KR20180017057A - 위상 동기 루프를 갖는 각도 검출을 위한 자기장 센서 - Google Patents

위상 동기 루프를 갖는 각도 검출을 위한 자기장 센서 Download PDF

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스티븐 다우베르트
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알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
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Abstract

자기장 센서는 자기장에 반응하여 복수의 자기장 센싱 요소들의 센싱 요소 출력 신호들로부터 형성되는 측정된 자기장 신호를 수신하도록 위상 동기 루프를 포함한다. 상기 위상 동기 루프는 상기 자기장의 각도를 나타내는 값을 갖는 각도 신호를 발생시키도록 구성된다. 연관된 방법들도 설명된다.

Description

위상 동기 루프를 갖는 각도 검출을 위한 자기장 센서
본 발명은 대체로 자기장 센서들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 자기장의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공할 수 있는 자기장 센서들에 관한 것이다.
자기장 센싱 요소들은 다양한 응용들에 사용될 수 있다. 하나의 응용에서, 자기장 센싱 요소는 자기장의 방향, 즉 상기 자기장의 방향의 각도를 검출하는 데 사용될 수 있다.
평면형 홀 요소들 및 수직형 홀 요소들은 알려진 유형의 자기장 센싱 요소들이다. 평면형 홀 요소는 상기 평면형 홀 요소가 형성되는 기판의 표면에 직교하는 자기장에 반응하는 경향이 있다. 수직형 홀 요소는 상기 수직형 홀 요소가 형성되는 기판의 표면에 평행한 자기장에 반응하는 경향이 있다.
다른 유형의 자기장 센싱 요소들이 알려져 있다. 예를 들면, 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하는 이른바 "원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH)" 센싱 요소가 알려져 있고, 2008년 5월 28일에 출원되었고, PCT 국제 특허 공개 제WO2008/145662호로 영어로 공개된 PCT 특허 출원 PCT/EP2008/056517호(발명의 명칭: "평면 내의 자기장의 방향을 측정하기 위한 자기장 센서(Magnetic field Sensor for Measuring Direction of a Magnetic Field in a Plane)")에 기재되어 있으며, 상기 특허 출원과 그 공개 특허는 전체적으로 여기에 참조로 포함된다. 상기 CVH 센싱 요소는 기판 내의 공통의 원형 주입 및 확산 영역 상부에 배치되는 수직형 홀 요소들의 원형 배치이다. 상기 공통 주입 및 확산 영역은 반도체 분리 구조들에 의해 한정되는 기판 상의 공통 에피(에피택셜) 영역(예를 들면, 층)이 될 수 있다. 상기 CVH 센싱 요소는 상기 기판의 평면 내에서 자기장의 방향(즉, 각도)(및 선택적으로는 강도)을 감지하는 데 사용될 수 있다.
다양한 변수들이 자기장 센싱 요소들을 사용하는 자기장 센싱 요소들 및 자기장 센서들의 성능을 특징짓는다. 이들 변수들은 상기 자성 센싱 요소가 겪는 자기장의 변화에 반응하는 자기장 센싱 요소의 출력 신호의 변화인 감도 및 상기 자기장 센싱 요소의 출력 신호가 상기 자기장에 직접 비례하여 변화되는 정도인 선형성을 포함한다. 이들 변수들은 또한 상기 자기장 센싱 요소가 영(zero)의 자기장을 겪을 때에 영의 자기장을 나타내지 않는 상기 자기장 센싱 요소로부터의 출력 신호에 의해 특징지어지는 오프셋(offset)을 포함한다.
전술한 CVH 센싱 요소는 연관된 회로들과 함께 자기장의 방향의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 자석이 이른바 "타겟 물체(target object)", 예를 들면, 엔진 내의 캠 샤프트 상에 배치되거나, 그렇지 않으면 이에 연결될 경우, 상기 CVH 센싱 요소는 상기 타겟 물체의 회전의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소는 다만 자기장의 각도를 나타내는 출력 신호를 제공하는 하나의 요소, 즉 각도 센서이다. 예를 들면, 각도 센서는 복수의 별개의 수직형 홀 요소들 또는 복수의 자기저항 요소(magnetoresistance element)들로 제공될 수 있다. 총괄적으로, 자기장의 각도와 연관된 출력 신호를 발생시키는 자기장 센싱 요소(들)은 여기서는 "각도 센싱 요소(angle sensing element)들"로 언급된다.
많은 변수들이 각도 센싱 요소(들), 예를 들면, CVH 센싱 요소의 성능을 특징지을 수 있다. 하나의 이러한 변수는 상기 각도 센싱 요소(들)에 의해 발생되는 출력 신호의 각도의 정확도이다. 각도의 정확도는 모든 자기장이 향하는 각도들에서 동일한 평균 각도 오차 및 다른 자기장 각도들에서 상이한 각도 오차(즉, 비선형성 오차) 모두를 포함한다. 다른 변수는 때때로 각도 재생률(refresh rate)로도 언급되는 변수인 상기 각도 센싱 요소(들)가 상기 자기장의 각도를 전달할 수 있는 속도이다. 상기 속도는 특히 상기 자기장의 각도가 빠르게 변화하는 응용들에 대해 중요한 점이 이해될 것이다. 각도 센싱 요소를 특징지을 수 있는 일부 변수들은 온도와 함께 변화되는 경향이 있다.
본 발명은 높은 각도 재생률(refresh rate)을 빠르게 구현하도록 각도 센싱 요소로부터의 출력 신호들을 처리할 수 있는 회로들과 기술들을 제공한다. 일 측면에 따르면, 자기장 센서는 각기 자기장에 반응하여 각각의 자기장 센싱 요소 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하며, 여기서 측정된 자기장 신호로부터의 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 가진다. 상기 측정된 자기장 신호를 수신하도록 연결되는 위상 동기 루프(phase-locked loop)는 상기 자기장의 각도를 나타내는 값을 갖는 각도 신호를 발생시키도록 구성된다.
특징들은 다음 사항들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 측정된 자기장 신호는 주파수를 가지며, 상기 위상 동기 루프는 상기 자기장 신호의 주파수에 연관된 주파수를 갖는 클록 신호에 반응할 수 있다. 상기 위상 동기 루프는 상기 측정된 자기장 신호에 반응하는 제1 입력 및 각각의 위상을 갖는 피드백 신호(feedback signal)에 반응하는 제2 입력을 가지며, 상기 측정된 자기장 신호의 위상과 상기 피드백 신호의 위상을 비교하고, 상기 측정된 자기장 신호의 위상과 상기 피드백 신호의 위상의 차이를 나타내는 차이 신호(difference signal)를 발생시키도록 구성될 수 있는 위상 검출기(phase detector)를 포함할 수 있다. 상기 위상 검출기는 상기 차이 신호를 최소화하는 위상을 가지는 상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호에 반응하는 발진기(oscillator)를 포함할 수 있다. 상기 발진기는 위상 누적 신호(phase accumulated signal)를 발생시키도록 상기 클록 신호에 반응하는 위상 증분 누산기(phase increment accumulator), 합산된 신호를 발생시키도록 상기 위상 누적 신호 및 상기 각도 신호에 반응하는 합산 요소(summation element), 그리고 상기 합산된 신호에 반응하여 사인 값을 제공하도록 구성되는 룩업 테이블(look-up table)을 포함할 수 있다.
상기 위상 동기 루프는 상기 차이 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 각도 신호를 제공하도록 구성되는 비례 적분(proportional-integral) 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 비례 적분 컨트롤러는 시프트 기능(shift function)을 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 이득 요소(gain element)를 포함할 수 있다. 상기 위상 검출기는 상기 측정된 자기장 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 단위 이득 신호(unity gain signal)를 제공하도록 구성되는 자동 이득 제어 회로(automatic gain control circuit), 곱 신호(product signal)를 제공하도록 상기 단위 이득 신호에 반응하고, 상기 피드백 신호에 반응하는 배율기(multiplier), 그리고 상기 차이 신호를 제공하도록 상기 곱 신호에 반응하는 저역 통과 필터(low pass filter)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호는 주파수를 가지며, 상기 저역 통과 필터는 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 하나 또는 그 이상의 각각의 주파수들에서 하나 또는 그 이상의 노치(notch)들을 포함한다. 상기 복수의 자기장 센싱 요소들은 원형 수직 홀 요소(circular vertical Hall: CVH) element)로 배치되는 각각의 복수의 수직형 홀 효과 요소(vertical Hall Effect element)들을 포함할 수 있다. 상기 센서는 상기 측정된 자기장 신호를 발생시키도록 상기 복수의 자기장 센싱 요소 출력 신호들에 반응하는 고역 통과 필터(high pass filter) 및/또는 보정된 각도 값을 발생시키도록 상기 각도 신호에 반응하고, 상기 측정된 자기장 신호에 반응하는 각도 오차 보정 회로(angle error correction circuit)를 더 포함할 수 있다. 상기 측정된 자기장 신호는 실질적으로 정현파 형상 또는 구형파의 형상이 될 수 있다. 상기 자기장은 셀프-테스트(self-test) 목적들을 위해 제공될 수 있는 바와 같은 진단 자기장이 될 수 있다. 상기 각도 신호는 실질적으로 일정한 재생률(refresh rate)을 가질 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 자기장 센서로 자기장의 각도를 검출하는 방법에 있어서, 각 자기장 센싱 요소는 상기 자기장에 반응하여 각각의 자기장 센싱 요소 출력 신호를 발생시키도록 구성되고, 여기서 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 측정된 자기장 신호를 형성하며, 상기 방법은 이득 조정된 신호를 발생시키도록 상기 측정된 자기장 신호의 이득을 조정하는 단계, 위상 차이에 비례하는 차이 신호를 제공하도록 상기 이득 조정된 신호의 위상을 피드백 신호의 위상과 비교하는 단계, 상기 자기장의 각도에 비례하는 값을 갖는 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 컨트롤러로 처리하는 단계, 그리고 상기 차이 신호를 최소화하는 위상을 갖는 상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호를 이용하는 단계를 포함한다.
특징들은 다음 사항들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 측정된 자기장 신호는 주파수를 가지며, 상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호를 이용하는 단계는 상기 각도 신호에 반응하는 제1 입력 및 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 주파수를 갖는 클록 신호에 반응하는 제2 입력을 가지는 발진기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 발진기를 제공하는 단계는 위상 누적 신호를 발생시키도록 상기 클록 신호에 반응하는 위상 증분 누산기를 제공하는 단계, 합산된 신호를 발생시키도록 상기 위상 누적 신호로부터 상기 각도 신호를 차감하는 단계, 그리고 상기 합산된 신호에 반응하여 룩업 테이블 내의 사인 값을 검색하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 차이 신호를 제공하도록 상기 이득 조정된 신호의 위상을 상기 피드백 신호의 위상과 비교하는 단계는 곱 신호를 발생시키도록 상기 이득 조정된 신호와 상기 피드백 신호를 곱하는 단계 및 상기 차이 신호를 제공하도록 상기 곱 신호를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 곱 신호를 필터링하는 단계는 상기 곱 신호를 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 주파수에서 노치를 갖는 필터로 저역 통과 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 상기 컨트롤러로 처리하는 단계는 상기 차이 신호를 비례 적분 컨트롤러에 커플링(coupling)하는 단계를 포함할 수 있다.
자기장의 각도를 자기장 센서로 검출하는 단계는 각기 원형 수직 홀(CVH) 요소로 배치되는 각각의 복수의 수직형 홀 효과 요소들을 구비하는 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 자기장 센서로 상기 자기장의 각도를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 측정된 자기장 신호를 발생시키도록 상기 복수의 자기장 센싱 요소 출력 신호들을 고역 통과 필터로 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 실질적으로 정현파의 측정된 자기장 신호 또는 실질적으로 구형파의 측정된 자기장 신호를 형성할 수 있다. 상기 자기장은 셀프-테스트의 목적들을 위해 제공될 수 있는 바와 같은 진단 자기장이 될 수 있다. 상기 각도 신호를 발생시키도록 상기 차이 신호를 상기 컨트롤러로 처리하는 단계는 실질적으로 일정한 비율로 상기 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 자세하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 기판 상의 공통 주입 영역 상부에 원형으로 배치되는 복수의 수직형 홀 요소들을 가지는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소와 상기 CVH 센싱 요소에 가까이 배치되는 2극 자석을 나타내는 도면이고,
도 1a는 복수의 자기장 센싱 요소들을 나타내는 도면이며,
도 2는 도 1의 CVH 센싱 요소에 의하거나, 도 1a의 복수의 자기장 센싱 요소들에 의해 발생될 수 있는 바와 같은 출력 신호를 나타내는 그래프이고,
도 3은 CVH 센싱 요소, 전류 스피닝 시퀀스 선택 모듈, PLL을 포함하는 각도 계산 모듈 및 각도 오차 보정 모듈을 가지는 예시적인 자기장 센서의 블록도이며,
도 4-도 4c는 네 전류 스피닝 위상들로 연결될 때에 각 위상이 도 3의 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소들의 하나의 동작과 연관되는 도 3의 CVH 센싱 요소의 수직형 홀 요소를 나타내는 블록도들이고,
도 5는 위상 검출기, 비례 적분(PI) 컨트롤러 및 발진기를 가지는 예시적인 각도 계산 모듈을 나타내는 블록도이며,
도 6은 자동 이득 제어(AGC) 회로를 갖는 도 5의 예시적인 위상 검출기의 블록도이고,
도 6a는 도 6의 예시적인 AGC 회로의 블록도이며,
도 7은 도 5의 예시적인 PI 컨트롤러의 블록도이고,
도 8은 도 5의 각도 계산 모듈의 동작을 예시하는 흐름도이며,
도 9는 도 3의 자기장 센서의 이상적인 및 비이상적인 동작을 나타내는 그래프이고,
도 10은 자기장 강도 및 온도에 기초하여 측정된 자기장 각도를 보정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이며,
도 10a는 도 10의 자기장 강도의 측정을 위한 방법을 예시하는 흐름도이고,
도 10b는 도 10의 온도의 측정을 위한 방법을 예시하는 흐름도이며,
도 10c는 도 10a 및 도 10b의 방법들을 활용하여 측정된 자기장 각도를 보정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이고,
하나의 평면형 홀 요소만을 가지며, 전류 스피닝 위상들을 컨트롤하도록 전류 스피닝/필터 컨트롤 모듈을 가지는 자기장 센서의 블록도이며,
도 12는 반복되는 전류 스피닝 위상 시퀀스들로 동작될 때에 도 11의 자기장 센서의 동작의 주파수 영역을 나타내는 그래프이고,
도 13은 변화되는 전류 스피닝 위상 시퀀스들로 동작될 때에 도 11의 자기장 센서의 동작의 주파수 영역을 나타내는 그래프이다.
