JP2016027315A

JP2016027315A - 磁気センサ装置

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Publication number: JP2016027315A
Application number: JP2015056464A
Authority: JP
Inventors: 丈征三浦; Takemasa Miura; 稔有山; Minoru Ariyama; 友生挽地; Tomoo Hikichi; 健太郎深井; Kentaro Fukai
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: US20150377983A1; JP6600471B2; US9453889B2

Abstract

【課題】ホール素子の駆動電力を二つの駆動電力に切り替えることにより、消費電流を低減しつつ磁気センサ装置の精度を保つ磁気センサ装置を提供する。【解決手段】センサ素子に電力を供給する駆動回路と、駆動回路からセンサ素子への電力の供給を制限するスイッチ切り替え回路と、センサ素子の出力信号を演算処理する差動増幅回路と、磁気判定に用いられる電圧を生成する閾値電圧発生回路と、差動増幅回路の電圧と閾値電圧とを比較判定する比較回路と、比較回路の出力に応じて、駆動回路の出力する電力を切り替え、閾値電圧を切り替え、スイッチ切り替え回路のオンオフを一定の周期で制御するロジック回路を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、磁界強度を電気信号に変換する磁気センサ装置に関し、磁界を検出する精度を向上しつつ低消費電力化することができる磁気センサ装置に関する。

図７は、従来の磁気センサ装置の回路図である。従来の磁気センサ装置は、磁気センサ回路７１０と、ＣＬＫ回路１０８と、ＯＮＯＦＦ制御回路７３０と、出力端子１０３を備えている。磁気センサ回路７１０は、センサ素子１０４と、差動増幅回路１０５と、比較回路１０６と、ラッチ回路７０４と、ＮＭＯＳトランジスタ７０５を備えている。

図８は、従来の磁気センサ装置の動作を示すタイミングチャートである。ＣＬＫ回路１０８は、図８に示すようなある周期Ｔｃｌｋのクロック信号を出力する。ＯＮＯＦＦ制御回路７３０は、クロック信号から周期Ｔｃｙｃｌｅをもった制御信号を生成し出力する。磁気センサ回路７１０は、この制御信号がＨになるタイミングで間欠動作を行い、低消費電流化を実現している。

センサ素子１０４は、磁界または磁束密度に応じてホール電圧を出力する。差動増幅回路１０５はホール電圧を増幅し、比較回路１０６はそのホール電圧とある電圧と比較することによって、検出／非検出の信号が出力する。ラッチ回路７０４は、その信号を間欠動作のオフの期間も保持する。ＮＭＯＳトランジスタ７０５は、ゲートに入力されるラッチ回路７０４の出力信号によってオンオフが制御される。出力端子１０３は、プルアップ抵抗が接続されることによって、磁界または磁束密度の有無に応じたＨ／Ｌ信号が出力されることになり、低消費電流の磁気センサ回路７１０が実現される（例えば、特許文献１図２参照）。

特開２００６−１５３６９９号公報

しかしながら、従来の磁気センサ装置では、間欠動作を行った上で更に消費電力を低減すると磁気センサ装置の精度を保つことが困難であるという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、ホール素子の駆動電力を二つの駆動電力に切り替えることにより、消費電流を低減しつつ磁気センサ装置の精度を保つ磁気センサ装置を提供する。

従来の課題を解決するために、本発明の磁気センサ装置は以下のような構成とした。
センサ素子に印加される磁界強度に応じて論理出力を行う磁気センサ装置であって、前記センサ素子に電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路から前記センサ素子への電力の供給を制限するスイッチ切り替え回路と、前記センサ素子の出力信号を演算処理する差動増幅回路と、所定の印加磁界強度に応じた磁気判定に用いられる電圧を生成するための閾値電圧発生回路と、前記差動増幅回路の電圧と前記閾値電圧発生回路で生成された前記閾値電圧との大小関係を比較判定するための比較回路と、前記比較回路の出力に応じて前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を変更する第一の信号と、前記比較回路の出力に応じて前記閾値電圧発生回路の前記閾値電圧を切り替える第二の信号と、前記スイッチ切り替え回路のオンオフを一定の周期で制御する第三の信号を出力するロジック回路を備えた。

