JP2018189640A - ブリッジセンサのエラーチェック - Google Patents
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Abstract
【課題】物理パラメータを測定するように適合されたブリッジセンサ(100)のエラーを検出する方法(400)を提供する。【解決手段】この方法は、ブリッジセンサ(100)の第1の接点対に、第1の方向で少なくとも2回及び第1の方向と反対の第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけること(410)と、第1の接点対にバイアスをかけながらブリッジセンサの異なる接点対上の出力信号を測定して(420)、それによって、物理パラメータを代表し、かつ時間間隔によって分離された少なくとも3つの出力測定値を得ることと、前記ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得るために前記出力測定値を結合する(430)ことと、を含み、結合される出力測定値は前記第1の接点対にバイアスがかけられるときに測定される出力測定値のみである。【選択図】図4
Description
本発明はブリッジセンサの分野に関する。より具体的には、本発明は、ブリッジセンサのハードウェア障害を検出する方法及びシステムに関する。
ブリッジセンサは一般に、ある1つの接点対にバイアスをかけること及び別の接点対上の出力信号を測定することによって操作される。出力センサは一般に、ブリッジセンサの抵抗値の変化のせいで変化する差動信号である。ブリッジセンサの抵抗値は物理パラメータの変化のせいで変化し得る。物理パラメータは、例えば、外部圧力または外部磁場であってよい。
ブリッジセンサは、例えば、数多くの用途に使用することができる磁気センサでよい。これらの用途の多くは、例えば、自動車産業用途などの安全に不可欠な用途である。このため、これらのセンサが正しく機能することが極めて重要であり、また、磁気センサの使用開始時だけでなく通常の動作時にもテストできることが好ましい。
磁気センサのハードウェア障害は、例えば、二重モジュール式冗長によって検出することができる。この場合はセンサが二重にされる。そうなれば、2つのセンサうちの一方のエラーが両センサの出力差のために検出可能できるようになる。かかるシステムは、明らかに堅固なものであるが、センサの二重化が必要である。シリコンベースの集積回路の場合、これにより、読み出しチェーンの完全な冗長が原因でシリコン表面がより広くなる結果となる。
したがって、ブリッジセンサのエラーを検出する方法及びシステムを改善する余地がある。
本発明の実施形態の目的は、ブリッジセンサのエラーを検出する良好な方法及びシステムを提供することである。
上記の目的は本発明による方法及び装置によって達成される。
第1の態様では、本発明の実施形態は、物理パラメータを測定するように適合されたブリッジセンサのエラーを検出する方法に関する。本方法は、ブリッジセンサの第1の接点対に、第1の方向で少なくとも2回及び第1の方向と反対の第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけることと、第1の接点対にバイアスをかけながらブリッジセンサの異なる接点対上の出力信号を測定し、それによって、物理パラメータを代表し、かつ時間間隔を置いて分離された少なくとも3つの出力測定値を得ることと、ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得るために出力測定値を結合すること、とを含み、結合される出力測定値は第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値のみである。
本発明の実施形態の利点は、第1の接点対にバイアスをかけているときに測定された出力測定値のみが結合されること、及び少なくとも3つの出力測定が行われることである。ブリッジセンサの出力信号は、物理パラメータを表わす部分を含み、物理パラメータに影響を受けないオフセット部分を含んでよい。同じ接点対にバイアスがかけられるのであるから、出力測定値に関するオフセットは、異なる接触対にバイアスをかけることによって出力信号が得られる場合に比して類似しており、したがって、それが出力値に及ぼす影響を低減させることができ、したがって、ブリッジセンサのエラーにもっと敏感な出力値を得ることができる。さらに、同一の接点対にバイアスをかけられるので、物理パラメータの出力測定値に及ぼす影響は常に同じであり、よって、それが出力値に及ぼす影響を、出力測定値を結合することによって低減させることができ、よって、ブリッジセンサのエラーにもっと敏感であり、かつ/または誤ったエラー検出がより少ない出力値を得ることができる。さらに、少なくとも3回測定することによっても物理パラメータの変動が出力値に及ぼす影響を低減させることができ、よって、ブリッジセンサのエラーにより敏感であり、かつ/または間違ったエラー検出がより少ない出力値を得ることができる。