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) 요소, 자기저항(magnetoresistance) 요소, 또는 자기트랜지스터(magnetotransistor)를 포함할 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀(planar Hall) 요소, 수직형 홀(vertical Hall) 요소 및 원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH) 요소가 존재한다. 또한, 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 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, 또는 화합물, 예를 들면 갈륨-비소(GaAs) 혹은 예를 들면, 안티몬화인듐(InSb)과 같은 인듐 화합물과 같은 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 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.
복수의 수직형 홀 요소들을 갖는 원형 수직 홀(CVH) 요소가 다음의 예들에서 설명되지만, 동일하거나 유사한 기술들과 회로들이 자기장이 향하는 방향의 각도, 예를 들면 자석이 부착되는 타겟 물체의 회전 각도를 검출하는 방식으로 배치되는 임의의 유형의 자기장 센싱 요소(들)에 적용되는 점이 이해되어야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 원형 수직 홀(CVH) 요소(12)는 기판(도시되지 않음) 내의 원형의 주입 및 확산 영역(18)을 포함한다. 상기 CVH 센싱 요소(12)는 수직형 홀 요소(12a)가 단지 하나의 예인 복수의 수직형 홀 요소들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공통 주입 및 확산 영역(18)은 반도체 분리 구조들에 의해 한정되는 기판 상의 공통 에피택셜(epitaxial) 영역으로 특징지어질 수 있다.
각 수직형 홀 요소는 복수의 홀 요소 콘택들(예를 들면, 네 개 또는 다섯 개의 콘택들), 예를 들면, 12aa를 가진다. 각 수직형 홀 요소 콘택은 상기 공통 주입 및 확산 영역(18) 내로 확산되는 콘택 확산 영역(픽업(pickup)) 상부의 금속 콘택으로 구성될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소(12) 내의 다섯 개의 인접하는 콘택들을 가질 수 있는 특정한 수직형 홀 요소(예를 들면, 12a)는 다음의 수직형 홀 요소(예를 들면, 12b)와 일부, 예를 들면, 상기 다섯 개의 콘택들 중에서 네 개를 공유할 수 있다. 따라서, 다음의 수직형 홀 요소는 이전의 수직형 홀 요소로부터 하나의 콘택 만큼 이동될 수 있다. 이러한 하나의 콘택 만큼의 이동을 위해, 수직형 홀 요소들의 숫자가 수직형 홀 요소 콘택들의 숫자, 예를 들면, 32 또는 64와 동일한 점이 이해될 것이다. 그러나, 다음의 수직형 홀 요소가 이전의 수직형 홀 요소로부터 하나 이상의 콘택만큼 이동될 수 있으며, 이 경우에 상기 CVH 센싱 요소 내에 존재하는 수직형 홀 요소 콘택들보다 적은 수직형 홀 요소들이 존재하는 점도 이해될 것이다.
도시한 바와 같이, 수직형 홀 요소 0의 중심은 x-축(20)을 따라 위치할 수 있고, 수직형 홀 요소 8의 중심은 y-축(22)을 따라 위치할 수 있다. 상기 예시적인 CVH 센싱 요소(12)에 있어서, 삼십 이개의 수직형 홀 요소들 및 삼십 이개의 수직형 홀 요소 콘택들이 존재한다. 그러나, CVH는 삼십 이개보다 많거나 적은 수직형 홀 요소들 및 삼십 이개보다 많거나 적은 수직형 홀 요소 콘택들을 가질 수 있다.
일부 응용예들에 있어서, 북극 측(14b) 및 남극 측(14a)을 가지는 원형 자석(14)이 상기 CVH(12) 상부에 배치될 수 있다. 상기 원형 자석(14)은 여기서는 x-축(20)에 대해 약 사십 오도의 방향을 향하도록 도시되는 상기 북극 측(14b)으로부터 상기 남극 측(14a)까지의 방향을 갖는 자기장(16)을 발생시키려는 경향이 있다.
일부 응용예들에 있어서, 상기 원형 자석(14)은 회전하는 타겟 물체, 예를 들면, 자동차 조향 샤프트 또는 자동차 캠 샤프트에 기계적으로 연결되며, 상기 CVH 센싱 요소(12)에 대해 회전하게 된다. 이러한 배치로서, 상기 CVH 센싱 요소(12)는 다음에 설명하는 전자 회로와 결합되어 상기 자석(14)의 회전의 각도, 즉, 상기 자석이 연결되는 상기 타겟 물체의 회전의 각도에 연관된 신호를 발생시킬 수 있다.
일부 응용예들에 있어서, 상기 자기장(16)은 상기 센싱 요소(12)와 연관된 자기장 센서의 모든 부분들이나 일부들을 테스트하기 위한 목적을 위하여 발생되는 진단(diagnostic) 자기장이 될 수 있다. 이러한 일 예에 있어서, 전류 소스(예를 들면, 도 3의 전류 소스들(103))는 상기 진단 자기장을 발생시키기 위해 상기 CVH 센싱 요소(12) 내로 주입될 수 있는 전류를 제공할 수 있다.
도 1a를 이제 참조하면, 복수의 자기장 센싱 요소들(30a-30h)은 일반적인 경우에 임의의 유형의 자기장 센싱 요소들이 될 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)은 예를 들면, 각기 기판(34)의 표면에 평행한 최대 반응의 축을 가지는 별개의 수직형 홀 요소들 또는 별개의 자기저항 요소들이 될 수 있다. 다른 선택적인 예들로서, 미국 특허 제8,922,206호에 기재되어 있는 바와 같은 원형 평면 홀(Circular Planar Hall: CPH) 구성이 사용될 수 있거나, 미국 특허 제8,749,005호에 기재되어 있는 바와 같은 다각형 형상의 수직형 홀 요소들이 사용될 수 있으며, 이들 미국 특허들 모두는 본 출원의 양수인에게 양도되었고, 개시 사항들이 전체적으로 여기에 참조로 포함된다. 이들 자기장 센싱 요소들은 다음에 설명하는 전자 회로들과 동일하거나 유사한 전자 회로에 연결될 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)에 근접하여 배치되는 도 1의 자석(14)과 동일하거나 유사한 자석도 존재할 수 있다.
도 2를 이제 참조하면, 그래프(50)는 CVH 센싱 요소, 예를 들면, 도 1의 CVH 센싱 요소(12) 주위의 CVH 수직형 홀 요소 위치인 n의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축을 가진다. 상기 그래프(50)는 또한 밀리볼트의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 상기 수직 축은 상기 CVH 센싱 요소의 콘택들의 링에 대해 하나씩 순차적으로 취해지는 상기 CVH 센싱 요소의 복수의 수직형 홀 요소들로부터의 출력 신호 레벨들을 나타낸다.
상기 그래프(50)는 사십 오도의 방향으로 향하는 도 1의 자기장과 함께 취해지는 상기 CVH의 복수의 수직형 홀 요소들로부터의 출력 신호 레벨들을 나타내는 신호(52)를 포함한다.
도 1을 간략히 참조하면, 상술한 바와 같이, 수직형 홀 요소 0은 상기 x-축(20)을 따라 중심을 두고, 수직형 홀 요소 8은 상기 y-축(22)을 따라 중심을 둔다. 예시적인 CVH 센싱 요소(12)에 있어서, 삼십 이개의 수직형 홀 요소 콘택들 및 대응되는 삼십 이개의 수직형 홀 요소들이 존재하며, 각 수직형 홀 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들, 예를 들면, 다섯 개의 콘택들을 가진다. 다른 실시예들에 있어서, 육십 사개의 수직형 홀 요소 콘택들 및 대응되는 육십 사개의 수직형 홀 요소들이 존재한다.
도 2에 있어서, 양의 사십 오도를 향하는 도 1의 자기장(16)에 대하여, 최대의 양의 신호가 도 1의 자기장(16)과 정렬되는 위치 4에 중심을 두는 수직형 홀 요소로부터 구현되므로, 위치 4에서 수직형 홀 요소의 수직형 홀 요소 콘택들(예를 들면, 다섯 개의 콘택들) 사이에 인출되는 라인은 상기 자기장에 직교한다. 최대의 음의 신호가 또한 도 1의 자기장(16)과 정렬되는 위치 20에 중심을 두는 수직형 홀 요소로부터 구현되므로, 위치 20에서 상기 수직형 홀 요소의 수직형 홀 요소 콘택들(예를 들면, 다섯 개의 콘택들) 사이에 인출되는 라인 또한 상기 자기장에 직교한다.
사인파(54)는 상기 신호(52)의 이상적인 행동을 보다 분명하게 나타내기 위해 제공된다. 상기 신호(52)는 수직형 홀 요소 오프셋(offset)들로 인한 변화들을 가지며, 이들은 각 요소들에 대한 오프셋 오차들에 따라 이들이 상기 사인파(54)에 대해 너무 높아지거나 너무 낮아지는 출력 신호들의 대응되는 변화들을 야기하게 하는 경향이 있다. 상기 오프셋 신호 오차들은 바람직하지 않다.
도 1의 CVH 센싱 요소(12)의 전체 동작 및 도 2의 신호(52)의 발생은 2008년 5월 28일에 출원되었고, PCT 국제 특허 공개 제WO2008/145662호로 영어로 공개된 앞서 참조한 국제 특허 출원 제PCT/EP2008/056517호(발명의 명칭: "평면 내의 자기장의 방향을 측정하기 위한 자기장 센서(Magnetic field sensor for measuring direction of a magnetic field in a plane)")에 보다 상세하게 기재되어 있다.
각 수직형 홀 요소의 콘택들의 그룹들은 각 수직형 홀 요소로부터 초프된(chopped) 출력 신호들을 발생시키도록 초프된 배치(여기서는 전류 스피닝(current spinning)으로도 언급된다) 내에 사용될 수 있다. 이후에, 인접하는 수직형 홀 요소 콘택들의 새로운 그룹(즉, 새로운 수직형 홀 요소)이 선택될 수 있으며, 이는 이전의 그룹으로부터 하나의 요소만큼 오프셋될 수 있다. 상기 새로운 그룹은 다음의 그룹으로부터 다른 초프된 출력 신호를 발생시키도록 초프된 배치 내에 사용될 수 있으며, 이러한 구성이 계속될 수 있다.
상기 신호(52)의 각 스텝(step)은 수직형 홀 요소 콘택들의 각 하나의 그룹으로부터, 즉 각 하나의 수직형 홀 요소로부터의 초프되지 않은 출력 신호를 나타낸다. 따라서, 연속적으로 취해지는 32개의 수직형 홀 요소들을 갖는 CVH 센싱 요소에 대하여, 전류 스피닝이 사용되지 않을 때에 상기 신호(52) 내에 삼십 이개의 스텝들이 존재한다. 그러나, 전류 스피닝이 사용되는 실시예들에 대하여, 상기 신호(52)의 각 스텝은 몇몇의 서브-스텝들(도시되지 않지만, 예를 들면, 네 개의 서브-스텝들)로 구성될 수 있으며, 각 서브-스텝은 전류 스피닝 "위상(phase)"을 나타낸다.
전류 스피닝 및 전류 스피닝 위상들은 도 4-도 4c와 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다.
상기 신호(52)의 위상이 상기 CVH 센싱 요소(12)의 위치 영(zero)에 대한 도 1의 자기장(16)의 각도와 연관되는 점이 이해될 것이다. 상기 신호(52)의 피크(peak) 진폭이 대체로 상기 자기장(16)의 강도를 나타내는 점도 이해될 것이다. 국제 특허 출원 제PCT/EP2008/056517호에 기재된 전자 회로 기술들을 이용하거나, 다음에 설명되는 다른 기술들을 이용하여, 상기 신호(52)의 위상(예를 들면, 상기 신호(54)의 위상)이 발견될 수 있고, 상기 CVH 센싱 요소(12)에 대한 도 1의 자기장(16)이 향하는 방향을 확인하는 데 이용될 수 있다.
도 3을 이제 참조하면, 자기장 센서(100)는 복수의 수직형 홀 요소들을 갖는 CVH 센싱 요소(102)를 포함하며, 각 수직형 홀 요소는 수직형 홀 요소 콘택들의 그룹(예를 들면, 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들)을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 CVH 센싱 요소(102)는 도 1과 함께 앞서 설명한 CVH 센싱 요소(12)와 동일하거나 유사할 수 있고, 타겟 물체(146)에 연결되는 2극 자석(144)에 근접하여 배치될 수 있으며, 자석(144)은 도 1의 자석(14)과 동일하거나 유사할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서 상기 CVH 센싱 요소(102)는 도 1a와 함께 앞서 설명한 경우와 동일하거나 유사한 자기장 센싱 요소들의 그룹으로 대체될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소(102)는 도 2의 시퀀스 신호(52)와 동일하거나 유사할 수 있는 출력 신호(104a)를 제공하도록 상기 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소들을 통해 차례로 배열되는 시퀀스 스위치(sequence switch)들(104)에 연결될 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소(102)는 또한 상기 시퀀스 스위치들(104)을 통해 상기 CVH 센싱 요소(102)에 연결될 수 있는 전류 스피닝 스위치들(105)에 연결될 수 있다.
