JP2019020366A - 磁気センサ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の磁電変換素子から出力される差動出力信号を精度よく信号処理する磁気センサ回路を提供する。
【解決手段】磁気センサ回路は、第１方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第一型の磁電変換素子と、第２方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第二型の磁電変換素子と、電源端子と、接地端子と、第一型の磁電変換素子と、第二型の磁電変換素子とに対して、電流源から供給される電流を流入又は流出させるスイッチ回路と、所定の電圧を供給する基準電圧源から所定の電圧を取得する基準電圧部と、所定の基準電圧を基準として動作し、第一型の磁電変換素子と、第二型の磁電変換素子との間の電圧である中点電圧を決定するコモンモードフィードバック回路とを備え、コモンモードフィードバック回路は、中点電圧と所定の電圧とに基づいて帰還動作をかけることにより、第一型の磁電変換素子の出力コモン電圧を所定の電圧よりも高く、且つ、第二型の磁電変換素子の出力コモン電圧を所定の電圧よりも低く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ回路に関する。

磁電変換素子を使用した磁気センサ回路は、非接触型のセンサとして、各種電子機器に使用されている。この磁電変換素子は、印加される磁界強度又は磁束密度に応じた電圧信号を出力する。例えば、折りたたみ式の携帯電話などに、この磁気センサ回路が用いられる。この磁気センサ回路は、磁場がある閾値を超えた場合に携帯電話の開閉を検出する。

磁電変換素子の一例として、ホール素子が挙げられる。ホール素子は、検出した磁場の強さに応じた差動出力信号を出力する。差動出力信号とは、信号の電圧が互いに逆相の信号である。以下の説明では、この差動出力信号のことを、差動電圧信号とも記載する。

このホール素子には、磁気センサ回路が形成される基板面に対して、垂直な磁場成分を検出する横型ホール素子と、基板面に平行な磁場成分を検出する縦型ホール素子とがある。また、磁気センサ回路には、横型ホール素子と、縦型ホール素子とを組み合わせたものがある。この横型ホール素子と縦型ホール素子とが組み合わされた磁気センサ回路は、エンコーダー用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；集積回路）や、回転角検出用ＩＣなどに用いられる。エンコーダー用ＩＣは、垂直磁場と水平磁場とのそれぞれの電圧信号に基づいて、回転体の回転速度と回転方向を検出する。回転角検出用ＩＣは、垂直磁場と水平磁場とのそれぞれの信号に基づいて回転角度を演算する。

しかし、ホール素子から出力される電圧信号は数十μＶ〜数ｍＶの微弱な電圧の信号である。このため、磁気センサ回路の信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）比を確保することは難しい。信号対雑音電力比が小さい回路では、複数のホール素子同士を並列に接続する方法、複数のホール素子同士を直列及び並列に接続する方法が知られている。これは、磁気センサ回路を構成するデバイスの非対称性や、デバイスの構造に起因する誤差を抑制するためである。

また、ホール素子から出力される電圧信号は、温度変化によって増減する。ホール素子が定電圧源によって駆動される場合には、２次又は３次の温度特性を有し、温度が上昇すると、出力される電圧信号が減少する。ホール素子の高い温度特性を緩和し、出力される電圧信号の温度係数を下げるために、一定の電流によってホール素子を駆動する定電流駆動が使用される場合がある。ホール素子が定電流源によって駆動される場合には、１次又は２次の温度特性を示す。つまり、ホール素子が定電流源によって駆動される場合には、定電圧源によって駆動される場合よりも、温度の変化によって変化する電圧信号の変化量を抑制することができる。電圧信号の変化量を抑制することができるため、温度補償レンジを狭くすることができる。つまり、ホール素子を定電流源によって駆動する場合には、温度補償がしやすい。

しかし、ホール素子を定電流源によって駆動する場合には、ホール素子から出力される電圧信号の出力コモン電圧が、温度の変化によって変化する。これは、ホール素子から出力される信号は電圧信号であり、この電圧信号の出力コモン電圧は、温度変化によって大きく変化するためである。この出力コモン電圧の大きな変化は、ホール素子から出力される電圧信号を信号処理する信号処理回路の設計が制約されるという問題があった。この問題に対して、コモンモードフィードバック回路が用いられる技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１参照）。

