KR20200060195A - 이동체의 센싱 회로 및 이동체 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로는, 서로 이격된 제1 및 제2 패턴부를 포함하는 피검출부가 형성된 이동체를 갖는 장치에 적용되는 이동체 센싱 회로에 있어서, 상기 피검출부와 이격된 기판에 고정 장착되어, 상기 제1 및 제2 패턴부와의 중첩면적에 따른 제1 및 제2 인덕턴스 값을 갖는 제1 및 제2 센싱코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 값에 기초한 제1 및 제2 센싱 발진신호를 출력하는 제1 및 제2 발진회로를 포함하는 발진회로부; 및 하나의 기준 발진신호를 이용하여 상기 제1 및 제2 센싱 발진신호 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호를 출력하는 센싱회로; 를 포함한다.

Description

이동체의 센싱 회로 및 이동체 센싱 장치{SENSING CIRCUIT OF ROTATING BODY AND ROTATING BODY SENSING DEVICE}
본 발명은 이동체의 센싱 회로 및 이동체 센싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 회전체는 소형화 및 슬림화가 요구되는 모터 및 웨어러블 기기의 휠 스위치 등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 이러한 동향에 따라, 회전체의 위치를 감지하는 센싱 회로 또한 회전체의 미세한 변위를 감지하도록 요구되고 있다.
기존의 센싱 장치는 기준 발진신호를 기반으로 하는 센싱 방식에서는 높은 주파수와 지터(Jitter) 등의 노이즈가 작은 정밀한 신호를 요구한다. 예를 들어, 기준 발진신호를 기반으로 하는 기존의 센싱 장치는, 높은 주파수의 기준클럭을 이용하여, 입력되는 센싱 신호의 주파수를 측정하여, 회전체의 회전을 감지하는 방식이 이용될 수 있다.
이러한 기존의 센싱 장치는, 높은 주파수의 기준클럭을 이용함에 따라 전력소모가 높아서, 높은 소비전력을 필요로 하는 문제점이 있다. 또한, 회전체 감지를 위해, 하나의 센싱코일을 이용하는 경우에는 측정대상인 센싱 신호에 지터와 같은 노이즈가 포함되는 경우, 센싱 오류가 발생될 수 있는 문제점이 있다.
그리고, 이러한 노이즈를 제거하기 위한 별도의 복잡한 회로가 필요하여 설계의 복잡성 및 제작 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 2018-0046833 (2018.05.09)
본 발명의 과제는, 회전체 등의 이동체의 미세한 변위를 정확하게 감지할 수 있는 이동체의 센싱 회로 및 이동체 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 서로 이격된 제1 및 제2 패턴부를 포함하는 피검출부가 형성된 이동체를 갖는 장치에 적용되는 이동체 센싱 회로에 있어서, 상기 피검출부와 이격된 기판에 고정 장착되어, 상기 제1 및 제2 패턴부와의 중첩면적에 따른 제1 및 제2 인덕턴스 값을 갖는 제1 및 제2 센싱코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 값에 기초한 제1 및 제2 센싱 발진신호를 출력하는 제1 및 제2 발진회로를 포함하는 발진회로부; 및 하나의 기준 발진신호를 이용하여 상기 제1 및 제2 센싱 발진신호 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호를 출력하는 센싱회로; 를 포함하는 이동체의 센싱 회로가 제안된다.
상기 제1 발진회로는 상기 제1 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호를 생성하고, 상기 제2 발진회로는 상기 제2 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터를 포함하여, 상기 제2 센싱 발진신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 센싱회로는, 상기 기준 발진신호를 분주하여 분주된 기준 발진신호를 출력하는 주파수 분주기; 상기 제1 및 제2 센싱 발진신호 각각에 대해 상기 분주된 기준 발진신호를 이용하여 카운트한 제1 및 제2 주기 카운트값을 갖는 상기 제1 및 제2 센싱 신호를 생성하는 제1 및 제2 주기 카운팅 회로를 포함하는 주기 카운팅 회로부; 및 상기 제1 및 제2 센싱신호를 연산하여 상기 출력신호를 생성하는 연산 회로부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 주기 카운팅 회로는, 상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 제1 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제1 주기 카운트값을 생성하는 제1 주기 카운터; 및 상기 제1 주기 카운트값을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제1 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제1 증폭된 주기 카운트값을 제1 센싱 신호로 제공하는 제1 필터; 를 포함할 수 있다.
상기 제2 주기 카운팅 회로는, 상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제2 주기 카운트값을 생성하는 제2 주기 카운터; 및 상기 제2 주기 카운트값을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제2 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제2 증폭된 주기 카운트값을 제2 센싱 신호로 제공하는 제2 필터; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 필터는, 상기 누적이득을 기설정된 스테이지 차수 및 데시메이터 팩터를 이용하여 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 필터는, 상기 누적이득을 상기 데시메이터 팩터에 대한 상기 스테이지 차수를 승수로 하여 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 연산 회로부는, 상기 제1 센싱 신호와 제2 센싱 신호를 나눗셈하여 상기 출력신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 이동체에 형성되어 상기 이동체의 이동에 따라 이동되고, 서로 이격된 적어도 제1 내지 제N 패턴부(여기서, N은 3이상의 자연수)를 포함하는 피검출부; 상기 피검출부와 이격된 기판에 고정 장착되어, 상기 제1 내지 제N 패턴부와의 중첩면적에 따른 제1 내지 제N 인덕턴스 값을 갖는 제1 내지 제N 센싱코일을 포함하고, 상기 제1 내지 제N 인덕턴스 값에 기초한 제1 내지 제N 센싱 발진신호를 출력하는 제1 내지 제N 발진회로를 포함하는 발진회로부; 및 하나의 기준 발진신호를 이용하여 상기 제1 내지 제N 센싱 발진신호 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호를 출력하는 센싱회로; 를 포함하는 이동체의 센싱 장치가 제안된다.
상기 제1 내지 제N 패턴부는, 서로 동일 형상의 금속 및 자성체중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 발진회로가 상기 제1 발진회로, 상기 제2 발진회로, 상기 제3 발진회로, 상기 제4 발진회로를 포함하고, 상기 제1 발진회로는 제1 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호를 생성하고, 상기 제2 발진회로는 제2 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터를 포함하여, 제2 센싱 발진신호를 생성하고, 상기 제3 발진회로는 제3 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터를 포함하여, 제3 센싱 발진신호를 생성하고, 상기 제4 발진회로는 제4 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터를 포함하여, 제4 센싱 발진신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 센싱회로는, 상기 기준 발진신호를 분주하여 분주된 기준 발진신호를 출력하는 주파수 분주기; 상기 제1 내지 제4 센싱 발진신호 각각에 대해 상기 분주된 기준 발진신호를 이용하여 카운트한 제1 내지 제4 주기 카운트값을 갖는 상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 생성하는 제1 내지 제4 주기 카운팅 회로를 포함하는 주기 카운팅 회로부; 및 상기 제1 내지 제4 센싱신호를 연산하여 제1 및 제2 연산신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 연산신호를 이용하여 상기 출력신호를 출력하는 연산 회로부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 주기 카운팅 회로는, 상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 제1 내지 제4 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제1 내지 제4 주기 카운트값을 생성하는 제1 내지 제4 주기 카운터; 및 상기 제1 내지 제4 주기 카운트값 각각을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제1 내지 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제1 내지 제4 증폭된 주기 카운트값을 제1 내지 제4 센싱 신호로 제공하는 제1 내지 제4 필터; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 필터는, 상기 누적이득을 기설정된 스테이지 차수 및 데시메이터 팩터를 이용하여 결정하도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 필터는, 상기 누적이득을 상기 데시메이터 팩터에 대한 상기 스테이지 차수를 승수로 하여 결정하도록 이루어질 수 있다.
상기 연산 회로부는, 상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 이용하여 제1 연산신호를 생성하는 제1 연산회로; 상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 이용하여 상기 제2 연산신호를 생성하는 제2 연산회로; 및 상기 제1 연산신호 및 상기 제2 연산신호를 이용하여 상기 출력신호를 생성하는 제3 연산회로; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상대적으로 낮은 주파수의 기준 발진신호를 이용할 수 있어서 전력소모를 줄일 수 있고, 적어도 2개의 센싱 신호를 이용함에 따라 지터(Jitter)에 의한 노이즈에 강인한 이동체 센싱 회로 및 이동체 센싱 장치를 제공할 수 있다.
이에 따라, 보다 낮은 전력에서 동작가능하고, 지터와 같은 노이즈를 효율적으로 감소시킬 수 있고, 노이즈의 영향을 줄일 수 있으며, 결국 회전체의 미세한 변위를 보다 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 5는 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 일 예시도이다.
