KR101238243B1 - 유도형 위치 센서용 신호 컨디셔닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

위치 범위에 걸쳐 가동 부품(moveable part)의 부품 위치와 관련된 출력 신호를 제공하기 위한 장치로서, 여자기 신호에 의해 여자될 때 전자계를 발생시키는 송신기 코일; 상기 송신기 코일 가까이에 배치되고, 상기 송신기 코일과의 유도 결합에 의해 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 부품 위치에 따라 변화하는 수신기 신호를 생성하는, 수신기 코일; 상기 부품 위치와 실질적으로 독립적이고, 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 송신기 코일에 의해 생성된 전자계에 의해 유도되는 기준 신호를 제공하는 기준 코일; 상기 송신기 코일, 상기 수신기 코일, 및 상기 기준 코일을 지지하는 공통 기판; 및 상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호를 수신하고, 상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호로부터 비율 신호를 생성하는 아날로그 나눗셈기(analog divider)를 포함하는 신호 컨디셔너(signal conditioner)을 포함하고, 상기 비율 신호로부터 상기 출력 신호를 취득하는, 장치이다.
유도형, 위치센서, 위치측정, 신호컨디셔닝, 차량, 비접촉식

Description

유도형 위치 센서용 신호 컨디셔닝 시스템 {SIGNAL CONDITIONING SYSTEM FOR INDUCTIVE POSITION SENSOR}
본 발명은, 차량의 스로틀 페달(vicicle throttle pedal)과 같은 피벗팅 부품(pivoting part)의 회전 위치와 같은, 가동 부품(movable part)의 위치를 측정하기 위한 비접촉식 유도형 센서 등의 유도형 센서용 신호 컨디셔닝 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 2005년 4월 8일 출원된 미국 가특허출원 제60/669,478호에 대해 우선권을 주장한다.
위치 센서는 다양한 애플리케이션에 널리 사용되고 있다. 예를 들면 자동차와 같은, 엔진이 달린 차량(motorized vehicle)은 엔진의 속도를 제어하는 사용자 조작형 제어부(user-operated control)를 구비한다. 일반적으로, 사용자 조작형 제어부는 페달 암(pedal arm)을 포함하며, 페달 암은 그 하단부에 일반적으로 액셀러레이터 페달(accelerator pedal)이라고 하는, 풋 페달(foot pedal)을 갖는다. 액셀러레이터 페달은 스로틀 제어 신호를 제공하는데, 이는 액셀러레이터 페달로부터 엔진과 연관된 엔진 스로틀 제어부에 송신된다. 종래는, 액셀러레이터 페달과 엔진 스로틀 제어부 사이는 기계적으로 연결되어 있고, 스로틀 제어 신호는 기계적 인 신호이다. 하지만, 최근의 추세는, 플라이바이와이어 시스템(fly-by-wire system)이라고 불리는, 전자적으로 제어되는 스로틀 제어 시스템으로 가고 있고, 이 시스템에서 액셀러레이터 페달 또는 다른 사용자 조작형 제어부는 엔진 스로틀 제어부와 전기적으로 연결되어 있고, 스로틀 제어신호는 전자 신호이다. 이 애플리케이션 및 다른 애플리케이션에서, 임의의 센서 시스템의 출력 신호는 대개 일정한 규격(specification)을 충족시키는 것으로 기대될 것이다. 따라서, 유도형 위치 센서와 같은, 위치 센서로부터의 신호를 받아 원하는 특성을 갖는 출력 신호를 제공하는 신호 컨디셔너(signal conditioner)가 필요하다.
유도형 위치 센서는 전자기 캐리어 플럭스(electromagnetic carrier flux)를 생성하도록 AC 전원에 의해 전원이 공급되는 송신기 코일을 포함한다. 수신기 코일은 캐리어 플럭스를 수신하고, 수신기 신호를 생성한다. 상기 수신기 신호는, 상기 송신기 코일 및 상기 수신 코일과 매우 인접하여 병렬로 지지되는, 회전자(rotor)와 같은, 커플러 소자(coupler element)의 위치에 따라 변화한다. 상기 커플러 소자는 위치가 측정될 부품과 함께 움직인다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 유도형 위치 센서는 상기 캐리어 플럭스에 의한 기준 신호를 생성하지만, 측정되는 상기 커플러 소자의 위치에 의해 영향을 받지 않도록 감겨 있는 제3의 코일인, 기준 코일을 포함한다. 회전 센서의 경우, 상기 기준 신호는 실질적으로 상기 커플러 소자의 각도 방위(angular orientation)에 의해 영향을 받지 않지만, 상기 커플러 소자와 상기 기준 코일 사이의 갭 간격(gap space)에 따라 변화한다. 이 변화는 갭과 같은 어셈블리 파라미터의 변화에 대해 출력 신호를 보상하는 데 유용하다. 바람직하게는, 상기 기준 코일은 차동 구조(differential structure)를 가져서, 상기 커플러 소자가 없는 경우에, 상기 코일의 상이한 부분에서 유도된 전압이 상쇄되고 상기 기준 신호는 영(zero)에 가깝다. 일정한 경우에, 상기 코일들과 상기 커플러 소자 사이의 갭의 변화를 더욱 양호하게 보상하기 위해 상기 커플러 소자를 없앤 때에, 상기 기준 신호는 영일 필요가 없다. 상기 수신기 코일은 또한 차동 구조를 가져서, 상기 커플러 소자가 없는 경우에 상기 수신기 신호는 존재하지 않는다. 하지만, 상기 커플러 소자가 있는 경우에, 상기 수신기 신호는 상기 커플러 소자의 위치에 매우 민감하게 반응하여 그에 따라 변화한다.
유도형 위치 센서의 신호 컨디셔너는, 출력 신호에 미리 저장해둔 값을 더하여 요구 규격에 맞추기 위한 아날로그 나눗셈 단(analog division stage) 및 회로를 포함한다. 비교기 회로는 출력 신호 전압을, 저장된 상위 평탄역 값(upper plateau value) 및 하위 평탄역 값(lower plateau value)과 비교하여, 출력 신호 전압이 평탄역 값들 사이에 있을 때에는 신호 전압을 출력하고, 평탄역 값들에 도달한 때에는 상위 및 하위 평탄역 값을 출력한다.