本発明の磁気センサ装置は、ホール素子の駆動電力を切り替えることにより、検出したい磁界より小さい時は消費電流を低減し、検出したい磁界に近い時のみホール素子が磁界を検出する精度を上げ磁気センサ装置の精度を高くすることができる。

本実施形態の磁気センサ装置の回路図である。本実施形態の磁気センサ装置の駆動回路の一例を示す回路図である。本実施形態の磁気センサ装置の第一の動作例を示すタイミングチャートである。本実施形態の磁気センサ装置の第二の動作例を示すタイミングチャートである。本実施形態の磁気センサ装置の第三の動作例を示すタイミングチャートである。本実施形態の磁気センサ装置の他の例を示す回路図である。従来の磁気センサ装置の回路図である。従来の磁気センサ装置のタイミングチャートである。

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。
図１は、本実施形態の磁気センサ装置の回路図である。本実施形態の磁気センサ装置は、ホール素子１０４と、スイッチ切り替え回路１１０と、差動増幅回路１０５と、比較回路１０６と、ＣＬＫ回路１０８と、ロジック回路１２０と、駆動回路１４０と、抵抗１３１、１３２、１３３と、スイッチ回路１０７と、電源端子１０１と、グラウンド端子１００と、出力端子１０３を備えている。

スイッチ切り替え回路１１０は、スイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４を備えている。ロジック回路１２０は、入力端子１２１、１２２と、出力端子１２３、１２４、１２５、１２６を備えている。図２は、駆動回路１４０の一例を示す回路図である。駆動回路１４０は、基準電圧回路２０１と、アンプ２０２と、抵抗２０３、２０４、２０５と、ＮＭＯＳトランジスタ２０６と、入力端子１４２と、出力端子１４１を備えている。

ホール素子１０４は、入力端子はスイッチ回路１１１の一方の端子に接続され、第一の出力端子はスイッチ回路１１２の一方の端子に接続され、第二の出力端子はスイッチ回路１１３の一方の端子に接続され、第三の出力端子はスイッチ回路１１４の一方の端子に接続される。スイッチ回路１１２は、もう一方の端子は差動増幅回路１０５の第一の入力端子に接続される。スイッチ回路１１３は、もう一方の端子は差動増幅回路１０５の第二の入力端子に接続される。スイッチ回路１１１は、もう一方の端子は駆動回路１４０の出力端子１４１に接続される。スイッチ回路１１４は、もう一方の端子はグラウンド端子１００に接続される。差動増幅回路１０５は、第一の出力は比較回路１０６の第一の反転入力端子に接続され、第二の出力は比較回路１０６の第一の非反転入力端子に接続される。比較回路１０６は、第二の反転入力端子はグラウンド端子１００に接続され、第二の非反転入力端子は抵抗１３１と抵抗１３２の接続点に接続され、出力はロジック回路１２０の入力端子１２１に接続される。抵抗１３１は、もう一方の端子は電源端子１０１に接続される。抵抗１３２は、もう一方の端子は抵抗１３３の一方の端子とスイッチ回路１０７の一方の端子に接続される。抵抗１３３のもう一方の端子とスイッチ回路１０７のもう一方の端子は、グラウンド端子１００に接続される。ロジック回路１２０は、入力端子１２２はＣＬＫ回路１０８に接続され、出力端子１２３はスイッチ切り替え回路１１０に接続され、出力端子１２４は駆動回路１４０の入力端子１４２に接続され、出力端子１２５はスイッチ回路１０７に接続され、出力端子１２６は出力端子１０３に接続される。

駆動回路１４０の接続について説明する。アンプ２０２は、非反転入力端子が基準電圧回路２０１の正極に接続され、反転入力端子が抵抗２０３と抵抗２０４の接続点に接続され、出力は抵抗２０３のもう一方の端子と出力端子１４１に接続される。基準電圧回路２０１は、負極はグラウンド端子１００に接続される。抵抗２０４は、もう一方の端子は抵抗２０５の一方の端子とＮＭＯＳトランジスタ２０６のドレインに接続される。抵抗２０５は、もう一方の端子はグラウンド端子１００に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２０６は、ゲートは入力端子１４２に接続され、ソースはグラウンド端子１００に接続される。

