KR20160132078A - 스레쉬홀드들의 최소의 분리를 유지하는 자기장 센서 및 상응하는 센싱 방법 - Google Patents

스레쉬홀드들의 최소의 분리를 유지하는 자기장 센서 및 상응하는 센싱 방법 Download PDF

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스티븐 이. 스니더
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알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
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Abstract

자기장 센서는 자기장 센싱 요소의 출력 신호(402, 422, 442, 462)를 처리하기 위해 상부 및 하부 스레쉬홀드들(404a, 404b, 424a, 424b, 444a, 444b, 464a, 464b)을 이용한다. 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들은 상기 자기장 신호로부터 결정되는 정점간 값의 소정의 퍼센티지들이다. 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들 사이의 전압 차이가 소정의 제한 값(446)보다 작을 경우, 소정의 전압 차이 값이 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들 사이의 최소의 분리 거리를 유지하도록 사용된다.

Description

스레쉬홀드들의 최소의 분리를 유지하는 자기장 센서 및 상응하는 센싱 방법{MAGNETIC FIELD SENSOR MAINTAINING A MINIMAL SEPARATION OF THRESHOLDS, AND CORRESPONDING SENSING METHOD}
본 발명은 대체로 자기장 센서들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 자기장 센서들에서 사용되는 스레쉬홀드들을 발생시키기 위한 회로들 및 방법들에 관한 것이다.
강자성 물품들 및/또는 자성 물품들을 검출하기 위한 자기장 센서들(예를 들면, 회전 검출기들)이 알려져 있다. 상기 강자성 물품이나 자성 물품과 연관되는 자기장은 홀 요소 또는 자기저항 요소와 같은 검출된 자기장에 비례하는 신호(즉, 자기장 신호)를 제공하는 자기장 센싱 요소에 의해 검출된다. 일부 장치들에 있어서, 상기 자기장 신호는 전기적 신호이다.
상기 자기장 센서는, 일부 장치들에서, 상기 자기장 신호가 스레쉬홀드들과 교차하거나, 피크들(양의 및/또는 음의 피크들)에 근접하거나, 일부 다른 레벨, 예를 들면, 상기 자기장 신호의 제로 크로싱(zero crossing)들에 근접하는 매 시간에 상태를 변화시키는 출력 신호를 발생시키도록 상기 자기장 신호를 처리한다. 이에 따라, 상기 출력 신호는 강자성(예를 들면, 철을 함유하는) 또는 자성 물체, 예를 들면, 기어 또는 링 자석(이들은 철을 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있다)의 회전의 속도를 나타내는 에지 레이트(edge rate) 또는 주기를 가진다
자기장 센서에 대한 하나의 적용은 경질의 자성 기어 또는 연질의 강자성 기어인 회전하는 강자성 기어의 각 톱니의 접근과 후퇴를 검출하는 것이다. 일부 장치들에 있어서, 상기 기어는 자기장 센서의 일부를 형성할 수 있는 정지 자석에 근접하여 배치되고, 상기 자기장 센서는 상기 기어가 회전함에 따라 자기장의 교란에 반응한다. 이러한 장치들은 또한 근접 센서들 또는 모션 센서들로 언급된다. 다른 장치들에 있어서, 교번되는 극성을 갖는 자기 영역들을 갖는 링 자석(영구 또는 경질의 자성 물질)이 상기 강자성 기어에 연결되거나, 그 자체로 사용되며, 상기 자기장 센서는 상기 링 자석의 자기 영역들의 접근과 후퇴에 반응한다. 감지된 회전의 경우에 있어서, 상기 장치들은 회전 센서들로 언급될 수 있다.
때때로 정점간(peak-to-peak) 퍼센티지 검출기(또는 보다 간단히는 스레쉬홀드 검출기)로 언급되는 자기장 센서의 하나의 유형에 있어서, 하나 또는 그 이상의 스레쉬홀드 레벨들은 상기 정점간 자기장 신호의 각각의 퍼센티지와 동일하다. 하나의 이러한 스레쉬홀드 검출기는 1999년 6월 29일에 등록되었고, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,917,320호(발명의 명칭: "검출 스레쉬홀드를 주기적으로 적용시키는 동안의 통과하는 자성 물품들의 검출(Detection of Passing Magnetic Articles While Periodically Adapting Detection Threshold)")에 기재되어 있다.
때때로 경사-활성(slope-activated) 검출기(또는 피크-참조(peak-referenced) 검출기 또는 보다 간단히는 피크 검출기)로 언급되는 다른 유형의 자기장 센서는 2000년 6월 18일에 등록되었고, 또한 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,091,239호(발명의 명칭: "피크 참조 스레쉬홀드 검출기로 통과하는 자성 물품들의 검출(Detection Of Passing Magnetic Articles With a Peak Referenced Threshold Detector)")에 기재되어 있다. 피크 검출기에 있어서, 상기 스레쉬홀드 레벨들은 상기 자기장 신호의 양의 및 음의 피크들(즉, 피크들 및 밸리들)과 소정의 양으로 다르다. 따라서, 이러한 유형의 자기장 센서에서, 상기 출력 신호는 상기 자기장 신호가 상기 자기장 신호의 피크 또는 밸리로부터 상기 소정의 양으로 멀어질 때에 상태를 변화시킨다.
전술한 스레쉬홀드 검출기 및 전술한 피크 검출기가 모두 자기장 신호의 양의 및 음의 피크들을 확인할 수 있는 회로부를 가지는 점이 이해되어야 한다. 그러나, 상기 스레쉬홀드 검출기 및 상기 피크 검출기는 각기 다른 방식들로 상기 검출된 피크들을 이용한다.
자기장 신호의 양의 및 음의 피크들을 정확하게 검출하기 위해, 상기 자기장 센서는 상기 자기장 신호의 적어도 일부를 추적할 수 있다. 이를 위하여, 통상적으로 하나 또는 그 이상의 디지털-아날로그 컨버터(DAC)들이 상기 자기장 신호를 추적하는 추적 신호를 발생시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들면, 앞서 참조한 미국 특허 제5,917,320호 및 제6,091,239호에서, 두 DAC들이 사용되며, 하나(PDAC)는 상기 자기장 신호의 양의 피크들을 검출하고, 다른 하나(NDAC)는 상기 자기장 신호의 음의 피크들을 검출한다.
상기 강자성 물체와 관련된 자기장 및 결과적인 자기장 신호는 상기 강자성 물체, 예를 들면 회전하는 강자성 기어 및 상기 근접 검출기에 사용되는 상기 자기장 센싱 요소(들), 예를 들면, 상기 홀 요소들 사이의 거리에 비례한다. 이러한 거리는 여기서 "에어 갭(air gap)"으로 언급된다. 상기 에어 갭이 증가하면서, 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 회전하는 강자성 기어로부터 보다 작은 자기장과 이에 따라 상기 회전하는 강자성 기어의 통과하는 톱니들에 의해 발생되는 상기 자기장의 보다 작은 변화들을 겪는 경향이 있다.
근접 검출기들은 상기 강자성 물체(예를 들면, 상기 회전하는 강자성 기어)가 회전할 뿐만 아니라 진동하는 시스템들에 사용되었다. 정상 동작에서 회전의 축에 대해 회전할 수 있는 강자성 기어에 대하여, 상기 진동은 적어도 두 진동 성분들을 가질 수 있다. 제1 진동 성분은 상기 강자성 기어가 그 회전의 축에 대해 전후로 진동하는 "회전 진동"에 대응된다. 제2 진동 성분은 전술한 에어 갭 치수들이 진동하는 "병진 진동"에 대응된다. 상기 회전 진동 및 상기 병진 진동은 상기 강자성 기어가 정상 동작에서 회전하지 않는 떼에도 일어날 수 있다. 상기 제1 및 상기 제2 진동 성분들 모두는 별도로 또는 결합되어 상기 강자성 기어가 정상 동작에서 회전하고 있지 않을 때에도 상기 강자성 기어의 회전을 나타내는 상기 근접 검출기로부터의 출력 신호를 발생시킬 수 있다.
회전 진동 및 병진 진동을 검출하고, 반응하도록 적용되는 근접 검출기들은, 예를 들면, 각기 본 발명의 양수인에게 양도된 2008년 4월 29일에 등록된 미국 특허 제7,365,530호, 2009년 9월 22일에 등록된 미국 특허 제7,592,801호, 2009년 11월 24일에 등록된 미국 특허 제7,622,914호, 2007년 8월 7일에 등록된 미국 특허 제7,253,614호, 그리고 2008년 12월 18일에 출원된 미국 특허 출원 제12/338,048호에 기재되어 있다.
근접 검출기들은 자동차 휠들의 회전 속도를 결정하기 위해 자동차 잠김 방지 브레이크 시스템(ABS)들에 적용되었다. 근접 검출기들은 또한 소정의 이동 이점들에서 트랜스미션을 이동시키고 다른 자동차 시스템 기능들을 수행하기 위해 트랜스미션 기어들의 회전 속도를 결정하도록 자동차 트랜스미션에 적용되었다.
많은 기계 어셈블리들이 크기 및 위치 제조 공차들을 가지는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 상기 근접 검출기가 어셈블리에 사용될 때, 상기 에어 갭은 제조 공차들을 가질 수 있으며, 이는 상기 강자성 물체가 정상 동작에서 상기 자기장 신호의 대응되는 진공 크기로 회전할 때에 상기 근접 검출기에 사용되는 상기 자기장 센싱 요소들에 의해 감지되는 자기장의 변화를 가져온다. 마모가 상기 기계 어셈블리에 일어남에 따라 상기 에어 갭이 변화될 수 있는 점도 이해될 것이다.
노이즈(전기 또는 진동)으로 인하여 상기 모션 센서가 출력 신호의 에지들을 정확하게 위치 결정하지 못할 수 있다.
상기 피크 검출기 대해서나 상기 스레쉬홀드 검출기에 대해, 물체의 회전의 속도를 나타내는 최종적인 두 상태 출력 신호를 발생시키는 데 사용되는 비교기가 전기적 노이즈에 의해 영향을 받는 점이 이해될 것이다. 특히, 자기장 신호 및 윈도우 스레쉬홀드들이 비교기의 입력 단자들에 존재하는 경우, 상기 윈도우 스레쉬홀드들이 노이즈 레벨 아래이면, 상기 비교기의 출력에서 거짓 상태 변화들이 일어날 수 있다. 상술한 바와 같이, 스레쉬홀드 유형의 검출기에 대해, 상기 원도우 스레쉬홀드들은 상기 자기장 신호의 정점간 크기의 고정된 퍼센티지들이다. 따라서, 보다 작은 자기장 신호에 대해, 상기 원도우 스레쉬홀드는 상기 노이즈 레벨 내에 있을 수 있다.
따라서, 계산된 스레쉬홀드들이 자기장 센서의 노이즈 레벨 내에 있지 않은 스레쉬홀드 검출기를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 계산된 스레쉬홀드들이 자기장 센서의 노이즈 레벨 내로 이동되는 것이 허용되지 않는 스레쉬홀드 검출기를 제공한다.
본 발명의 측면을 이해하기 위한 유용한 예에 따르면, 자기장 센서는 강자성 물체에 의해 영향을 받는 자기장 신호를 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 자기장 센싱 요소를 포함한다. 상기 자기장 센서는 또한 상기 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 확인하도록 동작할 수 있는 피크 발견 회로부(peak finding circuitry)를 포함한다. 상기 자기장 센서는 또한 상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 수신하도록 연결되는 스레쉬홀드 발생 모듈(threshold generation module)을 포함한다. 상기 스레쉬홀드 발생 모듈은 상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하도록 동작할 수 있는 정점간 계산 모듈(peak-to-peak calculation module)을 포함한다. 상기 스레쉬홀드 발생 모듈은 또한 상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하도록 동작할 수 있는 스레쉬홀드 계산 모듈(threshold calculation module)을 포함한다. 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이다. 상기 스레쉬홀드 발생 모듈은 또한 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인도록 동작할 수 있고, 상기 차이가 너무 작을 경우에 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 차이를 소정의 등가 전압 차이 값에 따른 값으로 설정하도록 동작할 수 있는 스레쉬홀드 제한 모듈(threshold limiting module)을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 임의의 결합으로 다음의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈에 기초하여 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하도록 동작할 수 있는 노이즈 측정 모듈(noise measurement module)을 더 포함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택된다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 홀 요소(Hall element)를 포함한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소(magnetoresistance element)를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 수신하도록 연결되고, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 자기장의 진폭을 확인하도록 동작할 수 있으며, 상기 확인된 진폭에 기초하여 복수의 입력 신호들 중으로부터 선택하도록 동작할 수 있고, 상기 선택에 기초하여 선택된 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 선택 모듈(selection module)을 더 포함한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대해 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 제1 및 제2 동작 범위들을 가진다.
본 발명의 다른 측면을 이해하기 위해 유용한 예에 따르면, 자기장을 감지하는 방법은 적어도 하나의 자기장 센싱 요소로 강자성 물체에 의해 영향을 받는 자기장 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 확인하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이다. 상기 방법은 또한 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인하는 단계를 포함하며, 상기 등가 전압 차이가 너무 작을 경우, 상기 방법은 또한 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 소정의 등가 전압 차이 값으로 설정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 임의의 결합으로 다음의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈에 기초하여 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하는 단계를 더 ㅍ함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택된다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 홀 요소를 포함한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 자기장의 진폭을 확인하는 단계;
상기 확인된 자기장에 기초하여 복수의 신호들 중으로부터 선택하는 단계; 및
상기 선택에 기초하여 선택된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대한 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 제1 및 제2 동작 범위들을 가진다.
본 발명의 또 다른 측면을 이해하기 위해 유용한 예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능한 코드를 갖는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는, 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하기 위한 명령들을 포함하고; 상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하기 위한 명령들을 포함하며, 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이며; 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상부 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인하기 위한 명령들을 포함하고; 상기 등가 전압 차이가 너무 작을 경우, 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상부 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 소정의 등가 전압 차이 값으로 설정하기 위한 명령들을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 임의의 결합으로 다음의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈에 기초하여 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는,
상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하는 명령들을 더 포함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택된다.
상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 홀 요소를 포함한다.
상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는,
상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 자기장의 진폭을 확인하기 위한 명령들;
상기 확인된 진폭에 기초하여 복수의 신호들 중으로부터 선택하기 위한 명령들; 및
상기 선택에 기초하여 선택된 신호를 발생시키기 위한 명령들을 더 포함한다.
상기 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대해 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 제1 및 제2 동작 범위들을 가진다.