本発明の実施形態の利点は、ブリッジセンサのエラーを示す出力信号を得るのに3つの測定値で十分であること、及び物理パラメータの変化が出力信号に及ぼす影響は得られた出力測定値に及ぼす影響に比して小さいことである。
本発明の実施形態の利点は、異なる接点対にバイアスをかけるときに出力値に存在するはずのオフセットの差異が、常に同一の接点対にバイアスをかけるときで第1の接点対にバイアスをかけたときに得られる測定値のみを結合するときに生じないことである。したがって、オフセットの差異への依存が少ない出力値を得ることができ、そのため、ブリッジセンサのエラーによって生じる差異がより容易に検出可能である。
物理パラメータの変化が出力値に及ぼす影響を低減させることができる。なぜなら、少なくとも3つの出力測定値がとられ、かつ、これらの出力測定値は同じ接点対にバイアスをかけるときにとられるからである。同じ接点対にバイアスをかけるときは、物理パラメータが個々の出力測定値に及ぼす影響は、異なる接点対にバイアスをかけるときに比べて類似している。これは、異なる接点対にバイアスをかけるときに得られる出力測定値を用いる場合よりも多くの高次偏差が相殺されるという利点、及び得られる出力値がブリッジセンサの1次または2次近似への依存が少ないという利点を有する。したがって、常に同一接点対にバイアスをかけるときに物理パラメータを変化させる影響をより低減させることができる。
本発明の実施形態の利点は、出力値の差異を生じるハードウェアのエラーを検出できることである。かかる出力値の差異は、例えば、異なる出力測定値の測定間に生じる不具合によって引き起こされ得る。ハードウェアの障害は、例えば、ブリッジセンサ(例えば、ホールセンサ)にもスイッチング回路網にも生じ得る。エラーの検出は、例えば、出力値が上限閾値と下限閾値との間に閉じ込められるかどうかをチェックすることでなされる。閉じ込められていない場合は、ハードウェアのエラーが検出される。したがって、物理パラメータ及びオフセットの出力値に及ぼす影響は、少なくとも3つの出力測定値を採用すること、2方向で1つの接点対にバイアスをかけること、及び、時間間隔を考慮した少なくとも3つの出力測定値を結合することによって低減させることができることが有利である。
本発明の実施形態では、出力測定値間の時間間隔は等しい。
本発明の実施形態の利点は、線形に変化する物理パラメータによって引き起こされる最初の2つの出力測定値間の出力測定値の変化は、第2及び第3の出力測定値間の変化と同じであることである。3つの出力測定値を結合することによって、変化する物理パラメータが出力値に及ぼす影響を低減させることができる。
本発明の実施形態では、第1の接点対にバイアスをかけるときに得られる連続した出力測定値間の変化は、出力測定値を結合する場合の連続した出力測定値間の対応する時間間隔に関連付けられる。
本発明の実施形態の利点は、変化する物理パラメータによる出力測定値の変化が出力値に及ぼす影響を連続する出力測定値間の変化を連続する測定値間の対応する時間間隔に関連付けることによって低減することができることである。
本発明の実施形態では、連続した測定値間の時間間隔が異なってよい。この場合、変化する物理パラメータによって引き起こされた連続した出力測定値間の差異は最初の2つの測定値間のものと第2の測定値と第3の測定値との間のもので異なるであろう(例えば、線形変化する物理パラメータの場合、変化は比例的なものであろう)。しかしながら、これらの変化を対応する時間間隔に関連付けることによって、変化する物理パラメータが出力値に及ぼす影響を低減させることは依然として可能である。
時間間隔は予め定義された時間間隔でよい。それらは、ユーザによって定義されてよい。それらはまた、測定値間で適応制御されてもよい。
本発明の実施形態では、ただ1つの出力対の信号の測定値が結合されて出力値が得られる。本発明の実施形態では、この出力対のうちのただ1つの出力信号のみが測定される。これによって、読み出し回路を単純化することができる。
本発明の実施形態では、結合することは、数学的に結合すること(例えば、得られた出力測定値または得られた出力測定値間の変化を線形結合すること)によって出力値を得ることを含む。本発明の実施形態では、出力測定値または得られた出力測定値間の変化に重み因子を掛け、時間間隔を用いてこの重み因子を計算する。本発明の実施形態では、第1の接点対に第1の方向でバイアスをかけるときに第1及び第3の出力測定値を測定し、第1の接点対に第1の方向と反対の第2の方向でバイアスをかけるときに第2の測定値を測定する。第2の出力測定値を第1の出力測定と第3の出力測定の間に測定し、結合することは3つの出力測定値を合計することを含み、第2の出力測定値の重み因子は2の因子を少なくとも含む。
本発明の実施形態の利点は、変化する物理パラメータ及びオフセットへの依存が低減した出力値を得るには3つ出力測定値で十分なことである。これは、第1の接点対に反対方向でバイアスをかけるときに測定され、かつ第1と第3の出力測定の間に測定された第2の出力測定値に重み因子2を使用することで達成される。
本発明の実施形態では、ブリッジセンサは磁気センサである。
本発明の実施形態では、磁気センサは、磁気ホールセンサ、またはトンネル磁気抵抗ブリッジ配置、または巨大磁気抵抗ブリッジ配置である。
