KR20170017841A - 자기 센서 및 집적 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력 포트, 자기 검출 신호를 생성하는 자기장 검출 회로, 자기 센서의 동작을 제어하는 출력 제어 회로, 및 출력 포트를 포함하는 자기 센서에 관한 것이다. 자기장 검출 회로는 외부 자기장을 검출하고 검출 신호를 출력하는 자기 센싱소자, 검출 신호를 증폭하고 검출 신호로부터의 간섭을 제거하도록 구성된 신호 처리 요소, 및 처리된 검출 신호를 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-디지털 변환 요소를 포함하며, 상기 출력 제어 회로는 적어도 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 자기 센서를 제어하며, 상기 신호 처리 요소는 증폭기 및 필터 회로를 포함하며, 증폭기의 이득은 필터 회로의 이득 보다 더 크다.

Description

자기 센서 및 집적 회로{A MAGNETIC SENSOR AND AN INTEGRATRED CIRCUIT}

본 발명은 회로 기술 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자기 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 영구 자석 회전자에 대한 드라이버에 관한 것이다.

자기 센서는 현대의 산업 및 전자 제품에 널리 응용되어, 전류, 위치 및 방향과 같은 물리적 파라미터를 측정하기 위하여 자계 강도를 유도한다. 모터는 자기 센서의 주요 응용 분야이다. 자기 센서는 모터 내의 회전자 자극 위치 센서의 역할을 할 수 있다.

일반적으로, 자기 센서는 자계 검출 신호를 출력만 할 수 있다. 그러나, 자계 검출 신호는 약하고 자기 센서의 오프셋과 혼합되어, 정확한 자계 검출 신호를 얻기가 힘들다.

본 발명은 자기 센서 및 그의 응용을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 자기 센서는 외부 전원에 연결되는 입력 포트; 자기 검출 신호를 생성하도록 구성되는 자계 검출 회로; 자기 검출 신호에 응답하여 자기 센서의 동작을 제어하도록 구성된 출력 제어 회로; 및 출력 포트를 포함하되, 상기 자계 검출 회로는: 외부 자계를 검출하고 검출 신호를 출력하도록 구성되는 자기 감지 소자, 상기 검출 신호를 증폭하고 상기 검출 신호로부터의 간섭을 제거하여 처리된 검출 신호를 생성하도록 구성되는 신호 처리 소자, 및 처리된 검출 신호를 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 자기 센서를 적어도 상기 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 제어하는데 이용되는 변환 소자를 포함하되, 제1 상태에서, 부하 전류는 출력 포트로부터 자기 센서의 외부로 흐르고, 또한 제2 상태에서, 부하 전류는 상기 자기 센서의 외부로부터 출력 포트로 흐르며, 상기 신호 처리 소자는 증폭기 및 필터 회로를 포함하며, 상기 증폭기의 이득은 상기 필터 회로의 이득보다 더 크다.

일부 실시예에서, 상기 검출 신호는 자계 신호 및 편차 신호를 포함하며, 상기 증폭기는 초퍼 증폭기이며, 또한 상기 필터 회로는 저역 필터이고, 상기 신호 처리 소자는: 상기 검출 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수에 대응하는 상기 편차 신호 및 상기 자계 신호로 분리하도록 구성되는 제1 초퍼 스위치를 포함하고, 상기 초퍼 증폭기는 상기 편차 신호 및 상기 자계 신호를 증폭하고, 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성되고, 또한 상기 필터 회로는 상기 초퍼 주파수에서 상기 편차 신호를 필터링아웃 하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 초퍼 증폭기는 제1 증폭기; 및 제2 초퍼 스위치를 포함하되, 상기 제1 증폭기는 상기 제1 초퍼 스위치로부터의 상기 편차 신호 및 상기 증폭 신호에 대해 제1 단계 증폭을 수행하여 각각 상기 증폭된 편차 신호 및 상기 증폭된 자계 신호를 생성하도록 구성되며, 또한 상기 제2 초퍼 스위치는 상기 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 초퍼 주파수는 100 K Hertz 보다 크거나 및/또는 상기 베이스밴드 주파수는 200 Hertz 보다 적다.

일부 실시예에서, 상기 초퍼 증폭기는 상기 제2 초퍼 스위치와 상기 필터 회로 사이에 배치된 제2 증폭기를 더 포함하며, 상기 제2 증폭기는 상기 초퍼 주파수 상으로 스위칭되는 증폭된 편차 신호 및 상기 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭되는 증폭된 자계 신호에 대해 제2 단계 증폭을 수행하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 크다.

일부 실시예에서, 상기 신호 처리 소자는 상기 초퍼 증폭기와 상기 필터 회로 사이에 결합된 샘플 앤 홀드 회로를 더 포함하며, 상기 샘플 앤드 홀드 회로는 각각 제1 클록 반주기 및 제2 클록 반주기 동안 제1 쌍의 차동 신호를 샘플링하고, 클록 주기 동안 두 쌍의 샘플링된 차동 신호를 출력하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 필터 회로는 두 쌍의 샘플링된 차동 신호를 기초로 제2 쌍의 차동 신호를 연산하도록 구성되는 제1 필터를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 필터 회로는 제2 쌍의 차동 신호를 더욱 증폭하고, 편차 신호를 제거하고, 제3 쌍의 차동 신호를 생성하도록 구성되는 제2 필터를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 제1 필터의 이득은 상기 제2 필터의 이득보다 적다.

일부 실시예에서, 자기 센서는 자기 검출 신호를 기초로 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 상기 자기 센서를 제어하도록 구성되는 출력 제어 회로를 더 포함하며, 상기 출력 제어 회로는 제1 상태에서 부하 전류가 출력 포트로부터 자기 센서의 외부로 흐르도록 하는 제1 전류 경로를 형성하도록 출력 포트와 결합된 제1 스위치; 및 제2 상태에서 부하 전류가 자기 센서의 외부로부터 출력 포트로 흐르도록 허용하는 제2 전류 경로를 형성하도록 출력 포트와 결합되는 제2 스위치를 포함하며, 제1 스위치 및 제2 스위치는 제1 및 제2 전류 경로를 선택적으로 턴 온하도록 자기 검출 신호를 기초로 동작한다.

일부 실시예에서, 외부 전원은 교류(AC) 전원이며, 자기 검출 신호는 스위치 검출 신호이며, 자기 검출 신호의 스위칭 주파수는 AC 전원의 주파수에 비례하거나 또는 AC 전원의 주파수의 2배이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자기 센서용 집적 회로로서: 외부 전원에 연결되는 입력 포트; 출력 포트; 및 자기 검출 신호를 생성하도록 구성되며, 외부 자계를 검출하고 검출 신호를 출력하도록 구성되는 자기 감지 소자 - 상기 검출 신호는 자계 신호 및 편차 신호를 포함함 - , 상기 검출 신호를 증폭하고 상기 검출 신호로부터의 간섭을 제거하여 처리된 검출 신호를 생성하도록 구성되는 신호 처리 소자, 및 처리된 검출 신호를 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 자기 센서를 적어도 상기 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 제어하는데 이용되는 변환 소자를 포함하되, 상기 신호 처리 소자는 상기 검출 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수에 대응하는 상기 자계 신호 및 상기 편차 신호로 분리하도록 구성되는 제1 초퍼 스위치; 상기 자계 신호 및 상기 편차 신호를 개별적으로 증폭하고 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성된 초퍼 증폭기, 및 상기 초퍼 주파수로 스위칭된 상기 편차 신호를 제거하도록 구성되는 필터 회로를 포함하되, 상기 초퍼 증폭기의 이득은 상기 필터 회로의 이득보다 더 크다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 모터 어셈블리는 교류(AC) 전력을 모터에 제공하는 외부 전원에 결합된 모터, 모터에 의해 생성된 자계를 검출하도록 구성된 자기 센서, 및 검출된 자계를 기초로 결정된 자기 센서의 동작 상태를 기초로 모터를 제어하도록 구성된 양방향 스위치를 포함하며, 상기 자기 센서는 자계를 검출하고 검출된 자계를 기초로 자기 검출 신호를 생성하도록 구성되며, 외부 자계를 검출하고 검출 신호를 출력하도록 구성된 자기 감지 소자, 검출 신호를 증폭하고 검출 신호로부터 간섭을 제거하여 처리된 검출 신호를 생성하도록 구성된 신호 처리 소자, 및 처리된 검출 신호를 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 자기 센서를 적어도 상기 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 제어하는데 이용되는 변환 소자를 포함하는 자계 검출 회로; 및 자기 검출 신호를 기초로 적어도 자기 검출 신호에 응답하는 제1 상태 및 ㅈ2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 자기 센서를 제어하도록 구성되는 출력 제어 회로를 포함하며, 제1 상태에서, 전류는 자기 센서의 외부로부터 자기 센서로 흐르고, 제2 상태에서, 전류는 자기 센서로부터 자기 센서의 외부로 흐르며, 상기 신호 처리 소자는 증폭기 및 필터 회로를 포함하며, 증폭기의 이득은 필터 회로의 이득 보다 크다.

