KR20220140755A - 배향 독립형 자기장 센서 - Google Patents
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Abstract
배향 둔감형 속도 센서를 위한 방법들 및 장치들이 개시된다. 자기장 센싱 요소들은, 예를 들면, 출력 신호를 발생시키도록 결합될 수 있는 제1 및 제2 채널 신호들을 발생시키기 위해 원위에 위치할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소들의 위치는 표유 자계들의 효과를 감소시킨다. 실시예들은 시동 동안에 타겟 위치를 결정하기 위해 트루 파워 온 스테이트 처리를 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 배향 둔감형 차동 감지를 제공하기 위해 다중의 자기장 센싱 요소들을 가지는 센서를 위한 방법들 및 장치들을 제공한다.
기어 톱니 타겟과 같은 타겟의 회전과 같은 동작을 감지하는 자기장 센서들이 알려져 있다. 이러한 센서들은 회전하는 타겟의 프로파일의 특징들, 예를 들면, 철을 함유하는 기어의 톱니들과 밸리들 또는 링 자석과 같은 자성 타겟의 북극과 남극들을 검출한다.
상기 타겟 프로파일과 연관된 자기장은 홀(Hall) 요소 또는 자기저항(MR) 요소와 같은 자기장 센싱 요소에 의해 감지된다. 상기 타겟이 상기 센싱 요소를 지나가면서, 상기 센싱 요소가 겪는 자기장은 상기 타겟 프로파일과 관련하여 변화된다. 상기 센싱 요소는 상기 감지된 자기장에 비례하는 신호를 제공하며, 상기 센서는 출력, 예를 들면, 상기 자기장 신호가 임계값과 교차되는 매 시간에 상태를 변경시키는 신호를 발생시키도록 상기 자기장 신호를 처리한다. 이와 같은 출력은 회전 속도 정보를 제공하는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 배향 둔감형 차동 감지를 제공하기 위해 다중의 자기장 센싱 요소들을 구비하는 센서를 위한 방법들 및 장치들을 제공한다. 예시적인 실시예들은 엔진 캠 샤프트와 같은 회전하는 타겟의 속도를 검출하는 데 유용할 수 있다. 실시예들에서, 상기 센서는, 예를 들면, 시동 동안이나 이후에 타겟 위치의 결정을 가능하게 하는 트루 파워 온 스테이트(true power on state: TPOS) 정보를 포함할 수 있다.
일 측면에서, 집적 회로 패키지 내의 센서는 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 적어도 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제1 쌍의 센싱 요소들과 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제2 쌍의 센싱 요소들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 쌍들의 센싱 요소들 내의 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 평면 원 내에 배치되고, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 평면 원에 방사상인 자기장에 대해 가장 큰 감도 방향을 가지며, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 상기 제2 자기장 센싱 요소와 정반대로 대향되게 위치하고, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제4 자기장 센싱 요소와 정반대로 대향되게 위치하며, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되고, 상기 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되며, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고, 상기 센서는 제1 전압을 제공하기 위해 상기 제1 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제2 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압을 감산하도록 구성되며, 상기 센서는 제2 전압을 제공하기 위해 상기 제4 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제3 자기장 센싱 요소에 발생되는 전압을 감산하도록 구성되고, 상기 센서는 제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하도록 구성된다.
센서는 다음 특징들 중에서 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 수직형 홀 요소들을 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 자기저항 요소들을 포함하며, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 평균하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하고, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 합산하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 링 자석 또는 블록 자석에 의해 백-바이어스되고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 0G의 자석에 의해 백-바이어스되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 타겟으로부터 최대 거리에 대해 감지된 자기장이 상기 타겟으로부터 최소 거리에 대해 감지된 자기장보다 작도록 배치되며, 시동 동안에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 상기 제3 전압에 대해 임계값을 설정하고, 상기 임계값은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 톱니와 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 밸리에 대응되는 상기 제3 전압 사이에 있으며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 원에 대해 균등하게 이격되고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 브리지로 구성되며 및/또는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들 이외에 적어도 둘 이상의 자기장 센싱 요소들이 포함된다.
다른 측면에서, 방법은 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 적어도 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제1 쌍의 센싱 요소들과 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제2 쌍의 센싱 요소들을 채용하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 쌍들의 센싱 요소들 내의 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 평면 원 내에 배치되고, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 평면 원에 방사상인 자기장에 대해 가장 큰 감도 방향을 가지며, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 상기 제2 자기장 센싱 요소와 정반대로 대향되게 위치하고, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제4 자기장 센싱 요소와 정반대로 위치하며, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되고, 상기 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되며, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고; 제1 전압을 제공하기 위해 상기 제1 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제2 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압을 감산하는 단계를 포함하며; 제2 전압을 제공하기 위해 상기 제4 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제3 자기장 센싱 요소에 발생되는 전압을 감산하는 단계를 포함하고; 제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하는 단계를 포함한다.