도 6은 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 다른 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 다른 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1 및 제2 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1, 제2 및 제3 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1, 제2, 제3 및 제4 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 필터의 일 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 필터의 일 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3 필터의 일 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제4 필터의 일 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센싱코일간의 위치 관계 설명도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주기 카운팅 회로에서 출력되는 제1 센싱 신호, 제2 센싱 신호 및 출력신호에 대한 파형 예시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센싱코일간의 위치 관계 설명도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주기 카운팅 회로에서 출력되는 제1 내지 제4 센싱 신호, 제1 및 제2 연산신호 및 출력신호의 상태 관계도이다.
도 19는 기존의 센싱 장치의 출력신호에 포함된 노이즈 예시도이다.
도 20은 본 발명이 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 출력신호에 포함된 노이즈 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치는, 피검출부(20) 및 이동체 센싱 회로를 포함할 수 있다. 상기 이동체 센싱 회로는, 센싱소자를 포함하는 발진회로(100) 및 센싱 회로(200)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 이동체 센싱장치는, 기판(300)을 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에서, 이동체는 스마트 시계에 적용되는 회전체가 될 수 있고, 또는 카메라 장치 등의 액추에이터에 적용되는 렌즈 이동체가 될 수 있으며, 본 발명의 이동체는, 움직임에 대해, 자성체(또는 자석)와 센싱 코일 사이에서 발생되는 임피던스 변화 또는 주파수 변화에 기초하여 위치 변화를 검출하기 위해, 움직이는 피검출 물체를 갖는 장치에 적용될 수 있다. 이하, 이동체에 대해서는 회전체로 가정하고 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
피검출부(20)는 회전체(50)에 형성되어, 회전체(50)의 회전축(11)을 통하여, 휠(10)과 연결될 수 있다. 이러한 회전체(50)는 전자기기에 채용되어, 사용자에 의해 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전될 수 있다. 피검출부(20)는 회전체(50)의 휠(10)과 함께 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.
피검출부(20)는 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)를 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)는 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 회전축(11)의 연장 방향을 따라 소정의 거리 이격되어, 회전축(11)에 고정 결합할 수 있다. 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)는 회전체(50)의 회전축에 의해 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있다.
제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22) 각각은 동일한 형상의 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)는 적어도 하나의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)는 적어도 하나의 제2 패턴을 포함한다.
도 1에서, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 돌출된 영역이 패턴에 해당한다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 원판형의 금속 및 자성체를 가공하여, 톱니를 형성함으로써 제조될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 금속, 및 자성체 중 하나로 형성될 수 있다.
제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴은 회전 방향을 따라 연장되고, 또한, 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 회전 방향을 따라 연장된다. 제1 패턴부(21)의 제1 패턴의 회전 방향으로의 연장 길이는 제1 패턴의 사이즈로 정의될 수 있고, 제2 패턴부(22)의 제2 패턴의 회전 방향으로의 연장 길이는 제2 패턴의 사이즈로 정의될 수 있다.
제1 패턴부(21)가 하나의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)가 하나의 제2 패턴을 포함하는 경우, 하나의 제1 패턴 및 제2 패턴은 회전 각도 180°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있다.
제1 패턴부(21)가 복수의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)가 복수의 제2 패턴을 포함하는 것으로 가정하면, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴은 회전 방향을 따라 소정의 거리 이격되어 배치되고, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전 방향을 따라 소정의 거리 이격되어 배치된다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴의 이격 거리는 제1 패턴의 사이즈와 동일할 수 있고, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴의 이격 거리는 제2 패턴의 사이즈와 동일할 수 있다.
일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴은 회전 각도 90°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있고, 복수의 제1 패턴 간의 이격 거리는 회전 각도 90°에 대응될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전 각도 90°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있고, 복수의 제2 패턴 간의 이격 거리는 회전 각도 90°에 대응될 수 가질 수 있다. 따라서, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 패턴 및 제2 패턴의 사이즈 및 개수는 변경될 수 있고, 일 예로, 제1 패턴부(21)는 60°°의 사이즈를 가지는 3개의 제1 패턴을 구비할 수 있고, 또한 제2 패턴부(22)는 60°의 사이즈를 가지는 3개의 제2 패턴을 구비할 수 있다.
이하, 설명의 편의상, 제1 패턴부(21)가 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비하는 것을 가정하여, 설명하도록 한다. 다만, 이하의 설명의 다양한 각도의 사이즈 및 다양한 개수의 패턴을 구비하는 패턴부에 적용될 수 있음은 물론이다.
제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 소정의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 제1 패턴의 사이즈의 절반 및 제2 패턴의 사이즈의 절반에 대응되는 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 패턴 및 제2 패턴은 돌출 형상인 블레이드가 될 수 있다.
제1 패턴부(21)가 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비하는 것으로 가정하면, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 45°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전축(11)이 연장되는 방향에서 일부 영역이 중첩될 수 있다.
또한, 도시되어 있지는 않으나, 상기 제1 패턴부(21)가 60°의 사이즈를 가지는 3개의 제1 패턴을 구비할 수 있고, 제2 패턴부(22)는 60°의 사이즈를 가지는 3개의 제2 패턴을 구비할 수 있으며, 이와 같은, 상기 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는, 전술한 예시에 한정되지 않으며, 1개 또는 2개 이상의 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 30°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다
게다가, 제1 패턴 및 제2 패턴의 형상도, 도 1에 도시된 바와 같이 사각형이 될 수 있고, 사각형 이외에도 원형, 타원형, 마름모 형상, 사다리꼴 등으로, 도 1 및 도 2에 도시된 형상으로 특별히 한정될 필요는 없다.
발진회로(100)는 복수의 발진회로를 포함할 수 있다. 일 예로, 발진회로(100)는 제1 발진회로(110) 및 제2 발진회로(120)를 포함할 수 있다.
상기 제1 발진회로(110)는, 상기 피검출부(20)와 이격된 기판(300)에 고정 장착되어, 상기 제1 패턴부(21)와의 중첩면적에 따른 제1 인덕턴스 값을 갖는 제1 센싱코일(L10)을 포함하고, 상기 제1 인덕턴스 값에 기초한 제1 센싱 발진신호(LCosc1)를 출력할 수 있다. 상기 제2 발진회로(120)는, 상기 피검출부(20)와 이격된 기판(300)에 고정 장착되어, 상기 제2 패턴부(22)와의 중첩면적에 따른 제2 인덕턴스 값을 갖는 제2 센싱코일(L20)을 포함하고, 상기 제2 인덕턴스 값에 기초한 제2 센싱 발진신호(LCosc2)를 출력할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 발진회로(110)는 상기 제1 센싱코일(L10)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터(C10)를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호(LCosc1)를 생성할 수 있다. 상기 제2 발진회로(120)는 상기 제2 센싱코일(L20)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터(C20)를 포함하여, 상기 제2 센싱 발진신호(LCosc2)를 생성할 수 있다.
이와 달리, 제1 커패시터(C10) 및 제2 커패시터(C20)는 상기 센싱 회로(200)에 포함될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상 제1 커패시터(C10) 및 제2 커패시터(C20)가 제1 및 제2 발진회로(110,120)에 포함되는 경우로 가정하여 설명하지만, 이에 한정되는 것을 의미하지는 않는다는 것이 이해될 수 있다.
제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)은 회전축(11)의 연장 방향을 따라 배치된다. 제1 센싱코일(L10)은 제1 패턴부(21)와 대향되어 배치되고, 제2 센싱코일(L20)은 제2 패턴부(22)에 대향되어 배치된다.
제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 회전에 의해, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴과 중첩되는 제1 센싱코일(L10)의 면적이 변경되고, 제2 패턴부(22)의 제2 패턴과 중첩되는 제2 센싱코일(L20)의 면적이 변경된다. 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)은 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)와의 중첩 면적의 변화를 감지할 수 있다.
제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)은 소정의 사이즈를 가질 수 있다. 여기서, 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)의 사이즈는 회전체가 회전하는 방향에 대응되는 길이로 이해될 수 있다. 일 예로, 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)의 사이즈는, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 제2 패턴의 사이즈의 절반에 해당할 수 있다.
일 예로, 제1 발진회로(110)의 제1 센싱코일(L10) 및 제2 발진회로(120)의 제2 센싱코일(L20) 각각은, 기판(300) 상에 회로 패턴으로 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 제1 및 제2 센싱 코일(L10,L20) 각각은 권선형 인덕터 코일 및 솔레노이드 코일 중 하나로 형성될 수 있다. 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)은 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)와의 중첩 면적에 따라 변화하는 인덕턴스에 따라, 회전체의 회전 각도를 감지할 수 있다.