전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 회전 검출기들을 갖는 자기장 센서의 예를 나타내는 블록도이고,
도 2는 도 1의 자기장 센서에 사용될 수 있고, 각각의 스레쉬홀드 발생 모듈들을 가지는 회전 검출기들을 나타내는 블록도이며,
도 3은 자기장 신호 및 스레쉬홀드들을 나타내는 그래프이고,
도 4는 다른 자기장 신호 및 다른 스레쉬홀드들을 나타내는 그래프이며,
도 5는 도 2의 회전 검출기들에 사용될 수 있는 스레쉬홀드 발생 모듈의 예를 나타내는 블록도이고,
도 6은 도 2의 회전 검출기들에 사용될 수 있는 다른 스레쉬홀드 발생 모듈의 예를 나타내는 블록도이며,
도 7은 도 5 및 도 6의 스레쉬홀드 발생 모듈들에 이용될 수 있는 프로세스를 나타내는 흐름도이고,
도 8은 상태 프로세서들을 갖는 다른 자기장 센서의 예를 나타내는 블록도이며,
도 9는 도 8의 자기장 센서에 사용될 수 있고, 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈을 갖는 상태 프로세서의 블록도이고,
도 10은 자기장 신호 및 관련 상태들을 나타내는 그래프이며,
도 11은 도 10의 자기장 신호의 상태들에 따라 발생되는 POSCOMP 신호 및 POSCOMP_PK 신호를 나타내는 그래프이고,
도 12는 도 9의 상태 프로세서에 사용될 수 있는 경우에 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈의 블록도이며,
도 13은 도 14의 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈에 의해 이용될 수 있는 프로세스를 나타내는 흐름도이고,
도 14는 스레쉬홀드 검출기들 및 선택 모듈을 갖는 다른 자기장 센서의 예를 나타내는 블록도이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall Effect) 요소들, 자기저항(magnetoresistance) 요소들 또는 자기트랜지스터들(magnetotransistor)이 될 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과(Hall effect) 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소, 수직형 홀 요소 및 원형 수직 홀(CVH) 요소가 존재한다. 또한, 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 예를 들면 스핀 밸브(spin valve)인 거대 자기저항(GMR) 요소, 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터널링 자기저항(TMR) 요소, 그리고 자기 터널 접합(MTJ)이 존재한다. 상기 자기장 센싱 요소는 단일의 요소가 될 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브리지 또는 풀(휘스톤(Wheatstone)) 브리지로 배열되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 장치 유형과 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질 실리콘(Si), 또는 갈륨-비소(GaAs) 혹은 인듐 화합물, 예를 들면 안티몬화인듐(InSb)과 III-V족 반도체 물질로 이루어진 장치가 될 수 있다.
알려진 바와 같이, 전술한 자기장 센싱 요소들의 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 평행한 최대 감도의 축을 갖는 경향이 있고, 전술한 자기장 센싱 요소들의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 직교하는 최대 감도의 축을 갖는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 대해 직교하는 감도의 축들을 갖는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들면, GMR, TMR, AMR)과 수직형 홀 요소들은 기판에 대해 평행한 감도의 축들을 갖는 경향이 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는 일반적으로 다른 회로들과 결합하여 자기장 센싱 요소를 이용하는 회로를 기술하는 데 사용된다. 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 상기 자기장 센서가 백-바이어스(back-biased)되거나 다른 자석과 결합되어 사용되는 경우에 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면 링 자석 또는 강자성 타겟(예를 들면, 기어 톱니들)의 자기 도메인들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 사용된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "프로세서(processor)"라는 용어는 기능, 동작 또는 연속적인 동작들을 수행하는 전자 회로를 기술하는 데 사용된다. 상기 기능, 동작 또는 동작들의 순서는 상기 전자 회로 내로 하드 코드되거나, 메모리 장치에 저장된 명령들을 통해 소프트 코드될 수 있다. "프로세서"는 디지털 값들을 이용하거나 아날로그 신호들을 이용하여 상기 기능, 동작 또는 동작들을 순서를 수행할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 응용 주문형 집적 회로(ASIC) 내에 구현될 수 있으며, 이는 아날로그 ASIC 또는 디지털 ASIC이 될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 관련 프로그램 메모리를 갖는 마이크로프로세서로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 아날로그 또는 디지털이 될 수 있는 별도의 전자 회로 내에 구현될 수 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "모듈(module)"이라는 용어는 "프로세서"를 기술하는 데 사용된다.
프로세서는 상기 프로세서의 기능, 동작 또는 동작들의 순서의 일부들을 수행하는 내부 프로세서들 또는 내부 모듈들을 포함할 수 있다. 유사하게, 모듈은 상기 모듈의 기능, 동작 또는 동작들의 순서의 일부들을 수행하는 내부 프로세서들 또는 내부 모듈들을 포함할 수 있다.
여기서 도면들에 도시되는 전자 회로가 아날로그 블록들 또는 디지털 블록들의 형태로 도시될 수 있지만, 상기 아날로그 블록들이동일하거나 유사한 기능들을 수행하는 디지털 블록들로 대체될 수 있고, 상기 디지털 블록들이 동일하거나 유사한 기능들을 수행하는 아날로그 블록들로 대체될 수 있는 점이 이해될 것이다. 아날로그-디지털 또는 디지털-아날로그 변환들은 도면들에 명확하게 도시되지 않을 수 있지만, 이해되어야 할 것이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "소정의"라는 용어는 값 또는 신호를 언급할 때에 제조의 시점에서 공장 내에서 또는 외부 수단들, 예를 들면, 이후의 프로그래밍에 의해 설정되거나, 고정되는 값 또는 신호를 언급하는 데 사용된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "결정된"이라는 용어는 값 또는 신호를 언급할 때에 제조 후의 동작 동안에 회로에 의해 확인되는 값 또는 신호를 언급하는 데 사용된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "능동 전자 구성 요소(active electronic component)"라는 용어는 적어도 하나의 p-n 접합을 가지는 전자 구성 요소를 기술하는 데 사용된다. 트랜지스터, 다이오드 및 로직 게이트가 능동 전자 구성 요소들의 예들이다. 대조적으로, 여기에 사용되는 바에 있어서, "수동 전자 구성 요소(passive electronic component)"라는 용어는 적어도 하나의 p-n 접합을 가지지 않는 전자 구성 요소를 기술하는 것으로 사용된다. 커패시터 및 레지스터가 수동 전자 구성 요소들의 예들이다.
"평행한" 및 "직교하는"이라는 용어들은 여기서 다양한 구성들에 사용될 수 있다. 평행한 및 직교하는 이라는 용어들이 정확한 직교성 또는 정확한 평행성을 요구하지 않지만, 대신에 정상적인 제조 공차들이 적용되고, 상기 공차들이 상기 용어들이 사용되는 구성에 의존하는 것으로 의도되는 점이 이해되어야 한다. 일부 예들에서, "실질적으로"라는 용어는 "평행한" 또는 "직교하는"이라는 용어들을 변경시키는 데 사용된다. 일반적으로, "실질적으로"라는 용어의 사용은 제조 공차들을 넘는, 예를 들면, +/- 십도 이내인 각도들을 반영한다.
스레쉬홀드 검출기(threshold detector)들이 특히 여기에 기술된다. 여기서 설명되는 스레쉬홀드 검출기들은 적응적이며, 자기장 신호의 크기에 따라 상부 및 하부 스레쉬홀드들을 조절한다. 그러나, 상기 자기장 신호의 정점간(peak-to-peak) 값이 너무 작을 경우, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들 사이의 차이는 적어도 소정의 차이로 유지되며, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들은 상기 자기장 신호가 여전히 작을 때에 함께 보다 가까이 이동되는 것이 허용되지 않는다.
다양한 신호들(스레쉬홀드들 포함하는) 및 다양한 값들(스레쉬홀드 값들을 포함하는)이 여기서 전압들로 기술되지만, 상기 다양한 신호들(스레쉬홀드들을 포함하는) 및 다양한 값들(스레쉬홀드 값들을 포함하는)의 일부 또는 모두가 전류들로 대신하는 회로들을 설계하는 것이 가능한 점이 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 자기장 센서(10)의 예는 2010년 8월 10일에 등록된 미국 특허 제7,772,838호의 도 11에 도시된 자기장 센서(600)와 유사하며, 또한 미국 특허 제7,772,838호의 도 1과 유사하고 실질적으로 이와 함께 설명된다.
그러나, 본 출원의 도 1의 자기장 센서(10)에서, 미국 특허 제7,772,838호에 도시되지 않은 자석(15)이 세 자기장 센싱 요소들(14a, 14b, 14c)의 백 바이어싱(back biasing)을 제공할 수 있다. 상기 자기장 센서(10)는 회전 검출기(rotation detector)들(12)을 포함하며, 이들은 우측 채널 피크-참조(즉, 피크) 검출기(20) 및 좌측 채널 피크-참조(즉, 피크) 검출기(54)를 포함한다. 상기 회전 검출기들(12)은 또한 우측 채널 스레쉬홀드 검출기(22) 및 좌측 채널 스레쉬홀드 검출기(56)를 포함한다.
도 2와 함께 다음에 설명하는 바와 같이, 상기 스레쉬홀드 검출기들(22, 56)은 미국 특허 제7,772,838호에 기재되어 있지 않은 특성들을 가질 수 있지만, 이들은 다음에 보다 자세하게 설명된다.
먼저, 상기 자기장 센서(10)의 요소들을 일반적으로 기술하면, 복수의 자기장 센싱 요소들(14a-14c)이 물체(11)에 대한 제1 위치에서 자기장에 비례하는 RDIFF 신호(28) 및 상기 물체(11)에 대한 제2 위치에서 자기장에 비례하는 LDIFF 신호(58)를 발생시키기 위해 배열된다. 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 제1 및 제2 위치들은 우측 및 좌측 채널들에 대응된다. 상기 물체(11)(여기서는 타겟 물체(11)로도 언급된다)는 회전하도록 구성되는 물체, 예를 들면, 강자성 기어(11)가 될 수 있으며, 이는 또한 정상 동작에서 회전 이외에도 원하지 않는 회전 및 병진 진동들을 겪는다. 상기 자기장 센서(10)는 상기 RDIFF 신호(28)를 제공하는 우측 채널 증폭기(amplifier)(16) 및 상기 LDIFF 신호(58)를 제공하는 좌측 채널 증폭기(50)을 포함한다.
상기 자기장 센서(10)는 또한 우측 채널 스레쉬홀드 검출기(22) 또는 좌측 채널 피크-참조 검출기(20)의 적어도 하나 및 좌측 채널 스레쉬홀드 검출기(56) 또는 좌측 채널 피크-참조 검출기(54)의 적어도 하나의 형태로 적어도 두 회전 검출기들을 포함하여 회전 검출기들(12)을 구비한다.
상기 우측 채널 스레쉬홀드 검출기(22)는 상기 RDIFF 신호(28)에 반응하고, 상기 물체의 회전을 나타내는 제1 출력 신호(26)(RThreshOut)를 제공한다. 상기 좌측 채널 스레쉬홀드 검출기(56)는 상기 LDIFF 신호(58)에 반응하고, 또한 상기 물체의 회전을 나타내는 제2 출력 신호(62)(LThreshOut)를 제공한다. 상기 우측 채널 피크-참조 검출기(20)는 상기 RDIFF 신호(28)에 반응하고, 상기 물체의 회전을 더 나타내는 제3 출력 신호(24)(RPeakOut)를 제공한다. 상기 좌측 채널 피크-참조 검출기(54)는 상기 LDIFF 신호(58)에 반응하고, 상기 물체의 회전을 여전히 더 나타내는 제4 출력 신호(60)(LPeakOut)를 제공한다.
상기 신호들(24, 26, 60, 62)은 상태 전환들이 상기 기어(11)의 톱니들의 통과하는 톱니들, 보다 상세하게는 상기 기어의 톱니들의 에지들을 나타내는 두 상태 신호들이 될 수 있다.
"좌측" 및 "우측"(또한 각기 L 및 R)이라는 지정들은 상기 물체(11)에 대한 상기 자기장 센싱 요소들(14a-14c)의 물리적인 배치를 나타내고, 좌측 및 우측 채널들에 대응되며, 여기서 채널은 각각의 자기장 센싱 요소(들)과 관련되는 신호 처리 회로부를 포함한다. 예를 들면, 상기 자기장 센싱 요소들(14a, 14b)은 상기 물체(11)의 우측에 대한 위치에서 자기장을 별도로 감지하고, 상기 우측 채널은 이에 따라 감지된 자기장을 처리하는 회로부(예를 들면, 우측 채널 증폭기(16), R 피크-참조 검출기(20) 및 R 스레쉬홀드 검출기(22))를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 세 자기장 센싱 요소들이 양 채널들에 사용되는 중심 센서(14b)로 차동 자기장 감지를 위해 사용된다. 세 자기장 센싱 요소들(14a-14c)이 도시되지만, 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들이 사용될 수 있는 점이 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, 두 자기장 센싱 요소들(14a, 14c)만을 사용하는 실시에에서, 상기 자기장 센싱 요소(14a)는 상기 우측 채널 증폭기(16)에 연결될 수 있고, 상기 자기장 센싱 요소(14c)는 상기 좌측 채널 증폭기(50)에 연결될 수 있다.
상기 우측 채널은 자기장 센싱 요소들(14a, 14b), 상기 우측 채널 증폭기(16), 상기 우측 채널 피크-참조 검출기(20), 그리고 상기 우측 채널 스레쉬홀드 검출기(22)를 포함한다. 상기 좌측 채널은 자기장 센싱 요소들(14b, 14c), 상기 좌측 채널 증폭기(50), 상기 좌측 채널 피크-참조 검출기(54), 그리고 상기 좌측 채널 스레쉬홀드 검출기(56)를 포함한다. 우측 및 좌측은 상대적인 용어들이고, 반대의 경우에 상기 RDIFF 및 LDIFF 신호들(28, 58)에서 각기 상대적인 위상 변화를 가져올 뿐이라는 점이 이해될 것이다.
상기 자기장 센서(10)는 또한 상기 물체(11)의 진동을 검출하기 위해 상기 회전 검출기들(20, 22, 54, 56)의 적어도 두 개로부터의 출력 신호들에 반응하는 진동 프로세서(13)를 포함한다. 상기 진동 프로세서(130는 실행-모드(running-mode) 프로세서(31), 피크 방향-변화(direction-change) 프로세서(30), 스레쉬홀드 방향 변화 프로세서(36), 방향-일치(direction-agreement) 프로세서(40), 그리고 상-중첩(phase-overlap) 프로세서(46)의 적어도 하나를 포함한다. 특정한 일 실시예에 있어서, 상기 진동 프로세서(13)는 상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서(36), 상기 방향-일치 프로세서(40) 및 상기 상-중첩 프로세서(46)를 포함한다.
상기 실행-모드 프로세서(31), 상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서, 상기 피크 방향-변화 프로세서(30), 상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서(36), 상기 방향-일치 프로세서 그리고 상기 상-중첩 프로세서(46)는 여기서는 상세하게 기술되지 않지만, 미국 특허 제7,772,838호에 기재되어 있다. 그러나, 여기서는 실행-모드 프로세서(31)가 상기 물체(11)의 진동을 검출하고, 상기 진동에 반응하여 실행-모드 출력 신호(33)를 발생시키도록 구성되는 것으로 설명하면 충분하다. 상기 피크 방향-변화 프로세서(30) 및 상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서(36)는 상기 물체(11)의 진동을 검출하고, 상기 진동에 반응하여 각각의 방향-변화 출력 신호들(32, 38)을 발생시키도록 구성된다. 상기 방향-일치 프로세서(40)는 상기 물체(11)의 진동을 검출하고, 상기 진동에 반응하여 방향-일치 출력 신호(42)를 발생시키도록 구성된다. 상기 상-중첩 프로세서(46) 또한 상기 물체(11)의 진동을 검출하고, 상기 진동에 반응하여 상-중첩 출력 신호(48)를 발생시키도록 구성된다.
