KR101075027B1 - 센서 오프셋 보상회로 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서와, 상기 선형 홀센서에 전압을 공급하는 전압원, 및 상기 전압원 및 상기 선형 홀센서에 연결되어 상기 전압원의 전압과 상기 선형 홀센서에서 추출된 회전체의 정보를 입력받아 상기 홀센서의 DC 오프셋을 추정하는 회전정보 추정기를 포함하는 센서 오프셋 보상회로 및 센서 오프셋 보상방법을 제공할 수 있다.
센서(sensor), 오프셋(offset), 추정(estimation)

Description

센서 오프셋 보상회로 및 방법{SENSOR OFFSET COMPENSATE CIRCUIT AND METHOD OF THEREOF}
본 발명은 센서 오프셋 보상회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전체의 회전정보를 추출하는 선형 홀센서에서 상기 선형 홀센서의 출력값과 상기 선형 홀센서에 전압을 공급하는 공급전압을 입력으로 받아 상기 센서의 DC 오프셋을 추정하는 센서 오프셋 보상회로에 관한 것이다.
홀센서와 같은 자기장 센서는 정확하게 동작하기 위해 통상적으로 오프셋 오류 정정을 필요로 한다. 자기장 센서로서 동작하는 홀 소자에서 오프셋 오류는 예컨데 실리콘 소판의 제조시 유발된 굴절(기계적 스트레스) 때문에 또는 제조공정 중의 부정확한 리소그래피로 인해 나타날 수 있다. 그 밖의 오프셋 오류는 홀센서의 외부 접속에 의해, 예컨대 홀센서의 하방에 연결된 증폭기 내의 오프셋 전압의 결과로서 유발될 수 있다.
종래기술에 따른 선형 홀센서에서는 센서의 오프셋 값을 일괄적으로 정해진 값을 이용하거나 다른 추가 정보 없이 선형 홀센서 출력값만을 가지고 회전체의 회 전속도 정보를 추출하였다. 그러나, 이와 같은 경우 센서마다 가지는 고유 특성오차에 따라 센서의 오프셋값이 달라질 수 있으며 공급되는 전압이 빠르게 변화하는 경우 회전속도 추정에 오차가 포함될 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 회전 정보 추정기에 센서의 출력값 및 센서 공급 전압을 입력하여 홀 센서의 오프셋을 추정할 수 있는 센서 오프셋 보상회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면은, 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서와, 상기 선형 홀센서에 전압을 공급하는 전압원, 및 상기 전압원 및 상기 선형 홀센서에 연결되어 상기 전압원의 전압과 상기 선형 홀센서에서 추출된 회전체의 정보를 입력받아 상기 홀센서의 DC 오프셋을 추정하는 회전정보 추정기를 포함하는 센서 오프셋 보상회로를 포함할 수 있다.
상기 회전정보 추정기는, 이전의 홀센서 오프셋을 피드백시켜 상기 홀센서의 오프셋을 추정할 수 있다.
상기 회전정보 추정기는, 상기 홀센서의 DC 오프셋이 포함된 선형 홀센서의 출력이 정의되고, 상기 공급전압 및 상기 홀센서의 특성계수로부터 상기 홀센서의 DC 오프셋이 정의되는 측정방정식으로 표현될 수 있다.
상기 선형 홀센서의 출력은,
Figure 112008089578010-pat00001
으로 정의되며, 여기서, 상기
Figure 112008089578010-pat00002
는 신호값의 크기,
Figure 112008089578010-pat00003
는 현재 회전체의 주파수,
Figure 112008089578010-pat00004
는 센서의 잡음,
Figure 112008089578010-pat00005
는 센서의 DC 오프셋일 수 있다.
상기 측정 방정식은, 상기 선형 홀센서의 제1 출력 및 상기 제1 출력과 샘플링 차이가 나는 제2 출력의 선형 결합으로 정의될 수 있다.
