CN104254784B - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

提供一种传感器装置，能够去除传感器装置中的传感器元件、差动放大器、放大器的各偏移电压的影响，在高精度地检测物理量的同时实现高速响应。该传感器装置具有：开关电路，其与传感器元件的第一端子对和第二端子对连接，对该端子对进行切换控制，并输出信号电压；差动放大器，其第一输入端子和第二输入端子分别与开关电路的第一输出端子和第二输出端子连接，输出对信号电压进行差动放大后的结果；放大器，其具有2个以上的差动输入对，一个差动输入对被输入由差动放大器输出的差动信号，至少一个差动输入对被输入与检测的物理量对应的基准信号；以及检测电压设定电路，其向放大器输出基准信号，通过开关电路的切换而具有第一检测状态和第二检测状态，并根据各1次的第一检测状态和第二检测状态进行检测。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器装置，该传感器装置检测物理量，并将检测到的物理量例如磁场强度转换成电信号。

背景技术

以往使用了磁传感器装置，来作为移动电话机和笔记本电脑等中的开闭状态检测用传感器以及电机等的旋转位置检测传感器(例如，参照专利文献1)。

在图18中示出了现有的磁传感器装置的电路图。现有的磁传感器装置利用磁电转换元件(例如霍尔元件)输出与磁场强度(或者磁通密度)对应的(一般来说大致成比例的)电压，利用放大器对其输出电压进行放大，并使用比较器判定是大于还是小于规定的磁场强度或者磁通密度(以H信号或L信号这两个值来输出)。

上述的磁电转换元件的输出电压一般很微小，存在如下问题：磁电转换元件具有的偏移电压(元件偏移电压)、放大器和比较器具有的偏移电压(输入偏移电压)、以及它们的噪声成为误差的主要原因，从而使精度降低。作为一例，上述的元件偏移电压是由磁电转换元件根据从封装受到的应力而产生的。作为一例，上述的输入偏移电压是由构成放大器和比较器的输入电路的元件的特性偏差而产生的。并且上述的噪声主要是由构成电路的单体晶体管具有的闪烁噪声、单体晶体管和电阻元件具有的热噪声产生的。

为了降低所述磁电转换元件、放大器以及比较器具有的偏移电压的影响，如图18所示的磁传感器装置采用以下的结构。该结构具有：霍尔元件1801；切换霍尔元件1801的第一检测状态和第二检测状态的开关电路1802；对开关电路1802的两个输出端子的电压差(V1-V2)进行放大的差动放大器1803；比较器1805；连接于差动放大器1803的一个输出端子和比较器1805的反相输入端子之间的电容1804；连接于差动放大器1803的另一个输出端子和比较器1805的同相输入端子之间的开关1807；连接于比较器1805的反相输入端子和输出端子之间的开关1806；检测电压设定电路1815；以及连接于比较器1805的同相输入端子和检测电压设定电路1815的输出端子之间的电容1808。检测电压设定电路1815具有串联连接在电源端子间的电阻1811～1814；以及连接于各电阻的连接点与输出端子之间的开关1809、1810x、1810z。

并且，图18的磁传感器装置中，根据图19所示的时序图来控制开关1806、1807、1809、1810x、1810z而进行动作。开关1810x和1810z由图19的信号1810控制，当信号1810为“接通”时，开关1810x和1810z中的任意一方接通，当信号1810为“断开”时，开关1810x和1810z双方都断开。如上这样地利用开关电路1802的动作将检测动作的一个周期T分为第一检测状态T1和第二检测状态T2。在第一检测状态T1中，从霍尔元件1801的端子A和C输入电源电压，并从端子B和D输出信号电压。

并且，在第二检测状态T2中，从端子B和D输入电源电压，并从端子A和C输出信号电压。这里，将霍尔元件1801的同相信号电压(以下称作元件同相电压)设为Vcm，将与磁场强度对应的差动信号电压(以下称作元件信号电压)设为Vh，将偏移电压(以下称作元件偏移电压)设为Voh，将差动放大器1803的放大率设为G，将输入端子V1、V2中的输入偏移电压分别设为Voa1、Voa2，将比较器1805的输入偏移电压设为Voa3。

并且，将第一检测状态T1和第二检测状态T2中的元件同相电压Vcm分别设为Vcm1、Vcm2，将元件信号电压Vh也分别设为Vh1、Vh2，将元件偏移电压Voh也分别设为Voh1、Voh2。Voh1和Voh2表示大致相等的值。该霍尔元件1801的元件偏移电压Voh一般可通过被称为旋转电流法的公知方法来抵消。具体而言，以得到同相的信号成分与反相的元件偏移成分(或反相的信号成分与同相的元件偏移成分)的方式切换开关电路1802来抵消偏移成分。并且，检测动作的一个周期T通过各开关的开闭状态被分成第一阶段第二阶段第三阶段

在第一阶段中，开关1806和1807接通，向电容1804充入VC1＝V3-V5。由于开关1806接通，因而比较器1805作为电压跟随电路而工作。霍尔元件1801和开关电路1802处于第一检测状态T1。在第一阶段中，各节点的电压如下。

V1＝Vcm1+Vh1/2+Voh1/2

V2＝Vcm1-Vh1/2-Voh1/2

V3＝Vcm1+G·Vh1/2+G·Voh1/2+G·Voa1

V4＝Vcm1-G·Vh1/2-G·Voh1/2+G·Voa2

V5＝VO＝V6+Voa3

V6＝V4

向电容1804充入的电压VC1如下。

VC1＝V3-V5＝G·Vh1+G·Voh1+G·Voa1-G·Voa2-Voa3···(a)

在第二阶段中，开关1806断开，霍尔元件1801和开关电路1802变为第二检测状态T2。检测电压设定电路1815中，开关1809接通，1810x和1810z断开，向输出端子提供电阻1811～1814串联连接的分压点之一的电压Vr作为基准电压Vref1。因此，向电容1808充入Vc2＝V6-Vref1＝V6-Vr。在第二阶段中，各节点的电压如下。

V1＝Vcm2-Vh2/2+Voh2/2

V2＝Vcm2+Vh2/2-Voh2/2

V3＝Vcm2-G·Vh2/2+G·Voh2/2+G·Voa1

V4＝Vcm2+G·Vh2/2-G·Voh2/2+G·Voa2

由于电容1804保持着式(a)所示的VC1，因此，节点V5的电压如下。

V5＝V3-VC1＝Vcm2-G·Vh2/2-G·Vh1-G·Voh1+G·Voh2/2+G·Voa2+Voa3···(b)

并且，由于V6＝V4，因此向电容1808充入的电压VC2如下。

VC2＝V6-Vref1＝V4-Vr＝Vcm2+G·Vh2/2-G·Voh2/2+G·Voa2-Vr···(c)

进而，在第三阶段中，开关1807和开关1809断开，开关1810x或者1810z接通。这里，假设开关1810x接通。基准电压Vref1成为电阻1811～1814的串联连接的分压点之一的电压Vrx。由于电容1808保持着式(c)所示的VC2，因此，节点V6的电压如下。

V6＝Vc2+Vrx＝V6-Vref1＝V4-Vr＝Vcm2+G·Vh2/2-G·Voh2/2+G·Voa2-Vr+Vrx···(d)

最终，在比较器1805中对式(b)所表示的电压V5和式(d)所表示的电压V6进行比较，并从输出端子VO输出高电平或低电平。如果考虑比较器1805的输入偏移电压Voa3，则比较器1805所比较的电压如下。

(V6+Voa3)-V5＝G(Vh1+Vh2)+G(Voh1-Voh2)-(Vr-Vrx)···(e)

这里，由于元件偏移电压Voh1和Voh2表示大致相等的值，因此被抵消。并且，式(e)中不包含差动放大器1803的输入偏移电压Voa1、Voa2、比较器1805的输入偏移电压Voa3，表示这些偏移电压被抵消。因此，在第三阶段处，在比较器1804中，对信号成分G(Vh1+Vh2)和检测电压设定电路1815中决定的基准电压成分(Vr-Vrx)进行比较。如上所述，能够实现如下的磁传感器：去除了成为误差要因的霍尔元件的偏移电压成分、差动放大器和比较器的偏移电压成分的影响，实现了偏差少的高精度输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-281801号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，近年来，在电机的旋转检测等用途中要求高速动作，而在上述现有的磁传感器装置中，由于检测动作的一个周期由3个阶段组成，因此存在难以应对高速化的问题。并且，在现有的磁传感器装置中，虽然可以通过缩短各阶段的时间来实现高速化，但是存在如下问题：需要使差动放大器和比较器实现高速化，特别是在差动放大器的消耗电流增大的同时电路面积会增大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种磁传感器装置，所述磁传感器装置能够以简单的电路结构去除磁电转换元件的偏移电压以及放大器和比较器的输入偏移电压的影响，能够高精度地检测磁场强度，并且能够实现磁场强度的高速检测。