本発明の実施形態では、出力信号の測定は出力信号をサンプリングすることでなされる。
第2の態様では、本発明の実施形態はブリッジセンサのハードウェアエラーを検出するエラー検出装置に関する。ブリッジセンサは、少なくとも4つの接点を有するセンサ素子と、第1の接点対に第1の方向と反対の第2の方向でバイアスをかけることができ、かつ異なる接点対の出力信号を測定することができるように配置されたスイッチング回路と、を含む。エラー検出装置は、スイッチング回路を用いてブリッジセンサの第1の接点対に、第1の方向で少なくとも2回及び第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけるように適合される。そして、エラー検出装置は、第1の接点対にバイアスをかけているときにスイッチング回路を用いて第1の接点対とは異なる接点対の出力信号を測定するように適合され、これにより、ブリッジセンサによって感知された物理パラメータを代表する少なくとも3つの出力測定値が得られる。さらに、エラー検出装置は、出力測定値のうちの第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値のみを結合してブリッジセンサのエラーを示す出力値を得るように適合される。
本発明の実施形態では、エラー検出装置は第1の接点対にバイアスをかけるときに得られる連続した出力測定値間の変化を、出力測定値を結合する場合の連続する測定値間の対応する時間間隔に関連付けるように適合される。
第3の態様では、本発明の実施形態は、物理パラメータを測定するセンサに関する。このセンサは、少なくとも4つの接点を有するセンサ素子を含むブリッジセンサと、本発明の実施形態によるエラー検出装置と、得られた出力測定値に基づいて物理パラメータを示すフィールド値を得るように適合された出力ブロックと、を含む。
本発明の実施形態の利点は、センサが動作している場合でもハードウェア障害を検出できることである。さらに、物理パラメータを測定するのに必要なもの以上の追加の出力信号測定値がエラー検出装置に必要とされないことも有利である。追加の測定値が必要ないのでエラー検出装置はセンサのバンド幅あるいは応答時間を制限しない。本発明の実施形態の利点は、エラー検出装置が存在する状態でもセンサの性能を保持することができることである。したがって、その理由はエラー検出装置がセンサの通常動作の際に使用される出力測定値を使用することである。センサの性能は、応答時間、信号対雑音のレベル、及び供給電流のレベルを含む。そのうえ、本発明による実施形態では、エラー検出装置に必要な出力信号を測定するための追加のトランジスタを必要としない。
本発明の実施形態では、ブリッジセンサは、少なくとも4つの接点を有するホール素子を含む磁気ホールセンサでよい。測定は出力信号をサンプリングすることによってなされてよい。物理パラメータはホールセンサが位置する磁場のサイズでよい。
本発明の実施形態の利点は、ブリッジセンサ(例えば、ホール素子)の重複を必要とせずにブリッジセンサ(例えば、ホール素子)または接続回路のエラーを検出することができることである。
本発明の実施形態の利点は、ゼロ磁場の場合もエラー値が得られることである。0Bで、ホール電圧は、オフセットまたはブリッジのバイアスのせいでゼロにならない。
本発明の特別な態様及び好ましい態様が添付した独立請求項及び従属請求項に提示される。従属請求項の特徴は独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と必要に応じて組み合わされてよく、請求項に単に明示的に提示されなくてもよい。
本発明のこれら及び他の態様は以後に説明される実施形態から明らかでありそれらを参照すれば解明される。
特許請求の範囲の任意の参照記号は範囲を限定するものと解釈すべきではない。異なる図面で同一の参照記号は同一または類似の要素を指す。
本発明は特別な実施形態に関してある図面を参照して説明されるが、本発明はこれに限定されず特許請求の範囲のみに限定される。説明した図面は図式的なものにすぎず限定するものではない。図面では、要素のいくつかのものの寸法は、説明のために誇張されて原寸に比例せずに描かれてよい。大きさ及び相対的な大きさは本発明の実施に対する実際の縮減に対応しない。
説明及び特許請求の範囲での用語「第1の、第2のなど」は、類似の要素を区別するために使用されており、必ずしもシーケンスを一時的に、空間的に、ランク付けに、または他の任意のやり方で、のどれかで説明する必要はない。このように使用された用語は適切な環境下で置き換え可能なこと、及び、本明細書で説明された本発明の実施形態は本明細書で説明または図示された以外のシーケンスで実施運用できることを理解すべきである。
特許請求の範囲に使用される用語「含んでいる」はその後に挙げられる手段に限定されると解釈すべきではなく、他の要素またはステップを排除しないことに留意すべきである。したがって、言及されたような述べられた特徴、完全体、ステップ、または構成要素の存在を明記するが、1つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、もしくは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を除外しないものとして解釈すべきである。したがって、表現「手段A及びBを含む装置」の範囲は、構成要素A及びBのみからなる装置に限定されるべきではない。それは、本発明に関して、装置の関連する構成要素がA及びBだけであることを意味する。
