KR101905341B1

KR101905341B1 - 오프셋 보상이 되는 홀 효과 센서 회로

Info

Publication number: KR101905341B1
Application number: KR1020177005967A
Authority: KR
Inventors: 레이 웡; 알프레드 제이. 산토스; 마크 이. 라크로악스
Original assignee: 더 팀켄 컴퍼니
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2018-10-05
Also published as: US10466311B2; KR20170039274A; WO2016036372A1; DE112014006927T5; US20170248662A1; JP2017527807A; CN107076806B; CN107076806A; JP6442045B2

Abstract

홀 효과 센서 쌍을 이용해 자기장 세기를 감지하기 위한 방법 및 장치가 제1 상 동안의 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 샘플링하고 감지된 전압을 조합하는 것을 포함한다. 제2 상 동안, 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 획득하고 감지된 전압을 조합한다. 제1 상 및 제2 상에서의 감지된 전압들이 조합되어 합산된 전압을 획득하고 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거한다. 하나의 배열에서, 합산된 전압이 제1 홀 효과 센서의 감지된 홀 전압과 제2 홀 효과 센서의 홀 전압의 합에 대응한다. 또 다른 배열에서, 합산된 전압은 제1 홀 효과 센서의 감지된 홀 전압에서 제2 홀 효과 센서의 감지된 홀 전압을 뺀 값에 대응한다. 기준 전압에 대한 합산된 전압의 변경이 자석을 갖는 회전 샤프트 또는 이와 유사한 배열의 속도를 결정하도록 카운팅된다.

Description

오프셋 보상이 되는 홀 효과 센서 회로{HALL EFFECT SENSOR CIRCUIT WITH OFFSET COMPENSATION}

본 발명은 오프셋 보상을 제공하는 홀 효과 센서(Hall effect sensor)를 포함하는 홀 효과 센서 회로 배열과 관련된다.

자기장을 검출하기 위해 홀 효과 센서를 사용하는 것이 공지된 바 있다. 회로는 홀 효과 센서의 단자를 0도와 90도 배향에서 교대로 샘플링한다. 이러한 기법이 전류 스피닝(current spinning)으로 알려져 있다. 기계적 스트레스, 온도 변화 또는 제조 오정렬(manufacture misalignment) 등의 인자에 의해 초래될 수 있는 오프셋 전압 에러를 감소시키기 위해, 열십자형 홀 효과 센서가 사용된다. 그러나 저역 통과 필터가 홀 효과 센서의 출력으로부터 오프셋 에러를 나타내는 전압 리플(voltage ripple)을 제거할 필요가 있다. 따라서 응답 속도가 저역 통과 필터에 의해 제한된다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 홀 효과 감지 회로에 연결된 적어도 하나의 홀 효과 센서에 의해 자기장을 감지하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 제1 상(phase) 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서로 구동 전류를 인가하는 단계와, 상기 제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대한 감지된 상 1 전압(phase one voltage)을 샘플링하는 단계와, 감지된 상 1 전압을 증폭기로 제공하는 단계와, 상기 제1 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 1 전압의 양의 전압 출력과 감지된 상 1 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로(holding circuit)로 출력하는 단계 - 양의 전압 출력 및 음의 전압 출력은 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - 와, 적어도 하나의 홀 효과 센서의 단자를 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서의 상이한 단자로 구동 전류를 인가하여 제2 상을 시작하는 단계와, 제1 상 동안과는 상이한 적어도 하나의 홀 효과 센서의 단자에서, 제2 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대한 감지된 상 2 전압(phase two voltage)을 샘플링하는 단계와, 감지된 상 2 전압을 증폭기로 제공하는 단계와, 제2 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 2 전압의 양의 전압 출력 및 감지된 상 2 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계 - 상기 양의 전압 출력 및 상기 음의 전압 출력은 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - 와, 제1 상으로부터의 양 및 음 전압을 제2 상으로부터의 양 및 음 전압과 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고, 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계를 포함한다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 홀 효과 센서는 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서를 포함하고, 합산된 자기장 세기 값은 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압과 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압의 합에 대응한다.

하나의 실시예는 합산된 자기장 세기 값을 획득하는 단계 후에, 다음 제1 상 동안 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 유지하는 단계, 및 홀 효과 센서의 단자를 제1 상의 단자에 대응하도록 스위칭하고 상기 제1 상을 반복하도록 적어도 하나의 홀 효과 센서로 구동 전류를 인가하는 단계를 포함하며, 제1 상을 반복하는 단계는 제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대해 감지된 상 1 전압을 샘플링하는 단계, 감지된 상 1 전압을 증폭기로 제공하는 단계, 및 제1 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 1 전압의 양의 전압 출력 및 감지된 상 1 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계 - 양의 전압 출력 및 음의 전압 출력이 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - 를 반복하여 포함한다.

또 다른 실시예에서 제2 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 2 전압의 양의 전압 및 감지된 상 2 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계는 양의 전압 출력과 음의 전압 출력을 스위칭하여, 제2 상 동안 음의 전압 출력이 제1 상 동안 양의 전압 출력을 수신하는 유지 회로의 제1 입력으로 제공되게 하고 제2 상 동안의 양의 전압 출력이 제1 상 동안 음의 전압 출력을 수신하는 유지 회로의 제2 입력으로 제공되게 하는 단계를 포함하고, 제1 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압을 제2 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압과 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계는 유지 회로의 제1 입력으로부터의 전압을 연산 증폭기의 음의 입력으로 제공하는 단계, 유지 회로의 제2 입력으로부터의 전압을 연산 증폭기의 양의 입력으로 제공하는 단계, 및 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 연산 증폭기의 출력으로서 제공하는 단계를 포함한다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 홀 효과 감지 회로에 연결된 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 자기장을 감지하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 구동 전류를 인가하는 단계와, 제1 상 동안 각각의 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 샘플링하는 단계와, 제1 상 동안 홀 효과 센서로부터의 감지된 전압을 조합하여 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제1 조합된 감지 전압을 획득하는 단계와, 홀 효과 센서의 단자를 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 상이한 단자로 구동 전류를 인가하여 제2 상을 시작하는 단계와, 제1 상 동안과 상이한 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 단자에서, 제2 상 동안 홀 효과 센서 각각에 대한 감지 전압을 샘플링하는 단계와, 제2 상 동안 홀 효과 센서로부터의 감지된 전압을 조합하여, 자기장 세기 값 및 음의 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제2 조합된 감지 전압을 획득하는 단계와, 제2 상 동안 제1 상으로부터의 제1 조합된 감지 전압과 제2 조합된 감지 전압을 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예는 합산된 자기장 세기 값을 획득하는 단계 후에, 다음 제1 상에 대해 조합된 감지 전압을 유지하는 단계, 및 홀 효과 센서의 단자를 제1 상의 단자에 대응하도록 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 구동 전류를 인가하여 제1 상을 반복하는 단계를 더 포함한다. 제1 상을 반복하는 단계는 제1 상 동안 각각의 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 샘플링하는 단계, 및 제1 상 동안 홀 효과 센서로부터 감지된 전압을 조합하여 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제1 조합된 전압을 획득하는 단계를 반복하여 포함한다.

