; KR19990045519A; EP0919789A1

Abstract

본 발명은 적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)를 한정하는 제어기(9)를 갖는 센서 장치를 개시하며, 상기 제1 동작 상태(b1)는 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거(trigger) 가능하게 된다. 설정 장치(5)는 제1 동작 상태(b1)에서는 측정 장치(2)의 동작 범위를 센서 신호(s1)의 DC 레벨 각각에 신속하게 적응시키고, 제2 동작 상태(b2)에서는 트랙킹(tracking)을 위해 평균 센서 신호값(sm)을 결정한다. 출력 회로(4)는 제1 동작 상태에서는 센서 신호(s1)에 독립적인 제1 출력 신호(s3)를 제공하고, 제2 동작 상태(b2)에서는 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 제공한다.

Description

센서 장치{SENSOR DEVICE}

본 발명은 힘, 압력, 가속도, 자장 또는 광학계와 비광학계에서의 복사 등 물리적인 측정량에 응답하여 전기적인 출력 신호를 제공하는 센서를 포함하는 전자 센서 장치에 관한 것이다. 흔히, 측정량은 일정하거나 매우 느리게 변화하는, 상대적으로 큰 배경 신호 상에 중첩된다. 이러한 배경 신호는 센서 어레이 또는 측정 장치의 오프셋 에러일 수 있다. 센서 신호가 순수하게 정적(static)인 경우, 그 분리는 초퍼 원리(chopper principle)를 이용하여야만 가능하다. 그러나 센서 신호가 배경 신호의 주파수보다 상당히 높은, 영점(zero)과 상이한 주파수 스펙트럼을 갖는 경우에는 필터 소자에 의해, 즉 가장 간단한 경우 각 센서 또는 개개의 증폭 스테이지(stage)에 대한 용량성 결합(capacitive coupling)에 의해 간단하게 분리할 수 있다.

동일 칩 상에 전자물리(electrophysical) 센서 외에도 신호 처리 회로가 포함되어 있는 단일칩(monolithic) 집적 센서 회로에서는, 전체 회로가 DC 결합 스테이지(DC-coupled stage)롤 형성되므로 용량성 결합이 일반적으로 불가능하다. 따라서 개개의 회로 스테이지의 동작 범위가 배경 신호의 DC 레벨에 의해 초과되지 않도록 하기 위한 다른 방식을 강구해야 한다. 이것은 널리 알려진 차동 증폭기(differential amplifier) 원리를 사용함으로써, 즉 DC 레벨 상에 중첩된 센서 신호와 기준 레벨간의 차이를 처리함으로써 달성된다. 이러한 목적을 위해, 차동 증폭기의 동작 범위는 적어도 최대로 가능한 센서 신호만큼 커야 한다. 후속 스테이지에 있어서는, 간섭 DC 레벨이 더 이상 존재하지 않거나 아주 작게 존재한다. 따라서 DC 레벨은 이득이 작을 경우에는 신호 경로의 개시점에서 억제되어야 하고, 필요한 증폭 및 신호 처리가 후속 스테이지로 이동되어야 한다.

이러한 센서 장치를 위한 특히 중요한 응용장치로는 예컨대 기계 설비 또는 자동차 분야에서 회전 속도 또는 위치를 감지하기 위해 사용되는 회전 부품이 있다. 흔히, 강하고 일정한 자장, 즉 백바이어스(backbias) 자장에 의해 센서가 바이어스되는 장치가 사용된다. 회전하는 동안, 철(iron) 재질의 기어는 센서 내의 자속을 변조시킨다. 이러한 변조는 센서에 의해 정보 신호로서 측정된다. 일정 자속에 대한 변조의 백분율은 통상 1% 내지 10%이다.

용량성 센서가 힘, 압력 또는 가속도를 결정하기 위해 사용되는 경우에는 조건이 거의 유사하며, 이는 측정될 양에 의해 기본 커패시턴스가 다소 크게 변조되기 때문이다. 비교적 높은 밝기 레벨에서의 강도 변조를 빈번하게 검출해야 하는 광학 센서에서도 유사한 문제점이 발생된다.