결합 프로세서(34)는 상기 물체(11)가 진동하고 있는 지 또는 그렇지 않은 지를 나타내는 진동-결정(vibration-decision) 출력 신호(80)를 제공하기 위해 상기 실행-모드 출력 신호(33), 상기 방향-변화 출력 신호(38), 상기 방향-변화 출력 신호(32), 상기 방향-일치 출력 신호(42) 그리고 상기 상-중첩 출력 신호(48)의 적어도 둘을 논리적으로 결합시키도록 구성된다. 예를 들면, 특정한 일 실시예에서, 상기 논리적 결합은 실행-모드 출력 신호(33), 상기 방향-변화 출력 신호(38), 상기 방향-변화 출력 신호(32), 상기 방향-일치 출력 신호(42), 또는 상기 상-중첩 출력 신호(48)의 임의의 것이 상기 물체의 진동을 나타낼 경우, 상기 진동-결정 출력 신호(80)가 이에 따라, 예를 들면 하이 로직 상태로 상기 진동을 나타내는 것을 제공하는 OR 함수이다.
그러나, 선택적인 방식에서, 상기 자기장 센서(10)는 상기 실행-모드 프로세서(31), 상기 피크-참조 방향-변화 프로세서(30), 상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서(36), 상기 방향-일치 프로세서(40) 그리고 상기 상-중첩 프로세서(46) 중에서 선택되는 하나의 진동 프로세서를 가지며, 그 선택되는 하나는 상기 진동-결정 출력 신호(80)를 제공한다.
상기 스레쉬홀드 방향-변화 프로세서(38), 상기 피크 방향-변화 프로세서(30), 상기 방향-일치 프로세서(40) 그리고 상기 상-중첩 프로세서(46)는 회전하는 물체(11), 예를 들면, 전술한 회전하는 강자성 기어(11)의 회전 진동을 검출할 수 있다. 상기 상-중첩 프로세서(46)는 상기 물체(11) 및/또는 상기 자기장 센싱 요소들(14a-14c)의 병진 진동을 검출할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 앞서 식별된 프로세서들의 임의의 것이 상기 회전 진동이나 상기 병진 진동 또는 이들 모두를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 자기장 센서(10)는 또한 상기 물체(11)의 회전 속도를 검출하고 상기 물체(11)의 회전의 속도를 나타내는 대응되는 속도 출력 신호(66)를 제공하는 속도 검출기(64), 상기 물체(11)의 회전의 방향을 감지하고 상기 물체(11)의 회전의 방향을 나타내는 대응되는 방향 출력 신호(70)을 제공하는 방향 검출기(68), 상기 자기장 센싱 요소들(14a-14c) 및 상기 강자성 물체(11)의 하나 또는 그 이상 사이의 에어 갭을 검출하고 상기 에어 갭을 나타내는 대응되는 에어 갭 출력 신호(74)를 제공하는 에어 갭 검출기(72), 그리고 온도를 검출하고 상기 온도를 나타내는 대응되는 온도 출력 신호(78)를 제공하는 온도 검출기(76)의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
출력 프로토콜(protocol) 프로세서(82)는 상기 수신된 신호들에 따라 센서 출력 신호(84)를 발생시키기 위해 상기 출력 신호들(66, 70, 74, 78)의 하나 또는 그 이상과 상기 진동-결정 출력 신호(80)에 반응한다. 특정한 일 실시예에 있어서, 예를 들면, 상기 출력 신호(84)는 상기 진동-결정 출력 신호(80)가 진동을 나타낼 때에 제1 특성을 가지며, 상기 진동-결정 출력 신호(80)가 진동이 없는 것을 나타낼 때에 제2 특성을 가진다. 예를 들면, 특정한 일 실시예에서, 상기 진동-결정 출력 신호(80)가 상기 진동을 나타낼 때에 상기 출력 신호(84)는 정지(즉, 고정적으로 하이 또는 로우)될 수 있고, 상기 진동-결정 출력 신호(80)가 진동이 없는 것을 나타낼 때에 활성(예를 들면, 상기 속도 출력 신호(66)에 비례하는 주파수를 갖는 AC 파형)이 될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 출력 프로토콜 프로세서(82)는 하나 또는 그 이상의 출력 신호들(66, 70, 74, 78, 80)에 따라 암호화된 출력 신호(84)를 제공한다.
다른 실시예들에 있어서, 하나의 채널, 예를 들면, 상기 우측 채널만이 존재한다. 이들 실시예들에 있어서, 각각의 두 자기장 센싱 요소들, 예를 들면, 14a, 14b가 차동 배열로 사용될 수 있거나, 하나의 자기장 센싱 요소만이 사용될 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들은 각기 개별적으로 또는 H-브리지(bridge)들 내에 사용되는 자기저항 요소들이다. 다시, 자기저항 요소가 사용될 때에 하나의 채널만이 존재할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 홀 요소가 하나의 채널에 사용되고, 자기저항 요소가 다른 하나의 채널에 사용되며, 각기 다른 감도를 가진다. 이러한 배치는 두 가지 다른 동작 범위들을 가지거나, 상기 두 채널들의 하나 단독에 비해 넓은 확장된 동작 범위를 가지는 자기장 센서를 제공할 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 진동 프로세서가 존재하지 않는다.
다른 실시예들에 있어서, 속도 검출기가 존재하지 않거나 및/또는 방향 검출기가 존재하지 않거나 및/또는 에어 갭 검출기가 존재하지 않거나 및/또는 온도 검출기가 존재하지 않거나 및/또는 출력 프로토콜 프로세서가 존재하지 않는다.
도 2를 이제 참조하면, 회전 검출기들(100)은 도 1의 회전 검출기들(12)과 동일하거나 유사하다. 상기 회전 검출기들(100)은 우측 채널 회전 검출기(101) 및 좌측 채널 회전 검출기(103)를 포함한다. 상기 회전 검출기들(100)은 유사하며, 실질적으로 미국 특허 제7,772,838호의 도 2와 함께 기재되어 있다.
상기 회전 검출기(103)의 대표적인 것으로서 상기 회전 검출기(101)를 취하여, 상기 회전 검출기(101)만이 논의된다. 상기 회전 검출기(101)는 RDIFF 신호(136)의 양의 피크들을 나타내는 값을 갖는 RPPEAK 신호 및 상기 RDIFF 신호(136)의 음의 피크들을 나타내는 값들을 갖는 RNPEAK 신호를 발생시키는 회로부를 포함한다. 이러한 예시적인 회로부의 동작은 미국 특허 제7,772,838호에 기재되어 있다.
상기 회전 검출기들(100)은 도 1의 회전 검출기들(12)에 대응될 수 있다. 우측 채널(101)은 도 2의 상부 절반에 대응되고, 좌측 채널(103)은 도 2의 하부 절반에 대응된다. 상기 좌측 채널이 상기 우측 채널과 유사한 특성들을 가지는 점이 이해될 것이다. 간편성을 위해, 상기 우측 채널만이 여기에 설명된다.
우측 채널 증폭기, 예를 들면, 도 1의 우측 채널 증폭기(16)로부터의 입력 신호(104)는 바람직하지 않은 DC 오프셋(offset)을 포함할 수 있다. 우측 채널 자동 오프셋 컨트롤러(auto offset controller)(106), 우측 채널 오프셋 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(108) 그리고 합산기(summer)(110)는 알려진 기술들로 상기 DC 오프셋을 제거할 수 있다. 우측 채널 자동 이득 컨트롤러(automatic gain controller: RAGC)(114)는 소정의 진폭 범위 이내의 진폭을 갖는 RDIFF 신호(136)를 제공한다. 상기 RAGC(114)의 컨트롤은 다음에 더 설명된다. 상기 RDIFF 신호(136)가 하나 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들, 예를 들면, 도 1의 자기장 센싱 요소들(14a, 14b)에 의해 겪는 자기장을 나타내는 점이 이해되어야 한다.
상기 RDIFF 신호(136)는 우측 채널 피크(RPeak) 비교기(comparator)(116) 및 우측 채널 스레쉬홀드(RThresh) 비교기(138)에 제공된다. 상기 RPeak 비교기(116)는 또한 스레쉬홀드 전압(134)을 수신하고, 상기 RThresh 비교기(138)는 스레쉬홀드 전압(135)을 수신한다.
상기 스레쉬홀드 전압(134)은 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 피크 아래의 제1 소정의 퍼센티지인 제1의 값 및 상기 RDIFF 신호(136)의 음의 피크 위의 제2 소정의 퍼센티지인 제2의 값인 두 값들 사이에서 전환된다. 특정한 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 소정의 퍼센티지들은 각기 약 십오 퍼센트이다. 상기 제1 스레쉬홀드 전압(134)은 이에 따라 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 피크에 상대적으로 가깝거나 아래에 또는 상기 RDIFF 신호(136)의 음의 피크에 상대적으로 가깝거나 위에 있다. 이에 따라, 상기 RPeak 비교기(116)는 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 및 음의 피크들과 가깝게 관련되는 에지들을 갖는 RPeakOut 신호(118)를 발생시킨다.
상기 스레쉬홀드 전압(135) 또한 상기 RDIFF 신호(136)의 정점간 진폭의 제1 소정의 퍼센티지인 제1의 값 및 상기 RDIFF 신호(136)의 정점간 진폭의 제2 소정의 퍼센티지인 제2의 값인 두 값들 사이에서 전환된다. 특정한 일 실시예에 있어서, 상기 제1 소정의 퍼센티지는 상기 RDIFF 신호(136)의 정점간 진폭 약 육십 퍼센트이고, 상기 제2 소정의 퍼센티지는 상기 RDIFF 신호(136)의 정점간 진폭의 약 사십 퍼센트이다. 이에 따라, 상기 RThresh 비교기(138)는 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 피크 및 음의 피크 사이의 중간점 또는 오십 퍼센트 지점에 상대적으로 가깝게 관련되는 에지들을 갖는 RThreshOut 신호(140)를 발생시킨다.
상기 스레쉬홀드 전압들(134, 135)은 카운터(counter)들(124, 125), 로직 회로들(123, 127), 우측 채널 PDAC(126), 우측 채널 NDAC(128), 비교기(들(122, 130), 스레쉬홀드 발생 모듈(132) 그리고 전송 게이트(transmission gate)들(133a-133d)에 의해 발생된다. 상기 비교기(122)는 상기 RDIFF 신호(136) 및 상기 우측 채널 PDAC(126)로부터의 출력을 수신하고, 상기 로직 회로(123) 및 상기 카운터(124)에 의해 제공되는 피드백에 의하여, 상기 PDAC(126)의 출력(즉, 상기 PDAC 전압)이 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 피크들을 추적하고 유지하게 한다. 유사하게, 상기 비교기(130)는 상기 RDIFF 신호(136) 및 상기 우측 채널 NDAC(128)로부터의 출력을 수신하고, 상기 로직(127) 및 상기 카운터(125)에 의해 제공되는 피드백에 의하여, 상기 NDAC(128)의 출력(즉, 상기 NDAC 전압)이 상기 RDIFF 신호(136)의 음의 피크들을 추적하고 유지하게 한다. 이에 따라, 상기 PDAC(126)의 출력 및 상기 NDAC(128)의 출력 사이의 차동 전압은 상기 RDIFF 신호(136)의 정점간 진폭을 나타낸다.
상기 PDAC 및 NDAC 전압들(RPPEAK 및 RNPEAK)은 상기 스레쉬홀드 발생 모듈(132)에 제공된다. 상기 전송 게이트들(133a, 133d)은 상기 전송 게이트들(133a, 133d)에 각기 인가되는 상기 컨트롤 전압들 RPeakOutP 및 이의 반전 RPeakOutN에 따라 전술한 바와 같은 두 전압 값들의 하나로서 상기 스레쉬홀드 전압(134)을 제공한다. 유사하게, 상기 전송 게이트들(133b, 133c)은 상기 전송 게이트들(133b, 133c)에 각기 인가되는 상기 컨트롤 전압들 RThreshOutP 및 이의 반전 RThreshOutN에 따라 전술한 바와 같은 두 전압 값들의 하나로서 상기 스레쉬홀드 전압(135)을 제공한다.
앞서의 논의로부터 상기 스레쉬홀드 전압(134)의 두 상태들은 상기 RDIFF 신호(136)의 양의 피크 및 음의 피크와 가깝게 관련되는 반면, 상기 스레쉬홀드(135)의 두 상태들은 상기 RDIFF 신호(136)의 중간점과 가깝게 관련되는 점이 이해되어야 한다. 이러한 차이는 상기 전송 게이트들(133b, 133c)에 인가되는 컨트롤 신호들에 비하여 상기 전송 게이트들(133a, 133d)에 인가되는 상기 컨트롤 신호들에 의해 구현된다. 상기 컨트롤 신호들은 도 2A 및 도 2B와 함께 다음에 더 설명된다.
공유 AGC DAC(152)가 도 2의 아래 절반에 도시되며, 상기 RAGC(114) 및 LAGC(156) 증폭기들 모두의 이득을 컨트롤하기 위해 공유 AGC DAC 출력 신호(154)를 제공한다. 상기 공유 AGC DAC 출력 신호(154)는 상기 우측 및 상기 좌측 채널들 모두가 실질적으로 동일한 이득을 가지게 한다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 어떻게 상기 공유 AGC DAC(152)를 설정하고, 적절한 공유 AGC DAC 출력 신호(154)를 제공할 것인 지를 이해할 것이다.
미국 특허 제7,772,838호에 기재된 장치들과는 달리, 상기 회전 검출기(101)는 상기 스레쉬홀드 발생 모듈(132)(및 174)을 포함하며, 이는 전술한 네 스레쉬홀드들, 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 상부 스레쉬홀드인 RThreshUpA, 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 하부 스레쉬홀드인 RThreshLowA, 우측 채널 피크 검출기 상부 스레쉬홀드인 RThreshUpB, 그리고 우측 채널 피크 검출기 하부 스레쉬홀드인 RThreshLowB를 발생시킨다.
전술한 바와 같이, 상기 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 상부 스레쉬홀드인 RThreshUpA 및 상기 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 하부 스레쉬홀드인 RThreshLowA는 비교기(138)의 제1 입력에서 교대로 수신된다. 자기장 신호(136)인 RDIFF는 상기 비교기(138)의 제2 입력에서 수신된다. 상기 비교기(138)는 스레쉬홀드 검출기의 일부를 형성한다.
상기 우측 채널 피크 검출기 상부 스레쉬홀드인 RThreshUpB 및 상기 우측 채널 피크 검출기 하부 스레쉬홀드인 RThreshLowB는 비교기(116)의 제1 입력에서 교대로 수신된다. 상기 자기장 신호(136)인 RDIFF는 상기 비교기(116)의 제2 입력에서 수신된다. 상기 비교기(116)는 피크 검출기의 일부를 형성한다.
상기 스레쉬홀드들의 발생은 도 3-도 7과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.