적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍이 있는 하나의 실시예에서, 합산된 자기장 세기 값이 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압과 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압의 합에 대응한다. 또 다른 실시예에서 합산된 자기장 세기 값이 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압에서 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압을 뺀 값에 대응한다.

또 다른 실시예는 둘 이상의 홀 효과 센서 쌍을 포함하고, 홀 효과 센서 쌍의 감지된 전압이 조합된다.

또 다른 실시예에서 본 발명은 홀 효과 감지 회로 장치를 제공하며, 상기 장치는 단자를 갖는 제1 홀 효과 센서 및 제2 홀 효과 센서, 제1 증폭기 및 제2 증폭기, 제1 홀 효과 센서의 단자를 제1 증폭기의 입력으로 선택적으로 연결하도록 구성된 제1 스위칭 유닛 - 상기 제1 스위칭 유닛은 제2 홀 효과 센서의 단자를 제2 증폭기의 입력으로 선택적으로 연결하도록 구성됨 - , 제1 증폭기 및 제2 증폭기로부터의 출력을 수신하기 위한 제1 가산기 및 제2 가산기, 제1 가산기의 출력을 유지 회로로 연결하고 교대로 제2 가산기의 출력을 유지 회로로 연결하도록 구성된 제2 스위칭 유닛 - 상기 유지 회로는 커패시터와 스위치를 포함함 - , 유지 회로 및 가산기로부터 전압 입력을 수신하여 조합된 감지 전압을 획득하기 위한 출력 증폭기, 및 제1 스위칭 유닛 및 제2 스위칭 유닛을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.

하나의 실시예에서, 제어기는 제1 스위칭 유닛 및 제2 스위칭 유닛의 상태를 주기적으로 변경하고, 제1 스위칭 유닛 및 제2 스위칭 유닛의 상태를 변경할 때와 실질적으로 동시에, 유지 회로의 스위치의 상태를 변경함으로써, 제1 상 및 제2 상으로 감지 회로 배열을 동작시키도록 구성된다.

하나의 실시예에서, 제1 가산기는 제1 증폭기로부터의 양의 출력 및 제2 증포기로부터의 음의 출력을 수신하고, 제2 가산기가 제2 증포기로부터의 양의 출력 및 제1 증폭기로부터의 음의 출력을 수신한다.

또 다른 실시예에서, 제1 가산기는 제1 증폭기로부터의 양의 출력 및 제2 증폭기로부터의 양의 출력을 수신하고, 제2 가산기는 제2 증폭기로부터의 음의 출력 및 제1 증폭기로부터의 음의 출력을 수신한다. 또 다른 실시예에서, 감지 회로 배열은 저역 통과 필터가 없거나 더 높은 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터를 이용한다.

본 발명의 또 다른 형태가 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 고려하여 자명해질 것이다.

도 1은 제1 상 동안의 홀 센서 회로 배열의 하나의 실시예를 도시한다.
도 2는 제2 상 동안의 도 1의 홀 센서 회로의 배열을 도시한다.
도 3은 홀 센서 회로 배열의 동작 동안 전압 대(vs) 시를 보여주는 그래프이다.
도 4는 제1 상 동안의 홀 센서 회로 배열의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 제2 상 동안의 도 4의 홀 센서 회로 배열을 도시한다.
도 6은 제1 상 동안의 홀 센서 회로 배열의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 7은 제2 상 동안의 도 6의 홀 센서 회로 배열을 도시한다.

본 발명의 임의의 실시예가 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 다음의 상세한 설명에서 제공되는 구조 및 구성요소들의 배열의 상세사항에 적용되는 것으로 한정되지는 않는다. 본 발명은 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다.

도 1은 오프셋 보상을 제공하는 홀 효과 센서 회로 배열(10)를 도시한다. 도 1에서, 열십자형 홀 효과 센서(12, 14)의 쌍이 자기장의 존재/부재 및 강도를 감지한다. 홀 효과 센서(12, 14)는 이의 4개의 암(arm)에 연결되는 단자(A-D)를 포함한다. 스위치 유닛(16)은 홀 효과 센서(12)의 단자(A-D)를 연산 증폭기(20)로 연결하는 스위치(16-1, 16-2)의 제1 쌍을 포함한다. 기본 회로(도시되지 않음)가 단자(C-A)로 연결되어 단자(C)에서 단자(A)로 흐르는 바이어스 전류를 제공할 수 있다. 또한, 스위치 유닛(16)은 도 1에 도시된 바와 같이 홀 효과 센서(14)의 단자(A-D)를 연산 증폭기(22)로 연결하는 스위치(16-3, 16-4)의 제2 쌍을 포함한다. 연산 증폭기(20, 22) 각각은 양 및 음의 출력 단자와 함께 양 및 음의 입력 단자를 포함한다.

홀 효과 센서 회로 배열(10)은 각각 입력과 출력의 쌍을 갖는 가산기(24, 26)의 쌍을 포함한다. 가산기(24)는 증폭기(20)의 양의 출력을 연산 증폭기(22)의 음의 출력에 더한다. 가산기(26)는 연산 증폭기(20)의 음의 출력을 연산 증폭기(22)의 양의 출력에 더한다.

도 1에 2개의 가산기 출력 전기 커넥터 또는 와이어(28, 30)처럼 도시된 가산기(24)의 출력에 2개의 신호 경로가 제공된다. 마찬가지로, 가산기(26)의 출력이 분기하여 2개의 가산기 출력 전기 커넥터 또는 와이어(32, 34)를 제공할 수 있다. 도 1의 홀 효과 센서 회로에서 도시되는 바와 같이, 스위치 유닛(40)은 가산기(26)의 가산기 출력 커넥터(28) 또는 가산기 출력 커넥터(34)에 선택적으로 연결 가능한 제1 스위치(40-1)를 포함한다. 스위치 유닛(40)은 가산기(26)의 가산기 출력 커넥터(32) 또는 가산기(24)의 가산기 출력 커넥터(30)에 선택적으로 연결 가능한 제2 스위치(40-2)를 포함한다.

