KR101950704B1 - 복수의 측정 장치들에 의해 생성된 신호의 처리 회로 및 방법 - Google Patents

복수의 측정 장치들에 의해 생성된 신호의 처리 회로 및 방법 Download PDF

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Abstract

회로들 및 방법들은 감지된 파라미터의 방향을 신속하게 확인하기 위하여 복수의 측정 장치들로부터 하나 이상의 측정 장치들을 선택하는 피드백 구성을 이용한다. 일 실시예에서, 복수의 측정 장치들은 복수의 자기장 감지 소자들에 상응하고, 감지된 파라미터는 자기장이다.

Description

복수의 측정 장치들에 의해 생성된 신호의 처리 회로 및 방법{CIRCUITS AND METHODS FOR PROCESSING A SIGNAL GENERATED BY A PLURALITY OF MEASURING DEVICES}
본 발명은 일반적으로 전자 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 복수의 측정 장치에 의해 감지된 파라미터의 방향의 각도를 신속하게 확인할 수 있는 전자 회로에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 감지 소자들은 환경 특성치를 감지하는 다양한 응용들에 이용되고 있다. 이러한 감지 소자들은 압력 감지 소자들, 온도 감지 소자들, 광 감지 소자들, 음향 감지 소자들, 및 자기장 감지 소자들을 포함하고, 다만, 이러한 예들에 한정되지 않는다.
자기장 센서들은 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 일 응용예로서, 자기장 센서는 자기장의 방향을 검출하는 데에 이용될 수 있다. 다른 응용예로서, 자기장 센서는 전류를 감지하는 데에 이용될 수 있다. 전류 센서의 한 종류는 전류-운반 전도체(current-carrying conductor)에 근접한 홀 효과(Hall effect) 자기장 감지 소자를 이용한다.
평면 홀(planar Hall) 소자들 및 수직 홀(vertical Hall) 소자들은 자기장 센서들에 사용될 수 있는 것으로 알려진 자기장 감지 소자의 종류들이다. 평면 홀 소자는 일반적으로 상기 평면 홀 소자가 형성된 기판의 표면에 직교하는 자기장에 응답한다. 수직 홀 소자는 일반적으로 상기 수직 홀 소자가 형성된 기판의 표면에 평행한 자기장에 응답한다.
다른 종류의 자기장 감지 소자들 또한 알려져 있다. 예를 들어, 복수의 수직 자기장 감지 소자들을 포함하는 소위 "원형 수직 홀(circular vertical Hall)" (CVH) 감지 소자가 알려져 있고, 이는 2008년 5월 28일자로 출원되고, PCT공개번호 제WO2008/145662호로 영어로 공개된 PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호, "Magnetic Field Sensor for Measuring Direction of a Magnetic Field in a Plane"에 개시되어 있다. 이러한 출원서 및 공개공보는 전체로서 여기에 참조로 포함된다. 상기 CVH 감지 소자는 기판의 공통 원형 임플란트(implant) 영역 상부에 배치되는 수직 홀 소자들의 원형 배치를 가진다. 상기 CVH 감지 소자는 상기 기판 평면에서의 자기장의 방향(또한 선택적으로 세기)을 감지하는 데에 이용될 수 있다.
종래에는, 자기장의 방향을 결정하기 위해서는 CVH 감지 소자 내의 복수의 수직 홀 소자들로부터의 모든 출력 신호들이 필요하였다. 또한 종래에는, CVH 감지 소자의 수직 홀 소자들로부터의 출력 신호들이 순차적으로 생성되었고, 따라서 CVH 감지 소자로부터의 상기 출력 신호들이 모두 생성되는 데에 상당한 시간이 소요되었다. 이에 따라, 자기장의 방향을 결정하는 데에 상당한 시간이 걸릴 수 있다.
다양한 파라미터들이, 일반적으로 감지 소자들 (및 감지 소자들을 이용하는 센서들), 구체적으로 자기장 감지 소자들 (및 자기장 센서들)의 성능을 나타낸다. 자기장 감지 소자의 예에서, 이러한 파라미터들로서, 상기 자기장 감지 소자에 의해 감지된 자기장의 변화에 따른 상기 자기장 감지 소자의 출력 신호의 변화를 나타내는 감도(sensitivity), 상기 자기장에 직접 비례하여 상기 자기장 감지 소자의 상기 출력 신호가 변화하는 정도를 나타내는 선형성(linearity) 등이 있다. 또한, 이러한 파라미터들은 상기 자기장 센서가 0(zero) 자기장을 감지함에도 상기 0 자기장을 나타내지 않는 상기 자기장 감지 소자의 출력 신호에 의해 특징지어지는 오프셋(offset)을 포함한다. 다른 종류의 감지 소자들 또한, 상기 감지 소자가 0(zero) 감지 특성치를 감지할 때 상기 0 감지 특성치를 나타내지 않는 각 출력 신호 오프셋을 가질 수 있다.
센서(예를 들어, 자기장 센서)의 성능을 나타낼 수 있는 다른 파라미터로서, 연관된 감지 소자들(예를 들어, 자기장 감지 소자들)로부터의 출력 신호들이 샘플링되는 속도가 있다.
자기장 센서들은 자기장의 방향을 확인하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 응용예에서, 자기장 센서는 자석이 배치된 목표물의 회전 속도를 확인하는 데에 이용될 수 있다. 자기장 센서는, 상기 자기장 센서가 상기 자기장의 방향을 얼마나 신속하게 확인할 수 있는지에 관하여 한계를 가질 수 있고, 따라서, 상기 목표물이 얼마나 신속하게 회전하는지를 상기 자기장 센서에 의해 정확하게 감지하는 데에 한계를 가질 수 있다. 특히, 복수의 자기장 감지 소자들(예를 들어, CVH 감지 소자)을 이용하는 자기장 센서에서는, 이들이 순차적으로 스캔되므로, 상기 자기장 센서의 이러한 한계가 용인되지 않을 수 있다.
그러므로, 자기장의 방향을 보다 신속하게 확인할 수 있는 자기장 센서를 제공하는 것이 바람직하다. 보다 일반적으로, 복수의 측정 장치들에 의해 감지된 파라미터의 방향의 각도를 보다 신속하게 확인할 수 있는 회로를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 복수의 측정 장치들에 의해 감지된 파라미터의 방향의 각도를 보다 신속하게 확인할 수 있는 회로 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 자기장의 방향의 보다 신속하게 확인할 수 있는 자기장 센서를 제공한다. 이는 복수의 자기장 감지 소자들을 채용하는 자기장 센서 실시예들에서 특히 유용하다.
보다 일반적으로, 본 발명은 복수의 감지 소자들에 의해 감지된 파라미터의 방향의 각도를 보다 신속하게 확인할 수 있는 회로를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 감지된 파라미터는 자기장이고, 상기 감지 소자들은 자기장 센서들이다. 그러나, 다른 실시예에서, 상기 감지 소자들은 다른 종류의 감지 소자, 예를 들어, 음향 감지 소자들이고, 상기 감지된 파라미터는 다른 종류의 감지된 파라미터, 예를 들어 음향의 음압일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따라, 전자 회로는 상응하는 복수의 측정 장치 신호들을 생성하는 복수의 측정 장치들을 포함한다. 상기 복수의 측정 장치 신호들 각각은 감지된 파라미터의 방향의 각도와 관련된 크기를 가진다. 상기 전자 회로는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 복수의 측정 장치들 중 하나 이상의 측정 장치의 선택을 나타내는 인덱스 값을 수신하며, 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들 중 선택된 하나 이상을 나타내는 제1 전처리 출력 신호, 또는 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호들의 선택된 세트의 합을 나타내는 제2 전처리 출력 신호를 생성하는 전처리(preprocessing) 회로를 더 포함한다. 상기 전자 회로는 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호의 소정의 값 교차(crossing)를 상기 인덱스 값에 연관짓는 후처리(post processing) 회로를 더 포함한다. 상기 소정의 값 교차는 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타낸다. 상기 후처리 회로는, 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 인덱스 값에 상응하는 디지털 변환된 신호를 생성하는 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
하나 이상의 상기 측면들은 하나 이상의 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
상기 전자 회로의 일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 자기장 감지 소자들에 상응하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장에 상응한다.
상기 전자 회로의 일 실시예에서, 상기 전자 회로는 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator)를 더 포함하고, 상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 생성한다.
일 실시예에서, 상기 후처리 회로는, 상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 후처리 회로는, 상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 최하위 비트에서의 0 및 1의 발생 횟수들에 각각 상응하는 제1 및 제2 카운트 값들을 생성하는 카운트 회로, 및 상기 제1 카운트 값을 상기 제2 카운트 값에 비교하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 카운트 비교 값을 생성하는 비교 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전자 회로는 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator), -상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성함-, 및 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하며, 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하는 모듈로 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 후처리 회로는, 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 수신하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 내의 공통 임플란트(implant) 영역 상부에 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 소자 구조로 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장이다.
일 실시예에서, 상기 전자 회로는 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator)를 더 포함하고, 상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 생성한다.
일 실시예에서, 상기 후처리 회로는, 상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전자 회로는 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator), -상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성함-, 및 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하며, 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하는 모듈로 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 후처리 회로는, 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 수신하고, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 자기장 감지 소자들을 포함하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장이다.
일 실시예에서, 상기 전자 회로는 공통 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 측정 장치 신호들은 상기 자기장의 방향의 각도에 응답하여 생성된다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 상기 공통 기판 상에 배치된 복수의 수직 홀(vertical Hall) 소자들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 복수의 측정 장치들에 의해 생성되는 복수의 측정 장치 신호들을 처리하는 방법은, 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 복수의 측정 장치 신호들 각각은 감지된 파라미터의 방향의 각도와 관련된 크기를 가진다. 상기 방법은 상기 복수의 측정 장치들 중 하나 이상의 측정 장치의 선택을 나타내는 인덱스 값을 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들 중 선택된 하나 이상을 나타내는 제1 전처리 출력 신호, 또는 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호들의 선택된 세트의 합을 나타내는 제2 전처리 출력 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호의 소정의 값 교차(crossing)를 상기 인덱스 값에 연관짓는 단계를 더 포함한다. 상기 소정의 값 교차는 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타낸다. 상기 연관짓는 단계는, 아날로그-디지털 변환기가 상기 인덱스 값에 상응하는 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 나타내는 신호를 변환하는 단계를 포함한다. 상기 연관짓는 단계는, 상기 인덱스 값을 수신하는 단계에 상기 인덱스 값을 피드백하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 상기 측면들은 하나 이상의 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 자기장 감지 소자들에 상응하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장에 상응한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계를 더 포함하고, 상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 최하위 비트에서의 0의 발생 횟수들에 상응하는 제1 카운트 값을 생성하는 단계, 상기 시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 상기 최하위 비트에서의 1의 발생 횟수들에 상응하는 제2 카운트 값을 생성하는 단계, 및 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 카운트 비교 값을 생성하도록 상기 제1 카운트 값을 상기 제2 카운트 값에 비교하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계, -상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함함-, 및 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하도록, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 내의 공통 임플란트(implant) 영역 상부에 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 소자 구조로 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장이다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계를 더 포함하고, 상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계, -상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함함-, 및 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하도록, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고, 상기 감지된 파라미터는 자기장이다.
