KR102293942B1 - 원형으로 배치된 복수의 수직형 홀 요소들의 오프셋 성분을 감소시키는 회로 및 방법 - Google Patents
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Abstract
원형으로 배치된 2 이상의 수직형 홀 요소들로부터의 출력 신호들이, 순차 출력 신호를 생성하도록 2 이상의 수직형 홀 요소들이 순차처리됨에 따라 오프셋 전압을 감소시키는 방식으로 조합된다.
Description
본 발명은 일반적으로 자기장 센서들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 오프셋 성분을 감소시키는 방식으로 조합되는 복수의 수직형 홀 요소들을 가지는 자기장 센서에 관한 것이다.
자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)는 다양한 응용들에서 이용될 수 있다. 일 응용에서, 자기장 센싱 요소는 자기장의 방향, 즉 상기 자기장의 방향의 각도를 검출하도록 이용될 수 있다.
평면형 홀 요소(planar Hall element) 및 수직형 홀 요소(vertical Hall element)는 알려진 유형의 자기장 센싱 요소이다. 평면형 홀 요소는 상기 평면형 홀 요소가 형성된 기판에 직교하는 자기장에 반응하는 경향이 있다. 수직형 홀 요소는 상기 수직형 홀 요소가 형성된 기판에 평행한 자기장에 반응하는 경향이 있다.
다른 유형의 자기장 센싱 요소들이 알려져 있다. 예를 들어, 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하는, 소위, 원형 수직 홀 요소(Circular Vertical Hall(CVH) element)가 알려져 있고, 또한 2008년 5월 28일자로 출원되고, PCT 공개 번호 제WO 2008/145662호로서 영어로 공개된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/EP2008/056517호, "Magnetic Field Sensor for Measuring Direction of a Magnetic Field in a Plane"에 개시되어 있다. 이 출원 및 공개 문헌들은 이들 전체로서 여기에 참조로 포함된다. 상기 CVH 센싱 요소는 기판의 공통 원형 임플란트 및 디퓨전 영역 상부에 배치된 수직형 홀 요소들의 원형 배열 구조이다. 상기 공통 원형 임플란트 및 디퓨전 영역은 기판 상의 공통의 에피(에피택셜(epitaxial)) 영역(예를 들어, 층)으로서 반도체 분리 구조물들에 의해 경계 지어진다. 상기 CVH 센싱 요소는 상기 기판의 평면내의 자기장의 방향(즉, 각도)(및, 선택적으로, 세기)을 감지하도록 이용될 수 있다.
다양한 파라미터들이 자기장 센싱 요소들 및 자기장 센싱 요소들을 이용하는 자기장 센서들의 성능을 특징지을 수 있다. 이러한 파라미터들은, 자기장 센싱 요소가 겪는 자기장의 변화에 대응하는 자기장 센싱 요소의 출력 신호의 변화인 감도(sensitivity), 및 자기장에 직접 비례하여 자기장 센싱 요소의 출력 신호가 변화하는 정도인 선형도(linearity)를 포함한다. 이러한 파라미터들은 또한, 자기장 센싱 요소가 영(zero) 자기장을 겪을 때 상기 자기장 센싱 요소로부터의 영 자기장을 나타내지 않는 출력 신호에 의해 특징지어지는 오프셋(offset)을 더 포함한다.
상술한 CVH 센싱 요소는, 관련 회로들과 함께, 자기장의 방향의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작한다. 그러므로, 후술되는 바와 같이, 소위 "목표 물체(target object)", 예를 들어 엔진의 캠축 상에 자석이 배치되거나 또는 연결되면, 상기 CVH 센싱 요소는 상기 목표 물체의 회전 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 이용될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소는 자기장의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하는 요소, 즉 각도 센서 중 단지 하나의 예이다. 예를 들어, 각도 센서는 원형으로 배치된 복수의 분리된 수직형 홀 요소들 또는 복수의 자기저항 요소(magnetoresistance element)들로 제공될 수 있다. 이들을 총괄하여, 자기장의 각도와 관련된 출력 신호를 생성하는 자기장 센싱 요소(들)는 여기서 "각도 센싱 요소들(angle sensing elements)"로 불린다.
보다 많은 파라미터들이 각도 센싱 요소(들), 예를 들어 CVH 센싱 요소의 성능을 특징지을 수 있다. 이러한 파라미터들 중 하나는 상기 각도 센싱 요소(들)에 의해 생성된 출력 신호의 각도 정밀도(angular accuracy)이다. 각도 정밀도는 모든 자기장 지향 각도들에서 동일한 평균 각도 에러, 및 서로 다른 자기장 각도들에서 서로 다른 각도 에러(즉, 비선형 에러)를 모두 포함한다. 다른 파라미터로서 각도 센싱 요소(들)가 자기장의 각도를 전달하는 속도(speed)가 있다. 자기장의 각도가 재빨리 변경되는 응용들에서 이러한 속도가 특히 중요한 것을 이해할 수 있을 것이다.
몇몇 파라미터들이 온도에 따라 변하는 경향이 있는 각도 센싱 요소를 특징지을 수 있는 것이 알려져 있다.
높은 정도의 각도 정확도 및 상대적으로 고속으로 출력 신호를 제공하도록 각도 센싱 요소로부터의 출력 신호들을 처리할 수 있는 회로들 및 기술들을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 높은 정도의 각도 정확도 및 상대적으로 고속으로 출력 신호를 제공하는 자기장 센서 및 이의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면을 이해하는 데에 유용한 일예에 따라, 자기장 센서는 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들을 포함한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함한다. 상기 자기장 센서는 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 순차 스위치 회로를 더 포함한다. 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가진다. 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성한다. 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가진다. 상기 순차 스위치 회로는 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성한다.
상기 자기장 센서는 전류 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 전류 스위치 회로를 더 포함한다. 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다. 상기 전류 스위치 회로는 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공한다. 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다. 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타낸다. 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리한다.
일부 실시예들에서, 상술한 자기장 센서는 후술되는 특징들의 하나 이상을 임의의 조합으로 포함할 수 있다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 복수의 콘택들은 상기 기판 내의 공통 임플란트 및 디퓨전 영역 상부에 배치되어 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 더욱 선택하고, 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 보상 신호를 생성한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 파괴적으로(destructively) 더해지도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 더해지도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 전류 스위치 회로는 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하고, 상기 자기장 센서는, 상기 순차 스위치 회로에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하여 조합된 순차 신호(combined sequenced signal)를 생성하는 조합 회로를 더 포함한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 동일한 연결 위상을 나타낸다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 연결 위상들을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 상술한 자기장 센서는 상기 순차 스위치 회로 및 상기 조합 회로 사이에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하여 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하는 위상 조정 모듈을 더 포함한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인 및 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인은 대략적으로 90도 떨어진다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접하고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접한 다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 더욱 선택하고, 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 보상 신호를 생성한다.
상술한 자기장 센서의 일부 실시예들에서, 상기 전류 스위치 회로는 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하고, 상기 자기장 센서는, 상기 순차 스위치 회로에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하여 조합된 순차 신호(combined sequenced signal)를 생성하는 조합 회로를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상술한 자기장 센서는 상기 순차 스위치 회로 및 상기 조합 회로 사이에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하여 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하는 위상 조정 모듈을 더 포함한다.
본 발명의 일 측면을 이해하는 데에 유용한 일예에 따라, 방법은 자기장 센서에 이용된다. 상기 자기장 센서는 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들을 포함한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응한다. 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함한다. 상기 방법은 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계를 포함한다. 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가진다. 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성한다. 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가진다. 상기 방법은 상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성하도록 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다. 상기 방법은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다. 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타낸다. 상기 방법은 건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은 후술되는 특징들의 하나 이상을 임의의 조합으로 포함할 수 있다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 복수의 콘택들은 상기 기판 내의 공통 임플란트 및 디퓨전 영역 상부에 배치되어 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성한다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은, 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가짐 -; 및 보상 신호를 생성하도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계를 더 포함한다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계에 의해 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 파괴적으로(destructively) 더해진다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계에 의해 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 더해진다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은, 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계; 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계; 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계; 및 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하는 단계를 더 포함한다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 동일한 연결 위상을 나타낸다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나온다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 연결 위상들을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하도록 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하는 단계를 더 포함한다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인 및 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인은 대략적으로 90도 떨어진다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접하고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접한다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
상술한 방법의 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형 둘레에 180도 이격되어 배치된다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은, 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가짐 -; 및 보상 신호를 생성하도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은, 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계; 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계; 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계; 및 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상술한 방법은, 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하도록 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하는 단계를 더 포함한다.
본 발명 그 자체뿐만 아니라, 본 발명의 상술한 특징들이 첨부된 도면들의 후술되는 설명들로부터 보다 완전히 이해될 수 있을 것이다. 첨부된 도면들에서,
도 1은 기판 상의 공통 임플란트 영역 상부에 원형으로 배치된 복수의 수직형 홀 요소(vertical Hall element)들을 가지는 원형 수직 홀(circular vertical Hall(CVH)) 센싱 요소, 및 상기 CVH 센싱 요소에 근접하여 배치된 2극 자석(two pole magnet)을 나타내는 그림이고;
도 1a는 복수의 자기장 센싱 요소들을 나타내는 그림이고;
도 2는 도 1의 상기 CVH 센싱 요소에 의해 또는 도 1a의 상기 복수의 자기장 센싱 요소들에 의해 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 그래프이고;
도 3은 CVH 센싱 요소를 가지는 예시적인 자기장 센서의 블록도이고;
도 4 내지 도 4c는, 각 위상(phase)이 도 3의 상기 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소들 중 하나의 동작과 연관된 네 개의 전류 스피닝(spinning) 위상들로 연결될 때의 도 3의 상기 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소를 나타내는 블록도들이고;
도 5는 도 3의 상기 자기장 센서의 이상적 및 비-이상적 동작을 나타내는 그래프이고;
도 6은 원형으로 배치된 두 개의 수직형 홀 요소들의 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 7은 도 6의 두 개의 수직형 홀 요소들의 전기적 특성을 나타내는 그래프이고;
도 8은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 9는 도 8의 네 개의 수직형 홀 요소들의 전기적 특성을 나타내는 그래프이고;
도 10은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 11은 제1 위상 구성으로 연결된 수직형 홀 요소의 다섯 개의 콘택들을 나타내고, 또한 상기 콘택들 사이의 저항들을 나타내는 블록도이고;
도 12는 제2의 다른 위상 구성으로 연결된 수직형 홀 요소의 다섯 개의 콘택들을 나타내고, 또한 상기 콘택들 사이의 저항들을 나타내는 블록도이고;
도 13은 도 6의 배치로 연결될 때의 도 11 및 도 13의 수직형 홀 요소들의 등가 회로들을 나타내는 전기 회로도이고;
도 14는 도 8의 일부에 표현된 배치로 함께 연결될 때의 도 12의 수직형 홀 요소의 등가 회로들을 나타내는 전기 회로도이고;
도 15는 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 16은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 또 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고; 그리고
도 17은 도 15 또는 도 16의 연결 배치들과 함께 이용될 수 있는 자기장 센서의 블록이다.
도 1은 기판 상의 공통 임플란트 영역 상부에 원형으로 배치된 복수의 수직형 홀 요소(vertical Hall element)들을 가지는 원형 수직 홀(circular vertical Hall(CVH)) 센싱 요소, 및 상기 CVH 센싱 요소에 근접하여 배치된 2극 자석(two pole magnet)을 나타내는 그림이고;
도 1a는 복수의 자기장 센싱 요소들을 나타내는 그림이고;
도 2는 도 1의 상기 CVH 센싱 요소에 의해 또는 도 1a의 상기 복수의 자기장 센싱 요소들에 의해 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 그래프이고;
도 3은 CVH 센싱 요소를 가지는 예시적인 자기장 센서의 블록도이고;
도 4 내지 도 4c는, 각 위상(phase)이 도 3의 상기 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소들 중 하나의 동작과 연관된 네 개의 전류 스피닝(spinning) 위상들로 연결될 때의 도 3의 상기 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소를 나타내는 블록도들이고;
도 5는 도 3의 상기 자기장 센서의 이상적 및 비-이상적 동작을 나타내는 그래프이고;
도 6은 원형으로 배치된 두 개의 수직형 홀 요소들의 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 7은 도 6의 두 개의 수직형 홀 요소들의 전기적 특성을 나타내는 그래프이고;
도 8은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 9는 도 8의 네 개의 수직형 홀 요소들의 전기적 특성을 나타내는 그래프이고;
도 10은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 11은 제1 위상 구성으로 연결된 수직형 홀 요소의 다섯 개의 콘택들을 나타내고, 또한 상기 콘택들 사이의 저항들을 나타내는 블록도이고;
도 12는 제2의 다른 위상 구성으로 연결된 수직형 홀 요소의 다섯 개의 콘택들을 나타내고, 또한 상기 콘택들 사이의 저항들을 나타내는 블록도이고;
도 13은 도 6의 배치로 연결될 때의 도 11 및 도 13의 수직형 홀 요소들의 등가 회로들을 나타내는 전기 회로도이고;
도 14는 도 8의 일부에 표현된 배치로 함께 연결될 때의 도 12의 수직형 홀 요소의 등가 회로들을 나타내는 전기 회로도이고;
도 15는 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고;
도 16은 원형으로 배치된 네 개의 수직형 홀 요소들의 또 다른 예시적인 연결을 나타내는 블록도이고; 그리고
도 17은 도 15 또는 도 16의 연결 배치들과 함께 이용될 수 있는 자기장 센서의 블록이다.