전류 소스들(103)은 하나 또는 그 이상의 전류 신호들(103a)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 전류 스피닝 스위치들(105)은 상기 하나 또는 그 이상 전류 신호들(103a)을 수신하고, 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 선택된 수직형 홀 요소들에 신호들(104b)로서 상기 전류 신호들을 제공하도록 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 초핑(chopping)으로도 언급되는 전류 스피닝은 전류 소스들, 예를 들면, 전류 소스들(103)이 상기 전류 스피닝 스위치들(105)을 이용하여 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 선택된 수직형 홀 요소(상기 시퀀스 스위치들(104)을 통해 선택된)의 다른 선택된 노드(node)들에 연속하여 연결되는 프로세스이다. 동시 및 동시 발생적으로, 상기 전류 스피닝 스위치들(105)은 이른바 전류 스피닝 위상에 따라 상기 선택된 수직형 홀 요소의 선택된 출력 노드들에 커플링(coupling)들을 제공한다. 전류 스피닝은 도 4-도 4c와 함께 더 설명된다.
전류 스피닝 시퀀스 선택 모듈(current spinning sequence selection module)(119)은 발진기 및 로직 모듈(oscillator and logic module)(120)에 의해 수신되는 전류 스피닝 시퀀스 컨트롤 신호(119a)를 발생시킬 수 있다. 상기 발진기 및 로직 모듈(120)은 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 수직형 홀 요소들의 선택된 것들의 전류 스피닝 위상 시퀀스들을 컨트롤하기 위해 클록 신호(clock signal)의 형태를 취할 수 있는 컨트롤 신호(120b)를 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 제공하도록 연결될 수 있다. 상기 발진기 및 로직 회로(120)는 또한 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 수직형 홀 요소들의 연속적인 선택들을 제공하고, 상기 선택에 따라 상기 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소들로부터 연속적인 출력 신호(104a)를 제공하기 위해 컨트롤 신호(120a)를 상기 시퀀스 스위치들(104)에 제공하도록 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전류 스피닝이 사용되지 않는다.
증폭기(amplifier)(108)는 상기 신호 (105a)를 수신하도록 연결될 수 있고, 증폭된 신호(108a)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(112)는 상기 증폭된 신호(108a)를 수신하도록 연결될 수 있고, 디지털 신호인 변환된 신호(112a)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 고역 통과 필터(high pass filter)(110)는 상기 변환된 신호(112a)를 수신하도록 연결될 수 있고, 필터링된 신호(110a)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 필터링된 신호(110a)는 상기 측정된 자기장 강도 B를 나타내며, 상기 측정된 자기장 신호(110a)로 언급될 수 있다.
각도 계산 모듈(angle calculation module)(118)은 상기 필터링된 신호(110a)를 수신하도록 연결될 수 있고, 상기 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 각도를 나타내지만, 다음에 보다 상세하게 설명하는 각도 오차만을 갖는 보정되지 않은 x-y 각도 값 θ(118a)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 각도 계산 모듈(118)은 또한 상기 발진기 및 로직 모듈(120)로부터의 신호의 주파수와 연관되는 주파수를 가질 수 있는 클록 신호(120c)를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 각도 계산 모듈(118)은 다음에 보다 상세하게 설명된다.
동작 시에, 상기 각도 신호(118a)(선택적으로는 보정되지 않은 x-y 각도 값)은 제1 각도 오차를 가질 수 있다. 상기 제1 각도 오차는 도 9와 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다. 여기서는 상기 제1 각도 오차가 상기 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 진실한 각도를 완전하게 나타내는 것이 아니라 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)을 야기하는 각도 오차인 것으로 말하면 충분하다.
각도 오차 보정 모듈(angle error correction module)(138)을 포함하는 각도 오차 보정 회로(137)는 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a) 및 상기 자기장 신호(110a)를 수신하도록 연결되고, 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a) 내의 제1 각도 오차를 나타내는 각도 오차 값인
Figure pct00001
(138a)을 발생시키도록 구성된다. 여기서는 합산 노드(summing node)로 도시되는 결합 모듈(combining module)(126)은 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)을 수신하도록 연결될 수 있고, 상기 각도 오차 값(138a)을 수신하도록 연결될 수 있으며, 보정된 x-y 각도 값(126a)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 보정된 x-y 각도 값(126a)은 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)의 제1 각도 오차보다 작은 제2 각도 오차를 가질 수 있다. 따라서, 상기 보정된 x-y 각도 값(126a)은 상기 자석(144)에 의해 발생되는 상기 자기장의 진실한 각도를 보다 정확하게 나타내며, 상기 제2 각도 오차 성분이 영(zero)이거나 거의 영일 경우에 상기 자기장의 진실한 각도의 정확한 표시가 될 수 있다.
상기 각도 보정 모듈(138)은 또한 온도 센서(136)에 의해 발생되는 온도 신호(136a)를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 각도 보정 모듈(138)은 또한 여기서는 두 개의 사인 값들(148a, 148b)로 도시되는 사인 값들을 사인 룩업 테이블(look up table: LUT)(148)로부터 수신하도록 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 사인 값(148a)은 도 2의 신호(52)의 주파수와 동일하거나 연관된 기본 주파수, 즉 상기 신호(104a) 및 상기 신호(105a)의 주파수에서의 사인 값을 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 사인 값(148b)은 상기 기본 주파수의 제2의 고조파(harmonic)에서의 사인 값을 나타낸다. 그러나, 사인 룩업 테이블(148)은 상기 기본 주파수의 임의의 숫자의 고조파들을 나타내는 임의의 숫자의 사인 값들을 제공할 수 있다. 상기 사인 룩업 테이블(148)은 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)을 수신하도록 연결될 수 있고, 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)에 따라서나, 보다 상세하게는 다음에 설명되는 위상 보정 항목들(h1p T , h2p T )을을 갖는 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)의 합산에 따라 색인화 될 수 있다.
상기 자기장 센서(100)는 상기 자기장 센서(100)의 외부로부터 컨트롤 신호(142)를 수신하도록 연결될 수 있다. 특히, EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)이 하나 또는 그 이상 보정 계수들을 갖는 상기 컨트롤 신호(142)를 수신하도록 연결될 수 있으며, 상기 하나 또는 그 이상 보정 계수들을 보정 계수들(140a)로서 상기 각도 보정 모듈(138)에 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 각도 보정 모듈(138)은 다음에 보다 상세하게 설명된다. 그렇지만, 여기서는 상기 각도 보정 모듈(138)이 상기 각도 오차 값(138a)을 발생시키도록 상기 온도 신호(136a), 상기 자기장 신호(110a), 상기 보정되지 않은 각도 값(118a) 및 보정 계수들(140a)에 반응하는 것으로 말하면 충분하다.
상기 자기장 센서(100)는 또한 각기 상기 보정된 x-y 각도 값(126a)을 수신하도록 연결되는 회전 속도 모듈(rotation speed module)(130) 및/또는 회전 방향 모듈(rotation direction module)(132)을 포함할 수 있다. 상기 보정된 x-y 각도 값(126a)이 변화될 수 있으며, 이에 따라 상기 자석(144)이 회전할 때에 회전하는 자기장을 나타낼 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 회전 속도 모듈(130)은 상기 자석의 회전 속도를 나타내는 회전 신호 또는 값(130a)을 발생시키도록 구성된다. 상기 회전 방향 모듈(132)은 상기 자석(144)의 회전 방향을 나타내는 방향 신호 또는 값(132a)을 발생시키도록 구성된다.
출력 프로토콜 모듈(output protocol module)(134)은 상기 보정된 x-y 각도 값(126a), 상기 회전 속도 값(130a) 및 상기 회전 방향 값(132a)을 수신하도록 연결된다. 상기 출력 프로토콜 모듈(134)은 상기 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 각도를 나타내고, 상기 자석(144)의 회전의 속도를 나타내며, 상기 자석(144)의 회전의 방향을 나타내는 출력 신호(134a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 출력 신호(134a)는 다양한 종래의 포맷들, 예를 들면, SPI 포맷, CAN 포맷, I2C 포맷, 또는 맨체스터(Manchester) 포맷이나 ABI, UVW 혹은 PWM과 같은 모터 컨트롤 출력 신호 포맷들의 하나로 제공될 수 있다.
도 4-도 4c는 다섯 개의 콘택들을 갖는 수직형 홀 요소에 대하여 사용될 수 있는 네 위상 전류 스피닝 또는 초핑을 나타낸다. 따라서, 이러한 전류 스피닝이 도 1의 CVH 센싱 요소(12) 및 도 3의 CVH 센싱 요소(102) 내의 각각의 선택된 수직형 홀 요소에 대해 사용될 수 있는 점이 이해되어야 할 것이다. 또한 이와 같은 전류 스피닝도 별개의 자기장 센싱 요소들, 예를 들면, 도 1a의 자기장 센싱 요소들(30a-30h)에 대해 사용될 수 있는 점도 인식되어야 할 것이며, 여기서 상기 자기장 센싱 요소들(30a-30h)은 차례로 선택되고 초프된다.
도 4를 이제 참조하면, 도 3의 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소(200)는 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들, 즉 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202b, 202c, 202d, 202e)로 각기 구성된다. 제1 초핑 또는 전류 스피닝 위상에서, 도 3의 전류 소스들(103)과 동일하거나 유사할 수 있는 전류 소스(208)는 함께 연결되는 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e)에 각기 연결될 수 있으며, 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)로 흐르는 상기 전류의 반인 I/2 및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e)로 흐르는 상기 전류의 반인 I/2를 포함하는 I의 전체 전류를 제공할 수 있다. 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(202c)은 전압 기준(voltage reference)(210), 예를 들면, 접지에 연결된다. 상기 전류 소스(208)로부터의 전류들은 파선들로 나타낸 바와 같이 상기 제1 및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e)로부터 각기 상기 CVH 센싱 요소(200)의 기판(206)을 통해(예를 들면, 기판 상의 에피택셜 층을 통해) 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(202c)으로 흐른다.
외부 자기장에 대응하는 신호 Vm은 각기 상기 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(202b, 202d) 사이에 결과적으로 발생된다. 따라서, 상기 제1 전류 스피닝 위상에서, 도 3의 전류 스피닝 스위치들(105)은 상기 출력 신호(105a)를 제공하도록 상기 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(202b, 202d)을 선택할 수 있고, 도 3의 전류 소스들(103)에 연결되는 이들 콘택들로서 상기 제1, 제5 및 제3 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e, 202c)을 각기 선택할 수 있다. 다음에 설명되는 다른 전류 스피닝 위상들 동안의 커플링들은 명확해질 것이다.
도 4와 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 도시한 도 4a를 이제 참조하면, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(200)(동일한 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들)의 제2 전류 스피닝 위상에서, 커플링들은 도 3의 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 변화된다. 상기 제2 위상에서, 상기 전류 소스(208)는 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(202c)에 연결되고, 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e)은 함께 상기 기준 전압(210)에 각기 연결된다. 따라서, 상기 전류들은 상기 기판(206)을 통해 도 4에 도시된 경우들과 대향하는 방향들로 흐른다.
도 4에서와 같이, 외부의 자기장에 반응하는 신호 Vm은 상기 제2 및 제4 수직형 홀 요소 콘택들(202b, 202d) 사이에 각기 결과적으로 발생된다. 도 4a의 신호 Vm은 도 4의 신호 Vm과 동일하다. 그러나, 상기 신호들 내의 오프셋 전압은 다를 수 있고, 예를 들면, 부호가 다를 수 있다.
도 4 및 도 4a와 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 도시한 도 4b를 이제 참조하면, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(200)(동일한 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들) 상의 제3 전류 스피닝 위상에서, 커플링들이 다시 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 변화된다. 상기 제3 위상에서, 상기 전류 소스(208)는 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)에 연결되고, 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)는 상기 기준 전압(210)에 연결된다. 따라서, 전류는 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)으로 흐른다.
각각의 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e)은 함께 연결된다. 일부 전류는 또한 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)으로 흐르고, 상호 커플링을 통해 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e)으로 흐른다. 일부 전류는 또한 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)으로 흐른다.
외부의 자기장에 반응하는 신호 Vm은 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)(및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e))과 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(202c) 사이에 결과적으로 발생된다. 도 4b의 신호 Vm은 도 4 및 도 4a의 신호 Vm과 같다. 그러나, 상기 신호 내의 오프셋 전압은 다를 수 있다.
도 4-도 4b와 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 도시한 도 4c를 이제 참조하면, 상기 CVH 센싱 요소(102)의 동일한 수직형 홀 요소(200)(동일한 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들) 상의 제4 초핑 위상에서, 커플링들이 다시 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 변화된다. 상기 제4 위상에서, 상기 전류는 도 4b에 도시된 경우로부터 반전된다. 상기 전류 소스(208)는 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)에 연결되고, 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)은 상기 기준 전압(210)에 연결된다. 따라서, 전류는 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)으로 흐른다.
각각의 상기 제1 및 제5 수직형 홀 요소 콘택들(202a, 202e)은 함께 연결된다. 일부 전류는 또한 상기 제4 수직형 홀 요소 콘택(202d)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e)으로 흐르고, 상호 커플링을 통해 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)으로 흐른다. 일부 전류는 또한 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)으로부터 상기 기판(206)을 통해 상기 제2 수직형 홀 요소 콘택(202b)으로 흐른다.
