KR20220025699A

KR20220025699A - 외부 자기장의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로

Info

Publication number: KR20220025699A
Application number: KR1020217028590A
Authority: KR
Inventors: 안드리 티모피브; 알리 알라우이; 예브게니 버미스트로프
Original assignee: 크로커스 테크놀러지 에스에이
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2022-03-03
Also published as: JP7509791B2; EP3712632B1; EP3712632C0; EP3712632A1; JP2022524488A; US11946985B2; US20220163605A1; WO2020188513A1

Abstract

본 발명에 따르면, 외부 자기장(60)의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로서, 감지축이 서로 실질적으로 직교하는 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400); 동기화 신호(101), 제1 전압 파형(201)을 제1 자기장 감지 유닛(300)에 공급하고 제2 전압 파형(202)을 제2 자기장 감지 유닛(400)에 공급하는 전압 발생기(200); 및 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 감지 출력 신호(401)에 합산하여 조절된 신호(601)를 출력하도록 구성된 신호 조절 유닛(500, 600)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전압 파형(201, 202)은 실질적으로 진폭 및 주파수가 동일하며 서로에 대해 약 90°만큼 위상 변이되고; 조절된 신호(601) 및 동기화 신호(101)는 상기 조절된 신호(601)와 동기화 신호(101) 사이의 위상 변이를 측정하고 측정된 위상 변이로부터 외부 자기장의 각도를 결정하도록 구성된 자기장 각도 감지 유닛(700)에 입력되는 전자 회로를 제시한다.

Description

외부 자기장의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로

본 발명은 외부 자기장의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아날로그 신호로부터 자기장 각도를 직접 결정할 수 있는 전자 회로에 관한 것이다.

도 1은 외부 자기장(60)의 방위각을 측정하기 위한 종래의 2차원(2D) 자기 센서를 도시한다. 이러한 2차원 자기 센서는 2개의 1차원 자기 센서(130, 131)를 결합함으로써 형성될 수 있으며, 각각의 1차원(1D) 자기 센서(130, 131)는 풀(휘트스톤) 브리지 회로 구성으로 배열된 4개의 자기 센서 소자(미도시)로 형성될 수 있다. 1D 자기 센서(130) 중 하나는 다른 1D 자기 센서(131)의 감지축(137)에 직교하는 감지축(136)을 갖는다. 두 개의 1D 자기 센서(130, 131)에는 일정한 DC 전압(V)이 공급될 수 있다. 각 1D 센서(130, 131)는 제1 출력(132) 및 제2 출력(133)을 생성한다. 1D 자기 센서(130, 131) 각각의 제1 및 제2 출력 신호(132, 133)가 각각의 차동 증폭기(650)의 입력 단자에 공급된다. 각 차동 증폭기(650)는 2개의 디지털화된 신호(138)를 얻기 위해 아날로그-디지털 변환기(134)에 공급되는 차동 증폭기 출력 신호(651)를 출력한다. 2개의 디지털화된 신호(138)가 처리 유닛(139)에 입력되고, 상기 유닛에서 소프트웨어 루틴이 외부 자기장 각도를 추출하기 위해 2개의 디지털화된 신호(138) 비의 아크탄젠트의 해를 구한다.

EP1918678은 출력 전압의 파형 왜곡이 감소되는 각도와 같은 물리량의 변위를 감지하기 위해 GMR 소자를 사용하는 변위 센서를 개시하고 있다. 소정의 각도 오프셋을 갖고 각각이 복수의 GMR 소자를 포함하는 적어도 2개의 휘트스톤 브리지 회로가 설치되고, GMR 소자 각각은 소정의 자화 방향으로 설정된 고정 자성층을 갖는다. 휘트스톤 브리지 회로의 전원으로서 AC 전원을 사용하고 휘트스톤 브리지 회로의 AC 변조 출력을 기반으로 회전 각도와 같은 물리량의 변위를 감지한다. 각 GMR 소자에서 자유 자성층의 이방성 자기 바이어스 효과를 감소시킬 수 있으므로 자유 자성층의 이방성 자기 바이어스 효과를 기반으로 출력 신호의 파형 왜곡을 보정할 수 있다.

