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KR20120116036A - 오프셋을 제거한 홀 센서 - Google Patents

오프셋을 제거한 홀 센서 Download PDF

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KR20120116036A
KR20120116036A KR1020110033538A KR20110033538A KR20120116036A KR 20120116036 A KR20120116036 A KR 20120116036A KR 1020110033538 A KR1020110033538 A KR 1020110033538A KR 20110033538 A KR20110033538 A KR 20110033538A KR 20120116036 A KR20120116036 A KR 20120116036A
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KR
South Korea
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output terminal
pair
hall element
hall
terminal pair
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Withdrawn
Application number
KR1020110033538A
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Inventor
한동옥
김경욱
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020110033538A priority Critical patent/KR20120116036A/ko
Priority to US13/440,709 priority patent/US20120262163A1/en
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Abstract

본 발명은 오프셋을 제거한 홀 센서에 관한 것으로, 본 발명은 사전에 설정된 검출 방향을 갖는 적어도 한 쌍의 홀 소자를 구비하고, 상기 한 쌍의 홀 소자의 검출 단자를 사전에 설정된 보정 모드와 동작 모드에 따라 서로 다른 경로로 연결하는 홀 소자부와 상기 홀 소자부의 보정 모드시의 검출 전압에 따라 상기 동작 모드시의 검출 전압의 오프셋을 보정하는 보정부를 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서를 제공한다.

Description

오프셋을 제거한 홀 센서{HALL SENSOR DELETING OFF-SET}
본 발명은 오프셋을 제거한 홀 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 홀 센서(Hall Sensor)는 홀 효과를 이용하여 자계의 검출과 계측을 수행하는 반도체 소자로써, 산업 응용 분야 및 소비자 응용 분야를 포함하여 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다.
이러한 홀 센서는 옵셋이나 기타 에러를 보정하기 위해 집적회로 형태로 구현된다. 홀 센서에는 로렌츠의 힘에 의해서 양단간에 전압이 발생하는 홀 소자가 채용된다. 이러한 홀 소자는 소자의 특성을 좋게 하기 위해 다양한 형태, 공정 또는 도핑 농도 등을 조정하여 특화된 홀 소자를 제조하기도 하지만, 일반적으로 CMOS(Complementary Metaloxide SemiConductor) 공정으로 제조된다. 이러한 CMOS 공정에서는 특화된 형태의 공정을 취하기 어려우므로 일반적인 CMOS 공정으로 홀 소자를 제조하고 이후 발생되는 오프셋을 제거하는 추세이다.
그러나, 홀 센서에는 홀 소자의 검출 전압을 증폭하는 증폭기를 채용하는데, 홀 소자에서 검출된 전압 레벨이 작아서 증폭기의 이득율이 크게 설정되며, 이에 따라 오프셋 레벨도 같이 증폭되어 홀 센서가 정상 동작하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 랜덤하게 발생할 수 있는 오프셋을 다이나믹하게 제거하고 증폭기 전달 이전에 홀 소자의 오프셋을 제거할 수 있는 홀 센서를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 사전에 설정된 검출 방향을 갖는 적어도 한 쌍의 홀 소자를 구비하고, 상기 한 쌍의 홀 소자의 검출 단자를 사전에 설정된 보정 모드와 동작 모드에 따라 서로 다른 경로로 연결하는 홀 소자부와 상기 홀 소자부의 보정 모드시의 검출 전압에 따라 상기 동작 모드시의 검출 전압의 오프셋을 보정하는 보정부를 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 홀 소자부는
여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍과 제1 출력 단자쌍을 포함하는 제1 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제2 단자쌍과 제2 출력 단자쌍을 포함하는 제2 홀 소자를 구비하고, 상기 제2 홀 소자의 검출 방향은 상기 제1 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 형성되는, 홀 소자 그룹과;
상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제1 스위치와, 상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제2 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제3 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제4 스위치를 갖는 스위치 그룹을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 보정 모드 시에 상기 제1 및 제2 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자와 제2 출력 단자를 파지티브(Positive) 출력단에 연결하고, 상기 제3 및 제4 스위치는 상기 제2 출력 단쌍의 제1 출력 단자와 제2 출력 단자를 네거티브(Negative) 출력단에 연결하며,
상기 동작 모드 시에 상기 제1 및 제4 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자와 상기 제2 출력 단자쌍의 제1 출력 단자를 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 상기 제2 및 제3 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제2 출력 단자와 상기 제2 출력 단자쌍의 제2 출력 단자를 상기 네거티브 출력단에 연결할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 각도는 +90° 또는 -90°일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 보정부는