여기에 사용된 바와 같이, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하도록 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 요소(Hall effect element), 자기저항 요소(magnetoresistance element) 또는 자기트랜지스터(magnetotransistor)를 포함할 수 있다. 알려진 바와 같이, 서로 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소(planar Hall element), 수직형 홀 요소(vertical Hall element) 및 원형 수직 홀 요소(Circular Vertical Hall(CVH) element)가 있다. 또한, 알려진 바와 같이, 서로 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화 인듐(Indium Antimonide(InSb))과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(giant magnetoresistance(GMR)) 요소, 이방성 자기저항 요소(anisotropic magnetoresistance element(AMR)), 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance(TMR)) 요소, 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction(MTJ)), 스핀-밸브(spin-valve) 등이 있다. 상기 자기장 센싱 요소는 단일한 요소, 또는 이와 달리 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브릿지(half bridge) 또는 풀 (휘트스톤(Wheatstone)) 브릿지로 배열된 2 이상의 요소들을 포함할 수 있다. 소자 유형 및 다른 응용 요구들에 따라, 상기 센싱 요소(104)는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 또는 갈륨-비소(GaAs) 또는 인듐 화합물, 예를 들면, 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성된 소자일 수 있다.
알려진 바와 같이, 상술한 자기장 센싱 요소들의 일부는 상기 자기장 감지 소자를 지지하는 기판에 평행한 최대 감도축을 가지는 경향이 있고, 상술한 자기장 센싱 요소들의 다른 일부는 상기 자기장 감지 소자를 지지하는 기판에 직교하는 최대 감도축을 가지는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 직교하는 감도축들을 가지는 경향이 있는 반면, 금속 기반 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들면, GMR, TMR, AMR) 및 수직형 홀 요소들은 기판에 평행한 감도축들을 가지는 경향이 있다.
여기에 사용된 바와 같이, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는, 일반적으로 다른 회로들과 함께, 자기장 센싱 요소를 이용하는 회로를 기술하도록 사용된다. 자기장 센서들은 다양한 응용들에서 이용되고, 예를 들어, 이에 한정되지 않으나, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류-운반 전도체(current-carrying conductor)에 의해 전송되는 전류에 의해 생성되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 접근을 감지하는 자기 스위치, 지나가는 강자성 아티클(article)들, 예를 들어 고리 자석(ring magnet)의 자기 도메인들 또는 상기 자기장 센서가 백-바이어스된(back-biased) 또는 다른 자석과 함께 이용되는 강자성 목표물(예를 들어, 기어 톱니)을 감지하는 회전 검출기, 및 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서로 이용될 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, "프로세서(processor)"라는 용어는, 기능, 동작, 또는 일련의 동작들을 수행하는 전자 회로를 기술하도록 사용된다. 상기 기능, 동작, 또는 일련의 동작들은 상기 전자 회로에 하드 코딩되거나, 메모리 장치에 유지되는 명령어들(instructions)의 방식으로 소프트 코딩될 수 있다. "프로세서(processor)"는 디지털 값들을 이용하여 또는 아날로그 신호들을 이용하여 상기 기능, 동작, 또는 일련의 동작들을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, "프로세서(processor)"는 주문형 집적회로(application specific integrated circuit(ASIC))에 내장될 수 있고, 상기 ASIC은 아날로그 ASIC 또는 디지털 ASIC일 수 있다. 일부 실시예들에서, "프로세서(processor)"는 연관된 프로그램 메모리를 가지는 마이크로프로세서에 내장될 수 있다. 일부 실시예들에서, "프로세서(processor)"는 아날로그 또는 디지털일 수 있는 별개의 전자 회로에 내장될 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, "모듈(module)"이라는 용어는 "프로세서(processor)"를 기술하도록 사용될 수 있다.
프로세서는 상기 프로세서의 기능, 동작, 또는 일련의 동작들의 부분들을 수행하는 내부 프로세서들 또는 내부 모듈들을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 모듈은 상기 모듈의 기능, 동작, 또는 일련의 동작들의 부분들을 수행하는 내부 프로세서들 또는 내부 모듈들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 원형 수직 홀 요소(Circular Vertical Hall(CVH) element)(12)는 기판(도시되지 않음) 내의 원형 임플란트 및 디퓨전 영역(18)을 포함한다. 상기 CVH 센싱 요소(12)는 복수의 수직형 홀 요소들을 구비하고, 이들 중 수직형 홀 요소(12a)는 단지 하나의 예일 뿐이다. 일부 실시예들에서, 상기 원형 임플란트 및 디퓨전 영역(18)은 반도체 분리 구조물들에 의해 경계 지어지는 기판 상의 공통 에피택셜 영역으로서 특징지어질 수 있다.
각 수직형 홀 요소는 복수의 홀 요소 콘택들(예를 들어, 네 개 또는 다섯 개의 콘택들)(예를 들어 12aa)을 가진다. 각 수직형 홀 요소 콘택은 상기 공통 임플란트 및 디퓨전 영역(18)으로 확산되는 콘택 디퓨전 영역(픽업(pickup)) 상부의 금속 콘택으로 구성될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소(12) 내의 특정한 수직형 홀 요소(예를 들어, 12a)는 예를 들어 다섯 개의 인접한 콘택들을 가질 수 있고, 상기 다섯 개의 콘택들 중 일부, 예를 들어 네 개를 다음 수직형 홀 요소(예를 들어, 12b)와 공유할 수 있다. 따라서, 다음 수직형 홀 요소는 이전 수직형 홀 요소로부터 하나의 콘택만큼 쉬프트된 것일 수 있다. 이러한 하나의 콘택만큼의 쉬프트를 위하여, 수직형 홀 요소들의 개수가 수직형 홀 요소 콘택들의 개수(예를 들어, 32 또는 64)와 동일한 것을 이해할 수 있을 것이다. 다만, 다음 수직형 홀 요소가 이전 수직형 홀 요소로부터 2 이상의 콘택들만큼 쉬프트될 수 있고, 이 경우, 상기 CVH 센싱 요소 내에서 수직형 홀 요소 콘택들보다 적은 수의 수직형 홀 요소들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 수직형 홀 요소 0의 중심은 x-축(20)을 따라 위치할 수 있고, 수직형 홀 요소 8의 중심은 y-축(22)을 따라 위치할 수 있다. 상기 예시적인 CVH 센싱 요소(12)에서, 32개의 수직형 홀 요소들 및 32개의 수직형 홀 요소 콘택들이 존재한다. 다만, CVH는 32개보다 많거나 적은 수직형 홀 요소들 및 32개보다 많거나 적은 수직형 홀 요소 콘택들을 가질 수 있다.
일부 응용들에서, N극 부분(14b) 및 S극 부분(14a)을 가지는 원형 자석(14)이 상기 CVH(12) 상부에 배치될 수 있다. 상기 원형 자석(14)은 상기 N극 부분(14b)으로부터 상기 S극 부분(14a)으로의 방향, 여기서는 x-축(20)에 대하여 약 45도의 방향을 가지는 자기장(16)을 생성하는 경향이 있다.
일부 응용들에서, 상기 원형 자석(14)은 회전하는 목표 물체, 예를 들어 자동차 캠축의 자동차 스티어링 샤프트(steering shaft)에 기계적으로 연결된다. 이러한 구성으로, 상기 CVH 센싱 요소(12)는, 후술되는 전자 회로와 함께, 자석(14)의 회전각도, 즉 상기 자석이 연결된 상기 목표 물체의 회전 각도에 관련된 신호를 생성할 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 복수의 자기장 센싱 요소들(30a-30h)은, 일반적인 경우에서, 임의의 유형의 자기장 센싱 요소들일 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)은, 예를 들어, 각각이 기판(34)의 표면에 평행한 최대 응답 축을 가지는 분리된 수직형 홀 요소들 또는 분리된 자기저항 요소들일 수 있다. 이러한 자기장 센싱 요소들은 도 3 및 도 6을 참조하여 후술되는 전자 회로들과 동일 또는 유사한 전자 회로에 연결될 수 있다. 또한, 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)에 근접하여 배치된 도 1의 자석(14)과 동일 또는 유사한 자석이 존재할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 그래프(200)는 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(1) 둘레의 CVH 수직형 홀 요소 위치, n의 단위의 눈금을 가지는 수평축을 가진다. 또한, 그래프(200)는 진폭에 대한 밀리볼트 단위의 눈금을 가지는 수직축을 가진다. 상기 수직축은 상기 CVH 센싱 요소의 상기 콘택들의 고리(ring)에 대하여 한번에 하나씩 순차적으로 획득된 상기 CVH 센싱 요소의 상기 복수의 수직형 홀 요소들로부터의 출력 신호 레벨들을 나타낸다.
상기 그래프(200)는 45도의 방향을 향하는 도 1의 상기 자기장을 가지는 상기 CVH의 상기 복수의 수직형 홀 요소들로부터의 출력 신호 레벨들을 나타내는 신호(202)를 포함한다.
도 1을 개략적으로 참조하면, 상술한 바와 같이, 수직형 홀 요소 0은 x-축(20)을 따라 중심을 두고, 수직형 홀 요소 8은 y-축(22)을 따라 중심을 둔다. 상기 예시적인 CVH 센싱 요소(12)에서, 32개의 수직형 홀 요소 콘택들 및 상응하는 32개의 수직형 홀 요소들이 존재하고, 각 수직형 홀 요소는 복수의 홀 요소 콘택들, 예를 들어 다섯 개의 콘택들을 가진다. 다른 실시예들에서, 64개의 수직형 홀 요소 콘택들 및 상응하는 64개의 수직형 홀 요소들이 존재할 수 있다.
도 2에서, 양의 45도를 향하는 상기 자기장(16)에 대하여, 최대 양의 신호는 위치 4에 중심을 두는 수직형 홀 요소로부터 추출되고, 이는, 상기 위치 4의 수직형 홀 요소의 상기 수직형 홀 요소 콘택들(예를 들어, 다섯 개의 콘택들)을 잇도록 그려지는 라인이 상기 자기장에 직교하도록, 도 1의 상기 자기장(16)에 대하여 정렬된다. 최대 음의 신호는 위치 20에 중심을 두는 수직형 홀 요소로부터 추출되고, 이는 또한, 상기 위치 20의 수직형 홀 요소의 상기 수직형 홀 요소 콘택들(예를 들어, 다섯 개의 콘택들)을 잇도록 그려지는 라인이 상기 자기장에 직교하도록, 도 1의 상기 자기장(16)에 대하여 정렬된다.
상기 신호(202)의 이상적 특징을 보다 명확히 나타내도록 사인파(204)가 제공된다. 상기 신호(202)는 수직형 홀 요소 오프셋들에 기인하여 편차를 가지고, 상기 수직형 홀 요소 오프셋들은 각 요소에 대한 오프셋 에러들에 따라 출력 신호들이 상기 사인파(204)에 대하여 너무 높거나 또는 너무 낮게 하는 출력 신호들의 상응하는 편차들을 유발하는 경향이 있다. 상기 오프셋 신호 에러들은 원치 않는 것이다.
도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12)의 전체 동작 및 도 2의 상기 신호(202)의 생성은 상술한 PCT 특허 출원 번호 제PCT/EP2008/056517호로 2008년 5월 28일 출원되고, PCT 공개 번호 제WO 2008/145662호로 영문으로 공개된, "Magnetic Field Sensor for Measuring Direction of a Magnetic Field in a Plane"에 보다 자세히 개시되어 있다.
각 수직형 홀 요소의 콘택들의 그룹들은 각 수직형 홀 요소로부터 초핑된(chopped) 출력 신호들을 생성하도록 초핑된 배열(chopped arrangement)(또한 여기서 전류 스피닝(current spinning)으로 일컬어짐)에서 이용될 수 있다. 이후에, 인접한 수직형 홀 요소 콘택들의 새로운 그룹(즉, 새로운 수직형 홀 요소)이 선택될 수 있고, 이는 상기 이전 그룹으로부터 하나의 요소만큼 오프셋을 가질 수 있다. 상기 새로운 그룹은 상기 다음 그룹으로부터 다른 초핑된 출력 신호를 생성하도록 상기 초핑된 배열에서 이용될 수 있고, 또한 후속하여 이러한 방식으로 진행될 수 있다.