US5880586은 회전 소자의 회전 위치에 의해 생성되거나 영향받는 자기장 세기(B)의 자기장을 감지하고 상기 자기장에 따른 출력신호 및 이에 따른 회전 소자의 회전 위치를 생성하기 위한 2개의 홀 또는 AMR 센서 소자를 갖는 센서 장치를 포함하는 회전 가능한 소자의 회전 위치를 접촉 없이 결정하기 위한 장치를 개시한다. 회전 가능한 소자의 절대 회전 위치를 쉽게 감지하기 위해, 센서 장치는 모든 회전 위치에서 회전 가능한 소자의 자력선이 센서 소자의 교류 방향에 의해 정의된 센서 구조와 직각으로 뻗어 있도록 상기 회전 가능한 소자에 대해 구성 및 위치된다. 전자 평가 회로의 다른 실시예를 사용하여, 자기장의 방향 성분은 센서 중 하나에 대한 입력 전류와 각 센서 소자의 출력 신호의 합을 비교함으로써 회전 위치를 결정하도록 평가된다. 정현파 또는 직사각형 교류 전압 또는 직류 전압이 센서 소자에 입력된다.

기존의 2D 자기 센서의 단점은 강력한 처리 유닛(139)을 필요로 하는 번거롭고 긴 수학 연산을 수행해야 한다는 것이다.

본 발명에 따르면, 외부 자기장의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로는:

제1 감지 출력 신호를 출력하는 제1 자기장 감지 유닛 및 제2 감지 출력 신호를 출력는 제2 자기장 감지 유닛;

발생기 주파수를 갖는 동기화 신호를 공급하고, 제1 전압 파형을 제1 자기장 감지 유닛에 그리고 제2 전압 파형에 제2 자기장 감지 유닛에 더 공급하는 주기 전압 발생기; 및

제1 감지 출력 신호를 제2 감지 출력 신호에 가산하여 조절된 신호를 출력하도록 구성된 신호 조절 유닛을 포함하고,

제1 자기장 감지 유닛의 제1 감지축은 제2 자기장 감지 유닛의 제2 감지축은 실질적으로 직교하며,

제1 및 제2 전압 파형은 실질적으로 진폭 및 발생기 주파수가 동일하며 서로에 대해 약 90°만큼 위상 변이되고;

상기 조절된 신호와 동기화 신호가 자기장 각도 감지 유닛에 입력되며, 상기 자기장 각도 감지 유닛은 상기 조절된 신호와 동기화 신호 사이의 위상 변이를 측정하여 상기 측정된 위상 변이로부터 외부 자기장의 각도를 결정하도록 구성된다.

본 발명에 따른 전자 회로는 직교 진폭 변조(QAM)의 원리를 사용한다. 외부 자기장의 각도는 아날로그 조정 신호에서 직접 결정할 수 있다.

제1 전압 파형 Q(t) 및 제2 전압 파형 I(t)는 각각 수학식 (1) 및 (2)에 의해 표현될 수 있다:

[수학식 1]

Q(t) = A₁ sin(θ(t))

[수학식 2]

I(t) = A₂ cos(θ(t))

여기서, θ는 외부 자기장의 각도이고, A₁은 제1 자기장 감지 유닛의 진폭이고, A₂는 제2 자기장 감지 유닛의 진폭이다. 제1 및 제2 감지 출력 신호의 진폭(A₁, A₂)은 외부 자기장 각도 및 세기에 의해 변조된다.

2개의 직교 신호, 즉 각각 정의된 진폭을 갖는 제1 및 제2 전압 파형을 결합함으로써, 위상이 초기 제1 및 제2 전압 파형의 진폭비의 아크탄젠트로 정의되는 새로운 주기 신호(조절된 신호)를 얻는다.

조절된 신호는 위상 및 진폭을 갖는 단조파 신호에 대응할 수 있다. 단조파 조절 신호의 진폭과 위상은 모두 외부 자기장의 각도 및 자기장 세기의 정보를 전달한다. 제1 및 제2 전압 파형에 대한 조절된 신호의 위상 변이는 외부 자기장의 각도에 대한 정보를 포함한다.

진폭(A₁, A₂)이 동일하면, 조절된 신호의 위상은 수학식 3에 의해 주어진 자기장 각도 φ(t)와 같다:

[수학식 3]

조절된 신호의 진폭(A_c)은 다음과 같다:

[수학식 4]

이는 외부 자기장의 각도에 별개이다. 따라서, 제1 및 제2 자기장 감지 유닛이 선형 영역에서 작동하는 경우, 조절된 신호의 진폭(A _c)은 외부 자기장 세기의 척도로 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 선형화 절차를 적용하여 자기장 진폭을 복구할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 전압 파형은 사인파를 포함하고 제2 전압 파형은 코사인파를 포함한다.

제1 및 제2 감지 출력 신호는 제1 및 제2 전압 파형과 실질적으로 동위상이고, 제1 및 제2 감지 출력 신호의 진폭은 제1 및 제2 감지축 사이 각도의 코사인에 비례하고 외부 자기장의 각도에 비례한다.