일 실시예에서, 상기 복수의 측정 장치들은 상기 공통 기판 상에 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전자 회로 및 측정 장치 신호 처리 방법은 복수의 측정 장치들에 의해 감지된 파라미터의 방향의 각도를 보다 신속하게 확인할 수 있다.
본 발명 그 자체뿐만 아니라 본 발명의 상술한 특징들이 첨부된 도면들 및 아래의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 것이다. 첨부된 도면들에서,
도 1은 공통 임플란트(implant) 영역 상부에 원형으로 배치된 복수의 수직 홀(vertical Hall) 소자들을 가지는 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 감지 소자, 및 상기 CVH 감지 소자에 근접하여 배치된 2극 자석(two pole magnet)을 나타내는 도면이고,
도 1a는, 예를 들어 평면(planar) 또는 수직(vertical) 홀 소자들일 수 있는, 복수의 감지 소자들(또는, 이와 달리 센서들)을 나타내는 도면이며,
도 2는 도 1의 CVH 감지 소자에 의해 또는 도 1a의 감지 소자들에 의해 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 그래프이고,
도 3은 CVH 감지 소자에 연결되고 후처리 회로에 전처리 신호를 제공하도록 연결된 전처리 회로를 포함하는 회로를 나타내는 블록도이며,
도 4는 도 3의 회로에 사용될 수 있는 예시적인 전처리 회로를 보다 자세히 나타내는 블록도이고,
도 5는 도 3의 회로에 사용될 수 있는 다른 예시적인 전처리 회로를 보다 자세히 나타내는 블록도이며,
도 6은 도 3의 전처리 회로의 일부로서 이용될 수 있는 예시적인 스위칭 회로의 블록도이고,
도 7은 도 3의 전처리 회로의 일부로서 이용될 수 있는 예시적인 스위칭 회로들의 블록도이며,
도 7a는 도 7의 스위칭 회로와 함께 이용될 수 있는 선택적인 샘플 앤 홀드(sample and hold) 회로들의 블록도이고,
도 8은 도 5의 bn 제어 신호 생성기에 의해 생성되는 bn 제어 신호들의 형태를 나타내는 일련의 그래프들이며,
도 9는 특정한 bn 제어 신호들에 따른 도 7의 스위칭 회로들로부터의 예시적인 출력 신호를 나타내는 그래프이고,
도 9a는 다른 bn 제어 신호들에 다른 도 7의 스위칭 회로들로부터의 다른 예시적인 출력 신호를 나타내는 그래프이며,
도 10은 도 5의 조합 회로로부터의 예시적인 출력 신호를 나타내는 그래프이고,
도 11은 도 3의 전처리 회로 및 후처리 회로를 제공하는 데에 이용될 수 있는 예시적인 회로들을 나타내는 블록도이며,
도 12는 도 11의 회로에 의해 생성되는 예시적인 출력 신호 데이터 포인트들을 나타내는 그래프이고,
도 13은 도 11의 회로에 의해 생성되는 다른 예시적인 출력 신호 데이터 포인트들을 나타내는 그래프이며,
도 14는 도 3의 전처리 회로 및 후처리 회로를 제공하는 데에 이용될 수 있는 다른 예시적인 회로들을 나타내는 블록도이고,
도 15는 도 14의 회로에 의해 생성되는 예시적인 출력 신호 데이터 포인트들을 나타내는 그래프이며,
도 16은 추가적인 필터를 통과한 도 14의 회로에 의해 생성되는 예시적인 출력 신호 데이터 포인트들을 나타내는 그래프이고,
도 17은 예시적인 콤파스(compass) 회로를 나타내는 블록도이며,
도 18은 다른 예시적인 콤파스 회로를 나타내는 블록도이다.
본 발명을 기술하기에 앞서, 일부의 도입 개념 및 용어가 설명된다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "감지 소자(sensing element)"는 환경의 특성치(characteristic)를 감지할 수 있는 다양한 종류의 전자 소자들을 기술하도록 사용된다. 예를 들어, 감지 소자들은, 이에 한정되지 않으나, 압력 감지 소자들, 온도 감지 소자들, 모션 감지 소자들, 광 감지 소자들, 음향 감지 소자들, 및 자기장 감지 소자들을 포함한다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "센서(sensor)"는 감지 소자 및 다른 구성요소들을 포함하는 회로 또는 조립체(assembly)를 기술하도록 사용된다. 특히, 여기에 사용되는 바와 같이, "자기장 센서(magnetic field sensor)"는 자기장 감지 소자 및 상기 자기장 감지 소자에 연결된 전자 장치를 포함하는 회로 및 조립체를 기술하도록 사용된다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "측정 장치(measuring device)"는 감지 소자 또는 센서를 기술하도록 사용된다. 예를 들어, 자기장 측정 장치는 자기장 감지 소자를 의미하거나, 자기장 센서를 의미할 수 있다. 측정 장치는 환경의 파라미터(parameter)를 측정할 수 있는 임의의 장치를 의미할 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "자기장 감지 소자(magnetic field sensing element)"는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 종류의 전자 소자들을 기술하도록 사용된다. 상기 자기장 감지 소자들은, 이에 한정되지 않으나, 홀 효과(Hall effect) 소자들, 자기 저항(magnetoresistance) 소자들, 또는 자기 트랜지스터(magnetotransistor)들일 수 있다. 알려진 바와 같이, 서로 다른 종류의 홀 효과 소자들, 예를 들어 평면 홀 소자(planar Hall element), 수직 홀 소자(vertical Hall element) 및 원형 홀 소자(circular Hall element) 등이 존재한다. 또한, 알려진 바와 같이, 서로 다른 종류의 자기 저항 소자들, 예를 들어 거대 자기 저항(giant magnetoresistance, GMR) 소자, 이방성 자기 저항(anisotropic magnetoresistance, AMR) 소자, 터널링 자기 저항(tunneling magnetoresistance, TMR) 소자, 안티몬화 인듐(Indium antimonide, InSb) 소자, 및 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction; MTJ) 소자 등이 존재한다.
알려진 바와 같이, 상술한 자기장 감지 소자들의 일부는 상기 자기장 감지 소자를 지지하는 기판에 평행한 최대 감도의 축을 가질 수 있고, 다른 상술한 자기장 감지 소자들은 상기 자기장 감지 소자를 지지하는 기판에 직교하는 최대 감도의 축을 가질 수 있다. 구체적으로, 평면 홀 소자들은 기판에 평행한 최대 감도의 축들을 가질 수 있으나, 자기 저항 소자들 및 (원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 감지 소자들을 포함하는) 수직 홀 소자들은 기판에 직교하는 최대 감도의 축을 가질 수 있다.
자기장 센서들은 다양한 응용들을 가지고, 응용의 예들로서, 이들에 한정되지 않으나, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서(angle sensor), 전류 운반 전도체(current-carrying conductor)에 의해 전송되는 전류에 의해 생성되는 자기장을 감지하는 전류 센서(current sensor), 강자성 물체의 접근을 감지하는 자기 스위치(magnetic switch), 통과하는 강자성 물품, 예를 들어 링(ring) 자석의 자기 도메인(magnetic domain)들을 감지하는 회전 검출기(rotation detector), 및 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서 등이 있다.
일 예로서 복수의 수직 홀 자기장 감지 소자들을 가지는 원형 수직 홀(CVH) 자기장 감지 소자가 후술될 것이나, 동일 또는 유사한 기술들 및 회로들이 임의의 종류의 감지 소자들 및 임의의 종류의 센서들, 즉 임의의 측정 장치들에 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 감지 소자(12)는 복수의 수직 홀 소자들이 배치된 원형 임플란트(implant) 영역(18)을 포함하고, 일 예로서 수직 홀 소자(12a)가 도시되어 있다. 각 수지 홀 소자는 복수의 수직 홀 소자 콘택들(예를 들어, 네 개 또는 다섯 개의 콘택들)을 가지고, 일 예로서 수직 홀 소자 콘택(12aa)이 도시되어 있다.
CVH 감지 소자(12)내의 특정한 수직 홀 소자(예를 들어, 12a)는, 예를 들어, 다섯 개의 인접한 콘택들을 가지고, 상기 다섯 개의 콘택들 중 일부(예를 들어, 네 개)의 콘택들을 다음 수직 홀 소자(예를 들어, 12b)와 공유할 수 있다. 따라서, 다음 수직 홀 소자는 이전 수직 홀 소자로부터 하나의 콘택만큼 쉬프트된 것일 수 있다. 하나의 콘택만큼의 이러한 쉬프트와 관련하여, 수직 홀 소자들의 수가 수직 홀 소자 콘택들의 수(예를 들어, 32)와 동일함을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 다음 수직 홀 소자가 이전 수직 홀 소자로부터 2 이상의 콘택들만큼 쉬프트될 수 있고, 이러한 경우, 상기 CVH 감지 소자 내에서 수직 홀 소자 콘택들보다 적은 수의 수직 홀 소자들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다.
수직 홀 소자 0의 중심이 x-축(20)을 따라 위치하고, 수직 홀 소자 8의 중심이 y-축(22)을 따라 위치한다. 도시된 CVH(12)에서, 32 개의 수직 홀 소자들 및 32 개의 홀 소자 콘택들이 존재한다. 그러나, 상기 CVH는 32 개보다 많거나 적은 수직 홀 소자들 및 32 개보다 많거나 적은 수직 홀 소자 콘택들을 가질 수 있다.
일부 응용예들에서, S극(14a) 및 N극(14b)을 가지는 원형 자석(14)이 CVH(12) 상부에 배치될 수 있다. 원형 자석(14)은 N극(14b)으로부터 S극(14a)을 향하는 방향의 자기장을 생성할 수 있고, 여기서 x-축(20)에 대하여 약 45도 방향을 향하도록 도시되어 있다. 한편, 다른 형태 및 구성을 가지는 다른 자석들이 사용될 수 있다.
일부 응용예들에서, 원형 자석(14)은 회전하는 물체(목표 물체), 예를 들어, 자동차 크랭크축 또는 자동차 캠축에 기계적으로 연결되고, CVH 감지 소자(12)에 대하여 회전할 수 있다. 이러한 구성으로, CVH 감지 소자(12)는 후술되는 전자 회로와 함께 자석(14)의 회전 각도에 관련된 신호를 생성할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 복수의 감지 소자들(30a-30h)(또는, 이와 달리, 센서들)은, 일반적으로, 이들에 한정되지는 않으나, 압력 감지 소자들, 온도 감지 소자들, 광 감지 소자들, 음향 감지 소자들, 및 자기장 감지 소자들을 포함하는 임의의 종류의 감지 소자들일 수 있다. 예를 들어, 상기 자기장 감지 소자들(30a-30h)은 평면 홀 소자들, 수직 홀 소자들, 또는 자기 저항 소자들일 수 있다. 이러한 소자들은 또한 후술될 전자 회로에 연결될 수 있다. 감지 소자들(30a-30h)이 수직 홀 소자들인 실시예들에서, 감지 소자들(30a-30h)에 근접하여 배치된, 도 1의 자석(14)과 동일하거나 유사한 자석이 또한 존재할 수 있다.