방법은 다음 특징들 중에서 하나 또는 그 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 수직형 홀 요소들을 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 자기저항 요소들을 포함하며, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 평균하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 단계를 포함하고, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 합산하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 단계를 포함하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 링 자석 또는 블록 자석에 의해 백-바이어스되고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 0G의 자석에 의해 백-바이어스되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 타겟으로부터 최대 거리에 대해 감지된 자기장이 상기 타겟으로부터 최소 거리에 대해 감지된 자기장보다 작도록 배치되고, 시동 동안에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 상기 제3 전압에 대해 임계값을 설정하는 단계를 포함하며, 상기 임계값은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 톱니와 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 밸리에 대응되는 상기 제3 전압 사이에 있고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 원에 대해 균등하게 이격되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 브리지로 구성되고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들 이외에 적어도 둘 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함한다.
다른 측면에서, 센서는 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 감지를 위한 수단을 포함하며, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 자기장 센싱 요소들 중의 다른 것과 정반대로 대향되게 위치하도록 평면 원 내에 배치되고, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고; 제1 전압을 제공하기 위해 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제1의 것에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제 자기장 센싱 요소들 중의 제2의 것에 의해 발생되는 전압을 감산하고, 제2 전압을 제공하기 위해 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제4의 것에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제3의 것에 의해 발생되는 전압을 감산하며, 제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 전술한 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부된 도면들에서,
도 1은 회전하는 타겟과 관련하여 위치하는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC의 도면이고,
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 블록도이며,
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서들 IC의 일부의 개략적인 도면이고,
도 2b는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC에 대한 예시적인 출력 신호의 파형 도면이며,
도 3a-도 3c는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 일부로서 자석과 관련하여 위치하는 자기장 센싱 요소들을 도시하고,
도 4는 타겟의 톱니와 관련하여 위치하는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 일부의 도면이며,
도 5a-도 5c는 각기 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟을 위한 일정한 에어 갭 및 변화되는 배향에 대한 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호를 도시하고,
도 5d-도 5f는 도 5a-도 5c의 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호의 정규화 버전들을 도시하며,
도 6a-도 6c는 각기 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟을 위한 변화되는 에어 갭 및 일정한 배향에 대한 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호를 도시하고,
도 6d-도 6f는 도 6a-도 6c의 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호의 정규화 버전들을 도시하며,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟의 일부로서 원 주위에 균등하게 위치하는 여섯의 자기장 센싱 요소들의 도면이고,
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC에 대한 처리를 위한 단계들의 예시적인 순서를 나타내는 흐름도이며,
도 9는 여기에 설명되는 처리의 적어도 일부를 수행할 수 있는 예시적인 컴퓨터의 개략적인 도면이다.
도 1은 회전하는 타겟과 관련하여 위치하는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC의 도면이고,
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 블록도이며,
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서들 IC의 일부의 개략적인 도면이고,
도 2b는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC에 대한 예시적인 출력 신호의 파형 도면이며,
도 3a-도 3c는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 일부로서 자석과 관련하여 위치하는 자기장 센싱 요소들을 도시하고,
도 4는 타겟의 톱니와 관련하여 위치하는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC의 일부의 도면이며,
도 5a-도 5c는 각기 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟을 위한 일정한 에어 갭 및 변화되는 배향에 대한 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호를 도시하고,
도 5d-도 5f는 도 5a-도 5c의 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호의 정규화 버전들을 도시하며,
도 6a-도 6c는 각기 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟을 위한 변화되는 에어 갭 및 일정한 배향에 대한 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호를 도시하고,
도 6d-도 6f는 도 6a-도 6c의 채널 1 신호, 채널 2 신호 및 채널 합산 신호의 정규화 버전들을 도시하며,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 자기장 센서 IC 및 타겟의 일부로서 원 주위에 균등하게 위치하는 여섯의 자기장 센싱 요소들의 도면이고,
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자기장 센서 IC에 대한 처리를 위한 단계들의 예시적인 순서를 나타내는 흐름도이며,
도 9는 여기에 설명되는 처리의 적어도 일부를 수행할 수 있는 예시적인 컴퓨터의 개략적인 도면이다.