상기 신호(202)의 각 단계는 초핑되지 않은(unchopped) 출력 신호, 즉 수직형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹 하나로부터의, 즉 각각의 수직형 홀 요소로부터의 신호를 나타낸다. 따라서, 순차적으로 취해지는 32개의 수직형 홀 요소들을 가지는 CVH 센싱 요소에 대하여, 전류 스피닝(current spinning)이 이용되지 않는 경우 상기 신호(202)에는 32개의 단계들이 존재한다. 그러나, 전류 스피닝이 이용되는 실시예들에 대하여, 상기 신호(202)의 각 단계는 몇몇의 부단계들(도시되지 않음. 예를 들어, 네 개의 부단계들)로 구성될 수 있고, 각 부단계는 전류 스피닝 "위상(phase)"을 나타낸다.
전류 스피닝 및 전류 스피닝 위상들은 도 4 내지 도 4d를 참조하여 보다 상세히 후술된다.
상기 신호(202)의 위상(phase)이 상기 CVH 센싱 요소(12)의 위치 0에 대한 도 1의 상기 자기장(16)의 각도에 관련된 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 신호(202)의 피크 진폭이 일반적으로 상기 자기장(16)의 세기를 나타내는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상술한 PCT 특허 출원 번호 제PCT/EP2008/056517호에 개시된 전자 회로 기술들을 이용하여, 또는 후술되는 다른 기술들을 이용하여, 상기 신호(202)의 위상(예를 들어, 상기 신호(204)의 위상)이 찾아질 수 있고, 상기 CVH 센싱 요소(12)에 대한 도 1의 상기 자기장(16)의 지향 방향을 식별하는 데에 이용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 자기장 센서(300)는 복수의 수직형 홀 요소들을 가지는 CVH 센싱 요소(302)를 포함하고, 각 수직형 홀 요소는 수직형 홀 요소 콘택들의 그룹(예를 들어, 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 CVH 센싱 요소(302)는 도 1을 참조하여 상술한 상기 CVH 센싱 요소(12)와 동일 또는 유사할 수 있고, 목표 물체(322)에 연결된 2-극 자석(320)에 근접하여 배치될 수 있으며, 이러한 자석(320)은 도 1의 상기 자석(14)과 동일 또는 유사할 수 있다. 다만, 일부 실시예들에서, 상기 CVH 센싱 요소(302)는 도 1a를 참조하여 상술한 것들과 동일 또는 유사한 자기장 센싱 요소들의 그룹으로 대체될 수 있다.
상기 자기장 센서(300)는 상기 CVH 센싱 요소(302)에 전류 신호들(306a-306d)을 제공하도록 전류 스위치 회로(306)를 포함할 수 있다. 네 개의 전류 신호들(306a-306d)이 도시되어 있으나, 다른 실시예들에서, 네 개 이상 또는 이하의 전류 신호들이 존재할 수 있다. 본질적으로, 상기 전류 스위치 회로(306)는 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 수직형 홀 요소들의 임의의 일부 또는 전부에 대한 임의의 조합에 접속하여 전류를 제공할 수 있다.
상기 자기장 센서(300)는 순차(sequence) 스위치 회로(304)를 더 포함할 수 있다. 상기 순차 스위치 회로(304)는 상기 CVH 센싱 요소(302)로부터 신호들(302a)을 수신하도록 연결된다. 일부 실시예들에서, 상기 신호들(302a)은 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 모든 수직형 홀 요소들에 경로들을 연결하는 신호를 나타낸다.
도 1을 참조하여 상술한 내용으로부터, 구동 중, 상기 순차 스위치 회로(304) 및 상기 전류 스위치 회로(306)가 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 서로 다른 수직형 홀 요소들에 순차적으로 상기 전류 신호들(306a-306d)을 제공하고, 상기 CVH 센싱 요소(302)로부터 서로 다른 신호들(302)을 순차적으로 수신하도록 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 둘러 순차적으로 스위칭하도록 구성될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 순차처리(sequencing)는 상기 CVH 센싱 요소(302)내의 하나 이상의 선택된 수직형 홀 요소들 각각에 대한 전류 스피닝(current spinning)을 포함할 수 있다. 전류 스피닝은 도 4 내지 도 4c를 참조하여 보다 상세히 후술된다.
상기 순차 스위치 회로(304)로부터 하나 이상의 차동 출력 신호들이 제공되고, 이는 여기서 두 개의 차동 신호들(304a, 304b)로 도시되어 있다. 상기 차동 신호들(304a, 304b) 모두가 도 2의 상기 신호(202)와 유사한 아날로그 신호들로 샘플링될 수 있는 것이 이해될 것이다.
위상 조정 모듈(307)이 각 신호 경로에 연결될 수 있으나, 여기서는 상기 차동 신호(304b)를 수신하고 위상 조정된 차동 신호(307a)를 제공하도록 도시되어 있다. 상기 위상 조정은 도 9를 참조하여 보다 상세히 후술될 것이다. 차동 증폭기(308)가 상기 차동 신호(304a) 및 상기 위상 조정된 차동 신호(307a)를 수신하도록 연결되고, 증폭된 신호(308a)를 생성하도록 구성될 수 있다.
밴드패스 필터(310)가 상기 증폭된 신호(308a)를 수신하도록 연결되고, 필터링된 신호(310a)를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 필터링된 신호(310a)가 도 2의 신호(204)와 유사하게 사인 곡선일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
아날로그-디지털 변환기(ADC)(312)가 상기 필터링된 신호(310a)를 수신하도록 연결되고, 디지털 변환된 신호(312a)를 생성하도록 구성될 수 있다. 각도 계산 모듈(314)이 상기 디지털 변환된 신호(312a)를 수신하도록 연결되고, x-y 각도 신호(314a)를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 자석(320)이 회전함에 따라, 상기 x-y 각도 신호(314a)의 값들이 상기 CVH 센싱 요소(302)의 평면에서 상기 자석(320)에 의해 생성된 상기 자기장의 각도에 따라 변화한다.
상기 각도 계산 모듈(314)은 또한 발진기 및 로직 모듈(316)로부터 클록 신호들(316c, 316d)을 수신하도록 연결된다. 상기 클록 신호들(316c, 316d)은 상기 디지털 변환된 신호(312a)의 위상, 즉 상기 필터링된 신호(310a)의 위상을 식별하기 위하여 상기 각도 계산 모듈(314)에 의해 참조로 이용된다. 예를 들어, 상기 클록 신호들(316c, 316d) 중 하나는 상기 필터링된 신호(310a)의 주파수, 즉 도 2의 상기 신호(204)의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 클록 신호일 수 있다. 구동 중, 상기 클록 신호 및 상기 변환된 신호(312a)의 위상들은 상기 자석(320)에 의해 생성된 자기장의 각도를 나타내는 상기 x-y 각도 신호(314a)를 생성하도록 비교될 수 있다.
상기 발진기 및 로직 모듈(360)은 또한 상기 순차 스위치 회로(304) 및 상기 전류 스위치 회로(306)에 클록 제어 신호들(316a, 316b)을 각각 제공할 수 있다. 상기 클록들(316a, 316b)에 의해 상기 순차 스위치 회로(304) 및 상기 전류 스위치 회로(306)는, 초핑(chopping) 또는 전류 스피닝(current spinning)으로 또는 이들 없이, 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 수직형 홀 요소들의 서로 다른 선택된 하나들에 대하여 순차적으로 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 둘러 순차처리할 수 있다.
도 3에 도시되지는 않았으나, 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 수직형 홀 요소들 중 어떠한 하나들이 상기 순차 스위치 회로(304)에 의해 도 6 내지 도 16을 참조하여 보다 상세히 후술되는 방식들로 조합될 수 있다.
도 4 내지 도 4c는 다섯 개의 콘택들을 가지는 수직형 홀 요소에 이용될 수 있는 4-위상 전류 스피닝(current spinning) 또는 초핑(chopping)을 나타낸다. 따라서, 이러한 전류 스피닝이 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 각 선택된 수직형 홀 요소에 이용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 이러한 전류 스피닝이 분리된 자기장 센싱 요소들, 예를 들어 한번에 하나씩 선택 및 초핑되는 도 1a의 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)에 이용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
여기에 개시된 모든 실시예들이 다섯 개의 콘택들을 가지는 수직형 홀 요소들을 이용하나, 다른 실시예들에서, 상기 수직형 홀 요소들이 임의의 홀수개의 콘택들을 가질 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같이, "중앙 콘택(central contact)"이라는 용어는 홀수개의 콘택들 중 가운데 콘택을 의미한다.
도 4 및 도 4a의 전류 구동 노드들 및 신호 표시들의 방향이 수직형 홀 요소들의 고리의 외부에서, 즉 CVH 센싱 요소의 외부에서 보았을 때의 시각으로 도시되어 있다. 0도, 90도, 180도 및 270도 위상들로 후술되는 명명 관습이 다소 임의적인 것임을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 명명 관습은, 전류 스피닝 순차처리 동안 전류가 물리적으로 90도 이격된 노드들로 순차적으로 인가되는 평면형 홀 요소 소자들에 대하여 사용되는 명명 관습의 사용으로부터 유래된 것이다. 수직형 홀 요소들에 대해서는 이러한 90도 이격된 물리적인 각도들이 존재하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 여기서 도 4, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 0도 위상, 90도 위상, 180도 위상, 및 270도 위상으로 각각 일컬어진다.
이제 도 4를 참조하면, 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소(400)는 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들, 즉 각각 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(402a, 402b, 402c, 402d, 402e)로 구성된다. 제1 초핑(chopping) 또는 전류 스피닝(current spinning) 위상(0도 위상)에서, 도 3의 전류원(305)과 동일 또는 유사할 수 있는 전류원(408)이 함께 연결되는 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(402a, 402e)에 각각 연결될 수 있고, 전류의 절반(I/2)이 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)에 흐르고, 전류의 절반(I/2)이 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e)에 흐르는 전체 전류(I)를 제공할 수 있다. 제3 수직형 홀 요소 콘택(402c)은 기준 전압(401), 예를 들어 접지에 연결된다. 전류원(408)으로부터의 전류들은, 점선들로 표시된 바와 같이, 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(402a, 402e) 각각으로부터 상기 CVH 센싱 요소(400)의 기판(406)을 통하여 (기판 상의 에피택셜 층을 통하여) 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(402c)으로 흐른다.
외부 자기장에 응답하여 신호(Vm)가 각각 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(402b, 402d) 사이에 발생한다. 따라서, 상기 제1 전류 스피닝 위상에서, 도 3의 상기 전류 스피닝 회로(306)는 상기 출력 신호(105a)를 제공하도록 상기 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(402b, 402d)을 선택할 수 있고, 도 3의 상기 전류원들(305)에 연결되는 콘택들로서, 상기 제1, 제5 및 제3 수직형 홀 요소 콘택들(402a, 402e, 402c)을 선택할 수 있다. 후술되는 다른 전류 스피닝 위상들 동안의 연결이 명백하게 될 것이다.
이제 도 4a를 참조하면, 도 4와 유사한 요소들은 유사한 참조번호들을 가지도록 도시되어 있고, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(400)(동일한 다섯 개의 홀 요소 콘택들)의 제2 전류 스피닝 위상(180도 위상)에서, 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 연결들이 변경된다. 상기 제2 위상에서, 상기 전류원(408)은 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(402c)에 연결되고, 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(402a, 402e) 각각은 함께 연결되어 기준 전압(410)에 연결된다. 따라서, 상기 전류들은 상기 기판(406)을 통하여 도 4에 도시된 것으로부터 반대방향으로 흐른다.
도 4에서와 같이, 외부 자기장에 응답하여 신호(Vm)가 각각 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(402b, 402d) 사이에 발생한다. 도 4a의 상기 신호(Vm)는 도 4의 상기 신호(Vm)와 유사하다. 그러나, 상기 신호들 내의 오프셋 전압이 다를 수 있고, 예를 들어 부호가 다르고, 크기가 다소 다를 수 있다.
이제 도 4b를 참조하면, 도 4 및 도 4a와 유사한 요소들은 유사한 참조번호들을 가지도록 도시되어 있고, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(400)(동일한 다섯 개의 홀 요소 콘택들)에 대한 제3 전류 스피닝 위상(90도 위상)에서, 전류 스위치 회로(306)에 의해 연결들이 다시 변경된다. 상기 제3 위상에서, 상기 전류원(408)은 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)에 연결되고, 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)은 기준 전압(410)에 연결된다. 따라서, 전류가 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)으로 흐른다.
상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소들(402a, 402e) 각각은 서로 연결된다. 일부 전류가 또한 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)으로 흐르고, 또한 상기 상호 연결을 통하여 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e)으로 흐른다. 일부 전류가 또한 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)으로 흐른다.
외부 자기장에 응답하여 신호(Vm)가 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)( 및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e))과 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(402c) 사이에 발생한다. 도 4b의 상기 신호(Vm)는 도 4 및 도 4a의 상기 신호(Vm)와 유사하다. 그러나, 상기 신호 내의 오프셋 전압이 다를 수 있고, 예를 들어 부호가 다르고, 크기가 다소 다를 수 있다.
