KR20210091268A - 저 노이즈 및 고 대역폭을 갖는 자기 센서 - Google Patents

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사사 스파식
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제니스 아게
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Abstract

제 1 자기 센서, 하나 이상의 제 2 자기 센서, 및 증폭기를 포함하는 자기 센서 시스템으로서, 모든 자기 센서는 각각의 출력 신호가 증폭기의 공통 입력 신호에 추가될 수 있도록 직렬로 연결된다.

Description

저 노이즈 및 고 대역폭을 갖는 자기 센서
본 발명은 제 1 항에 따른 자기장 센서에 관한 것이다.
최신 기술에서, 자기장을 측정하기 위한 센서, 특히 홀 자기장 센서도 충분히 광범위하고 높은 다양성으로 공지되어 있다.
홀 자기장 센서의 기본 사항은 예를 들어 R.S. Popovic: "홀 효과 장치(Hall effect devices)", 센서 및 액추에이터에 대한 저널(Journal for Sensors and Actuators), 제 17권, 제 1-2호, 1989년 5월 3일, 39 내지 53 페이지 또는 R.S. Popovic, “홀 센서 장치", 제 2 판 CRC Press Taylor & Francis Group, LLC 2003년, ISBN : 978-1-4200-3422-6에 매우 상세히 설명된다.
또한, 본 발명은 US 6366076 B1호의 개시에 관한 것이다. US 6366076 B1호에는, 저역 통과 필터(low-pass filter) 외에도, 홀 효과 센서와 같은 저주파 자기장 센서, 로고스키 코일(Rogowski coil)과 같은 유도 코일, 및 홀 효과 센서와 유도 코일로부터의 신호를 합산할 수 있는 합산 장치(summing device)를 조합하는 전류 센서가 설명된다.
측정 회로 내에서 센서의 배열뿐만 아니라 측정 원리 및 센서 구조 자체와 관련된 본 발명의 효과는 대역폭-제한 입력 측정 신호 및 노이즈-중첩 출력 측정 신호이다.
홀 효과 장치의 오프셋 및 저주파 노이즈를 줄이는 공지된 방법은 소위 초퍼(chopper) 안정화 기술과 조합하는 스핀 전류 기술로 공지된 스위치 기반 3상 기술을 사용하는 것이다. 홀 효과 센서를 포함하는 센서 시스템에서 이러한 사용은 홀 효과 장치 및 홀 전압을 증폭하는 증폭기의 오프셋 및 저주파 노이즈를 감소시킨다.
전술된 종래 기술의 이들 및 추가 접근법은 새로운 방법 및 회로 배열체를 제공하지만 홀 효과 센서 시스템의 노이즈 스펙트럼의 백색 노이즈 부분(white noise part)을 감소시키기 위한 해결책 접근법을 조금도 제공하지 않는다.
현재 공지된 자기장 센서에 자기장 측정에도 적합한 공지된 실리콘 통합 홀 효과 센서가 속한다. 공지된 실리콘 통합 홀 효과 센서들은 측정 해상도(resolution)가 불충분하고 다수의 최신 적용에 비해 너무 낮은 주파수 대역폭을 가지고 있다.
즉, 개별 장치로서의 실리콘 통합 홀 효과 센서가 약 50nT/√Hz의 노이즈 등가 자기 유도(SNEMF -SD)의 스펙트럼 밀도를 가질 수 있지만, 이러한 센서는 현재 일반적으로 SNEMF-SD>100nT/√Hz만 가질 수 있다.
또한, DC에서 수 MHz까지의 DC의 주파수 대역폭이 다양한 적용에 대해 필요하지만, 자기장 측정을 위한 공지된 실리콘 통합 홀 효과 센서는 일반적으로 DC에서 200kHz 미만까지의 주파수 대역폭(BW)을 갖는다.
광대역 자기장의 고해상도 측정을 위한 실리콘 통합 홀 효과 센서의 이러한 두 개의 단점의 이유는 실리콘 통합 홀 효과 센서의 홀 전압이 이미 자체적으로 매우 낮다는 사실 때문이다.
자기장의 실리콘 통합 홀 효과 센서(홀 자기장 센서)의 낮은 측정 해상도는 약한 자기장에서 홀 전압이 홀 효과 센서의 고유한 노이즈에 크게 영향을 받지 않을 수 있기 때문에 발생하지만, 통합 증폭기 자체의 입력-관련 노이즈 보다 낮을 수 있다.
즉, 최신 실리콘 통합 홀 자기장 센서 시스템(magnetic field sensor system)의 노이즈 예산 내에서, 증폭기 자체의 노이즈가 지배적이다.
대역폭의 제한은 증폭기가 낮은 홀 전압으로 인해 높은 이득으로 작동해야 하고 통합 증폭기의 제한된 이득-대역폭 곱으로 인해 증폭기의 차단 주파수가 낮기 때문에 발생한다.
원칙적으로, 증폭기가 차지하는 실리콘 칩의 면적을 늘리고 증폭기의 전력 소비를 늘림으로써 통합 증폭기의 입력-관련 노이즈와 이득 대역폭 곱을 모두 개선할 수 있다. 그러나, 그러한 실리콘 통합 홀 자기장 센서는 너무 비싸고 다루기에 비현실적일 것이다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 단점을 극복하는 것 외에, 측정될 자기장의 측정 해상도 및 측정될 자기장의 주파수 대역폭에 대해, 자기장 센서 시스템, 특히 홀 효과 기반 시스템의 성능을 개선하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에서, 자기장 센서 시스템은 제 1 자기장 센서, 하나 또는 그 초과의 제 2 자기장 센서, 및 증폭기를 포함한다.
또한, 본 발명의 의미에서, 자기장 센서 시스템은 제 1 자기장 센서 및/또는 자기장 센서 서브시스템 및 하나 또는 그 초과의 제 2 자기장 센서 및 증폭기를 포함할 수 있다.
자기장 센서 서브시스템은 홀 효과 센서, 자기 저항 센서, 유도 루프 또는 유도 코일로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 추가 구성요소(component)와 조합하여 연결된 제 1 자기장 센서 및 추가 증폭기를 포함하며, 상기 구성요소는 추가 증폭기의 상류에 연결된다.
