KR101704600B1

KR101704600B1 - 홀센서 글리치 제거 장치

Info

Publication number: KR101704600B1
Application number: KR1020140149766A
Authority: KR
Inventors: 이경호; 김기현; 김남균; 김형우; 서길수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: KR20160050772A

Abstract

본 발명은 홀센서 글리치 제거 장치에 관한 것으로서, 진폭이 큰 노이즈도 제거 가능하도록 하고, 제거 가능한 노이즈 펄스 폭의 조절이 가능한 홀센서 글리치 제거 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적 달성을 위한 본 발명은, 회전자의 위치를 감지하는 홀센서 신호의 디지털 신호 변환시 발생하는 글리치(Glitch) 펄스를 제거하기 위한 홀센서 글리치 제거 장치에 있어서, 기설정된 주기의 클록을 생성하되 외부 입력신호의 전압레벨에 기초하여 상기 클록의 주기를 변경하는 클록 제너레이터; 및 홀앰프의 출력신호를 입력받으며 상기 클록 제너레이터의 클록에 따라 출력 상태를 변경하는 D플립플롭;을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 히스테리시스전압의 레벨에 관계없이 진폭이 큰 노이즈의 글리치 펄스를 제거할 수 있으며, 글리치 펄스를 제거하기 위한 클록의 주기를 용이하게 제어하고, 디지털 방식으로 글리치 펄스를 제거하기 위한 로우패스필터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

홀센서 글리치 제거 장치{GLITCH REMOVAL DEVICE FOR HALL-SENSOR}

본 발명은 홀센서 글리치 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 노이즈 레벨이 높은 글리치의 제거가 가능한 홀센서 글리치 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로 홀센서(Hall sensor)는 홀 효과를 이용한 것으로 회전자의 위치를 측정하는 곳에 주로 사용된다.

홀센서는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아낸다. 이때 발생한 전압은 전류차가 발생하는 효과를 이용하는 것으로, 발생된 전압은 전류와 자장의 세기에 비례하며, 전류가 일정할 경우 자장의 세기에 비례하는 출력을 발생하지만 전압이 약하기 때문에 증폭하여 사용한다.

한편, 모터의 홀센서 신호는 제로크로싱 지점에서 큰 노이즈가 발생하는데, 이러한 노이즈로 인해 디지털 신호에서 글리치(Glitch)가 발생하게 된다. 이러한 글리치로 인해 모터의 구동 효율 저하, 떨림 발생, 토크 리플 등의 문제가 발생한다.

여기서, 글리치는 비교적 단시간에 한정된 불특정 원인에 의한 펄스상의 노이즈를 말하는 것으로, 일시적인 오동작, 잘못된 출력이나 시스템 충돌을 일으키는 원인이 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 도1-(a)에 도시된 바와 같이 히스테리시스 앰프(Hysteresis Amp)를 이용하여 디지털신호의 글리치를 제거하는 기술이 제안된 바 있다.

도1-(b)는 히스테리시스 앰프를 이용하여 글리치를 제거하는 개념을 설명하기 위한 파형을 나타내는 그래프이다.

도1을 참조하면, 히스테리시스전압(VHYS) 전압을 20mV 준다고 하면 HIN/HIP 센터 값(도2-b에서는 0.5V)에서 ±20mV 내의 노이즈는 제거된다. 도2-(b)에서 앞쪽에 있는 HIN 혹은 HIP 노이즈는 진폭이 VHYS 전압보다 작아서 Hall_out에 영향을 미치지 않는다. 하지만, 뒤쪽의 노이즈는 VHYS 전압보다 커서 노이즈가 제거되지 않고 Hall_out에 글리치 형태로 나타나는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 종래기술의 경우 히스테리시스전압(VHYS)의 레벨에 따라 진폭이 일정 크기 이상인 노이즈는 제거되지 않는 문제점이 있다.

특히, 모터의 경우 노이즈 레벨이 높아 히스테리시스전압의 조절이 어려운 문제점이 있다.