감지 소자들(30a-30h)이 원형으로 배치된 것으로 도시되어 있으나, 일 실시예에서, 감지 소자들(30a-30h)은 다른 구성, 예를 들어 선형으로 배치될 수 있다. 감지 소자들(30a-30h)이 자기장 감지 소자들인 경우, 이러한 선형 배치가, 예를 들어 강자성 물체의 라인상의 위치를 검출하도록 이용될 수 있다. 감지 소자들(30a-30h)이 음향 센서들인 경우, 이러한 선형 배치는, 예를 들어 음파의 라인상의 위치를 나타내도록 이용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 그래프(50)는 CVH 감지 소자, 예를 들어 도 1의 CVH 감지 소자(12) 둘레에 위치하는 CVH 수직 홀 소자 위치(n) 단위의 수평축을 가진다. 그래프(50)는 또한 밀리볼트 단위의 크기 단위를 가지는 수직축을 가진다. 상기 수직축은 상기 CVH 감지 소자의 상기 복수의 수직 홀 소자들로부터의 출력 신호 레벨들을 나타낸다.
그래프(50)는, 도 1의 정지되고, 45 도의 방향을 향하는 자기장에서, 상기 CVH의 상기 복수의 수직 홀 소자들로부터 순차적으로 취한 출력 신호 레벨들을 나타내는 신호(52)를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 상술한 바와 같이, 수직 홀 소자 0은 x-축(20)에 중심이 있고, 수직 홀 소자 8은 y-축(22)에 중심이 있다. 예시적인 CVH 감지 소자(12)에서, 32 개의 수직 홀 소자 콘택들 및 상응하는 32 개의 수직 홀 소자들이 존재하고, 각 수직 홀 소자는 복수의 수직 홀 소자 콘택들, 예를 들어 5 개의 콘택들을 가진다.
도 2에서, 최대 양의 신호는 위치 4에 중심이 있는 수직 홀 소자로부터 획득되고, 이는 위치 4의 수직 홀 소자의 상기 수직 홀 소자 콘택들(예를 들어, 5 개의 콘택들)을 구별하는 라인이 도 1의 자기장(16)에 직교하도록 상기 자기장에 대하여 정렬된다. 최대 음의 신호는 위치 20에 중심이 있는 수직 홀 소자로부터 획득되고, 이는 위치 20의 수직 홀 소자의 상기 수직 홀 소자 콘택들(예를 들어, 5 개의 콘택들)을 구별하는 라인이 도 1의 자기장(16)에 직교하도록 상기 자기장에 대하여 정렬된다.
사인파(54)는 신호(52)의 이상적인 형태를 보다 명확하게 나타낸다. 신호(52)는 수직 홀 소자 오프셋에 기인하여 차이를 가질 수 있고, 따라서 각 소자의 오프셋 에러들에 따라 소자 출력 신호들이 사인파(54)에 비교하여 다소 무작위로 너무 높거나 너무 낮을 수 있다. 상기 오프셋 신호 에러들은 원치 않는 것이다. 일 실시예에서, 상기 오프셋 에러들은 각 수직 홀 소자를 "초핑(chopping)"함으로써 감소될 수 있다. 초핑은, 각 수직 홀 소자의 수직 홀 소자 콘택들이 서로 다른 구성들로 구동되고, 각 수직 홀 소자로부터 복수의 출력 신호들을 생성하도록 각 수직 홀 소자의 서로 다른 수직 홀 소자 콘택들로부터 신호들이 수신되는 처리를 의미하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 복수의 신호들은 산술적으로 처리(예를 들어, 합산 또는 평균화)되어 보다 작은 오프셋을 가진 신호가 획득된다.
도 1의 CVH 감지 소자(12)의 전체 동작 및 도 2의 신호(52)의 생성이, 2008년 5월 28일자로 출원되고, PCT공개번호 제WO2008/145662호로 영어로 공개된 상술한 PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호, "Magnetic Field Sensor for Measuring Direction of a Magnetic Field in a Plane"에 개시되어 있다.
PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 각 수직 홀 소자의 콘택 그룹들은 각 수직 홀 소자로부터 초핑된 출력 신호들을 생성하도록 다중화된(multiplexed) 또는 초핑된 구성으로 이용될 수 있다. 그 후, 또는 병렬적으로(즉, 동시에), 인접한 수직 홀 소자 콘택들의 새로운 그룹(즉, 새로운 수직 홀 소자)이 선택될 수 있고, 이는 상기 이전 그룹으로부터 하나 이상의 소자들에 의해 상쇄(offset)될 수 있다. 상기 새로운 그룹은 상기 다음 그룹으로부터 다른 초핑된 출력 신호를 생성하도록 상기 다중화된 또는 초핑된 구성으로 이용될 수 있다.
신호(52)의 각 단계는 수직 홀 소자 콘택들의 하나의 각 그룹으로부터, 즉 하나의 각 수직 홀 소자로부터의 초핑된 출력 신호를 나타낸다. 그러나, 다른 실시예에서, 초핑이 수행되지 않고, 신호(52)의 각 단계는 수직 홀 소자 콘택들의 하나의 각 그룹으로부터, 즉 하나의 각 수직 홀 소자로부터의 비초핑된 출력 신호를 나타낸다. 따라서, 그래프(52)는 상술한 수직 홀 소자들의 그룹화 및 초핑을 사용하거나 또는 사용하지 않는 CVH 출력 신호를 나타낸다.
상술한 PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호의 기술들을 이용하여, 도 1의 CVH 감지 소자(12)에 대하여 자기장(16)이 향하는 방향을 확인하도록 신호(52)의 위상(예를 들어, 신호(54)의 위상)이 확인되고 이용될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 자기장 센서(60)는 하나 이상의 자기장 감지 소자 신호들(62a)을 생성하는 CVH 감지 소자(62)를 포함한다. 전처리 회로(64)는 하나 이상의 자기장 감지 소자 신호들(62a)을 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(66a)를 수신하도록 연결되며, 인덱스 값 신호(66a)의 함수인 전처리 신호(64a)(또한, 여기서 신호 E(k)로 불림)를 생성한다. 후처리 회로(66)는 전처리 신호(64a)를 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(66a)에 상응하면서, 또한 CVH 감지 소자(62)가 배치된 x-y 평면에서 검출되는 자기장이 향하는 방향(또는 각도)을 나타내는 x-y 각도 신호에 상응하는 후처리 신호(66a)를 생성한다.
동작에 있어서, 후술되는 바에 의해 명확하게 될 바와 같이, 정지되고 비회전하는 자기장에 대하여, 회로(60)는, CVH 감지 소자(62)내의 복수의 수직 홀 소자들 모두가 계속하여 스캐닝하지 않고, CVH 감지 소자(62)내의 하나의 수직 홀 소자로부터의 샘플들을 가지는 자기장 감지 소자 신호(62a), 전처리 신호(64a)내의 상응하는 샘플들, 및 인덱스 값 신호(66a)내의 하나의 인덱스 값을 생성할 수 있다. 인덱스 값 신호(66a)의 값은 상기 감지된 자기장이 향하는 방향을 나타낸다. 다만, 인덱스 값 신호(66a)는, 예를 들어 노이즈 또는 상기 후처리 회로에서 이용되는 k를 업데이트하는 방법에 기인하여, 2 이상의 값들 사이를 교대할 수 있다. 도 2의 상기 수직 홀 소자 샘플들 모두를 생성하는 방식에 비하여, 상기 자기장의 각도의 보다 신속한 검출이 가능하다.
동작에 있어서, 회전하는 자기장에 대하여, 회로(60)는, CVH 감지 소자(62)내의 복수의 수직 홀 소자들 모두를 계속하여 스캐닝하지 않고, CVH 감지 소자(62)내의 연속된 수직 홀 소자들로부터의 연속된 샘플들을 가지는 자기장 감지 소자 신호(62a), 전처리 신호(64a)내의 상응하는 샘플들, 및 인덱스 값 신호(66a)내의 연속된 인덱스 값들을 생성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 예시적인 전처리 회로는 도 3의 전처리 회로(64)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 전처리 회로는 제1 주파수를 가지는 클록 신호(80a)를 생성하는 발진기(80)를 포함한다. 분주기(82)는 클록 신호(80a)를 수신하도록 연결되고, 상기 제1 주파수보다 작은 제2 주파수를 가지는 분주된 클록 신호(82a)를 생성한다.
상기 전처리 회로는, 클록 신호(80a)를 수신하도록 연결되고, 스위치 제어 신호들(84a)을 생성하는 스위치 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 스위칭 회로(74)는 스위치 제어 신호들(84a)을 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(92b)를 수신하도록 연결되며, 인덱스 값 신호(92b)의 하나 이상의 인덱스 값들에 따라 처리를 위하여 CVH 감지 소자(72)의 수직 홀 소자들(73) 중 상응하는 하나 이상을 선택한다.
일 실시예에서, 인덱스 값 신호(92a)에 대하여 32 개의 가능한 값들이 존재하고, CVH 감지 소자(72)내에 32 개의 수직 홀 소자들이 존재한다. 그러나, 다른 실시예에서, 각각이 32 개보다 많거나 적을 수 있다. 일 실시예에서, 인덱스 값 신호(92a)의 가능한 값들의 수는 수직 홀 소자들의 수보다 적을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전처리 회로는 스위치 제어 신호(84a)를 수신하도록 연결된 다른 스위칭 회로(76)를 더 포함할 수 있다. 스위칭 회로(76)는 CVH 감지 소자(72)내의 상기 수직 홀 소자들의 상술한 초핑을 수행할 수 있다.
기본적으로, 클록 신호(80a)는 초핑을 이용하는 실시예들에 대하여 상기 분주된 클록이 후처리 회로(92)를 구동하는 것보다 높은 주파수 클록으로 스위치 제어 회로(84)를 구동한다. 초핑이 이용되지 않는 경우, 스위칭 회로(76) 및 분주기(82)는 생략될 수 있고, 이 경우, 스위치 제어 회로(84) 및 후처리 회로(92)는 동일한 속도의 동일한 클록 신호로 동작할 수 있다.
상기 전처리 회로는 인덱스 값 신호(92a)에 의해 선택되는 하나 이상의 수직 홀 소자들을 구동하도록 이용되는 구동 소스(78), 예를 들어 두 개의 전류 소스들을 더 포함할 수 있다. 전류 소스들 및 전압 소스들의 조합이 상기 구동 소스에 이용될 수 있고, 단일 홀 소자 또는 다중 홀 소자들을 동시에 구동할 수 있다.
