KR101306367B1 - 자기 센서 디바이스 및 전자 나침반 장치 - Google Patents

Abstract

자기 센서 디바이스는 데이터 처리 디바이스에 접속될 수 있고, 데이터 처리 디바이스와 물리적으로 별개의 회로이다. 자기 센서 디바이스에서, 검출 유닛은 자기장을 검출하고 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력한다. 변환 유닛은 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환한다. 버퍼 메모리는 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 저장할 수 있는 용량을 갖는다. 제어 유닛은, 검출 유닛이 아날로그 자기 데이터를 연속적으로 출력하게 동작시키기 위한 제1 트리거에 응답하여, 아날로그 자기 데이터에 대응하여 변환 유닛으로부터 디지털 자기 데이터를 연속적으로 수신하고, 수신한 디지털 자기 데이터를 버퍼 메모리에 축적함으로써 통계적 모집단을 형성한다. 또한, 제어 유닛은 버퍼 메모리에 축적되고 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 데이터 처리 디바이스에 제공하기 위한 제2 트리거에 응답한다.

Description

자기 센서 디바이스 및 전자 나침반 장치 {MAGNETIC SENSOR DEVICE AND ELECTRONIC COMPASS APPARATUS}

본 발명은 자기 센서 디바이스 및 전자 나침반 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 자기 센서의 교정에 관한 것입니다.

종래에는, 자기 센서를 사용하여 지자기장을 검출하고 방위를 측정하기 위한 전자 나침반이 차량 탑재형 네비게이션 시스템, 휴대 전화 등에 제공되었다. 자기 센서의 출력에 기초하여 지자기장의 방향 또는 크기를 특정할 때, 자화(magnetization)에 의해 야기되는 측정 오차를 상쇄하기 위해 자기 센서의 출력을 보정하기 위한 프로세스인 교정(calibration)을 수행할 필요가 있다. 이러한 보정 프로세스의 제어값을 "오프셋(offset)"이라 칭한다. 오프셋은 자기 센서에 의해 검출된 차량, 휴대 전화 등의 자화에 의해 야기되는 자기장 성분을 나타내는 벡터 데이터이다. 자기 센서로부터 출력된 자기 데이터로부터 오프셋이 감산됨으로써 이러한 측정 오차가 상쇄된다. 3차원(3D) 자기 센서가 사용될 때, 자기 데이터 세트가 분포되는 구(sphere)의 중심을 구함으로써 오프셋을 계산할 수 있다. 종래 기술의 예에 대해서, 일본 특허 출원 공개 제2007-240270호를 참조하였다.

정확한 오프셋을 유지하기 위해서, 전자 나침반 제어 프로그램을 항상 기동하여, 오프셋을 도출하기 위한 통계적 모집단인 자기 데이터 세트를 메모리에 항상 축적할 필요가 있다. 그러나, 전자 나침반 제어 프로그램이 항상 실행되면, CPU 및 메모리를 포함하는 대규모의 전자 회로를 기동하는 데 과도한 전력이 소비되는 문제가 있다. 사용자의 요구에 따라 전자 나침반 제어 프로그램이 기동되면 전력 소비를 억제할 수 있다. 하지만, 전자 나침반 제어 프로그램이 기동된 후에 정확한 오프셋을 얻는 데 시간이 걸리므로, 사용자가 필요로 하는 때에 정확한 방위를 측정할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해서 이루어졌으며, 본 발명의 목적은 사용자가 필요로 할 때 정확한 방위를 측정할 수 있는 전자 나침반 장치 및 자기 센서 디바이스를 구현하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 방위의 측정을 위한 자기 데이터를 효율적으로 취득하면서 전력 소비를 억제할 수 있는 전자 나침반 장치 및 자기 센서를 구현하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 데이터 처리 디바이스에 접속될 수 있고, 상기 데이터 처리 디바이스의 회로와 물리적으로 별개의 회로인 자기 센서 디바이스가 제공된다. 상기 자기 센서 디바이스는 자기장을 검출하고 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛; 상기 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛; 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 저장할 수 있는 용량을 갖는 버퍼 메모리; 및 상기 검출 유닛이 상기 아날로그 자기 데이터를 연속적으로 출력하게 동작시키기 위한 제1 트리거에 응답하여, 상기 아날로그 자기 데이터에 대응하여 상기 변환 유닛으로부터 상기 디지털 자기 데이터를 연속적으로 수신하고, 수신한 디지털 자기 데이터를 상기 버퍼 메모리에 축적함으로써 상기 통계적 모집단을 형성하는 제어 유닛을 포함한다. 또한, 제어 유닛은 상기 버퍼 메모리에 축적되고 상기 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스에 제공하기 위한 제2 트리거에 응답한다.

바람직하게는, 상기 버퍼 메모리는 소정의 기준을 만족시키고, 그에 따라 상기 통계적 모집단의 요소로서 적합한 디지털 자기 데이터를 선택적으로 저장한다. 이 경우에, 상기 제어 유닛은 상기 자기 센서 디바이스에 대해 규정된 좌표 시스템에서의 상기 디지털 자기 데이터의 위치와 연관된 지표에 기초하여, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 소정의 기준을 만족시키는지 여부를 확인한다.

바람직하게는, 상기 제어 유닛은 상기 데이터 처리 디바이스에 의해 발행된 아날로그 자기 데이터를 샘플링하기 위한 요구인 제1 트리거에 응답하고, 상기 데이터 처리 디바이스에 의해 발행된 통계적 모집단을 제공하기 위한 요구인 제2 트리거에 또한 응답한다.

