KR102449489B1 - 중복적인 센서 오차 감소 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 장에 대한 제1 센서 응답을 가진 제1 장 센서 - 제1 센서 신호를 생성하기 위해, 제1 센서 응답은 제1 배향에서 측정됨 - 와, 장에 대한 제2 센서 응답을 가진 제2 장 센서 - 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 제2 센서 응답은 제1 배향과 상이한 제2 배향에서 측정됨 - 와, 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 제1 및 제2 장 센서를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 장-센서 디바이스에 관한 것이다. 제어기는, 공통 배향에서, 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 등가의 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함한다.

Description

중복적인 센서 오차 감소{REDUNDANT SENSOR ERROR REDUCTION}

본 발명은 일반적으로 장 센서 오차 감소 구조, 회로 및 방법의 분야에 관한 것이다.

센서는 환경의 속성을 측정하고, 측정된 센서 값을 보고하기 위해, 전자 디바이스에서 널리 사용된다. 특히, 자기 센서는 자동차와 같은 교통 시스템에서, 자기장을 측정하는데 사용된다. 자기 센서는 인가된 자기장에 비례하는 출력 전압을 생성하는 홀 효과 센서(Hall-effect sensor) 또는 외부 자기장에 반응하여 변하는 전기 저항을 갖는 자기-저항성 물질을 포함할 수 있다. 많은 응용 분야에서, 센서가 소형이고 전자 처리 회로와 일체 구성되어 전체 센서 크기를 감소시키고 개선된 측정 및 외부 전자 시스템으로의 집적을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 출원 US2016/299200이 절연층 및 접착층과 함께 기판 상에 반도체 물질로 형성된 집적 회로를 포함하는 자기장을 측정하기 위한 홀-효과 자기 센서를 기술한다.

센서는, 이들이 제공하는 측정치가 정확하다는 것을 보장하기 위해, 종종 캘리브레이트된다. US2017/356966('Magnetic Field Sensor having Alignment Correction')는 자기장 센서 및 자기장 센서 내의 두 개의 센서 요소 간의 비직교성을 검출하기 위한 방법을 기술한다. 회전 자기장에 대한 장 센서 내의 두 개의 자기 센서의 응답을 측정함에 의해, 두 개의 센서 요소 간의 상대적 각도가 결정되고 보상된다.

센서로부터의 측정치는 시간에 따라 드리프트하여, 동일한 장에 노출될 때에도 변하는 측정치를 제공한다. 예를 들면, 장 측정치가 희망 공칭 값에서 벗어날 수 있거나, 측정치가 희망 값의 배수(크거나 작음)이도록 감도가 변할 수 있거나, 두가지 모두일 수 있다. 이러한 변형은 환경 조건, 가령, 온도나 습도, 또는 동작 인수, 가령, 진동이나 노후의 변경의 결과일 수 있다. 덧붙여, 디바이스가 유사한 이유로 시간에 따라 고장 날 수 있다. 덧붙여, 센서가 만들어지는 물질은 센서 응답의 정확도, 오프셋 바이어스, 또는 대칭에 영향을 미치는 결함을 가질 수 있다.

따라서 임의의 고장 나거나 불량인 센서 디바이스에 대해 수리가 수행되거나 교체가 제공될 수 있도록, 복합적이고 안전이 중요한 시스템, 가령, 자동차 시스템에서 고장이나 장애를 검출하기 위한 진단 기능을 포함하는 것이 중요하다. 센서 드리프트나 다른 센서 변화의 효과를 줄여서, 센서가 시간이 지남에 따라 좀 더 일관되고 정확한 측정치를 제공하도록 하는 것이 중요하다. 예를 들어, WO2015/038564가 홀-효과 센서 시스템 내 자기 홀-효과 센서로부터의 측정을 검증하기 위한 방법을 기재한다. 이러한 방식으로, 홀-효과 센서가 제1 값을 갖는 여기 전류에 의해 여기된다. 홀-효과 센서가 제1 값을 갖는 여기 전류에 의해 여기될 때 홀-효과 센서의 전압 출력에 대응하는 제1 측정치가 획득된다. 덧붙여, 홀-효과 센서는 제2 값을 갖는 여기 전류에 의해 여기되고, 제2 값은 제1 값과 상이하다. 홀-효과 센서가 제2 값을 갖는 여기 전류에 의해 여기될 때 홀-효과 센서의 전압 출력에 대응하는 제2 측정치가 획득된다. 그 후 홀-효과 센서의 동작이 제1 측정치 및 제2 측정치를 적어도 기초로 하여 검증된다.

자기장 센서 내 진단을 관리하기 위한 또 다른 방식이 US2016/252599에 기재되어 있다. 이 설계는 오차 정보를 제공하는 자기장 센서와 연관된 스위치를 이용한다. 구체적으로 자기장 센서, 상기 자기장 센서와 연관된 복수의 스위치, 및 복수의 스위치를 제어하고 스위치의 동작을 기초로 고장을 나타내는 적어도 하나의 신호를 제공하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 디바이스가 제공된다.

US 9523589는 네 개의 상이한 방향에서 자기장 성분을 검출하고 회전 자석의 위치를 계산하는 데 사용되기 위한 네 개의 홀 요소 쌍을 갖는 회전 각 측정 장치를 기재한다. 검출된 장 성분의 각들이 비교되어 고장을 결정할 수 있다. 이 설계에서 진폭 계산 유닛이 제1 홀 요소 쌍 및 제2 홀 요소 쌍으로부터의 출력 신호의 강도를 기초로 회전 자석으로부터의 자기장 강도를 나타내는 제1 진폭 값 M을 계산하고, 제3 홀 요소 쌍과 제4 홀 요소 쌍으로부터의 출력 신호의 강도를 기초로 회전 자석으로부터의 자기장 강도를 나타내는 제2 진폭 값 Mc를 계산한다. 따라서 진폭 계산 유닛은 홀 요소(즉, 자기 센서)의 복수의 쌍으로부터의 출력 신호를 기초로 복수의 진폭 정보를 계산하되, 상기 출력 신호는 복수의 회전 각 정보에 대응하며 복수의 회전 각 정보의 비교 및 일부 경우 회전 요소의 장의 강도의 비교에 의해 고장이 결정된다.

US 8749005는 복수의 다각 형태로 배열된 수직 홀 요소를 갖는 자기장 센서를 기술한다. US 9581426는 자기-감지 표면 상에 4개의 자기-전기 트랜스듀서를 갖는 자기장 측정 디바이스를 개시한다. US 7664619는 측정 값을 정상 범위에 비교하고 고장을 결정하는 회전 각 검출 디바이스를 위한 고장 검출 유닛을 기재한다.

장 센서가 잘못되거나 가변적인 장 측정치를 야기하는 센서 물질 또는 디바이스 내 동작 또는 구조적 불량, 결함 또는 변화에 영향 받기 때문에, 센서 디바이스 및 시스템에서 신뢰성 있는 센서 디바이스를 동작시키고 테스트하는 회로 및 방법과 중요한 동작 조건 하에서 센서 내 불량이나 오차를 검출하거나 교정하기 위한 시스템이 필요하다.

본 발명의 실시예의 목적은 센서 내의 오차를 검출할 수 있는 장-센서 디바이스를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 해결 수단에 의해 달성된다.

본 발명의 실시예는 제1 배향으로 배치된 제1 장 센서 - 제1 장 센서는 외부 장에 응답하여 제1 센서 신호를 생성함 - 와, 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 배치된 제2 장 센서 - 제2 장 센서는 외부 장에 응답하여 제2 센서 신호를 생성함 - 를 포함하는 장-센서 디바이스를 제공한다. 제1 장 센서는, 제1 센서 신호를 생성하기 위해, 제1 배향에 대응되는 방향에서 측정된, 장에 대한 제1 응답을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2 장 센서는, 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 제2 배향에 대응되는 방향에서 측정된, 장에 대한 제2 응답을 가질 수 있다.

제어기는, 대응되는 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성하기 위해 제1 및 제2 장 센서를 제어하고, 제1 및 제2 센서 신호를 수신하고, 제1 또는 제2 센서 신호 또는 둘 다를 공통 배향에서 등가의 비교 가능 센서 신호로 변환하는 제어 회로를 포함한다. 배향은 좌표계이거나 이에 대응될 수 있고, 방향에 대응될 수 있다.

실시예에서, 제어기는, 있다면, 오류 장 센서를 결정하기 위해, 비교 가능 센서 신호를 비교하고, 오류 장 센서가 결정되면, 선택적으로, 불량 센서 신호를 제공하고, 제1 및 제2 장 센서 중 어느 것이 오류인지 결정하고, 또는 오류 센서가 결정되지 않으면, 제1, 제2 또는 비교 가능 센서 신호에 응답하여, 출력 센서 신호를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 제어기는 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절한다.

본 발명의 실시예에 따라, 장은 크기와 방향을 갖는 환경적 속성 또는 특성이며, 예를 들어 벡터 장이다. 다양한 실시예에서, 장은 자기장, 압력장, 전기장 또는 중력장일 수 있으며 장 센서는 자기장 센서, 압력장 센서, 전기장 센서 또는 중력장 센서일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 제1 배향은 2개의 직교 차원에서 제2 배향과 상이하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 배향은 3개의 직교 차원에서 제2 배향과 상이하다. 제1 및 제2 배향은 제1 및 제2 좌표계, 방향 또는 차원일 수 있다. 장 센서의 배향은 장 센서에 의해 제공되는 측정 축에 의해 결정된다. 제1 장 센서가 제2 장 센서의 측정 축과 동일 선상에 있지 않은 측정 축을 갖는 경우, 제1 및 제2 장 센서는 측정 축에 의해 형성되는 차원에서 적어도 상이한 배향을 가진다.

일부 구성에서, 제어 회로는 제1 센서 신호, 제2 센서 신호 및 제1 비교 가능 센서 신호, 제2 비교 가능 센서 신호, 임의의 교정되거나 조절된 신호, 오차 신호, 오차 함수, 교정 또는 회전 매트릭스 중 임의의 하나 이상을 저장하기 위한 저장 회로를 포함한다. 일부 구성에서 제어기 또는 제어 회로는 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호 중 하나 또는 둘 모두를 상이한 배향 또는 좌표계로 변환하기 위한 변환 회로(가령, 저장된 소프트웨어 프로그램을 갖는 컴퓨터, 프로세싱 유닛, 계산기나 상태 머신)를 포함한다. 일부 구성에서 제어기 또는 제어 회로는 제1 센서 신호, 제2 센서 신호 및 임의의 비교 가능 센서 신호 중 임의의 하나 이상을 비교하기 위한 비교 회로를 포함한다. 다양한 실시예에서, 제어기는 다양한 기판이나 인쇄 회로 기판 상에 배치된 복수의 집적 회로를 포함할 수 있거나, 단일 집적 회로 내에 배치될 수 있다. 제어기는 다양한 제어, 계산기 또는 통신 기능을 제공하기 위해, 하나 이상의 패키지 또는 구조물 내에 또는 하나 이상의 인쇄 회로 기판 상에서 실행되는, 가령, 프로세싱 유닛, 전용 제어 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 프로그래머블 회로 또는 상태 머신과 같은 복수의 제어 회로를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 또는 제2 장 센서가 하나 이상의 센서 요소, 센서 요소 쌍을 포함하는 각 장 센서 또는 좌표계에 대해 장 벡터의 각도를 측정할 수 있는 복수의 센서 요소를 갖는 브리지 센서이다. 각각의 센서 요소 또는 센서 요소 쌍은 특정 방향에서 장 벡터를 측정할 수 있고 공통 각 장 센서에서 센서 요소 또는 센서 요소의 쌍은 제조 공차 내에서 실질적으로 직교하도록 배열되어 상이한 방향에서 장을 측정함으로써 좌표계에 대한 각 측정치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 각 장 센서는 방향 및 크기를 갖는 장을 측정할 수 있고, 제1 좌표계에 따라 2개의 성분, 가령, Bx, By를 갖는 각 센서 측정치를 제공한다. 제2 각 장 센서는 동일한 장을 측정하고 제1 좌표계와 상이한 제2 좌표계에 따르는 2개의 성분, 가령, Bx', By'를 갖는 각 센서 측정치를 제공할 수 있다. 가령, Bx' 및 By' 측정치를 제1 좌표계로 변환, Bx 및 By 측정치를 제2 좌표계로 변환, 또는 Bx 및 By 측정치와 Bx' 및 By' 측정치 모두를 제3의 공통 좌표계로 변환함으로써, 상이한 좌표계에서 취해진 2개의 측정치가 하나의 공통 비교 가능 좌표계로 변환됨으로써 비교될 수 있다.