또한, 미국 특허 제7,772,838호에 기재된 장치들과는 달리, 일부 선택적인 실시예들에서, 상기 우측 및 좌측 채널들은 각각의 노이즈 측정(noise measurement) 모듈들(190, 192)을 포함할 수 있고, 이들 각각은 노이즈, 예를 들면 각각의 DIFF 신호, 예를 들면, 상기 RDIFF 신호(136) 및 상기 LDIFF 신호(158)의 노이즈를 측정하도록 구성된다. 각 노이즈 측정 모듈은 상기 측정된 노이즈를 나타내는 각각의 노이즈 진폭 값(190a, 192a)을 발생시키고, 상기 스레쉬홀드 발생 모듈들(132, 174)의 각각의 하나에 상기 노이즈 진폭 값(190a, 102a)을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 노이즈 값은 상기 측정된 노이즈의 통계 변수, 예를 들면, 상기 측정된 노이즈의 하나의 표준 편차, 두 개의 표준 편차들 또는 세 개의 표준 편차들을 나타낸다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 노이즈 측정 모듈들(190, 192)은 관심의 대상인 대역, 예를 들면, 상기 자기장 센싱 요소들(14a-14c)가 반응하는 자기장 주파수들의 대역의 외측으로 선택되는 대역을 선택하도록 각각의 입력 신호들을 필터링할 수 있다. 상기 노이즈 측정 모듈들(190, 192)은 관심의 대상인 대역 내의 노이즈의 RMS 값을 식별할 수 있다. 상기 노이즈 측정 모듈들은 상기 자기장 센싱 요소들(14a-14c)이 반응하는 자기장의 대역 내의 RMS 노이즈를 산정하도록 관심의 대상인 대역 내의 노이즈의 상기 측정된 RMS 값을 조정할 수 있다. 상기 노이즈 측정 모듈들은 상기 노이즈의 전술한 통계 변수들을 계산할 수 있다.
우측 및 좌측 채널 자동 이득 컨트롤들(114, 156)이 도시되지만, 다른 실시예들에서, 상기 우측 및 좌측 채널들(101, 103)은 고정된 이득들을 가진다. 그러나, 자동 이득 제어들을 사용하는 실시예들에 대해에서도, 상기 자동 이득 제어들이 작은 자기장 신호들에 대해, 즉 작은 자기장 신호들(104, 142)에 대해 구현되는 가장 큰 이득을 가지는 점도 이해되어야 한다. 상기 자동 이득 제어가 최대 이득을 구현하게 하는 경우보다 작은 자기장 신호들에 대해, 도 2의 회전 검출기들(100)이 다양한 비교기들에서 스레쉬홀드들을 이들과 비교할 수 있는 상기 DIFF 신호들인 RDIFF(136) 및 LDIFF(158)는 상기 자동 이득 제어가 증가될 수 있는 경우보다 작은 진폭들을 가질 수 있다. 또한, 상기 자동 이득 제어들(114, 156)의 최대 이득에서, 통상적으로 시스템 전기적 노이즈가 최대에 도달하였다.
상기 RDIFF 및 LDIFF 신호들(136, 158)의 진폭은 다양한 인자들로 인해 변화될 수 있다. 특히, 상기 RDIFF 및 LDIFF 신호들(136, 158)의 진폭은 상기 자기장 센서 10(도 1) 및 상기 자기장 센서(10)에 의해 감지되는 강자성 물체(11, 도 1) 사이의 에어 갭에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 상기 에어 갭은, 예를 들면, 설치 차이로 인해, 온도로 인해 또는 마모로 인해 변화될 수 있다. 일부 자기장 센서들에 있어서, 상기 자동 이득 제어(114, 156)는 원하는 에어 갭에 대해 최대 이득으로 설정되며, 상기 자동 이득 제어는 적은 이득만을 야기할 수 있다. 따라서, 보다 작은 RDIFF 및 LDIFF 신호들(136, 158)은 원하는 에어 갭들보다 크게 생성된다.
도 2 및 다음의 다른 도면들에서 많은 회로 요소들이 아날로그 회로 요소들 및 아날로그 모듈들인 것으로 의미되지만, 다른 실시예들에서, 도 2 및 다음의 도면들의 회로 요소들의 임의의 하나 또는 그 이상이 디지털 회로들 및 디지털 모듈들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 일부 디지털-아날로그 전환들 또는 아날로그-디지털 전환들은 도시되지 않지만, 아날로그 또는 디지털 회로 요소들 및 모듈들이 사용되는 지에 따라 추가될 수 있는 점이 분명해질 것이다.
RPPEAK, RNPEAK, LPPEAK 및 LNPEAK 신호들을 확인하는 특정 회로들이 도시되지만, 다른 회로들이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 일부 다른 기술들이 2007년 4월 3일에 등록되었고, 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제7,199,579호에 기재되어 있다.
이제 도 3을 참조하면, 자기장 신호(300)는, 예를 들면 도 2의 RDIFF 신호(136)를 나타낸다. 상기 자기장 신호(300)는 도 1의 자기장 센싱 요소들(14a, 14b)을 지나가는 기어 톱니들을 나타내는 양의 피크들 및 상기 자기장 센싱 요소들(14a, 14b)을 지나가는 기어 밸리(valley)들을 나타내는 밸리들을 가질 수 있다.
값(302)은 상기 양의 피크들의 값을 나타내고, 값(304)는 상기 음의 피크들의 값을 나타낸다. 상기 값(302)이 도 2의 RPPEAK 신호를 나타내고, 상기 값(304)이 상기 RNPEAK 신호를 나타내며, 모두 상기 스레쉬홀드 발생 모듈(132)에 의해 수신되는 점이 이해되어야 한다. 범위(306)는 상기 자기장 신호(300)의 정점간 값을 나타낸다.
스레쉬홀드 값(308)은 도 2의 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 상부 스레쉬홀드인 RThreshUpA를 나타낸다. 스레쉬홀드 값(310)은 도 2의 상기 우측 채널 스레쉬홀드 검출기 하부 스레쉬홀드인 RThreshLowA를 나타낸다. 범위(312)는 상기 상부 스레쉬홀드(308) 및 상기 하부 스레쉬홀드(310) 사이의 차이를 나타낸다.
시스템 노이즈(314)는 상기 스레쉬홀드들의 내부에 있는 것으로 도시된다. 상기 스레쉬홀드들(308, 310) 내에 있는 상기 노이즈(314)는 도 2의 비교기(138)의 거짓 트리거링(triggering)을 야기하지 않을 것이다. 그러나, 상기 노이즈가 진폭이 보다 컸거나, 상기 스레쉬홀드들(308, 310)이 함께 보가 가까웠던 경우, 상기 노이즈(314)는 거짓 트리거링을 야기할 수 있었다.
이제 도 4를 참조하면, 네 개의 그래프들(400, 420, 440, 460)은 각기 네 개의 사인 곡선(sinusoid)들(402, 422, 442, 462)을 도시하며, 각 사인 곡선은 자기장 신호, 예를 들면, 도 2의 RDIFF 신호(136)의 다른 크기를 나타낸다.
그래프(400)에서, 가장 큰 RDIFF 신호(402)가 각기 상기 RDIFF 신호(402)의 정점간 값의 소정의 퍼센티지들, 예를 들면, 사십 퍼센트 및 육십 퍼센트에 있는 상부 및 하부 스레쉬홀드들(404a, 404b)과 함쎄 도시된다. 이들 스레쉬홀드들(404a, 404b)은 "퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역" 내에 사용된다.
그래프(420)에서, 상기 RDIFF 신호(422)는 보다 작지만, 여전히 상부 및 하부 스레쉬홀드들(424a, 424b)은 상기 RDIFF 신호(422)의 정점간 값의 동일한 소정의 퍼센티지들, 예를 들면, 사십 퍼센트 및 육십 퍼센트에 있다. 이들 스레쉬홀드들(424a, 424b)은 "퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역" 내에 사용된다.
그래프(440)에서, 상기 RDIFF 신호(442)는 여전히 보다 작고, 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들(444a, 444b)은 동일한 소정의 퍼센티지들에 있지 않다. 대신에, 이들은 상기 상부 스레쉬홀드 값(444a)과 상기 하부 스레쉬홀드 값(444b) 사이의 최소 분리(화살표 446)에 따라 값들에 남는다. 본질적으로, 상기 RDIFF 신호(442)가 여전히 보다 작아지면서, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들(444a, 444b)은 상기 화살표 446에 의해 표시되는 동일한 최소 분리를 갖는 동일한 위치에 머무르며, 이에 따라 상기 상부 스레쉬홀드 값(444a)은 상기 RDIFF 신호(442)의 정점간 값의 보다 큰 퍼센티지가 되고, 상기 하부 스레쉬홀드 값(444b)은 보다 낮은 퍼센티지가 된다. 이들 스레쉬홀드들은 "적응 퍼센티지 스레쉬홀드 동작 범위" 내에 사용된다.
그래프(560)에서, 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들(462a, 462b)은 상기 그래프(440)의 스레쉬홀드 값들(444a, 444b)과 실질적으로 동일하지만, RDIFF 신호(462)는 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들(464a, 464b)에 여전히 교차할 것인 가장 작은 RDIFF 신호(462)인 진폭 상에서 취해졌다. 이들 스레쉬홀드들은 "피크 스레쉬홀드 동작 범위" 내에 사용되고, 상기 그래프(440)의 "적응 스레쉬홀드 동작 범위"에 사용되는 스레쉬홀드들과 동일하다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들의 최소의 허용된 분리(예를 들면, 화살표 446)는 소정의 최소 분리, 또는 보다 정확하게는 최소 등가 전압 차이에 따른 분리가 될 수 있다. 일부 선택적인 실시예들에 있어서, 상기 최소의 허용된 분리(예를 들면, 화살표 446)는 노이즈 진폭 값, 예를 들면, 도 2의 노이즈 측정 모듈(190)에 의해 발생되는 노이즈 진폭 값(190a)에 따라 자기장 센서에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 최소 분리(예를 들면, 화살표 446)는 상기 노이즈 진폭의 소정의 표준 편차, 예를 들면, 상기 측정된 노이즈의 노이즈 진폭의 두 개의 표준 편차들에 따라 결정될 수 있다. 다른 인자들 또는 표준 편차들도 사용될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 스레쉬홀드 발생 모듈(500)의 예는 도 2의 스레쉬홀드 발생 모듈들(132, 174)의 각 하나와 동일하거나 유사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 디지털-아날로그 전환들 또는 아날로그-디지털 전환들은 도시되지 않지만, 이러한 전환은 아날로그 또는 디지털 회로 요소들 및 모듈들이 사용되는 지에 따라 추가될 수 있는 점이 분명해질 것이다.
상기 스레쉬홀드 발생 모듈(500)은 도 2의 PPEAK 신호 및 NPEAK 신호를 수신하도록 연결되는 피크-피크(P-P) 계산 모듈(502)을 포함할 수 있다. 상기 P-P 계산 모듈은 DIFF 신호, 예를 들면, 도 2의 RDIFF 신호(136) 또는 LDIFF 신호(158)의 정점간 진폭을 나타내는 P-P 값(502a)을 계산할 수 있다.
제1 스레쉬홀드 계산 모듈(504)은 상기 P-P 값(502a)을 수신하도록 연결되고, 도 2의 RPPEAK 및 RNPEAK 값들 또는 LPPEAK 및 LNPEAK 값들과 동일하거나 유사할 수 있는 PPEAK 값(510) 및 NPEAK 값(512)을 수신하도록 연결되며, 이들은 도 2의 RDIFF 또는 LDIFF 신호들(136, 158)의 양의 피크 값들 및 음의 피크 값들이 될 수 있다.
상기 제1 스레쉬홀드 계산 모듈(504)은 상기 PPEAK 값(510) 및 상기 NPEAK 값(512) 사이의 소정의 퍼센티지들로서 두 개의 계산된 스레쉬홀드 값들(504a, 504b)을 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 두 소정의 퍼센티지들은 약 육십 퍼센트 및 약 사십 퍼센트이다. 그러나, 다른 퍼센티지들이 이용될 수 있다.
스레쉬홀드 제한(threshold limiting) 모듈(508)은 상기 두 개의 계산된 스레쉬홀드 값들(504a, 504b)을 수신하도록 연결되고, 이들 두 개의 계산된 스레쉬홀드 값들(504a, 504b)의 하나를 스레쉬홀드 값들인 ThreshUpA(508a) 및 ThreshLowA(508b)로서 상기 스레쉬홀드 발생 모듈의 출력을 통과시키거나, 스레쉬홀드 제한 모듈(508)의 출력에서 상기 두 개의 스레쉬홀드 값들인 ThreshUpA(508a) 및 ThreshLowA(508b)를 제한하도록 구성된다. 상기 두 개의 스레쉬홀드 값들인 ThreshUpA(508a) 및 ThreshLowA(508b)의 제한은 도 7과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다. 그러나, 여기서는 상기 두 스레쉬홀드 값들인 ThreshUpA(508a) 및 ThreshLowA(508b)가 상기 두 스레쉬홀드 값들(504a, 504b) 사이의 차이가 소정의 스레쉬홀드 값 차이 이하로 가지 않을 수 있거나, 보다 정확하게는 소정의 등가 전압 아래의 분리를 가지지 않을 수 있도록 제한될 수 있는 것으로 기술하면 충분하다.
제2 스레쉬홀드 계산 모듈(506)은 상기 PPEAK 신호(510) 및 상기 NPEAK 신호(512)를 수신하도록 연결된다.
상기 제2 스레쉬홀드 계산 모듈(506)은 상기 PPEAK 및 NPEAK 값들(510, 512)로부터 각기 소정의 거리들로 두 스레쉬홀드 값들(506a, 506b)을 발생시키도록 구성된다. 상기 제2 스레쉬홀드 계산 모듈(506)은 스레쉬홀드들이 RDIFF 또는 LDIFF 신호(예를 들면, 도 2의 136, 158)의 피크들에 가까운 피크 검출기의 일부가 될 수 있는 점이 이해될 것이다.
선택적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 스레쉬홀드 계산 모듈(506)은 대신에 제2 스레쉬홀드 검출기로 될 수 있고, 상기 PPEAK 값(510)과 상기 NPEAK 값(512) 사이의 소정의 퍼센티지들로서 상기 두 스레쉬홀드 값들(506a, 506b)을 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 두 소정의 퍼센티지들은 약 구십 퍼센트 및 약 십 퍼센트이다. 그러나, 다른 퍼센티지들이 이용될 수 있다. 상기 제2 스레쉬홀드 계산 모듈(506)이 상기 RDIFF 또는 상기 LDIFF 신호(예를 들면, 도 2의 136, 158)의 피크들에 보다 가까운 스레쉬홀드 값들을 발생시킬 수 있는 점이 이해될 것이다.
이제 도 6을 참조하면, 스레쉬홀드 발생 모듈(600)의 다른 예는 도 2의 스레쉬홀드 발생 모듈들(132, 174)의 각 하나와 동일하거나 유사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 디지털-아날로그 전환들 또는 아날로그-디지털 전환들은 도시되지 않지만, 이러한 전환이 아날로그 또는 디지털 회로 요소들 및 모듈들이 사용되는 지에 따라 추가될 수 있는 점은 분명할 것이다.