도 1에서, 스위치(40-1)의 출력이 유지 회로(hold circuit)(44)로 연결된다. 상기 유지 회로(44)는 커패시터(46, 48, 50)와 스위치(52, 54)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유지 회로(44)의 출력 커넥터(56)는, 출력 커넥터 또는 신호 라인(62)을 포함하는 연산 출력 증폭기(60)의 음의 입력 단자에 연결된다. 또한 유지 회로(44)의 전기 커넥터(64, 65)가 신호 라인(62)에 연결된다.

도 1에 도시된 유지 회로(44)는 또한 커패시터(68, 70)의 쌍과 스위치(72)를 포함한다. 유지 회로(44) 내에 도시된 스위치(74)는 센서 회로 배열(10)의 동작 전체 동안 폐쇄 위치(closed position)로 유지하기 때문에 이의 구성요소가 고려되지 않는다. 유지 회로(44)의 출력 커넥터(76)가 연산 출력 증폭기(60)의 양의 입력으로 연결된다. 도 1에서, "G"가 접지 단자의 약자이다.

연산 증폭기(60)의 출력은 비교기(80)의 입력에 연결된다. 전압 기준 생성기(82)가 비교기(80)의 또 다른 입력으로 연결된다. 비교기(80)는 출력 신호(84)를 제공한다.

홀 효과 센서 회로 배열(10)은 스위치 유닛(16), 스위치 유닛(40), 스위치(52), 스위치(54) 및 스위치(72)로 연결되는 제어기(90)를 포함한다. 제어기(90)는 스위치 유닛(16, 40) 및 스위치(52, 54, 72)의 상태를 제어하도록 구성된다.

도 1은 감지 상 1에서의 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 도시하며, 여기서, 도시된 상태의 스위치 유닛(16, 40) 및 스위치(52, 54, 72)에 의해 감지가 발생한다. 도 2는 감지 상 2에서의 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 도시하며, 스위치 유닛 및 스위치의 상태가 도 1에 도시된 상태에 비교될 때 반대 상태로 제어기(90)에 의해 변경되거나 스위칭된다. 도 1 및 2에 도시된 센서 회로 배열(10)은 홀 효과 센서(12) 및 홀 효과 센서(14)의 자기장 강도의 차이인 차이 신호 값을 획득한다.

동작

도 1에 도시된 홀 효과 센서 회로 배열(10)은 다음과 같이 동작한다. 연산 증폭기(20)는 각자의 스위치(16-1 및 16-2)를 통해 홀 효과 센서(12)의 단자 A 및 단자 C로부터 전압 신호를 수신한다. 연산 증폭기(20)는 수학식에 의해 정의되는 증폭기(20)의 양의 단자 상에 양의 출력을 제공한다: V1(상 1) = Vhall1 + Voffset1, 여기서 V1은 상 1 동안 증폭기(20)의 감지되는 전압이고, Vhall1은 홀 전압 값이고 Voffset1는 샘플링 상 1 동안 홀 효과 센서(12)와 증폭기(20)의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정된 전압 V1(상 1)이 상 1 동안의 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서(12)에 대한 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응한다.

동시에, 연산 증폭기(22)가 각자의 스위치(16-3 및 16-4)를 통한 홀 효과 센서(14)의 단자(A) 및 단자(C)로부터의 전압 신호를 수신한다. 연산 증폭기(22)는 다음의 수학식에 의해 정의되는 증폭기(22)의 양의 단자 상의 양의 출력을 제공한다: V2(상 1) = Vhall2 + Voffset2, 여기서 V2는 상 1 동안 증폭기(22)의 감지된 전압이고 Vhall2는 홀 전압 값이며 Voffset2는 샘플링 상 1 동안의 홀 효과 센서(14)의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정된 전압 V2(상 1)이 상 1 동안 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서(14)에 대한 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응한다.

그 후, 가산기가 증폭기(22)의 음의 출력 단자에 연결될 때 가산기(24)는 증폭기(20)로부터의 양의 전압 출력 V1(상 1)을 V2(상 1)에 대한 증폭기(22)로부터의 음의 전압 출력에 더한다. 따라서 가산기(24)는 다음의 수학식에 의해 정의되는 출력 신호를 제공한다: Vp(상 1) = (Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2), 여기서 Vp는 가산기(24)의 가산된 전압 출력을 나타낸다. 따라서 상 1에 대한 조합된 감지된 전압 Vp가 자기장 세기 값 및 홀 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응한다.

동시에, 가산기가 증폭기(20)의 음의 출력 단자에 연결될 때 가산기(26)는 증폭기(22)로부터의 양의 전압 출력 V2(상 1)를 V1(상 1)에 대한 음의 전압 출력에 더한다. 따라서 가산기(26)는 다음의 수학식에 의해 정의되는 출력 신호를 제공한다: Vn(상 1) = - (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2), 이때, Vn은 가산기(26)로부터의 더해진 전압 출력을 나타낸다. 조합된 감지된 전압 Vn(상 1)은 자기장 세기 값 및 오프셋 에러 값에 대응한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가산기(24)로부터의 전압 출력 Vp(상 1)이 상 1 동안 스위치 유닛(40)의 스위치(40-1)를 통해 유지 회로(44)로 전달된다. 상 1 동안 전기 접지(GND)에 연결된 스위치(54)에 의해, 전압 Vp이 직렬로 제공된 커패시터(46, 48)로 제공된다. 커패시터(46, 48) 사이에서, 유지 회로(44)가 연산 증폭기(60)의 음의 입력 단자로의 출력 연결(56)을 가진다. 커패시터(46)는 일반적으로 일정한 전압 값으로서 증폭기(60)로 제공되는 전압 출력 Vp을 수신 및 유지한다. 상기 커패시터(48)는 상 1 동안 스위치(54)를 통해 GND로 연결되고 방전된다. 동시에 유지 회로(44)의 스위치(72)는 접지 GND를, 연산 증폭기의 양의 입력과 연결되는 출력 커넥터(76)로 연결하도록 위치설정된다. 따라서 커패시터(70)는 커패시터(48)와 함께 상 1 동안 방전된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 상 동안 증폭기(60)의 출력이, 커패시터(50) 양단의 전압이 이전 상 2 완료로부터 출력 전압을 수신 및 유지하는 전압 유지 상태 하에 있다. 설명 목적으로, 수학식에서 증폭기 이득이 무시된다.