바람직하게는 모든 자기장 센서는 바람직하게는 -40℃ 내지 +125℃의 온도 환경에서, 최대 1mT 또는 최대 3mT, 바람직하게는 최대 10mT 또는 30mT, 더욱 특히 최대 100mT 또는 300mT 범위의 자기장을 측정하도록 치수가 지정되고 설계되었다.
본 발명에 따르면, 자기장 센서 및/또는 자기장 센서 서브시스템은 증폭기의 공통 입력 신호에 각각의 출력 신호를 추가하기 위해 증폭기의 입력과 직렬로 연결된다.
바람직하게는, 자기장 센서 및/또는 자기장 센서 서브시스템은 증폭기의 공통 입력 신호에 각각의 출력 신호를 추가하기 위해 증폭기의 입력과 캐스케이드식으로(cascaded) 직렬로 연결된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템에서, 바람직하게는, 제 1 자기장 센서의 공급 접점(supply contact)이 전압원(voltage source)에 연결되고, 자기장 센서의 나머지 모든 공급 접점은 각각 정전류원(constant current source) 또는 정전류 싱크(sink)에 연결된다.
바람직하게는, 제 1 자기장 센서 및 하나 또는 그 초과의 제 2 자기장 센서는 홀 효과 센서, 바람직하게는 휘트스톤의(Wheatstone's) 브리지 회로(bridge circuit) 내의 자기 저항 센서, 유도 루프 또는 유도 코일, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 구성요소이다.
이는 예를 들어 홀 효과 센서와 유도성 구성요소의 조합에서 자기장 측정시 넓은 주파수 대역에서 높은 측정 해상도를 얻을 수 있다는 이점이 있는데, 이는 더 낮은 주파수에서는 홀 효과 센서의 출력 전압이 두드러지고 더 높은 주파수에서 유도성 구성요소의 낮은 노이즈 출력 전압이 두드러져 직렬 연결에서 출력 전압의 신호 대 노이즈비가 개별 출력 전압 중 하나보다 더 큰 전체 주파수 대역폭을 초과하기 때문이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 서브시스템을 포함하는 자기장 센서 시스템에서, 자기장 센서 서브시스템은 홀 효과 센서, 바람직하게는 휘트스톤의 브리지 회로 내의 자기 저항 센서, 유도 루프 또는 유도 코일, 및 추가 증폭기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성요소의 조합을 포함하고 여기서, 구성요소는 추가 증폭기의 하류에 연결된다.
따라서, 바람직하게는, 자기장 센서 서브시스템의 출력 접점은 이러한 목적을 위해 추가 증폭기의 입력 접점에 전기적으로 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템 및 자기장 센서 서브시스템뿐만 아니라 자기장 센서 시스템 또는 자기장 센서 서브시스템만이 스핀 전류 기술 또는 초퍼 안정화에 의한 작동을 위한 스위칭 가능한 접점을 포함한다.
바람직하게는, 자기장 센서 시스템 및 자기장 센서 서브시스템뿐만 아니라 자기장 센서 시스템 또는 자기장 센서 서브시스템만이 스핀 전류 기술 또는 초퍼 안정화에 의한 작동을 위한 스위칭 가능한 접점을 포함한다.
이것은 스핀 전류 작동(spinning current operation) 또는 초퍼 안정화의 경우뿐만 아니라 스핀 전류 작동을 초퍼 안정화와 조합하여 적용하는 경우, 통합 시스템의 DC 및 저주파 성능이 상당히 향상된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템은-자기장 센서 시스템의 일부로서 유도 루프 또는 유도 코일의 존재하에- 유도 루프 또는 유도 코일에서 유도된 전압의 주파수 의존성을 보상하기 위한 적분기(integraor) 또는 저역 통과 필터를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면-홀 효과 센서 또는 바람직하게는 휘트스톤의 브리지 회로 내의 MWR-센서 또는 GMR-센서와 같은 자기 저항 센서와, 자기장 센서 시스템의 부품으로서 유도 루프 또는 유도 코일의 조합의 존재에서-유도 소자(element)는 내부에 유도된 전압(VL)의 위상이 홀 효과 센서 또는 자기 저항 센서의 전압 위상에 상대적으로 바이어스되도록 연결된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템에서, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서 중 적어도 하나 및 자기장 센서 서브시스템은 집적 회로로서 구현된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템에서, 제 1 자기장 센서 및 제 2 자기장 센서 중 적어도 하나 또는 자기장 센서 서브시스템은 집적 회로로서 구현된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템에서, 제 1 자기장 센서 또는 제 2 자기장 센서 중 적어도 하나 및 자기장 센서 서브시스템은 집적 회로로서 구현된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템에서, 제 1 자기장 센서 또는 제 2 자기장 센서 중 적어도 하나 또는 자기장 센서 서브시스템은 집적 회로로서 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템은 바람직하게는 집적 회로로 구현된다. 바람직하게는, 집적 회로는 이러한 방식으로 출력 신호를 추가하기 위해, 바람직하게는 외부에 연결된, 유도 루프 또는 바람직하게는 외부에 연결된 유도 코일과 직렬로 연결된다. 이것은 훨씬 더 강한 출력 신호가 형성될 수 있다는 장점이 있다. 하류 증폭기의 경우, 개별적으로 추가되고 부분적으로는 상세하게, 약한 출력 신호도 증폭기의 입력에서 강한 입력 신호로 존재한다. 이러한 방식으로, 증폭기의 고유한 노이즈는 더 이상 증폭될 신호의 위상과 진폭을 모두 중첩하지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템의 집적 회로는 자기장 벡터의 각 공간 방향 성분에 대해 적어도 하나의 홀 효과 센서를 포함하고, 유도 루프 또는 유도 코일 또는 이들의 조합은 자기장 벡터의 모든 공간 방향 성분이 검출 가능하도록 적어도 부분적으로 공간적으로 집적 회로를 둘러싼다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 시스템의 집적 회로는 적어도 하나의 홀 효과 센서 및 자기장 섹터(sector)의 각 공간 방향 성분에 대한 유도 루프 또는 유도 코일을 포함하여 자기장 벡터의 1개, 2개, 또는 3개의 공간 방향 성분이 검출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 홀 효과 센서는 바람직하게는 수평으로 배열되어 통합 홀 효과 센서의 경우 칩 표면에 평행하거나 수직으로 배열되어 통합 홀 효과 센서의 경우 칩 표면에 수직으로 배열된다. 