本明細書全体を通して「一実施形態」または「ある1つの実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明された特別な特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して語句「一実施形態」または「ある1つの実施形態」の様々な場所での出現では、必ずしも全てが同一の実施形態に言及しているわけではないが、そうである場合もある。さらに、当業者なら本開示から明らかなように、1つまたは複数の実施形態で特別な特徴、構造、または特性を任意の適切な方法で組み合わせてよい。
同様に、本発明の例示的実施形態の説明では時々、開示を簡素化し様々な発明の態様のうちの1つまたは複数の態様の理解を助ける目的で、本発明の様々な特徴が単一の実施形態、図、またはその説明が一緒にグループ化されることを理解すべきである。しかし、この開示方法は、請求された発明が、各請求項に明示的に詳述された以上の特徴を必要とするという意図を反映しているものと解釈すべきではない。そうではなく、発明の態様は、続く特許請求の範囲が反映しているように前述の開示された単一の実施形態の全ての特徴に連なってあるわけではない。このように、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、各請求項が本発明の別々の実施形態として自立した状態で、本明細書でこの詳細な説明に明示的に組み込まれる。
さらに、本明細書で説明したいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが他の特徴は含まない。他方、当業者には理解されるはずであるが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは本発明の範囲内であることを意味しており、異なる実施形態を形成する。例えば、続く特許請求の範囲では、請求された実施形態のどんなものも任意の組み合わせで使用することができる。
本明細書に提供された説明では、数多くの具体的な詳細が述べられている。しかし、本発明の実施形態はこれらの具体的な詳細なしで実施してよいことが理解される。他の例では、この説明の理解を不明瞭にしないために周知の方法、構造、及び技法は詳細に示されていない。
第1の態様では、本発明の実施形態はブリッジセンサ100のエラーを検出する方法400に関する。ブリッジセンサは例えば磁場などの物理パラメータを測定するように適合される。かかるブリッジセンサは異なる接点対を含む。物理パラメータを測定するには、一方の接点対にバイアスがかけられ410、一方で、他方の接点対上で物理パラメータを示す出力信号が測定される。出力信号の測定は、例えば、出力信号をサンプリングすることで行われる。この測定は、例えば、第1の接点対にバイアスがかけられる相の最後で出力信号が安定な場合に行われる。しかし、本発明はこれに限定されない。出力信号の測定は、例えば、出力信号を積分することで行うこともできる。積分は、例えば、第1の接点対にバイアスがかけられる相の分率にわたって行うことができる。
この方法は、ブリッジセンサ100の第1の接点対に、第1の方向で少なくとも2回、及び第1の方向と反対の第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけること410を含む。電流または電圧に第1の接点対上でバイアスをかけてよい。
本発明の実施形態では、接点対に第1の方向でバイアスをかけることが言及されており、接点対上に第1の極性を有する電流または電圧を印加することが言及されている。本発明の実施形態では、接点対の第1の方向と反対の第2の方向へのバイアスがけが言及されており、第2の極性を有する電流または電圧を接点対上に印加することが言及されており、第2の極性は第1の極性とは逆である。
さらに、この方法は、第1の接点対にバイアスをかけながらブリッジセンサの異なる接点対での出力信号を測定すること420を含む。出力信号は電流または電圧でよい。出力信号はディジタル化出力信号でよい。出力信号はディジタル化される前に予備処理(例えば、増幅)されてもよい。第1の接点対に第1の方向で少なくとも2回、及び第2の方向で少なくとも1回バイアスをかけることによって、物理パラメータを代表し、かつ時間間隔で分離された少なくとも3つの出力測定値が得られる。物理パラメータは、例えば、外部磁場であってよい。
本発明の実施形態では、ブリッジセンサに相回転を加えてよい。しかし、ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得るために結合される出力測定値は第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値のみである。
