KR20150020553A

KR20150020553A - 피크 및 임계값 검출기들을 갖는 기어 톱니 센서

Info

Publication number: KR20150020553A
Application number: KR20147034433A
Authority: KR
Inventors: 안드레아 포레토; 마이클 모리스; 매튜 드루인; 데본 페르난데즈; 안드레아스 피. 프리드리히; 피. 칼 쉘러
Original assignee: 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2015-02-26
Also published as: EP2834600B1; US9329057B2; JP6140817B2; EP2834600A1; WO2013180852A1; JP2015524062A; US20130320970A1; KR101948576B1

Abstract

감지되는 타겟, 예를 들면, 톱니 기어와 같은 회전 강자성 물체와 관련될 수 있는 자기 이상들을 검출하고 센서 오작동을 방지하도록 이러한 검출을 이용하는 피크 검출기 및 임계값 검출기의 출력들을 사용하는 자기장 센서 아키텍처가 여기에 제공된다. 상기 센서는 에지 검출 회로 및 에러 검출 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 에지 검출 회로는 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들의 에지들(또는 전이들)을 검출하는 회로들을 포함하고, 상기 에러 검출 회로는 상기 에지 검출 회로에 반응하여 "손실된 전이"가 일어나거나 현재의 사이클에 대해 상기 피크 검출기에 의해 검출되는 경우에 입력 신호의 피크-투-피크 값이 소정의 양으로 기대되는 피크-투-피크 값과 다를 때에 에러를 나타내는 회로들을 포함한다.

Description

피크 및 임계값 검출기들을 갖는 기어 톱니 센서{GEAR TOOTH SENSOR WITH PEAK AND THRESHOLD DETECTORS}

본 발명은 대체로 회전 동작 센서들(rotational motion sensors)에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 회전 동작 검출을 위해 자기장 센싱 요소들을 활용하는 기어 톱니 센서들에 관한 것이다.

타겟의 회전 동작을 감지하는 자기장 센서들은 알려져 있다. 상기 타겟은 경질의 강자성(영구 자석) 또는 연질의 강자성 타겟일 수 있다. 강자성 기어 타겟의 특징들을 검출하는 자기장 센서들은 "기어 톱니 센서들(gear tooth sensors)"로 알려진 센서들의 분류에 속한다. 기어 톱니 센서들은 엔진 관리 응용들, 잠김 방지 브레이크 시스템들, 변속 시스템들 및 다른 산업 또는 자동차 시스템들에서 중요한 요소들이다.

이러한 유형의 자기장 센서에 있어서, 상기 타겟의 기계적인 프로파일과 관련되는 자기장은 홀(Hall) 요소 또는 자기저항(MR) 요소와 같은 자기장 센싱 요소에 의해 감지된다. 상기 타겟이 연질의 강자성 물질인 경우에 있어서, 영구 자석이 상기 센싱 요소에 대해 자기장을 제공하도록 상기 센서 부근에 위치할 수 있다. 상기 타겟의 특징들이 상기 센싱 요소를 지나면서, 상기 센싱 요소에 의해 겪는 상기 자기장은 상기 타겟 프로파일과 관련된다. 상기 센싱 요소는 상기 감지된 자기장에 비례하는 신호를 제공한다. 상기 센서는 상기 자기장 신호가 임계값을 가로지르는 매 시간 상태를 변화시키는 출력 신호를 발생시키도록 자기장 신호를 가진다. 이와 같은 출력은 회전 속도 정보를 제공하기 위해 이용될 수 있다.

차동 센서들로 언급되는 일부 센서들은 차동 장치(differential arrangement) 내에 구성되는 적어도 한 쌍의 센싱 요소들을 구비한다. 차동 자기장 센서들에 있어서, 상기 두 센싱 요소들에 의해 제공되는 신호들 사이의 차이는 상기 타겟의 특징들 내의 전이들을 나타내는 차동 자기장 신호를 발생시키는 데 사용된다. 상기 차동 센서는 상기 차동 자기장 신호가 임계값을 가로지르는 매 시간 상태들을 전환하는 출력 신호를 발생시키도록 상기 차동 자기장 신호를 가진다. 따라서, 회전하는 강자성 기어의 각 특징의 접근과 후퇴의 검출은 상기 강자성 기어의 회전을 대표하는 통상적으로 정사각형의 파인 출력 신호를 야기한다.

다양한 형태들의 한계값 기반의 메커니즘들이 상기 출력 신호를 발생시키는 데 이용될 수 있다. 하나의 이와 같은 메커니즘은 임계값 검출기(threshold detector) 또는 피크-투-피크(peak-to-peak) 퍼센티지 검출기로서 언급된다(또한 여기서는 한계값 검출기로서도 언급된다). 이는 상기 피크-투-피크 자기장 신호의 퍼센티지(예를 들면, 40% 및 60%)로 정의된 한계값들을 이용한다. 임계값 검출기의 하나의 유형이 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,917,320호(발명의 명칭: "검출 한계값을 주기적으로 조절하는 통과하는 자성 물체들의 검출(DETECTION OF PASSING MAGNETIC ARTICLES WHILE PERIODICALLY ADAPTING DETECTION THRESHOLD)")에 기재되어 있다. 각 한계값은 이전의 음의 및 양의 피크에 기초하여 결정된다. 상기 자기장 신호가 이들 한계값들의 하나를 교차하지 않을 경우(예를 들면, 갑작스런 큰 신호 시프트로 인해), 상기 한계값들이 갱신되지 않을 수 있다. 상기 한계값들이 갱신되지 않을 경우, 상기 출력 신호는 스위칭을 정지할 것이다.

슬로프-활성화, 피크-참조 또는 피크 검출기로 언급되는(여기서는 또한 피크 검출기로 언급되는) 다른 메커니즘은 상기 자기장 신호의 최후의 양의 또는 음의 피크(즉, 최후의 피크 또는 밸리)를 참조하는 고정되거나 가변적인 한계값을 이용한다. 상기 피크 검출기에 있어서, 상기 한계값은 상기 자기장 신호의 양의 및 음의 피크들과 소정의 양만큼 상이하다. 이러한 유형의 검출기에 있어서, 상기 출력 신호는 상기 자기장 신호가 피크 또는 밸리로부터 멀어질 때 소정의 양으로 상태를 변화시킨다. 피크 검출기의 하나의 유형이 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,091,239호(발명의 명칭: "피크 참조 임계값 검출기를 갖는 통과하는 자성 물체들의 검출(DETECTION OF PASSING MAGNETIC ARTICLES WITH A PEAK-REFERENCED THRESHOLD DETECTOR)")에 기재되어 있다. 피크 검출기의 다른 예는 또한 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,693,419호(발명의 명칭: "근접 검출기(PROXIMITY DETECTOR)")에서 찾아볼 수 있다.

상기 회전하는 강자성 물체의 통과 특징들을 정확하게 검출하기 위하여, 이들 회로들은 상기 자기장 신호에 접근하여 추적할 수 있어야 한다. 통상적으로, 하나 또는 그 이상의 디지털-아날로그 변환기(DAC)들이 상기 자기장 신호를 추적하는 DAC 신호를 발생시키는 데 이용된다. 일부 아키텍처들에 있어서, 하나의 DAC가 상기 자기장 신호의 양의 피크들(PDAC)을 추적하는 데 이용되고, 다른 하나의 DAC가 상기 자기장 신호의 음의 피크들(NDAC)을 추적하는 데 이용된다. 다른 아키텍처들에 있어서, 단일 DAC가 상기 자기장 신호의 양의 및 음의 피크들 모두를 추적한다.

양 검출 설계들은 이들의 장점들과 단점들을 모두 가진다. 상기 피크 검출기는 큰 신호 변화의 존재에서도 보장된 스위칭으로 스위칭에 대해 보다 양호한 접근을 제공하는 경향이 있다. 상기 피크 검출기는 통상적으로 자기 이상들이 상기 센서의 기능성과 절충되는 자동차 잠금 방지 브레이크 시스템(ABS))들 및 변속 응용들에서 센서들을 위해 사용된다. 반면에, 상기 임계값 검출기는 보다 큰 스위칭 정확성을 제공하는 경향이 있다.

일부 기어 톱니 센서 아키텍처들은 정확한 회전으로부터 변화를 구별하기 위해 한계값 및 피크 검출기 모두를 포함한다. 예들은 알레그로 마이크로시스템즈사(Allegro Microsystems, Inc.)로부터 입수 가능한 차동 홀 효과 기어 톱니 센서들의 ATS651LSH, ATS655/7LSH 및 ATS692/3LSH 패밀리들을 포함한다.

본 발명은 회전 동작 검출을 위해 자기장 센싱 요소들을 활용하는 기어 톱니 센서들을 제공한다.

일반적으로, 일 측면에 있어서, 본 발명은, 적어도 하나의 센싱 요소(sensing element)의 전방에서 통과하는 특징들로서 회전하는 강자성 물체의 특징들을 나타내는 자기장 신호를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 포함하는 자기장 신호 발생 회로, 상기 자기장 신호에 반응하여 임계값 검출기 출력 신호를 발생시키는 임계값 검출기(threshold detector), 그리고 상기 자기장 신호에 반응하여 피크 검출기 출력 신호를 발생시키는 피크 검출기(peak detector)를 포함하는 센서에 관한 것이다. 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들은 각기 상기 자기장 신호의 사이클들과 관련된 전이들(transitions)을 가진다. 또한, 상기 임계값 검출기 출력 신호 및 상기 피크 검출기 출력 신호의 전이들을 검출하고, 상기 전이들이 일어나는 순서가 기대된 순서로부터 벗어날 경우에 에러를 검출하기 위해 상기 검출된 전이들을 이용하도록 상기 임계값 검출기 및 상기 피크 검출기에 연결되는 회로가 상기 센서에 포함된다.

본 발명의 실시예들은 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 회로는 이러한 에러가 검출될 때에 상기 에러를 나타내는 레벨을 갖는 에러 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 회로는, 상기 피크 및 임계값 출력 신호들의 전이들을 검출하는 에지(edge) 검출 회로 및 상기 전이들 검출에 반응하여 상기 에지 검출 회로에 연결되고 상기 에러 신호를 발생시키는 에러 검출 회로를 포함할 수 있다. 상기 에지 검출 회로는 상기 피크 검출기 출력 신호의 각각의 전이를 검출하는 제1 에지 검출기 및 상기 임계값 검출기 출력 신호의 각각의 전이를 검출하는 제2 에지 검출기를 포함할 수 있다.

상기 에러 검출 회로는, 상기 에지 검출 회로에 반응하여 상기 피크 검출기 출력 신호 및 상기 임계값 검출기 출력 신호의 전이들의 순서를 모니터하며, 상기 모니터링이 상기 순서가 상기 기대된 순서로부터 벗어났을 때에 제1 에러 신호를 나타내는 레벨을 갖는 제1 회로 출력 신호를 발생시키는 제1 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 회로 출력 신호는 상기 에러 신호로서 제공될 수 있다.