이는 수평으로 정렬된 홀 효과 센서가 칩 평면에 수직인 자기장 성분에 반응하는 반면, 수직으로 정렬된 홀 효과 센서는 칩 표면에 평행한 자기장 성분에 반응한다는 장점이 있다. 홀 효과 센서와 유도성 구성요소의 조합의 경우, 홀 효과 센서의 감도 방향과 센서 요소로서 유도성 구성요소가 일치하여야 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 또는 자기장 센서 서브시스템의 SNEMF -SD 값은 바람직하게는 50(+/-최대 10) nT/√Hz 범위에서 예를 들어 유형 Allegro A1324, A1325, 또는 A1326, 유형 AKM EQ-430L, EQ-431L, EQ-432L 또는 EQ-433L, 또는 유형 LEM FHS Minisense와 같은 상업적으로 이용 가능한 실리콘 통합 홀 효과 센서의 값에 가깝다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자기장 센서 또는 자기장 센서 서브시스템의 주파수 대역폭(BW)은 직류(DC) 또는 0Hz 내지 적어도 1MHz 또는 2MHz, 바람직하게는 3 MHz까지, 특히 최대. 5MHz까지의 범위에 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 바람직한 자기장 센서 시스템은 직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하며, 여기서 홀 효과 센서의 출력 신호와 유도 구성요소의 출력 신호는 모두 동일한 인자(factor)로 증폭되어, 500nT의 측정 해상도, 즉 5mT 측정 범위의 가장 작은 측정 범위의 인자 10-4로, 그렇지 않으면, 측정 범위의 인자 10-5로, 0Hz(DC) 내지 1kHz의 대역폭을 갖는 저주파 범위에서 5mT 내지 3T의 자기장 측정 범위가 커버될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 바람직한 자기장 센서 시스템은 직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하며, 홀 효과 센서의 출력 신호는 유도성 구성요소의 출력 신호보다 더 강하게 증폭되어 0Hz(DC) 내지 200kHz의 대역폭을 갖는 중간 주파수 범위에서 5mT 내지 300mT의 자기장 측정 범위는 5mT의 측정 해상도, 즉 5mT 측정 범위의 가장 작은 측정 범위의 인자 10-3으로, 그렇지 않으면 측정 범위의 인자 10-4로 커버될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 바람직한 자기장 센서 시스템은 직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하며, 홀 효과 센서의 출력 신호는 유도성 구성요소의 출력 신호보다 더 강하게 증폭되어 0Hz(DC) 내지 2MHz의 대역폭을 갖는 고주파 범위에서 3mT 내지 30mT의 자기장 측정 범위가 15μT의 측정 해상도, 즉 3mT 측정 범위의 가장 작은 측정 범위의 인자 5x10-2로 커버될 수 있고, 그렇지 않으면 측정 범위의 인자 10-3으로 커버될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예는 대응하는 상세한 설명과 함께 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 종래 기술로부터 공지된 전형적인 홀 자기장 센서 서브시스템의 블록도이고,
도 2는 3개의 직렬 연결된 홀 효과 센서가 있는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 3은 홀 효과 센서가 유도 루프와 직렬로 연결된 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 4는 유도 루프와 직렬로 연결된 2개의 홀 효과 센서가 있는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 5는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 6은 홀 자기장 센서 서브시스템을 갖는 다른 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 7은 홀 자기장 센서 서브시스템을 포함하는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도이고,
도 8은 평면 기술을 사용하여 제조된 유도 코일의 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 9는 베이스 플레이트 상의 칩의 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 10a 내지 도 10c는 각각 샌드위치형 칩 배열체를 포함하는 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 11은 칩의 표면에 수직으로 배열된 권선을 갖는 유도 코일의 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 12a 내지 도 12c는 각각 칩 주위에 감긴 표시된 코일의 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 13은 공기 코일 배열체를 포함하는 칩의 바람직한 실시예의 개략도이고,
도 14는 공기 코일 배열체를 포함하는 칩의 다른 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 1은 홀 효과 센서(100)를 갖는 집적 회로(IHMFS-집적 홀 자기장 센서)의 형태로 종래 기술로부터 공지된 전형적인 홀 자기장 센서 서브시스템(500)의 블록도를 도시하며, 이는 스위치(110 및 111)로 스핀 전류 모드에서 동작하고, 스위치(112 및 210) 초퍼로 안정화된다. 홀 효과 센서(100)는 또한 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같이, 대응하는 공통 주변 회로를 갖는 홀 효과 센서 소자이다. 이를 위해, 홀 효과 센서(100)의 입력 및 출력 양측에 스위치(110, 111, 112)로 구현된 스위칭 가능한 접점은 홀 전압(VH)을 제어 유닛(701)에 의해 스위치(110, 111, 112, 및 210)를 제어하기 위한 클록 신호(700)에 의해 미리 결정된 주파수(702)를 갖는 AC 전압으로 변환하는 반면, 홀 효과 센서(100)의 오프셋 및 저주파 노이즈는 변하지 않고 유지된다. 증폭기(40)와 저역 통과 필터(200) 사이의 스위치(210)는 증폭된 홀 전압(VH)을 복조(또는 정류)하여 홀 전압(VH)이 원래의 기저 대역으로 되돌아 간다.