そのうえ、本方法は、出力測定値を結合して430、ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得るステップを含む。このステップでは、結合される出力測定値は第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値のみである。
本発明の実施形態による方法ステップの例示的な実施形態が図3のフロー図に示される。先ず、バイアスをかける410ステップ及び測定420ステップが少なくとも3つの出力測定値が得られるまで繰り返される。次に、出力測定値を結合して430、ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得る。
以下に示すように、オフセットが出力値に及ぼす影響及び物理パラメータの変化が出力値に及ぼす影響は、本発明の実施形態によるブリッジセンサの第1の接点対にバイアスをかけることによって得られる少なくとも3つの出力測定値を結合することによって低減されることができる。この方法の利点は、一次編差のみを補正することができる既存の方法と比べて間違ったエラー検出の機会が低減されることである。
本発明の実施形態による方法のさらなる詳細及び可能な実装形態は、本発明の実施形態によるエラー検出装置をやはり論じる場合に以下のパラグラフで詳細に述べられる。
第2の態様では、本発明の実施形態は、ブリッジセンサ100のハードウェアエラーを検出するエラー検出装置200に関する。ブリッジセンサは、例えば、ホールセンサ、TMR(トンネル磁気抵抗)、GMR(巨大磁気抵抗)、または圧力センサでよい。ブリッジセンサは少なくとも4つの接点を有するセンサ素子110を含む。
さらに、ブリッジセンサは、第1の接点対(例えば、d/b)に第1の方向及び反対の第2の方向でバイアスをかけることができるように、ならびに異なる接点対(例えば、a/c)の出力信号を測定することができるように配置されたスイッチング回路120を含む。それによって、ブリッジセンサ100により感知された物理パラメータを代表する出力測定値を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態による方法及び/または装置を用いてエラーを検出することができるブリッジセンサ100の概略図を示す。この例では、ブリッジセンサ100は磁気ホールセンサであり、センサ素子110はホール素子である。センサ素子は4つの接点(a、b、c、d)を含む。しかし、センサ素子はより多くの接点を含んでよい。接点は、第1の接点対(例えば、d/b)にバイアスをかけて、バイアスがかけられた第1の接点対の一方の接点から他方の接点に電流を生じさせることができ、物理パラメータを代表する出力信号を測定する対応する第2の接点対(例えば、a/c)を選択することができるように配置される。ホール素子の場合、この物理パラメータは磁場である。
図1は、センサ素子110上の接点で接続された複数のトランジスタ(M11、M12、M13、M14、M21、M22、M22、M23、M24、M31、M32、M32、M33、M34、M41、M42、M42、M43、M44)を含むスイッチング網120も示す。これらのトランジスタのゲートを制御することによって、センサ素子110の具体的な接点対にバイアスをかけることができ、別の接点対の出力信号を測定することができる。本発明の特別な実施形態では、センサ素子のバイアス対及び読み出し対は、順次かつ長時間繰り返されて、またはランダムに読むことができる。ブリッジセンサのエラーを示す出力値は、具体的な接点対(両方向でバイアスをかけられる)にバイアスをかけるときに測定される出力測定値を結合することによって得られる。センサ素子は半導体チップであってよい。ホール素子は、例えば、シリコンまたはGaAsなどの異なる材料で作製することができる。
エラー検出装置200は、スイッチング回路120を用いて、ブリッジセンサの第1の接点対(例えば、d/b)に、第1の方向で少なくとも2回及び第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけるように適合される。
さらに、エラー検出装置200は、第1の接点対にバイアスをかけたときの、第1の接点対とは異なる接点対(例えば、a/c)の出力信号を測定し、それによって、少なくとも3つの出力測定値を得るように適合される。したがって、モニタ回路はスイッチング回路120を用いてよい。出力測定値は、例えば、接点対(第1の接点対とは異なる)上の電圧または接点対を通過する電流でよい。
エラー検出装置200は、センサ素子の接点対にバイアスをかけるためにスイッチング回路120を制御し、かつ異なる接点対の出力信号を測定することができるようにスイッチング回路120を制御するマルチプレクサを含んでよい。これによって、第1の接点対に2方向でバイアスをかけることが可能になる。出力値の読み出しを毎回、同じ接点対上で行うことができる。反対の方向でバイアスをかけるとき、出力信号を測定するための読み出し接点対を交換する必要がない。この場合、出力測定を反転させるだけで十分である。