신호 조절 유닛은 제1 감지 출력 신호를 제2 감지 출력 신호에 1:1의 비율로 추가하거나 두 감지 유닛 사이의 가능한 감도 차이를 고려하는 다른 비율로 구성될 수 있다. 신호 조절 유닛은 또한 입력 신호 구동 감지 유닛의 특정 부분을 출력에 혼합하여 휘트스톤 풀 브리지를 구성하는 4개의 감지 소자(즉, 감지 유닛)의 전기적 불균형으로 인해 발생할 수 있는 전기적 오프셋을 소거할 수 있다. 신호 조절 유닛은 또한 두 개의 감지 유닛의 감지축의 비직교 구성의 경우 합산된 신호에 보정을 적용할 수 있다. 마지막으로, 신호 조절 유닛은 합산된 신호에 필터링을 적용하여 신호에서 고차 고조파를 필터링하고 전자 회로의 정확도를 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 제1 자기장 감지 유닛 및 제2 자기장 감지 유닛은 제1 및 제2 감지 출력 신호의 진폭이 외부 자기장 세기의 변화에 선형적으로 변하도록 구성된다. 그 다음, 전자 회로는 외부 자기장의 필드 세기를 결정하도록 구성된 자기장 세기 감지 유닛을 포함할 수 있다. 자기장의 고정 진폭에 대해, 각 감지 유닛은 외부 자기장 방향과 감지 유닛의 감지축 방향 사이의 각도의 코사인에 비례하는 출력 차동 전압을 제공한다.

본 발명에 따른 전자 회로는 긴 수학적 연산 및 강력한 처리 유닛을 필요로 하지 않는다. 외부 자기장의 각도 및 자기장 세기는 아날로그 조절 신호로부터 직접 결정될 수 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명은 예로서 제공되고 도면에 의해 예시된 실시예의 설명의 도움으로 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 외부 자기장의 방위각을 측정하기 위한 종래의 센서를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 외부 자기장의 각도 및 세기를 측정하기 위한 전자 회로를 도시한다.
도 3 내지 도 13은 다른 실시예에 따른 전자 회로를 도시한다.

일 실시예에 따른 외부 자기장(60)의 각도(θ) 및 세기(H)를 측정하기 위한 전자 회로(10)가 도 2에 도시되어 있다. 상기 회로는 제1 발생기 신호(201) 및 제2 발생기 신호(202)를 공급하도록 구성된 전압 발생기(200)를 포함한다. 제1 및 제2 발생기 신호(201, 202) 각각은 고정된 발생기 주파수(f_g) 및 진폭의 주기적인 전압 파형을 갖는다. 제1 발생기 신호(201)와 제2 발생기 신호(202) 사이의 위상 변이는 실질적으로 90°이다. 전압 발생기(200)는 발생기 주파수(f_g)를 갖는 동기화 신호(101)를 공급하도록 더 구성될 수 있다. 대안으로, 전자 회로(10)는 클록 동기화 신호(101)를 생성하는 클록 생성기(100)를 더 포함할 수 있다. 동기화 신호(101)는 전압 발생기(200)의 동작을 동기화한다.

전자 회로(10)는 제1 감지 출력 신호(301)를 출력하는 제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 감지 출력 신호(401)를 출력하는 제2 자기장 감지 유닛(400)을 더 포함한다. 제1 자기장 감지 유닛(300)은 감지축(330)을 갖고 상기 감지축은 제2 자기장 감지 유닛(400)의 감지축(430)과 실질적으로 직교한다.

제1 발생기 신호(201)는 제1 자기장 감지 유닛(300)의 입력으로 공급되고, 제2 발생기 신호(202)는 제2 자기장 감지 유닛(400)의 입력으로 공급된다. 제1 자기장 감지 유닛(300)는 제1 감지 출력 신호(301)를 출력하고 제2 자기장 감지 유닛(400)은 제2 감지 출력 신호(301)를 출력한다. 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)의 진폭은 외부 자기장(60)의 방향에 따라, 즉 센서가 선형 범위에서 작동할 때 외부 자기장(60)의 각도(θ) 및 세기에 따라 제1 및 제2 발생기 신호(201, 202)의 진폭에 대해 변경된다.

전자 회로(10)는 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 입력되는 신호 조절 유닛(500, 600)을 더 포함한다. 신호 조절 유닛(500, 600)은 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 출력 신호(401)에 가산(또는 합산)하고 조절된 신호(601)를 출력하도록 구성된다. 조절된 신호(601)는 발생기 주파수(f_g)를 갖는 단조파 신호에 해당할 수 있다.

