KR20180041713A - 임의의 검출로 자기장의 크기를 검출하는 자기장 센서 - Google Patents

Abstract

일 측면에 있어서, 자기장 센서는 각기 제1 및 제2 최대 반응 축들을 갖는 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 최대 반응 축들은 각기 제1 및 제2의 다른 좌표축들을 따라 향한다. 자기장에 대응하여, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 자기장 센서는 상기 제1 및 제2 자기장 신호들을 수신하도록 연결되는 전자 회로를 포함한다. 상기 전자 회로는 상기 제1 및 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하고, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성된다.

Description

임의의 검출로 자기장의 크기를 검출하는 자기장 센서

본 발명은 자기장의 크기를 검출하는 자기장 센서에 관한 것이다.

본 출원은 2014년 5월 14일에 출원된 미국 특허 출원 제14/277,218호(발명의 명칭: "임의의 검출로 자기장을 검출하기 위한 자기장 센서(Magnetic field sensor for detecting a magnetic field in any direction)")의 일부 계속 출원이며, 미국 특허법 제119조 (e)항에 의거하여 2013년 5월 24일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제61/827,280호를 우선권으로 수반한다. 상기 출원들은 개시 사항들이 전체적으로 본 명세서에 참조로 포함된다.

알려진 바와 같이, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 요소들, 자기저항 요소들 및 자기트랜지스터들을 포함하여 다양한 유형들의 자기장 센싱 요소들이 존재한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소들, 수직형 홀 요소들 및 원형 수직 홀 요소들이 존재한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 이방성 자기저항(AMR) 요소들, 거대 자기저항(GMR) 요소들, 터닐링 자기저항(TMR) 요소들, 인듐 안티몬화 인듐(InSb) 요소들 및 자기터널 접합(MTJ) 요소들이 존재한다.

홀 효과 요소들은 자기장에 비례하여 출력 전압을 발생시킨다. 이에 비하여, 자기저항 요소들은 자기장에 비례하여 저항을 변화시킨다. 회로 내에서, 전기 전류는 상기 자기저항 요소를 통해 안내될 수 있으며, 이에 따라 상기 자기장에 비례하는 전압 출력 신호를 발생시킨다.

자기장 센싱 요소들을 이용하는 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치(여기서는 근접 검출기로도 언급됨), 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면, 기어 톱니들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 사용된다. 자기 스위치들은 여기서 예들로 사용된다. 그러나, 여기서 설명되는 회로들과 기술들은 임의의 자기장 센서에도 적용된다.

종래의 자기 스위치들은 일차원으로, 즉 라인을 따라 스레시홀드 레벨(threshold level) 위의 자기장을 감지할 수 있다. 일부 종래의 자기 스위치들은 이차원으로, 즉 평면 내에서 스레시홀드 위의 자기장을 감지할 수 있다.

본 발명은 자기장의 크기를 검출하는 자기장 센서 및 방법을 제공한다.

일 측면에 있어서, 자기장 센서는 각기 제1 및 제2 최대 반응 축들을 갖는 제1 및 제2 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 최대 반응 축들은 각기 제1 및 제2의 다른 좌표축들을 따라 향한다. 자기장에 대응하여, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 자기장 센서는 또한 상기 제1 및 제2 자기장 신호들을 수신하도록 연결되는 전자 회로를 포함한다. 상기 전자 회로는 상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하고, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성된다.

앞서의 측면은 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 좌표축들은 직교 카테시안(Cartesian) 좌표들을 나타낼 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소(Hall element)를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제2 수직형 홀 요소를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 초프(chop)될 수 있다. 상기 자기장 센서는 상기 초핑(chopping)의 생성물들을 제거하도록 선택되는 주파수에서 제1 노치를 갖는 스위치드 커패시터 노치 필터(switched capacitor notch filter)를 구비하는 공통 회로 채널을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로(magnetoresistance circuit)를 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제2 자기저항 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 Fchop의 초핑 주파수로 초프될 수 있고, 상기 전자 회로는 상기 제1 자기장 센싱 요소에 연결되고, Fchop의 주파수에서 제1 노치를 가지는 스위치드 커패시터 노치 필터를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값(threshold value)을 초과할 경우에 경고 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 조정될 수 있는 스레시홀드를 초과하는 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다.

다른 측면에 있어서, 자기장 센서는 각기 제1, 제2 및 제3 최대 반응 축들을 갖는 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들을 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3 최대 반응 축들은 각기 제1, 제2 및 제3의 다른 좌표축들을 따라 향한다. 자기장에 대응하여, 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들은 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 자기장 센서는 또한 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들을 수신하도록 연결되는 전자 회로를 포함한다. 상기 전자 회로는 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하고, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성된다.

앞서의 측면은 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 좌표축들은 직교 카테시안 좌표들을 나타낼 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함할 수 있으며, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제2 수직형 홀 요소를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들은 초프될 수 있다. 상기 자기장 센서는 상기 초핑의 생성물들을 제거하도록 선택되는 주파수에서 제1 노치를 갖는 스위치드 커패시터 노치 필터를 구비하는 공통 회로 채널을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함할 수 있고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로를 포함할 수 있으며, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제2 자기저항 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소는 Fchop의 초핑 주파수로 초프될 수 있고, 상기 전자 회로는 상기 제1 자기장 센싱 요소에 연결되고, Fchop의 주파수에서 제1 노치를 가지는 스위치드 커패시터 노치 필터를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값을 초과하는 경우에 경고 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 조정될 수 있는 스레시홀드를 초과하는 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함할 수 있다.

방법은 제1 자기장 센싱 요소로부터 제1 자기장 신호를 수신하는 단계 및 제2 자기장 센싱 요소로부터 제2 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 각기 제1 및 제2 최대 반응 축들을 가진다. 상기 제1 및 제2 최대 반응 축들은 각기 제1 및 제2의 다른 좌표축들을 따라 향한다. 자기장에 대응하여, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계 및 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계를 포함한다.

앞서의 측면은 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 방법은 제3 자기장 센싱 요소로부터 제3 자기장 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제3 최대 반응 축을 가진다. 상기 제3 최대 반응 축은 제3의 다른 좌표축을 따라 향한다. 자기장에 대응하여, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제3 자기장 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다. 상기 제1 및 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 자기장 센싱 요소로부터 제1 자기장 신호를 수신하는 단계는 평면형 홀 요소로부터 상기 제1 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 자기장 센싱 요소로부터 제2 자기장 신호를 수신하는 단계는 제1 수직형 홀 요소로부터 상기 제2 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제3 자기장 센싱 요소로부터 제3 자기장 신호를 수신하는 단계는 제2 수직형 홀 요소로부터 상기 제3 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값을 초과할 경우에 경고 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 스레시홀드 값은 사용자에 의해 조정될 수 있다. 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는 상기 제1 및 제2 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계 및 상기 벡터가 원의 외부에 있는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계 및 상기 벡터가 구의 외부에 있는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합을 결정하는 단계는 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계 및 상기 벡터가 소정의 반응을 초과하는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 내부에 기판 상에 배치되는 자기장 센서를 갖는 집적 회로를 나타내고, 셋의 좌표축들을 나타내는 도면이고,
도 2a, 도 2b 및 도 2c를 결합하여 포함하는 도 2는 자기 스위치의 형태로 도 1의 자기장 센서로 사용될 수 있고, 평면형 홀 요소 및 두 개의 수직형 홀 요소들을 가지며, 이른바 옴니 비교기를 가지는 예시적인 자기장 센서를 나타내는 블록도이며,
도 3은 도 2의 자기장 센서 내에 이용될 수 있는 셋의 예시적인 클록 신호들을 나타내는 그래프이고,
도 4는 도 2의 옴니 비교기로 사용될 수 있는 예시적인 옴니 비교기의 블록도이며,
도 5는 도 4의 옴니 비교기의 기능을 설명하는 예시적인 전달 함수의 블록도이고,
도 6은 삼차원 동작점 스레시홀드들(BOP) 및 삼차원 해제점 스레시홀드들(BRP)을 나타내는 도면이며,
도 7은 도 2의 자기장 센서와 함께 사용될 수 있는 유선 또는 게이트 구조를 나타내는 블록도이고,
도 8a, 도 8b 및 도 8c를 결합하여 포함하는 도 8은 자기 스위치의 형태로 도 1의 자기장 센서로 사용될 수 있고, 평면형 홀 요소 및 두 개의 자기저항 요소 회로들을 포함하는 다른 예시적인 자기장 센서의 블록도이며,
도 9는 도 8의 자기저항 요소 회로들로 사용될 수 있는 예시적인 자기저항 요소 회로의 블록도이고,
도 10은 도 2 및 도 8의 자기장 센서들 내에 사용될 수 있는 파워 및 클록킹 부분들의 선택적인 실시예의 블록도이며,
도 11은 도 2 및 도 8의 자기장 센서들 내에 사용될 수 있는 파워 및 클록킹 부분들의 다른 선택적인 실시예의 블록도이고,
도 12는 자기 스위치의 형태로 도 1의 자기장 센서로 사용될 수 있고, 평면형 홀 요소 및 두 개의 수직형 홀 요소들을 가지는 자기장 센서의 다른 예의 블록도이며,
도 13은 자기장의 크기가 스레시홀드 전압보다 큰 지를 결정하기 위한 프로세스의 예의 흐름도이고,
도 14는 도 13의 프로세스의 임의의 부분이 구현될 수 있는 컴퓨팅 장치의 예의 간략화된 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 요소(Hall Effect element), 자기저항 요소(magnetoresistance element) 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) 브리지로 배열되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 장치 유형 및 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 또는 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, 상술한 자기장 센싱 요소들의 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판의 평면 내의 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있고, 상술한 자기장 센싱 요소들의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 직교하는 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 대해 직교하는 감도의 축들을 가지는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들면, GMR, TMR, AMR)과 수직형 홀 요소들은 기판의 평면 내의 감도의 축들을 갖는 경향이 있다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는 일반적으로 다른 회로들과 결합하여 자기장 센싱 요소를 사용하는 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.