일부 구성에서, 제1 및 제2 장 센서가 기판 물질을 포함하는 디바이스 기판 상에 배치되고 제1 또는 제2 장 센서가 기판 물질과 적어도 부분적으로 상이한 하나 이상의 센서 물질을 포함한다. 기판 물질은 반도체일 수 있고 제어 회로는 적어도 부분적으로 반도체 기판 내에 또는 상에 형성될 수 있다. 제어 회로는 기판 물질과 적어도 부분적으로 상이한 제어-회로 물질을 포함할 수 있으며 제어 회로는 기판 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 장-센서 디바이스를 진단하는 방법이 장-센서 디바이스를 제공하는 단계, 장-센서 디바이스에 전력을 제공하는 단계, 제어 회로를 이용해 제1 및 제2 장 센서를 제어하여 제1 및 제2 센서 신호 각각을 생성하는 단계, 제어 회로를 이용해 제1 및 제2 센서 신호를 수신하는 단계, 제어 회로를 이용해 제1 또는 제2 센서 신호 또는 둘 모두를 공통 배향의 등가의 비교 가능 센서 신호로 변환하는 단계, 및 제어 회로를 이용해 비교 가능 센서 신호들을 비교하여 제1 또는 제2 장 센서가 불량인지 여부를 결정하고, 불량 장 센서가 결정되며, 제어 회로를 이용해 비교 가능 센서 신호에 반응하는 불량 센서 신호를 제공하는 단계, 및 선택사항으로서 제1 및 제2 장 센서 중 어느 것이 불량인지를 결정하는 단계, 또는 불량 장 센서가 결정되지 않은 경우, 제어 회로를 이용해 제1, 제2, 또는 비교 가능 센서 신호에 응답하여 출력 센서 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 제2 장 센서가 불량인 경우, 제1 센서 신호이거나 제1 센서 신호로부터 얻어진 출력 센서 신호가 제공될 수 있다. 제1 장 센서가 불량인 경우, 제2 센서 신호이거나 제2 센서 신호로부터 얻어진 출력 센서 신호가 제공될 수 있다. 따라서, 고장 난 장 센서를 식별하고 나머지 다른 장 센서로부터의 센서 신호를 이용함으로써 장 센서 중 하나가 고장 났을 때에도 본 발명의 장-센서 디바이스는 계속 동작할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 장 센서 또는 제2 장 센서가 둘 이상의 센서 요소를 포함하고, 제1 장 센서 및 제2 장 센서 중 하나가 불량인 경우, 둘 이상의 센서 요소 중 어느 것이 불량인지가 제1 및 제2 장 센서의 상이한 측정치를 비교하고 분류함으로써, 결정되며, 여기서 제1 장 센서가 x 및 y 차원에서 장을 측정하고 제2 장 센서가 x, y 차원과 상이한 x' 및 y' 차원에서 장을 측정한다. 측정치가 제1 좌표계로 변환되고 x 방향에서 차이가 있는 경우, 제1 장 센서의 x-센서 요소가 불량이다. y 방향에서 차이가 있는 경우, 제1 장 센서의 y-센서 요소가 불량이다. x' 방향에서 차이가 있는 경우, 제2 장 센서의 x'-센서 요소가 불량이다. y' 방향에서 차이가 있는 경우, 제2 장 센서의 y'-센서 요소가 불량이다. 작은 차이, 가령, 제조 변동으로 인한 차이는 불량으로 간주되지 않도록, 차이는 지정 크기 임계치, 공차 또는 마진을 초과할 때 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 측정된 센서값에 대한 교정치나 조절치는, 오차 신호를 형성하는 제1 및 제2 비교 가능 신호 간의 차이로부터 계산된다. 다양한 실시예에서, 차이는 크기 차이, 방향 차이, 크기와 방향 모두의 차이 또는 벡터 차이일 수 있다. 오차 신호를 계산하는 단계는, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 상기 차이를, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 임의의 조합, 또는 상기 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호의 임의의 조합의 오차 함수로 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 오차 함수에 대응되는 교정치가 결정되고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하고, 임의의 측정 신호나 출력 센서 신호를 조절하는데 사용된다.

교정 함수는 상수일 수 있거나, 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수일 수 있다. 실시예에서, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합과 상기 상수를 곱하는 단계 또는 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합에 상기 상수를 더하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 생성하기 위해, 기울기로부터 얻어진 값을 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합에 곱하는 단계, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 생성하기 위해, 오프셋으로부터 얻어진 값을 제1 및 제2 센서 응답에 더하는 단계, 둘 다, 또는 오프셋으로부터 얻어진 값을, 기울기로부터 얻어진 값과 상기 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합의 곱함에 의해 생성된 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합, 즉, 기울기로부터 얻어진 값과 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합의 곱에 더하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 장에 대한 제3 센서 응답을 가진 제3 장 센서가 제공되는데, 제3 센서 응답은 제3 센서 신호를 생성하기 위해 제3 배향에서 측정된다. 또 다른 제어 회로는 제3 장 센서를 제어하기 위해 제어기 내에 배치되어서, 제3 센서 신호를 생성한다. 제어기는, 제3 배향이 공통 배향과 상이하다면, 제3 센서 신호를 공통 배향 내의 제3 비교 가능 센서 신호로 변환하는데 사용될 수 있고, 제3 센서 신호가 제3 비교 가능 센서 신호가 아니라면, 상기 제3 비교 가능 센서 신호와 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 조합 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하는데 사용될 수 있다.

일반적으로, 둘 이상의(가령, 3개 또는 4개) 장 센서는 적어도 두 개의 상이한 배향으로 제공될 수 있다. 다양한 장 센서는 공통 배향 내에 있거나 공통 배향으로 변환되고, 비교 가능 신호들 간의 차이가 계산되고, 오차 함수가 결정되고, 출력 센서 내의 오차를 감소시키기 위해, 오차함수로부터 교정치와 조절치를 얻는다. 비교 가능 신호의 다양한 조합들 간의 차이는 다양한 오차 함수를 제공할 수 있다. 오차 함수는, 장 센서 각각에 대한 교정치를 결정하기 위해 분석되는 복수-차원 오차 함수로 결합될 수 있다.

본 발명의 방법에서, 오차 신호를 계산하는 단계는, 제3 비교 가능 센서 신호와 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합 간의 차이를, 상기 제1, 제2 및 제3 비교 가능 센서 신호의 또 다른 조합, 상기 제1, 제2 또는 제3 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 조합, 또는 상기 제1, 제2 및 제3 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호의 조합의 오차 함수로 계산하는 단계를 포함한다. 오차 함수에 대한 교정치가 결정된다. 교정치는 상수이거나, 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수일 수 있다.

일부 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 상수와 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합을 곱하는 단계 또는 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 더하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 기울기로부터 얻어진 값을 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합에 곱하는 단계를 포함하여, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 생성하거나, 오프셋으로부터 얻어진 값을 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합에 더하는 단계를 포함하여, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 생성하거나, 둘 다이거나, 기울기로부터 얻어진 값을 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합에 곱함에 의해 생성된 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합에 더하는 단계, 즉, 오프셋으로부터 얻어진 값을, 기울기로부터 얻어진 값과 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합의 곱에 더하는 단계를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 제3 배향은 제1 배향과 상이하고 제2 배향과 상이하거나, 제3 배향은 제1 배향과 동일하거나, 제3 배향은 제2 배향과 동일하다. 제1 및 제2 배향은 공통 평면에 있을 수 있거나, 제1 배향은 제2 배향으로부터 45도 회전될 수 있거나, 제1 배향을 제2 배향에 비직교일 수 있거나, 제1 및 제2 배향은, 제2 배향에 비직교성이거나, 제2 배향으로부터 45도 회전될 수 있다.

본 발명의 다른 방법에서, 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합에 응답하는 출력 센서 신호 및 임의의 조절된 응답이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 장-센서 디바이스는, 장에 대한 제1 센서 응답을 가진 제1 장 센서 - 제1 센서 응답은 제1 배향에서 측정되어 제1 센서 신호를 생성함 - 와, 장에 대한 제2 센서 응답을 가진 제2 장 센서 - 제2 센서 응답은 제1 배향과 상이한 제2 배향에서 측정되어 제2 센서 신호를 생성함 - 와, 및 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 제1 및 제2 장 센서를 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 제어기는 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 공통 배향에서 등가의 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 및 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이를, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 임의의 조합(가령, 좌표계 방향에서의 크기, 절대 크기, 방향), 또는 상기 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호, 가령, 센서 요소 신호 크기를 가리키는 전압의 임의의 조합의 오차 함수로 계산하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 오차 함수에 대응되는 교정치를 결정할 수 있다. 교정 함수는 상수이거나, 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수일 수 있다. 교정치는 감소된 오차를 가진 좀 더 정확하고 교정되거나 조절된 출력 센서 신호를 형성하기 위해, 제1 및 제2 센서 응답을 조절하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는, 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합과 상기 상수를 곱함에 의해, 또는 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합에 상기 상수를 더함에 의해, 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기는, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합에 곱하거나, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합에 더하거나, 모두이거나, 상기 오프셋으로부터 얻어진 값을, 상기 기울기로부터 얻어진 값과 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합의 곱에 더함에 의해, 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 장-센서 디바이스는, 장에 대한 제3 센서 응답을 가진 제3 장 센서 - 제3 센서 응답은 제3 배향에서 측정되어 제3 센서 신호를 생성함 - 및 제3 센서 신호를 생성하기 위해 제3 장 센서를 제어하기 위해 제어기 내에 배치된 또 다른 제어 회로를 포함한다. 제어기는, 제3 배향이 공통 배향과 상이하다면, 제3 센서 신호를 공통 배향 내의 제3 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 제3 센서 신호가 제3 비교 가능 센서 신호가 아니라면, 상기 제3 비교 가능 센서 신호와 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 조합 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절할 수 있다. 제어기는, 제3 비교 가능 센서 신호와 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합 간의 차이를, 상기 제1, 제2 및 제3 비교 가능 센서 신호의 또 다른 조합, 상기 제1, 제2 또는 제3 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 조합, 또는 상기 제1, 제2 및 제3 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호의 조합의 오차 함수로 계산하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 오차 함수에 대응되는 교정치를 결정할 수 있다. 교정치는 상수 이거나, 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는, 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 곱함에 의해, 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 더함에 의해, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기는, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 및 제2 및 제3 센서 응답의 조합에 곱함에 의해, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 조합에 더함에 의해, 모두이거나, 상기 오프셋으로부터 얻어진 값을, 상기 기울기로부터 얻어진 값과 상기 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 조합의 곱에 생성된 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합에 더함에 의해, 즉, 오프셋으로부터 얻어진 값을, 기울기로부터 얻어진 값과 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합의 곱에 더함에 의해, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로를 포함할 수 있다.

장-센서 디바이스의 다양한 실시예에서, 제3 배향은 제1 배향과 상이하고 제2 배향과 상이하거나, 제3 배향은 제1 배향과 동일하거나, 제3 배향은 제2 배향과 동일하다.

일부 실시예에서, 1회차에서 단계들은 반복되고, 제1, 제2, 또는 임의의 비교 가능 센서 신호가 저장된다. 단계들은 1회차와 상이한 2회차에서 반복되고, 저장된 신호들 중 임의의 하나 이상과 2회차에서의 제1, 제2, 또는 비교 가능 신호가 비교되고, 처리되거나 조합된다. 또 다른 실시예에서, 비교 가능 센서 신호 또는 제1 및 제2 센서 신호로부터 얻어진 신호가 조합되어 출력 센서 신호를 제공할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 센서는 자기 홀-효과 센서이거나 자기-저항성 센서이다. 센서는 브리지 센서(bridge sensor)일 수 있으며, 복수의 센서 요소를 포함하거나 센서 요소의 하나 이상의 쌍을 포함할 수 있다. 센서 요소의 쌍은 장 센서 내 상이한 방향 또는 차원으로 배향될 수 있다.