변조 신호와 비변조 DC 신호의 비율이 바람직하지 못하기 때문에, 센서 장치의 정확성 및 안정성에 대해 엄격한 요건이 부여된다. 제조 및 조립 허용 오차(tolerance)나 온도 및 노화로 인해 동작 중에 야기되는 변이에 대해서는 차후의 보상(compensation)이 가능하기는 하지만, 일반적으로 이러한 보상은 이루어지지 않는다. 이러한 문제점에 대한 더욱 일반적인 해결 방법은 동적(dynamic) 신호만을 측정할 수 있는 동적 센서 장치를 이용하는 것이다. 이 방법에서, DC 레벨 보상을 위해 필요한 기준 레벨은 입력 증폭기의 출력이 저대역 필터링되어 이 증폭기의 보상 또는 기준 입력단으로 피드백되는 제어 회로를 통해 형성된다. 입력 증폭기에 가해지는 센서 신호가 차동 신호인 경우, 관련 피드백 입력은 대체로 가산 네트워크에 의해 차동 입력단 중의 하나에서 이루어진다. 이러한 센서 장치는 최소 주파수를 갖는 신호만을 처리할 수 있다.

많은 시스템, 특히 자장 센서를 사용하는 시스템에서는 운동 또는 회전 외에 정지 또한 감지되어야 한다. 더욱이, 위치에 좌우되는(position-dependent) 제어 시스템에서는 예컨대 시동(start-up) 후에 기어의 맨 처음 치부(tooth)가 센서를 통과하는 시점에 관한 정보 등은 보통 손실되지 않아야 하는 것이다. 이러한 응용장치는 예컨대 엔진 제어, 안티록(antilock) 제동, 또는 속도 감지 분야에서의 자동차 시스템에서 찾아볼 수 있다.

그러나 많은 응용장치에 있어서는, 센서 장치의 낮은 차단 주파수(lower cutoff frequency)가 몇 1/10 ㎐의 범위에 있으면 충분하다. 이러한 저주파 범위에 적합한 동적 센서는, 시동 후에 이들 센서가 연장된 기간 동안 센서 신호를 감지하지 못하게 되도록 매우 느린 제어 응답을 가져야 한다.

본 발명의 목적은 매우 낮은 신호 주파수를 감지하는 한편, 턴온(turn-on) 후 매우 짧은 시간 내에 동작할 수 있고, 큰 배경 신호와의 높은 호환성을 제공하는 센서 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 특징을 갖는 청구항 제1항의 센서 장치는, 적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)가 한정하고, 상기 제1 동작 상태는 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거(trigger)될 수 있는 것인 제어기(9)와; 제1 동작 상태(b1)에서는 측정 장치(2)의 동작 범위를 설정값(sm0)에 의해 센서 신호(s1)의 DC 레벨(s0) 각각에 적응시키고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)을 결정하는 설정 장치(5)를 포함한다. 상기 설정 장치(5)는, 제1 동작 상태에서는 센서 신호(s1)에 독립적이지만 한정되어 있는 제1 출력 신호(s3)를 제공하고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)에 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 제공하는 출력 회로(4)를 구비한다.