用于解决课题的手段

为了解决现有的这些问题点，本发明的传感器装置为如下结构。

一种传感器装置，其根据施加给传感器元件的物理量的强度而进行逻辑输出，该传感器装置具有：

开关电路，其与所述传感器元件的第一端子对和第二端子对连接，对被提供电源的端子对和输出与物理量的强度对应的信号电压的端子对进行切换控制，并输出从所述传感器元件的端子对输入的第一信号电压和第二信号电压；

检测电压设定电路，其输出第一基准电压和第二基准电压；以及

第一放大器，其具有第一输入端子对、第二输入端子对和输出端子，所述第一输入端子对的第一输入端子经由第一开关与所述输出端子连接，并且经由第一电容被输入基于所述第一信号电压的电压，所述第一输入端子对的第二输入端子被输入基于所述第二信号电压的电压或所述第二基准电压，所述第二输入端子对的第一输入端子被输入所述第一基准电压，所述第二输入端子对的第二输入端子被输入所述第二基准电压或基于所述第二信号电压的电压，

所述开关电路具有切换第一检测状态和第二检测状态的功能，在所述第一检测状态中，向所述传感器元件的所述第一端子对提供电源，并从所述第二端子对输出所述信号电压，在所述第二检测状态中，向所述传感器元件的所述第二端子对提供电源，并从所述第一端子对输出所述信号电压，

所述第一放大器根据1次所述第一检测状态和1次所述第二检测状态，进行所述逻辑输出。

发明效果

根据本发明的传感器装置，通过有效地使用开关和电容以及具有多个差动输入对的放大器，能够以简单的电路结构去除构成传感器装置的传感器元件和差动放大器以及放大器中产生的偏移成分。并且，通过信号处理步骤的缩短化和动作时机上的设计，能够以最小的电路追加来实现追随高速的磁场变化的检测。因此，可提供一种能够实现高精度和高速响应的传感器装置。

附图说明

图1是第1实施方式的磁传感器装置的电路图。

图2是本发明的磁传感器装置中使用的差动放大器的电路图的一例。

图3是本发明的磁传感器装置中使用的放大器的电路图的一例。

图4是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图5是第1实施方式中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图6是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图7是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图8是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图9是第1实施方式中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图10是本发明的磁传感器装置中使用的放大器的电路图的一例。

图11是本发明的磁传感器装置中使用的差动放大器的电路图的一例。

图12是第2实施方式的磁传感器装置的电路图。

图13是第2实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图14是第2实施方式中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图15是第2实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图16是第2实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图17是第2实施方式中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图18是现有的磁传感器装置的电路图。

图19是现有的磁传感器装置的开关控制信号的时序图。

图20是第3实施方式的磁传感器装置的电路图。

图21是第3实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图22是第3实施方式中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图23是第3实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图24是第4实施方式的磁传感器装置的电路图。

具体实施方式

本发明的传感器装置例如磁传感器装置作为折叠式移动电话和笔记本电脑等的开闭状态检测传感器、电机的旋转位置检测传感器等、以及检测磁场强度的状态的传感器被广泛使用。下面，参照附图对本实施方式进行说明。

＜第1实施方式＞

图1是本发明的第1实施方式的磁传感器装置的电路图。第1实施方式的磁传感器装置具有：作为磁电转换元件的霍尔元件1；开关电路2；差动放大器3；放大器4；电容C1；开关S1；以及检测电压设定电路5。检测电压设定电路5由基准电压电路ref1和基准电压电路ref2构成。

霍尔元件1具有第一端子对A-C和第二端子对B-D。

开关电路2具有：与霍尔元件1的各端子A、B、C和D连接的4个输入端子；以及第一输出端子和第二输出端子。

差动放大器3具有：分别与开关电路2的第一输出端子和第二输出端子连接的第一输入端子V1和第二输入端子V2；以及第一输出端子V3和第二输出端子V4。

电容C1具有2个端子，一个端子与差动放大器3的第一输出端子V3连接，另一个端子与放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5连接。

放大器4具有4个输入端子和1个输出端子，详细而言具有：第一差动输入对的第一输入端子V5；第一差动输入对的第二输入端子V6；第二差动输入对的第一输入端子V7；第二差动输入对的第二输入端子V8；以及输出端子VO。放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6与差动放大器3的第二输出端子V4连接，第二差动输入对的第一输入端子V7与基准电压电路ref1的正极连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与基准电压电路ref2的正极连接。

开关S1具有2个端子，一个端子与放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5连接，另一个端子与放大器4的输出端子VO连接，通过开关控制信号(电路图中未图示)将开关S1控制为接通或断开。

接着，对第1实施方式的磁传感器装置的动作进行说明。

开关电路2具有切换第一检测状态和第二检测状态的功能，在所述第一检测状态中，向霍尔元件1的第一端子对A-C输入电源电压并从第二端子对B-D输出信号电压，在所述第二检测状态中，向第二端子对B-D输入电源电压并从第一端子对A-C输出信号电压。

霍尔元件1输出与磁场强度(或者磁通密度)对应的信号电压，并且输出作为误差成分的偏移电压。

差动放大器3具有如下功能：对2个输入电压的差进行放大，并作为两个输出电压的差而输出。如果利用式子表示该放大功能，则为

V3-V4＝G×(V1-V2)···(1)。

在此，G是放大率，将各端子V1～V4的电压分为设为V1～V4。例如能够以图2所示的电路结构来实现这种差动放大器3的功能。

图2是示出差动放大器3的一例的电路图。

图2的差动放大器3具有差动放大器31、32和电阻R11、R12、R13。差动放大器3中，第一输入端子V1与差动放大器31的同相输入端子连接，第二输入端子V2与差动放大器32的同相输入端子连接，第一输出端子V3与差动放大器31的输出端子连接，第二输出端子V4与差动放大器32的输出端子连接。电阻R11、R12、R13被串联连接在第一输出端子V3和第二输出端子V4之间，R11和R12的连接点V1’与差动放大器31的反相输入端子连接，R12和R13的连接点V2’与差动放大器32的反相输入端子连接。

差动放大器3以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

差动放大器31作为同相放大器而工作，并且以使得与反相输入端子连接的连接点V1’大致等于与同相输入端子连接的V1的方式工作。并且，差动放大器32作为同相放大器而工作，并且以使得与反相输入端子连接的连接点V2’大致等于与同相输入端子连接的V2的方式工作。并且，由于电阻R11、R12、R13中流过的电流相等，因此，得到下面的式子。

(V3-V1)/R11＝(V1-V2)/R12···(2)

(V2-V4)/R13＝(V1-V2)/R12···(3)

如果根据式(2)和式(3)计算V3和V4，则如下所示。

V3＝+(R11/R12+1/2)×(V1-V2)+(V1+V2)/2···(4)

V4＝-(R13/R12+1/2)×(V1-V2)+(V1+V2)/2···(5)

如果将包含式(4)和式(5)的右边的电阻的括号的项分别设为放大率G1、G2，

G1＝R11/R12+1/2···(6)

G2＝R13/R12+1/2···(7)

则式(4)和式(5)变成如下这样。

V3＝+G1×(V1-V2)+(V1+V2)/2···(8)

V4＝-G2×(V1-V2)+(V1+V2)/2···(9)

如果根据式(8)和式(9)计算V3-V4，则如下所示。

V3-V4＝(G1+G2)×(V1-V2)···(10)

这里，如果将放大率G设为，

G＝G1+G2···(11)

则式(10)变为

V3-V4＝G×(V1-V2)···(12)

得到与式(1)相同的结果。即，图2所示的电路例具有对2个输入电压的差进行放大，并作为2个输出电压的差而输出的功能。并且，图2所示的电路例通过设为这样的具有计测功能的放大器结构，能够对输入中的同相噪声的影响进行抑制。另外，根据式(11)以及(6)、(7)，得到下式

G＝(R11+R12+R13)/R12···(13)

所以放大率G可以通过电阻R11、R12、R13而任意设定。

放大器4具有如下功能：输出对一对输入电压的差进行放大后的值与对另一对输入电压的差进行放大后的值的和。图3示出了概念性地表示该放大功能的图。

图3是表示放大器4的功能的概念图。

图3的放大器4具有差动放大器41、42和加法器43，构成为以如下的方式进行连接。放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5与差动放大器41的反相输入端子连接，第一差动输入对的第二输入端子V6与差动放大器41的同相输入端子连接，第二差动输入对的第一输入端子V7与差动放大器42的反相输入端子连接，