本発明の実施形態によるブリッジセンサ100と組み合わされたエラー検出装置200の図式的外観を図2に示す。
エラー検出装置200は、出力測定値を結合してブリッジセンサ100のエラーを示す出力値を得るように適合されており、結合される出力測定値は第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値である。
ブリッジセンサ100には様々なハードウェアエラーが存在し得る。センサ素子110自体のハードウェアエラーが存在し得、センサ素子との接点のエラーが存在し得、スイッチング回路120のエラーが存在し得る。
可能性のあるブリッジセンサのハードウェア障害はトランジスタの故障であり得る。トランジスタのドレインとソースノードとの間の寄生抵抗路につながるハードウェア欠陥は、図7に示すようにモデル化することができる。この寄生抵抗路720はトランジスタ710が切り替えられるとき(即ち、チャネルが開いているとき)に漏洩を起こす。
これらの漏洩は出力値の差異につながり得る、そのために、本発明の実施形態による装置及び方法を用いて検出することができる。
本発明の実施形態によるエラー検出装置は、エラーが出力値を変化させる場合は、これらのエラーのどんなものも検出することができる。この変化を検出するために、エラー検出装置は、上側及び/または下側の閾値を含んでよい。エラー検出装置は、出力値がかかる閾値を横切るや否や、エラー信号を発する。本発明の実施形態では、これらの閾値は、ブリッジセンサの設計によって定義してよく、それらは、較正してよく、あるいは、それらは、ブリッジセンサの操作時に動的に補償して(例えば、センサの温度依存性を補償すること、応力を補償すること、電圧及び/または電流のバイアスを補償すること)さえよい。本発明の実施形態では、ブリッジセンサが磁気ホールセンサの場合、エラーの閾値を磁場の単位で計算してよい。本発明の実施形態による実施形態では、エラー値は欠陥のないセンサではゼロ前後でよい。
図4は、バイアスがけ回路120のトランジスタM13及びM33が第1の接点対(db)に第1の方向でバイアスをかけるように切り替えられる、ブリッジセンサを示す。トランジスタM23及びM43は、異なる接点対(ac)の出力信号を測定することができるように切り替えられる。
図5は、バイアスがけ回路120のトランジスタM12及びM32が第1の接点対(db)に第1の方向と反対の第2の方向でバイアスをかけるように切り替えられる、ブリッジセンサを示す。トランジスタM22及びM42は、異なる接点対(ac)の出力信号を測定することができるように切り替えられる。本発明の実施形態では、トランジスタM23及びM43は、出力信号を測定するために用いられ得る。
第1の方向でバイアスをかけ、対応する出力測定を行うとき、または反対の第2の方向でバイアスをかけ、対応する出力測定を行うときに用いられる1つまたは複数のトランジスタに故障が発生した場合は、これらの出力測定値を結合することによって得られる出力値の変化につながり得る。
磁気ホールセンサの場合、出力測定値は磁場Bに依存する電圧でよい。以下のパラグラフで示す例示的な実施形態では、出力測定値は電圧である。この電圧は、磁場に依存する第1の項及びオフセットである第2の項を含む。オフセット値は、製作公差、機械的な応力、及び感知素子内の温度勾配などの様々な原因を有し得る。読み出しのオフセット値は様々な読み出し構成で非対称に現われ得る。
ブリッジセンサの第1の接点対に、第1の時間t1、第1の方向でバイアスをかけるとき、以下の出力測定値が得られる。
バイアスbd:VSence,ac(t1)=Vac(B(t1),t1)+VOFF,ac
第1の接点対に、第2の時間t2、第2の方向でバイアスをかけ、以前と同一の接点対上の出力電圧を測定するとき、以下の出力電圧が得られる。
バイアスdb:VSence,ac(t2)=−Vac(B(t2),t2)−VOFF,ac
第1の接点対に、第2の方向でバイアスをかけ、同一の接点対だが反転された後の接点対上の出力電圧を測定するとき、以下の出力電圧が得られる。
バイアスdb:VSence,ca(t2)=Vca(B(t2),t2)+VOFF,ca
ブリッジセンサの第1の接点対に、第3の時間t3、第1の方向でバイアスをかけるとき、以下の出力測定値が得られる。
バイアスbd:VSence,ac(t3)=Vac(B(t3),t3)+VOFF,ac
線形変化する磁場の存在下で、電圧Vacの絶対値は線形に増加する。この結果、t1、t2、t3の間で一定の時間間隔で以下の出力測定値がもたらされる。
Vac(B(t2),t2)=−Vac(B(t1),t1)−ΔV
Vac(B(t3),t3)=Vac(B(t1),t1)+2.ΔV
Vac(B(t3),t3)=Vac(B(t1),t1)+2.ΔV
式中、ΔVは、線形変化する磁場が原因の一定の時間間隔にわたる出力測定値の変化である。
図6は、第1の接点対に(時点t1及びt3で)第1の方向で2回及び(時点t2で)反対の第2の方向で1回バイアスをかけ、線形に増大する磁場の存在下で対応する第2の接点対上の電圧を読み取るときの出力測定値の絶対値を示す。X軸は時間軸であり、Y軸は電圧軸である。測定された電圧は、線形に増大する磁場のせいで線形に増大している。
