(57)【要約】【課題】本発明は、位置を測定するための位置感知デバイスを備える、位置を測定するための位置感知デバイスを提供する。【解決手段】位置感知デバイスは、−各々が測定されるべき位置を表す入力位相（θｉ）の関数である感知信号を生成するように配設された複数のセンサ（２）と、−加重因子の配列に従って該感知信号を組み合わせることによって、エラー信号（５）を発生させるように配設されたコンバイナ回路（４）と、−該エラー信号をフィルタリングし、かつ該位置を表す位相値を出力するように配設された処理ブロック（６）と、−該出力位相値を受信し、かつ該受信した出力位相値に基づいて該加重因子の配列を調整するように配設されたフィードバック信号ユニット（８）を備えるフィードバックループと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置を測定するための位置感知デバイスであって、
−各々が測定されるべき位置を表す入力位相の関数である感知信号を生成するように配設された複数のセンサと、
−加重因子の配列に従って、前記感知信号を組み合わせることによって、エラー信号を発生させるように配設されたコンバイナ回路と、
−前記エラー信号をフィルタリングし、前記フィルタリングしたエラー信号から前記位置を表す位相値を導出し、かつ前記位置を表す前記位相値を出力するように配設された処理ブロックと、
−前記出力位相値を受信し、かつ前記受信した出力位相値に基づいて前記加重因子の配列を調整し、よって、前記加重因子が前記出力位相値の関数であるように配設されたフィードバック信号ユニットを備えるフィードバックループと、を備える、位置感知デバイス。
【請求項２】
前記処理ブロックが、前記フィルタリングしたエラー信号を受信し、かつ前記位置を表す前記位相値を発生させるように配設された量子化器を備える、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項３】
前記エラー信号が、アナログエラー信号である、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項４】
前記処理ブロックが、前記エラー信号または前記フィルタリングしたエラー信号をデジタル化するためのアナログ−デジタル変換器を備える、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項５】
前記処理ブロックが、前記エラー信号を受信し、かつあるバージョンの経時的に蓄積された前記エラー信号を出力するように配設された積分器を備えるアナログフィルタ回路を備える、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項６】
前記処理ブロックが、デジタルフィルタを備える、請求項４に記載の位置感知デバイス。
【請求項７】
前記デジタルフィルタが、デジタル積分器を備える、請求項６に記載の位置感知デバイス。
【請求項８】
前記フィードバック信号ユニットが、前記出力位相値を受信するように配設された角度−利得変換ブロックを備える、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項９】
前記加重因子を適合させるように配設されたデジタル利得制御ユニットを備える、請求項８に記載の位置感知デバイス。
【請求項１０】
前記加重因子の配列を実装するために、アナログマルチプレクサを備える、請求項９に記載の位置感知デバイス。
【請求項１１】
前記加重因子の配列を実装するために切り替え可能に接続することができる構成要素を備える、請求項９に記載の位置感知デバイス。
【請求項１２】
前記センサが、磁気センサである、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項１３】
前記センサが、磁界の角度を測定するように配設される、請求項１２に記載の位置感知デバイス。
【請求項１４】
前記複数のセンサが、各々が測定されるべき位置を表す入力位相の異なる関数である感知信号を生成するように配設された少なくとも３つのセンサを備える、請求項１に記載の位置感知デバイス。
【請求項１５】
請求項１に記載の位置感知デバイスと、多極磁石と、を備える、配設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、線形変位、回転角などによって位置が定義される、位置センサの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置センサ、例えば（例えば、ロータに装着された）１つ以上の磁石に対する（例えば、ステータに装着された）センサの角度位置を測定するための角度位置センサは、当該技術分野において既知である。種々の場所において磁石（複数可）によって発生する磁界の強度を測定することによって、センサ素子に対する磁石（複数可）の位置または配向を決定することができる。
【０００３】
特許文献１は、磁界に応答して複数の磁界感知素子の感知素子出力信号から形成された測定磁界信号を受信する、位相ロックループによる角度検出のための磁界センサを開示する。位相ロックループは、磁界の角度を示す値を有する角度信号を発生させるように構成される。感知素子を逐次的に走査し、したがって、時間の関数として単一の測定磁界信号を形成する、個々の感知素子の一連の読み出し値を取得する。各読み出しタイムスロット中には、単一の感知素子のみが読み出される。結果的に、１つの読み出しタイムスロット中の信号対雑音比が、単一の感知素子によって決定される。さらに、測定磁界信号は、その場合、過程を逆にすることができるという特性を有し、すなわち、適用した走査スキームの知識を持って、各個々の感知素子の読み出し値を演繹することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国出願公開第２０１６／３６３６３８号明細書
【特許文献２】米国出願公開第２０１０／０２６２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、より高速に機能し、より良好な信号対雑音比をもたらす位置感知デバイスに対する必要性が存在する。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、高速かつ良好な精度で位置を決定することが可能な位置感知デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明による解決策によって達成される。
【０００８】
第１の態様において、本発明は、位置を測定するための位置感知デバイスに関し、該位置感知デバイスは、
−各々が測定されるべき位置を表す入力位相の関数である感知信号を生成するように配設された複数のセンサと、
−加重因子の配列に従って該感知信号を組み合わせることによって、エラー信号を発生させるように配設されたコンバイナ回路と、
−該エラー信号をフィルタリングし、該フィルタリングしたエラー信号から該位置を表す位相値を導出し、かつ該位置を表す位相値を出力するように配設された処理ブロックと、
−該出力位相値を受信し、かつ該受信した出力位相値に基づいて該加重因子の配列を調整し、よって、該加重因子が該出力位相値の関数であるように配設されたフィードバック信号ユニットを備えるフィードバックループと、を備える。
【０００９】