입력된 차동 신호 간의 레벨을 비교하는 비교기;
상기 비교기로부터의 비교 결과를 사전에 설정된 비트 단위로 카운트하는 비트 카운터; 및
카운트된 디지털 결과를 아날로그로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 홀 소자부로부터의 검출 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 보정부는 상기 증폭부에 입력되는 전류 레벨 또는 전압 레벨을 제어할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 증폭부로부터의 검출 전압을 사전에 설정된 기준전압과 비교하고 디지털 신호로 변환하는 비교부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 비교부는 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 홀 소자부는
여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제1 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제2 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제2 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제3 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제3 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제4 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제4 홀 소자를 구비하고, 상기 제2 홀 소자의 검출 방향은 상기 제1 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 회전되고 상기 제4 홀 소자의 검출 방향은 상기 제3 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 형성되는, 홀 소자 그룹; 및
상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 홀 소자의 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제1 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 홀 소자의 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제2 스위치를 갖는 스위치 그룹
을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 보정 모드 시에 상기 제1 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 함께 파지티브(Positive) 출력단에 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 함께 네거티브(Negative) 출력단에 연결하며,
상기 동작 모드 시에 상기 제1 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 함께 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 함께 상기 네거티브 출력단에 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 한 쌍의 홀 소자들 중 어느 하나의 홀 소자의 검출 방향을 다른 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도를 가지도록 형성하고, 이들 2개의 홀 소자들을 상호 연결하여 보정 모드와 동작 모드 시에 각각 전달 경로를 달리해서 랜덤하게 발생할 수 있는 오프셋을 다이나믹하게 제거하여 증폭기 전달 이전에 홀 소자의 오프셋을 제거하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 홀 센서의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 홀 센서에 채용된 홀 소자부의 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 홀 센서에 채용된 홀 소자부의 다른 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 홀 센서가 보정 모드시에 자계에 무관하게 오프셋을 제거하는 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 홀 센서에 채용된 보정부의 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명의 홀 센서의 전기적 특성을 나타내는 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 홀 센서의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 홀 센서에 채용된 홀 소자부의 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 홀 센서(100)는 홀 소자부(110), 보정부(120)를 포함할 수 있고, 더하여 증폭부(130) 및 비교부(140)를 더 포함할 수 있다. 또한, 레귤레이터(A) 및 부하(B)를 포함할 수도 있다.
레귤레이터(A)는 외부에서 공급되는 전압을 입력받아 리플없는 일정한 공급 전원(도 2의 VDD)으로 생성하고, 생성된 공급 전원(VDD)은 홀 센서(100) 내부의 블록들을 구동하는 데 사용된다.
홀 소자부(110)는 레귤레이터(A)로부터 여기(excitation)를 위한 공급 전원(VDD)을 공급받으며, 외부에서 인가된 자기장의 세기를 검출한 제1 및 제2 검출 전압(VHP, VHN)을 출력한다. 출력된 검출 전압은 증폭기(130)로 전달된다.
홀 소자부(110)는 동일 평면상에서 일정한 간격을 두고 서로 인접하게 배치된 적어도 한 쌍의 홀 소자(111a, 111b)를 갖는 홀 소자 그룹과, 한 쌍의 홀 소자(111a, 111b)의 출력에 연결된 제1 내지 제4 스위치(S1,S2,S3,S4)를 갖는 스위치 그룹(112)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 홀 소자(111a, 111b) 각각에 전류를 흘려 자계를 검출하는 검출 방향이 서로 사전에 설정된 각도로 회전될 수 있는데, 예를 들어, 제2 홀 소자(111b)의 검출 방향은 제1 홀 소자(111a)의 검출 방향을 기준으로 +90° 또는 -90°회전되어 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 홀 소자(111a)는 여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍(L, R)과 출력을 위한 제1 출력 단자쌍(T,B)를 포함할 수 있고, 제2 홀 소자(111b)는 여기(excitation)를 위한 제2 단자쌍(T,B)과 출력을 위한 제2 출력 단자쌍(L,R)을 포함할 수 있다.