特開２０１４−１９０８６２号公報 米国特許出願公開第２０１４／０１０３９２１号明細書

ＩＥＥＥ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２００６、"Ｃｈｏｐｐｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＣＭＯＳ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｒｏｎｔ−ｅｎｄ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ"

上述した従来のコモンモードフィードバック回路は、単一のホール素子の差動出力信号の出力コモン電圧を制御する回路である。この出力コモン電圧とは、上述した差動出力信号の中間電圧である。しかしながら、直列又は並列に接続された複数のホール素子の出力コモン電圧を、それぞれ制御することは難しい。
また、複数の磁電変換素子を使用する場合、各磁電変換素子を駆動する駆動電流間のミスマッチが各電変換素子間の誤差につながるといった課題もある。

本発明の目的は、複数の磁電変換素子から出力される差動出力信号を精度よく信号処理する磁気センサ回路を提供することである。

従来のこのような問題点を解決するために、本発明の磁気センサ回路は以下のような構成とした。

本発明の一実施形態は、第１方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第一型の磁電変換素子と、前記第１方向とは方向が異なる第２方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第二型の磁電変換素子と、電源端子と、接地端子と、前記第一型の磁電変換素子と、前記第二型の磁電変換素子とに対して、電流源から供給される電流を流入又は流出させるスイッチ回路と、所定の電圧を供給する基準電圧源から前記所定の電圧を取得する基準電圧部と、前記所定の基準電圧を基準として動作し、前記第一型の磁電変換素子と、前記第二型の磁電変換素子との間の電圧である中点電圧を決定するコモンモードフィードバック回路とを備え、前記コモンモードフィードバック回路は、前記中点電圧と前記所定の電圧とに基づいて帰還動作をかけることにより、前記第一型の磁電変換素子の出力コモン電圧を前記所定の電圧よりも高く、且つ、前記第二型の磁電変換素子の出力コモン電圧を前記所定の電圧よりも低く設定する磁気センサ回路である。

本発明によれば、複数の磁電変換素子から出力される差動出力信号を精度よく信号処理する磁気センサ回路を提供できる。

第１の実施形態に係る磁気センサ回路の回路図である。 磁気センサ回路の第１相における回路図である。 磁気センサ回路の第２相における回路図である。 コモンモードフィードバック回路の回路図である。 磁気検出部に含まれるホール素子の出力コモン電圧の温度特性の一例を示す図である。 磁気センサ回路が備える増幅回路の回路図である。

以下、本実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１を参照して、第１の実施形態に係る磁気センサ回路構成について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る磁気センサ回路１００の回路図である。

第１の実施形態に係る磁気センサ回路１００は、電源端子ＴＭ１と、接地端子ＴＭ２と、電流源ＣＳ１と、磁気検出部ＭＤと、増幅回路ＡＭＰと、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳとを備える。

磁気検出部ＭＤは、第１のスイッチ回路ＳＷ１と、第２のスイッチ回路ＳＷ２と、第３のスイッチ回路ＳＷ３と、縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２と、縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４と、横型ホール素子ＨＳ１とを備える。縦型ホール素子ＶＳ１〜ＶＳ４は、磁気センサ回路１００が形成される基板面に対して平行な磁場成分を検出する。横型ホール素子ＨＳ１は、基板面に対して垂直な磁場成分を検出する。
ここで、横型ホール素子及び縦型ホール素子とは、磁電変換素子の一例である。縦型ホール素子及び横型ホール素子とはそれぞれ、第一型の磁電変換素子及び第二型の磁電変換素子の一例である。

縦型ホール素子ＶＳ１と縦型ホール素子ＶＳ２とは、電流源ＣＳ１に対して並列に接続される。縦型ホール素子ＶＳ３と縦型ホール素子ＶＳ４とは、電流源ＣＳ１に対して並列に接続される。横型ホール素子ＨＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までとは、電流源ＣＳ１に対して直列に接続される。

