JP2008309626A - 感磁出力ic - Google Patents
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Abstract
【解決手段】印加される磁界の磁束密度に応じた感磁出力電圧を発生させるホール素子と、感磁出力電圧を増幅した増幅電圧を生成するアンプと、アンプの出力電圧をデジタル信号に変換するAD変換器と、を含む感磁出力ICであり、アンプは、その付加電圧入力端子を介して供給される付加電圧に応じた直流電圧を増幅電圧に重畳してアンプ出力を生成する電圧重畳手段を有し、指示値に応じた大きさの基準電圧を付加電圧として付加電圧入力端子に印加する制御手段を有する。
【選択図】図4
Description
VH=K*I*B ・・・(1)
このように、ホール素子では制御電流I、印加された磁界の磁束密度Bに比例したホール電圧を得ることができる。ここで、Kは、ホール素子固有の値であり、材料や形状により異なる値をとる。ホールICは、ホール素子と、ホール素子の出力電圧を増幅するアンプと、アンプの出力電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器等が1パッケージ化された素子であり、非接触スイッチ、回転検出、位置検出等に用いられる。
VOUT=VOS={R4/(R1+R4)-R3/(R2+R3)}*Vin ・・・(2)
である。ここでブリッジを構成する4つエレメントの抵抗値R1〜R4が全て同じであれば、VOUT=0となる。すなわち、この場合オフセット電圧VOSは0である。一方、R1〜R3の抵抗値がrであり、R4の抵抗値のみがr+aとなった場合、上記式(2)を解くと、
VOUT=VOS=[a/(4r+2a)]*Vin ・・・(3)
となり、無磁界であるにもかかわらず、出力電圧が発生することとなる。すなわち、ブリッジを構成する4つのエレメントの抵抗値は、製造上の理由等によってばらつき、そのアンバランスがオフセット電圧の原因となるのである。オフセット電圧VOSは測定すべきホール電圧VHと同程度、もしくはそれ以上となる場合があり、磁界の強さに応じた正確な信号を得るためには、オフセット電圧を除去する必要がある。
VOS1=[a/(4r+2a)]*Vin ・・・(4)
である。出力端子B-B´間に発生するホール素子出力電圧VOUT1は、ホール電圧VHとオフセット電圧VOS1の和であるから、第1ステップにおいては、
VOUT1=VH+[a/(4r+2a)]*Vin ・・・(5)
が出力端子B-B´間に発生する。一方、第2ステップにおいて生じるオフセット電圧VOS2は、
VOS2=[R1/(R1+R2)-R4/(R3+R4)]*Vin=-[a/(4r+2a)]*Vin ・・・(6)
である。出力端子A-A´間に発生するホール素子出力電圧VOUT2は、ホール電圧VHとオフセット電圧VOS2の和であるから、第2ステップにおいては、
VOUT2= VH-[a/(4r+2a)]*Vin ・・・(7)
が出力端子A-A´間に発生する。第1ステップおよび第2ステップにおいて得られたホール素子出力電圧VOUT1およびVOUT2は、それぞれ、T1およびT2のタイミングでメモリに記憶される。そして、加算回路によってVOUT1+VOUT2の演算がなされ、その結果を最終的な出力として得る。すなわち、VOUT1とVOUT2を加算すると、式(6)および(7)より、2VHが得られ、オフセット電圧成分を含まない出力信号を得ることができるのである。
(第1実施例)
図4に本発明の第1実施例に係るホールIC100のブロック図を示す。ホール素子10は、Si等の半導体薄膜によって形成される公知のホール素子であり、A、A´、B、B´の4つの端子を有する。
G*VOS=1/64*VREF ・・・(8)