제1 홀 소자(111a)의 단자(L)는 제2 홀 소자(111b)의 단자(T)와 상호 연결되어, 홀 소자의 여기(excitation)를 위한 구동전원(VDD)를 인가받을 수 있다. 한편, 제1 홀 소자(111a)의 단자(R)는 제2 홀 소자(111b)의 단자(B)와 상호 연결되어 접지될 수 있다.
제1 및 제2 홀 소자(111a,111b)의 출력 전압은 자기장의 세기에 증가함에 따라 증가하는 전압(VH1,VH2)와 자기장의 세기에 증가함에 따라 감소하는 전압(VL1,VL2)을 포함할 수 있다.
제1 홀 소자(111a)의 제1 출력 단자(T)는 제1 스위치(S1)에 연결되고, 제1 홀 소자(111a)의 제2 출력 단자(B)는 제2 스위치(S2)에 연결되며, 제2 홀 소자(111b)의 제2 출력 단자(L)의 제3 스위치(S3)에 연결되고, 제2 홀 소자(111b)의 제1 출력 단자(R)은 제3 스위치에 연결될 수 있다.
제1 내지 제4 스위치(S1,S2,S3,S4)는 클럭 신호(CALCLK)에 따라 보정 모드시와 동작 모드시에 제1 및 제2 홀 소자의 출력 전압의 전달 경로를 절환할 수 있다. 여기서, 보정 모드는 홀 소자의 오프셋을 제거하여 순수 홀 전압만을 검출하기 위한 모드이고, 동작 모드는 자계를 검출하는 홀 센싱 동작을 수행하는 모드를 의미한다.
상기 보정 모드 시에 제1 및 제2 스위치(S1,S2)는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자(T)와 제2 출력 단자(B)를 제1 검출 전압(VHP)을 출력하는 파지티브(Positive) 출력단에 연결하고, 제3 및 제4 스위치(S3,S4)는 상기 제2 출력 단쌍의 제1 출력 단자(R)와 제2 출력 단자(L)를 제2 검출 전압(VHN)을 출력하는 네거티브(Negative) 출력단에 연결할 수 있다.
또한, 상기 동작 모드 시에 상기 제1 및 제4 스위치(S1,S4)는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자(T)와 상기 제2 출력 단자쌍의 제1 출력 단자(L)를 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 제2 및 제3 스위치(S2,S3)는 상기 제1 출력 단자쌍의 제2 출력 단자(B)와 상기 제2 출력 단자쌍의 제2 출력 단자(L)를 상기 네거티브 출력단에 연결할 수 있다.
여기서, 제1 홀 소자(111a)의 제1 홀 전압(VH1)은 VCM+Vh+VOH1(여기서, VCM은 소자 구동을 위해 공급되는 구동 전원(VDD)의 1/2 전압 레벨, Vh는 검출된 홀 소자 전압, VOH1는 제1 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이고, 제2 홀 전압(VL1)은 VCM-Vh이며, 제2 홀 소자(111b)의 제1 홀 전압(VH2)는 VCM+Vh이고, 제2 홀 전압(VL2)은 VCM+Vh+VOH2(여기서, VOH2는 제2 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이다.
이때, 보정 모드 선택에 의해 제1 및 제2 스위치(S1,S2)가 상기 파지티브 출력단에 연결되고, 제3 및 제4 스위치(S3,S4)가 상기 네거티브 출력단에 연결되면, 제1 검출 전압(VHP)은 VH1+VL1이 되고, 제2 검출 전압(VHN)은 VH2+VL2가 된다. 즉, 제1 검출 전압(VHP)은 VCM+Vh+VOH1+VCM-Vh=VCM+VOH1/2이고, 제2 검출 전압(VHN)은 VCM-Vh+VCM+Vh+VOH2=VCM+VOH2/2이다. 이에 따라, 제1 검출 전압에서 제2 검출 전압을 빼면, 오프셋 성분(VOH1-VOH2)/2만이 남게 되고, 보정부(120)는 제1 및 제2 홀 소자(111a,111b)의 오프셋 성분을 알 수 있다. 즉, 보정부(120)는 정상 모드에서 홀 소자부(110)의 출력에서 보정 모드에서 알게된 오프셋 성분을 제거하면 증폭부(130)에 순수한 검출 전압만이 전달될 수 있다.