본 명세서에 설명된 방법, 시스템, 및/또는 프로그래밍은 예시적 실시예 측면에서 더욱 설명된다. 이들 실시예는 도면을 참조로 상세히 설명된다. 이들 실시예는 비제한적 실시예로서, 여기서 도면 번호는 도면에 걸쳐 유사한 구조를 나타낸다.
도 1은 본 공개의 일 실시예에 따른 자기 센서의 예시적인 개략도이다.
도 2은 본 공개의 일 실시예에 따른 상기 신호 처리 소자(1110)의 예시적인 개략도이다.
도 3a는 본 공개의 일 실시예에 따른 초퍼 증폭기(1204)의 예시적인 개략도이다.
도 3b는 본 공개의 일 실시예에 따른 초퍼 증폭기(1204)의 다른 개략도이다.
도 4는 본 공개의 일 실시예에 따른 자기 센서의 예시적인 개략도이다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 정류기 회로(1402)의 예시적인 개략도이다.
도 6은 본 공개의 일 실시예에 따른 홀 검출기(1420) 및 제 1 초퍼 스위치의 예시적인 회로도이다.
도 7은 도 6의 회로도에 따른 예시적인 신호 출력을 도시한다.
도 8은 본 공개의 일 실시예에 따른 필터 회로(1428)의 예시적인 회로도이다.
도 9는 본 공개의 일 실시예에 따른 비교기 회로(1430)의 예시적인 회로도이다.
도 10는 자계의 극성을 결정하기 위한 예시적인 개략도이다.
도 11은 클록 주기의 예시적인 신호 출력을 도시한다.
도 12는 본 공개의 일 실시예에 따른 출력 제어 회로(1406)의 예시적인 회로도이다.
도 13은 본 공개의 다른 실시예에 따른 출력 제어 회로의 예시적인 회로도이다.
도 14는 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 출력 제어 회로의 예시적인 회로도이다.
도 15는 본 공개에 따라 구성되는 자기 센서를 통합하는 모터(2500)의 예시적인 개략도이다.
도 16은 본 공개에 따라 구성되는 자기 센서를 통합하는 동기식 모터(2600)의 예시적인 개략도이다.

이하의 상세한 설명에서, 수개의 특정 상세가 관련 기술이 철저한 이해를 제공하기 위하여 예로서 제시되었다. 그러나, 당업자에게는 본 발명이 그러한 상세없이도 실시될 수 있음이 명백하다. 다른 예에서, 공지된 방법, 절차, 시스템, 구성 요소 및/또는 회로가 본 발명의 측면을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위하여 상세 없이 상대적으로 높은 레벨에서 설명되었다.

상세한 설명 및 청구범위를 통해, 용어가 명백하게 언급된 의미를 넘어서는 측면에서 제안되거나 암시된 미묘한 의미를 가질 수 있다. 유사하게, 여기에 이용된 용어 "일 실시예/예에서"는 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없으며, 용어 "다른 실시예/예에서"는 반드시 상이한 실시예를 지칭할 필요가 없다. 예를 들면, 청구된 요지는 전체로서 또는 일부에서 예시적 실시예의 조합을 포함하는 것을 의도한다.

일반적으로, 용어들은 문맥 내의 활용으로부터 적어도 일부 이해될 수 있다. 예를 들면, 여기에 이용된 "및", "또는", 또는 "및/또는"과 같은 용어는 그러한 용어가 이용되는 문맥의 적어도 일부에 의존할 수 있는 다양한 의미를 포함할 수 있다. 일반적으로, 여기에서 이용되는 A, B, 또는 C와 같은 리스트를 관련짓기 위하여 "또는"이 이용되는 경우, 포함적 의미로 이용되는 A, B 및 C 외에도, 배타적 의미로 이용되는 A, B 또는 C를 의미할 수 있다. 또한, 여기에 이용되는 용어 "하나 이상"은 문맥의 적어도 일부에 의존하여 단일 의미에서 어떠한 특성, 구조, 또는 특징을 설명하거나 또는 복수의 의미에서의 특성, 구조 또는 특징의 조합을 설명하는데 이용될 수 있다. 유사하게, "a", "an", 또는 "the"와 같은 용어는 다시 적어도 문맥의 일부에 의존하여 단수 용법을 전달하거나 또는 복수 용법을 전달하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 용어 "~을 기초로(based on)"는 반드시 요인의 배타적 집합을 전하려는 의도는 아니고, 대신에, 적어도 문맥의 일부에 의존하여 다시 불필요하게 명확하게 설명되지 않은 추가적 요인의 존재를 허용할 수 있다.

본 공개의 자기 센서는 적어도 하나의 폴드형 캐스케이드(folded cascade) 증폭기를 사용한다. 폴드형 캐스케이드 증폭기는 큰 이득을 갖도록 매우 작은 입력 신호를 효율적으로 증폭시킬 수 있다. 또한, 폴드형 캐스케이드 증폭기는 우수한 주파수 특징을 갖고 구성되며 매우 넓은 주파수 범위로 확장되는 신호를 처리하는 것이 가능하다. 또한, 본 공개의 자기 센서는 추가 A/D 변환 장비를 요구하지 않고 시티(city) AC 전원에 직접적으로 연결될 수 있다. 그러므로, 본 공개는 다양한 분야로의 자기 센서의 구현을 용이하게 한다. 또한, 자계 검출 회로는 검출된 자계 신호를 효율적으로 증폭하고 전압을 조절하여 간섭 신호를 필터링할 수 있다. 그러므로, 자기 센서는 전기 회전자의 동작을 제어하도록 외부 자계의 극성에 관하여 더욱 정확한 신호를 생성할 수 있다.

추가적인 신규한 특징은, 이하의 기재에서 부분적으로 상술될 것이며 부분적으로 이하의 기재 및 동반하는 도면의 검사 이후 당업자에게 명백해질 것이며 예시의 생산 또는 동작에 의해 학습될 수 있다. 본 공개의 신규한 특징은 방법, 수단 및 이하에서 논의되는 상세한 예시에서 상술된 결합에 의한 다양한 측면의 실행 또는 사용에 의해 구현되며 얻어질 수 있다. 자기 센서, 자기 센서에서 수행되는 신호 처리 방법 및 자기 센서를 사용하는 모터 및 본 명세서에서 이하에서 개시되는 신호 처리 방법은 당업자 중 하나에게 알려져 있되, 집적 회로 및 기타 회로 구현에 한정되지 않는 임의의 회로 기술을 사용하여 성취될 수 있다.

도 1는 본 공개의 일 실시예에 따른 자기 센서의 예시적인 계략도이다. 본 실시예에 따른 자기 센서는 입력 포트(1102), 자계 검출 회로(1104) 및 출력 포트(1106)를 포함한다. 입력 포트(1102)는 외부 전원에 연결되어 자계 검출 회로(1104)에 전력을 제공하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 외부 전원은 직류(DC) 전원이다. 다른 실시예에서, 외부 전원은 교류(AC) 전원이다. 자계 검출 회로(1104)는 외부 자계를 검출하여 자계 검출 신호를 생성하도록 구성된다. 자계 검출 신호(1106)는 자기 센서 및 모터 또는 자기 센서를 사용하는 임의의 전기 장비의 동작 상태를 제어하도록 적용된다.