제 1 발생기 신호(201) 및 제 2 발생기 신호(202)는 또한 감지축(330 및 430) 사이에 있을 수 있는 부직교성(misorthogonality)을 보상하고 합산된 신호에서 고차 고조파를 필터링하기 위해 모듈(300, 400)에서 가능한 휘트스톤 브리지 전기적 불균형을 보상하기 위해 신호 조절 유닛(500, 600)에 입력될 수 있다.

전자 회로(10)는 자기장 각도 감지 유닛(700)을 더 포함한다. 조절된 신호(601) 및 클록 동기화 신호(101)는 자기장 각도 감지 유닛(700)의 입력부에 공급된다. 따라서, 동기화 신호(101)는 자기장 각도 감지 유닛(700)의 동작을 더 동기화한다. 자기장 각도 감지 유닛(700)은 조절된 신호(601)와 동기화 신호(101) 사이의 위상 변이를 측정하도록 구성된다. 자기장 각도 감지 유닛(700)은 측정된 위상 변이로부터 외부 자기장(60)의 각도(θ)를 결정하도록 더 구성된다. 자기장 각도 감지 유닛(700)은 결정된 각도(θ)에 대한 정보를 포함하는 디지털 각도 출력(701)을 출력한다.

제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 자기장 감지 유닛(400)는 외부 자기장 세기(H)의 변화에 따라 제1 및 제2 감지 출력 신호의 진폭이 선형적으로 변화하도록 구성된다. 이 경우, 전자 회로는 외부 자기장 세기를 결정하도록 구성된 자기장 세기 감지 유닛(800)을 포함할 수 있다. 자기장 세기 감지 유닛(800)은 상기 자기장 세기 감지 유닛(800)의 입력부에 공급된 조절된 신호(601)의 진폭을 측정하고, 상기 조절된 신호(601)로부터 외부 자기장 세기(H)를 결정하도록 구성될 수 있다. 자기장 세기 감지 유닛(800)은 결정된 외부 자기장 세기(H)에 대한 정보를 포함하는 디지털 자기장 세기 출력(801)을 출력한다. 동기화 신호(101)는 자기장 세기 감지 유닛(800)의 동작을 더 동기화한다.

제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 자기장 감지 유닛(400) 각각은 복수의 자기장 감지 소자(20-23)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 자기장 감지 소자는 하프 브리지 또는 전체(휘트스톤) 브리지 회로로 배열된다. 이러한 구성에서, 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)은 전압 분배기로서 작용할 수 있고, 분배기 비율은 외부 자기장(60)의 세기(H) 및 각도(θ)의 함수이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "자계 감지 소자"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 소자를 설명하는 데 사용된다. 자기장 감지 소자는 홀 효과 소자, 자기저항 소자 또는 자기 트랜지스터일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 알려진 바와 같이, 자기저항 소자의 다른 유형으로는 가령 InSb(Indium Antimonide)와 같은 반도체 자기저항 소자, GMR(Giant Magnetoresistance) 소자, AMR(Anisotropic Magnetorresistance element) 소자, TMR(Tunneling Magnetorresistance) 소자, 자기터널접합(MTJ), 스핀-밸브 등등이 있다.

도 3에 예시된 가능한 구성에서, 복수의 자기장 감지 소자는 직렬로 연결된 2개의 자기장 감지 소자(20, 21)가 직렬로 연결된 2개의 다른 자기장 감지 소자(22, 23)에 병렬로 연결된 풀-브릿지 회로로 배열된 4개의 자기장 감지 소자를 포함할 수 있다.

예를 들어, 자기장 감지 소자(20-23)는 기준 자화(210)를 갖는 기준층 및 외부 자기장(60)의 방향에 따라 (고정된) 기준 자화(210)에 대해 배향될 수 있는 감지 자화(도 3에 미도시)를 갖는 감지층을 포함하는 자기 참조 MTJ와 같은 MTJ를 포함할 수 있다. 자기장 감지 유닛(300)의 감지축(230)은 기준 자화(210)의 방향과 일치한다. 제2 자기장 감지 유닛(400)의 감지축(430)과 실질적으로 직교하는 제1 자기장 감지 유닛(300)의 감지축(330)은 기준 자화(210)의 (고정) 방향을 프로그래밍함으로써 획득될 수 있다.

가능한 변형으로, 신호 조절 유닛(500, 600)은 조절된 신호(601)로부터 고차 고조파를 필터링하도록 구성될 수 있다. 신호 조절 유닛(500, 600)은 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)의 진폭 및 오프셋 보정을 수행하도록 더 구성될 수 있다.