상기 DC 오프셋은, 상기 공급전압에서 노이즈 성분을 제거한 값과 상기 선형 홀 센서의 특성계수를 곱한 값으로 정의될 수 있다.
상기 DC 오프셋은,
Figure 112008089578010-pat00006
으로 정의 되며, 여기서,
Figure 112008089578010-pat00007
는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
Figure 112008089578010-pat00008
는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
Figure 112008089578010-pat00009
는 각 센서마다의 특성 계수,
Figure 112008089578010-pat00010
는 상기 공급전압에서 노이즈 성분이 제거된 전압일 수 있다.
상기 회전정보 추정기는, 이전 시점의 노이즈 성분이 포함된 공급전압과 이전 시점의 추정된 특성계수의 곱으로 이전 시점의 DC 오프셋 값이 정의되고, 상기 이전 시점의 DC 오프셋 값을 이용하여 상기 측정방정식으로 표현될 수 있다.
상기 측정방정식은,
Figure 112008089578010-pat00011
=
Figure 112008089578010-pat00012
으로 표현되며, 여기서
Figure 112008089578010-pat00013
는 이전 시점에서 추정된 센서 오프셋,
Figure 112008089578010-pat00014
는 현재 회전체의 주파수,
Figure 112008089578010-pat00015
는 센서의 잡음,
Figure 112008089578010-pat00016
는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
Figure 112008089578010-pat00017
는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
Figure 112008089578010-pat00018
는 각 센서마다의 특성 계수일 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 전압원으로부터 공급전압을 입력받고, 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서의 DC 오프셋 보상방법에 있어서, 상기 선형 홀센서로부터 DC 오프셋이 포함된 상기 선형 홀센서의 출력을 정의하는 단계와, 상기 전압원의 공급전압에서 노이즈 성분을 제거한 값과 상기 선형 홀센서 의 특성계수를 곱한 값으로 상기 DC 오프셋을 정의하는 단계와, 상기 선형 홀센서의 제1출력 및 상기 제1 출력과 샘플링 차이가 나는 제2 출력의 선형 결합으로 측정 방정식을 정의하는 단계, 및 상기 측정 방정식에서 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 구하는 단계를 포함하는 센서의 DC 오프셋 보상방법을 제공할 수 있다.
상기 측정 방정식을 정의하는 단계는, 이전 시점의 노이즈 성분이 포함된 공급전압과 이전 시점의 추정된 특정 계수의 곱으로 이전 시점의 DC 오프셋값을 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀센서의 출력뿐만 아니라 상기 홀센서에 공급되는 전압정보를 입력받아 상기 홀센서의 특성 계수를 추정하고 이를 바탕으로 센서의 오프셋을 추정할 수 있는 센서 오프셋 보상회로를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 센서 오프셋 보상회로의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 센서 오프셋 보상회로(100)는, 선형 홀센서(110), 전압원(120), 및 회전정보 추정기(130)를 포함할 수 있다.
상기 선형 홀세서(110)는 회전체(140)에 연결되어 상기 회전체의 회전 정보를 추출할 수 있다. 상기 홀센서는 자기의 극성에 따라 발생된 자속을 검출하여 정현파 형태로 출력할 수 있다. 상기 홀센서가 검출하는 회전체의 회전 정보는 회전속도일 수 있다.
본 실시형태에서 상기 선형 홀센서(110)의 출력은 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00019
여기서, 상기
Figure 112008089578010-pat00020
는 신호값의 크기,
Figure 112008089578010-pat00021
는 현재 회전체의 주파수,
Figure 112008089578010-pat00022
는 센서의 잡음,
Figure 112008089578010-pat00023
는 센서의 DC 오프셋을 나타낸다. 본 실시형태에서는 상기 선형 홀센서의 출력에 센서의 DC 오프셋을 포함시키고, 전압원의 공급 전압 및 센서의 특성 계수에 의해 상기 DC 오프셋을 정의하여 센서 오프셋을 추정할 수 있다.
