CN103257324B - 磁传感器装置 - Google Patents

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Abstract

提供磁传感器装置。为了设定检测电压电平，需要设置由泄放电阻器构成的检测电压设定电路，电路结构复杂。此外，由于霍尔元件与上述检测电压设定电路的电源***是分开的，所以存在由于该影响而产生检测电压电平误差的问题。此外，为了去除各偏移成分，需要两次采样阶段和1次比较阶段共计3次信号处理期间。作为解决手段，构成为：利用4个开关，对霍尔元件的各端子以及一端与GND连接的可变电阻器的另一端进行切换和连接。由此，能够利用小规模电路任意设定磁场强度的检测电压电平，检测电压电平仅由电阻比决定，所以不受电源电压或制造偏差的影响。在本结构中，简化了信号处理，可实现高速化。

Description

磁传感器装置
技术领域
本发明涉及将磁场强度转换为电信号的磁传感器装置，例如涉及被用作折叠式便携电话机或笔记本计算机等中的开闭状态检测用传感器、或者电动机的旋转位置检测传感器等的磁传感器装置。
背景技术
磁传感器装置被用作折叠式便携电话机或笔记本计算机等中的开闭状态检测用传感器、或者被用作电动机的旋转位置检测传感器。
磁传感器装置通过磁电转换元件（例如霍尔元件）输出与磁场强度或者磁通密度成比例的电压，用放大器放大该输出电压，使用比较器进行判定，输出H（高）信号或L（低）信号这两个值。由于磁电转换元件的输出电压微弱，所以磁电转换元件所具有的偏移电压（元件偏移电压）、放大器或比较器所具有的偏移(offset)电压（输入偏移电压）或者转换装置内的噪声成为问题。元件偏移电压主要由磁电转换元件从封装受到的应力等而产生。输入偏移电压主要由构成放大器的输入电路的元件的特性偏差等而产生。噪声主要由构成电路的单体晶体管所具有的闪烁噪声、单体晶体管或电阻器元件所具有的热噪声而产生。
正在研究降低上述磁电转换元件和放大器所具有的偏移电压影响的磁传感器装置（例如，参照专利文献1）。图3所示的以往的磁传感器装置具备：作为磁电转换元件的霍尔元件51、开关切换电路52、差动放大器53、比较器54、检测电压设定电路55、第一电容C51以及第二电容C52、第一开关S51以及第二开关S52。
图4示出以往的磁传感器装置的动作的时序图。根据上述的开关切换电路52的动作，将检测动作的一个周期T分为：向霍尔元件51的第一端子对A-C输入电源电压、从第二端子对B-D输出检测电压的第一检测状态T1；以及向第二端子对B-D输入电源电压、从第一端子对A-C输出检测电压的第二检测状态T2。此外，根据各开关的开闭，分为第1采样阶段F1、第2采样阶段F2、比较阶段F3。并且，在比较阶段F3中，去除各偏移成分。
专利文献1：日本特开2010-281801号公报
但是，在以往的磁传感器装置中，为了设定磁场强度的检测电压电平，需要设置由泄放电阻器构成的检测电压设定电路55，电路结构复杂。此外，霍尔元件51与检测电压设定电路55的电源***是分开的，所以存在由于该影响而在检测电压电平设定中产生误差的问题。此外，如上所述，为了去除各偏移成分，需要两次采样阶段和1次比较阶段共计3次信号处理期间。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁传感器装置，其利用组合霍尔元件和电阻器而得到的简单电路结构，高精度地设定检测电压电平,并且高速地进行信号处理。
为了解决以往的问题点，本发明的磁传感器装置采用以下这样的结构。
构成为：利用4个开关，对霍尔元件的各端子以及一端与GND连接的可变电阻器的另一端进行切换和连接。
发明效果
根据本发明的磁传感器装置，能够利用小规模电路任意设定磁场强度的检测电压电平，检测电压电平仅由电阻比决定，不受电源电压或制造偏差的影响。由于也能够应对旋转电流，所以能够消除霍尔元件的偏移。此外，能够与施加磁场的极性无关地进行检测电压设定，抑制极性间的检测电压偏差。此外，在本结构中，简化了信号处理，可实现高速化。
附图说明
图1是示出本实施方式的磁传感器装置的电路图。
图2是本实施方式的磁传感器装置的应用例的电路图。
图3是以往的磁传感器装置的电路图。
图4是以往的磁传感器装置的时序图。
标号说明
1、51霍尔元件；2、54比较器；52开关切换电路；53差动放大器；55检测电压设定电路。
具体实施方式
图1是示出本实施方式的磁传感器装置的电路图。本实施方式的磁传感器装置由霍尔元件1、可变电阻器Ra、比较器2以及开关S1～S12构成，所述霍尔元件1利用由电阻器R1～R4构成的等效桥电路示出。
可变电阻器Ra的一端与GND连接，另一端分别经由开关S9～S12与霍尔元件1的端子V1～V4连接。端子V1、V2分别经由开关S1、S2与电源连接，经由开关S5、S6与比较器2的第1输入端子连接。端子V3、V4分别经由开关S3、S4与GND连接，经由开关S7、S8与比较器2的第2输入端子连接。
接下来，对动作进行说明。作为第一阶段，将开关S1、S3、S6、S8设为断开，将S2、S4、S5、S7设为导通。此外，对应于检测的磁场的极性，将开关S10或开关S12中的一个设为导通，将另一开关设为断开。
例如，考虑在第一阶段中将S10设为导通、将开关S9、S11、S12设为断开的情况下。在比较器2的输出反转、端子V1的电压与端子V3的电压相等的情况下，式（1）的关系成立。
Ra＝R1*R3*R4/(R2*R4-R1*R3)…（1）
此处，在无磁场的状态下，R1=R2=R3=R4=R，将施加一定大小的磁场的状态下的各电阻值的变动量设为△R，可以认为，在上述的式（1）的状态下，R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R。将它们代入式（1），导出式（2）。
Ra＝R2*(1-ΔR/R-(ΔR/R)2+(ΔR/R)3)/(4*ΔR)
…（2）
由于△R远远小于R，所以在忽略（△R/R）的2次方、3次方的项的情况下，式（3）成立。
ΔR/R≈1/(1+4*Ra/R)…(3）
因此，在本发明中，能够不依存于电源电压或制造偏差，仅由电阻比Ra/R决定检测电压。其结果是，能够实现高精度的检测电压电平设定。
另外，作为第二阶段，在将开关S1、S3、S6、S8设为导通、将S2、S4、S5、S7设为断开的情况、所施加的磁场的极性相反的情况下，利用开关S9～S12切换导通的开关，也能够进行式（3）所示的检测电压设定。此外，由此可知，在霍尔元件以外所连接的可变电阻器可以仅是Ra这一种，即可实现不易混入元件间偏差的要素、且检测电压电平偏差较小的磁传感器装置。
此外，关于可变电阻器Ra，即使将一端不与GND连接而与VDD连接，也可得到相同的效果。
另外，本发明的实施方式中所示的磁传感器装置通过将比较器变更为差动放大器，也能够实现输出模拟信号的结构。
根据本发明，也能够顺利地实现旋转电流（Spinning Current）（在第一第二阶段中，使电流交叉来消除偏移的方法）。
此处，如以往的磁传感器装置那样，关于后级的比较器，如果与差动放大器、电容、开关组合，则可将第一阶段设为采样阶段、将第二阶段设为比较阶段，所以，相对于以往需要3个信号处理阶段来去除偏移，在本发明中，通过两个阶段就能够完成信号处理。其结果是，能够实现信号处理期间的缩短（高速化）。
图2示出本实施方式的磁传感器装置的应用例的电路图。与图1的区别是，构成为将可变电阻器Ra分割为可变电阻器Rb和可变电阻器Rc。
可变电阻器Rb的一端与GND连接，另一端与可变电阻器Rc的一端连接，并经由开关S13与开关S9～S12连接。可变电阻器Rc的另一端与开关S9～S12连接。
在检测电压设定时，将开关S13设为导通，选择可变电阻器Rb，在解除电压设定时，使开关S13断开，选择可变电阻器Rb和可变电阻器Rc。这样，本实施方式的磁传感器装置能够对检测电压和释放电压设定迟滞。在该情况下，在检测电压设定时以及解除电压设定时，
ΔR/R≈1/(1+4*Rb/R)…（4）
ΔR/R≈1/(1+4*(Rb+Rc)/R)…（5）成立。
因此，在本实施方式的磁传感器装置中，在第一阶段或者第二阶段中，能够对磁场强度的检测电压和解除电压设定迟滞。
与第一实施方式同样，本实施方式所示的磁传感器装置通过将比较器变更为差动放大器，能够实现输出模拟信号的结构。
此外，也能够顺利地实现旋转电流（在第一第二阶段中，使电流交叉来消除偏移的方法）。
并且，如以往的磁传感器装置那样，关于后级的比较器，如果与差动放大器、电容、开关组合，则可将第一阶段设为采样阶段、将第二阶段设为比较阶段，所以，相对于以往需要3个信号处理阶段来去除偏移，在本发明中，通过两个阶段就能够完成信号处理。其结果是，能够实现信号处理期间的缩短（高速化）。
本发明的磁传感器装置也能够用于交变检测（例如电动机的旋转检测）的用途。交变检测是如下所述的磁传感器装置：从仅检测一方（例如S极）的极性的状态起，在检测出该一方的极性后，切换为仅检测另一方（N极）的极性的状态。