다른 변형으로, 자기장 각도 감지 유닛(700)은 자기장 각도(θ)를 결정하기 위해 선형 수학 연산을 사용하도록 구성된다. 자기장 각도 감지 유닛(700)은 측정된 위상 변이로부터 외부 자기장(60)의 각도(θ)를 결정하고 대응하는 디지털 각도 출력(701)을 출력하도록 더 구성될 수 있다.

또 다른 변형으로, 자기장 세기 감지 유닛(800)은 디지털 자기장 세기 출력(801)을 생성할 때 자기장 세기 값(H)을 디지털화 및 선형화하도록 구성된다.

도 4는 일 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 여기서, 전압 발생기(200)는 동일한 발생기 주파수(f_g)를 갖는 제1 및 제2 전압 파형(201, 202)을 공급하도록 구성된다. 제1 및 제2 전압 파형(201, 202)은 직교 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 파형(201)은 사인 파형을 포함하고 제2 전압 파형(202)은 코사인 파형을 포함한다. 전압 발생기(200)는 발생기 주파수(f_g), 따라서 제1 및 제2 생성기 신호(201, 202) 중 하나와 동일한 주파수를 갖는 발생기 동기화 신호(203)를 공급하도록 더 구성될 수 있다.

도 4의 구성에서, 신호 조절 유닛은 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 입력되는 가산기 회로(500)를 포함한다. 가산기 회로(500)는 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)를 가산하고 대응하는 합산된 신호(501)를 출력하도록 구성된다. 가산기 회로(500)는 제1 감지 출력 신호를 제2 감지 출력 신호에 1:1 비율로 가산하도록 구성될 수 있다.

신호 조절 유닛은 합산된 신호(501)가 입력되는 위상 비교기(600)를 포함한다. 위상 비교기(600)는 합산된 신호(501)의 위상을 감지하고 자기장 각도 감지 유닛(700)에 입력된 디지털 위상 비교기 신호(601)를 출력하도록 구성된다. 위상 비교기 신호(601)는 펄스 폭 변조된 신호일 수 있으며, 듀티 주기는 결정된 위상차에 비례하여 변한다.

자기장 각도 감지 유닛(700)은 비교기 출력(601)이 그 상태를 변경할 때 클록 생성기(100)로부터 나오는 동기화 신호(101)의 펄스들을 카운팅하기 시작하는 카운터로서 기능할 수 있다. 자기장 각도 감지 유닛(700)은 발생기 동기화 신호(203)가 전압 발생기(200)로부터 도착할 때 동기화 신호(101)의 펄스 카운팅을 중단할 수 있다. 카운팅된 펄스의 수는 합산된 신호(501)의 위상 변이에 비례한다.

도 4의 구성에서, 합산된 신호(501) 및 위상 비교기 신호(601)는 자기장 세기 감지 유닛(800)에 더 입력된다. 자기장 세기 감지 유닛(800)은 최대값에서 합산된 신호의 진폭을 샘플링하고 해당하는 샘플링된 자기장 세기 출력(801)을 얻도록 구성될 수 있다. 이는 합산된 신호(501)의 위상과의 동기화 및 클록 펄스 수에 의해 설정되고 위상 비교기 신호(601)에 대해 90°위상 변이에 해당하는 미리 정의된 지연 덕분에 수행된다. 샘플링된 자기장 세기 출력(801)은 디지털화 및 선형화될 수 있다.

도 5 내지 도 10은 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한 것으로, 자기장 감지 유닛(300, 400)은 포화 상태에서 기준 자화(210)를 갖는 자기장 감지 소자를 포함한다. 이러한 구성에서, 전자 회로(10)는 자기장 세기 감지 유닛(800)을 필요로 하지 않는다.

도 5의 실시예에서, 전자 회로(10)는 자기장 세기 감지 유닛(800)이 없는 도 4의 전자 회로에 해당한다. 합산된 신호(501)는 위상 비교기(600)에만 입력되고 위상 비교기 신호(601)는 자기장 각도 감지 유닛(700)에만 입력된다.