상기 전압원(120)은, 상기 선형 홀센서(110)가 작동할 수 있도록 전압을 공급할 수 있다. 상기 전압원(120)의 공급전압에는 상기 전압원 자체에서의 노이즈 성분이 포함될 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 전압원의 공급전압에서 노이즈 성분을 제거한 전압을 사용하여 상기 DC 오프셋을 정의할 수 있다.
상기 회전정보 추정기(130)는, 상기 선형 홀센서(110)의 출력 및 상기 전압원(120)으로부터 정보를 입력받아 상기 선형 홀센서(110)에서 감지된 상기 회전체(140)의 회전속도 및 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 출력할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 회전정보 추정기(130)는 상기 선형 홀센서의 서로 다른 시간에서의 출력에 대한 선형결합을 이용하여 상기 선형 홀센서의 출력값을 회전 속도 정보와 센서 오프셋 정보로 이루어진 측정 방정식으로 나타낼 수 있다. 아래의 수학식 2는, 상기 회전정보 추정기에서는 상기 선형 홀센서(110)의 제1 출력 및 상기 제1 출력과 샘플링 차이가 나는 제2 출력의 선형 결합으로 측정 방정식을 정의할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 제1 출력과 제2 출력은 2 샘플링 차이가 나는 출력일 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00024
여기서, 상기
Figure 112008089578010-pat00025
는 현재 회전체의 주파수,
Figure 112008089578010-pat00026
는 센서의 잡음,
Figure 112008089578010-pat00027
는 센서의 DC 오프셋을 나타낸다.
Figure 112008089578010-pat00028
와
Figure 112008089578010-pat00029
는, 각각 상기 선형 홀센서의 제1출력 및 제2출력일 수 있다.
상기 회전정보 추정기(130)는 상기 전압원(120)으로부터 공급되는 전압과 상 기 선형 홀센서의 특성계수를 이용하여 상기 수학식 2에서 기재된 DC 오프셋값을 정의할 수 있다. 본 실시형태에서는 노이즈 성분이 포함된 공급전압에서 노이즈 성분을 뺀 값에 홀센서의 특성계수를 곱하여 상기 DC 오프셋값을 정의할 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00030
여기서,
Figure 112008089578010-pat00031
는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
Figure 112008089578010-pat00032
는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
Figure 112008089578010-pat00033
는 각 센서마다의 특성 계수,
Figure 112008089578010-pat00034
는 상기 공급전압에서 노이즈 성분이 제거된 전압을 나타낸다.
본 실시형태에 따른 센서 오프셋 보상회로는, 이전 시점에서 추정된 오프셋값을 피드백시켜 현재 시점의 오프셋을 추정할 수 있다. 이전 시점의 센서 오프셋
Figure 112008089578010-pat00035
,
Figure 112008089578010-pat00036
는 추정된 센서 오프셋 값으로 대체할 수 있다. 즉, 아래 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00037
Figure 112008089578010-pat00038
따라서, 본 실시형태에 따른 회전 정보 추정기(130)에서는 상기 선형 홀센서(110)로부터 취득된 제1 출력 및 제2 출력을 선형 결합한 측정방정식인 상기 수학식 2를 아래 수학식 5로 재구성할 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00039
=
Figure 112008089578010-pat00040
여기서,
Figure 112008089578010-pat00041
는 이전 시점에서 추정된 센서 오프셋,
Figure 112008089578010-pat00042
는 현재 회전체의 주파수,
Figure 112008089578010-pat00043
는 센서의 잡음,
Figure 112008089578010-pat00044
는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
Figure 112008089578010-pat00045
는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
Figure 112008089578010-pat00046
는 각 센서마다의 특성 계수를 나타낸다.