KR

10-2004-0028599

A

KR

10-0218613

B1

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 진폭이 큰 노이즈도 제거 가능하도록 하고, 제거 가능한 노이즈 펄스 폭의 조절이 가능한 홀센서 글리치 제거 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 회전자의 위치를 감지하는 홀센서 신호의 디지털 신호 변환시 발생하는 글리치(Glitch) 펄스를 제거하기 위한 홀센서 글리치 제거 장치에 있어서, 기설정된 주기의 클록을 생성하되 외부 입력신호의 전압레벨에 기초하여 상기 클록의 주기를 변경하는 클록 제너레이터; 및 홀앰프의 출력신호를 입력받으며 상기 클록 제너레이터의 클록에 따라 출력 상태를 변경하는 D플립플롭;을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀센서 글리치 제거 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 클록 제너레이터는, 기설정된 주기의 클록을 생성하는 클록생성부와, 상기 클록생성부에서 생성되는 클록의 주기를 외부 입력에 따라 증감하여 변경되도록 하는 클록주기조절부와, 상기 클록생성부에서 생성된 클록을 출력하는 클록출력부를 포함할 수 있다.

한편, 복수개의 D플립플롭으로 구성되어 상기 클록 제너레이터의 출력부에 연결되는 클록 디바이더를 더 포함할 수 있으며, 상기 클록 디바이더는 상기 클록 제너레이터에서 출력되는 클록을 상기 D플립플롭의 개수만큼 정수배로 분주하는 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 히스테리시스전압의 레벨에 관계없이 진폭이 큰 노이즈의 글리치 펄스를 제거할 수 있으며, 글리치 펄스를 제거하기 위한 클록의 주기를 용이하게 제어하고, 디지털 방식으로 글리치 펄스를 제거하기 위한 로우패스필터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래기술에 따른 히스테리시스 앰프와 이를 이용하여 글리치를 제거하는 개념을 설명하기 위한 파형을 나타내는 그래프이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 홀센서 글리치 제거 장치를 간략화하여 도시하는 블록도이고,
도3은 도2의 클록 제너레이터를 구체적으로 도시하는 회로도이고,
도4는 도3의 클록 제너레이터의 출력부에 연결될 수 있는 클록 디바이더를 도시하는 회로도이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 홀센서 글리치 제거 장치를 이용하여 글리치를 제거하는 개념을 설명하기 위한 파형을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 홀센서 글리치 제거 장치는 회전자의 위치를 감지하는 홀센서 신호의 디지털 신호 변환시 발생하는 글리치(Glitch) 펄스를 제거하기 위한 것으로, 도2에 도시된 바와 같이, 기설정된 주기의 클록을 생성하되 외부 입력신호의 전압레벨에 기초하여 상기 클록의 주기를 변경하는 클록 제너레이터(300)와, 홀앰프(100)의 출력신호를 입력받으며 상기 클록 제너레이터(300)의 클록에 따라 출력 상태를 변경하는 D플립플롭(500)을 포함한다.

먼저, 클록 제너레이터(300)에 대해 설명하기로 한다.

상기 클록 제너레이터(300)는 입력 전압에 의해 클록 주파수를 조절하여 제거 가능한 글리치 펄스 폭을 제어한다. 이러한 클록 제너레이터(300)는 진폭의 크기에 관계없이 글리치를 제거할 수 있도록 한다. 즉, 클록 주파수에 따른 글리치 제거 확률의 조절이 용이하도록 한다. 예를 들어, 클록 주파수를 10KHz로 조절하여 폭이 100㎛ 이내인 글리치를 제거할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 클록 제너레이터(300)는, 도3에 도시된 바와 같이, 기설정된 주기의 클록을 생성하는 클록생성부(320)와, 상기 클록생성부(320)에서 생성되는 클록의 주기를 외부 입력에 따라 증감하여 변경되도록 하는 클록주기조절부(340)와, 상기 클록생성부(320)에서 생성된 클록을 출력하는 클록출력부(360)를 포함한다.