본 발명에 따르면, 센서 장치를 적어도 제1 및 제2 동작 상태로 한정함으로써 센서 장치의 동작 성능을 시동 조건 및 정상 동작 조건에 최적으로 적응시킬 수 있는 가능성을 열어준다. 본 발명에 따르면, 순전히 동적인 센서 장치에서처럼 제어율과 낮은 차단 주파수 요건 간의 타협(trade-off)이 필요하지 않다. 제1 동작 상태에서, 설정 장치는 제2 동작 상태에서 저속 드리프트(drift) 변화를 후속(follow)하기만 하면 되는 평균 센서 신호값을 매우 신속하게 결정한다. 제1 동작 상태에서의 평균 센서 신호값의 결정은 여러 가지 방식으로 달성된다. 예컨대, 제어 슬로프(control slope)는 현저하게 증가될 수 있다. 또한, 샘플-홀드 회로(sample-and-hold circuit)를 통해 DC 레벨을 직접 측정하여 이러한 기억된 아날로그값을 기준 신호 입력단에 제공할 수 있다. 그와 유사한 방법으로는 아날로그 메모리가 아닌 디지털 메모리를 사용하는 방법이 있으며, 이전에 결정된 DC 레벨이 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털화된다. 일단은 이 방법은 불편한 것처럼 보이지만, 디지털 신호 처리가 센서 장치 내에서 수행되는 경우에는 이 용도를 위한 스테이지가 사용될 수 있다. 또한, 미세 트랙킹(fine tracking)이 제2 동작 상태에서 수행될 수 있기 때문에, 제1 동작 상태에서의 분해능(resolution)은 비교적 덜 조밀하게 유지될 수 있다. 유사한 디지털 방법으로는, DC 레벨을 결정하기 위해 제1 동작 상태에서 연속적인 근사(approximation)를 수행하는 방법이 있다. 여기서 마찬가지로, 연속적인 근사는 기대되는 신호 크기보다 결정된 설정값이 작을 때 종료될 수 있다. 비교적 저속의 변화를 후속하기만 하면 되는 미세 트랙킹에 있어서, 트랙킹 변환기는 LSB 단계에서 이 변화를 후속하는 것이 적합하다.

제1 동작 상태의 지속 기간은 제어기에 의해 결정되며, 이 제어기는 차동 증폭기 이후의 신호가 0에 충분하게 근접하였는지의 여부를 검사하거나 또는 디지털 방식에서 내부 클록 신호에 의해 제어되는 고정 시간을 제1 동작 상태에 대해서 설정한다. 기어 센서에 대해, 이러한 설정 처리는 대략 100㎲에 대응하는 8 내지 10 클록 펄스 후에 완료되어야 한다.

센서 신호의 DC 레벨이 제1 동작 상태에서 "보상"된 후, 제2 동작 상태에서는 센서 장치가 중첩된 센서 신호를 즉각 검출하여 그로부터 아날로그 또는 디지털 출력 신호를 형성할 수 있다. 출력 신호가 제1 동작 상태에서 우발적으로 전환되는 것을 방지하기 위해, 예컨대 논리 1 또는 0 상태, 가능하게는 부동 3상 상태(floating tri-state condition)와 같은 한정된 상태가 이 시간 범위의 출력 신호에 대해 제공된다. 필요한 경우, 이 신호 상태는 중첩된 센서 신호에서 최초의 상태 변화가 검출될 때까지 제2 동작 상태의 개시시에 유지된다.

제2 동작 상태에서 중첩된 센서 신호의 진폭이 진폭 검출기에 의해 검출되는 경우에는 센서 장치에 대해 추가적인 장점이 생긴다. 이 진폭값을 이용하여, 전환 신호 응용장치에서 이력 임계값(hysteresis threshold)을 변경하거나 또는 신호 경로에서의 이득을 중첩된 센서 신호의 진폭에 적응시킬 수 있다. 이 자동 적응(automatic adaptation)은 신호 레벨에 영향을 미치는 동작 및 조립 허용오차에 대해 센서 장치를 매우 덜 민감하게 만든다.

센서 장치가 자기 기어 센서에 사용되는 경우, 몇 1/10 ㎑ 내지 10 ㎑의 주파수를 검출하는 것이 요망된다. 센서 장치가 커버할 수 있는 주파수 범위가 가능한 한 넓게 되도록 하기 위해서는, 평균 센서 신호값에 대한 신호 트랙킹이 각각의 신호 주파수에 대해 근사적으로 결합되어야 한다는 점이 중요하다. 이것은 개개의 출력 신호 사이에서 각각의 평균 센서 신호값을 변경시키지 않음으로써 달성된다. 평균 센서 신호값은, 중첩된 센서 신호와 평균 센서 신호값의 교차시에 시작되고 중첩된 센서 신호의 상대적인 극단값(extreme value)의 획득시에 종료되는 시간 구간 내에서만 변화하게 된다.