第二差动输入对的第二输入端子V8与差动放大器42的同相输入端子连接。差动放大器41的输出和差动放大器42的输出分别与加法器43的输入连接，加法器43的输出与放大器4的输出端子VO连接。

放大器4以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

差动放大器41对2个输入端子V5和V6的电压差进行放大后输入到加法器43，差动放大器42对2个输入端子V7和V8的电压差进行放大后输入到加法器43。加法器43输出差动放大器41和差动放大器42的输出的和。当利用式子表示该放大功能时，得到

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)···(14)。

在此，A1和A2分别为差动放大器41和42的放大率。并且，将各端子V5～V8和VO的电压分别设为V5～V8和VO。

在图1的磁传感器装置中，图3所示的放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5和输出端子VO连接在开关S1的两端。

在开关S1接通的状态下，由于VO与V5为大致相等的电压，因此根据式(14)以如下的方式表示VO。

VO＝A1/(1+A1)×V6+A2/(1+A1)×(V8-V7)···(15)

为了便于说明，如果使放大率A1和A2足够大，则得到下式。

VO＝V6+(A2/A1)×(V8-V7)···(16)

即，放大器4在开关S1接通的状态下，进行如下这样一种电压跟随器的动作：差动放大器41的反相输入端子经由第一差动输入对的第一输入端子V5而与输出端子VO电连接，形成反馈环路，输出电压VO不仅追随输入电压V6，而且还输出输入电压V6与以放大率A2和A1之比对输入V8与V7的电压的差分进行放大后的电压之和。

另一方面，在开关S1断开的状态下，由于放大器4中没有形成反馈环路，因此放大器4作为比较器(comparator)工作。根据式(14)得到

VO＝A1×{(V6-V5)+(A2/A1)×(V8-V7)}···(17)

即，放大器4在开关S1断开的状态下，进行如下这样的比较动作：针对V6和V5的差分电压与以放大率A1和A2之比将V8和V7的差分放大后的电压之和的电压，以足够大的放大率A1进行放大，向输出端子VO输出高电平信号(通常为正的电源电压电平)或低电平信号(通常为负的电源电压电平或GND电平)。

图4示出开关控制信号的时序图。

检测动作的一个周期由阶段和阶段这2个阶段构成。开关S1由图4的开关控制信号进行控制，在阶段中接通，在阶段中断开。并且，开关电路2和霍尔元件1也由开关控制信号进行控制，在阶段中为第一检查状态T1，在阶段中为第二检测状态T2。对各阶段中的图1的磁传感器装置的动作的概略进行说明，阶段是将霍尔元件1的元件信号电压和元件偏移电压以及差动放大器3和放大器4的偏移电压存储到电容C1的阶段，阶段是抵消阶段中的偏移成分，并且对与磁场强度对应的信号电压和检测电压进行比较的阶段。下面进行详细的说明。

在阶段中，开关S1接通。通过接通开关S1，放大器4如所述的一种电压跟随器那样工作，如果利用式子表示该情况，则根据式(16)得到

各电压末尾的表示是阶段中的电压。在此以后，关于其他的电压或者阶段也同样地进行表述。

向电容C1充入电压V3与电压V5的差分

当将式(18)代入上式时，得到下式。

这里，以使V6＝V4的方式进行连接，并且，基准电压电路ref1的正极与放大器4的第二差动输入对的第一输入端子V7连接，基准电压电路ref2的正极与第二差动输入对的第二输入端子V8连接，因此如果将各基准电压电路的正极的电压分别设为Vref1、Vref2，则用下式表示式(20)。

并且，根据式(12)得到

因此，如果将其代入式(21)，则如下所示。

即，向电容C1充入如下电压，该电压是以放大率G对V1和V2的差分进行放大后的电压与以放大率A2和A1的比对Vref2和Vref1的差分进行放大后的电压之间的差。

另一方面，在阶段中，开关S1断开，霍尔元件1变为第二检测状态T2。由于向电容C1充入因此利用下式表示电压V5。

并且，根据式(17)，放大器4的输出变为下式。

如上所述，以使V6＝V4的方式进行连接，并且，基准电压电路ref1的正极与放大器4的第二差动输入对的第一输入端子V7连接，基准电压电路ref2的正极与第二差动输入对的第二输入端子V8连接，因此式(25)变为

如果将式(24)代入其中，则得到下式。

如果将式(21)所示的向电容C1充入的电压代入上式并进行整理，则得到下式。

为了易于理解式(28)，如果将经由差动放大器3提供给放大器4的电压成分设为△Vsig，将从基准电压设定电路提供给放大器4的电压成分设为△Vref，则式(28)以如下的方式表示。

在此，

即，对从差动放大器3提供的电压成分△Vsig、与以放大率A2和A1的比将从检测电压设定电路5提供的电压成分△Vref放大后的电压进行比较的结果，最终作为高电平信号或者低电平信号从放大器4的输出端子VO输出。

并且，根据式(12)得到

因此，如果将上式(32)和式(22)代入式(30)，则得到

接着，考虑霍尔元件1的信号电压和偏移电压、以及差动放大器3和放大器4的偏移电压，并对电路的动作、信号以及误差成分的传递进行说明。

将霍尔元件1的元件同相电压设为Vcm，将元件信号电压设为Vh，将偏移电压设为Voh，在第一输入端子V1中将差动放大器3的输入偏移电压设为Voa1，在第二输入端子V2中将差动放大器3的输入偏移电压设为Voa2，在第一差动输入对的第二输入端子V6中将放大器4的输入偏移电压设为Voa3，在第二差动输入对的第二输入端子V8中将放大器4的输入偏移电压设为Voa4。

在下面的说明中，霍尔元件1在阶段时为第一检测状态，在阶段时为第二检测状态。并且，对于霍尔元件1的元件信号电压Vh和偏移电压Voh，如果在第一检测状态T1和第二检测状态T2中元件信号电压Vh为反相，偏移电压Voh为同相，则阶段阶段这各个阶段中的端子V1和V2的电压如下。

这里，霍尔元件1的元件同相电压Vcm、元件信号电压Vh、偏移电压Voh的末尾附加的“1”或“2”分别表示霍尔元件1和开关电路2的检测状态分别为第一检测状态T1或第二检测状态T2时的值。根据从式(35)到式(37)，在各阶段中向差动放大器3输入的电压如下。

并且，分别在式(12)的V1、V2中考虑输入偏移电压Voa1和Voa2，则差动放大器3的差动输出V3-V4表示如下。

V3-V4＝G×(V1-V2)+G×(Voa1-Voa2)···(40)

因此，在差动放大器3的输出中，不仅是输入电压的差分V1-V2，而且输入偏移电压的差分Voa1-Voa2也以放大率G倍进行放大并输出。根据式(40)，各阶段中的差动放大器3的差动输出V3-V4如下。

如果将式(38)、(39)代入式(41)、(42)，则得到下式。

并且，如果考虑放大器4的输入偏移电压，则根据式(18)，阶段中的端子V5的电压如下。

根据式(45)，如果进行与从所述式(19)到式(21)的推导相同的推导，则在阶段中向电容C1充电的电压如下。

另一方面，如果考虑放大器4的输入偏移电压，则根据式(25)，阶段中的放大器4的输出VO如下。

根据式(47)，如果进行与从所述式(26)到式(28)的推导相同的推导，则阶段中的放大器4的输出VO如下。

如果使用式(30)所示的从差动放大器3提供的电压成分△Vsig和式(31)所示的从检测电压设定电路5提供的电压成分△Vref来表示式(48)，则如下所示。

将式(43)、式(44)代入式(30)，求出式(49)中使用的△Vsig。

这里，由于差动放大器3和放大器4的输入偏移电压Voa1～Voa4严格来讲表示经时变化和温度变化(温度漂移)，因此不是固定的值，但是只要阶段和阶段的时间相对于输入偏移电压的经时变化和温度变化是足够短的时间，就能够在阶段和阶段中将输入偏移电压的值视为为大致相等的值。因此，在式(50)和式(49)中，为大致为0的值，在进行阶段的放大器4中的比较动作时，能够去除差动放大器3和放大器4的偏移成分。