提案された解決策は、低減された待ち時間および良好なノイズ性能で、測定されるべき位置を示す推定信号を読み出すことを可能にする。位置は、典型的に、線形位置および／または回転角である。処理ブロックは、多数の感知信号の組み合わせを同時に、すなわち、並列方式で処理する。換言すれば、任意の瞬間に、処理されている信号は、種々の感知信号の組み合わせであり、各信号寄与の情報は、概して、逆にすることができない方式でマージされる。並列処理は、入力位置／角度が高い（角）速度で変化するときの、低い位置／角度エラーを可能にする。本発明において、エラー推定は、各読み出しタイムスロット中に取得される。よって、同じ読み出し速度の場合、この手法は、エラー推定を生成する際に、種々の感知素子を逐次的に走査し、処理する先行技術の解決策よりも高速である。並列読み出しはまた、ノイズ性能に正の影響を及ぼす。センサは、瞬間毎にそれらの信号を提供する。センサ信号は、コンバイナ回路において加重方式で組み合わされ、そこでは、センサの異なるノイズ寄与が平均され、個々の感知素子信号の信号対雑音（ＳＮＲ）と比較して、より良好なＳＮＲを伴う出力につながる。換言すれば、センサの並列読み出しは、各瞬間においてノイズを平均することを可能にする。
【００１０】
実施形態において、処理ブロックは、フィルタリングしたエラー信号を受信し、かつ位置を表す位相値を発生させるように配設された量子化器を備える。
【００１１】
実施形態において、エラー信号は、アナログ信号である。
【００１２】
有利な実施形態において、処理ブロックは、連続時間エラー信号および／またはフィルタリングしたエラー信号をデジタル化するためのアナログ−デジタル変換器を備える。
【００１３】
好ましい実施形態において、処理ブロックは、エラー信号を受信し、かつ低域通過フィルタリングしたバージョンのエラー信号を出力するように配設されたアナログフィルタ回路を備える。好ましい実施形態において、アナログフィルタは、あるバージョンの経時的に蓄積されたエラー信号を出力するためのアナログ積分器を備える。
【００１４】
好ましくは、処理ブロックは、デジタルフィルタを備える。好ましい実施形態において、デジタルフィルタは、デジタル積分器を備える。
【００１５】
好ましい実施形態において、フィードバック信号ユニットは、出力位相値を受信するように配設された角度−利得変換ブロックを備える。
【００１６】
本発明の実施形態において、位置感知デバイスは、該加重因子を適合させるように配設された１つ以上のデジタル利得制御ユニットを備える。特定の実施形態において、位置感知デバイスは、加重因子の配列を実装するために、１つ以上のアナログマルチプレクサを備える。特定の実施形態において、位置感知デバイスは、加重因子の配列を実装するために切り替え可能に接続することができる構成要素を備える。
【００１７】
センサは、好ましい実施形態において、磁気センサである。それらは、ホール素子、巨大磁気抵抗、またはトンネル磁気抵抗感知素子とすることができる。センサは、好ましくは、磁界の角度を測定するように配設される。
【００１８】
一実施形態において、複数のセンサは、各々が測定されるべき位置を表す入力位相の異なる関数である感知信号を生成するように配設された少なくとも３つのセンサを備える。
【００１９】
一態様において、本発明は、上で説明したような位置感知デバイスと、多極磁石とを備える配設に関する。
【００２０】
本発明、および先行技術に勝って達成される利点を要約する目的で、本発明の特定の目的および利点を、本明細書の上で説明してきた。当然ながら、必ずしもすべての目的または利点が、本明細書の特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者は、本発明が、必ずしも本明細書で教示または示唆され得るような他の目的または利点を達成することなく、本明細書で教示されるような１つの利点または一群の利点を達成または最適化する様式で具現化または実行され得ることを認識するであろう。
【００２１】
本発明の上記のおよび他の態様は、以下に説明される実施形態（複数可）から明らかになり、また、該実施形態を参照することで解明されるであろう。
【００２２】
本発明は、以下、一例として、添付図面を参照してさらに説明され、種々の図において、同じ参照番号は、同じ要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による位置感知デバイスの一般的なスキームを例示する。
【図２】本発明の位置感知デバイスの一実施形態を例示する。
【図３】デジタル的に制御された利得の可能な実現形態を例示する。
【図４】アナログマルチプレクサおよびスイッチング構成要素の可能な実現形態をより詳細に例示する。
【図５】実際の加重スキームをそれぞれ２つおよび４つの投影信号で例示する。
【図６】スピニングスキームが適用される、位置感知デバイスの一実施形態を例示する。
【図７】１２極磁石とともに使用する浮遊磁界ロバストな配設を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、特定の実施形態に関して、ある特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００２５】
さらに、説明および特許請求の範囲における、第１の、第２のなどの用語は、類似する要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも時間的、空間的、ランキング、または任意の他の様式のいずれかで順序を説明するものではない。そのように使用される用語は、適切な条件下で交換可能であること、および本明細書で説明される本発明の実施形態が、本明細書で説明または例示されるもの以外の他の順序での動作が可能であることを理解されたい。
【００２６】
特許請求の範囲で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、以下に列記される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素または工程を排除しないことに留意されたい。したがって、述べられる特徴、整数、工程、または参照される構成要素の存在を特定するものとして解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、もしくは構成要素、またはそれらの群の存在または追加を排除しない。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明に関しては、デバイスの唯一の関連する構成要素がＡおよびＢであることを意味する。
【００２７】