센싱 회로(200)는 집적 회로로 구성될 수 있고, 기판(300) 상에 실장될 수 있고, 센싱 회로(200)는 제1 센싱코일(L10)을 갖는 제1 발진회로(110) 및 제2 센싱코일(L20)을 갖는 제2 발진회로(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 센싱 회로(200)는, 하나의 기준 발진신호(OSCref)를 이용하여 상기 제1 및 제2 센싱 발진신호(LCosc1,LCosc2) 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호(Sout)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 센싱 회로(200)는 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)의 인덕턴스 변화에 따라 회전체의 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 갖는 출력신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 2에 도시된 이동체 센싱 장치는, 도 1에 도시된 이동체 센싱 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 회전체(50)는, 회전축(11)과 연결되는 지지 부재(30)를 더 포함할 수 있다.
지지 부재(30)는 회전축(11)과 연결되어, 휠(10)의 회전에 따라 회전축(11)을 중심으로, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 일 예로, 지지 부재(30)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 지지 부재(30)는 비금속 물질로 형성될 수 있고, 일 예로, 지지 부재(30)는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
원기둥 형상의 지지 부재(30)에는 피검출부(20)가 배치될 수 있다. 피검출부(20)는 원기둥 형상의 지지 부재(30)의 옆면에 배치되는 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)를 포함할 수 있다.
제1 패턴부(21)는 원기둥 형상으로 형성되는 지지 부재(30)의 제1 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 패턴을 포함할 수 있고, 제2 패턴부(22)는 원기둥 형상으로 형성되는 지지 부재(30)의 제2 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 복수의 제2 패턴을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 금속, 및 자성체 중 하나로 형성될 수 있다.
본 실시 예에 따른 지지 부재(30)는 플라스틱과 같은 비금속 물질로 형성될 수 있고, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 금속으로 형성될 수 있다. 지지 부재(30)는 플라스틱을 사출 성형 공정을 통해 제조될 수 있고, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 도금 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 지지 부재(30)의 옆면에 배치될 수 있다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 지지 부재(30)에 배치되는 경우, 원기둥 형상의 지지 부재(30)의 옆면에는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 마련되기 위한 홈부가 형성된다. 일 예로, 홈부는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 형성을 위하여, 회전 방향을 따라 연장될 수 있다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 지지 부재(30)의 옆면에 마련되는 홈부에 배치되어, 외부로 노출될 수 있다. 일 예로, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 두께는 홈부의 두께와 동일할 수 있다. 따라서, 홈부에 마련되는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)에 의해 지지 부재(30)의 옆면에는 단차가 발생하지 않을 수 있다.
도 2의 실시 예에 따른 회전체 감지 장치는 사출 성형 공정 및 도금 공정 등 양산성이 우수한 공법으로 박형의 패턴을 제조하여, 대량 생산 및 원가 절감에 유리할 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22) 각각과 관련해서, 상기 발진회로(100)는, 제1 센싱코일(L10)을 갖는 제1 발진회로(110)와, 제2 센싱코일(L10)을 갖는 제2 발진회로(120)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 피검출부(20)는, 이동체에 형성되어 상기 이동체의 이동에 따라 이동되고, 서로 이격된 적어도 제1 내지 제N 패턴부(여기서, N은 3이상의 자연수)(21,22,23,24,...)를 포함할 수 있다.
일 예로, 도 3을 참조하여 2개의 패턴부에 대해 설명하고, 도 4를 참조하여 4개의 패턴부에 대해 설명하지만, 이는 설명 및 이해의 편의를 위한 것으로, 이에 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 도 2와의 차이점을 중심으로 설명하면, 상기 발진회로(100)는, 제1 센싱코일(L10)을 갖는 제1 발진회로(110)와, 제2 센싱코일(L10)을 갖는 제2 발진회로(120)와, 제3 센싱코일(L30)을 갖는 제3 발진회로(130)를 포함할 수 있다.
상기 제3 발진회로(130)는 대응되는 패턴부가 없어서, 노이즈가 포함된 일정한 인덕턴스 값에 기초한 제3 센싱 발진신호(LCosc3)를 출력할 수 있다. 상기 제3 센싱 발진신호(LCosc3)는 노이즈 제거를 위한 보정용 신호로 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 도 3과의 차이점을 중심으로 설명하면, 상기 피검출부(20)는 원기둥 형상의 지지 부재(30)의 옆면에 배치되는 제1 패턴부(21), 제2 패턴부(22), 제3 패턴부(23), 및 제4 패턴부(24)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴부(21), 제2 패턴부(22) 제3 패턴부(23) 및 제4 패턴부(24) 각각과 관련해서, 상기 발진회로(100)는, 제1 센싱코일(L10)을 갖는 제1 발진회로(110)와, 제2 센싱코일(L10)을 갖는 제2 발진회로(120)와, 제3 센싱코일(L30)을 갖는 제3 발진회로(130)와, 제4 센싱코일(L40)을 갖는 제4 발진회로(140)를 포함할 수 있다.
전술한 도 1 내지 도 4에서는 설명의 편의상 2개, 3개 및 4개의 센싱코일를 포함하는 경우에 대해 예를 들어 설명하는 것으로, 이에 한정되지 않는다.
본 실시 예는 적어도 2개의 센싱코일을 포함할 수 있고, 일 예로, 3개의 센싱코일를 포함할 수 있고, 다른 일 예로, 4개의 센싱코일을 포함할 수 있으며, 또 다른 일 예로 5개 이상의 센싱코일을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는, 도 2에 도시된 예시에 한정되지 않으며, 상기 제1 패턴부(21), 제2 패턴부(22), 제3 패턴부(23) 및 제4 패턴부(24)는, 도 4에 도시된 예시에 한정되지 않는다. 또한 각 패턴부는 1개 또는 2개의 이상의 패턴을 포함할 수 있다.
게다가, 제1 패턴 및 제2 패턴의 형상도, 도 2에 도시된 바와 같이 사각형이 될 수 있고, 사각형 이외에도 원형, 타원형, 마름모 형상, 사다리꼴 등으로, 도 2에 도시된 형상으로 특별히 한정될 필요는 없다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치는, 발진회로에 포함되는 복수의 센싱코일을 이용하는 인덕턴스 센싱방식으로, 이는 복수의 센싱코일에 해당되는 인덕턴스와 매우 근접한 피검출부(20)(자성체 또는 비자성체)와의 오버랩되는 면적에 따라 발생되는 에디 커런트(Eddy current)의 변화를 이용하고, 이러한 에디 커런트(Eddy current)의 변화에 따른 발진회로에서 출력되는 LC 발진(LC OSC)에 의한 주파수 변화를 측정함으로써 회전량 측정을 위한 센싱 데이터를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 일 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로(200)는, 주파수 분주기(210), 주기 카운팅 회로부(220) 및 연산회로부(230)를 포함할 수 있다. 상기 주기 카운팅 회로부(220)는, 제1 주기 카운팅 회로(220-1) 및 제2 주기 카운팅 회로(220-2)를 포함할 수 있다.
주파수 분주기(210)는 상기 기준 발진신호(OSCref)를 분주하여 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 주파수 분주기(210)는, 입력되는 기준 발진신호(OSCref)를 사전에 설정된 분주 수(N)로 분주하여, 상기 기준 발진신호(OSCref)의 주파수 (예, 1MHz)를 분주 수(N)에 의해 낮은 주파수(예, 100kHz)를 낮추어, 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 출력한다.
일 예로, 상기 주파수 분주기(210)는 원하는 주파수 분해능을 얻기 위해 분주 수(N)를 선택할 수 있도록 구성될 수 있고, 상기 주파수 분주기(210)의 주파수 분해능은 LC 발진신호(LCosc1 또는 LCosc2 중 가장 낮은 주파수)의 주파수(FLCosc)와 전체 샘플링 수(Total Sample Number,TSN)의 곱(FLCosc*TSN)으로 계산될 수 있으며, 이에 따라 분해능은 LC 발진신호(LCosc1 또는 LCosc2 중 가장 낮은 주파수)의 주파수(FLCosc)가 높거나 전체 샘플링 수(Total Sample Number,TSN)가 클수록 좋아질 수 있다.
예를 들어, 상기 기준 발진신호(OSCref)의 주파수(Fosc)는 대략 1MHz가 될 수 있고, 상기 전체 샘플링 수(TSN)는 상기 분주 수(N)와 상기 제1 주기 카운팅 회로(220-1) 또는 제2 주기 카운팅 회로(220-2)의 누적 이득(GAIN)의 곱으로 결정될 수 있는데, 일 예로 상기 분주 수(N)가 100이고, 상기 누적 이득(GAIN)이 256이라고 하면, 상기 전체 샘플링 수(TSN)는 25600이 될 수 있다. 또한, 상기 분주 수(N)가 100이고, 기준 발진신호(OSCref)의 주파수(Fosc)가 1MHz인 경우, 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주파수(Fosc/N)는 10kHz가 될 수 있다.