동시에, 스위치(210)는 홀 효과 센서(100)로부터의 증폭된 오프셋 및/또는 저주파 노이즈와 증폭기(40)로부터의 증폭된 오프셋 및 저주파 노이즈를 AC 신호로 변환한다. 저역 통과 필터(40)는 스위치(110, 111, 및 112)에 의해 야기되는 불요 AC 전압(spurious AC voltages) 및 스위칭 스파이크를 필터링한다. 이 신호 변환의 결과로서, 출력 전압(Vout)이 저역 통과 필터(200)의 2개의 출력 단자 사이에 인가되고, 이는 증폭된 홀 전압(VH)에 해당하며 결과적으로 오프셋 및 저주파 초과 노이즈가 없다. 출력 전압(Vout)이 아래의 조건을 충족한다.
Vout = G*VH (1)
반면 G는 증폭기(40)의 이득이다. 스위치(111)는 전류 싱크(61)를 통해 폐쇄 상태의 홀 효과 센서(100)를 전위(v-)로 끌어 당긴다.
전형적으로, DC에서 500Hz까지의 대역폭(BW)을 갖는 IHMFS는 차단 주파수fc=500Hz를 갖는 1차 저역 통과 필터(200)에 의해 제한된다. 이것은 전형적으로 센서 요소로서 절대 감도 SH=0.1 V/T, 출력 저항 RH=500 Ω 및 VHn=2.8 nV/√Hz의 홀 효과 센서(100)의 열적 노이즈 전압 스펙트럼 밀도를 갖는 전형적으로 홀 효과 센서(100)를 포함한다.
회전 초퍼 시스템이라고도 하는 초퍼 안정화와 함께 스핀 전류 모드의 기생 노이즈를 포함하는, 집적 증폭기(40)의 입력-기준 노이즈 전압(Van)은 10nV/√Hz의 값을 갖는다. 따라서 IHMFS의 총 입력-관련 노이즈 전압은 Vtn=10.4nV/√Hz이다. 따라서 IHMFS의 SNEMF - SD값은 SNEMF -SD=Vtn/SH=104 nT/√Hz 및 BWn=fc*π/2=785Hz로 얻어진다. 결과적으로, IHMFS의 통합 노이즈 등가 자기장은 Bn=SNEMF -SD*√BWn = 2.9 μTrms이다.
도 2는 3개의 홀 효과 센서(10, 20, 30)를 갖는 자기장 센서 시스템의 일 실시예의 블록도를 보여주며, 여기서 3개의 홀 효과 센서(10, 20, 30)는 홀 효과 센서(10, 20, 30)의 각각의 출력(12, 22, 32)에 존재하는 3개의 출력 신호를 증폭기(40)를 위한 공통 입력 신호에 추가하기 위해 직렬로 연결된다. 홀 효과 센서(10, 20, 30)는 도 3 및 도 4에도 예시된 바와 같이, 일반적으로 홀 요소라고도 하는 순수 센서 요소이다. 홀 효과 센서(10)는 일측의 전위(v+)에 인가된 전류원(50a)에 의해 단자(11)에서, 그리고 다른 측의 전위(v-)에 인가되는 전류 싱크(60a)에 의해 단자(13)에서 동작된다. 홀 효과 센서(20)는 전위(v+)에 인가된 전류원(50b) 및 단자(23)에 인가된 기준 전압(Vref)에 의해 단자(21)에서 작동된다. 홀 효과 센서(30)는 한쪽의 전위(v+)에 인가된 전류원(50c)에 의해 단자(31)에서 그리고 다른 쪽의 전위(v-)에 인가된 전류 싱크(60c)에 의해 단자(33)에서 동작된다. 본 실시예에서, 인가된 기준 전압(Vref)과 관련하여 전류 소스(50a, 50b, 50c) 및 2개의 전류 싱크(60a 및 60c)의 이러한 특별한 배열만이 홀 효과 센서(10, 20, 30)의 직렬 연결을 가능하게 하고, 결과적으로 개별 출력 신호를 증폭기(40)에 대한 더 큰 입력 신호에 합산한다.
도 3은 단자(11, 12, 13, 14)를 갖는 홀 효과 센서(10)를 포함하는 자기장 센서 시스템의 블록도를 도시하며, 홀 전압(VH)은 모두 직렬로 연결된 단자(11 및 13), 유도 루프(150), 증폭기(40) 및 선택적인 저역 통과 필터(200)에 인가된다. 따라서, 홀 효과 센서(10) 및 유도 루프(150)는 유도 루프(150)에서 유도된 전압(VL)의 위상이 홀 전압(VH)의 위상에 대해 바람직하게는 π/2만큼 앞서도록 상호 연결된다. 여기서 결정적인 요소는 홀 효과 센서(10)의 바이어스 전류(Ih)의 흐름 방향이며, 이는 도 3에서 알 수 있다. 자기장(dB/dT)의 시간 미분에 비례하는 전압(VL)은 자기장(B)의 주파수(f)에 비례한다. 1차 저역 통과 필터(200)는 바람직하게는 센서 전압(VH+VL)의 주파수 종속성을 제거하기 위해 추가된 센서 전압(VH+VL)에 정확히 반비례하는 전달 함수를 갖는다. 저역 통과 필터(200)의 차단 주파수(fc)는 다음 조건을 만족한다
fc=Sh/(2*π*A) (2)
여기서 Sh는 홀 효과 센서(10)의 절대 자기 감도이고 A는 유도 루프(150)의 면적이다. 도 3에 도시된 바와 같이 유도 루프(150) 대신 유도 코일의 경우, (2)의 면적은 아래와 같이 주어진다.
A=Nc x Aa (3)
여기서, Nc는 코일(160)의 권선 수이고, Aa는 코일(160)의 권선의 평균 면적이다.
홀 효과 센서(10)의 자기 감도는 다음과 같이 주어진다.
Sh=Si*Ih (4)
또는 대안적으로
Sh=Sv*Vbh (5)
여기서 Si는 전류-관련 감도, Sv는 전압-관련 감도, Vbh는 홀 효과 센서(10)의 바이어스 전압이다.
직렬 연결의 노이즈 대역폭은 다음과 같이 저역 통과 필터(200)의 차단 주파수에 의해 주어진다.