본 발명의 실시예는 더 작고 덜 비싼 회로를 사용하여, 개선된 센싱 기능과 감소된 오차를 가진 측정치를 갖는 센서 디바이스를 제공하고, 센서 디바이스 내의 오차를 교정하거나 감소시키거나, 센서 또는 센서 물질에서 불량 또는 미세 결함을 보상하거나 검출할 수 있다. 불량의 비제한적 예시로는, 연결끊김(disconnection), 고-저항 연결, 단락, 또는 재료 결함이 있을 수 있다. 검출은 센서 회로가 동작 중일 때 동시에 발생할 수 있다.

본 발명과 종래 기술을 넘어 달성된 이점을 요약하기 위해, 본 발명의 어떤 목적과 이점은 상기 본원에서 기술되었다. 물론, 그러한 모든 목적 또는 이점이 반드시 본 발명의 임의의 특정 실시 예에 따라 달성 될 필요는 없다는 것을 이해해야한다. 그러므로, 예를 들어, 기술 분야의 당업자는, 본원에서 개시하거나 암시될 수 있는 바와 같이, 다른 목적이나 이점을 반드시 달성하지 않으면서, 본 발명이 하나의 이점 혹은 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 양태는 이하에서 기술된 실시예(들)를 참조하여, 자명하거나 명백해질 것이다.

본 발명의 상기의 그리고 그 밖의 다른 목적, 양태, 특징 및 이점이 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더 명백해지고 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 예시적 실시예의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예시적 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 예시적 실시예의 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 좌표계를 도시한다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따르는 제2 좌표계를 도시한다. 도 5c는 본 발명의 실시예에 따르는 제3 좌표계를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 제어기의 사시도이다.
도 7a, 7b, 및 7c는 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 좌표계에서의 센서 요소의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 2개의 상이한 좌표계에서의 센서 요소를 갖는 장 센서의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 2개의 상이한 좌표계에서의 장 벡터의 그래픽 표현이다.
도 12는 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 x-좌표 측정치에서 오차를 갖는 장 벡터의 그래픽 표현이다.
도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따르는 y 좌표 측정치에서 오차를 갖는 장 벡터의 그래픽 표현이다.
도 14a는 회전된 x' 좌표 측정치에서 오차를 갖는 장 벡터의 그래픽 표현이고 도 14b는 x, y 좌표계에서의 도 14a 측정된 장 벡터의 그래픽 표현이다.
도 15a는 회전된 y' 좌표 측정치에서 오차를 갖는 장 벡터의 그래픽 표현이고 도 15b는 x, y 좌표계에서의 도 15a 측정된 장 벡터의 그래픽 표현이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시예에 따른 비교 가능 신호 벡터와 차이 벡터를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 차이 및 오차 함수를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명에 따른 예시의 표로 나타낸 표현이다.
도 19는 3개의 장 센서를 가진 본 발명의 실시예의 사시도이다.

본 발명은 특정 실시예를 참조하고 특정 도면을 참조하여 기재될 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 청구항에 의해서만 한정된다. 본 발명의 특징 및 이점은 도면을 함께 고려하여 이하에서 제공되는 상세한 설명으로부터 더 자명해질 것이며, 여기서 유사한 도면부호는 전체에서 대응하는 요소를 식별한다. 일반적으로, 도면에서, 유사한 도면 부호가 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 가리킨다. 도면은 실제 비율로 그려지지 않았는데, 왜냐하면 도면 내 다양한 요소들의 크기의 변동 범위가 실제 비율로 그려지기엔 지나치게 넓기 때문이다.

더구나, 상세한 설명과 청구항에서, 용어 제1, 제2 등은 유사한 요소들을 구별하기 위하여 사용되고, 시공간적인 계수, 등급 또는 임의의 다른 방식으로 기술할 필요는 없다. 그러므로 사용된 용어는 적절한 환경하에서 상호 교환가능하고, 본 명세서에서 기술된 본 발명의 실시예는 본 명세서에 기술되거나 도시된 것과 다른 계수로 작업할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

청구항에서 사용되는 용어 "포함하는"은 이후에 나열된 수단으로 제한되도록 해석되어서는 아니되며, 다른 요소나 단계를 배제하는 것이 아니라는 점에 유의해야 한다. 그러므로, 진술된 특징, 정수, 단계나 구성의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하고, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계나 구성 또는 이들의 그룹의 존재나 추가를 막는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그러므로, "수단 A 및 B를 포함하는 장치"의 표현의 범위는 오직 구성 A와 B만을 포함하는 장치로 제한되어서는 아니된다. 본 발명에 관하여, 장치의 관련 구성은 오직 A와 B라는 것을 의미한다.

명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"는 실시예와 관련하여 특정한 특징, 구조물이나 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 "일 실시예에서" 또는 "하나의 실시예에서"라는 어구의 출현은 모두 동일한 실시예를 말하는 것이 아니나, 그럴 수도 있다. 더구나, 특정한 특징, 구조물 또는 특성은, 본 개시물, 하나 이상의 실시예에서 기술 분야의 당업자의 일인에게 명백한 바와 같이, 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 예시적인 실시예의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징은 개시물의 간결성과 하나 이상의 다양한 발명적 양태의 이해를 돕기 위하여, 하나의 실시예, 도면 또는 이의 설명에서 종종 함께 그룹지어진다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 개시물의 방법은 각각의 청구항에서 명시적으로 나열된 것보다 더 많은 특징을 요구하는 발명을 반영하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그보다는, 이하의 청구항이 반영하는 바와 같이, 하나의 상기 개시된 실시예의 모든 특징 보다 더 적게 발명적 양태가 있다. 그러므로, 상세한 설명이후의 청구항은 이러한 상세한 설명 내로 명시적으로 통합되고, 각각의 청구항은 본 발명의 별개의 실시예로서 자체적으로 의미있다.

게다가, 본 명세서에 기술된 일부 실시예가 일부를 포함하나 다른 특징은 다른 실시예에 포함된다면, 서로 다른 실시예의 특징의 조합이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 되며, 다양한 실시예를 형성하고, 이는 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이하의 청구항에서, 임의의 청구된 실시예는 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 발명의 어떤 특징이나 양태를 기술할 때, 특정한 용어의 사용은, 그 용어가 관련된 본 발명의 특징이나 양태의 임의의 구체적인 특징을 포함하기 위해, 제한되고 다시 정의되어야 한다는 것을 의미하지 않아야 한다는 것에 주목해야 한다.

본 명세서에 제공된 설명에서, 여러 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이들 구체적인 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다른 예시에서, 잘 알려진 방법, 구조물 및 기술들은 이들 설명의 이해도를 흐리게 하지 않도록 하기 위해 상세한 설명에 도시되지 않는다.

본 발명의 실시예는 개선된 진단, 교정 및 오차 감소 능력과 정확성을 가지고, 더 작고 덜 비싼 회로를 사용하며, 센서 디바이스가 동작하는 동안, 오류를 검출하거나 진단하거나, 센서 재료 내의 결함이나 센서에 대한 손상을 찾거나, 측정 오차를 교정하거나 감소시키는 것을 보상할 수 있는 센서 디바이스를 제공한다. 이러한 결함은, 센서를 제조하는데 사용되는 재료 내의 선천적일 수 있고, 또는 사용의 결과 또는 센서에 가해진 기계적 또는 다른 환경적인 스트레스에 응답하여, 시간에 따라 형성될 수 있다. 게다가, 센서로부터의 측정치는 시간이 지남에 따라 드리프트할 수 있어서, 동일한 장에 노출될 때에도, 가변 측정치를 제공한다. 예를 들어, 장 측정은 원하는 공칭값으로부터의 오프셋일 수 있고, 민감도는 가변하여, 측정치가 원하는 값의 배수(1보다 크거나 작은)일 수 있고, 둘 다일 수 있다. 이러한 베리에이션은, 가령, 온도나 습도 또는 진동이나 연식과 같은 동작 인자와 같은 환경 상태의 변화의 결과일 수 있다. 본 발명의 예시는 센서 측정치의 오차를 교정하거나 감소시킬 수 있어서, 좀 더 일관되고 정확한 측정 결과를 제공한다.

본 발명의 다양한 실시예에서, 센서는 방향 및 크기를 포함하는 벡터를 갖는 장, 가령, 자기장, 전기장, 압력장 또는 중력장을 검출할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서, 장-센서 디바이스(99)는 외부 장에 반응하여 제1 센서 신호를 생성하도록 제1 배향으로 배치된 제1 장 센서(20A) 및 외부 장에 반응하여 제2 센서 신호를 생성하도록 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 배치된 제2 장 센서(20B)를 포함한다. 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)(및 그 밖의 다른 장 센서)는 집합적으로 장 센서(20)라고 지칭된다. 제어기(30)는 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 제어하여, 대응하는 제1 및 제2 센서 신호를 생성하고, 제1 및 제2 센서 신호를 수신하며, 제1 또는 제2 센서 신호 또는 둘 모두를 하나의 공통 배향 또는 좌표계에서의 등가의 비교 가능한 센서 신호로 변환한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(30)의 제어 회로(32)는 상기 비교 가능한 센서 신호들을 비교하여 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)가 불량인지 여부, 불량 장 센서(20)가 결정된 경우, 불량 센서 신호(42)를 생성하고 선택사항으로서 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 중 어느 것이 불량인지를 결정하는 제어 회로(32)를 포함한다. 불량 장 센서(20)가 결정되지 않은 경우, 제어기(30)는 제1, 제2, 또는 비교 가능한 센서 신호에 응답하여, 크기와 방향과 같은 감지된 장의 속성을 가리키는 출력 센서 신호(40)를 제공한다. 다양한 실시예에서, 장은 자기장, 전기장, 압력장, 또는 중력장이며, 센서(20)는 자기장 센서, 전기장 센서, 압력장 센서, 또는 중력장 센서이다. 제1 및 제2 배향이 각각 x, y, 또는 z 직교 차원을 갖는 대응하는 제1 및 제2 좌표계, 방향, 또는 차원으로도 기재될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 셋 이상 또는 넷 이상의 장 센서(20)는 장-센서 디바이스(99)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제어기(30)의 제어 회로(32)는 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 공통 배향이나 좌표계 내의 등가의 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산한다. 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합은 조절되어서, 오차 신호를 감소시키고, 감소된 오차를 가진 교정된 출력 신호를 제공한다. 더구나, 가령, 정상적으로 동작하는 장 센서(20)로부터의 교정되거나 조절된 측정치를 사용함에 의해, 장 센서(20) 중 하나가 오류라고 결정되더라도, 교정된 출력 신호가 제공될 수 있다. 3개 이상의 장 센서(20)가 본 발명의 장-센서 디바이스(99)를 포함한다면, 오류 장 센서(20)는 차이 계산 및 교정치와 조절치를 얻는데 사용되는 오차 함수에서 배제될 수 있다.

종래에는, 복수의 센서에 의한 공통 장의 측정치들 간 비교에 의해, 측정치들이 차이 날 때, 이는 센스들 중 하나의 불량이나 오차를 가리킬 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따라, 이들 측정치 중 적어도 일부가 동일 선상에 있지 않도록 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 상이한 배향을 갖고 따라서 장 센서(20)는 상이한 좌표계에서 중복 장 측정치를 제공한다. 따라서 하나의 공통 좌표계에서의 중복 장 측정치들의 비교가 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)의 오류 또는 불량을 나타낼 뿐 아니라, 어느 장 센서(20)가 불량인지를 가리킬 수 있어, 장 센서(20)의 추가 테스트 및 체크를 제공할 수 있다.