도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 후처리 회로(92)는 스위칭 회로들(74, 76)을 통하여 CVH 감지 소자(72)의 하나 이상의 자기장 감지 소자들로부터의 자기장 감지 소자 신호 샘플들(72a)을 수신하도록 연결되고, 하나 이상의 인덱스 값들을 가지는 인덱스 값 신호(92a)를 생성한다. 상기 후처리 회로는 또한 x-y 각도 신호(108a)를 생성하고, 이는 인덱스 값(108b)과 동일할 수 있으나, 여기서는 명확성을 위하여 별도로 도시되어 있다. 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이 x-y 각도 신호(108a)는 상기 CVH 감지 소자가 배치된 x-y 평면에서의 자기장의 각도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 도 4의 구성요소들과 유사한 구성요소들에는 유사한 참조번호로 표시되어 있고, 전처리 회로는 스위칭 회로들(74, 76)과 후처리 회로(108) 사이에 배치되게 도시된 다른 회로(102)를 포함한다.
회로(102)는, 스위칭 회로들(74, 76)을 통하여 CVH 감지 소자(72)의 복수의 자기장 감지 소자들로부터 자기장 감지 소자 신호 샘플들(112)을 (병렬적으로 또는 순차적으로) 수신하도록 연결되고, 하나 이상의 인덱스 값들을 가지는 인덱스 값 신호(92a)를 생성하는 조합 회로(combining circuit)(104)를 포함한다. 유사한 조합 회로가, 2011년 2월 25일자로 출원된 미국특허출원번호 제13/035,257호, "Circuit and Method for Processing Signals Generated by a Plurality of Sensors"에 도시 및 개시되어 있다.
일 실시예에서, CVH 감지 소자(72)의 상기 복수의 자기장 감지 소자들로부터의 자기장 감지 소자 신호 샘플들(112)은 동시에, 즉 병렬적으로 생성된다. 이러한 구성은, 2011년 2월 25일자로 출원된 미국특허출원번호 제13/035,243호, "Circular Vertical Hall Magnetic Field Sensing Element and Method with a Plurality of Continuous Output Signals"에 도시 및 개시되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, CVH 감지 소자(72)의 상기 복수의 자기장 감지 소자들로부터의 자기장 감지 소자 신호 샘플들(112)은, 예를 들어 PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호에 개시된 바와 같이, 순차적으로 생성된다.
후처리 회로(108)는 조합 회로(104)로부터 전처리 신호(104a)를 수신하도록 연결된다.
또한, 조합 회로(104)는 bn(k) 제어 신호 생성기(106)에 의해 생성되는 bn(k) 제어 신호들(106a)을 수신하도록 연결된다. bn(k) 제어 신호 생성기(106)는 후처리 회로(108)에 의해 생성되는 인덱스 값 신호(108b)를 수신하도록 연결된다.
또한, 후처리 회로(108)는 도 4의 x-y 각도 신호(92a)와 동일하거나 유사할 수 있는 x-y 각도 신호(108a)를 생성한다. x-y 각도 신호(108a) 및 인덱스 값 신호(108b)는 동일한 신호일 수 있으나, 여기서는 명확성을 위하여 별도의 신호들로 도시되어 있다.
회로(102)의 동작이 보다 상세히 후술된다. 다만, 여기서는 조합 회로(104)가 자기장 감지 소자 신호 샘플들(112) 중 복수의 신호 샘플들을 수신하여 전처리 출력 신호(104a)내의 하나(또는 그 이상의) 샘플을 생성하도록 이들을 조합한다는 것만 언급하더라도 충분할 것이다.
도 6을 참조하면, 스위칭 회로는, 인덱스 값 신호(92b)의 값(k)에 응답하여 CVH 감지 소자(72)내의 N 개의 수직 홀 소자들에 의해 생성되는 x0 내지 xN 신호들 중 하나를 선택하도록 이용되는 도 4의 스위칭 회로(74)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 7을 참조하면, 조합 회로(130)는 도 5의 조합 회로(104)와 동일하거나 유사할 수 있다. 조합 회로(130)는, 각각이 도 5의 CVH 출력 신호들(112)(xn = x0 내지 xN-1) 중 하나를 수신하도록 연결된 복수의 스위칭 회로들(136a-136N)을 포함한다. 스위칭 회로들(136a-136N)은 또한, 각각이 도 5의 제어 신호들(106a)(b0(k) 내지 bN-1(k)) 중 하나를 수신하도록 연결된다.
도 7a를 참조하면, 선택적으로, 각각의 샘플 앤 홀드(sample and hold) 회로들(138)은 스위칭 회로들(136a-136N) 앞에 연결될 수 있다. 샘플 앤 홀드 회로들(138)은 도 4의 CVH 출력 신호들(112)이 순차적으로 생성되는 상술한 실시예들에서 이용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 순차적으로 샘플링되어 유지되는 샘플링된 신호들(x'0 내지 x'N-1)이 신호들(x0 내지 xN-1)을 대신하여 스위칭 회로들(136a-136N)에 제공된다.
또한, 도 5의 CVH 출력 신호들(112)이 지속적으로 생성되는 상술한 실시예들에서, 샘플 앤 홀드 회로들(138)이 필요하지 않을 수 있고, 신호들(x0 내지 xN-1)이 동시에 스위칭 회로들(136a-136N)에 제공될 수 있다.
스위칭 회로들(136a-136N)은 각각의 스위칭된 신호들(z0(k) 내지 zN-1(k))(예를 들어, 32 개의 스위칭된 신호들)을 생성한다. 합산 회로(134)는 스위칭된 신호들(z0(k) 내지 zN-1(k))을 수신하도록 연결되고, 도 5의 전처리 신호(104a)와 동일하거나 유사할 수 있는 조합된 신호(134a)를 생성한다.
동작에 있어서, 임의의 특정한 시간에서, 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k)) 중 일부는 하이 상태에 있고, 나머지들은 로우 상태에 있다. 스위칭 회로들(136a-136N)이 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))의 각각의 상태들에 응답함으로써, CVH 출력 신호들(x0 내지 xN-1) 각각은, 각각의 제어 신호의 하나의 특정한 상태에 응답하여 각각의 스위칭 회로를 지날 때 반전되고, 상기 제어 신호의 다른 상태에 응답하여 반전되지 않는다. 이에 따라, 출력 신호들(z0(k) 내지 zN-1(k))이 생성되고, 이들은 도시된 바와 같이 차동 신호들이거나, 싱글엔드(single ended) 신호들일 수 있다.
조합된 신호(134a)(E(k))가 기본적으로 신호들의 합, 즉 반전된 일부의 CVH 출력 신호들(x0 내지 xN-1)과 반전되지 않은 일부의 CVH 출력 신호들(x0 내지 xN-1)의 합인 것을 이해할 수 있을 것이다.
동작에 있어서, 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))은 종종 상태를 변경한다. 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))의 변경은 도 8을 참조하여 보다 상세히 후술될 것이다.
도 8을 참조하면, 그래프들(152-158) 각각은 CVH 감지 소자 둘레의 수직 홀 소자 위치의 단위를 가지는 수평축, 및 도 7의 bn 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k)) 및 도 5의 bn 제어 신호들(106a)의 이진 상태(1(예를 들어, 하이) 또는 0(예를 들어, 로우)의 단위를 가지는 수직축을 가진다.
상술한 바와 같이, 수평축들에 의해 표시된 상기 홀 소자 위치들, 즉 N 개의 위치들은 하나의 수직 홀 소자(즉, 하나의 수직 홀 소자 콘택)의 단계들을 가지거나, 2 이상의 수직 홀 소자들(즉, 2 이상의 수직 홀 소자 콘택들)의 단계들을 가질 수 있다. 게다가, 상기 위치들은 초핑된 구성에서 사용될 때 홀 소자들의 각각의 그룹들의 위치들을 나타낼 수 있다.
상기 그래프들 각각은 서로 다른 시점에서의 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))을 나타낸다. 예를 들어, 그래프(152)는, 인덱스 변수(k)의 제1 시점(또는 증가(increment) 0)에서 b0(0) 내지 bN/2-1(0)의 제어 신호들이 로우이고, bN/2(0) 내지 bN-1(0)의 제어 신호들이 하이인 것을 나타낸다.
아래에 기입된 인덱스는 상기 CVH 감지 소자 둘레의 상기 수직 홀 소자(또는 수직 홀 소자 콘택들의 그룹)의 위치(n)를 나태내고, 이들은 0에서 N-1까지 N 개가 존재한다. 인덱스(k)는 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))의 변화와 연결된 시간 증가를 나타낸다.
인덱스(k)의 0번째 증가에서, 제어 신호(b0(0))는 로우이고, k = 0으로 표현되는 특정한 시점에서 도 7의 스위칭 회로(136a)에 의해 수신되는 제어 신호이다. 이러한 로우 제어 신호(b0(0))는 스위칭 회로(136a)가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 z0(0) = x0(0)이다. N/2의 수직 홀 소자 위치에서, 제어 신호(bN/2(0))는 하이이고, 이는 도 7의 스위칭 회로들 중 상응하는 하나가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 zN/2(0) = -xN/2(0)이다. 마지막 수직 홀 소자 위치, N-1에서, 상응하는 제어 신호(bN-1(0))는 하이이고, 이는 또한 도 7의 스위칭 회로(136N)가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 zN-1(0) = -xN-1(0)이다.
그래프들(154-158)은, 시간 인덱스(k)의 각 증가에서 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))이 하나의 수직 홀 소자 위치만큼(즉, 하나의 수직 홀 소자 콘택만큼) 쉬프트되는 특정한 하나의 실시예를 나타낸다. 따라서, 그래프(154)를 참조하면, 인덱스(k)의 상기 1번째 증가에서, 도 7의 스위칭 회로(136a)에 의해 수신되는 제어 신호(b0(1))는 이제 하이이다. 하이 제어 신호(b0(1))는 스위칭 회로(136a)가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 z0(1) = -x0(1)이다. N/2의 수직 홀 소자 위치에서, 제어 신호(bN/2(1))는 이제 로우이고, 이는 도 7의 스위칭 회로들 중 상응하는 하나가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 zN/2(1) = xN/2(1)이다. 마지막 수직 홀 소자 위치, N-1에서, 상응하는 제어 신호(bN-1(1))는 여전히 하이이고, 이는 도 7의 스위칭 회로(136N)가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 zN-1(1) = -xN-1(1)이다.
이와 유사하게, 그래프(156)를 참조하면, 인덱스(k)의 N/2 증가에서, 제어 신호(b0(N/2))는 하이이고, 이는 도 7의 스위칭 회로(136a)에 의해 수신되는 제어 신호이다. 하이 제어 신호(b0(N/2))는 스위칭 회로(136a)가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 z0(N/2) = -x0(N/2)이다. N/2의 수직 홀 소자 위치에서, 제어 신호(bN/2(N/2))는 로우이고, 이는 도 7의 스위칭 회로들 중 상응하는 하나가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 zN/2(N/2) = xN/2(N/2)이다. 마지막 수직 홀 소자 위치, N-1에서, 상응하는 제어 신호(bN-1(N/2))는 이제 로우이고, 이는 도 7의 스위칭 회로(136N)가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 zN-1(N/2) = -xN-1(N/2)이다.