제2 동작 상태에서 연장된 시간 구간 동안 출력 신호가 형성되지 않는 경우, 본 발명의 추가적 태양에 있어서, 제어기는 평균 센서 신호값을 놓친 방향으로 평균 센서 신호값이 천천히 유도되는 제3 동작 상태를 개시하며, 이때 제어 방향은 차동 증폭기 이후의 센서 신호 또는 출력단에서의 센서 신호의 부호에 의해 결정된다.

평균 센서 신호값의 트랙킹은 사전 설정된 임계값 또는 필터 회로를 경유하는 신호 외란(disturbance)에 따라 줄어들게 될 수 있다.

단시간 전압 강하의 경우 또는 턴오프(turnoff) 이후에 평균 센서 신호값이 손실되는 것을 방지하기 위해, 평균 센서 신호값을 온칩(on-chip) 동적 및/또는 비휘발성 메모리 소자에 디지털값으로 기억시키는 것이 바람직하다. 이 기억된 값은 각각의 새로운 시작 처리에 이용될 수 있고, 이로써 제1 동작 상태에서의 트랙킹이 더 빠르게 되거나 또는 발견된 값이 더 정확하게 된다. 물론, 설정 장치의 다른 설정 및/또는 제어 파라미터를 메모리 소자에 저장하는 것도 가능하다. 비휘발성 저장을 통해, 센서 장치는 연장된 신호 외란 또는 공급 실패 이후에도 완전하게 동작한다. 단시간 신호 외란 또는 단시간 공급 장애는 또한 설정 및/또는 제어 파라미터의 동적 저장에 의해 교락(bridge)될 수 있다. 동적 메모리는 추가적인 처리 단계 없이 종래의 CMOS 처리로 제조될 수 있는 반면, 비휘발성 메모리 소자는 제조 비용이 더 비싸고, 또한 일의적으로 자주 기록할 수 없다.

홀 효과 센서(Hall-effect sensor)의 경우, "제1 치부"가 검출되어야 할 것이다. 이것은 제1 동작 상태 동안 기억된 평균 센서 신호값이 우연하게 치부의 최상부에 대응되는 경우 및 출력 신호가 제로 레벨로 묶인 경우에는 거의 불가능하다. 이러한 경우, 제1 치부에 대한 정보는 억제될 것이다. 이것은 제1 동작 상태에서 기억된 평균 센서 신호값에 대한 중첩 센서 신호의 편차가 처음으로 검출되는 경우 제2 동작 상태에서 소정의 지속 기간의 갖는 펄스를 전달함으로써 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 치부의 선두측(leading side)과 후미측(trailing side)이 신뢰적으로 검출되고, 정보로서 후속 회로에 전달된다.

본 발명 및 추가 장점의 특징을 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1의 센서 장치의 실시예는 출력이 단극 또는 차동 형태로 센서 신호(s1)로서 측정 장치(2)에 인가되는 감지 소자 즉 센서(1)를 입력부에 포함하며, 이때 센서가 예컨대 홀-효과 센서인 경우에는 센서(1)의 출력은 차동 형태가 된다. 측정 장치(2)는 본질적으로 센서 신호(s1)의 DC 레벨(s0)(도 3 참조)을 억제 또는 보상하는 역할을 하는 입력 증폭기(3)를 포함한다. 가장 간단한 경우, 이는 센서 신호(s1)가 한 입력단에 인가되고 DC 레벨(s0) 또는 DC 레벨에 근접한 설정 전압(sm0)이 다른 입력단에 인가되는 차동 증폭기에 의해 달성된다.