第１のスイッチ回路ＳＷ１は、第１スイッチＳＷ１１と、第１スイッチＳＷ１２とを備える。第１のスイッチ回路ＳＷ１とは、スイッチ回路の一例である。

第２のスイッチ回路ＳＷ２は、第２スイッチＳＷ２１と、第２スイッチＳＷ２２と、第２スイッチＳＷ２３と、第２スイッチＳＷ２４と、第２スイッチＳＷ２５と、第２スイッチＳＷ２６とを備える。第２のスイッチ回路ＳＷ２とは、第二スイッチ回路の一例である。

第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２は、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までと横型ホール素子ＨＳ１とを、それぞれスピニングさせる。

ここで、スピニングについて説明する。ホール素子が備える端子には、正極の電源端子機能と、負極の電源端子機能と、正相の信号を出力する正相信号出力機能と、逆相の信号を出力する逆相信号出力機能とがある。スピニングとは、ホール素子が備える各端子の機能の割り当てを変更して信号出力端子に対するホール素子内の電流の方向を切り替えることである。また、スピニングのある接続状態のことを、相とも記載する。本実施形態では、上述したように、第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２によってスピニングさせる。

第３のスイッチ回路ＳＷ３は、第３スイッチＳＷ３１と、第３スイッチＳＷ３２とを備える。第３のスイッチ回路ＳＷ３とは、第三スイッチ回路の一例である。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、基準電圧部ＲＦと、中点電圧取得部ＦＦと、帰還電流出力部ＣＦとを備える。

縦型ホール素子ＶＳ１は、端子ＶＣ１１から端子ＶＣ１５までを備える。縦型ホール素子ＶＳ２は、端子ＶＣ２１から端子ＶＣ２５までを備える。縦型ホール素子ＶＳ３は、端子ＶＣ３１から端子ＶＣ３５までを備える。縦型ホール素子ＶＳ４は、端子ＶＣ４１から端子ＶＣ４５までを備える。横型ホール素子ＨＳ１は、端子ＨＣ１から端子ＨＣ４までを備える。

電源端子ＴＭ１は、電流源ＣＳ１と接続される。電源端子ＴＭ１には、電源から駆動電圧が印加される。具体的には、電源端子ＴＭ１には、不図示の電源から電圧Ｖｄｄの駆動電圧が印加される。
接地端子ＴＭ２は、磁気センサ回路１００が備える回路素子の接地電圧端子と接続される。回路素子とは、縦型ホール素子や、横型ホール素子、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳ、増幅回路ＡＭＰなどである。接地端子ＴＭ２には、不図示の電源から接地電圧が印加される。
電流源ＣＳ１は、電源端子ＴＭ１及び第１のスイッチ回路ＳＷ１と接続される。電流源ＣＳ１には、電源から電力が供給される。電流源ＣＳ１は、第１のスイッチ回路ＳＷ１に対して、電流Ｉ１を供給する。

第１のスイッチ回路ＳＷ１は、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までと、横型ホール素子ＨＳ１とに対して、電流源ＣＳ１から供給される電流Ｉ１を流入又は流出させる。
第１のスイッチ回路ＳＷ１は、縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２と、縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４と、横型ホール素子ＨＳ１と、それぞれ接続される。

第２のスイッチ回路ＳＷ２は、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までと、横型ホール素子ＨＳ１とから出力される複数の信号を取り出す。ここで、複数の信号とは、複数の差動電圧信号である。第２のスイッチ回路ＳＷ２は、取得した複数の差動電圧信号を、増幅回路ＡＭＰに対して供給する。
増幅回路ＡＭＰは、第２のスイッチ回路ＳＷ２から複数の差動電圧信号を取得する。増幅回路ＡＭＰは、取得した複数の差動電圧信号を増幅する。
第２のスイッチ回路ＳＷ２は、縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２と、縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４と、横型ホール素子ＨＳ１と、増幅回路ＡＭＰと、それぞれ接続される。具体的には、第２スイッチＳＷ２１及び第２スイッチＳＷ２２はそれぞれ、縦型ホール素子ＶＳ１、縦型ホール素子ＶＳ２及び増幅回路ＡＭＰと接続される。第２スイッチＳＷ２３及び第２スイッチＳＷ２４はそれぞれ、縦型ホール素子ＶＳ３、縦型ホール素子ＶＳ４及び増幅回路ＡＭＰと接続される。第２スイッチＳＷ２５及び第２スイッチＳＷ２６はそれぞれ、横型ホール素子ＨＳ１及び増幅回路ＡＭＰと接続される。