불량을 검출할 수는 있지만 불량이 식별되거나 특정 장 센서(20)와 연관될 수 없기 때문에 계속 동작할 수는 없는 센서 시스템과 달리, 불량 장 센서(20)를 식별함으로써, 다른 장 센서(20)로부터의 감지된 신호를 이용함으로써, 장-센서 디바이스(99)가 계속 동작할 수 있다. 셋 이상의 장 센서(20)를 포함하는 또 다른 실시예에서, 셋 이상의 센서 신호가 하나의 공통 배향으로 변환될 수 있고 셋 이상의 비교 가능 신호들이 비교되어 불량 장 센서(20)를 결정할 수 있다. 두 개보다 많은 장 센서(20)를 포함하는 추가적인 실시예에서, 두 개보다 많은 센서 신호가 공통 배향으로 변환될 수 있고, 두 개 보다 많은 비교 가능한 신호는 비교되어서, 오류 장 센서(20)를 결정하고, 장 센서(20) 신호를 교정하거나 장 센서 응답을 조절하여, 교정된 출력 센서 신호를 제공하거나 두 개 보다 많은 장 센서(20)에 의해 제공된 측정치에서의 오차를 감소시킬 수 있다.

제1 장 센서(20A), 제2 장 센서(20B), 및 제어기(30)가 디바이스 기판(10) 상에 배치될 수 있으며 전기 전도체, 가령, 와이어(12)와 전기적으로 연결될 수 있고, 전력, 접지 및 제어 신호를, 가령, 디바이스 기판(10) 상에 배치된 전기 접촉 패드(14)를 통해, 장-센서 디바이스(99), 제어기(30), 제1 장 센서(20A) 또는 제2 장 센서(20B)와 주고받을 수 있게 하는 단일 와이어(12) 또는 복수의 와이어(12)를 포함하는 버스를 포함할 수 있다. 장 센서(20)는 홀-효과(Hall-effect) 장 센서 또는 자기-저항성 센서일 수 있으며 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 대안으로, 장 센서(20)는 전기장 센서, 압력장 센서 또는 중력장 센서이며 예를 들어, 마이크로-전기-기계 시스템(MEMS) 디바이스를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 도 1에 도시된 바와 같이 동일 평면에 또는 공통 표면 상에 배치될 수 있으며, 제1 장 센서(20A)가 제2 장 센서(20B)에 대해 회전되는 경우, 제1 장 센서(20A)는 제2 장 센서(20B)(x', y')와 2개의 배향에서(2개의 차원 또는 2개의 방향, x, y)에서 상이하여, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)에 대해 상이한 좌표계가 형성된다. 수직 차원 z만 동일한 방향을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 장 센서(20B)가 제1 장 센서(20A)가 배치되는 표면에 대해 대략 45도로 기울어진 표면 상에 배치되고, 제1 장 센서(20A)에 대해 45도 회전된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 장 센서(20A)는 제2 장 센서(20B)로부터 z 차원에서도 회전되어, 제1 장 센서(20A)가 3개의 배향(3개의 차원 또는 방향 x, y, z)에서 제2 장 센서(20B)(x', y', z')와 상이하다.

제어기(30)는 이산 또는 집적 회로이거나 이산 부품과 집적 부품을 모두 포함할 수 있다. 제어 회로(32)는 아날로그, 디지털 또는 혼합-신호 회로일 수 있다. 제어기(30)는 저장된 프로그램 머신이나 상태 머신을 포함할 수 있다. 와이어(12)는 임의의 패터닝된 전기 전도체, 가령, 금속, 금속 합금, 전도성 금속 옥사이드, 또는 전도성 폴리머일 수 있다. 디바이스 기판(10)은 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 배치되고 전기적으로 연결될 수 있는 하나 이상의 표면을 갖는 임의의 기판일 수 있다. 제어기(30)는 디바이스 기판(10)의 표면 상에 배치될 수도 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

장-센서 디바이스(99)는 와이어(12)를 통해 제어기(30)로 전기적으로 연결되는 디바이스 기판(10) 상에 형성되는 전기 접촉 패드(14)를 통해 외부 시스템에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1 및 2는 디바이스 기판(10) 상에 배치될 때의 제어기(30)를 도시하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제어기(30) 또는 그의 일부는 디바이스 기판(10)으로부터 이격된 기판 또는 구조물(가령, 인쇄 회로 기판) 상에 제공된다. 마찬가지로, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 상이한 기판, 표면 또는 디바이스 상에 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 일부 실시예에서 디바이스 기판(10)은 제어기(30)의 적어도 일부를 포함하는 반도체 기판이거나 이를 포함하고 제어 회로(32) 또는 제어 회로(32)의 일부는 반도체 기판 내에 또는 상에 형성된다. 도 1 및 2에 도시된 또 다른 실시예에서, 제어기(30) 또는 제어기(30)의 일부는 디바이스 기판(10) 상에 배치된 집적 회로이고 디바이스 기판(10)은 유전체이거나 유전체 층 또는 표면을 가진다. 따라서 디바이스 기판(10)은 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)의 물질과 적어도 부분적으로 상이하고 제어 회로(32)의 물질과 적어도 부분적으로 상이한 기판 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 화합물 반도체를 포함하고, 제어기(30)는 실리콘 반도체를 포함하며, 기판 물질은 유전체를 포함한다(도 1 및 2). 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 화합물 반도체를 포함하며 디바이스 기판(10) 물질은 실리콘 반도체를 포함하고 제어 회로(32)는 실리콘 반도체 내에 형성되거나 이의 일부로서 형성된다(도 3).

도 4를 참조하면, 디바이스 기판(10)은 시스템 기판(16), 예를 들어, 또 다른 디바이스 또는 시스템의 시스템 기판(16) 상에 장착될 수 있다. 디바이스 기판(10), 제어기(30), 제1 장 센서(20A) 또는 제2 장 센서(20B) 중 임의의 하나가 마이크로-전사 인쇄 구성요소일 수 있고 부서진, 부러진 또는 분리된 줄(tether)을 포함할 수 있다. 제어기(30), 제1 장 센서(20A), 또는 제2 장 센서(20B)는 집적 회로이거나 베어 다이(bare die)일 수 있으며 디바이스 기판(10) 상으로 마이크로-전사 인쇄될 수 있고 디바이스 기판(10)은 시스템 기판(16) 상으로 마이크로-전사 인쇄될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1 배향은 하나의 차원, 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 차원, 또는 도 2에 도시된 3개의 차원에서, 제2 배향과 상이하다. 일부 실시예에서, 각각의 배향에서의 차원이 직교한다. 또 다른 실시예에서 차원들은 직교하지 않는다. 예를 들어, 도 5a는 하나의 배향 또는 좌표계에서의 3개의 차원(x, y, z)을 도시하고, 도 5b는 또 다른 배향 또는 좌표계에서의 3개의 차원(x', y', z)을 도시하며, 여기서 x' 및 y' 차원은 도 5a의 배향에 대해 45도만큼 회전되어 있고 z 차원은 동일한 배향을 가짐으로써 도 5b의 배향은 도 5a의 배향과 2개의 차원에서 차이난다.

도 5c는 도 5c의 배향은 도 5a의 배향과 3개의 차원에서 상이하도록 도 5a에 비해 x, y, 및 z 차원이 모두 45도만큼 회전된 또 다른 배향 또는 좌표계에서 3개의 직교하는 차원(x', y', z')을 도시한다. 도 1에 도시된 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 도 5a 및 5b의 상이한 배향에 대응하는 상이한 제1 및 제2 배향을 가진다. 도 1에 도시된 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 도 5a 및 5b의 상이한 배향에 대응한 상이한 제1 및 제2 배향을 가진다. 도 2에 도시된 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B )는 도 5a 및 5c의 상이한 배향에 대응하는 상이한 제1 및 제2 배향을 가진다.

도 6을 참조하면, 제어 회로(32)가 제1 센서 신호, 제2 센서 신호, 임의의 변환된 또는 비교 가능 센서 신호, 임의의 교정되거나 조절된 신호, 오차 신호, 오차 함수, 교정 및 회전 행렬 중 임의의 하나 이상을 저장하기 위한 저장 회로(34), 제1 또는 제2 센서 신호를 비교 가능 센서 신호로 변환하기 위한 변환 회로(36), 및 제1 센서 신호, 제2 센서 신호, 및 임의의 비교 가능 센서 신호 또는 지정 공차, 마진 또는 임계 값 중 임의의 하나 이상을 비교하기 위한 비교 회로(38)를 포함한다. 회로는 예를 들어 아날로그 또는 디지털 회로인 실리콘 회로, 가령, CMOS 회로일 수 있다.

도 7a을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라, 장-센서 진단 방법은 장-센서 디바이스(99)를 제공하는 단계(100) 및 장-센서 디바이스(99)를 동작시키도록 장-센서 디바이스(99)에 전력을 공급하는 단계(110)를 포함한다. 단계(120)에서, 제어 회로(32)는 각자의 제1 및 제2 센서 신호를 수신한다. 단계(130)에서 제어 회로(32)는 수신된 제1 또는 제2 센서 신호, 또는 둘 모두를 공통 배향 또는 좌표계의 등가의 비교 가능 센서 신호로 변환하고 이들을 비교하는 데 사용된다(단계(140)).

도 7b에 도시된 본 발명의 실시예에서, 그 후 제어 회로(32)는 단계(150)에서 제1 장 센서(20A) 또는 제2 장 센서(20B)가 불량인지 여부를 결정한다. 장 센서(20)가 불량인 경우(단계(160)에서 테스트됨), 제어 회로(32)가 사용되어, 비교 가능 센서 신호에 응답하여 불량 센서 신호(42)를 제공하고(단계(180)), 선택사항으로서, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 중 어느 것이 불량인지를 결정할 수 있다(단계(190)). 장 센서(20)가 불량이 아닌 경우(단계(160)에서 테스트됨), 회로(32)가 사용되어 제1, 제2 또는 비교 가능 센서 신호에 반응한 또는 이로부터 얻어진 출력 센서 신호(40)를 제공할 수 있다(단계(170)). 하나의 실시예에서, 출력 센서 신호(40)는 비교 가능 센서 신호 또는 제1 및 제2 센서 신호로부터 얻어진 신호의 조합, 예를 들어, 평균으로서, 또는 교정되거나 조절된 출력 센서 신호(40)이고, 출력 센서 신호(40)의 변동을 감소시키고 정확도 및 일관성을 향상시킬 수 있다(도 1 및 2).

단계(120 내지 150)는 상이한 횟수로 반복적으로 수행될 수 있으며 저장 회로(34)에 저장된 제1 및 제2 센서 신호가 시간에 따라 평균화되거나 그 밖의 다른 방식으로 조합되어 제1 및 제2 센서 신호의 신호대노이즈 비를 개선할 수 있다. 대안으로, 변환된, 비교 가능 센서 신호가 저장 회로(34)에 저장될 수 있고 시간에 따라 평균화되거나 그 밖의 다른 방식으로 조합되어 비교 가능 센서 신호의 신호대노이즈 비를 개선할 수 있다.

본 발명의 일부 방법에서, 제2 장 센서(20B)가 불량인 경우, 제1 센서 신호이거나 제1 센서 신호로부터 얻어진 출력 센서 신호(40)(도 1, 2)가 단계(180)에서 제공되어, 장-센서 디바이스(99)가 계속 동작할 수 있다. 제1 장 센서(20A)가 불량인 경우, 제2 센서 신호이거나 상기 제2 센서 센서 신호로부터 얻어진 출력 센서 신호(40)(도 1, 2)가 단계(180)에서 제공되어, 장-센서 디바이스(90)는 계속 동작할 수 있다. 따라서, 불량을 검출할 수는 있지만 양호한 장-센서 신호를 식별할 수 없기 때문에 계속 동작할 수 없는 센서 시스템과 달리, 불량 장 센서(20)를 식별함으로써, 그 밖의 다른 장 센서(20)로부터의 감지 신호를 이용함으로써, 장-센서 디바이스(99)는 계속 동작할 수 있다.