위치 범위에 걸쳐 가동 부품의 부품 위치(part position)와 관련 있는 출력 신호를 제공하기 위한, 유도 결합 위치 센서와 같은, 장치는 여자기(exciter)에 의해 여자될 때 전자계를 발생하는 송신기 코일, 및 상기 송신기 코일 근처에 배치된 수신기 코일을 포함한다. 상기 수신기 코일은, 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 사이의 유도 결합에 의해 상기 송신기 코일이 여자될 때 수신기 신호를 생성하고, 상기 수신기 신호는 상기 부품 위치와 관련되어 있다. 바람직하게는, 기준 코일은 상기 부품 위치와 실질적으로 독립된 기준 신호를 제공한다. 상기 수신기 신호와 상기 기준 신호는 신호 컨디셔너를 지나고, 이 신호 컨디셔너는 상기 수신기 신호와 상기 기준 신호로부터 비율 신호(ratio signal)을 생성하기 위한 아날로그 나눗셈기(analog divider)를 포함한다. 상기 출력 신호는 상기 비율 신호로부터 취득되며, 상기 장치의 상기 위치 범위에 걸친 상기 부품 위치에 대해 실질적으로 선형 종속성(linear dependence)을 가질 수 있다. 평탄역(또는 클램프) 전압, 및 이득 곡선(위치(각도 또는 거리)에 대한 신호 곡선의 기울기)은 트리밍 가능한 저항기(trimmable resistor)에 의해 설정될 수 있다.
상기 부품 위치는, 자동차 전자 스로틀 어셈블리에 사용하는 페달 어셈블리의 피벗 각도와 같은, 회전 각도일 수 있다. 커플러 소자는 상기 송신기 코일과 상기 수신 코일 사이의 유도 결합을 변경시키기 위해 사용된다. 상기 신호 컨디셔너는, 상기 출력 신호가 하위 평탄역 전압과 상위 평탄역 전압을 갖도록, 전압 클램프(voltage clamp)를 더 포함할 수 있다. 상기 신호 컨디셔너는 교정 조정치(calibration adjustment)를 저장하기 위한, 예를 들면 제너 어레이와 같은, 비휘발성 (장기, long term) 메모리를 포함하는 논리 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 교정 조정치는 출력 신호에 더해지는 전압 조정치일 수 있다. 상기 전압 조정치는 상기 비휘발성 메모리에 저장되어 있고, 상기 비휘발성 메모리와 연결되어 있는 가상 접지 레벨 조정기(virtual ground level adjuster)를 사용하여 상기 출력 신호를 조정한다. 상기 수신기 코일, 상기 기준 코일, 상기 송신기 코일, 및 상기 신호 컨디셔너는 모두 단일 인쇄회로기판에 의해 지지될 수 있다.
도 1a는 신호 컨디셔닝 시스템을 단순화시킨 블록도이다.
도 1b는 코일 어셈블리를 단순화시킨 개략도이다.
도 2는 아날로그 신호 컨디셔너의 블록도이다.
도 3은 아날로그 나눗셈 기능(analog division)을 갖는 신호 컨디셔너의 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 아날로그 나눗셈 기능 및 논리 지원 기능(logic support)을 갖는 신호 컨디셔너의 블록도이다.
도 5는 정적 RAM에 저장된 전압의 가산에 기인한 출력 전압의 오프셋을 나타낸 그래프이다.
도 6은 출력 신호를 전압 시프팅 및 클램핑하여 원하는 특성에 부합하도록 하는 회로의 개략도이다.
도 7 및 도 8은 논리 지원 기능을 갖는 다른 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제너 스위치(zener switch)를 사용한 가상 접지 조정에 대한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른 전자 모듈을 매우 단순화시킨 레이아웃이다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 컨디셔너는 수신기 신호 및 기준 신호를 수신 하고, 이들을 사용하여 측정되는 부품의 위치에 비례하는 선형 출력 신호를 제공한다. 전자 스로틀과 같은 자동차 애플리케이션의 경우, 출력은 차량의 표준 설정(standard set)에 부합하도록 조정될 수 있으며, 출력은 커플러 소자와 코일 어셈블리 사이의 갭의 생성 변화(production variation) 또는 다른 공통 모드 신호(common mode signal)에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 신호 컨디셔너는 저비용이고 동작 시에 높은 신뢰성을 갖도록 가능한 한 단순하고, 값비싼 부품을 사용하지 않는 것이 바람직하다.
신호 컨디셔너는 트랜스 코일을 위한 여자 소스(excitation source), 예를 들면 송신기 코일이 유도형 부품인 콜피츠 발진기(Colpitts oscillator)를 포함하는 것이 바람직하다. 신호 컨디셔너는 적어도 하나의 수신기 신호 및 기준 신호를 수신하여, 각각의 신호를 증폭한다. 이 신호들은 신호 검출을 용이하게 하기 위해 각각 여자 전압과 곱해질 수 있다. 그 후 각각의 곱셈기의 출력은 저역 통과 필터링(low pass filtering)된 다음, 두 개의 출력은 기준 코일에 의해 검출된 공통 모드 변화(common mode variation)에 대해 수신기 코일의 출력을 효과적으로 보정하기 위해 나눠진다.
기준 신호는, 커플러 소자와 코일 어셈블리 사이의 갭의 변화와 같은, 공통 모드 효과에 대해 수신기 신호를 교정하기 위해 사용된다. 송신기 코일, 수신기 코일, 및 기준 코일은 함께 코일 어셈블리로서 인쇄회로기판과 같은, 공통기판에 의해 모두 지지될 수 있다. 그리고 인쇄회로기판은, 위치가 판정될 부분에 기계적으로 결합된 커플러 소자 가까이에 배치된다. 코일 어셈블리와 커플러 소자 사이 의 분리는 제조하는 동안에 내재적으로(inherently) 변화하는데, 이 분리는 차동 구조를 갖는 기준 코일을 사용하여 쉽게 보정될 수 있다. 기준 코일은 또한 스트레이 유도 전압(stray induced voltage), 온도, 및 송신기 전력 변화와 같은 공통 모드 신호를 보정하는 데 사용될 수도 있다.
회전 위치 센서에 있어서, 수신기 코일은, 수신기 신호가 커플러 소자의 회전 위치에 따라 변화하기 때문에, 다르게는 회전 변조기라고 불릴 수 있다. 기준 코일은, 차동 구조를 갖는 경우에, 기준 신호가 코일 어셈블리와 커플러 소자의 축 분리(axial separation)에 따라 변화하지만 커플러 소자의 회전 위치에 따라서는 변화하지 않기 때문에, 다르게는 축 변조기라고 불릴 수 있다. 송신기 코일은 다르게는 여자기 코일이라고 불릴 수 있다.
바람직한 실시예에서, 수신기 코일 및 기준 코일의 출력은 기준 신호와의 승산에 의해 모두 정류(증폭된 다음 검출됨)되거나, 또는 예를 들면 콜피츠 발진기로부터의 여자기 신호를 사용하여 정류된다. 검출된 출력은 저역 통과 필터(low pass filter, LPF)를 각각 통과한 다음 아날로그 나눗셈기에 공급된다. 이 아날로그 나눗셈기는 회전 변조기 신호를, 회전 변조기에 효과적으로 결합하는 회전자(rotor)와 축 변조기 사이의 갭의 변화에 대해 실질적으로 보정하며, 다른 코일들을 포함하고 있는 기판 가까이에서 기판과 병렬 관계로 지지된다.
제조 작업 중에 필연적으로 발생하는 회전자와 코일들 사이의 갭의 변화는, 랜덤 유도형 신호, 전원공급장치의 전압 변화 등과 같은 공통 모드 변화이기 때문에 아날로그 나눗셈기에 의해 표준화(normalizw)된다.