第３のスイッチ回路ＳＷ３は、中点電圧を取り出す。この第３のスイッチ回路ＳＷ３が取り出す中点電圧のことを、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤとも記載する。ここで、中点電圧とは、電流源ＣＳ１に対して直列に接続された縦型ホール素子と、横型ホール素子との間の電圧である。具体的には、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤとは、縦型ホール素子によって降圧された電圧である。第３のスイッチ回路ＳＷ３は、第１のスイッチ回路ＳＷ１と、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳが備える中点電圧取得部ＦＦと接続される。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、所定の基準電圧ＶＲＥＦを基準として動作する。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までと、横型ホール素子ＨＳ１との間の電圧である中点電圧を決定する。このコモンモードフィードバック回路ＣＦＳが決定した中点電圧のことを、調整後中点電圧とも記載する。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、不図示の基準電圧源、第３のスイッチ回路ＳＷ３及び第１のスイッチ回路ＳＷ１と接続される。中点電圧取得部ＦＦは、第３スイッチＳＷ３から調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを取得する。ここで、中点電圧取得部ＦＦとは、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの負入力である。基準電圧部ＲＦは、基準電圧源から所定の基準電圧ＶＲＥＦを取得する。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、中点電圧取得部ＦＦが取得した調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤと、基準電圧部ＲＦが取得した基準電圧ＶＲＥＦとに基づいて、調整後中点電圧ＶＮＦＥＥＤを決定する。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、調整後中点電圧ＶＮＦＥＥＤを基準電圧ＶＲＥＦと同一の電位にするように、帰還電流出力部ＣＦから第一スイッチ回路ＳＷ１を介して帰還電流が流れる。

ここで、縦型ホール素子ＶＳ１及び縦型ホール素子ＶＳ２と、縦型ホール素子ＶＳ３及び縦型ホール素子ＶＳ４と、横型ホール素子ＨＳ１とは、それぞれ直列に接続された抵抗とみなすことができる。第３スイッチＳＷ３は、上述した調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを取り出す。この取り出した調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤが、中点電圧取得部ＦＦに供給される。

［磁気検出部の電流の流れについて］
次に、磁気検出部ＭＤが備える複数のホール素子に対して供給される電流の流れについて説明する。
電流源ＣＳ１から出力された電流Ｉ１は、第１のスイッチ回路ＳＷ１を介して縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２とに供給される。縦型ホール素子ＶＳ１と縦型ホール素子ＶＳ２とを駆動した電流Ｉ１は、電流Ｉ２として第１のスイッチ回路ＳＷ１に供給される。
電流Ｉ２は、第１のスイッチ回路ＳＷ１から縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４とに対して供給される。縦型ホール素子ＶＳ３と縦型ホール素子ＶＳ４とを駆動した電流Ｉ２は、電流Ｉ３として第１のスイッチ回路ＳＷ１に供給される。
電流Ｉ３は、第１のスイッチ回路ＳＷ１から横型ホール素子ＨＳ１に対して供給される。横型ホール素子ＨＳ１を駆動した電流Ｉ３は、電流Ｉ４として第１のスイッチ回路ＳＷ１に供給される。
電流Ｉ４は、第１のスイッチ回路ＳＷ１からコモンモードフィードバック回路ＣＦＳの帰還電流出力部ＣＦから供給される。電流Ｉ４は、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳ内の出力段回路を介して、接地端子ＴＭ２に供給される。
なお、電流Ｉ１と、電流Ｉ２と、電流Ｉ３と、電流Ｉ４とは、それぞれ同じ電流の量である。