상기 제1 주기 카운팅 회로(220-1)는, 상기 제1 센싱 발진신호((LCosc1)에 대해 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 이용하여 카운트한 제1 주기 카운트값(PCV1)을 갖는 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)를 생성할 수 있다. 상기 제2 주기 카운팅 회로(220-2)는, 상기 제2 센싱 발진신호((LCosc2)에 대해 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 이용하여 카운트한 제2 주기 카운트값(PCV2)을 갖는 상기 제2 센싱 신호(Ssn2)를 생성할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 주기 카운팅 회로(220-1)는 제1 주기 카운터(221-1)와 제1 필터(222-1)를 포함할 수 있다.
상기 제1 주기 카운터(221-1)는, 상기 주파수 분주기(210)로부터의 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주기를 제1 센싱 발진신호(LCosc1)를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)에 대한 제1 주기 카운트값(PCV1)을 상기 제1 필터(222-1)로 제공할 수 있다.
상기 제1 필터(222-1)는, 상기 제1 주기카운터(221-1)로부터의 상기 제1 주기 카운트값(PCV1)을 사전에 설정된 누적이득(GAIN)을 이용하여 증폭하여 제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)을 생성하고, 상기 제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)을 제1 센싱 신호(Ssn1)로 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 필터(222-1)는 CIC(Cascade Integrator Comb) 등의 디지털 필터로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 필터(222-1)는 상기 누적이득(GAIN)을 기설정된 스테이지 차수(SN) 및 데시메이터 팩터(R)에 기초로 결정할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 필터(222-1)는 상기 누적이득(GAIN)을 상기 데시메이터 팩터(R)에 대한 상기 스테이지 차수(SN)를 승수로 하여 결정할 수 있다.
상기 제2 주기 카운팅 회로(220-2)는, 제2 주기 카운터(221-2)와 제2 필터(222-2)를 포함할 수 있다.
제2 주기 카운터(221-2)는, 상기 주파수 분주기(210)로부터의 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주기를 제2 센싱 발진신호(LCosc2)를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)에 대한 제2 주기 카운트값(PCV2)을 생성하여 상기 제2 필터(222-2)로 제공할 수 있다.
제2 필터(222-2)는, 상기 제2 주기카운터(221-3)로부터의 상기 제2 주기 카운트값(PCV2)을 사전에 설정된 누적이득(GAIN)을 이용하여 증폭하여 상기 제2 증폭된 주기 카운트값(APCV2)을 생성하고, 상기 제2 증폭된 주기 카운트값(APCV2)을 제2 센싱신호(Ssn2)로 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 필터(222-2)는 CIC(Cascade Integrator Comb) 등의 디지털 필터로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 필터(222-2)는 상기 누적이득(GAIN)을 기설정된 스테이지 차수(SN) 및 데시메이터 팩터(R)에 기초로 결정할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 필터(222-2)는 상기 누적이득(GAIN)을 상기 데시메이터 팩터(R)에 대한 상기 스테이지 차수(SN)를 승수로 하여 결정할 수 있다.
전술한 제1 필터 및 제2 필터는, 주기 카운트값을, 일련의 누적, 증폭, 로우패스 필터의 과정을 통해서, 1차적으로 노이즈를 저감시킬 수 있다.
연산회로부(230)는 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2)를 연산하여 출력신호(Sout)를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 연산회로부(230)는 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2)를 나눗셈(예, Ssn1/Ssn2 또는 Ssn2/Ssn1)하여 출력신호(Sout)를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2)를 나눗셈하면, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2) 각각에 포함된 노이즈 성분이 제거될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
또한, 연산회로를 통해, 기준 발진신호에 포함되는 지터 성분에 의해 초래될 수 있는 노이즈 성분을 저감시킬 수 있어서, 2차적으로 더욱 노이즈를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 에에 따른 발진회로부(100)는, 상기 피검출부(20)와 이격된 기판(300)에 고정 장착되어, 상기 제1 내지 제N 패턴부(21,22,23,24,...)와의 중첩면적에 따른 제1 내지 제N 인덕턴스 값을 갖는 제1 내지 제N 센싱코일(l10,l20,130,140,...)을 포함하고, 상기 제1 내지 제N 인덕턴스 값에 기초한 제1 내지 제N 센싱 발진신호(LCosc1,LCosc2,LCosc3,LCosc4,...)를 출력하는 제1 내지 제N 발진회로(110,120,130,140,...)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱회로(200)는, 하나의 기준 발진신호(OSCref)를 이용하여 상기 제1 내지 제N 센싱 발진신호(LCosc1,LCosc2,LCosc3,LCosc4,...) 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호(Sout)를 출력할 수 있다.
도 6을 참조하여 3개의 발진회로(3개의 센싱코일)에 대해 설명하고, 도 7을 참조하여 4개의 발진회로(4개의 센싱코일)에 대해 설명하지만, 이는 설명 및 이해의 편의를 위한 것으로, 이에 한정되지는 않는다.
도 6은 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 다른 일 예시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로(200)는, 주파수 분주기(210), 주기 카운팅 회로(220) 및 연산회로부(230)를 포함할 수 있다.
상기 주기 카운팅 회로(220)는, 제1 주기 카운팅 회로(220-1), 제2 주기 카운팅 회로(220-2), 제3 주기 카운팅 회로(220-3)를 포함할 수 있다. 상기 연산회로부(230)는, 제1 연산회로(230-1), 제2 연산회로(230-2) 및 제3 연산회로(230-3)를 포함할 수 있다.
도 5와의 다른 점으로는, 도 6의 이동체의 센싱 회로(200)는, 제3 주기 카운팅 회로(220-3), 제1 연산회로(230-1), 제2 연산회로(230-2) 및 제3 연산회로(230-3)를 더 포함하는 것이고, 도 5의 설명과 중복되는 설명은 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
제3 주기 카운팅 회로(220-3)는, 제3 주기 카운터(221-3)와 제3 필터(222-3)를 포함할 수 있다.
제3 주기 카운터(221-3)는, 상기 주파수 분주기(210)로부터의 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주기를 제3 센싱 발진신호(LCosc3)를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 각 주기별 제3 주기 카운트값(PCV3)을 상기 제3 필터(222-3)로 제공할 수 있다.
제3 필터(222-3)는, 상기 제3 주기카운터(221-3)로부터의 상기 제3 주기 카운트값(PCV3)을 사전에 설정된 누적이득(GAIN)을 이용하여 증폭하여 상기 제3 증폭된 주기 카운트값(APCV3)을 출력하고, 상기 제3 증폭된 주기 카운트값(APCV3)을 제3 센싱신호(Ssn3)로 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 필터(222-3)는 CIC(Cascade Integrator Comb) 등의 디지털 필터로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 필터(222-3)는 상기 누적이득(GAIN)을 기설정된 스테이지 차수(SN) 및 데시메이터 팩터(R)에 기초로 결정할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 필터(222-3)는 상기 누적이득(GAIN)을 상기 데시메이터 팩터(R)에 대한 상기 스테이지 차수(SN)를 승수로 하여 결정할 수 있다.
제1 연산회로(230-1)는, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 연산하여 제1 연산신호(Sca1)를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 연산회로(230-1)는 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 뺄셈화여 제1 연산신호(Sca1)를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 뺄셈하면, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)에 포함된 노이즈는 제3 센싱 신호(Ssn3)에 포함된 노이즈로 제거될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
또한, 제2 연산회로(230-2)는, 상기 제2 센싱 신호(Ssn2)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 연산하여 제2 연산신호(Sca2)를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 연산회로(230-2)는 상기 제2 센싱 신호(Ssn2)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 뺄셈하여 제2 연산신호(Sca2)를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 센싱 신호(Ssn2)와 제3 센싱 신호(Ssn3)를 뺄셈하면, 상기 제2 센싱 신호(Ssn2)에 포함된 노이즈는 제3 센싱 신호(Ssn3)에 포함된 노이즈로 제거될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
상기 제3 연산회로(230-3)는, 상기 제1 연산신호(Sca1) 및 상기 제2 연산신호(Sca2)를 이용하여 상기 출력신호(Sout)를 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 의 일 실시 예에 따른 이동체의 센싱 회로의 다른 일 예시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 발진회로(100)는 제1 내지 제4 발진회로(110~140)를 포함할 수 있다.