도 6은 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 가산기 회로(500)의 각 입력부, 즉 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)의 전기 경로에 DC 차단 커패시터(350)가 제공되는 도 5의 전자 회로에 해당한다. 커패시터(350)는 전자 회로(10)의 각도 분해능을 증가시킨다. 즉, 외부 자기장(60)의 결정된 각도(θ)의 분해능을 증가시킨다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 가산기 회로(500)의 출력부와 위상 비교기(600)의 입력부 사이에 배치된 저역 통과 필터(900)를 더 포함하는 도 5의 전자 회로에 해당한다. 저역 통과 필터(900)는 합산된 신호(501)의 1차 고조파(기본 주파수)를 제외한 고차 고조파를 억제하도록 구성된다. 고차 고조파는 전압 발생기(200) 및/또는 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)에 의해 도입될 수 있다. 저역 통과 필터(900) 전자 회로(10)의 각도 분해능을 증가시킨다. 즉, 외부 자기장(60)의 결정된 각도(θ)의 분해능을 증가시킨다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 나타낸다. 전자 회로(10)는 제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 자기장 감지 유닛(400)의 출력부에 연결된 센서 보정 모듈(360)을 더 포함하는 도 5의 전자 회로에 해당한다. 센서 보정 모듈(360)은 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)의 불완전함을 완화하도록 구성된다. 특히, 센서 보정 모듈(360)은 내부 게인(또는 저항 분배기 비율)을 설정함으로써 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)의 감도와 매칭시키기 위해 사용될 수 있다.

실제로, 종래의 자기장 센서는 센서 양단의 전압에 영향을 미치는 오프셋을 갖는다. 자기장 감지 유닛(300, 400)에 전압 오프셋의 존재는 자기장 감지 유닛의 논리 상태가 판독되는 정밀도를 감소시킨다. 센서 보정 모듈(360)은 그 오프셋을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 센서 보정 모듈(360)은 전압 발생기(200)로부터 나오는 신호의 일부를 더하거나 빼기 위해 더 사용될 수 있다.

센서 보정 모듈(360)은 제1 자기장 감지 유닛(300)의 감지축(330)과 제2 자기장 감지 유닛(400)의 감지축(430) 사이의 직교성 이탈을 감소시키기 위해 더 사용될 수 있다. 감지축(330 및 430) 사이의 직교성 이탈을 줄이는 것은, 추가로 또는 대안으로, 자기장 감지 소자(20-23)의 기준 자화(210)를 프로그래밍함으로써, 또는 예를 들어 레이저 트리밍을 사용하여 저항 트리밍에 의해 실현될 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 나타낸다. 전자 회로(10)는 제1 자기장 감지 유닛(300)으로부터의 제1 감지 출력 신호(301) 및 제2 자기장 감지 유닛(400)으로부터 제2 출력 신호(401)가 위상 비교기(600)에 직접 입력되는 도 5의 전자 회로에 해당한다. 위상 비교기(600)는 제1 감지 출력 신호(301)와 제2 출력 신호(401)를 합산하고 합산된 신호의 위상을 감지하는 기능을 제공한다. 조절된 신호는 위상 비교기(600)에 의해 출력된 디지털 위상 비교기 신호(601)에 대응한다. 전자 회로(10)는 다른 회로 구성보다 간단하다.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 위상 비교기 신호(601) 및 발생기 동기화 신호(203)가 입력되는 RS 트리거(또는 RS 플립플롭) 회로를 자기장 각도 감지 유닛(700)이 포함하는 도 5의 전자 회로에 해당한다. 이 구성에서, 외부 자기장(60)의 결정된 각도(θ)에 대응하는 정보는 펄스 폭 변조 신호로 코딩된다. 도 9의 전자 회로(10) 구성은 자동 조절 애플리케이션에서 유리하게 사용될 수 있다.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)이 예를 들어 차동 자기장 센서 배열을 형성하도록 연결된 도 4의 전자 회로에 해당한다. 이 구성에서, 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 출력 신호(401)에 합산하는 것은 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 출력 신호(401)에 직접 연결함으로써 수행된다. 전자 회로(10)는 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 연결된 2개의 아날로그 입력 단자를 포함하는 차동 증폭기(650)를 더 포함한다. 차동 증폭기(650)는 가령 외부 자기장(60)의 세기(H)를 결정하고 자기장 세기(801)를 출력하기 위해 자기장 세기 감지 유닛(800)에 입력되는 바이너리 디지털 차동 증폭기 출력 신호(651)를 출력한다.

도 11에 도시된 전자 회로(10)의 구성은 도 4의 회로보다 더 단순하다. 이 구성은 단일 종단-차동 변환 회로의 사용을 더 방지한다.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 자기장 감지 유닛(300, 400)이 포화 상태에서 기준 자화(210)를 갖는 자기장 감지 소자를 포함하는 도 11의 회로의 단순화된 변형에 해당한다. 도 11의 구성과 비교하여, 전자 회로(10)는 차동 증폭기(650)를 포함하지 않고 또한 자기장 세기 감지 유닛(800)을 포함하지 않는다.