자계 검출 회로(1104)는 자기 감지 소자(1108), 신호 처리 소자(1110) 및 변환 소자(1114)를 포함할 수 있다. 자기 감지 소자(1108)는 외부 자계를 감지하여 제 1 검출 신호(1120)를 출력하도록 구성된다. 자기 감지 소자(1108)로부터 출력되는 제 1 검출 신호(1120)는 적어도 자계 신호 및 편차 신호(deviation signal)를 포함한다. 자계 신호는 자기 감지 소자(1108)에 의해 감지되는 외부 자계와 관련된 실제 자기 전압 신호를 표시한다. 편차 신호는 자기 감지 소자(1108)에서 고유한 바이어스 신호이다.

실제 자기 전압 신호가 적어도 고유의 바이어스 신호에 의해 간섭될 수 있으므로, 신호 처리 소자(1110)는 수신된 제 1 검출 신호(1120)를 증폭하고, 제 1 검출 신호(1120)로부터의 간섭 신호를 제거하여 제 2 검출 신호(1122)를 생성하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 신호 처리 소자(1110)는 적어도 하나의 폴드형 캐스케이드 증폭기(1112)를 포함할 수 있다.

변환 소자(1114)는 제 2 검출 신호(1122)를 자계 검출 신호로 변환하며 출력 포트(1106)를 통해 자계 검출 신호를 출력하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 자계 검출 신호는 스위칭 검출 신호이다.

도 2는 본 공개의 실시예에 따른 신호 처리 소자(1110)의 예시적인 계략도를 도시한다. 도 1에 따른 신호 처리 소자(1110)는 제 1 초퍼 스위치(Z1)(1202) 및 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204)를 포함한다. 제 1 초퍼 스위치(1202)는 베이스밴드 주파수 및 초퍼 주파수 상에서 개별적으로 운반되는 편차 신호 및 자계 신호를 분리하도록 구성된다. 제 1 초퍼 증폭기(1204)는 편차 신호 및 자계 신호를 증폭하여 전송을 위하여 증폭된 편차 신호 및 자계 신호를 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수로 각각 스위칭하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 초퍼 주파수는 100KHz보다 더 크며 베이스밴드 주파수는 200Hz보다 더 작다.

특정 실시예에서, 외부 전원이 AC 전원일 때, 베이스밴드 주파수는 AC 전원의 주파수에 비례한다. 특정 실시예에서, 베이스밴드 주파수는 AC 전원의 주파수보다 2배이다.

특정 실시예에서, 신호 처리 소자(1110)는 초퍼 주파수를 통해 전송되는 편차 신호를 제거하도록 구성되는 저역 필터(LPF)(1206)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 제 1 초퍼 스위치(Z1)(1202), 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204) 및 저역 필터(LPF)(1206)의 입력 및 출력의 각각은 단일 선으로 도시된다. 도 2는 설명적인 목적인 것이 이해되어야 한다. 본 공개는 한정적인 것으로 의도되지 않는다. 제 1 초퍼 스위치(Z1)(1202), 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204) 및 저역 필터(LPF)(1206)의 입력 및 출력은 하나 이상의 입/출력 신호가 될 수 있다. 특정 실시예에서, 제 1 초퍼 스위치(Z1)(1202), 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204) 및 저역 필터(LPF)(1206)의 입/출력 각각은 차동 신호의 하나 이상의 쌍을 포함한다.

도 3A는 본 공개의 실시예에 따른 초퍼 증폭기(1204)의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 2의 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204)는 제 1 증폭기(A1)(1302) 및 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)를 포함한다. 제 1 증폭기(A1)(1302)는 제 1 초퍼 스위치(Z1)(1202)로부터 편차 신호 및 자계 신호의 제 1 단계(stage) 증폭을 수행하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 제 1 증폭기(A1)(1302)는 1112와 같이 적어도 하나의 폴드형 캐스케이드 증폭기를 사용하여 구현된다. 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)는 전송을 위하여 증폭된 편차 신호 및 자계 신호를 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수로 각각 스위칭하도록 구성된다.

도 3B는 본 공개의 다른 실시예에 따른 초퍼 증폭기(1204)의 예시적인 개략도를 도시한다. 도시된 실시예에 있어서, 도 2의 제 1 초퍼 증폭기(IA)(1204)는 제 1 증폭기(A1)(1302) 및 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)에 더하여 제 2 증폭기(A2)(1306)를 더 포함한다. 제 2 증폭기(A2)(1306)는 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)로부터의 자계 신호 및 편차 신호의 제 2 단계 증폭을 더 수행하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)는 단일단(single-stage) 증폭기를 기초로 구현된다.

도 3b의 제 1 증폭기(A1)(1302), 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304) 및 제 2 증폭기(A2)(1306)의 연결이 설명적인 목적을 위한 것임이 이해되어야 한다. 본 공개는 한정적인 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시예에서, 제 2 증폭기(A2)(1306)는 제 1 증폭기(A1)(1302)와 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304) 사이에 배치될 수 있다.

도 4는 본 공개의 다른 실시예에 따른 자기 센서의 예시적인 개략도를 도시한다. 본 공개에 따른 자기 센서는 입력 포트(1408), 정류기 회로(1402), 자계 검출 회로(1404), 출력 제어 회로(1406) 및 출력 포트(1410)를 포함한다. 본 실시예의 입력 포트(1408)는 외부 전원에 연결되는 입력 포트(1408A 및 1408B)의 한 쌍을 포함한다. 특정 실시예에서, 입력 포트(1408)는 외부 전원에 직렬로 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입력 포트(1408)는 외부 전원에 병렬로 연결될 수 있다.

정류기 회로(1402)는 전파 정류기 브릿지 및 전압 조정기(미도시)를 기초로 구현될 수 있다. 전파 정류기 브릿지는 AC 전원으로부터의 AC 신호를 DC 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 전압 조정기는 미리 설정된 범위 내의 DC 신호를 조절하도록 구성될 수 있다. 정류기 회로(1402)는 자계 검출 회로(1404) 및 출력 제어 회로(1406)에 조절된 DC 신호를 공급한다.

도시된 실시예에서, 자계 검출 회로(1404)는 홀 검출기(1420), 제 1 초퍼 스위치(1422), 제 1 초퍼 증폭기(1424), 샘플 앤드 홀드 회로(1426), 필터 회로(1428) 및 비교기 회로(comparator circuit)(1430)를 포함한다. 홀 검출기(1420)는 자계 신호를 검출하며 제 1 초퍼 스위치(1422)에 검출된 자계 신호를 출력하도록 정류기 회로(1402)에 연결된다. 제 1 초퍼 스위치(1422)는 도 2에 도시되는 제 1 초퍼 스위치(1202)와 동일한 기능을 수행하도록 구성된다. 제 1 초퍼 스위치(1422)는 차동 신호{P1, N1}의 제 1 쌍을 제 1 초퍼 증폭기(1424)에 출력한다.

제 1 초퍼 증폭기(1424)는 도 3b에 도시되는 것을 기초로 구현될 수 있다. 그러므로, 제 1 초퍼 증폭기(1424)는 제 1 증폭기(A1)(1302), 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304) 및 제 2 증폭기(A2)(1306)를 포함한다. 제 1 증폭기(A1)(1302)는 수신된 제 1 쌍의 차동 신호{P1, N1}의 제 1 단계 증폭을 수행한다. 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)는 제 1 클록 반주기에서 증폭된 차동 신호{P1, N1}를 직접 출력하며, 제 2 클록 반주기에서 출력하도록 증폭된 차동 신호{P1, N1}를 스위칭하도록 구성된다. 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)는 차동 신호{P2, N2}의 제 2 쌍을 출력한다. 차동 신호{P2, N2}의 제 2 쌍은 샘플 앤드 홀드 회로(1426)로 출력되기 전에 제 2 증폭기(A2)(1306)에 의해 더 증폭될 수 있다.

샘플 앤드 홀드 회로(1426)는 제 1 클록 반주기와 제 2 클록 반주기 동안 도 4에서 제 1 초퍼 증폭기(1424)로부터 출력되는 증폭된 제 2 쌍의 차동 신호{P2, N2}를 각각 샘플링하도록 구성된다. 샘플 앤드 홀드 회로(1426)의 출력은 2쌍의 차동 신호{P2A , N2A} 및{P2B, N2B}를 포함하고, 여기서, 한 쌍의{P2A, N2A}는 제 1 클록 반주기 동안 출력되며, 한 쌍의{P2B, N2B}는 제 2 클록 반주기 동안 출력된다.