次に、本実施形態の磁気センサ装置の動作について説明する。図３は、本実施形態の磁気センサ装置の第一の動作例を示したタイミングチャートである。
ＣＬＫ回路１０８は、一定周期Ｔｃｌｋとなるクロック信号を生成し、ロジック回路１２０の入力端子１２２へ出力する。ロジック回路１２０は、クロック信号を分周し一定周期ＴｃｙｃｌｅとなるＳＷ信号を生成し、スイッチ切り替え回路１１０へ出力する。ＳＷ信号が例えばＨのときを第一の状態として、スイッチ切り替え回路１１０はスイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオンする。ＳＷ信号が例えばＬの時を第二の状態として、スイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオフさせ、差動増幅回路１０５の第一の入力端子と第二の入力端子はフローティングとなる。こうして、第一の状態では、ホール素子１０４が磁界を検出し、第二の状態では、ホール素子１０４の動作を止め、磁気センサ装置は間欠動作をする。

駆動回路１４０は、ホール素子１０４にスイッチ回路１１１を介して電圧を印加する。ホール素子１０４がＢｐａｗ以下の磁界を検出した場合、ロジック回路１２０は駆動回路１４０の入力端子１４２に電力制御信号としてＬを、スイッチ回路１０７へ閾値制御信号としてＨを出力する。電力制御信号によってＮＭＯＳトランジスタ２０６はオフし、駆動回路１４０の出力端子１４１からは電圧ＶＬが出力される。抵抗１３１、１３２、１３３と、スイッチ回路１０７は閾値電圧発生回路として動作し、閾値制御信号によってスイッチ回路１０７はオンし比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖｐａｗを発生させる。

駆動回路１４０から電圧ＶＬが印加されている時、ホール素子１０４の端子間の抵抗値をＲｈとすると、ホール素子１０４の一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＬ＝ＶＬ／Ｒｈと表される。ホール素子の磁界をＢｉｎ、変換係数をＫｈとすると、もう一方の端子間の電位差ＶｓはＶｓ＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓを電位差Ｖｈに変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈと閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は図３に示すように出力端子１０３にＨを出力する。なお、磁界を検出するのは第一の状態だけで、第二の状態では出力端子１０３に直前の信号と同じ信号を維持させる。

磁界がＢｐａｗより大きくＢａｗ以下になった時、図３のｔ１に示す第一の状態で検出される磁界の大きさをＢｉｎ２とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２はＶｓ２＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２を電位差Ｖｈ２に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ２と閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は図３に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオンさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）を発生させる。また、スイッチ回路１０７をオフさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖａｗを発生させる。

図３のｔ２に示す第一の状態では、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３はＶｓ３＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。また、ホール素子１０４のもう一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＨ＝ＶＨ／Ｒｈと表され、ホール素子１０４が磁界を検出する精度を上げることができる。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３を電位差Ｖｈ３に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ３と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は図３に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨを出力する。

磁界がＢａｗより大きくなった時、図３のｔ３に示す第一の状態で検出される磁界の大きさをＢｉｎ３とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４はＶｓ４＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ３＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ３／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４を電位差Ｖｈ４に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ４と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は図３に示すように電力制御信号にＬ、閾値制御信号にＨ、出力端子１０３にＬを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオフさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＬを発生させる。また、スイッチ回路１０７をオンさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖｐａｗを発生させる。こうして、ｔ３以降ホール素子１０４に流れる電流が削減され低消費電流化することができる。

以上説明したように、磁界がＢａｗよりも非常に小さい時は、ホール素子１０４に流す電流を小さくする。また、磁界がＢａｗに近くなりＢｐａｗを超えると、ホール素子１０４に流す電流を大きくしてホール素子１０４が磁界を検出する精度を上げる。また、磁界がＢａｗを超えて出力端子１０３がＬになると、ホール素子１０４に流す電流を小さくする。このようにして、本実施形態の磁気センサ装置は消費電流を低くすることができる。