Claims (3)

1.一种磁传感器装置，其根据施加给磁电转换元件的磁场强度进行输出，其特征在于，该磁传感器装置具备：
各自的一端与电源连接的第一开关以及第二开关；
各自的一端与接地电位连接的第三开关以及第四开关；
比较器，其具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子；
各自的一端与所述比较器的第一输入端子连接的第五开关以及第六开关；
各自的一端与所述比较器的第二输入端子连接的第七开关以及第八开关；
一端与接地电位连接的可变电阻器；
各自的一端与所述可变电阻器的另一端连接的第九开关、第十开关、第十一开关以及第十二开关；以及
所述磁电转换元件,
作为所述磁电转换元件的等效电路的桥电路由第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器构成，所述第四电阻器与所述第一电阻器的接点分别与所述第一开关、所述第五开关、所述第十开关的另一端连接，所述第一电阻器与所述第二电阻器的接点分别与所述第二开关、所述第六开关、所述第九开关的另一端连接，所述第二电阻器与所述第三电阻器的接点分别与所述第三开关、所述第七开关、所述第十二开关的另一端连接，所述第三电阻器与所述第四电阻器的接点分别与所述第四开关、所述第八开关、所述第十一开关的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述可变电阻器至少由第一可变电阻器和第二可变电阻器构成，所述第一可变电阻器的一端与接地电位连接，所述第一可变电阻器的另一端与所述第二可变电阻器的一端连接，所述第一可变电阻器与所述第二可变电阻器的连接点经由第十三开关与所述第二可变电阻器的另一端连接。
3.根据权利要求l或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述磁传感器装置具备差动放大器来替代所述比较器。
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