상기 수학식 5의 측정방정식에서 상기 회전정보 추정기(130)에서 출력되는 회전체의 회전속도 및 센서의 오프셋값을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 수학식 5를 해결하기 위해서 이하의 방식을 사용할 수 있다. 상기 수학식 5에서 센서 출력의 잡음
Figure 112008089578010-pat00047
의 공분산을
Figure 112008089578010-pat00048
, 공급전압의 잡음
Figure 112008089578010-pat00049
의 공분산을
Figure 112008089578010-pat00050
로 정의하면 선형 홀센서로부터 얻을 수 있는 상태 추정치는 아래의 수학식 6으로 표현될 수 있다. 수학식 6에 나타나는 추정치는 측정행렬에 잡음이 포함되어 있는 경우에 선형 추정기로 잡음의 효과를 통계적 보상방법에 의해 얻어내는 추정값일 수 있다.
Figure 112008089578010-pat00051
여기서,
Figure 112008089578010-pat00052
는
Figure 112008089578010-pat00053
로 표현되며, 매 순간 갱신되는 변수일 수 있으며,
Figure 112008089578010-pat00054
는 가중치 값으로 사용자가 시스템의 요구 수렴 속도에 따라 변화시킬 수 있는 값일 수 있다. 또한,
Figure 112008089578010-pat00055
는 측정 방정식의 측정 행렬 중 잡음의 해당되는
Figure 112008089578010-pat00056
의 통계적 성질로,
Figure 112008089578010-pat00057
의 수학식으로 정의될 수 있다.
본 실시형태에 따른 센서 오프셋 보상회로는, 상기 수학식 6에 의해서 상기 회전 정보 추정기에서 상기 회전체의 회전속도 및 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋 값을 추정할 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋값을 추정하기 위해서 상기 선형 홀센서에 전원을 공급하는 전압원의 전압을 이용하므로, 상기 전압원의 전압이 변경됨에 따라 적절한 DC 오프셋값을 추정할 수 있어서, 상기 회전체의 회전속도를 정확히 추정할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 센서 오프셋 보상회로의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
110 : 선형 홀센서 120 : 전압원
130 : 회전정보 추정기 140 : 회전체

Claims (13)

  1. 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서;
    상기 선형 홀센서에 전압을 공급하는 전압원; 및
    상기 전압원 및 상기 선형 홀센서에 연결되어 상기 전압원의 전압과 상기 선형 홀센서에서 추출된 회전체의 정보를 입력받아 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 추정하는 회전정보 추정기를 포함하고,
    상기 회전정보 추정기는,
    이전의 선형 홀센서 DC 오프셋을 피드백시켜 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  2. 삭제
  3. 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서;
    상기 선형 홀센서에 전압을 공급하는 전압원; 및
    상기 전압원 및 상기 선형 홀센서에 연결되어 상기 전압원의 전압과 상기 선형 홀센서에서 추출된 회전체의 정보를 입력받아 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 추정하는 회전정보 추정기를 포함하고,
    상기 회전정보 추정기는,
    상기 선형 홀센서의 DC 오프셋이 포함된 선형 홀센서의 출력이 정의되고,
    상기 공급전압 및 상기 선형 홀센서의 특성계수로부터 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋이 정의되는 측정방정식으로 표현되고,
    상기 측정 방정식은,
    상기 선형 홀센서의 제1 출력 및 상기 제1 출력과 샘플링 차이가 나는 제2 출력의 선형 결합으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선형 홀센서의 출력은,
    Figure 112008089578010-pat00058
    으로 정의되며, 여기서,
    상기 는 신호값의 크기,
    Figure 112008089578010-pat00060
    는 현재 회전체의 주파수,
    Figure 112008089578010-pat00061
    는 센서의 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00062
    는 센서의 DC 오프셋
    인 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 DC 오프셋은,
    상기 공급전압에서 노이즈 성분을 제거한 값과 상기 선형 홀 센서의 특성계수를 곱한 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC 오프셋은,
    Figure 112008089578010-pat00063
    으로 정의 되며, 여기서,
    Figure 112008089578010-pat00064
    는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
    Figure 112008089578010-pat00065