であるものとし、制御回路20は、上記した初期設定の処理に従って増幅後のオフセット電圧VOS*Gを除去するべく、0.5*VREF-1/64*VREFの電圧を発生している基準電圧出力端子3Eおよび0.5*VREF+1/64*VREFの電圧を発生している基準電圧出力端子00を選択し、これに対応した値3Ehおよび00hを指示値としてメモリ20bに保持しているものとする。
VOUT1=VH+VOS ・・・(9)
となる。
Vamp1=(VH+VOS)*G+(0.5-1/64)*VREF=VH*G+0.5VREF ・・・(10)
となる。上記式(10)に示されるようにアンプ出力電圧Vamp1には、ホール素子10のオフセット電圧成分は含まれない。アンプ出力電圧は、A/D変換器13に供給され、デジタル信号として出力される。
VOUT2=VH-VOS ・・・(11)
である。
Vamp2=(VH-VOS)*G+(0.5+1/64)*VREF=VH+0.5VREF ・・・(12)
となる。上記式(9)に示されるようにアンプ出力電圧Vampには、ホール素子10のオフセット電圧成分は含まれない。アンプ出力電圧は、A/D変換器13に供給され、デジタル信号として出力される。
上記第1実施例のホールIC100においては、スピニングカレント法における第1および第2ステップにおいて発生するオフセット電圧は、絶対値が互いに等しく且つ極性が互いに異なるので、これらを除去するべく、抵抗ラダー回路40の基準電圧出力端子のうち0.5*VREFを中心に正方向および負方向に同じ値だけずれた電圧を発生する2つの基準電圧出力端子を選択し、これに対応した指示値(例えば3Ehと00h)をメモリに記憶することとしていた。つまり、第1実施例の構成においては、2つの指示値を記憶しておき、磁界測定時にこれら2つの値を読み出す必要がある。
G*VOS=1/64*VREF ・・・(13)
であるものとし、EEPROM22には、増幅後のオフセット電圧VOS*Gを除去するべく、予め書き込まれた「3Eh」を指示値として保持しているものとする。
VOUT1=VH+VOS ・・・(14)
である。
Vamp1=(VH+VOS)*G+(0.5-1/64)*VREF=VH*G+0.5VREF ・・・(15)
となる。かかるアンプ出力は第1ステップ前半の期間内におけるT1のタイミングでAD変換器13によってAD変換された後、メモリ14に記憶される。
Vamp2=-(VH+VOS)*G+(0.5+2/64)*VREF=-VH*G+(0.5+1/64)VREF ・・・(16)
となる。かかるアンプ出力は第1ステップ後半の期間内におけるT2のタイミングでAD変換器13によってAD変換された後、メモリ14に記憶される。
VOUT2=VH-VOS ・・・(17)
である。
Vamp3=(VH-VOS)*G+(0.5+2/64)*VREF=VH*G+(0.5+1/64)VREF ・・・(18)
となる。かかるアンプ出力は第2ステップ前半の期間内におけるT3のタイミングでAD変換器13によってAD変換された後、メモリ14に記憶される。
Vamp4=-(VH-VOS)*G+(0.5-1/64)*VREF=VH*G+0.5VREF ・・・(19)
となる。かかるアンプ出力は第2ステップ後半の期間内におけるT4のタイミングでAD変換器13によってAD変換された後、メモリ14に記憶される。
V=Vamp1-Vamp2+Vamp3-Vamp4=4VH*G+0.5*VREF ・・・(20)
上記式(20)に示されるように出力電圧Vには、ホール素子10のオフセット電圧成分は含まれない。
図9は、ホール素子を定電流駆動した場合におけるオフセット電圧の温度特性を示すグラフである。同図に示す如く、ホール素子出力電圧に含まれるオフセット電圧は2次関数の温度特性を有しており、高精度な磁界検出を行うためには、これを補正する必要がある。第3実施例のホールIC300は、ホール素子のオフセット電圧の温特を補正する手段を備えている。