정점간(P-P) 계산 모듈(602)은 도 5와 함께 앞서 설명한 정점간 계산 모듈(502)과 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 P-P 계산 모듈(602)은 전술한 P-P 값(502a)과 동일하거나 유사할 수 있는 정점간(P-P) 값(602a)을 발생시키도록 구성된다.
레지스터 래더(resistor ladder)(614)는 제1 단부에서 PPEAK 값(612)을 수신하고, 다른 단부에서 NPEAK 값(614)을 수신하도록 연결되며, 이들은 도 2의 RPPEAK 및 RNPEAK 값들 또는 LPPEAK 및 LNPEAK 값들과 동일하거나 유사할 수 있고, 도 2의 RDIFF 또는 LDIFF 신호들(136, 158)의 양의 피크 값들 및 음의 피크 값들을 나타낼 수 있다.
스위치 매트릭스 및 로직(switch matrix and logic) 모듈(608)은 상기 PPEAK 값(612) 및 상기 NPEAK 값(614)을 수신하도록 연결될 수 있고, 레지스터 디바이더(resistor divider)(614)의 탭(tap)들로부터 복수의 신호 값들(606)을 수신하도록 연결될 수 있으며, 상기 P-P 값(602a)을 수신하도록 연결될 수 있다.
상기 스위치 매트릭스 및 로직 모듈(608)은 상기 PPEAK 값(612)과 상기 NPEAK 값(614) 사이의 소정의 퍼센티지들로서 두 개의 계산된 스레쉬홀드 값들(608a, 608b)을 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 두 소정의 퍼센티지들은 약 육십 퍼센트 및 약 사십 퍼센트이다. 상기 레지스터 디바이더(614)의 탭들의 선택, 즉 상기 신호 값들(606) 중에서 선택이 이를 위해 이용될 수 있다. 그러나, 다른 퍼센티지들이 이용될 수 있다.
스레쉬홀드 제한 모듈(610)은 도 5와 함께 앞서 설명한 스레쉬홀드 제한 모듈(508)과 동일하거나 유사하다.
도 5의 ThreshUpB(506a) 및 ThreshLowB(506b)와 비교될 수 있는 다른 스레쉬홀드 값들(614a, 614b)이 상기 레지스터 디바이더(614)의 탭들로부터 직접 떨어져 발생될 수 있고, 이는 예를 들면, 상기 DIFF 신호, 예를 들면 도 2의 RDIFF 또는 LDIFF 신호들(136, 158)의 정점간 전압의 구십 퍼센트 및 십 퍼센트에서 스레쉬홀드 전압들을 발생시킨다.
도 7 및 도 13이 도 1 및 도 8의 자기장 센서들 내에 구현될 수 있는 다음의 고려되는 기술에 상응하는 흐름도들을 도시하는 점이 이해되어야 한다. 여기서 "처리 블록들"로 나타낸 사각형의 요소들은 컴퓨터 소프트웨어 명령들이나 명령들의 그룹들을 나타낸다. 여기서 "판단 블록들"로 표시된 다이아몬드 형상의 요소들은 상기 처리 블록들에 의해 나타나는 컴퓨터 소프트웨어 명령들의 실행에 영향을 미치는 컴퓨터 소프트웨어 명령들이나 명령들의 그룹들을 나타낸다.
선택적으로, 상기 처리 및 판단 블록들은 디지털 신호 프로세서 회로 또는 응용 주문형 집적회로(ASIC)와 같은 기능적으로 동등한 회로들에 의해 수행되는 단계들을 나타낸다. 상기 흐름도들은 어떤 특정한 프로그래밍 언어의 문법을 도시하지는 않는다. 오히려, 상기 흐름도들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 요구하는 회로들을 제조하거나 특정 장치의 처리 요구를 수행하기 위한 컴퓨터 소프트웨어를 생성하는 것을 요구하는 기능적 정보를 예시한다. 루프들 및 변수들의 초기화 및 임시 변수들의 사용과 같은 많은 통상적인 프로그램 요소들이 도시되지 않는 점에 유의해야 한다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 여기에 다르게 기재되지 않는 한, 설명되는 블록들의 특정 순서가 단지 예시적이며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 변화될 수 있는 점을 이해할 것이다. 따라서, 다르게 기재되지 않는 한, 다음에 설명되는 블록들은 가능할 때에 상기 단계들이 임의의 편리하거나 바람직한 순서로 수행될 수 있는 것을 의미하도록 순서가 정해지지 않는다.
이제 도 7을 참조하면, 프로세스(700)는 도 2의 스레쉬홀드 발생 모듈들에 의해서와 도 5 및 도 5의 제1 스레쉬홀드 발생 모듈들(500, 600)에 의해 각기 사용될 수 있다. 블록 702에서, DIFF 신호의 양의 및 음의 피크들이 확인되고, 대응되는 피크 값들이 발생된다. 상기 값들은 전술한 도 2, 도 5 및 도 6의 PPEAK 및 NPEAK 값들에 대응된다.
블록 704에서, 상기 DIFF 신호의 정점간 진폭이, 예를 들면 도 5 및 도 6의 P-P 계산 모듈들(502, 602)에 의해 각기 계산된다.
블록 706에서, 상기 PPEAK 값, 상기 NPEAK 값 및 상기 계산된 P-P 값을 이용하여, 상부 및 하부 스레쉬홀드들이, 예를 들면, 도 2의 스레쉬홀드 발생 모듈들(132, 174)에 의해, 도 5의 스레쉬홀드 계산 모듈(504)에 의해, 또는 도 6의 스위치 매트릭스 및 로직 모듈(608)에 의해 계산된다. 상기 계산된 스레쉬홀드 값들은 도 3의 스레쉬홀드 값들(308, 310) 및 도 4의 스레쉬홀드 값들(404a, 404b, 424a, 424b)로서 나타난다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두 스레쉬홀드 값들은 상기 정점간 값의 약 육십 퍼센트 및 약 사십 퍼센트에 있고, 상기 PPEAK 및 NPEAK 값들 사이의 중앙값에 대해 대칭이다.
블록 708에서, 차이가, 예를 들면, 블록 706에서 계산된 전술한 계산된 스레쉬홀드 값들 사이에서 도 5 및 도 6의 스레쉬홀드 제한 모듈들에 의해 계산된다.
블록 710에서, 전술한 계산된 스레쉬홀드 값들 사이의 위의 차이가 시스템 노이즈의 레벨보다 큰 지가 판단된다. 일부 실시예들에 있어서, 시스템 노이즈의 레벨은 시스템 노이즈의 소정의 레벨이다. 다른 실시예들에 있어서, 시스템 노이즈의 레벨은 도 2의 노이즈 측정 모듈들(190, 192)과 함께 앞서 설명한 시스템 노이즈의 측정되고 계산된 레벨이다.
전술한 계산된 스레쉬홀드 값들 사이의 차이가 상기 시스템 노이즈의 레벨(소정의 또는 계산된) 보다 클 경우, 그러면 상기 두 스레쉬홀드 값들은 시스템 노이즈가 상기 스레쉬홀드들을 이용하는 비교기들의 거질 트리거링을 야기하지 않을 수 있도록 충분히 떨어진다.
상기 차이가 충분히 큰 경우, 그러면 블록 714에서, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들, 예를 들면, 도 2의 ThreshUpA(133b) 및 ThreshLowA(133c)가 블록 706에서 계산되는 상기 계산된 상부 및 하부 스레쉬홀드 값들과 동일하게 설정된다. 이들 스레쉬홀드들은 도 4의 패널들의 좌측 내의 퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역들에 이용된다.
전술한 계산된 스레쉬홀드 값들 사이의 차이가 상기 시스템 노이즈의 레벨(소정의 또는 계산된) 보다 크지 않을 경우, 그러면 블록 712에서, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들, 즉 ThreshUpA 및 ThreshLowA가 소정의 레벨 또는 상기 노이즈 레벨로부터의 소정의 거리와 동일하고, 상기 DIFF 신호의 양의 및 음의 피크들, 즉 PPEAK 값 및 NPEAK 값들 사이에 중심을 두도록 설정된다. 이들 스레쉬홀드들은 도 4의 그래프들(440, 460)에서 설명한 상기 적응 퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역 및 상기 피크 스레쉬홀드 동작 영역 내에 각기 이용된다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 적응 퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역 및 상기 피크 스레쉬홀드 동작 영역 내에서, 상기 상부 및 하부 스레쉬홀드들은 양의 및 음의 피크들 사이에 중심을 두지 않는다. 예를 들면, 상기 스레쉬홀드들의 하나는 상기 퍼센티지 스레쉬홀드 동작 영역 내에서 결정된 값에 유지될 수 있고, 다른 하나의 스레쉬홀드는 그로부터 떨어진 소정의 거리에 설정될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 자기장 센서(802)는 2013년 5월 28일에 등록된 미국 특허 제8,450,996호의 도 1과 함께 기재된 바와 실질적으로 유사하다. 상기 자기장 센서(802)는 도 1의 자기장 센서(10)와 전자적 구성에서 다르다.
상기 자기장 센서(802)는 세 자기장 센싱 요소들(804a-804c)을 포함하며, 이들은 각기 그 톱니(800a)가 단지 하나의 예인 회전하는 기어(800)의 통과하는 톱니들에 반응하여 각각의 자기장 센싱 요소 신호를 발생시키도록 구성된다. 모션 센서(motion sensor)(802)도 우측 채널 증폭기(806) 및 좌측 채널 증폭기(822)를 포함한다. "우측" 및 "좌측"이라는 용어들은 임의의 식별자들이며, 이들은 우측 채널 및 좌측 채널에 기여하는 상기 자기장 센싱 요소들의 다른 물리적인 위치들을 나타낸다.
상기 모션 센서(802)는 원치 않는 DC 오프셋들을 제거하고, 조정 가능한 이득들을 상기 증폭기들(806, 822)에 의해 각기 제공되는 신호들(806a, 822a)에 제공하는 오프셋 및 이득 조정 회로들(808, 824)을 포함할 수 있다. 상기 오프셋 및 이득 조정 회로들(808, 824)은 각기 R_DIFF 신호(808a) 및 L_DIFF 신호(824a)를 발생시킨다. 일부 선택적인 실시예들에 있어서, 상기 모션 센서(802)는 오프셋 또는 이득 조정 회로들만을 포함한다.
상기 오프셋 및 이득 조정 회로들(808, 824)은 여기에 상세하게 설명되지는 않는다. 그러나, 상기 오프셋 및 이득 조정 회로들(808, 824)은 2006년 11월 21에 출원되었고, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제7,138,793호에 기재된 유형이 될 수 있다.
상기 R_DIFF 신호(808a) 및 상기 L_DIFF 신호(824a)는 여기서 자기장 신호들로 언급되며, 이들은 상기 자기장 센싱 요소들(804a-804c)에 의해 감지되는 자기장들에 반응한다. 상기 R_DIFF 신호(808a)는 상기 자기장 센싱 요소들(804a, 804b)에 의해 겪는 자기장을 나타내고, 상기 L_DIFF 신호(824a)는 상기 자기장 센싱 요소들(804b, 804c)에 의해 겪는 자기장을 나타낸다.
상기 모션 센서(802)는 상기 R_DIFF 신호(808a)를 수신하도록 연결되고, 우측 채널 디지털 DIFF 신호인 R_DDIFF(810a)를 발생시키도록 구성되는 아날로그--디지털 컨버터(ADC)(810)를 포함할 수 있다. 다른 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(826)는 상기 L_DIFF 신호(824a)를 수신하도록 연결되고, 좌측 채널 디지털 DIFF 신호인 L_DDIFF(826a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 R_DDIFF 신호(810a) 및 상기 L_DDIFF 신호(826a)는 또한 여기서 자기장 신호들로 언급된다.
상기 모션 센서(802)는 상기 R_DDIFF 신호(810a)를 수신하도록 연결되고, 상기 R_DDIFF 신호(810a)와 관련되는 복수의 상태들을 나타내는 우측 채널 상태 신호인 R_STATE_SM을 포함하는 복수의 신호들을 발생시키도록 구성되는 제1 상태 프로세서(812)를 포함할 수 있으며, 여기서 각 상태는 상기 R_DDIFF 신호(810a)가 각각의 시한 동안에 떨어지는 신호 값들의 범위를 나타낸다.
상기 제1 상태 프로세서(812)는 또한 R_POSCOMP 신호(812a)를 발생시키도록 구성되며, 이는 다음의 논의로부터 상기 R_STATE_SM 신호의 소정의 상태들에 따라 상태 전환들을 갖는 두 상태 신호로 이해될 것이다.
유사하게, 상기 모션 센서(802)는 상기 L_DDIFF 신호(826a)를 수신하도록 연결되고, 상기 L_DDIFF 신호(826a)와 관련되는 복수의 상태들을 나타내는 좌측 채널 상태 신호인 L_STATE_SM을 포함하는 복수의 신호들을 발생시키도록 구성되는 제2 상태 프로세서(828)를 포함할 수 있으며, 여기서 각 상태는 상기 L_DDIFF 신호(826a)가 각각의 시한 동안에 떨어지는 신호 값들의 범위를 나타낸다.
상기 제2 상태 프로세서(828)는 또한 L_POSCOMP 신호(828a)를 발생시키도록 구성되며, 이는 다음의 논의로부터 상기 L_STATE_SM 신호의 소정의 상태들에 따라 상태 전환들을 갖는 두 상태 신호로 이해될 것이다.
신호 상태들은 다음에 도 10 및 도 11과 함께 보다 상세하게 설명된다.
상기 상태 프로세서들(812, 828)은 또한 R_STATE_PEAK 신호 및 L_STATE_PEAK 신호를 각기 발생시키도록 구성되며, 이는 도 10 및 도 11과 함께 다음에 더 설명되고, 이들은 상기 R_STATE_SM 및 L_STATE_SM 신호들과 유사하지만, 상태들 사이에 감소된 양의 바람직하지 않은 채터(chatter)를 가지는 신호들이다.
상기 상태 프로세서들(812, 828)은 또한 R_PPEAK 신호 및 L_PPEAK 신호를 각기 발생시키도록 구성되며, 이는 도 10과 함께 다음에 더 설명되고, 이들은 각기 상기 R_DDIFF 신호 및 상기 L_DDIFF 신호의 양의 피크들의 크기들을 나타내는 신호들이다.
상기 상태 프로세서들(812, 828)은 또한 R_NPEAK 신호 및 L_NPEAK 신호를 각기 발생시키도록 구성되며, 이는 도 10과 함께 다음에 더 설명되고, 이들은 각기 상기 R_DDIFF 신호 및 상기 L_DDIFF 신호의 음의 피크들의 크기들을 나타내는 신호들이다.
상기 상태 프로세서들(812, 828)응 또한 R_POSCOMP_PK 신호 및 L_POSCOMP_PK 신호를 각기 발생시키도록 구성되며, 이는 도 10 및 도 11과 함께 다음에 더 설명되고, 이들은 상기 R_POSCOMP 및 L_POSCOMP 신호들(812a, 828a)과 유사하지만 다른 타이밍을 갖는 신호들이다.