끝으로, 그래프(158)를 참조하면, 인덱스(k)의 N-1 증가에서, 제어 신호(b0(N-1))는 이제 로우이고, 이는 스위칭 회로(136a)가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 z0(N-1) = x0(N-1)이다. N/2의 수직 홀 소자 위치에서, 제어 신호(bN/2(N-1))는 이제 하이이고, 이는 도 7의 스위칭 회로들 중 상응하는 하나가 반전시키도록 할 수 있고, 이에 따라 zN/2(N-1) = -xN/2(N-1)이다. 마지막 수직 홀 소자 위치, N-1에서, 상응하는 제어 신호(bN-1(N-1))는 로우이고, 이는 도 7의 스위칭 회로(136N)가 반전시키지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 zN-1(N-1) = -xN-1(N-1)이다.
인덱스(k)의 임의의 증가에서 제어 신호들(b0(k) 내지 bN-1(k))의 절반이 하이이고 나머지가 로우인 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서, 다른 비율의 하이 및 로우 제어 신호들이 이용될 수 있다. 이는 절반의 비율에서 하나의 제어 신호만이 하나의 상태이고, 다른 제어 신호들 모두가 다른 상태인 비율까지를 모두 포함할 수 있다. 다만, 최적의 신호대 잡음비는 상기 비율이 절반일 때 획득될 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, 구문 "대략적으로 절반(approximately half)"는 약 40 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 범위를 의미한다.
도 9를 참조하면, 그래프(200)는 CVH 소자 위치(n)의 단위를 가지는 수평축을 가진다. 그래프(200)는 또한 밀리볼트의 크기 단위를 가지는 수직축을 가진다. 수직 스케일은 4의 k 인덱스 값에 대하여 스위칭된 소자 신호들(z0(k) 내지 zN-1(k))(예를 들어, 도 7 참조)의 크기를 나타낸다. 밀리볼트 단위의 전압 단위가 도시되어 있으나, 사용되는 회로의 종류에 따라 상기 크기는 전압 단위이거나 전류 단위일 수 있다. 상기 4의 k 인덱스 값은 상기 bn 제어 신호들의 특정한 쉬프트를 나타낸다(예를 들어, 도 8 참조).
단지 참고를 위하여, 사인파(204)가 도시되어 있고, 이는 도 2의 사인파(54)와 유사하다.
신호(206)는 상기 CVH 감지 소자 내의 32 개의 수직 홀 소자 위치들 각각으로부터의 스위칭된 소자 신호들(예를 들어, z0(4) 내지 zN-1(4))을 나타내고, 이러한 신호들은, 예를 들어 도 7의 합산 회로(134)에 의해 조합되기 전의 신호들을 나타낸다. 신호(206)를 도 2의 신호(52)와 비교하면, CVH 소자 위치 4에서부터 CVH 소자 위치 19까지, 신호(206)가 신호(52)와 동일한 반면, CVH 소자 위치들 20 내지 31 및 위치들 0 내지 3에서, 신호(206)가 신호(52)로부터 반전된 것을 이해할 수 있을 것이다. 천이들(transitions)(206a, 206b)이 명확하게 도시되어 있다.
신호(206)의 모든 크기들(단계들)이, 예를 들어 도 7의 합산 회로(134)에 의해 합산되면, 이러한 합은 0에 근접하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 9a를 참조하면, 그래프(220)는 CVH 소자 위치(n)의 단위를 가지는 수평축을 가진다. 그래프(220)는 또한 밀리볼트의 크기 단위를 가지는 수직축을 가진다. 수직 스케일은 28의 k 인덱스 값에 대하여 스위칭된 소자 신호들(z0(k) 내지 zN-1(k))(예를 들어, 도 7 참조)의 크기를 나타낸다. 상기 28의 k 인덱스 값은 상기 bn 제어 신호들의 특정한 쉬프트를 나타낸다(예를 들어, 도 8 참조).
단지 참고를 위하여, 사인파(224)가 도시되어 있고, 이는 도 2의 사인파(54)와 유사하다.
신호(222)는 상기 CVH 감지 소자 내의 32 개의 수직 홀 소자 위치들 각각으로부터의 스위칭된 소자 신호들(예를 들어, z0(28) 내지 zN-1(28))을 나타내고, 이러한 신호들은, 예를 들어 도 7의 합산 회로(134)에 의해 조합되기 전의 신호들을 나타낸다. 신호(222)를 도 2의 신호(52)와 비교하면, CVH 소자 위치 28에서부터 CVH 소자 위치 31까지, 신호(222)가 신호(52)와 동일한 반면, CVH 소자 위치들 12 내지 27에서, 신호(222)가 신호(52)로부터 반전된 것을 이해할 수 있을 것이다.
신호(222)의 모든 크기들(단계들)이, 예를 들어 도 7의 합산 회로(134)에 의해 합산되면, 이러한 합은 최대값에 근접하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 10을 참조하면, 그래프(240)는 인덱스 값(k)의 단위를 가지는 수평축을 가진다. 그래프(240)는 또한 밀리볼트의 크기 단위를 가지는 수직축을 가진다. 신호(242)는, 상기 b(n) 제어 신호들의 모든 N 개의 가능한 쉬프트들에 대하여, 합산된 신호, 예를 들어 도 5의 전처리 신호(104a) 또는 도 7의 조합된 신호(134a)를 나타낸다.
단지 참고를 위하여, 사인파(244)가 도시되어 있다.
신호(242)를 도 9 및 도 9a의 신호들(206, 222)과 비교하면, 인덱스 값(k)이 4(예를 들어, 도 9 참조)일 때 신호(242)가 대략 0이고, 인덱스 값(k)이 28(예를 들어, 도 9a 참조)일 때 신호가 대략 최대값임을 알 수 있다.
소자 위치에서 소자 위치까지의 이상적인 사인파로부터의 전압 편차를 발생시키는 도 2, 도 9 및 도 9a의 신호들(52, 206, 222)의 오프셋 에러들이 도 10의 신호(242)에서 크게 감소된 것을 알 수 있다. 이는 도 7의 합산 회로(134)에 의한 합산으로 임의의 무작위적 오프셋 신호들이 평균화되는 것에 기인한다.
도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 도 1의 자기장(16)이 향하는 방향, 즉 45도는 상기 4의 CVH 소자 위치에서의 신호(52)의 최대값에 따라 결정될 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 이와 달리, 도 1의 자기장(16)이 향하는 방향이 신호(242)의 (예를 들어, 4의 인덱스 값(k)에서의) 0 교차(zero crossing)(또는 다른 소정의 값의 교차)에 따라 결정될 수 있다. 두 개의 0 교차들, 즉 k=4 근처에서의 하나 및 k=20 근처에서의 하나가 존재한다. 양의 E(k)에서 음의 E(k)로의 음의 기울기를 가지는 0 교차가 상기 자기장이 향하는 방향에 상응한다. 신호(242)는 신호(52)에 비하여 보다 작은 무작위적 변동(random fluctuation)을 가지고, 따라서 이러한 각도 측정이 보다 정확할 수 있다.
신호(242)의 크기가 도 2의 신호의 크기보다 큰 것으로 도시되어 있다. 신호(242)의 보다 큰 크기는 상기 합산 회로, 예를 들어 도 7의 합산 회로(134)에 의해 신호들이 합산된 것에 기인한다. 신호(242)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013103905613-pct00001
여기서,
Figure 112013103905613-pct00002
= CVH 감지 소자의 평면에서의 자기장 각도이고,
k = bn 제어 신호 인덱스이며,
A = 상기 CVH 감지 소자에 사용된 수직 홀 소자 위치들의 전체 수에 관련된 상수이다.
신호(242)의 보다 높은 크기가 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 수식으로부터,
Figure 112013103905613-pct00003
또는
Figure 112013103905613-pct00004
이고, k = 4.5일 때,
Figure 112013103905613-pct00005
이고, 따라서
Figure 112013103905613-pct00006
의 상기 0 교차의 정확한 위치가 위치들 4와 5 사이인 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 상술한 수식으로부터,
Figure 112013103905613-pct00007
또는
Figure 112013103905613-pct00008
이고, k = 28.5일 때,
Figure 112013103905613-pct00009
, 즉
Figure 112013103905613-pct00010
의 최대값이고, 따라서
Figure 112013103905613-pct00011
의 상기 최대값의 정확한 위치가 위치들 28과 29 사이인 것을 알 수 있을 것이다. 또한,
Figure 112013103905613-pct00012
의 첫 번째 0 교차가 생성되는 k의 값으로부터 임의의 각도가 결정될 수 있고, 이는 상기 코사인 함수의 인수(argument)가
Figure 112013103905613-pct00013
또는
Figure 112013103905613-pct00014
일 때이다. 이는 다음의 수식으로부터 결정된다.
Figure 112013103905613-pct00015
신호(242)(즉, 도 5의 전처리 신호(104a))는, 후속하여, 상기 자기장의 상기 각도를 나타내는 소정의 값, 예를 들어 0을 교차하는 신호(242)의 값들 중 하나를 확인하도록, 도 5의 후처리 회로(108)에 의해 처리될 수 있다.
여기에 개시된 회로들 및 방법들이 예시적으로 CVH 감지 소자 내의 수직 홀 소자들로 도시되어 있으나, 상술한 바와 같이, 동일한 기술들이 복수의 임의의 종류의 감지 조자로부터의 신호들을 처리하는 데에 이용될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 상기 회로들 및 방법들은 상기 복수의 감지 소자들로부터의 신호들 중 최대 신호를 확인하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 오프셋 신호 변동의 감소, 및 증폭과 처리 속도의 증가의 동일한 장점이 자기장 센서 감지 소자들뿐만 아니라 임의의 종류의 감지 소자들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 기술들이 음향 신호를 감지하는 데에 이용되는 복수의 음향 감지 소자들에 적용될 수 있다.
임의의 종류의 측정 장치들, 즉 임의의 종류의 감지 소자들 또는 센서들과 관련하여 동일한 이점들이 달성될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 동일한 기술들이, 각각이 자기장 감지 소자 및 연관된 처리 회로를 가지는 복수의 자기장 센서들에 적용될 수 있다.
도 7 및 도 7a를 참조하여 상술한 바와 같이, 여기에 개시된 CVH 감지 소자는 복수의 수직 홀 소자들로부터의 출력 신호들이 순차적으로 제공되는 모드, 또는 복수의 수직 홀 소자들로부터의 출력 신호들이 동시에 또한 연속하여 제공되는 모드에 사용될 수 있다. 순차적 구성은, 여기에 참조로 포함되는 PCT특허출원번호 제PCT/EP2008/056517호에 개시되어 있다. 연속적 구성은, 2011년 2월 25일자로 출원된 미국특허출원번호 제13/035,243호, "Circular Vertical Hall Magnetic Field Sensing Element and Method With a Plurality of Continuous Output Signals"에 개시되어 있다.
도 11을 참조하면, 회로(260)는 후처리 회로(262b)에 연결된 전처리 회로(262a)를 포함한다. 전처리 회로(262a)는 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 상술한 전처리 회로 중 임의의 회로와 동일하거나 유사할 수 있다. 이와 유사하게, 후처리 회로(262b)는 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 상술한 후처리 회로들 중 하나와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 전처리 회로(262a)는 감지 소자 신호들(264)(또는 보다 일반적으로, 측정 소자 신호들(264)), 예를 들어 자기장 감지 소자 신호들을 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(270a)를 수신하도록 연결되며, 전처리 신호(266a)를 생성한다. 후처리 회로(262b)는 전처리 신호(266a)를 수신하도록 연결되며, 인덱스 값 신호(270a)를 생성한다.