상기 제1 회로는 각각의 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 카운트 값(count value)을 증가시키고 각각의 검출된 임계값 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 상기 카운트 값을 리셋하도록 구성되는 계수기(counter)를 포함할 수 있다. 상기 제1 회로는 상기 카운트 값을 카운트 한계와 비교하고 상기 카운트 값이 상기 카운트 한계에 도달할 때에 상기 제1 회로 출력 신호 레벨을 상기 제1 에러를 나타내는 레벨로 설정하는 비교기(comparator)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 회로는 각각의 검출된 임계값 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 카운트 값을 증가시키고, 각각의 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 상기 카운트 값을 리셋하도록 구성되는 계수기를 포함할 수 있으며, 상기 카운트 값을 카운트 한계와 비교하고, 상기 카운트 값이 상기 카운트 한계에 도달될 때에 상기 제1 회로 출력 신호 레벨을 상기 제1 에러를 나타내는 레벨로 설정하는 비교기를 더 포함할 수 있다.

상기 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이들에 반응하여 현재의 사이클에 대해 상기 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이들과 관련된 자기장 신호의 피크-투-피크(peak-to-peak) 값을 기대되는 피크-투-피크 값과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 제2 회로 출력 신호를 제공하는 제2 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 기대되는 피크-투-피크 값은 상기 타겟의 이전의 회전의 대응되는 사이클에 대한 자기장의 피크-투-피크 값이 될 수 있다. 상기 제2 회로는 상기 피크-투-피크 값과 상기 기대되는 피크-투-피크 값의 소정의 퍼센티지와 비교하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 에러 검출 회로는 상기 제1 회로 출력 신호 및 상기 제2 회로 출력 신호에 기초하여 상기 에러 신호를 발생시키는 로직 회로(logic circuit)를 더 포함할 수 있다. 각각의 상기 제1 및 제2 에지 검출기들은 각각의 검출된 전이를 위한 펄스를 제공하는 출력 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다.

상기 센서는 상기 임계값 검출기 출력 신호에 반응하는 제1 입력, 상기 피크 검출기 출력 신호에 반응하는 제2 입력을 가지며, 상기 회로에 의해 발생되는 상기 에러 신호에 기초하여 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들의 하나를 입력으로서 선택하는 컨트롤 신호를 가지는 출력 신호 선택기(selector)를 더 포함할 수 있다. 상기 임계값 검출기는 제2 모드가 수반되는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 상기 에러 신호의 레벨이 에러를 나타낼 때에 상기 제1 모드에서의 동작으로 돌아갈 수 있다. 상기 임계값 검출기는 재보정 시한 동안에 상기 제1 모드로 동작할 수 있다. 상기 재보정 시한이 완료될 때, 상기 임계값 검출기는 상기 제2 모드로 동작을 재개하며, 상기 컨트롤 신호의 상태를 리셋하는 신호를 발생시킬 수 있다.

상기 적어도 하나의 센싱 요소는 한 쌍의 센싱 요소들을 포함할 수 있고, 상기 자기장 신호는 상기 쌍의 센싱 요소들에 의한 차동 센싱에 기초하는 차동 자기장 신호일 수 있다. 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 홀 효과(Hall-effect) 요소, 자기저항(magnetoresistance: MR) 요소 또는 다른 형태의 자기장 센싱 요소 중에서 선택되는 하나일 수 있다. 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 구현하도록 사용되는 물질은 IV족 반도체 물질 또는 III-V족 반도체 물질 중에서 선택되는 하나일 수 있다. 상기 경질의 강자성 물질일 수 있다. 상기 강자성 물체는 바이어싱(biasing) 영구 자석에 의해 자화되는 연질의 강자성 물질일 수 있다.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 센싱 요소의 전방에서 통과하는 특징들로서 회전하는 강자성 물체의 특징들을 나타내는 자기장 신호를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 포함하는 자기장 신호 발생 회로, 상기 자기장 신호에 반응하여 임계값 검출기 출력 신호를 발생시키는 임계값 검출기, 그리고 상기 자기장 신호에 반응하여 피크 검출기 출력 신호를 발생시키는 피크 검출기를 포함하는 센서에 관한 것이다. 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들은 각기 상기 자기장 신호의 사이클들에 관련된 전이들을 가진다. 또한, 상기 피크 검출기 출력 신호의 전이들을 검출하고, 현재의 사이클에 대한 상기 검출된 전이들과 관련된 상기 자기장 신호의 피크-투-피크 값이 기대되는 피크-투-피크 값과 소정의 양으로 다를 때에 에러를 검출하기 위해 상기 검출된 전이들을 사용하도록 상기 임계값 검출기 및 피크 검출기에 연결되는 회로가 상기 센서에 포함된다.

상기 회로는 이러한 에러가 검출될 때에 상기 에러를 나타내는 레벨을 갖는 에러 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 회로는 상기 피크-투-피크 값을 상기 기대되는 피크-투-피크 값과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 에러 신호를 설정하는 에러 검출 회로를 포함할 수 있다. 상기 기대되는 피크-투-피크 값은 상기 타겟의 이전의 회전의 대응되는 사이클에 대한 자기장 신호의 피크-투-피크 값일 수 있다.

상기 센서는 상기 임계값 검출기 출력 신호에 반응하는 제1 입력, 상기 피크 검출기 출력 신호에 반응하는 제2 입력을 가지며, 상기 회로에 의해 발생되는 상기 에러 신호에 기초하여 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들의 하나를 입력으로서 선택하는 컨트롤 신호를 가지는 출력 신호 선택기를 더 포함할 수 있다. 상기 임계값 검출기는 제2 모드가 수반되는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 상기 에러 신호의 레벨이 에러를 나타낼 때에 상기 제1 모드에서의 동작으로 돌아가게 될 수 있다. 상기 임계값 검출기는 재보정 시한 동안에 상기 제1 모드로 동작할 수 있다. 상기 재보정 시한이 완료될 때, 상기 임계값 검출기는 상기 제2 모드로 동작을 재개하며, 상기 컨트롤 신호의 상태를 리셋하는 신호를 발생시킬 수 있다.

상기 적어도 하나의 센싱 요소는 한 쌍의 센싱 요소들을 포함할 수 있고, 상기 자기장 신호는 상기 쌍의 센싱 요소들에 의한 차동 센싱에 기초하는 차동 자기장 신호일 수 있다. 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 홀 효과 요소, 자기저항(MR) 요소 또는 다른 유형의 자기장 센싱 요소 중에서 선택되는 하나일 수 있다. 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 구현하도록 사용되는 물질은 IV족 반도체 물질 또는 III-V족 반도체 물질 중에서 선택되는 하나일 수 있다. 상기 강자성 물체는 경질의 강자성 물질일 수 있다. 상기 강자성 물체는 바이어싱 영구 자석에 의해 자화되는 연질의 강자성 물질일 수 있다.

여기서 제시되는 상기 센서 아키텍처(architecture)는 상기 센서의 오작동이나 스위칭 정확도의 감소를 가져올 수 있는 상기 자기장 신호의 이상들을 검출하도록 병렬로 동작하는 임계값 검출기 및 피크 검출기의 정보를 이용한다. 하나의 특징은 상기 정보가 적절하지 않은 지를 판단하도록 모든 검출기들의 출력을 모니터하며, 예를 들면, 하나의 검출기는 두 번 스위치되는 반면에 다른 하나는 스위치되지 않는다. 이러한 경우, 이상이 검출되며, 상기 정보는 일부 교정 동작, 예를 들면, 상기 센서의 재가동, 사용자/응용에 대한 진단 메시지의 전송 또는 스위칭 계획의 조절을 수행하는 데 이용될 수 있다. 또한, 상기 아키텍처 내의 상기 피크 검출기의 존재는 모든 피크의 검출을 가능하게 한다. 이에 따라, 피크-투-피크 정보는 다중 회전들에 대한 타겟 특징들의 행동을 모니터하도록 이용될 수 있다. 소모, 톱니에서 톱니까지의 변화 및 다른 기계적인 불규칙성들의 정보는 상기 센서의 동작들로부터 용이하게 추출될 수 있다. 상기 센서는 이에 따라 저하된 자기장 신호들로도 스위칭 정확성을 최적화하도록 사용될 수 있다.

다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 임계값 및 피크 검출기들, 임계값 및 피크 검출기들의 출력들을 모니터하는 스위칭 사건 모니터링 컨트롤 로직, 출력 신호 선택기 및 보정 컨트롤러를 구비하는 예시적인 차동 자기장 센서(강자성 기어 톱니 동작 검출을 위한)의 블록도를 나타내고,
도 2는 바이어싱 자석을 구비하고 강자성 톱니 기어 타겟 프로파일에 근접하여 위치하는 센서(도 1에 도시한 바와 같은)를 포함하는 예시적인 센싱 장치의 측면도를 나타내며,
도 3a-도 3b는 대응하는 피크 검출기 출력 신호 및 임계값 검출기 출력 신호를 갖는 차동 자기장 신호를 도시하는 파형들을 나타내고,
도 4는 예시적인 일 실시예에 따른 도 1에서의 스위칭 사건 모니터링 컨트롤 로직 블록의 행동을 예시하는 상태도이며,
도 5는 에지 검출 회로 및 에러 검출 회로를 포함하는 스위칭 사건 모니터링 컨트롤 로직 블록(도 5로부터)의 블록도를 나타내고,
도 6은 에지를 검출하는 회로(도 5에서)의 예시적인 실시예의 로직 회로도를 나타내며,
도 7은 에러를 검출하는 회로(도 5에서의)의 예시적인 실시예의 로직 회로도를 나타내고,
도 8은 도 1에서의 출력 신호 선택기의 예시적인 실시예의 로직 회로도를 나타내며,
도 9는 도 1로부터의 보정 컨트롤러의 예시적인 실시예의 로직 회로도를 나타내고,
도 10은 도 1로부터의 임계값 검출기의 예시적인 실시예의 블록도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 강자성 기어(ferromagnetic gear) 회전 운동 방향을 위한 자기장 센서("센서")(10)가 도시된다. 상기 센서(10)는 자기장 신호 발생기(12), 임계값 검출기(threshold detector)(14), 피크-참조(peak-referenced)(또는 피크) 검출기(16), 스위칭 사건(switching events) 모니터링 컨트롤 로직 블록(또는 간단하게는 컨트롤 로직)(18), 출력 신호 선택기(selector)(20) 그리고 보정(calibration) 컨트롤러(22)를 포함한다. 상기 자기장 신호 발생기(12)는 제1 센싱 요소 출력(28a) 및 제2 센싱 요소 출력(28b)에 의해 각기 차동 증폭기(amplifier)(26)에 연결되는 제1 센싱 요소(sensing element)("SE1")(24a) 및 제2 센싱 요소("SE2")(24b)로 도시된 센싱 요소들의 적어도 하나의 차동 센싱 장치(sensing arrangement)를 포함한다. 상기 차동 증폭기(26)는 그 출력에서 차동 자기장("DIFF") 신호(30)로 도시된 자기장 신호를 발생시킨다. 상기 DIFF 신호(30)는 상기 두 센싱 요소들 사이의 자속 밀도 차이를 나타낸다.