도 1은 교번되는 톱니들(106) 및 벨리(valley)들(108)과 같이 고르지 않은 외측 표면을 가지는 회전하는 타겟(102)의 이동을 감지하기 위한 예시적인 센서 집적 회로(IC)(100)를 도시한다. 예시적인 실시예들에서, 상기 센서 IC(100)는 엔진 캠축(camshaft)의 회전 속도를 결정하도록 구성된다. 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 센서 IC(100)는 차동 감지(differential sensing)를 제공할 수 있고, 배향에 민감하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 센서 IC는 다음에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 시동 시에 타켓의 위치를 결정하기 위해 트루 파워 온 스테이트(true power on state: TPOS)를 포함한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 배향 둔감형 차동 자기장 감지(orientation insensitive differential magnetic field sensing)를 구비하는 예시적인 속도 센서 IC(200)의 블록도를 도시한다. 자기장 센싱 요소 모듈(202)은, 예를 들면, 수직형 홀(vertical Hall) 요소들과 같은 하나 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소 모듈(202)의 출력은 필터링되고(204), 트림(trim)되며(206), 차동-차이 증폭기(differential-difference amplifier: DDA)에 의하는 바와 같이 증폭된다(208). 실시예들에서, 홀 요소 장치들이 될 수 있는 상기 자기장 센싱 요소들은 자기장 구배의 강도를 측정하고, 타겟 특징들에 대응되는 전기 신호들을 제공하기 위해 초퍼(chopper) 안정화된다.
도 2a는 대향되는 톱니/밸리 위치들에서 타겟과 함께 도 2의 IC(200)의 예시적인 구현 예를 도시한다. 예시한 실시예에서, 상기 자기장 센싱 요소는 상기 자기장 센싱 요소와 정렬되는 집중기(concentrator)를 구비하여 펠렛과 같은 자석으로 백-바이어스(back-bias)된다. 상기 톱니가 상기 자기장 센싱 요소와 정렬될 때에 높은 자기장(high-B field)이 나타내며, 상기 밸리가 정렬될 때에 낮은 자기장(low-B field)이 존재한다. 톱니들 및 밸리들에 의해 생성되는 자기장 구배의 차이는 상기 장치들이 상기 타겟 특징들을 나타내는 디지털 출력 신호를 발생시키게 한다.
도 2를 다시 참조하면, 상기 IC 출력 신호 OUT는 상기 타겟의 기계적 프로파일의 디지털 표시이다. 자동 이득 제어(automatic gain control: AGC)는 스위칭 임계값(switching threshold)들이 효과적인 에어 갭(상기 홀 요소 및 상기 타겟의 가장 가까운 특징 사이의 전체적인 거리)의 변화의 효과들로부터 분리되는 것을 보장한다. AGC는 내부의 처리된 신호가 최적의 처리 범위 이내에 해당되도록 감지된 자기장 구배를 정규화한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서 IC(200)는 실행 모드(running mode) 프로세서(212)의 제어 하에서 TPOS, 교정(calibration) 및 실행과 같은 다중의 모드들로 동작한다. TPOS 및 교정은 전원 인가 시에 개시될 수 있다. TPOS는 교정 기능들이 수행되는 동안에 장치를 제어하여 즉각적인 장치 출력을 발생시킨다. 교정이 완료된 후, 실행 모드로 정상 동작이 시작된다.
전원 인가 시간 후, 상기 장치는 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 TPOS 동작 동안에 톱니와 밸리를 구별하기 위해 이용되는 내부 임계값인 TPOS 임계값 레벨과 응용 자기장 구배의 현재의 레벨을 비교하여(내부 교정 단계의 종료까지 전원 인가로부터) 상기 장치에 대향되는 상기 타겟 특징에 상응하는 출력 전압을 즉시 발생시킨다.
실시예들에서, 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(214)는 AGC(210)를 수신할 수 있으며, 모드 제어(220)를 위해 임계값들을 발생시키도록 신호들을 TPOS 트림시킬(218) 수 있다. 동작 시에, 도 2b에 도시한 바와 같이 출력(OUT) 상의 파형이 회전하는 타겟의 피크/밸리 전환들에 대응된다.
도 3a-도 3c는 브리지 구성으로 링(ring) 자석(304)에 대해 배치되는 자기장 센싱 요소들(302a-d)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 4는 외측 표면 상에 톱니들(106) 및 밸리들(108)을 가지는 회전하는 타겟(102)과 관련하여 배치되는 예시적인 센서를 도시한다. 예시한 실시예에서, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들(302)은 상기 링 자석(304)과 정렬되는 원위에 위치한다. 특정한 일 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들(302a-d)은 원위에서 구십 도로 이격되는 수직형 홀 요소들로 제공되며, 상기 홀 요소들은 상기 링 자석의 면에 평행한 평면 상에 위치한다. 실시예들에서, 상기 자기장 센싱 요소들(302)은 상기 자기장 센싱 요소들의 평면 상의 편향된 자계를 측정하기 위해 제로 가우스(zero-gauss) 자석 상부에 위치된다.
각 센싱 요소 자계는 동일한 크기이지만 대향되는 자계 방향을 가지는 정반대로 대향되는 센싱 요소 자계로 감산되며, 차동 감지를 생성한다. 외부 자계가 이에 따라 소거된다. 대향되는 차동 센싱 요소들의 각 세트의 합산 또는 평균을 수향하는 것과 같이 결합시키는 것은 상기 배향에 둔감한 IC를 제공하기 위해 다중의 방향들로 상기 자기장 편향을 측정하는 것을 가능하게 한다.