本明細書の全体を通して「１つの実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に言及することは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して種々の場所における「１つの実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態において（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態に言及するものではないが、その場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、本開示から当業者に明らかなように、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式で組み合わせることができる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の種々の特徴が、あるときには、本開示を合理化し、また、種々の本発明の態様の１つ以上の理解を支援する目的で、単一の実施形態、図、またはその説明にグループ化されることが認識されるべきである。しかしながら、本開示の方法は、特許請求される発明が、各請求項において明示的に記載されるよりも多い特徴が必要であるという意図を反映したものと解釈されない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の上で開示された実施形態のすべての特徴よりも少ないものに存する。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態としてそれ自体で成立する。
【００２９】
さらに、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴は含むが、他の特徴は含まず、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。
【００３０】
本発明の特定の特徴または態様を説明するときに、特定の用語を使用することは、その用語が関連付けられる本発明の特徴または態様の任意の特定の特性を含むことを制限されるように、その用語が本明細書で再定義されていることを含意するものと解釈されるべきではないことに留意されたい。
【００３１】
本願明細書にて提供される説明には、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細を伴わずに実践され得ることを理解されたい。他の事例では、この説明の理解を不明瞭にしないために、よく知られている方法、構造、および手法は、詳細に示されていない。
【００３２】
本発明は、位置センサに関する。位置は、線形変位、回転角などを指すことができる。提案された位置感知デバイスは、例えば、最高８００００ｒｐｍの高速回転に使用することができ、また、わずかなエラー、例えば±２°未満だけしか伴わない任意の一定の回転速度で、回転角を追跡することが可能である。位置感知デバイスは、位置を追跡するためにデバイスが追跡モードで動作する、複数のアナログ感知信号を生成する複数のセンサを備える。追跡ループは、「予測された」出力と実際の位相／位置／角度とを比較することに基づいて、漸増的な方式で外部変位／角度を追跡する。
【００３３】
好ましい実施形態において、位置感知デバイスは、外部磁石を使用する角度センサである。他の実施形態において、位置センサは、相互インダクタンスに基づく角度センサ（電気リゾルバ）である。さらに他の実施形態において、位置センサは、例えば磁石がセンサに対して線形に変位することに基づく、線形位置センサである。
【００３４】
想定されたセンサタイプのいずれかにおいて、一般化された位置、例えば線形位置または角度が測定される。２つ以上の感知信号、例えばｃｏｓθｉおよびｓｉｎθｉが利用可能であり、位相／角度θｉは、（一般化された）位置の関数として変化する。
【００３５】
入力位相θｉは、測定されるべき位置と関連付けられる。センサシステムは、入力位相／角度θｉを表すアナログ感知信号を提供する、Ｎ≧２個の（すなわち、少なくとも２つの）感知素子を備える。これらの感知信号は、例えば、
【数１】
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（１）
として表すことができ、式中、Ａは、感知素子信号の振幅である。方程式１から分かるように、各感知信号は、異なる位相を有し、該位相は、この事例において、入力位相／角度θｉの関数であり、基準に対するＨＥ素子の位置である。
【００３６】
提案された位置センサのサブクラスは、角度センサであり、その事例において、入力位相θｉは、機械的回転角θ機械と同じであり得る。入力位相θｉはまた、機械的回転角の線形関数でもあり得る。
【００３７】
提案された位置センサのサブクラスは、線形位置センサであり、その事例において、入力位相θｉは、機械的変位ｘ機械の線形関数、例えば、θｉ＝ｋ・ｘ機械とすることができ、式中、ｋは、ある比例定数である。追加の定数φ０もまた存在し得る。
【００３８】
提案された位置センサのサブクラスは、例えば、位置センサに対する（例えば、磁石によって発生する）磁界の変位を測定する、磁気位置センサである。
【００３９】
提案された角度センサのサブクラスは、例えば磁石によって発生する磁界の角度を測定する、磁気角度センサである。このサブクラスにおいて、感知素子は、水平または垂直ホール素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）またはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）感知素子などに基づくことができる。これは、磁界を局所的に変化させる、例えばその方向を、例えば平面磁界から垂直磁界に変化させる、磁気層（例えば、統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ））と組み合わせることができる。磁気の事例において、方程式（１）のような感知素子信号はまた、異なる方向における、例えばｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１について角度ｋ・２π／Ｎによって識別される方向に沿った、磁界の投影と解釈することもできる。磁気層も含まれるときに、磁気層の形状は、投影を取得するように選択することができる。
【００４０】
提案された角度センサのサブクラスにおいて、複数の感知素子信号は、少なくともＮ≧２個の感知コイルを有する電気リゾルバの出力として取得される。これらの電気リゾルバは、典型的に、駆動コイルと異なる感知コイルとの間の角度依存相互インダクタンスに依存する。
【００４１】
本発明の位置感知デバイスの一実施形態の一般的なブロックスキームを図１に示す。入力位相θｉによって表される、測定されるべき一般化された位置は、少なくとも２つのセンサ（２）の出力に影響を及ぼす。結果として生じる感知信号は、コンバイナ回路（４）に送給され、そこで、信号Ｓｋは、該信号の対応する加重因子Ｇｋで各々乗算される。次に、結果として生じる加重された和信号（５）が処理ブロック（６）に進み、そこで、ループフィルタ（６０）においてフィルタリングされ、出力位相θｏの推定値が取得される。コンバイナ回路によって生成される信号は、入力位相θｉと推定出力位相θｏとの間のエラーを表す信号である。出力位相θｏは、フィードバック信号ユニット（８）に送給され、そこで、位相−加重変換が行われ、次の繰り返しで使用するための、更新された加重因子が決定される。
【００４２】