상기 제1 발진회로(110)는 제1 센싱코일(L10)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터(C10)를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호(LCosc1)를 생성하고, 상기 제2 발진회로(120)는 제2 센싱코일(L20)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터(C20)를 포함하여, 제2 센싱 발진신호(LCosc2)를 생성하고, 상기 제3 발진회로(130)는 제3 센싱코일(L30)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터(C30)를 포함하여, 제3 센싱 발진신호(LCosc3)를 생성하고, 상기 제4 발진회로(140)는 제4 센싱코일(L30)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터(C30)를 포함하여, 제4 센싱 발진신호(LCosc3)를 생성한다.
상기 주기 카운팅 회로(220)는, 상기 제1 내지 제4 센싱 발진신호 각각에 대해 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 이용하여 카운트한 제1 내지 제4 주기 카운트값을 갖는 상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 생성하는 제1 내지 제4 주기 카운팅 회로(220-1~220-4)를 포함할 수 있다.
상기 연산회로부(230)는, 상기 제1 내지 제4 센싱신호를 연산하여 제1 및 제2 연산신호(Sca1,Sca2)를 생성하고, 상기 제1 및 제2 연산신호(Sca1,Sca2)를 이용하여 상기 출력신호(Sout)를 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 연산회로부(230)는, 제1 연산회로(230-1), 제2 연산회로(230-2) 및 제3 연산회로(230-3)를 포함할 수 있다.
도 6과 다른 점으로는, 도 7의 이동체의 센싱 회로는, 제4 발진회로(140), 제4 주기 카운팅 회로(220-4)를 더 포함하는 것과, 제1 연산회로(230-1), 제2 연산회로(230-2) 및 제3 연산회로(230-3)의 연산 기능이 다른 것으로, 도 6의 설명과 중복되는 설명은 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
상기 제4 발진회로(140)는, 제4 센싱코일(L30)에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제4 커패시터(C40)를 포함하여, 제4 센싱 발진신호(LCosc3)를 생성할 수 있다.
제4 주기 카운팅 회로(220-4)는, 제4 주기 카운터(221-4)와 제4 필터(222-4)를 포함할 수 있다.
제4 주기 카운터(221-4)는, 상기 주파수 분주기(210)로부터의 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주기를 제4 센싱 발진신호(LCosc4)를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 각 주기별 제4 주기 카운트값(PCV4)을 상기 제4 필터(222-4)로 제공할 수 있다.
제4 필터(222-4)는, 상기 제4 주기카운터(221-4)로부터의 상기 제4 주기 카운트값(PCV4)을 사전에 설정된 누적이득(GAIN)을 이용하여 증폭하여 상기 제4 증폭된 주기 카운트값(APCV4)을 출력하고, 상기 제4 증폭된 주기 카운트값(APCV4)을 제4 센싱신호(Ssn3)로 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제4 필터(222-4)는 CIC(Cascade Integrator Comb) 등의 디지털 필터로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제4 필터(222-4)는 상기 누적이득(GAIN)을 기설정된 스테이지 차수(SN) 및 데시메이터 팩터(R)에 기초로 결정할 수 있다. 일 예로, 상기 제4 필터(222-4)는 상기 누적이득(GAIN)을 상기 데시메이터 팩터(R)에 대한 상기 스테이지 차수(SN)를 승수로 하여 결정할 수 있다.
상기 제1 연산회로(230-1)는, 상기 제1 내지 제4 센싱 신호(Ssn1~Ssn4)를 이용하여 제1 연산신호(Sca1)를 생성할 수 있다. 상기 제2 연산회로(230-2)는, 상기 제1 내지 제4 센싱 신호(Ssn1~Ssn4)를 이용하여 상기 제2 연산신호(Sca2)를 생성할 수 있다. 그리고, 상기 제3 연산회로(230-3)는, 상기 제1 연산신호(Sca1) 및 상기 제2 연산신호(Sca2)를 이용하여 상기 출력신호(Sout)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 7에서, 상기 제1 연산신호(Sca1), 제2 연산신호(Sca2) 및 출력신호(Sout)는 하기 수학식 1과 같이 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Sca1=(Ssn1 - Ssn3)/(2*MAX(Ssn1,Ssn2, Ssn3, Ssn4) - (Ssn1+ Ssn3))
Sca2=(Ssn2 - Ssn4)/(2*MAX(Ssn1,Ssn2, Ssn3, Ssn4) - (Ssn2+ Ssn4))
Sout = Sca1 - Sca2
상기 수학식1에서, MAX()는 괄호안의 신호중에서 가장 큰 레벨을 갖는 신호를 의미한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1 및 제2 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 8에서, OSCref는 주파수 분주기(210)로 입력되는 기준 발진신호이고, 일 예로 기준 발진신호(OSCref)의 주파수는 1MHz가 될 수 있다. DOSCref은 주파수 분주기(210)에서 출력되는 분주된 기준 발진신호이고, 일 예로 분주된 기준 발진신호(DOSCref)의 주파수는 100kHz가 될 수 있다. LCosc1은 제1 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제1 센싱 발진신호(LCosc1)는 15MHz가 될 수 있다. 그리고, LCosc2는 제2 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제2 센싱 발진신호(LCosc2)는 30MHz가 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1, 제2 및 제3 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 9에서, LCosc1은 제1 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제1 센싱 발진신호(LCosc1)는 15MHz가 될 수 있다. LCosc2는 제2 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제2 센싱 발진신호(LCosc2)는 30MHz가 될 수 있다. 그리고, LCosc3은 제3 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제3 센싱 발진신호(LCosc3)는 20MHz가 될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 발진신호, 분주된 기준 발진신호, 검출된 제1, 제2, 제3 및 제4 발진신호에 대한 일 예시도이다.
도 10에서, LCosc1은 제1 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제1 센싱 발진신호(LCosc1)는 15MHz가 될 수 있다. LCosc2는 제2 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제2 센싱 발진신호(LCosc2)는 30MHz가 될 수 있다. LCosc3은 제3 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제3 센싱 발진신호(LCosc3)는 20MHz가 될 수 있다. 그리고, LCosc4는 제4 센싱 발진신호이고, 일 예로, 상기 제4 센싱 발진신호(LCosc4)는 35MHz가 될 수 있다.
본 발명의 각 실시 예에서는, 기준 클럭을 이용하여 분주된 센싱 신호를 카운트하는 기존의 방식과 달리, 제1 내지 제4 센싱 발진신호(LCosc1~LCosc4) 등의 센싱 발진신호를 이용하여 분주된 기준 발진신호(DOSCref)를 카운트하는 방식으로, 이러한 본 발명의 방식에 의하면, 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 기준 발진신호(OSCref)를 이용할 수 있게 되므로, 소비전력을 낮출 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 필터의 일 예시도이다.
도 11을 참조하면, 일 예로, 상기 제1 필터(222-1)는 데시메이터 CIC 필터(222F)를 포함하고, 이동 평균필터(222M)를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 데시메이터 CIC 필터(222F)는 상기 스테이지 차수(SN) 및 데시메이터 팩터(R)에 기초해로 결정된 상기 누적 이득으로 상기 제1 주기 카운터(221-1)로부터의 주기 카운트값(PCV)을 증폭하여, 상기 제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)을 제공할 수 있다.
상기 이동 평균필터(320)는 상기 데시메이터 CIC 필터(222F)로부터의 상기제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)에 대한 이동 평균값을 구하여 상기 제1 증폭된 주기 카운트(APCV1)에 대한이동 평균값을 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)로 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 필터(22-1)가 상기 이동 평균필터(320)를 포함하지 않는 경우, 제1 센싱 신호(Ssn1)는 상기 제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)이 될 수 있고, 또는 상기 제1 필터(22-1)가 상기 이동 평균필터(320)를 포함하는 경우, 상기 제1 증폭된 주기 카운트값(APCV1)에 대한 이동평균값이 될 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 상기 데시메이터 CIC 필터(222F)는, 적분회로(222F-1), 데시메이터(222F-2) 및 콤브 회로(222F-3)를 포함할 수 있다.
상기 적분회로(222F-1)는 상기 스테이지 차수(SN)에 해당되는 개수만큼 케스케이드된 복수의 적분기(I)를 포함하여, 상기 제1 주기 카운터(221-1)로부터의 제1 주기 카운트값(PCV1)을 순차 누적하여 각 주기별 누적치를 제공할 수 있다.
상기 데시메이터(222F-2)는, 상기 적분회로(222F-1)로부터의 각 주기별 누적치중에서 상기 데시메이터 팩터(R)에 해당되는 주기마다 하나씩 샘플링하여 다운샘플링된 누적치를 제공할 수 있다.