BWn=fc*π/2 (6)
측정된 자기장의 최대 주파수(fm) 및 최대 진폭(Bm)은 증폭기(40)의 출력에 인가되는 최대 전압(Vm) 때문에 유효하다.
fm*Bm<Vm*fc/(Sh*G) (7)
각각
fm*Bm <Vm/(2*π*A*G) (8)
여기서
Vm≤Vsup (9)
자기장 센서 시스템의 공급 전압으로 Vsup을 사용한다.
측정된 자기장(Bm)의 최대 진폭이 충분히 작으면, 방정식(7)에 따라 자기장(B)의 최대 주파수(fm)는 예를 들어 저역 통과 필터(200)의 차단 주파수(fc)보다 훨씬 더 높을 수 있다, 즉
fm>(10-100)*fc (10)
방정식(6)을 고려하면, 이것은 홀 효과 센서(10)와 유도 루프(150)의 직렬 연결을 포함하는 자기장 센서 시스템의 통합 백색 노이즈가 일반적으로 유도 루프(150)가 없는 자기장 센서 시스템보다 3배 내지 10배 작다는 것을 의미한다.
또한 출력 전압(Vout)이 이 직렬 연결의 출력 단자에 인가된다. 직렬 연결의 전기 공급은 전류 싱크(61)와 관련하여 전위(v+ 및 v-)를 통해 제공된다. 또한, 자기장에 대한 센서(10)의 정렬이 그려진다.
도 4는 홀 효과 센서(10 및 20)의 각각의 단자(24 및 14) 및 그 사이에서 증폭기(40)용 공통 입력 신호에 연결된 유도 코일(160)에 존재하는 3개의 출력 신호를 추가하기 위해 직렬로 연결된 2개의 홀 효과 센서(10 및 20) 및 유도 코일(160)을 갖는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도를 도시한다. 홀 효과 센서(10)는 한쪽의 전위(v+)에 인가된 전류 소스(50a)에 의해 단자(11)에서 그리고 다른 쪽의 전위(v-)에 인가된 전류 싱크(60a)에 의해 단자(13)에서 작동된다. 홀 효과 센서(20)는 도 3과 유사하게 한편으로는 전위(v+)에 연결된 전류 소스(50c)에 의해 단자(21)에서, 그리고 다른 한편으로는 전위(v-)에 연결된 전류 싱크(60c)에 의해 단자(23)에서 작동된다.
이 목적에 맞게 조정된 차단 주파수(fc)의 경우, 다음이 방정식(2)에 따라 일반화된 형태로 적용된다.
fc=Nh*Sh/(2*π*A) (11)
여기서 Nh는 직렬(10, 20)로 연결된 홀 효과 센서의 수이다. 본 실시예에서, Nh=2이다.
방정식(11), (3), 및(6)에 따르면, 단일 유도 루프(150) 대신 다중 권선을 갖는 코일(160)을 사용함으로써, 자기장 센서 시스템의 노이즈 대역폭을 감소시켜 자기 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 4에 도시된 자기장 센서 시스템의 바람직한 실시예에서, 코일(160) 및 홀 효과 센서(10, 20)는 공통 모드 노이즈 신호를 억제하는데 도움이 되는 기하학적 및 전기적 대칭이 일치한다. 기준 전압(Vref)은 증폭기(40)의 입력에서 적절한 공통 모드 전압을 정의한다.
또한, 도 4에 도시된 자기장 센서 시스템의 바람직한 실시예는 출력측에 저역 통과 필터(200)를 포함한다.
전형적으로, 자기장 센서 시스템의 바람직한 실시예는 대역폭(BW)이 적어도 500Hz 및 최대 100kHz 까지의 밴드폭(BW)를 구비한 IHMFS를 갖는다. 이는 일반적으로 도 4에 도시된 2개의 홀 효과 센서(10, 20)(Nh=2)와 코일(160)의 직렬 연결을 포함한다. 2개의 홀 효과 센서(10, 20) 각각은 SH=0.1 V/T의 각각의 절대 감도, RH=1000 Ω의 각각의 출력 저항을 가지며, 2개의 홀 효과 센서(10, 20) 모두는 함께 VHn=5.7 nV/√Hz의 열적 노이즈 전압 스펙트럼 밀도를 갖는다. 코일(160)은 5mm x 5mm=25mm2의 평균 권선 면적(Aa)을 포함한다. Nc=50 권선 및 0.025mm의 와이어 직경을 사용하면 구리 와이어는 34 ohms의 코일 저항과 0.7nV/√Hz의 열적 노이즈 전압을 발생시킨다.
초퍼 안정화와 함께 스핀 전류 동작의 기생 노이즈를 포함하는 집적 증폭기(40)의 입력-관련 노이즈 전압(Van)은 100의 이득에서 10nV/√Hz의 값을 갖는다.
따라서 주파수 f << 차단 주파수(fc)에서 IHMFS의 총 입력-기준 전압은 Vtn = 11.5nV/√Hz이고 IHMFS의 SNEMF -SD 값은 SNEMF -SD = Vtn/(Nh*SH) = 58nT/√Hz. 저역 통과 필터의 차단 주파수 fc = Nh*SH/(2*π*A) = 25.5Hz로, 노이즈 대역폭은 BWn = fc*π/2 = 785Hz이다.
결과적으로, IHMFS의 통합 노이즈 등가 자기장의 경우, Bn=SNEMF -SD*√BWn=0.37 μTrms이다.
그 결과, 본 발명의 이러한 바람직한 실시예는 도 1에 따른 종래 기술보다 최대 8배 더 적은 노이즈를 갖는다.
예를 들어, fm*Bm<Vm*fc/(Nh*SH*G)에서 fm*Bm<6.7T/s로 그리고 결과적으로 Bm<12.7mT로 Vm=5V 및 fm= 500Hz에서 위에서 파생된 적용 제한을 초래한다.