상기 DIFF 신호(30)는 입력으로서 상기 임계값 검출기(14) 및 상기 피크 검출기(16) 모두에 제공된다. 상기 임계값 검출기(14)는 "POSCOMP" 신호(32)로 도시된 임계값 검출기 출력 신호를 발생시킨다. 상기 피크 검출기(16)는 "POSCOMP_PK" 신호(34)로 도시된 피크 검출기 출력 신호를 발생시킨다. 각각의 이들 검출기 출력 신호들은 입력으로서 상기 컨트롤 로직(18) 및 상기 출력 신호 선택기(20)로 제공된다. 이들 입력들에 기초하여, 상기 컨트롤 로직(18)은 에러가 발생되었는지 그렇지 않았던 지를 나타내는 출력 신호("ERROR" 신호)(36)를 발생시키도록 동작한다.

"에러(error)"는 상기 검출기들(14, 16)의 적어도 하나가 예상된 결과로부터 벗어나는 결과, 예를 들면, 전이가 기대되거나 현재의 사이클 내에서 검출기에 의해 검출되는 피크가, 예를 들면, 소정의 양으로 기대 피크로부터의 시간에서 벗어나는 때에 하나의 검출기의 출력 신호가 전이하지 못하는 결과를 의미한다. 이러한 편차들은 타겟(target)과 관련된 일부 이상들, 예를 들면, 상기 타겟의 회전의 방향의 변화 또는 톱니에서 톱니까지의 변화와 같은 기계적인 불규칙성, 워블(wobble) 혹은 마모 및 유사한 것들의 결과로 일어날 수 있다. 상기 컨트롤 로직(18)은 이러한 편차들을 검출하고 이들을 에러들로서 플래그(flag)시키도록 설계된다. 이의 출력 신호인 ERROR 신호(36)는 에러가 검출되었던 것을 나타내는 제1 로직 레벨(예를 들면, 액티브 하이(active high)) 및 에러가 검출되지 않았던 것을 나타내는 제2 로직 레벨을 가진다. 상기 컨트롤 로직(18)의 동작과 이의 에러 검출 능력은 특히 도 4-도 7을 참조하여 다음에 보다 상세하게 기술될 것이다.

상기 ERROR 신호(36) 및 예시된 실시예에서 상기 임계값 검출기(14)에 의해 발생되는 READY_TH 신호(37)도 도시된 신호는 출력들로서 두 컨트롤 신호들을 발생시키는 상기 보정 컨트롤러(22)에 입력으로서 제공된다. 상기 두 출력 컨트롤 신호들은 "RECALIBRATION" 신호(38)로 도시된 제1 컨트롤 신호 및 리셋 임계값("RESET_TH") 신호(40)로 도시된 제2 컨트롤 신호를 포함한다. 상기 RESET_TH 신호(40)는 입력으로서 상기 임계값 검출기(14)로 제공된다. 상기 RECALIBRATION 신호(38)는 상기 출력 신호 선택기(20)로 제공된다. 상기 신호들(32, 34, 38)에 응하여, 상기 출력 신호 선택기(20)는 검출기 출력 신호들(32, 34)의 선택된 하나를 센서 출력(OUT)(44)에서 출력 신호(OUTPUT)(42)로서 제공한다. 또한, 도시된 바에 있어서, 클록 발생기(clock generator)(46)는 센서(10)의 다양한 클록 서브회로들(clocked subcircuit)에 의한 이용을 위하여 클록 신호들(총괄적으로, CLK(48)로 나타낸)을 발생시킨다.

응용에 있어서, 상기 센서(10)가 타겟, 보다 상세하게는 톱니 기어(toothed gear)와 같은 회전하는 강자성 물체에 근접하여 위치할 때, 상기 센서 출력 신호(42)는 회전의 속도를 나타낸다. 이러한 출력 신호는 사용자나 응용에 대해 이용 가능하게 된다. 상기 강자성 물체 또는 대상체가 경질의 강자성 물질 또는 연질의 강자성 물질에 될 수 있는 점은 인식할 수 있을 것이다.

비록 상기 자기장 신호 발생기(12)가 단일의 차동 채널 구현으로서 예시되지만, 하나 이상의 차동 채널이 이용될 수 있다. 다중의 센싱 요소들의 쌍들 및 차동 증폭기들은 다중의 차동 채널들의 구현을 요구할 수 있다. 선택적으로는, 상기 자기장 신호 발생기(12)는 단일의 센싱 요소, 예를 들면, SE1만을 요구할 수 있는 싱글 포인트 구현으로서 제공될 수 있다. 싱글 포인트 구현에서는, 차동 기능(도 1의 차동 증폭기(26)에 의해 수행되는)에 대한 필요성이 없을 수 있다. 일부 자기장 신호 증폭은 여전히 대부분 요구될 수 있다.

외부 전원 전압이 VCC 단자 또는 입력(50)에서 상기 센서(10)에 제공될 수 있다. 상기 센서의 서브회로들은 VCC 버스(bus)(52)를 통해 상기 VCC 입력(50)에 연결되고, 내부 접지(GND) 연결(56)을 통해 접지(GND) 단자(54)에 연결된다.

상기 센서(10)는 상부에 다양한 회로 요소들이 형성된 반도체 기판을 포함하는 집적 회로(IC)의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 IC의 I/O 인터페이스는 점선들(58)로 도면에 나타나 있다. 패키지된 IC는 상기 VCC 입력 또는 단자(50), GND 단자(54) 및 상기 출력(OUT)(44)의 각각에 대응되는 적어도 하나의 핀을 가질 수 있다. 상기 센서 또는 센서 IC(10)는 도시되지 않은 다른 특징들과 신호들을 구비하여 제공될 수 있다. 상기 IC의 기능성, 즉 그 내부에 포함되는 상기 회로 요소들이 특정한 응용에 적합하게 변화될 수 있는 점이 이해될 것이다.

도 2는 상기 자기장 센서(10)가 회전하는 타겟 프로파일(62)에 대하여 방사상의 센싱 위치에 배치되는 예시적인 센싱 장치(60)를 나타낸다. 상기 회전하는 타겟 프로파일(62)의 운동의 검출은 화살표(64)로 나타낸다. 상기 타겟 프로파일(62)은 상기 자기장 센서(10)의 "전방(front)"에 마주한다. 도시된 장치에 있어서, 상기 자기장 센서(10)는 차동 센싱 장치이며, 그와 같이 상기 타겟 프로파일(62)에 대한 위치에서 자기장 강도 내의 변화에 반응하여 차동 신호를 발생시키기 위해 상기 두 센싱 요소들(24a, 24b)을 포함한다.

도 2에 있어서, 상기 타겟 프로파일(62)은 통상적으로 밸리(valley) 또는 리세스(recess)(또는 노치(notch))로 언급되는 갭(gap)(68)이 수반되는 돌출된 특징(예를 들면, 톱니)(66)이 교번되는 패턴으로 정의된다. 톱니들 또는 다른 형태들의 돌출된 특징들은 설계 요구 사항들에 근거하여 다양한 형상들을 가질 수 있다. 이들이 도시된 바와 같이 정사각형의 형상이 될 필요는 없다. 도 2에 도시한 것과 같은 타겟 프로파일 패턴은 상기 회전하는 타겟, 예를 들면, 톱니 기어 휠과 같은 강자성 물체의 주변부를 따라 도 2에 도시한 바와 같이 방사상으로(즉, 상기 기어의 외측 가장자리나 에지를 따라) 또는 축 방향으로(도시되지 않음) 제공될 수 있다.

일부 센싱 장치들, 예를 들면, 연질의 강자성 물질로 구성된 물체의 특징들이 검출되는 센싱 장치에 있어서, 자기 바이어스(magnetic biasing)가 이용될 수 있다. 이와 같은 장치는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 예시된 장치(60)에 있어서, 상기 자기장은 바이어스 영구 자석(70)에 의해 제공된다. 상기 자석(70)의 남극이나 북극은 상기 센서(10), 예를 들면, 도시된 바와 같이 상기 센서의 후면에 부착(또는 부근에 위치)할 수 있다. 상기 자석과 센서는 서브어셈블리로서 케이스(72)로 함께 둘러싸일 수 있다. 이러한 서브어셈블리는 자속 유도기(magnetic flux concentrator), 예를 들면, 도시된 바와 같이 상기 자석(70)과 센서(10) 사이에 배치되는 자속 유도기(74)를 더 포함할 수 있다.

비록 도 1에 도시하지 않았지만, 출력 스테이지는 센서 출력(OUT)에 검출된 타겟 프로파일 전이들(톱니 에지들을 리딩 및/또는 트레일링하는 것과 같은)을 나타내는 센서 출력 신호(42)를 제공한다. 상기 출력 스테이지는 토템-폴 푸시-풀(totem-pole push-pull) 또는 오픈 드레인(open drain), 오픈 콜렉터(open collector) 출력 구성으로 구현될 수 있다. 이러한 형태의 구성은 통상적인 구성이다. 이와 같은 출력을 갖는 장치들은 때때로 "삼선식(three-wire)" 장치들로 언급된다. 삼선식 장치는 도 1에 도시되어 있다. 선택적으로는, 상기 출력 스테이지는 상기 센서의 두 디지털 출력 상태들을 나타내는 전류의 두 레벨들을 제공하는 전류 소스 출력 구조로 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 출력 전류는 상기 공급/접지 라인들 상에 제공될 수 있고, 전류 소스 출력 구조의 이용은 상기 출력(44)에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 상기 전류 소스 구조를 갖는 이러한 유형의 장치들은 때때로 "이선식(two-wire)" 장치들로 언급된다. 선택적으로는, 상기 출력은 내부 집적 회로(I²C), 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI), 싱글 에지 니블 전송(SENT) 또는 자동차, 산업 또는 소비자 응용들에 사용되는 다른 프로토콜들과 같은 프로토콜 내에 암호화될 수 있다.

상기 자기장 센서(10)의 다른 측면들은, 도시되지는 않지만, 알려진 기술들과 설계들에 따라 구현될 수 있다. 상기 장치가 상기 센싱 요소들의 자기장 신호들로부터 상기 센서 출력을 발생시키도록 총괄적으로 동작하는 다양한 다른 회로들을 포함할 수 있는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 증폭기 및 다른 회로부가 상기 자기장을 증폭시키고, 선택적으로는 동적 오프셋(dynamic offset) 보정(즉, 초퍼 안정화(chopper stabilization)), 자동 이득 제어(AGC) 및 오프셋 조절과 같은 다른 특징들을 구현하도록 각 센싱 요소와 상기 차동 증폭기 사이에 연결될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 이러한 특징들은 다른 곳, 예를 들면, 상기 차동 증폭기와 상기 검출기들(14, 16) 사이에 제공될 수 있다.