입력 증폭기(3)의 출력 신호는 DC 레벨(s0)이 없고 낮은 배경 신호 주파수를 갖는 필요한 센서 신호(s2)와 이상적으로 동일하다. 엄밀히 말해, 입력 증폭기(3)의 출력단에서의 정지 전위(quiescent potential)가 정확히 0인 경우에만 DC 전압이 없는 것이다. 그러나 센서 장치가 단극 설계로 구성되는 경우, 입력 증폭기(3)의 출력단에서의 정지 전위는 0이 아닌 고정된 정지값으로 한정되며, 이 고정된 정지값은 나중에 외란을 받지 않는 것으로 가정된다. 입력 증폭기(3)에서의 DC 레벨(s0)의 억제를 위해서는 입력단에서 넓은 동적 범위가 요구될 것이고, 이로써 적절한 신호 증폭이 제2 증폭기 또는 출력 회로(4)로 이동되어야만 한다. 회로가 선형 회로인 경우, 제2 동작 상태(b2)에서 전달된 출력 신호(s4)는 중첩된 센서 신호(s2)에 비례하는 신호가 될 것이다. 그러나 스위칭 응용장치에 있어서, 출력 회로(4)는 중첩된 센서 신호(s2)의 극성 및 가능하게는 스위칭 임계값에 좌우되는 스위칭 신호(s4)를 제공하는 비교기가 될 것이다.

DC 레벨(s0)의 보상은 설정 장치(5)에 의해 달성되며, 스위칭 임계값에 영향을 줄 것이다. 설정 장치(5)의 필수적인 구성요소는 DC 레벨 검출기(6), 분석 회로(7) 및 설정기(setter)(8)이다. DC 레벨 검출기(6)는 센서 장치의 시동 중에 가능한 한 신속하게 DC 레벨(s0) 또는 유사한 전압값(sm0)을 찾아내어 이 레벨 또는 값을 측정 장치(2)에 공급하도록 작용한다. 이러한 동작은 제1 동작 상태(b1) 동안 발생하며, 제1 동작 상태(b1)는 공급 전압(U_B)이 센서 장치에 접속되도록 하는 턴온 신호를 통해 턴온 검출기(10)가 제어기(9)에 신호를 보낼 때 그 제어기(9)에 의해 개시된다. 제1 동작 상태의 종료는 미리 설정한 시간 구간(b1) 또는 중첩된 센서 신호(s2)가 소정 값보다 작게 된다는 사실에 의해 결정된다. 설정 장치(5)의 개개의 스테이지는 선형 스테이지가 될 것이다. DC 레벨 검출기(6) 및/또는 트랙킹 회로(8.1)로부터의 적어도 하나의 DC 레벨값이 설정 장치(5)에 기억되어야 하므로, 아날로그 실시예에서는 이들 아날로그 값을 기억하기 위해 설정 장치(5)에 온칩 커패시터를 설치하여야만 한다. 매우 낮은 주파수 센서 신호(s1)까지도 센서 장치를 이용하여 감지될 것이므로, 커패시터는 너무 작아서는 안된다. 설정 장치에서의 디지털 처리 - 중첩된 센서 신호(s2)를 위한 아날로그/디지탈 변환기와, 설정 장치(5)의 아날로그 출력 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 디지탈/아날로그 변환기를 필요로 함 - 는 덜 중요하다. 내부 신호 처리 및 기억이 간단한 디지털 회로에 의해 수행되므로, 복잡도가 증가되는 것은 감내할 수 있다. DC 레벨 검출기(6)는, DC 레벨(s0)을 매우 신속하게 찾아내어 이 값을 고정된 설정값(sm0)으로서 디지털적으로 기억시키는 연속적인 근사기(approximator)로서 설계될 수 있다. 도 2의 실시예에서 트랙킹 회로(8.1)는 이러한 설정값(sm0)이 실제 신호 조건을 따르도록 하며, 따라서 설정값(sm0)은 지속적으로 덮어쓰기가 된다. 도 1에서의 설정값(sm0)은 자장 센서의 경우에 현재의 백바이어스 필드에 대응하는 기본 설정을 나타낸다. 현재의 백바이어스 필드는 반드시 일정하게 유지하고, 이로써 비교적 작은 드리프트만이 트랙킹 회로(8.1)에 의해 보상될 필요가 있다.