필터 회로(1428)는 두 쌍의 차동 신호{P2A , N2A} 및{P2B, N2B}로부터 편차 신호를 제거하고, 차동 신호{P2A , N2A} 및{P2B, N2B}를 증폭하며 비교기 회로(1430)에 제 3 차동 신호{P3, N3}를 출력하도록 구성된다.

비교기 회로(1430)는 기준 전압 신호 한 쌍과 차동 신호{P3, N3}를 비교하여 비교 결과를 기초로 외부 자계의 극성을 결정하도록 구성된다. 비교기 회로(1430)는 외부 자계의 결정된 극성을 표시하는 자계 검출 신호를 생성하며 이것을 출력 제어 회로(1406)에 출력한다. 특정 실시예에서, 자계 검출 신호는 스위칭 자계 검출 신호이다.

출력 제어 회로(1406)는 외부 자계의 결정된 극성에 응하여 일 상태에서 동작하도록 자기 센서를 제어하도록 구성된다. 자기 센서는 복수의 상태에서 동작할 수 있다. 예컨대, 제 1 상태는 부하 전류가 출력 포트(1410)를 통해 자기 센서의 내부에서 외부로 흐르는 시나리오에 상응할 수 있으며, 제 2 상태는 부하 전류가 출력 포트(1410)를 통해 자기 센서의 외부로부터 내부로 흐르는 시나리오에 상응할 수 있다. 특정 실시예에서, 자기 센서는 출력 포트(1410)를 통해 전류가 흐르지 않는 제 3 상태에서 동작할 수 있다.

실제 자기 전압 신호는 일반적으로 매우 작다. 예컨대, 밀리볼트보다 작은 것이 공통적이다. 그러나, 홀 검출기(1420)에 의해 생성되는 편차 신호는 종종, 더 높고, 거의 10 밀리볼트이다. 본 공개는 편차 신호를 제거하고 실제 자기 전압 신호를 증폭하고자 하므로, 동작가능한 레벨에서의 실제 자기 전압 신호는 모터 또는 자기 센서를 사용하는 임의의 전기 장비에 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 자계 검출 회로(1404)에 대한 전압 공급은 약 2.5V의 레벨이다. 홀 검출기(1420)에 의해 출력되는 검출 신호가 제 1 초퍼 스위치(1422), 제 1 초퍼 증폭기(1424), 샘플 앤드 홀드 회로(1426) 및 필터 회로(1428)를 통과할 때, 검출된 신호는 기존 전력 이득의 1000배 내지 2000배, 바람직하게는 기존 전력 이득의 1600배와 같이 그 사이의 임의의 수로 증폭될 수 있다. 결과적으로, 검출된 실제 자기 전압 신호는 자계 검출 회로(1404)에 공급되는 전압 레벨의 대략 절반이 되도록 증폭된다. 특정 실시예에서, 제 1 초퍼 증폭기(1424)는 필터 회로(1428)의 이득보다 더 큰 이득을 성취하도록 구성된다. 예컨대, 제 1 초퍼 증폭기(1424)에 의해 성취된 이득은 50일 수 있으며 필터 회로(1428)에 의해 성취된 이득은 32이다.

도 5는 본 공개의 일 실시예에 따르는 정류기 회로(1402)의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 전파 정류기 브릿지는 제 1 다이오드(1502), 제 2 다이오드(1504), 제 3 다이오드(1506) 및 제 4 다이오드(1508)를 포함하는 정류기 회로(1402)를 구현하도록 사용되며; 전압 조정기는 조정기 다이오드(1520)를 포함한다. 제 1 다이오드(1502) 및 제 2 다이오드(1504)는 직렬로 연결된다. 제 3 다이오드(1506) 및 제 4 다이오드(1508)는 또한 직렬로 연결된다. 제 1 다이오드(1502)의 캐소드 및 제 2 다이오드(1504)의 어노드는 입력 포트(1408A)에 연결하도록 구성되며, 이것은 전압(VAC +)을 공급한다. 제 3 다이오드(1506)의 캐소드 및 제 4 다이오드(1508)의 어노드는 입력 포트(1408B)에 연결하도록 구성되며, 이것은 전압(VAC -)을 공급한다. 조정기 다이오드(1502)의 어노드는 제 3 다이오드(1506) - 그라운드에 추가로 연결됨 - 및 제 1 다이오드(1502)의 어노드에 연결되도록 구성된다. 조정기 다이오드(1520)의 캐소드는 전압(VDD)에 함께 연결되는 제 4 다이오드(1508) 및 제 2 다이오드(1504)의 캐소드에 연결된다.

도 6은 본 공개의 일 실시예에 따르는 홀 검출기(1420) 및 제 1 초퍼 스위치의 예시적인 회로도를 도시한다. 도시된 실시예에 따르면, 홀 검출기(1420) 및 제 1 초퍼 스위치(1422)는 도 6의 단일 회로로서 집적된다. 홀 검출기(1420)는 4개의 연결 포트(1602, 1604, 1606 및 1608)를 갖는 홀 검출 회로 기판을 포함한다. 연결 포트(1602 및 1606)는 서로 대향하게 배치되며 연결 포트(1604 및 1608)는 서로 대향하게 배치된다. 제 1 초퍼 스위치(1422)는 4개의 스위치(1610, 1612, 1614 및 1616)를 포함한다. 스위치(1610)는 연결 포트(1602 및 1608)가 교번하여 전원(VCC)에 연결되도록 제어하며 스위치(1612)는 연결 포트(1604 및 1606)가 교번하여 그라운드에 연결되도록 제어한다. 스위치(1614)는 연결 포트(1602 및 1608)가 교번하여 차동 신호(P1)를 출력하도록 제어하며 스위치(1616)는 연결 포트(1604 및 1606)가 교번하여 차동 신호(N1)를 출력하도록 제어한다. 특정 실시예에서, 홀 검출기(1420) 및 제 1 초퍼 스위치(1422)는, 연결 포트(1602 및 1608) 중 하나가 전원(VCC)에 연결될 때, 연결 포트(1602 및 1608) 중 다른 하나는 차동 신호(P1)를 출력하도록 구성된다. 한편, 연결 포트(1604 및 1606) 중 하나가 그라운드에 연결될 때, 연결 포트(1604 및 1606) 중 다른 하나는 차동 신호(N1)를 출력한다. 예컨대, 연결 포트(1602)가 전원(VCC) 및 연결 포트(1606)에 연결될 때, 연결 포트(1608 및 1604)는 차동 신호{P1, N1}의 한 쌍을 출력한다. 대안적으로, 연결 포트(1608)가 전원(VCC)에 연결되며 연결 포트(1604)를 그라운드에 연결할 때, 연결 포트(1602 및 1606)는 차동 신호{P1, N1}의 제 1 쌍을 출력한다.

특정 실시예에서, 전원(VCC)은 정류기 회로(1402)의 출력의 전압 강하 및 조절을 수행함으로써 성취되는 정전압원일 수 있다. 다른 실시예에서, 전원(VCC)은 정전류원일 수 있다.

특정 실시예에서, 각각의 스위치(1610, 1612, 1614 및 1616)는 고전압 전도 또는 저전압 전도가 되도록 구성되는 한 쌍의 스위치를 포함한다. 이러한 쌍의 스위치의 각각은 상보적인 클록 신호의 한 쌍에 의해 제어될 수 있다. 동일한 주파수의 상보적인 클록 신호의 2쌍을 스위치(1610, 1612, 1614 및 1616)에 각각 공급함으로써, 홀 검출기(1420) 및 제 1 초퍼 스위치(1422)는 제 1 쌍의 차동 신호{P1, N1}를 생성할 수 있다.