본 발명의 다른 방법에서, 도 7c를 참조하면, 제1 및 제2 비교 가능 신호 간의 하나 이상의 차이가, 비교된 비교 가능 신호(단계 140)로부터 계산되고(단계 200), 대응되는 오차 신호는 단계 210에서 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진다. 선택적으로, 오차 함수는, 가령, 오차 신호의 차이에 가장 잘 맞는 함수와 같은 오차 신호로부터 얻어지고, 대응하여 교정치가 결정된다(단계 220). 교정치는 함수일 수 있고, 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 교정하는데 사용될 수 있어서, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하며, 측정된 장에 대해 좀 더 정확한 응답을 제공한다(단계 230). 본 발명의 다양한 실시예에서, 차이는 측정된 값의 크기의 차이, 방향의 차이, 크기와 방향 둘 다의 차이 또는 벡터 차이이다. 벡터는 크기, 양의 방향 또는 음의 방향 및 원점의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

장 센서(20)는 센서 요소(22)이거나 단일 센서 요소(22) 또는 복수 센서 요소(22)를 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에서, 제1 장 센서(20A) 또는 제2 장 센서(20B)는 하나 이상의 센서 요소(22) 또는 센서 요소(22)의 하나 이상의 쌍, 가령, 홀-효과 센서 요소(22)의 쌍을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 장 센서(20)는 2개의 직교하는 쌍(A, C 및 B, D)으로 배열되는 4개의 센서 요소(22)를 포함하여, 2개의 직교하는 쌍의 방향에 대응하는 2개의 차원 각각에서 측정치를 제공할 수 있다. 하나의 방향에서 각각의 센서 요소(22) 쌍이 상기 방향에서의 장 크기의 측정치를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 하나의 실시예에서, 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)가 제1 차원 또는 방향에서의 장의 크기를 검출하도록 배열된 2개의 센서 요소(22) 및 상기 제1 차원 또는 방향과 상이한 제2 차원 또는 방향에서의 장의 크기를 검출하도록 배열된 2개의 센서 요소(22)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 차원과 제2 차원은 서로 직교하는 차원이다.

도 9를 참조하면, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 45도만큼 회전되어 있으며 동일 평면 상에 배열되어, 제1 배향이 제2 배향과 2개의 차원에서 상이하며, 또한 도 1, 3, 4, 5a 및 5b의 도시에 대응한다. 본 발명의 구성에서, 상이한 좌표계의 축들 간 상관관계가 데카르트 좌표계에서 45도에서 최대화된다. 또 다른 실시예에서, 그 밖의 다른 좌표계, 가령, 원통 좌표계, 극 좌표계, 또는 구면 좌표계가 사용된다. 일반적으로, 측정치가 좌표계 상으로 실제 장의 영사이다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 방법은 둘 이상의 장 센서(20) 중 어느 것이 불량인지를 결정하는 단계(190)(도 7b)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 도 1-4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 서로 공간적으로 오프셋되어 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 서로 공간적으로 겹친다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 공간적으로 겹치는 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 공통 중심을 가진다. 제 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 공통 원점으로 공통 위치에 위치시키고 중첩시킴에 의해, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 동일한 장을 측정할 것이다. 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 본 발명의 장-센서 디바이스(9) 내, 가령, 단일 집적 회로 내 또는 단일 인쇄-회로 기판 상에서, 공통 구조 또는 디바이스에 제공될 수 있다.

장 센서(20)는 자기 센서, 가령, 홀-효과 센서, 자기저항성 센서, 가령, 극 자기저항성 센서(XMR: extreme magnetoresistive sensor), 특이적 자기저항성 센서(EMR: extraordinary magnetoresistive sensor), 자이언트 자기저항성 센서(GMR: giant magnetoresistive sensor), 터널링 자기저항성 센서(TMR: tunneling magnetoresistive sensor), 거대 자기저항성 센서(CMR: colossal magnetoresistive sensor) 또는 이방성 자기저항성 센서(AMR: anisotropic magnetoresistive sensor) 또는 그 밖의 자기 센서일 수 있다.

장-센서 디바이스(99) 내 임의의 요소가 아날로그 구성요소, 가령, 아날로그-디지털 변환기이거나, 디지털 구성요소일 수 있다. 회로는 메모리에 저장된 프로그램, 저장된 프로그램 머신, 상태 머신, 하드와이어드 디지터 로직 또는 디지털이나 아날로그 제어 회로 등과 함께 CPU를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 다양한 실시예에서, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 각각 및 제어기(30)는 이산 회로 구성요소의 조합으로 또는 집적 회로로 구현되거나 공통 회로 또는 공통 집적 회로로 집적될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B) 또는 제어 회로(32)가 회로 구성요소 또는 패키지를 공유한다. 공통 제어기(30)는 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 모두 제어할 수 있다.

제1 및 제2 장 센서(20A, 20B), 제어기(30) 또는 제어 회로(32)가 전자 회로, 디지털 로직 회로, 아날로그 회로, 또는 혼합-신호 회로 또는 회로 유형 및 전자 디바이스의 조합을 포함할 수 있다. 이들 회로 중 일부 또는 모두가 하나 이상의 회로, 공통 회로, 하나 이상의 집적 회로 또는 패키지, 또는 공통 집적 회로 또는 패키지에 제공될 수 있다. 장-센서 디바이스(99)의 다양한 구성요소는, 예를 들어, 와이어(12)와 전기적으로 연결된 전자 회로, 집적 회로 또는 이상 전자 디바이스로 제공될 수 있다.

다양한 구성요소 중 임의의 하나 또는 전부가 인쇄 회로 기판 또는 하나 이상의 반도체 기판 상에 배치될 수 있거나, 다양한 구성요소 중 임의의 하나 또는 전부가 반도체 기판 내 또는 상에 회로로서 집적되거나, 반도체 기판(들) 상에 제공되는 집적 회로 및 반도체 기판(들) 내 또는 상에 형성되는 회로의 일부 조합으로 제공될 수 있다. 다양한 구성요소 중 임의의 하나 또는 전부가 반도체 기판(들) 또는 그 밖의 다른 기판(들) 상에 배치 또는 마이크로-전사 인쇄되는 패키지된 집적 회로 또는 베어 다이에 제공될 수 있다. 와이어(12)가 포토리소그래픽 방법 및 물질을 이용해 제공되어 다양한 구성요소, 집적 회로 다이, 또는 반도체 기판(들) 상에 집적된 회로를 연결할 수 있다.

제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B) 각각이 다양한 자기 센서, 가령, 홀-효과 센서 또는 자기-저항성 센서 중 임의의 것일 수 있고 예를 들어 집적 회로로, 또는 이상 요소로서, 또는 예를 들어, 픽-앤-플레이스(pick-and-place), 표면-장착 또는 인쇄 기법에 의해, 센서 디바이스 기판(10), 가령, 유리, 세라믹, 폴리머 또는 반도체 기판 상에 장착되는 개별 집적 회로 구성요소(가령, 베어 다이)로서 제공될 수 있다. 장-센서 디바이스(99)의 집적 회로 구성요소 또는 요소 중 하나 이상, 가령, 제어기(30)가 마이크로-전사 인쇄에 의해 증착되고 전기적으로 연결되는 베어 다이로서 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B) 상에 배치될 수 있다. 대안으로, 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)가 마이크로-전사 인쇄에 의해 증착되고 전기적으로 연결되는 베어 다이로서 제어기(30) 상에 배치될 수 있다. 제어 회로(32)는 반도체 기판 내에 포토리소그래피에 의해 형성된 회로로서 제공될 수 있고 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)는 베어 다이로서 반도체 기판 상에 배치될 수 있고 포토리소그래피 공정 및 물질을 이용해 제어 회로(32)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 10을 참조하면, 임의의 예시적 장 벡터(B)가 제1 배향(제1 좌표계)에 대해 도시되어 있으며, 도 11을 참조하면, 동일한 장 벡터(B)가 제2 배향(제2 좌표계)에 대해 도시되어 있다. 장 벡터(B)는 두 경우 모두 동일하기 때문에(도 10 및 11), 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)에 의해 측정된 제1 및 제2 센서 신호 벡터가 동등하지만 직접 비교 가능하지 않다(즉, 각각의 측정 축에서의 장 벡터의 크기 값이 제1 배향과 제2 배향에서 상이함). 그러나 장-센서 디바이스(99)가 구성될 때(도 1에서와 같이 디바이스 기판(10) 표면 상에 배치될 때), 제2 장 센서(20B)에 대해, 가령 45도로 제1 장 센서(20A)의 상대적 배치가 결정될 수 있기 때문에, 제1 센서 신호가 제1 배향(제1 좌표계)에서 제2 배향(제2 좌표계)으로 변환될 수 있고 장 벡터의 크기와 방향이 직접 비교될 수 있다. 대안으로, 제2 센서 신호는 제2 배향(제2 좌표계)에서 제1 배향(제1 좌표계)으로 변환될 수 있고, 장 벡터의 크기가 직접 비교될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 센서 신호가 제1 및 제2 배향(제1 및 제2 좌표계)와 상이한 제3 배향(제3 좌표계)으로 변환될 수 있고 제2 센서 신호가 마찬가지로 제3 배향(제3 좌표계)으로 변환되어, 2개의 변환된 장 센서 신호의 필드 벡터의 크기와 방향이 직접 비교될 수 있다. 2개의 센서 신호가 하나의 공통 배향(공통 좌표계)으로 변환될 때, 이들은 비교 가능 신호이다. 이 동작은 회전 행렬에 의한 행렬 변환으로서 수행될 수 있다. 센서 불량을 검출하는 데 필요한 것은 아니지만, 불량 센서가 식별된 실시예에서, 측정 축은 또 다른 좌표계로 투영될 때 불량이 위치하는 축 좌표들 간 변환 행렬에서 비-대각 부분-행렬 계수를 가진다.

(도 1, 5a 및 5b에 대응하는) 도 9의 예시에서, 제1 배향과 제2 배향이 디바이스 기판(10)(도 1)의 표면에 평행인 x, y 평면에서 각도 θ(45°)만큼 차이나고 (제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 배치되는 공통 평면에 직교인) z 차원에서 동일함으로써, 도 9의 예시에서 제1 및 제2 배향(좌표계)이 2개의 차원 또는 방향에서 차이날 수 있다.

제1 좌표계에서의 측정된 필드 벡터가 값 Bx 및 By을 가질 수 있고 제2 좌표계에서 측정된 동일한 벡터가 값 Bx' 및 By'을 가질 수 있다. 2개의 배향 간 각 θ이 알려져 있을 때, x' 및 y' 벡터가 x'=xcos(θ) + ysin(θ) 및 y' = ycos(θ) - xsin(θ)로 계산될 수 있다. 역 계산은 x = x'cos(θ) - y'sin(θ) 및 y = y'cos(θ) + x'sin(θ)이다. 임의의 제3 배향으로의 변환이 유사하게 계산될 수 있다.

도 1 및 9의 예시에서와 같이 θ = 45°인 단순화된 예시에서, sin(θ) = cos(θ) = 1/(2^1/2) = k

0.707이다. 제1 좌표계를 제2 좌표계로 변환하는 단순화된 수학식은

x'=k(x+y), y'=k(y-x)

이고, 제2 좌표계에서 제1 좌표계로 변환하는 수학식은

x=k(x'-y'), y=k(y'+x')

이다.

임의의 물리적 구현예에서, 제1 장 센서와 제2 장 센서(20A, 20B)가 반드시 동일한 것은 아니며 정밀도 및 정확도의 한계를 가질 수 있으며 지정 공차 내 이들 간 허용될 수 있는 차이를 가질 수 있다. 상이한 차원에서 45°만큼 차이 나는 배향을 이용함으로써 상이한 차원에서 더 큰 크기의 차이를 제공함으로써, 상이한 차원 각각에서 불량을 검출할 수 있는 능력이 개선될 수 있지만, 그 밖의 다른 각도 사용될 수 있다.

제1 장 센서 및 제2 장 센서(20A, 20B)로부터의 측정치가 불량인지 여부를 결정하도록 지정 측정 공차 마진이 제공될 수 있다. 지정 측정치 공차 마진이 각각의 차원(Bx, By)에서 특정되거나 단일 순 장 측정치(Be)를 특정하는 조합으로서 특정될 수 있다. 제1 및 제2 센서 신호를 동일한 좌표계로 변환함으로써 얻어진 비교 가능 센서 신호가 희망 공차 마진보다 크게 차이 나지 않는 경우, 비교 가능 센서 신호는 조합되고 출력 센서 신호(40)로서 제공될 수 있다. 비교 가능 센서 신호가 희망 공차 마진보다 크게 차이 나는 경우, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 중 하나가 불량으로 간주될 수 있다.