수직형 홀 센싱 요소들을 포함할 수 있는 상기 자기장 센싱 요소들(302a-d)은 백-바이어스 자석 및 전방의 상기 회전하는 타겟(102)으로 인한 결과적인 자기장으로부터 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 전압들(Va, Vb, Vc, Vd)을 발생시킨다. 상기 제1 및 제2 전압들(Va, Vb)은 Zg 축을 따른 양의 자계에 대응되고, 상기 제3 및 제4 전압들(Vc, Vd)은 Xg 축을 따른 양의 자계에 대응된다. 상기 자석은 Yg 축을 따라 자화된다.
실시예들에서, 상기 수직 홀 플레이트들/요소들(302a-d)은 상기 홀 플레이트들에 의해 감지되는 자기장이 타겟이 상기 센서의 전방에 없을 때에 작아지도록 상기 자석(304)에 대해 특정한 위치에 배치된다.
예시한 실시예에서, 다음의 채널들이 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 의해 발생되는 상기 전압 신호들(Va, Vb, Vc, Vd)로부터 생성된다.
채널 1＝Vd－Vc
채널 2＝Va－Vb
채널 합산＝채널 1＋채널 2
도 5a-도 5f 및 도 6a-도 6f는 OD＝6, ID＝2 및 H＝3㎜의 SmCo 자석을 포함하는 예시적인 구성을 위한 채널 1, 채널 2 및 채널 합산에 대한 시뮬레이션들을 도시하며, 여기서 OD는 외측 직경을 지칭하고, ID는 내측 직경을 지칭하며, H는 높이를 지칭한다.
도 5a-도 5f는 타겟 위치에 대해 0도에서 90도까지의 15도의 간격들(0, 15, 30, 45, 60, 75, 90)로의 IC 배향들 및 1.5㎜의 일정한 에어 갭에 대한 신호를 도시한다. 도 5a는 상기 채널 1 신호를 도시하고, 도 5b는 상기 채널 2 신호를 도시하며, 도 5c는 채널 합산 신호를 도시한다. 예시적인 톱니/밸리 위치가 도면들의 하부에 도시된다.
도 5d는 도 5e 및 도 5f의 정규화된 채널 2 및 채널 합산에 대해 유사하게 0에서 100까지의 범위로 정규화된 도 5a의 채널 1 신호들을 도시한다.
도 6a-도 6c는 도 5a-도 5c와 동일한 톱니/밸리 위치에 대해 타겟 위치에 대한 0도의 일정한 배향 및 0.5㎜, 1.5㎜ 및 3㎜의 에어 갭들에 대한 채널 신호들을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 자계 강도가 상기 에어 갭 거리에 따라 변화된다. 도 6a는 채널 1에 대한 신호들을 도시하고, 도 6b는 채널 2에 대한 신호들을 도시하며, 도 6c는 채널 합산에 대한 신호들을 도시한다. 도 6d-도 6f는 각기 도 6a-도 6c에 대해 정규화된 신호들을 도시한다.
도 5a-도 5f로부터 상기 채널 합산 신호 프로파일들이 다양한 배향들에 대해 동일한 것을 알 수 있다. 즉, 상기 센서는 상기 Xg/Zg 평면 내의 Yg 축에 대해 임의의 배향을 가질 수 있고, 동일한 채널 합산 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 센서는 일정한 에어 갭에 대해 둔감하게 '비틀어(twist)'진다. 상기 센싱 요소들의 평면은 이상적으로는 상기 센서의 오차들을 회피하고 비틀린 둔감성을 향상시키기 위해 상기 타겟의 접선에 평행하다.
도 6a-도 6f(고정된 배향 및 다양한 에어 갭들)로부터, 상기 타겟 밸리 상의 자성 프로파일이 상기 에어 갭으로부터 동일하게 독립적인 것을 알 수 있다. 상기 톱니/밸리 전환에 대한 상기 신호 진폭은 상기 에어 갭의 함수로 변화된다. 밸리 및 톱니 사이의 분리는 TPOS(트루 파워 온 스테이트)를 결정하는 데 이용되기 위해 잘 정의된다. 제1 임계값(TH1)은 전원 인가 시에 각도 위치(밸리 또는 톱니 상의 센서)를 판별하는 데 이용된다. 상기 제1 임계값(TH1)은 상기 밸리의 최대 신호 및 상기 톱니의 최대 신호 사이에 위치해야 한다. 실시예들에서, 상기 제1 임계값(TH1)은 시동 시에 이용되며, 고정된 값(퍼센티지가 아닌), 예를 들면 전압 또는 동등한 자기장 값을 가진다.