도 7은 도 6의 회로도에 따른 예시적인 신호 출력을 도시한다. 신호(CK1)는 클록 신호를 표시한다. 신호(Vos)는 홀 검출기(1420)에서 고유한 편차 신호를 표시한다. 일반적으로, 신호(Vos)는 홀 검출기(1420)의 물리적인 특성에 의존한다. Vin and -Vin 는 클록 신호(CK1)의 제 1 절반 및 제 2 절반 동안 각각 제 1 초퍼 스위치(1422)에 의해 출력되는 실제 자계 전압 신호를 표시한다. 실제 자계 전압 신호는 편차 신호에 의해 유발된 간섭 신호 없이 외부 자계와 관련되는 이상적인 자계 전압 신호이다. 클록 신호(CK1)의 제 1 절반 및 제 2 절반 동안, 제 1 초퍼 스위치(1422)에 의해 출력되는 실제 자계 전압 신호는 동일한 진폭 및 반대되는 극성을 갖는다. Vout는 편차 신호(Vos)에 의해 또는 그와 결합하는 실제 자계 전압 신호(Vin 또는 -Vin)인 제 1 초퍼 스위치(1422)의 출력을 표시한다. 제 1 초퍼 스위치(1422)는 실제 자계 전압 신호(Vin 또는 -Vin)와 편차 신호(Vos)를 분리하고 이 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수상으로 스위칭한다. 특정 실시예에서, 초퍼 주파수는 클록 신호(CK1)의 주파수이며 베이스밴드 주파수는 외부 자계의 주파수를 변경하는 극성이다.

도 8은 본 공개의 일 실시예에 따르는 필터 회로(1428)의 예시적인 회로도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같은 필터 회로(1428)는 제 1 필터(F1)(1802) 및 제 2 필터(F2)(1804)를 포함할 수 있다. 제 1 필터(F1)(1802)는 샘플 앤드 홀드 회로(1426)로부터 출력되는 신호{P2A , P2B} 및{N2A, N2B}의 2개의 쌍의 각각에 더하여 제 1 단계를 적용하도록 구성되며, 이것은 편차 신호를 제거하기 위한 것이다. 제 1 필터(F1)(1802)는 제 1 단계 추가 공정 이후 신호 상에서의 제 1 단계 이득 증폭을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 제 2 필터(F2)(1804)는 제 1 필터(F1)(1802)로부터의 출력 신호에 대한 제 2 단계 추가 및/또는 제 2 단계 이득 증폭을 적용하고 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍을 생성하도록 구성된다. 제 1 필터(F1)(1802)의 이득은 제 2 필터(F2)(1804)의 이득보다 더 작도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제 1 필터(F1)(1802)의 이득은 4이며 제 2 필터(F2)(1804)의 이득은 8이다.

상기 기재된 필터 회로(1428)의 도면은 설명적인 목적을 위한 것임이 이해되어야 한다. 본 공개는 한정적인 것으로 의도되어서는 안된다. 필터 회로(1428)는 도 8에 도시된 것보다 많거나 적은 필터를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 필터 회로(1428)는 단 하나의 필터를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 상황에서, 유일한 필터는 더 나은 이득을 성취하기 위하여 큰 저항을 갖고 구성되어야 할 수 있다.

도 9는 본 공개의 일 실시예에 따른 비교기 회로(1430)의 예시적인 회로도를 도시한다. 도 4의 비교기 회로(1430)는 도 1의 A/D 변환 소자(1114)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예에서, 비교기 회로(1430)는 제 1 비교기(C1)(1902), 제 2 비교기(C2)(1904) 및 래치 논리 회로(S)(1906)를 포함하는 지연 비교기일 수 있다. 제 1 비교기(C1)(1902)에 대한 입력은 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍 및 기준 전압 신호{Vh , Vl}의 한 쌍을 포함하고, Vh는 고전압 신호이며 Vl는 저전압 신호이다. 제 2 비교기(C2)(1904)에 대한 입력은, 기준 전압 신호{Vh , Vl}의 쌍이 반대 극성에 연결되는 것을 제외하고 제 1 비교기(C1)에 입력되는 신호의 동일한 쌍을 포함한다. 제 1 비교기(C1)(1902)는 필터(1408)로부터 출력 전압(V1)을 컴퓨팅하도록 구성되고, 여기서, V1=P3-N3이고, 고전압 임계값은 Rh이며, Rh= Vh - Vl이다. 제 1 비교기(C1)(1902)는 출력 전압(V1)을 고전압 임계값(Rh)에 비교한다. V1> Rh일 때, 제 1 비교기(C1)(1902)는 높게 출력하고 V1< Rh일 때, 제 1 비교기(C1)(1902)는 낮게 출력한다. 제 2 비교기(C2)(1904)는 낮은 전압 임계값(V1)과 필터(1408)로부터의 출력 전압(Rl)을 비교하도록 구성되고, Rl = Vl - Vh이다. V1> Rl일 때, 제 2 비교기(C2)(1904)는 높게 출력하고 V1<Rl일 때, 제 2 비교기(C2)(1904)는 낮게 출력한다. Rh이 Rl보다 클 때, V1> Rh일 때, V1> Rl를 의미하고, 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)는 높게 출력한다. V1< Rl일 때, V1<Rh를 의미하고, 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)는 낮게 출력한다. Rl <V1< Rh일 때, 제 1 비교기(C1)(1902)는 낮게 출력하며 제 2 비교기(C2)(1904)는 높게 출력한다. 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)로부터의 비교 결과는 래치 논리 회로(S)(1906)에 보내진다. 래치 논리 회로(S)(1906)는 비교 결과를 기초로 전압 신호를 생성하도록 구성된다. 전압 신호는 자기 센서의 동작 상태를 제어하도록 출력 제어 회로(1406)로 더 보내진다. 래치 논리 회로(S)(1906)가 비교 결과를 기초로 전압 신호를 생성하는 방법에 대한 상세가 이하에서 기재된다.

도 10은 본 공개의 일 실시예에 따른 자계의 극성을 결정하기 위한 예시적인 개략도를 도시한다. 래치 논리 회로(S)(1906)가 필터 회로(1428)의 출력 전압(V1)이 Rh보다 더 큰 것을 표시하는 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)로부터의 비교 결과를 수신할 때, 래치 논리 회로(S)(1906)는 싱크 전류 상태로의 변화를 표시하는 제 1 신호를 생성한다. 래치 논리 회로(S)(1906)가 필터 회로(1428)의 출력 전압이 Rl보다 더 작은 것을 표시하는 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)로부터의 비교 결과를 수신할 때, 래치 논리 회로(S)(1906)는 소스 전류 상태로의 변화를 표시하는 제 2 신호를 생성한다. 래치 논리 회로(S)(1906)가 필터 회로(1428)의 출력 전압(V1)이 Rl <V1<Rh를 충족하는 것을 표시하는 제 1 비교기(C1)(1902) 및 제 2 비교기(C2)(1904)로부터의 비교 결과를 수신할 때, 래치 논리 회로(S)(1906)는 상태 변화가 없음을 표시하는 제 3 신호를 생성한다. 특정 실시예에서, 제 1 전압은 외부 자계가 제 1 극성을 나타내는 것을 표시하며, 제 2 전압은 외부 자계가 제 2 극성을 표시하는 것을 나타낸다.

도 10은 특정 실시예에서, 외부 자계의 자계 강도가 동작 지점(Bop)에 도달할 때, 비교기 회로(1430)는 제 1 신호를 생성하고, 외부 자계의 자계 강도가 릴리스 지점(Brp)의 아래일 때, 비교기 회로(1430)는 제 2 신호를 생성하며, 외부 자계의 자계 강도는 동작 지점(Bop)과 릴리스 지점(Brp) 사이일 때, 비교기 회로(1430)는 변화 없이 출력된 전류로 남는다.

도 11은 본 공개의 일 실시예에 따른 클록 주기의 예시적인 신호 출력을 도시한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 차동 신호{P1, N1}의 제 1 쌍은 제 1 초퍼 스위치(1422)의 출력이고, 차동 신호{P2, N2}의 제 2 쌍은 제 1 초퍼 증폭기(1424)의 출력이며, 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍은 필터 회로(1428)의 출력이다.{P1A, N1A}는 제 1 클록 반주기 동안 제 1 초퍼 스위치(1422)로부터 출력되는 차동 신호의 한 쌍이며,{P1B, N1B}는 제 2 클록 반주기 동안 제 1 초퍼 스위치(1422)로부터 출력되는 차동 신호의 한 쌍이다.{P2A, N2A}는 제 1 클록 반주기동안 제 1 초퍼 증폭기(1424)로부터 출력되는 차동 신호의 한 쌍이며{P2B, N2B}는 제 2 클록 반주기 동안 제 1 초퍼 증폭기(1424)로부터 출력되는 차동 신호의 한 쌍이다.