이제 도 4c를 참조하면, 도 4 내지 도 4b와 유사한 요소들은 유사한 참조번호들을 가지도록 도시되어 있고, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(400)(동일한 다섯 개의 홀 요소 콘택들)에 대한 제4 전류 스피닝 위상(270도 위상)에서, 전류 스위치 회로(306)에 의해 연결들이 다시 변경된다. 상기 제4 위상에서, 전류가 도 4b에 도시된 것과 반대가 된다. 상기 전류원(408)은 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)에 연결되고, 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)은 기준 전압(410)에 연결된다. 따라서, 전류가 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)으로 흐른다.
상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소들(402a, 402e) 각각은 서로 연결된다. 일부 전류가 또한 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(402d)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e)으로 흐르고, 또한 상기 상호 연결을 통하여 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)으로 흐른다. 일부 전류가 또한 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)으로부터 상기 기판(406)을 통하여 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(402b)으로 흐른다.
외부 자기장에 응답하여 신호(Vm)가 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(402a)( 및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(402e))과 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(402c) 사이에 발생한다. 도 4c의 상기 신호(Vm)는 도 4 내지 도 4b의 상기 신호(Vm)와 유사하다. 그러나, 상기 신호 내의 오프셋 전압이 다를 수 있고, 예를 들어 부호가 다르고, 크기가 다소 다를 수 있다.
도 4 내지 도 4c의 초핑(chopping)의 네 개의 위상들에 의해 제공되는 상기 신호들(Vm)은 외부 자기장에 반응한다.
상술한 바와 같이, 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 임의의 하나의 수직형 홀 요소에 대한 네 개의 전류 스피닝 위상들을 생성한 후에, 도 3의 순차 스위치 회로(304)의 순차처리 동작에 의해, 도 4 내지 도 4c의 상기 전류 스피닝 배열들이 다음 수직형 홀 요소, 예를 들어 도 4 내지 도 4c에 도시된 것들로부터 하나(또는 그 이상)의 수직형 홀 요소 콘택만큼 오프셋된 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들로 이동하여, 도 3의 상기 전류 스위치 회로(306) 및 순차 스위치 회로(304)에 의해 동작에 의해 상기 새로운 수직형 홀 요소에 대하여 상기 네 개의 전류 스피닝 위상들이 수행될 수 있다.
상기 전류 스피닝 동작 동안 상기 전류 스피닝 위상들의 순차처리는 임의의 순서일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이제 도 5를 참조하면, 그래프(500)는 각도 단위의 눈금을 가지는 수평축 및 x-y 각도 값 크기, 예를 들어, 도 3의 상기 x-y 각도 값(314a)의 크기의 값 단위의 눈금을 가지는 수직축을 가진다.
라인(502)은 각도 에러가 없는 x-y 각도 값을 나타낸다. 상기 x-y 각도 값이 각도 에러가 없는 경우, 상기 x-y 각도 값은 실제 각도에 대하여 완벽하게 선형적이고, 즉 상기 x-y 각도 값은 도 3의 상기 자석(320)에 의해 생성된 상기 자기장의 각도를 완벽하고 정확하게 표현하고, 상기 라인(502)은 영점을 지난다.
라인(504)은, 상기 x-y 각도 값에 의해 표현되는 모든 각도들이 고정된 수의 각도만큼 오프셋된 평균 또는 DC 각도 에러만을 가지는 x-y 각도 값을 나타낸다. 상기 라인(504)은 영점을 지나지 않는다.
커브(506)는 상기 자석(320)에 의해 생성된 상기 자기장의 실제 각도를 나타냄에 있어서 평균 또는 DC 에러들을 가지고, 또한 사인곡선으로 나타나는 에러를 가지는 x-y 각도 값을 나타낸다.
커브(508)는 상기 자석(320)에 의해 생성된 상기 자기장의 실제 각도를 나타냄에 있어서 다른 에러들을 가지는 x-y 각도 값을 나타낸다.
상기 자기장 센서(300)의 다양한 회로 특성들이 상기 에러들, 즉 커브들(506, 508)로 표현된 DC(또는 평균) 각도 에러 및 커브들(506, 508)의 사인곡선 형태들의 원인이 된다. 상기 에러들의 원인이 되는 하나의 요인은 도 3의 상기 순차 스위치 회로(304) 및/또는 상기 전류 스위치 회로(306)에 의해 생성되는 스위칭 노이즈이다. 다른 요인은 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 수직형 홀 요소들 사이의 서로 다른 오프셋 전압들, 예를 들어 도 2의 상기 신호(202)와 관련하여 상술한 서로 다른 오프셋 전안들이다. 다른 요인은 상기 다양한 수직형 홀 요소들의 서로 다른 감도들이다.
우선, 상기 순차 스위치 회로(304)와 관련하여, 상기 순차 스위치 회로(304)에 의해 생성되는 전하 주입(charge injection) 또는 스위칭 스파이크(switching spikes)(이들은 함께 노이즈라 일컬어짐)가 상기 CVH 센싱 요소(302)에서 각 순차적인 수직형 홀 요소가 선택될 때 반드시 정확하게 동일하지는 않는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 순차 스위치 회로(304)에 의해 생성되는 상기 노이즈가 각 수직형 홀 요소가 선택될 때 동일하지 않은 경우, 상기 커브들(506, 508)에 의해 표현되는 바와 같이, DC (또는 평균) 각도 에러가 생성되고, 또한 사인곡선 형태의 에러가 생성될 수 있다. 상기 사인곡선 에러 특성은, 부분적으로, 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 두르는 각 사이클에 대하여 반복되는 상기 순차 스위치 회로(304)에 의해 생성되는 상기 노이즈의 결과일 수 있고, 따라서 상기 노이즈는 도 2의 상기 신호(202)의 주파수에서 각도 에러 주파수 성분을 가질 수 있고, 상기 신호(502)(도 3의 304a)에 가산될 수 있다. 상기 각도 에러 주파수 성분은 상기 신호들(304a, 304b)에 관련된 위상에서 본질적으로 고정될 수 있고, 그러므로 상기 각도 에러의 가산은 상기 신호들(304a, 304b)의 상기 위상에 따라 상기 합산된 신호에서 서로 다른 위상 쉬프트 에러들을 유발한다. 보다 높은 고조파(harmonics)가 또한 상기 노이즈로부터 유발될 수 있다.
다음으로, 상기 전류 스위치 회로(306)와 관련하여, 상기 전류 스위치 회로(306)에 의해 생성되는 전하 주입(charge injection) 또는 스위칭 스파이크(switching spikes)(이들은 함께 노이즈라 일컬어짐)가 상기 CVH 센싱 요소(302)에서 각 순차적인 수직형 홀 요소가 선택될 때 반드시 정확하게 동일하지는 않는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 전류 스위치 회로(306)에 의해 생성되는 상기 노이즈가 각 수직형 홀 요소가 선택될 때 동일하지 않은 경우, 상기 커브들(506, 508)에 의해 표현되는 바와 같이, DC (또는 평균) 각도 에러가 생성되고, 또한 사인곡선 형태의 에러가 생성될 수 있다. 상기 사인곡선 에러 특성은, 부분적으로, 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 두르는 각 사이클에 대하여 반복되는 상기 전류 스위치 회로(306)에 의해 생성되는 상기 노이즈의 결과일 수 있다.
다른 회로 특성들이 또한 상기 각도 에러들, 즉 상기 에러 커브들(506, 508)에 의해 표현된 상기 DC (또는 평균) 각도 에러 및 상기 에러 커브들(506, 508)의 상기 사인곡선 형태들의 원인이 될 수 있다. 즉, 도 3의 이중 차동 증폭기(308)가, 또한 도 3의 다른 회로 요소들이, 상기 순차 스위치 회로(304)가 상기 CVH 센싱 요소(302)의 상기 수직형 홀 요소들을 스위칭함에 따라, 또한 상기 전류 스위칭 회로(306)가 상기 다양한 전류 스피닝 위상들을 스위칭함에 따라, 최종 값들로 고정(settle)될 수 없는 속도(speed)가 상기 에러들의 원인이 될 수 있다.
상술한 회로 특성들은, 이에 한정되지 않으나, 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 다양한 수직형 홀 요소들의 (서로 다른 전류 스피닝 위상들에서의 오프셋 부정합(mismatch)을 포함하거나 또는 포함하지 않는) 서로 다른 오프셋 전압들, 상기 다양한 수직형 홀 요소들의 감도 차이, 및 스위칭 노이즈와 회로 요소들이 최종 값들로 고정되지 않는 것을 포함하고, 이러한 회로 특성들은 다양한 요인들, 이들에 한정되지는 않으나, 예를 들어 도 3의 상기 자기장 센서(300)의 온도, 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 두르는 순차처리의 속도(rate), 상기 자석(320)이 회전함에 따라 상기 CVH 센싱 요소(302)가 겪는 상기 자기장의 피크 크기, 및 상기 다양한 수직형 홀 요소들 중 선택된 전류 스피닝 순서(들)에 의해 영향을 받는(즉, 변경되는) 경향이 있다.
상기 커브들(506, 508) 사이의 차이는 동일한 요인들의 변화, 즉 상기 온도의 변화, 상기 자석(320)이 회전함에 다라 상기 CVH 센싱 요소(302)가 겪는 상기 자기장의 피크 진폭의 변화 또는 차이, 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 수직형 홀 요소들의 오프셋 전압들의 변화, 상기 다양한 수직형 홀 요소들의 감도의 변화, 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 두르는 순차처리의 속도의 변화 또는 차이, 및 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 상기 다양한 수직형 홀 요소들 중 선택된 전류 스피닝 순서(들)의 변화 또는 차이가 원인일 수 있다. 이러한 요인들 중에서, 상기 온도의 변화는 임의의 시점에서 발생할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기 자기장의 상기 피크 진폭의 변화는 위치 변화, 즉 도 3의 상기 자석(320)과 상기 CVH 센싱 요소(302) 사이의 공극(air gap) 변화에 영향 받을 수 있다. 상기 자기장의 상기 피크 진폭의 변화는 또한 기계적인 고려사항들, 예를 들어 상기 자석(320)이 회전하는 베어링(bearing) 또는 샤프트(shaft)의 마모에 영향 받을 수 있다. 그러나, 순차처리 속도의 변화 및 전류 스피닝 순서들의 변화는 고정될 수 있고, 상기 자기장 센서(300)의 서로 다른 응용들에 대해서만 변화될 수 있다. 상기 오프셋 전압들의 변화 및 상기 수직형 홀 요소들의 감도의 변화는 온도 변화에 영향을 받는 경향이 있다.
일반적으로, 지배적인 각도 에러 주파수 성분들이 상기 신호(202)(즉, 304a, 304b)의 상기 주파수의 제1 및 제2 고조파들(harmonics)에서 발생하는 것으로 판단되어 왔다. 상기 커브들(506, 508)은 상기 신호(202)(즉, 304a, 304b)의 상기 주파수의 제1 및 제2 고조파들(harmonics)에 의해 좌우되는 각도 에러 함수들을 나타낸다.
상기 커브들(506, 508)은 다음과 같은 방식으로 수학적으로 기술될 수 있다.
수학적으로, 상기 커브들(506, 508)에 의해 표현되는 상기 각도 에러는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서, α = 에러를 가지는 측정된 각도이고;
n = n번째 고조파를 나타내는 변수이고;
T = 자기장 센서(300)의 온도이고;
OFF = 자기 목표 위치 에러, 즉 도 3의 자석(320)에 대한 상기 CVH 센싱 요소(302)의 기계적인 오정렬(misalignment)이고, 이는 일반적으로 온도(T)에 대하여 독립적이고;
DC(T) = DC 각도 에러의 평균이고, 이는 온도(T)의 함수이고;
HnA(T) = 상기 에러의 n번째 고조파 성분의 진폭이고, 이는 온도(T)의 함수이고; 그리고
HnP(T) = 상기 n번째 고조파 성분의 위상이고, 이는 온도(T)의 함수이다.
상기 각도 에러에 영향을 미치는, 온도와 다른, 상술한 다른 요인들은 [수학식 1]에서 고려되지 않았다. 즉, 상기 CVH 센싱 요소(302) 둘레를 도는 순차처리의 속도가 고려되지 않았고, 상기 자석(320)이 생성하고 상기 CVH 센싱 요소(302)가 겪는 상기 자기장의 피크 진폭이 고려되지 않았고, 또한 상기 전류 스피닝 순서 선택 모듈(119)에 의해 생성되는 상기 전류 스피닝 위상 순서가 상술한 표현에서 고려되지 않았다.
([수학식 1]의 양자화되지 않은 에러가 아닌) 추정 및 양자화된 각도 에러는 다음과 같이 수학적으로 표현될 수 있다.
여기서, q는 양자화된 값들을 의미한다.
상기 원치 않는 오프셋 전압들을 고려하는 다른 방법이 아래의 수학식과 같이 주어질 수 있다.
여기서, 
= 후술되는 기술들에 의해 단독으로 취해지든 또는 조합되어 취해지든, 순차적으로 선택되는 수직형 홀 요소들에 대한 오프셋 전압들의 표준 편차(즉, 차이(variation))이고;
N은 복수의 수직형 홀 요소들을 도는 순서대로 샘플링되는, 단독으로 취해지든 또는 조합되어 취해지든, 수직형 홀 요소들의 개수이고,
V1 = 도 3의 신호들(308a 또는 310a)의 오프셋 에러 벡터의 제1 고조파의 크기이다.