상 2

도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(90)는 스위치 유닛(16, 40)의 모든 스위치의 스위치 상태 및 유지 회로(44)의 스위치(52, 54, 72)의 스위치 상태를 변경함으로써, 제2 상으로 스위칭된다. 더 구체적으로, 도 2의 입력 단자에서의 90도 편이가 스위치 유닛의 스위치(16-1, 16-2)가 제1 홀 효과 센서(12)의 단자(B, D)로 연결되고 스위치(16-3, 16-4)가 제2 홀 효과 센서(14)의 단자(B, D)로 연결되는 샘플 및 유지(sample and hold) 동작의 상 2를 도시한다. 바이어스 회로(도시되지 않음)가 대응하는 스위치 상태를 변경함으로써 단자(D)에서 단자(B)로 흐르는 바이어스 전류를 제공한다.

상 2에서, 연산 증폭기(20)가 증폭기(20)의 양의 단자 상에서 다음의 수학식에 의해 정의되는 양의 출력을 제공한다: V1(상 2) = -Vhall1 + Voffset1, 여기서, V1은 상 2 동안의 증폭기(20)의 감지된 전압이고, Vhall1는 홀 전압 값이며 Voffset1는 상 2 동안의 홀 효과 센서(12)의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정된 전압 V1(상 2)이 상 2 동안 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서(12)에 대한 오프셋 에러 값에 대응한다.

동시에, 연산 증폭기(22)는 각자의 스위치(16-3 및 16-4)를 통해 홀 효과 센서(14)의 단자 B 및 단자 D로부터의 전압 신호를 수신한다. 연산 증폭기(22)는 증폭기(22)의 양의 단자 상에 다음의 수학식에 의해 정의되는 양의 출력을 제공한다: V2(상 2) = -Vhall2 + Voffset2, 여기서 V2는 상 2 동안 증폭기(22)의 감지된 전압이고 Vhall2는 홀 전압 값이며 Voffset2는 상 2 동안 홀 효과 센서(14)의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정된 전압 V2(상 2)가 상 2 동안 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서(14)에 대한 오프셋 에러 값에 대응한다.

그 후, 가산기가 증폭기(22)의 음의 출력 단자에 연결될 때 가산기(24)는 증폭기(20)로부터의 전압 출력 V1(상 2)를 V2(상 2)에 대한 증폭기(22)로부터의 음의 전압 출력에 더한다. 따라서 가산기(24)는 다음의 수학식에 의해 정의되는 출력 신호를 제공한다: Vp(상 2) = -(Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1-Voffset2). 조합된 감지된 전압 Vp(상 2)가 자기장 세기 값 및 오프셋 에러 값에 대응한다.

동시에, 가산기가 증폭기(20)의 음의 출력 단자에 연결될 때 가산기(26)는 증폭기(22)로부터 양의 전압 출력 V2(상 2)를 V1(상 2)에 대한 음의 전압 출력에 더한다. 따라서 가산기(26)는 다음의 수학식에 의해 정의된 출력 신호를 제공한다:Vn(상 2) = (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2). 조합된 감지 전압 Vn(상 2)이 자기장 세기 값 및 오프셋 에러 값에 대응한다.

제2 상 동안, 커패시터(50)가 Voutput = -(Vp(상 1) - Vn(상 1)) - (Vn(상 2) - Vp(상 2))의 값에 대응하도록 충전된다. 이 전압 값은 2개의 홀 효과 센서(12, 14)의 위치 간 자기장 세기의 차이에 대응한다. 더 구체적으로, 제1 상 및 제2 상으로부터의 합산된 전압이 자기장 오프셋 에러 값을 제거하여, 홀 효과 센서(12)의 자기장 세기 값에서 홀 효과 센서(14)의 자기장 세기 값을 뺀 값에 대응하는 합산된 전압을 획득할 수 있다.

Voutput 값이 홀 효과 센서 회로 배열(10)의 다음의 상 1 사이클에 대해 실질적으로 유지된다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상 2에서 샘플링 상 1로 스위칭될 때 최소 전압 전이를 제외하고, 센서 회로 배열(10)의 샘플링 및 유지 이벤트의 시간에 따른 조절이 평활화된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상 1에 대응하는 샘플링 시간 주기 및 상 2에 대응하는 시간 주기가 각각, 예를 들어 약 1 마이크로초이다. 따라서 제어기(90)가 홀 효과 센서 회로 배열(10)의 동작 동안 커패시터에 의해 방전되는 전압의 크기를 최소화하는 속도로 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 스위칭한다.

홀 효과 센서 회로 배열(10)은 증폭기(60)의 출력을, 홀 효과 센서(12, 14)의 홀 전압들 간 차이에 대해 원하는 자기장 값에 대응하는 전압 기준 생성기(82)로부터의 지정 전압 값에 비교하는 비교기(80)를 포함한다. 출력 증폭기(60)에 의해 출력되는 전압 차이가 예를 들어 도 3에 도시된 2.5볼트의 값을 초과할 때, 비교기(80)가 감지된 자기장이 지정 전압 값을 초과했음을 가리키는 1 볼트의 값을 갖는 출력(84)을 제공한다. 상기 1 볼트 값은, 증폭기(60)의 출력(62)이 비교기 출력(84)을 0볼트로 설정하는 2.5볼트 미만의 값일 때까지 유지된다.

하나의 실시예에서, 홀 효과 센서(12, 14)의 자기장 세기 간 차이의 변화가 비교기 출력(84)으로 연결된 회로에 의해 카운팅되어 홀 효과 센서에 인접한 경로를 따르는 회전 자석의 모션을 결정할 수 있다. 따라서 회전 샤프트, 또는 자석이 장착된 그 밖의 다른 장치의 회전 속도 값 또는 위치가 결정된다.

제2 실시예

도 4 및 5는 도 1 및 2의 실시예와 매우 유사한 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 도시한다. 따라서 회로 요소가 동일한 참조 번호로 나열된다. 도 1 및 2와 상이한 도 4 및 5의 실시예의 회로의 유일한 차이는 연산 증폭기(22)이다. 연산 증폭기(22)는 도 1 및 2에서와 같이 음의 출력이 아니라, 가산기(24)로 연결되는 양의 출력을 가진다. 마찬가지로, 증폭기(22)는, 도 1 및 2에서와 같이 양의 출력이 아니라, 가산기(26)에 연결되는 음의 출력을 가진다.