출력의 약 70%에서 예시적인 제2 임계값(TH2)이 정규화된 채널 합계에 대해 도 6f에 도시되며, 이는 상기 타겟 프로파일에 대응된다. 이러한 임계값은 시동이 완료되면 이용된다. 예시한 실시예에서, 에어 갭 상부의 곡선들의 위치의 교차점이기 때문에 70%가 선택된다. 이는 스위칭 위치를 상기 에어 갭 값으로부터 독립적으로 되게 한다.
수직형 홀 요소들과 함께 예시적인 실시예들을 도시하고 설명하지만, 상기 자기장 센싱 요소들이 상기 XgZg 평면 내의 자기장을 감지할 수 있는 임의의 적절한 요소를 포함할 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 자계가 상기 톱니들/밸리들로 인해 변화되는 에어 갭과 같이 이동하는 타겟에 의해 변경되면서 상기 자석의 중심으로부터 편향된 자계를 측정해야 한다.
실시예들에서, 자기장 센싱 요소들의 숫자는 적어도 넷이다. 실시예들에서, 짝수의 자기장 센싱 요소들이 사용된다. 실시예들에서, 상기 자기장 센싱 요소들은 원 위에 위치한다. 실시예들에서, 자기장 센싱 요소들의 쌍들은 동일한 방향으로 감지하기 위해 상기 원위에 서로 정반대로 대향되게 위치한다. 실시예들에서, 각 자기장 센싱 요소들은 상기 원위의 그 위치에서 반사상 자계를 감지한다. 실시예들에서, 원주를 따라 각각의 연속하는 자기장 센싱 요소 사이에 일정한 거리가 존재한다. 즉, 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 원위에서 균등하게 이격된다.
도 7은 XZ 평면 내의 원 위에 균등하게 이격된 여섯의 자기장 센싱 요소들(SE)을 포함하는 예시적인 센서를 도시한다. 상기 Y 축은 상기 XZ 평면 밖으로 나온다. 각 자기장 센싱 요소의 양의 감지 방향은 각각의 화살표로 나타낸다.
TPO 기능성을 가지는 예시적인 실시예에서, 상기 자석에 의해 발생되는 자기장이 상기 센싱 요소 위치들에서 영(zero)에 가깝게 되도록 0G의 자석이 상기 센싱 요소 원의 선택된 반경과 함께 이용된다. 전방의 타겟이 없이 영에 가까게 되는 상기 센싱 요소들에 의해 관찰되는 자계를 가지는 것은 열운동(thermal drift)에 대한 둔감성을 증가시키고, 보다 큰 유연성을 가능하게 하며, 상기 TPO 임계값의 선택에 대해 제어한다.
예시적인 실시예들이 자기장 센싱 요소들의 쌍들에 대한 채널 신호들의 합산을 도시하지만, 쌍들이나 세트들, 또는 임의의 실질적인 숫자의 자기장 센싱 요소들로부터의 신호들이 표유 자계(stray field)들의 효과를 감소시키기 위해 차동 신호를 제공하도록 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있는 점이 이해될 것이다.
Bi,1 및 Bi,2가 대향하는 센싱 요소들의 쌍 i에 의해 측정되고, n쌍의 센싱 요소들이 존재한 것으로 상정한다. 일 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 차동 신호들의 합산이 된다.
다른 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 차동 신호들의 평균이 된다.
상기 센싱 요소들의 각 쌍들의 차동 자계를 취하는 것이 외부 표유 자계들에 대한 상기 센서의 감도를 감소시키는 점이 이해될 것이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 배향 둔감형 차동 속도 감지를 제공하기 위한 단계들의 예시적인 순서를 도시한다. 단계 800에서, 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들로부터 제1 신호들이 수신되고, 제1 채널 신호를 발생시키도록 결합된다. 예시적인 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 제1 평면 내에 위치하고, 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정한다. 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 서로에 대한 위치가 고정될 수 있다. 단계 802에서, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들로부터 제2 신호들이 수신되고, 제2 채널 신호를 발생시키도록 결합된다. 상기 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 제2 평면 내에 위치할 수 있고, 상기 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정할 수 있다. 실시예들에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 링 자석에 의하는 바와 같이 백-바이어스된다. 단계 804에서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호는 상기 타겟의 이동에 대응되는 출력 신호를 발생시키도록 결합된다. 예시적인 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 채널 신호들은 합산된다. 선택적인 단계 806에서, 상기 센싱 요소들로부터의 하나 또는 그 이상의 자기장 신호들이 시동 동안이나 이후에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 임계값과 비교된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 표현은 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 설명하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall effect) 요소, 플럭스 게이트(flux gate), 자기저항(magnetoresistance) 요소, 또는 자기트랜지스터(magnetotransistor)가 될 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소, 수직형 홀 요소 및 원형 수직 홀(CVH) 효소가 존재한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 예를 들면 스핀 밸브와 같은 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, 예를 들어, 하프 브리지 또는 풀(휘트스톤) 브리지로 배열된 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 게르마늄-비소(GaAs) 혹은, 예를 들어 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 인듐 화합물과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성된 장치가 될 수 있다.