예시로서, y 차원의 길이의 2배인 x 차원의 길이를 갖는 임의의 장 벡터(B)가 도 12에 도시되며 여기서 길이는 대응하는 차원에서 장 강도를 나타낸다. 제1 장 센서(20A)가 직교하는 차원 x, y를 갖는 제1 배향 및 제1 좌표계에 있고, 제2 장 센서(20B)가 제1 배향(도 1 및 9)과 θ = -45도 만큼 회전된 직교하는 차원 x', y'을 갖는 제2 배향 및 제2 좌표계에 있을 때, 제1 장 센서(20A)의 x-차원 센서에서의 오차가, 벡터(R)에 의해 표현된 제1 좌표계의 x 차원에서만 올바른 장(B)과 차이 나는 오차 있는 장 측정치(Be)를 도출한다. 도 13을 참조할 때, 제1 장 센서(20A)의 y 차원 센서에서의 오차가, 벡터(R)에 의해 다시 표현된 제1 좌표계에서 y 차원에서만 올바른 장(B)과 차이 나는 오차 있는 장 측정치(Be)를 도출한다.

도 14a를 참조할 때, 제2 장 센서(20B)의 x' 차원 센서에서의 오차가 제2 좌표계의 x' 차원에서만 올바른 장(B)과 차이 나는 오차 있는 장 측정치(Be)를 도출한다. 제1 좌표계로 변환될 때(도 14b), 제2 좌표계의 x' 차원의 방향에 대응하는 제1 좌표계의 방향에서 오차 있는 장 측정치(Be)가 올바른 장(B)과 차이 난다(도 14b의 직선 화살표로 나타나고, 벡터(R)로 라벨링됨). 도 15a를 참조할 때, 제2 장 센서(20B)의 y' 차원 센서의 오차가 제2 좌표계의 y' 차원에서만 올바른 장(B)과 차이 나는 오차 있는 장 측정치(Be)를 도출한다. 제1 좌표계로 변환될 때(도 15b), 오차 있는 장 측정치(B_e)는 제2 좌표계(도 15b에 속이 차고 밝은 화살표로 나타나고, 벡터(R)로 라벨링됨)의 y' 차원의 방향에 대응하는 제1 좌표계의 방향에서 올바른 장(B)과 차이 난다.

도 12, 13, 14a, 14b, 15a, 15b의 모든 예시에서, 제1 및 제2 좌표계 간 각 차이가 θ = -45도이며(도 14a, 15a에 도시됨), 2개의 동일 선상의 화살표로 표시되는 바와 같이, 오차가 각각의 차원에서 센서 응답의 두 배이다.

따라서 제1 좌표계 및 제2 좌표계 간 각 차이 θ가 주어지면, E ≠0인 경우 오차 벡터 E = Be-B이고, 제1 좌표계의 벡터 E의 각은 다음과 같다:

오차가 제1 장 센서(20A)의 x-차원 센서에 있을 때, 0도,

오차가 제1 장 센서(20A)의 y-차원 센서에 있을 때, 90도,

오차가 제2 장 센서(20B)의 x'-차원 센서에 있을 때, θ도(도 14a 및 14b의 예시에서 -45도), 및

오차가 제2 장 센서(20B)의 y'-차원 센서에 있을 때, -θ도(도 15a 및 15b의 예시에서 45도).

일반적으로, 단일 장 센서 차원 측정치에만 불량이 존재하는 한, 오차 벡터의 방향이 불량 장 센서(20)에 의해 측정되는 차원에 대응한다. 다르게 말하면, 오차 벡터(R)는 측정된 불량 센서 요소(22)의 축의 방향에서 고유의 성분이다. 오차 벡터(R)는 불량 센서 측정치의 축(방향)의 단위 벡터의 복수 배로서 표현될 수 있다. 따라서 제어 회로(32)는 비교 가능 센서 신호(가령, Bx, By, Bx', By')들 간 차이의 방향을 비교하여 불량 장 센서(20)를 결정하는 회로를 포함할 수 있다.

상기에 기술된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서, 비교 가능 신호 간의 차이는 오류 장 센서(20) 또는 센서 요소(22)를 식별하는데 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 비교 가능 센서 신호 간의 차이는, 비교 가능 센서 신호 차이로부터 얻어진 교정치를 계산하고, 측정치를 조절하기 위해 계산된 교정치를 사용함에 의해, 측정된 센서 신호를 교정하거나 센서 신호 측정치에서의 오차를 감소시키는데 사용될 수 있다.

일반적으로, 장 센서(20)는, 장 센서(20)가 검출하고 측정하는 장에 대한 민감도를 가진다. 제조 공정이 절대로 완벽하지 않고, 재료가 절대로 동일하지 않기 때문에, 제조된 장 센서(20)는 장에 대해 서로 다른 응답을 가진다. 더구나, 장 센서(20)의 응답이 시간이 지남에 따라, 다양한 환경과 사용하면서, 가변할 수 있다. 그러므로, 중복적인 장 센서(20)를 가진 장-센서 디바이스(99)는 장 센서(20)의 민감도에 의존하여, 서로 다른 측정 값을 생성한다. 하나의 구성에서, 서로 다른 측정치는 간단히 평균화되어 측정치의 가변성을 감소시킨다.

일부 실시예에서, 장 센서(20)는 가령, 전기 센서 신호로, 장에 대한 선형 응답을 가진다. 장 센서(0)가 드리프트하면, 장 센서(20)의 민감도는 변할 수 있고, 게다가, 전기 신호의 DC 오프셋은 영이 아닐 수 있다. 그러므로, 장 센서(20)의 드리프트는, 심지어 장이 존재하지 않을 때에도, 영이 아닌 장을 측정할 것이고, 장이 존재할 때, 장에 대해 더 많거나 더 적게 민감할 수 있다. 이러한 장 센서(20)에 대하여, 전기 센서 응답은 V=F*S+O에 의한 장에 의존하는 전압일 수 있거나, 장 센서(20) 응답은 장(F) 곱하기 민감도 값(S) 더하기 오프셋 값(O)과 동일한 전압이다. 이상적인 장 센서(20)에 대하여, 오프셋 값(O)은 영이고, 민감도 값은 모든 장 센서(20)에 대해 고정되고 동일하다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 장 센서(20)의 민감도 값(S)과 오프셋 값(O) 모두는 시간이 지남에 따라 변하거나, 서로 다른 환경이나 사용에 처할 수 있다. 장 센서(20)로부터 측정된 전압 신호는 민감도(S)를 조절함에 의해, 가령, 민감도를 교전치 값과 곱하고 오프셋 값을 더함(또는 빼기)에 의해, 교정될 수 있다. 교정치는, 서로 다른 배향으로 제공된 서로 다른 장 센서(20)로부터의 신호들을 비교함에 의해 추정될 수 있고, 장 센서(20) 응답이 변함에 따라, 교정 추정치도 마찬가지로 변할 수 있다.

본 발명의 방법과 도 7a 및 7c를 참조하고, 이들의 설명에서, 장에 대한 제1 센서 응답을 가진 제1 장 센서(20A)가 제공되고, 제1 센서 응답은 제1 배향에서 측정되어 제1 센서 신호를 생성하고, 장에 대한 제2 센서 응답을 가진 제2 장 센서(20B)가 제공되고, 제2 센서 응답은 제2 배향에서 측정되어 제2 센서 신호를 생성한다. 제1 및 제2 배향은 상이하다. 제어기(30)는 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 제어하여 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성하는 제어 회로(32)를 포함한다.

제어기(30)는 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 작동하여, 장을 센싱하고, 대응하는 제1 및 제2 센서 응답을 받는 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성한다. 제1 및 제2 센서 신호는, 도 14a 및 14b에 도시되고, 도 7a와 관련하여 사익에서 논의된 바와 같이, 공통 배향(좌표계)으로 등가의 제1 및 제2 비교 가능 신호로 변환된다. 오차 신호는 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어지고, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합이 조절되어서, 오차 신호를 감소시킨다. 센서 응답을 조절함에 의해, 측정된 센서 신호도 조절되고, 감소된 오차를 가지고 교정된 장 측정치로 보고될 수 있다.

도 16a를 참조하면, 제1 장 센서(20A)와 제2 장 센서(20B)의 측정된 응답이 공통 배향으로 도시된다. 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 동일하지 않기 때문에, 두 개의 상이한 벡터에 의해 도시된 바와 같이, 장에 대한 이들의 응답이 상이하다. 두 개의 장 센서들(20)의 응답의 차이가 차이 벡터(D)에 의해 도시된다. 도 16b를 참조하면, 차이 벡터(D)는 x축과 y축 상으로, 각각 값 Dx 및 Dy로서 프로젝트된다. 일반적으로, 차이는 크기의 차이, 방향의 차이, 크기와 방향 모두의 차이, 원점의 차이 또는 일반적으로 벡터 차이일 수 있다.

도 17을 참조하면, 제1 및 제2 비교 가능 신호 간의 차이(P)는, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 다른 조합, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분이나 구성 요소의 임의의 조합(가령, 좌표계 방향에서의 크기, 절대 크기, 방향) 또는 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호 크기를 가리키는 전압과 같은 센서 요소 신호의 임의의 조합에 대하여, y 차원과 x 차원에서 오차 신호의 오차 함수(E)로서 결정될 수 있는 이산 오차 신호를 형성한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 차이는 y축 상에 센서 신호의 크기의 함수로서 도시된다. 도시된 각각의 점은, 가령, 장 세기 크기로서 측정된 두 개의 비교 가능 신호 간의 차이를 나타낸다. 차이(P)를 나타내는 점들의 집합은 오차 신호를 형성하고, 이러한 경우, 복수의 점들의 비-연속 이산 세트이고, 가령, 표에서 문서화될 수 있다. 오차 함수(E)는, 가령, 최소-자승 함수(least-squares function)와 같은 함수를 오차 신호(P)로 맞춤에 의해, 모든 x 값에 대해 오차 신호를 추정할 수 있다. 장 센서(20)가 이상적이라면, 오차 함수(E)는 x축에 있을 것이다. 오차 함수(E)가 영이 아닌 기울기지만 원점을 관통한다면, 상대적(순) 오프셋이 존재하지 않는다. 오차 함수(E)가 원점을 지나지 않는 다면, 비교 가능 신호(및 오차 함수(E))는 상대적 오프셋을 가진다. 오차 함수가 평평하지 않다면(영이 아닌 기울기를 가짐), 장 센서(20) 및 비교 가능 신호는 상이한 민감도(장에 대한 응답)를 가진다. 그러므로, 장 센서(20) 신호 차이에 의존하여, 신호에 대한 교정치(조절치)는 오프셋 값과 같은 상수 값의 차감 또는 상수 값에 의한 하나의 신호나 또 다른(또는 둘 다)의 곱함일 수 있다. 그러므로, 실시예에서, 교정치는 상수 값일 수 있다. 다른 실시예에서, 교정치는 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수이고, 교정치는 상기 기술된 바와 같은 선형 함수이다.

도 18은 3개의 설명적인 예시(A, B 및 C)를 제공한다. 이들 예시에서, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 각각은 두 개의 서로 다른 시간(1 및 2)에 가변하는 장을 측정하여, 신호(M_A1)(시간 1에서, 제1 장 센서(20A) 측정치), 신호(M_B1)(시간 1에서, 제2 장 센서(20B) 측정치), 신호(M_A2)(시간 2에서, 제1 장 센서(20A) 측정치), 신호(M_B2)(시간 2에서, 제2 장 센서(20B) 측정치)를 생성한다. 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)는 공통 평면에서 45도로 배열되고, 이들 장 측정치 중 하나는 다른 것의 좌표계(배향)로 변환되거나, 둘 다 서로 다른 공통 좌표계로 변환된다. 장 센서(20)가 장을 측정하기 때문에, 측정치는 두 개의 값에 의해 표현된 벡터이다.