도 4 및 5의 증폭기(22)의 출력의 변화 때문에, 홀 효과 센서 회로 배열(10)은 반대 방식으로 홀 전압을 더하고 뺀다. 홀 효과 센서(12, 14)의 홀 전압의 합을 획득하기 위한 계산이 도 1 및 2에 도시된 실시예와 관련하여 상세히 기재된 바와 실질적으로 동일한 방식으로 획득된다. 예를 들어, Vp(상 1) = (Vhall1 + Vhall2) + (Voffset1 + Voffset2)이며, 여기서 Vp는 가산기(24)에 의해 출력되는 조합 전압을 나타낸다. Vn(상 1) = -(Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2)이며, 여기서 Vn(상 1)은 가산기(26)에 의해 출력된다. Vp(상 2) 및 Vn(상 2)에 대한 수학식이 유사한 패턴을 따른다. 따라서 최종 결과는 홀 효과 센서의 홀 전압 Vhall1 및 Vhall2이 더해진다는 것이다. 따라서 제2 상의 종료 시 최종 전압은 Voutput = -4(Vhall1 + Vhall2)이다. 따라서 Voutput의 값이 2개의 홀 효과 센서(12, 14)의 자기장 세기의 합에 대응한다. 더 구체적으로, 제1 상 및 제2 상으로부터의 합산된 전압이 자기장 오프셋 에러 값을 제거하여, 홀 효과 센서(12)의 자기장 세기 값과 홀 효과 센서(14)의 자기장 세기 값의 합에 대응하는 합산된 전압을 획득할 수 있다.

일부 실시예에서, 홀 효과 센서 전압의 합산된 값이 전압 기준 생성기(82)에 의해 비교기(80)로 제공되는 기준 전압에 비교된다. 기준 전압은 적절한 전이를 결정하기 위한 전압 값을 가진다. 제1 실시예에서와 같이, 지정 전압과 관련된 전이가 홀 효과 센서(12, 14)에 대한 샤프트에 장착된 자석의 회전 속도 또는 그 밖의 다른 상태를 제공할 수 있다.

제3 실시예

도 6 및 7은 단일 홀 효과 센서가 오프셋 보상을 갖고 이용되는 것을 제외하고, 상기의 실시예들의 일부분과 유사한 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 보여준다. 단일 홀 효과 센서가 제공되기 때문에, 가산기(24, 26) 및 그 밖의 다른 요소가 요구되지 않는다. 배열의 유사성 때문에, 회로 요소는 동일한 참조 번호와 함께 나열된다. 도 6에서, 열십자형 홀 효과 센서(12)가 자기장의 존재/부재 및 세기를 감지한다. 홀 효과 센서(12)는 자신의 4개의 암에 연결된 단자(A-D)를 포함한다. 스위치 유닛(16)은 홀 효과 센서(12)의 단자(A-D)를 연산 증폭기(20)로 연결하는 스위치(16-1, 16-2)의 쌍을 포함한다. 바이어스 회로(도시되지 않음)가 단자(C-A)로 연결되어 단자(C)에서 단자(A)로 흐르는 바이어스 전류를 제공할 수 있다. 연산 증폭기(20)는 양 및 음의 전압 출력과 함께 양 및 음의 전압 입력을 포함한다.

출력 커넥터(28, 30, 32, 34)가 각자의 출력을 증폭기(20)의 스위치 유닛(40)으로 연결한다. 도 6의 홀 효과 센서 회로 배열에서 도시되는 바와 같이, 스위치 유닛(40)은 연산 증폭기(20)의 양의 출력의 출력 커넥터(28) 또는 연산 증폭기(20)의 음의 출력의 출력 커넥터(34)로 선택적으로 연결 가능한 제1 스위치(40-1)를 포함한다. 스위치 유닛(40)은 연산 증폭기(20)의 음의 출력의 출력 커넥터(32) 또는 연산 증폭기의 양의 출력의 출력 커넥터(30)에 선택적으로 연결 가능한 제2 스위치(40-2)를 포함한다.

도 6에서, 스위치(40-1)의 출력이 유지 회로(44)로 연결된다. 상기 유지 회로(44)는 커패시터(46, 48, 50) 및 스위치(52, 54)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유지 회로(44)의 출력 커넥터(56)가 출력 커넥터 또는 신호 라인(62)을 포함하는 연산 출력 증폭기(60)의 음의 입력 단자로 연결된다. 또한 유지 회로(44)의 전기 커넥터(64, 65)가 신호 라인(62)으로 연결된다.

도 6에 도시된 유지 회로(44)는 커패시터(68, 70)의 쌍과 스위치(72)를 더 포함한다. 유지 회로(44) 내에 나타난 스위치(74)가 센서 회로 배열(10)의 동작 전체에서 폐쇄 위치를 유지하기 때문에, 이의 구성요소로 고려되지 않는다. 유지 회로(44)의 출력 커넥터(76)가 연산 출력 증폭기(60)의 양의 입력으로 연결된다. 도 6에서, "G"는 접지 단자(ground terminal)에 대한 약자이다.

홀 효과 센서 회로 배열(10)은 스위치 유닛(16), 스위치 유닛(40), 스위치(52), 스위치(54) 및 스위치(72)에 연결되는 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 제어기는 스위치 유닛(16, 40) 및 스위치(52, 54, 72)의 상태를 제어하도록 구성된다.

도 6은 도시된 상태의 스위치 유닛(16, 40) 및 스위치(52, 54, 72)에 의해 감지가 발생하는 감지 상 1에서의 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 도시한다. 도 7은 감지 상 2에서의 홀 효과 센서 회로 배열(10)을 도시하며, 여기서 스위치 유닛 및 스위치의 상태가 제어기에 의해 도 6에 도시된 상태에 비교할 때 반대 상태로 변경되거나 스위칭된다. 도 6 및 7에서 도시된 센서 회로 배열(10)이 홀 효과 센서(12)의 자기장 세기의 차이인 차이 신호 값을 획득한다.

동작

도 6에 도시된 홀 효과 센서 회로 배열(10)은 다음과 같이 동작한다. 연산 증폭기(20)는 각자의 스위치(16-1 및 16-2)를 통해 홀 효과 센서(12)의 단자(A) 및 단자(C)로부터의 전압 신호를 수신한다. 연산 증폭기(20)는 증폭기(20)의 양의 출력 단자 상에 다음의 수학식에 의해 정의되는 양의 전압 출력을 제공한다: V1(상 1) = Vhall1 + Voffset1, 여기서 V1은 상 1 동안의 증폭기(20)의 감지 전압이고, Vhall1는 홀 전압 값이며 Voffset1는 샘플링 상 1 동안의 홀 효과 센서(12) 및 증폭기(20)의 감지 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정 전압 V1(상 1)이 상 1 동안의 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서(12)에 대한 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응한다.