도 5는 홀 효과 센서(100) 및 유도 루프(150)를 포함하는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도를 도시하며, 이들 장치의 출력 단자는 또한 도 3에 도시된 바와 같이 직렬로 연결된다. 도 5에서, 홀 효과 센서(100)는 스핀 전류이며 초퍼가 안정되어 있다. 따라서, 홀 효과 센서(100)의 입력 및 출력 모두에 있는 스위치(110, 111, 및 112)는 홀 전압(VH)를 제어 유닛(701)에 의한 스위치(10, 111, 및 112)의 제어를 위한 클록 신호(700)에 의해 결정된 주파수(702)에서 AC 전압으로 변환하는 반면, 홀 효과 센서(100)의 오프셋 및 저주파 노이즈는 변하지 않고 유지된다. 스위치(112)는 홀 전압(VH)을 인덕터 루프(150)로 직렬로 스위칭한다. 이어서, 스위치(113)의 입력에 추가된 출력 전압(VH+VL)은 증폭기(40)로의 증폭을 위해 직렬로 스위칭된다. 증폭기(40)와 선택적인 저역 통과 필터(200) 사이의 스위치(210)는 증폭된 홀 전압(VH)을 복조(또는 정류)하여 원래 기저 대역으로 복귀한다. 동시에, 스위치(210)는 홀 효과 센서(100)로부터의 증폭된 오프셋 및/또는 저주파 노이즈와 증폭기(40)로부터의 증폭된 오프셋 및 저주파 노이즈를 AC 신호로 변환한다. 저역 통과 필터(40)는 스위치(110, 111, 및 112)에 의해 야기되는 불요 AC 전압 및 스위칭 스파이크를 필터링한다. 이 신호 변환의 결과로, 출력 전압(Vout)은 선택적 저역 통과 필터(200)의 2개의 출력 단자 사이에 인가되거나 또는 출력 신호(OUT)는 또 다른 직렬 연결된 장치(300), 바람직하게는 출력 증폭기 또는 아날로그-대-디지털 변환기의 출력 단자 사이에 인가된다. 결과적으로 VH 신호에는 오프셋 및 저주파 초과 노이즈가 없으며 적절한 경우 출력 신호(OUT)가 디지털화된다. 출력 전압(Vout)은 조건(1)을 만족한다. 스위치(111)는 전류 싱크(61)를 가로질러 홀 효과 센서(100)를 폐쇄 상태에서 전위(v-)로 끌어당긴다.
또한, 도 5에 도시된 자기장 센서 시스템의 바람직한 통합 실시예는 출력측에 저역 통과 필터(200)를 포함하며, 바람직하게는 스위칭 가능한 커패시터에 의해 구현된다.
도 6은 도 1의 홀 자기장 센서 서브시스템(500)을 포함하는 또 다른 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도를 도시하며, 여기서 복조 스위치(112)와 대시로 표시된 선택적인 저역 통과 필터(200) 사이에는 출력 전압(VL)을 갖는 유도 루프(150)가 직렬로 연결된다.
홀 자기장 센서 서브시스템(500)의 출력에서, 증폭된 홀 전압(VH)은 방정식(1)에 따라 존재한다. 이 때문에, 방정식(2) 대신, 저역 통과 필터(200)의 충분한 차단 주파수(fc)는 다음과 같이 주어진다.
fc=G*Sh/(2*π*A) (12)
여기서 G는 홀 자기장 센서 서브시스템(500) 내의 증폭기(40)의 이득을 나타낸다. 두 방정식(2) 및(12)를 비교하면, 증폭기(40)의 입력으로부터 증폭기(40)의 출력으로 유도 루프(150)를 재배치하는 것이 인자 G만큼 저역 통과 필터(200)의 차단 주파수(fc)에서의 증가를 수반하고, 여기서 G>1이다.
또한, 유도 루프(150)의 재배치로 인해, 측정된 자기장(B)의 최대 주파수(fm) 및 최대 진폭(Bm)은 더 이상 방정식(7) 또는 (8)에 의해 주어지지 않지만 오히려
fm*Bm<Vm*fc/(Sh) (13)
각각
fm*Bm<Vm/(2*π*A) (14)에 의해 주어진다.
따라서 최대 주파수(fm)과 최대 진폭(Bm)의 곱은 G>1일 때 인자 G만큼 증가한다.
두 출력 신호, 즉 홀 효과 센서(100)의 출력 전압(VH)과 유도 루프(150)의 출력 전압(VL)이 동일한 인자 G로 증폭되는 경우, 자기장 센서 시스템은 특히 DC로부터 최대 1kHz의 저주파 범위에 적합하다.
홀 효과 센서(100)의 출력 전압(VH)이 유도 루프(150)의 출력 전압(VL)보다 더 많이 증폭되는 경우, 자기장 센서 시스템은 DC로부터 2MHz까지의 광대역 고주파 동작에 특히 적합하다.
도 7은 통합 출력 증폭기(201)를 갖는 홀 자기장 센서 서브시스템(500) 및 홀 자기장 센서 서브시스템(500)의 출력 전압(VH)이 입력 전압으로서 인가되는 하류 비-통합 유도 코일(160), 1차 저역 통과 필터(200)로서 RC 소자, 및 점선으로 도시된 선택적 증폭기(40)(모두 직렬로 연결됨)를 포함하는 바람직한 자기장 센서 시스템의 블록도를 도시한다. 도시된 실시예는 DC로부터 1MHz까지, 바람직하게는 최대 1.5MHz, 더욱 특히 최대 2MHz의 광대역 주파수 범위에서 고주파 측정 적용에 특히 적합한 가변 구성 가능한 외부 인덕터(160)때문이다.
차단 주파수(fc)와 곱(fm*Bm)은 모두 유도 코일의 유효 면적에 따라 다르며, 도 8 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 코일의 권선 수뿐만 아니라 형태와 디자인에 따라 형성될 수 있다.
일반적으로, 자기장 센서 시스템의 바람직한 실시예는 DC로부터 최대 100kHz 까지의 대역폭(BW)을 갖는 IHMFS를 갖는다. IHMFS의 감도는 100V/T이다. 이것은 일반적으로 도 1 내지 도 6 중 하나에 따른 IHMFS의 도 7에 도시된 직렬 연결 및 3개의 홀 효과 센서(10, 20, 30), 뿐만 아니라 외부 코일(160) 및 저역 통과 필터(200)를 포함한다. 3개의 홀 효과 센서(10, 20, 30)는 각각 절대 감도 SH=0.1 V/T이고, 각각의 출력 저항 RH=1000 Ω이며, 3개의 홀 효과 센서(10, 20, 30)는 모두 VHn=6.9 nV/√Hz의 열적 노이즈 전압의 스펙트럼 밀도를 함께 갖는다.