상기 기재된 바와 같이, Vout은 제 1 초퍼 스위치(1422)의 출력을 표시하고, 이것은 편차 신호(Vos)에 의해 중첩되는 실제 자계 전압 신호(Vin 또는 -Vin)이다. 다른 측면에서, Vout은 차동 신호{P1, N1}의 제 1 쌍의 사이의 차이를 표시하고, P1 및 N1는 동일한 진폭 및 반대되는 극성을 갖는다. 그러므로, P1A, P1B, N1A 및 N1B 는 이하의 식에 의해 표시된다:

(1).

도 4의 제 1 초퍼 증폭기(1424)가 도 3b에 도시된 실시예를 구현할 때, 제 1 초퍼 증폭기(1424)는 제 1 증폭기(A1)(1302), 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304) 및 제 2 증폭기(A2)(1306)를 포함한다. 제 1 쌍의 차동 신호{P1, N1}는 제 1 증폭기(A1)(1302)를 통과한 후 차동 신호{P1', N1'}로 증폭된다.{P1', N1'} 및 제 1 클록 반주기 및 제 2 클록 반주기 동안 그 개별적인 구성요소는 이하의 식에 의해 표시된다:

(2).

A는 제 1 증폭기(A1)(1302)의 증폭 이득을 표시한다. Voff는 제 1 증폭기(A1)(1302)에 의해 출력되는 편차 신호를 표시하고, 이것은 홀 검출기(1420)에 의해 생성되는 편차 신호(Vos) 및 제 1 증폭기(A1)(1302)에 의해 생성되는 편차 신호를 포함한다. 설명적인 목적에 있어서, 계수 A 및 ½는 본 명세서에서 이하의 기재로부터 무시된다.

제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)는 직접 제 1 클록 반주기에 증폭된 차동 신호{P1, N1}를 출력하고, 제 2의 제 2 클록 반주기에 증폭된 차동 신호{P1, N1}를 스위칭식으로(switchingly) 출력하며, 제 2 초퍼 스위치(Z2)(1304)로부터의 출력은 각각의 클록 반주기에서의 2개의 구성요소를 포함한다. 샘플 앤드 홀드 회로(1426)를 통과한 후, 이하의 식에 의해 표시되는 4개의 구성요소{P2A , P2B , N2A , N2B}가 필터 회로(1428)에 입력된다.

(3).

또한, 필터 회로(1428)에 의해 출력되는 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍은 이하의 식에 의해 표시된다:

(4).

상기 식에 도시된 바와 같이, 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍의 편차 신호는 필터 회로(1428)에 의해 제거된다. 차동 신호{P3, N3}의 제 3 쌍은, 따라서, 실제 자계 전압 신호만을 포함한다.

도 11B는 제 1 초퍼 스위치(예컨대, 도 2의 1202) 후, 실제 자계 전압 신호(Vin) 및 편차 신호(Voff)는 400kHz의 초퍼 주파수 및 100Hz의 베이스밴드 주파수로 각각 분리되는 것을 도시하며, 여기서 초퍼 주파수는 클록 신호의 주파수이다. 제 2 초퍼 스위치(예컨대, 도 3a, 도 3b의 1304) 후, 실제 자계 전압 신호(Vin) 및 편차 신호(Voff)는 각각 베이스밴드 주파수 및 초퍼 주파수로 스위칭된다. 이어서, 필터 회로(예컨대, 도 2의 1206) 후, 편차 신호(Voff)는 필터링 아웃 된다. 자기 센서가 동기식 모터를 제어하도록 구현될 때, 외부 자계는 영구 자석 모터 필드일 수 있으며, 여기서 극성 변경 주파수는 AC 전력원 주파수의 2배이다. 동기식 모터에 50Hz 또는 60Hz의 시티 AC 전원이 제공될 경우, 베이스밴드 주파수는 100Hz 또는 120Hz이다. 다수의 초퍼 스위치 및 증폭기를 통과한 후, 실제 자계 전압 신호 및 편차 신호는 매우 넓은 주파수에서 분리된다. 이처럼, 본 공개에서 구현되는 초퍼 증폭기는 매우 넓은 주파수 범위를 수용하도록 구성된다.

도 12는 본 공개의 일 실시예에 따른 출력 제어 회로(1406)의 예시적인 회로도를 도시한다. 도시된 실시예에 따른 출력 제어 회로(1406)는 제 1 스위치(2202) 및 제 2 스위치(2204)를 포함한다. 제 1 스위치(2202)는 제 1 전류 경로를 형성하도록 출력 포트(1410)와 결합되며, 제 2 스위치(2204)는 제 2 전류 경로를 형성하도록 출력 포트(1410)와 결합된다. 전류는 반대 방향으로 제 1 전류 경로와 제 2 전류 경로를 통해 흐른다. 제 1 스위치(2202) 및 제 2 스위치(2204)는 선택적으로 연결될 자기 검출 신호에 의해 제어된다. 특정 실시예에서, 제 1 스위치(2202)는 트랜지스터이며, 제 2 스위치(2204)는 다이오드 또는 트랜지스터이다.

특정 실시예에서, 제 1 스위치(2202)는 저전압 패스(low voltage pass)로서 구성되며 제 2 스위치(2204)는 고전압 패스(high voltage pass)로 구성된다. 제 1 스위치(2202) 및 제 2 스위치(2204) 모두의 제어 단부는 자기 검출 회로(1404)의 출력에 연결된다. 제 1 스위치(2202)의 출력 및 제 2 스위치(2204)의 입력은 출력 포트(1410)에 모두 연결된다. 제 1 스위치(2202)의 입력은 예컨대, 정류기 회로(1402)로부터의 출력(VDD) 또는 DC 전력원과 같이 고전압 단부(2206)에 연결될 수 있으며, 제 2 스위치(2204)의 출력은 예컨대 그라운드와 같이 저전압 단부(2208)에 연결될 수 있다.

자기 검출 회로(1404)의 출력이 낮은 전압 신호인 경우, 제 1 스위치(2202)가 연결되고, 제 2 스위치(2204) 분리된다. 결과적으로, 부하 전류는 고전압 단부(2206)로부터 제 1 스위치(2202) 내로 흘러 출력 포트(1410)를 통해 밖으로 흐른다. 자기 검출 회로(1404)의 출력이 고전압 신호인 경우, 제 2 스위치(2204)는 연결되고, 제 1 스위치(2202)는 분리된다. 결과적으로, 부하 전류에서 출력 포트(1410)로부터 제 2 스위치(2204) 내로의 흘러 저전압 단부(2208)를 통해 밖으로 흐른다.

도 13는 본 공개의 다른 실시예에 따른 출력 제어 회로의 예시적인 회로도를 도시한다. 도시된 실시예에 따른 출력 제어 회로(1406)는 제 1 스위치(2302) 및 제 2 스위치(2304)를 포함한다. 제 1 스위치(2302)는 고전압 패스로 구성되며 제 2 스위치(2304)는 일방향 다이오드가 되도록 구성된다. 제 1 스위치(2302)의 제어 단부 및 제 2 스위치(2304)의 캐소드는 자기 검출 회로(1404)의 출력에 모두 연결된다. 특정 실시예에서, 제 1 스위치(2302)의 제어 단부는 저항(2308)을 통해 자기 검출 회로(1404)의 출력에 연결된다. 제 1 스위치(2302)의 입력은 정류기 회로(1402)의 출력에 연결될 수 있다(도 4 참조). 제 1 스위치(2302)의 출력 및 제 2 스위치의 어노드는 출력 포트(1410)에 모두 연결된다. 도 12에 도시된 실시예와 유사하게, 제 1 스위치(2302)는 제 1 전류 경로를 형성하도록 출력 포트(1410)와 결합되고, 제 2 스위치(2304)는 제 2 전류 경로를 형성하도록 출력 포트(1410)와 결합된다. 전류는 반대 방향인 제 1 및 제 2 전류 경로를 통해 흐른다. 자기 검출 회로(1404)의 출력이 고전압 신호일 경우, 제 1 스위치(2302)는 연결되며 제 2 스위치(2304)는 분리된다. 결과적으로, 부하 전류는 고전압 단부(2306)로부터 제 1 스위치(2302) 내로 흐르며, 출력 포트(1410)를 통해 밖으로 흐른다. 자기 검출 회로(1404)의 출력은 저전압 신호일 경우, 제 2 스위치(2304)는 연결되며 제 1 스위치(2302)는 분리된다. 결과적으로, 부하 전류는 출력 포트(1410)로부터 제 2 스위치(2304) 내로 흐른다.