동시에, 연산 증폭기(20)가 음의 단자 상에서 -V1(상 1) = - (Vhall1 + Voffset1)의 값을 갖는 음의 전압 출력을 출력한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전압 출력 V1(상 1)이 상 1 동안 스위치 유닛(40)의 스위치(40-1)를 통해 유지 회로(44)로 전달된다. 상 1 동안 전기 접지(GND)로 연결되는 스위치(54)에 의해, 전압(V1)이 직렬로 제공되는 커패시터(46,48)에 제공된다. 커패시터(46, 48) 사이에서, 유지 회로(44)는 연산 증폭기(60)의 음의 입력 단자로의 출력 연결을 가진다. 커패시터(46)는 증폭기(60)로 제공되는 전압 출력(V1)을 수신하고 일반적으로 일정한 전압 값으로서 유지한다. 커패시터(48)는 스위치(54)를 통해 GND로 연결되고 상 1 동안 방전된다. 동시에 유지 회로(44)의 스위치(72)가 접지 GND를 연산 증폭기의 양의 입력과 연결되는 출력 커넥터(76)로 연결하도록 위치한다. 따라서 커패시터(70)는 커패시터(48)와 함께 상 1 동안 방전된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 상 동안 증폭기(60)의 출력은, 커패시터(50) 양단의 전압이 이전 상 2 완료로부터의 출력 전압을 수신 및 유지하는 전압 유지 상태에 있다. 설명 목적으로, 수학식에서 증폭기 이득은 무시된다.

상 2

도 7에서 나타난 바와 같이, 스위치 유닛(16, 40)의 스위치 및 유지 회로(44)의 스위치(52, 54, 72)의 스위치 상태를 변경함으로써, 제어기(도시되지 않음)가 제2 상으로 스위칭된다. 더 구체적으로, 도 7의 입력 단자의 90도 편이가, 스위치 유닛(16)의 스위치(16-1, 16-2)가 제1 홀 효과 센서(12)의 단자(B, D)로 연결되는 샘플 및 유지 동작의 상 2를 나타낸다. 바이어스 회로(도시되지 않음)가 대응하는 스위치 상태를 변경함으로써 단자(D)에서 단자(B)로 흐르는 바이어스 전류를 제공한다.

상 2에서, 연산 증폭기(20)가 증폭기(20)의 양의 출력 단자 상에서 다음의 수학식에 의해 정의되는 양의 출력을 제공한다: V1(상 2) = -Vhall1 + Voffset1, 여기서 V1은 상 2 동안 증폭기(20)의 감지 전압이고, Vhall1는 홀 전압 값이며 Voffset1는 상 2 동안의 홀 효과 센서(12)와 증폭기(20)의 감지 전압의 전압 오프셋 값이다. 따라서 측정된 전압 V1(상 2)이 자기장 세기 값 및 상 2 동안의 홀 효과 센서(12)에 대한 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응한다.

제2 상 동안, 커패시터(50)는 Voutput = -(Vp(상 1) - Vn(상 1)) - (Vn(상 2) - Vp(상 2))의 값에 대응하도록 변경된다. 따라서 Voutput = -4(Vhall1)이다. 이 전압 값은 홀 효과 센서(12)의 스위치 위치들 간 자기장 세기의 차이에 대응한다. 더 구체적으로, 제1 상과 제2 상으로부터의 합산된 전압이 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하여 홀 효과 센서(12)의 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득할 수 있다.

Voutput 값이 홀 효과 센서 회로 배열(10)의 다음 번 상 1 사이클에 대해 실질적으로 유지된다. 따라서 상 2에서 샘플링 상 1로 스위칭될 때의 최소 전압 전이를 제외하고 센서 회로 배열(10)의 샘플 및 유지 이벤트의 시간에 따른 조절이 평활화된다. 상 1에 대응하는 샘플링 시간 주기 및 상 2에 대응하는 시간 주기는 각각 약 1마이크로초이다. 따라서 제어기는 홀 효과 센서 회로 배열(10)의 동작 동안 커패시터에 의해 방전되는 전압의 크기를 최소화하는 속도로 홀 효과 센서(12)를 스위칭한다. 단일 홀 효과 센서 회로 배열은 앞서 제공된 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다.

앞서 세 가지 실시예가 개시되었지만, 실시예의 변형이 고려될 수 있다. 1마이크로초의 시간이 홀 효과 센서 회로 배열(10)의 샘플링 및 홀딩 주기에 대해 나타나지만, 상이한 주파수가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 및 유지 동작의 주파수가 약 200KHz 초과이며, 하나의 실시예에서, 주파수는 약 250KHz이다.

제1 실시예 및 제2 실시예에서 2개의 홀 효과 센서(12, 14)가 도시되지만, 홀 효과 센서 회로 배열이 제공되는 추가 홀 효과 센서 쌍이 고려될 수 있다. 각각의 홀 효과 센서(12, 14)에 대한 구동 전류가 단자(A-D)로의 스위치 연결과 함께 스위칭되어, 홀 전압을 감지하지 않는 각각의 홀 효과 센서의 단자 양단에서 구동 전류가 제공되도록 구동 전류를 제공할 수 있다.

주문형 집적 회로(ASIC) 홀 효과 센서 회로 배열(10)이 개시되어 있지만, 일부 실시예에서, 디지털 프로세서가 센서 회로 배열의 기능을 수행하도록 프로그램될 수 있다. 일부 실시예에서 프로세서는 그 밖의 다른 구성요소와 함께 전체 유지 회로(44)를 대체할 것이다. 하나의 아날로그 회로 배열 실시예에서 실질적으로 제1 상 전체 동안 샘플링이 발생하지만, 디지털 프로세서 또는 그 밖의 다른 프로세서에 의한 실시예에서, 더 짧은 시간 주기 동안 그리고 더 빈번하게 샘플링이 발생할 수 있다. 덧붙여, 또 다른 아날로그 회로 배열에서, 제1 상의 일부분 동안에만 샘플링이 발생할 수 있다.

일부 실시예에서, 비교기(80)의 출력(84)이 아날로그 또는 디지털 프로세서(도시되지 않음)에 제공된다. 프로세서는 시간에 따라 비교기(80)가 1볼트 신호를 출력/전이하는 횟수를 계산 또는 카운팅한다. 따라서 홀 효과 센서(12, 14)에 의해 감지되는 샤프트에 대한 회전 속도가 결정된다. 프로세서는 감지된 회전 속도에 응답하여 샤프트의 속도를 디스플레이하거나 및/또는 이 속도를 제어한다. 버스가 프로세서와 그 밖의 다른 장치 간 통신을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 비교기(80) 자체가 추가 증폭을 위한 아날로그 증폭기, 또는 아날로그-디지털 변환기 또는 디지털 프로세서로 교체된다.