図４は、本実施形態の磁気センサ装置の第二の動作例を示したタイミングチャートである。
ＣＬＫ回路１０８は、一定周期Ｔｃｌｋとなるクロック信号を生成し、ロジック回路１２０の入力端子１２２へ出力する。ロジック回路１２０は、クロック信号を分周し一定周期ＴｃｙｃｌｅとなるＳＷ信号を生成し、スイッチ切り替え回路１１０へ出力する。ＳＷ信号が例えばＨのときを第一の状態として、スイッチ切り替え回路１１０はスイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオンする。ＳＷ信号が例えばＬの時を第二の状態として、スイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオフさせ、差動増幅回路１０５の第一の入力端子と第二の入力端子はフローティングとなる。こうして、第一の状態では、ホール素子１０４が磁界を検出し、第二の状態では、ホール素子１０４の動作を止め、磁気センサ装置は間欠動作をする。

駆動回路１４０から電圧ＶＬが印加されている時、ホール素子１０４の端子間の抵抗値をＲｈとすると、ホール素子１０４の一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＬ＝ＶＬ／Ｒｈと表される。ホール素子の磁界をＢｉｎ、変換係数をＫｈとすると、もう一方の端子間の電位差ＶｓはＶｓ＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓを電位差Ｖｈに変換して比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈと閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は図４に示すように出力端子１０３にＨを出力する。なお、磁界を検出するのは第一の状態だけで、第二の状態では出力端子１０３に直前の信号と同じ信号を維持させる。

磁界がＢｐａｗより大きくＢａｗ以下になった時、図４のｔ１に示す第一の状態で検出される磁界の大きさをＢｉｎ２とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２はＶｓ２＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２を電位差Ｖｈ２に変換して比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ２と閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図４に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオンさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）を発生させる。また、スイッチ回路１０７をオフさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖａｗを発生させる。そして、第一の状態からＴｐｓｌ（Ｔｐｓｌ＜Ｔｃｙｃｌｅ）の時間後のｔ２にて、ロジック回路１２０はＳＷ信号をＨにさせ、駆動回路１４０から電圧ＶＨが出力された状態でホール素子１０４に磁界を検出させる。

図４のｔ２に示す第一の状態では、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３はＶｓ３＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。また、ホール素子１０４のもう一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＨ＝ＶＨ／Ｒｈと表され、ホール素子１０４が磁界を検出する精度を上げることができる。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３を電位差Ｖｈ３に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ３と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図４に示すように電力制御信号にＬ、閾値制御信号にＨ、出力端子１０３にＨを出力する。そして、ｔ１からＴｃｙｃｌｅ後にロジック回路１２０はＳＷ信号をＨにさせ、同様に磁界を検出する。こうして、ｔ２にて精度を上げた状態で磁界を検出後、ホール素子１０４に流れる電流を低消費電流化することができる。

磁界がＢａｗより大きくなった時、図４のｔ３に示す第一の状態で検出される磁界の大きさをＢｉｎ３とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４はＶｓ４＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ３／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４を電位差Ｖｈ４に変換して比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ４と閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図４に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオンさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）を発生させる。また、スイッチ回路１０７をオフさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖａｗを発生させる。そして、ｔ３に示す第一の状態からＴｐｓｌ（Ｔｐｓｌ＜Ｔｃｙｃｌｅ）の時間後のｔ４にて、ロジック回路１２０はＳＷ信号をＨにさせ、駆動回路１４０から電圧ＶＨが出力された状態でホール素子１０４に磁界を検出させる。

図４のｔ４に示す第一の状態では、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ５はＶｓ５＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ３＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ３／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ５を電位差Ｖｈ５に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ５と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図４に示すように電力制御信号にＬ、閾値制御信号にＨ、出力端子１０３にＬを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオフさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＬを発生させる。また、スイッチ回路１０７をオンさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖｐａｗを発生させる。こうして、ｔ４以降ホール素子１０４に流れる電流が削減され、本実施形態の磁気センサ装置は消費電流を低くすることができる。

このようにして、磁界がＢａｗよりも非常に小さい時はホール素子１０４に流す電流を小さくし、磁界がＢａｗに近くなると磁界がＢａｗに近くなったことを検出した時のみホール素子１０４に流す電流を大きくしてホール素子１０４が磁界を検出する精度を上げる。そして、磁界がＢａｗを超えて出力端子１０３がＬになるとホール素子１０４に流す電流を小さくし低消費電流化を行うことができる。
また、本実施形態ではＴｐｓｌを有限の時間として動作を説明したがＴｐｓｌ＝０としても良い。

図５は、本実施形態の磁気センサ装置の第三の動作例を示したタイミングチャートである。
ＣＬＫ回路１０８は、一定周期Ｔｃｌｋとなるクロック信号を生成し、ロジック回路１２０の入力端子１２２へ出力する。ロジック回路１２０は、クロック信号を分周し一定周期ＴｃｙｃｌｅとなるＳＷ信号を生成し、スイッチ切り替え回路１１０へ出力する。ＳＷ信号が例えばＨのときを第一の状態として、スイッチ切り替え回路１１０はスイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオンする。ＳＷ信号が例えばＬの時を第二の状態として、スイッチ回路１１１、１１２、１１３、１１４をすべてオフさせ、差動増幅回路１０５の第一の入力端子と第二の入力端子はフローティングとなる。こうして、第一の状態では、ホール素子１０４が磁界を検出し、第二の状態では、ホール素子１０４の動作を止め、磁気センサ装置は間欠動作をする。

駆動回路１４０から電圧ＶＬが印加されている時、ホール素子１０４の端子間の抵抗値をＲｈとすると、ホール素子１０４の一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＬ＝ＶＬ／Ｒｈと表される。ホール素子の磁界をＢｉｎ、変換係数をＫｈとすると、もう一方の端子間の電位差ＶｓはＶｓ＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓを電位差Ｖｈに変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈと閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図５に示すように出力端子１０３にＨを出力する。なお、磁界を検出するのは第一の状態だけで、第二の状態では出力端子１０３に直前の信号と同じ信号を維持させる。

磁界がＢｐａｗより大きくＢａｗ以下になった時、図５のｔ１に示す第一の状態で検出される磁界の大きさをＢｉｎ２とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２はＶｓ２＝Ｋｈ×ＩＬ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＬ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ２を電位差Ｖｈ２に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ２と閾値電圧Ｖｐａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図５に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨ、を出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６をオンさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）を発生させる。また、スイッチ回路１０７をオフさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖａｗを発生させる。

図５のｔ２に示す第一の状態では、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３はＶｓ３＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ２＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ２／Ｒｈと表される。また、ホール素子１０４のもう一方の端子間に流れるホール素子電流はＩＨ＝ＶＨ／Ｒｈと表され、ホール素子１０４が磁界を検出する精度を上げることができる。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ３を電位差Ｖｈ３に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ３と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図３に示すように電力制御信号にＨ、閾値制御信号にＬ、出力端子１０３にＨを出力する。

図５のｔ３に示す第一の状態では、ｔ２以降Ｎ回連続（本動作例ではＮ＝３）で電力制御信号がＨの状態での第一の状態となる。このとき、ロジック信号１２０は、検出される磁界の大きさに依らず、第二の状態切り替わる際に電力制御信号にＬ、閾値制御信号にＨを出力する。このときに検出される磁界の大きさをＢｉｎ３とすると、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４はＶｓ４＝Ｋｈ×ＩＨ×Ｂｉｎ３＝Ｋｈ×ＶＨ×Ｂｉｎ３／Ｒｈと表される。差動増幅回路１０５は、ホール素子１０４の端子間の電位差Ｖｓ４を電位差Ｖｈ４に変換して、比較回路１０６へ出力する。比較回路１０６は、電位差Ｖｈ４と閾値電圧Ｖａｗとグラウンド端子１００の電圧を比較し、ロジック回路１２０の入力端子１２１に信号を出力する。この信号を受けて、ロジック回路１２０は、図５に示すように電力制御信号にＬ，閾値制御信号にＨ、出力端子１０３にＨを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２０６はオフさせ、駆動回路１４０の出力端子１４１に電圧ＶＬを発生させる。また、スイッチ回路１０７をオンさせ、比較回路１０６の第二の非反転入力端子に閾値電圧Ｖｐａｗを発生させる。こうして、ｔ３以降ホール素子１０４に流れる電流が削減され、本実施形態の磁気センサ装置は消費電流を低くすることができる。

このようにして、一度磁界がＢｐａｗより大きくなりホール素子１０４に流す電流を大きくしても、所定のＮ回目の第一の状態を経た場合はホール素子１０４に流す電流を再度小さくすることで、磁気センサ装置は消費電流を低くすることができる。
また、本実施形態ではＮ＝３として動作を説明したが、Ｎは２以上の整数であれば良い。

図６は、本実施形態の磁気センサ装置の他の例を示す回路図である。
差動増幅回路６０５や比較回路６０６の電源入力端子は、駆動回路１４０の出力端子１４１に接続され、駆動回路１４０を介して電源電圧が印加されるように構成しても良い。

このように構成すると、磁界がＢａｗよりも非常に小さい時は、差動増幅回路６０５や比較回路６０６に流す電流を小さくすることが出来、更に低消費電流化を行うことができる。
なお、本実施形態ではホール素子を用いて説明したが、加速度や圧力などの物理量と駆動電力に比例して同様に電圧出力がなされる変換素子を用いて物理量を検出しても良い。

以上記載したように、本実施形態の磁気センサ装置は、ホール素子の駆動電力を切り替えることにより、検出したい磁界より小さい時は消費電流を低減し、検出したい磁界に近い時のみホール素子が磁界を検出する精度を上げ磁気センサ装置の精度を高くすることができる。

１０４ホール素子
１０５、６０５差動増幅回路
１０６、６０６比較回路
１０７、１１１、１１２、１１３、１１４スイッチ回路
１０８ＣＬＫ回路
１１０スイッチ切り替え回路
１２０ロジック回路
１００グラウンド端子
１０１電源端子
１０３出力端子
２０１基準電圧回路
２０２アンプ

Claims

センサ素子に印加される磁界強度に応じて論理出力を行う磁気センサ装置であって、
前記センサ素子に電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路から前記センサ素子への電力の供給を制限するスイッチ切り替え回路と、
前記センサ素子の出力信号を演算処理する差動増幅回路と、
磁気判定に用いられる閾値電圧を生成する閾値電圧発生回路と、
前記差動増幅回路の出力する電圧と前記閾値電圧とを比較判定する比較回路と、
前記比較回路の出力に応じて前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を変更する第一の信号と、前記比較回路の出力に応じて前記閾値電圧発生回路の前記閾値電圧を切り替える第二の信号と、前記スイッチ切り替え回路のオンオフを一定の周期で制御する第三の信号を出力するロジック回路と、
を備えることを特徴とする磁気センサ装置。
前記ロジック回路は、前記比較回路の出力から前記磁界強度が所定の磁界強度に近づいたことを検出した時に、前記第一の信号を出力して前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を上昇させ、前記第二の信号を出力して前記閾値電圧発生回路の前記閾値電圧を上昇させ、前記センサ素子が検出する磁界強度の精度を向上させることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
前記ロジック回路は、前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を上昇させた状態で、前記第三の信号がｎ回（ｎは２以上の整数）切り替わったとき、前記第一の信号を出力して前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を低下させ、前記第二の信号を出力して前記閾値電圧発生回路の前記閾値電圧を低下させ、前記センサ素子での消費電力を削減させることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ装置。
前記ロジック回路は、前記比較回路の出力から前記磁界強度が所定の磁界強度に近づいたことを検出した時に、前記第一の信号を出力して前記駆動回路が前記センサ素子に供給する電力を上昇させ、前記第二の信号を出力して前記閾値電圧発生回路の前記閾値電圧を上昇させ、次の周期になる前に前記第三の信号を出力して前記センサ素子が検出する磁界強度の精度を向上させることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
前記差動増幅回路は、前記駆動回路から供給される電力により駆動することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気センサ装置。
前記比較回路は、前記駆動回路から供給される電力により駆動することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気センサ装置。