[수학식 3]으로부터, 후술되는 기술들에 의해 순차적으로 샘플링되는 복수의 수직형 홀 요소들 사이에서 오프셋 전압들의 편차를 보다 작게 하는 것이 결과적으로 제1 고조파 오프셋 에러 벡터의 크기를 보다 작게 하는 경향이 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 오프셋 에러 벡터의 상기 제1 고조파가 여전히 상기 원하는 자기장 방향 측정에 가산되나, 상기 자기장 방향 측정에 보다 작은 에러를 야기할 수 있다.
도 6 내지 도 16은 아래에서 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 개별적인 수직형 홀 요소들이 수직형 홀 요소들의 조합들 중 임의의 하나로부터 보다 낮은 오프셋 전압을 도출하도록 조합되고, 또한 상기 CVH 센싱 요소가 서로 다른 수직형 홀 요소들로 순차처리됨에 따라 보다 낮은 오프셋 전압 편차들, 예를 들어 도 2의 상기 신호(202)의 보다 낮은 편차를 도출하도록 조합되는 다양한 방식들을 기술한다. 다시 말해서, 상기 자기장 센서(300)가 상기 CVH 센싱 요소(302)를 빙 둘러 순차처리함에 따라 오프셋 편차가 감소되고, 이에 따라 도 3의 상기 x-y 각도 신호(314a)로 보고되는 자기장의 실제 방향을 보다 높은 정확도로 표시할 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)의 연결 배열(600)이 도시되어 있다.
제1 수직형 홀 요소(602)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제2 수직형 홀 요소(604)는 도 4b의 90도 위상 배열로 배치된다. 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 건설적으로(constructively) 함께 연결된다.
여기서, "건설적으로(constructively)" 및 "파괴적으로(destructively)"라는 용어들은 신호들의 자기장 성분의 가산 또는 감산을 의미하도록 사용된다.
일부 실시예들에서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)은 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 수직형 홀 요소들이다. 다른 실시예들에서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)은, 도 1a의 배열에 의해 표현된 바와 같이, 별개로 분리된 수직형 홀 요소들일 수 있다.
여기에 사용된 부호 (+, -)는, 여기서 화살표(606) 방향을 향하는 자기장에 응답하는 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)로부터의, 출력 신호들의 자기장 성분들의 극성들을 나타낸다. 개별적인 수직형 홀 요소로부터의 상기 출력 신호가, 상술한 관습에 따라 하나의 출력 콘택이 플러스이고, 다른 하나의 출력 콘택이 마이너스인, 차동 신호일 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 화살표(606)에 대하여 반대되는 방향의 자기장에 대하여, 각 수직형 홀 요소의 상기 부호들이 반대가 된다.
예시적인 정적인, 즉 움직이지 않는, 자기장(예를 들어, 606)에 응답하는, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)로부터의 출력 신호들은 DC 신호들이다. 이동하는 또는 회전하는 자기장에 응답하는, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)로부터의 출력 신호들은 변화하는 AC 성분을 가지는 변화하는 신호들이다. 모든 경우에서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)로부터의 출력 신호들 각각은 두 개의 성분들, 즉 상기 외부의 (정적인 또는 회전하는) 자기장에 대응하는 원하는 외부 자기장 성분(예를 들어, Vext, DC이거나 또는 AC임) 및 항상 DC 성분인 오프셋 성분(예를 들어, Voff)을 포함한다. 상기 오프셋 전압 DC 성분은 상기 수직형 홀 요소의 상기 연결 위상(예를 들어, 도 4 내지 도 4c 참조)에 따라 부호가 변경된다.
상기 예시적인 정적 자기장(606)에 응답하는, 상기 제1 수직형 홀 요소(602)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분의 조합, Vext1+Voff1이다. 상기 제2 수직형 홀 요소(604)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분의 조합, Vext2-Voff2이다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)을 도시된 바와 같이 건설적으로 서로 연결함으로써 이들로부터의 상기 두 개의 신호들을 조합되어 다음과 같은 조합된 차동 신호가 도출된다.
Vm+, Vm- = [(Vext1 + Voff1) + (Vext2 - Voff2)]/2
= (Vext1 + Vext2)/2 + (Voff1 - Voff2)/2
Voff1이 대략적으로 Voff2와 동일하고, Vext1이 대략적으로 Vext2와 동일한 것으로 가정하면, 상기 조합된 차동 신호 Vm+, Vm-의 결과적인 외부 자기장 성분은 대략적으로 Vext이고, 상기 조합된 신호의 상기 오프셋 전압은 대략적으로 0으로 상쇄된다. 그러나, Voff1이 정확하게 Voff2와 동일하지 않으므로, 잔여의 작은 오프셋, Voffresa이 남는다.
상술한 수학식들에서 또한 후술되는 수학식들에서 2의 인자들은 상기 두 개의 수직형 홀 요소들의 각각이 저항에 직렬 연결된 전압원과 같이 동작한 결과이다. 서로 결합될 때, 두 개의 수직형 홀 요소들은 상기 두 개의 출력 신호들의 평균인 출력 신호를 제공하는 경향이 있다.
따라서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)은, 상기 외부 자기장 성분들이 건설적으로 가산되고, 또한 상기 오프셋 성분들이 대략적으로 상쇄되도록, 도시된 바와 같이 연결 위상들 0 및 90으로 도시된 바와 같이 연결될 수 있다.
도 2 및 도 5로부터, 순차적으로 선택되는 각 수직형 홀 요소에 대한 보다 낮은 DC 오프셋 전압에 의해 자기장 센서에 의해 생성되는 보다 정확한 x-y 각도 신호, 예를 들어 도 3의 상기 자기장 센서(300)에 의해 생성되는 보다 정확한 x-y 각도 신호(314a)가 도출되는 것을 이해할 수 있을 것이다.
상기 두 개의 수직형 홀 요소들 사이의 도시된 연결들이, 예를 들어 도 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)(및 다른 도면들을 참조하여 후술되는 수직형 홀 요소들)이 초핑되거나 전류 스핀된다. 다른 실시예들에서, 초핑 또는 전류 스피닝이 없을 수 있다.
상기 수직형 홀 요소들(602, 604)이 특정한 배열로 정적으로 연결된 것이 도시되어 있으나, 초핑 또는 전류 스피닝이 채용되는 실시예들에서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)은 상기 전류 스피닝이 진행됨에 따라 90도 이격된 상기 연결 위상들로 남아있기만 하면 된다. 상술한 바와 같이, 상기 연결 배열들에 부여된 각도 명칭들이 수직형 홀 요소에 대하여 다소 임의적이고, 평면형 홀 요소의 연결 배열들로부터 유래된 것이다. 따라서, 도 6에 도시된 연결은 4-위상 초핑에서 첫 번째 초핑 배열을 나타낼 수 있다. 두 번째 초핑 배열에 대하여, 상기 수직형 홀 요소(602)는 도 4b에 따라 90도 연결 배열로 배치될 수 있고, 상기 수직형 홀 요소(604)는 도 4a에 따라 180도 연결 배열로 배치될 수 있다. 세 번째 초핑 배열에 대하여, 상기 수직형 홀 요소(602)는 도 4a에 따라 180도 연결 배열로 배치될 수 있고, 상기 수직형 홀 요소(604)는 도 4c에 따라 270도 연결 배열로 배치될 수 있다. 네 번째 초핑 배열에 대하여, 상기 수직형 홀 요소(602)는 도 4c에 따라 270도 연결 배열로 배치될 수 있고, 상기 수직형 홀 요소(604)는 도 4에 따라 0도 연결 배열로 배치될 수 있다. 상기 초핑 배열들 모두에 대하여, 상기 수직형 홀 요소들(602, 604)의 신호 출력 콘택들은, 상기 신호 출력 콘택들 상의 신호들의 자기장 성분들이 건설적으로 가산되고, 상기 신호 출력 콘택들 상의 상기 신호들의 오프셋 성분들이 서로 상쇄되도록, 함께 연결된다.
상술한 초핑 또는 전류 스피닝은, 예를 들어 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
초핑 또는 전류 스피닝이 없는 실시예들에 대하여, 도 6에 도시된 배열에 의해 출력 샘플이 한번 획득되면, 상기 순차 스위치 회로(304) 및 상기 전류 스위치 회로(306)는 단지 다음 수직형 홀 요소로 단계 이동하고, 이는 도 6에서 우측으로의 회전이거나 좌측으로의 회전일 수 있다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(602, 604)이 CVH 센싱 요소 내의 수직형 홀 요소들의 세트의 구성요소들인 실시예들에서, 상기 우측 또는 상기 좌측으로의 쉬프트는 상기 CVH 센싱 요소의 하나 이상의 콘택들 만큼일 수 있다.
수직형 홀 요소들의 조합들의 다른 배열들이 아래의 도면들에 개시되어 있다. 초핑 또는 전류 스피닝이 이러한 도면들 각각과 함께 개시되지 않으나, 아래의 도면들에 도시된 배열들 각각이, 전류 스피닝 시퀀스의 각 단계에 대하여 도 4 내지 도 4c마다 전류 스피닝 배열들의 표시된 상대적 위상 차이들을 유지하면서, 각 도면에 도시된 극성들에 따른 출력 신호 콘택들의 연결을 유지하면서, 또한 각 시퀀스 단계에서 수직형 홀 요소들 사이의 물리적 각도 관계들을 유지하면서, 초핑 또는 전류 스피닝과 함께 이용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이제 도 7을 참조하면, 그래프(700)는 위상의 도(degree) 단위의 눈금을 가지는 수평축을 가진다. 또한, 그래프(700)는 진폭의 정규화된 단위의 눈금을 가지는 수직축을 가진다.
커브(702)는 원을 따라 선택된 수직형 홀 요소들의 하나의 완전한 회전에 대하여, 순차적으로 샘플링 및 필터링된 출력 신호(예를 들어, 도 3의 신호(310a))에서의 제1 고조파의 상술한 잔여 오프셋, Voffresa을 나타내고, 여기서 상기 선택된 수직형 홀 요소들은 연결 위상들에서 90도만큼 이격되고(도 6의 602, 604), 도 6의 상기 두 개의 정적으로 선택된 수직형 홀 요소들(602, 604)에 의해 표현된 것과 같이 결합된다. 상기 커브(702)는 본질적으로 오프셋 전압들로부터만 유발되는 에러 신호를 나타내고, 이는, 구동 중, 외부 자기장으로부터 도출되는 순차적인 신호에 가산되어, 관찰되는 상기 순차 신호에 위상 에러를 유발한다. 상기 에러 신호(702)는 그 자체로, 예를 들어 도 3의 자기장 센서(300)를 0의 외부 자기장에 배치하고, 수직형 홀 요소들을 도 6에 도시된 바와 같이 연결하며, 도 3의 상기 신호(310a)를 관찰함으로써, 관찰될 수 있다. 0의 외부 자기장이 존재할 때, 상기 신호(310a)는 0이어야 하나, 이를 대신하여 전류(702)에 의해 표현된 것과 같이 에러 신호일 수 있다.
상기 에러 신호들(702)의 위상은 0 도들인 것으로 임의적으로 도시되어 있다. 일반적으로, 상기 에러 신호(702)의 크기가 오프셋 성분이 없이 7.5 가우스(Gauss)의 외부 자기장으로 획득되는 것과 유사한 것이 관찰되었다. 1000 가우스의 외부 자기장에 대하여, 7.5 가우스와 대등한 상기 에러 성분에 의해 도 3의 상기 x-y 각도 신호(314a)의 최대 또는 피크 에러가 약 0.43 도가 되었다. 이러한 에러는, 임의의 선택된 하나의 위상 각도에서 7.5 가우스에 따른 정적 에러 벡터를 취하고, 도 6의 배열에 근접한 회전하는 자기장으로부터 유발되는 1000 가우스에 따른 회전 외부 자기장 벡터에 상기 에러 벡터를 가산함으로써, 간단한 벡터 가산으로 계산될 수 있다.
도 6의 상기 연결 배열이 이용되지 않고, 대신에 원을 빙 두르는 시퀀스 동안의 일 시점에서 단지 하나의 수직형 홀 요소 만으로부터의 출력 신호가 이용되는 경우, 상기 에러 신호가 일반적으로 매우 클 것이고, 도 3의 상기 x-y 각도 신호(314a)의 결과적인 각도 에러가 일반적으로 매우 클 것이다.
이제 도 8을 참조하면, 다른 연결 배열(800)이 도시되어 있다.
제1 수직형 홀 요소(802)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제2 수직형 홀 요소(804)는 도 4b의 90도 위상 배열로 배치되고, 제3 수직형 홀 요소(806)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제4 수직형 홀 요소(808)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치된다.