일부 실시예에서, 증폭기(60)는 자신의 음의 출력과 스위치(70) 사이에 커패시터를 추가함으로써 차동 출력을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 증폭기(60)의 출력(64)은 추가 신호 증폭을 위한 아날로그 증폭기로 제공된다. 그 밖의 다른 일부 실시예에서, 증폭기(60)의 출력(64)은 아날로그-디지털 변환기로 제공되어 디지털 출력을 제공할 수 있다. 디지털 출력이 추가 처리를 위해 프로세서로 제공된다.

제3 개시된 실시예에서, 단일 홀 효과 센서가 도시된다. 그 밖의 다른 실시예에서, 3개 또는 또 다른 홀수 개의 홀 효과 센서가 제공된다.

따라서 본 발명은 측정된 전압에서 오프셋 전압을 제거하면서, 적어도 홀 효과 센서의 쌍의 홀 전압을 감지하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 따라서 더 정확한 홀 전압 값이 획득된다. 또한, 저역 통과 필터가 홀 효과 센서 오프셋 전압을 설명하는 데 요구되지 않는다. 본 발명의 다양한 특징 및 이점이 다음의 청구범위에서 제공된다.

Claims

홀 효과 감지 회로에 연결된 적어도 하나의 홀 효과 센서에 의해 자기장을 감지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
제1 상(phase) 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서로 구동 전류를 인가하는 단계,
상기 제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대한 감지된 상 1 전압(phase one voltage)을 샘플링하는 단계,
감지된 상 1 전압을 증폭기로 제공하는 단계,
상기 제1 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 1 전압의 양의 전압 출력과 감지된 상 1 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로(holding circuit)로 출력하는 단계 - 양의 전압 출력 및 음의 전압 출력은 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - ,
적어도 하나의 홀 효과 센서의 단자를 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서의 상이한 단자로 구동 전류를 인가하여 제2 상을 시작하는 단계,
제1 상 동안과는 상이한 적어도 하나의 홀 효과 센서의 단자에서, 제2 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대한 감지된 상 2 전압(phase two voltage)을 샘플링하는 단계,
감지된 상 2 전압을 증폭기로 제공하는 단계,
제2 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 2 전압의 양의 전압 출력 및 감지된 상 2 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계 - 상기 양의 전압 출력 및 상기 음의 전압 출력은 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - , 및
제1 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압을 제2 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압과 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고, 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계
를 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홀 효과 센서는 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서를 포함하며, 합산된 자기장 세기 값은 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압에 더해지는 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압(Hall voltage)에 대응하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 실제 자기장 세기 값의 4배인, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홀 효과 센서는 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서를 포함하고, 합산된 자기장 세기 값은 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압에서 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압을 뺀 값에 대응하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값을 획득하는 단계 후에,
다음 제1 상 동안 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 유지하는 단계, 및
홀 효과 센서의 단자를 제1 상의 단자에 대응하도록 스위칭하고 상기 제1 상을 반복하도록 적어도 하나의 홀 효과 센서로 구동 전류를 인가하는 단계를 포함하며,
제1 상을 반복하는 단계는
제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서에 대해 감지된 상 1 전압을 샘플링하는 단계,
감지된 상 1 전압을 증폭기로 제공하는 단계, 및
제1 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 1 전압의 양의 전압 출력 및 감지된 상 1 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계 - 양의 전압 출력 및 음의 전압 출력이 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응함 - 를 반복하여 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 홀 효과 센서의 단자를 스위칭하는 단계는 200,000 Hz의 스위칭 주파수로 단자를 스위칭하는 단계를 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제2항에 있어서, 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍은 둘 이상의 홀 효과 센서 쌍 사이의 하나의 홀 효과 센서 쌍을 포함하며, 홀 효과 센서 쌍의 합산된 전압이 조합되는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 제2 상 동안 증폭기로부터 감지된 상 2 전압의 양의 전압 출력 및 감지된 상 2 전압의 음의 전압 출력을 유지 회로로 출력하는 단계는
양의 전압 출력과 음의 전압 출력을 스위칭하여, 제2 상 동안 음의 전압 출력이 제1 상 동안 양의 전압 출력을 수신하는 유지 회로의 제1 입력으로 제공되게 하고 제2 상 동안의 양의 전압 출력이 제1 상 동안 음의 전압 출력을 수신하는 유지 회로의 제2 입력으로 제공되게 하는 단계를 포함하고,
제1 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압을 제2 상으로부터의 양의 출력 및 음의 출력 전압과 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계는
유지 회로의 제1 입력으로부터의 전압을 연산 증폭기의 음의 입력으로 제공하는 단계,
유지 회로의 제2 입력으로부터의 전압을 연산 증폭기의 양의 입력으로 제공하는 단계, 및
합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 연산 증폭기의 출력으로서 제공하는 단계를 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
홀 효과 감지 회로에 연결된 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 자기장을 감지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
제1 상 동안 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 구동 전류를 인가하는 단계,
제1 상 동안 각각의 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 샘플링하는 단계,
제1 상 동안 홀 효과 센서로부터의 감지된 전압을 조합하여 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제1 조합된 감지 전압을 획득하는 단계,
제1 조합된 감지 전압을 유지 회로에 제공하는 단계,
홀 효과 센서의 단자를 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 상이한 단자로 구동 전류를 인가하여 제2 상을 시작하는 단계,
제1 상 동안과 상이한 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍의 단자에서, 제2 상 동안 홀 효과 센서 각각에 대한 감지 전압을 샘플링하는 단계,
제2 상 동안 홀 효과 센서로부터의 감지된 전압을 조합하여, 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제2 조합된 감지 전압을 획득하는 단계,
제2 조합된 감지 전압을 유지 회로에 제공하는 단계, 및
제2 상 동안 제1 상으로부터의 제1 조합된 감지 전압과 제2 조합된 감지 전압을 합산하여, 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하고 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 획득하는 단계