IHMFS에 속하고 이미 그 안에 통합된 증폭기(40)의 입력-관련 노이즈 전압(Van)은 초퍼 안정화와 함께 스핀 전류 작동의 기생 노이즈를 포함하여 100의 이득에서 10nV/√Hz의 값을 갖는다.
IHMFS의 감도는 SIHMFS=Nh*SH*G=30V/T로 주어진다.
IHMFS의 총 입력-기준 노이즈 전압은 주파수 f<<차단 주파수(fc)일 때 Vtn=11.5nV/√Hz로 확인되고 IHMFS의 SNEMF -SD의 값이 SNEMF -SD=Vtn/(Nh*SH)=58nT/√Hz인 것으로 확인되었다.
외부 코일(160)은 5mm x 5mm=25mm2의 평균 권선 면적(Aa)을 포함하고, Nc=20 권선 및 5*10- 4m2의 면적(A)을 갖는다.
외부 저역 통과 필터의 차단 주파수 fc=GNh*SH/(2*π*A)=9.5kHz, 노이즈 대역폭은 BWn=fc*π/2=14.9kHz가 된다.
결과적으로, 자기장 센서 시스템의 바람직한 실시예의 통합 노이즈 등가 자기장에 대해, Bn=SNEMF -SD*√BWn=4.9 μTrms.
예를 들어 Vm=10V 및 fm*Bm<Vm/(2*π*A) 내지 fm*Bm <3.2*103 T/s로, 위에서 파생된 적용 제한을 초래한다. 따라서, Bm=3mT의 최대 자기장으로, 1MHz의 최대 주파수(fm)가 가능하다.
도 8은 평면 기술로 제조된 유도 코일(160)의 실시예의 개략도를 도시하며, 이는 바람직하게는 자기장 센서 시스템의 추가 구성요소와 함께 칩 상에 통합된다. 권선의 수는 개략적으로 도시된 3개의 스위칭 가능한 권선과 함께 선택 스위치(114)를 통해 적용에 따라 자유롭게 선택 가능하다. 유도 코일(160)의 권선 수-의존 영역(A)은 적용 관련 방식으로 이러한 개략적으로 도시된 3개의 권선을 훨씬 넘어서 변경될 수 있다.
도 9는 베이스 플레이트(170) 상의 칩 표면에 평행하게 배열된 코일 조립체(160)로 둘러싸인 베이스 플레이트(170) 상의 칩(600)의 일 실시예의 개략도를 도시하고, 권선은 칩(600) 주위로 연장된다. 코일(160)은 본드 패드 형태의 단자(171, 172)를 갖는다. 본 발명에 따르면, 칩(600)은 자기장 센서 서브시스템을 포함한다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 상부 플레이트(170)와 하부 플레이트(170') 사이에 칩(600)의 샌드위치형 배열체를 포함하는 바람직한 실시예의 개략도를 도시한다. 도 10a에서, 2개의 플레이트(170, 170')는 각각 칩(600)을 향하는 표면 상에 본드 패드 형태의 각각의 연결부(171, 172 및 171', 172')를 갖는 코일(160, 160')을 갖는다. 도 10b에서, 2개의 코일 구조(161, 162)를 갖는 코일(160)은 각각의 권선을 갖는 2개의 코일 구조(161, 162) 사이에 두 개의 코일 구조(161, 162) 중 하나의 폭의 적어도 10%에 해당하는 공간적 간격이 도입되는 방식으로 공간적으로 구성되어, 2 개의 코일 구조(161, 162)의 권선이 칩(600) 주위를 둘러싸고 및/또는 커버 플레이트(170) 및 베이스 플레이트(170')에 통합되도록 한다. 2개의 코일 구조(161, 162)는 하나의 코일(160)로 작용하도록 서로 전기적으로 연결될 수 있거나 2개의 개별 코일(160)로서 서로 전기적으로 독립적으로 작용할 수 있다.
도 10c에서, 코일(160)의 권선은 도 10b에 도시된 바와 같이 2 개의 코일 구조(161, 162) 사이에 어떠한 간격도 없이 칩(600) 주위를 순환한다.
도 11a는 측벽(163, 164) 및 하부 판(165)을 포함하는 기판 상에 칩(600)의 표면에 수직인 권선으로 배열된 2개의 코일 구조(161, 162)의 실시예의 개략도를 도시하며, 기판은 바람직하게는 소위 가요성 플렉스프린트 회로 기판 재료 또는 강성 플렉스프린트 회로 기판 재료 또는 임의의 강성 또는 가요성 기판 재료, 바람직하게는 U자형으로 만들어진 코일 구조(161, 162)를 접힘 또는 굽힘에 의해 제조된다. 바람직하게는, 코일 구조(161, 162)는 평면 기술을 사용하여 제조된다. 또한 와이어로 만든 배치 가능한 권선도 가능한다. 2개의 코일 구조(161, 162)는 전기적으로 상호 연결되어 하나의 코일(160) 또는 2개의 독립적으로 작동하는 코일(160)을 형성한다.
도 11b 및 도 11c는 코일 구조(161, 162)가 각각 측벽(163, 164)에 인가된 도 11a에 예시된 실시예를 도시한다. 도 11c의 시각적이고 투명한 선 표현으로부터, 코일 구조가 또한 베이스 플레이트(165) 내로 및/또는 베이스 플레이트(165) 상으로 부분적으로 연장하기 때문에, 베이스 플레이트(165)와 함께 코일 구조(161, 162)는 각각 칩(600)을 U-형상으로 둘러싼다. 2개의 코일 구조(161, 162)는 전기적으로 상호 연결되어 코일(160) 또는 2개를 독립적으로 작동하는 코일(160)을 형성할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 자기장의 3개의 상이한 직교 스캐닝 방향, 즉 공간 방향 성분(Bx, By, Bz)에 대응하는 3개의 상이한 구성으로 칩(600) 주위를 감싸는 표시된 코일(160)의 개략도를 도시한다.