상기 콤브 회로(222F-3)는 상기 스테이지 차수(SN)에 해당되는 개수만큼 케스케이드된 복수의 콤브(C)를 포함하여, 상기 데시메이터(222F-2)로부터의 현재다운 샘플링된 누적치를 이전의 다운 샘플링된 누적치를 감산하여 상기 데시메이터 팩터(R)에 해당되는 주기 동안의 감산 누적치를 제공할 수 있다.
일 예로, 상기 데시메이터 CIC 디지털 필터(222F)는, 상기 스테이지 차수(SN)가 4차이고, 상기 데시메이터 팩터(R)가 1이고, 콤보 미분 지연 차수(M: comb differential delay)가 4인 경우, 4차 4 데시메이터(decimator) CIC(Cascaded Integrator-Comb) 디지털 필터가 될 수 있다. 이때, 상기 누적 이득(GAIN)은 4^4승에 해당되는 256[(R*M)^SN=(1*4)^4]이 될 수 있다. 여기서, 상기 스테이지 차수(SN), 상기 데시메이터 팩터(R) 및 콤보 미분 지연 차수(M)는 하나의 예시로서 이에 한정되지 않는다.
일 예로, 상기 적분회로(222F-1)는 4개의 적분기(I)를 포함하여 상기 제1 주기 카운터(221-1)로부터의 제1 주기 카운트값(PCV1)을 4주기 지연된 값과 순차 누적하여 각 주기별 누적치를 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 적분회로(222F-1)는 4개의 적분기(I)를 포함할 수 있다.
상기 데시메이터(222F-2)는, 상기 적분회로(222F-1)로부터의 각 주기별 누적치중에서 상기 데시메이터 팩터(R=4)에 해당되는 4 주기마다 하나씩 샘플링하므로, 1/4 다운샘플링(down sampling)된 누적치를 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 콤브(Comb) 회로(222F-3)는 4개의 콤브(C)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 필터(222-1)에서, 전술한 바와 같이, 상기 제1 주기 카운트값(PCV1)이 49이고, 상기누적 이득(GAIN)이 256이라면 상기 증폭된 주기 카운트값(APCV)은 주기 카운트값(PCV) 49와 누적 이득(GAIN) 256을 곱해서 49*256(=12544)이 될 수 있다. 즉, 상기 제1 필터(222F-1)는 입력되는 기준 발진신호를 분주한 기준 발진신호에 대한 제1 주기 카운트값(PCV1)을 누적 이득(GAIN)을 이용하여 증폭함으로써, 작은 분주 수를 사용하더라도 많은 샘플링 개수를 획득하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 11을 참조하면, 일 예로, 상기 이동평균 필터(222M)가 16 이동 평균 필터인 경우, 상기 데시메이터 CIC 필터(222F)로부터의 상기 주파수값을 16개 단위로 이동평균값을 구하여 상기 증폭된 주기 카운트값에 대한 이동 평균값을 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)로 제공할 수 있다.
예를 들어, 16 이동평균 필터(222M)는 4차 4 데시메이터 CIC 디지털 필터(222F)의 출력 값에 대해 16개의 데이터를 무빙 섬(moving sum)을 취하면서 평균을 구함으로써, 주파수 측정값의 흔들림을 안정화시키는 역할을 한다. 일 예로, 상기이동 평균 필터(222M)는 하프 밴드(half band) 디지털 필터 등이 사용될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 이동체 센싱 장치에서, 도 5를 참조하면, 기준 발진주파수(Reference OSC)의 주기 성분 및 지터 노이즈를 제거할 수 있으며, 하기 예시(1)~(8)에 기초하여 하기 수학식 2및 수학식 3 같이 출력신호(Sout)를 구할 수 있다.
(1) 기준 발진주파수(Reference OSC) 주기: Tref
(2) 제1 센싱 발진신호(LCosc1) 주기 : Tlc1
(3) 제1 센싱 발진신호(LCosc2) 주기 : Tlc2
(4) 기준 발진신호(OSCref) 지터: delta
(5) 기준 발진신호(OSCref) 분주 수: N
(6) 제1,제2 필터 Gain : G
(7) Ssn1 : 제1 필터에서 출력되는 Digital 코드 값
(8) Ssn2 : 제2 필터에서 출력되는 Digital 코드 값
[수학식 2
Sout = Ssn1/ Ssn2
상기 수학식 2 계산을 단순화 하기 위해, 제1 센싱 발진신호(LCosc1) 및 제2 센싱 발진신호(LCosc2) 각각의 지터는 없다고 가정하며, 로우패스필터의 효과를 무시하는 경우에는, 상기 수학식 2 하기 수학식 3 같이 될 수 있다.
[수학식 3
Ssn1 = (G*N*(Tref+delta))/(Tlc1)
Ssn2 = (G*N*(Tref+delta))/(Tlc2)
Sout = Ssn1/Ssn2 = [(G*N*(Tref+delta))/(Tlc1)] * [(Tlc2)/(G*N*(Tref+delta)]
= (Tlc2)/(Tlc1)
상기 수학식 2및 3 참조하면, 본 발명의 이동체 센싱 장치에서 출력되는 출력신호(Sout)는 노이즈를 발생시키는 지터성분인 delta가 제거되어 있음을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 이동체 센싱 장치에 의하면, 지터에 의해 초래되는 노이즈를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 11을 참조하면, 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)에 센싱을 위한 자성체 또는 비자성체의 위치에 따라 하기와 같이 제1 및 제2 발진신호(Losc1,Losc2)의 주파수 특성이 변화한다고 가정하에 하기의 조건(1-(6))에서, 하기 수학식 4와 같이 출력신호(Sout)를 계산할 수 있다.
(1) 기준 발진신호의 주파수(Reference OSC) = 1MHz
(2) 제1 센싱 신호(LCosc1)의 주파수= 30~31MHz
(3) 제2 센싱 신호(LCosc2)의 주파수= 21~20MHz( 제1 센싱 신호(LCosc1)의 주파수가 증가 시 주파수가 감소한다고 가정)
(4) 기준 발진신호의 주파수(Reference OSC)의 분주 수: 128
(5) 제1 필터(4차 4 Decimator CIC필터)의 이득(Gain) : 256
*((RM)^SN (R : decimator factor, M : comb differential delay, SN = stage))
(6) 연산회로에서 디지털의 정수 연산을 위하여 분자에 2^16을 곱하여 처리한다고 가정 시
[수학식 4]
Sout = (2^16) * [Ssn1/Ssn2]
Ssn1 = 256*128*30MHz/1MHz ~ 256*128*31MHz/1MHz = 983040~1015808
Ssn2 = 256*128*21MHz/1MHz ~ 256*128*20MHz/1MHz = 688128~655360
Sout(Digital output) = 93622~101580 => 7957 코드(Code) 변화량
상기 수학식 4를 참조하면, 출력신호(Sout)(Digital output)의 코드 변화량에 따른 모터의 위치 제어, 액추에이터(Actuator)의 위치 제어, 거리 센싱 등의 방법으로 응용이 가능하다.
전술한 예시에서, 도 5의 연산회로부(230)가 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2)를 나눗셈화여 출력신호(Sout)를 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 연산회로부(230)의 나눗셈 연산의 전후에, 상기 제1 센싱 신호(Ssn1)와 제2 센싱 신호(Ssn2)의 일련의 사칙연산이 적용 될 수 있다. 예를 들면 (SENSING1- SENSING2)/( SENSING1 + SENSING2)의 연산이 될 수 있다.
이는 위에서 수식적으로 설명한 거와 같이 일련의 연산 뒤에 디바이더 연산 수행 시 Tref + delta 성분이 상쇄됨을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 필터의 일 예시도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3 필터의 일 예시도이다. 그리고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제4 필터의 일 예시도이다.
도 12를 참조하면, 제2 필터(222-2)는 데시메이터 CIC 필터(222F)를 포함하고, 이동 평균필터(222M)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제3 필터(222-3)는 데시메이터 CIC 필터(222F)를 포함하고, 이동 평균필터(222M)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제4 필터(222-4)는 데시메이터 CIC 필터(222F)를 포함하고, 이동 평균필터(222M)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 12, 도 13 및 도 14의 제2 필터(222-2), 제3 필터(222-3) 및 제4 필터(222-4) 각각의 동작은, 도 11에 도시된 제1 필터(222-1)의 동작과 실질적으로 동일하므로, 그 동작설명은 도 11의 설명으로 대신한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센싱코일간의 위치 관계 설명도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주기 카운팅 회로에서 출력되는 제1 센싱 신호(Ssn1), 제2 센싱 신호(Ssn2) 및 출력신호(Sout)에 대한 파형 예시도이다.