処理ブロック（６）は、種々の感知信号の組み合わせを、同時に、すなわち並列の様式で処理する。この並列処理は、入力位置／角度が高い（角）速度で変化するときの、低い位置／角度エラーを可能にする。エラー推定は、各読み出しタイムスロット中に取得され、したがって、同じ読み出し速度の場合には、順次手法を使用したときよりも高速である。センサ信号がコンバイナ回路において組み合わされると、センサの異なるノイズ寄与が平均され、個々の感知素子信号の信号対雑音（ＳＮＲ）と比較して、より良好なＳＮＲを伴う出力につながる。換言すれば、センサの並列読み出しは、各瞬間においてノイズを平均することを可能にする。感知素子の読み出しはまた、例えばホール読み出しの際にスピニング電流平均化を適用するときのように、異なる位相を通じた測定の結果を平均化すること、および／または組み合わせることを含むことができる。そのような組み合わせ／平均化は、各タイムスロット内で行うことができる。各感知信号は、次いで、同じ感知素子に関する読み出しの平均値／組み合わせ値に対応することができる。この事例においても、このようにして取得された感知信号の並列処理が、順次処理と比較して、より良好なＳＮＲおよび／またはより高速なエラー推定を可能にするという、同じ結論を保つ。
【００４３】
図１は、本発明による位置感知デバイスの全体的な構造を詳述し、また、システムレベルにおいて含まれる信号を明確にする。このスキームにおける信号は、アナログ信号、デジタル信号、またはさらに、一般的なブロック図に現れる信号のような、類似する種類の情報を搬送する任意の他の種類の信号とすることができる。例えば、感知素子から受信する信号は、例えばこれらの感知素子が、デジタルドメインに変換するための手段を該感知素子自体が備える、より巧妙なシステムのときには、デジタルドメイン内のものであり得る。後者の場合、コンバイナ回路、処理ブロック、および位相−加重変換ブロックは、完全にデジタルドメイン内にあり得る。
【００４４】
実際の実施形態を図２に例示する。この実施例において、角度センサは、例えば永久磁石によって発生する磁界の方向の測定値に基づくものとみなされる。さらに、この実施形態においては、ホール素子が一次感知素子として使用される。図２の主信号経路は、少なくとも２つのホールプレートを含まなければならない。この特定の事例では、８つのホールプレートが存在する。図２において、このホールプレートは、円全体にわたって均一に展開される。他の実施形態において、このホールプレートは、円の一部にわたってのみ均一に展開されるか、または均一に展開されない場合がある。実際の展開は、出力角度の関数として加重をどのように適合させるのかに影響を及ぼす。いくつかの構成は、それらがより単純な関係に至るので、その意味では、他の構成よりも好ましい。
【００４５】
図２のコンバイナ回路（４）は、ホール素子（ＨＥ）信号の加重された組み合わせを発生させる。そのため、各ＨＥ信号には、そのＨＥ信号に対応する加重因子を乗算する。そのため、加重因子の数は、この特定の実施例のＨＥ信号において、センサ信号の数に等しい。次に、結果として生じる信号（５）は、次に、処理ブロック（６）においてフィルタリングされる。フィルタリングに関する詳細は、下で提供される。少なくとも２つの線形独立センサ信号が存在しなければならず、すなわち、少なくとも２つのセンサ信号が、互いに単純に比例していないことを識別することができる。換言すれば、関係する少なくとも２つの異なる関数が存在し、ここで、「異なる関数」は、同じ関数、例えばコサイン関数でもあり得るが、異なる引数、例えば入力位相および固定位相の異なる組み合わせである引数を伴い得る。これはまた、少なくとも２つの異なる方向における感知とみなすこともでき、例えば、磁界の事例において、センサは、異なる方向における、例えばセンサの平面において４５°の角度で、および９０°の角度で、磁界の投影を感知する。次いで、処理ブロック（６）は、決定されるべき位置を表す位相値θｏを出力する。フィードバックループ内のフィードバック信号ユニット（８）は、処理ブロックによって位相値出力が送給され、配列内の種々の加重因子の更新された値を決定する。次いで、次の感知信号の配列が入るときに、これらの更新された加重値を使用する。結果として生じる加重された信号は、よって、入力位相θｉと出力角θｏとの間の現在のエラーを示す。
【００４６】
図２のコンバイナ回路（４）は、アナログドメインにおいてホール素子（ＨＥ）信号の加重された組み合わせを発生させる。これは、低ノイズで暗示的なアンチエイリアスフィルタリングをもたらすので、デバイスのアナログ低域通過フィルタリングを提供するアナログフィルタ（６１）を有することが有利である。アナログフィルタ（６１）は、例えば、連続時間アナログ積分器とすることができる。ＡＤＣ（６２）は、示されるシステムの場合には、角速度を表す積分器出力を、デジタルドメインに変換する。デジタルフィルタ（６３）は、この実施形態において、追跡ループの安定性を向上させるために追加のフィードフォワード経路を有するデジタル積分器／アキュムレータであり、デジタルＡＤＣ信号を角度に変換する。代替的に、追跡ループの安定性はまた、例えば積分器において使用されるコンデンサと直列に抵抗器を加えることによって実装される積分器の場合には、アナログフィルタの適切な選択によって、例えばゼロを伝達関数に加えることによっても向上させることができる。この特定の例において、アナログフィルタ（６１）、ＡＤＣ（６２）、およびデジタルフィルタ（６３）の組み合わせは、その入力において、コンバイナ回路から連続時間信号を受信するループフィルタ（６０）を構成する。次に、この角度を量子化し、それによって、その入力における角度を、可能な角度の有限集合に属する出力角度に四捨五入／切り捨て／マッピングする。有限集合は、底角の整数倍、例えば２２．５°（４ビットに対応する）の倍数を含むことができるが、これは必須ではない。例えば、マッピングは、実際には確率的な場合があり、例えば量子化エラーをランダム化するために、例えばディザー（すなわち、意図的に印加されるノイズの形態）の使用を含む。フィードバックループにおいては、量子化された角度をＮ個の利得係数Ｇｋの配列に変換するためのデジタルマッピングが行われ、例えばルックアップテーブルまたはデジタル論理として実装され、これは、コンバイナ回路において使用される加重を決定する。
【００４７】
以下、本発明の位置感知デバイスの種々のビルディングブロックをさらに詳細に論じる。説明を簡単にするために、下では、角度位置センサに注目する。しかしながら、この説明における「角度」に対するいかなる言及も、他の位置センサの事例において、代替の用語に翻訳する必要があり得ることを理解されたい。例えば、「角度」は、「位相」または「位置を表す位相」と置き換える必要があり得る。
【００４８】
コンバイナ回路
コンバイナ回路は、提案されたデバイスの主要な構成要素である。そのタスクは、入力角度θｉと出力角度θｏとの差の計測、すなわち入力角度の推定を提供することである。しかしながら、入力角度θｉは、直接利用できるのではなく、むしろ、磁界角度θｉの多数の軸への投影を表す一組の三角関数の値としてコード化されるので、これは、間接的な方式で取得する必要がある。図２を参照すると、コンバイナ回路（４）は、実際に、加重を乗算してＨＥ信号の線形組み合わせを作り、すなわち、
【数２】
2019128344.tif 000004
である。この式において使用される重量Ｇｋは、−構造によって−出力角度θｏの関数、すなわちＧｋ＝Ｇｋ（θｏ）である。コンバイナは、加重の配列を一組の個々のセンサ信号に適用して、これらの加重された寄与を組み合わせて（加えて）、角度／位相差を表す出力を生成する。
【００４９】
一般に、出力角度の関数として、配列の種々の加重係数を定義する関数Ｇｋ（θｏ）は、以下のように決定することができる。単一の値θは、一組の可能な出力角度から考慮される。入力角度θｉが考慮した出力角度値θに等しいときに、Ｎ個のセンサ素子信号Ｓｋ（θ）が決定される。次いで、一組の非ゼロ値Ｇｋ（θ）（ｋ＝０、・・・、Ｎ−１）を見出して、線形方程式