한편, 홀 소자부(110)는 다른 실시예를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 홀 센서에 채용된 홀 소자부의 다른 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 홀 센서에 채용된 홀 소자부(210)는 제1 내지 제4 홀 소자(211a,211b,211c,211d)를 갖는 홀 소자 그룹(211)과, 제1 및 제2 스위치(S1,S2)를 갖는 스위치 그룹(212)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 홀 소자(211a,211b,211c,211d)는 서로 사전에 설정된 각도를 갖는 검출 방향을 가질 수 있는데, 예를 들어, 제2 홀 소자(211b)의 검출 방향은 제1 홀 소자(211a)의 검출 방향을 기준으로 +90° 또는 -90°회전되어 형성될 수 있고 제4 홀 소자(211d)의 검출 방향은 제3 홀 소자(211c)의 검출 방향을 기준으로 +90° 또는 -90°회전되어 형성될 수 있다.
제1 홀 소자(211a) 내지 제4 홀 소자(211d)는 각각 여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍(L, R)과 출력을 위한 제1 출력 단자쌍(T,B) 또는, 제2 단자쌍(T,B)와 제2 출력 단자쌍(R,L) 또는, 제3 단자쌍(B,T)와 제3 출력 단자쌍(L,R) 또는, 제4 단자쌍(R,L)과 제4 출력 단자쌍(B,T)를 포함할 수 있다.
제1 홀 소자(211a)의 단자(L)는 제2 홀 소자(211b)의 단자(T)와 상호 연결되어, 홀 소자의 여기(excitation)를 위한 구동전원(VDD)를 인가받을 수 있고, 제3 홀 소자(211c)의 단자(L)는 제4 홀 소자(211d)의 단자(R)와 상호 연결되어, 홀 소자의 여기(excitation)를 위한 구동전원(VDD)를 인가받을 수 있다. 한편, 제1 홀 소자(211a)의 단자(R), 제2 홀 소자(211b)의 단자(B), 제3 홀 소자(211c)의 단자(T) 및 제4 홀 소자(211d)의 단자(L)는 상호 연결되어 접지될 수 있다.
제1 홀 소자(211a)의 제2 출력 단자(B)와 제3 홀 소자(211c)의 제2 출력 단자(R)는 제1 스위치(S1)에 연결되고, 제2 홀 소자(211b)의 제1 출력 단자(R)와 제4 홀 소자(211d)의 제1 출력 단자(B)는 제2 스위치(S2)에 연결될 수 있다.
제1 홀 소자(211a)의 제1 출력 단자(T)와 제3 홀 소자의 제1 출력 단자(L)는 제1 검출 전압(VHP)를 출력하는 파지티브 단자에 연결될 수 있고, 제2 홀 소자(211b)의 제2 출력 단자(L)와 제4 홀 소자(211d)의 제2 출력 단자(T)는 제2 검출 전압(VHN)을 출력하는 네거티브 단자에 연결될 수 있다.
제1 및 제2 스위치(S1,S2)는 클럭 신호(CALCLK)에 따라 보정 모드시와 동작 모드시에 제1 내지 제4 홀 소자의 출력 전압의 전달 경로를 절환할 수 있다.
예를 들어, 상기 보정 모드 시에 제1 스위치(S1)는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(B)와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(R)를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자(T)와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(L)와 함께 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 제2 스위치(S2)는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(R)와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(B)를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(L)와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(T)와 함께 네거티브(Negative) 출력단에 연결하며,
상기 동작 모드 시에 상기 제1 스위치(S1)는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(B)와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(R)를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(L)와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자(T)와 함께 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 제2 스위치(S2)는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(R)와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(B)를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자(T)와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자(L)와 함께 상기 네거티브 출력단에 연결할 수 있다.