도 15 및 도 16에서, 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)은, 제1 센싱코일(L10) 및 제2 센싱코일(L20)의 일 실시예인 패턴 코일(pattern coil)로 도시되어 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 휠(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 구체적으로, 제1 패턴부(21)와 제1 센싱코일(L10)의 중첩 면적 및 제2 패턴부(22)와 제2 센싱코일(L20)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 도 15에서, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 하측에서 상측 방향으로 회전하는 것으로 가정한다.
제1 상태(State 1)에서 제1 센싱코일(L10)은 제1 패턴부(21)와 중첩되고, 제2 센싱코일(L20)은 제2 패턴부(22)와 중첩되지 않는다. 센싱 코일로 구성되는 제1 센싱코일(L10)에 금속 물질로 구성되는 패턴이 인접하는 경우, 센싱 코일에서 발생하는 자속에 의해 패턴에 전류가 인가되고, 패턴에 인가되는 전류에 의해 패턴에서 자속이 발생한다. 이 때, 패턴에서 발생한 자속은 스킨 이펙트(skin effect)에 의하여 제1 센싱코일(L10)의 센싱 코일의 인덕턴스는 증가 시킨다. 따라서, 제1 상태(state 1)에 대응되는 도 16의 제1 상태(State 1)의 270° 또는 90°를 참조하면(도 16에서는 306°에서 0°방향으로 이동된다), 제1 상태를 참조하면 제1 센싱코일(L10)의 제 1 센싱 신호(Ssn1)는 인덕턴스와 반비레 관계로 로우 레벨로 유지되는 반면, 제2 센싱코일(L20)의 제 2 센싱 신호(Ssn2)은 하이 레벨로 유지된다.
제1 상태(State 1) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측 방향에서 상측 방향으로 회전하여, 제2 상태(State 2)에서, 제1 센싱코일(L10)은 제1 패턴부(21)와 중첩되고, 제2 센싱코일(L20)은 제2 패턴부(22)와 중첩된다. 따라서, 제2 상태(state 2)에 대응되는 도 16의 225° 및 45°를 참조하면, 제1 센싱코일(L10)의 제 1 센싱 신호(Ssn1)는 인덕턴스와 반비례 관계로 로우 레벨로 유지되는 반면, 제2 센싱코일(L20)의 제 2 센싱 신호(Ssn2)는 로우 레벨로 변경된다.
제2 상태(State 2) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측에서 상측 방향으로 회전하여, 제3 상태(State 3)에서, 제1 센싱코일(L10)은 제1 패턴부(21)와 중첩되지 않고, 제2 센싱코일(L20)은 제2 패턴부(22)와 중첩된다. 따라서, 제3 상태(state 3)에 대응되는 도 16의 180° 또는 0°를 참조하면, 제1 센싱코일(L10)의 제 1 센싱 신호(Ssn1)는 하이 레벨로 변경되고, 제2 센싱코일(L20)의 제 2 센싱 신호(Ssn1)는 로우 레벨을 유지한다.
제3 상태(State 3) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측에서 상측 방향으로 회전하여, 제4 상태(State 4)에서, 제1 센싱코일(L10)은 제1 패턴부(21)와 중첩되지 않고, 제2 센싱코일(L20)은 제2 패턴부(22)와 중첩되지 않는다. 따라서, 제4 상태(state 4)에 대응되는 도 16의 135° 또는 315°를 참조하면, 제1 센싱코일(L10)의 제 1 센싱 신호(Ssn1)는 하이 레벨을 유지하고, 제2 센싱코일(L20)의 제 2 센싱 신호(Ssn2)는 하이 레벨로 변경된다.
도 5 및 도 16에서, 일 예로, 출력신호(Sout)는 제2 센싱 신호(Ssn2)를 제1 센싱 신호(Ssn1)로 나눗셈(Ssn2/Ssn1)에 의한 신호이고, 이에 한정되지는 않는다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센싱코일간의 위치 관계 설명도이고, 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주기 카운팅 회로에서 출력되는 제1 내지 제4 센싱 신호, 제1 및 제2 연산신호 및 출력신호의 상태 관계도이다.
도 4, 도 7, 도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 상태(State 1)에서 제1 및 제4 센싱코일(L10,L40)은 제1 및 제4 패턴부(21,24)와 중첩되고, 제2 및 제3 센싱코일(L20,L30)은 제2 및 제3 패턴부(22,23)와 중첩되지 않는다. 이때, 해당 패턴부와 중첩되는 제1 및 제4 센싱코일(L10,L40)에서는 해당 패턴에 인가되는 전류에 의한 자속에 따라 큰 인덕턴스 값이 발생하여, 해당 패턴부와 중첩되지 않는 제2 및 제3 센싱코일(L20,L30)에서는 작은 인덕턴스 값이 발생한다. 이에 따라, 도 18에 도시된 바와같이, 인덕턴스 값과 신호레벨은 반대이므로, 제2 및 제3 센싱신호(Ssn2,Ssn3)는 하이레벨의 신호이고, 제1 및 제4 센싱신호(Ssn1,Ssn4)는 로우레벨의 신호이다.
제2 상태(State 2)에서, 제1 상태(State 1) 이후, 각 패턴부들이 회전하여, 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)은 제1 및 제2 패턴부(21,22)와 중첩되고, 제3 및 제4 센싱코일(L30,L40)은 제3 및 제4 패턴부(23,24)와 중첩되지 않는다. 이때, 해당 패턴부와 중첩되는 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)에서는 해당 패턴에 인가되는 전류에 의한 자속에 따라 큰 인덕턴스 값이 발생하고, 해당 패턴부와 중첩되지 않는 제3 및 제4 센싱코일(L30,L40)에서는 작은 인덕턴스 값이 발생한다. 이에 따라, 도 18에 도시된 바와같이, 인덕턴스 값과 신호레벨은 반대이므로, 제3 및 제4 센싱신호(Ssn3,Ssn4)는 하이레벨의 신호이고, 제1 및 제2 센싱신호(Ssn1,Ssn2)는 로우레벨의 신호이다.
제3 상태(State 3)에서, 제2 상태(State 2) 이후, 각 패턴부들이 회전하여, 제2 및 제3 센싱코일(L20,L30)은 제2 및 제3 패턴부(22,23)와 중첩되고, 제1 및 제4 센싱코일(L10,L40)은 제1 및 제4 패턴부(21,24)와 중첩되지 않는다. 이때, 해당 패턴부와 중첩되는 제2 및 제3 센싱코일(L20,L30)에서는 해당 패턴에 인가되는 전류에 의한 자속에 따라 큰 인덕턴스 값이 발생하고, 해당 패턴부와 중첩되지 않는 제1 및 제4 센싱코일(L10,L40)에서는 작은 인덕턴스 값이 발생한다. 이에 따라, 도 18에 도시된 바와같이, 인덕턴스 값과 신호레벨은 반대이므로, 제1 및 제4 센싱신호(Ssn1,Ssn4)는 하이레벨의 신호이고, 제2 및 제3 센싱신호(Ssn2,Ssn3)는 로우레벨의 신호이다.
그리고, 제4 상태(State 4)에서, 제3 상태(State 3) 이후, 각 패턴부들이 회전하여, 제3 및 제4 센싱코일(L30,L40)은 제3 및 제4 패턴부(23,24)와 중첩되고, 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)은 제1 및 제2 패턴부(21,22)와 중첩되지 않는다. 이때, 해당 패턴부와 중첩되는 제3 및 제4 센싱코일(L30,L40)에서는 해당 패턴에 인가되는 전류에 의한 자속에 따라 큰 인덕턴스 값이 발생하고, 해당 패턴부와 중첩되지 않는 제1 및 제2 센싱코일(L10,L20)에서는 작은 인덕턴스 값이 발생한다. 이에 따라, 도 18에 도시된 바와같이, 인덕턴스 값과 신호레벨은 반대이므로, 제1 및 제2 센싱신호(Ssn1,Ssn2)는 하이레벨의 신호이고, 제3 및 제4 센싱신호(Ssn3,Ssn4)는 로우레벨의 신호이다.
도 19는 기존의 센싱 장치의 출력신호에 포함된 노이즈 예시도이다. 도 19에 도시된 그래프는, 기존의 센싱 장치가, 기준 클럭을 이용하여 분주된 센싱 신호를 카운트하는 방식을 이용하고, 하나의 센싱코일을 이용하는 경우에 대해, 출력신호에 포함된 노이즈의 크기(Vpp)를 보이는 그래프이다.
도 20은 본 발명이 일 실시 예에 따른 이동체 센싱 장치의 출력신호에 포함된 노이즈 예시도이다. 도 20에 도시된 그래프는 도 5에 도시된 본 발명의 센싱 장치에 의한 출력 신호에 포함된 노이즈의 크기(Vpp)를 보이는 그래프이다.