외부의 자기장에 반응하는 신호 Vm은 상기 제1 수직형 홀 요소 콘택(202a)(및 상기 제5 수직형 홀 요소 콘택(202e))과 상기 제3 수직형 홀 요소 콘택(202c) 사이에 결과적으로 발생된다. 도 4c의 신호 Vm은 도 4-도 4b의 신호 Vm과 같다. 그러나, 상기 신호 내의 오프셋 전압은 다를 수 있다.
도 4-도 4c의 초핑의 네 위상들에 의해 제공되는 상기 신호들 Vm은 외부의 자기장에 반응한다.
상술한 바와 같이, 도 3의 시퀀스 스위치들(104)의 순서화 동작에 의해 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 임의의 하나의 수직형 홀 요소 상에 상기 네 전류 스피닝 위상들을 발생시킨 후, 도 4-도 4c의 전류 스피닝 배치들이 다음의 수직형 홀 요소, 예를 들면, 도 4-도 4c에 도시된 경우로부터 하나의 수직형 홀 요소 콘택만큼 오프셋된 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들로 이동될 수 있으며, 상기 네 전류 스피닝 위상들이 도 3의 전류 스피닝 스위치들(105)의 동작에 의해 새로운 수직형 홀 요소에 대해 수행될 수 있다.
그러나, 일부 실시예들에서, 도 4-도 4c의 네 전류 스피닝 위상들에 의해 나타내는 위상들 A, B, C, D의 시퀀스는 다양한 방식들의 하나로 변화될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 A, B, C, D 위상들의 시퀀스는 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 상기 선택된 수직형 홀 요소들의 각각의 하나에 대해 무작위로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 무작위 선택은 완전히 랜덤하고, 일부 다른 실시예들에서 상기 무작위 선택은 의사 무작위(pseudo-random) 선택이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 무작위 또는 의사 무작위 선택은 상기 CVH 센싱 요소 주위의 각 회전 내에 있으며, 다른 실시예들에서 상기 무작위 또는 의사 무작위 선택은 상기 CVH 센싱 요소 주위의 복수의 회전들 사이에 있다.
일부 다른 실시예들에 있어서, 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 수직형 홀 요소들은 수직형 홀 요소들의 적어도 두 개의 그룹들 또는 세트들로 분할될 수 있으며, 여기서 상기 수직형 홀 요소들의 제1 세트는 전류 스피닝 위상들의 제1 시퀀스, 예를 들면, ABCD를 사용하고, 상기 수직형 홀 요소들의 제2 세트는 전류 스피닝 위상들의 다른 제2 시퀀스, 예를 들면, CDAB를 사용하며, 각 시간에 상기 시퀀스 스위치들(104)은 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위에 순서화된다. 상기 수직형 홀 요소들의 적어도 두 세트들의 각각의 것 내에 하나 또는 그 이상 수직형 홀 요소들이 존재할 수 있다. 위상 시퀀스들의 다른 변화들 또한, 예를 들면, 수직형 홀 요소들의 이십 사개의 각각의 세트들을 포함하여 수직형 홀 요소들의 세트들의 임의의 가능한 숫자들, 예를 들면, 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 그 이상에 대해 다른 위상 시퀀스들을 이용하여 가능할 수 있으며, 각 시간에 상기 시퀀스 스위치들(104)은 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위에 순서화된다.
일부 실시예들에 있어서, 전술한 수직형 홀 요소들의 다른 세트들은 상기 CVH 센싱 요소 주위의 각 회전 내에서 선택되는 전술한 무작위로 또는 의사 무작위로 선택된 위상 시퀀스들을 수신하며, 다른 실시예들에서 상기 무작위 또는 의사 무작위 선택은 상기 CVH 센싱 요소 주위의 복수의 회전들 사이에 있다.
따라서, 대체로, 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 복수의 수직형 홀 요소들 사이의 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들에 변화들 또는 차이들이 존재할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 3의 센서(100) 내에서의 사용에 적합한 유형의 예시적인 각도 계산 모듈(118)이 위상 검출기(phase detector)(220), 비례 적분(Proportional-Integral: PI) 컨트롤러(224) 및 발진기(228)를 포함하는 위상 동기 루프(Phase-Locked Loop: PLL)의 형태로 제공된다. 상기 PLL 각도 계산 모듈(118)은 상기 측정된 자기장 신호로 언급될 수 있고 Vi로 표기되는 상기 신호(110a)(도 3)를 수신하고, 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값으로 언급될 수 있고 Vo로 표기되는 각도 신호(118a)(도 3)를 발생시키도록 구성된다. 상기 각도 신호(118a)는 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상에 비례하며, 이에 따라 상기 자기장의 각도를 나타내는 값을 가진다. 상기 측정된 자기장 신호(110a)가 일부 실시예들에서 정현파 형상이나 실질적으로 정현파 형상을 가지게 되는 점이 이해될 것이다. 그러나, 다른 실시예들에서 상기 측정된 자기장 신호는 실질적으로 구형파 형상을 가질 수 있다.
예시적인 위상 검출기(220)가 도 6 및 6A에 도시되고, 다음에 설명된다. 여기서는 상기 위상 검출기(220)가 상기 측정된 자기장 신호(110a)에 대응하는 제1 입력 및 피드백 신호(feedback signal)(228a)에 대응하는 제2 입력을 가지며, 비교된 위상들 사이의 차이를 나타내는 값을 갖는 차이 신호(difference signal)(220a) Vd를 발생시키기 위해 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상을 상기 피드백 신호(228a)의 위상과 비교하도록 구성되는 것으로 말하면 충분하다.
컨트롤러(224)는 도시된 바와 같이 상기 차이 신호(220a)를 수신하도록 연결되고, 상기 각도 신호(118a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 컨트롤러(224)는 폐쇄(closed-loop) 루프 시스템의 안정성을 확보하기에 적합한 다양한 형태들을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러(224)는 비례 적분(PI) 컨트롤러이다. 예시적인 PI 컨트롤러(224)가 도시되며, 도 7과 함께 설명된다.
상기 각도 신호(118a)는 상기 피드백 신호(228a)를 발생시키기 위해 상기 발진기(228)에 연결되며, 특히 상기 발진기의 컨트롤 입력에 연결된다. 대체로, 상기 피드백 신호(228a)는 상기 차이 신호(220a)를 최소화하는 위상을 가지거나, 달리 말하면, 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상에 동기화되는 위상을 가진다. 상기 발진기(228)는 상기 발진기 및 로직 회로(120)에 연결되는 분주기(divider)(111)(도 3)에 의해 제공될 수 있는 바와 같은 클록 신호(120c)에 더 반응하므로, 상기 클록 신호(120c)는 상기 피드백 신호(228a)가 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 주파수에 연관된 주파수를 가지게 한다(예를 들면, 상기 클록 신호 주파수가 상기 측정된 신호(110a)의 주파수의 배수가 될 수 있고, 특히 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 주파수의 두 배 이상이 될 수 있다). 이러한 배치로써, 상기 PLL 각도 계산 모듈(118)은 상기 측정된 신호(110a)의 위상과 정합되게 상기 각도 신호(118a)의 위상을 조절하도록 기능한다. 그 결과, 상기 발진기에 상기 컨트롤 입력을 제공하는 상기 각도 신호(118a)는 상기 측정된 자기장 신호의 위상을 나타내고(이에 따라, 상기 자기장의 각도를 나타내는) 값을 가진다.
상기 발진기(228)는 도시된 바와 같이 위상 증분 누산기(phase increment accumulator)(222), 합산 요소(summation element)(226) 및 사인 룩업 테이블(218)을 포함할 수 있다. 상기 발진기(228)의 동작은 다음에 설명된다.
일 실시예에 있어서, 상기 PLL(118)은 디지털 회로부와 기술들로 구현될 수 있으므로, 상기 신호들은 샘플링된 데이터 신호들의 형태가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 신호들은 n의 샘플들을 구비하는 디지털 워드들을 포함할 수 있다. 대한 통상적인 값들은 16 또는 32이다. 그러나, 아날로그 회로부와 기술들이 상기 PLL(118)의 부분들이나 전체를 제공하는 데 사용될 수 있는 점이 이해될 것이다.
또한 도 6을 참조하면, 도 5의 PLL(118) 내에서의 사용을 위해 적합한 유형의 예시적인 위상 검출기(220)는 자동 이득 제어(AGC) 회로(230), 배율기(multiplier)(232), 그리고 저역 통과 필터(low pass filter)(234)를 포함한다. 예시적인 AGC 회로(230)는 도 6a에 도시된다. 여기서는 상기 AGC 회로(230)가 상대적으로 일정한 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭에서 상기 AGC 출력 신호(230a)를 유지하기 위해 기준 신호(reference signal)(230b)에 대응하여 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 이득을 조절하는 것으로 말하면 충분하다. 일 예로서, 상기 AGC 회로(230)의 출력 신호(230a)는 단위 이득 신호(unity gain signal)가 될 수 있다.
상기 AGC 회로(230)(즉, 상기 측정된 자기장 신호(110a))에 대한 입력은 다음과 같이 주어질 수 있다.
[식 (1)]
Figure pct00002
배율기(232)는 sin(ω CVH t)로 주어진 상기 이득 조정된 신호(230a)를 다음과 같이 주어질 수 있는 상기 발진기 출력 신호(228a)와 곱하도록 동작한다.
[식 (2)]
Figure pct00003
여기서, ωCVH는 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 주파수(클록 신호(120c)에 의해 나타내어 질 수 있는 바와 같은)이며, 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상이다. 상기 배율기(232)의 출력은 이에 따라 다음과 같은 곱 신호(product signal)(232a)이다.
[식 (3)]
Figure pct00004
다음의 공식을 이용하여,
[식 (4)]
Figure pct00005
상기 곱 신호(232a)는 다음과 같이 나타날 수 있다.
[식 (5)]
Figure pct00006
2ω CVH 에서 상기 성분을 제거하는 상기 저역 통과 필터(234)의 동작에 의해, 상기 차이 신호(220a)는 다음과 같이 나타날 수 있다.
[식 (6)]
Figure pct00007
작은 θ e 에 대해서이기 때문에, sin(θ e )＝θ e 이다.
따라서, 상기 위상 검출기(220)에 의해 제공되는 차이 신호(220a)는 상기 발진기 출력 신호(228a)의 위상 및 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상 사이의 상기 차이와 연관된 값(예를 들면, 상기 차이의 배수)이다. 상기 PLL 루프는 이러한 위상의 차이가 영(zero)이 되도록 동작한다.
상기 저역 통과 필터(234)를 구현하기 위한 다양한 회로들과 기술들이 가능하다. 일 예로서, 상기 저역 통과 필터(234)는 4차 타원 필터(fourth-order elliptic filter)가 될 수 있다.
또한, 도 6a를 참조하면, 도 6의 위상 검출기(220) 내의 사용에 적합한 유형의 예시적인 AGC 회로(230)는 도시된 바와 같이 상기 측정된 자기장 신호(110a) 및 상기 기준 신호(230b)에 반응하고, 상기 이득 조정된 단위 이득 신호(230a)를 발생시킨다. 예시한 실시예에 있어서, 배율기(238)는 상기 측정된 자기장 신호(110a)에 피드백 신호(250a)를 곱한다. 상기 피드백 신호(250a)는 절대 값 요소(240)로 상기 AGC 출력 신호(230a)의 절대 값을 취하고, 저역 통과 필터(242)로 상기 절대 값 요소의 출력(240a)을 필터링하여 발생된다. 상기 필터 출력 신호(242a) 및 상기 기준 신호(230b) 사이의 차이를 나타내는 신호(244a)는 합산 요소(244)에 의해 발생된다. 상기 기준 신호(230b)는 상기 단위 이득 신호(230a)의 원하는 진폭을 구현하도록 선택되는 값을 가지므로, 상기 신호(244a)는 원하는 자기장 신호 진폭 및 실제 측정된 자기장 신호 레벨 사이의 차이를 나타낼 것이다. 상기 신호(244a)의 다른 처리는 도시된 바와 같이 상기 피드백 신호(250a)를 발생시키도록 비례 적분(PI) 컨트롤러(246), 지연 요소(delay element)(248) 및 이득 제한 요소(gain limiting element)(250)에 의해 수행될 수 있다. 상기 PI 컨트롤러(246)는 다양한 형태들을 취할 수 있다. 일 예로서, 비례 경로(proportional path)는 이득 요소 KP(246f)를 포함하고, 적분 경로(integral path)는 이득 요소 KI(246b)와 합산 요소(246c) 및 지연 요소(246d)에 의해 형성되는 적분기(integrator)를 포함한다, 이들 경로들은 도시된 바와 같이 합산 요소(246e)에 연결된다.