여기서, 제1 홀 소자(211a)의 제1 홀 전압(VH1)은 VCM+Vh+VOH1(여기서, VCM은 소자 구동을 위해 공급되는 구동 전원(VDD)의 1/2 전압 레벨, Vh는 검출된 홀 소자 전압, VOH1는 제1 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이고, 제2 홀 전압(VL1)은 VCM-Vh이며, 제2 홀 소자(211b)의 제1 홀 전압(VH2)는 VCM+Vh이고, 제2 홀 전압(VH2)은 VCM+Vh+VOH2(여기서, VOH2는 제2 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이다. 또한, 제3 홀 소자(211c)의 제1 홀 전압(VH3)은 VCM+Vh+VOH3(여기서, VOH3는 제3 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이고, 제2 홀 전압(VL3)은 VCM-Vh이며, 제4 홀 소자(211d)의 제1 홀 전압(VH4)는 VCM+Vh이고, 제2 홀 전압(VL4)은 VCM+Vh+VOH4(여기서, VOH4는 제4 홀 소자의 출력에 인가된 오프셋 전압)이다.
홀 소자의 오프셋 전압의 제거는 상술한 도 2에서의 설명과 유사하므로, 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 홀 센서가 보정 모드시에 자계에 무관하게 오프셋을 제거하는 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 왼쪽의 그래프에는 홀 소자의 오프셋이 없고 홀 소자에 5mT의 자계가 인가된 경우 보정 클럭(CALCLK)이 하이 레벨이 되는 보정 모드시(Cal.mode)에는 5mT에 해당하는 신호가 출력되지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 보정 모드시에는 출력 신호가 자계의 영향을 받지 않는 것을 볼 수 있다. 또한, 오른쪽 그래프에서는 홀 소자의 오프셋이 2mV 존재할 때 홀 소자에 5mT의 자계가 인가되는 경우에도 보정모드(Cal.mode)에서는 오프셋 레벨을 갖는 신호만이 출력되어, 이 값을 제거하면 홀 소자의 오프셋을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
다시, 도 1을 참조하여, 증폭부(130)는 홀 소자부(110)로부터 차동 출력되는 제1 및 제2 검출 전압(VHP, VHN)을 소정의 증폭율로 증폭한다.
비교부(140)는 증폭된 결과를 미리 설정된 일정한 기준 전압을 통해 비교하여 디지털 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 비교부(140)는 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 포함할 수 있다. 디지털 신호는 부하(B)를 거쳐 외부로 출력될 수 있다.
상술한 바와 같이, 홀 소자의 오프셋은 증폭부(130)에 전달되기 전에 제거될 수 있다. 한편, 증폭부(130) 자체에서도 오프셋이 존재할 수 있다. 보정부(120)에서는 증폭부(130)에서 발생된 오프셋도 제거할 수 있다. 예를 들어, 보정부(130)는 쵸핑(chopping), 오토-제로잉(auto-zeroing), 핑-퐁(ping-pong) 및 오프셋-안정화(offset stabilization) 등 다양한 방법으로 증폭부의 오프셋을 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 홀 센서에 채용된 보정부의 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 홀 센서에 채용된 보정부(120)는 비교기(121), 비트 카운터(122) 및 디지털-아날로그 컨버터(123)를 포함할 수 있다.
비교기(121)는 증폭부(130)의 출력을 입력받아, 증폭부(13)에 의해 증폭된 차동 출력값을 비교하여 그 차이에 따라 하이(High) 신호를 출력할 수 있다.
비트 카운터(122)는 사전에 설정된 단위의 비트로 상기 하이 신호가 로우(low) 신호가 될 때까지 카운트할 수 있다.
디지털-아날로그 컨버터(123)는 카운트 결과에 따라 증폭부(130)에 입력되는 전류 값 또는 전압 값을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 홀 센서의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 보정부(120)는 비교기(121)의 출력이 하이 신호이면 일정 시간 후 보정 클럭(CALCLK)을 발생하여 오프셋 제거 동작을 지속하고, 로우 신호이면 그 수행을 멈추고 그 값을 유지하여 증폭부(130)의 출력이 지속적으로 오프셋이 제거된 상태를 유지할 수있다.