도 1을 참조하면, 예시적인 집적 회로(100)는 예를 들면, 플라스틱 하우징인 하우징(102), 리드(lead)(104)가 하나의 예인 복수의 리드들, 그리고 예를 들면, 자기장 센서가 상부에 배치될 수 있는 반도체 기판인 집적 회로 기판(106)을 포함한다.

x, y, z 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)가 도시되며, 다음의 도면들에서 참조될 것이다.

도 2를 이제 참조하면, 자기 스위치의 형태인 예시적인 자기장 센서(200)는 도면 외부로 향하는 최대 반응 축을 갖는 평면형(또는 수직형) 홀 요소(202)를 포함한다. 상기 자기장 센서(200)는 또한 도면이 랜드스케이프 모드(landscape mode)로 유지될 때에 도면상에서 위 및 아래를 향하는 최대 반응 축을 갖는 제1 수직형 홀 요소(204)를 포함한다. 상기 자기장 센서(200)는 또한 도면이 랜드스케이프 모드로 유지될 때에 도면상에서 우측에서 좌측으로 향하는 최대 반응 축을 갖는 제2 수직형 홀 요소(206)를 포함한다.

상기 평면형 홀 요소(202)의 최대 반응 축은 도 1의 z-축 방향으로 향하는 것으로 의도된다. 상기 제1 수직형 홀 요소(204)의 최대 반응 축은 도 1의 x-축 방향으로 향하는 것으로 의도된다. 상기 제2 수직형 홀 요소(206)의 최대 반응 축은 도 1의 y-축 방향으로 향하는 것으로 의도된다.

직교 카테시안 좌표들이 여기서 도시되고 설명되지만, 평면형 홀 요소(202), 상기 제1 수직형 홀 요소(204) 및 상기 제3 수직형 홀 요소(206)의 최대 반응 축들의 배향들이 직교하는 방향들로 향할 필요가 없는 점이 이해되어야 한다. 직교하는 방향들은 여기서는 단지 예로서 사용된다.

홀 요소들은 자기적으로 반응하는 신호 부분 및 원치 않는 DC 오프셋 신호(offset signal) 부분 모두를 가지는 출력 전압 신호를 발생시키는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 전류 스피닝(current spinning)(초핑(chopping)으로도 언급됨)은 상기 오프셋 신호 부분을 감소시키기 위해 사용되는 알려진 기술이다. 초핑은 평면형 홀 요소들 및 수직형 홀 요소들 모두에 적용될 수 있다. 초핑으로써, 선택된 드라이브 및 신호 접점(contact) 쌍들이 상기 초핑의 각 위상 동안에 교체된다.

초핑은 홀 요소로부터의 상기 출력 신호의 오프셋 신호 부분에 대하여 상기 홀 요소로부터의 상기 출력 신호의 자기적으로 반응하는 신호 부분의 주파수 영역 분리를 가져오는 경향이 있다. 이른바 "신호 변조(signal modulation)"에 있어서, 상기 자기적으로 반응하는 신호 부분이 보다 높은 주파수로 시프트되고, 상기 오프셋 신호 부분은 베이스밴드(baseband)에 남는다. 이른바 "오프셋 변조(offset modulation)"에 있어서, 상기 오프셋 신호 부분이 보다 높은 주파수로 시프트되고, 상기 자기적으로 반응하는 신호 부분은 베이스밴드에 남는다. 평면형 홀 요소에 대해, 이들 두 유형들의 초핑들은, 예를 들면, 2011년 4월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제13/095,371호(발명의 명칭: "자기장 센서를 자기 보정 또는 자기 시험하기 위한 회로들 및 방법들(Circuits and methods for self-calibrating or self-testing a magnetic field sensor)")에 기재되어 있다. 수직형 홀 요소에 대하여, 초핑은 2013년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제13/766,341호(발명의 명칭: "자기장 센싱 요소의 변화하는 전류 스피닝 위상 시퀀스들을 제공하는 자기장 센싱 요소 및 관련 기술들(Magnetic field sensor and related techniques that provide varying current spinning phase sequences of a magnetic field sensing element)")에 기재되어 있다. 이들 특허 출원들 모두는 본 출원의 양수인에게 양도되었으며, 여기에 전체적으로 참조로 포함된다.

상기 신호 변조 유형의 초핑은 여기서는 도면들에 설명된다. 그러나 다른 실시예들에서, 상기 초핑의 오프셋 변조 유형이 이용될 수 있다.

또한, 초핑 배치들을 채용하는 자기장 센서가 도시되지만, 다른 실시예들에서는 초핑이 사용되지 않는다.

전술한 초핑에 따라, 파워 초핑(power chopping) 스위치들(208)은 초프된 드라이브 신호들(208b)을 상기 평면형 홀 요소(202)에 인가하고, 초프된 드라이브 신호들(208a)을 상기 제1 수직형 홀 요소(204)에 인가하며, 초프된 드라이브 신호들(208c)을 상기 제2 수직형 홀 요소(206)에 인가한다. 상기 초프된 드라이브 신호들은 주파수 Fchop를 갖는 클록 신호(clock signal)에 의해 결정되는 속도로 위상들을 변화시킨다. 상기 파워 초핑 스위치들(208)은 또한 상기 샘플 클록 Sclk 신호를 수신한다. 도 3과 함께 다음의 논의로부터 상기 파워 초핑 스위치들이 상기 샘플 클록 Sclk를 디코드(decode)할 수 있고, 상기 초프된 드라이브 신호들(208a, 208b, 208c)을 차례로 하나씩 연속하여 인가함으로써 상기 세 개의 홀 요소들 중의 하나만이 차례로 동작하게 할 수 있는 점이 분명해질 것이다.

또한, 전술한 초핑에 따라, 신호 초핑 스위치들(214)은 상기 평면형 홀 요소(202)의 신호 접점들을 선택하고, 신호 초핑 스위치들(210)은 상기 제1 수직형 홀 요소(204)의 신호 접점들을 선택하며, 신호 초핑 스위치들(212)은 상기 제2 수직형 홀 요소(212)의 신호 접점들을 선택한다. 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 초핑과 상기 평면형 홀 요소(202), 상기 제1 수직형 홀 요소(204) 및 상기 제2 수직형 홀 요소(206)의 동작은 상기 파워 초핑 스위치들(208)에 의해 수신되는 상기 샘플 클록 Sclk에 따라 상기 다양한 신호 초핑 스위치들(210, 212, 214)에 의해 때때로 일어난다.

상기 신호 초핑 스위치들(210, 212, 214) 또한 다음에 보다 상세하게 설명되는 상기 초핑 주파수 클록 Fchop를 수신하도록 연결된다.

시분할 다중 모듈(time division multiplex module)(220)은 상기 신호 초핑 스위치들(210, 212, 214)로부터 셋의 상이한 차동 신호(differential signal)들(210a 및 210b, 212a 및 212b, 214a 및 214b)을 수신하도록 연결된다. 상기 시분할 다중 모듈(220)은 또한 상기 샘플 클록 Sclk를 수신하도록 연결된다. 상기 셋의 차동 신호들(210a 및 210b, 212a 및 212b, 214a 및 214b)은 상기 자기적으로 반응하는 신호 부분이 상기 초핑 주파수 Fchop에 따라 보다 높은 주파수로 시프트될 수 있게 하는 초프된 신호들인 점이 분명해질 것이다. 상기 원치 않는 오프셋 신호 부분은 상기 셋의 차동 신호들(210a 및 210b, 212a 및 212b, 214a 및 214b) 내의 베이스밴드에 남는다.

차동 신호들이 위에서와 다음에 설명되지만, 다른 실시예들에서, 유사한 회로들이 싱글 엔디드(single ended) 신호들을 사용하도록 설계될 수 있는 점이 이해될 것이다.