并且，霍尔元件1的元件偏移电压Voh一般来说具有在第一检测状态T1和第二检测状态T2中为大致相等的值的特性，因此，Voh1-Voh2为大致为0的值，在进行阶段的放大器4中的比较动作时，能够去除元件偏移成分。如果从式(49)、式(50)中删除了这些被去除的成分，则得到下式。

△Vsig＝G×(Vh1+Vh2)···(52)

并且，利用式(31)表示式(51)中的△Vref。因此，对以差动放大器3的放大率G将霍尔元件1的第一检测状态T1和第二检测状态T2中的元件信号电压Vh的和放大后的电压成分△Vsig、与以放大率A2和A1的比将从检测电压设定电路5提供的电压成分△Vref放大后的电压进行比较的结果，最终作为高电平信号或低电平信号从放大器4的输出端子VO输出。

综上所述，如所述的式(49)、(50)所示，在本发明的磁传感器装置中，能够去除霍尔元件1、差动放大器3、放大器4中产生的所有偏移成分，而对霍尔元件的信号成分和基准电压进行比较，实现了高精度的磁场强度的检测。并且，在理想的霍尔元件中，第一检测状态T1和第二检测状态T2的元件同相电压Vcm1和Vcm2相等，但是，在实际的霍尔元件中未必是相等的值，这种情况也是在高精度的磁场强度的检测中产生误差的要因。在本发明的磁传感器装置中，如式(51)、(52)、(31)所示，在表示比较结果的式子中不包含这些项，能够实现除去了霍尔元件的同相电压的非理想成分的高精度的磁场强度检测。进而，本发明的磁传感器装置能够在阶段和阶段这2个阶段中进行磁场强度的检测，实现高速且高精度的磁场强度检测。

并且如式(31)所示，与霍尔元件的信号成分进行比较的基准电压成分△Vref可以根据基准电压电路ref1和基准电压电路ref2在阶段中的值和在阶段中的值而任意设定。即，在本发明的磁传感器装置中，可以通过任意设定基准电压，来任意设定所要检测的磁场强度。

此外，一般来说，由于霍尔元件的灵敏度具有温度依赖性，因此，与霍尔元件1输出的磁场强度对应的信号电压也具有温度依赖性。为了对此进行校正，例如，可以使基准电压电路ref1和基准电压电路ref2具有温度依赖性，来抑制所检测的磁场强度的温度依赖性。

这里，示出了作为构成图1的磁传感器装置的要素的检测电压设定电路5的电路结构的一例。

图5是检测电压设定电路5的一例。

图5的检测电压设定电路5具有电阻R51、R52、R53、以及开关S51、S51x、S52、S52x，构成为以如下的方式进行连接。电阻R53、R52、R51被串联连接在正的电源电压端子(下面，称为电源电压端子)VDD和负的电源电压端子(下面，称为接地端子)VSS之间。将R51和R52的连接点设为Vn，将R52和R53的连接点设为Vnx。开关S51、S51x、S52、S52x具有2个端子，并根据开关控制信号(未图示)，被控制为接通或者断开。开关S51的一个端子与连接点Vn连接，另一个端子与基准电压电路ref1的正极连接。开关S51x的一个端子与连接点Vnx连接，另一个端子与基准电压电路ref1的正极连接。开关S52的一个端子与连接点Vn连接，另一个端子与基准电压电路ref2的正极连接。开关S52x的一个端子与连接点Vnx连接，另一个端子与基准电压电路ref2的正极连接。在下面的说明中，将电源电压端子VDD和接地端子VSS的电压分别设为VDD、VSS，将连接点Vn、Vnx的电压分别设为Vn、Vnx，将基准电压电路ref1的正极、基准电压电路ref2的正极的电压分别设为基准电压Vref1、Vref2，来进行说明。

检测电压设定电路5以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

连接点Vn和Vnx的电压是利用电阻R53、R52、R51对VDD和VSS进行分压而得到的电压，因此为

Vn＝R51/(R51+R52+R53)×(VDD-VSS)···(53)

Vnx＝(R51+R52)/(R51+R52+R53)×(VDD-VSS)···(54)。

电压Vn和Vnx可以通过电阻R51、R52、R53来任意设定。

开关S51和S51x被控制为任意一方接通，另一方断开。因此，向Vref1输出Vn或Vnx中的任意一个电压。并且，开关S52和S52x也同样地被控制为任意一方接通，另一方断开。因此，向Vref2输出Vn或Vnx中的任意一个电压。

这里设为，利用图6所示的时序图的开关控制信号来控制图5所示的检测电压设定电路5的各开关。

图6示出开关控制信号的时序图。

如上所述，开关S1由开关控制信号进行控制，在阶段中接通，在阶段中断开。并且，开关S51和S51x由开关控制信号进行控制，开关S51在阶段和阶段中都接通，开关S51x在阶段和阶段中都断开。并且，开关S52和S52x由开关控制信号进行控制，开关S52在阶段中接通，在阶段中断开。开关S52x在阶段中断开，在阶段中接通。

这里，在开关S1断开时，为了使得在阶段中向电容C1充入的电压中不产生误差，需要使开关S52和S52x切换的时机比开关S1断开的时机延迟。为了明示该情况，在图6的时序图中夸大地进行图示。另外，在图6的时序图中也可以为，在开关S1接通时，也设为使开关S52和S52x切换的时机延迟的时机，或者在开关S1接通时，使开关S1接通的时机与开关S52和S52x切换的时机相同，或者相反地使得S52和S52x切换的时机提前。

由于以如上的方式对各开关进行控制，因此，各阶段中的基准电压Vref1、Vref2如下。

根据上式和式(31)，得到

△Vref＝(Vnx-Vn)···(55)。

因此，在放大器4中与来自霍尔元件1的信号成分进行比较的△Vref为能够任意设定的电压Vn、Vnx的差分。如上所述，在本发明的磁传感器装置中，能够任意设定基准电压，即，能够任意设定所检测的磁场强度。

接着，设为利用图7所示的时序图的开关控制信号来控制图5所示的检测电压设定电路5的各开关。

图7示出开关控制信号的时序图的一例。与图6所示的时序图的差异为：开关S51在中断开，在中接通，开关S51x在中接通，在中断开。如果这样对各开关进行控制，则各阶段中的基准电压Vref1、Vref2如下。

根据上式和式(31)，得到

△Vref＝2×(Vnx-Vn)···(56)。

因此，得到的电压是利用图6的时序图所得到的△Vref的电压的2倍。即，在唯一地确定了电阻R51、R52、R53的值，从而唯一地确定了连接点Vn和Vnx的电压的状态下，通过对开关S51、S51x、S52、S52x的接通和断开进行切换控制，能够切换所要检测的磁场强度。

接着，设为利用图8所示的时序图的开关控制信号来控制图5所示的检测电压设定电路5的各开关。

图8示出开关控制信号的时序图的一例。与图6所示的时序图的不同点如下：开关S51在中断开，开关S51x在中接通，开关S52在和中都接通，开关S52x在和中都断开。

如果这样对开关进行控制，则各阶段中的基准电压Vref1、Vref2如下。

根据上式和式(31)，得到

△Vref＝-(Vnx-Vn)···(57)。

因此，得到的电压与利用图6的时序图所得到的△Vref的电压正负相反。这里，根据一般的霍尔元件的特性，霍尔元件1的输出端子对所输出的元件信号电压Vh的符号按照S极和N极反转。即，在检测S极和N极的情况下，被输入到放大器4的信号成分的符号反转。因此，关于在检测电压设定电路5中设定的检测电压，也需要符号相反的检测电压。在图8的时序图的情况中得到了符号与图6的时序图的情况相反的△Vref，满足了上述条件。即，在阶段和阶段中切换接通和断开的开关，使△Vref的符号反转，由此能够辨别地检测S极和N极。

此外，图9示出检测电压设定电路5的一例。

图9是检测电压设定电路5的一例。与图5的不同点是追加了电阻R54、开关S51z、S52z，构成为追加的要素以如下的方式进行连接。电阻R54被串联连接在图5的电源电压端子VDD和电阻R53之间。将R53和R54的连接点设为Vnz。开关S51z、S52z具有2个端子，根据开关控制信号(未图示)，被控制为接通或者断开。开关S51z的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref1的正极连接。开关S52z的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref2的正极连接。追加的要素以外的连接与图5相同。

检测电压设定电路5以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

连接点Vn、Vnx和Vnz的电压是利用电阻R54、R53、R52、R51对VDD和VSS进行分压而得到的电压，因此为

Vn＝R51/(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(58)

Vnx＝(R51+R52)/(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(59)