도 13은 또 다른 실시예에 따른 전자 회로(10)를 도시한다. 전자 회로(10)는 전압 발생기(200)가 단일 출력 단조파 전압 발생기를 포함하는 도 5의 회로의 단순화된 변형에 해당한다. 즉, 전압 발생기(200)는 제1 발생기 신호(201), 예를 들어 사인 파형을 공급하고, 제1 및 발생기 제2 신호(201)와 동일한 주파수를 갖는 발생기 동기화 신호(203)를 공급하도록 구성된다. 전자 회로(10) 제1 발생기 신호(201)를 90°위상 변이시키고 제2 발생기 신호(202)를 발생하도록 구성된 위상 시프터(또는 직교 부스터)(250)를 더 포함한다.

도 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 및 13에 도시된 실시예의 경우, 제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400)이 차동 자기장 센서 배열을 형성하고, 이는 전자 회로(10)에 포함된 차동-단일 종단 변환 회로이다.

본원의 주제인 다양한 개념, 구조 및 기술을 예시하는 역할을 하는 다양한 실시예를 설명했지만, 이제 이러한 개념, 구조 및 기술을 통합한 다른 실시예가 사용될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본원의 범위는 설명된 실시예에 국한되어서는 안 되며 오히려 하기 청구범위의 기술사상 및 범위에 의해서만 제한되어야 한다고 제기한다.

10: 전자 회로
20, 21, 22, 23: 자기장 감지 소자
60: 외부 자기장
100: 클럭 발생기
101: 클럭 동기 신호
130: 1D 자기 센서
131: 1D 자기 센서
132: 제1 출력 신호
133: 제2 출력 신호
134: 아날로그-디지털 변환기
136, 137: 감지축
138: 디지털화된 신호
139: 처리 유닛
200: 주기 전압 발생기
201: 제1 전압 파형
202: 제2 전압 파형
203: 발생기 동기화 신호
250: 위상 시프터
300: 제1 자기장 감지 유닛
301: 제1 감지 출력 신호
330: 제1 감지축
350: 커패시터
360: 센서 보정 모듈
400: 제2 자기장 감지 유닛
401: 제2 감지 출력 신호
430: 제2 감지축
500: 신호 조절 장치, 가산기 회로
501: 합산된 신호
600: 위상 비교기
601: 조절된 신호, 위상 비교기 신호
650: 차동 증폭기
651: 차동 증폭기 출력 신호
700: 자기장 각도 감지 장치
701: 디지털 각도 출력
800: 자기장 세기 감지 장치
801: 디지털 자기장 세기 출력
900: 저역 통과 필터
θ: 자기장 각도
f_g: 고정 주파수, 발생기 주파수
H: 자기장 세기
V: 전압