【数３】
2019128344.tif 000005
を解析することができる。この同次線形方程式は、無限数の解を有し、これは、例えばコンバイナ回路の性能を最適化するために、この自由度を利用することができることを意味する。次に、可能な最適化を説明する。これに関して、θｉがθに近いが、ある量ｘだけそこから逸脱している場合があるとき、すなわち入力角度θｉがθ＋ｘに等しいときに、Ｎ個のセンサ素子信号Ｓｋが考慮される。ｘが十分に小さい場合、感知素子信号は、次式のように拡張することができ、
【数４】
2019128344.tif 000006
（２）
【００５０】
式中、Ｓ’ｋは、角度／位相の変化に関するｋ番目のセンサ信号の導関数を表し、ｎｋは、ｋ番目の感知素子のノイズを表す。一組の利得係数Ｇｋは、コンバイナ回路の出力が良好な（最適な）信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、この特定の出力角度θについて見出すことができる。コンバイナ回路の出力は、次式のように表すことができる。
【００５１】
【数５】
2019128344.tif 000007
（３）
ノイズ成分ｎｋが無相関であり、かつ等しい変動を有する場合、出力ＳＮＲを最大にする一組の最適な利得Ｇｋを分析的に導出することができる。一組の最適な加重は、次式のように示すことができる。
【００５２】
【数６】
2019128344.tif 000008
（４）
他の最適な加重は、共通のスケール係数を上式に適用することによって取得することができる。
【００５３】
すべての可能な出力角度について上記手順を繰り返すことによって、一組の可能な出力角度から、すべての角度θの加重係数Ｇｋ（θ）を取得することができる。これは、任意の可能な出力角度θｏについて、加重係数Ｇｋ（θｏ）、（ｋ＝０、・・・、Ｎ−１）が適切に定義されることを意味する。
【００５４】
式（１）によって与えられる感知素子信号の事例において、方程式（４）の最適な加重が次式によって与えられる。
【００５５】
【数７】
2019128344.tif 000009
（５）
【００５６】
最適な加重は、この事例において、出力角度に依存する単純な三角関数である。これらの加重によって、コンバイナ回路出力は、（考慮した事例について）次式のように示すことができる。
【００５７】
【数８】
2019128344.tif 000010
（６）
【００５８】
そのため、コンバイナ回路の出力信号は、ｓｉｎ（θｉ−θｏ）に比例する。全体的なフィードバックループの目的は、出力角度θｏに入力角度θｉを追跡させることであるが、差θｉ−θｏは、（追跡モードにおいて）比較的小さく、また、良好な近似値において、ｓｉｎ（θｉ−θｏ）＝θｉ−θｏを有する。
【００５９】
コンバイナ回路は、角度／位相差、例えばｓｉｎ（θｉ−θｏ）に比例する信号に関連する出力を提供する。特定の点において、これは、ＰＬＬの位相検出器の出力信号に類似する。しかしながら、出力が類似し得る一方で、コンバイナ回路は、古典的な位相検出器回路とは全く異なる。古典的な位相検出器回路は、非ゼロ周波数を有する入力信号に対して動作し、すなわち、該入力信号は、位相自体が一定のときであっても、時間的に展開する。１つの古典的な位相検出器は、２つの正弦波または方形波様の入力信号を乗算する、乗算器であり、大部分の事例において、その後に、２倍以上の周波数トーンを除去するフィルタが続く。他の古典的な位相検出器は、エッジまたは平面交差の発生などの、該検出器の入力信号における「イベント」の検出に依存する。これらの古典的な位相検出器は、非定常信号の位相差のみを測定する。これはまた、先行技術における特許文献１及び２の角度センサアーキテクチャの事例にも当てはまり、これらの文献では、経時的に変化する２つの入力信号を有する、古典的な位相検出器が使用され、第１の入力信号は、所定の走査クロック周波数で多数の感知素子を逐次的に走査することによって取得され、第２の入力信号は、入力として、関連するクロック信号、例えば走査クロックを有する発振器によって発生する。位相検出器は、２つの異なる入力信号のエッジ間の時間を測定することによって動作する。多数の感知素子は、逐次的に走査され、そのため、すべての個々の感知素子信号は、一連の値として利用可能な状態を維持し、それは原則として逆にすることができる。対照的に、本発明においては、受信センサ信号の並列処理が採用される。この目的のために、コンバイナ回路は、適時の各事例においてＮ＞１個の感知信号、および等しい数Ｎ個のフィードバック信号（各感知信号の加重を定義する）を受信する。したがって、コンバイナ回路は、少なくとも４つの信号を受信し、一方で、古典的な位相検出器は、２つの信号のみを受信する。さらに、本発明において、入力信号は、（θｉおよびθｏが一定であるときに生じる）完全に静的（ＤＣ）信号とすることができ、依然として、コンバイナ回路は、θｉとθｏとの差を表す出力を提供することが可能である。
【００６０】
種々の加重Ｇｋは、ソフトウェアに基づく算出によって、および／またはデジタル論理によって、出力角度から決定することができる。出力角度が量子化される事例において、限られた一組の可能な値が存在する。種々の加重Ｇｋは、予め定めることができ、例えば、図２のようなフィードバックループのルックアップテーブル（８１）に（すなわちデジタル形式で）記憶することができる。
【００６１】
加重Ｇｋは、図２の実施形態のようなデジタル制御された利得（８２）として実装することができる。次いで、これらの加重は、利得因子（利得係数）を表すことができる。そのようなデジタル制御された加重を実装するための種々の方式が存在する。コンバイナ回路におけるデジタル制御された加重／利得は、抵抗器、トランスコンダクタンス、コンデンサなどといった切り換え可能な構成要素を提供することによって実現することができる。切り換え可能な構成要素は、共通のユニット構成要素を使用して構築することができる。コンバイナ回路におけるデジタル制御された加重／利得はまた、例えばいくつかの感知素子信号の中の１つを構成要素（抵抗器、トランスコンダクタなど）に相互接続するために、アナログマルチプレクサによって実現することができる。必要とされる機能はまた、図２の例示的な角度ドメインアーキテクチャでは積分器である、システムの次のブロックとマージすることができる。概念的には、電圧ドメイン統合は、電圧−電流変換（すなわち、トランスコンダクタンス）に分割することができ、その後に、（典型的に、入力電流と関連付けられた電荷を蓄積するためのコンデンサを使用する）電流／電荷積分器が続く。次いで、デジタル制御された加重は、例えばトランスコンダクタンスをデジタル制御することによって実現することができ、それによって、異なるＨＥ信号が電流に変換される。例えば、スイッチをトランスコンダクタ回路に加えることができ、これは、変換トランスコンダクタンスまたは（トランス）抵抗を制御することを可能にすることができる。特に、同一の構成要素は、典型的に、より良好に整合することが既知であるため、同一のユニット構成要素を使用することに依存するスイッチングスキームを考案しようとすることができる。正確に制御された加重を有する積分器を取得するためのユニット素子を使用する可能な手法は、積分器回路の総入力トランスコンダクタンスをいくつかの同一の（低ノイズ）トランスコンダクタンスユニット（ＬＮＴ）に分割すること、および各トランスコンダクタンスユニットの前にデジタル制御されたアナログマルチプレクサを使用して、いくつかの感知素子信号のうちの１つを選択することであり、該選択は、出力角度θｏの値に依存する。これは図３に例示され、該図において、利得は、ＨＥ信号を電流に変換するために使用されるトランスコンダクタンスユニットの数を増加または減少させることによってデジタル制御される。いくつかの事例において、ゼロ信号をユニットに適用すること、またはいくつかの方式で、例えば特定のユニットが特定の出力角度θｏに必要とされないときに、該信号を無効にすることもできる。