상기 모션 센서(802)는 상기 R_POSCOMP 신호(812a), 상기 L_POSCOMP 신호(828a), 상기 R_STATE_SM 신호, 상기 L_STATE_SM 신호, 상기 R_STATE_PEAK 신호, 상기 L_STATE_PEAK 신호, 상기 R_PPEAK 신호, 상기 L_PPEAK 신호, 상기 R_NPEAK 신호, 상기 L_NPEAK 신호, 상기 R_POSCOMP_PK 신호, 그리고 상기 L_POSCOMP_PK 신호를 수신하도록 연결되는 진동 프로세서(816)를 포함할 수 있다.
상기 진동 프로세서(816)는 또한 우측 및 좌측 채널 자동 이득 제어 신호들(814d, 814f)의 값들을 각기 나타내는 R_AGC 신호(814a) 및 L_AGC 신호(814b)를 수신하도록 연결된다. 상기 진동 프로세서(816)는 하나 또는 그 이상의 FLAG 신호들(이진수 표시자들)(816a) 및 진폭 차이 FLAG 신호(AMP_DIFF_FLAG 신호)(816b)를 발생시키도록 구성되며, 이들은 각기 상기 물체(800)의 진동을 나타낼 수 있거나, 상기 물체(800)의 진동이 없는 것을 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 진동 프로세서(816)는 둘 또는 그 이상의 진동 서브-프로세서들을 포함할 수 있고, 이들은 각기 진동을 검출할 수 있고, 각기 상기 FLAG 신호들(816a, 816b)에 기여할 수 있다. 예를 들면, 각 하나는 하나 또는 그 이상의 진동 비트(bit)들에 기여하고, 각기 진동을 나타낸다. 상기 진동 프로세서(816)는 여기서는 더 설명하지 않지만, 2013년 5월 28일에 등록된 미국 특허 제8,450,996호의 주제이다.
상기 자기장 센서(802)는 또한 여기서 함께 AOA/AGC 프로세서(814)로 언급되는 자동 이득 제어(AGC) 프로세서(814)와 함께 자동 오프셋 조정(AOA) 프로세서(814)를 포함할 수 있다. 상기 AOA/AGC 프로세서(814)는 상기 R_DDIFF 신호(810a), 상기 L_DDIFF 신호(826a) 및 상기 진폭 차이 FLAG 신호인 AMP_DIFF_FLAG(816b)를 수신하도록 연결된다. 상기 AOA/AGC 프로세서(814)는 오프셋 및 이득 조정 모듈들(808, 824)의 이득 및 오프셋을 제어하기 위해 우측 및 좌측 채널 이득 제어 신호들(814d, 814f)과 우측 및 좌측 채널 오프셋 제어 신호들(814c, 814e)도 각기 발생시키도록 구성된다. 상기 AOA/AGC 프로세서(814)는 또한 신호들 R_AGC 및 L_AGC(814a, 814b)을 각기 발생시키도록 구성되며, 이들은 각기 상기 이득 제어 신호들(814d, 814f)을 나타내는 신호들이다. 일부 선택적인 실시예들에 있어서, 상기 AOA/AGC 프로세서(814)는 대신에 AOA 프로세서 또는 AGC 프로세서만이 된다.
상기 모션 센서(802)는 상기 R_POSCOMP 신호(812a), 상기 L_POSCOMP 신호(828a) 및 상기 FLAG 신호들(816a)을 수신하도록 연결되는 출력 프로토콜 프로세서(818)를 포함할 수 있다. 상기 출력 프로토콜 프로세서(818)는 상기 기어(800)의 운동(회전)을 나타내고, 또한 상기 자기장 센싱 요소들(804a-804c) 및/또는 상기 기어(802)의 하나 또는 그 이상의 진동을 나타내는 모션 신호(818a)를 발생시키도록 구성된다.
상기 출력 프로토콜 프로세서(818)는 상기 모션 신호(818a)를 발생시키기 위해 상기 R_POSCOMP 신호(812a), 상기 L_POSCOMP 신호(828a) 및 상기 FLAG 신호(816a)를 처리하도록 구성되는 방향 확인(direction validation) 프로세서(820)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 모션 신호(818a)는 상기 기어(800)의 회전의 속도와 관련된 주파수를 가지며, 상기 기어(800)의 회전의 방향을 나타내는 두 펄스 폭들의 선택된 하나를 갖는 단일 비트 디지털 2진 신호이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 모션 신호(818a)는 상기 FLAG 신호(816a)가 상기 물체(800)의 진동을 나타낼 때에 블랭크(blank)된다(즉, 비활성으로 된다). 일부 실시예들에 있어서, 상기 모션 센서(802)의 첫 번째 동력 인가에 따라, 상기 모션 신호(818a)는 유효 시간까지 블랭크 되고(또는 그렇지 않으면 회전들의 방향을 나타내지 않고), 그 후에 활성화된다. 상기 유효 시간의 확인은 여기서 더 설명하지 않지만, 2013년 5월 28일에 등록된 미국 특허 제8,450,996호의 주제이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 모션 신호(818a)는 다른 방식들로 상기 기어(800)의 회전의 측면들을 나타낼 수 있으며, 전술한 진동이 다른 방식들로 나타내어 질 수 있다.
다른 프로토콜들을 갖는 예시적인 출력 신호들은 2014년 1월 7일에 등록된 미국 특허 제8,624,588호, 2004년 11월 9일에 등록된 미국 특허 제6,815,944호 및 2006년 4월 11일에 등록된 미국 특허 제7,026,808호에 기재되어 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 모션 센서(802)는 전자 구성 요소들, 예를 들면, 게이트들을 갖는 주문 제작 전자 장치로 구성되고, 전술한 다양한 프로세서들 및 모듈들과 후술하는 다양한 프로세스들을 구현하도록 구성된다. 일부 다른 실시예들에 있어서, 상기 모션 센서(802)는 중앙 처리 장치(832) 및 메모리(830)(컴퓨터 판독 가능한 기록 매체), 예를 들면, 프로그램 메모리로 구성되는 구조를 가지며, 전술한 다양한 프로세서들 및 모듈들과 후술하는 다양한 프로세스들을 구현하도록 구성된다.
자석(85)은 세 자기장 센싱 요소들(804a, 804b, 804c)의 백 바이어싱을 제공할 수 있다. 상기 두 상태 프로세서들(882, 828)은 여기서는 도 1에 도시된 자기장 센서와 다른 유형의 자기장 센서를 가져올 수 있다.
도 9와 함께 후술하는 바와 같이, 상기 상태 프로세서들(882, 828)은 미국 특허 제8,450,996호에 기재되지 않은 특성들을 가진다.
우측 및 좌측 채널 자동 이득 제어들(808, 824)이 도시되지만, 다른 실시예들에서, 상기 우측 및 좌측 채널들은 고정된 이득들을 가진다. 그러나, 자동 이득 제어들을 이용하는 실시예들에 대해서도, 상기 자동 이득 제어들이 작은 자기장 신호들에 대해, 즉 작은 자기장 신호들(806a, 822a)에 대해 구현되는 최대 이득을 가지는 점 또한 이해되어야 한다. 상기 자동 이득 제어들이 최대 이득을 구현하게 하는 경우 보다 작은 자기장 신호들에 대해, 도 2의 회전 검출기들(100)로 상기 DIFF 신호들인 R_DIFF(808a) 및 L_DIFF(824a)가 다양한 비교기들(116, 138, 160, 180)에서 스레쉬홀드들을 비교할 수 있는 도 2의 회전 검출기들(100)로 상기 자동 이득 제어가 증가될 수 있는 경우보다 작은 진폭들을 가질 수 있다. 또한, 상기 자동 이득 제어들의 최대 이득에서, 시스템 전기적 노이즈가 최대에 도달된다.
이제 도 9를 참조하면, 상태 프로세서(950)는 도 8의 상태 프로세서들(812, 828)의 하나와 동일하거나 유사하다. 상기 상태 프로세서(950)는 미국 특허 제8,450,996호의 도 2와 함께 기재된 경우와 실질적으로 유사하다.
상기 상태 프로세서(950)는 도 8의 상태 프로세서들(812, 828)의 하나와 동일하거나 유사할 수 있지만, 여기서는 도 8의 좌측 또는 우측 채널들의 하나만에 대해 도시된다. 상기 상태 프로세서(950)는 DDIFF 신호(952)를 수신하도록 연결되며, 이는 도 8의 R_DDIFF 신호(810a) 또는 L_DDIFF 신호(826a)와 동일하거나 유사할 수 있다. 도 9에서, 상기 상태 프로세서(950)가 상기 우측 및 좌측 채널들에서 동일할 수 있기 때문에 상기 우측 및 좌측 채널 지정들(R 및 L)이 생략된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 상태 프로세서(950)는 상기 DDIFF 신호(952)를 수신하도록 연결되고, 보간된 디지털 DIFF 신호(IDDIFF)(954a)를 발생시키도록 구성되는 보간 및 필터링(interpolation and filtering) 모듈(954)을 포함할 수 있다. 상기 보간 및 필터링은 상기 DDIFF 신호(952) 보다 높은 해상도 및 샘플링 속도를 갖는 상기 IDDIFF 신호(954a)를 야기하도록 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 DDIFF 신호(952)는 초 당 약 삼십만 샘플들의 샘플 속도를 가지며, 각 샘플은 9비트 워드이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 IDDIFF 신호(954a)는 초당 약 2.7백만 샘플들의 샘플 속도(상기 DDIFF 속도의 9배)를 가지며, 각 샘플은 9비트 워드이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 보간 및 필터 모듈(954)은 다음의 전달 함수에 대해 1-z-9, 1-z-9, x9, 1/(1-z-1), 1/(1-z-1) 및 1/81의 단계들을 구비하는 6단계 CIC(cascaded integrator comb)(2계 CIC) 보간 필터를 수행한다.:
[1-2z-9＋z-18]/[81(1-2z-1＋z-2)]
다른 유형들의 보간 및 필터 모듈들, 예를 들면, 선형 보간 필터, 이차 보간 필터 또는 지수 보간 필터도 사용될 수 있다.
상기 상태 프로세서(950)는 제1 로직 회로(956)의 컨트롤 하에서 유지하거나, 합산하거나, 감산할 수 있는 PPEAK 레지스터(958)(일부 실시예들에서, 카운터가 될 수 있다)를 포함할 수 있다. 상기 제1 로직 회로(956)는 POSCOMP 신호(982a)(도 8의 R_POSCOMP 신호(812a) 또는 L_POSCOMP 신호(828a)와 동일하거나 유사할 수 있다)에 반응하고, 비교기(964)에 의해 발생되는 비교기 출력 신호(964a)에 반응한다. 상기 PPEAK 레지스터(958)는 상기 IDDIFF 신호(954a)의 양의 피크들을 추적하는 PPEAK 신호(958a)에 기여하는 값들을 유지한다.
유사하게, 상기 상태 프로세서(950)는 제2 로직 회로(962)의 컨트롤 하에서 유지하거나, 합산하거나, 감산할 수 있는 NPEAK 레지스터(960)(일부 실시예들에서, 카운터가 될 수 있다)를 포함한다. 상기 제2 로직 회로(962)는 상기 POSCOMP 신호(982a)에 반응하고, 비교기(966)에 의해 발생되는 비교기 출력 신호(966a)에 반응한다. 상기 NPEAK 레지스터(960) 상기 IDDIFF 신호(954a)의 음의 피크들을 추적하는 NPEAK 신호(960a)에 기여하는 값들을 유지한다. 비교기들(964, 966)은 디지털 신호들을 수신하도록 연결되고, 디지털 출력 신호들을 발생시키도록 구성되는 디지털 비교기들이 될 수 있다.
상기 PPEAK 신호(958a) 및 상기 NPEAK 신호(960a)의 발생은 도 10과 함께 다음에 더 설명된다. 그러나, 여기서는 상기 PPEAK 신호(958a) 및 상기 NPEAK 신호(960a)가 디지털 신호들이며, 여기서 상기 PPEAK 신호(958a)와 상기 NPEAK 신호(960a) 사이의 차이가 상기 TIFF 신호(954a)의 정점간 진폭을 나타내는 것으로 기술하면 충분하다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 상기 PPEAK 신호(958a) 및 상기 NPEAK 신호(960a)를 수신하도록 연결되는 디지털 스레쉬홀드 발생기(generator)(968)를 포함할 수 있다. STATE FLAGS 신호(980a)의 컨트롤 하에서, 상기 디지털 스레쉬홀드 발생기(968)는 상기 IDDIFF 신호(954a)의 정점간 진폭의 결정된 퍼센티지들인 선택된 스레쉬홀드 신호들(968a, 968b)를 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, 하나의 시한 동안, 상기 스레쉬홀드 신호들(968a, 968b)은 각기 상기 IDDIFF 신호(954a)의 정점간 진폭의 39.25% 및 37.50% 부근이 될 수 있다.
상기 두 스레쉬홀드 신호들(968a, 968b)(THRESH_A 및 THRESH_B로도 언급된다)은 디지털 비교기들인 비교기들(972, 970)에 의해 각기 수신된다. 상기 비교기들(970, 972)은 또한 상기 IDDIFF 신호(954a)를 수신하도록 연결된다. 상기 비교기(970)는 COMP_B 비교 신호(970a)를 발생시키도록 구성되고, 상기 비교기(972)는 COMP_A 비교 신호(972a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 비교기들(970, 972)이 윈도우 비교기로서 동작하고, 상기 IDDIFF 신호(954a)가 상기 스레쉬홀드들인 THRESH_A(968a) 및 THRESH_B(968b) 사이에 있을 경우에 상기 신호들(970a, 972a)로부터 추론될 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 THRESH_A 및 THRESH_B 신호들(968a, 968b)은 열여섯 쌍들의 값들(980b)의 하나로 선택되는 쌍의 디지털 값들을 나타낸다. 이에 따라, 시간의 임의의 순강에서, 상기 비교기들(970, 972)은 상기 IDDIFF 신호(954a)가 머무르는 값들(980b)의 열여섯 개의 범위들을 식별할 수 있다. 상기 범위들(980b)은 또한 여기서 상기 IDDIFF 신호(954a)의 상태들(또는 대응되는 DIFF 또는 DDIFF 신호들의 상태들)로 언급된다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 상기 COMP_A 및 COMP_B 신호들(972a, 970a)을 각기 수신하도록 연결되는 상태 로직 모듈(974)을 포함할 수 있다. 상기 상태 로직 모듈(974)의 동작은 도 10 및 도 11과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 여기서는 상기 상태 로직 모듈(974)이 앞서 설명한 COMP_A 및 COMP_B 신호들(972a, 970a)과 관련되는 상태 정보를 디코드하고, 4-비트 STATE_SM 신호(974a)를 제공하는 것으로 기술하면 충분하다. 상기 STATE_SM 신호(974a)는 상태들, 즉, 상기 IDDIFF 신호(954a)이 통해 진행되는 범위들을 나타낸다.