이와 같은 및 다른 실시예들에서 상기 자기장 센싱 요소(24a)(또는 24b)는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall effect) 요소, 자기저항(magnetoresistance) 요소 또는 자기트랜지스터(magnetotransistor)가 될 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소, 수직형 홀 요소 및 원형 수직 홀(CVH) 요소가 있다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(GMR) 요소, 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터닐링 자기저항(TMR) 요소 및 자기 터널링 접합(MTJ)이 있다. 상기 센싱 요소(24a)(또는 24b) 단일 요소를 포함할 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브리지(half bridge) 또는 풀(full)(휘스톤) 브리지 내에 배열되는 둘 또는 그 이상의 요소들을 포함할 수 있다. 장치 유형 및 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 센싱 요소(24a)(또는 24b)는 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 혹은 갈륨-비소(GaAs) 또는 인듐 화합물, 예를 들면, 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성된 장치가 될 수 있다. 상기 GMR 장치는 스핀-밸브(spin-valve) GMR 또는 다른 GMR 형태가 될 수 있다. 별도의 센싱 다이들이 사용될 경우, 상기 센싱 다이들은 다른 기술들, 예를 들면, GaAs, Ge, AMR, GMR, TMR 및 유사한 것들로 구성될 수 있다.

배경 기술에서 논의한 바와 같이, 피크 검출기(16)와 같은 피크 검출기들은 입력 신호, 즉, 상기 자기장 신호(예를 들면, 차동 센싱 장치 내의 DIFF 신호(30))를 추적하며, 상기 입력 신호의 피크들에 관련된 임계값 레벨에서 스위치된다. 임계값 검출기(14)와 같은 임계값 검출기들은 스위칭의 유도와 비교되는 입력 신호를 갖는 레벨들을 적용한다. 이들 임계값들은 피크-투-피크 진폭들의 퍼센티지(예를 들면, 85% 및 15%, 또는 60% 및 40%)로서 정의된다. 예시한 실시예에 있어서, 상기 검출기들(14, 16) 모두는 절대 임계값(예를 들면, 영 교차(zero crossing) 임계값)에 반대되는 추적 기반의 상대 임계값을 활용하는 것으로 가정된다.

일 실시예에 있어서, 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 임계값 검출기(14)는 "회전 임계값 모드(rotational threshold mode: RTM)"으로 여기서 언급되는 모드로 동작하는 임계값 검출기로서 구현된다. 이러한 모드를 갖는 임계값 검출기는"이전의(prior)" 임계값들(이전의 사이클들에 대해 또는 이전의 회전들의 이전의 사이클들에 대해 발생된 임계값들)의 히스토리를 유지하며, 현재의 사이클에 대한 임계값을 구현하도록 하나 또는 그 이상의 이전의 임계값들을 사용한다. RTM을 갖는 임계값 검출기(14)와 같은 임계값 검출기는 2010년 6월 4일에 출원되고 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된 미국 특허 출원 제12/793,813호(발명의 명칭: "동작 검출기에 사용되는 임계값 신호를 발생시키기 위한 회로 및 방법들(Circuits and Methods for Generating a Threshold Signal Used in a Motion Detector)")에 기재된 아키텍처들의 특징들을 포함하도록 구현될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 차동 자기장 신호에 대하여 상기 검출기들(14, 16)에 의해 수행되는 출력 스위칭을 예시하는 파형들을 나타낸다. 도 3a는 기계적 타겟 프로파일에 대응되는 차동 자기장 신호 파형(82)을 포함하는 파형들(80)을 나타낸다. 상기 양 및 음의 피크들은(정해진 사이클의) 타겟 특징의 에지들(edges)에 대응된다. 전술한 바와 같이, 상기 센서(10)는 상기 회전하는 타겟 상의 기계적인 특징들을 나타내는 디지털 정보를 제공할 수 있다. 상기 파형들은 비록 자성 프로파일이 이를 유도하더라도 상기 센서의 디지털 출력 신호에 대한 상기 기계적인 프로파일의 해석을 제시한다. 예시된 파형들은 톱니의 리딩 에지(상기 센서에 의해 검출되는 바와 같은 상승하는 기계적 에지)가 상기 센서 패키지 면을 통과하면서 하이(ICC(H) 또는 VOUT(H))로부터 로우까지의 출력 스위칭을 야기하는 타겟 및 센서의 배향에 대한 특정한 출력 극성을 나타낸다. 이러한 구성에 있어서, 톱니가 상기 패키지에 가장 가까운 특징일 때에 상기 출력은 이의 로우 극성으로 스위치된다. 상기 회전의 방향이 반전될 경우, 상기 출력 극성은 역전된다.

파형들(80)은 또한 피크 검출기 출력 신호 파형(84) 및 임계값 검출기 출력 신호 파형(86)을 포함한다. 상기 파형(82)의 신호가 포인트 88a에서 양의 피크 참조 임계값을 교차할 때에 상기 파형(84)의 출력 신호는 스위치(또는 하나의 상태로부터 다른 하나로의 전이)되며, 이후에 상기 신호가 포인트 88b에서 음의 피크 참조 임계값을 가로지를 때에 다시 스위치된다. 상기 파형(86)의 신호는 또한 상기 신호의 파형(82)이 임계값들을 교차할 때에 스위치된다. 상기 임계값 검출기의 경우에 있어서, 상기 한계값들은 상기 피크-투-피크 신호의 퍼센티지로서 구현된다. 단순화를 위하여, 도 3a는 50%, 50%의 임계값 설정을 예시한다. 따라서, 상기 파형(86)의 신호는 상기 파형(82)의 신호가 상기 차동 자기장 신호의 하향 기울기 및 상향 기울기 상의 50%의 임계값을 가로지를 때에 스위치된다. 이들 포인트들은 참조 부호들 89a 및 89b로 나타난다. 상기 검출기 출력 신호 파형들(84, 86)은 병렬 방식으로 동작할 때에 상기 피크 검출기 및 임계값 검출기들에 대한 전이들의 기대되는 순서를 예시한다. 각각의 하프 사이클에 대하여, 상기 피크 검출기의 전이(예를 들면, 포인트 88a에서)는 상기 임계값 검출기의 전이(예를 들면, 포인트 89a에서)에 수반된다. 이러한 전이는 상기 피크 검출기의 전이(예를 들면, 포인트 88b에서)에 수반된다. 통상적인 기대되는 순서는 대응되는 임계값 검출기 전이들에 수반되는 피크 검출기 전이들을 갖는 교번되는 전이들(또는 스위칭 사건들)로 구성된다. 상기 검출기 출력 신호들을 위한 상기 전이들 극성이 다르게(즉, H에서 L로의 전이들이 L에서 H로가 될 수 있고, 상기 L에서 H로의 전이들이 H에서 L로 되게) 정의될 수 있는 점에 유의해야 한다. 상기 검출기 출력 신호들의 극성은 임의로 정의될 수 있다.

도 3b는 상기 임계값 검출기(14)의 스위칭과 상기 피크 검출기(16)의 스위칭 사이의 불일치의 예를 나타낸다. 이러한 불일치는, 예를 들면, 상기 이와 같은 도면에 도시된 바와 같이 방향 변화에 의해 야기되는 상기 자성 프로파일 상의 이상들에 의해 발생될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 파형들(90)은 방향 변화를 경험하는 타겟의 프로파일에 반응하여 발생되는 차동 자기장 신호 파형(92)을 포함한다. 또한, 피크 검출기 및 임계값 검출기 출력 신호들에 대한 파형들(94, 96)이 각기 도시된다. 상기 임계값들은 도 3a의 파형들에서와 동일하다. 이와 같은 예시에 있어서, 상기 피크 검출기의 전이들은 98a, 98b, 98c, 98d, 98e 및 98f로 나타낸 포인트들에서 일어난다. 상기 임계값 검출기의 전이들은 동일한 시간 간격 동안에 99a, 99b 및 99c로 나타낸 포인트들에서 일어난다. 상기 차동 자기장 신호에 의해 차동적으로 감지되는 바와 같은 방향 변화는 시간 t_A 주위에서 일어난다. 상기 도면으로부터 상기 방향 변화가 포인트 98d에서 스위치되는 상기 피크 검출기 출력 신호를 야기하지만, 상기 차동 자기장 신호가 상기 50%의 임계값 교차에 결코 도달되지 못하기 때문에 상기 임계값 출력 신호는 스위치되지 않는 점을 알 수 있다. 따라서, 상기 임계값 검출기 출력 신호의 대응되는 전이들에 수반되지 않는 포인트들 98c 및 98d에서 두 연속하는 피크 검출기 전이들이 존재한다.

심지어 이와 같은 불일치들이 일어나지 않은 경우라도, 후술하는 바와 같이, 상기 피크 검출기(16)의 동작은 이러한 종류의 이상들을 검출하도록 상기 센서에 의해서 뿐만 아니라 현재의 사이클을 위한 실제 피크-투-피크 값들을 이전의 피크-투-피크 값들, 즉 이전의 회전(또는 공전)의 대응되는 사이클을 위한 피크-투-피크 값들과 비교함에 의해 이용될 수 있다. 각 경우에서와 다시 도 1을 참조하면, 상기 ERROR 신호(36)는, 상기 검출(또는 스위칭) 계획을 변화시키는 데, 예를 들면, 상기 임계값 검출기(14)가 하나의 모드로부터 다른 모드로 변화되게 하거나, 상기 신호를 상기 임계값 검출기 출력 신호로부터 피크 검출기 출력 신호로 변화되는 상기 출력 신호 선택기(20)에 의한 상기 센서의 출력(44)에서 존재하는 상기 신호를 야기하거나, 다른 동작을 취하도록 할 수 있다.

도 4는 도 3a-도 3b에 예시한 바와 같은 스위칭 사건들 순서 및 불일치들의 검출에서의 상기 컨트롤 로직(18)의 행동의 상태도 표현(100)을 나타낸다. 각 상태는 원으로 나타내고, 상태들 사이의 전이들은 상기 원들을 연결하는 안내선들로 나타낸다. 각 원 내의 2-비트 이진수는 상기 원이 나타내는 상태를 식별한다. 가장 우측의 비트는 상기 임계값 검출기 출력 신호에 대응되며, 다른 비트는 상기 피크 검출기 출력 신호에 대응된다. 제1 상태('11', "양호(Good) 1")(102)는 상기 피크 검출기 출력 신호가 로직 1이고 상기 임계값 검출기 출력 신호가 로직 1일 때에 상기 검출기 출력 신호들의 상태에 대응된다. 다음 상태('01', "양호 2")(104)는 상기 피크 검출기 신호가 로직 0으로 전이되었던 후에 상기 검출기 출력 신호들의 상태에 대응된다. 다음 상태('00', "양호 3")(106)는 상기 임계값 검출기 출력 신호가 로직 0으로 전이되었던 후에 상기 검출기 출력 신호들의 상태에 대응된다. 다음 상태('10', "양호 4")(108)는 상기 피크 검출기 출력 신호가 로직 1로 전이되었단 후에 상기 출력 신호들의 상태에 대응된다. 상기 임계값 검출기 출력 신호가 로직 1로 전이할 때, 화살표 110으로 나타낸 바와 같이 상기 순서는 로직 1에서 양 검출기 신호들을 갖는 상태 102로 돌아간다. 따라서, 검출기 출력 신호들의 쌍이 기대된 바와 같이 전이할 때, 상기 전이들의 순서는: 상태 1, 상태 2, 상태 3, 상태 4, 상태 1,…(모든 "양호(good)" 또는 기대되는 상태들)이 된다. 상기 기대되는 순서로부터 에러나 이탈이 일어날 경우, 예를 들면, 상태 2 후에 상기 피크 검출기 출력 신호는 로직 1로 전이하거나(화살표 112로 나타낸 바와 같이), 상태 4 후에 상기 피크 검출기 출력 신호는 로직 0으로 전이하며(화살표 114로 나타낸 바와 같이), 이후에 "에러(error)" 상태("에러(Error) 1")(116)에 도달된다. 상기 에러 상태는 화살표 118로 나타낸 바와 같이 개시되는 일부 개선 동작을 가져올 것이다.

도 5는 블록(18)의 기능이 두 부분들 또는 유닛들(혹은 회로들), 예시적인 일 실시예에 따르면 에지 검출 유닛(또는 에지 검출기)(120) 및 에러 검출 유닛(또는 에러 검출기)(122)으로 분할되는 상기 컨트롤 로직(18)의 블록도를 나타낸다. 상기 에지 검출 유닛(120)은 입력들로서 임계값 검출기(14)로부터 상기 POSCOMP 신호(32), 상기 피크 검출기(16)로부터 상기 POSCOMP_PK 신호(34)를 수신하고, 상기 클록 발생기(46)(도 1로부터의)로부터 클록 신호(48a)로 도시된 클록 신호를 수신한다. 상기 클록 신호(48a)에 의해 제공되는 클록 펄스가 상기 에지 검출 유닛(120)의 회로부에 인가될 때, 상기 에지 검출 유닛(120)은 두 신호들, "PC_EDGE" 신호(124)로 도시한 임계값 출력 에지 검출된 신호 및 "PC_PK_EDGE" 신호(126)로 도시한 피크 검출기 출력 에지 검출된 신호를 생성한다. 상기 PC_EDGE 신호(124)는 상기 POSCOMP 신호(32)에 대해 검출되는 에지 또는 전이를 나타내는 레벨을 가지거나 펄스를 제공한다. 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)는 상기 POSCOMP_PK 신호(34)에 대해 검출되는 에지 또는 전이를 나타내는 레벨을 가지거나 펄스를 제공한다. 상기 PC_EDGE 신호(124) 및 PC_PK_EDGE 신호(126)는 입력들로서 상기 에지 검출기 유닛(122)으로 제공되며, 이는 또한 클록 신호(48b)로 도시된 클록 신호를 수신한다. 입력들(124, 126, 48b)에 반응하고 도 6에 관하여 보다 상세하게 기술하는 바와 같이, 상기 에러 검출 유닛(122)은 에러 신호(36)를 발생시킨다.

도 6은 예시적인 일 실시예에 따른 에지 검출 유닛(120)을 상세하게 나타낸다. 상기 에지 검출기(120)는 상기 임계값 검출기의 POSCOMP 신호(32)의 에지나 전이(또는 스위칭 사건)를 검출하는 제1 에지 검출기(130a)를 포함한다. 상기 에지 검출기(120)는 상기 피크 검출기의 POSCOMP_PK 신호(34)의 에지나 전이(또는 스위칭 사건)를 검출하는 제2 에지 검출기(130b)를 더 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 상기 에지 검출기들(130a, 130b)은 각기 클록 D 플립-플롭들(flip-flops)(132a, 132b) 및 배타적 논리합 게이트들(OR gates)(XOR들)(134a, 134b)을 구비하여 구현된다. 상기 에지 검출기(130a)로 먼저 돌아가면, 상기 D 플립-플롭(132a)은 입력들로서 상기 POSCOMP 신호(32) 및 상기 클록 신호(48a)를 수신한다. 상기 Q 출력, 출력(136a) 및 상기 POSCOMP 신호(32)는 상기 XOR 게이트(134a)로 제공되며, 이는 출력으로서 상기 PC_EDGE 신호(124)를 발생시킨다. 상기 제2 에지 검출기(130b)는 에지 검출기(130a)와 동일한 구성을 가지지만, 상기 D 입력으로서 상기 POSCOMP_PK 신호(34)를 이용한다. 따라서, 상기 D 플립-플롭(132b)은 입력들로서 상기 POSCOMP_PK 신호(34) 및 상기 클록 신호(48a), 예를 들면, 상기 D 플립-플롭(132a)에 제공되는 동일한 클록 신호를 수신한다. 상기 Q 출력, 출력(136b) 및 상기 POSCOMP_PK 신호(34)는 상기 XOR 게이트(134b)로 제공되며, 이는 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)를 발생시킨다. 양 에지 검출기들은 동일한 방식으로 동작한다. 상기 D 플립-플롭이 클록될 때, 상기 출력 Q가 상기 D 입력으로서 설정된다. 상기 D 입력의 상태의 변화가 존재할 때에 상기 XOR 출력은 간단하게 로직 1만으로 간다. 따라서, 상기 PC_EDGE 신호(124)가 상기 POSCOMP 신호(32)의 각 에지(또는 전이)에서 펄스를 제공하도록 발생된다. 유사하게, 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)가 상기 POSCOMP_PK 신호(34)의 각 에지(또는 전이)에서 펄스를 제공하도록 발생된다.

도 7은 예시적인 일 실시예에 따른 에어 검출 유닛(122)을 상세하게 나타낸다. 예시한 실시예에 있어서, 상기 에러 검출 유닛(122)은 OR 게이트(144)로 도시한 로직 회로에 연결되는 제1 회로(또는 에러 검출기)(140) 및 제2 회로(또는 에어 검출기(142)를 포함한다. 상기 OR 게이트의 입력들은 상기 검출기들(140, 142)의 출력들이다. 상기 제1 에러 검출기(140)의 출력은 제1 출력(또는 OR 게이트 입력)(146)으로 도시되고, 상기 제2 에러 검출기(142)의 출력은 제2 출력(또는 OR 게이트 입력)(148)으로 도시된다. 상기 OR 게이트(144)는 그 출력에서 입력들(146, 148)의 논리합(logical ORing)(또는 다른 동등한 동작)에 기초하여 상기 ERROR 신호(36)를 제공한다. 즉, 상기 입력 신호들의 적어도 하나가 로직 1을 나타내는 레벨을 가질 때, 상기 ERROR 신호도 로직 1을 나타내는 레벨을 가질 것이다. 그렇지 않으면, 상기 ERROR 신호의 레벨이 로직 0을 나타낼 것이다.

이러한 특정 실시예에 있어서, 상기 에러 검출 유닛(122)은 상기 에러 검출기들(140, 142) 모두의 결과들에 기초하여 에러들을 검출하도록 설계된다. 상기 에러 검출기들(140, 142)의 하나만의 출력에서 또는 에러 검출기들(140, 142) 모두의 출력들에서 에러는 출력(36)이서의 에러를 표시하는 결과를 가져올 수 있다.

예를 들면, 다음에 기술하는 바와 같이, 상기 유닛(122)은 상기 임계값 또는 피크 검출기들(14, 16)의 하나가 기대되는 바와 같은 전이에 실패할 때에 "순서가 뒤바뀐(out-of sequence)" 에러를 검출하도록 상기 에러 검출기(140)를 사용할 수 있다. 이러한 행동은 도 4의 상태도에서 이전에 예시하였다. 이와 같은 "손실된 전이(missed transition)" 또는 "순서가 뒤바뀐" 형태의 에러는 타겟이 방향을 변화시킬 때와 같은 다양한 원인들에 대해 일어날 수 있다. 에러와 관련된 방향 변화는 도 3b에 예시되었으며, 이는 상기 임계값 검출기의 출력 신호가 상기 방향 변화에 즉시 수반하는 전이하지 않는 동안에 방향 변화의 전 및 후의 피크 검출기의 출력 신호 전이를 보여주었다. 또한, 예시한 실시예에 있어서, 상기 유닛(122)은 상기 검출기들(14, 16)의 하나의 일부 상의 "손실된 전이"를 야기하지 않을 수 있는 분제들을 검출하도록 상기 제2 에러 검출기(142)를 이용할 수 있다.

도 7에 예시한 실시예에 있어서, 상기 에러 검출기(140)는 계수 기반의 접근을 이용하며, 계수기(counter)(150) 및 "2보다 크거나 같은 2"("≥2") 비교 연산자로서 수행되는 비교기(comparator)(152)를 구비하여 구현된다. 상기 계수기(150)는 이의 INCREMENT 및 RESET 입력들로서 각기 상기 두 신호들, PC_PK_EDGE(126) 및 PC_EDGE(124)과 상기 클록 신호(48b)를 수신한다. 상기 계수기(150)는 이의 출력으로서 카운트 밸브(count value)(154)를 생성하며, 이는 상기 비교기(152)로 제공된다. 상기 계수기(150)는 각 에지 피크 검출기 전이 또는 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)에 의해 나타나는 에지를 위해 이의 카운트를 증가시키며, 각 임계값 검출기 전이 또는 상기 PC_EDGE 신호(124)에 의해 나타나는 에지를 위해 리셋(reset)을 수행한다. 상기 비교기 출력(제1 출력(146))은 상기 로직 연산자가 참(true), 즉, 상기 카운트 밸브(154)가 2보다 크거나 같을 때에 에러를 나타내는 데 이용된다. "순서가 뒤바뀐" 유형의 에러를 검출하는 다른 구현들도 가능하다.

상기 제2 에러 검출기(142)는 상기 임계값 검출기 출력을 활용하지 않는 하나인 다른 접근을 취한다. 대신에, 상기 제2 에러 검출기(142)는 DIFF 신호, 즉 특정한 입력 특징, 예를 들면, 기어 톱니에 대해 발생되는 상기 DIFF 신호의 현재의 사이클 동안의 상기 DIFF 신호(DDIFF로 도시한)의 디지털 피크-투-피크 값을 비교하고, 이를 동일한 특징, 예를 들면, 기어 톱니에 대해 상기 피크 검출기에 의해 검출되는 바와 같은 이전의 피크-투-피크 값(이전의 회전)과 비교한다. 이러한 접근은 상기 센서가, 예를 들면, 피크-투-피크 히스토리(Peak-to-Peak History)(상기 DIFF 신호, "DDIFF" 신호의 디지털 표시를 위한)(160), 각 회전 또는 가장 최근의 회전들의 일부 원하는 수 동안에 각 특징들(사이클)에 대해 상기 피크 검출기에 의해 검출되는 양의 및 음의 피크들을 위한 디지털 피크-투-피크 값을 메모리 유닛에 내부적으로 저장하는 것을 요구한다. 예를 들면, M이 피크-투-피크 정보가 메모리 내에 유지되는 것을 위한 회전들의 원하는 수이고(여기서 M은 현재의 회전에 대한 값이고, M-1은 이전의 회전이다), "N"이 상기 특징(예를 들면, 톱니) 수를 나타내며, n이 디지털 값으로서 상기 피크-투-피크 값을 나타내는 데 사용되는 비트들의 수일 경우, 그러면 상기 히스토리는 Mn-비트 값들을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 이는 각 특징의 수, 1, 2,…, N-1, N에 대하여 nㅧ M(Mn-bit 워드들의 길이만큼 n비트들이 넓은) 저장 레지스터(storage register)(또는 버퍼 메모리 혹은 다른 유형의 데이터 저장 요소)를 사용할 수 있다. 선택적으로는, 피크-투-피크 값들을 저장하는 대신, 상기 히스토리는 개별적인 양의 및 음의 피크 값들을 저장할 수 있다. 로직은 필요한 경우에 상기 피크 값들로부터 상기 피크-투-피크 값을 도출하도록 샘플(즉, 특징 및 회전) 선택 로직과 함께 제공될 수 있다. 가능한 하나의 구현에 있어서, 상기 피크-투-피크 히스토리는 새로운 데이터를 샘플링하고 상기 출력 데이터를 변화시킬 때에 상기 메모리를 말하는 입력을 포함할 수 있다.