도 14는 본 공개의 또 다른 실시예에 따라 출력 제어 회로의 예시적인 회로도를 도시한다. 도시된 실시예의 출력 제어 회로(1406)는 단방향 스위치(2402) 및 저항(2404)을 포함한다. 단방향 스위치(2402)는 제 1 전류 경로를 형성하도록 자계 검출 회로(1404)와 출력 포트(1410) 사이에서 연결되며 저항(2404)은 제 2 전류 경로를 형성하도록 자계 검출 회로(1404)와 출력 포트(1410) 사이에서 연결되며, 여기서, 전류는 반대 방향인 제 1 및 제 2 전류 경로를 통해 흐른다. 자기 검출 회로(1404)의 출력이 고전압 신호일 경우, 단방향 스위치(2402)는 연결되며 부하 전류는 단방향 스위치(2402)를 통해 자계 검출 회로(1404)의 출력에서 출력 포트(1410)로 흐른다. 자기 검출 회로(1404)의 출력이 저전압 신호일 경우, 단방향 스위치(2402)는 분리되며 부하 전류는 저항(2404)을 통해 출력 포트(1410)로부터 자기 검출 회로(1404)의 출력으로 흐른다.

본 공개의 자기 센서는 추가 A/D 변환 장비가 필요하지 않는 시티 AC 전원에 직접 연결될 수 있다. 그러므로, 본 공개는 다양한 분야로의 자기 센서의 구현을 가능하게 한다. 또한, 자계 검출 회로는 검출된 자계 신호를 효율적으로 증폭하고, 전압을 조절하여 간섭 신호를 필터링할 수 있다. 그러므로, 자기 센서는 전기 회전자의 동작을 제어하도록 외부 자계의 극성에 관하여 더 정확한 신호를 생성할 수 있다.

도 15는 본 공개에 따라 구성된 자기 센서를 통합하는 모터(2500)의 예시적인 개략도를 도시한다. 모터는 AC 전원(2502), 모터(2504), 자기 센서(2508) 및 양방향 스위치(2510)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 모터(2500)는 자기 센서(2508)에 제공하기 전에 AC 전원(2502)의 레벨을 제거하도록 구성되는 전압 강하 회로(2506)를 더 포함할 수 있다. 자기 센서(2508)의 출력(Pout)은 양방향 스위치(2510)의 제어 단부에 전기 연결된다.

특정 실시예에서, 자기 센서(2508)는 AC 전원(2502)이 포지티브 반주기에서 동작할 때 그리고 자기 센서(2508)의 자계 검출 회로(1404)가 외부 자계가 제 1 극성을 나타냄을 결정할 때 양방향 스위치(2510)에 구동 전류를 출력하도록 구성된다. 대안적으로, 자기 센서(2508)의 출력 제어 회로(1406)는 AC 전원(2502)이 네거티브 반주기에서 동작할 때 그리고 자계 검출 회로(1404)가 외부 자계가 제 1 극성의 반대인 제 2 극성을 나타냄을 결정할 때 자기 센서(2508)가 양방향 스위치(2510)에 구동 전류를 출력하도록 구성된다. 자기 센서(2508)의 출력 제어 회로(1406)는, AC 전원(2502)이 네거티브 반주기에서 동작하고 자계 검출 회로(1404)가 외부 자계가 제 1 극성을 나타냄을 결정할 때, 또는 AC 전원(2502)은 포지티브 반주기에서 동작하며 자계 검출 회로(1404)가 제 2 극성을 나타냄을 결정할 때, 자기 센서(2508)가 양방향 스위치(2510)로 구동 전류를 출력하지 않도록 제어하도록 추가로 구성된다.

자기 센서(2508)가 도 5에 도시된 정류기 회로 및 도 12에 도시된 출력 제어 회로를 사용하는 실시예에서, 도 12의 제 1 스위치(2202)의 입력은 도 5의 브릿지 전파 정류기의 전압 출력(VDD)에 연결하도록 구성되며 제 2 스위치(2204)의 출력은 그라운드에 연결하도록 구성된다. AC 전원(2502)이 포지티브 반주기에서 동작하고 자계 검출 회로(1404)가 저전압을 출력할 때, 제 1 스위치(2202)는 연결되며 제 2 스위치는 분리되고, 전류는 AC 전원(2502), 모터(2504), VAC +, 자기 센서(2508) 및 양방향 스위치(2510)를 통과하는 한 방향으로 흐른다. 자기 센서(2508) 내에서, 전류는 브릿지 전파 정류기의 전압 출력 및 제 1 스위치(2202)를 통해 흐른다. 특정 실시예에서, 전류는 자기 센서(2508)전에 전압 강하 회로(2506)를 통해 흐른다.

AC 전원(2502)이 네거티브 반주기에서 동작하고 자계 검출 회로(1404)가 고전압을 출력할 때, 제 1 스위치(2202)는 분리되며 제 2 스위치는 연결되고, 전류는 AC 전원(2502), 양방향 스위치(2510), 자기 센서(2508) 및 모터(2504)를 통과하는 반대 방향으로 흐른다. 자기 센서(2508) 내에서, 전류는 제 2 스위치(2204), 브릿지 전파 정류기의 그라운드 출력, 제 1 다이오드(1502) 및 VAC +를 통해 흐른다. AC 전원(2502)이 포지티브 반주기에서 동작하고 자계 검출 회로(1404)가 고전압을 출력할 때, 또는 AC 전원(2502)이 네거티브 반주기에서 동작하고 자계 검출 회로(1404)가 저전압을 출력할 때, 제 1 스위치(2202) 및 제 2 스위치(2204)는 모두 분리된다. 결과적으로, 자기 센서(2508)의 Pout를 통해 흐르는 구동 전류는 존재하지 않는다.

도 16은 본 공개에 따라 구성되는 자기 센서를 통합하는 동기식 모터(2600)의 예시적인 개략도를 도시한다. 동기식 모터(2600)는 고정자 및 고정자에 대하여 회전하도록 구성되는 회전자(2602)를 포함한다. 고정자는 고정자 코어(2604) 및 고정자 코어(2604) 주변에 감기도록 구성되는 고정자 코일(2612)을 포함한다. 고정자 코어(2604)는 철, 주철, 전기 강, 규소 등과 같은 임의의 연성 자기 물질로 구성될 수 있다. 회전자(2602)는 AC 전원이 직렬로 연결될 때, 60f/p의 일정한 속도(즉, 분당 회전수, rpm)에서 회전하도록 구성되며, 여기서, f는 AC 전원의 주파수이며 p는 회전자(2602)의 극 쌍의 수이다. 고정자 코어(2604)는 대향하는 극 부분(2608A 및 2608B)의 상으로 구성된다. 대향하는 극 부분(2608A 및 2608B)의 쌍의 각각은 극호 표면, 예컨대, 2610A 및 2610B을 갖는다. 회전자(2602)의 표면은 극호 표면(2610A, 2610B)에 반대되며 그 사이에 공극(2606)을 형성한다. 특정 실시예에서, 회전자(2602)와 고정자 사이의 공극(2606)은 매우 작은 고르지 않은 갭(gap) 영역을 대부분 가지며 고르다. 특정 실시예에서, 극 표면(2610A, 2610B)의 각각은 시작 그루브, 예컨대 2614로 더 구성된다. 극호 표면(2610A, 2610B)은 시작 그루브의 영역을 제외하고 회전자(2602)와 동심이다. 시작 그루브의 구성은 고르지 않은 자계를 내부에 형성한다. 또한, 시작 그루브의 구성은, 회전자(2602)가 정지 상태일 때, 회전자(2602)의 극(S1)이 극 부분(2608A 및 2608B)의 중심 극(S2)에 대한 각으로 경사진다. 이러한 구성은, 회전자(2602)가 모터가 턴 온될 때마다 시작 토크를 갖는 것을 허용한다. 본 실시예에서, 회전자(2602)의 극(S1)은 회전자(2602)의 2개의 자극 사이의 분리 경계이며, 중심 극(S2)은 중앙의 대향하는 극 부분(2608A 및 2608B)을 통과한다. 고정자 및 회전자(2602)는 모두 2개의 자극을 갖고 구성된다.