예시 A에서, 제1 장 센서(20A)는 시간 1에서, (4,4)의 제1 장 벡터 값을 측정하고, 제2 장 센서(20B)는 공통 좌표계에서 동일한 시간 1에서 동일한 제1 장을 (6,6)으로 측정한다. 마찬가지로, 제1 장 센서(20A)는 시간 2에서, (2,2)의 제2 장 벡터를 측정하고, 제2 장 센서(20B)는 공통 좌표계에서 동일한 시간 2에서 동일한 장을 (3,3)으로 측정한다. 그러므로, 두 개의 점(P)이 오차 신호를 위해 제공되고, 오차 신호를 추정하는 오차 함수는 f(x)=1.5x_A 및 f(y)=1.5y_A일 수 있다. 가령, 장 센서(20B) 측정치의 함수나 각각의 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 측정치에 대한 함수와 같은 다른 기능적 표현이 가능하다. 예시의 보간법은, 제2 장 센서(20B)가 제1 장 센서(20A)보다 1.5배 더 민감하거나, 대안적으로, 제1 장 센서(20A)는 제2 장 센서(20B)보다 1/3배 덜 민감하다. 교정치는 제1 장 센서(20A) 측정치에 1.5를 곱하거나 제2 장 센서(20B) 측정치에 2/3을 곱한 것이 될 수 있다. 대안적으로, 두 장 센서(20)는 1.5의 오차 함수(E) 기울기로부터 얻어진 값이 곱해질 수 있다. 시간이 지남에 따라, 측정 신호는 가변할 수 있고, 교정치도 가변할 수 있어서, 신호 오차를 감소시키고 중복적인 센서의 이익을 활성화시킨다. 예를 들어, 하나의 장 센서(20)가 완전히 오류될 때, 다른 장 센서(20)는 개선된 정확도와 감소된 오차를 가지고 교정된 측정 신호를 계속 제공할 수 있다.

장 센서(20)는 서로 다른 민감도를 가지고, 시간이 지남에 따라 변하는 2개의 센서 요소(22)를 가질 수 있다. 예시 B를 참조하면, 제2 장 센서(20B)에 대한 y 센서 요소(22)의 응답은, 제1 장 센서(20A)에 대한 y 센서 요소의 응답의 두배이고, x 센서 요소(22) 응답은 예시 A와 동일하다. 이러한 경우, y에 대한 교정치는 x에 대한 교정치와 상이하다. x 값에 대한 교정치는 1.5이거나 관련된 값이지만, y에 대한 교정치는 2.0이거나 관련된 값이다.

예시 C를 참조하면, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 민감도 간의 차이는, 장이 존재하지 않더라도, 신호 응답이 존재한다는 점, 이는 장 센서(20)의 하나, 또는 다른 것, 또는 둘 다 오프셋을 가진다는 것을 의미하는데, 이를 제외하고는, 예시 B에 대한 것과 동일하다. 이러한 경우, 장이 존재하지 않을 때, 영이 측정되어야 한다는 것을 추정할 수 있다. 교정치는 제1 장 센서(예시 A와 B와 같이)보다는 제2 장 센서(20B)에 대해 도시된다.

도 18의 예시는 서로 다른 장 센서(20)로부터의 비교 가능 신호들 간의 다양한 차이를 간단히 나타내기 위해 선택된다. 당업자는 많고 더 많이 샘플링된 측정 차이를 가진 일부 실시예에서, 정확한 교정치가 발견될 수 없고, 추정치가 사용된다는 것을 인식할 것이다. 더구나, 모든 장 센서(20) 측정치들에 대한 교정치는 전반적인 오차를 감소시키는데 사용될 수 있다.

측정치 차이는 시간에 따라 가중될 수 있어서, 비교 가능 신호의 최근 차이는 교정치의 계산에서 좀 더 가중치를 갖는다. 그러므로, 장 센서(20)의 응답이 시간이 지남에 따라 가변함에 따라, 교정치는 센서 베리에이션을 수용하기 위해 변할 수 있다.

장 센서(20)가 서비스에 들어가지 전에, 장 센서(20)는 알려진 장과 구축된 임의의 민감도와 오프셋 조절치로 초기에 개별적으로 캘리브레이트될 수 있다. 이러한 캘리브레이션은 장 센서(20)의 초기 정확도에서의 확신을 제공할 것이고, 이후에 이루어진 변화에 대한 기준선을 제공할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에서, 장에 대한 제3 센서 응답을 가진 제3 장 센서(20C)(도 19)가 제공된다. 제3 센서 응답은 제3 배향에서 측정되어, 제3 센서 신호를 생성한다. 제어기(30)는 제3 장 센서(20C)를 제어하여 제3 센서 신호를 생성하기 위한 또 다른 제어 회로(33)를 포함할 수 있다. 제어기(30) 내의 다른 제어 회로(33)는, 제3 배향이 공통 배향과 상이하면, 제3 센서 신호를 공통 배향 내의 등가의 제3 비교 가능 센서 신호로 변환하는데 사용될 수 있다. 제3 배향이 공통 배향과 동일하면, 다른 제어 회로(33)는 제3 비교 가능 센서 신호를 변환 없이 비교 가능 센서 신호로 사용할 수 있다. 다른 제어 회로(33)는 제3 비교 가능 센서 신호와 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합은 조절되어서 오차 신호를 감소시킬 수 있다. 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이와 같이, 제3 비교 가능 신호와의 차이는 크기의 차이, 방향의 차이, 크기와 방향의 차이 또는 벡터 차이일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 오차 신호를 계산하는 단계는, 상기 제3 비교 가능 센서 신호와 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 상기 차이를, 상기 제1, 제2 및 제3 비교 가능 센서 신호의 또 다른 조합, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 조합(가령, 좌표계에서의 크기, 방향, 절대 크기, 방향), 또는 상기 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호 크기를 가리키는 전압과 같은 센서 요소 신호의 조합의 오차 함수로 계산하는 단계를 포함한다. 오차 함수에 대응되는, 또는 이로부터 얻어진 교정치가 결정될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 교정치는 상수이거나 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수이다. 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합과 곱하는 단계 또는 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 더하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 단계는, 기울기로부터 얻어진 값을 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합에 곱하는 단계, 오프셋으로부터 얻어진 값을 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합에 더하는 단계, 둘 다, 또는 오프셋으로부터 얻어진 값을, 기울기로부터 얻어진 값과 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합의 곱에 더하는 단계를 포함할 수 있다.

교정치는, 제1, 제2 및 제3 장 센서(20C) 측정치 중 어느 것 또는 제1, 제2 및 제3 장 센서(20C)의 임의의 조합에서의 오차르 감소시키기 위해 계산될 수 있다. 예를 들어, 교정치는, 비교 가능 좌표계에서, 제1 및 제3 센서 신호 간의 차이, 제2 및 제3 센서 신호 간의 차이, 제1 및 제2 센서 신호 간의 차이 또는 제1, 제2 및 제3 센서 신호 모두에서의 차이를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 임의의 제1, 제2 및 제3 비교 가능 센서 신호들 간의 차이로부터 얻어지고, 제1, 제2 및 제3 센서 응답 및 대응되는 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합 또는 감소된 오차를 가진 교정된 장 측ㅈ어치로 보고된 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합을 조절하는데 사용될 수 있는 멀티-가변, 멀티-차원적인 오차 함수 및 교정이 추정될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 또는 제3(만일 존재한다면) 센서 신호의 임의의 조하에 응답하는 출력 센서 신호(40)가 제공되고, 제1, 제2 또는 제3(만일 존재한다면) 응답이 조절된다.

본 발명의 실시예에서, 제3 배향은 제1 배향과 상이하고 제2 배향과 상이하거나, 제3 배향은 제1 배향과 동일하거나, 제3 배향은 제2 배향과 동일하다. 그러므로, 제3 장 센서(20C)는 제1 장 센서(20A)와 동일한 배향으로 배치될 수 있거나, 제2 장 센서(20B)와 동일한 배향으로 배치될 수 있거나, 제1 장 센서(20A)와 제2 장 센서(20B)와 상이한 배향으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 배향은 공통 평면에 있고, 제1 배향은 제2 배향과 직교하지 않는다. 이러한 실시예에서, 제1 배향은 제2 배향으로부터 45도 회전될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기술된 방법을 실시하는 장-센서 디바이스(99)는, 장에 대한 제1 센서 응답을 가진 제1 장 센서(20A) - 제1 센서 응답은 제1 배향에서 측정되어 제1 센서 신호를 생성함 - 와, 장에 대한 제2 센서 응답을 가진 제2 장 센서(20B) - 제2 센서 응답은 제1 배향과 상이한 제2 배향에서 측정되어 제2 센서 신호를 생성함 - 와, 및 각각의 제1 및 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)를 제어하기 위한 제어기(30)를 포함할 수 있다. 제어기(30)는 제1 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 공통 배향에서 등가의 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 및 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로(32)를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제어기(30)는, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이를, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합, 상기 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 임의의 조합(가령, 좌표계 방향에서의 크기, 절대 크기, 방향), 또는 상기 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호, 가령, 센서 요소 신호 크기를 가리키는 전압의 임의의 조합의 오차 함수로 계산하는 제어 회로(32)를 포함할 수 있다. 교정치는 상수이거나 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 제어기(30)는 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합과 상기 상수를 곱함에 의해, 또는 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합에 상기 상수를 더함에 의해, 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합을 조절하는 제어 회로(32)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어기(30)는, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합에 곱하거나, 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합에 더하거나, 모두이거나, 상기 오프셋으로부터 얻어진 값을, 상기 기울기로부터 얻어진 값과 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합의 곱에 더함에 의해, 상기 제1 및 제2 센서 응답의 조합을 조절하는 제어 회로(32)를 포함한다.

본 발명의 실시예와 도 19를 참조하면, 장-센서 디바이스(99)는, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)에 추가하여, 제3 센서 응답을 가진 제3 장 센서(20C)를 포함한다. 제3 센서 응답은 제3 배향에서 측정되어 제3 센서 신호를 생성하고, 제어기(30) 내의 또 다른 제어 회로(33)는 제3 장 센서(20C)를 제어하여 제3 센서 신호를 생성한다. 제3 배향이 공통 배향과 상이하면, 다른 제어 회로(33)는 제3 센서 신호를 공통 배향에서 등가의 제3 비교 가능 센서 신호로 변환한다. 제3 배향이 공통 배향과 동일하면, 제3 센서 신호는 제3 비교 가능 센서 신호이다. 다른 제어 회로(33)는 제3 비교 가능 센서 신호와 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하여, 오차 신호를 감소시킨다. 차이는 크기의 차이, 방향의 차이, 크기와 방향 모두의 차이 또는 벡터 차이일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기(30)는, 제3 비교 가능 센서 신호와 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이를, 제1, 제2 및 제3 비교 가능 센서 신호의 임의의 다른 조합, 제1 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분이나 구성 요소의 임의의 조합(가령, 좌표계 방향에서의 크기, 절대 크기, 방향) 또는 제1 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서요소 신호 크기를 가리키는 전압과 같이 센서 요소 신호의 임의의 조합의 오차 함수로 계산하는 제어 회로(가령, 다른 제어 회로(33))를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 교정치는 상수이거나 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수이다. 제어기(30)는, 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 곱함에 의해, 또는 상수를 제1, 제2 및 제3 센서 신호의 임의의 조합에 더함에 의해, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로(가령, 다른 제어 회로(33))를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(30)는, 기울기로부터 얻어진 값을 제1, 제2 및 제3 응답의 임의의 조합에 곱함에 의해, 기울기로부터 얻어진 값을 제1, 제2, 및 제3 응답의 임의의 조합에 더함에 의해, 또는 오프셋으로부터 얻어진 값을 기울기로부터 얻어진 값과 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합의 곱에 더함에 의해, 제1, 제2 및 제3 센서 응답의 임의의 조합을 조절하는 제어 회로(가령, 다른 제어 회로(33))를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 제3 배향은 제1 배향과 상이하고, 제2 배향과 상이하거나, 제3 배향은 제1 배향과 동일하거나, 제3 배향은 제2 배향과 동일하다. 일부 실시예 및 도 19에 도시된 바와 같이, 제3 배향은 제1 배향과 상이하고 제2 배향과 상이하고, 제1 및 제2 배향 모두에 직교적으로 배향된다.