상기 네 개의 수직형 홀 요소들 사이의 도시된 연결들은, 예를 들어 도 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(802, 804, 806, 808)은 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 수직형 홀 요소들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(802, 804, 806, 808)은, 도 1a의 배열로 표현된 것과 같이, 별개로 분리된 수직형 홀 요소들일 수 있다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804)은 도 6의 상기 수직형 홀 요소들(602, 604)과 동일한 방식으로 서로 건설적으로 연결된다. 따라서, 예시적인 정적 자기장(810)에 응답하여, 상기 제1 수직형 홀 요소(802)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제1 외부 자기장 성분과 제1 오프셋 성분의 조합, Vext1 + Voff1이다. 상기 제2 수직형 홀 요소(804)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제2 외부 자기장 성분과 제2 오프셋 성분의 조합, Vext2 - Voff2이다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(802, 804)을 도시된 바와 같이 서로 건설적으로 연결함으로써 이들의 상기 두 개의 출력 신호들을 조합하면 조합된 차동 신호는 다음과 같다.
Vm+, Vm- = [(Vext1 + Voff1) + (Vext2 - Voff2)]/2
= (Vext1 + Vext2)/2 + (Voff1 - Voff2)/2.
상술한 도 6에서와 같이, Voff1이 대략적으로 Voff2와 동일하고, Vext1이 대략적으로 Vext2와 동일한 것으로 가정하면, 상기 조합된 차동 신호 Vm+, Vm-의 결과적인 외부 자기장 성분은 대략적으로 Vext이고, 상기 조합된 신호의 상기 오프셋 전압은 대략적으로 0으로 상쇄된다. 그러나, Voff1이 정확하게 Voff2와 동일하지 않으므로, 잔여의 작은 오프셋, Voffresa이 남는다.
상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808) 각각은 도 4의 배열에 따라 0 도의 위상 배열을 가진다. 출력 신호들 극성들 (+,-)로 표시된 바와 같이, 상기 수직형 홀 요소들(806, 808)의 출력 신호 콘택들은 상기 출력 신호들의 상기 자기장 신호 성분들이 파괴적으로 더해지도록(즉, 감산되도록) 연결된다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804)은 수직형 홀 요소들의 원의 둘레에, 예를 들어 원형의 수직형 홀 요소의 둘레에 또는 별개로 분리된 수직형 홀 요소들의 원의 둘레에 물리적으로 180도 이격되어 배치된다. 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808) 또한 수직형 홀 요소들의 원의 둘레에 물리적으로 180도 이격되어 배치된다.
상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808)을 잇는 라인은 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804)을 잇는 라인으로부터 90도이다. 다른 물리적 배열들 또한 가능하고, 이들 중 일부가 여기에 개시된다.
예시적인 정적 자기장(810)에 응답하여, 상기 제3 수직형 홀 요소(806)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제3 외부 자기장 성분과 제3 오프셋 성분의 조합, -Vext3 - Voff3이다. 상기 제4 수직형 홀 요소(808)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제4 외부 자기장 성분과 제4 오프셋 성분의 조합, Vext4 + Voff4이다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(806, 808)을 도시된 바와 같이 서로 파괴적으로 연결함으로써 이들의 상기 두 개의 출력 신호들을 조합하면 조합된 차동 신호는 다음과 같다.
Vs+, Vs- = [(-Vext3 - Voff3) + (Vext4 + Voff4)]/2
= (Vext4 - Vext3)/2 + (Voff4 - Voff3)/2.
Voff3이 대략적으로 Voff4와 동일하고, Vext3이 대략적으로 Vext4와 동일한 것으로 가정하면, 상기 조합된 차동 신호 Vs+, Vs-의 결과적인 외부 자기장 성분은 대략적으로 0으로 상쇄되고, 상기 조합된 신호의 상기 오프셋 전압은 대략적으로 0으로 상쇄된다. 그러나, 다시, 작은 잔여의 오프셋 전압, Voffresb이 남는다.
아래의 도 9와 함께, 상기 수직형 홀 요소들이 상기 수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차적으로 처리됨에 따라, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804)의 조합에 의해 동적으로 각각 생성되는 상기 잔여 오프셋 전압, Voffresa이, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808)의 조합에 의해 각각 생성되는 상기 잔여 오프셋 전압, Voffresb과 유사한 크기를 가지나 다른 위상을 가지는 것이 개시될 것이다. 또한, 상기 두 쌍의 수직형 홀 요소들에 의해 생성된 신호들을 조합함으로써 Voffresa 및 Voffresb가 서로 상쇄되거나 거의 상쇄되는 것이 개시될 것이다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804) 각각으로부터의 상기 차동 신호 Vm+, Vm-는, 예를 들어 도 3의 차동 증폭기(308)에 의해, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808) 각각으로부터의 상기 차동 신호 Vs+, Vs-와 조합될 수 있다. 이러한 조합의 결과가 도 9와 함께 보다 상세히 후술될 것이다.
수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차처리 또는 단계처리, 및 상기 수직형 홀 요소들의 초핑 또는 전류 스피닝이 도 6과 함께 상술한 것과 동일 또는 유사할 수 있다. 상기 수직형 홀 요소들(802, 804, 806, 808)은 도 1과 함께 상술한 원형 수직 홀(CVH) 요소로 배열되거나, 도 1a에 도시된 바와 같이 별개로 분리된 수직형 홀 요소들의 원형으로 배치된 세트로 배열될 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 그래프(900)는 위상의 도(degree) 단위의 눈금을 가지는 수평축을 가진다. 또한, 그래프(900)는 진폭의 정규화된 단위의 눈금을 가지는 수직축을 가진다.
커브(902)는, 도 7의 상기 커브(702)와 같이, 원을 따라 선택된 수직형 홀 요소들의 하나의 완전한 회전에 대하여 순차적으로 샘플링 및 필터링된 출력 신호(예를 들어, 도 3의 신호(310a))에서의 제1 고조파의 상술한 잔여 오프셋, Voffresa을 나타내고, 여기서 상기 선택된 수직형 홀 요소들은 도 3의 상기 수직형 홀 요소들(802, 804)에 의해 표현된 것과 같이 연결 위상들에서 90도만큼 이격된다.
커브(904)는 원을 따라 선택된 수직형 홀 요소들의 하나의 완전한 회전에 대하여 순차적으로 샘플링 및 필터링된 출력 신호(예를 들어, 도 3의 신호(310a))에서의 제1 고조파의 상술한 잔여 오프셋, Voffresa을 나타내고, 여기서 상기 선택된 수직형 홀 요소들은 도 8의 상기 수직형 홀 요소들(806, 808)에 의해 표현된 것과 같이 연결 위상들에서 각각 9이다.
상기 커브들(902, 904)은 약 90도 차이일 수 있고, 이는 상기 수직형 홀 요소들(806, 808)에 대하여 상기 수직형 홀 요소들(802, 804)의 90도의 상대적 위치에 의해 결정된다. 상기 커브들(902, 904), 즉 신호들(902, 904)을 최선으로 조합하기 위하여, 상기 신호들(902, 904) 중 하나 또는 모두를 위상 쉬프트함으로써 상기 신호들(902, 904)이 가산될 때 상기 신호들(902, 904)이 180도 위상차를 가지게 하고, 상기 신호들(902, 904)이 감산될 때 상기 신호들(902, 904)이 동일한 위상을 가지게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 도 3의 위상 조정 모듈(307)은 상기 순차 스위치 회로(304)에 의해 제공되는 상기 차동 신호들 중 하나에 위상 조정을 적용한다.
다른 실시예들에서, 상기 수직형 홀 요소들(806, 808)에 대한 상기 수직형 횰 요소들(802, 804)의 상대적 위치는 90도와 다른 각도이고, 상기 커브들(902, 904) 사이의 위상차는 이에 따라 90도와 다를 수 있다. 이러한 배열 중 하나가 도 10과 함께 아래에 도시되어 있다.
이제 도 10을 참조하면, 다른 연결 배열(1000)이 도시되어 있다.
제1 수직형 홀 요소(1002)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제2 수직형 홀 요소(1004)는 도 4b의 90도 위상 배열로 배치되고, 제3 수직형 홀 요소(1006)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제4 수직형 홀 요소(1008)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치된다.
상기 네 개의 수직형 홀 요소들 사이의 도시된 연결들이, 예를 들어 도 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1002, 1004, 1006, 1008)은 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 수직형 홀 요소들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1002, 1004, 1006, 1008)은, 도 1a의 배열로 표현된 것과 같이, 별개로 분리된 수직형 홀 요소들일 수 있다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1002, 1004)은 도 8의 상기 수직형 홀 요소들(802, 804)과 동일한 방식으로 서로 건설적으로 연결된다. 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1006, 1008)은 도 8의 상기 수직형 홀 요소들(806, 808)과 동일한 방식으로 서로 파괴적으로 연결된다. 그러나, 도 8의 상기 연결 배열(800)과 달리, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1002, 1004)은 물리적으로 서로 옆에 배치되고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1006, 1008) 또한 물리적으로 서로 옆에 배치된다.
상기 제1 수직형 홀 요소(1002)는 상기 제4 수직형 홀 요소(1008)로부터 수직형 홀 요소들의 원의 둘레를 따라 180도로 배치된다. 상기 제2 수직형 홀 요소(1004)는 상기 제3 수직형 홀 요소(1006)로부터 수직형 홀 요소들의 원의 둘레를 따라 180도로 배치된다.
도 6의 수직형 홀 요소들(602, 604)과 함께 보다 상세히 상술한 바와 같이, 상기 수직형 홀 요소들(1002, 1004)의 상기 출력 신호들의 자기장 신호 성분들은 건설적으로 가산되고, 상기 수직형 홀 요소들(1002, 1004)의 상기 출력 신호들의 오프셋 성분들은 대략적으로 0으로 상쇄되나, 잔여 오프셋 전압 Voffresa가 남을 수 있다.
상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1006, 1008) 각각은 도 4의 배치에 따라 0도의 위상 배치를 가진다. 출력 신호들 극성들 (+,-) 로 표시된 바와 같이, 상기 수직형 홀 요소들(1006, 1008)의 출력 신호 콘택들은 상기 출력 신호들의 상기 자기장 신호 성분들이 파괴적으로 더해지도록 연결된다.
상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들(1002, 1008)을 잇는 라인은 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들(1004, 1006)을 잇는 라인으로부터 90도 보다 작게, 예를 들어 20도만큼 회전된 것이다. 다른 물리적 배열들 또한 가능하고, 이들 중 일부가 여기에 개시된다.
예시적인 정적 자기장(1010)에 응답하여, 상기 제1 수직형 홀 요소(1002)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제1 외부 자기장 성분과 제1 오프셋 성분의 조합, Vext1 + Voff1이다. 상기 제2 수직형 홀 요소(1004)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제2 외부 자기장 성분과 제2 오프셋 성분의 조합, Vext2 - Voff2이다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(1002, 1004)을 도시된 바와 같이 서로 파괴적으로 연결함으로써 이들의 상기 두 개의 출력 신호들을 조합하면 조합된 차동 신호는 다음과 같다.
Vm+, Vm- = [(Vext1 + Voff1) + (Vext2 - Voff2)]/2
= (Vext1 + Vext2)/2 + (Voff1 - Voff2)/2.
Voff1이 대략적으로 Voff2와 동일하고, Vext1이 대략적으로 Vext2와 동일한 것으로 가정하면, 상기 조합된 차동 신호 Vm+, Vm-의 결과적인 외부 자기장 성분은 대략적으로 Vext가 되고, 상기 조합된 신호의 상기 오프셋 전압은 대략적으로 0으로 상쇄된다. 그러나, Voff1이 Voff2와 정확하게 동일하지 않으므로, 잔여의 작은 오프셋, Voffresa이 남는다.
따라서, 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(1002, 1004)은, 상기 외부 자기장 성분들이 건설적으로 가산되고, 상기 오프셋 성분들이 대략적으로 상쇄되도록, 도시된 바와 같이 연결 위상들 0 및 90으로 도시된 바와 같이 연결될 수 있다.
상기 제3 수직형 홀 요소(1006)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제3 외부 자기장 성분과 제3 오프셋 성분의 조합, Vext3 + Voff3이다. 상기 제4 수직형 홀 요소(1008)로부터의 (+ 및 - 콘택들에 걸친) 차동 출력 신호는 제4 외부 자기장 성분과 제4 오프셋 성분의 조합, -Vext4 - Voff4이다. 상기 두 개의 수직형 홀 요소들(1006, 1008)을 도시된 바와 같이 서로 파괴적으로 연결함으로써 이들의 상기 두 개의 출력 신호들을 조합하면 조합된 차동 신호는 다음과 같다.
Vs+, Vs- = [(Vext3 + Voff3 ) + (-Vext4 - Voff4)]/2
= (Vext3 - Vext4)/2 + (Voff3 - Voff4)/2.
Voff3이 대략적으로 Voff4와 동일하고, Vext3이 대략적으로 Vext4와 동일한 것으로 가정하면, 상기 조합된 차동 신호 Vs+, Vs-의 결과적인 외부 자기장 성분은 대략적으로 0으로 상쇄되고, 상기 조합된 신호의 상기 오프셋 전압은 대략적으로 0으로 상쇄된다. 그러나, 다시, 작은 잔여의 오프셋 전압, Voffresb이 남는다.