【００６２】
フィードバック信号ユニット（８）の機能は、コンバイナ回路（４）の加重を設定するための制御信号を発生させるように拡張することができる。これらの制御信号は、これらの加重に影響を及ぼすすべてのスイッチの状態を定義するための、および／またはコンバイナ回路において利用されるマルチプレクサの状態を定義するための手段とすることができる。次いで、２つのマッピングをフィードバック信号ユニット（８）に実装することができ、第１のマッピングは、出力角度θｏからの加重係数Ｇｋへのものであり、第２のマッピングは、加重係数Ｇｋからの制御信号へのものである。また、組み合わせたマッピングをフィードバック信号ユニットに実装することも可能であり、制御信号が、出力角度θｏの関数としてより直接的に発生される。概念的に、フィードバック信号ユニット（８）とコンバイナ回路（４）との接続は、例えば図１に示されるように、加重係数Ｇｋに関する情報を伝達するが、このリンクの実際の物理的形態は、コンバイナ回路の制御された素子の状態を定義するデジタル信号などの、多くの異なる形態を採ることができる。
【００６３】
アナログマルチプレクサおよびスイッチング構成要素のより詳細な画面を図４に提供する。この図は、２つの可能な差動感知信号、すなわち（ＶＸ＋、ＶＸ−）（ＶＹ＋、ＶＹ−）のうちの１つを選択することを可能にし、さらに、マルチプレクサの差分出力ノード（Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−）を共通電圧Ｖｃｍに切り替えることによってゼロ差分信号を選択することも可能にする、アナログマルチプレクサの回路レベルの実現形態を詳述する。アナログｍｕｘは、ＣＭＯＳスイッチを使用し、これらのスイッチの状態を定義するデジタル制御電圧によって動作させことができる。アナログｍｕｘ出力は、低ノイズトランスコンダクタ（ＬＮＴ）ユニットの入力に接続される。ＬＮＴの入力トランジスタは、差動電圧（Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−）を受信し、また、この差動入力電圧のソースフォロワとして作用する。したがって、差動入力電圧はまた、抵抗器ＲＬＮＴも強制的に通過させられ、信号依存電流が発生する。ＬＮＴユニット内には、ソースフォロワ特性を向上させるための、および抵抗器ＲＬＮＴによって発生する信号依存電流のコピー（場合によりスケーリングされる）を提供するための他のトランジスタが存在する。図４の下方には、利得プログラマブル変数を得るために、同じタイプの回路をどのように容易に適合することができるかを示している。これにおいて、ＲＬＮＴは、いくつかの同一の抵抗器ユニットＲｕからなり、特定の数のこれらのユニットを並列にするために、スイッチが挿入される。いくつかの要素を短絡させることを可能にするスイッチ（図示せず）を伴う、直接接続の抵抗器もまた、可変抵抗ＲＬＮＴを作成するために使用することができる。抵抗ＲＬＮＴを制御することによって、回路が利得プログラマブルトランスコンダクタンスとして動作することは明らかであろう。
【００６４】
コンバイナ回路の実施形態は、構成要素の不整合を補償するために、集積回路設計において使用される任意の既知の技法を含むことができる。これは、較正および／またはトリミングの使用、ならびに、例えばユニットの組み合わせの変動を、特定の加重因子を実現するために使用することを可能にする、動的素子整合技法の使用を含む。
【００６５】
加重Ｇｋは、いくつかのθｏ角度に対して正であり得るが、他の出力角度に対しては負であり得る。加重Ｇｋの符号は、いくつかの方式で実装することができる。例えば、感知素子信号が差動であるときには、接続をスワップすることによって、符号を変化させることができる。代替的に、ホール素子のようないくつかの感知素子は、バイアス電流の流れ方向を変化させることによって、符号を変化させることを可能にする。これはまた、図３にも例示される。シングルエンド感知信号の場合、符号の反転は、反転増幅器の構成によって実現することができる。
【００６６】
実際の回路の実現形態において、いくつかの同一のユニットから加重を構成することができる場合は、異なる加重をより容易に実装することができる。そのような事例において、加重係数は、必然的に量子化され、また、上で与えられた理論値から逸脱する場合がある。この加重量子化の結果、コンバイナ出力は、理想的な事例から逸脱する場合があり、また、理想的にはゼロ出力を与える入力角度について非ゼロになる場合がある。コンバイナ出力は、アーキテクチャにおいて入力角度と出力角度との間のエラーとして解釈されるので、加重量子化がセンサシステムの全体的な精度に影響を及ぼす場合があると理解することができる。幸いにも、これは、特定の加重組み合わせに対応する出力角度θｏをシフトすることによって是正することができる。シフトされた値は、角度θｏとして定義され、これは、同じ入力角度（すなわち、θｉ＝θｏ）が適用されたときに、線形組み合わせをゼロに等しくする。この方法は、加重量子化の非存在下で適用する出力角度に対して（わずかな）修正を行うことによって、加重量子化の影響を考慮することを可能にする。この事例において、修正は、許容された量子化レベルの変更によって達成することができるので、これは、処理ブロックが角度量子化器ブロックを備えるときに、容易に行うことができる。シミュレーションは、そのような適応によって、システムが満足に動作することができ、逸脱が性能に対してほとんどまたは全く影響を及ぼさないことを示す。当然ながら、角度量子化器ブロックがいくらか関与することになり得る。例えば、均一な一組と比較して、不均一な一組の許容された値の中の最も近い値を見出すことがより複雑である。
【００６７】
図５に、ユニットによって実装することができ、依然として、システム動作の修正につながる、２つの実際の加重スキームを提示する。どちらのスキームにおいても、上で説明した加重量子化の影響を排除するための修正が行われており、また、実際に、すべての離散出力角度θｏが単一の底角の完全な整数倍であるわけではないということが分かる。驚くべきことに、より多くの投影信号、例えば図５の右側に示されるスキームを使用したときに、加重を好都合な値に四捨五入したにもかかわらず、レベルが正確にそれらの理論値のままであるので、上記の修正は不要である。そのため、許容された出力角度は、基部角度（π／８）の単純な整数倍のままであり、これは、角度量子化器ブロックをより実装しやすくする。
【００６８】
加重係数を実現するための追加的な方法が存在する。例えば、ホール素子が感知素子として使用される場合には、出力角度に応じた方式で、ＨＥバイアス電流（またはバイアス電圧）の変調によって加重因子を実現することが可能である。これは、例えばバイアス電流を定義するための電流ＤＡＣを使用することで、実装することがかなり容易になるという利点を提供する。