바람직하게는, 상기 자기 센서 디바이스는, 상기 데이터 처리 디바이스에 접속되어, 상기 데이터 처리 디바이스로부터 상기 요구를 수신하고, 상기 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스로 송신하기 위한 통신 유닛을 더 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 복수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단에 기초하여 디지털 자기 데이터의 오프셋을 도출하고, 또한 상기 디지털 자기 데이터와 상기 오프셋에 기초하여 방위를 도출하는 데이터 처리 디바이스에 상기 디지털 자기 데이터를 출력하는 자기 센서 디바이스가 제공된다. 상기 자기 센서 디바이스는, 자기장을 샘플링 주기의 간격으로 검출하고, 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛; 상기 아날로그 자기 데이터를 상기 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛; 상기 통계적 모집단을 저장하는 버퍼 메모리; 및 상기 변환 유닛으로부터 출력된 디지털 자기 데이터와 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장된 디지털 자기 데이터 사이의 거리에 따라, 상기 변환 유닛으로부터 출력된 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장될 것인지 여부를 판정함으로써, 상기 디지털 자기 데이터를 선택적으로 축적하여 상기 버퍼 메모리에 상기 통계적 모집단을 형성하고, 상기 데이터 처리 디바이스로부터의 요구시에 상기 버퍼 메모리로부터 상기 통계적 모집단을 판독하고 판독된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스에 제공하는 제어 유닛을 포함한다.

이러한 자기 센서 디바이스에 따르면, 교정을 위한 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단이 자기 센서 디바이스에 저장될 수 있으므로, 전자 나침반 제어 프로그램을 항상 기동시키지 않고도 사용자가 필요로 할 때 교정에 필요한 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단을 취득할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전력 소비를 억제하면서 사용자가 필요로 할 때 정확한 방위를 측정할 수 있는 전자 나침반을 얻을 수 있다. 또한, 교정에 필요한 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단이 디지털 자기 데이터 항목들 사이의 거리에 기초하여 선택되므로, 낮은 용량의 버퍼 메모리에서 정확한 오프셋을 도출하는 데 필요한 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단을 효율적으로 저장할 수 있다. 여기에서, 제어 유닛은 시퀀서(sequencer)를 포함하는 것으로 한다. 디지털 자기 데이터 항목들 사이의 거리는 3축 자기장에 대응하는 3개의 좌표를 갖는 3차원 공간에서의 거리이다.

바람직하게는, 상기 버퍼 메모리에 저장된 상기 통계적 모집단을 형성하는 복수의 자기 데이터가 미리 결정된 수에 도달할 때, 상기 자기 센서 디바이스가 비활성화된다. 이러한 자기 센서 디바이스에 따르면, 전자 나침반의 전력 소비를 추가적으로 억제할 수 있다.

바람직하게는, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장되면 상기 샘플링 주기가 단축되고, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장되지 않으면 상기 샘플링 주기가 연장되도록, 상기 검출 유닛이 상기 샘플링 주기를 변경시킨다. 이러한 자기 센서 디바이스에 따르면, 전자 나침반의 전력 소비를 추가적으로 억제할 수 있다.

상술한 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3 양태에 따르면, 데이터 처리 디바이스에 접속될 수 있고, 상기 데이터 처리 디바이스와 물리적으로 별개의 회로인 자기 센서 디바이스가 제공된다. 자기 센서 디바이스는, 자기장을 검출하고 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛; 상기 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛; 상기 검출 유닛이 상기 아날로그 자기 데이터를 연속적으로 출력하게 동작시키기 위한 저장 모드로 상기 회로를 설정하기 위한 트리거에 응답하여, 상기 아날로그 자기 데이터에 대응하여 상기 변환 유닛으로부터 상기 디지털 자기 데이터를 연속적으로 수신하고, 수신한 디지털 자기 데이터를 버퍼 메모리에 축적하고, 상기 버퍼 메모리에 축적된 디지털 자기 데이터의 개수가 미리 결정된 개수에 도달할 때 상기 회로를 휴지(idle) 모드로 추가적으로 설정하는 제어 유닛; 및 자기장의 검출이 가능하도록 상기 검출 유닛에 전력을 공급하는 전원 유닛을 포함하고, 상기 전원 유닛으로부터 상기 검출 유닛으로의 전력의 공급은 상기 회로가 상기 휴지 모드로 설정될 때 중지된다.

바람직하게는, 상기 제어 유닛은 소정의 기준을 만족시키는 디지털 자기 데이터를 선택적으로 축적한다. 이 경우에, 상기 제어 유닛은 상기 자기 센서 디바이스에 대해 규정된 좌표 시스템에서의 상기 디지털 자기 데이터의 위치와 연관된 지표에 기초하여, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 소정의 기준을 만족시키는지 여부를 확인한다.

바람직하게는, 상기 전원 유닛은 상기 트리거에 응답하여 상기 검출 유닛으로의 전력의 공급을 개시한다.