상술한 자기장 센싱 요소들 중에서 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 평행한 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있고, 상술한 자기장 센싱 요소들 중에서 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 직교하는 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 직교하는 감도의 축들을 가지는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들어, GMR, TMR, AMR) 및 수직형 홀 요소들은 기판에 평행한 감도의 축들을 가지는 경향이 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 표현은 대체로 다른 회로들과 결합하여 자기장 센싱 요소를 이용하는 회로를 설명하는 데 사용된다. 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류로 인해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 상기 자기장 센서가 백-바이어스되거나 다른 자석과 결합하여 이용되는 통과하는 강자성 물체, 예를 들면, 링 자석이나 강자성 물품들(예를 들어, 기어 톱니들)의 자기 도메인들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에서 이용된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "정확도"라는 표현은 자기장 센서에 대해 언급될 때에 상기 자기장 센서의 다양한 측면들을 언급하는 데 사용된다. 이들 측면들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 기어가 회전하지 않고 있거나 및/또는 기어가 회전하고 있을 때에(또는 보다 일반적으로는, 강자성 물체가 이동하고 있거나 이동하지 않고 있을 때에) 기어 톱니와 기어 밸리(또는 보다 일반적으로는 강자성 물체의 존재와 강자성 물체의 부존재)를 구별하는 상기 자기장 센서의 능력, 상기 기어의 톱니의 에지와 상기 기어의 밸리(또는 보다 일반적으로는, 강자성 물체의 에지 또는 경질의 강자성 물체의 자화 방향의 변화)를 구별하는 능력, 상기 기어 톱니의 에지가 식별되는 회전 정확도(또는 보다 일반적으로는, 강자성 물체 또는 경질의 강자성 물체의 에지가 식별될 수 있는 위치 정확도)를 포함한다. 근본적으로, 정확도는 상기 자기장 센서를 지나가는 기어 톱니 에지들에 대한 신호 에지 배치 정확도 및 일치성을 지칭한다.
"평행한" 및 "직교하는"이라는 표현들은 여기서 다양한 내용들에 사용된다. 상기 평행한 및 직교하는 이라는 표현들이 정확한 직교성이나 정확한 평행성을 요구하지는 않지만, 대신에 공차들이 상기 표현들이 사용되는 내용에 따르는 통상적인 제조 공차가 적용되도록 의도된 점이 이해되어야 할 것이다. 일부 경우들에서, "실질적으로"라는 표현은 "평행한" 또는 "직교하는"이라는 표현들을 변경하는 데 사용된다. 대체로, "실질적으로"라는 표현의 사용은 제조 공차들을 넘는, 예를 들면, +/- 십도이내인 각도들을 반영한다.
자기장 센서들과 설치가 변화 될 수 있거나 때때로 설치될 수 있는 상기 기어 사이의 에어 갭에 변하가 존재하더라도 상기 자기장 센서들이 특정한 정확도의 레벨이나 양을 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 자석과 상기 자기장 센서들 내의 자기장 센싱 요소들의 위치들에 대한 변화들이 존재하더라도 상기 자기장 센서들이 정확도를 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 자기장 센서들 내의 자석에 의해 발생되는 자기장의 단위 당 변화가 존재하더라도 상기 자기장 센서들이 정확도를 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기어에 대한 상기 자기장 센서들의 축 회전의 변화들이 존재하더라도 상기 자기장 센서들이 정확도를 구현하는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 자기장 센서들의 온도 변화가 존재하더라도 상기 자기장 센서들이 정확도를 구현하는 것이 바람직하다.
여기서의 예들은 엔진 캠 샤프트 강자성 타겟과 같은 특정한 타겟에 대해 설명될 수 있다. 그러나 유사한 회로들과 기술들이 다른 캠들이나 기어들 또는 상기 엔진 캠 샤프트나 엔진의 다른 회전하는 부분들(예를 들어, 크랭크샤프트, 변속 기어, 잠김 방지 브레이크 장치(ABS)), 또는 엔진이 아닌 장치의 회전하는 부분들 상에 배치되는 링 자석들과 함께 이용될 수 있다. 다른 응용들은 선형의 해석 센서들이나 상기 타겟이 회전하는 기어가 아닌 다른 센서들을 포함할 수 있다.