【００６９】
また、加重係数を導入するための異なる方法がともに使用される、組み合わせた解決策も可能である。例えば、いくつかのトランスコンダクタユニットを特定のセンサ信号に切り替えることによってデジタル制御された利得を、感知素子のバイアス電流（または電圧）を調整する手段とつなげることができる。
【００７０】
積分器を備えるアナログフィルタ
図２に例示されるように、処理ブロック（６）において、積分器を備えるアナログフィルタ（６１）は、その入力として、例えばｓｉｎ（θｉ−θｏ）に比例する、エラー信号を表すコンバイナ回路（４）の出力を受信する。上で説明したように、追跡モードであるときに、エラー信号（５）は、角度／位相エラーθｉ−θｏを表す。したがって、このエラー信号の積分である、積分器出力は、入力に対する出力の角度／位相エラーの経時的な蓄積を表す。全体的な追跡ループは、安定した方式で動作させることができるので、積分器の状態は常に拘束されたままである。これは、時間が進むにつれて平均エラーが漸近的にゼロになることを暗示し、これは、提案されたアーキテクチャの重要な特徴、すなわち、出力角度が、平均して、入力角度の正確な表現であることを説明する。
【００７１】
角度／位相エラー信号を処理するために積分器を使用することは、絶対的に必要というわけではない。これはまた、利得を提供する（低ノイズ）増幅器、またはより一般的なクラスのアナログ低域通過フィルタとすることもできる。平均出力が平均入力に等しいという上述の特徴に到達するために、デバイスの順方向経路には、すなわちループフィルタには、１つ以上の積分が必要である。しかしながら、これらの積分は、他のブロックにおいて、例えばこの説明の後半で論じられるようなループフィルタに備えられたデジタルフィルタ（複数可）において行うことができる。
【００７２】
しかしながら、コンバイナ回路のエラー信号を処理するためのアナログ低域通過フィルタ、例えば積分器の使用は、いくつかの利点をもたらす。第１の利点は、感知素子の広帯域ノイズに関する。コンバイナ回路は、本質的にノイズの多い感知素子信号を組み合わせるので、出力（５）（すなわち角度エラー信号）もまた、広帯域ノイズを含む。エラー信号の連続時間低域通過フィルタリングは、この広帯域ノイズを抑制する。このフィルタリング効果のため、追加のノイズエイリアシングをほとんど伴わずに、アナログフィルタ出力をサンプリングすることが可能である。換言すれば、アナログ積分器は、暗示的アンチエイリアスフィルタリングを提供する。これは、アナログフィルタの後に、サンプリングブロック（例えばＡＤＣ（図２の実施形態を参照されたい）または（例えば追加の利得、追加的なフィルタリング、・・・のための）スイッチトキャパシタ回路が続くときに有利である。第２の利点は、アナログフィルタ（６１）が、特に１つ以上の積分器を備えるときに、例えば角度量子化ブロックおよび／または（存在するときに）ＡＤＣによって生じる、ループ内に存在する量子化ノイズ源のためのノイズシェーピングを提供することである。第３の利点は、アナログフィルタが、追加の伝播遅延をほとんど伴わずに、利得（およびノイズフィルタリング）を提供することである。
【００７３】
ホール素子などのいくつかの感知素子は、比較的大きい固有のオフセットを有し、その事例においては、有用な磁気信号をオフセットから切り離すために、電流スピニングがしばしば適用される。有用な信号を上方変換し、チョップされたセンサ信号に到達するように、電流スピニングスキームを選択することが可能である。式（１）の代わりに、感知信号は、
【数９】
2019128344.tif 000011
（７）
のようにスピニング／チョッピングを使用することによって表すことができ、
式中、（−１）ｎは、適用されたスピニングスキーム（ｎは、センサ信号が読み出されているｎ番目のタイムスロットを示す整数である）および感知素子ｋの個々のオフセットＶｏ，ｋによる、交番ホール信号を表す。次いで、この「チョップされた」センサ信号は、フロントエンドに、例えば図３の１つ以上のＬＮＴユニットに接続される。よって、コンバイナ回路によって処理された信号は、オフセット、ならびに場合により一方ではあるフリッカーノイズおよびもう一方では上方変換された磁気信号で構成することができる。コンバイナ回路出力は、次いで、積分の前に復調することが必要である。この積分の前の復調は、図６のセンサシステムにおいて、第２の因子（−１）ｎとして視認することができる。
【００７４】
誘導に基づく位置センサにおいて、チョッピング動作は、励起コイルにおいて使用される高周波での変調に起因し得る。（−１）ｎは、アナログ搬送波の使用に、またはそのような搬送波による復調に対応し得る。
【００７５】
提案されたアーキテクチャは、フロントエンドにおいてチョッピングを適用することと互換性があるが、これは、必須でない。例えば、感知信号は、感知信号を提供するための電気リゾルバを使用するときの事例であり得るように、可能なオフセットと比較して非常に良好な信号強度を予め有することができる。さらに、フロントエンドからのフリッカーノイズもまた、適切な設計（例えば、臨界トランジスタのサイズを増加させること）によって低減させることができる。
【００７６】
ＡＤＣおよびデジタルフィルタ
長期間にわたって（例えば、モーター制御において）同じ方向の回転を有する用途の場合、出力角度は、原則として、連続的に増加する。これは、出力角度が限られた範囲を有するアナログ信号によって表されるときに問題を生じさせ得る。この問題に対する解決策は、ある上限に到達したときに、アナログ信号を、例えばゼロにリセットすることである。上限が、例えば３６０°の出力角度に対応するときには、ゼロへのリセットは、よって、その限られた範囲内にアナログ信号を保つために、３６０°位相ジャンプを行うことに対応する。しかしながら、そのような動作がアナログドメインで行われる場合、該動作は、種々のエラーおよび欠点を受ける。下で説明されるように、これは、例えばデジタルドメインにおける位相蓄積によって、およびはるかに理想的な設定で位相ラッピングを行うことによって回避することができる。
【００７７】
より一般的には、角度センサの特定の実施形態は、デジタルフィルタリングを備えるループフィルタを有する。よって、（全体の）ループフィルタは、例えば、アナログフィルタと、アナログ−デジタル変換器と、デジタルフィルタとを備える。デジタルフィルタを使用することは、例えば技術による伝達関数精度、柔軟性、およびスケーラビリティに関して、アナログの対照物に勝る多くの利点を有する。デジタルフィルタ（６３）は、例えば（図２の事例のように）速度関連の信号を蓄積するための、積分器を備えることができる。デジタル積分器を使用することの利点は、これらがほぼ無制限の出力範囲を有することができ、したがって、マルチターン能力を有するセンサアーキテクチャを提供することである。限られた出力範囲を有する積分器もまた、非常に有用であり、例えば、上で述べた位相ジャンプのエラーのない実現形態を提供する。その最も単純な形態において、デジタル積分器の自然なオーバーフローは、エラーのない位相ラッピング機構を提供することができる。上記の一例として、８００°の出力範囲を有するようにデジタル積分器を有することが可能であり、デジタル積分器の最上位ビットは、回転数を定義し、下位ビットの高位は、高い精度で、例えば２ビットを回転数に使用し、微小な角度に１２ビットを使用する１４ビット出力で、単一の回転内の角度を定義する。