상술한 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제4 양태에 따르면, 데이터 처리 디바이스에 접속될 수 있고, 상기 데이터 처리 디바이스와 물리적으로 별개의 회로인 자기 센서 디바이스가 제공된다. 자기 센서 디바이스는, 자기장을 검출하고 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛; 상기 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛; 상기 검출 유닛이 상기 아날로그 자기 데이터를 연속적으로 출력하게 동작시키기 위한 저장 모드로 상기 회로를 설정하기 위한 트리거에 응답하여, 상기 아날로그 자기 데이터에 대응하여 상기 변환 유닛으로부터 상기 디지털 자기 데이터를 연속적으로 수신하고, 수신한 디지털 자기 데이터를 버퍼 메모리에 축적하고, 상기 버퍼 메모리에 축적된 디지털 자기 데이터의 개수가 미리 결정된 개수에 도달할 때 상기 회로를 휴지 모드로 추가적으로 설정하는 제어 유닛; 및 상기 아날로그 자기 데이터로부터 상기 디지털 자기 데이터로의 변환을 가능하게 하기 위해 클럭 신호를 상기 변환 유닛에 공급하고, 상기 제어 유닛의 동작을 가능하게 하기 위해 다른 클럭 신호를 상기 제어 유닛에 공급하는 클럭 유닛을 포함하고, 상기 변환 유닛 및 상기 제어 유닛으로의 클럭 신호의 공급은, 상기 회로가 휴지 모드로 설정될 때 중지된다.

바람직하게는, 상기 제어 유닛은 소정의 기준을 만족시키는 디지털 자기 데이터를 선택적으로 축적한다. 이 경우에, 상기 제어 유닛은 상기 자기 센서 디바이스에 대해 규정된 좌표 시스템에서의 상기 디지털 자기 데이터의 위치와 연관된 지표에 기초하여, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 소정의 기준을 만족시키는지 여부를 확인한다.

바람직하게는, 상기 클럭 유닛은 상기 트리거에 응답하여 상기 변환 유닛 및 상기 제어 유닛으로의 클럭 신호의 공급을 개시한다.

본 발명의 제1 및 제2 양태에 따르면, 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 적어도 저장할 수 있는 용량을 갖는 버퍼 메모리가 자기 센서 디바이스에 제공된다. 이러한 구성에 의해, 데이터 처리 디바이스(통신 단말 장치의 프로세서)를 통하지 않고도, 자기 데이터가 버퍼 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 단말 장치의 데이터 처리 디바이스가 전자 나침반 프로그램을 실행하기 전에, 또는 데이터 처리 디바이스가 전자 나침반의 교정을 수행하기 전에, 소정의 개수의 자기 데이터를 자기 센서 디바이스에 임시로 축적할 수 있다. 따라서, 사용자가 방위 정보를 요구하는 타이밍에서 정확한 방위를 즉각적으로 측정할 수 있다.

본 발명의 제3 및 제4 양태에 따르면, 자기 센서 디바이스의 제어 유닛이 제1 트리거에 응답하여 회로를 저장 모드로 설정할 때, 제어 유닛은 디지털 자기 데이터를 버퍼 메모리에 연속적으로 축적한다. 버퍼 메모리에 축적된 디지털 자기 데이터가 미리 결정된 개수에 도달하면, 제어 유닛은 자기 센서 디바이스의 회로를 휴지 모드로 설정한다. 휴지 모드 하에서, 제어 유닛은 전원 유닛으로부터 검출 유닛으로의 전력의 공급을 중지하고, 클럭 유닛으로부터 변환 유닛 및 제어 유닛으로의 클럭 신호의 공급을 중지한다. 이러한 구성은 자기 센서 디바이스의 전력 소비를 효율적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예의 시퀀스 차트.
도 3은 본 발명의 실시예의 파형도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시퀀스 차트.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파형도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 각 도면에 있어서 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 부호에 의해 표기되며 그 중복된 설명은 생략할 것이다.

1. 제1 실시예

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 나침반 장치를 나타내는 블록도이다. 전자 나침반(100)은 프로세서(3)(디지털 처리 디바이스), 3축 자기 센서(1)(자기 센서 디바이스), 가속도 센서(2) 및 디스플레이(7)를 포함한다. 프로세서(3)는, CPU(31), RAM(32), ROM(33) 및 인터페이스(34)를 포함하는 데이터 처리 디바이스이다. 자기 센서(1), 가속도 센서(2) 및 디스플레이(7)는 인터페이스(34)에 접속되어 전자 나침반을 구성하고 프로세서(3)에 의해 제어된다. 자기 센서(1)는 프로세서(3)로 디지털 자기 데이터를 출력하는 디바이스이다. 프로세서(3)는 복수의 디지털 자기 데이터에 기초하여 디지털 자기 데이터의 오프셋을 도출하고, 디지털 자기 데이터와 오프셋에 기초하여 방위를 도출한다. 도출된 방위는 디스플레이(7) 상에 표시된다. CPU(31)는 ROM(33)에 저장된 전자 나침반 프로그램을 실행함으로써 이러한 프로세서(3)의 기능을 구현한다. 이하의 설명에서, 이에 기초하여 교정을 위한 오프셋이 도출되는 복수의 디지털 자기 데이터가 통계적 모집단(statistical population)인 것으로 한다.