상기 클록생성부(320)는 복수개의 트랜지스터와 커패시터가 배치된 회로 구성이며, 상기 트랜지스터가 스위칭 동작함에 따라 상기 커패시터가 충방전되면서 클록을 생성하게 된다. 여기서, 도3에 도시된 부호 322a,322b,322c,322d는 커패시터로 동작하는 트랜지스터들이다.

상기 클록주기조절부(340)는 전류미러를 포함할 수 있으며, 외부입력부(Freq_ADJ)를 통해 전류미러에 인가되는 게이트 전압을 조절함으로써 상기 클록생성부(320)에서 생성되는 클록의 주기를 변경시킬 수 있다.

구체적으로, 외부입력부를 통해 전류미러에 인가되는 게이트 전압의 전압레벨이 커지면, 전류미러의 출력단에 흐르는 전류의 크기가 커지며, 클록생성부(320)의 커패시터에 있어서 충방전이 빠르게 일어날 수 있다. 즉, 외부입력부를 통해 전류미러에 인가되는 게이트 전압의 전압레벨이 커지면 클록의 주기가 짧아질 수 있으며, 반대로 외부입력부를 통해 전류미러에 인가되는 게이트 전압의 전압레벨이 작아지면 클록의 주기가 길어질 수 있다.

한편, 상기 클록 제너레이터(300)의 클록출력부(360)에 연결되는 클록 디바이더(400)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 클록 디바이더(400)는 도4에 도시된 바와 같이 복수개의 D플립플롭(420)으로 구성되어 상기 클록 제너레이터(300)에서 출력되는 클록을 상기 D플립플롭(420)의 개수만큼 정수배로 분주하는 출력한다. 노이즈의 진폭에 따라 상기 클록 제너레이터(300)의 클록 주파수 조절만으로는 글리치를 제거하는데 한계가 있을 수 있기 때문에 클록 주파수를 정수배로 분주하는 클록 디바이더(400)가 상기 클록 제너레이터(300)의 클록출력부(360)에 연결될 수 있다.

이 경우, 클록 디바이더(400)의 입력단은 클록 제너레이터(300)의 클록출력부(360)에 연결되고, 클록 디바이더(400)의 출력단은 D플립플롭(500)의 클록 입력단에 연결될 수 있다.

이러한 클록 디바이더(400)는 적용되는 모터의 크기나 특성에 맞게 D플립플롭(420)의 개수를 적절히 선택하여 분주비를 조절할 수 있도록 한다.

이처럼, D플립플롭(420)의 개수만큼 클록 주파수를 정수배로 변경할 수 있는 바, 원칩화 회로를 설계하는데 있어서, 설계자가 보다 쉽게 클록 주파수를 설정할 수 있다는 이점이 있게 된다.

다음으로, D플립플롭(500)에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 상기 D플립플롭(500)은 상술한 클록 디바이더(400)의 D플립플롭(420)과 동일한 논리회로의 구성일 수 있으나, 서로 다른 작용으로 하는 상이한 구성으로 구분될 수 있다.

상기 D플립플롭(500)은 홀앰프(100)의 출력신호를 입력받으며 상기 클록 제너레이터(300)의 클록에 따라 출력 상태를 변경한다. 이러한 D플립플롭(500)은 클록의 라이징 에지 또는 폴링 에지에 있어서, 입력된 상태에 기초하여 출력 상태를 변경하는 구성일 수 있다.

상기와 같은 D플립플롭(500)은 두 개의 안정 상태(stable state) 중 어느 쪽이든지 한 쪽을 보존하는데, 이 두 개의 상태를 0과 1에 대응시킬 수 있다. 즉, 최초의 상태가 1이라 하면, 반대 상태의 입력이 없는 한 1의 상태를 계속 유지하다가 반대 상태의 입력이 있으면 0의 상태가 된다.

본 발명은 상기한 D플립플롭(500)의 특성을 이용한 것으로 전술한 클록 제너레이터를 통해 입력되는 클록의 주기를 조절함으로써 노이즈의 진폭에 관계없이 글리치 펄스를 제거할 수 있는 것이다.