【００７８】
角度量子化器
角度量子化器ブロック（６４）は、有限の一組の許容された値から、出力値を入力値と関連付ける。選択された出力値は、入力値に最も近い許容された値であり得る。最も単純な事例は、許容された値が一様に分散しているときである。ＡＤＣがループにおいて使用されるときに、角度量子化器は、単にデジタル関数とすることができる。特に単純な形態は、デジタルフィルタ（６３）出力または位相アキュムレータ出力の「分数ビット」、すなわち、全円の分数として角度を決定するビットを識別することに基づく。角度量子化器は、全円を網羅するための出力角度θｏのレベルの数を、例えば２〜１０２４の範囲、または、４〜６４の範囲、または、６〜３２の範囲、または８〜１６のレベルの範囲（各事例においては、限定値を含む）に限定する。
【００７９】
角度量子化器はまた、アナログ入力、例えばコンパレータ、フラッシュＡＤＣ、または他の種類のナイキストレートＡＤＣを有する、アナログ回路とすることもできる。
【００８０】
多極磁石を使用して絶対角度を測定するための配設は、例えばＵＳ２０１５／２２６５８１において実施されている。これらの配設は、それらが浮遊磁界に関する感受性を大幅に減少させるという利点がある。本発明の利点は、センサ読み出しアーキテクチャが、多極磁石および／または浮遊磁界不感受性のセンサ配設の使用との互換性があることである。
【００８１】
図７は、ＵＳ２０１５／２２６５８１で開示される１２極磁石とともに使用するための例示的な浮遊磁界ロバストな配設を示すが、ここでは、一例として捉えられる。個々の感知信号は、この状況において次式のようにモデル化することができる。
【数１０】
2019128344.tif 000012
（８）
【００８２】
また、
【数１１】
2019128344.tif 000013
（９）
【００８３】
式中、θ機械は、１２極磁石の絶対回転角を表す。式（１）との主な違いは、ここでは、検出された（磁気）角度θｉが「機械的」角度θ機械の整数倍であることである。（９）に従うθ機械とθｉとの関係は、ゼロに等しいθ機械の場合に、磁石および感知素子構成が適切に配列されているとみなすことに留意されたい。そうでない場合、追加のオフセット角度を方程式に加えることができる。
【００８４】
本発明のセンサデバイスは、対称的な加重を使用することによって、浮遊磁界に対する改善された不感受性を有する読み出しを提供することができる。上の例の場合、対称性の制約、ｋ＝０、１、２、３についてＧｋ＝Ｇｋ＋４＝Ｇｋ＋８を課すことで、所望の結果につながる。例えば、共通の因子Ｇ１＝Ｇ５＝Ｇ９が選択されたので、図６で示される感知素子Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３からの信号の寄与は、共通の因子によって加重されたこれらの信号の合計であり、したがって、（合計のため）一様な浮遊磁界の影響が少なくなる。
【００８５】
一般に、感知素子が規則的なパターンで配置されるときに、およびこれらの素子のサブグループの信号を組み合わせて、干渉物（例えば、外部磁界の干渉）に関する読み出しをロバストにすることができるときに、コンバイナ回路において、サブグループ素子と関連付けられた加重／利得が選択され、よって、すべての可能な事例（すなわち、すべての可能な出力角度）について、サブグループ信号が、干渉物に関してロバスト性を保持する方式で組み合わされる。これは、感知素子が規則的な多角形の隅部に離間配置されたホールプレートである状況を含み、ホール素子に対して垂直な方向の一様な外部磁界をブロックするのに適切である、整合した大きさおよび符号を有する加重／利得を有するように、正反対のプレート（例えばＸおよびＸ’）からの信号を取ることができる。
【００８６】
多極磁石と組み合わせたときの本発明の別の利点は、ループのマルチターン能力に関する。センサデバイスは、３６０°を超えて増加／減少するときであっても、θｉを追跡する。再度１２極磁石を一例とすると、（９）がある時点で有効である場合、ループは、θｉが３６０°を超える場合であっても、そこからθｉを追跡する。ループがロックから外されない限り、関係（９）は有効なままである。したがって、機械角度の測定は、次式のように取得することができる。
【００８７】
【数１２】
2019128344.tif 000014
（１０）
【００８８】
ある時点でθｉとθ機械との間の対応関係を作るための手段がなければ、磁石の１２０°回転対称性のため、測定された角度に関する全体的な曖昧性が残ることに留意されたい。この曖昧性は、例えば、θ機械が比較的大きいが、既知の範囲内、例えば−６０°〜＋６０°である時期を（他の手段によって）検出することによって解決することができる。
【００８９】
本発明を、図面および上述の説明において詳細に例示し、説明してきたが、そのような実例および説明は、例証的または例示的であるとみなされるべきであり、限定的であるとみなすべきではない。上述の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述する。しかしながら、上述が文脈内でいかに詳細に示されていても、本発明を多くの方法で実践することができることが理解されるであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００９０】
開示された実施形態に対する他の変形例は、特許請求される発明を実践する際に、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、当業者によって理解し、遂行することができる。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素または工程を排除せず、また、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲において列挙される複数のアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項において列挙されることが稀であるという事実は、これらの手段のアナログフィルタ（６１）の組み合わせを、特に１つ以上を含むときに、有利にするために使用することができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに、または、その一部として供給される光学記憶媒体または固体媒体などの好適な媒体で記憶／配信することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配信することもできる。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【図１】
2019128344.tif 000015
【図２】
2019128344.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019128344.tif 000019
【図６】
2019128344.tif 000020
【図７】
2019128344.tif 000021
【外国語明細書】
2019128344.tif 000022
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