자기 센서(1)는 통신 유닛(11), 전원 유닛(12), 클럭 유닛(13), 제어 유닛(14), 센서 모듈(15) 및 버퍼 메모리(16)를 포함하는 반도체 칩으로 형성된 집적 회로이다. 센서 모듈(15)은 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(151)(변환 유닛) 및 센서 유닛(152)을 포함한다. 센서 유닛(152)은 외부 자기장(마그네티즘(magnetism))의 3축의 자기 성분을 검출하는 3개의 1차원(1D) 자기 센서와 셀렉터를 포함한다. 센서 유닛(152)은 셀렉터를 통해 시분할 방식으로 자기장(지자기(geomagnetism))의 3축의 자기 성분을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력한다. 각각의 1차원 자기 센서(도시하지 않은 1축 자기 센서)는 자기 저항 소자, 홀(Hall) 소자 등일 수 있다. 여기에서, 지향성을 갖는 임의의 종류의 1차원 자기 센서가 1차원 자기 센서로서 사용될 수 있다. ADC(151)는 센서 유닛(152)으로부터 출력된 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환한다. 아날로그 자기 데이터는 아날로그 신호를 사용하여 3축의 자기 성분을 나타내는 데이터이다. 제어 유닛(14)은 레지스터 그룹과 논리 회로를 포함한다. 버퍼 메모리(16)는 제어 유닛(14)에 의해서 통계적 모집단으로서 선택된 복수의 디지털 자기 데이터 항목을 저장하기 위한 낮은 용량의 저장 회로이다. 통신 유닛(11)은 버스로부터 명령을 취득하여 그 명령을 제어 유닛(14)의 레지스터에 기록하고, 또한 제어 유닛(14)으로부터 출력된 디지털 자기 데이터를 버스에 출력한다. 클럭 유닛(13)은 자기 센서(1)에 포함되는 각종 회로 중 디지털 회로에 클럭 신호를 제공하는 회로이다. 제어 유닛(14) 및 통신 유닛(11)의 세트를 "논리 회로"라 칭할 수도 있다.

전원 유닛(12)은 자기 센서(1)에 포함된 각종 아날로그 회로와 디지털 회로에 전력을 공급한다. 자기 센서(1)의 센서 유닛(152) 및 ADC(151)는 아날로그 회로로 일부 형성된다. 자기 센서의 나머지 부분은 디지털 회로로 형성된다. 전원 유닛(12)으로부터 아날로그 및 디지털 회로 각각으로의 전력 공급은 제어 유닛(14)에 의해서 개별적으로 제어된다. 자기 센서(1)의 동작 모드는 휴지 모드(레스트(rest) 모드), 저장 모드(축적 모드) 및 출력 모드를 포함한다. 휴지 모드에서, 아날로그 회로로의 전력 공급이 차단되어, 클럭 유닛(13)으로부터 디지털 회로로의 클럭 신호의 제공이 중지된다.

도 2는 전자 나침반(100)의 동작을 나타내는 시퀀스 차트이다. 이하, 도 2를 참조하여 전자 나침반(100)의 기능에 대해 상세히 설명한다. 자기 센서(1)는 휴지 모드로부터 저장 모드 또는 출력 모드로 천이될 때 기동된다.

프로세서(3)가 자기 센서(1)에 대하여 제1 트리거(trigger)로서 저장 요구를 출력하면(S101), 자기 센서(1)는 저장 모드에서 기동된다. 구체적으로, 저장 요구가 프로세서(3)로부터 출력되면, 통신 유닛(11)이 저장 요구를 버스를 통해 취득하고 그 저장 요구를 제어 유닛(14)의 레지스터에 기록한다(S201). 그러면, 제어 유닛(14)은, 클럭 유닛(13)이 클럭의 제공을 개시하게 하면서 전원 유닛(12)이 아날로그 회로로 전력의 공급을 개시하게 한다(S202). 가속도 센서(2)가 임계 가속도 이상의 가속도를 검출하거나, 전자 나침반(100)이 사용자로부터 지시를 접수하면, 프로세서(3)는 저장 요구를 출력하도록 트리거링된다. 즉, 프로세서(3)에서의 인터럽트의 발생은, 프로세서(3)가 저장 요구를 출력하게 할 수 있다.

자기 센서(1)가 저장 모드에서 기동되면, 제어 유닛(14)은, 센서 유닛(152)과 ADC(151)를 소정의 주기의 간격으로 간헐적으로 기동시킴으로써 센서 모듈(15)이 자기장을 간헐적으로 검출하게 하고(S203), 디지털 자기 데이터를 간헐적으로 취득한다(S204). 구체적으로, 자기 센서(1)에서 클럭 유닛(13)과 제어 유닛(14) 양쪽의 카운터만이 실행되고 있으면서 제어 유닛(14)의 카운터가 미리 설정된 값까지 카운트업 될 때마다, 센서 모듈(15)이 매우 짧은 시간 동안 기동되어 제어 유닛(14)의 레지스터에 디지털 자기 데이터를 저장한다.

제어 유닛(14)이 디지털 자기 데이터 항목을 취득하면, 제어 유닛(14)은 취득한 디지털 자기 데이터가 소정의 기준을 만족시키는지 여부를 확인함으로써 취득한 디지털 자기 데이터 항목을 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장할지 여부를 판정한다(S205). 구체적으로, 버퍼 메모리(16)에 통계적 모집단 요소로서 저장되어 있는 디지털 자기 데이터 항목과 취득한 디지털 자기 데이터 항목 사이의 나침반 공간의 좌표 시스템의 거리에 따라, 제어 유닛(14)은, 센서 모듈(15)로부터 취득한 디지털 자기 데이터 항목을 통계적 모집단의 요소로서 저장할지 여부를 판정한다. 임계값과 비교되는 거리를 판정하는 데 사용되는 저장된 디지털 자기 데이터 항목은 버퍼 메모리(16)에 최근에 저장된 디지털 자기 데이터 항목일 수도 있고, 또는 버퍼 메모리(16)에 저장되어 있는 모든 디지털 자기 데이터 항목 중에 취득된 디지털 자기 데이터에 가장 가까운 디지털 자기 데이터 항목일 수도 있다.

여기에서, P₁(X₁, Y₁, Z₁) 및 P₂(X₂, Y₂, Z₂)를 2개의 디지털 자기 데이터 항목으로 하여, 지표 D₁, D₂ 및 D₃을 다음과 같이 정의한다.