디지털 처리는 또한 상대적인 극단값을 기억함으로써 진폭 검출기(7.1) 및 평균기(averager)(7.2)가 분석 회로(7) 내에 구현될 수 있도록 한다. 극단값의 감산에 의해 2배의 진폭값(as)이 제공되고, 극단값의 가산에 의해 중간값의 2배의 값이 제공된다. 실제 진폭 또는 평균 값은 이들 값을 1/2로 나눔으로써 간단하게 얻어질 수 있다. 간섭을 억제하기 위해 진폭값(as) 또는 평균값(ms)은 필터링될 것이다.

더욱이, 기억된 중간 센서 신호값(sm 또는 sm0)의 변화는 기억된 값이 소정 모니터링 주기(tv2) 동안 변경되지 않는 경우 제어기(9)에 의해 제공되는 변경 신호에 의해 영향을 받게 된다(도 4 참조). 그러나 내부 필터 회로를 통해 상대적인 극단값을 검출하고 이 값을 분석 회로(7)에서 사용하여 새로운 평균값(ms)을 형성하는 것이 가능하다. 디지털 방식에서, 제어기(9)는 개개의 시간 구간의 만료를 결정하는 타이머를 포함한다. 비휘발성 메모리가 설정 장치를 위해 사용되는 경우, 일단 저장되고 나면 그 값들은 사전 조정을 위해 각각의 후속 턴온 처리에서 이용될 수 있으므로, 제1 동작 상태(b1)의 시간이 현저하게 단축될 수 있다.

도 2는 도 1의 실시예와 동일한 서브회로를 필수적으로 포함하는 센서 장치의 제2 실시예를 도시한다. 주요한 차이는 DC 레벨(s0)의 보상과 제1 및 제2 동작 상태(b1, b2)에서의 드리프트 보상이 입력 증폭기(3)에서만 수행된다는 점이다. 스위치(11)에 의해, DC 레벨 검출기(6)의 출력 신호(sm0) 및 트랙킹 회로(8.1)의 출력 신호(sm)는 각각 제1 및 제2 동작 상태(b1,b2) 동안 입력 증폭기(3)의 기준 입력단에 인가된다. 대응하는 스위치 위치 1 및 2는 각각 제1 동작 상태(b1)와 제2 동작 상태(b2)에서 제어기(9)에 의해 선택된다. 출력 회로(4)가 비교기로서 동작하는 경우, 그 기준 입력단은 진폭값(as)의 함수로서 각각의 이력 임계값(sh)을 설정하는 이력 설정기(8.2)에 접속될 것이다.

도 3은 회전 속도계(tachometer) 내의 홀 효과 센서의 대표적인 신호 파형을 도시한 타이밍도이다. 도 3에서의 a)는 일정한 자장으로 바이어스되는 기어 센서로부터의 센서 신호(s1)를 도시한다. DC 레벨(s0)은 예컨대 200 mTesla의 자장에 대응되고, 중첩된 센서 신호(s2)는 대략 5 mTesla의 크기에 대응된다. 평균 센서 신호값(sm)은 드리프트 처리로 인해 약간 증가한다. 드리프트 처리는 명료하게 나타내기 위해 다소 과장되어 도시되어 있다. 제1 동작 상태(b1) 동안, 측정된 설정값(sm0)은 DC 레벨(s0)로 급속하게 증가하는 반면, 입력 증폭기(3)의 출력 신호(s2)는 0에 접근한다. 보상 조건은 늦어도 순간 t1에서 도달하게 된다. 즉, 입력 증폭기(3)의 출력 신호는 중첩된 센서 신호(2)에 대응하고, 이로써 스위칭 신호(s4)가 이 신호(s2)로부터 형성될 수 있다. 기어의 제1, 제2 및 제3 치부(z1,z2,z3)에 의해, 펄스(p1,p2,p3 등)가 트리거된다. 출력 신호(s3)가 제1 동작 상태(b1) 동안 불필요하게 전환되는 것을 방지하기 위해, 신호는 제어기(9) 또는 설정 장치(5)에 의해 고정된 전압 레벨로 묶여지거나 또는 소위 3상 조건이 되도록 한다. 도 3의 b)에서, 고정된 중간 레벨이 사전에 설정되고, 이로써 설정값(sm0)이 어느 치부 영역에 관련되어 있는지 여부에 상관없이 제1 치부(z1)의 신호가 제1 펄스(p1)를 트리거한다. 제1 동작 상태(b1)에서 출력 신호(s3)가 제로 레벨로 클램프되는 장점을 갖는 도 3의 c)의 신호 파형을 이용하여 제1 치부를 더 잘 검출할수 있게 된다. 기억된 설정값(sm0)으로부터의 센서 신호(s2)의 편차에 의해 제1 치부(z1)의 선두측 또는 후미측의 통과를 검출하여 소정 길이(ti)의 제1 펄스(p1')를 발생시킨다. 그러므로, 센서 장치에 접속된 회로는 제1 치부(z1)에 대한 정보를 수신한다. 후속 펄스(p2,p3 등)는 도 3의 b)에 도시된 바와 같이 발생된다.