グラフは、第1の測定電圧の絶対値と第2の測定電圧の絶対値との間の差異が第2の測定電圧の絶対値と第3の測定電圧の絶対値との間の差異に等しいことを示す。したがって、磁場の線形変化に無反応な出力値を得ることができる。
この例の出力測定値を以下のように結合してブリッジセンサのエラーを示す出力値が得られる。
出力値=VSence,ac(t1)+2.VSence,ac(t2)+VSence,ac(t3)
線形変化する場の存在下で、かつ測定値間に一定の時間間隔が存在するときに、この式は以下のように再構築することができる。
出力値
=Vac(B(t1),t1)+VOFF,ac+2.(−Vac(B(t1),t1)
−ΔV−VOFF,ac)+Vac(B(t1),t1)+2.ΔV+VOFF,ac
=Vac(B(t1),t1)+VOFF,ac+2.(−Vac(B(t1),t1)
−ΔV−VOFF,ac)+Vac(B(t1),t1)+2.ΔV+VOFF,ac
この式からわかるように、この式の異なる項は互いに打ち消し合う。これは、変化する磁場が線形変化し、かつオフセットが測定値間で等しい理想的な場合である。しかし、理想的でない場合でも、出力測定値に比してオフセット値及び磁場への依存が低減した出力値を得ることができる。
この低減した依存性は、同一の接点対に常にバイアスをかけることによって達成できる。この場合、異なる出力測定値のオフセット間の差異は、異なる入力対にバイアスがかけられた場合に比して小さい。さらに、印加された場が出力測定値に及ぼす効果も異なる接点対にバイアスをかけるときに比して類似している。加えて、低減した依存性は、時間間隔で分離された少なくとも3つの出力測定値を得ることによって達成することができる。
時間間隔は必ずしも等しくなる必要はない。出力測定値間の変化を、出力測定値を結合するときの出力測定値間の対応する時間間隔に関連付けることによって、変化する磁場への依存性が低減した出力値を得ることができる。例を以下に示す。しかし、本発明はこの例に限定されない。
Vac(B(t2),t2)=−Vac(B(t1),t1)−ΔV.Δt1
Vac(B(t3),t3)=Vac(B(t1),t1)+ΔV.(Δt1+Δt2)
Vac(B(t3),t3)=Vac(B(t1),t1)+ΔV.(Δt1+Δt2)
式中、ΔVは線形変化する磁場が原因の単位時間当たりの出力測定値の変化である。
したがって、以下の変化を得ることができる。
VSence,ac(t1)+VSence,ac(t2)=−ΔV.Δt1
VSence,ac(t2)+VSence,ac(t3)=ΔV.Δt2
VSence,ac(t2)+VSence,ac(t3)=ΔV.Δt2
出力測定値を結合するときにこれらの変化を対応する時間間隔に関連付けることによって、変化する磁場が出力値に及ぼす影響を低減させることができる。これは、例えば、以下の例に示したように行うことができる。
出力値
=(VSence,ac(t1)+VSence,ac(t2))/Δt1
+(VSence,ac(t2)+VSence,ac(t3))/Δt2
=0
=(VSence,ac(t1)+VSence,ac(t2))/Δt1
+(VSence,ac(t2)+VSence,ac(t3))/Δt2
=0
出力値の変化につながるブリッジセンサのエラーは、例えば、出力が閾値を横切る場合に検出することができる。本発明の実施形態の利点は、このことで閾値を下げることができるので、変化する磁場及びオフセットが出力値に及ぼす影響が低減されることである。閾値を下げることはブリッジセンサのエラーの感度を増大させるが、誤ったエラー検出の危険性を増大させ得る。誤ったエラー検出は、変化する磁場が原因で発生し得る。本発明の実施形態の利点は、このことで誤ったエラー検出の機会を低減させることもできるので、変化する磁場が出力値に及ぼす影響が低減されることである。ただ1つの接点対に2方向でバイアスをかけ、かつ測定値間の変化を対応する時間間隔に関連付けることによってこれが達成されることは利点である。
本発明の実施形態では、出力値が、得られた出力測定値または得られた出力測定値間の変化を線形結合することによって得られ、出力測定値または得られた出力測定値間の変化には重み因子が掛けられ、時間間隔が重み因子を計算するために用いられる。
本発明の実施形態では、測定値間の時間間隔は設定で変えてよい。例えば、時間間隔を外部磁場の動態に応じて変えることができてよい。出力測定値間の時間間隔は、例えば、変化する物理パラメータの最大周波数の半周期より短く設定してよい。
本発明の実施形態では、第1の接点対に、3回以上第1の方向で及び2回以上第1の方向と反対の第2の方向で、バイアスをかけてよい。これによって、出力測定値を増加することが可能になり、出力値の信号対雑音比を増大させることが可能になる。
第3の態様では、本発明の実施形態は、物理パラメータを測定するセンサ300に関する。物理パラメータは、例えば、磁場でよい。センサは、少なくとも4つの接点を有するセンサ素子110を含むブリッジセンサ100を含む。さらに、センサは、本発明の実施形態によるエラー検出装置200と、得られた出力測定値に基づいて物理パラメータを示すフィールド値を得るように適合された出力ブロック310と、を含む。かかるセンサの概略図を図2示す。エラー検出装置は、得られた出力値に基づいてエラービット及び/またはエラー信号を生成する手段を含んでよい。