D₁ = (x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²+(z₁-z₂)²

D₂ = │x₁-x₂│+│y₁-y₂│+│z₁-z₂│

D₃ = MAX (│x₁-x₂│, │y₁-y₂│, │z₁-z₂│)

여기에서, MAX(a, b, c)는 a, b 및 c 중 최대값을 나타낸다.

지표 D₁, D₂ 및 D₃은 P₁과 P₂ 사이의 거리와 양으로(positively) 상관되고 연관되는 함수를 나타낸다. 제어 유닛(14)의 회로 크기를 감소시키기 위해 통계적 모집단의 요소인 디지털 자기 데이터 항목을 선택하기 위한 지표로서, P₁과 P₂ 사이의 거리 대신에 나침반 공간의 좌표 시스템에서 P₁과 P₂ 사이의 거리와 양으로 상관되는 지표 D₁, D₂ 또는 D₃을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, D₁, D₂ 또는 D₃이 미리 결정된 임계값 D보다도 큰 경우에는, 센서 모듈(15)로부터 취득한 디지털 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장되고(S206), 그렇지 않은 경우에는 취득한 디지털 자기 데이터 항목이 버퍼 메모리(16)에 저장되지 않는다. 상술한 바와 같이, 소정의 기준을 만족시키는 디지털 자기 데이터를 선택적으로 저장함으로써, 나침반 공간에서 서로 이격되어 있는 디지털 자기 데이터의 단편으로 이루어진 통계적 모집단을 버퍼 메모리에 형성할 수 있다. 즉, 통계적 모집단으로서 축적된 디지털 자기 데이터의 단편은, 자기 데이터에 포함된 오프셋의 정확한 연산이 가능하도록 나침반 공간에서 넓게 분포된다.

디지털 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장된 경우, 제어 유닛(14)은 충분한 수(즉, 소정의 수)의 통계적 모집단 요소가 버퍼 메모리(16)에 저장되어 있는지 여부를 판정한다(S208). 즉, 제어 유닛(14)은 디지털 자기 데이터 항목이 버퍼 메모리(16)에 저장된 횟수를 카운트하여, 그 카운트가 통계적 모집단에 미리 결정된 소정의 수에 도달하였는지 여부를 판정한다.

충분한 수의 통계적 모집단으로서의 디지털 자기 데이터가 버퍼 메모리(16)에 축적되었다고 판정되면, 제어 유닛(14)은, 클럭 유닛(13)이 디지털 회로로 클럭 신호를 제공하는 것을 정지시키고, 또한 전원 유닛(12)으로부터 아날로그 회로로 공급되는 전력을 끊는다. 즉, 자기 센서(1)는 비활성화되어, 자기 센서(1)의 회로를 휴지 상태 또는 레스트 상태로 만든다(S209).

취득한 디지털 자기 데이터 항목이 버퍼 메모리(16)에 저장되지 않은 경우와, 통계적 모집단 요소로서 취득한 디지털 자기 데이터 항목이 버퍼 메모리(16)에 저장되었더라도 통계적 모집단 요소의 수가 불충분한 경우 모두에, 상술한 절차가 스텝 S203으로부터 반복된다.

다음으로, 통계적 모집단이 자기 센서(1)로부터 출력되는 출력 모드에 대해서 설명한다. 예를 들면, 프로세서(3)가 전자 나침반 프로그램의 실행을 개시한다(S102). 전자 나침반 프로그램이 기동되면, 프로세서(3)가 교정을 개시함으로써, 프로세서(3)가 통계적 모집단 요구를 출력하도록 트리거링한다. 프로세서(3)가 자기 센서(1)로 통계적 모집단 요구를 출력하면(S103), 자기 센서(1)는 출력 모드에서 기동된다. 구체적으로, 통계적 모집단 요구가 프로세서(3)로부터 출력되면, 통신 유닛(11)이 통계적 모집단 요구를 버스로부터 취득하여 제어 유닛(14)의 레지스터에 통계적 모집단 요구를 기록한다(S210). 그러면, 제어 유닛(14)은, 클럭 유닛(13)이 클럭의 제공을 개시하게 하면서 전원 유닛(12)이 아날로그 회로로 전력을 공급하게 한다(S211).

자기 센서(1)가 출력 모드에서 기동되면, 제어 유닛(14)은 통계적 모집단 요소로서 저장된 각각의 디지털 자기 데이터 항목을 버퍼 메모리(16)로부터 순차적으로 취득하여 그 디지털 자기 데이터 항목을 통신 유닛(11)에 출력한다(S212). 통신 유닛(11)은, 디지털 자기 데이터 항목이 취득될 때마다 디지털 자기 데이터 항목을 버스로 출력한다(S213). 프로세서(3)는 RAM(32)의 소정의 어드레스에 디지털 자기 데이터 항목을 저장함으로써, 버스로 출력된 디지털 자기 데이터 항목을 취득한다. 프로세서(3)는 상술한 방식으로 통계적 모집단으로서 취득된 복수의 디지털 자기 데이터 항목에 기초하여 디지털 자기 데이터의 오프셋을 도출하기 위한 프로세스인 교정을 수행한다. 이러한 교정을 통해 새롭게 도출된 오프셋에 의해 구(old) 오프셋이 갱신되면, 프로세서(3)는 디지털 자기 데이터와 오프셋에 기초하여 정확한 방위를 도출할 준비가 된다.