도 4는 평균 센서 신호(sm)의 트랙킹을 더욱 상세히 나타내고 있다. 도 4의 a)는 양의 방향과 음의 방향에서 몇몇의 상대적인 극단값을 갖는 중첩된 센서 신호(s2)를 도시하고 있다. 최적의 평균값(sms)은 중간 신호 범위에 있기 때문에, 펄스 충격 계수(duty factor)에 상관없이 "중간값"으로서 지칭된다. 이를 예시하기 위해 대수적인 평균(sma)을 도시하였으며, 이 대수적인 평균은 펄스 충격 계수를 고려한 것이고 따라서 상대적인 극단값에 대해 비대칭을 이루고 있다. 이 값(sma)이 제1 스위칭 임계값으로서 사용되는 경우, 작은 간섭 또는 잡음 신호로도 잘못된 출력 신호(s4)를 개시할 수 있다. 중첩된 센서 신호(s2)의 상대적 극단의 발생시에 평균 센서 신호값(sm)이 어떻게 변화하는지를 도 4의 b)에 과장된 형태로 도시하고 있다. 상대적인 극단값이 상대적으로 긴 시간 동안 지속된다면, 평균 센서 신호값(sm)의 트랙킹이 출력 펄스(s4)의 전체 지속기간 동안 발생되는 경우에는 적합하지 않다. 따라서, 신호 에지에 재조정이 가해지고, 대략적으로 센서 신호(s2)가 상대적인 극단값에 도달할 때 종료된다. 평균기(7.1)에서 형성된 평균(ms)은 DC 레벨(s0)을 위한 보상값으로서 직접 사용되지는 않지만, PID 장치와 같은 제어 필터에 의해 수정된다. 최소의 변경값이 하나의 LSB 단계에 대응하고, 변경율은 진폭값(as)에 좌우될 것이다.

제2 동작 상태(b2) 동안 평균 신호값(sm)이 연장된 기간 중에 초과되지 않는다면, 기어가 완전히 정지되거나 또는 평균 센서 신호값(sm)이 약간의 외란으로 인해 전체적으로 틀리게 된다. 그 경우, 구간 tv2 후에 제어기(9)에 의해 개시된 제3 동작 상태는 원하는 값(sm)의 방향으로 평균 센서 신호 레벨(sms)이 점차적으로 다시 도달되도록 한다. 평균 센서 신호(sm)가 중첩된 센서 신호(s2) 내에 놓이게 되는 즉시, 트랙킹 회로(8.1)의 정상적인 기능에 의해 트랙킹이 다시 수행된다. 이것은 리셋 기능처럼 시간 구간 tv2에 대해 작용하며, 이로써 제3 동작 상태의 저속 트랙킹이 더 이상 영향을 주지 못하게 된다.

도 1 및 도 2의 실시예는, 기어 센서에 좌우되는 출력 데이타 시퀀스 내의 추가 정보를 전달하기 위해 출력 스테이지(4)가 3개 이상의 출력 레벨을 발생시키도록 수정될 수 있다. 출력 스테이지(4)는, 바람직하게는 2핀 센서의 경우에, 정보 전달을 위한 각각의 전력 소비를 제어하는 스위칭 전류 싱크로서 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 센서 장치는 매우 낮은 신호 주파수를 감지하는 한편, 턴온 후 단시간 내에 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 대한 블록도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 대한 블록도.