이에 따라, 보정부(120)는 증폭부(130)의 출력을 입력받아 증폭부(130)에 입력되는 전압 값 또는 전류 값을 제어하여 증폭부(130)의 오프셋을 제거함으로써 증폭부(130)의 입력 전에 홀 소자의 옵셋과 증폭부의 옵셋을 동시에 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 한 쌍 또는 두 쌍의 홀 소자들 중 어느 하나의 홀 소자의 검출 방향을 다른 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도 예를 들어, 90도의 각도를 가지도록 형성하고, 이들 2개 또는 4개의 홀 소자들을 상호 연결하여 보정 모드와 동작 모드 시에 각각 전달 경로를 달리해서 랜덤하게 발생할 수 있는 오프셋을 다이나믹하게 제거하고 증폭기 전달 이전에 홀 소자의 오프셋을 제거하고, 증폭부의 오프셋을 다양한 방법으로 제거하여 홀 센서를 안정적으로 구동할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...홀 센서
110,210...홀 소자부
111,211...홀 소자 그룹
112,212...스위치 그룹
120...보정부
121...비교기
122...비트 카운터
123...디지털-아날로그 컨버터
130...증폭부
140...비교부

Claims (12)

  1. 사전에 설정된 검출 방향을 갖는 적어도 한 쌍의 홀 소자를 구비하고, 상기 한 쌍의 홀 소자의 검출 단자를 사전에 설정된 보정 모드와 동작 모드에 따라 서로 다른 경로로 연결하는 홀 소자부; 및
    상기 홀 소자부의 보정 모드시의 검출 전압에 따라 상기 동작 모드시의 검출 전압의 오프셋을 보정하는 보정부
    를 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀 소자부는
    여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍과 제1 출력 단자쌍을 포함하는 제1 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제2 단자쌍과 제2 출력 단자쌍을 포함하는 제2 홀 소자를 구비하고, 상기 제2 홀 소자의 검출 방향은 상기 제1 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 형성되는, 홀 소자 그룹; 및
    상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제1 스위치와, 상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제2 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제3 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제4 스위치를 갖는 스위치 그룹
    을 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정 모드 시에 상기 제1 및 제2 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자와 제2 출력 단자를 파지티브(Positive) 출력단에 연결하고, 상기 제3 및 제4 스위치는 상기 제2 출력 단쌍의 제1 출력 단자와 제2 출력 단자를 네거티브(Negative) 출력단에 연결하며,
    상기 동작 모드 시에 상기 제1 및 제4 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제1 출력 단자와 상기 제2 출력 단자쌍의 제1 출력 단자를 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 상기 제2 및 제3 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍의 제2 출력 단자와 상기 제2 출력 단자쌍의 제2 출력 단자를 상기 네거티브 출력단에 연결하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 각도는 +90° 또는 -90°인 오프셋을 제거한 홀 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보정부는
    입력된 차동 신호 간의 레벨을 비교하는 비교기;
    상기 비교기로부터의 비교 결과를 사전에 설정된 비트 단위로 카운트하는 비트 카운터; 및
    카운트된 디지털 결과를 아날로그로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터
    를 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀 소자부로부터의 검출 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보정부는 상기 증폭부에 입력되는 전류 레벨 또는 전압 레벨을 제어하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 증폭부로부터의 검출 전압을 사전에 설정된 기준전압과 비교하고 디지털 신호로 변환하는 비교부를 더 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비교부는 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 홀 소자부는
    여기(excitation)를 위한 제1 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제1 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제2 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제2 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제3 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제3 홀 소자와, 여기(excitation)를 위한 제4 단자쌍과 출력 단자쌍을 포함하는 제4 홀 소자를 구비하고, 상기 제2 홀 소자의 검출 방향은 상기 제1 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 회전되고 상기 제4 홀 소자의 검출 방향은 상기 제3 홀 소자의 검출 방향을 기준으로 사전에 설정된 각도로 형성되는, 홀 소자 그룹; 및
    상기 제1 홀 소자의 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 홀 소자의 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자에 연결되는 제1 스위치와, 상기 제2 홀 소자의 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 홀 소자의 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자에 연결되는 제2 스위치를 갖는 스위치 그룹
    을 포함하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보정 모드 시에 상기 제1 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 함께 파지티브(Positive) 출력단에 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 함께 네거티브(Negative) 출력단에 연결하며,
    상기 동작 모드 시에 상기 제1 스위치는 상기 제1 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자를 상기 제2 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제2 출력 단자와 함께 상기 파지티브 출력단에 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 상기 제4 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자를 상기 제1 출력 단자쌍 중 제1 출력단자와 상기 제3 출력 단자쌍 중 제1 출력 단자와 함께 상기 네거티브 출력단에 연결하는 오프셋을 제거한 홀 센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 각도는 +90° 또는 -90°인 오프셋을 제거한 홀 센서.
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Patent event code: PA01091R01D

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Patent event date: 20110412

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid