JP2014066522A - Semiconductor hall sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スピニングカレント法によって動作する半導体ホールセンサに関する。 The present invention relates to a semiconductor Hall sensor that operates by a spinning current method.
半導体ホールセンサとして、特許文献1に開示される技術を例に説明する。
特許文献1に開示された半導体ホールセンサにおいては、ホール素子に発生するホール電圧は、ホール素子の固有のオフセット電圧を含んでいる。そこで、特許文献1に開示される技術は、そこの図3に示されるように、スピニングカレント法を用いることにより、オフセット電圧を少なくしている。
As a semiconductor Hall sensor, the technique disclosed in
In the semiconductor Hall sensor disclosed in
ここで、半導体ホールセンサがボルテージレギュレータを搭載することがある。この時、半導体ホールセンサの内部回路は、電源電圧でなく、ボルテージレギュレータが電源電圧を降圧して生成した内部電源電圧を使用する。この時、このボルテージレギュレータは発熱するので、この発熱の影響により、ホール素子が有するオフセット電圧が大きくなる可能性がある。 Here, the semiconductor Hall sensor may be equipped with a voltage regulator. At this time, the internal circuit of the semiconductor Hall sensor uses not the power supply voltage but the internal power supply voltage generated by the voltage regulator stepping down the power supply voltage. At this time, since this voltage regulator generates heat, the offset voltage of the Hall element may increase due to the influence of this heat generation.
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、高温時においてもオフセット電圧が大きくならない半導体ホールセンサを提供する。 The present invention is made in view of the above problems, and provides a semiconductor Hall sensor in which an offset voltage does not increase even at high temperatures.
本発明は、上記課題を解決するため、スピニングカレント法によって動作する半導体ホールセンサにおいて、電源電圧から内部電源電圧を生成する出力トランジスタを備えるボルテージレギュレータと、平面図で正方形であり、前記内部電源電圧が前記スピニングカレント法によって順次印加される第一端子及び第三端子を備え、接地電圧が前記スピニングカレント法によって順次印加される第二端子及び第四端子を備えるホール素子と、を備え、前記第一ないし第四端子は前記ホール素子の四隅にそれぞれ設けられ、前記第一および第二端子は対向し、前記第三および第四端子は対向し、前記ホール素子及び前記出力トランジスタは、前記第一端子と前記第三端子との中心と、前記第二端子と前記第四端子との中心と、をつなぐ中心線で、対称になるようレイアウトされる、ことを特徴とする半導体ホールセンサを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor Hall sensor that operates by a spinning current method, a voltage regulator including an output transistor that generates an internal power supply voltage from a power supply voltage, and a square in plan view, the internal power supply voltage Comprises a first terminal and a third terminal that are sequentially applied by the spinning current method, and a Hall element that includes a second terminal and a fourth terminal to which a ground voltage is sequentially applied by the spinning current method. First to fourth terminals are provided at four corners of the Hall element, the first and second terminals are opposed to each other, the third and fourth terminals are opposed to each other, and the Hall element and the output transistor are A center line connecting the center of the terminal and the third terminal and the center of the second terminal and the fourth terminal, It is laid so as to be referred, to provide a semiconductor Hall sensor, characterized in that.
本発明によれば、出力トランジスタが発する熱は、ホール素子の中心線を基準にして、対称にホール素子に伝播するので、この発熱によって温度上昇したホール素子において、ホール電圧に含まれるオフセット電圧が大きくならない。 According to the present invention, the heat generated by the output transistor propagates symmetrically to the Hall element with respect to the center line of the Hall element. Therefore, in the Hall element whose temperature has increased due to this heat generation, the offset voltage included in the Hall voltage is Does not grow.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
<半導体ホールセンサの要素>
図1に示すように、半導体ホールセンサ10は、ホール素子11、アンプ12、容量13〜14、スイッチ15〜18、スイッチ21〜28、及び、ボルテージレギュレータ30を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Elements of semiconductor Hall sensor>
As shown in FIG. 1, the
ホール素子11は、平面図で正方形である。ホール素子11は、内部電源電圧がスピニングカレント法によって順次印加される第一端子11Aおよび第三端子11Cを備え、接地電圧がスピニングカレント法によって順次印加される第二端子11Bおよび第四端子11Dを備える。第一ないし第四端子11A〜11Dはホール素子の四隅にそれぞれ設けられ、第一および第二端子11A〜11Bは対向し、第三および第四端子11C〜11Dは対向する。
The
<半導体ホールセンサの接続関係>
ホール素子11の第一端子11Aは、スイッチ15を介し、内部電源ノード19に接続され、スイッチ23を介し、アンプ12の第一入力端子に接続される。ホール素子11の第三端子11Cは、スイッチ17を介し、内部電源ノード19に接続され、スイッチ21を介し、アンプ12の第一入力端子に接続される。
<Connections for semiconductor Hall sensors>
The
ホール素子11の第二端子11Bは、スイッチ16を介し、接地端子に接続され、スイッチ24を介し、アンプ12の第二入力端子に接続される。ホール素子11の第二端子11Dは、スイッチ18を介し、接地端子に接続され、スイッチ22を介し、アンプ12の第二入力端子に接続される。
The
ボルテージレギュレータ30は、電源端子と接地端子との間の電圧で動作する。ボルテージレギュレータ30の出力端子は、内部電源ノード19に接続される。アンプ12は、内部電源ノード19と接地端子との間の電圧で動作する。
The
容量13の一端は、接地端子に接続される。容量13の多端は、スイッチ25を介し、アンプ12の出力端子に接続され、スイッチ27を介し、半導体ホールセンサ10の出力端子に接続される。容量14の一端は、接地端子に接続される。容量14の多端は、スイッチ26を介し、アンプ12の出力端子に接続され、スイッチ28を介し、半導体ホールセンサ10の出力端子に接続される。
One end of the
<ボルテージレギュレータの動作>
ボルテージレギュレータ30は、半導体ホールセンサ10の電源端子の電源電圧を降圧することにより、電源電圧から一定の所望電圧(内部電源電圧)を生成し、ボルテージレギュレータ30の出力端子(内部電源ノード19)から出力する。この時、制御回路31が出力トランジスタ32のゲート電圧を適宜制御することにより、出力トランジスタ32のドレイン電圧が一定の所望電圧(内部電源電圧)になる。つまり、ボルテージレギュレータ30の出力端子の電圧が、一定の所望電圧(内部電源電圧)になる。ここで、出力トランジスタ32には、出力電流が流れるので、降圧した電圧と出力電流の積である消費電力の分だけ発熱する。この発熱により、半導体ホールセンサ10の温度は高くなる。
<Operation of voltage regulator>
The
<半導体ホールセンサの動作(期間Φ1)>
スイッチ15〜16がオンし、スイッチ17〜18がオフし、スイッチ21〜22がオンし、スイッチ23〜24がオフし、スイッチ25がオンし、スイッチ26がオフし、スイッチ27〜28がオフする。
<Operation of semiconductor Hall sensor (period Φ1)>
Switches 15-16 are turned on, switches 17-18 are turned off, switches 21-22 are turned on, switches 23-24 are turned off,
ボルテージレギュレータ30の出力端子(内部電源ノード19)により、内部電源電圧が、ホール素子11の第一端子11Aと第二端子11Bとの間に印加される。この内部電源電圧に基づき、第一端子11Aから第二端子11Bに電流が流れる。この時、ホール素子11の平面に対して垂直に磁界が印加されると、電流及び磁界の双方に対して垂直にホール電圧Vhが発生する。つまり、第三端子11Cと第四端子11Dとの間に、ホール電圧Vhが発生する。ホール電圧Vhは、ホール素子11の固有のオフセット電圧(+Vo)を含んでいる。このホール電圧Vhは、アンプ12及びスイッチ25を介し、容量13にサンプルされる。
An internal power supply voltage is applied between the
<半導体ホールセンサの動作(期間Φ2)>
スイッチ15〜16がオフし、スイッチ17〜18がオンし、スイッチ21〜22がオフし、スイッチ23〜24がオンし、スイッチ25がオフし、スイッチ26がオンし、スイッチ27〜28がオフする。
<Operation of semiconductor Hall sensor (period Φ2)>
Switches 15-16 are turned off, Switches 17-18 are turned on, Switches 21-22 are turned off, Switches 23-24 are turned on,
ボルテージレギュレータ30の出力端子(内部電源ノード19)により、内部電源電圧が、ホール素子11の第三端子11Cと第四端子11Dとの間に印加される。この内部電源電圧に基づき、第三端子11Cから第四端子11Dに電流が流れる。この時、ホール素子11の平面に対して垂直に磁界が印加されると、電流及び磁界の双方に対して垂直にホール電圧Vhが発生する。つまり、第一端子11Aと第二端子11Bとの間に、ホール電圧Vhが発生する。ホール電圧Vhは、ホール素子11の固有のオフセット電圧(−Vo)を含んでいる。このホール電圧Vhは、アンプ12及びスイッチ26を介し、容量14にサンプルされる。
An internal power supply voltage is applied between the third terminal 11C and the
<半導体ホールセンサの動作(期間Φ3)>
スイッチ25〜26がオフし、スイッチ27〜28がオンする。
半導体ホールセンサ10の出力端子で、期間Φ1のホール電圧Vhと期間Φ2のホール電圧Vhとは平均化される。すると、期間Φ1のオフセット電圧(+Vo)と期間Φ2のオフセット電圧(−Vo)とは相殺されるので、半導体ホールセンサ10の出力端子でのホール電圧Vhにオフセット成分は無い(スピニングカレント法)。
<Operation of semiconductor Hall sensor (period Φ3)>
Switches 25-26 are turned off and switches 27-28 are turned on.
At the output terminal of the
<半導体ホールセンサのレイアウト>
ボルテージレギュレータ30の出力トランジスタ32は、図2に示すように、第一端子11A及び第三端子11Cの側にレイアウトされる。内部電源電圧が印加される第一端子11Aと第三端子11Cとの中心と、接地電圧が印加される第二端子11Bと第四端子11Dとの中心と、をつなぐ中心線は、ホール素子11の中心線であるとする。ホール素子11及び出力トランジスタ32は、その中心線で、対称になるようレイアウトされる。つまり、ホール素子11の中心線は、出力トランジスタ32の中心線と一致する。
<Semiconductor Hall sensor layout>
As shown in FIG. 2, the
なお、出力トランジスタ32は、図3に示すように、第二端子11B及び第四端子11Dの側にレイアウトしても良い。
このようにすると、出力トランジスタ32から発生する熱は、ホール素子11の中心線を基準にして、対称にホール素子11に伝播する。熱の加わり方が対称で均等になるため、この発熱によって温度が上昇したホール素子11においてはホール電圧Vhに含まれるオフセット電圧は相殺し、温度が上昇してもオフセット電圧は大きくならない。
The
In this way, the heat generated from the
10 半導体ホールセンサ
11 ホール素子
12 アンプ
13〜14 容量
15〜18、21〜28 スイッチ
19 内部電源ノード
30 ボルテージレギュレータ
31 制御回路
32 出力トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
平面図で正方形であり、前記内部電源電圧が順次印加される第一端子及び第三端子と、接地電圧が順次印加される第二端子及び第四端子と、を備えるホール素子と、
を備え、
前記第一ないし第四端子は前記ホール素子の四隅にそれぞれ設けられ、前記第一および第二端子は対向し、前記第三および第四端子は対向しており、
前記ホール素子及び前記出力トランジスタは、前記第一端子と前記第三端子との中心と、前記第二端子と前記第四端子との中心と、をつなぐ中心線で、対称になるようレイアウトされている、
ことを特徴とする半導体ホールセンサ。 A voltage regulator including an output transistor for generating an internal power supply voltage from the power supply voltage;
A hall element comprising a first terminal and a third terminal, which are square in plan view, to which the internal power supply voltage is sequentially applied, and a second terminal and a fourth terminal to which a ground voltage is sequentially applied;
With
The first to fourth terminals are respectively provided at the four corners of the Hall element, the first and second terminals are opposed, and the third and fourth terminals are opposed,
The Hall element and the output transistor are laid out symmetrically with a center line connecting the center of the first terminal and the third terminal and the center of the second terminal and the fourth terminal. Yes,
A semiconductor Hall sensor characterized by that.
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