예시적인 일 실시예에 있어서, 도 7에 예시한 바와 같이, 상기 제2 에러 검출기(142)는 현재의 화전 동안에 검출되는 바와 같은 현재에 검출된 특징의 양의(또는 음의) 피크에 대응되는 제1 n-비트 시프트 레지스터(162a) 및 검출되는 바와 같은 현재에 검출된 특징의 음의(또는 양의)에 대응되는 제2 n-비트 시프트 레지스터(162b)를 구비하는 한 쌍의 n-비트 시프트 레지스터들(shift registers)을 포함한다. 상기 시프트 레지스터들(162a, 162b)은 각각의 시프트 레지스터 입력(IN)을 통해 상기 현재의 특징/사이클에 대응되는 DIFF 신호(30)(30'로 DDIFF 값으로서 도시된)의 디지털 버전을 각기 수신하도록 구성된다. 양 시프트 레지스터들은 LOAD 컨트롤로서 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)와 상기 클록 신호(48b)를 수신한다. 시프트 레지스터들(162a, 162b)을 위한 출력 라인들은 참조 부호들 164a 및 164b로 각기 나타낸다. 상기 PC_PK_EDGE 신호(126)에 의해 상기 입력 데이터를 로드하도록 클록되고 사용 가능해질 때, 시프트 레지스터(162b)는 현재의 하프 사이클의 DDIFF(양의 또는 음의 피크) 값으로 로드된다. 이러한 시프트 레지스터 내로 이전에 로드되었던 이전의 하프 사이클의 값은 출력이고 시프트 레지스터(162a) 내로 로드된다. 상기 에러 검출기(142)는 또한 서머 요소(summer element)(168), 비교기(또 로직 연산자)(170) 그리고 최후의 회전 동안에 관찰되는 바와 동일한 특징/사이클에 대한 피크-투-피크 값에 대응되는 다른 입력 값(174)에 적용되는 멀티플라이어 요소(multiplier element)(172)를 포함한다. 이러한 입력 값은 PKPK_EXPECTED(174)로 도시되며, 상기 피크-투-피크 히스토리(160)에 의해 제공된다(또는 이로부터 회수된다). 상기 시프트 레지스터들(162a, 162b)의 출력들은 상기 레지스터들이 상기 현재의 사이클에 대한 양의 및 음의 피크들로 로드되었던 후에 상기 현재의 사이클에 대한 현재의 피크-투-피크 값(PKPK_PK)인 값(176)을 생성하도록 상기 서머 요소(168)에서 합계된다. 상기 PKPK_EXPECTED 값(174)은 상기 멀티플라이어 요소(172)에 의해 일부 소정의 또는 상대적인 양('x'%, 예를 들면, 여기서 도시된 바와 같이 x＝75)이 곱해진다. 이러한 결과, 값(178) 및 상기 PKPK_PK 값(176)은 입력들로서 상기 비교기(170)에 인가된다. 따라서, 상기 비교기(170)는 상기 현재의 값(176)이 상기 이전의 (PKPK_EXPECTED)값(174)(즉, 상기 이전의 회전 동안에 이에 대해 관찰되었던 것에 기초하는 특징에 대한 기대되는 값)의 x% 보다 작은 지를 판단한다. 그럴 경우(즉, 상기 비교기 출력이 TRUE일 경우), 상기 비교기의 출력인 출력(148)은 에러를 나타낸다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 비교기는 상기 PKPK_PK 값(176)이 상기 PKPK_EXPECTED 값(174) 보다 일부 소정의 또는 상대적인 양만큼 큰 지를 점검할 수 있다. 다른 선택 사항으로서, 상기 PKPK_EXPECTED 값(174)은 입력으로서 비교기(170)에 직접 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 피크-투-피크 히스토리(160)는 상기 타겟의 M의 회전들 및 회전 당 N의 샘플들과 관련된 샘플들을 유지하도록 크기가 조절된 스토리지(storage), 예를 들면, 레지스터들의 수집 혹은 다른 적합한 형태의 스토리지를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 피크-투-피크 히스토리는 상기 자기장 신호(18)의 Mㅧ N 다중-비트(예를 들면, 도시된 바와 같이 n-비트) 피크-투-피크 샘플들, 즉, 상기 피크-투-피크 샘플들의 히스토리를 유지하도록 설계될 수 있다. 상기 스토리지는 상기 PC_PK_EDGE 신호의 검출에 따른 상기 POSCOMP_PK 신호의 각각의 양의 및 음의 에지와 관련된 각 피크 값을 저장할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 예시한 바와 같이, 상기 스토리지는 상기 자기장 신호의 정해진 사이클을 위한 피크 샘플들로부터 생성되는 각 피크-투-피크 값(예를 들면, 상기 서머 요소(168)에 의해 결정되는 상기 PKPK_PK 값(176))을 저장할 수 있다.

비록 상기 히스토리(160)의 내부의 세부 사항들은 도시되지 않지만, 상기 히스토리(160)도 이들이 이용 가능할 경우에 n-비트 샘플들을 저장할 수 있고, 상기 "PKPK_EXPECTED" 값(174)으로서 이용을 위해 가능한 저장된 샘플들 중에서 각각의 적절한 n-비트 샘플들을 관리할 수 있는 점이 이해될 것이다.

이러한 방식으로 상기 피크-투-피크 샘플들의 히스토리를 유지하고 이용하는 한 가지의 특정한 이유는 특정한 특징과 관련된 상기 피크-투-피크 값이 회전으로부터 회전까지 상당히 벗어날 경우, 편차가 상기 에러 신호(36)에서 에러를 나타내는 데 이용될 수 있는 점이다.

비록 상기 피크-투-피크 히스토리(160)가 여기서는 상기 에러 검출기(142)의 일부로서 도시되지만, 이는 상기 센서의 어느 곳이던 존재할 수 있으며, 예를 들면 이는 상기 피크 검출기(16)의 일부로서 포함될 수 있다. 사실상, 상기 에러 검출기의 비교를 위해 상기 PKPK_PK 값(176) 및 상기 PKPK_EXPECTED 값(174)을 생성하는 데 사용되는 모든 메모리 요소들과 회로들이 상기 피크 검출기(16)의 일부가 될 수 있다.

다른 실시예들은 물론 홀로 이들 에러 검출기 블록들의 하나 또는 다른 하나를 이용할 수 있다. 예를 들면, 선택적인 일 실시예에서, 상기 에지 검출 유닛(120)은 에지 검출기들(130a, 130b) 모두를 포함할 수 있고, 상기 에러 검출 유닛(122)은 블록(140)만을 포함할 수 있다. 선택적인 실시예에 있어서, 상기 에지 검출 유닛(120)은 에지 검출기(130b)만을 포함할 수 있고, 상기 에러 검출 유닛(122)은 블록(142)만을 포함할 수 있다. 이들 선택적인 실시예들의 하나에 있어서, 상기 로직 회로(144)가 생략될 수 있고, 상기 에러 검출 유닛(122)의 출력(이가 상기 블록(140)의 출력이거나 상기 블록(142)의 출력이든지)이 상기 에러 신호(36)로서 직접 제공될 수 있다.

임계값 및 피크 검출기들 모두가 기대되는 바와 같이 스위칭되는(예를 들면, 시간에 대해 상기 DIFF 신호의 피크-투-피크 진폭을 모니터링하여) 경우 또는 상기 임계값 검출기 또는 피크 검출기들이 기대되는 바와 같이 스위칭되지 않는(상기 방향 변화가 입력 신호 피크 부분에서 일러나는 경우에 일어날 수 있는) 경우라 하여도 상기 제2 에러 검출기(142)는 에러들을 검출하는 능력을 유리하게 제공한다.

상기 에러 검출기(140)와 결합되는 상기 에러 검출기(142)의 사용은 결합된 접근이 손실된 스위칭 사건들(상술한 바와 같이)에 대해 모니터할 뿐만 아니라 다중 피크들 상의 상기 타겟의 특징들의 행동을 모니터하여 정해진 입력 특징에 대한 진폭의 소모나 변화들이 검출될 수 있기 때문에 상기 제1 에러 검출기(140)만에 기초하는 경우보다 튼실한 해결 방안이 된다. 이러한 변화들은 이상, 예를 들면, 전술한 바와 같은 방향 변화, 또는 기어 마모 또는 오작동의 증상이 될 수 있다.

비록 상기 피크 검출기(16)가 상기 임계값 검출기가 스위치될 때에 스위치되는 것으로 정상적으로 기대되지만, 상기 컨트롤 로직(18)(도 5)이 상기 POSCOMP 신호(32)가 스위치 될 때에 상기 POSCOMP_PK 신호(34)가 스위치되지 않는 지를 검출하는 블록(140)(도 7)과 같은 에지를 카운트하는 검출기도 포함하도록 구현될 수 있다.

도 8은 보정 컨트롤러(22)(도 1로부터)의 예시적인 구현을 나타낸다. 예시된 구현에 있어서, 상기 컨트롤러(22)는 클록 D 플립-플롭(180), 논리곱(AND) 게이트(하나의 반전 입력을 갖는)(182)로서 도시된 로직 회로 및 SR 플립-플롭(184)을 포함한다. 상기 D 플립-플롭(180)은 이의 D 입력으로서 상기 ERROR 신호(36)(도 7로부터), 클록 입력(48c) 및 Q 출력(186)을 가진다. 상기 Q 출력은 상기 AND 게이트(182)의 반전 입력으로 제공된다. 상기 AND 게이트의 다른 입력은 상기 ERROR 신호(36)이다. 상기 AND 게이트 출력은 리셋 임계값 신호(RESET_TH) 출력(40)이다. 상기 SR 플립-플롭(184)은 이의 S 및 R 입력들로서 상기 RESET_TH 신호(40) 및 상기 READY_TH 컨트롤 신호(37)를 수신한다. 도면에 나타내고 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 READY_TH 신호(37)가 상기 임계값 검출기(14)로부터 제공되고, 상기 RESET_TH 신호(40)가 상기 임계값 검출기(14)로 제공된다. 다시 도 8을 참조하면, 상기 SR 플립-플롭(184)은 이의 Q 출력으로서 상기 RECALIBRATION 신호(38)를 생성한다. 상기 D 플립-플롭(180) 및 상기 AND 게이트 로직(182)의 동작들에 기초하여, 상기 RESET_TH 신호(40)의 상태는 상기 ERROR 신호(36)의 상태가 로직 0으로부터 로직 1까지 변화될 때에 로직 0으로부터 로직 1까지 변화된다. 상기 RESET_TH 신호(40)가 로직 1에 있고 상기 READY_TH 신호(37)가 로직 0에 있을 때, 상기 RECALIBRATION 신호(38)는 로직 1이다. 상기 RESET_TH 신호(40)가 로직 0으로 돌아갈 때, 상기 RECALIBRATION 신호(38)는 상기 READY_TH 신호(37)가 로직 0으로부터 로직 1까지 전이될 때까지 로직 1에 남게 된다. 상기 RECALIBRATION 신호(38)는 상기 RESET_TH 신호(40)가 다시 로직 1로 변화될 때까지 로직 0에 머무른다.