본 공개에 따른 출력 제어 회로(1406)는 AC 전원(2502)의 극성 및 외부 자계의 극성을 기초로 연결 및 분리 사이의 상태를 스위칭하도록 양방향 스위치(2510)를 제어하고 또한 고정자 코일(2612)의 전력 증가 상태를 제어한다. 이처럼, 고정자에 의해 생성되는 자계는 하나의 단일 방향으로 회전자가 회전하도록 구동하도록 회전자(2602)의 자계 위치와 공조하고 모터가 모터의 전력이 증가할 때마다 일정한 회전 방향을 갖는 것을 보장할 수 있다.

상술한 실시예는 예시적인 목적을 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 공개는 한정적인 것으로 의도되지 않는다. 고정자 및 회전자(2602)는 4개 또는 6개의 자극과 같이 상이한 자극으로 구성될 수 있다. 또한, 고정자 및 회전자(2602)는 서로에 대해 상이한 자극을 가질 수 있다.

당업자는, 본 공개는 다양한 변형 및/또는 개선을 위해 다룰 수 있음을 인지할 것이다. 예컨대, 호스트 장치와 본 명세서에 개시된 바와 같이, 클라이언트 노드는 펌웨어, 펌웨어/소프트웨어의 조합, 펌웨어/하드웨어 조합, 또는 하드웨어/펌웨어/소프트웨어 조합으로서 구현될 수 있다. 상기 기재된 다양한 구성요소의 구현이 하드웨어 장치에서 이행될 수 있지만, 이것은 또한 소프트웨어 전용 솔루션 - 예컨대, 기존 서버상에서의 설치 - 으로서 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 바와 같이 호스트의 유닛 및 클라이언트 노드는 펌웨어, 펌웨어/소프트웨어 조합, 펌웨어/하드웨어 조합, 또는 하드웨어/펌웨어/소프트웨어 조합으로서 구현될 수 있다.

전술한 것이 최상의 모드 및/또는 다른 예로 간주되는 것으로 기재되었으나, 이는 다양한 변형이 이루어질 수 있고 본 명세서에 개시된 대상이 다양한 형태 및 실시예로 구현될 수 있으며, 상기 교시는 다수의 응용에 적용될 수 있고, 그 일부만이 본 명세서에 설명되는 것이 이해된다. 다음의 청구범위에 의해, 본 공개의 진정한 범위 내에 있는 임의의 모든 응용, 변형 및 변화가 청구되도록 의도된다.

Claims (10)

1. 자기 센서로서:
   외부 전원에 연결되는 입력 포트;
   자기 검출 신호를 생성하도록 구성되는 자계 검출 회로;
   자기 검출 신호에 응답하여 자기 센서의 동작을 제어하도록 구성된 출력 제어 회로; 및
   출력 포트를 포함하되,
   상기 자계 검출 회로는:
   외부 자계를 검출하고 검출 신호를 출력하도록 구성되는 자기 감지 소자,
   상기 검출 신호를 증폭하고 상기 검출 신호로부터의 간섭을 제거하여 처리된 검출 신호를 생성하도록 구성되는 신호 처리 소자, 및
   처리된 검출 신호를 상기 자기 센서를 적어도 상기 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 제어하는데 이용되는 상기 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되는 변환 소자를 포함하되,
   제1 상태에서, 부하 전류는 출력 포트로부터 자기 센서의 외부로 흐르고, 또한
   제2 상태에서, 부하 전류는 상기 자기 센서의 외부로부터 출력 포트로 흐르며,
   상기 신호 처리 소자는 증폭기 및 필터 회로를 포함하며, 상기 증폭기의 이득은 상기 필터 회로의 이득보다 더 큰, 자기 센서.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출 신호는 자계 신호 및 편차 신호를 포함하며,
   상기 증폭기는 초퍼 증폭기이며, 또한
   상기 필터 회로는 저역 필터이고,
   상기 신호 처리 소자는:
   상기 검출 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수에 대응하는 상기 편차 신호 및 상기 자계 신호로 분리하도록 구성되는 제1 초퍼 스위치를 포함하고,
   상기 초퍼 증폭기는 상기 편차 신호 및 상기 자계 신호를 증폭하고, 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성되고, 또한
   상기 필터 회로는 상기 초퍼 주파수에서 상기 편차 신호를 필터링 아웃(filter out)하도록 구성되는, 자기 센서.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 초퍼 증폭기는
   제1 증폭기; 및
   제2 초퍼 스위치를 포함하되,
   상기 제1 증폭기는 상기 제1 초퍼 스위치로부터의 상기 편차 신호 및 상기 자계 신호에 대해 제1 단계 증폭을 수행하여 각각 증폭된 상기 편차 신호 및 증폭된 상기 자계 신호를 생성하도록 구성되며, 또한
   상기 제2 초퍼 스위치는 상기 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성되는, 자기 센서.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 초퍼 주파수는 100 K Hertz보다 크거나 및/또는 상기 베이스밴드 주파수는 200 Hertz보다 적은, 자기 센서.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 초퍼 증폭기는 상기 제2 초퍼 스위치와 상기 필터 회로 사이에 배치된 제2 증폭기를 더 포함하며,
   상기 제2 증폭기는 상기 초퍼 주파수 상으로 스위칭되는 증폭된 편차 신호 및 상기 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭되는 증폭된 자계 신호에 대해 제2 단계 증폭을 수행하도록 구성되며, 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 큰, 자기 센서.
6. 청구항 2에 있어서, 상기 신호 처리 소자는 상기 초퍼 증폭기와 상기 필터 회로 사이에 결합된 샘플 앤 홀드 회로를 더 포함하며,
   상기 샘플 앤드 홀드 회로는 각각 제1 클록 반주기 및 제2 클록 반주기 동안 제1 쌍의 차동 신호를 샘플링하고, 클록 주기 동안 두 쌍의 샘플링된 차동 신호를 출력하도록 구성되는, 자기 센서.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 필터 회로는 두 쌍의 샘플링된 차동 신호를 기초로 제2 쌍의 차동 신호를 연산하도록 구성되는 제1 필터 및 제2 쌍의 차동 신호를 더욱 증폭하고, 편차 신호를 제거하고, 제3 쌍의 차동 신호를 생성하도록 구성되는 제2 필터를 더 포함하며, 상기 제1 필터의 이득은 상기 제2 필터의 이득보다 적은, 자기 센서.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 전원은 교류(AC) 전원이며,
   상기 자기 검출 신호는 스위칭 검출 신호이며,
   상기 자기 검출 신호의 스위칭 주파수는 상기 AC 전원의 주파수에 비례하거나 또는 상기 AC 전원의 주파수의 2배인, 자기 센서.
9. 자기 센서용 집적 회로로서:
   외부 전원에 연결되는 입력 포트;
   출력 포트; 및
   자기 검출 신호를 생성하도록 구성되며,
   외부 자계를 검출하고 검출 신호를 출력하도록 구성되는 자기 감지 소자 - 상기 검출 신호는 자계 신호 및 편차 신호를 포함함 - ,
   상기 검출 신호를 증폭하고 상기 검출 신호로부터의 간섭을 제거하여 처리된 검출 신호를 생성하도록 구성되는 신호 처리 소자, 및
   처리된 검출 신호를 상기 자기 센서를 적어도 상기 자기 검출 신호에 응답하여 제1 상태 및 제2 상태 중 적어도 하나에서 동작하도록 제어하는데 이용되는 상기 자기 검출 신호로 변환하도록 구성되는 변환 소자를 포함하되,
   상기 신호 처리 소자는
   상기 검출 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수에 대응하는 상기 자계 신호 및 상기 편차 신호로 분리하도록 구성되는 제1 초퍼 스위치;
   상기 자계 신호 및 상기 편차 신호를 개별적으로 증폭하고 증폭된 편차 신호 및 증폭된 자계 신호를 각각 초퍼 주파수 및 베이스밴드 주파수 상으로 스위칭하도록 구성된 초퍼 증폭기, 및
   상기 초퍼 주파수로 스위칭된 상기 편차 신호를 제거하도록 구성되는 필터 회로를 포함하되,
   상기 초퍼 증폭기의 이득은 상기 필터 회로의 이득보다 더 큰 집적 회로.
10. 교류 전력에 의해 전력 공급되는 모터 및 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 자기 센서 또는 청구항 9에 기재된 자기 센서를 위한 집적 회로를 포함하는, 모터 어셈블리.`

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