그 후 아날로그 전압을 비율측정 신호(ratio-metric signal)에 더하여, 예를 들면 전자 스로틀 센서의 경우에 다른 자동차 전자제품(automotive electronics)에 의해 요구되는 것과 같은, 소정의 신호 규격에 따라 센서 출력 신호를 시프트(shift)할 수 있다. 이 아날로그 전압은 초기의 교정 과정 중에 생성되며, 제너 다이오드 어레이(정적 RAM의 역할을 함) 또는 표준 정적 RAM에 디지털 형태로 저장될 수 있고 아날로그 형태로 변환되어 원래의 신호에 가산될 수 있다. 그리고 출력 신호는 저장된 전압 조정치(voltag adjustment)를 사용하여 차동 증폭기에 의해 조정될 수 있다. 그 후, 이 신호는, 이 신호를 저장된 상위 및 하위 평탄역 값과 비교함으로써 신호의 상한 및 하한을 클램핑하는 전압 클램프에 공급된다.
따라서, 출력 전압 범위는 상위 및 하위 평탄역 값에 대해 클램핑될 수 있다. 트림 저항기(trim resistor)를 사용하여 이득 기울기를 원하는 값으로 조정하기 위해 트림(trip)을 사용한다. 예를 들면 탄소 스트립(carbon strip)을 태움으로써, 저항기의 레이저 트리밍(laser trimming)을 사용할 수 있거나, 몇몇 애플리에이션에서는 종래의 회전 와이퍼 가변 저항기를 사용할 수도 있다. 자동차 전자 스로틀 제어 애플리케이션에서, 이 트림 단계는 공장 교정 중에 한번 수행될 수 있다. 이것은 비율측정 감지(ratiometric sensing)를 사용하는 경우에 매우 효과적일 수 있다.
교정 과정의 일례는, 초기의 신호 전압을 검출하는 단계, 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Convertor, ADC)를 사용하여 상기 신호 전압을 디지털 형태로 변환하는 단계, 및 그 후에 제너 다이오드 어레이(정적 RAM으로 작용함) 또 는 표준 정적 RAM에 저장되는 상위 및 하위 평탄역 값의 전압을 변환하는 단계를 포함한다. 그리고, 회로는 하위 평탄역 및 초기의 신호 전압 사이의 차이를 논리 지원 회로에 의해 비교하고, 그 값을 정적 RAM에 저장한다. 정상 동작중에는, 한 쌍의 비교기를 포함하는 멀티플렉서가 원 신호(raw siganl) 전압을 검출하고 그것을 상위 및 하위 평탄역 값과 비교하며, 다음 신호 중 하나를 출력 신호로서 포함한다: 원신호; 원 신호가 상위 평탄역보다 높은 범위에서는 상위 평탄역 값; 또는 원 신호가 하위 평탄역 값보다 낮은 한에는 하위 평탄역 값 중 하나를 포함한다. 따라서, 출력 신호는 상위 및 하위 평탄역 값 사이에서 클램핑된다. 트리머블 저항기를 제공하여 출력 이득을 제어하고, 상위 및 하위 평탄역 값을 규정할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 신호 컨디셔너는 종래의 시스템에서 사용된 형태의 마이크로프로세서를 사용해야 할 필요를 없앨 수 있다. 예를 들면, 종래의 전자 스로틀 애플리케이션에서는, 마이크로프로세서를 사용하여 원 신호를 엔진 시스템과 호환 가능한 신호로 변환한다. 이 마이크로프로세서는 비용, 복잡도 및 관련 장애 모드(failure mode), 그리고 처리 지연을 증가시킨다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 값싼 ADC(8비트 이하의 낮은 분해능), 및 비휘발성 메모리(정적 RAM 등, 몇몇 예에서는 수 바이트 이하를 필요로 함)를 사용한다.
신호 컨디셔너는 ASIC 칩으로 구현될 수 있으며, 프로세서, RAM, ADC 또는 온도 보상 회로를 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 종래의 신호 프로세서는 룩업 테이블을 사용하여 온도 변화를 보정하려고 할 수 있다. 하지만, 이것은 복잡하고 에러를 발생시키기 쉽다. 또, 종래의 시스템은, 시초에 교정이 아무리 잘되었다 하더라도 기계의 마모에 기인한 기하학적 변화(geometrical change)를 고려하고 있지 않다. 예를 들면, 피벗의 느슨함(pivot looseness)은 종래의 유도형 센서의 전기 스로틀 애플리케이션에는 심각한 문제이다. 하지만, 본 발명에 따른 시스템은 피벗의 느슨함과 같은 기하학적 변화를 자동으로 보상한다. 전자 스로틀 애플리케이션의 경우, 우수한 신호 재현성(signal reproducibility)은 -40℃ 내지 80℃ 범위의 온도, 1 mm의 (코일 어셈블리와 커플러 소자 사이의) 갭의 변화, 및 1 mm의 피벗 드롭(pivot drop)의 변화에 대해 이루어졌다. 몇몇 애플리케이션의 경우, 여유도(redundancy) 및 안전한 동작을 위해 다수의 독립적인 코일 및/또는 관련 신호 컨디셔너를 설치할 수 있다.
도 1a는 발진기(10), 송신기 코일(12), 커플러 소자(14)(상세하게 도시하지 않음), 수신기 코일(16) 및 기준 코일(18)을 포함하는 센서 시스템의 블록도를 나타낸 것이다. 회전 센서의 경우, 수신기 코일(16)은 커플러 소자(14)의 각 위치(angular position)에 따라 변화하는 수신기 신호를 제공한다.
기준 코일(18)은 커플러 소자(14)의 각 위치에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 기준 신호를 제공한다. 수신기 신호 및 기준 신호는 각각 제1 및 제2 증폭기(20, 22)에 의해 증폭된 다음, 수신기 신호는 아날로그 나눗셈기(24)에서 기준 신호로 나뉜다. 그 출력(26)은 아날로그 신호이다. 신호 컨디셔너는 두 신호(수신기 신호 및 기준 신호)를 수신하고, 나누어서 비율(또는 비율측정) 신호를 얻는 다. 그 후 전원 전압(supply voltage)에 독립된 출력 신호를 얻기 위해, 이 비율 신호를 전원 전압과 곱한다. 수신기 신호는 코일 구성에 의해 결정된, 일정한 각도 범위에 걸쳐 커플러 소자(14)의 각도에 비례하고, 기준 신호는 커플러 소자(14)의 이동 각도에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 하지만, 이 두 신호는 전자파 장애(electromagnetic interference, EMI), 온도와 같은 공통 모드 효과에 따라 일반적으로 변화하고, (몇몇 구성에서는) 커플러 소자와 코일 어셈블리 사이의 갭과 같은 기계적인 허용오차(tolerance)에 따라 일반적으로 변화한다. 비율 신호를 얻기 위한 아날로그 회로에서의 신호 처리는, 아날로그-디지털 변환도 필요로 할 것인 디지털 처리의 지연을 회피한다.