상기 임계값 검출기(14)는 일부 신호, 예를 들면, 전원 인가 신호 또는 사건에 반응하여 재보정하는 컨트롤 로직을 더 포함한다. 상기 재보정은 전술한 RTM과 같은 임계값들의 히스토리를 활용하는 모드로 동작할 경우 상기 임계값 검출기(14)가 상기 현재의 사이클(예를 들면, 비-RTM)에 대해 발생된 임계값을 이용하는 모드로 변화되고, 이가 연속하는 사이클들(또는 심지어는 회전들)의 일부 수의 과정에 대해 임계값들의 이의 히스토리를 재구성할 수 있을 때까지 상기 모드로 동작을 계속하는 것을 요구한다. 여기에 기재되는 실시예에 있어서, 상기 컨트롤 로직은 상기 RESET_TH 신호(40)에 반응하며, 이는 상기 임계값 검출기(14)가 상기 비-RTM으로 리셋되고 RESET_TH(40)에 반응하여 재보정하게 한다. 상기 READY_TH 신호(37)는 도면들에 도시된 바와 같이 상기 임계값 검출기(14)에 의하거나, 일부 다른 센서 회로부에 의해 발생될 수 있다. 이는 일부 소정의 기준, 예를 들면, 수행될 경우에 상기 임계값 검출기 재보정의 완성, 또는 비-RTM으로 동작하는 사이클들의 일부 수의 완성(재보정 과정의 일부가 아닐 경우)에 기초하여 나타내도록 상기 임계값 검출기(14)에 의해 사용될 수 있다. 상기 임계값 검출기(14)는 상기 RTM으로 동작을 다시 개시하도록 준비된다. 상기 RESET_TH 및 READY_TH 신호들의 이용은 도 10을 참조하여 다음에 보다 상세하게 설명한다.

다시 도 9를 참조하면, 상기 출력 신호 선택기(20)(도 1에서의)의 구현예의 세부 사항들이 도시된다. 예시한 실시예에 있어서, 상기 출력 신호 선택기(20)는 '0' 및 '1' 입력들로서 각기 상기 POSCOMP 신호(32) 및 상기 POSCOMP_PK 신호(34), 선택(SEL) 컨트롤 신호로서 상기 RECALIBRATION 신호(38) 그리고 그 입력으로서 상기 OUTPUT 신호(42)(도 1에서의 상기 센서 출력)를 갖도록 구성되는 멀티플렉서(또는 MUX)(190)를 포함한다. 상기 RECALIBRATION 신호(38)가 로직 0일 때, 상기 출력 신호 선택기(20)는 상기 POSCOMP 신호(32)(즉, 상기 임계값 검출기 출력 신호)를 상기 센서 출력으로 선택한다. 상기 RECALIBRATION 신호(38)가 로직 1일 때, 상기 출력 신호 선택기(20)는 대신에 상기 POSCOMP_PK 신호(34)(상기 피크 검출기의 출력 신호)를 선택한다.

이에 따라, 상기 출력 신호 선택기(20)는 상기 ERROR 신호(36)가 에러를 나타낼 때에 상기 피크 검출기 출력 신호(POSCOMP_PK 신호)(34)를 상기 OUTPUT(42)으로 선택하고, 상기 임계값 검출기(14)가 재보정을 완료하였거나 그렇지 않으면 RTM으로 동작을 재개하도록 준비(상기 READY_TH 신호(37)의 상태에 의해 나타낸 바와 같이)된 후에 상기 임계값 검출기 출력 신호(POSCOMP 신호)(32)를 선택한다. 선택적으로는, 상기 센서는 이가 상기 피크 검출기 출력(34)의 이용을 계속하거나, 상기 에러가 나타나거나 그렇지 않은 지에 관계없이 상기 임계값 검출기 출력(32)만을 이용하도록(상기 출력 신호 선택기(20)가 제거될 수 있는 경우에) 설계될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 에러 검출기(140)(도 7)의 동작은 상기 센서가 상기 검출기 출력 신호들(32, 34) 사이의 불일치들을 확인하고 반응하게 할 수 있다. 이는 상기 스위칭 사건들이 기대된 순서로 일어나는 지를 판단함에 의해 될 수 있다. 임의의 방향 변화 시나리오들을 포함하는 많은 입력 신호 이상들이 상기 기대된 순서의 위배에 기인하여 검출될 수 있다.

상기 임계값 검출기(14)는 이가 현재의 사이클에 대해 발생되는 제1 임계값을 이용하는 제1 모드, 또는 앞서 "RTM"으로 도입된 임계값 히스토리를 이용하여 발생되는 제2 임계값을 사용하는 제2 모드로 동작할 수 있게 하는 기능성을 구비하여 제공될 수 있다. 이러한 유형의 아키텍처는 앞서 언급한 미국 특허 출원 제12/793,813호에 기재되어 있으며, 이는 또한 전원 인가 신호의 적용에 기초하여 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이에서 선택하는 멀티플렉서를 이용하는 점을 기술한다.

상기 임계값 검출기(14)가 RTM으로 동작할 경우, 이가 통과하는 기어 톱니를 처리할 때에 이는 상기 톱니가 상기 기어의 진행되는 회전 동안에 통과할 때에 획득되는 정보를 이용할 수 있다. 방향 변화 또는 검출되는 "손실된 전이"를 야기하는 일부 다른 이상이 존재할 경우, 에러 검출기(140)(도 7)에 의해 생성되는 상기 출력(148)의 상태는 에러를 나타낼 것이다. 상기 출력(146)의 상태가 상기 임계값 검출기(14)의 일부 상에서 손실된 전이를 나타내는 경우, 상기 임계값 검출기(14)는 잘못된 히스토리 정보를 다가오는 톱니들에 적용할 것이다. 이러한 시나리오를 방지하기 위하여, 도 10을 참조하여 다음에 설명하는 바와 같이 다른 로직과 함께 상기 RESET_TH 신호(40)(도 8의 회로(22)에 의해 생성된)가 상기 임계값 검출기 동작의 측면들을 "리셋(reset)"시키는 데 사용될 수 있다.

도 10은 이와 같은 RTM 능력을 갖지만, 전술한 에러 신호 발생에 반응하여 특징들, 특히 소정의 시간 간격, 예를 들면, 재보정을 완성하고 이후에 상기 READY_TH 신호(37)를 발생시키기 위한 시간 동안에 상기 임계값 선택을 변화시키는(RTM으로부터 비-RTM 기반으로) 적어도 상기 RESET_TH 신호(40)에 반응하는 컨트롤 로직 블록(200)을 포함하도록 변경된 임계값 검출기(14)를 상세하게 나타낸다.

예시한 실시예에 있어서, 상기 임계값 검출기(14)는, 상기 DIFF 신호(30)가 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(204)에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호(DDIFF(30')로 도시한)로 전환시켰던 후에 상기 DIFF 신호(30)를 수신하고, 상기 DDIFF 신호(30')에 기초하여 제1 임계값 신호(206)를 발생시키는 임계값 발생기(202)를 포함한다. 상기 임계값 검출기(14)는 멀티플렉서(MUX)(208), 임계값 선택 모듈(210) 및 비교기(212)를 더 포함한다. 상기 제1 임계값 신호(206)는 두 입력들의 하나로서 MUX(208)로 제공되고, 또한 상기 임계값 선택 모듈(210)로 제공된다. 상기 임계값 선택 모듈은 내부 임계값 히스토리로부터, 예를 들면, 앞서 언급한 미국 특허 출원에 기재된 기술들에 따라 제2 임계값 신호(214)를 발생시키도록 구현된다. 도시된 바와 같이, 상기 멀티플렉서(208)는 상기 제1 임계값 신호(206) 및 상기 제2 임계값 신호(214)를 수신하도록 연결되고, 상기 컨트롤 로직(200)에 의해 발생되는 선택 신호(218)에 의한 조절 하에서 상기 제1 임계값 신호(206) 또는 상기 제2 임계값 신호(214)의 선택된 하나로서 출력 신호(216)를 발생시키도록 구성된다. 상기 출력 신호(216) 및 DDIFF(30')는 입력들로서 상기 비교기(212)로 제공되며, 이는 이들 입력들에 기초하여 상기 POSCOMP 신호(32)를 생성한다. 상기 RESET_TH 신호(40) 또는 외부에서 발생된 전원 인가(및/또는 보정) 신호(220)가 로직 1 레벨로 설정될 때에 상기 컨트롤 로직(200)은 상기 MUX 선택을 전환시키는 선택 신호(218)의 상태를 상기 제2 임계값 신호(214)로부터 상기 제1 임계값 신호(206)로 변화시키도록 동작한다. 상기 임계값 신호 선택은 소정의 시간 동안 또는 소정의 사건의 발생까지 변화되지 않게 남을 것이며, 이 시점에서 상기 컨트롤 로직(200)은 상기 MUX(208)가 상기 출력 신호(216) 및 상기 제2 임계값 신호(214)로서 선택하도록 상기 선택 신호(218)의 상태를 변화시킬 것이고, 상기 READY_TH 신호(37)를 로직 0 레벨로 설정할 것이다. 예를 들면, 상기 임계값 검출기(14)에 첫 번째로 전원 인가된 직후의 시간 동안, 예를 들면, 초기 보정 시한 동안에 상기 MUX(208)는 상기 출력 신호로서 상기 제1 임계값 신호(206)를 선택하며, 이후에, 예를 들면, 동작의 실행 모드 동안에 상기 MUX(208)는 상기 출력 신호(216)로서 상기 제2 임계값 신호(214)를 선택할 수 있다. 이러한 장치는 임계값 히스토리가 존재하지 않고 상기 기어 타겟의 이전의 회전으로부터의 임계값이 이용 가능하기 않은 경우에 전원 인가 직후에 필수적일 수 있다. 상기 RESET_TH 신호(40)의 로직 레벨이 컨트롤 로직(18)에 의해 검출되는 에러의 검출을 나타낼 때, 상기 보정 시한 또는 다른 시한과 동일할 수 있는 소정의 시한 동안 상기 임계값 신호 선택을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 RESET_TH 신호(40)가 대신에 상기 전체 센서를 위해 전원 인가 및 보정 활성들을 조절하는(또한 상기 전원 인가/보정 신호(220)를 발생시키는) 동일한 외부의 전원 인가/보정 컨트롤 로직에 적용될 수 있고, 상기 센서를 재가동/재보정시키도록 사용될 수 있다.