상기 기어는 대체로 연질의 강자성 물체들이지만, 그 형상들이 실제로 물리적으로 변화들이 없을 수 있는 경질의 강자성 물체들, 패턴들, 또는 도메인들도 될 수 있는 강자성 기어 톱니들을 가질 수 있다. 또한, 회전하도록 구성되는 기어 상의 강자성 기어 톱니들 또는 기어 톱니들의 에지들을 감지할 수 있는 자기장 센서들의 예들이 여기에 도시되지만, 상기 자기장 센서들은 다른 응용들에도 이용될 수 있다. 다른 응용들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 선형으로 이동하도록 구성되는 구조 상의 강자성 물체들을 감지하는 것을 포함한다.
예시적인 자기장 센서들은 다음의 특허들 또는 공개 특허들 중에서 하나 또는 그 이상에 기재되어 있을 수 있는 다양한 특징들을 가질 수 있다. 모두 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,525,531호, 미국 특허 제6,278,269호, 미국 특허 제5,781,005호, 미국 특허 제7,777,607호, 미국 특허 제8,450,996호, 미국 특허 제7,772,838호, 미국 특허 제7,253,614호, 미국 특허 제7,026,808호, 미국 특허 제8,624,588호, 미국 특허 제7,368,904호, 미국 특허 제6,693,419호, 미국 특허 제8,729,892호, 미국 특허 제5,917,320호, 미국 특허 제6,091,239호 및 미국 공개 특허 제2012/0249126호.
도 9는 여기에 설명되는 처리의 적어도 일부를 수행할 수 있는 예시적인 컴퓨터(900)를 도시한다. 상기 컴퓨터(900)는 프로세서(902), 휘발성 메모리(904), 불휘발성 메모리(906)(예를 들어, 하드 디스크), 출력 장치(907) 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(908)(예를 들면, 마우스, 키보드, 디스플레이 등)를 포함한다. 상기 불휘발성 메모리(906)는 컴퓨터 명령들(912), 운영 시스템(916) 및 데이터(918)를 저장한다. 하나의 예에서, 상기 컴퓨터 명령들(912)은 휘발성 메모리(904) 외부의 상기 프로세서(902)에 의해 실행된다. 일 실시예에서, 물품(920)은 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 포함한다.
처리는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들 둘의 결합으로 실행될 수 있다. 처리는 각기 프로세서, 저장 매체 또는 상기 프로세서(휘발성 및 불휘발성 메모리 및/또는 저장 요소들을 포함), 적어도 하나의 입력 장치 및 하나 또는 그 이상의 출력 장치들에 의해 판독될 수 있는 다른 제조 물품들을 포함하는 프로그램 가능한 컴퓨터들/기계들에서 실행되는 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 상기 처리를 수행하고, 출력 정보를 발생시키도록 입력 장치를 이용하여 입력되는 데이터에 적용될 수 있다.
상기 시스템은 데이터 처리 장치(예를 들어, 프로그램 가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다중 컴퓨터들)에 의한 실행 또는 이의 동작의 제어를 위해 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램 제품(예를 들어, 기계 판독 가능한 저장 장치)을 통해 처리를 수행할 수 있다. 각각의 이러한 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하는 높은 레벨의 절차나 객체 지향 프로그래밍 언어로 실행될 수 있다. 그러나 상기 프로그램들은 어셈블리나 기계 언어로 구현될 수 있다. 상기 언어는 편집되거나 해석된 언어가 될 수 있으며, 자립형 프로그램으로서 모듈, 구성 요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용되기에 적합한 다른 유닛으로서 포함되는 임의의 형태로 개발될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 또는 한 장소에서나 다중의 장소들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되는 다중의 컴퓨터들에서 실행도록 배치될 수 있다. 상기 저장 매체 또는 장치가 상기 컴퓨터에 의해 판독될 때에 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터를 구성하고 동작시키기 위해 범용 또는 전용의 프로그램 가능한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 저장 매체나 장치(예를 들어, CD-ROM, 하드 디스크, 또는 자기 디스켓)에 저장될 수 있다. 또한, 처리는 컴퓨터 프로그램으로 구성된 기계 판독 가능한 저장 매체로 구현될 수 있으며, 여기서 실행에 따라 상기 컴퓨터 프로그램 내의 지시들이 상기 컴퓨터가 동작되게 한다.
처리는 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 모두 또는 일부는 전용 논리 회로부(예를 들어, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC))로서 구현될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들을 포함하는 다른 실시예들도 이용될 수 있는 점이 명백해질 것이다. 여기에 포함되는 실시예들이 개시된 실시예들을 한정하지는 않아야 하며, 오히려 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해서만 한정되어야 할 것이다. 여기에 언급되는 모든 공개 문헌들과 참조 문헌들은 명백하게 전체적으로 여기에 참조로 포함된다.