도 3은 일부의 신호 파형을 도시한 타이밍도.

도 4는 평균 센서 신호값을 도시한 타이밍도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 센서

2 : 측정 장치

3 : 입력 증폭기

4 : 출력 회로

5 : 설정 장치

6 : DC 레벨 검출기

7 : 분석 회로

8 : 설정기(setter)

9 : 제어기

10 : 턴온(turn-on) 검출기

11 : 스위치

Claims

적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)를 한정하고, 상기 제1 동작 상태가 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거될 수 있는 제어기(9)와;

상기 제1 동작 상태(b1)에서는 설정값(sm0)에 의해 측정 장치(2)의 동작 범위를 센서 신호(s1)의 각각의 DC 레벨(s0)에 적응시키고, 상기 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)을 결정하는 설정 장치(5)와;

상기 제1 동작 상태에서는 상기 센서 신호(s1)에 독립적이지만 한정되어 있는 제1 출력 신호(s3)를 발생시키고, 상기 제2 동작 상태(b2)에서는 상기 평균 센서 신호값(sm) 상에 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 발생시키는 출력 회로(4)

를 포함하는 센서 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 동작 상태(b2)에서는 상기 측정 장치(2)에 연결된 진폭 검출기(7.1)가 상기 중첩된 센서 신호(s2)의 진폭을 결정하는 것인 센서 장치.
제2항에 있어서, 상기 진폭 검출기(7.1)는 상기 측정 장치(2)의 이득 및/또는 이력(hysteresis) 임계값(sh)을 제어하는 것인 센서 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 동작 상태(b2)에 있는 경우 상기 설정 장치(5)는 제1 시간 구간(tv1) - 상기 중첩된 센서 신호(s2)와 상기 평균 센서 신호값(sm)의 교차시에 시작되고, 상기 중첩된 센서 신호(s2)의 상대적인 극단값의 획득시에 대체로 종료됨 - 에서 평균 센서 신호값(sm)을 변경하는 것인 센서 장치.
제4항에 있어서, 상기 평균 센서 신호값(sm)의 변경은, 상기 중첩된 센서 신호(s2)의 부호 변경이 소정의 제2 시간 구간(tv2) 내에서 일어나지 않는 경우 상기 제어기(9)에 의해 개시되는 제3 동작 상태에서 발생하고, 상기 평균 센서 신호값(sm)의 변경 방향은 상기 중첩된 센서 신호(s2) 또는 상기 제2 출력 신호(s4)의 부호에 의해 결정되는 것인 센서 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설정 장치(5)는 새로운 평균 센서 신호값(sm)이 현재 평균 센서 신호값(sm)과 소정의 양만큼 상이한 경우에만 평균 센서 신호값(sm)을 변경하는 것인 센서 장치.
제6항에 있어서, 상기 평균 센서 신호값(sm) 및/또는 상기 설정값(sm0)은 온칩(on-chip) 메모리 소자, 특히 비휘발성 메모리 소자에 디지털 값으로서 기억되는 것인 센서 장치.
제7항에 있어서, 설정 및/또는 제어 파라미터가 온칩 메모리 소자, 특히 비휘발성 메모리 소자에 디지털 값으로서 기억되는 것인 센서 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 동작 상태(b2)에 있는 경우 상기 출력 회로(4)는, 상기 제1 동작 상태에서 기억된 평균 센서 신호값(sm)에 대한 상기 중첩된 센서 신호(s2)의 편차가 상기 측정 장치(2)에 의해 처음으로 검출될 때에 소정의 지속 기간(ti)을 갖는 펄스(p1')를 상기 제2 출력 신호(s4)로서 전달하는 것인 센서 장치.
제3항에 있어서, 상기 이력 임계값(sh)은 기억된 값으로서 사전에 설정되고, 상기 제2 동작 상태(b2)에서 상기 이력 임계값은 진폭값(as)의 함수로서 수정되는 것인 센서 장치.