도 5의 PLL(118) 내의 사용에 적합한 유형의 예시적인 PI 컨트롤러(224)가 도 7에 상기 차이 신호(220a)(도 5)에 반응하고, 상기 각도 신호(118a)를 발생시키는 것으로 도시되어 있다. 예시한 PI 컨트롤러(224)는 두 평행한 신호 경로들; 비례 신호 경로(224a) 및 적분 신호 경로(224b)를 포함한다. 상기 비례 경로(224a)는 K P 의 이득으로 이득 요소(252)를 가지며, 상기 적분 경로(224b)는 이산 시간(discrete time) 적분기(258) 및 K P 의 이득으로 이득 요소를 가진다. 상기 적분 경로(224b)는 여기서는 도시된 바와 같이 구성되는 지연 요소(258) 및 합산 요소(260)의 형태로 적분기를 더 포함한다. 상기 비례 경로(224a) 및 상기 적분 경로(224b)의 출력들은 합산(254)에 의해 합산된다. 추가적인 적분기(256)가 상기 각도 신호(118a)를 발생시키도록 상기 합산 요소(254)의 출력에 연결된다. 상기 자석(144)(도 3)의 회전의 속도가 증가하면서, 상기 측정된 자기장 신호(110a)와 상기 자기장 각도 사이의 관련성의 지연(lag)이 증가할 수 있고, 상기 적분기가 상기 증가되는 지연의 효과에 대응할 수 있기 때문에. 상기 적분기(256)의 사용은 상기 자기장 센서(100)에서 바람직하다
상기 이득 요소(252)의 이득 K P 는 상기 PLL(118)의 대역폭을 조절하도록 변화될 수 있다. 특정한 일 실시예에 있어서, 상기 이득 요소들은 시프트 기능(shift function)들로 구현된다. 이러한 배치로써, 상기 이득 요소들의 외부 컨트롤과 이에 따른 상기 PLL 대역폭이 단순화되고, 이에 따라 상기 반응 속도 대 신호 노이즈(noise)의 최적화를 단순하게 한다. 도 7에 도시된 PI 컨트롤러(224)에 대한 다양한 선택적인 예들이 루프 안정성 및 대역폭 최적화를 여전히 구현하는 데 사용될 수 있는 점이 이해될 것이다.
도 5를 다시 참조하면, 상기 각도 신호(118a)는 상기 발진기(228)에 연결된다. 상기 클록 신호(120c)는 ω CVH 의 적어도 두 배(즉, 상기 측정된 신호(110a)의 주파수의 두 배)의 주파수를 가진다.
위상 증분 누산기(phase increment accumulator)(222)는 여기서는 상기 클록 신호(120c)에 기초하는 상기 위상 증분을 나타내는 출력 신호(222a)를 합산 요소(226)에 제공한다. 상기 합산 요소의 출력 신호(226a)는 이에 따라 ω CVH t－θ e 와 같이 나타낼 수 있다.
상기 사인 룩업 테이블(218)은 입력 신호(226a)에 반응하여 Vocos(ω CVH t－θ e )로 주어지는 값을 발생시킨다. 이득 Vo의 값이 단위로 선택되므로, 상기 위상 검출기 배율기(232)(도 6)에 대한 입력들 모두는 단위 이득을 가진다. 이러한 배치는상기 차이 신호(220a)(도 6)가 신호 진폭 차이들로부터 독립적이고, 위상 차이들만을 반영하는 점을 보장한다.
앞서 논의한 바와 같이, 상기 PLL(118)는 주기 T 당 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 n의 샘플들에 대해 동작하는 디지털 샘플링 데이터 시스템이 될 수 있고, 여기서 T는 상기 각도 신호(118a)의 위상 업데이트들 사이의 시간이다. n의 예시적인 값들은 16 또는 32이다. 이에 따라, 일 예로서 동작 시에, 상기 발진기(228)는 상기 자기장 각도를 나타내는 16비트 워드(118a)에 반응하고, 또한 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 16 샘플들에 대한 상기 위상 검출기(220)에 의한 비교를 위해 16비트 워드의 형태인 사인 값(228a)을 발생시킨다.
또한, 도 8을 참조하면, 자기장 센서 내의 자기장의 각도를 검출하는 방법이 예시된다. 상기 자기장 센서는 자기장에 반응하여 각각의 자기장 센싱 요소 출력 신호를 발생시키도록 각기 구성되는 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하도록 앞서 설명하고 도시한 유형이 될 수 있으며, 여기서 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 측정된 자기장 신호(110a)(도 3)를 형성한다. 블록 272에서, 상기 측정된 자기장 신호의 이득은, 예를 들면, 도 6 및 도 6a의 AGC 회로(230)로 구현될 수 있는 바와 같이 일정한 진폭의 사인 신호를 발생시키도록 조정될 수 있다.
블록 274에서, 상기 이득 조정된 신호의 위상이 상기 위상 차이에 비례하는 차이 신호를 발생시키도록 발진기 피드백 신호의 위상과 비교될 수 있다. 이러한 위상 비교는 차이 신호(220a)를 발생시키도록 예를 들면, 도 5 및 도 6의 위상 검출기(220)로 구현될 수 있다.
상기 차이 신호(220a)는 상기 자기장의 각도에 비례하는 값을 갖는 상기 각도 신호(118a)와 동일하거나 유사할 수 있는 각도 신호를 제공하도록 도 7의 PI 컨트롤러와 동일하거나 유사할 수 있는 컨트롤러로 블록 276에서 처리될 수 있다.
블록 278에서, 상기 각도 신호는 상기 차이 신호를 최소화하는 일정한 진폭 및 위상을 가지는 상기 발진기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 발진기에 대한 컨트롤 입력으로서 제공될 수 있다. 상기 발진기는 도 5의 발진기(228)와 동일하거나 유사할 수 있다.
전술한 회로들과 방법들로써, 상기 측정된 자기장 신호(110a)의 위상의 업데이트(및 이에 따른 상기 자기장의 각도의 업데이트)가 상기 측정된 자기장 신호의 주기에 걸쳐 발생되며, 이에 따라 그렇지 않으면 가능한 경우 보다 빠른 재생률(refresh rate) 및 보다 낮은 지연 속도가 제공된다. 주기 T 당 상기 신호의 n의 샘플들이 존재하는 샘플-데이터 시스템(sampled-data system)을 위해, 위상 업데이트들 사이의 시간은 제로 크로싱(zero crossing) 방법들에 대해 많아야 T/2와 비교하여 T/n이다. 또한, 전술한 회로들과 기술들로 구현되는 상기 재생률은 일정하다(예를 들면, 상기 자기장 회전 변화들의 속도에 따라 변화되기 보다는). 신속하고 일정한 재생률은 모터 컨트롤러들과 같은 응용들에서 특히 유리할 수 있다.
상기 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소들 중에서 다른 위상 시퀀스들의 선택에 대한 이유들은 도 9와 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.
도 9를 이제 참조하면, 그래프(300)는 각도 단위들로 주파수의 단위들의 크기를 나타낸 수평 축 및 x-y 각도 값 크기, 예를 들면, 도 3의 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)의 크기의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.
라인(302)는 각도 오차를 가지지 않는 x-y 각도 값을 나타낸다. 상기 x-y 각도 값이 각도 오차를 가지지 않을 때, 상기 x-y 각도 값은 실제 각도에 대하여 완전히 선형이다. 즉, 상기 x-y 각도 값은 도 3의 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 각도를 완전하게 진실로 나타내며, 상기 라인(302)은 영을 통과한다.
라인(304)은 평균 또는 DC 각도 오차만을 가지는 x-y 각도 값을 나타내므로, 상기 x-y 각도 값에 의해 나타나는 모든 각도들은 고정된 숫자의 각도로 오프셋된다. 상기 라인(304)은 영을 지나지 않는다.
곡선(306)은 상기 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 진실한 각도를 나타내는 오차들, 평균 또는 DC 오차들 및 정현파의 형태를 가지는 오차도 가지는 x-y 각도 값을 나타낸다.
곡선(308)은 상기 자석(144)에 의해 발생되는 자기장의 진실한 각도를 나타내는 다른 오차들을 가지는 x-y 각도 값을 나타낸다.
상기 자기장 센서(100)의 다양한 회로 특성들은 상기 오차들, 즉 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타낸 상기 DC(또는 평균) 각도 오차 및 상기 곡선들(306, 308)의 정현파의 형상들 모두에 기여한다. 상기 오차들에 기여하는 한 가지 인자는 상기 시퀀스 스위치들(104)에 의하거나 및/또는 도 3의 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 발생되는 스위칭 노이즈이다.
먼저, 상기 시퀀스 스위치들(104)에 관하여, 상기 시퀀스 스위치들(104)에 의해 발생되는 전하 주입 또는 스위칭 스파이크(switching spike)들(함께 노이즈로 언급됨)이 각 연속적인 수직형 홀 요소가 상기 CVH 센싱 요소(102) 내에 선택되는 바와 정확하게 동일할 필요는 없는 점이 이해될 것이다. 상기 시퀀스 스위치들(104)에 의해 발생되는 상기 노이즈가 각 수직형 홀 요소가 선택되는 경우 및/또는 지연이 온도와 함께 변화될 수 있는 상기 프론트 엔드 증폭기(108) 및 A/D 컨버터(112)의 지연의 결과로서의 경우와 동일하지 않을 때, DC(또는 평균) 각도 오차가 발생되며, 상기 곡선들(286, 288)에 의해 나타낸 경우와 같은 정현파 유형의 오차도 발생된다. 상기 정현파의 오차 특성은 부분적으로 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위의 각 사이클 동안에 반복되는 상기 시퀀스 스위치들에 의해 발생되는 노이즈의 결과가 될 수 있으며, 이에 따라, 상기 노이즈는 도 2의 신호(52)의 주파수에서 각도 오차 주파수 성분을 가질 것이고, 상기 신호(52)(도 3의 104a)에 추가될 것이다. 상기 각도 오차 주파수 성분은 기본적으로 상기 신호(104a)에 대한 위상으로 고정되며, 이에 따라 상기 각도 오차의 추가는 상기 신호(104a)의 위상에 따라 상기 합산된 신호 내의 다른 위상 시프트 오차들을 야기한다. 보다 높은 고조파들 또한 상기 노이즈로부터 야기될 수 있다.
다음에, 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 관하여, 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 발생되는 전하 주입 또는 스위칭 스파크들(함께 노이즈로 언급됨)이 각 연속적인 수직형 홀 요소가 상기 CVH 센싱 요소(102) 내에 선택되는 바와 정확하게 동일할 필요가 없는 점이 이해될 것이다. 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 발생되는 노이즈가 각 수직형 홀 요소가 선택되는 경우 및/또는 지연이 온도와 함께 변화될 수 있는 상기 프론트 엔드 증폭기(108) 및 A/D 컨버터(112)의 지연의 결과로서의 경우와 동일하지 않을 때, DC(또는 평균) 각도 오차가 발생되고, 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타나는 경우와 같은 정현파형 유형의 오차도 발생된다. 상기 정현파형 오차 특성은 부분적으로 상기 CVH 센싱 요소 주위의 각 사이클 동안 반복되는 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 발생되는 노이즈로부터 야기될 수 있다. 그러나, 여기서 설명하는 기술들에 의해, 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 수직형 홀 요소들의 위상 시퀀스들이 변화될 수 있으며, 이에 따라 상기 전류 스피닝 스위치들(105)에 의해 발생되는 노이즈가 상기 CVH 센싱 요소 주위의 각 사이클에 대해 반복될 필요가 없고, 상응하는 각도 오차가 감소된다.
다른 회로 특성들도 상기 각도 오차들, 즉, 상기 오차 곡선들(306, 308)에 의해 나타나는 상기 DC(또는 평균) 각도 오차 모두와 상기 오차 곡선들(286, 288)의 정현파의 형상들에 기여할 수 있다. 즉, 도 3의 이중 차동 증폭기(108) 및 도 3의 다른 회로 요소들로의 속도가 상기 시퀀스 스위치들(104)이 상기 CVH 센싱 요소(102)의 수직형 홀 요소들 사이에서 전환되므로 최종 값들로 설명되고, 또한 상기 전류 스피닝 스위치들(105)이 다양한 전류 스피닝 위상들 사이에서 전환되므로 상기 오차들에 기여한다.
이에 한정되는 것은 아니지만, 스위칭 노이즈 및 최종 값들로 설정되는 회로 요소들의 부족을 포함하는 전술한 회로 특성들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 도 3의 자기장 센서(100)의 온도, 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위의 시퀀싱의 속도, 상기 자석(144)이 회전하면서 상기 CVH 센싱 요소(102)가 겪는 자기장의 피크 진폭, 그리고 상기 다양한 수직형 홀 요소들 사이에서 선택된 전류 스피닝 시퀀스(들를 포함하는 다양한 인자들에 의해 영향들 받는(즉, 변화되는) 경향이 있다.
상기 곡선들(306, 308) 사이의 차이들은 동일한 인자들의 변화들, 즉 상기 온도의 변화들, 상기 자석(144)이 회전함에 따라 상기 CVH 센싱 요소(102)가 겪는 상기 자기장의 피크 진폭의 변화들이나 차이들, 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위의 시퀀싱의 속도들의 변화들이나 차이들, 그리고 상기 CVH 센싱 요소(102) 내의 다양한 수직형 홀 요소들 사이의 선택된 전류 스피닝 시퀀스(들)의 변화들이나 차이들에 기여할 수 있다. 이들 인자들 중에서, 상기 온도의 변화들이 임의의 시간에서 일어날 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 자기장의 피크 진폭의 변화들은 도 3의 자석(144)과 CVH 센싱 요소(102) 사이의 위치적 변화들, 즉 에어 갭(air gap) 변화들에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 상기 각도 오차에 대한 자기장 강도 변화들의 영향은 응용 구성으로 변화될 수 있다. 예를 들면, 이른바 "엔드 오브 샤프트(end of shaft)" 구성들(상기 자기장 센서가 상기 회전하는 타겟의 회전의 축을 따라 위치한다)이 이른바 "사이드 샤프트(side shaft)" 구성들(상기 자기장 센서가 회전의 축의 측부에 위치한다) 보다 적은 영향을 겪을 수 있다.
상기 자기장의 피크 진폭의 변화들은 또한 기계적 고려 사항들, 예를 들면, 상기 자석(144)이 상부에서 회전하는 베어링이나 샤프트의 마모에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나, 시퀀싱 속도들의 변화들 및 전류 스피닝 시퀀스들의 변화들은 고정될 수 있으며, 상기 자기장 센서(100)의 다른 응용들을 위해서만 변화될 수 있다.