상기 상태 로직 모듈(974)은 STATE_SM 레지스터(988)에 연결되는 상태 로직 프로세서(986)를 포함할 수 있고, 이는 상기 STATE_SM 신호(974a)의 값들(예를 들면, 계속하여 한 번에 하나의 값)을 유지하도록 구성된다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 도 10 및 도 11과 함께 다음에 보다 상세하게 설명하는 상기 STATE_SM 신호(974a) 및 POSCOMP_PK 신호(978)를 수신하도록 연결되는 상태 피크 로직 모듈(976)을 포함할 수 있다. 상기 상태 피크 로직 모듈(976)은 상기 STATE_SM 신호(974a)와 유사한 STATE_PEAK 신호(976a)를 발생시키도록 구성되지만, 보다 덜한 전환 에러들(즉, 덜한 채터)로 전환들을 가진다. 상기 전환 에러들은 도 10 및 도 11과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.
상기 상태 피크 로직 모듈(976)은 상기 STATE_PEAK 신호(976a)의 값들을 유지하도록 구성되는 STATE_PEAK 레지스터(992)에 연결되는 상태 피크 로직 프로세서(990)를 포함할 수 있다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 상기 STATE_SM 신호(974a)를 수신하도록 연결되는 4:16 디코더(decoder)(980)를 포함할 수 있다. 상기 The 4:16 디코더(980)는 도시된 바와 같이 열여섯의 컨트롤 신호들의 하나, 즉 STATE FLAGS(980a)를 제공하도록 구성된다. 상기 플래그들의 각각의 하나는 복수의 진폭 범위들(980b) 중에서 특정 진폭 범위를 나타낸다. 상기 진폭 범위들(980b)은 상기 IDDIFF 신호(954a)의 정점간 범위의 퍼센티지들로서 표현된다.
특정 진폭 범위들(980b)이 도시되지만, 상기 진폭 범위들이 도시된 경우들과 다를 수 있고, 선형으로 구성될 필요가 없는 점이 이해될 것이다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 상기 STATE_SM 신호(974a)를 수신하도록 연결되고, 상기 STATE_SM 신호(974a) 내의 상태 전환들의 특정한 것들의 시간들에서 전환들을 갖는 상기 POSCOMP 신호(982a)를 발생시키도록 구성되는 디코더(982)를 포함할 수 있다.
상기 상태 프로세서(950)는 또한 상기 상태 로직 모듈과 상기 상태 프로세서(950) 내의 다른 프로세서들 및 모듈들을 클록하는 클록 신호인 CLK(984a)을 제공하는 클록 발생기 회로(984)를 포함할 수 있다.
상기 상태 프로세서(950)는 DIFF 또는 IDIFF 신호의 양의 피크들의 진폭들을 나타내는 값들을 갖는 상기 PPEAK 신호(958a)를 발생시키도록 동작할 수 있고, 또한 상기 DIFF 또는 상기 IDIFF 신호의 음의 피크들의 진폭들을 나타내는 값들을 갖는 상기 NPEAK 신호(960a)를 발생시키도록 구성될 수 있는 회로부를 포함한다.
미국 특허 제8,450,996호와는 달리, 상기 상태 프로세서(950)는 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(957)을 포함할 수 있고, 이는 다음의 신호들과 함께 또는 이들이 없이 상부 스레쉬홀드 신호인 ThreshUpA(957a), 하부 스레쉬홀드 신호인 ThreshLowA(957b)를 발생시킨다. 제1 상부 상태 신호인 StateUpB(957c), 제1 하부 상태 신호인 StateLowB(957d), 제2 상부 상태 신호인 StateUpC(957e) 그리고 제2 하부 상태 신호인 StateLowC(957f).
상기 두 스레쉬홀드 신호들(957a, 957b)은 상기 디지털 스레쉬홀드 발생기(968)에 의해 사용될 수 있다. 상기 두 제1 상태 신호들(957c, 957d)은 상기 디코더(982)에 의해 사용될 수 있다. 상기 두 제2 상태 신호들(957e, 957f)은 상기 상태 피크 로직 프로세서에 의해 사용될 수 있다(커플링들을 도시되지 않음).
상기 스레쉬홀드 신호들(957a, 957b)의 동작은 도 10-도 13과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다. 상기 상태 신호들의 동작 또한 도 10-도 13과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다.
또한, 미국 특허 제8,450,996호에 기재되지 않았지만, 상기 상태 프로세서(950)는 또한 도 2의 노이즈 측정 모듈들(190, 192)의 하나와 동일하거나 유사할 수 있는 노이즈 측정 모듈(955)을 포함할 수 있다.
이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 그래프들은 미국 특허 제8,450,996호의 도 7 및 도 7A와 유사하며, 거기에 보다 상세하게 설명되어 있다. 사인파(1072)는 도 9의 IDIFF 신호들의 DDIFF를 나타낸다.
도 10에서, 그래프(1070)는 볼트로 전압의 단위를 나타낸 수직축 및 시간의 임의의 단위들로 크기를 나타낸 수평축을 가진다. 신호(1072)는 DIFF 신호, 예를 들면, 도 8의 R_DIFF 신호(808a) 또는 L_DIFF 신호(824a)의 하나를 나타낸다. 상기 신호(1072)는 또한 DDIFF 신호, 예를 들면, 도 8의 R_DDIFF 신호(810a) 또는 L_DDIFF 신호(826a)의 하나이지만, 아날로그 형태로 나타낸다. 상기 신호(1072)는 또한 도 9의 IDDIFF 신호(954a)를 나타낼 수 있다.
상기 신호(1072)는 그 상태들(1074a, 1074b)이 나타내는 STATE0 내지 STATE15로 식별되는 복수의 상태들을 통과한다. 각 상태는 값들의 범위들을 나타내며, 이는 DIFF 신호(아날로그 신호)와 관련하여 값들의 아날로그 범위를 나타내고, DDIFF 신호(디지털 신호) 값들의 디지털 범위를 나타내며, IDDIFF 신호(디지털 신호)와 관련하여 또한 값들의 디지털 범위를 나타낸다. 상기 값들의 디지털 범위들은 결국 상기 DIFF 신호의 값들의 아날로그 범위들을 나타낸다.
STATE0 내지 STATE15와 관련되는 값들의 예시적인 범위들(상기 DIFF 신호, DDIFF 신호 또는 IDDIFF 신호의 정점간 범위의 퍼센티지들 내의)은 도 9의 요소(980b)로서 확인된다.
상태 신호(1094)는 도 9의 STATE_SM 신호(974a)와 동일하거나 유사한 상기 DIFF 신호가 시간에 따라 나누어지는 상태들을 나타낸다. 따라서, 상기 DIFF 신호(1072)는 도시된 바와 같이 일부 시간들에서 STATE0 내에, 다른 시간들에서 STATE1 내에 등과 같이 있다. 상기 DIFF 신호(1072)의 양의 피크인 STATE15에서 구현되고, 요소(1094a)로 확인되는 점이 이해될 것이다. 상기 DIFF 신호(1072)는 STATE15(1094a)에서 라인 상부에 계속될 수 있고, 상기 DIFF 신호(1072)는 상기 DIFF 신호가 STATE15(1094a) 아래로 떨어질 때까지 상기 STATE15(1094a) 내에 여전히 있다.
영역들(1076a, 1076b)을 갖는 신호(1076)는 도 9의 PPEAK 신호(958a)를 나타낸다. 영역들(1078a, 1078b)을 포함하는 신호(1078)는 도 9의 NPEAK 신호(960a)를 나타낸다. 상기 PPEAK 신호(1076)는 대체로 상기 DIFF 신호(1072)의 양의 피크의 진폭을 나타내는 값(변화를 겪는)을 유지한다. 상기 NPEAK 신호(1078)는 대체로 상기 DIFF 신호(1072)의 음의 피크의 진폭을 나타내는 값(변화를 겪는)을 유지한다.
상기 영역들(1076a, 1076b)은 도 9의 로직(956) 및 비교기(964)에 의해 상기 PPEAK 신호(1076) 카운트들 또는 그렇지 않으면 전환들이 상기 DIFF 신호(1072)를 다시 획득하도록 하향되고, 이후에 카운트들 또는 그렇지 않으면 전환들이 상기 DIFF 신호(1072)의 양의 피크를 얻도록 다시 상향되는 시간들을 나타낸다. 유사하게, 상기 영역들(1078a, 1078b)은 도 9의 로직(962) 및 비교기(966)의 동작에 의해 상기 NPEAK 신호(1078) 카운트들 또는 그렇지 않으면 전환들이 상기 DIFF 신호(1072)를 다시 획득하도록 하향되고, 이후에 카운트들 또는 그렇지 않으면 전환들이 상기 DIFF 신호(1072)의 음의 피크를 얻도록 다시 상향되는 시간들을 나타낸다.
지점들(1080a, 1080b)은 상기 열 번째 상태인 STATE10로부터 상기 열한 번째 상태인 STATE11까지의 DIFF 신호 전환을 나타낸다. 지점들(1082a, 1082b)은 다섯 번째 상태인 STATE5로부터 네 번째 상태인 STATE4까지의 DIFF 신호 전환을 나타낸다.
상기 영역들(1076a, 1076b)의 개시가 각기 상기 지점들(1080a, 1080b)과 일치하는 점이 분명해질 것이다. 또한, 상기 영역들(1078a, 1078b)의 개시가 상기 지점들(1082a, 1082b)과 각기 일치하는 점이 분명해질 것이다. 도 11과 함께 다음의 논의로부터, 상기 지점들(1080a, 1080b, 1082a, 1082b) 또한 POSCOMP 신호, 예를 들면, 도 9의 POSCOMP 신호(982a)의 전환들과 일치하는 점이 분명해질 것이다.
지점들(1084a, 1084b)은 STATE15로부터 STATE15 아래의 네 상태들로 상태들을 변화시키는, 즉 상태 차이(1090)에 의해 나타나는 STATE11까지 변화시키는 상기 DIFF 신호를 나타낸다. 지점들(1086a, 1086b)은 STATE0으로부터 STATE0위의 네 상태들인 상태까지 변화시키는, 즉 상태 차이(1088)에 의해 나타나는 STATE 4까지 변화시키는 상기 DIFF 신호를 나타낸다. 도 10과 함께 다음의 논의로부터, 상기 지점들(1084a, 1084b, 1086a, 1086b) 또한 POSCOMP_PK 신호, 예를 들면, 도 9의 POSCOMP_PK 신호(978)의 전환들과 일치하는 점이 분명해질 것이다.
상태 채터(1092)로 대표되는 일부 상태 채터(부적절한 전후 상태 전환들)가 상태 전환들 동안에 존재할 수 있다. 상태 전환 채터는 도 9의 STATE_SM 신호(974a)와 관련된다. 상기 상태 전환 채터는 감소된 상태 채터를 가지거나 상태 채터가 없는 도 9의 STATE_PEAK 신호(976a)를 가져오도록 도 9의 상태 피크 로직 모듈(976)에 의해 근본적으로 감소되거나 제거된다.
이제 도 11을 참조하면, 그래프(1100)는 볼트로 전압의 단위들을 나타낸 수직축 및 도 10의 수평축으로 시간을 배열한 시간의 임의의 단위들로 나타낸 수평축을 가진다.
신호(1102)는 도 9의 POSCOMP 신호(982a)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 상기 POSCOMP 신호(1102)의 전환들(1104a, 1104b 및 1106a, 1106b)은 도 10의 상태 전환들 및 관련된 지점들(1080a, 1080b, and 1082a, 1082b)과 일치하며, 이들로부터 야기된다(도 9의 디코더(982)에 의하여).
점선들로 도시되는 신호(1108)는 도 10의 POSCOMP_PK 신호(978)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 상기 POSCOMP_PK 신호(1108)의 전환들(1110a, 1110b 및 1112a, 1112b)은 도 10의 상태 전환들 및 관련된 지점들(1084a, 1084b 및 1086a, 1086b)과 일치하며, 이들로부터 야기된다.
도 9의 상태 프로세서의 동작에 의해, 상기 DIFF 또는 IDIFF 신호의 복수의 상태들 또는 진폭 범위들은 여기서 STATE0-STATE15로 표시된 열여섯의 상태들로 확인된다.
다른 실시예들에 있어서, 열여섯 보다 많거나 적은 상태들이 존재할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 1024, 2048 또는 4096 상태들이 존재한다. 다른 실시예들에 있어서, 상태들의 숫자는 2로 나눌 수 없는 값이 될 수 있다.
상기 DIFF 또는 IDIFF 신호 1072(도 10)의 특정 사이클에서, 제1 상부 상태 값(1080a) 및 제1 하부 상태 값(1082a)은 기본적으로 스레쉬홀드들로 동작하며, POSCOMP 신호(1102)로 언급되는 특정 출력 신호의 에지들이 발생되는 곳을 확인하는 데 사용된다. 유사하게, 상기 DIFF 또는 IDIFF 신호(1072)의 특정 사이클에서, 제2 상부 상태 값(1084a) 및 제2 하부 상태 값(1086a)은 기본적으로 다른 스레쉬홀드들로 동작하며, POSCOMP_PK 신호(1108)로 언급되는 다른 특정 출력 신호의 에지들이 발생되는 곳을 확인하는 데 사용된다.
도 1-도 7과 함께 앞서 설명 바와 동일한 방식으로 스레쉬홀드 값들이 상기 DIFF 신호의 정점간 진폭 범위의 특정 퍼센티지들에 있을 수 있고, 여기서 상태 값들이 상기 DIFF 또는 IDIFF 신호(1072)의 정점간 진폭 범위의 특정 퍼센티지들에 있을 수 있는 점이 이해될 것이다. 그리고 또한 유사하게, 상기 DIFF 또는 IDIFF 신호(1072)가 너무 작게 될 경우, 상기 제1 상태 값들, 예를 들면, 1080a, 1082a 및 상기 제2 상태 값들, 예를 들면, 1084a, 1086a가 이들의 각각의 분리들이 소정의 값이거나, 상기 측정된 시스템 노이즈, 예를 들면, 도 9의 노이즈 측정 프로세서(955)에 의해 측정되는 시스템 노이즈에 따라 결정되는 최소값 아래로 진행되지 않도록 설정될 수 있다.
도 10의 상태 값들은 본질적으로 스레쉬홀드 값들이며, 이에 따라 상기 상태 값들은 여기서 스레쉬홀드 값들로 언급될 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(1200)은 도 9의 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(957)과 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(1200)은 정점간(P-P) 계산 모듈(1202)을 포함할 수 있으며, 이는 도 5 및 도 6과 함께 앞서 설명한 상기 P-P 계산 모듈들(502, 602)과 동일하거나 유사할 수 있다.
상기 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(1200)은 스레쉬홀드 계산 모듈(1204) 및/또는 제1 상태 계산 모듈(1206) 및 제2 상태 계산 모듈(1208)을 포함할 수 있다. 상기 스레쉬홀드 계산 모듈(1204)은 도 5와 함께 앞서 설명한 스레쉬홀드 계산 모듈(504, 506)과 동일한 방식 또는 유사한 방식으로 동작한다. 스레쉬홀드 제한 모듈(1210)은 도 5와 함께 앞서 설명한 스레쉬홀드 제한 모듈(508)과 동일한 방식 또는 유사한 방식으로 동작한다.