Vnz＝(R51+R52+R53)/(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(60)。

电压Vn、Vnx、Vnz可以通过电阻R51、R52、R53、R54来任意设定。

开关S51、S51x、S51z被控制为：在开关S51接通时，S51x和S51z双方都断开，在开关S51断开时，S51x和S51z中的任意一方接通，另一方断开。开关S52、S52x、S52z也被同样控制为：在开关S52接通时，S52x和S52z双方都断开，在开关S52断开时，S52x和S52z中的任意一方接通，另一方断开。开关S51z、S52z是为了给检测电压设置迟滞而配备的，在根据由开关S51z或S52z设定的检测电压来检测磁场强度的情况下，在下一个检测周期T中，接通的开关从S51z变为S51x，或者从S52z变为S52x。同样地，在解除磁场强度检测的情况下，在下一个检测周期T中，接通的开关从S51x变为S51z，或者从S52x变为S52z。由此，能够抑制磁场强度的检测和解除时的波动。

综上所述，如所述的图5～图9的说明所示，在本发明的磁传感器装置中，能够实现：能够利用从检测电压设定电路5提供给放大器4的电压成分ΔVref的大小和符号任意地设定所检测的磁场强度，能够容易地辨别S极和N极，能够容易地设定检测和解除的迟滞。这样的本电路结构的多功能性不是仅基于图5和图9所示的检测电压设定电路5的电路结构，而且基于如下电路结构：如式(31)所示，能够利用基准电压电路ref1和基准电压电路ref2在阶段和阶段中的电压来设定基准电压成分△Vref。

这里，示出了作为构成图1的磁传感器装置的要素的放大器4的电路结构的一例。进一步具体而言，可以利用例如图10所示的电路结构来实现图3的概念图所示的放大器4的功能。

图10是放大器4的电路结构的一例。

放大器4具有恒流电路I1、NMOS晶体管M43、M44A、M44B、M45A、M46A、M45B、M46B以及PMOS晶体管M41、M42，并构成为以如下的方式进行连接。恒流电路I1的一端与电源电压端子VDD连接，另一端与NMOS晶体管M43的漏极和栅极连接。将该连接点设为VBN。VBN与NMOS晶体管M44A的栅极和NMOS晶体管M44B的栅极连接。NMOS晶体管M43、M44A、M44B的源极与接地端子VSS连接。NMOS晶体管M45A和M46A的源极与M44A的漏极连接，NMOS晶体管M45B和M46B的源极与M44B的漏极连接。NMOS晶体管M45A和M45B的漏极与PMOS晶体管M41的漏极连接。将该连接点设为VA。NMOS晶体管M46A和M46B的漏极与PMOS晶体管M42的漏极连接。该连接点与放大器4的输出端子VO连接。PMOS晶体管M41和M42的栅极与连接点VA连接，源极与电源电压端子VDD连接。NMOS晶体管M45A、M46A的栅极分别与第一差动输入对的第二输入端子V6、第一输入端子V5连接，NMOS晶体管M45B、M46B的栅极分别与第二差动输入对的第二输入端子V8、第一输入端子V7连接。

放大器4以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

恒流电路I1产生恒定电流并将其提供给NMOS晶体管M43。NMOS晶体管M43、M44A、M44B构成电流镜电路，在NMOS晶体管M44A、M44B的漏极-源极之间，流过与在M43的漏极-源极之间流过的电流相应的电流。由NMOS晶体管M44A、M45A、M46A、PMOS晶体管M41、M42组成的这5个晶体管构成差动放大器，并以如下方式进行工作：对构成第一差动输入对的NMOS晶体管M45A、M46A的栅极电压之差、即第一差动输入对的第二输入端子V6与第一差动输入对的第一输入端子V5的电压差进行放大，并输出到输出端子VO。设该放大率为A1。此处，关于电流镜电路结构以及差动放大器结构的动作，在CMOS模拟电路的文献等中已有详细记载，此处省略详细说明。此外，由NMOS晶体管M44B、M45B、M46B、PMOS晶体管M41、M42组成的5个晶体管也构成差动放大器，并以如下方式进行工作：对构成第二差动输入对的NMOS晶体管M45B、M46B的栅极电压之差、即第二差动输入对的第二输入端子V8与第二差动输入对的第一输入端子V7的电压差进行放大，并输出到输出端子VO。设该放大率为A2。此外，构成第一差动输入对的NMOS晶体管M45A的漏极和构成第二差动输入对的NMOS晶体管M45B的漏极在连接点VA处与PMOS晶体管M41的漏极连接，构成第一差动输入对的NMOS晶体管M46A的漏极和构成第二差动输入对的NMOS晶体管M46B的漏极在输出端子VO处与PMOS晶体管M42的漏极连接，由此，在该连接点VA以及输出端子VO处，将利用第一差动输入对和第二差动输入对这各个差动输入对进行放大后的电压相加而进行工作。如果用式子表示这些动作，则成为

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)···(61)。

即，进行与式(14)同等的动作。

如上所述，对本发明的第1实施方式的磁传感器装置的动作进行了说明，表明能够实现高精度且高速的磁检测。在本说明中，示出了差动放大器3、放大器4和检测电压设定电路5的具体的电路结构以及时序图，但是只要是能够进行本说明中所记载的动作的结构即可，不是必须限定于该结构。例如，图2示出差动放大器3的具体的结构，但是不限于该结构，如图11所示，也可以是去除电阻R13，并将其两端连接的结构。在由式(13)表示的放大率的式子中使电阻R13的值为无穷小的值，则该情况下的差动放大器3的放大率G表示为

G＝(R11+R12)/R12···(62)

但是，这也没有脱离本发明主旨、即实现高精度且高速的磁检测这一点。

此外，在上述说明中，示出了能够分别检测S极和N极，不过，还可以将本发明中的磁传感器装置应用于交变检测(例如电机的旋转检测)用途。交变检测为如下的磁传感器装置：从仅进行一方(例如，S极)的极性检测的状态起，在检测到该一个极性后，切换到仅进行另一方(N极)的极性检测的状态。

此外，在图4或图6或图7或图8的时序图中，也可以为：在某一个检测周期T中，将各开关控制为进行S极的检测，而在其他的检测周期T中将各开关控制为进行N极的检测。

此外，在图4或图6或图7或图8的时序图中，即使在采用了在检测周期T和检测周期T之间设置规定期间的待机期间，来抑制磁传感器装置的平均消费电流的驱动方法的情况下，也能够得到高精度的磁检测的效果。

此外，在所述的说明中，在阶段时设为第一检测状态T1，在阶段时设为第二检测状态T2，但是，也可以与此相反，在阶段时设为第一检测状态T1，在阶段时设为第二检测状态T2。

＜第2实施方式＞

图12是本发明的第2实施方式的磁传感器装置的电路图。与图1所示的第1实施方式的不同点如下：追加了放大器4B、电容C1B和开关S1B，为了明确与追加的要素的区别，向放大器4、电容C1以及开关S1附加了符号A；并且，在检测电压设定电路5中，追加了基准电压电路ref1B和基准电压电路ref2B，为了明确与追加的要素的区别，向基准电压电路ref1和基准电压电路ref2附加了符号A。并且，为了进行区分，也对各端子附加了标号A和B。追加的要素以如下的方式构成和连接。

电容C1B与电容C1A的结构相同，具有2个端子，一个端子与差动放大器3的第一输出端子V3连接，另一个端子与放大器4B的第一差动输入对的第一输入端子V5B连接。

放大器4B与放大器4A的结构相同，具有4个输入端子和1个输出端子，详细而言，具有第一差动输入对的第一输入端子V5B、第一差动输入对的第二输入端子V6B、第二差动输入对的第一输入端子V7B、第二差动输入对的第二输入端子V8B以及输出端子VOB。放大器4B的第一差动输入对的第二输入端子V6B与差动放大器3的第二输出端子V4连接，第二差动输入对的第一输入端子V7B与基准电压电路ref1B的正极连接，第二差动输入对的第二输入端子V8B与基准电压电路ref2B的正极连接。

开关S1B与开关S1A的结构相同，具有2个端子，一个端子与放大器4B的第一差动输入对的第一输入端子V5B连接，另一个端子与放大器4B的输出端子VOB连接，根据开关控制信号(在电路图中未图示)被控制为接通或断开。关于其他的连接和结构，与第1实施方式相同。

接着，对第2实施方式的磁传感器装置的动作进行说明。放大器4B与放大器4A相同，以与所述放大器4相同的方式工作。由电容C1B、放大器4B、开关S1B组成的结构是与由所述的电容C1A、放大器4A、开关S1A组成的结构相同的结构，进行与第1实施方式中的说明相同的动作。