이하, 도5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 홀센서 글리치 제거 장치에 있어서 글리치 펄스가 제거되는 경우를 보다 구체적으로 비교 설명하도록 한다.

D플립플롭(500)은 클록 제너레이터(300) 또는 클록 디바이더(400)에서 제공되는 클록의 라이징 에지에서 입력 상태에 기초하여 출력 상태가 변경되도록 한다.

도5의 (a)와 (b)를 비교하면, D플립플롭(500)에 제공되는 클록의 주기가 서로 다른 것을 알 수 있으며, 도5-(a)에서는 글리치 펄스가 제거되지 않고 D플립플롭(500)의 출력에 반영되는 것을 알 수 있으나, 도5-(b)에서는 글리치 펄스가 제거되어 D플립플롭(500)의 출력에서는 글리치 펄스에 대한 출력 상태 변경은 없는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 홀센서 글리치 제거 장치는 외부입력부를 통해 전류미러에 인가되는 게이트 전압을 조절하거나, 클록생성부(320)에서 출력되어 클록 디바이더(400)로 입력되는 클록의 주기가 클록 디바이더(400)를 구성하는 D플립플롭(420)의 개수에 대응하여 변경되도록 함으로써, 글리치 펄스를 제거할 수 있다. 또한, 클록 제너레이터(300)에 포함되는 트랜지스터들(322a,322b,322c,322d)의 사이즈를 조절하여 클록의 주기를 조절하는 것이 가능하다.

지금까지 설명한 본 발명에 의하면, 히스테리시스전압의 레벨에 관계없이 진폭이 큰 노이즈의 글리치 펄스를 제거할 수 있으며, 글리치 펄스를 제거하기 위한 클록의 주기를 용이하게 제어하고, 디지털 방식으로 글리치 펄스를 제거하기 위한 로우패스필터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 홀앰프 300: 클록 제너레이터
320: 클록생성부 340: 클록주기조절부
360: 클록출력부 400: 클록디바이더
420: D플립플롭 500: D플립플롭

Claims

회전자의 위치를 감지하는 홀센서 신호의 디지털 신호 변환시 발생하는 글리치(Glitch) 펄스를 제거하기 위한 홀센서 글리치 제거 장치에 있어서,
복수 개의 트랜지스터와 커패시터가 배치된 회로 구성으로 마련되어 상기 트랜지스터가 스위칭 동작하면 상기 커패시터가 충방전되면서 클록을 생성함에 따라 기설정된 주기의 클록을 생성하는 클록생성부와, 소정의 전류미러를 포함하는 회로로 구성되어 외부 입력부를 통해 상기 전류미러에 인가되는 게이트 전압을 조절하여 상기 클록생성부에서 생성되는 클록의 주기를 변경함으로써 상기 주기에 대응하는 크기 이하의 펄스 폭을 갖는 글리치 펄스를 제거하는 클록주기조절부와, 상기 클록주기조절부에 의해 변경된 주기의 클록을 출력하는 클록출력부를 포함하는 클록 제너레이터;
복수 개의 D플립플롭으로 구성되며, 입력단이 상기 클록출력부에 연결되어 상기 클록출력부에서 출력되는 클록을 상기 D플립플롭의 개수만큼 정수배로 분주하여 출력하는 클록 디바이더; 및
두 개의 입력단이 상기 클록 디바이더의 출력단과 홀앰프의 출력단에 각각 연결되어 상기 홀앰프의 출력 상태를 상기 클록 디바이더에서 출력되는 클록의 라이징 에지가 발생하는 시점에서의 상기 홀앰프의 출력값에 기초하여 유지하도록 하는 D플립플롭;을 포함하며,
상기 클록생성부에서 출력되어 상기 클록 디바이더로 입력되는 클록의 주기는 상기 클록 디바이더를 구성하는 D플립플롭의 개수에 대응하여 변경되는 것을 특징으로 하는 홀센서 글리치 제거 장치.
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