도 9에 도시된 것과 유사하게, 상기 수직형 홀 요소들이 상기 수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차적으로 처리됨에 따라, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(802, 804)의 조합에 의해 동적으로 각각 생성되는 상기 잔여 오프셋 전압, Voffresa이, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(806, 808)의 조합에 의해 각각 생성되는 상기 잔여 오프셋 전압, Voffresb과 유사한 크기를 가지나 다른 위상을 가지질 수 있다.
상기 신호들(Voffresa, Voffresb)은 도 3의 상기 위상 조정 모듈(307)에 의한 위상 정렬로 이동될 수 있다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1002, 1004) 각각으로부터의 상기 차동 신호(Vm+, Vm-)는, 위상 조정과 함께 또는 위상 조정 없이, 도 3의 상기 차동 증폭기(308)에 의해 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1006, 1008) 각각으로부터의 상기 차동 신호(Vs+, Vs-)와 조합될 수 있다. 이러한 조합의 결과는 도 9와 함께 상세히 상술되었다.
수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차처리 또는 단계처리, 및 상기 수직형 홀 요소들의 초핑 또는 전류 스피닝이 도 6과 함께 상술한 것과 동일 또는 유사할 수 있다. 상기 수직형 홀 요소들(1002, 1004, 1006, 1008)은 도 1과 함께 상술한 원형 수직 홀(CVH) 요소로 배열되거나, 도 1a에 도시된 바와 같이 별개로 분리된 수직형 홀 요소들의 원형으로 배치된 세트로 배열될 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 5-콘택 수직형 홀 요소(1100)의 콘택들(1102a-1102e)(또한 1-5)이 도 4의 0도 연결로 배열된다. 상기 수직형 홀 요소(1100)는 도 8의 상기 수직형 홀 요소(802) 또는 도 10의 상기 수직형 홀 요소(1002)를 나타내는 것으로 의도되었다. 상기 콘택들(1102a-1102e) 사이 및 기판(1106) 내의 저항들이 도시되어 있다. 상기 수직형 홀 요소(1100)에 의해 생성되는 오프셋 전압을 표현하기 위하여, 대부분의 콘택들 사이에 저항들 R로 표현되었으나, 콘택들 2 및 3 사이에서는 R + ΔR1이 도시되어 있다.
상기 수직형 홀 요소(1100)의 전자 회로 표현이 도 13과 함께 아래에 도시되어 있다.
이제 도 12를 참조하면, 도 11의 구성요소들과 유사한 것들은 유사한 참조부호들을 가지도록 도시되어 있고, 5-콘택 수직형 홀 요소(1200)의 콘택들(1202a-1202e)(또한 1-5)이 도 4b의 90도 연결로 배열된다. 상기 수직형 홀 요소(1200)는 도 8의 상기 수직형 홀 요소(804) 또는 도 10의 상기 수직형 홀 요소(1004)를 나타내는 것으로 의도되었다. 상기 콘택들(1202a-1202e) 사이 및 기판(1206) 내의 저항들이 도시되어 있다. 상기 수직형 홀 요소(1200)에 의해 생성되는 오프셋 전압을 표현하기 위하여, 대부분의 콘택들 사이에 저항들 R로 표현되었으나, 콘택들 2 및 3 사이에서는 R + ΔR2가 도시되어 있다.
상기 수직형 홀 요소(1200)의 전자 회로 표현이 도 13과 함께 아래에 도시되어 있다.
이제 도 13을 참조하면, 회로 모델(1300)은 서로 연결된 두 개의 수직형 홀 요소들을 나타낸다. 상기 회로 모델(1300)의 왼쪽의 회로 모델 부분은 도 11의 상기 수직형 홀 요소(1100)(즉, 도 4 및 도 11의 0 위상 연결, 즉 도 8 및 도 10의 제1 수직형 홀 요소들(802, 1002) 각각)를 나타낸다. 상기 회로 모델(1300)의 오른쪽의 회로 모델 부분은 도 12의 상기 수직형 홀 요소(1200)(즉, 도 4b 및 도 12의 90 위상 연결, 즉 도 8 및 도 10의 제2 수직형 홀 요소들(804, 1004) 각각)를 나타낸다.
상기 두 개의 전기적 연결들의 콘택들이 1 내지 5의 숫자들로 표시되어 있다. 저항들 R, R + ΔR1, 및 R + ΔR2가 도 11 및 도 12의 상기 수직형 홀 요소들에 따라 콘택들 사이에 도시되어 있다. 상기 두 개의 회로 모델들은, 도 8의 수직형 홀 요소들(802, 804) 및 도 10의 수직형 홀 요소들(1002, 1004)이 서로 연결된 것과 동일한 방식으로 건설적으로 서로 연결된다.
회로 모델(1302)은 상기 회로 모델(1300)과 동등하다.
부호 '//'는 "~에 평행한(parallel to)" 것을 나타내도록 의도되었다. 아래의 수학식들은 회로 모델(1302)을 나타낸다. 아래의 수학식들에서, 위첨자 0은 상기 회로 모델(1300)의 배열의 왼쪽편의 상기 0 위상 연결을 지시하도록 의도되었고, 위첨자 90은 상기 회로 모델(1300)의 배열의 오른쪽편의 상기 90 위상 연결을 지시하도록 의도되었다.
R >> Ri인 것으로 가정하면, R // (R+ΔR)은 (R+ΔR)/2로 근사할 수 있다. 그러므로 [수학식 4]와 같다.
4R >> 
인 것으로 가정하면, [수학식 5]와 같다.
위의 수식은, 상술한 잔여 오프셋, Voffresa이다.
이제 도 14를 참조하면, 회로 모델(1400)은 서로 연결된 두 개의 수직형 홀 요소들의 다른 회로 모델이다. 상기 회로 모델(1400)의 왼쪽의 회로 모델 부분은 도 11의 상기 수직형 홀 요소(1100)(즉, 도 4 및 도 11의 0 위상 연결, 즉 도 8 및 도 10의 제3 수직형 홀 요소들(806, 1006) 각각)를 나타낸다. 상기 회로 모델(1400)의 오른쪽의 회로 모델 부분은 도 12의 상기 수직형 홀 요소(1200)(즉, 도 4 및 도 11의 0 위상 연결, 즉 도 8 및 도 10의 제4 수직형 홀 요소들(808, 1008) 각각)를 나타낸다.
상기 두 개의 전기적 연결들의 콘택들이 1 내지 5의 숫자들로 표시되어 있다. 저항들 R, R + ΔR1, 및 R + ΔR2가 도 11의 상기 수직형 홀 요소(1100)에 따라 콘택들 사이에 도시되어 있다. 상기 두 개의 회로 모델들은, 도 8의 수직형 홀 요소들(806, 808) 및 도 10의 수직형 홀 요소들(1006, 1008)이 서로 연결된 것과 동일한 방식으로 파괴적으로 서로 연결된다.
회로 모델(1402)은 상기 회로 모델(1400)과 동등하다.
부호 '//'는 "~에 평행한(parallel to)" 것을 나타내도록 의도되었다. 아래의 수학식들은 회로 모델(1402)을 나타낸다. 아래의 수학식들에서, 위첨자 0은 상기 회로 모델(1400)의 배열의 왼쪽편 및 오른쪽편의 상기 0 위상 연결을 지시하도록 의도되었다.
R >> Ri인 것으로 가정하면, R // (R+ΔR)은 (R+ΔR)/2로 근사할 수 있다. 그러므로, [수학식 6]과 같다.
[수학식 4]와 [수학식 6]을 비교하면, 분모에서 (
) 인자만이 다른 것을 알 수 있다.
대부분의 경우, 이러한 인자는 무시할 만하여 버려질 수 있고, R로 약분하면 다음과 같다.
결과적으로, 도 14의 배열(1402)은 도 13의 배열(1302)에 대하여 높은 정도로 매칭된 오프셋 벡터를 생성한다.
따라서, 상술한 (및 후술되는) 상기 네 개의 수직형 홀 요소 배열들 중 임의의 것에서의 상기 두 번째 쌍의 수직형 홀 요소들에 의해 생성되는 상기 잔여 오프셋, Voffresb은 상기 첫 번째 쌍의 수직형 홀 요소들에 의해 생성되는 상기 잔여 오프셋, Voffresa을 더욱 감소 또는 상쇄하도록 이용될 수 있다.
도 15 및 도 16은 제1 쌍의 수직형 홀 요소들 및 제2 쌍의 수직형 홀 요소들이 서로 직접 연결되어, 도 4의 상기 순차 스위치 모듈(306)이 순서대로 서로 다른 세트들의 네 개의 수직형 홀 요소들을 선택함에 따라, 각 선택된 세트의 네 개의 수직형 홀 요소들에 대하여 하나의 각각의 차동 출력 신호가 도출되는 배열들을 나타낸다.
도 8 및 도 10의 상기 배열들과 같은, 상기 직접 조합은, 도 6과 함께 상술한 감소 이상으로, 잔여 오프셋을 감소시킬 수 있다. 한편, 도 15 및 도 16의 상기 건설적 조합들은 네 개의 수직형 홀 요소들 사이에서의 4-방향(four-way) 건설적 조합들이다. 4-방향(four-way) 건설적 조합은 하나의 출력 신호만을 도출하고, 상기 위상 조정 회로(307)가 불필요하다.
이제 도 15를 참조하면, 다른 연결 배열(1500)이 도시되어 있다.
제1 수직형 홀 요소(1502)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제2 수직형 홀 요소(1504)는 도 4b의 90도 위상 배열로 배치되고, 제3 수직형 홀 요소(1506)는 도 4c의 270도 위상 배열로 배치되고, 제4 수직형 홀 요소(1508)는 도 4a의 180도 위상 배열로 배치된다.
상기 네 개의 수직형 홀 요소들 사이의 도시된 연결들은, 예를 들어 도 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1502, 1504, 1506, 1508)은 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 수직형 홀 요소들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1502, 1504, 1506, 1508)은, 도 1a의 배열로 표현된 것과 같이, 별개로 분리된 수직형 홀 요소들일 수 있다.
상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1506, 1508)을 잇는 라인은 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1502, 1504)을 잇는 라인으로부터 90도이다. 다른 물리적 배열들 또한 가능하고, 이들 중 일부가 여기에 개시된다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1502, 1504)은 각각 도 8의 상기 수직형 홀 요소들(802, 804)과 동일한 방식으로 서로 건설적으로 연결된다. 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1506, 1508) 또한 도시된 바와 같이 서로 건설적으로 연결된다. 상기 두 개의 건설적인 조합들이 또한 건설적으로 조합되어 하나의 차동 출력 신호 (Vcomb+, Vcomb-)가 도출된다.
예시적인 정적 자기장(1510)에 응답하여, 네 개의 수직형 홀 요소들 모두의 건설적인 합산이 다음과 같고,
Vcomb+, Vcomb-
= (Vext1 + Vext2)/4 + (Voff1 - Voff2)/4 + (Vext3 + Vext4)/4 + (Voff3 - Voff4)/4,
이는 대략적으로 Vext와 같다. (기호들 1, 2, 3 및 4는 제1, 제2 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1502, 1504, 1506, 1508)을 각각 나타낸다.)
남아있는 잔여 오프셋, Voffresc는 도 6 내지 도 14와 함께 상술한 Voffresa 및 Voffresb의 각각의 경우들보다 작다.
도 15의 모든 조합들이 건설적 조합들인 것에 주의해야 한다. 본질적으로, 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1502, 1504)이 건설적으로 조합되고, 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1506, 1508)이 건설적으로 조합되며, 상기 두 개의 쌍들이 또한 서로 건설적으로 조합된다. 도시된 전류 스피닝 위상들(즉, 전류 스피닝 위상 차이들)을 이용하여, 상기 오프셋들이 상기 차동 신호 (Vcomb+, Vcomb-)에서 상쇄 또는 거의 상쇄되어 상기 잔여 오프셋,Voffresc이 도출된다.
건설적 조합들은, 원하는 외부 자기장 성분, Vext가 가산되어 조합된 신호에서 잔여 오프셋 성분에 대하여 보다 큰 비의 결과적인 외부 자기장 성분이 도출되므로, 바람직한 경향이 있다.
다른 실시예들에서, 유사한 결과를 달성하도록 다른 전류 스피닝 위상들을 건설적으로 조합하는 것이 가능하다. 예를 들어, 하나의 대안적인 실시예들에서, 상기 제3 수직형 홀 요소(1506)가 도 4b에 따른 90도의 전류 스피닝 위상 배열로 연결될 수 있고, 상기 제4 수직형 홀 요소(1508)가 도 4에 따른 0도 전류 스피닝 위상 배열로 연결될 수 있다. 건설적 조합들을 유지함으로써 상술한 것들과 유사한 결과들이 산출될 것이다.
도 15에 따른 다양한 실시예들은 모두 공통의 특징들을 가지고, 즉 이들은 모두 상기 예시적인 자기장(1510)에 응답하여 각 수직형 홀 요소로부터 동일한 극성의 외부 자기장 성분, Vext를 생성한다. 또한, 상기 수직형 홀 요소들 사이의 상기 오프셋 전압들은 모든 신호들이 건설적으로 조합될 때 상쇄된다.