图13示出了第2实施方式的磁传感器装置中的开关控制信号的时序图。与如图4所示的第1实施方式的开关控制信号的时序图的不同点如下：添加了针对所追加的开关S1B的控制信号，为了明确与追加的要素的区别，向开关S1的控制信号附加了标号A。开关S1B与开关S1A同样地被控制为，在阶段中接通，在阶段中断开，并且被控制为，当开关S1A处于阶段时，开关S1B处于阶段当开关S1A处于阶段时，开关S1B处于阶段

这里，由霍尔元件1、开关电路2、差动放大器3、放大器4A、电容C1A、开关S1A、检测电压设定电路5的基准电压电路ref1A以及基准电压电路ref2A组成的电路结构A与第1实施方式的磁传感器装置相同，且开关控制信号的时序图也相同，因此动作也与第1实施方式的磁传感器装置相同。即，根据式(49)，阶段中的放大器4A的输出以如下的方式表示。

根据式(50)、(31)，上式中的△VsigA、△VrefA以如下的方式表示。

这里，与上述相同，针对各项附加了用于明确与追加的要素之间的区别的符号A。

另一方面，由霍尔元件1、开关电路2、差动放大器3、放大器4B、电容C1B、开关S1B、检测电压设定电路5的基准电压电路ref1B以及基准电压电路ref2B组成的电路结构B与电路结构A同样是与所述第1实施方式的磁传感器装置相同的结构，并进行相同的动作，但是开关控制信号的时序图的一部分不同。具体而言不同点为：在阶段时为第二检测状态T2，在阶段时为第一检测状态T1。因此，相对于电路结构A的情况下的式(34)～(37)，阶段阶段这各个阶段中的端子V1和端子V2的电压如下。

电路结构B的动作与电路结构A相同，根据上式(66)～(69)，如果进行与从所述的式(38)到式(50)的推导相同的推导，则阶段中的放大器4B的输出以如下的方式表示。

上式中的△VsigB、△VrefB利用下式表示。

这里，A1B和A2B是构成放大器4B的差动放大器41和42的放大率，Voa3B和Voa4B是放大器4B的第一差动对的第二输入端子V6B和第二差动对的第二输入端子V8B中的输入偏移电压。

如上式所示，在电路结构B中，也与第1实施方式的磁传感器装置相同，当放大器4B在阶段中进行比较动作时，能够去除差动放大器3和放大器4B的输入偏移电压Voa1、Voa2、Voa3B、Voa4B以及霍尔元件1的元件偏移电压Voh，实现高精度的磁场强度检测。

并且，与电路结构A相同，能够在阶段和阶段这2个阶段中进行磁场强度的检测，实现高速且高精度的磁场强度检测。进而，由于电路结构A在第二检测状态T2中处于阶段电路结构B在第一检测状态T1中处于阶段因此，放大器4A在第二检测状态T2中得到高精度的磁场强度的检测结果，放大器4B在第一检测状态T1中得到高精度的磁场强度的检测结果，由此，与第1实施方式的磁传感器装置相比较，能够实现2倍的高速化。

因此，在本电路结构中，不用追加要耗费较大面积和功耗的传感器元件以及差动放大器3，也不会增加由差动放大器3和放大器4等模拟电路的高速化而引起的耗电，即可实现高速化，并且，如图13的时序图的开关控制信号所示，由于开关S1B的控制信号是与开关S1A的控制信号反相的信号，因此，无需追加复杂的电路，即可实现开关控制信号的电路，这点也是本电路结构的突出优点。

这里，示出了作为构成图12的磁传感器装置的要素的检测电压设定电路5的电路结构的一例。

图14是检测电压设定电路5的一例。与图5所示的检测电压设定电路5的不同点如下：追加了开关S51B、S51Bx、S52B、S52Bx，并且为了明确与追加的要素的区别，向开关S51、S51x、S52、S52x附加了标号A。并且，为了与追加的要素相区分，针对基准电压电路ref1、基准电压电路ref2的正极也附加了符号A。附加的要素以如下的方式构成和连接。

开关S51B、S51Bx、S52B、S52Bx具有2个端子，根据开关控制信号(未图示)，被控制为接通或者断开。开关S51B的一个端子与连接点Vn连接，另一个端子与基准电压电路ref1B的正极连接。开关S51Bx的一个端子与连接点Vnx连接，另一个端子与基准电压电路ref1B的正极连接。开关S52B的一个端子与连接点Vn连接，另一个端子与基准电压电路ref2B的正极连接。开关S52Bx的一个端子与连接点Vnx连接，另一个端子与基准电压电路ref2B的正极连接。在以下的说明中，将电源电压端子VDD和接地端子VSS的电压分别设为VDD、VSS，将连接点Vn、Vnx的电压分别设为Vn、Vnx，将基准电压电路ref1A、基准电压电路ref2A、基准电压电路ref1B、基准电压电路ref2B的各正极的电压分别设为基准电压Vref1A、Vref2A、Vref1B、Vref2B，来进行说明。

图14的检测电压设定电路5以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。连接点Vn和Vnx的电压与图5所示的检测电压设定电路5同样地是由式(53)、式(54)给出的，并能够任意调整。

开关S51A和S51Ax被控制为任意一方接通，另一方断开。因此，向Vref1A输出Vn和Vnx中的任意一个电压。并且，开关S52A和S52Ax、开关S51B和S51Bx、开关S52B和S52Bx也同样地被控制为任意一方接通，另一方断开。因此，向Vref2A、Vref1B、Vref2B输出Vn和Vnx中的任意一个电压。

这里，利用图15所示的时序图的开关控制信号来控制图14所示的检测电压设定电路5的各开关。

图15示出开关控制信号的时序图的一例。与图6所示的时序图的不同点如下：添加了开关S1B、S51B、S52B的控制信号，并向开关S1、S51、S52的控制信号附加了符号A。

对于开关S1A、S51A、S51Ax、S52A、S52Ax，以与图6所示的时序图相同的方式对各开关进行控制，各阶段中的基准电压Vref1A、Vref2A如下。

根据上式和式(65)，得到

△VrefA＝(Vnx-Vn)···(73)

另一方面，控制为：S1B在阶段中接通，在阶段中断开；开关S52B在阶段和阶段中都接通；开关S52Bx在阶段和阶段中都断开；开关S51B在阶段中接通，在阶段中断开；开关S51Bx在阶段中断开，在阶段中接通。另外，基于与图6的时序图的说明相同的原因，使开关S51B、S51Bx切换的时机比开关S1B切换的时机延迟，并夸张地进行图示。此外，也可以为，在开关S1B接通时，使开关S1B接通的时机与开关S51B和S51Bx切换的时机相同，或者相反，使S51B和S51Bx切换的时机比开关S1B接通的时机提前，这些也与图6的时序图中的说明相同。

由于以如上的方式对各开关进行控制，因此，各阶段中的基准电压Vref1B、Vref2B如下。

根据上式和式(72)，得到

△VrefB＝-(Vnx-Vn)···(74)，

得到与式(73)所示的△VrefA的电压正负相反的电压。这里，当关注式(64)所示的△VsigA和式(71)所示的△VsigB中所包含的霍尔元件1的元件信号电压Vh的项时，由于正负的符号相反，因此结果为，电路结构A和电路结构B都能够检测相同极性的磁场。例如，在电路结构A检测S极的情况下电路结构B也检测S极，在电路结构A检测N极的情况下电路结构B也检测N极。即，在阶段中的第二检测状态T2时，输出电路结构A的比较结果，在阶段中的第一检测状态T1时，输出电路结构B的比较结果，因此，与图1所示的第1实施方式的磁传感器装置相比较，能够实现2倍的高速化。关于本发明的第2实施方式的磁传感器装置的优点，前文叙述了能够以最小限度的电路追加来实现高速化，而对于检测电压设定电路5也是同样，具有能够通过追加开关来实现高速化的优点。

接着，利用图16所示的时序图的开关控制信号来控制图14所示的检测电压设定电路5的各开关。

图16示出开关控制信号的时序图的一例。与图15所示的时序图的不同点如下：控制为，开关S52B在阶段中接通，在阶段中断开；开关S52Bx在阶段中断开，在阶段中接通；开关S51B在阶段和阶段中都接通；开关S51Bx在阶段和阶段中都断开。关于其他的开关，以与图15所示的时序图相同的方式对各开关进行控制。

如果这样对开关进行控制，则各阶段中的基准电压Vref1B、Vref2B如下。

根据上式和式(72)，得到

△VrefB＝(VnX-Vn)···(75)