대체로, 지배적인 각도 오차 주파수 성분들은 상기 신호(52)(즉, 104a 또는 105a)의 주파수의 제1 및 제2 고조파들에서 일어나는 것으로 결정되었다. 상기 곡선들(306, 308)은 상기 신호(52)(104a)의 주파수의 제1 및 제2 고조파들에 의해 결정되는 각도 오차 함수들을 나타낸다.
도 3의 각도 오차 보정 모듈(138)은 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타나는 상기 각도 오차에 대한 적어도 상기 온도 및 자기장의 기여들에 따라 적용되는 각도 오차 보정들을 변화시키도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 각도 오차 보정 모듈(138)은 또한 상기 곡선들(306, 308) 사이의 차이에 기여하는 다른 전술한 인자들의 하나 또는 그 이상에 따라 상기 각도 오차 보정들을 변화시키도록 구성된다.
여기서 설명하는 바와 같이, 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타나고, 상기 보정되지 않은 각도 값(118a)(도 3)에 포함되는 각도 오차들은 각기 전술한 인자들에 의해 영향을 받는 제1 각도 오차들로 언급된다. 상기 곡선들(306, 308) 보다 낮은 피크-투-피크 변화를 갖는 다른 각도 오차 곡선들(도시되지 않음)은 상기 제1 각도 오차들 보다 작고, 상기 보정된 각도 값(126a)(도3)에 포함되는 제2 각도 오차들을 나타낸다.
수학적으로, 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타나는 각도 오차는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[식 (7)]
여기서,
Figure pct00009
＝각도 오차 값(도 3의 신호(138a));
T＝온도 센서(136)의 의해 측정된 온도;
dc T ＝상기 온도 T의 함수인 DC 각도 오차;
h1a T ＝상기 온도 T의 함수인 상기 오차의 제1 고조파 성분의 진폭;
h1p T ＝상기 온도 T의 함수인 상기 제1 고조파 성분의 위상;
h2a T ＝상기 온도 T의 함수인 상기 오차의 제2 고조파 성분의 진폭;
h2p T ＝상기 온도 T의 함수인 상기 제2 고조파 성분의 위상;
B 0 ＝상기 온도 T의 함수인 공칭(nominal) 자기장 강도;
B＝상기 측정된 자기장 강도; 및
θ＝상기 보정되지 않은 자기장 각도 값(도 3의 신호(118a))이다.
온도 T의 함수로서 상기 공칭 자기장 강도는 B0는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[식 (8)]
Figure pct00010
여기서,
T room ＝실온(명목상으로 25℃);
T hot ＝높은 온도(125℃ 또는 150℃와 같은);
B room ＝실온에서 측정된 자기장 강도; 및
B hot ＝상기 높은 온도에서 측정된 자기장 강도이다.
상기 식 (7)의 오차 표현이 상기 제1 고조파 진폭 및 상기 제2 고조파 오차 성분에 대한 보정으로서 B0/B를 활용하지만, B0/B의 제곱근과 같은 다른 보정 인자들이 상기 각도 오차를 모델화하는 데 이용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 각도 오차에 영향을 미치는 상기 온도 T 및 상기 자석(144)에 의해 발생되고 상기 CVH 센싱 요소(102)가 겪는 자기장 B의 피크 진폭 이외의 전술한 다른 인자들 또한 상기 식 (7)에서 고려되지 않는다. 즉, 상기 CVH 센싱 요소(102) 주위의 시퀀싱의 속도는 고려되지 않으며, 상기 전류 스피닝 시퀀스 선택 모듈(119)에 의해 발생되는 전류 스피닝 위상 시퀀스도 앞서의 표현에서 고려되지 않는다.
도 3의 각도 오차 보정 모듈(138)이 식 (7)과 동일하거나 유사한 표현을 산정하여 이에 따라 상기 각도 오차 값(138a)을 발생시키기 위하여 상기 EEPROM(140) 내에 저장되는 프로그램 가능한 보정 계수들(140a)을 이용할 수 있는 점이 도 10-도 10c과 함께 다음에 설명된다. 따라서, 상기 EEPROM(140)은 앞서의 식 (7)과 관련되는 복수의 보정 계수들 또는 값들을 저장하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 저장된 보정 계수 값들은, 예를 들면, 상기 컨트롤 신호(142)(도 3)에 의하여 상기 계수 표 EEPROM(140) 내로 프로그램될 수 있다.
도 3과 함께 상술한 바와 같이, 상기 결합 모듈(126)은 보다 정확하고, 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)의 제1 오차 보다 작은 (즉, 제2)오차를 가지는 상기 보정된 x-y 각도 값(126a)을 발생시키기 위해 온도 및 자기장 강도에 의존하는 상기 각도 오차 값(138a)(즉, 식 (1)에 따른 추정된 오차)을 상기 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a)과 결합하도록 동작할 수 있다. 따라서, 각 보정되지 않은 각도 값(118a)에 대하여, 식 (7)에 따라 계산된 상기 추정된 오차
Figure pct00011
는 상기 감지된(즉, 측정된) 각도(즉, 도 3의 보정되지 않은 x-y 각도 값(118a))으로부터 디지털적으로 차감될 수(또는 추가될 수) 있거나, 그렇지 않으면 이에 수학적으로 결합될 수 있다.
전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변화가 앞서 설명되었다. 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변화 및 상기 각도 오차 보정 모듈(138)의 사용의 모두의 적절한 선택이 상기 곡선들(306, 308)에 의해 나타나는 상기 각도 오차의 크기를 감소시키는 경향이 있는 점이 분명해야 한다. 상기 두 가지 기술들이 상기 자기장 센서(100)의 각도 오차의 감소를 구현하도록 별도로 또는 함께 사용될 수 있는 점이 이해되어야 한다.
도 10을 이제 참조하면, 보정된 자기장 각도 값(126a)을 발생시키기 위한 프로세스(320)는 보정 계수들(324)을 발생시키고 저장하는 단계를 포함한다. 보정 계수들을 발생시키고 저장하는 단계는 대체로 상기 자기장 센서(100)의 제조 동안에 수행되며, 실온 T0 및 125℃ 또는 150℃와 같이 "높은(hot)" 온도 Thot와 같은 둘 또는 그 이상의 온도들에서 상기 자기장 각도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 측정들을 구현함에 있어서, 알려진 자기장 각도 및 기장 강도가 사용된다.
각각의 이들 각도 측정들은 식 (7)의 형태로 표현될 수 있는 오차 성분들을 포함하는 측정된 각도 값 q를 생성하며, 이에 따라 DC 성분, 제1 고조파 진폭 성분, 제1 고조파 위상 성분, 제2 고조파 진폭 성분, 그리고 제2 고조파 위상 성분을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 EEPROM(140) 내에 저장된 보정 계수 값들은 다음에 설명되는 바와 같이 온도에 기초하는 각각의 대응하는 척도 인자(scale factor)들(즉, dc, h1a, h1p, h2a, h2p)과 함께 실온에서의 이들 개별적인 오차 성분들의 값들(즉, dc 0 , h1a 0 , h1p 0 , h2a 0 , h2p 0 )이다. 여기서는 이들 보정 계수들이 식 (7)의 오차 항목들(dc T , h1a T , h1p T , h2a T , h2p T )을 산정하도록 상기 보정 모듈(138)에 의해 이용되는 것으로 말하면 충분하다. 간편성을 위하여, 비록 척도 인자 보정 계수들(즉, dc, h1a, h1p, h2a, h2p)이 제조 동안에 발생되고 저장되지만(도 10의 블록 324에서), 이들 보정 계수들은 도 10c과 함께 다음에 더 설명될 것이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 EEPROM 내에 저장된 값들이 상기 실온 및 높은 온도 모두에서 상기 개별적인 오차 성분들이 될 수 있는 점이 이해될 것이다.
EEPROM(140)에 저장되는 추가적인 보정 계수들은 실온에서의 상기 온도 센서(136)의 출력에서 측정된 값 T0, 상기 실제 온도 T 및 실온 사이의 차이를 계산하는 데 이용되는 온도 척도 인자 Ts, 실온에서의 자기장 측정 MFO0, 실온 및 상기 높은 온도에서의 자기장 측정 사이의 오프셋을 나타내는 자기장 오프셋 척도 인자MFO, 300G와 같은 공칭 자기장 강도에서의 자기장 측정 MFS0, 그리고 상기 공칭 자기장 강도에서의 자기장 측정 및 150G와 같은 제2 자기장 강도에서의 자기장 측정 사이의 척도 인자를 나타내는 자기장 강도 척도 인자 MFS를 포함할 수 있다. 상기 온도 척도 인자 Ts는 실온 및 높은 온도에서 판독하는 상기 센서를 기록하는 단계, 상기 측정된 온도 변화를 알려진 온도 변화로 보정하도록 척도 인자를 생성하는 단계에 의해 계산된다. 비록 상기 자기장 오프셋 척도 인자 보정 계수 MFO 및 자기장 강도 척도 인자 보정 계수 MFS가 제조 동안에 발생되고 저장되지만(도 10의 블록 324에서), 이들 보정 계수들은 도 10c와 함께 다음에 더 설명될 것이다.
동작 시에, 상기 자기장 센서(100)는 상기 자기장(블록 328)의 측정 및 온도(블록 332)의 측정을 트리거(trigger)하는 보정되지 않은 각도 값(118a)을 발생시킨다(블록 326). 블록 326에서, 상기 자기장 강도가 측정되며, 도 10a과 함께 더 설명되는 바와 같이 신호(110a)의 형태로 상기 각도 오차 보정 모듈(138)로 제공된다. 주위 온도는 온도 센서(136)에 의해 측정되고, 도 10b와 함께 더 설명되는 바와 같이 신호(136a)의 형태로 상기 각도 오차 보정 모듈(138)로 제공된다. 일 실시예에 있어서, 상기 온도는 매 4밀리초의 단위로 측정될 수 있고, 업데이트될 수 있다.
블록 336에서, 상기 자기장 각도 θ가 상기 각도 계산 모듈(118)(도 3)에 의해 계산되고, 신호(118a)의 형태인 상기 보정되지 않은 각도 값이 상기 사인 룩업 테이블(148)로 제공된다. 상기 사인 룩업 테이블(148)은 앞서의 식 (7)을 산정하는 데 사용하기 위해 제1 및 제2 고조파 사인 값들(148a, 148b)을 각기 상기 각도 오차 보정 모듈(138)로 제공할 수 있다. 상기 자기장 각도 θ는 블록 326에서 측정된 상기 자기장 강도의 연속하는 샘플들로부터 유도된다. 일 예로서, 상기 자기장 각도는 상기 PLL(118)(도 5) 및 앞서 설명한 관련된 기술들을 이용하여 유도될 수 있다. 선택적으로, 상기 자기장 각도는 제로 진폭 크로싱에 대한 샘플들을 분석하여 유도될 수 있다. 상기 자기장 강도는 블록 328에서 보다 긴 시간 간격, 예를 들면 64의 샘플들에 걸쳐 유도될 수 있다. 도 10-도 10c의 흐름도들에 예시한 상기 블록들의 특정한 순서 및 상기 블록들을 처리하는 주파수가 변화될 수 있는 점이 이해될 것이다.
블록 340에서, 상기 각도 오차 보정 모듈(138)은 도 10c과 함께 더 설명되는 바와 같이 식 (7)을 산정하며, 후속하여 상기 각도 측정 및 보정 프로세스가 화살표(348)로 나타낸 바와 같이 반복될 수 있다.
또한 도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 블록들 328, 332 및 340을 각기 수행하기 위한 예시적인 프로세스들이 도시된다. 도 10a에서, 상기 자기장 강도는 블록 350에서 상기 필터링된 신호 HPSAMP(110a)(도 3)의 샘플들을 누적시켜 업데이트되며, 후속하여 누적된 샘플들이 저역 통과 필터(242)(도 6a)에 의하는 바와 같이 블록 354에서 필터링된다. 보다 상세하게는, 상기 입력 신호(110a)의 절대 값은 N의 샘플들이 처리되었을 때까지 절대 값 요소(240)(도 6a)에 의해 누적된다. 통상적인 응용에서, 주기 당 16의 샘플들이 존재하며, 누적이 8 주기들에 걸쳐 수행되거나, N＝16*8＝128이 된다. 상기 샘플들의 절대 값의 누적은 블록 354에 나타낸 바와 같이 sinc 저역 통과 십진화(decimation)가 수반되는 양파 정류기(full-wave rectifier)와 동등하다.
상기 블록들(358-378)로 예시되는 프로세스는 이후에 도 10c의 각도 오차 값을 계산하는 데 이용되는 자기장 강도 비율 항목 FRATIO를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 앞서의 식 (8)의 내용에서, 상기 항목 B0/B가 비록 이러한 항목들이 다른 방식으로 계산될 수 있을지라도 FRATIO와 동등한 점이 이해될 것이다. 특히, 상기 식 (8)의 항목 B0/B는 온도에 대해 조절되는 상기 공칭 자기장 강도를 나타내는 값 B0를 이용하지만, FRATIO 항목은 온도 및 자기장 강도 변화들로 인한 변화들을 설명하는 상기 측정된 자기장 강도에 대란 조정을 나타낸다.
블록 358에서, 온도의 함수이며, TDELTA, MFO0 및 MFO를 포함하는 데이터(360)에 반응하는 상기 누적되고 필터링된 자기장 강도 및 공칭 자기장 강도(300가우스와 같은) 사이의 오프셋 MFOT는 다음과 같이 계산된다.