ホール素子10は、図9に示すようにオフセット電圧が正の値をとるものは、温度上昇に伴いオフセット電圧が正方向に増加し、オフセット電圧が負の値をとるものは、温度上昇に伴いオフセット電圧が負方向に増加するという性質を有する。つまり、同一のホール素子においては、オフセット電圧が正の値から負の値又は負の値から正の値に変動することはなく、オフセット電圧の極性は同一に保たれる。第4実施例のホールIC400は、かかるホール素子のオフセット電圧の特性を利用して上記第3実施例の構成を変形させたものである。
11 スイッチ回路
12 アンプ
12a チョッパアンプ
13 A/D変換器
14 メモリ
15 演算回路
20 制御回路
20a 指示値生成部
20b メモリ
21 デコーダ
22 EEPROM
23 反転回路
30 セレクタ
40 抵抗ラダー回路
50 制御回路
51 温度測定部
52 補正値生成部
53 EEPROM
54 EEPROM
55 加算器
56 EEPROM
Claims (10)
- 印加される磁界の磁束密度に応じた感磁出力電圧を発生させるホール素子と、
前記感磁出力電圧を増幅した増幅電圧を生成するアンプと、
前記アンプの出力電圧をデジタル信号に変換するAD変換器と、を含む感磁出力ICであって、
前記アンプは、その付加電圧入力端子を介して供給される付加電圧に応じた直流電圧を前記増幅電圧に重畳してアンプ出力を生成する電圧重畳手段を有し、
指示値に応じた大きさの基準電圧を前記付加電圧として前記付加電圧入力端子に印加する制御手段を有することを特徴とする感磁出力IC。 - 前記制御手段は、互いに異なる複数の電圧を前記基準電圧として同時に生成する基準電圧生成手段を有し、前記指示値に応じて前記基準電圧を選択的に前記付加電圧入力端子に印加することを特徴とする請求項1に記載の感磁出力IC。
- 前記基準電圧生成手段は、複数の抵抗が直列接続された抵抗ラダー回路と、前記抵抗ラダー回路の両端に電圧を供給する電源と、前記抵抗の各々の端部に接続され前記抵抗の各々によって分圧された電圧を出力する複数の基準電圧出力端子と、を含むことを特徴とする請求項2に記載の感磁出力IC。
- 前記制御手段は、前記指示値に対応した基準電圧出力端子を前記付加電圧入力端子に接続することを特徴とする請求項3に記載の感磁出力IC。
- 前記制御手段は、前記指示値を保持する第1のメモリと、前記基準電圧出力端子の各々に対応し且つ前記基準電圧出力端子と前記付加電圧入力端子との間に設けられた複数のスイッチと、前記メモリに保持された指示値に基づいて前記スイッチを選択的に駆動するデコーダと、を含むことを特徴とする請求項4に記載の感磁出力IC。
- 前記第1のメモリは、記憶内容を外部入力により書込みおよび消去可能であることを特徴とする請求項5に記載の感磁界出力IC。
- 前記制御手段は、制御信号に応じて前記AD変換器の出力信号から前記アンプの出力電圧を取得し、当該取得した前記アンプの出力電圧に応じて前記指示値を生成する指示値生成手段と、を更に有することを特徴とする請求項5に記載の感磁界出力IC。
- 前記指示値生成手段は、前記基準電圧出力端子のうち、前記付加電圧の標準値として定められる所定の電圧値から当該取得した前記アンプの出力電圧に相当する電圧値を差し引いて得た電圧値に最も近い電圧を発生しているものに対応した値を前記指示値とすることを特徴とする請求項7に記載の感磁出力IC。
- 前記制御手段は、周囲温度に応じて前記指示値を変化させることを特徴とする請求項5乃至8に記載の感磁出力IC。
- 前記制御手段は、周囲温度に応じた温度検出信号を出力する温度測定部と、補正係数を保持する第2のメモリと、前記温度検出信号と前記補正係数に基づいて補正値を生成する補正値生成部と、前記補正値と前記指示値に基づいて新たな指示値を生成する手段とを有することを特徴とする請求項9に記載の感磁出力IC。
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