Claims (37)
- 센서에 있어서,
타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 적어도 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제1 쌍의 센싱 요소들과 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제2 쌍의 센싱 요소들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 쌍들의 센싱 요소들 내의 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 평면 원 내에 배치되고, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 평면 원에 방사상인 자기장에 대해 가장 큰 감도 방향을 가지며, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 상기 제2 자기장 센싱 요소와 정반대로 대향되게 위치하고, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제4 자기장 센싱 요소와 정반대로 위치하며, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되고, 상기 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되며, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고, 상기 센서는 제1 전압을 제공하기 위해 상기 제1 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제2 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압을 감산하도록 구성되며, 상기 센서는 제2 전압을 제공하기 위해 상기 제4 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제3 자기장 센싱 요소에 발생되는 전압을 감산하도록 구성되고, 상기 센서는 제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 수직형 홀 요소(vertical Hall element)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 자기저항 요소(magnetoresistive element)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 평균하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 합산하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 링 자석 또는 블록 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 0G의 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 타겟으로부터 최대 거리에 대해 감지된 자기장이 상기 타겟으로부터 최소 거리에 대해 감지된 자기장보다 작도록 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 시동 동안에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 상기 제3 전압에 대해 임계값을 설정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제9항에 있어서, 상기 임계값은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 톱니와 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 밸리에 대응되는 상기 제3 전압 사이에 있는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 원에 대해 균등하게 이격되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 브리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들 이외에 적어도 둘 이상의 자기장 센싱 요소들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 적어도 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제1 쌍의 센싱 요소들과 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들을 포함하는 제2 쌍의 센싱 요소들을 채용하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 쌍들의 센싱 요소들 내의 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 평면 원 내에 배치되고, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 평면 원에 방사상인 자기장에 대해 가장 큰 감도 방향을 가지며, 상기 제1 자기장 센싱 요소는 상기 제2 자기장 센싱 요소와 정반대로 대향되게 위치하고, 상기 제3 자기장 센싱 요소는 상기 제4 자기장 센싱 요소와 정반대로 위치하며, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되고, 상기 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 동일한 방향으로 양의 자계를 측정하도록 구성되며, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고;
제1 전압을 제공하기 위해 상기 제1 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제2 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압을 감산하는 단계를 포함하며;
제2 전압을 제공하기 위해 상기 제4 자기장 센싱 요소에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제3 자기장 센싱 요소에 발생되는 전압을 감산하는 단계를 포함하고;
제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 수직형 홀 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 자기저항 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 평균하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 합산하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 링 자석 또는 블록 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 0G의 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 타겟으로부터 최대 거리에 대해 감지된 자기장이 상기 타겟으로부터 최소 거리에 대해 감지된 자기장보다 작도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 시동 동안에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 상기 제3 전압에 대해 임계값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 임계값은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 톱니와 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들에 근접하는 상기 타겟의 밸리에 대응되는 상기 제3 전압 사이에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 상기 원에 대해 균등하게 이격되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들은 브리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기장 센싱 요소들 이외에 적어도 둘 이상의 자기장 센싱 요소들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 센서에 있어서,
타겟의 이동에 대응하여 자기장 변화를 측정하기 위해 복수의 자기장 센싱 요소들을 포함하는 감지를 위한 수단을 포함하며, 각각의 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 자기장 센싱 요소들 중의 다른 것과 정반대로 대향되게 위치하도록 평면 원 내에 배치되고, 상기 평면 원의 평면은 톱니들 및 밸리들을 가지는 상기 타겟의 접선에 평행하게 되는 위치 결정을 위해 구성되고;
제1 전압을 제공하기 위해 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제1의 것에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 제 자기장 센싱 요소들 중의 제2의 것에 의해 발생되는 전압을 감산하고, 제2 전압을 제공하기 위해 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제4의 것에 의해 발생되는 전압으로부터 상기 자기장 센싱 요소들 중의 제3의 것에 의해 발생되는 전압을 감산하며, 제3 전압을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전압들을 결합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서. - 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 수직형 홀 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 자기저항 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 평균하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 제1 채널 신호 및 상기 제2 채널 신호를 합산하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 결합하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 링 자석 또는 블록 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 0G의 자석에 의해 백-바이어스되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 상기 타겟으로부터 최대 거리에 대해 감지된 자기장이 상기 타겟으로부터 최소 거리에 대해 감지된 자기장보다 작도록 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 시동 동안에 상기 타겟의 위치를 결정하기 위해 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및/또는 제4의 것들에 의해 감지되는 자기장 강도에 대해 임계값을 설정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제35항에 있어서, 상기 임계값은 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들에 근접하는 상기 타겟의 톱니와 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들에 근접하는 상기 타겟의 밸리에 대응되는 상기 자기장 강도 사이에 있는 것을 특징으로 하는 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소들 중의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4의 것들은 상기 원에 대해 균등하게 이격되는 것을 특징으로 하는 센서.
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