상기 제1 상태 계산 모듈(1206)은 상태 값들(1206a, 1206b)의 제1의 쌍, 예를 들면, 도 10의 상태 값들(1080a, 1082a)에 의해 나타나는 상태 값들의 쌍을 발생시키도록 동작한다. 상기 상태 값들(1206a, 1206b)은 제1 상태 제한 모듈(1212)에 의해 수신되며, 이는 앞서 설명한 스레쉬홀드 제한과 동일한 방식으로 도 10의 두 상태 값들(1080a, 1082a)사이의 분리를 제한하거나, 보다 정확하게는, 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 상기 상태 값들(1080a, 1082a) 사이의 등가 전압(또는 디지털 카운트) 분리(또는 차이)를 제한한다. 상기 제한은 소정의 최소값에 따라 수행될 수 있거나, 다른 실시예들에서 상기 제한은, 예를 들면, 도 9의 노이즈 측정 모듈(955)에 의해 측정될 수 있는 바와 같은 시스템 노이즈(1220)의 측정된 값에 따라 수행될 수 있다.
상기 제2 상태 계산 모듈(1208)은 상태 값들(1208a, 1208b)의 제2의 쌍, 예를 들면, 도 10의 상태 값들(1084a, 1086a)에 의해 나타나는 상태 값들의 쌍을 발생시키도록 동작한다. 상기 상태 값들은 제2 상태 제한 모듈(1214)에 의해 수신되고, 이는 앞서 설명한 스레쉬홀드 제한과 동일한 방식으로 도 10의 두 상태 값들(1084a, 1086a)사이의 최소 분리를 제한하거나, 보다 정확하게는 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 상기 상태 값들(1084a, 1086a) 사이의 등가 전압(또는 디지털 카운트) 분리(또는 차이)를 제한한다. 상기 제한은 소정의 최소값에 따라 수행될 수 있거나, 다른 실시예들에서 상기 제한은, 예를 들면, 도 9의 노이즈 측정 모듈(955)에 의해 측정될 수 있는 바와 같은 시스템 노이즈(1220)의 측정된 값에 따라 수행될 수 있다.
상기 상태 계산 모듈들(1206, 1208)에 의해서와 상기 상태 제한 모듈들(1212, 1214)에 의해 이용될 수 있는 프로세스는 도 13과 함께 다음에 설명된다.
도 12의 스레쉬홀드 계산 모듈(1204)에 의해서와 스레쉬홀드 제한 모듈(1210)에 의해 이용되는 프로세스는 도 7과 함께 앞서 설명한 프로세스와 유사할 수 있다. 상기 프로세스는 다음에 더 설명된다.
이제 도 13을 참조하면, 프로세스는 도 7의 프로세스와 유사하고 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 스레쉬홀드들, 즉 도 7의 스레쉬홀드 값들이 상태들, 즉 상태 값들에 의해 도 13에서 대체되었다.
상기 프로세스는 도 9의 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(957)에 의해서와 도 12의 제1 및 제2 상태 계산 모듈들(1206, 1208)에 의해 이용될 수 있다.
블록 1302에서, DIFF 신호의 양의 및 음의 피크들이 확인되고, 대응되는 값들이 발생된다. 상기 값들은 도 9의 전술한 PPEAK 및 NPEAK 값들(958a, 960a)에 각기 대응된다.
블록 1304에서, 상기 DIFF 신호의 정점간 진폭이, 예를 들면 도 12의 P-P 계산 모듈(1202)에 의해 계산된다.
블록 1306에서, 상기 PPEAK 값, 상기 NPEAK 값 및 상기 계산된 P-P 값을 이용하여, 두 세트들의 상부 및 하부 상태들이 계산되며, 그 상태 쌍들(380a, 382a 및 384a, 386a)은 도 12의 제1 및 제2 상태 계산 모듈들(1206, 1208)을 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1의 두 상태들은 상기 정점간 값의 약 육십 퍼센트 및 약 사십 퍼센트에 있고, 상기 PPEAAK 및 NPEAK 값들 사이의 중앙값에 대해 대칭이며, 상기 제2의 두 상태들은 상기 정점간 값의 약 칠십 퍼센트 및 삽십 퍼센트에 있다.
블록 1308에서, 두 등가 전압 차이들이 위의 상기 두 상태 쌍들에 대해 계산된다. 상기 등가 전압 차이들은, 예를 들면, 도 12의 두 상태 제한 모듈들(1212, 1214)에 의해 전술한 계산된 스레쉬홀드 값들 사이에서 계산된다.
도 10을 간략히 참조하면, 상기 DIFF 신호(1072)의 보다 더 작은 진폭들에 대해, 상기 DIFF 신호(1072)는 이용 가능한 상태들, 여기서는 STATE0 내지 STATE15의 모두를 계속하여 점유하는 점이 이해되어야 한다. 이는 도 4의 설명과는 다르다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 동일한 효과를 가지기 위해, 도 10의 DIFF 신호(1072)의 동일한 특정 정점간 진폭에서, 상기 POSCOMP 신호(1102) 및 POSCOMP_PK 신호(1108)의 상태 전환들을 야기하도록 사용된 상태들은 상기 상태 값 쌍들의 고정된 등가 전압 레벨들을 유지하기 위해 외측으로 이동해야 한다.
도 13을 다시 참조하면, 판단 블록 1310에서, 상기 등가 전압 레벨들의 차이들이 상기 시스템 노이즈의 소정의 또는 측정된(예를 들면, 도 9의 노이즈 측정 모듈(955) 참조) 레벨보다 클 경우, 그러면 블록 1314에서, 상태들의 쌍들의 상부 및 하부 상태들이 블록 1306에서 계산되는 상기 계산된 상태들, 예를 들면, 도 10의 상태 값들(1080a, 1082a 및 1086a, 1084a)로 설정된다.
반면에, 상기 판단 블록 1308에서, 상기 등가 전압 레벨들의 차이들이 상기 시스템 노이즈의 소정의 또는 측정된 레벨 보다 크지 않을 경우, 그러면 블록 1312에서, 상태들의 쌍들의 상부 및 하부 상태들이 상기 노이즈로부터의 소정의 등가 전압 차이에 따라 외측으로 이동되고, 도 10의 DIFF 신호(1072)의 양의 및 음의 피크들의 상태들 사이에 중심을 둔다.
도 12의 스레쉬홀드 계산 모듈(1204) 및 스레쉬홀드 제한 모듈(1210)은 도 7의 프로세스와 유사한 프로세스를 이용할 수 있다. 그러나, 여기서 도 9의 디지털 스레쉬홀드 발생기(968)는 앞서 설명한 상태 값 쌍들(1080a, 1082a 및 1084a, 1086a)의 이동과 유사한 효과를 구현하기 위해 도 10의 상태들(수평한 점선들)의 위치들을 근본적으로 변화시키도록 도 12의 스레쉬홀드 제한 모듈(1210)의 출력 신호들(1210a, 1210b)을 이용할 수 있다.
이제 도 14를 참조하면, 다른 예시적인 자기장 센서는 홀 효과 요소(1402)를 갖는 제1 회로 채널, 하나 또는 그 이상의 자기저항 요소, 예를 들면, 1414, 1416 또는 모두를 갖는 자기저항 회로를 포함할 수 있다. 두 채널 실시예를 취할 경우, 상기 채널들은 각각의 자기장 신호들, 예를 들면, DIFF 신호들(1408a, 1418a)을 발생시킬 수 있다. 상기 두 채널들은 각각의 스레쉬홀드 검출기들(1410, 1420)을 포함할 수 있으며, 이들은 상기 피크 검출기 부분(또는 선택적으로, 도 9의 상태 프로세서(950)와 동일하거나 유사할 수 있는 상태 검출기)을 제외하면 도 12의 회전 검출기(100)와 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 상기 스레쉬홀드 검출기들(1410, 1420)은 도 2의 노이즈 측정 모듈들(190, 192) 및 스레쉬홀드 발생 모듈들(132, 174) 혹은 도 9의 노이즈 측정 모듈(955) 및 스레쉬홀드 또는 상태 발생 모듈(957)을 포함할 수 있다.
상기 자기장 센서(1400)는 POSCOMPA 신호(1410a) 및/또는 POSCOMPB 신호(1420a)를 발생시킬 수 있다. 이들 신호들은 도 2, 도 5, 도 6, 도 9 및 도 12와 함께 앞서 설명한 두 상태 디지털 신호들이 될 수 있고, 이들은 강자성 물체 또는 기어(1424)의 통과하는 톱니들을 나타낼 수 있다. 이를 위하여, 상기 자기장 센서(1400)는 백-바이어스 배치로 자석(1422)을 포함할 수 있거나, 이에 근접하여 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 이들로부터 감지된 자기장이 얼마나 큰 지가 상기 선택 모듈(1412)에 의해 결정될 수 있는 신호들(예를 들면, 상기 DIFFA 신호(1408a)의 양의 및 음의 피크를 나타내는 PPEAK 신호(1410b) 및 NPEAK 신호(1410c) 및/또는 상기 DIFFA 신호(1408a)의 정점간 값을 나타내는 P-P 신호(1410d))을 수신하도록 연결되는 선택 모듈(1412)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 감지된 자기장이 스레쉬홀드 감지된 자기장 아래일 경우, 상기 SELPOSCOMP 신호(1412a)는 상기 POSCOMPB 신호와 동일하다. 상기 감지된 자기장이 상기 스레쉬홀드 감지된 자기장 위일 경우, 상기 SELPOSCOMP 신호(1412a)는 상기 POSCOMPA 신호(1410a)와 동일할 수 있다. 반대의 배치 또한 가능하다.
자기저항 요소들이 홀 요소들보다 큰 감도들을 가지는 경향이 있기(즉, 상기 두 자기장 센싱 요소들이 두 가지 다른 감도들을 가진다) 때문에, 상기 두 채널들을 갖는 이러한 장치는 나타낸 채널들들 하나만을 가지는 1채널 자기장 센서에 대해서 보다 큰 동작 범위(즉, 감지된 자기장의 범위)을 갖는 자기장 센서가 될 수 있다. 상기 두 채널들에 의해 제공되는 감지된 자기장들의 두 범위들이 중첩되거나 교차될 필요는 없다.
상기 두 개의 나타낸 채널들의 하나만을 가지는 장치들이 가능하며, 이러한 장치들에서, 선택 모듈은 존재하지 않는다.자석(1422)을 갖지 않는 장치들 또한 가능하며, 이 경우에 상기 자기장 센서는 링 자석이나 이와 유사한 것에 반응할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들을 포함하는 다른 실시예들이 이용될 수 있는 점이 이제 분명해질 것이다. 이에 따라, 본 발명의 일부로서 포함되는 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 구현될 수 있다. 예를 들면, 이러한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 저장된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드 부분들을 가지는 하드 드라이브 장치, RAM, ROM, CD-ROM, DVD-ROM 또는 컴퓨터 디스켓과 같은 컴퓨터 판독 가능한 메모리 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 일시적 신호를 포함하지 않는다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "지속적(non-transitory)"이라는 용어는 데이터가 일시적으로 저장될 수 있는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체들을 배제하지 않는다. 대조적으로, 컴퓨터 판독 가능한 전송 매체는 디지털 또는 아날로그 신호들로서 운반되는 프로그램 코드 부분들을 갖는 광학적, 유선 또는 무선의 통신 연결을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 범주는 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 오히려 첨부된 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 여기서 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 명백하게 여기에 참조로 포함된다.

Claims (21)

  1. 강자성 물체에 의해 영향을 받는 자기장 신호를 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)를 포함하고;
    상기 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 확인하도록 동작할 수 있는 피크 발견 회로부(peak finding circuitry)를 포함하며;
    상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 수신하도록 연결되는 스레쉬홀드 발생 모듈(threshold generation module)을 포함하고, 상기 스레쉬홀드 발생 모듈은,:
    상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하도록 동작할 수 있는 정점간 계산 모듈(peak-to-peak calculation module)을 구비하고;
    상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하도록 동작할 수 있는 스레쉬홀드 계산 모듈(threshold calculation module)을 구비하며, 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이며;
    상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인하도록 동작할 수 있고, 상기 차이가 너무 작을 경우에 상기 스레쉬홀드 값 및 상기 스레쉬홀드 값 사이의 차이를 소정의 등가 전압 차이 값에 따른 값으로 설정하도록 동작할 수 있는 스레쉬홀드 제한 모듈(threshold limiting module)을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈(noise)에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하도록 동작할 수 있는 노이즈 측정 모듈(noise measurement module)을 더 포함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 홀 요소(Hall element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소(magnetoresistance element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 수신하도록 연결되고, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 상기 자기장의 진폭을 확인하도록 동작할 수 있으며, 상기 확인된 진폭에 기초하여 복수의 입력 신호들 중으로부터 선택할 수 있도록 동작할 수 있고, 상기 선택에 기포하여 선택된 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 선택 모듈(selection module)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대해 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 제1 및 제2 동작 범위들을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  8. 자기장을 감지하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 자기장 센싱 요소로 강자성 물체에 의해 영향을 받는 자기장 신호를 발생시키는 단계를 포함하고;
    상기 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 확인하는 단계를 포함하며;
    상기 양의 피크 값 또는 상기 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하는 단계를 포함하고;
    상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이며;
    상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인하는 단계를 포함하고;
    상기 등가 전압 차이가 너무 작을 경우, 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 소정의 등가 전압 차이 값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 홀 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 자기장의 진폭을 확인하는 단계;
    상기 확인된 진폭에 기초하여 복수의 신호들 중으로부터 선택하는 단계; 및
    상기 선택에 기초하여 선택된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대해 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 제1 및 제2 동작 범위들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 컴퓨터 판독 가능한 코드를 갖는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 있어서, 상기 매체는,
    적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 자기장 신호의 양의 피크 값 또는 음의 피크 값의 적어도 하나를 이용하여 정점간 값을 결정하기 위한 명령들을 포함하고;
    상기 정점간 값에 기초하여 상부 스레쉬홀드 값 및 하부 스레쉬홀드 값을 결정하기 위한 명령들을 포함하며, 상기 상부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제1 소정의 퍼센티지이고, 상기 하부 스레쉬홀드 값은 상기 정점간 값의 제2 하부 소정의 퍼센티지이며;
    상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 등가 전압 차이를 확인하기 위한 명령들을 포함하고;
    상기 등가 전압 차이가 너무 작을 경우, 상기 상부 스레쉬홀드 값 및 상기 하부 스레쉬홀드 값 사이의 상기 등가 전압 차이를 소정의 등가 전압 차이 값으로 설정하기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 예상되는 노이즈에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기장 신호의 노이즈를 측정하는 명령들을 더 포함하며, 상기 소정의 등가 전압 차이 값은 상기 자기장 신호의 측정된 노이즈에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소 홀 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소는 자기저항 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 양의 피크 값, 상기 음의 피크 값 또는 상기 정점간 값의 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소에 의해 감지되는 자기장의 진폭을 확인하기 위한 명령들;
    상기 확인된 진폭에 기초하여 복수의 신호들 중으로부터 선택하기 위한 명령들; 및
    상기 선택에 기초하여 선택된 신호를 발생시키기 위한 명령들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 자기장에 대해 다른 제1 및 제2 감도들을 가지며, 상기 자기장 센서는 상기 다른 제1 및 제2 감도들에 반응하여 다른 동작 범위들을 가지는 것을 특징으로 하는 지속적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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