바람직한 실시예에서, 수신기 코일 및 기준 코일은 인쇄회로 기술에 의해 동일 기판 상에, 송신기 코일과 함께 형성된다. 송신기 코일은 교류에 의해 통전되고(energized), 예를 들면 사인곡선의 전압을 생성하는 콜피츠 발진기 회로의 일부를 형성할 수 있으며, 이 회로는 신호 컨디셔닝 장치의 일부로서 형성될 수 있다.
유도형 센서는 정적 전계 또는 자계에 대해 양호한 내성(immunity)을 갖지만, 일반적으로 맥놀이 현상(beating phenomenon)에 취약한 것으로 간주된다. 맥놀이는 유사한 주파수 사이에서, 예컨대 송신기 회로와 센서 발진기 회로 사이에서 일어나며, 주파수의 합과 차의 결과이다. 낮은 주파수의 차 주파수(difference frequency)는 상당히 필터링하기 어렵다. 하나의 접근법은 동일한 주파수를 얻기 위해 두 발진기의 자연적 경향(natural tendency)을 사용하는 것으로, 호이겐스 클록 현상(Huygen's clock phenomenon) 또는 록인 동기화(lock-in synchronization) 로 알려져 있는 적응성 메커니즘(adaptive mechanism)이다. 하지만 공진 주파수의 적응(adaptation)은 Q인자가 낮은 공진기를 필요로 한다. 맥놀이는 수신기 코일 및 기준 코일 양자에 대해 공통 모드 신호이며, 본 발명의 비율측정 접근법은 수신기 신호 및 기준 신호의 임의의 공통 주파수 성분이 인자로 포함되지 않을 수 있게 한다. 따라서, 발진기 Q인자에 대한 상한이 존재하지 않아, 효율이 개선되고 저잡음 시스템 동작이 가능해진다. Q인자는 대략 20인 종래의 시스템에 비해 대략 30 이상으로 높을 수 있다.
시스템 컨디셔너는 저잡음이다. 순수한 아날로그 처리를 사용하여 디지털 처리에 비해 EMC를 상당히 줄일 수 있다. 유도형 센서는 임의의 적절한 방사 내성 시험(radiation immunity test)의 범위 내의 주파수로 공진하는, 하나 이상의 수동 병렬 탱크(passive parallel tank)가 설치되어 있을 수 있다. 일례의 감지 코일은 20 MHz와 200 MHz 사이의 공진 주파수를 가지며, 방사 내성 시험은 150 KHz 내지 1 GHz까지 스위프(sweep)한다. 이 센서는 내장형 LPF를 가질 수 있으며, 수신기와 기준 코일의 공진 주파수는 일치한다.
도 1b는 송신기 코일(바깥 링)(30), 수신기 코일(34)(도면부호 34로 나타낸 로브 바퀴형(lobed wheel-like) 구조물), 기준 코일(도면부호 36으로 나타낸 외경), 및 커플러 소자(32)(이 도면에서 코일 어셈블리의 전방에 배치된, 세 개의 도전성 판을 포함함)를 포함하는, 배치의 일례를 단순화시켜 나타낸 것이다. 커플러 소자(32)의 회전은 송신기 코일(30)과, 수신기 코일(34)의 로브 사이의 유도 결합을 변화시킨다. 수신기 코일(34)은, 커플러 소자(32)가 존재하지 않을 시에는, 각종 유도 전위(induced potential)의 자기 상쇄(self-cancellation)로 인해, 아무런 신호를 발생시키지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 수신기 코일(34)은 인접한 로브들에서 유도된 전위가 서로 대항하도록 구성될 수 있다. 특정한 예에서, 수신기 코일(34)은 유도된 전위를 서로 상쇄하기 쉽도록 구성된 제1 및 제2 루프 구조물(loop structure)을 포함할 수 있다. 각각의 루프 구조물은 내경에서의 원주 세그먼트(circumferential segment)와 교번하는 외경에서의 원주를 가지며, 도 1b에 도시된 구조물(34)은 두 개의 루프 구조의 오버레이(overlay)에 상응한다. 명확함을 위해 코일 연결은 도시하지 않았다. 도 1b에서, DDi는 기준 코일(36)(차동 더미, differential dummy)의 내경이고, DEo는 송신기 코일(30)(또는 여자기 코일)의 외경이다.
도 2는 통합된 아날로그 아키텍처를 단순화시킨 블록도이다. 이 시스템은 기준 신호를 제공하는 기준 코일(40)(이 경우에, 차동 더미 DD), 수신기 신호를 제공하는 수신기 코일(42), 여자기 신호에 의해 통전되는 송신기 코일(또는 여자기)(46), 제1 및 제2 증폭기(46, 48), 제1 및 제2 곱셈기(50, 52), 저역 통과 필터(54, 56), 아날로그 나눗셈기(58), 신호 디제너레이터(signal degenerator)(69), 레일투레일 증폭기(rail to rail amplifier)(60), 및 전압 클램프(62)를 포함한다. 코일들을 제외한 이들 부품은 도면부호 70으로 나타낸 바와 같이, 아날로그 ASIC에 포함될 수 있다. 외부 저항기(64, 66)는 각각 이득과 클램핑 지점을 조정하는데 사용되며, 출력 신호는 도면부호 68에서 취득된다. 이 출력 신호는 가동 부품의 위치와 상관되어 있어서, 부품 위치 센서(part position sensor, PPS)로서 작용한다. 특정한 애플리케이션은 자동차의 페달 위치 센서이다.
동작 시에, 기준 신호는 제1 증폭기(46)에 의해 증폭되고, 여자기 신호와 곱해져, 저역 통과 필터링된다. 수신기 신호는 제2 증폭기(48)에 의해 증폭되고, 또한 여자기 신호와 곱해져, 저역 통과 필터링된다. 아날로그 나눗셈기(58)는 증폭, 승산 및 필터링된 신호를 수신하고, 비율측정 신호를 제공한다. 비율측정 신호는 비율 신호를 전원 전압으로 곱하는, (선택적인) 신호 디제너레이터(59)를 통과한다. 그 후 비율측정 신호는 레일투레일 증폭기(60)를 통과하며, 외부 저항기(60)는 원하는 이득을 위해 조정된다. 그리고 비율측정 신호는 출력 신호가 상위 평탄역 값보다 높아지거나 하위 평탄역 값보다 낮아지는 것을 방지하는, 전압 클램프(62)를 통과한다. 상위 및 하위 평탄역 값은 저항기 쌍(66)을 사용하여 조정될 수 있다. 이 예에서, 아날로그 회로는 아날로그 ASIC(70)에 포함되어 있고, 저항기(64, 66)는 ASIC(70) 외부에 있기 때문에, 이득 및 평탄역 전압의 조정은 용이하다. 신호 디제너레이터(59)는 선택적이며, 전원 전압을 추적하기 위해 포함되었다. 이것은 출력 신호가 전원 전압에 종속하게 하지만, 필요한 경우에 전원 전압을 추적할 있게 해준다.