[식 (9)]
Figure pct00012
여기서,
FSLP＝블록 354로부터의 필터링된 자기장 강도;
MFO0＝실온에서 측정되고, EEPROM(140)에 저장된 공칭 자기장 강도;
MFO＝EEPROM에 저장된 실온 및 높은 온도에서의 공칭 자기장 측정 사이의 오프셋을 나타내는 자기장 오프셋 척도 인자; 및
TDELTA＝도 10b과 함께 다음에 더 설명되는 상기 측정된 온도 T 및 실온 측정 T0 사이의 크기 조절된 차이이다.
블록 362에서, 온도의 함수로서 자기장 강도 대 오프셋에 대한 척도 인자 MFST는 다음과 같이 TDELTA, MFS0 및 MFS을 포함하는 데이터(362)에 대응하여 계산된다.
[식 (10)]
Figure pct00013
여기서,
MFS0＝두 적용된 자기장들 내의 측정된 차이 대 이상적인 차이의 비율로서 계산되는 실온에서의 자기장 강도의 변화에 대한 측정된 척도 인자이다. 통상적인 자기장 강도는 300G 및 150G이다.
MFS＝자기장 강도 변화에 대한 온도 척도 인자이다. MFS는 다음과 같이 실온 및 높은 온도와 같은 두 온도들에서만 MFS0와 유사한 방식으로 계산된다.
[식 (11)]
Figure pct00014
블록 366에서, 상기 자기장 강도 FS가 식 (6)에 나타낸 바와 같이 가우스 단위로 계산되며, 후속하여 상기 자기장 강도가 블록 370에서 저장된다.
[식 (12)]
Figure pct00015
자기장 강도 비율 FRATIO이 300G와 같은 공칭 자기장 강도 대 식 (12)로 계산된 자기장 강도 FS의 비율로서 블록 374에서 계산되며, 이어서 상기 자기장 강도 비율 FRATIO은 단계 378에서 저장된다.
또한 도 10b를 참조하면, 온도를 측정하고 저장하기 위한 프로세스(332)가 예시된다. 단계 400에서, 온도 델타 TDELTA가 데이터(402), 즉, 도시된 바와 같이 상기 측정된 온도 값 T, 상기 실온에 대응하는 온도 값 T0 및 상기 온도 척도 인자 TS에 대응하여 계산된다. 단계 404에서, 켈빈(Kelvin) 온도 TKELVIN이 도시된 바와 같이 계산된다. 단계 408에서, 상기 온도 델타 TDELTA가 -75℃ 보다 작거나 150℃ 보다 클 경우, 그러면 단계 416에서, 오차 상태가 나타나고, TKELVIN 및 TDELTA에 대한 이전의 값들이 유지된다. 그렇지 않으면, 새로운 켈빈 온도 값 TKELVIN 및 온도 델타 TDELTA,가 도시된 바와 같이 단계 416에서 저장된다.
또한 도 10c를 참조하면, 상기 각도 오차 값
Figure pct00016
를 계산하기 위한 프로세스(340)가 예시된다. 블록 430에서, 온도의 함수로서 상기 제1 고조파 진폭 h1a T 가 데이터(432), 즉 TDELTA, h1a 0 및 h1a에 대응하여 다음 식 (13)에 따라 계산된다.
[식 (13)]
Figure pct00017
여기서,
h1a 0 ＝실온에서 측정되고, EEPROM(140)에 저장된 제1 고조파 진폭이고,
h1a＝EEPROM에 저장된 제1 고조파 진폭 척도 인자이다.
상기 제1 고조파 진폭 척도 인자들 h1a는 식 (14)에 나타낸 바와 같이 계산될 수 있다.
[식 (14)]
Figure pct00018
여기서,
h1a 0 ＝단계 324에서 EEPROM(140)에 저장되는 바와 같은 실온에서의 제1 고조파 진폭; 및
h1a hot ＝상기 높은 온도에서의 제1 고조파 진폭이다.
나머지 고조파 진폭 및 척도 인자들 h1p, h2a, h2p(다음에 설명되는 바와 같이 사용됨)가 상기 제1 고조파 진폭 척도 인자 h1a와 동일한 일반적인 방식이지만 상응하는 고조파 진폭 및 위상 측정들의 적절한 치환으로 계산될 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 제1 고조파 진폭은 도 10a에 따라 계산될 수 있는 바와 같이 크기가 조절된다(블록 434).
블록 438에서, 온도의 함수로서 상기 제1 고조파 위상 h1p T 가 데이터(440), 즉 TDELTA, h1p 0 및 h1p에 대응하여 다음 식 (15)에 따라 계산된다.
[식 (15)]
Figure pct00019
여기서,
h1p 0 ＝실온에서 측정되고, EEPROM(140)에 저장된 제2 고조파 위상; 및
h1p＝EEPROM 내에 저장되고, 앞서 설명한 바와 같이 계산된 이다.
블록 442에서, 식 (7)의 제1 고조파 오차 성분이 상기 보정되지 않은 각도 값 θ, 434에서 계산된 상기 제1 고조파 진폭 h1a T 및 438에서 계산된 상기 제1 고조파 위상 h1p T 에 기초하여 상기 사인 항목(148a)을 포함하는 데이터(444)에 대응하여 도시된 바와 같이 계산된다.
블록 446에서, 온도의 함수로서 상기 제2 고조파 진폭 h2a T 가 데이터(448), 즉 TDELTA, h2a 0 및 h2a. 에 대응하여 다음 식 (16)에 따라 계산된다.
[식 (16)]
Figure pct00020
여기서,
h2a 0 ＝실온에서 측정되고, EEPROM(140)에 저장된 제2 고조파 진폭; 및
h2a＝EEPROM 내에 저장되고, 앞서 설명한 바와 같이 계산된 제2 고조파 진폭 척도 인자이다.
450에서 나타낸 바와 같이, 상기 제2 고조파 진폭은 도 10a에 따라 계산될 수 있는 바와 같이 상기 자기장 강도 비율 FRATIO에 의해 크기가 조절된다.
블록 454에서, 온도의 함수로서 상기 제2 고조파 위상 h2p T 가 데이터(456), 즉 TDELTA, h2p 0 및 h2p.에 대응하여 다음 식 (17)에 따라 계산된다.
[식 (17)]
Figure pct00021
여기서,
h2p 0 ＝실온에서 측정되고, EEPROM(140)에 저장된 제2 고조파 위상; 및
h2p＝EEPROM 내에 저장되고, 앞서 설명한 바와 같이 계산된 제2 고조파 위상 척도 인자이다.
블록 458에서, 상기 식 (7)의 제2 고조파 오차 성분이 상기 보정되지 않은 각도 θ, 450에서 계산된 상기 제2 고조파 진폭 h2a T 및 454에서 계산된 상기 제2 고조파 위상 h2p T 에 기초하여 상기 사인 항목(148b)을 포함하는 데이터(460)에 대응하여 도시된 바와 같이 계산된다.
블록 462에서, 온도의 함수로서 상기 평균 또는 DC 각도 오차 dc T 가 TDELTA, dc0 및 dc를 포함하는 데이터(464)에 대응하여 다음과 같이 식 (18)에 따라 계산된다.
[식 (18)]
Figure pct00022
여기서,
dc 0 ＝단계 324에서 EEPROM(140)에 저장되는 바와 같은 실온에서의 DC 오차 성분; 및
dc＝EEPROM 내에 저장되고, 다음과 같이 제조 동안에 계산되는 척도 인자이다.
[식 (19)]
Figure pct00023
여기서, dc hot ＝상기 높은 온도에서의 DC 오차 성분이다.
단계 466에서, 상기 각도 오차 값
Figure pct00024
(식 (7))가 단계 462에서 계산된 상기 dc 오차 성분을 포함하는 상기 오차 성분들, 단계 442에서 계산된 상기 제1 고조파 오차 성분 및 단계 458에서 계산된 상기 제2 고조파 오차 성분을 더하여 계산되며, 상기 보정된 각도 값(126a)이 상기 보정되지 않은 각도 값 θ로부터 각도 오차 값
Figure pct00025
를 차감하여 계산된다. 단계 470에서, 상기 보정되지 않은 각도 값(126a)이 저장된다. 블록 466이 상기 각도 오차 보정 모듈(138)에 의해 상기 각도 오차 값
Figure pct00026
를 계산하기 위한 상기 프로세스(340)의 일부로서 도 10c에 도시되지만, 이러한 동작이 도 3에 예시한 바와 같이 외부의 모듈(126)을 상기 각도 오차 보정 모듈에 결합하여 선택적으로 수행될 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 각도 오차의 DC 성분의 값, 상기 각도 오차의 제1 고조파의 진폭 및 위상 값들, 상기 각도 오차의 제2 고조파의 진폭 및 위상 값들, 그리고 연관된 척도 인자들을 나타내는 보정 계수들이 설명되지만, 다른 실시예들에서 보다 적거나, 보다 많거나, 상이한 보정 계수들이 저장되고 이용될 수 있다. 예를 들면, 심지어 보다 높은 고조파들을 나타내는 보정 계수들이, 예를 들면, 식 (7)의 적절한 확장에 의해 저장되고 이용될 수 있다.
상기 각도 오차 보정 모듈(138)은 상기 온도 센서(136)로부터 온도 신호(136a)를 수신하도록 연결되고, 상기 자기장 센서(100)의 온도를 나타내는 디지털 신호인 변환된 신호를 발생시키도록 구성되는 아날로그-디지털 컨버터(300)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 각도 오차 보정 모듈(138)은
상기 디지털 온도 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 디지털 온도 신호가 온도의 변화를 나타내거나 온도의 변화가 없을 것을 나타내는 것을 식별하도록 구성되는 온도 변화 검출 모듈을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 온도 변화 검출 모듈은 또한 온도의 변화를 나타내거나 온도의 변화가 없을 것을 나타내는 컨트롤 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 각도 오차 보정 모듈(138)은 보정 대 전류 스피닝 시퀀스 모듈 또는 보정 대 시퀀스 속도 모듈의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 클록 신호(120b)(도 3)에 반응하여, 상기 보정 대 전류 스피닝 시퀀스 모듈은 상기 x-y 각도 오차 값(138a)을 더 향상시키도록 적용될 수 있는 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스 그룹들의 선택된 시퀀스와 연관된 보정 인자를 확인하거나 및/또는 도 3의 CVH 센싱 요소(102) 내의 수직형 홀 요소들이 순서화되는 속도와 연관된 보정 인자를 확인하도록 구성되며, 보정 인자는 상기 x-y 각도 오차 값(138a)을 더 향상시키도록 적용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 사용자가 상기 각도 오차 보정 모듈(138) 내의 선택된 유형의 표현을 이용하도록 도 3의 자기장 센서(100)를 프로그램할 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에서 상기 자기장 센서(100)는 식 (7)을 이용하며, 다른 실시예들에서 상기 자기장 센서는 다른 각도 오차 표현을 이용한다.
상기 CVH 센싱 요소(102)에 대해 도 3과 함께 앞서 먼저 설명한 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변화들이나 변경들의 주제로 다시 돌아가면, 도 11-도 13은 간단한 평면형 홀 효과 요소에 적용되는 유사한 전류 스피닝 위상 시퀀스 변화들의 이점들을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 간단한 자기장 센서(400)는 평면형 홀 효과 요소(402)를 포함한다. 상기 홀 요소(402)는 전류 스피닝 스위치들(412)에 의해 결정되는 복수의 전류 스피닝 위상들에 따라 네 개의 콘택들 중의 상이한 선택된 것들에서 전류 신호(412a)를 수신하도록 연결된다. 전류 소스(410)는 전류 신호(410a)를 상기 전류 스피닝 스위치들(412)에 공급한다.
상기 홀 효과 요소(402)의 차동 출력(differential output)(402a, 402b)은 전류 스피닝 스위치들(404)에 연결되며, 이들은 전류 스피닝이 상기 복수의 위상들을 통해 진행하면서 출력 단자들로서 네 개의 단자들의 상이한 것들을 선택한다.
상기 네 개의 단자의 평면형 홀 요소의 둘 또는 넷의 위상 전류 스피닝을 위한 특별한 연결들은 여기서는 도시되지 않지만 잘 이해될 수 있을 것이다. 상기 전류 스피닝이 네 위상들 내에서 이루어지고 문자들로 상기 위상들을 표기하는 예를 택할 경우, 종래의 배치는 동일한 위상 시퀀스, 예를 들면, ABCD를 주기적으로 반복할 것이며, 여기서 위상들의 각 시퀀스는 사이클 주기를 갖는 각각의 전류 스피닝 사이클 내에서 일어난다. 그러나, 상기 자기장 센서(400)는 상기 전류 스피닝 스위치들(404, 412)에 연결되는 전류 스피닝 및 필터 제어 모듈(408)을 포함할 수 있으며, 이는 때때로 또는 네 위상들의 세트를 통해 각 사이클에 따라 위상들의 시퀀스를 변화시키거나 변경시키도록 구성될 수 있다. 상기 변화들은 완전히 무작위적이거나 의사 무작위적일 수 있다. 그러나, 다른 배치들에서 상기 변화들은 때때로 둘 또는 그 이상의 전류 스피닝 위상 시퀀스들 사이에서 선택될 수 있다.
제한적이지 않은 일 예에 있어서, 전류 스피닝 위상들은 다음의 네 시퀀스들을 취할 수 있고 이후에 반복할 수 있다: ABCD, BCDA, CDAB 및 DABC. 이러한 특정한 예에 있어서, 각기 네 위상들을 가지는 네 전류 스피닝 위상 시퀀스들만이 이용된다. 그러나, 네 전류 스피닝 위상들이 이십사의 전류 스피닝 위상 시퀀스들 내의 상기 네 위상들의 이십사의 결합들을 가져올 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 이십사의 전류 스피닝 위상 시퀀스들은 무작위로 선택될 수 있거나, 의사 무작위로 선택될 수 있거나, 주기적으로 선택될 수 있다.