另一方面，关于△VrefA，得到与式(73)所示的△VrefA相同的电压，因此，△VrefB与△VrefA为正负符号相同的电压。当与图15中的说明同样地关注式(64)所示的△VsigA和式(71)所示的△VsigB中所包含的霍尔元件1的元件信号电压Vh的项时，由于正负的符号相反，因此在图16所示的时序图的情况下，能够在电路结构A和电路结构B中检测出不同极性的磁场。例如，在电路结构A检测S极的情况下，电路结构B检测N极，在电路结构A检测N极的情况下，电路结构B检测S极。因此，与利用第1实施方式的磁传感器装置检测S极和N极的磁场的情况相比较，能够实现2倍的高速化。

并且，图17示出检测电压设定电路5的一例。

图17是检测电压设定电路5的一例。与图14的不同点为追加了电阻R54、开关S52Az、S51Az、S52Bz、S51Bz，构成为使追加的要素以如下的方式进行连接。由电阻R54、R53、R52、R51组成的连接与图9的连接相同，各连接点Vn、Vnx、Vnz的电压由式(58)、式(59)、式(60)给出，能够任意调整。开关S52Az、S51Az、S52Bz、S51Bz具有2个端子，根据开关控制信号(未图示)，被控制为接通或者断开。开关S52Az的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref2A的正极连接。开关S51Az的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref1A的正极连接。开关S52Bz的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref2B的正极连接。开关S51Bz的一个端子与连接点Vnz连接，另一个端子与基准电压电路ref1B的正极连接。追加的要素以外的连接与图14相同。

图17的检测电压设定电路5以如上的方式进行连接，以如下的方式工作。

开关S51A、S51Ax、S51Az被控制为：在开关S51A接通时，S51Ax和S51Az双方都断开，在开关S51A断开时，S51Ax和S51Az中的任意一方接通，另一方断开。开关S52A、S52Ax、S52Az也被同样控制为：在开关S52A接通时，S52Ax和S52Az双方都断开，在开关S52A断开时，S52Ax和S52Az中的任意一方接通，另一方断开。进而，开关S51B、S51Bx、S51Bz也被同样控制为：在开关S51B接通时，S51Bx和S51Bz双方都断开，在开关S51B断开时，S51Bx和S51Bz中的任意一方接通，另一方断开。进而，开关S52B、S52Bx、S52Bz也被同样控制为：在开关S52B接通时，S52Bx和S52Bz双方都断开，在开关S52B断开时，S52Bx和S52Bz中的任意一方接通，另一方断开。

与图9的情况相同，开关S51Az、S52Az、S51Bz、S52Bz是为了给检测电压设置迟滞而配备的，在根据由开关S51Az或S52Az、S51Bz或S52Bz设定的检测电压来检测磁场强度的情况下，在下一个检测周期T中，接通的开关从S51Az变为S51Ax，或从S52Az变为S52Ax，或从S51Bz变为S51Bx，或从S52Bz变为S52Bx。同样，在解除磁场强度的检测的情况下，在下一个检测周期T中，接通的开关从S51Ax变为S51Az，或从S52Ax变为S52Az，或从S51Bx变为S51Bz，或从S52Bx变为S52Bz。由此，在本发明的第2实施方式的磁传感器装置中，也能够通过追加最小限度的电路要素，来抑制磁场强度的检测和解除时的波动。

以上，对本发明的第2实施方式的磁传感器装置的动作进行了说明，表明：能够实现高精度且高速的磁检测，与本发明的第1实施方式的磁传感器装置的情况相比较，能够通过最小限度的电路追加来实现2倍的高速化。在本说明中，示出了关于检测电压设定电路5的具体的电路结构和时序图，但是，只要是能够进行本说明中所记载的动作的结构即可，不是必须限于该结构。

该情况与本发明的第1实施方式的磁传感器装置的情况相同。例如，也可以使放大器4B的第一差动输入对的第一输入端子V5B经由电容C1B与差动放大器3的第二输出端子V4连接，第一差动输入对的第二输入端子V6B与差动放大器3的第一输出端子V3连接。在该情况下，通过适当设定基准电压电路ref1B和基准电压电路ref2B，能够得到与图12的电路相同的效果。

＜第3实施方式＞

图20是本发明的第3实施方式的磁传感器装置的电路图。与图1所示的第1实施方式的不同点如下：追加了电容C2和开关S2，并且在检测电压设定电路5中，追加了基准电压电路ref0。追加的要素以如下的方式构成和连接。

电容C2具有2个端子，一个端子与差动放大器3的第二输出端子V4连接，另一个端子与放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6连接。

开关S2具有2个端子，一个端子与放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6连接，另一个端子与基准电压电路ref0的正极连接，根据开关控制信号(电路图中未图示)，被控制为接通或断开。关于其他的连接和结构，与第1实施方式相同。

接着，对第3实施方式的磁传感器装置的动作进行说明。开关S2与开关S1相同，被控制为在阶段中接通，在阶段中断开。其他的要素进行与第1实施方式中的说明相同的动作。

图21示出第3实施方式的磁传感器装置中的开关控制信号的时序图。与图4所示的第1实施方式的开关控制信号的时序图的不同点为添加了针对所追加的开关S2的控制信号。开关S2与开关S1相同，被控制为在阶段中接通，在阶段中断开。

这里，由霍尔元件1、开关电路2、差动放大器3、放大器4、电容C1、开关S1、检测电压设定电路5的基准电压电路ref1以及基准电压电路ref2组成的电路结构与第1实施方式的磁传感器装置相同，开关控制信号的时序图也相同，因此其动作也与第1实施方式的磁传感器装置相同。与第1实施方式的磁传感器装置的动作的差异在于放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6的电压的给定方式。

在阶段中，放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6的电压在第1实施方式中是由差动放大器3的第二输出端子V4给定的，但是，在本实施方式中，是经由接通的开关S2而由基准电压电路ref0的正极电压给定的。当将基准电压电路ref0的正极的电压设为Vref0时，在从式(20)到式(21)的推导中，在阶段中向电容C1充入的电压不是由V6＝V4给定的，而是由V6＝Vref0给定的，如下所示。

并且，向电容C2充入电压V4和电压V6的差分由于在阶段中V6＝Vref0，因此得到下式

另一方面，在阶段中，开关S2被控制为断开。由于向电容C2充入了因此电压V6由下式表示。

以与式(25)相同的方式表示放大器4的输出VO。在从式(25)到式(26)的推导中，V6不是由V6＝V4给定的，而是由式(78)给定的，得到

由于以与式(24)相同的方式表示电压V5，因此，如果将式(24)代入上式并进行整理，则如下所示。

如果对上式和第1实施方式的说明中的式(27)进行比较，则在上式中追加了项。进而，向上式(80)代入式(76)所示的向电容C1充电的电压和式(77)所示的向电容C2充电的电压并进行整理时，得到下式。

上式(81)中不包含Vref0的项。这是因为：在向电容C1充入的电压和向电容C2充入的电压双方中都包含的项，在计算和的差分时抵消了Vref0的项。并且，上式(81)是与第1实施方式的说明中的式(28)完全相同的式子。该情况表明：无论Vref0的电压是怎样的值，本实施方式的磁传感器装置都具有与第1实施方式的磁传感器装置相同的高精度且高速的磁检测功能。在实际的电路中，在由于霍尔元件1的特性和偏移电压、或差动放大器3的偏移电压等的影响，导致差动放大器3的第二输出端子V4的电压脱离放大器4的同相输入电压范围的情况下，有可能不能正常地进行高精度和高速的磁检测。而在本实施方式的磁传感器装置中，通过在放大器4的同相输入电压范围内选择基准电压电路ref0的正极的电压Vref0，从而具有如下优点：能够在不损害第1实施方式的磁传感器装置所具有的优点的情况下，实现高精度且高速的磁检测。如果用其他的表述，则称其具有能够显著地缓和放大器4所要求的较宽的同相输入电压范围的优点。

图22是第3实施方式中的检测电压设定电路5的一例。与图5的不同点为追加了基准电压电路ref0的正极，其他的结构与图5相同。基准电压电路ref0的正极与连接点Vn连接，将该电压设为基准电压Vref0。其他的连接与图5相同。检测电压设定电路5进行与图5的检测电压设定电路5同样的动作。

在本电路中，虽然使基准电压电路ref0的正极与连接点Vn连接，但是如上所述优选在放大器4的同相输入电压范围内选择基准电路Vref0，只要在不脱离该范围的范围内，即可与任意的连接点连接。例如也可以使基准电压电路ref0的正极与连接点Vnx或基准电压电路ref1的正极或基准电压电路ref2的正极连接。