다시 도 8 및 도 9를 참조하면, 로직 레벨 1까지의 상기 READY_TH 신호(37)는 상기 RECALIBRATION 신호(38)의 리셋에 기여할 것이므로 상기 RECALIBRATION 신호(38)는 상기 MUX(190)가 상기 POSCOMP 신호(32)를 상기 출력 신호(42)로서 선택하도록 제어한다.

여기서 설명하는 센서 아키텍처는 센서 오작동(일부 자기 이상의 존재에서)을 방지하는 간단한 메커니즘을 제공한다. 이는 에러 검출을 위해 임계값 및 피크 검출기들의 출력들을 이용하며, 보다 복잡한 진동이나 방향 변화를 검출하는 기능성을 요구하지 않는다.

비록 여기에 제시된 센서 아키텍처의 세부 사항들을 톱니 기어 휠과 같은 미계적인 프로파일 특징들을 갖는 회전하는 타겟들을 구비하는 응용들을 중심으로 기술하였지만, 상기 센서 아키텍처의 회로들과 기술들이 다른 유형들의 타겟들을 감지하는 응용에도 적용될 수 있는 점을 이해할 수 잇을 것이다. 예를 들면, 상기 타겟은 링 자석이나 다른 유형의 다극 자석과 같은 경질의 강자성 물질(즉, 영구 자석)로 구성된 물체를 포함하도록 구현될 수 있다. 이와 같은 타겟은 전술한 바와 같이 톱니들 및 밸리들과 같은 기계적인 특징들의 패턴 대신에 교번되는 북극 및 남극 자극들의 순서에 의해 정의되는 자성 '특징들(features)'의 패턴을 구비하는 프로파일을 가질 수 있다.

여기서 언급되는 모든 참고 문헌들은 그 개시 사항들이 참조로 여기에 포함된다.

상술한 바에서는 본 발명 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들을 포괄하는 다른 실시예들이 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실시예들이 개시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

적어도 하나의 센싱 요소(sensing element)의 전방에서 통과하는 특징들로서 회전하는 강자성 물체의 특징들을 나타내는 자기장 신호를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 포함하는 자기장 신호 발생 회로;
상기 자기장 신호에 반응하여 상기 자기장 신호의 사이클들과 관련된 전이들(transitions)을 갖는 임계값 검출기 출력 신호를 발생시키는 임계값 검출기;
상기 자기장 신호에 반응하여 상기 자기장 신호의 사이클들과 관련된 전이들을 갖는 피크 검출기 출력 신호를 발생시키는 피크 검출기; 및
상기 임계값 검출기 출력 신호 및 상기 피크 검출기 출력 신호의 전이들을 검출하고, 상기 전이들이 일어나는 순서가 기대된 순서로부터 벗어날 경우에 에러를 검출하기 위해 상기 검출된 전이들을 이용하도록 상기 임계값 검출기 및 상기 피크 검출기에 연결되는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 회로는 이러한 에러가 검출될 때에 상기 에러를 나타내는 레벨을 갖는 에러 신호를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 회로는, 상기 피크 및 임계값 출력 신호들의 전이들을 검출하는 에지(edge) 검출 회로 및 상기 전이들 검출에 반응하여 상기 에지 검출 회로에 연결되고 상기 에러 신호를 발생시키는 에러 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 에지 검출 회로는 상기 피크 검출기 출력 신호의 각각의 전이를 검출하는 제1 에지 검출기 및 상기 임계값 검출기 출력 신호의 각각의 전이를 검출하는 제2 에지 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 4 항에 있어서, 상기 에러 검출 회로는, 상기 에지 검출 회로에 반응하여 상기 피크 검출기 출력 신호 및 상기 임계값 검출기 출력 신호의 전이들의 순서를 모니터하며, 상기 모니터링이 상기 순서가 상기 기대된 순서로부터 벗어났을 때에 제1 에러 신호를 나타내는 레벨을 갖는 제1 회로 출력 신호를 발생시키는 제1 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 회로 출력 신호는 상기 에러 신호로서 제공되는 것을 특징으로 하는 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 회로는, 각각의 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 카운트 값을 증가시키고 각각의 검출된 임계값 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 상기 카운트 값을 리셋하도록 구성되는 계수기(counter)를 포함하며, 상기 카운트 값을 카운트 한계와 비교하고 상기 카운트 값이 상기 카운트 한계에 도달할 때에 상기 제1 회로 출력 신호 레벨을 상기 제1 에러를 나타내는 레벨로 설정하는 비교기(comparator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 회로는, 각각의 검출된 임계값 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 카운트 값을 증가시키고, 각각의 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이에 반응하여 상기 카운트 값을 리셋하도록 구성되는 계수기를 포함하며, 상기 카운트 값을 카운트 한계와 비교하고, 상기 카운트 값이 상기 카운트 한계에 도달될 때에 상기 제1 회로 출력 신호 레벨을 상기 제1 에러를 나타내는 레벨로 설정하는 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 에러 검출 회로는, 상기 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이들에 반응하여 현재의 사이클에 대해 상기 검출된 피크 검출기 출력 신호 전이들과 관련된 자기장 신호의 피크-투-피크(peak-to-peak) 값을 기대되는 피크-투-피크 값과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 제2 회로 출력 신호를 제공하는 제2 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 기대되는 피크-투-피크 값은 상기 타겟의 이전의 회전의 대응되는 사이클에 대한 자기장의 피크-투-피크 값인 것을 특징으로 하는 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 제2 회로는 상기 피크-투-피크 값과 상기 기대되는 피크-투-피크 값의 소정의 퍼센티지와 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 에러 검출 회로는 상기 제1 회로 출력 신호 및 상기 제2 회로 출력 신호에 기초하여 상기 에러 신호를 발생시키는 로직 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 4 항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2 에지 검출기들은 각각의 검출된 전이를 위한 펄스를 제공하는 출력 신호를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 임계값 검출기 출력 신호에 반응하는 제1 입력, 상기 피크 검출기 출력 신호에 반응하는 제2 입력을 가지며, 상기 회로에 의해 발생되는 상기 에러 신호에 기초하여 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들의 하나를 입력으로서 선택하는 컨트롤 신호를 가지는 출력 신호 선택기(selector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 14 항에 있어서, 상기 임계값 검출기는 제2 모드가 수반되는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 상기 에러 신호의 레벨이 에러를 나타낼 때에 상기 제1 모드에서의 동작으로 돌아가게 되는 것을 특징으로 하는 센서.
제 15 항에 있어서, 상기 임계값 검출기는 재보정 시한 동안에 상기 제1 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 16 항에 있어서, 상기 재보정 시한이 완료될 때, 상기 임계값 검출기는 상기 제2 모드로 동작을 재개하며, 상기 컨트롤 신호의 상태를 리셋하는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 한 쌍의 센싱 요소들을 포함하며, 상기 자기장 신호는 상기 쌍의 센싱 요소들에 의한 차동 센싱에 기초하는 차동 자기장 신호인 것을 특징으로 하는 센서.
제 1 항에 있어서, 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 홀 효과(Hall-effect) 요소, 자기저항(magnetoresistance: MR) 요소 또는 다른 형태의 자기장 센싱 요소 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 센서.
제 19 항에 있어서, 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 구현하도록 사용되는 물질은 IV족 반도체 물질 또는 III-V족 반도체 물질 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 강자성 물체는 경질의 강자성 물질인 것을 특징으로 하는 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 강자성 물체는 바이어싱(biasing) 영구 자석에 의해 자화되는 연질의 강자성 물질인 것을 특징으로 하는 센서.
적어도 하나의 센싱 요소의 전방에서 통과하는 특징들로서 회전하는 강자성 물체의 특징들을 나타내는 자기장 신호를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 포함하는 자기장 신호 발생 회로;
상기 자기장 신호에 반응하여 상기 자기장 신호의 사이클들과 관련된 전이들을 갖는 임계값 검출기 출력 신호를 발생시키는 임계값 검출기;
상기 자기장 신호에 반응하여 상기 자기장 신호의 사이클들과 관련된 전이들을 갖는 피크 검출기 출력 신호를 발생시키는 피크 검출기; 및
상기 피크 검출기 출력 신호의 전이들을 검출하고, 현재의 사이클에 대한 상기 검출된 전이들과 관련된 상기 자기장 신호의 피크-투-피크 값이 기대되는 피크-투-피크 값과 소정의 양으로 다를 때에 에러를 검출하기 위해 상기 검출된 전이들을 사용하도록 상기 임계값 검출기 및 피크 검출기에 연결되는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 23 항에 있어서, 상기 회로는 상기 에러가 검출될 때에 상기 에러를 나타내는 레벨을 갖는 에러 신호를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 24 항에 있어서, 상기 회로는 상기 피크-투-피크 값을 상기 기대되는 피크-투-피크 값과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 에러 신호를 설정하는 에러 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 23 항에 있어서, 상기 기대되는 피크-투-피크 값은 상기 타겟의 이전의 회전의 대응되는 사이클에 대한 자기장 신호의 피크-투-피크 값인 것을 특징으로 하는 센서.
제 24 항에 있어서,
상기 임계값 검출기 출력 신호에 반응하는 제1 입력, 상기 피크 검출기 출력 신호에 반응하는 제2 입력을 가지며, 상기 회로에 의해 발생되는 상기 에러 신호에 기초하여 상기 임계값 및 피크 검출기 출력 신호들의 하나를 입력으로서 선택하는 컨트롤 신호를 가지는 출력 신호 선택기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 27 항에 있어서, 상기 임계값 검출기는 제2 모드가 수반되는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 상기 에러 신호의 레벨이 에러를 나타낼 때에 상기 제1 모드에서의 동작으로 돌아가게 되는 것을 특징으로 하는 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 임계값 검출기는 재보정 시한 동안에 상기 제1 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
제 29 항에 있어서, 상기 재보정 시한이 완료될 때, 상기 임계값 검출기는 상기 제2 모드로 동작을 재개하며, 상기 컨트롤 신호의 상태를 리셋하는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 센서.
제 31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 한 쌍의 센싱 요소들을 포함하며, 상기 자기장 신호는 상기 쌍의 센싱 요소들에 의한 차동 센싱에 기초하는 차동 자기장 신호인 것을 특징으로 하는 센서.
제 23 항에 있어서, 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소는 홀 효과 요소, 자기저항(MR) 요소 또는 다른 유형의 자기장 센싱 요소 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 센서.
제 32 항에 있어서, 각각의 상기 적어도 하나의 센싱 요소를 구현하도록 사용되는 물질은 IV족 반도체 물질 또는 III-V족 반도체 물질 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 센서.
제 23 항에 있어서, 상기 강자성 물체는 경질의 강자성 물질인 것을 특징으로 하는 센서.
제 23 항에 있어서, 상기 강자성 물체는 바이어싱 영구 자석에 의해 자화되는 연질의 강자성 물질인 것을 특징으로 하는 센서.