도 19 및 도 20에서, 기준 발진주파수(Referece OSC)에 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 10~9.8MHz 노이즈를 1kHz 비율(rate)로 주입 시, 기준 발진주파수(Referece OSC) 10MHz인 경우에 대하여 측정한 그래프이다.
도 19 및 도 20의 그래프에서, 세로축은 전압(V)축이고, 가로축은 시간축(msec)축이다. 도 19의 노이즈 크기와 도 20의 노이즈 크기를 비교하면, 본 발명의 센싱 장치에서는 출력신호에 포함되는 노이즈의 크기가 상대적으로 작다는 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 센싱 장치는, 카메라 액추에이터 모듈(Actuator Module)에 적용될 수 있으며, 이 경우, 피검출부인 자석과 센싱코일 간의 위치 변동에 따른 주파수 변화를 측정함으로써 위치 제어가 가능하다. 또는, 모터 또는 회전체의 인코더 위치를 센싱하여 제어 및 후 처리가 가능하다.
또한, 기존 고주파수의 낮은(low) 노이즈의 기준 발진주파수(Reference OSC)를 만들기 위하여 필요한 PLL(Phase Locked Loop)이나 정밀한 전압 공급을 하는 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터가 요구되었으나, 본 특허의 방식을 적용함으로써 IC 사이즈를 줄일 수 있고, 또한 기준 발진주파수(Reference OSC)를 낮춤으로써 저전력 회로를 구현할 수 있다.
게다가, 기준 발진주파수(Reference OSC)의 지터 노이즈에 강인한 인덕턴스 센싱 방식을 실현할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
20: 피검출부
100: 발진회로
200: 센싱 회로
210: 주파수 분주기
220; 주기 카운팅 회로
220-1: 제1 주기 카운팅 회로
220-2: 제2 주기 카운팅 회로
220-3: 제3 주기 카운팅 회로
220-4: 제4 주기 카운팅 회로
230: 연산회로
300: 기판

Claims (16)

  1. 서로 이격된 제1 및 제2 패턴부를 포함하는 피검출부가 형성된 이동체를 갖는 장치에 적용되는 이동체 센싱 회로에 있어서,
    상기 피검출부와 이격된 기판에 고정 장착되어, 상기 제1 및 제2 패턴부와의 중첩면적에 따른 제1 및 제2 인덕턴스 값을 갖는 제1 및 제2 센싱코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 값에 기초한 제1 및 제2 센싱 발진신호를 출력하는 제1 및 제2 발진회로를 포함하는 발진회로부; 및
    하나의 기준 발진신호를 이용하여 상기 제1 및 제2 센싱 발진신호 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호를 출력하는 센싱회로;
    를 포함하는 이동체의 센싱 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 발진회로는 상기 제1 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호를 생성하고,
    상기 제2 발진회로는 상기 제2 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터를 포함하여, 상기 제2 센싱 발진신호를 생성하는
    이동체의 센싱 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센싱회로는,
    상기 기준 발진신호를 분주하여 분주된 기준 발진신호를 출력하는 주파수 분주기;
    상기 제1 및 제2 센싱 발진신호 각각에 대해 상기 분주된 기준 발진신호를 이용하여 카운트한 제1 및 제2 주기 카운트값을 갖는 상기 제1 및 제2 센싱 신호를 생성하는 제1 및 제2 주기 카운팅 회로를 포함하는 주기 카운팅 회로부; 및
    상기 제1 및 제2 센싱신호를 연산하여 상기 출력신호를 생성하는 연산 회로부;
    를 포함하는 이동체의 센싱 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 주기 카운팅 회로는,
    상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 제1 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제1 주기 카운트값을 생성하는 제1 주기 카운터; 및
    상기 제1 주기 카운트값을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제1 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제1 증폭된 주기 카운트값을 제1 센싱 신호로 제공하는 제1 필터;
    를 포함하는 이동체의 센싱 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 주기 카운팅 회로는,
    상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제2 주기 카운트값을 생성하는 제2 주기 카운터; 및
    상기 제2 주기 카운트값을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제2 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제2 증폭된 주기 카운트값을 제2 센싱 신호로 제공하는 제2 필터;
    를 포함하는 이동체의 센싱 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 필터는
    상기 누적이득을 기설정된 스테이지 차수 및 데시메이터 팩터를 이용하여 결정하는
    이동체의 센싱 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 필터는
    상기 누적이득을 상기 데시메이터 팩터에 대한 상기 스테이지 차수를 승수로 하여 결정하는
    이동체의 센싱 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연산 회로부는,
    상기 제1 센싱 신호와 제2 센싱 신호를 나눗셈하여 상기 출력신호를 생성하는
    이동체의 센싱 회로.
  9. 이동체에 형성되어 상기 이동체의 이동에 따라 이동되고, 서로 이격된 적어도 제1 내지 제N 패턴부(여기서, N은 3이상의 자연수)를 포함하는 피검출부;
    상기 피검출부와 이격된 기판에 고정 장착되어, 상기 제1 내지 제N 패턴부와의 중첩면적에 따른 제1 내지 제N 인덕턴스 값을 갖는 제1 내지 제N 센싱코일을 포함하고, 상기 제1 내지 제N 인덕턴스 값에 기초한 제1 내지 제N 센싱 발진신호를 출력하는 제1 내지 제N 발진회로를 포함하는 발진회로부; 및
    하나의 기준 발진신호를 이용하여 상기 제1 내지 제N 센싱 발진신호 각각에 대한 각 주기 카운트값에 기초해, 상기 이동체의 이동정보를 갖는 출력신호를 출력하는 센싱회로;
    를 포함하는 이동체의 센싱 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 내지 제N 패턴부는
    서로 동일 형상의 금속 및 자성체중 어느 하나로 이루어지는 이동체의 센싱 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 발진회로가 상기 제1 발진회로, 상기 제2 발진회로, 상기 제3 발진회로, 상기 제4 발진회로를 포함하고,
    상기 제1 발진회로는 제1 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제1 커패시터를 포함하여, 상기 제1 센싱 발진신호를 생성하고,
    상기 제2 발진회로는 제2 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제2 커패시터를 포함하여, 제2 센싱 발진신호를 생성하고,
    상기 제3 발진회로는 제3 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터를 포함하여, 제3 센싱 발진신호를 생성하고,
    상기 제4 발진회로는 제4 센싱코일에 병렬로 접속되어, LC 발진에 기여하는 제3 커패시터를 포함하여, 제4 센싱 발진신호를 생성하는
    이동체의 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 센싱회로는,
    상기 기준 발진신호를 분주하여 분주된 기준 발진신호를 출력하는 주파수 분주기;
    상기 제1 내지 제4 센싱 발진신호 각각에 대해 상기 분주된 기준 발진신호를 이용하여 카운트한 제1 내지 제4 주기 카운트값을 갖는 상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 생성하는 제1 내지 제4 주기 카운팅 회로를 포함하는 주기 카운팅 회로부; 및
    상기 제1 내지 제4 센싱신호를 연산하여 제1 및 제2 연산신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 연산신호를 이용하여 상기 출력신호를 출력하는 연산 회로부;
    를 포함하는 이동체의 센싱 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 주기 카운팅 회로는,
    상기 주파수 분주기로부터의 상기 분주된 기준 발진신호의 주기를, 상기 제1 내지 제4 센싱 발진신호를 이용하여 카운트하여 상기 분주된 기준 발진신호에 대한 제1 내지 제4 주기 카운트값을 생성하는 제1 내지 제4 주기 카운터; 및
    상기 제1 내지 제4 주기 카운트값 각각을 사전에 설정된 누적이득을 이용하여 증폭하여 제1 내지 증폭된 주기 카운트값을 생성하여, 상기 제1 내지 제4 증폭된 주기 카운트값을 제1 내지 제4 센싱 신호로 제공하는 제1 내지 제4 필터;
    를 포함하는 이동체의 센싱 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 필터는
    상기 누적이득을 기설정된 스테이지 차수 및 데시메이터 팩터를 이용하여 결정하는
    이동체의 센싱 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 필터는
    상기 누적이득을 상기 데시메이터 팩터에 대한 상기 스테이지 차수를 승수로 하여 결정하는
    이동체의 센싱 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 연산 회로부는,
    상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 이용하여 제1 연산신호를 생성하는 제1 연산회로;
    상기 제1 내지 제4 센싱 신호를 이용하여 상기 제2 연산신호를 생성하는 제2 연산회로; 및
    상기 제1 연산신호 및 상기 제2 연산신호를 이용하여 상기 출력신호를 생성하는 제3 연산회로;
    를 포함하는 이동체의 센싱 장치.
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