Claims (11)
- 物理パラメータを測定するように適合されたブリッジセンサ(100)のエラーを検出する方法(400)であって、
前記ブリッジセンサ(100)の第1の接点対に、第1の方向で少なくとも2回及び前記第1の方向と反対の第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけること(410)と、
前記第1の接点対にバイアスをかけながら前記ブリッジセンサの異なる接点対上の出力信号を測定して(420)、それによって、前記物理パラメータを代表し、かつ時間間隔によって分離された少なくとも3つの出力測定値を得ることと、
前記出力測定値を結合して(430)前記ブリッジセンサのエラーを示す出力値を得ることと、
を含み、前記結合される出力測定値は前記第1の接点対にバイアスがかけられるときに測定される出力測定値のみである、方法(400)。 - 前記出力測定値間の前記時間間隔が等しい、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の接点対にバイアスがかけられるときに得られた連続した出力測定値間の変化が、前記出力測定値を結合する(430)ときに前記連続した出力測定値間の対応する時間間隔に関連付けられる、請求項1または2に記載の方法(400)。
- 前記結合すること(430)が、前記得られた出力測定値または前記得られた出力測定値間の変化を線形結合することによって前記出力値を得ることを含み、前記出力測定値または前記得られた出力測定値の変化には重み因子が掛けられ、前記時間間隔が前記重み因子を計算するために用いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法(400)。
- 第1及び第3の出力測定値が前記第1の接点対に第1の方向でバイアスをかける(410)ときに測定され(420)、第2の出力測定値が前記第1の接点対に前記第1の方向と反対の第2の方向でバイアスをかける(410)ときに測定され(420)、前記第2の出力測定値が前記第1の出力測定と前記第3の出力測定との間に測定され、
前記結合すること(430)が前記3つの出力測定値を合計することを含み、前記第2の出力測定値の前記重み因子は少なくとも因子2を含む、請求項4に記載の方法(400)。 - 前記ブリッジセンサが磁気センサである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法(400)。
- 前記磁気センサは、磁気ホールセンサ、またはトンネル磁気抵抗ブリッジ配置、または巨大磁気抵抗ブリッジ配置である、請求項6に記載の方法(400)。
- 前記出力信号の測定は前記出力信号をサンプリングすることで行われる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法(400)。
- ブリッジセンサ(100)のハードウェアエラーを検出するエラー検出装置(200)であって、前記ブリッジセンサが、
少なくとも4つの接点を有するセンサ素子(110)と、
第1の接点対に第1の方向及び反対の第2の方向でバイアスをかけるように、ならびに、異なる接点対の出力信号を測定できるように配置されたスイッチング回路(120)と、
を含み、
前記エラー検出装置(200)が、前記スイッチング回路(120)を用いて前記ブリッジセンサの前記第1の接点対に、前記第1の方向で少なくとも2回及び前記第2の方向で少なくとも1回、バイアスをかけるように適合され、
前記エラー検出装置(200)が、前記スイッチング回路(120)を用いて前記第1の接点対とは異なる接点対の出力信号を前記第1の接点対にバイアスをかけるときに測定し、それによって、前記ブリッジセンサによって感知された物理パラメータを代表する少なくとも3つの出力測定値を得るように適合され、
前記エラー検出装置(200)が、前記出力測定値を結合して前記ブリッジセンサ(100)のエラーを示す出力値を得るように適合され、前記結合される出力測定値は前記第1の接点対にバイアスをかけるときに測定される出力測定値のみである、
エラー検出装置(200)。 - 前記エラー検出装置(200)が、前記第1の接点対にバイアスを加える場合に得られる連続した出力測定値間の変化を、前記出力測定値を結合する場合の前記連続した測定値間の対応する時間間隔に関連付けるように適合されている、請求項9に記載のエラー検出装置(200)。
- 物理パラメータを測定するセンサ(300)であって、
少なくとも4つの接点を有するセンサ素子(110)を含むブリッジセンサ(100)と、
請求項9または請求項10のいずれか一項に記載のエラー検出装置(200)と、
前記得られた出力測定値に基づいて前記物理パラメータを示すフィールド値を得るように適合された出力ブロック(310)と、
を含む、センサ(300)。
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