以上，对本发明的第3实施方式的磁传感器装置的动作进行了说明，表明：能够与第1实施方式的磁传感器装置同样地实现高精度且高速的磁检测。

在本说明中，示出了关于差动放大器3、放大器4和检测电压设定电路5的具体的电路结构以及开关控制的时序图，但是，只要是能够进行本说明中所记载的动作的结构即可，不是必须限定于该结构或开关控制时机，该情况与本发明的第1实施方式的磁传感器装置的情况相同。例如，在图21所示的开关控制的时序图中，分别记载了开关S1和开关S2的控制信号，但是如图21所示由于它们的时机相同，因此，也可以利用同一控制信号进行控制。并且，如图23所示，也可以是比开关S1断开的时机提前地使开关S2断开那样的时机。在放大器4的瞬态响应特性好的情况下，或者在放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5和第一差动输入对的第二输入端子V6之间的寄生电容为不能忽视的大小等的情况下，有时断开开关S2时产生的开关噪声会从第一差动输入对的第二输入端子V6传播到第一差动输入对的第一输入端子V5，从而在向电容C1充入的电压中产生无法忽视的误差。在这种情况下，如本时序图所示，更优选使断开开关S1的时机比断开开关S2的时机延迟。

＜第4实施方式＞

图24是本发明的第4实施方式的磁传感器装置的电路图。与图12所示的第2实施方式的不同点为追加了电容C2A和电容C2B、开关S2A和开关S2B，并且在检测电压设定电路5中，追加了基准电压电路ref0A和基准电压电路ref0B。追加的要素以如下的方式构成和连接。

电容C2A具有2个端子，一个端子与差动放大器3的第二输出端子V4连接，另一个端子与放大器4A的第一差动输入对的第二输入端子V6A连接。开关S2A具有2个端子，一个端子与放大器4A的第一差动输入对的第二输入端子V6A连接，另一个端子与基准电压电路ref0A的正极连接，根据开关控制信号(电路图中未图示)，被控制为接通或断开。电容C2B具有2个端子，一个端子与差动放大器3的第二输出端子V4连接，另一个端子与放大器4B的第一差动输入对的第二输入端子V6B连接。开关S2B具有2个端子，一个端子与放大器4B的第一差动输入对的第二输入端子V6B连接，另一个端子与基准电压电路ref0B的正极连接，根据开关控制信号(电路图中未图示)，被控制为接通或断开。关于其他的连接和结构，与第2实施方式相同。

接着，对第4实施方式的磁传感器装置的动作进行说明。开关S2A与开关S1A同样被控制为在阶段中接通，在阶段中断开。开关S2B与开关S1B同样被控制为在阶段中接通，在阶段中断开。其他的要素进行与第2实施方式中的说明相同的动作。省略详细的说明，本实施方式的磁传感器装置进行兼备第2实施方式的磁传感器装置的优点和第3实施方式的磁传感器装置的优点的动作。

省略地进行简单的说明，由霍尔元件1、开关电路2、差动放大器3、放大器4A、电容C1A、电容C2A、开关S1A、开关S2A、检测电压设定电路5的基准电压电路ref0A和基准电压电路ref1A以及基准电压电路ref2A组成的电路结构A是与第3实施方式的磁传感器装置相同的结构，如果控制为开关控制信号的时序图也相同，则动作也与第3实施方式的磁传感器装置相同。

另一方面，由霍尔元件1、开关电路2、差动放大器3、放大器4B、电容C1B、电容C2B、开关S1B、开关S2B、检测电压设定电路5的基准电压电路ref0B和基准电压电路ref1B以及基准电压电路ref2B组成的电路结构B与电路结构A同样是与所述第3实施方式的磁传感器装置相同的结构，同样地进行工作，但是，如果与所述第2实施方式的磁传感器装置所示的开关控制信号的时序图相同地进行控制，则进行兼备第2实施方式的磁传感器装置所示的电路结构B的动作和第3实施方式的磁传感器装置的动作的动作。

以上，对本发明的第4实施方式的磁传感器装置的动作进行了说明，表明：能够实现高精度且高速的磁检测，能够通过最小限度的电路追加来实现与本发明的第2实施方式的磁传感器装置的情况同等的高速化。

另外，在本发明的磁传感器装置的说明中，示出了具体的例子来进行说明，但是，不是必须限定于该结构和开关控制时机。

例如，对在传感器元件和放大器之间连接了差动放大器的情况进行了说明，但是，例如在传感器元件的信号的电压较高的情况下，也可以不具备差动放大器。

此外，例如，对于放大器4而言，虽然第一差动输入对的第二输入端子V6与差动放大器3的第二输出端子V4连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与基准电压电路ref2的正极连接，但是即使使该连接相反，也能够得到相同的动作和效果。

此外，示出了能够通过检测电压设定电路5的开关控制来辨别地检测出S极和N极的情况，但是，即使是通过开关电路2的控制来切换S极和N极的结构，也不会损害本发明的优点，能够实现高精度且高速的磁检测。

此外，本发明的磁传感器装置即使用于交变检测用途，也能够得到同样的效果。

此外，关于传感器元件，使用了磁电转换元件来进行说明，但是也可以使用根据加速度或压力而输出电压的传感器元件。

标号说明

1：霍尔元件；

2：开关电路；

3、31、32、41、42：差动放大器；

4、4A、4B：放大器；

43：加法器；

5：检测电压设定电路；

I1：恒流电路。

Claims (8)

1.一种传感器装置，其根据施加给传感器元件的物理量的强度而进行逻辑输出，该传感器装置的特征在于，

该传感器装置具有：

开关电路，其与所述传感器元件的第一端子对和第二端子对连接，对被提供电源的端子对和输出与物理量的强度对应的信号电压的端子对进行切换控制，并输出从所述传感器元件的端子对输入的第一信号电压和第二信号电压；

检测电压设定电路，其输出第一基准电压和第二基准电压；以及

第一放大器，其具有第一输入端子对、第二输入端子对和1个输出端子，

所述第一输入端子对的第一输入端子经由第一开关与所述输出端子连接，并且经由第一电容被输入基于所述第一信号电压的电压，

所述第一输入端子对的第二输入端子被输入基于所述第二信号电压的电压或所述第二基准电压，

所述第二输入端子对的第一输入端子被输入所述第一基准电压，

所述第二输入端子对的第二输入端子被输入所述第二基准电压或基于所述第二信号电压的电压，

在所述第一开关断开的状态下，所述第一放大器中没有形成反馈环路，

所述开关电路具有切换第一检测状态和第二检测状态的功能，

在所述第一检测状态中，向所述传感器元件的所述第一端子对提供电源，从所述第二端子对输出所述信号电压，

在所述第二检测状态中，向所述传感器元件的所述第二端子对提供电源，从所述第一端子对输出所述信号电压，

所述第一放大器根据1次所述第一检测状态和1次所述第二检测状态，进行所述逻辑输出。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述传感器装置具有：

所述检测电压设定电路，其被构成为还输出第三基准电压和第四基准电压；以及

第二放大器，其具有第一输入端子对、第二输入端子对和输出端子，

该第一输入端子对的第一输入端子经由第二开关与该输出端子连接，并且经由第二电容被输入基于所述第一信号电压的电压，

该第一输入端子对的第二输入端子被输入基于所述第二信号电压的电压或所述第四基准电压，

该第二输入端子对的第一输入端子被输入所述第三基准电压，

该第二输入端子对的第二输入端子被输入所述第四基准电压或基于所述第二信号电压的电压，

所述第一开关和所述第二开关彼此相异地接通、断开。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一放大器的第一输入端子对的第二输入端子经由第二电容被输入基于所述第二信号电压的电压，并且经由第二开关与任意的电压供给源连接。

4.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一放大器的第一输入端子对的第二输入端子经由第三电容被输入基于所述第二信号电压的电压，并且经由第三开关与任意的电压供给源连接，

所述第二放大器的第一输入端子对的第二输入端子经由第四电容被输入基于所述第二信号电压的电压，并且经由第四开关与任意的电压供给源连接。

5.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，

所述检测电压设定电路由串联连接在电源端子和接地端子之间的多个电阻构成，

从各分压点输出所述基准电压。

6.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，

所述传感器装置还具有差动放大器，该差动放大器具有分别与所述开关电路的2个输出端子连接的2个输入端子、以及输出对所述第一信号电压与所述第二信号电压之差进行放大后的结果的2个输出端子。

7.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，

所述物理量是磁。

8.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，

所述物理量是压力。