본 실시예에서는, 전자 나침반 프로그램이 기동될 때 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단이 이미 자기 센서(1)에 저장되어 있으므로, 전자 나침반 프로그램이 기동된 직후에 오프셋을 도출할 수 있다. 따라서, 전자 나침반 프로그램이 기동된 직후에 정확한 방위를 도출할 수 있다. 즉, 전자 나침반의 기능이 요구되지 않는 기간 동안에는 단지 통계적 모집단을 저장하기 위해서 전자 나침반 프로그램을 실행할 필요가 없으므로, 프로세서(3)의 전력 소비를 억제할 수 있다.

출력 모드에서 자기 센서(1)가 디지털 자기 데이터의 통계적 모집단을 출력한 후에, 제어 유닛(14)은 센서 유닛(152) 및 ADC(151)를 소정의 주기의 간격으로 간헐적으로 기동시켜 자기장을 간헐적으로 검출하고(S214), 디지털 자기 데이터를 간헐적으로 취득한다(S215). 구체적으로, 자기 센서(1)의 클럭 유닛(13)과 제어 유닛(14) 양쪽의 카운터만이 실행되고 있으면서 제어 유닛(14)의 카운터가 미리 설정된 값으로 카운트업 되면, 센서 모듈(15)이 매우 짧은 시간 동안 기동되어 제어 유닛(14)의 레지스터에 디지털 자기 데이터를 저장한다. 제어 유닛(14)이 디지털 자기 데이터 항목을 취득할 때마다, 제어 유닛(14)은 취득된 디지털 자기 데이터 항목을 통신 유닛(11)에 출력한다. 디지털 자기 데이터 항목이 취득될 때마다, 통신 유닛(11)은 디지털 자기 데이터 항목을 버스에 출력한다(S216). 프로세서(3)는 RAM(32)의 소정 어드레스에 디지털 자기 데이터 항목을 저장함으로써, 버스에 출력된 디지털 자기 데이터 항목을 취득한다. 이러한 방식으로 프로세서(3)가 디지털 자기 데이터 항목을 간헐적으로 취득하면, 프로세서(3)는 디지털 자기 데이터 항목과 오프셋에 기초하여 방위를 간헐적으로 도출한다(S104).

전자 나침반 프로그램이 종료되면, 프로세서(3)는 휴지 요구를 통신 유닛(11)에 출력한다(S105). 휴지 요구를 수신하면, 통신 유닛(11)은 제어 유닛(14)의 레지스터에 휴지 요구를 저장한다(S218). 제어 유닛(14)은, 휴지 요구를 취득하면 클럭 유닛(13)이 디지털 회로로 클럭을 제공하는 것을 정지시키고, 또한, 전원 유닛(12)으로부터 아날로그 회로로 공급되는 전력을 끊어서 자기 센서(1)를 비활성화시킨다(S219).

도 3은, 자기 센서(1)가 휴지 상태 또는 기동 상태(저장 모드 하에 있음)에 있는 경우에, 자기 센서(1)의 전력 소비를 나타내는 파형도이다. 클럭 유닛(13)은, 자기 센서(1)가 기동되는 동안 클럭을 항상 디지털 회로에 제공하고, 자기 센서(1)가 휴지 상태인 동안에는 클럭의 제공을 중지한다. 아날로그 회로로 공급되는 전력은, 제어 유닛(14)으로부터 전원 유닛(12)으로 출력되는 전원 제어 신호에 의해 제어된다. 전력은, 자기장이 간헐적으로 검출될 때에만 전원 유닛(12)으로부터 아날로그 회로로 공급되고, 자기장이 검출되지 않는 때에는 전원 유닛(12)으로부터 아날로그 회로로의 전력 공급이 끊긴다. 즉, 아날로그 회로는 자기 센서의 동작 상태 하에서 연속적으로 전력을 공급받는 것이 아니라, 간헐적으로만 전력을 공급받는다. 제어 유닛(14)의 카운터 이외의 디지털 회로는, 자기장이 검출되는 경우와 통계적 모집단이 출력되는 경우의 두 경우에만 기동된다. 따라서, 자기 센서(1)는, 자기장이 검출되는 경우와 통계적 모집단이 출력되는 경우의 두 경우에만 실제로 전력을 소비한다. 자기 센서(1)의 회로 크기는 프로세서(3)의 회로 크기보다 훨씬 작다. 또한, 자기 센서(1)는, 미리 결정된 수의 디지털 자기 데이터가 저장되면 휴지 상태로 된다. 즉, 본 실시예에서는, 전자 나침반 프로그램이 실행되고 있지 않은 기간 동안 통계적 모집단 요소를 저장하기 위해 자기 센서(1)가 기동되는 경우에도, 자기 센서(1)의 전력 소비가 매우 작으므로, 통계적 모집단 요소를 미리 저장하기 위해 전자 나침반 프로그램이 항상 실행되는 경우에 비해 전력 소비를 크게 억제할 수 있다.

2. 제2 실시예

도 4는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 시퀀스 차트이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 디지털 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장되는지 여부에 따라 자기장 검출 주기가 변경될 수 있다. 즉, 센서 모듈(15)로부터 취득되는 디지털 자기 데이터 항목과 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 이미 저장되어 있는 디지털 자기 데이터 항목 사이의 거리에 따라, 자기장 검출 주기가 변경될 수 있다. 구체적으로, 제2 실시예에서는, 취득된 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 저장되는 경우에 센서 모듈(15)에 의한 자기장 검출 주기가 단축되고(S2071), 취득된 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 저장되지 않은 경우에는 연장된다(S2072).