를 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압과 상기 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압의 합에 대응하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 실제 자기장 세기 값의 4배인, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 홀 효과 센서 쌍의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압에서 홀 효과 센서 쌍의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압을 뺀 값에 대응하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값을 획득하는 단계 후에,
다음 제1 상에 대해 조합된 감지 전압을 유지하는 단계, 및
홀 효과 센서의 단자를 제1 상의 단자에 대응하도록 스위칭하고 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍으로 구동 전류를 인가하여 제1 상을 반복하는 단계를 포함하며, 제1 상을 반복하는 단계는
제1 상 동안 각각의 홀 효과 센서에 대한 감지된 전압을 샘플링하는 단계, 및
제1 상 동안 홀 효과 센서로부터 감지된 전압을 조합하여 자기장 세기 값 및 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값에 대응하는 제1 조합된 전압을 획득하는 단계를 반복하여 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 홀 효과 센서의 단자를 스위칭하는 단계는 200,000Hz의 스위칭 주파수로 단자를 스위칭하는 단계를 포함하는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 적어도 하나의 홀 효과 센서 쌍은 둘 이상의 홀 효과 센서 쌍 사이의 하나의 홀 효과 센서 쌍을 포함하고, 홀 효과 센서 쌍의 감지된 전압이 조합되는, 자기장을 감지하기 위한 방법.
홀 효과 감지 회로 장치로서, 상기 장치는
단자를 갖는 제1 홀 효과 센서 및 제2 홀 효과 센서,
제1 증폭기 및 제2 증폭기,
제1 홀 효과 센서의 단자를 제1 증폭기의 입력으로 선택적으로 연결하도록 구성된 제1 스위칭 유닛 - 상기 제1 스위칭 유닛은 제2 홀 효과 센서의 단자를 제2 증폭기의 입력으로 선택적으로 연결하도록 구성됨 - ,
제1 증폭기 및 제2 증폭기로부터의 출력을 수신하기 위한 제1 가산기 및 제2 가산기,
제1 가산기의 출력을 유지 회로로 연결하고 교대로 제2 가산기의 출력을 유지 회로로 연결하도록 구성된 제2 스위칭 유닛 - 상기 유지 회로는 커패시터와 스위치를 포함함 - ,
유지 회로 및 제1 내지 제2 가산기로부터 전압 입력을 수신하여 조합된 감지 전압을 획득하기 위한 출력 증폭기, 및
제1 스위칭 유닛 및 제2 스위칭 유닛을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하되,
상기 제어기는, 제1 스위칭 유닛과 제2 스위칭 유닛의 상태를 주기적으로 변경함에 의해, 제1 상과 제2 상에서 센싱 회로 장치를 작동시키고, 제1 상과 제2 상 사이에서 스위칭할 때 유지 회로 내의 스위치의 상태를 변경시키도록 구성되며, 유지 회로 내의 스위치의 상태의 변경은 제1 스위칭 유닛과 제2 스위칭 유닛의 상태의 변경과 동시에 발생하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
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제16항에 있어서, 감지 회로 장치는 제1 상 및 제2 상으로부터의 조합된 감지 전압을 결정하고 홀 효과 센서와 증폭기의 오프셋 에러 값을 제거하며, 조합된 감지 전압이 홀 효과 센서 쌍에 대한 합산된 자기장 세기 값에 대응하는 합산된 전압을 포함하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제19항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 제1 홀 효과 센서의 홀 전압과 제2 홀 효과 센서의 홀 전압의 합에 대응하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제19항에 있어서, 합산된 자기장 세기 값은 제2 홀 효과 센서의 홀 전압에서 제1 홀 효과 센서의 홀 전압을 뺀 값에 대응하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 제1 가산기는 제1 증폭기로부터의 양의 출력 및 제2 증폭기로부터의 음의 출력을 수신하고, 제2 가산기가 제2 증폭기로부터의 양의 출력 및 제1 증폭기로부터의 음의 출력을 수신하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 제1 가산기는 제1 증폭기로부터의 양의 출력 및 제2 증폭기로부터의 양의 출력을 수신하고, 제2 가산기는 제2 증폭기로부터의 음의 출력 및 제1 증폭기로부터의 음의 출력을 수신하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 감지 회로 장치는 저역 통과 필터가 없는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 제1 홀 효과 센서 및 제2 홀 효과 센서는 둘 이상의 홀 효과 센서 쌍 사이의 하나의 홀 효과 센서 쌍을 포함하며, 홀 효과 센서 쌍의 감지된 전압이 조합되는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 기준 전압을 수신하기 위한 제1 입력 및 출력 증폭기의 출력을 수신하기 위한 제2 입력을 갖는 비교기를 더 포함하는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 제1 가산기는 Vp(상 1) = (Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2)의 제1 상 동안의 제1 가산기 전압 출력을 제공하며, Vp(상 1)는 제1 가산기의 제1 가산기 전압 출력을 나타내고, Vhall1는 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압 값이며, Voffset1는 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이며, Vhall2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압이며, Voffset2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값인, 홀 효과 감지 회로 장치.
제27항에 있어서, 제2 가산기는 Vn(상 1) = - (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2)의 제1 상 동안의 제2 가산기 전압 출력을 제공하며, Vn은 제2 가산기의 제2 가산기 전압 출력을 나타내고, Vhall1는 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압 값이고, Voffset1은 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이며, Vhall2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압 값이고, Voffset2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값인, 홀 효과 감지 회로 장치.
제28항에 있어서, 제1 가산기는 Vp(상 2) = -(Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2)의 제2 상 동안의 제1 가산기 전압 출력을 제공하고, Vp(상 2)는 제2 상 동안의 제1 가산기의 제1 가산기 전압 출력을 나타내며, Vhall1은 제2 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압 값이고 Voffset1은 제2 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이며, Vhall2는 제2 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압 값이고 Voffset2는 제2 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값인, 홀 효과 감지 회로 장치.
제29항에 있어서, 제2 가산기는 Vn(상 2) = (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2)의 제2 상 동안의 제2 가산기 전압 출력을 제공하고, Vn(상 2)는 제2 상 동안 제2 가산기의 제2 가산기 전압 출력을 나타내고, Vhall1는 제2 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압 값이며, Voffset1는 제2 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이고, Vhall2는 제2 상 동안 제2 홀 효과 센서의 홀 전압 값이고 Voffset2는 제2 상 동안 제2 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값인, 홀 효과 감지 회로 장치.
제30항에 있어서, 제2 상 동안, 유지 회로는 Voutput = - (Vp(상 1) - Vn(상 1)) - (Vn(상 2) - Vp(상 2))의 값에 대응하도록 충전되는, 홀 효과 감지 회로 장치.
제16항에 있어서, 제1 가산기는 Vp(상 1) = (Vhall1 + Vhall2) + (Voffset1 + Voffset2)의 제1 상 동안의 제1 가산기 전압 출력을 제공하며, Vp(상 1)는 제1 가산기의 제1 가산기 전압 출력을 나타내고, Vhall1는 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 홀 전압 값이며, Voffset1는 제1 상 동안의 제1 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값이며, Vhall2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 홀 전압이며, Voffset2는 제1 상 동안의 제2 홀 효과 센서의 감지된 전압의 전압 오프셋 값인, 홀 효과 감지 회로 장치.