기본적이고 제한적이지 않은 일 실시예에 있어서, 두 전류 스피닝 위상 시퀀스들, 예를 들면, ABCD 및 CDAB만이 존재하고, 상기 홀 요소(402)에 적용되는 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스가 때때로 상기 두 위상 시퀀스들 사이에서 변화될 수 있다. 또한, 둘 이상의 위상 시퀀스들이 존재할 수 있고, 상기 홀 요소(402)에 적용되는 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스는 때때로 둘 이상의 위상 시퀀스들 사이에서 변화될 수 있다.
상기 전류 스피닝 스위치들(404)은 차동 출력 신호(404a, 404b)를 제공하도록 구성된다. 필터(406)는 상기 전류 스피닝 스위치들(404)로부터 상기 차동 신호를 수신하도록 구성되고, 차동 출력 신호(406a, 406b)를 제공하도록 구성된다.
상기 주파수 영역에서, 여기서 오프셋 전류 스피닝으로 언급되는 특정한 유형의 전류 스피닝의 결과로서 상기 전류 스피닝 스위치들에서 나타나는 상기 차동 신호(404a, 404b)가 두 주파수 성분들을 가지는 점이 이해될 것이다. 기저대역 성분은 자기장에 대응하며 기저대역에 남는다. 그렇지만, 상기 차동 신호(404a, 404b)를 갖는 오프셋 신호 성분은 상기 전류 스피닝 시퀀스들이 상기 위상들에 걸치는 주파수, 즉 초핑 주파수에 따라 보다 높은 주파수로 시프트된다.
동작 시에, 상기 필터(406)는 상기 차동 출력 신호(406a, 406b) 내에 자기적으로 반응성인 신호 성분만을 남기면서 상기 차동 신호(404a, 404b)의 상기 오프셋 신호 성분을 제거할 수 있다.
도 12를 이제 참조하면, 그래프(450)는 임의의 단위들로 주파수의 단위들의 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들로 진폭의 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.
상기 그래프(450)은 도 11의 자기장 센서(400)와 같은 자기장 센서의 동작을 나타내지만, 상기 홀 요소(402)에 적용되는 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 어떠한 변화도 나타내지 않는다. 달리 말하면, 예를 들면, 상기 위상 시퀀스 ABCD가 변화 없이 되풀이하여 반복된다.
스펙트럼 라인(454)은 도 11의 차동 신호(404a, 404b)의 자기적으로 반응성인 신호 성분을 나타낸다. 스펙트럼 라인(458)은 상기 전류 스피닝 스위치들(404, 412)의 전류 스피닝 동작 후의 도 11의 차동 신호(404a, 404b)의 상기 오프셋 신호 성분을 나타내지만, 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 어떠한 변화도 나타내지 않는다. 스펙트럼 라인(460)은 상기 스펙트럼 라인(456)에 의해 나타나는 상기 오프셋 신호 성분의 제3 고조파를 나타낸다.
상기 스펙트럼 라인(454)이 DC 자기장에 반응하는 상기 자기장 센싱 요소(402)를 나타내는 점이 이해될 것이다. 그렇지만, 상기 자기장 센싱 요소(402)는 AC 자기장들에 반응할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 대역폭(456)은 상기 자기장 센싱 요소(402)가 자기장에 반응하여 신호 정보를 제공할 수 있는 영역을 나타낸다.
전달 함수(transfer function)(452)는 도 11의 필터(406)의 특정한 실시예의 하나의 전달 함수를 나타낸다. 특히, 상기 전달 함수(452)는 전달 함수 노치들을 갖는 디지털 필터를 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 노치들이 상기 오프셋 성분 스펙트럼 라인들(458, 460)과 동일한 위치들에 나타나도록 상기 필터(406)를 설계하고 컨트롤 신호(408c)로 상기 필터(406)를 제어하는 것이 유리하다. 이에 따라, 이와 같은 필터로서 상기 차동 출력 신호(406a, 406b)가 상기 기저대역(456) 내에서만 내용을 가지게 될 것이다.
필터의 이용이 상기 자기장 센서(400)의 동작을 늦추는 경향이 있는 점이 인식될 것이다. 또한, 상기 통과대역(456)이 상기 주파수 fc 아래로 떨어져야 하기 때문에, 상기 동작 대역폭 또는 상기 자기장 센서(400)가 제한되는 경향이 있다.
도 13을 이제 참조하면, 그래프(500)는 임의의 단위들로 주파수의 단위로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들로 진폭의 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.
상기 그래프(500)은 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변동들이나 변화들을 포함하는 상기 자기장 센서(400)와 같은 자기장 센서의 동작을 나타낸다. 다음의 논의로부터 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변화를 이용하여, 일부 실시예들에서 도 11의 필터(406)가 제거될 수 있는 점이 분명해질 것이다.
스펙트럼 라인(502)은 상기 차동 신호(404a, 404b)의 자기적인으로 반응성인 신호 성분을 나타낸다. 스펙트럼 라인(506)은 상기 전류 스피닝 스위치들(404, 412)의 변화된 전류 스피닝 동작 후에 상기 차동 신호(404a, 404b)의 상기 오프셋 신호 성분을 나타낸다. 스펙트럼 라인(508)은 상기 스펙트럼 라인(506)에 의해 나타나는 상기 오프셋 신호 성분의 제3 고조파를 나타낸다.
상기 스펙트럼 라인(502)이 DC 자기장에 반응하는 상기 자기장 센싱 요소(402)를 나타내는 점이 이해될 것이다. 그러나, 상기 자기장 센싱 요소(402)는 AC 자기장에도 반응할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 대역폭(504)은 상기 자기장 센싱 요소(402)가 자기장에 반응하여 신호 정보를 제공하는 영역을 나타낸다.
도시된 바와 같은 다른 낮은 진폭의 스펙트럼 라인들은 상기 변화의 정확한 특성에 따라 상기 전류 스피닝 위상 시퀀스들의 변화로부터 야기될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 낮은 진폭에 있는 추가적인 스펙트럼 라인들도 존재할 수 있다.
상기 스펙트럼 라인들(506, 508) 및 모든 다른 관련되지 않은 스펙트럼 라인들이 도 12의 스펙트럼 라인들(458, 460) 보다 훨씬 낮은 진폭을 가지는 점이 이해될 것이다. 일부 응용예들에 있어서, 상기 다양한 낮은 진폭의 스펙트럼 라인들은 도 11의 필터(406)가 전체적으로 요구되지 않는 충분히 낮은 진폭을 가진다. 필터를 전혀 가지는 않는 것은 보다 빠른 자기장 센싱 요소 및 보다 넓은 대역폭의 자기장 센싱 요소의 결과로 된다. 이에 따라, 이러한 일부 실시예들에서 상기 기저대역 통과대역(504)은 도시된 경우보다 실질적으로 넓을 수 있으며, 도 12의 기저대역 통과대력(456) 보다 넓을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기저대역 통과대역(504)은 상기 주파수 3fc 이상으로 잘 연장될 수 있다.
여기서 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 전체적으로 여기에 참조로 포함된다.
상술한 바에서는 본 발명의 주제인 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하는 데 기여하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포괄하는 다른 실시예들도 이용될 수 있는 점이 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범주가 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (28)

  1. 자기장 센서에 있어서,
    각기 자기장에 반응하는 각각의 자기장 센싱 요소 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하고, 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 측정된 자기장 신호를 형성하며;
    상기 측정된 자기장 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 자기장의 각도를 나타내는 값을 갖는 각도 신호를 발생시키도록 구성되는 위상 동기 루프(phase-locked loop)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호는 주파수를 가지며, 상기 위상 동기 루프는 상기 측정된 자기장 신호의 주파수에 연관된 주파수를 갖는 클록 신호에 반응하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위상 동기 루프는,
    상기 측정된 자기장 신호에 반응하는 제1 입력 및 각각의 위상을 갖는 피드백 신호에 반응하는 제2 입력을 갖는 위상 검출기(phase detector)를 포함하고, 상기 위상 검출기는 상기 측정된 자기장 신호의 위상과 상기 피드백 신호의 위상 사이의 차이를 나타내는 차이 신호(difference signal)를 발생시키기 위해 상기 측정된 자기장 신호의 위상과 상기 피드백 신호의 위상을 비교하도록 구성되며;
    상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호에 반응하는 발진기(oscillator)를 포함하고, 상기 피드백 신호는 상기 차이 신호를 최소화하는 위상을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 발진기는,
    위상 누적 신호(phase accumulated signal)를 발생시키도록 상기 클록 신호에 반응하는 위상 증분 누산기(phase increment accumulator);
    합산된 신호를 발생시키도록 상기 위상 누적 신호 및 상기 각도 신호에 반응하는 합산 요소(summation element); 및
    상기 합산된 신호에 반응하여 사인 값을 제공하도록 구성되는 룩업 테이블(look-up table)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 위상 동기 루프는 상기 차이 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 각도 신호를 제공하도록 구성되는 비례 적분(proportional-integral) 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비례 적분 컨트롤러는 시프트 기능(shift function)을 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 이득 요소(gain element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 위상 검출기는,
    상기 측정된 자기장 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 단위 이득 신호(unity gain signal)를 제공하도록 구성되는 자동 이득 제어 회로(automatic gain control circuit);
    곱 신호(product signal)를 제공하도록 상기 단위 이득 신호에 반응하고, 상기 피드백 신호에 반응하는 배율기(multiplier); 및
    상기 차이 신호를 제공하도록 상기 곱 신호에 반응하는 저역 통과 필터(low pass filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 저역 통과 필터는 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 하나 또는 그 이상의 각각의 주파수들에서 하나 또는 그 이상의 노치(notch)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 복수의 자기장 센싱 요소들은 원형 수직 홀 요소(circular vertical Hall: CVH) element)로 배치되는 각각의 복수의 수직형 홀 효과 요소(vertical Hall Effect element)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호를 발생시키도록 상기 복수의 자기장 센싱 요소 출력 신호들에 반응하는 고역 통과 필터(high pass filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  11. 제 1 항에 있어서, 보정된 각도 값을 발생시키도록 상기 각도 신호에 반응하고, 상기 측정된 자기장 신호에 반응하는 각도 오차 보정 회로(angle error correction circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호는 실질적으로 정현파 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호는 실질적으로 구형파 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장은 진단 자기장인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 신호는 실질적으로 일정한 재생률(refresh rate)을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  16. 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 자기장 센서로 자기장의 각도를 검출하는 방법에 있어서, 각 자기장 센싱 요소는 상기 자기장에 반응하여 각각의 자기장 센싱 요소 출력 신호를 발생시키도록 구성되고, 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 상기 자기장의 각도를 나타내는 위상을 갖는 측정된 자기장 신호를 형성하며, 상기 방법은,
    이득 조정된 신호를 발생시키도록 상기 측정된 자기장 신호의 이득을 조정하는 단계;
    위상 차이에 비례하는 차이 신호를 제공하도록 상기 이득 조정된 신호의 위상을 피드백 신호의 위상과 비교하는 단계;
    상기 자기장의 각도에 비례하는 값을 갖는 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 컨트롤러로 처리하는 단계; 및
    상기 차이 신호를 최소화하는 위상을 갖는 상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호는 주파수를 가지며, 상기 피드백 신호를 발생시키도록 상기 각도 신호를 이용하는 단계는 상기 각도 신호에 반응하는 제1 입력 및 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 주파수를 갖는 클록 신호에 반응하는 제2 입력을 가지는 발진기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 발진기를 제공하는 단계는,
    위상 누적 신호를 발생시키도록 상기 클록 신호에 반응하는 위상 증분 누산기를 제공하는 단계;
    합산된 신호를 발생시키도록 상기 위상 누적 신호로부터 상기 각도 신호를 차감하는 단계; 및
    상기 합산된 신호에 반응하여 룩업 테이블 내의 사인 값을 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 차이 신호를 제공하도록 상기 이득 조정된 신호의 위상을 상기 피드백 신호의 위상과 비교하는 단계는,
    곱 신호를 발생시키도록 상기 이득 조정된 신호와 상기 피드백 신호를 곱하는 단계; 및
    상기 차이 신호를 제공하도록 상기 곱 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 곱 신호를 필터링하는 단계는 상기 곱 신호를 상기 측정된 자기장 신호의 주파수와 연관된 주파수에서 노치를 갖는 필터로 저역 통과 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 상기 컨트롤러로 처리하는 단계는 상기 차이 신호를 비례 적분 컨트롤러에 커플링(coupling)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 상기 컨트롤러로 처리하는 단계는 상기 컨트롤러의 이득을 구현하도록 시프트 기능을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 자기장의 각도를 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 상기 자기장 센서로 검출하는 단계는 각기 원형 수직 홀(CVH) 요소로 배치되는 각각의 복수의 수직형 홀 효과 요소들을 구비하는 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 자기장 센서로 상기 자기장의 각도를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 16 항에 있어서, 상기 측정된 자기장 신호를 발생시키도록 상기 복수의 자기장 센싱 요소 출력 신호들을 고역 통과 필터로 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 16 항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 실질적으로 정현파의 측정된 자기장 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 16 항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소 출력 신호들은 실질적으로 구형파의 측정된 자기장 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 16 항에 있어서, 상기 자기장은 진단 자기장인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 16 항에 있어서, 상기 각도 신호를 발생시키도록 상기 차이 신호를 상기 컨트롤러로 처리하는 단계는 실질적으로 일정한 비율로 상기 각도 신호를 제공하도록 상기 차이 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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