도 13은 칩(600)의 일측 상에 배열된 공기 코일 형태의 코일(160)을 갖는 베이스 플레이트(170)상의 칩(600)의 바람직한 실시예의 개략도를 도시한다.
도 14는 2개의 공기 코일 형태로 그 위에 배열된 2개의 코일(160, 160')을 갖는 베이스 플레이트(170) 상의 칩(600)의 바람직한 실시예의 개략도를 도시한다. 코일(160, 160')은 칩(600)의 2개의 대향 측면에 샌드위치와 같은 방식으로 권선과 평행하게 배열된다.

Claims (14)

  1. 자기장 센서 시스템(magnetic field sensor system)으로서,
    - 제 1 자기장 센서;
    - 하나 이상의 제 2 자기장 센서; 및
    - 증폭기를 포함하고,
    모든 자기장 센서가 직렬로 연결되어, 각각의 출력 신호가 상기 증폭기의 공통 입력 신호에 추가될 수 있는, 자기장 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장 센서의 공급 접점(supply contact)은 전압원(voltage source)에 연결되고, 상기 자기장 센서의 모든 나머지 공급 접점은 각각 정전류원(constant current source) 또는 정전류 싱크(sink)에 연결되는, 자기장 센서 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장 센서 및 하나 이상의 상기 제 2 자기장 센서는 홀 효과 센서(Hall effect sensor), 바람직하게는 휘트스톤의(Wheatstone's), 브리지 회로(bridge circuit), 내의 자기 저항 센서, 유도 루프 또는 유도 코일, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치인, 자기장 센서 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장 센서는 홀 효과 센서, 자기 저항 센서, 유도 루프 또는 유도 코일로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성요소(component) 및 추가 증폭기와 조합하여 연결되고, 상기 구성요소는 상기 추가 증폭기의 상류에 연결되는, 자기장 센서 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기장 센서 시스템 및/또는 상기 자기장 센서 서브시스템은 상기 제 1 자기장 센서의 스핀 전류 동작(spinning current operation) 및/또는 상기 증폭기의 초퍼(chopper) 안정화를 위한 스위칭 가능한 접점을 포함하는, 자기장 센서 시스템.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 자기장 센서 시스템은 - 상기 자기장 센서 시스템의 일부로서 유도 루프 또는 유도 코일의 존재하에 - 상기 유도 루프 또는 상기 유도 코일에서 유도된 전압의 주파수 의존성을 보상하기 위한 적분기(integrator) 또는 저역 통과 필터(low-pass filter)를 추가로 포함하는, 자기장 센서 시스템.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    홀 효과 센서 또는 자기 저항 센서와 자기장 센서 시스템의 일부로서 유도 루프 또는 유도 코일의 조합의 존재하에, 상기 유도 소자(element)는 그 안에 유도된 전압(VL)의 위상이 상기 홀 효과 센서 또는 상기 자기 저항 센서의 전압의 위상에 상대적으로 앞서도록 연결되는, 자기장 센서 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장 센서 시스템 및/또는 적어도 하나의 상기 제 2 자기장 센서 및/또는 자기장 센서 서브시스템은 집적 회로로서 구현되는, 자기장 센서 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 구성요소와 조합된 상기 제 1 자기장 센서는 집적 회로로서 구현되고, 그 출력은 출력 신호를 추가하기 위하여, 유도 루프 또는 유도 코일과 직렬로 연결되는, 자기장 센서 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집적 회로는 적어도 하나의 홀 효과 센서 및 자기장 섹터(sector)의 적어도 하나의 공간 방향 성분에 대한 유도 루프 또는 유도 코일을 포함하여, 상기 자기장 벡터의 2개 또는 3개의 공간 방향 성분이 검출 가능한, 자기장 센서 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 집적 회로는 자기장 벡터의 적어도 하나의 공간 방향 성분에 대한 적어도 하나의 홀 효과 센서를 포함하고, 상기 유도 루프 또는 루프들 또는 코일 또는 코일들 또는 이들의 조합이 상기 집적 회로를 적어도 부분적으로 공간적으로 둘러싸서 상기 자기장 벡터의 1개, 2개, 또는 3개의 공간 방향 성분이 검출 가능한, 자기장 센서 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하고, 상기 홀 효과 센서의 출력 신호와 유도성 구성요소의 출력 신호 모두가 동일한 인자(factor)로 증폭되어 0Hz(DC) 내지 1 kHz의 밴드폭을 갖는 저 주파수 범위에서 5mT 내지 3T의 자기장 측정 범위가 500nT의 측정 해상도(resolution), 즉 5mT 측정 범위의 가장 작은 측정 범위의 인자 10-4로 커버될 수 있고, 그렇지 않으면 측정 범위의 인자 10-5로 커버될 수 있는, 자기장 센서 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하고, 상기 홀 효과 센서의 출력 신호는 상기 유도성 구성요소의 출력 신호보다 더 강하게 증폭되어 0Hz(DC) 내지 200kHz의 대역폭의 중간 주파수 범위에서 5mT 내지 300mT의 자기장 측정 범위가 5mT의 측정 해상도, 즉 5mT 측정 범위의 최소 측정 범위의 인자 10- 3으로 커버될 수 있고, 그렇지 않으면 측정 범위의 인자 10-4로 커버될 수 있는, 자기장 센서 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬로 연결된 홀 효과 센서 및 유도성 구성요소를 포함하고, 상기 홀 효과 센서의 출력 신호는 상기 유도성 구성요소의 출력 신호보다 더 강하게 증폭되어 0Hz(DC) 내지 2MHz의 대역폭를 갖는 고주파 범위에서 3mT 내지 30mT의 자기장 측정 범위가 15μT의 측정 해상도, 즉 3mT 측정 범위의 최소 측정 범위의 인자 5x10- 2으로 커버될 수 있고, 그렇지 않으면 측정 범위의 인자 10-3으로 커버될 수 있는, 자기장 센서 시스템.
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