이러한 방식으로 자기장 검출 주기가 변경되면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전자 나침반(100)이 움직이지 않는 경우(즉, 디지털 자기 데이터 항목을 저장할 필요가 없다고 판정된 경우), 자기장을 검출하기 위해 소비되는 전력을 억제할 수 있고, 전자 나침반이 움직이면 디지털 자기 데이터 항목을 통계적 모집단 요소로서 즉시 저장할 수 있다.

자기장 검출 주기가 연장되는 경우에, 자기장 검출 주기의 상한이 설정될 수 있고, 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 저장되지 않는다고 판정될 때마다 자기장 검출 주기가 상수배(예를 들어, 2배)가 될 수 있으며, 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 저장되지 않는다고 판정될 때마다, 미리 설정된 검출 주기로 단계적으로 스위칭될 수도 있다. 자기 검출 주기가 단축되는 경우에, 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장될 때 자기장 검출 주기가 미리 결정된 디폴트 값(최소 주기)으로 재설정될 수 있다.

이러한 방식으로 자기장 검출 주기가 변경되면, 자기 센서(1)를 비활성화시키지 않고도 자기 센서(1)의 전력 소비를 충분히 억제할 수 있으므로, 버퍼 메모리(16)에 충분한 수의 디지털 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 저장된 후에도 자기 센서(1)를 비활성화시키지 않고도 통계적 모집단이 FIFO(First In First Out) 또는 FILO(First in Last Out) 방식으로 계속 갱신될 수 있다. 즉, 스텝 S208에서 충분한 수의 디지털 자기 데이터 항목이 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장되었다고 판정된 경우, 제어 유닛(14)은 스텝 S209에서의 비활성화 프로세스를 수행하지 않고 스텝 S203으로 복귀하고, 스텝 S203 내지 S208의 절차를 반복한다. 여기에서, 통계적 모집단이 FIFO 방식으로 갱신되는 경우에, 고정된 수의 새로운 자기 데이터 항목이 버퍼 메모리(16)에 항상 저장된다. 스텝 S208에서 충분한 수의 디지털 자기 데이터가 버퍼 메모리(16)에 저장되었다고 판정된 후에 스텝 S210에서 통신 유닛(11)이 통계적 모집단 요구를 제어 유닛(14)의 레지스터에 기록하면, 제어 유닛(14)은 최근의 통계적 모집단 요소로서 저장된 디지털 자기 데이터 항목을 통신 유닛(11)에 출력한다(S212 및 S213).

3. 다른 실시예

물론, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 교정을 통해 오프셋을 도출하는 방법은 알려진 통계적 방법, 확률적 방법 또는 장래에 개발될 임의의 방법일 수 있다. 상술한 실시예에서는, 출력 모드에 있어서 자기 센서(1)로부터 통계적 모집단이 출력된 후에 디지털 자기 데이터가 간헐적으로 출력되는 예에 대해 설명했지만, 통계적 모집단 출력 모드와 간헐적 디지털 자기 데이터 출력 모드가 별개로 정의되고, 이러한 2개의 모드가 프로세서(3)의 제어 하에 스위칭될 수도 있다. 또한, 본 발명은 전자 나침반으로 칭해지는 상품으로 유통되는 전자 디바이스에 한정되지 않고, 휴대 전화, 네비게이션 디바이스 및 디지털 카메라와 같은 전자 나침반 기능을 갖는 다양한 종류의 전자 디바이스에 적용될 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 통계적 모집단 요소로서 저장된 디지털 자기 데이터 항목의 수가 불충분하다고 판정된 경우, 디지털 자기 데이터 취득이 반복된다. 하지만, 일정 시간 내에 충분한 수의 자기 데이터 항목을 저장할 수 없는 경우에는, 일정 시간까지 통계적 모집단 요소로서 버퍼 메모리(16)에 저장된 모든 디지털 자기 데이터 항목이 파기된 후에, 통계적 모집단 저장이 재개될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 자기 데이터를 저장하는 시간이 걸리기 때문에 다른 위치의 자기장을 나타내는 디지털 자기 데이터로 통계적 모집단이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 버퍼 메모리(16)에 충분한 수의 통계적 모집단 요소가 저장된 경우에는 자기 센서(1)가 비활성화되어 통계적 모집단 요구를 기다리지만, 버퍼 메모리(16)에 충분한 수의 통계적 모집단 요소의 저장이 완료된 시점에서 인터럽트 신호가 통신 유닛(11)을 통해 프로세서(3)에 출력될 수도 있다. 프로세서(3)는, 자기 센서(1)로부터 인터럽트 신호를 수신하면 전자 나침반 프로그램을 일시적으로 기동하여 교정을 수행할 수 있다. 이렇게 함으로써, 오프셋이 필요에 따라 보정될 수 있으므로, 전자 나침반 프로그램이 그 후에 필요한 때에 정확한 방위를 측정할 수 있다.