도 15와 함께 시사된 상기 다양한 실시예들 각각은, 하나의 출력 신호 (Vcomb+, Vcomb-)만을 생성하고, 그러므로 도 7의 상기 하나의 오프셋 벡터와 유사하게, 하나의 오프셋 에러 벡터를 생성한다. 따라서, 도 8 및 도 9와 함께 상술한 바와 같이 두 개의 신호들 사이의 위상 보상을 할 필요가 없다. 또한, 도 8 내지 도 10과 함께 상술한 바와 같이 위상이 수직형 홀 요소들의 물리적인 각도 배치에 관련된 두 개의 오프셋 벡터들이 없다. 따라서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1502, 1504, 1506, 1508)은 유사한 결과를 유지하면서 도시된 위치들로부터 각도를 가지도록 배치될 수 있다. 이러한 각도를 가지는 배치 중 하나가 도 16과 함께 아래에 도시되어 있다.
수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차처리 또는 단계처리, 및 상기 수직형 홀 요소들의 초핑 또는 전류 스피닝이 도 6과 함께 상술한 것과 동일 또는 유사할 수 있다.
이제 도 16을 참조하면, 다른 연결 배열(1600)이 도시되어 있다.
제1 수직형 홀 요소(1602)는 도 4의 0도 위상 배열로 배치되고, 제2 수직형 홀 요소(1604)는 도 4b의 90도 위상 배열로 배치되고, 제3 수직형 홀 요소(1606)는 도 4c의 270도 위상 배열로 배치되고, 제4 수직형 홀 요소(1608)는 도 4a의 180도 위상 배열로 배치된다.
상기 네 개의 수직형 홀 요소들 사이의 도시된 연결들은, 예를 들어 도 3의 순차 스위치 회로(304) 및 도 3의 전류 스위치 회로(306)에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1602, 1604, 1606, 1608)은 CVH 센싱 요소, 예를 들어 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12) 또는 도 3의 상기 CVH 센싱 요소(302) 내의 수직형 홀 요소들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 네 개의 수직형 홀 요소들(1602, 1604, 1606, 1608)은, 도 1a의 배열로 표현된 것과 같이, 별개로 분리된 수직형 홀 요소들일 수 있다.
상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들(1602, 1608)을 잇는 라인은 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들(1604, 1606)을 잇는 라인으로부터 90도 보다 작게, 예를 들어 20도만큼 회전된 것이다. 다른 물리적 배열들 또한 가능하고, 이들 중 일부가 여기에 개시된다.
상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들(1602, 1604)은 각각 도 8의 상기 수직형 홀 요소들(802, 804)과 동일한 방식으로 서로 건설적으로 연결된다. 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1606, 1608) 또한 도시된 바와 같이 서로 건설적으로 연결된다. 상기 두 개의 건설적인 조합들이 또한 건설적으로 조합되어 하나의 차동 출력 신호 (Vcomb+, Vcomb-)가 도출된다.
예시적인 정적 자기장(1610)에 응답하여, 네 개의 수직형 홀 요소들 모두의 건설적인 합산이 다음과 같고,
Vcomb+, Vcomb-
= (Vext1 + Vext2)/4 + (Voff1 - Voff2)/4 + (Vext3 + Vext4)/4 + (Voff3 - Voff4)/4,
이는 대략적으로 Vext와 같다. (기호들 1, 2, 3 및 4는 제1, 제2 제3 및 제4 수직형 홀 요소들(1602, 1604, 1606, 1608)을 각각 나타낸다.)
남아있는 잔여 오프셋, Voffresc는 도 6 내지 도 14와 함께 상술한 Voffresa 및 Voffresb의 각각의 경우들보다 작다. 4-방향(four-way) 건설적 연결의 특징들 및 장점들은 도 15와 함께 상술하였다. 동일한 특징들 및 장점들이 도 16의 배치에 적용된다.
수직형 홀 요소들의 원을 빙 둘러 순차처리 또는 단계처리, 및 상기 수직형 홀 요소들의 초핑 또는 전류 스피닝이 도 6과 함께 상술한 것과 동일 또는 유사할 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 도 3과 유사한 요소들은 유사한 참조번호들을 가지도록 도시되어 있고, 자기장 센서(1700)는 도 3의 상기 자기장 센서(300)와 유사하나, 다만, 자기장 센서(1700)는 도 3의 상기 위상 조정 모듈(307)을 포함하지 않는다. 또한, 순차 스위치 회로(1702)는 차동 증폭기(1704)에 하나의 차동 신호(1702a)만을 제공한다.
상기 자기장 센서(1700)는, 모든 네 개의 홀 요소들이 서로 건설적으로 연결되고, 하나의 차동 출력 신호 (Vcomb+, Vcomb-)만이 존재하는, 도 15 및 도 16의 연결 배열들과 함께 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 15 및 도 16과 함께 상술한 실시예들에서, 하나의 차동 신호 (Vcomb+, Vcomb-)만이 존재하고, 따라서 하나의 오프셋 신호 성분만이 존재하므로, 위상 조정의 필요가 없다. 다만, 다른 실시예들에서, 도 15 및 도 16에서 도시된 전류 스피닝 위상들을 가지는 수직형 홀 요소들이 다른 연결들로 이용될 수 있다. 이러한 다른 실시예들에 대하여, 상기 위상 조정 모듈(307)이 잔여 오프셋 전압들의 상쇄 또는 거의 상쇄를 여전히 도출하도록 이용될 수 있다.
특정한 위상 배열들을 가지고 다른 수직형 홀 요소들과의 특정한 연결들을 가지는 특정한 수직형 홀 요소들이 도시되었고, 또한 수직형 홀 요소들 사이의 특정한 물리적 각도 배치들이 도시되었으나, 보다 낮은 오프셋 전압들을 달성할 수 있는 다른 위상 배열들, 연결들 및 물리적 각도 배치들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다.
여기에 인용된 모든 참조문헌들이 이들 전체로서 여기에 참조로 포함된다.
본 발명의 대상에 해당하는 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 나타내는 역할을 하도록 예시적인 실시예들이 기술되었으나, 이러한 개념들, 구조들 및 기술들을 포함하는 다른 실시예들 또한 이용될 수 있음이 자명하게 되었을 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위가 개시된 실시예들로 한정되지 않아야 하고, 다만 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 한정되어야 할 것이다.
Claims (38)
- 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들 - 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응하며, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함함 -;
상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 순차 스위치 회로 - 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성함 -;
전류 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 전류 스위치 회로 - 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 전류 스피닝(current spinning) 위상들에 상응하는 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타내며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리함 -를 포함하고,
상기 순차 스위치 회로는 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 더욱 선택하고, 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 보상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 제1 항에 있어서, 상기 복수의 콘택들은 상기 기판 내의 공통 임플란트 및 디퓨전 영역 상부에 배치되어 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 파괴적으로(destructively) 더해지도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 더해지도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제1 항에 있어서, 상기 전류 스위치 회로는 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하고,
상기 자기장 센서는,
상기 순차 스위치 회로에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하여 조합된 순차 신호(combined sequenced signal)를 생성하는 조합 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 제6 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 동일한 연결 위상을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제6 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제6 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 연결 위상들을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제6 항에 있어서,
상기 순차 스위치 회로 및 상기 조합 회로 사이에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하여 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하는 위상 조정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 제6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제11 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인 및 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인은 90도 떨어진 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접하고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접한 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제13 항에 있어서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제6 항에 있어서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 제2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
- 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들 - 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응하며, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함함 -;
상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 순차 스위치 회로 - 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성함 -;
전류 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 전류 스위치 회로 - 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타내며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리함 -를 포함하고,
상기 순차 스위치 회로는 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 더욱 선택하고, 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가지며, 상기 순차 스위치 회로는 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합함으로써 보상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 제17 항에 있어서, 상기 전류 스위치 회로는 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하고, 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하며, 상기 순차 스위치 회로 및 상기 전류 스위치 회로는 보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하고,
상기 자기장 센서는,
상기 순차 스위치 회로에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하여 조합된 순차 신호(combined sequenced signal)를 생성하는 조합 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 제18 항에 있어서,
상기 순차 스위치 회로 및 상기 조합 회로 사이에 연결되고, 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하여 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하는 위상 조정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. - 자기장 센서에 이용되는 방법으로서, 상기 자기장 센서는 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응하며, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함하는, 상기 자기장 센서에 이용되는 방법에 있어서,
상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가짐 -;
상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성하도록 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계;
상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계 - 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나옴 -;
상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계 - 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 전류 스피닝(current spinning) 위상들에 상응하는 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타냄 -;
건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계;
상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가짐 -; 및
보상 신호를 생성하도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계를 포함하는 방법. - 제20 항에 있어서, 상기 복수의 콘택들은 상기 기판 내의 공통 임플란트 및 디퓨전 영역 상부에 배치되어 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제20 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계에 의해 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 파괴적으로(destructively) 더해지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계에 의해 상기 제3 및 제4 외부 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 더해지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20 항에 있어서,
상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계;
상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계;
보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계; 및
상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하는 단계를, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계 이후에, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제25 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 동일한 연결 위상을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25 항에 있어서, 상기 제3 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제4 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 상기 제3 및 제4 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 연결 위상들을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25 항에 있어서,
상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하도록 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하는 단계를, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 상기 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 상기 제2 신호를 조합하는 단계 이후에, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제25 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제30 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인 및 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들의 중심들을 잇는 라인은 90도 떨어진 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접하고, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 서로 바로 인접한 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32 항에 있어서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25 항에 있어서, 상기 제1 및 제4 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제3 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제21 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 상기 원형의 둘레에 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 자기장 센서에 이용되는 방법으로서, 상기 자기장 센서는 원형으로 배치되고, 기판 상에 배치된 복수의 콘택들 중에서 상응하는 복수의 세트들의 콘택들로 형성된 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상응하는 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들을 생성하고, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 외부 자기장 방향을 가지는 외부 자기장에 반응하며, 상기 복수의 수직형 홀 요소 출력 신호들 각각은 상기 외부 자기장에 대응하는 각각의 외부 자기장 성분 및 각각의 오프셋 에러 성분을 포함하는, 상기 자기장 센서에 이용되는 방법에 있어서,
상기 복수의 수직형 홀 요소들 중에서 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제1 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제1 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제2 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들은 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제1 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제1 외부 자기장 성분 및 제1 오프셋 성분을 가지고, 상기 제2 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제2 외부 자기장 성분 및 제2 오프셋 성분을 가짐 -;
상기 제1 및 제2 자기장 성분들이 건설적으로(constructively) 가산되어 건설적 신호(constructive signal)를 생성하도록 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계;
상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제1 하나 이상의 콘택들에 제1 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계 - 상기 제1 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제1 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 흘러들어가거나 흘러나옴 -;
상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제2 하나 이상의 콘택들에 제2 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계 - 상기 제2 하나 이상의 전류 신호들은 상기 제2 선택된 세트의 콘택들 중 중앙 콘택에 인접한 콘택에 흘러들어가거나 흘러나오고, 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들의 상기 제1 및 제2 하나 이상의 콘택들은 서로 다른 제1 및 제2 연결 위상들을 각각 나타냄 -;
건설적 순차 신호(constructive sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제1 및 제2 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계;
상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 선택하는 단계 - 상기 제3 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제3 선택된 세트의 콘택들을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소는 상기 복수의 세트들의 콘택들 중에서 선택된 제4 선택된 세트의 콘택들을 가지며, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들은 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 각각 생성하고, 상기 제3 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제3 외부 자기장 성분 및 제3 오프셋 성분을 가지고, 상기 제4 수직형 홀 요소 출력 신호는 상기 외부 자기장에 대응하는 제4 외부 자기장 성분 및 제4 오프셋 성분을 가짐 -; 및
보상 신호를 생성하도록 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계를 포함하는 방법. - 제36 항에 있어서,
상기 제3 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제3 하나 이상의 콘택들에 제3 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계;
상기 제4 선택된 세트의 콘택들 중 선택된 제4 하나 이상의 콘택들에 제4 하나 이상의 전류 신호들을 제공하는 단계;
보상 순차 신호(compensating sequenced signal)를 생성하도록 상기 복수의 수직형 홀 요소들 중 서로 다른 것들로 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소들을 순차적으로 선택하면서 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 둘러 순차처리하는 단계; 및
상기 건설적 순차 신호를 나타내는 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 제2 신호를 조합하는 단계를, 상기 제3 및 제4 수직형 홀 요소 출력 신호들을 조합하는 단계 이후에, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제37 항에 있어서,
상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호 각각을 생성하도록 상기 건설적 순차 신호 또는 상기 보상 순차 신호 중 선택된 하나에 소정의 위상 조정을 적용하는 단계를, 상기 건설적 순차 신호를 나타내는 상기 제1 신호 및 상기 보상 순차 신호를 나타내는 상기 제2 신호를 조합하는 단계 이후에, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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