    는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00066
    는 각 센서마다의 특성 계수,
    Figure 112008089578010-pat00067
    는 상기 공급전압에서 노이즈 성분이 제거된 전압
    인 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전정보 추정기는,
    이전 시점의 노이즈 성분이 포함된 공급전압과 이전 시점의 추정된 특성계수의 곱으로 이전 시점의 DC 오프셋 값이 정의되고,
    상기 이전 시점의 DC 오프셋 값을 이용하여 상기 측정방정식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측정방정식은,
    Figure 112008089578010-pat00068
    =
    Figure 112008089578010-pat00069
    으로 표현되며, 여기서
    Figure 112008089578010-pat00070
    는 이전 시점에서 추정된 센서 오프셋,
    Figure 112008089578010-pat00071
    는 현재 회전체의 주파수,
    Figure 112008089578010-pat00072
    는 센서의 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00073
    는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
    Figure 112008089578010-pat00074
    는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00075
    는 각 센서마다의 특성 계수
    인 것을 특징으로 하는 센서 오프셋 보상회로.
  10. 전압원으로부터 공급전압을 입력받고, 회전체에 연결되어 회전체의 정보를 추출하는 선형 홀센서의 DC 오프셋 보상방법에 있어서,
    상기 선형 홀센서로부터 DC 오프셋이 포함된 상기 선형 홀센서의 출력을 정의하는 단계;
    상기 전압원의 공급전압에서 노이즈 성분을 제거한 값과 상기 선형 홀센서의 특성계수를 곱한 값으로 상기 DC 오프셋을 정의하는 단계;
    상기 선형 홀센서의 제1출력 및 상기 제1 출력과 샘플링 차이가 나는 제2 출력의 선형 결합으로 측정 방정식을 정의하는 단계; 및
    상기 측정 방정식에서 상기 선형 홀센서의 DC 오프셋을 구하는 단계;
    를 포함하는 센서의 오프셋 보상방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선형 홀센서의 출력은,
    Figure 112008089578010-pat00076
    으로 정의되며, 여기서, 상기
    Figure 112008089578010-pat00077
    는 신호값의 크기,
    Figure 112008089578010-pat00078
    는 현재 회전체의 주파수,
    Figure 112008089578010-pat00079
    는 센서의 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00080
    는 센서의 DC 오프셋이고,
    상기 DC 오프셋은,
    Figure 112008089578010-pat00081
    으로 정의 되며, 여기서,
    Figure 112008089578010-pat00082
    는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
    Figure 112008089578010-pat00083
    는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00084
    는 각 센서마다의 특성 계수,
    Figure 112008089578010-pat00085
    는 상기 공급전압에서 노이즈 성분이 제거된 전압인 것을 특징 으로 하는 센서의 오프셋 보상방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 측정 방정식을 정의하는 단계는,
    이전 시점의 노이즈 성분이 포함된 공급전압과 이전 시점의 추정된 특정 계수의 곱으로 이전 시점의 DC 오프셋값을 정의하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 오프셋 보상방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측정방정식은,
    Figure 112008089578010-pat00086
    =
    Figure 112008089578010-pat00087
    으로 표현되며, 여기서
    Figure 112008089578010-pat00088
    는 이전 시점에서 추정된 센서 오프셋,
    Figure 112008089578010-pat00089
    는 현재 회전체의 주파수,
    Figure 112008089578010-pat00090
    는 센서의 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00091
    는 상기 전압원에서 공급되는 공급전압,
    Figure 112008089578010-pat00092
    는 상기 전압원에 의해 발생되는 잡음,
    Figure 112008089578010-pat00093
    는 각 센서마다의 특성 계 수인 것을 특징으로 하는 센서의 오프셋 보상방법.
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