저역 통과 필터(54, 56)와 아날로그 나눗셈(58) 사이에 나타낸 파형은 수신기 및 기준 코일로부터의 위치 종속(position-dependent) 신호일 수 있다. 수신기 신호는 일반적으로 상당히 선형적인 부분이다. 클랭핑 지점의 설정은 수신기 신호의 선형 영역을 제외하는(bracket) 것이 바람직하다. 기준 신호는 실질적으로 위 치에 독립적이다. 비율 신호는 때로 특성 곡선(characteristic curve)이라고 불린다.
몇몇 애플리케이션의 경우, 전원 전압 변동에 독립적인 출력이 요구되고, 신호 디제너레이터(59)가 사용된다. 이 신호 디제너레이터(59)는 아날로그 나눗셈기, 곱셈기, 아날로그 스위치 또는 다른 디바이스일 수 있다. 예를 들면, 아날로그 나눗셈기에서 신호를 전원 전압으로 나눔으로써, 전원 전압에 독립적인 비율 신호를 얻는다.
도 3은, 도 2와 관련하여 전술한 바와 같은 3개의 코일(40, 42, 44) 및 회로(70)를 포함하는, 다른 구성을 나타낸 것이다. 이 구성에서, 비율 신호는 아날로그 ASIC(70)으로부터, 디지털 ASIC으로 구현될 수 있는 디지털 회로(72)를 지나게 된다. 이 디지털 회로(72)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(74) 및 프로세서(76)를 포함한다. 전자 스로틀 애플리케이션의 경우, 이득 조정이 아날로그 회로에서 이루어진다면, ADC(74)는 8비트만을 필요로 할 뿐이다. 프로세서(76)는 부품간 변동(part-to-part variation)을 제거 및 PWM 처리(management)를 위해 사용된다. 이 예에서, 디지털 처리는 전압 클램프를 대신한다.
도 4a는 최소한의 논리 지원 기능(logic support)를 갖는 신호 컨디셔너의 블록도를 나타낸 것이다. 아날로그 ASIC(100)은 도 2와 관련하여 설명한 것과 유사하며, 아날로그 나눗셈 처리에 대해서는 다시 자세하게 설명하지 않는다. 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 아날로그 나눗셈의 출력은 비율 신호를 전원 전압과 곱하여 비율 신호에 대한 전원 전압 변동의 영향을 없애는 신호 디제너레이터를 통과한다.
이 예에서, 이 비율 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(102), 정적 RAM(103), 및 멀티플렉서(110)을 포함하는 논리 지원 회로(112)에 공급된다. 전자 스로틀 애플리케이션의 경우, ADC(102)는 6 비트일 수 있다. 하지만, 다른 분해능을 사용할 수도 있다. ADC(102)는 정적 RAM(103)에 저장된 전압을 입력받고, 이 저장된 전압은 아날로그 나눗셈기의 출력(비율 신호)에 가산된다. 정적 RAM(103)에 저장된 하위 평탄역 전압은 출력 신호를 원하는 형태가 되도록 하기 위해 교정 과정에서 얻은(developed) 것이며, 이에 대한 자세한 것은 후술한다. 전자 스로틀의 경우에, 정적 RAM( 103)에 저장된 하위 평탄역 전압은 출력 신호를 후단의 자동차 전자제품이 필요로 하는 형태로 조정하기 위해 사용된다. 정적 RAM(103)의 1 바이트를, 조정하기 전의 명목상 영점 위치(nominal zero position)에서 측정된 초기의 신호용으로 할당할 수 있다.
전압 시프트된 비율 신호는 그 후, 교정하는 동안에 조정되고 신호의 상위 및 하위 평탄역 값을 설정하도록 동작하는 한 쌍의 가변 저항기를 사용하는 분압기에 의해 입력이 조정되는, 레일투레일 증폭기(104)를 통과한다. 전압 클램프(106)는 동시적인 신호(instantaneous signal)를 상위 및 하위 평탄역 값과 비교하고, 신호가 상위 평탄역 값보다 높아지면, 멀티플렉서(110)에 연결된 스위치(108)는 저장된 평탄역 전압을 출력 신호로서 스위칭한다. 유사하게, 센서 전압이 하위 평탄역 값보다 낮아지면, 신호 컨디셔너는 하위 평탄역 전압을 출력한다. 그렇지 않으면, 출력 신호는 비율 신호와 관련이 있다.
정적 RAM(103)에 저장된 전압은 최초의 신호 전압을 검출한 다음 ADC(102)에서 디지털 형태로 변화하는 것을 포함하는 교정 과정에서 얻은 것이다. 또한, 상위 및 하위 평탄역 전압은 ADC(102)에 의해 디지털 형태로 변환되어, 정적 RAM(103)에 저장된다. 다음에, 저역 평탄역 값과 최초의 신호 전압의 차이를 비교하고, 아날로그 전압으로 변환한다. 이 아날로그 전압은, 레일투레일 증폭기에 의해 센서 신호에 가산될 수 있도록 저장된다.
최초의 값 및 하위 평탄역 검출 회로는 신호 컨디셔닝 전자회로(electrotincs)의 일부일 필요는 없지만, 초기화에 사용되는 설치 장비의 일부일 수 있다. 유사하게, 외부의 ADC(아날로그-디지털 변환기)/DAC(디지털-아날로그 변환기)가 설치 장비의 일부일 수 있고, 차량과 함께 이동하지는 않는다.
도 4b는 최소한의 논리 지원 기능을 갖는 신호 컨디셔너의 다른 블록도를 나타낸 것이다. 이 구성에서, 논리 지원 회로(114)는 비율 신호를 조정하기 위한 제너 어레이, 멀티플렉서(118), 및 교정을 위한 직렬-병렬 변환기(120)를 포함한다.
직렬-병렬 변환기(120)의 사용은 신호 핀(122)을 통해 교정 데이터가 입력될 수 있게 한다. 가상 접지를 조정하기 위해 사용된 제너 어레이 대신에, 다른 데이터 스토리지 접근법(data storage approachs)을 사용할 수 있다.
신호 컨디셔너용의 (아날로그 ASIC와 같은) 아날로그 회로를 함께 개별 논리 지원 회로를 사용할 수 있다. 하지만, 제너 어레이 및 직렬-병렬 변환기와 같은 논리 회로는 단일 ASIC 내의 아날로그 회로와 결합될 수 있다.
도 5는 초기 출력 전압(I로 나타냄), 및 시프트된(또는 조정된) 출력 전압(S 로 나타냄)을, 위치의 함수로서 나타낸 그래프이다. 이 예에서, 시프트된 신호는, 저장된 전압의 가산으로 인해 초기의 출력 신호보다 높다. 저장된 전압은 출력 전압과 하위 평탄역 값의 교차가 원하는 위치에서 일어나도록, 출력 전압을 증가시킨다. 전자 스로틀 애플리케이션에서, 이 교차는, 소량의 페달 이동이 있은 후에 일어날 수 있다. 스로틀 페달이 눌려질 때, 신호 컨디셔너의 출력은, 유휴 평탄역(idle plateau)이라고 불리는 소량의 페달 이동에 대해서는 여전히 하위 평탄역 값이며, 그 후 출력 전압은 출력 전압이 상위 평탄역 전압에 도달할 때까지 페달 피벗 각도에 따라 선형적으로 증가한다. 그 후, 출력 전압은 상위 평탄역 전압으로 클램핑되어, 아날로그 나눗셈에 의해 생성된 비율 신호와 무관하게 상위 평탄역 값을 초과할 수 없다.
따라서, 저장된 일정한 전압이 출력 전압에 가산되어 원하는 기울기의 위치가 취득되며, 이것은 또한 유휴 평탄역의 길이를 조정한다. 이 유휴 위치(idle position)는 가상 접지 조정치(virtual ground adjustment)를 사용하여 하위 평탄역 전압의 조정치에 상응하여 조정될 수 있다. 예를 들면, 가상 접지는 대략 0 - 5V 전압 출력 범위에서, 섀시 접지와 관련하여 대략 2.5V일 수 있다. 교정은 회로기판 상의 ASIC 내의 스위칭 가능한 저항기를 이용하여 할 수 있으며, 최초에 센서를 구성할 때 한번만 수행하면 된다.
도 6은 출력 신호를 시프팅 및 클램핑하기 위한 논리 회로의 블록도를 나타낸 것이다. 이 도면은 클램핑 쌍들을 조정하기 위한, 도면부호 140으로 나타낸 저항기 쌍들, 아날로그 나눗셈에 의한 비율 신호를 입력받는 제1 및 제2 비교기(142, 144), ADC 및 정적 RAM(도 5와 관련하여 설명한 바와 같음), 스위칭 회로(146) 및 가산 증폭기(148)(아날로그 덧셈기)를 나타낸다. 각각의 비교기에 대한 제2 입력단은, 교정하는 동안에 조정되는 하나의 가변 저항기와 쌍을 이루는 저항기를 포함하는 분압기를 포함한다. 정적 RAM은 하위 평탄역 신호에 대한 1 바이트를, 그리고 초기 신호에 대해 1 바이트를 저장한다. 이 값들을 초기 신호에 가산하여 회로에 대한 출력 신호를 얻는다(develop). ADC의 기준 전압과 하위 평탄역 전압은 알려져 있으며, 프로그래밍, 예를 들면 회로 내에 하드와이어링(hardwire)될 수 있다. 오직 초기 신호 값만이 정적 RAM에 할당되어야 한다. 도 4b와 관련하여 설명한 논리 지원 회로(114)를, 도 6에 도시된 논리 지원 회로(112) 대신에 사용할 수 있다.
교정 과정의 일례는 다음과 같다. 아날로그 나눗셈에 의해 초기 신호 전압이 결정되며, ADC를 사용하여 디지털 형태로 변환한다. 상위 및 하위 평탄역 전압도 또한 ADC에 의해 디지털 형태로 변환되어, 정적 RAM에 저장된다. 프로세서를 갖는 전자 디바이스와 같은, 논리 지원 회로를 사용하여 하위 평탄역 전압과 초기 신호 전압(예를 들면, 페달 움직임이 없거나, 커플러 소자가 제거된 경우)의 차이를 비교한다. 디지털 값으로 계산된 차 전압(difference voltage)은 아날로그 전압으로 변환되고 가산 증폭기를 사용하여 신호 전압에 가산된다.
동작하는 동안에 뒤따르는 논리적인 처리는 다음과 같다(도 6 참조). 만약 제1 비교기(142)가 오프 상태이고 제2 비교기(144)가 온 상태이면, 출력 전압은 비율 신호를 추종하고, 즉 초기 신호 전압이 출력으로 사용된다. 만약 제1 및 제2 비교기(142, 144) 모두가 온 상태이면, 하위 평탄역 전압이 출력으로 채택된다. 만약 제2 비교기(144)가 온 상태이고 제1 비교기(142)가 오프 상태이면, 상위 평탄역 전압이 출력으로 채택된다. 다른 논리 상태는 에러 코드를 발생시킬 수 있다. 자동차 애플리케이션에서, 에러 코드는 차량이 림프홈 모드(limp-home mode)로 들어가도록 트리거링할 수 있다.
도 7은 논리 지원 기능의 다른 구성을 나타낸 것이다. 이 시스템은 코일(40, 42, 44), 아날로그 ASIC(70)(이 개략도는 송신기 코일용 콜피츠 발진기를 나타내며, 도 2와 관련하여 앞서 충분히 설명하였다). 이 시스템은 또한 정적 RAM(164), 멀티플렉서(166), 및 ADC(160)를 포함하는 논리 지원 회로(162)를 더 포함한다. 전자 스로틀의 경우, 이 구성에서 ADC(160)는 10 비트 해상도를 갖는다. 논리 지원 회로(162)를 사용하여 다음 파라미터: 평탄역 전압, 출력 전압을 조정하기 위한 저장된 전압, 및 이득 기울기 중 하나 이상을 결정하는데 사용될 수 있다. 논리 지원 기능은 레지스터와 버스 제어기가 불필요하기 때문에 완전한 CPU 구성일 필요는 없다. 이 구성에서, 아날로그 ASIC 내의 레일투레일 증폭기(60) 및 전압 클램프(62)는 사용하지 않으며, 출력 신호는 도면부호 168에서 취득된다.
도 8은 논리 지원 기능을 갖는 다른 신호 컨디셔너 구성을 나타낸 것이다. 이 도면은 코일 어셈블리(180)(기준 코일, 수신기 코일, 및 송신기 코일을 포함함)와, 기준 코일(184)용 위상 민감성(phase sensitive) 정류기, 수신기 코일(186)용 위상 민감성 정류기, 아날로그 나눗셈기(188), 아날로그 곱셈기(190), 오실레이터(192), 전압 클램프(194), 가상 접지 레벨 조정기(196), 논리 회로(198), 및 직 렬-병렬 변환기(200)를 포함하는 신호 컨디셔너(182)를 나타낸다. 교정에 사용되는 외부 장비(202)는 외부 ADC/DAC(204)와 전압 레벨 검출기(205)를 포함한다. 초기치 및 하위 평탄역 값은 외부 장비(202)로부터 취득되고, 논리 회로(198)에 저장되며, 가상 접지를 조정하고 그에 따라 출력 신호 레벨을 조정하는데 사용된다. 저항기(208)는 클램프 레벨 및 상위 평탄역 레벨을 설정하도록 트리밍되어 있다.
도 9는 제어 가능한 전압 소스를 생성하는 제너 스위치를 사용한 가상 접지 조정에 대한 개략도이다. 이 회로는 도면부호 200과 같은 제너 스위치의 어레이(제너 어레이)를 포함한다. 제너 재핑(zener zapping)이 최종 증폭기(22)의 출력 전압을 제어하기 위해 사용되며, 이 출력(224)은 조정 가능한 가상 접지로 사용된다. 제너 어레이는 정적 RAM으로 작용하며, 이 제너 어레이는 논리 지원을 위한 바람직한 데이터 스토리지 회로이다. 다른 데이터 스토리지 회로를 사용할 수도 있다. 교정 데이터를 저장하는 경우에, 데이터 스토리지는 영구적인 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 실시예는, 제너 어레이가 한 번의 교정 데이터를 저장하는 데 유용하고, 임시 데이터 스토리지가 예를 들면 회전수의 모니터하기 위한, 카운터 로직 또는 표준 정적 RAM 과 같은 중간 스토리지로 사용되는, 멀티턴 센서(multi-tune senseor)를 사용할 수 있다. 가산과 같은 전압 조정은, 차동 증폭기 회로와 같은 표준 아날로그 회로를 사용하여 이루어질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른 전자 모듈의 레이아웃을 매우 단순화시켜 나타낸 것이다. 공통 기판(240)(이 예에서는 인쇄회로기판)은 그 위에 인쇄되어 코일 본체(242)를 형성하는 인쇄된 송신기 코일, 수신기 코일, 및 기준 코일을 포함 한다. 본 발명에 따른 신호 컨디셔너와 같은, 전자 모듈(244)은 외부에서 트리밍 가능한 저항기(246) 및 콜피츠 커패시터(250)와 함께 공통 기판(240) 상에 지지된다. 출력은 커넥터(248)를 지난다. 제2 신호 컨디셔너(252)는 여유도를 위해 제공되며, 두 신호 컨디셔너의 출력이 일치하지 않는 경우에 에러 상태가 발생한다. 전자 스로틀의 경우, 차량을 림프홈 모드로 들어가게 하거나, 낮은 가속도 설정에 사용할 수 있다.
신호 컨니셔닝의 다른 측면들
출력 전압은 위치에 따라 완전히 선형적이지 않을 수 있다. 가능한 선형성의 범위는, 가상 접지에 대해 외삽(extrapolation)을 행하여 규정할 수 있으며, 진 접지(true ground)에 비례하는 네가티브 전압일 수 있다. 비율 신호는 (수신기 신호 + A)/(기준 신호 +B)의 비로서 형성될 수 있으며, 여기서 기준 신호 및 수신기 신호는, 예를 들면 수신기 신호와 기준 신호를 각각 복조 및 저역 통과 필터링하여 얻은 DC 전압을 가리킨다. A와 B는 약간 비선형인 응답을 선형으로 가정한 것에 기인한, 가상 접지 보정치(correction)을 가리킨다. 사용 가능한 선형 범위 폭은 정확한 규격(specification)에 의해 결정될 수 있다. 보정 항 A 및 B는 매우 유사할 것 같으며, 동일한 값을 A와 B 양자에 사용할 수 있다.
본 발명의 예에서는, 출력 이득 제어 저항기, 및 유도형 센서에 원하는 출력 전압 범위를, 예를 들면 커플러 소자가 회전할 때의 회적 각도와 실질적으로 선형적으로 변화하는 전압, 제공하기 위해 트리밍될 수 있는 하위/상위 평탄역 한정 저항기를 포함하는 트리밍된 저항기를 제공한다.
신호 컨디셔닝은 변조 및 복조 단계를 포함할 수 있다. 변조 단계에서, 커플러 소자의 회전각과 관련이 있는 신호는 여지기 신호와 곱해지며, 복조 단계는 변조된 신호에 대해 위상 민감성 정류기의 사용을 포함한다. 위상 민감성 회로의 사용은 측정된 각도에 대한 선형 범위를 두 배로 할 수 있다. 또한, 비율측정 위치 감지는, 출력 신호가 여자기 전압에 훨씬 덜 종속하도록 복조된 신호를 형성한다는 것을 의미한다.
본 발명의 예는, 이 공통 모드 인자를 기준 코일 및 비율측정 감지를 사용하여 보상할 수 있기 때문에, 메모리에 저장되는 온도 교정 데이터를 필요로 하지 않는다.
출력 전압 범위는 상위 및 하위 평탄역 값으로 클램핑될 수 있다. 트림(trim)은, 트림 저항기를 사용하여 이득 기울기를 원하는 값으로 조정하기 위해 사용된다.
저항기의 레이저 트리밍이, 예를 들면 탄소 스트립을 태움으로써 사용될 수 있거나, 또는 종래의 회전 와이퍼 가변 저항기가 몇몇 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 자동차 전자 스로틀 제어 애플리케이션에서, 이 트림 단계는 공장에서 조정하는 동안에 한번 수행될 수 있다.
유도형 위치 센서의 다른 애플리케이션들은 전자 스로틀 제어, 흡입관 밸브(suction pipe valve), 브레이킹 제어, 스티어링, 연료 탱크 레벨 판독, 및 기억 선택기 샤프트를 포함한다.
가동 부품의 부품 위치를 판정하는 방법은, 교류를 사용하여 송신기 코일을 여자시키는 단계; 수신기 코일로부터 상기 부품 위치에 따라 변화하는 수신기 신호를 취득하는 단계; 상기 부품 위치와 실질적으로 독립적인 기준 신호를 취득하는 단계; 상기 수신기 신호를 상기 기준 신호로 아날로그 나눗셈하여 비율 신호를 취득하는 단계; 및 출력 신호를 상위 평탄역 값과 하위 평탄역 값 사이에서 클램핑하여, 상기 출력 신호로부터 상기 부품 위치를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 예들은 또한 멀티턴 센서를 포함한다. 멀티턴 센서는, 예를 들면 서로에 대해 각도 오프셋을 가지는 다극(multi-pole) 코일을 사용하는, 복수의 수신기 코일을 포함할 수 있다. 예를 들면, 두 개의 수신기 코일은, 각기 상이한 위치 범위 가지는 위상이 다른(out of phase) 수신기 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. 신호 컨디셔닝을 위한 ASIC 모듈을 갖는 센서는 전자 모듈을 포함할 수 있다. 상기 전자 모듈은 교류원에 의해 여자될 때 전자계를 발생시키는 기준 코일, 수신기 코일, 및 송신기 코일과 같은 코일들을 지지하는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 멀티턴 감지의 경우, 가상 접지는 턴(turn)의 수(또는 어떤 회전 각도의 배수)로 조정될 수 있으며, 센서의 회전 이력은 논리 스택에 의해 관리된다. 어떤 수신기 신호를 사용할 것인지에 대한 결정은 논리 회로에 의해 결정된다. 복수의 수신기 코일 중 하나가 소정의 신호 전압에 도달 한 때 멀티플렉서를 사용하여 선택된다. 멀티턴 센서는 속도 판정, 거리 측정 등에 사용될 수 있다.
예를 들면, 3극 커플러 소자를 사용한, 단일 수신기 코일의 각도 범위는 대략 40도일 수 있다. 가상 접지 레벨은 각도 범위의 배수에 따라 설정될 수 있다. 센서 시스템의 각도 범위는, 3개의 수신기 코일과 세그먼트 관리(segment management)의 사용으로 120도일 수 있다. 회전 이력은, 예를 들면 링크드 리스트 데이터 구조(linked list data structure)를 갖는 스택 동작을 사용하여, 메모리에 저장될 수 있다. 가상 접지 조정기는 평탄역 전압의 조정에 사용된 것과 유사하게 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 자동차 애플리케이션에서의 피벗팅 스로틀 페달과 같은, 가동 부품의 위치를 측정하고, 차량을 제어하기 위해 부품의 위치에 직접적으로 비례하는 전기 신호를 생성하기 위한 비접촉식 유도형 센서와 함께 사용하는 신호 컨디셔닝 시스템을 포함한다. 유도형 센서는, 캐리어 신호를 생성하기 위한 송신기 코일, 위치를 측정할 부품과 연관된 커플러 소자에 의해 변조된 캐리어 신호를 검출하기 위한 수신기 코일, 및 상기 캐리어 신호를 수신하지만 회전자와 3개의 권선부 사이의 갭의 변동에 대한 회전 변조기 신호와 전원 변동과 같은 다른 공통 모드 신호를 보정하기 위해 사용될 수 있는 신호를 생성하도록, 회전자의 위치에 의해 영향을 받지않도록 감긴 기준 코일을 포함하는, 3개 이상의 권선부를 가지는 것이 바람직하다.
삭제
본 발명은 이상에서 설명한 실시예로 한정되지 않는다. 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 본 명세서에 기술된 방법, 장치, 구성은 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 해당 기술분야의 당업자는 본 발명에 대한 변경 및 다른 용도를 생각할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 정해진다.

Claims (19)

  1. 위치 범위에 걸쳐 가동 부품(moveable part)의 부품 위치와 관련된 출력 신호를 제공하기 위한 장치로서,
    여자기 신호에 의해 여자될 때 전자계를 발생시키는 송신기 코일;
    상기 송신기 코일 가까이에 배치되고, 상기 송신기 코일과의 유도 결합에 의해 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 부품 위치에 따라 변화하는 수신기 신호를 생성하는, 수신기 코일;
    상기 부품 위치와 독립적이고, 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 송신기 코일에 의해 생성된 전자계에 의해 유도되는 기준 신호를 제공하는 기준 코일;
    상기 송신기 코일, 상기 수신기 코일, 및 상기 기준 코일을 지지하는 공통 기판; 및
    상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호를 수신하고, 상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호로부터 비율 신호를 생성하는 아날로그 나눗셈기(analog divider)를 포함하는 신호 컨디셔너(signal conditioner)
    을 포함하고,
    상기 비율 신호로부터 상기 출력 신호를 취득하는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비율 신호는 상기 위치 범위에 걸쳐 상기 부품 위치에 대해 선형 종속성(linear dependence)을 갖는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부품 위치는 회전 각도인, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부품 위치와 관련된 커플러 소자 위치를 가지는 커플러 소자(coupler element)를 더 포함하며,
    상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 사이의 유도 결합은 상기 커플러 소자 위치에 따라 변화하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 컨디셔너는 전압 클램프(voltage clamp)를 더 포함하고,
    상기 출력 신호는 하위 평탄역 전압과 상위 평탄역 전압을 갖는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하위 및 상위 평탄역 전압과, 이득 곡선은 트리밍 가능한 저항기(trimmable resistor)에 의해 설정되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 컨디셔너는 장기 메모리(long term memory)를 더 포함하고,
    상기 장기 메모리는 전압 조정치(voltage adjustment)를 저장하며,
    상기 출력 신호는 상기 비율 신호와 상기 전압 조정치로부터 취득되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 조정치는 교정 과정 동안에 상기 장기 메모리에 입력되는, 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 장기 메모리는 복수의 제너 다이오드를 포함하는 스위치 어레이인, 장치.
  10. 위치 범위에 걸쳐 가동 부품의 부품 위치와 관련된 출력 신호를 제공하기 위한 장치로서,
    송신기 코일, 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 부품 위치에 따라 변화하는 수신기 신호를 제공하는 수신기 코일, 및 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 부품 위치에 영향을 받지 않는 기준 신호를 제공하는 기준 코일을 포함하는 코일 어셈블리; 및
    상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호를 수신하는 신호 컨디셔너
    를 포함하고,
    상기 신호 컨디셔너는,
    상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호로부터 비율 신호를 생성하는 아날로그 나눗셈기를 포함하고,
    상기 비율 신호로부터 취득되는, 상기 부품 위치와 관련된 출력 신호를 제공하는,
    장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 컨디셔너는 발진기를 더 포함하고,
    상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호는 상기 발진기에 의해 상기 송신기 코일이 여자될 때 취득되는, 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신호 컨디셔너는 상기 아날로그 나눗셈기로부터의 출력을 전원 전압 신호와 곱하기 위한 회로를 더 포함하는, 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 신호 컨디셔너는 가상 접지 레벨 조정기를 더 포함하고,
    상기 출력 신호는 상기 가상 접지 레벨 조정기에 의해 제어되는 전압 조정치를 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전압 조정치는 비휘발성 메모리에 저장되어 있고,
    상기 가상 접지 레벨 조정기는 상기 비휘발성 메모리와 연결되어 있는, 장 치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 비휘발성 메모리는 제너 어레이(zener array)인, 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 수신기 코일, 상기 기준 코일, 상기 송신기 코일, 및 상기 신호 컨디셔너는 단일 인쇄회로기판에 의해 지지되는, 장치.
  17. 가동 부품의 부품 위치를 판정하는 방법으로서,
    교류를 사용하여 송신기 코일을 여자시키는 단계;
    수신기 코일로부터 상기 부품 위치에 따라 변화하는 수신기 신호를 취득하는 단계;
    상기 부품 위치와 독립적이고, 상기 송신기 코일이 여자될 때 상기 송신기 코일에 의해 생성된 자계에 의해 기준 코일에서 유도되는 기준 신호를 취득하는 단계;
    아날로그 나눗셈기에서 상기 수신기 신호를 상기 기준 신호로 나누어 비율 신호를 제공하는 단계; 및
    전압 조정치를 상기 비율 신호에 더하여 출력 신호를 취득하는 단계;
    상기 출력 신호를 상위 평탄역 레벨과 하위 평탄역 레벨 사이에서 클램핑하는 단계; 및
    상기 출력 신호를 사용하여 상기 부품 위치를 판정하는 단계
    를 포함하는 가동 부품의 부품 위치를 판정하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전압 조정치는 아날로그 덧셈기에 의해 비율 회로(ratio circuit)에 더해지는, 가동 부품의 부품 위치를 판정하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전압 조정치는 비휘발성 메모리에 저장되어 있는, 가동 부품의 부품 위치를 판정하는 방법.
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