상기 시분할 다중 모듈(220)은 상기 셋의 차동 신호들(210a 및 210b, 212a 및 212b, 214a 및 214b) 중으로부터 순차적으로 선택하고, 상기 시분할 다중 모듈(220)에 의해 수신되는 상기 셋의 차동 신호들(210a 및 210b, 212a 및 212b, 214a 및 214b)의 순차적인 것들을 나타내는 차동 순차 신호(differential sequential signal)를 그로부터의 출력에서 제공하도록 구성된다.

증폭기(amplifier)(222)는 상기 시분할 다중 모듈(220)로부터 상기 차동 순차 신호(220a, 220b)를 수신하도록 연결되고, 차동 증폭 신호(222a, 222b)를 발생시키도록 구성된다.

변조기(modulator)(226)는 상기 차동 증폭 신호(222a, 222b)를 수신하고, 차동 변조 신호(224a, 224b)를 발생시키도록 구성된다. 상기 변조기(226)는 또 다른 주파수 변환을 수행하도록, 즉 상기 자기적으로 반응하는 신호 부분의 주파수를 베이스밴드로 다시 시프트시키고, 상기 오프셋 신호 부분을 상기 초핑 주파수 Fchop에 따라 보다 높은 주파수로 시프트시키도록 동작할 수 있다. 상기 변조기(226)가 또한 상기 증폭기(222)에 의해 발생되는 원치 않는 오프셋을 상기 보다 높은 주파수까지 시프트시키도록 동작하는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 변조기(226)에 의해 발생된 차동 변조 신호(226a, 226b)는 보다 높은 주파수로 시프트되는 원치 않는 오프셋 신호 부분들을 가지며, 상기 자기적으로 반응하는 신호 부분은 원하는 경우에 베이스벤드에 있게 된다.

상기 변조기(226)에 의해 발생된 차동 변조 신호(226a, 226b)는 아날로그 샘플링된 필터(analog sampled filter)인 필터, 여기서는 스위치드 커패시터 필터(switched capacitor filter)(228)에 의해 수신될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 스위치 커패시터 필터(228)는 상기 초핑 주파수 Fchop에서 제1 노치(notch)로 전달 함수를 갖는 스위치드 커패시터 노치 필터이다. 상기 필터(228)는 기본적으로 상기 주파수 Fchop에서 상기 차동 변조 신호(226a, 226b) 내에 발생되는 상기 원치 않는 오프셋 신호 부분을 제거한다.

예시적인 스위치드 커패시터 노치 필터는 2011년 8월 2일에 출원되었고, 본 출원의 양수인에게 양도되었으며, 여기에 전체적으로 참조로 포함되는 미국 특허 제7,990,209호(발명의 명칭: "스위치드 커패시터 노치 필터(Switched Capacitor Notch Filter)")에 기재되어 있다.

상기 스위치 커패시터 필터(228)는 여기서는 다음의 논의로부터 분명해지는 이유로 옴니 비교기(omni comparator)로 언급되는 비교기(230)에 의해 수신되는 필터링된 신호(228a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 옴니 비교기(230)는 도 4와 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.

앞서의 논의로부터, 상기 시분할 다중 모듈(220)에 의해 수신되는 샘플링 클록 신호 Sclk에 따라, 상기 스위치 커패시터 필터(228)에 의해 제공되는 상기 필터링된 신호(228a)가 상기 평면형 홀 요소(202)에 의해 발생되는 신호를 나타내는 일부 순차 시간들, 상기 제1 수직형 홀 요소(204)에 의해 발생되는 신호를 나타내는 일부 다른 순차 시간들 및 상기 제2 수직형 홀 요소(206)에 의해 발생되는 신호를 나타내는 일부 다른 순차 시간들에 있는 점이 분명해질 것이다 .

상기 옴니 비교기(230)는 디지털-아날로그 컨버터(240)로부터 스레시홀드 신호(threshold signal)들(240a, 240b)을 수신하도록 연결된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 스레시홀드 신호들(240a, 204b)은 각각의 상술한 시퀀스 신호들에 대해 동일할 수 있고, 상기 스위치 커패시터 필터(228)에 의해 제공될 수 있거나, 다른 스레시홀드들이 각각의 상술한 시퀀스 신호들에 대해 동일할 수 있고, 상기 스위치 커패시터 필터(228)에 의해 제공될 수 있다.

상기 비교기(230)는 레지스터(register)들(232)에 의해 수신되는 반전된 비교 신호(231a)를 발생시키는 인버터(inverter)(231)에 의해 수신되는 비교 신호를 발생시키도록 구성된다.

상기 레지스터들(232)은 또한 상기 샘플 클록 신호 Sclk를 수신하도록 연결된다. 상기 레지스터들은 상기 샘플 클록 신호 Sclk를 디코딩하여 상기 스위치 커패시터 필터(228)에 의해 제공되는 상기 시퀀스 신호들(228a)과 적절한 스레시홀드 신호들(240a, 240b)의 비교들에 대응되는 비교 값들(예를 들어, 제로 또는 원)을 순차적으로 저장하도록 동작할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 스레시홀드 신호 위에 있는 x 방향으로 감지된 자기장을 나타내는 비교 값이 레지스터(232a)에 저장될 수 있고, 스레시홀드 신호 위에 있는 y 방향으로 감지된 자기장을 나타내는 다른 비교 값이 레지스터(232b)에 저장될 수 있으며, 스레시홀드 신호 위에 있는 z 방향으로 감지된 자기장을 나타내는 다른 비교 값이 레지스터(232c)에 저장될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 스레시홀드 신호들(240a, 240b)은 동일할 수 있거나, 이들은 각각의 상기 홀 요소들에 대해 다를 수 있다.

도 4와 함께 다음에 설명하는 바와 같이, 상기 옴니 비교기(230)는 두 양방향 동작점(operating point) 스레시홀드들 및 두 양방향 해제점(release point) 스레시홀드들을 가져오도록 상기 스레시홀드 신호들(240a, 240b)을 사용한다. 따라서, 상기 비교 값들의 제1 상태(예를 들어, 원 또는 하이 상태)는 상기 샘플 신호(228a)에 의해 나타나는 두 평행한 방향들의 하나로(예를 들어, 도 1의 x, y 또는 z 축들을 따라) 대응되는 동작점 스레시홀드보다 큰 감지된 자기장을 나타낼 수 있다. 상기 비교 값들의 다른 제2 상태(예를 들어, 제로 또는 로우 상태)는 상기 두 평행한 방향들의 하나로 대응되는 해제점 스레시홀드 아래에 있는 상기 감지된 자기장을 나타낼 수 있다. 상기 스레시홀드들은 도 6과 함께 다음에 더 설명된다.

상기 레지스터들(232)은 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca)을 제공한다. 로직 게이트(logic gate)(234)는 상기 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca)을 수신하도록 연결된다. 상기 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca) 중의 임의의 것이 대응되는 좌표축들의 방향으로 연관된 동작점 스레시홀드 위에 있는 자기장을 나타내는 경우, 출력 신호(234a)는 상태를 변화시킨다.

선택 출력 게이트(select output gate)(236)는 상기 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca)을 수신하도록 연결될 수 있으며, 상기 출력 신호(234a)도 수신하도록 연결될 수 있다. 사용자에 의해 상기 자기장 센서(200)의 외부로부터 제공되는 선택 컨트롤 신호에 의해, 상기 선택 출력 게이트(236)는 출력 신호로서 상기 출력 신호(234a), 상기 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca)의 모두, 또는 상기 출력 값들(232aa, 232ba, 232ca) 중의 임의의 하나 또는 그 이상을 제공할 수 있다.

상기 자기장 센서는 감도 조정 메모리(sensitivity adjust memory)(216), 검출 스레시홀드 메모리(detection threshold memory)(238) 및 오프셋 조정 메모리(offset adjust memory)(242)의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 상기 자기장 센서(200)의 외부로부터 프로그램 신호를 통해 사용자에 의한 값들로 프로그램될 수 있다. 상기 메모리들은 불휘발성 메모리들이 될 수 있다.

상기 감도 조정 메모리(216)는 상기 샘플 클록 신호 Sclk에 따라 결정되는 셋의 다른 값들을 채용할 수 있는 순차 감도 값들(216a)을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 감도 조정 메모리는 홀 요소가 현재 순차적인 방식으로 전원이 인가되기에 적절한 감도 값(216a)을 제공할 수 있다. 디지털-아날로그 컨버터(218)는 상기 순차 감도 값들(216a)을 수신하도록 연결될 수 있고, 순차 감도 신호(218a)를 제공할 수 있다.

상기 파워 초핑 스위치들(208)은 전류 소스(current source)(219)로부터 드라이브 신호로서 신호를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 구동 신호는 상기 순차 감도 신호(218a)의 상기 셋의 다른 값들에 따라 셋의 다른 값들로 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 평면형 홀 요소(202), 상기 제1 수직형 홀 요소(204) 및 상기 제2 수직형 홀 요소(206)는 각기 자기장에 대해 다른 감도들, 또는 바람직하게는 상기 자기장에 대해 동일한 감도들을 구현하도록 다른 양들의 드라이브 신호로 구동될 수 있다.

선택적인 실시예에 있어서, 상기 세 홀 요소들의 감도들은 대신 상기 증폭기(222)의 이득(gain)을 순차적으로 조정하는 디지털-아날로그 컨버터(224)에 연결되는 순차 감도 값들(216b)에 의해 조정된다.

상기 검출 스레시홀드 메모리(238)는 상기 스위치 커패시터 필터(228)로부터의 상기 출력 신호(228a) 내의 셋의 순차 신호들의 각각의 것과 비교되도록 사용될 수 있는 셋의 스레시홀드들(예를 들어, 둘의 스레시홀드들의 셋의 대칭적인 세트들)을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 상기 셋의 저장된 스레시홀드들은 동일할 수 있거나, 이들은 상이할 수 있다. 상기 스레시홀드들이 동일할 때 및 상기 스레시홀드들이 다를 때에 상기 자기장 센서(200)의 기능이 도 6과 함께 다음에 설명된다.

상기 오프셋 조정 메모리(242)는 상기 스위치 커패시터 필터(228)로부터의 상기 출력 신호(228a) 내의 상기 셋의 순차 신호들에 따라 상기 옴니 비교기(230)에(또는, 다른 실시예들에서, 상기 증폭기(222)에) 순차적으로 인가될 수 있는 셋의 오프셋 보정값(offset correction value)들을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 초핑이 상기 자기장 센서(200)와 함께 설명되지만, 여전히 일부 잔류 DC 오프셋이 존재할 수 있고, 디지털-아날로그 컨버터(244)를 통해 상기 옴니 비교기(230)에 인가되는 상기 오프셋 보정값들이 상기 잔류 오프셋들을 보상하기 위해 사용될 수 있는 점이 이해될 것이다.

상기 자기장 센서(200)는 상기 자기장 센서 전원 인가 전압(power supply voltage) Vcc를 수신하도록 연결되고, 발진기(oscillator)(250), 파워 클록 발생기(power clock generator)(252)에 연속하여 동력을 인가하는 제1의 조정된 전압 Vreg1을 발생시키도록 구성되는 마이크로파워 조정기(regulator)(248)를 포함할 수 있다. 상기 마이크로파워 조정기(248), 상기 발진기(250), 상기 파워 클록 발생기(252), 상기 출력 레지스터들(232), 상기 로직 게이트(234), 그리고 상기 선택 출력 게이트(236)는 상기 자기장 센서(200)의 동작 동안의 모든 시간들에서 Vreg1에 의해 동력이 인가되어 남게 될 수 있다. 상기 발진기(250)는 연속 클록 신호(250a)를 발생시킬 수 있고, 상기 파워 클록 발생기(252)는 연속 파워 클록 신호(Pclk)를 발생시킬 수 있다. 상기 다양한 클록 신호들은 도 3과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.

상기 파워 클록 발생기는 상기 파워 클록 신호 Pclk의 상태들에 따라 턴 온되고 턴 오프되는 제2의 조정된 전압 Vreg2을 발생시키도록 구성되는 제2 전압 조정기(254)에 의해 수신되는 파워 클록 신호 Pclk를 발생시키도록 구성된다. 상기 제2 조정기 전압 Vreg2는 상기 발진기(250), 상기 파워 클록 발생기(252), 상기 출력 레지스터들(232), 상기 로직 게이트(234) 및 상기 선택 출력 게이트(236)를 제외한 상기 자기장 센서의 모든 부분들에 동력을 인가하기 위해 사용된다. 따라서, 동작 시에, 상기 자기장 센서(200)의 실질적인 부분들에 상기 파워 클록 신호 Pclk에 의해 결정되는 사이클 속도와 듀티 사이클(duty cycle)에서 동력이 인가되고, 동력이 차단(또는 로우 파워 상태로)된다. 본질적으로, 상기 자기장 센서는 때때로 동력이 인가되고, 환경 내에서 자기장을 감지하며, 상기 자기장이 동작점 스레시홀드들 위에 있는 지를 결정하고, 이러한 정보를 상기 레지스터들(232) 내로 저장하며, 모든 시간들에서 동일한 것의 표시를 가능하게 한다. 그 결과, 마이크로파워 동작이 구현된다.

상기 자기장 센서(200)는 또한 상기 클록 신호(250a)를 수신하도록 연결되는 샘플 클록 모듈(sample clock module)(256) 및 상기 클록 신호(250a)를 수신하도록 연결되는 초핑 클록 모듈(chopping clock module)(258)을 포함할 수 있다. 상기 샘플 클록 모듈(256) 및 상기 초핑 클록 모듈(258)은 또한 상기 파워 클록 신호 Pclk를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 샘플 클록 모듈(256)은 상기 샘플 클록 Sclk를 발생시키도록 구성된다. 상기 초핑 클록 모듈(258)은 주파수 Fchop를 갖는 상기 초핑 클록을 발생시키도록 구성된다.

도 3을 이제 참조하면, 신호(300)는 도 2의 파워 클록 신호 Pclk를 나타낸다. 상기 파워 클록 신호(300)는 Tlow의 지속 시간들을 갖는 로우 상태들(304a, 304b) 사이에 Thigh의 지속 시간들을 갖는 순차적 하이 상태들(302a, 302b)을 가질 수 있다. 도 2와 함께 앞서의 논의로부터, 상기 자기장 센서(200) 내의 회로들의 대부분은 상기 파워 클록 신호 Pclk의 하이 상태들 동안에 동력이 인가되고, 상기 파워 클록 신호 Pclk의 로우 상태들 동안에 동력이 차단되는 점이 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명을 벗어나지 않고 보다 짧은 지속 시간 상태들이 대신에 로우 상태들이 될 수 있고, 보다 긴 지속 시간 상태가 대신에 하이 상태가 될 수 있는 점이 이해되어야 한다.

마이크로파워 동작을 구현허기 위해, 일부 실시예들에서 Thigh/(Thigh＋Tlow)는 0.001보다 작거나 같다. 즉, 듀티 사이클 상의 동력이 0.1 퍼센트보다 작다. 그러나, 다른 실시예들에서 상기 듀티 사이클은 십 퍼센트 내지 0.001 퍼센트의 범위가 될 수 있거나, 약 십 퍼센트보다 작은 임의의 듀티 사이클이 될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 샘플 시한 Thigh＋Tlow는 약 오십 밀리초이다. 따라서, 도 2의 세 개의 홀 요소들은 약 오십 밀리초의 시한 내에 샘플링되어야 한다. 그러나, 다른 샘플 시한들도 약 십 초 내지 약 십 밀리초의 범위 내에서 가능하다.

상기 오십 밀리초의 샘플 시한은 감지된 자기장의 대역폭에 따라 선택된다. 나이퀴스트(Nyquist)에 의해, 1/(샘플 시한)은 샘플링되는 신호의 대역폭보다 두 배 이상이 되어야 한다. 따라서, 상기 샘플 시한이 오십 밀리초일 경우, 상기 샘플링되는 신호의 최대 대역폭은 십 ㎐가 된다.

앞서 설명한 바는 좁은 검출된 대역폭을 나타내지만, 도 2의 자기장 센서(200)의 전자 회로들의 대역폭은 상기 세 홀 효과 요소들의 짧은 지속 시간 샘플들을 통과시키기 위해 실질적으로 십 ㎐보다 커야 한다. 보다 넓은 대역폭이 보다 많은 양의 열잡음(thermal noise)을 야기하는 점은 알려져 있다. 상기 열잡음 자체는 상기 옴니 비교기(230)의 정지점(trip point) 내에서 명백한 시프트로 나타난다. 따라서, 일부 실시예들에서 상기 검출 스레시홀드 메모리(238) 내에 저장된 상기 스레시홀드 값들이 상기 넓은 대역폭으로부터 야기되는 상기 열잡음을 처리하기 위해 조정된다.

신호(320)는 도 2의 샘플 클록 신호 Sclk를 나타낸다. 상기 신호(300)의 각 하이 상태 내에서, 상기 신호(320) 셋의 하이 상태들 및 둘의 로우 상태들(322a, 322b)을 가진다. 상기 신호(320)의 각 하이 상태는 도 2의 자기장 센서(200) 내의 홀 요소들의 하나의 샘플에 대응된다. 따라서, 제1 하이 상태 동안에 상기 세 개의 홀 요소들의 하나가 샘플링되고 상기 자기장 센서(200)의 전자 채널을 통해 전송되며, 제2 하이 상태 동안에 상기 세 개의 홀 요소들의 다른 하나가 샘플링되고 상기 전자 채널을 통해 전송되며, 제3 하이 상태 동안에 상기 세 개의 홀 요소들의 또 다른 하나가 샘플링되고 상기 전자 채널을 통해 전송된다.

상기 샘플 클록 신호 Sclk를 수신하는 도 2의 자기장 센서(200)의 다양한 모듈들이 상기 샘플 클록 신호를 디코드해야 하는 점이 이해되어야 한다. 그러나, 다른 실시예들에서 상기 샘플 클록 신호 Sclk는 각기 순차적으로 상기 하이 상태들의 하나를 가지는 셋의 별개의 신호들로 제공될 수 있다.

신호(340)는 도 2의 주파수 Fchop를 갖는 초핑 클록 신호를 나타낸다. 넷의 상태 초핑을 위해, 상기 샘플 클록 신호(320)의 각각의 하이 상태들(322a)에 대해 상기 신호(340) 내에 넷 또는 그 이상의 클록 펄스들이 존재한다. 다른 시간들에서, 상기 초핑 클록 신호는 비활성이거나 로우이다.

도 2의 홀 요소들의 모든 샘플링들 및 상기 홀 요소들의 모든 초핑들이 상기 파워 클록 신호 Pclk(300)의 하이 상태 또는 활성 상태 동안에 일어나는 점이 이해될 것이다. 다른 시간들에서, 상기 자기장 센서(200)의 대부분은 동력이 차단된다.

도 4 및 도 5를 이제 함께 참조하면, 비교기 회로(435)는 도 2의 옴니 비교기(230)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 비교기 회로(435)는 복수의 단자들(435a－435e)을 가지며, 제1 및 제2 비교기들(436, 438)을 포함한다. 상기 비교기(436)는 단자(435a)에서 제1 기준 전압 V_TH에 연결되는 제1 단자(436a), 단자(435b)에서 입력 전압 V_IN에 연결되는 제2 입력 단자(436b), 그리고 출력 전압 V_OUT이 제공되는 비교기 회로 출력 단자(435d)에 연결되는 출력 단자(436c)를 가진다. 기준 전압 V_REF는 단자(435e)에 연결되고, 비교기들(436, 438)에 기준 전압을 제공한다.

다음에서는 스레시홀드 전압들 V_TH+, V_TH-, V_TL+ 및 V_TL-를 참조한다. 상기 스레시홀드 전압들 V_TH+ 및 V_TL+가 전술한 동작점 스레시홀드들(즉, 도 2의 스레시홀드 신호들(240a, 240b))을 나타내고, 상기 스레시홀드 전압들 V_TH- 및 V_TL-가 전술한 해제점 스레시홀드들을 나타내며, 이들이 상기 비교기 회로(435) 내의 히스테리시스(hysteresis)의 결과인 점이 이해될 것이다.

상기 비교기(438)는 입력 포트(435b)에서 상기 입력 전압 V_IN에 연결되는 제1 입력 단자(438a)에 및 단자(435c)에서 스레시홀드 전압 V_TL에 연결되는 제2 입력 단자(438b)를 포함한다. 비교기(438)의 출력 단자(438c)는 상기 출력 단자(435d)에서 상기 출력 전압 V_OUT을 제공하도록 연결된다.

이러한 특정 실시예에 있어서, 비교기들(436, 438)은 상기 기준 또는 스레시홀드 전압들 V_TH 및 V_TL이 각기 V_TH+와 V_TH- 및 V_TL+와 V_TL-로서 나타날 수 있도록 히스테리시스를 포함하기 위한 수단들을 가지고 제공된다. 상기 값들 V_TH+, V_TH-, V_TL+ 및 V_TL-는 상기 출력 전압 V_OUT의 값에 따라 상기 비교기 스위치 포인트들을 나타낸다. 동작 시에 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 출력 전압 V_OUT가 전환(예를 들어, 하이 레벨로부터 로우 레벨까지)되면, 상기 스위치 포인트는 V_TH+로부터 V_TH-까지 변화된다. 마찬가지로, 상기 출력 전압 V_OUT가 로우 레벨로부터 하이 레벨까지 전환되면, 상기 스위치 포인트는 V_TH-로부터 V_TH+까지 변화된다.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 입력 전압 V_IN을 음의 전압들(즉, 도 5의 Vout-축의 좌변 상의 전압 값들)로 추정하는 경우에도 마찬가지이다. 즉, 상기 출력 전압 V_OUT가 전환되면, 상기 스위치 포인트는 상기 출력이 로우로부터 하이로 또는 하이로부터 로우로 전환되는지에 따라 -V_{TL +}로부터 -V_{TL -}까지와 그 반대로 변화된다.

상기 출력 전압 V_OUT가 하이이고, 상기 입력 전압 V_IN이 제로보다 크거나 같은 값을 가질 경우, 상기 입력 전압 V_IN이 상기 전압 V_TH+를 만족시키거나 초과할 때에 상기 출력 전압은 V_HIGH로부터 V_LOW까지 전환되고, 상기 스위치 포인트는 V_TH+로부터 V_TH-까지 전환된다. 따라서 상기 출력 전압 V_OUT의 값은 상기 입력 전압 V_IN이 상기 값 V_TH-에 도달할 때까지 V_LOW로부터 V_HIGH까지 전환되지 않을 것이다.

다른 실시예들 및 응용들에서, 히스테리시스들을 갖지 않으며, 이에 따라 전환이 단일의 전압 레벨, 예를 들어, V_{TH +} 및 -V_{TL +}에서 일어나는, 즉 동작점 스레시홀드들 만이 사용되는 비교기들을 활용하는 것이 바람직할 수 있는 점이 이해되어야 한다.

동작 시에 도 2의 홀 요소들의 하나만 및 도 1의 하나의 대응되는 방향 축을 참조하고, 도 5를 이제 참조하면, 상기 압력 전압 V_IN은 상기 자기장을 감지하고, 이에 반응하여 대응하는 신호를 제공하는 자기장 센싱 장치에 제공되고 그로부터 제거되는 자기장에 반응하여 발생된다.

상기 입력 전압 V_IN이 제로 볼트 또는 그 부근(즉, V_IN＝0볼트)에 있는 것으로 가정하면, 상기 출력 전압 V_OUT는 제1 소정의 전압 레벨 V_HIGH에 있다. 자기장에 대응하여, 상기 입력 전압을 야기하는 상기 홀 요소(예를 들어, 도 1의 202, 204, 206)는 양의 또는 음의 입력 전압 V_IN을 제공한다. 상기 홀 요소에 의해 제공되는 입력 전압이 제로 볼트로부터 상기 스레시홀드 전압 V_TH+를 향해 양의 방향으로 이동할 경우, 상기 스레시홀드 전압이 상기 스레시홀드 전압 레벨 V_TH+를 만족시키거나 및/또는 초과할 때에 상기 출력 전압 V_OUT는 소정의 신호 레벨 V_HIGH로부터 제2의 소정의 전압 레벨 V_LOW까지 변화된다. 상기 입력 전압이 음의 진행 방향으로 상기 스레시홀드 전압 V_TH-를 지나 이동할 때에, 상기 출력 전압은 V_LOW로부터 다시 V_HIGH까지 변화된다.

마찬가지로, 상기 입력 전압이 제로 볼트로부터 음의 방향으로 이동하고, 상기 스레시홀드 전압 -V_{TL +}에 도달되거나 및/또는 초과함에 따라, 상기 출력 전압 V_OUT는 상기 제1의 값 V_HIGH로부터 상기 제2의 값 V_LOW까지 변화된다. 유사하게, 상기 입력 전압 V_IN이 -V_{TL +}로부터 이동하고, 상기 전압 레벨 -V_{TL -}에 도달되거나 및/또는 초과함에 따라, 상기 전압 레벨은 그러면 상기 출력 전압 레벨 V_LOW로부터 V_HIGH까지 변화된다.

도 5의 그래프가 상기 비교기 회로(435)로부터의 출력 신호의 특정한 극성을 나타내지만, 유사한 회로가 반대되는 극성을 발생시킬 수 있는 점이 이해되어야 한다.

도 6을 이제 참조하면, 그래프는 도 1의 동일한 축들을 나타내는 x, y 및 z 축들을 가진다. 상기 축들은 각기 자기장 강도들을 나타낸다. 외측 박스는 도 2의 홀 요소들(202, 204, 206)의 삼차원에 대응되는 삼차원으로 상기 동작점 스레시홀드들(BOP)을 나타낸다. 내측 박스는 상기 홀 요소들의 삼차원에 대응되는 삼차원으로 상기 해제점 스레시홀드들(BRP)을 나타낸다.

도 2의 자기장 센서(200)의 동작 시에, 절대 값이 상기 동작점 스레시홀드들보다 큰 도 1에서 설명한 기준 축들 상, 즉 상기 외측 박스의 외부에 그 카테시안 좌표들의 임의의 것을 가지는 상기 자기장 센서(200)가 겪는 자기장이 상기 자기장의 방향을 나타내는 제1의 상태로의 상기 자기장 센서(200)의 출력 신호(234a)의 상태의 변화를 야기하는 점이 이해되어야 한다. 또한, 절대 값이 상기 해제점 스레시홀드들보다 작은 도 1에서 설명한 기준 축들 상, 즉 상기 내측 박스의 내부에 그 카테시안 좌표들의 임의의 것을 가지는 상기 자기장 센서(200)가 겪는 자기장이 상기 자기장의 방향의 결손을 나타내는 제2의 다른 상태로의 상기 자기장 센서(200)의 출력 신호(234a)의 상태의 변화를 가져오는 점이 이해되어야 한다.