본 발명은 3축의 자기 센서 유형에 적용될 뿐만 아니라, 2축의 자기 센서 유형에도 적용된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 적어도 저장할 수 있는 용량을 갖는 버퍼 메모리(16)가 자기 센서 디바이스(1)에 제공된다. 이러한 구성에 의해, 데이터 처리 디바이스(통신 단말 장치(100)의 프로세서(3))를 통하지 않고도, 자기 데이터가 버퍼 메모리(16)에 저장될 수 있다. 따라서, 단말 장치(100)의 데이터 처리 디바이스(3)가 전자 나침반 프로그램을 실행하기 전에, 또는 데이터 처리 디바이스(3)가 전자 나침반의 교정을 수행하기 전에, 소정의 개수의 자기 데이터를 자기 센서 디바이스(1)에 임시로 축적할 수 있다. 따라서, 사용자가 방위 정보를 요구하는 타이밍에서 정확한 방위를 즉각적으로 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자기 센서 디바이스(1)의 제어 유닛(14)이 제1 트리거에 응답하여 회로를 저장 모드로 설정할 때, 제어 유닛(14)은 디지털 자기 데이터를 버퍼 메모리(16)에 연속적으로 축적한다. 버퍼 메모리(16)에 축적된 디지털 자기 데이터가 미리 결정된 개수에 도달하면, 제어 유닛(14)은 자기 센서 디바이스(1)의 회로를 휴지 모드로 설정한다. 휴지 모드 하에서, 제어 유닛(14)은 전원 유닛(12)으로부터 검출 유닛(152)으로의 전력의 공급을 중지하고, 클럭 유닛(13)으로부터 변환 유닛(151) 및 제어 유닛(14)으로의 클럭 신호의 공급을 중지한다. 이러한 구성은 자기 센서 디바이스(1)의 전력 소비를 효율적으로 억제할 수 있다.

Claims (17)

1. 데이터 처리 디바이스에 접속될 수 있고, 상기 데이터 처리 디바이스의 회로와 물리적으로 별개의 회로인 자기 센서 디바이스로서,
   자기장을 검출하고 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛;
   상기 아날로그 자기 데이터를 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛;
   소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 저장할 수 있는 용량을 갖는 버퍼 메모리; 및
   제1 트리거에 응답하여, 상기 검출 유닛이 상기 아날로그 자기 데이터를 연속적으로 출력하도록 동작시키고, 상기 아날로그 자기 데이터에 대응하여 상기 변환 유닛으로부터 상기 디지털 자기 데이터를 연속적으로 수신하고, 수신한 상기 디지털 자기 데이터를 상기 버퍼 메모리에 축적함으로써 상기 통계적 모집단을 형성하고,
   제2 트리거에 응답하여, 상기 버퍼 메모리에 축적되고 상기 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스에 제공하는 제어 유닛
   을 포함하는, 자기 센서 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 버퍼 메모리는 소정의 기준을 만족시키고, 그에 따라 상기 통계적 모집단의 요소로서 적합한 디지털 자기 데이터를 선택적으로 저장하는, 자기 센서 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 자기 센서 디바이스에 대해 규정된 좌표 시스템에서의 상기 디지털 자기 데이터의 위치와 연관된 지표에 기초하여, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 소정의 기준을 만족시키는지 여부를 확인하는, 자기 센서 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 트리거는, 상기 데이터 처리 디바이스에 의해 발행되는, 상기 아날로그 자기 데이터의 샘플링 요구이고,
   상기 제2 트리거는, 상기 데이터 처리 디바이스에 의해 발행되는, 상기 통계적 모집단의 제공 요구인, 자기 센서 디바이스.
5. 제4항에 있어서,
   상기 데이터 처리 디바이스에 접속되어, 상기 데이터 처리 디바이스로부터 상기 아날로그 자기 데이터의 샘플링 요구 및 상기 통계적 모집단의 제공 요구를 수신하고, 상기 소정의 개수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스로 송신하기 위한 통신 유닛을 더 포함하는, 자기 센서 디바이스.
6. 복수의 디지털 자기 데이터로 형성된 통계적 모집단에 기초하여 디지털 자기 데이터의 오프셋을 도출하고, 또한 상기 디지털 자기 데이터와 상기 오프셋에 기초하여 방위를 도출하는 데이터 처리 디바이스에 상기 디지털 자기 데이터를 출력하는 자기 센서 디바이스로서,
   자기장을 샘플링 주기의 간격으로 검출하고, 검출된 자기장을 나타내는 아날로그 자기 데이터를 출력하는 검출 유닛;
   상기 아날로그 자기 데이터를 상기 디지털 자기 데이터로 변환하는 변환 유닛;
   상기 통계적 모집단을 저장하는 버퍼 메모리; 및
   상기 변환 유닛으로부터 출력된 디지털 자기 데이터와 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장된 디지털 자기 데이터 사이의 거리에 따라, 상기 변환 유닛으로부터 출력된 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장될 것인지 여부를 판정함으로써, 상기 디지털 자기 데이터를 선택적으로 축적하여 상기 버퍼 메모리에 상기 통계적 모집단을 형성하고, 상기 데이터 처리 디바이스로부터의 요구시에 상기 버퍼 메모리로부터 상기 통계적 모집단을 판독하고 판독된 통계적 모집단을 상기 데이터 처리 디바이스에 제공하는 제어 유닛
   을 포함하는, 자기 센서 디바이스.
7. 제6항에 있어서,
   상기 버퍼 메모리에 저장된 상기 통계적 모집단을 형성하는 복수의 자기 데이터가 미리 결정된 수에 도달할 때, 상기 자기 센서 디바이스가 비활성화되는, 자기 센서 디바이스.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장되면 상기 샘플링 주기가 단축되고, 상기 디지털 자기 데이터가 상기 통계적 모집단의 요소로서 상기 버퍼 메모리에 저장되지 않으면 상기 샘플링 주기가 연장되도록, 상기 검출 유닛이 상기 샘플링 주기를 변경시키는, 자기 센서 디바이스.
9. 제6항 또는 제7항에 따른 자기 센서 디바이스; 및
   상기 자기 센서 디바이스에 접속된 데이터 처리 디바이스
   를 포함하는 전자 나침반 장치.
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