Claims

제1 감지 출력 신호(301)를 출력하도록 구성된 제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 감지 출력 신호(401)를 출력하도록 구성된 제2 자기장 감지 유닛(400);
발생기 주파수(f_g)를 갖는 동기화 신호(101)를 공급하고 제1 전압 파형(201)을 제1 자기장 감지 유닛(300)에 그리고 제2 전압 파형(202)에 제2 자기장 감지 유닛(400)에 공급하도록 구성된 전압 발생기(200); 및
제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 입력되고, 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 감지 출력 신호(401)에 가산하여 조절된 신호(601)를 출력하도록 구성된 신호 조절 유닛(500, 600)을 포함하고,
제1 자기장 감지 유닛(300)의 제1 감지축(330))은 제2 자기장 감지 유닛(400)의 제2 감지축(430)에 실질적으로 직교하며,
제1 및 제2 전압 파형((201, 202)은 실질적으로 진폭 및 발생기 주파수(f_g)가 동일하고 서로에 대해 약 90°만큼 위상 변이되고;
자기장 각도 감지 유닛(700)은 조절된 신호(601) 및 동기화 신호(101)를 수신하도록 구성되며, 상기 조절된 신호(601)와 동기화 신호(101) 사이의 위상 변이를 측정하여 측정된 위상 변이로부터 외부 자기장의 각도(θ)를 결정하도록 구성되는 외부 자기장(60)의 각도 및 세기를 측정하는 전자 회로로서,
제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400) 각각은 자기 터널 접합을 포함하고, 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)의 진폭이 외부 자기장(60)의 세기의 변화에 따라 선형적으로 변하도록 구성되고/되거나,
상기 자기장 감지 유닛(300, 400)은 외부 자기장(60)의 세기가 결정될 수 있도록 포화 상태에서 기준 자화(210)를 갖는 자기장 감지 소자를 포함하고,
상기 전자 회로는 상기 조절된 신호(601)의 진폭으로부터 외부 자기장(60)의 세기(H)를 결정하도록 구성된 자기장 세기 감지 유닛(800)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
제1항에 있어서,
신호 조절 유닛(500, 600)은 1:1의 비율로 제1 감지 출력 신호(301)와 제2 감지 출력 신호(401)를 가산하도록 구성되는 전자 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 및 제2 자기장 감지 유닛(300, 400) 각각은 전압 분배기로서 작용하는 하프 브리지 또는 풀 브리지 회로에 배열된 복수의 자기장 감지 소자(20-23)를 포함하고, 상기 분배기 비율은 외부 자기장의 각도 및 자기장 세기의 함수인 전자 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자기장 감지 소자(20-23)는 자기 터널 접합을 포함하는 전자 회로.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
신호 조절 유닛은 위상 비교기(600)를 포함하고;
상기 위상 비교기(600)는 제1 감지 출력 신호(301)를 제2 출력 신호(401)에 합산하고 합산된 신호의 위상을 감지하도록 구성되며,
출력된 조절 신호(601)는 디지털 위상 비교기 신호를 포함하는 전자 회로.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
신호 조절 유닛은 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 입력되는 가산기 회로(500)를 포함하고, 상기 가산기 회로(500)는 제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)를 가산하여 대응하는 합산된 신호(501)를 출력하도록 구성되며,
신호 조절 유닛은 합산된 신호(501)가 입력되는 위상 비교기(600)를 더 포함하고, 상기 위상 비교기(600)는 합산된 신호(501)의 위상을 감지하도록 구성되며,
상기 조절된 신호는 상기 위상 비교기(600)에 의해 출력된 디지털 위상 비교기 신호(601)에 해당하는 전자 회로.
제6항에 있어서,
제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 자기장 감지 유닛(400) 각각과 가산기 회로(500)의 입력부 사이에 DC 차단 커패시터(350)를 더 포함하는 전자 회로.
제6항에 있어서,
가산기 회로(500)의 출력부와 위상 비교기(600)의 입력부 사이에 배치된 저역 통과 필터(900)를 더 포함하고, 상기 저역 통과 필터(900)는 제1 고조파(501)를 제외하고 고차 고조파를 억제하도록 구성된 전자 회로.
제6항에 있어서,
제1 자기장 감지 유닛(300) 및 제2 자기장 감지 유닛(400) 각각에 연결되는 센서 보정 모듈(360)을 더 포함하는 전자 회로.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
전압 발생기(200)는 자기장 각도 감지 유닛(700)을 동기화하기 위한 발생기 주파수(f_g)를 갖는 발생기 동기화 신호(203)를 공급하도록 더 구성되는 전자 회로.
제10항에 있어서,
자기장 각도 감지 유닛(700)은 위상 비교기 신호(601) 및 발생기 동기화 신호(203)가 입력되는 RS 트리거를 포함하므로, 자기장 각도(701)에 대응하는 정보가 펄스 폭 변조 신호로 코딩되는 전자 회로.
제5항에 있어서,
제 1 및 제 2 자기장 감지 유닛(300, 400)은 차동 자기장 센서 배열을 형성하도록 연결되는 전자 회로.
제6항에 있어서,
위상 비교기 신호(601)는 합산된 신호(501)의 진폭을 최대로 샘플링하고 외부 자기장 세기(H)에 대한 정보를 포함하는 샘플링된 자기장 세기 출력(801)을 획득하도록 구성된 자기장 세기 감지 유닛(800)에 입력되는 전자 회로.
제13항에 있어서,
자기장 세기 감지 유닛(800)은 합산된 신호(501)를 상기 합산된 신호(501)의 위상 및 동기화 신호(101)의 클록 펄스 수로 설정되고 위상 비교기 신호(601)에 대한 90°위상 변이에 해당하는 사전 정의된 지연과 동기화함으로써 합산된 신호의 진폭을 샘플링하도록 구성되는 전자 회로.
제12항에 있어서,
제1 및 제2 감지 출력 신호(301, 401)가 연결된 2개의 아날로그 입력 단자를 포함하는 차동 증폭기(650)를 더 포함하고; 상기 차동 증폭기(650)는 외부 자기장(60)의 세기(H)를 결정하기 위해 자기장 세기 감지 유닛(800)에 입력되는 이진 디지털 차동 증폭기 출력 신호(651)를 출력하도록 구성되는 전자 회로.