상술한 관점에서, 상기 자기장 센서(200)는 상기 외측 박스를 넘는 크기로 임의의 방향으로 향할 수 있는 자기장을 검출하도록 동작할 수 있는 삼차원 스위치로 동작한다.

정방형 박스들이 도시되지만, 상기 두 박스들의 이차원의 임의의 하나는 도 2의 검출 스레시홀드 메모리(238)에 저장된 스레시홀드 값들을 변화시켜 재구성될(즉, 정육면체 이외의 형상으로) 수 있다.

도 7을 이제 참조하면, 상기 출력 신호들(232aa, 232ba, 232ca)이 도 2의 선택 출력 모듈(236)에 의해 출력 신호들로서 제공되는 실시예들에 대해, 유선 OR 기능은 셋의 FETS에 의하거나, 그렇지 않으면 사용자가 선택할 수 있는 전원 공급 전압 Vdd에서 종료되는 풀-업(pull-up) 레지스터에 각기 연결되는 셋의 트랜지스터들에 제공되어 야기될 수 있다.

상기 유선 OR 회로로부터의 출력 신호 ORout는 도 2의 출력 신호(234a)와 매유 유사하게 행동할 수 있지만, 하이 상태들은 상기 전원 공급 전압 Vdd에 의해 결정된다.

도 2와 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 8을 이제 참조하면, 선택적이고 예시적인 자기장 센서는 평면형 홀 요소(802)를 포함한다. 그러나, 상기 제2 수직형 홀 요소(204) 및 상기 제2 수직형 홀 요소(206) 대신에, 상기 자기장 센서(800)는 제1 자기저항 회로(804) 및 제2 자기저항 회로(808)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 자기저항 요소들 및 회로들은 상부에 이들이 수직형 홀 요소들과 유사한 방식으로 구성되는 기판에 대패 평행한 최대 반응 축을 가지는 경향이 있다.

자기저항 요소들 및 자기저항 회로들은 초프되지 않으며, 이에 따라 상기 초핑은 상기 평면형 홀 요소(802)에만 적용된다.

감도들을 조정하기 위해, 상기 자기장 센서(800)는 전류 소스들(822, 826)에 각기 연결되는 디지털-아날로그 컨버터들(820, 824)을 포함할 수 있다. 상기 전류 소스들(822, 826)은 각기 상기 자기저항 회로들(804, 806)을 구동시키도록 연결된다.

상기 디지털-아날로그 컨버터들(820, 824)은 감도 조정 메모리(818)에 연결될 수 있다. 상기 감도 조정 메모리(818)는 도 2의 감도 조정 메모리(216)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 감도 조정 메모리(818) 내에 저장되는 값들은 상기 전류 소스들(814, 822, 826)에 의해 각기 제공되는 드라이브 신호들의 크기들에 의해 상기 평면형 홀 요소(802), 상기 제1 자기저항 회로(804) 및 상기 제2 자기저항 회로(808)의 감도들을 조정할 수 있다.

증폭기들(834, 830, 832)은 각기 상기 평면형 홀 요소(802), 상기 자기저항 회로(804) 및 상기 자기저항 회로(808)에 연결된다. 선택적인 실시예에 있어서, 상기 감도 조정 메모리(818)는 디지털-아날로그 컨버터(828)에 감도 조정 값들을 제공할 수 있고, 이는 상기 증폭기들(834, 830, 832)의 이득들을 순차적으로 조정할 수 있으며, 상기 자기장 센싱 요소들의 감도 조정을 야기한다.

초핑 변조기(836)는 도 2의 초핑 변조기(226)와 동일하거나 유사할 수 있다. 스위치드 커패시터 노치 필터(838)는 도 2의 스위치드 커패시터 노치 필터(228)와 동일하거나 유사할 수 있다.

시분할 다중화 모듈(840)은 상기 증폭기들(830, 832)로부터 및 상기 스위치드 커패시터 노치 필터(838)로부터 신호들을 수신하도록 연결될 수 있다. 동작 시에, 도 2 및 도 3의 샘플 클록 신호들과 동일하거나 유사할 수 있는 샘플 클록 신호 Sclk에 의해, 상기 시분할 다중화 모듈(840)은 도 2의 옴니 비교기(230) 및 도 4의 비교기 회로(435)와 동일하거나 유사할 수 있는 상기 옴니 비교기(230)에 순차 출력 신호를 제공하도록 상기 입력 신호들로부터 순차적으로 선택할 수 있다.

상기 자기장 센서(800)의 다른 부분들은 도 2의 자기장 센서(200)의 부분들과 동일하거나 유사할 수 있다. 그러나, 주파수 Fchop에서 초핑 클록 모듈(chopping clock module)(868)에 의해 발생되는 초핑 클록 신호는 도 3의 신호(340)와 다를 수 있다. 특히, 넷의 위상 초핑을 위해, 상기 신호(340)는 최소한 도 2의 자기장 센서(200) 내의 세 개의 홀 요소들의 각각의 것에 대한 넷의 펄스들에 대해 최소한 열둘의 초핑 펄스들을 포함한다. 이에 비하여, 상기 자기장 센서(800)는 하나의 홀 요소만을 가지며, 이에 따라 최소한 넷의 초핑 클록 펄스들이 넷의 위상 초핑들에 대해 요구된다.

여기서 넷의 위상 초핑들이 설명되지만, 초핑이 넷 이상의 위상들 또는 넷보다 적은 위상들을 이용할 수 있으며, 이 경우에 상기 초핑 클록들이 이에 따라 도시된 것보다 많은 숫자의 펄스들 또는 도시된 것보다 작은 숫자의 펄스들을 가질 수 있는 점이 이해될 것이다.

도 9를 이제 참조하면, 예시적인 자기저항 회로(900)는 두 개의 자기저항 요소들(902, 904) 및 두 개의 스태틱 레지스터(static resistor)들(906, 908)을 가지는 브리지(bridge) 배치로 구성된다. 상기 자기저항 회로(900)는 도 8의 자기저항 회로들(804, 808)의 각각의 것과 동일하거나 유사할 수 있다. 다른 좌표축들을 따라 최대 반응 축들을 갖는 상기 두 개의 자기저항 회로들(804, 806)을 구현하기 위해, 상기 자기저항 회로(900)는 단지 기판 상에서 서로 평행하지만 다른 각도들로 상기 자기저항 요소들(902, 904)를 구비하는 상기 기판 상의 두 가지 예들로 제조된다.

자기저항 회로(900)의 하나의 특정한 형태가 도시되지만, 상기 자기저항 회로의 형태로 자기저항 회로들의 많은 형태들이 사용되는 자기저항 요소들의 유형에 따라 존재할 수 있다.

도 2 및 도 8과 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 10을 이제 참조하면, 선택적인 예시적인 파워 및 클록킹 회로(1000)가 도 2 및 도 8의 파워 및 클록킹 회로 대신에 사용될 수 있다.

상기 파워 및 클록킹 회로는 샘플 및 홀드 모듈(sample and hold module)(1004)에 램프 신호(1002a)를 제공하는 램프 발생기(ramp generator)(1002)를 포함할 수 있다. 상기 샘플 및 홀드 모듈(1004)은 전압 제어 발진기(VCO) 초핑 클록 모듈(1006)에 상기 램프 신호(1002a)의 샘플 및 홀드 버전인 샘플 및 홀드 신호(1004a)를 제공한다. 상기 전압 제어 초핑 클록 모듈(1006)은 가변 주파수 Fchopalt1을 가지는 초핑 클록을 발생시키도록 구성된다.

동작 시에, 상기 Pclk 신호(예를 들어, 도 3의 신호(300))의 각 상태(예를 들어, 하이 상태)에 따라, 상기 샘플 및 홀드 모듈(1004)은 상기 램프 발생기에 의해 발생되는 램프 신호(1002a)의 새로운 값을 유지한다. 따라서, 상기 샘플 홀드 신호(1004a)는 상기 초핑 신호의 주파수 Fchopalt1가 상기 Pclk 신호의 각 상태 동안에 주파수가 상향(및/또는 하향)으로 스텝지게 하는 상향(및/또는 하향)으로 스텝지는 스텝 신호(step signal)가 될 수 있다.

상기 주파수 내의 상향(및/또는 하향) 스텝들은 동일한 스텝들이거나 동일하지 않은 스텝들이 될 수 있다.

상기 변화하는 주파수 Fchopalt1은 도 2 및 도 8의 자기장 센서들(200, 800) 내에서 일어날 수 있는 가능한 노이즈 신호들을 거부하는 이점들을 가진다.

변화되는 초핑 주파수를 갖는 이점들은, 예를 들면, 2010년 7월 28일에 출원되었고, 본 출원의 양수인에게 양도되었으며, 전체적으로 여기에 참조로 포함되는 미국 특허출원 제12/845,115호(발명의 명칭: "감지된 자기장 및 노이즈 신호 사이의 개선된 구분을 갖는 자기장 센서(Magnetic field sensor with improved differentiation between a sensed magnetic field and a noise signal)")에 기재되어 있다.

도 2 및 도 8과 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 11을 이제 참조하면, 다른 선택적이고 예시적인 파워 및 클록킹 회로(1100)가 도 2 및 도 8의 파워 및 클록킹 회로 대신에 사용될 수 있다.

상기 파워 및 클록킹 회로(1100)는 도 2의 스위치 커패시터 필터(228)로부터, 또는 선택적으로 도 8의 시분할 다중 모듈(840)로부터의 신호(228a)를 수신하도록 연결되는 아날로그-디지털 컨버터(1102)를 포함할 수 있다.

상기 아날로그-디지털 컨버터(1102)는 도 2 및 도 8의 세 개의 자기장 센싱 요소들에 의해 발생되는 자기장 신호들의 진폭들을 나타내는, 즉 세 개의 좌표축들로 자기장들을 나타내는 디지털 신호(1102a)를 발생시키도록 구성된다.

상기 파워 및 클록킹 회로(1100)는 또한 상기 자기장 센싱 요소들로부터의 신호들의 복수의 샘플들로부터의 상기 디지털 신호(1102a), 즉 연관된 복수의 Pclk 하이 상태들(예를 들어, 도 3의 신호(300) 참조)을 수신하고 저장하도록 연결되는 레지스터들(1104)을 포함할 수 있다.

디지털 신호 프로세서(1106)는 상기 레지스터들(1104)로부터 복수의 값들(1104a)을 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 디지털 신호 프로세서는 발진기(1108)를 가속시키거나 감속시키는 컨트롤 신호(1106a)를 제공할 수 있는 레지스터들(1107)을 포함할 수 있다.

상기 레지스터들(1104), 상기 레지스터들(1107) 및 상기 발진기(1108)는 상기 전압 Vreg1에 의해 계속하여 동력이 인가되어 남을 수 있다.

동작 시에, 상기 디지털 신호 프로세서는 도 2 및 도 8의 자기장 센싱 요소들이 겪는 자기장이 얼마나 빠르게 변화하는 지를 결정할 수 있다. 상기 디지털 신호 프로세서에 의해 감지되는 자기장의 변화의 속도에 따라, 상기 디지털 신호 프로세서는 상기 발진기(1108)가 상기 자기장의 변화의 감지된 속도에 따라 빨라지거나 느려질 수 있는 클록 신호(1108a)를 발생시키게 할 수 있다. 따라서, 상기 감지된 자기장의 변화의 보다 빠른 속도에 대하여, 상기 발진기(1108)는 주파수 Fchopalt2로 상기 PCLK 신호, 상기 Sclk 신호 및/또는 상기 초핑 클록 신호가 보다 빠르게 진행되게 할 수 있다. 따라서, 상기 감지된 자기장의 변화의 빠른 속도를 위해, 도 2 및 도 8의 자기장 센싱 요소들의 샘플링은 보다 빠른 샘플링 속도를 구현할 수 있다. 반대로, 상기 감지된 자기장의 변화의 느린 속도를 위해, 도 2 및 도 8의 자기장 센싱 요소들의 샘플링은 보다 느린 샘플링 속도를 구현할 수 있으며, 이에 따라 동력을 절감할 수 있다.

도 10 및 도 11과 함께 앞서 도시되고 설명된 기술들이 별도로 사용될 수 있거나, 선택적인 실시예들에서 상기 두 가지 기술들이 함께 사용될 수 있는 점이 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 11이 상기 x-축, y-축 또는 z-축으로의 하나의 방향으로 자기장 내의 변화들에 중점을 두지만, 측정들은 둘 또는 그 이상의 축들의 조합으로 취해질 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 축들로 자기장 진폭을 측정하는 진정한 삼차원 자기장 벡터 진폭 센서가 여기에 더 설명된다. 이러한 센서의 목적은 상기 자기장의 극성이나 배향에 관계없이 공간 내에서 자기장 벡터의 절대 진폭(여기서는 이른바 "크기(magnitude)")을 감지하는 것이다. 일 예에서, 이러한 유형의 센서는 스마트 미터들, 현금 자동 입출금기(ATM)들, 갬블링(gambling)/게이밍(gaming) 장치들, 전자식 록(lock)들 등과 같은 응용들에서 조작되는 자기장을 검출하는 것에서의 감도를 증가시킨다. 스마트 미터들 내의 조작 검출과 같은 응용들에서, 인가되는 자기장이 측을 벗어날(즉, 상기 x-축, y-축 또는 z-축으로 정렬되지 않을) 때에 분명한 감도가 감소된다. 여기서 더 설명되는 기술들은 상기 센서가 외부 자기장의 진정한 벡터 크기를 감지하게 한다. 일 예에서, 여기서 설명되는 기술은 세 성분들(또는 일부의 표현/근사)의 벡터 합(vector sum)을 결정하고, 상기 인가된 자기장 진폭의 선형 표현을 출력하거나 및/또는 스레시홀드를 인가하며, 상기 인가된 자기장 진폭을 나타내는 디지털 표시를 전달한다. 다른 예에서, 상기 출력은 상기 검출된 자기장의 크기가 스레시홀드 값을 초과하는 지를 나타내는 신호(예를 들어, 경고 신호)이다.

도 12를 참조하면, 센서(1200)는 상기 센서(1200)가 TDM(예를 들어, TDM(220)) 및 초퍼의 기능성을 구비하는 멀티플렉서(multiplexor)(1252)(예를 들어, 3:1mux)를 포함하는 점을 제외하면, 도 2의 특징들의 일부를 포함한다. 특히, 상기 멀티플렉서(1252)는 해당 홀 요소들(202, 204, 206)로부터의 차동 신호들의 세 세트들을 수신한다(예를 들어, 차동 신호들(210a, 210b), 상기 차동 신호들(212a, 212b) 및 상기 차동 신호들(214a, 214b)을 수신한다). 상기 x-축 방향으로의 차동 신호들(210a, 210b)은 상기 ADC(아날로그-디지털 컨버터)(1254)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 상기 y-축 으로의 차동 신호들(212a, 212b)은 상기 ADC(1254)에 의해 디지털 신호로 변환되며, 상기 z-축으로의 차동 신호들(214a, 214b)은 상기 ADC(1254)에 의해 디지털 신호로 변환된다.

상기 DSP(디지털 신호 프로세서)(1256)는 이진 신호들(1270, 1280)을 제공한다. 일 예에서, 상기 이진 신호(1270)는 상기 벡터 합의 크기(다음의 식 1)가 특정한 자기장 크기에 대응되는 스레시홀드 값보다 큰 지를 나타내는(예를 들어, "1") 경고 신호이다. 일 예에서, 상기 스레시홀드 값은 조절될(예를 들어, 사용자에 의해) 수 있다.

[식 1]

일 예에서, 상기 이진 신호들(1280)은 이진 형식으로 상기 벡터 합의 값(다음의 식 2)을 나타내는 n비트(bit)(n＞0) 신호를 이용하여 전송될 수 있다.

[식 2]

또한, 상기 DSP(1256)는 신호를 DAC(디지털-아날로그 컨버터)(1258)로 출력할 수 있으며, 상기 DAC(1258)는 상기 벡터 합(다음의 식 3)의 값을 나타내는 아날로그 신호를 나타내는 아날로그 신호인 신호(1290)를 출력한다.

[식 3]

일부 예들에서, 상기 제곱의 합 및 상기 합의 제곱근을 취하는 대신에, 상기 DSP(1256)는 상기 x, y 및 z 방향들로의 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하고, 상기 x, y 및 z 좌표들이 구(sphere)의 외부의 포인트에 관련될 경우에 이들을 표와 비교한다. 일부 예들에서, 두 좌표축들만이 이용되는 경우, 상기 DSP는 상기 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하고, 상기 좌표들이 원(circle) 외부의 포인트와 관련될 경우에 이들을 표와 비교한다. 다른 예들에서, 상기 룩업 테이블(lookup table) 방법론이 "원(circle)들" 또는 "구(sphere)들"에 한정되는 것은 아니지만, 원하는 어떤 임의적이거나 소정의 반응을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 다른 예들에서, 스레시홀드는 결과적인 벡터의 위상의 함수로서 변화할 수 있으며, 이에 따라 2D 또는 3D 공간 내의 임의의 구로 설명될 수 있다.

도 13을 참조하면, 프로세스(1300)는 자기장의 크기가 스레시홀드 전압보다 큰 지를 결정하는 프로세스의 예이다. 프로세스(1300)는 x-방향(1302)으로 자기장에 대응되는 제1 신호를 수신한다. 예를 들면, 상기 수직형 홀 요소(202)는 초핑 후에 상기 프로세서(1202)에 의해 수신되는 제1 자기장 신호(예를 들어, 차동 신호들(210a, 210b))를 발생시킨다.

프로세스(1300)는 y-방향(1306)으로 자기장에 대응하는 제2 신호를 수신한다. 예를 들면, 상기 수직형 홀 요소(204)는 초핑 후에 상기 프로세서(1202)에 의해 수신되는 제2 자기장 신호(예를 들어, 차동 신호들(212a, 212b))를 발생시킨다.

프로세스(1300)는 z-방향(1310)으로 자기장에 대응하는 제3 신호를 수신한다. 예를 들면, 상기 평면형 홀 요소(202)는 상기 프로세서(1202)에 의해 수신되는 제2 자기장 신호(예를 들어, 차동 신호들(214a, 214b))를 발생시킨다.

프로세스(1300)는 상기 벡터 합(1314)에 대응되는 크기 신호를 발생시킨다. 예를 들면, 상기 프로세서(1202)는 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들의 벡터 합에 대응되는 크기 신호(1210)를 발생시킨다.

프로세스(1300)는 상기 크기 신호가 스레시홀드(1316) 위에 있을 경우에 경고 신호를 전송한다. 예를 들면, 상기 크기 신호(1210)는 상기 신호를 자기장 스레시홀드 값에 대응되는 신호(1216)와 비교하도록 비교기(1220)로 전송된다. 상기 크기 신호(1210)가 상기 신호(1216)를 초과할 경우, 경고 신호(1230)가 발생된다.

도 14를 참조하면, 일 예에서, 컴퓨팅 장치(computing device)(1400)는 프로세서(1402), 휘발성 메모리(1404) 및 불휘발성 메모리(1406)(예를 들어, 하드 디스크)를 포함한다. 상기 불휘발성 메모리(1406)는 컴퓨터 명령들(1412), 운영 체게(1416) 및 데이터(1418)를 저장한다. 일 예에서, 상기 컴퓨터 명령들(1412)은 여기서 설명되는 프로세스들의 전부 또는 일부(예를 들어, 프로세스(1300))를 수행하도록 휘발성 메모리(1404) 외부의 상기 프로세서(1402)에 의해 실행된다.

여기서 설명되는 프로세스들(예를 들어, 프로세스(1300))은 도 14의 하드웨어 및 소프트웨어와 함께 사용되는 것에 한정되지 않으며, 이들이 컴퓨터 프로그램을 수행할 수 있는 임의의 유형의 장치나 장치들의 세트와 함께 임의의 연산 또는 처리 환경 내에 적용 가능한 점이 발견될 수 있다. 여기서 설명되는 프로세스들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들 둘의 결합으로 구현될 수 있다.

여기서 설명되는 프로세스들이 설명되는 특정 예들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기서 설명되는 기술들이 상기 셋의 카테시안 축들의 둘만을 사용하여 이용될 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 상기 프로세스(1300)가 도 13의 특정한 처리 순서에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 도 13의 처리 블록들의 임의의 것들이 앞서 설시되는 결과들을 구현하도록 필요한 경우에 결합되거나, 제거되거나, 병렬로 또는 직렬로 수행될 수 있다.

상기 시스템을 구현하는 것과 관련되는 처리 블록들(예를 들면, 상기 프로세스(1300)에서)은 상기 시스템의 기능들을 수행하기 위해 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 하나 또는 그 이상의 프로그램 가능한 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 상기 시스템의 전부 또는 일부는 전용 로직 회로부(예를 들어, FPGA(field-programmable gate array) 및/또는 ASIC(응용 주문형 집적 회로))로서 구현될 수 있다. 상기 시스템의 전부 또는 일부는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 프로그램 가능한 로직 장치 또는 로직 게이트의 적어도 하나와 같은 전자 장치들을 포함하는 전자적 하드웨어 회로부를 사용하여 구현될 수 있다.

여기에 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다.

여기서 설명되는 다양한 실시예들의 요소들은 위에서 구체적으로 설시되지 않은 다른 실시예들을 구현하기 위해 결합될 수 있다. 단일 실시예의 내용에서 설명되는 다양한 요소들 또한 별도로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다. 여기서 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들 또한 다음의 특허청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims (35)

1. 자기장 센서에 있어서.
   각기 제1 및 제2 최대 반응 축들을 갖는 제1 및 제2 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 최대 반응 축들은 각기 제1 및 제2의 다른 좌표축들을 따라 향하고, 자기장에 대응하여, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 제1 및 제2 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있으며;
   상기 제1 및 제2 자기장 신호들을 수신하도록 연결되는 전자 회로를 포함하고, 상기 전자 회로는,
   상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하고,
   상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 좌표축들은 직교 카테시안(Cartesian) 좌표들을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소(Hall element)를 포함하며, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함하며, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제2 수직형 홀 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 초프(chop)되며,
   상기 초핑의 생성물들을 제거하도록 선택되는 주파수에서 제1 노치를 갖는 스위치드 커패시터 노치 필터(switched capacitor notch filter)를 구비하는 공통 회로 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함하며, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로(magnetoresistance circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로를 포함하며, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제2 자기저항 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 Fchop의 초핑 주파수로 초프되며, 상기 전자 회로는 상기 제1 자기장 센싱 요소에 연결되고, Fchop의 주파수에서 제1 노치를 가지는 스위치드 커패시터 노치 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값(threshold value)을 초과할 경우에 경고 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 조정될 수 있는 스레시홀드를 초과하는 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
14. 자기장 센서에 있어서,
    각기 제1, 제2 및 제3 최대 반응 축들을 갖는 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들을 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 최대 반응 축들은 각기 제1, 제2 및 제3의 다른 좌표축들을 따라 항하고, 자기장에 대응하여, 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들은 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있으며;
    상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들을 수신하도록 연결되는 전자 회로를 포함하고, 상기 전자 회로는,
    상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하고,
    상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 좌표축들은 직교 카테시안 좌표들을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함하고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 수직형 홀 요소를 포함하며, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제2 수직형 홀 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 자기장 센싱 요소들은 초프되며,
    상기 초핑의 생성물들을 제거하도록 선택되는 주파수에서 제1 노치를 갖는 스위치드 커패시터 노치 필터를 구비하는 공통 회로 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 평면형 홀 요소를 포함하고, 상기 제2 자기장 센싱 요소는 제1 자기저항 회로를 포함하며, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제2 자기저항 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 Fchop의 초핑 주파수로 초프되며, 상기 전자 회로는 상기 제1 자기장 센싱 요소에 연결되고, Fchop의 주파수에서 제1 노치를 가지는 스위치드 커패시터 노치 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
20. 제 14 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값을 초과하는 경우에 경고 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
22. 제 14 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 조정될 수 있는 스레시홀드를 초과하는 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 더 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
23. 제 14 항에 있어서, 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
24. 제 14 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하도록 구성되는 상기 전자 회로는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
25. 제1 자기장 센싱 요소로부터 제1 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함하며;
    제2 자기장 센싱 요소로부터 제2 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 각기 제1 및 제2 최대 반응 축들을 가지며, 상기 제1 및 제2 최대 반응 축들은 각기 제1 및 제2의 다른 좌표축들을 따라 항하고, 자기장에 대응하여, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들을 발생시키도록 동작할 수 있으며;
    상기 제1 및 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계를 포함하고;
    상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제 25 항에 있어서, 제3 자기장 센싱 요소로부터 제3 자기장 신호를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 제3 최대 반응 축을 가지며, 상기 제3 최대 반응 축은 제3의 다른 좌표축을 따라 향하고, 자기장에 대응하여, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제3 자기장 신호를 발생시키도록 동작할 수 있으며,
    상기 제1 및 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 제1 자기장 센싱 요소로부터 제1 자기장 신호를 수신하는 단계는 평면형 홀 요소로부터 상기 제1 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 자기장 센싱 요소로부터 제2 자기장 신호를 수신하는 단계는 제1 수직형 홀 요소로부터 상기 제2 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 제3 자기장 센싱 요소로부터 제3 자기장 신호를 수신하는 단계는 제2 수직형 홀 요소로부터 상기 제3 자기장 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제 25 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 자기장의 벡터 합이 스레시홀드 값을 초과할 경우에 경고 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 스레시홀드 값은 사용자에 의해 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제 28 항에 있어서, 상기 스레시홀드는 상기 벡터 합의 위상의 함수로서 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제 28 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제 25 항에 있어서, 상기 결정된 벡터 합의 크기에 대응하여 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 단계는 상기 벡터 합의 크기를 나타내는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제 25 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계; 및
    상기 벡터가 원의 외부에 있는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제 25 항에 있어서, 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합의 크기를 결정하는 단계는,
    상기 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계; 및
    상기 벡터가 구의 외부에 있는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제 25 항에 있어서, 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 자기장 신호들의 벡터 합을 결정하는 단계는,
    상기 제1, 제2 및 제3 자기장 신호들을 디지털 값들로 변환하는 단계; 및
    상기 벡터가 소정의 반응을 초과하는 지를 결정하기 위해 표의 값들을 검색하도록 상기 디지털 값들을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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