전처리 회로(262a) 및 후처리 회로(262b)는 시그마 델타 모듈레이터(sigma delta modulator)와 유사한 구성으로 연결된다. 상기 후처리 회로는, 예를 들어 전처리 신호(266a)를 수신하도록 연결되고 적분된 신호(268a)를 생성하는 아날로그 필터(268)(적분기(integrator))를 포함할 수 있다. 또한, 후처리 회로(262b)는, 적분된 신호(268a)를 수신하도록 연결되고, 전처리 회로(262)에 의해 수신되는 인덱스 값 신호(270a)에 상응하고, 감지된 파라미터의 각도, 예를 들어 자기장의 각도를 나타내는 각도 출력 신호(270a)(즉, x-y 각도 신호)에 상응하는 변환된 신호(270a)를 생성하는 아날로그 디지털 변환기(270)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 인덱스 값 신호(270a)는 M 개의 디지털 비트들을 가진다. 그러나, 다른 실시예에서, 아날로그 디지털 변환기(270)는 간단한 형태의 아날로그 디지털 변환기인 비교기일 수 있다. 이러한 실시예에서, 인덱스 값 신호(270a)가 단지 하나의 디지털 비트를 가짐을 이해할 수 있을 것이다. 아날로그 디지털 변환기(270)로서 비교기가 이용되는 경우, 해상도를 증가시키기 위하여 상기 인덱스 값 신호가 CVH 전단 회로(262a)에 제공되기 전에 상기 결과적인 인덱스 값 신호가 평균화되는 것이 바람직할 것이다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital converter)"는 비교기를 포함하고, 또한 임의의 멀티-비트 아날로그 디지털 변환기를 포함한다.
일 실시예에서, 아날로그 필터(268)는 단일 적분기이고, 이에 따라 회로(260)는 1차 시그마-델타 변환기와 유사할 수 있다. 그러나, 임의의 수의 적분기들이 사용될 수 있고, 이에 따라 회로(260)는 1보다 큰 차수의 시그마-델타 변환기와 유사할 수 있다.
회로(260)의 동작이 도 11 및 도 12를 참조하여 후술된다.
도 12를 참조하면, 그래프(280)는 도 11의 인덱스 값 신호(270a)의 값의 단위를 가지는 수평축을 가지고, 여기서 인덱스 값 신호(270a)는 5 비트 범위(32 개의 값들)를 가지는 것으로 가정된다. 각 인덱스 값이 CVH 감지 소자 내의 수직 홀 소자들 중 하나의 선택에 상응하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그래프(280)는 도 11의 전처리 신호(266a)의 임의의 크기 단위, 예를 들어 밀리볼트 단위를 가지는 수직축을 가진다. 그래프(280)는 예로서 데이터 포인트(282)를 포함하는 데이터 포인트들을 포함한다. 사인 곡선(284)은 상기 데이터 포인트들의 이상적인 형태를 나타내도록 도시되어 있다. 도 12에서는 오프셋 전압들이 도시되어 있지 않다.
후술될 바와 같이, 정지된 자기장에 대하여, 도 11의 회로(260)는 순차적으로 또는 동시에 도 12에 도시된 상기 데이터 포인트들의 모두를 생성하지는 않는다. 즉, 회로(260)는 순차적으로 또는 동시에 상기 CVH 감지 소자 내의 수직 홀 소자들 모두를 선택하지는 않는다. 오히려, 정지된 자기장에 대하여, 회로(260)는 단지 상기 데이터 포인트들 중 하나, 즉 전처리 출력 신호(266a)의 하나의 값, 즉 상기 CVH 감지 소자 내의 하나의 선택된 수직 홀 소자(또는, 도 5, 및 도 7-10을 참조하여, 상기 CVH 감지 소자 내의 홀 효과 소자들의 하나의 부분 반전 및 합산)를 탐색하고, 상기 하나의 데이터 포인트는 회로(260)에 의해 감지된 상기 자기장의 방향을 나타낸다. 이는 아래의 예로서 후술될 것이다.
상기 데이터 포인트들을 참조하면, 수직 홀 소자 번호 12 및 번호 28(또는, 도 5, 및 도 7-10을 참조하여, 인덱스 값들 12 및 18을 가지는 부분 반전들 및 합산들)이 자기장에 가장 민감함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 수직 홀 소자들 12 및 28, 더 정확히 말하면 수직 홀 소자들 12 및 28의 수직 홀 소자 콘택들을 구별하는 라인들이 상기 감지된 자기장에 거의 직교한다. 이와 유사하게, 수직 홀 소자들 4 및 20은 상기 자기장에 거의 평행하고, 거의 0의 출력을 생성한다. 다시 말해서, 상기 감지된 자기장이 향하는 방향은 자기장 감지 소자 번호 0에 대하여 45 도의 각도를 가진다.
상기 회로, 예를 들어 도 11의 회로(260)는 초핑을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 도 12의 데이터 포인트들은 초핑을 나타내거나 나타내지 않을 수 있다.
도 12의 데이터 포인트들의 0 교차들은 상기 인덱스 값 신호, 즉 인덱스 값들(k)에 대하여 획득될 수 있는 두 개의 평균값들, 즉 정지된 자기장이 45 도를 향하는 예에 대하여 회로(260)에 의해 획득될 수 있는 4.5 및 20.5가 존재함을 나타낸다. 따라서, 회로(260)는, 임의의 정지된 자기장에 대하여 상기 자기장이 향하는 방향에 대하여 하나만이 정확한, 즉 모호한 결과들을 제공할 수 있다. 그러나, 후술되는 바로부터, 회로(260)가 4.5의 인덱스 값을 향하여 수렴하고, 20.5의 인덱스 값으로부터 발산하도록 동작하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 모호성을 설명하기 위하여, 시간 t=0에서의 도 11의 적분된 신호(268a)가, 아날로그 디지털 변환기(270)로부터의 출력 신호, 즉 인덱스 값 신호(270a)의 인덱스 값이 도 12의 데이터 포인트 "a"에 상응하는 18과 같도록 하는 신호인 것으로 가정한다. 18의 인덱스 값에서, 도 11의 전처리 출력 신호(266a)는 음이다. 따라서, 도 11의 적분된 신호(268a)는 보다 음으로 향할 수 있고, 즉 도 11의 인덱스 값 신호(270a)의 인덱스 값을 감소시킬 수 있고, 전처리 출력 신호(266a) 및 도 12에 도시된 연관된 데이터 포인트들을 감소시킬 수 있다. 따라서, 인덱스 값 신호(270a)의 값이 포인트 "a"로부터 포인트 "b"를 향하여 이동하고, 결국에는 포인트들 "e" 및 "f" 사이에서 토글하면서 고정될 수 있다. 상기 회로가 데이터 포인트 "d"에 도달하면, 이는 다시 "e" 및 "f" 사이에서 토글하는 경향이 있다.
상술한 예는 수렴하지만, 인덱스 값 신호(270a)의 동일한 최종 값으로의 수렴이 모든 시작 포인트로부터 발생하는 것은 아니다. 이는 도 13을 참조하여 도시 및 설명된다.
정지된 자기장들에 대하여 상술되었으나, 회전하는 자기장에 대하여, 상기 데이터 포인트들이 놓인 상기 사인 곡선의 위상이 회전할 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이에 따라, 도 11의 회로(260)는 상기 데이터 포인트들의 0 교차(또는 임의의 원하는 소정의 값의 교차)를 나타내는 인덱스 값 신호(270a)의 새로운 값들을 찾는 것을 계속하여 시도할 것이다. 따라서, 회전하는 자기장에 대하여, 인덱스 값 신호(270a)는, 각각이 상기 데이터 포인트가 생성된 시점에서의 상기 자기장의 각도를 나타내는 새로운 값들을 계속하여 획득할 것이다.
도 13을 참조하면, 상술한 예에서, 다만 새로운 포인트 "a"=22에서 시작하는 경우, 상기 새로운 포인트 "a"에서 전처리 출력 신호(266a)는 양이다. 따라서, 도 11의 적분 신호(268a)는 더욱 양으로 향할 수 있다. 그러므로, 인덱스 값 신호(270a) 및 연관된 전처리 신호(266a)는 데이터 포인트들 "b" 및 "c"를 통하여 위로 이동할 것이고, 결국, 데이터 포인트 "d"에 고착(stuck)될 것이나, 이 데이터 포인트는 상기 자기장이 향하는 방향을 나타내지 않는다.
따라서, 도 11의 회로(260)가 일부 응용들에서 적절할 것이나, 일반적으로, 360 도로 회전하는 자기장의 회전을 감지하도록 CVH 감지 소자가 사용될 때, 다른 처리 회로들, 예를 들어 도 14 및 도 15를 참조하여 도시 및 후술될 회로들 및 기술들이 이용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 회로(320)는 후처리 회로(322b)에 연결된 전처리 회로(322a)를 포함한다. 전처리 회로(322a)는 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 상술한 전처리 회로들 중 임의의 것과 동일 또는 유사할 수 있다. 이와 유사하게, 후처리 회로(322b)는 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 상술한 후처리 회로들 중 하나와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 11의 후처리 회로(262b)와 달리, 후처리 회로(322b)는 상기 입력 자기장을 나타내지 않는 값에 고착(stuck)되지 않는다.
전처리 회로(322a) 및 후처리 회로(322b)는 시그마 델타 모듈레이터와 유사한 구성으로 연결된다. 상기 후처리 회로는, 예를 들어 전처리 신호(326a)를 수신하도록 연결되고 적분된 신호(328a)를 생성하는 아날로그 필터(328)(적분기, 여기서 스위치드 커패시터 적분기(switched capacitor integrator)로 도시됨)를 포함할 수 있다. 또한, 후처리 회로(262b)는, 적분된 신호(328a)를 수신하도록 연결되고, 변환된 신호(332a)를 생성하는 아날로그 디지털 변환기(332)를 더 포함할 수 있다.
도 11의 후처리 회로(262b)와 달리, 후처리 회로(322b)는, 변환된 신호(332a)를 수신하도록 연결되고, 전처리 회로(322a)에 의해 수신되는 인덱스 값 신호(334a)에 상응하고, 감지된 파라미터의 각도, 예를 들어 자기장의 각도를 나타낼 수 있는 각도 출력 신호(334a)(즉, x-y 각도 신호)에 상응하는 모듈로(modulo) 신호를 생성하는 모듈로 회로(334)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 회로(320)는, 인덱스 값 신호(334a)를 수신하도록 연결되고, 필터링된 출력 신호(336a)를 생성하는 다른 필터 회로, 예를 들어 데시메이션(decimation) 필터 회로(336)를 더 포함할 수 있다. 필터(336)는 CVH 감지 소자의 본래 특성에 의해 결정되는 인덱스 값(k)에 대한 선택의 수보다 큰 해상도를 제공하도록 출력들을 평균화하는 데에 이용될 수 있다. 출력 샘플들이 일반적으로 인덱스 값(k)에 대한 업데이트 속도만큼 빠를 필요가 없기 때문에 데시메이션 필터가 바람직할 수 있고, 필터(336)는 데시메이션 필터일 때 매우 간단해질 수 있다.
모듈로 회로(334)는 또한 소위 "초과 범위 신호(over-range signal)"(334b)를 생성할 수 있다. 또한 스위치드 커패시터들로 형성될 수 있는 가산기 회로(336)는 초과 범위 신호(334)를 수신하도록 연결될 수 있고, 스위치드 커패시터 필터 회로(328)로 합산되는 계단 신호(step signal)(322)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 인덱스 값 신호(334a)는 (도 1의 인덱스 값 신호(270a)의 M 개의 비트들과 비교하여) M+1 개의 비트들을 가진다.
아날로그 디지털 변환기(332)의 범위는 도 11의 아날로그 디지털 변환기(270)의 범위보다 커서, 아날로그 디지털 변환기(332)는, 포화(saturating) 없이, 도 11의 정상 범위를 벗어나는 입력도 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 디지털 변환기(332)의 범위는 도 11의 아날로그 디지털 변환기(270)의 범위보다 하나의 비트만큼 클 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 아날로그 디지털 변환기(332)의 범위는 도 11의 아날로그 디지털 변환기(270)의 범위보다 하나의 비트보다 작은 크기만큼, 또는 하나의 비트보다 큰 크기만큼 클 수 있다.
일 실시예에서, 아날로그 필터(328)는 단일 적분기를 포함하고, 이에 따라 회로(320)는 1차 시그마-델타 변환기와 유사할 수 있다. 다만, 임의의 수의 적분기들이 사용될 수 있고, 이에 따라, 회로(320)는 1 차보다 큰 차수의 시그마-델타 변환기와 유사할 수 있다.
상기 모듈로 회로의 동작은 아래의 [표 1]로부터 이해될 수 있다.
변환된 신호(332a)의 범위(Z) 인덱스 값 신호(334a)의 값(k) 초과 범위 신호(334b)의 효과
Z < 0 k = Z + 32 적분된 신호(328a)에 Vref를 가산
0 <= Z < 32 k = Z 없음
Z >= 32 k = Z - 32 적분된 신호(328a)로부터 Vref를 감산
필터링된 신호(328a)로부터 Vref를 가산 또는 감산하는 것은 인덱스 값 신호(334a)의 결과값(k)을 변경하지 않으나, 상기 가산 또는 감산은 적분된 신호(328a)가 한계 없이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
회로(320)의 전체적인 동작이 도 15를 참조하여 후술된다.
도 15를 참조하면, 그래프(350)는 도 14의 인덱스 값 신호(334a)의 값의 단위를 가지는 수평축을 가지고, 여기서 인덱스 값 신호(334a)는 5 비트 범위(32 개의 값들)를 가지는 것으로 가정된다. 인덱스 값이 CVH 감지 소자 내의 수직 홀 소자들 중 하나의 선택(또는, 도 5 및 도 7-10에 따라, 상기 CVH 감지 소자 내의 홀 효과 소자들의 하나의 부분 반전 및 합산)에 상응하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그래프(350)는 도 14의 전처리 신호(326a)의 임의의 크기 단위, 예를 들어 밀리볼트 단위를 가지는 수직축을 가진다. 그래프(350)는 예로서 데이터 포인트(352)를 포함하는 데이터 포인트들을 포함한다. 사인 곡선(354)은 상기 데이터 포인트들의 이상적인 형태를 나타내도록 도시되어 있다. 도 15에서는 오프셋 전압들이 도시되어 있지 않다.
도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 전처리 회로(322a)는 감지 신호들(324), 예를 들어 자기장 감지 소자 신호들을 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(334a)를 수신하도록 연결되며, 전처리 신호(326a)를 생성한다. 후처리 회로(322b)는 전처리 신호(326a)를 수신하도록 연결되고, 인덱스 값 신호(334a)를 생성한다.
상술한 또한 후술될 바로부터, 도 14의 회로(320)가, 정지된 자기장에 대하여, 순차적으로 또는 동시에 도 15에 도시된 데이터 포인트들 모두를 생성하지는 않고, 즉 회로(320)는 순차적으로 또는 동시에 상기 CVH 감지 소자 내의 모든 수직 홀 소자들을 선택하지 않는다. 오히려, 정지된 자기장에 대하여, 회로(320)는 상기 데이터 포인트들 중 단지 하나, 즉 전처리 출력 신호(326a) 중 하나의 값, 즉 상기 CVH 감지 소자 내의 하나의 선택된 수직 홀 소자를 탐색하고, 상기 하나의 데이터 포인트는 회로(320)에 의해 감지된 상기 자기장의 방향을 나타낸다. 이는 아래의 예로 후술된다.
상기 데이터 포인트들을 참조하면, 도 12 및 도 13의 그래프들에서와 유사하게, 수직 홀 소자 번호 12 및 번호 28(또는, 도 5, 및 도 7-10에 따라, 인덱스 값들 12 및 18을 가지는 부분 반전들 및 합산들)이 자기장에 가장 민감한 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 수직 홀 소자들 12 및 28이, 즉 더 정확히 말하면, 수직 홀 소자들 12 및 28의 수직 홀 소자 콘택들을 구별하는 라인들이 상기 감지된 상기 감지된 자기장에 거의 직교한다. 이와 유사하게, 수직 홀 소자들 4 및 20은 상기 자기장에 거의 평행하고, 거의 0의 출력을 생성한다. 다시 말해서, 상기 감지된 자기장이 향하는 방향은 자기장 감지 소자 번호 0에 대하여 45 도의 각도를 가진다.
상기 회로, 예를 들어 도 14의 회로(320)는 초핑을 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 도 15의 상기 데이터 포인트들은 초핑을 나타내거나, 나타내지 않을 수 있다.
도 15의 상기 데이터 포인트들은 상기 인덱스 값 신호에 대하여 하나의 평균값이 있음, 즉 상기 정지된 자기장이 275도를 향하는 예에 대하여 회로(320)에 의해 획득되는 인덱스 값(k), 4.5(즉, k=4와 k=5의 포인트들 사이에서 토글링함)가 있음을 나타낸다. 따라서, 회로(320)는 임의의 정지된 자기장에 대하여 상기 자기장이 향하는 방향에 대한 모호하지 않은 결과를 제공할 수 있고, 도 13을 참조하여 상술한 바와 같이 잘못된 포인트에 "고착(stuck)"되지 않는다.
상술한 향상된 동작을 설명하도록, 시간 t=0에서의 도 15의 적분된 신호(328a)가, 아날로그 디지털 변환기(332a)로부터의 상기 출력 신호가 도 13의 데이터 포인트 "a"와 유사한 도 15의 데이터 포인트 "a"에 상응하는 22가 되도록(즉, 수직 홀 소자 22가 선택됨) 하는 신호인 것으로 가정한다. 포인트 "a"에서, 전처리 출력 신호(326a)는 양이다. 따라서, 도 15의 적분된 신호(328a)는 더욱 양으로 향할 것이다. 그러므로, 변환된 신호(332a)는 데이터 포인트들 "b", "c"를 통하여 위로 이동할 것이고, 도 12의 데이터 포인트 "d"에 고착되지 않을 것이다. 대신에, [테이블 1]에 따라, 변환된 신호(332a)가 32의 값을 초과함에 따라, 초과 범위 신호(334b)는 필터 회로(328)에서 감산이 수행되도록 하여, 상기 데이터 포인트들이 "c"로부터 새로운 데이터 포인트 "d"로 점프하도록 할 것이다. 포인트 "d"에 위치하면, 상기 회로는 도 12를 참조하여 상술한 바와 같이 동작하고, 회로(320)는 포인트들 "e"와 "f" 사이의 토글 포인트를 탐색할 것이다.
도 16을 참조하면, 그래프(370)는 도 14의 인덱스 값 신호(334a)의 샘플의 수에 상응하는 샘플 수 단위의 수평축을 포함한다. 또한, 그래프(370)는 회전 위치(k), 즉 인덱스 값 신호(334a)의 상기 수렴된 인덱스 값의 단위의 수직축을 포함한다.
또한, 그래프(370)는 도 14의 인덱스 값 신호(334a)를 나타내는 신호(372)를 포함하고, 이는 일반적으로 후술되는 이유에 의해 4 와 5 사이의 값들 사이에서 토글링한다.
또한, 그래프(370)는 도 14의 필터링된 출력 신호(336a)를 나타내는 신호(374)를 포함하고, 이는 4.5의 값에 또는 근처에, 즉 인덱스 값 신호(372)에서 숫자 4의 발생 횟수와 숫자 5의 발생 횟수에 따른 정확한 값에 고정된다. 따라서, 도 14의 신호(336a)가, 예를 들어 데시메이션 필터(336a)와 같은 데시메이션 필터의 동작에 기인하여 인덱스 값 신호(334a)보다 작은 변동을 가지는 평탄화된 신호일 수 있다.
도 17을 참조하면, 회로(390)는 x-축 자기장 센서(392)로부터 파생되는 x 채널 및 y-축 자기장 센서(402)로부터 파생되는 y 채널을 포함한다.
x-축 자기장 센서(392)는 자기장의 x 방향의 성분에 응답하여 자기장 신호(392a)를 생성한다. y-축 자기장 센서(402)는 상기 자기장의 상기 x 방향에 직교하는 y 방향의 성분에 응답하여 자기장 신호(302a)를 생성한다.
상기 x 채널은 자기장 신호(392a)를 수신하도록 연결되고 증폭된 신호(394a)를 생성하는 증폭기(394)를 포함한다. 또한, 상기 x 채널은 증폭된 신호(394a)를 수신하도록 연결되고 필터링된 신호(396a)를 생성하는 필터 회로(396)를 더 포함한다. 또한, 상기 x 채널은 필터링된 신호(396a)를 수신하도록 연결되고 임의의 수의 비트들을 가지는 디지털 신호인 변환된 신호(398a)를 생성하는 아날로그 디지털 변환기(398)를 더 포함한다.
이와 유사하게, 상기 y 채널은 자기장 신호(402a)를 수신하도록 연결되고 증폭된 신호(404a)를 생성하는 증폭기(404)를 포함한다. 또한, 상기 y 채널은 증폭된 신호(404a)를 수신하도록 연결되고 필터링된 신호(406a)를 생성하는 필터 회로(406)를 더 포함한다. 또한, 상기 y 채널은 필터링된 신호(406a)를 수신하도록 연결되고 임의의 수의 비트들을 가지는 디지털 신호인 변환된 신호(408a)를 생성하는 아날로그 디지털 변환기(408)를 더 포함한다.
아크탄젠트(arctangent) 회로(400)는 두 개의 변환된 신호들(398a, 408a)을 수신하도록 연결되고, x 센서(392) 및 y 센서(402)가 각각 감지하는 상기 x-y 평면에서의 상기 자기장이 향하는 방향을 나타내는 출력 신호(404a)로서 상기 두 개의 변환된 신호들의 아크탄젠트(arctangent)를 생성한다.
그래프(410)는 변환된 신호(398a)를 나타내는 벡터를 가진다. 그래프(412)는 변환된 신호(408a)를 나타내는 벡터를 가진다. 그래프(414)는 변환된 신호들(398a, 408a)의 상기 아크탄젠트를 나타내는 벡터를 가진다.
도 18을 참조하면, 다른 회로(420)는 x-축 자기장 센서(424)로부터 파생되는 x 채널 및 y-축 자기장 센서(428)로부터 파생되는 y 채널을 포함한다.
x-축 자기장 센서(424)는 자기장의 x 방향의 성분에 응답하여 자기장 신호(424a)를 생성한다. y-축 자기장 센서(428)는 상기 자기장의 상기 x 방향에 직교하는 y 방향의 성분에 응답하여 자기장 신호(428a)를 생성한다.
회로(420)는 스위치들(426, 430)을 가지는 스위칭 회로를 포함한다. 상기 스위칭 회로는 자기장 신호(424a) 및 자기장 신호(428a)의 반전된 신호를 수신하도록 연결된다. 스위치들(426, 430)이 교대로 동작하여, 도 3의 전처리 신호(64a)와 유사한 신호(432)가 생성될 수 있다. 스위치들(426, 430)이 도 3의 전처리 회로(64)와 유사하고, 또한 도 6의 스위칭 회로와 유사한 것을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 회로(420)는 신호(432)를 수신하도록 연결되고 적분된 신호(434a)를 생성하는 필터 회로(434)를 더 포함한다. 비교기(436)는 적분된 신호(434a)를 수신하도록 연결되고, 비교 신호(438)를 생성한다. 스위치들(426, 430)은 비교 신호(438)를 수신하도록 연결된다. 비교 신호(438)는 도 3의 인덱스 값 신호(66a)와 유사하거나, 도 4의 인덱스 값 신호(92b)와 유사하다.
회로부(422)가 도 11의 회로부(262)와 유사한 것을 알 수 있을 것이다. 0 카운트 회로(438) 및 1 카운트 회로(442)가 비교 신호(438)를 수신하도록 연결된다. 상기 0 카운트 회로(440)는 소정의 시간 구간에서 비교 신호(438) 내의 0들의 횟수를 나타내는 신호(440a)를 생성한다. 이와 유사하게, 상기 1 카운트 회로(442)는 상기 소정의 시간 구간에서 비교 신호(438) 내의 1들의 횟수를 나타내는 신호(442a)를 생성한다.
아크탄젠트 회로(446)는 신호들(440a, 442a)을 수신하도록 연결되고, x 센서(424) 및 y 센서(428)가 각각 감지하는 상기 x-y 평면에서의 상기 자기장이 향하는 방향을 나타내는 출력 신호(446a)로서 상기 두 개의 신호들의 아크탄젠트를 생성한다.
회로(420)가 신호(438)로부터 값들을 선택하도록 동작함으로써, 시간이 지남에 따라, 신호(432)의 평균이 0이 되는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 1의 횟수에 의해 나눠진 상기 0의 횟수의 상기 아크탄젠트는 상기 입력 각도를 나타내고, 이러한 각도는 0도와 90도 사이에 위치한다. 다른 스위칭 구성들 및 다른 유사한 회로들이 90도에서 360도의 각도들을 분석하도록 사용될 수 있다.
그래프(448)는 신호(440a)의 값을 나타내는 벡터를 가진다. 그래프(450)는 신호(442a)의 값을 나타내는 벡터를 가진다. 그래프(452)는 신호들(440a, 442a)의 상기 아크탄젠트를 나타내는 벡터를 가진다.
도 17 및 도 18의 회로들(390, 420) 각각이, 지표면에 접하는(tangent) 평면에서, 또는 임의의 다른 평면에서, 지구 자기장의 방향을 나타내는 데에 사용되는 콤파스(compass) 회로들을 제공할 수 있다.
도 18의 회로(420)는 도 17의 회로(390)에 비하여 장점을 가진다. 즉, 도 17의 회로(390)는 두 개의 신호 경로들을 가지고, 이들은 정확성을 위하여 게인 및 위상이 매칭되어야 하므로, 보다 복잡한 회로를 가진다. 반면에, 도 18의 회로(420)는 공유되는 신호 경로를 가짐으로써, 상기 x 및 y 센서들의 측정에서의 발생 가능한 미스매치를 제거할 수 있다.
회로들(390, 420)이 자기장 감지 소자들을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 회로들(390, 420)은 임의의 종류의 감지 소자들과 함께, 또는 지향성(directional) 응답들을 가지는 임의의 종류의 측정 장치들과 함께 사용될 수 있다. 시그마-델타 변환기와 유사한 것으로 기재된 회로 토폴로지(topology)를 사용하는 회로들 및 기술들이 상술되었으나, 도 3-5, 도 11, 도 14, 도 17 및 도 18을 참조하여 상술한 인덱스 값 신호들과 유사한 인덱스 값 신호를 생성할 수 있거나, 상기 인덱스 값 신호를 생성하는 아날로그 디지털 변환기를 가지는 다른 회로 토폴로지들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 상기 디지털 아날로그 변환기는 하나의 비트 출력을 가지는 비교기일 수 있다.
여기에 인용된 모든 문헌들은 이들 전체로서 여기에 참조로 포함된다.
바람직한 실시예들에 대하여 상술하였으나, 이들은 본 특허에 대한 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하도록 기재된 것이고, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 이러한 개념들, 구조들 및 기술들을 포함하는 다른 실시예들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이에 따라, 본 특허의 범위는 상술한 실시예들로 한정되지 않고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역에 의해서만 한정되어야 할 것이다.

Claims (35)

  1. 각각이 감지된 파라미터의 방향의 각도와 관련된 크기를 가지는 복수의 측정 장치 신호들을 생성하는 복수의 측정 장치들;
    상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 복수의 측정 장치들 중 하나 이상의 측정 장치의 선택을 나타내는 인덱스 값을 수신하며, 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들 중 선택된 하나 이상을 나타내는 제1 전처리 출력 신호, 또는 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호들의 선택된 세트의 합을 나타내는 제2 전처리 출력 신호를 생성하는 전처리(preprocessing) 회로; 및
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호의 소정의 값 교차(crossing)를 상기 인덱스 값에 연관짓는 후처리(post processing) 회로를 포함하고,
    상기 소정의 값 교차는 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내고,
    상기 후처리 회로는,
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 인덱스 값에 상응하는 디지털 변환된 신호를 생성하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator)를 더 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 후처리 회로는,
    상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 후처리 회로는,
    상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 최하위 비트에서의 0 및 1의 발생 횟수들에 각각 상응하는 제1 및 제2 카운트 값들을 생성하는 카운트 회로; 및
    상기 제1 카운트 값을 상기 제2 카운트 값에 비교하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 카운트 비교 값을 생성하는 비교 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator), -상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성함-; 및
    상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하며, 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하는 모듈로 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 후처리 회로는,
    상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 수신하고, 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 내의 공통 임플란트(implant) 영역 상부에 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 소자 구조로 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고,
    상기 감지된 파라미터는 자기장인 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator)를 더 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 후처리 회로는,
    상기 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 수신하고, 적분 신호를 생성하는 적분기(integrator), -상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적분 신호를 수신하고, 상기 적분 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성함-; 및
    상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호를 수신하고, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하며, 상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하는 모듈로 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 후처리 회로는,
    상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 수신하고, 상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 필터링하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 디지털 필터는 데시메이션(decimation) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 자기장 감지 소자들을 포함하고,
    상기 감지된 파라미터는 자기장인 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 전자 회로는 공통 기판 상에 배치되고,
    상기 복수의 측정 장치 신호들은 상기 자기장의 방향의 각도에 응답하여 생성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 상에 배치된 복수의 수직 홀(vertical Hall) 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  19. 복수의 측정 장치들에 의해 생성되는 복수의 측정 장치 신호들을 처리하는 방법에 있어서,
    각각이 감지된 파라미터의 방향의 각도와 관련된 크기를 가지는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 측정 장치들 중 하나 이상의 측정 장치의 선택을 나타내는 인덱스 값을 수신하는 단계;
    상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들 중 선택된 하나 이상을 나타내는 제1 전처리 출력 신호, 또는 상기 인덱스 값에 따라 선택되는 상기 복수의 측정 장치 신호들을 나타내는 신호들의 선택된 세트의 합을 나타내는 제2 전처리 출력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호의 소정의 값 교차(crossing)를 상기 인덱스 값에 연관짓는 단계를 포함하고,
    상기 소정의 값 교차는 상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내고,
    상기 연관짓는 단계는,
    아날로그-디지털 변환기가 상기 인덱스 값에 상응하는 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 나타내는 신호를 변환하는 단계; 및
    상기 인덱스 값을 수신하는 단계에 상기 인덱스 값을 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계를 더 포함하고,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  23. 제20 항에 있어서,
    시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 최하위 비트에서의 0의 발생 횟수들에 상응하는 제1 카운트 값을 생성하는 단계;
    상기 시간 구간 내에 상기 디지털 변환된 신호의 상기 최하위 비트에서의 1의 발생 횟수들에 상응하는 제2 카운트 값을 생성하는 단계; 및
    상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 카운트 비교 값을 생성하도록 상기 제1 카운트 값을 상기 제2 카운트 값에 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  24. 제19 항에 있어서,
    적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계, -상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함함-; 및
    상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하도록, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 감지된 파라미터의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  27. 제19 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 내의 공통 임플란트(implant) 영역 상부에 원형 수직 홀(circular vertical Hall, CVH) 소자 구조로 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고,
    상기 감지된 파라미터는 자기장인 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계를 더 포함하고,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 디지털 변환된 신호를 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 디지털 변환된 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  30. 제29 항에 있어서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  31. 제27 항에 있어서,
    적분 신호를 생성하도록 상기 제1 또는 제2 전처리 출력 신호를 적분하는 단계, -상기 변환하는 단계는, 상기 디지털 변환된 신호를 멀티-비트 디지털 변환된 신호로 생성하도록 상기 적분 신호를 변환하는 단계를 포함함-; 및
    상기 인덱스 값에 상응하는 멀티-비트 디지털 모듈로(modulo) 신호를 생성하도록, 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호가 소정의 값 범위 내인지 또는 초과하는지에 따라 상기 멀티-비트 디지털 변환된 신호에 대하여 소정의 값을 각각 가산 또는 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 자기장의 상기 방향의 상기 각도를 나타내는 디지털 필터링된 신호를 제공하도록 상기 멀티-비트 디지털 모듈로 신호를 디지털 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  33. 제32 항에 있어서, 상기 디지털 필터링하는 단계는 데시메이팅(decimating)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  34. 제19 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 복수의 수직 홀 소자들을 포함하고,
    상기 감지된 파라미터는 자기장인 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
  35. 제34 항에 있어서, 상기 복수의 측정 장치들은 공통 기판 상에 배치된 복수의 수직 홀 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치 신호 처리 방법.
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