본원에서 의도된 바와 같이, 두 개의 아이템 A와 B의 임의의 조합은 A만 포함할 수 있거나, B만 포함할 수 있거나, A와 B를 포함할 수 있다. 세 개의 아이템 A, B 및 C의 임의의 조합은 A만 포함할 수 있거나, B만 포함할 수 있거나, C만 포함할 수 있거나, A와 B를 포함할 수 있거나, A와 C를 포함할 수 있거나, B와 C를 포함할 수 있거나, A, B 및 C를 포함할 수 있다. 리스트 에서 단어 "모두"의 사용은 리스트의 이전의 두 요소의 모두를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 장-센서 디바이스(99)는 장을 측정하는 기능을 하면서, 동시에, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)가 모니터링되고, 진단되며, 오류가 검출되면, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B)의 어느 것 또는 모두에 대응되는 실시간 진단 신호를 제공한다. 대안적으로, 제1 및 제2 장 센서(20A, 20B) 측정치의 차이가 결정되고, 교정되어, 감소된 오차를 가진 조절된 출력 센서 신호를 제공한다.

본 발명의 실시예는, 기판을 제공하고, 제1 센서나 제2 센서(20A, 20B) 및 제어기(30)를 집적 회로로서 기판 상에 장착함에 의해 구성될 수 있다. 집적 회로는 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 기술을 사용하거나, 대응되는 소스 웨이퍼로부터 집적 회로를 기판 표면 상으로 마이크로-이송 프린팅함에 의해, 기판 표면 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 기판 표면은 반도체 층 및 제1 또는 제2 장 센서(20A, 20B)의 하나 이상 또는 각각의 적어도 일부이거나 이를 포함할 수 있고, 제어기(30)는 반도체 층 내에 형성되고 기판 표면 상의 와이어(12)를 사용하여, 가령, 포토리소그래픽 또는 인쇄 회로 기판 방법과 재료에 의해, 기판 표면 상에 배치된 임의의 집적 회로와 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 제어 회로(32) 또는 장 센서(20)는 반도체 기판 내에 포토리소그래픽적으로 형성될 수 있다.

기판은, 제1 센서나 제2 센서(20A, 20B) 및 제어기(30)를 지지하거나 수용할 수 있는 하나 이상의 기판, 가령, 유리, 플라스틱, 세라믹 또는 두 개의 마주보는 비교적 평면형이고 평행한 측면을 가진 반도체 기판과 같은 많은 기판들 중 하나일 수 있다. 기판은 가령, 10 마이크론에서 여러 밀리미터인 다양한 두께를 가질 수 있다. 기판은 또 다른 디바이스의 일부나 표면일 수 있고, 전자 회로망을 포함할 수 있다.

본 발명이 도면과 상기 설명에서 도시되고 자세히 기술되었지만, 이러한 도시와 설명은 제한적인 것이 아니라 설명적이거나 예시적으로 고려되어야 한다. 상기 설명은 본 발명의 특정한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 상기의 내용이 문헌상 얼마나 자세하게 상술되었는지와 관련 없이, 본 발명은 많은 방법으로 실시될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다.

개시된 실시예에 대한 다른 변형예가, 도면, 개시물 및 첨부된 청구항의 스터디를 통해, 청구된 본 발명을 실시하는 기술 분야의 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구항에서, 단어 "포함하는"는 다른 요소나 단계를 배제하지 않고, 부정 관사 "한" 또는 "하나"는 복수성을 배제하지 않는다. 하나의 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항에서 나열된 여러 개의 아이템의 기능을 수행할 수 있다. 어떤 측정치가 상호 다양한 종속항에서 나열된다는 단순한 사실은, 이들 측정의 조합이 이점으로 사용될 수 없다는 것을 의미하지 않는다. 컴퓨터 프로그램은, 다른 하드웨어와 함께 또는 그 일부로서 공급되는 광학 저장 매체나 고체-상태 매체와 같은 적절한 매체 상에 저장/분산될 수 있으나, 인터넷이나 다른 유무선 텔레통신 시스템을 통해서와 같이 다른 형태로 분산될 수도 있다. 청구항에서의 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.

A 제1 예시
B 제2 예시
C 제3 예시
E 오차 함수
P 차이
R 오차 벡터
D 차이 벡터
DX X 프로젝션
DY Y 프로젝션
10 디바이스 기판
12 와이어
14 접촉 패드
16 시스템 기판
20 장 센서
20A 제1 장 센서
20B 제2 장 센서
20C 제3 장 센서
22 센서 요소
30 제어기
32 제어 회로
33 다른 제어 회로
34 저장 회로
36 변환 회로
38 비교 회로
40 출력 센서 신호
42 불량 센서 신호
99 장-센서 디바이스
100 센서 디바이스 제공 단계
110 센서 디바이스 동작시키는 단계
120 제1 및 제2 센서 신호 수신 단계
130 수신된 센서 신호(들)를 변환하는 단계
140 변환된 신호(들)를 비교하는 단계
150 센서가 뷸량인지 여부를 결정하는 단계
160 불량 센서 결정 단계
170 출력 센서 신호 제공 단계
180 불량 센서 신호 제공 단계
190 선택적인 오류 센서 결정 단계
200 차이 계산 단계
210 오차 신호를 얻는 단계
220 교정치 결정 단계
230 신호 조절 단계

Claims (16)

1. 장 센서 디바이스에 있어서, 상기 장 센서 디바이스는,
   장에 응답하여 제1 센서 신호를 제1 좌표계에서 하나 이상의 측정 축을 따라 측정하여, 상기 제1 센서 신호를 출력하도록 구성된 제1 장 센서와,
   상기 장에 응답하여 제2 센서 신호를 상기 제1 좌표계와 상이한 제2 좌표계에서, 하나 이상의 측정 축을 따라 측정하여, 상기 제2 센서 신호를 출력하도록 구성된 제2 장 센서와,
   상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서를 제어하여, 상기 각각의 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제어기 - 상기 제어기는,
   (i) 공통 좌표계에서, 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 등가의 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 상기 제1 비교 가능 센서 신호와 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고,
   (ii) 상기 오차 신호를 감소시키기 위해, 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 조절하기 위한 제어 회로를 포함함 - 를 포함하는, 장 센서 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 비교 가능 센서 신호와 제2 비교 가능 센서 신호 간의 상기 차이는 크기의 차이, 방향의 차이, 크기와 방향 모두의 차이 또는 벡터 차이인, 장 센서 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   (a) 상기 제1 비교 가능 센서 신호와 제2 비교 가능 센서 신호 간의 상기 차이를, 상기 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호의 임의의 조합, 상기 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 임의의 조합, 또는 상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호의 임의의 조합의 오차 함수로 계산하고, 및
   (b) 상기 오차 함수에 대한 교정치를 결정하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 교정치는 상수이고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 센서 신호의 조합과 상기 상수를 곱함에 의해, 또는 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합에 상기 상수를 더함에 의해, 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합을 조절하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 교정치는 기울기와 오프셋을 가진 선형 함수이고, 상기 제어 회로는,
   (a) 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합에 곱하거나,
   (b) 상기 기울기로부터 얻어진 값을 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합에 더하거나,
   (c) (a)와 (b) 모두이거나,
   (d) 상기 오프셋으로부터 얻어진 값을, 상기 기울기로부터 얻어진 값과 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합의 곱에 더함에 의해, 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합을 조절하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서, 제3 좌표계에서, 상기 장에 대한 제3 센서 신호를 측정하여, 제3 센서 신호를 출력하도록 구성된 제3 장 센서 및 상기 제3 센서 신호를 생성하기 위해, 상기 제3 장 센서를 제어하기 위한 상기 제어기 내에 배치된 추가적인 제어 회로를 포함하고, 상기 추가적인 제어 회로는,
   (i) 상기 제3 좌표계가 공통 좌표계와 상이하다면, 제3 센서 신호를 공통 좌표계 내의 등가의 제3 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 그렇지 않고 상기 제3 센서 신호가 제3 비교 가능 센서 신호라면, 상기 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호의 조합과 상기 제3 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 그리고,
   (ii) 상기 오차 신호를 감소시키기 위해, 상기 제1 센서 신호, 제2 센서 신호 및 제3 센서 신호의 조합을 조절하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 추가적인 제어 회로는,
   (a) 상기 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호의 조합과 상기 제3 비교 가능 센서 신호 간의 차이를, 상기 제1 비교 가능 센서 신호, 제2 비교 가능 센서 신호 및 제3 비교 가능 센서 신호의 또 다른 조합, 상기 제1 비교 가능 센서 신호, 제2 비교 가능 센서 신호 또는 제3 비교 가능 센서 신호의 성분 또는 구성의 조합, 또는 상기 제1 장 센서, 제2 장 센서 및 제3 장 센서가 센서 요소 신호를 생성하는 두 개 이상의 센서 요소를 포함할 때, 센서 요소 신호의 조합의 오차 함수로 계산하고, 및
   (b) 상기 오차 함수에 대응되는 교정치를 결정하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
8. 제 6 항에 있어서,
   (a) 상기 제3 좌표계는 상기 제1 좌표계와 상이하고, 상기 제2 좌표계와 상이하거나,
   (b) 상기 제3 좌표계는 상기 제1 좌표계와 동일하거나,
   (c) 상기 제3 좌표계는 상기 제2 좌표계와 동일한, 장 센서 디바이스.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 제3 좌표계는 상기 제1 좌표계와 상이하고, 상기 제2 좌표계와 상이하고, 상기 제1 좌표 및 제2 좌표계 모두에 대해 직교로 배향되는, 장 센서 디바이스.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서 각각은, 장 벡터를 생성하기 위해, 상기 장의 크기와 방향 모두를 측정하기 위해 직교 방향으로 측정하도록 구성되는 두 개의 센서 요소를 포함하는, 장 센서 디바이스.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 좌표계 및 제2 좌표계는 공통 평면에 있고,
    (a) 상기 제1 좌표계는 상기 제2 좌표계로부터 45도 회전되거나,
    (b) 상기 제1 좌표계는 상기 제2 좌표계와 직교하지 않거나,
    (c) (a)와 (b) 모두인, 장 센서 디바이스.
12. 제 1 항에 있어서, 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합인 신호를 출력하도록 구성되는, 장 센서 디바이스.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 좌표계는 이차원 또는 삼차원으로 상기 제2 좌표계와 상이한, 장 센서 디바이스.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 제1 센서 신호, 상기 제2 센서 신호, 상기 제1 비교 가능 센서 신호 또는 상기 제2 비교 가능 센서 신호 중 하나 이상을 저장하기 위한 저장 회로를 포함하는, 장 센서 디바이스.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서는, 기판 재료를 포함하는 디바이스 기판 상에 배치되고, 상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서는 상기 기판 재료와 적어도 부분적으로 상이한 하나 이상의 센서 재료를 포함하는, 장 센서 디바이스.
16. 장 센서 디바이스를 작동시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    제1 좌표계에서 하나 이상의 측정 축을 따라, 제1 장 센서로 장에 대한 제1 센서 신호를 측정하고, 제1 센서 신호를 출력하는 단계와,
    상기 제1 좌표계와 상이한 제2 좌표계에서 하나 이상의 측정 축을 따라, 제2 장 센서로 장에 대한 제2 센서 신호를 측정하고, 제2 센서 신호를 출력하는 단계와,
    제어 회로를 포함하는 제어기로, 상기 각각의 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 생성하기 위해, 상기 제1 장 센서 및 제2 장 센서를 제어하는 단계와,
    상기 제어기를 사용하여, (i) 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 조합을 공통 좌표계 내의 등가의 제1 비교 가능 센서 신호 및 제2 비교 가능 센서 신호로 변환하고, 상기 제1 비교 가능 센서 신호와 제2 비교 가능 센서 신호 간의 차이로부터 얻어진 오차 신호를 계산하고, 및 (ii) 오차 신호를 감소시키기 위해, 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 임의의 조합을 조절하는 단계를 포함하는,
    장 센서 디바이스를 작동시키기 위한 방법.

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