［磁気センサ回路の第１相の回路］
次に、図２を参照して、磁気センサ回路１００の第１相における回路について説明する。
図２は、磁気センサ回路１００の第１相における回路図である。
第１スイッチＳＷ１１は第１相において、縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２とに対して電流Ｉ１を供給する。第１スイッチＳＷ１１は第１相において、縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４とに対して電流Ｉ２を供給する。第１スイッチＳＷ１１は第１相において、横型ホール素子ＨＳ１に対して電流Ｉ３を供給する。

第２スイッチＳＷ２１は、第１相において、縦型ホール素子ＶＳ１及び縦型ホール素子ＶＳ２から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第２スイッチＳＷ２３は、第１相において、縦型ホール素子ＶＳ３及び縦型ホール素子ＶＳ４から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第２スイッチＳＷ２５は、第１相において、横型ホール素子ＨＳ１から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第３のスイッチ３１は、第１相において、第１スイッチＳＷ１１から調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを取得する。

［磁気センサ回路の第２相の回路］
次に、図３を参照して、磁気センサ回路１００の第２相における回路について説明する。
図３は、磁気センサ回路１００の第２相における回路図である。
第１スイッチＳＷ１２は第２相において、縦型ホール素子ＶＳ１と、縦型ホール素子ＶＳ２とに対して電流Ｉ１を供給する。第１スイッチＳＷ１２は第２相において、縦型ホール素子ＶＳ３と、縦型ホール素子ＶＳ４とに対して電流Ｉ２を供給する。第１スイッチＳＷ１２は第２相において、横型ホール素子ＨＳ１に対して電流Ｉ３を供給する。

第２スイッチＳＷ２２は、第２相において、縦型ホール素子ＶＳ１及び縦型ホール素子ＶＳ２から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第２スイッチＳＷ２４は、第２相において、縦型ホール素子ＶＳ３及び縦型ホール素子ＶＳ４から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第２スイッチＳＷ２６は、第２相において、横型ホール素子ＨＳ１から差動電圧信号を増幅回路ＡＭＰに対して供給する。第３のスイッチ３２は、第２相において、第１スイッチＳＷ１２から調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを取得する。

［コモンモードフィードバック回路について］
次に、図４を参照して、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの回路について説明する。
図４は、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの回路図である。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、複数の増幅器を備える。以下、増幅器として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構成のものを記載するが、能動素子はＭＯＳトランジスタに限定されるものではなく、バイポーラトランジスタであってもよい。また、以下の説明では、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタはＮＭＯＳトランジスタ、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタはＰＭＯＳトランジスタとも記載する。なお、この一例では、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳとして、ＣＭＯＳ増幅器による構成について説明するが、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの回路構成は各種存在する。例えば、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、容量とスイッチの離散回路による帰還等、他の回路構成でも同様のことが行える。また、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとを相補に反転させたＮＭＯＳ入力の２段差動増幅回路構成であってもよい。

より具体的には、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、ＰＭＯＳトランジスタＭ１と、１段差動増幅器Ｍ２と、ＰＭＯＳトランジスタＭ３と、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１と、位相補償部ＲＣ１と、電流源ＣＳ２とを備える。
１段差動増幅器Ｍ２は、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１と、ＰＭＯＳ差動入力対Ｍ２２と、ＮＭＯＳ能動負荷対Ｍ２３とを備える。

ＰＭＯＳトランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２１は、カレントミラー回路を構成する。ＰＭＯＳトランジスタＭ２１には、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１とＰＭＯＳトランジスタＭ１とのサイズ比に応じた電流が流れる。
ＰＭＯＳトランジスタＭ３とＰＭＯＳトランジスタＭ１は、カレントミラー回路を構成する。ＰＭＯＳトランジスタＭ３には、ＰＭＯＳトランジスタＭ３とＰＭＯＳトランジスタＭ１とのサイズ比に応じた電流が流れる。

位相補償部ＲＣ１は、１段差動増幅器Ｍ２の動作を安定性させる。ここで、位相補償部ＲＣ１は、抵抗及びキャパシタなどを備える。

１段差動増幅器Ｍ２は、基準電圧ＶＲＥＦと調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤとの微小差電圧を増幅し、シンク電流を流すＮＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートに入力する。また、１段差動増幅器Ｍ２は、位相補償部ＲＣ１によって帰還動作をかけることで、調整後の中点電圧を高精度に設定することができる。

［コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの帰還動作について］
ここで、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの帰還動作について説明する。
ＰＭＯＳトランジスタＭ３は、電流源ＣＳ１である。一方、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１は、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの差動入力の状態によって、電流をシンクさせる状態を変化させる。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳの差動入力の状態とは、基準電圧ＶＲＥＦと調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤとの状態である。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、ホール素子に電流源ＣＳ１によって電流を流し込むときに、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤが所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い場合には、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート電位が上昇する。このため、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のシンク電流が増加する。ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のシンク電流が増加するため、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを、下げようと帰還動作を行う。

コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤが所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い場合には、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート電位が下降する。このため、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のシンク電流が減少する。ＮＭＯＳトランジスタＭ３１のシンク電流が減少するため、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを、上げようと帰還動作を行う。

つまり、上述したコモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、帰還動作をかけることにより、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤを、所定の基準電圧ＶＲＥＦと同じ電圧にすることができる。この帰還動作によって所定の基準電圧ＶＲＥＦに保たれた電圧が、調整後中点電圧である。この調整後中点電圧と、所定の基準電圧ＶＲＥＦとが同じ電圧に保たれる場合、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までの出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い電圧に設定される。また、この調整後中点電圧と、所定の基準電圧ＶＲＥＦとが同じ電圧に保たれる場合、横型ホール素子ＨＳ１の出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い電圧に設定される。

ここで、図５を参照して、磁気検出部ＭＤに含まれるホール素子の出力コモン電圧の温度変化による電圧の変化の特性について説明する。
図５は、磁気検出部ＭＤに含まれるホール素子の出力コモン電圧の温度特性の一例を示す図である。
波形Ｗ１は、縦型ホール素子ＶＳ１及び縦型ホール素子ＶＳ２の出力コモン電圧の温度特性を示す。波形Ｗ２は、縦型ホール素子ＶＳ３及び縦型ホール素子ＶＳ４の出力コモン電圧の温度特性を示す。波形Ｗ３は、横型ホール素子ＨＳ１の出力コモン電圧の温度特性を示す。
波形Ｗ１及び波形Ｗ２に示すように、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までの出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い電圧である。波形Ｗ３に示すように、横型ホール素子ＨＳ１の出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い電圧である。

［第１の実施形態のまとめ］
以上説明したように、磁気センサ回路１００は、磁気検出部ＭＤと、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳとを備える。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、第一型の磁電変換素子と、第二型の磁電変換素子との間の電圧である中点電圧を帰還動作によって設定する。言い換えると、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までの出力コモン電圧を、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い電圧に設定する。コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、横型ホール素子ＨＳ１との出力コモン電圧を、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い電圧に設定する。つまり、磁気センサ回路１００は、複数の磁電変換素子からそれぞれ出力されるコモン電圧の範囲を各磁電変換素子毎に区分けして設定することができる。これにより、磁気センサ回路１００は、磁気検出部ＭＤから出力される差動電圧信号の電圧を決めることができる。磁気センサ回路１００は、この差動電圧信号を信号処理する信号処理回路の設計制約を緩和することができる。また、共通の一定電流で、第一磁電変換素子と第二磁電変換素子を駆動するため、別個の電流で各磁電変換素子を駆動する場合に比べて、電流源ミスマッチの影響がなくなる。また、磁気センサ回路１００は、複数の磁電変換素子からそれぞれ出力される差動電圧信号のコモン電圧を設定することにより、互いに異なる磁電変換素子から出力される差動電圧信号同士の相互干渉を抑制することができる。つまり、磁気センサ回路１００は、複数の磁電変換素子から出力される差動出力信号を精度よく信号処理することができる。

なお、上述した説明では、コモンモードフィードバック回路がＣＭＯＳによって形成された増幅器の場合について説明したが、これに限られない。コモンモードフィードバック回路は、容量成分とスイッチとによる離散回路による帰還など、他の構成であってもよい。
また、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、調整前中点電圧ＶＮＦＥＥＤと、所定の基準電圧ＶＲＥＦとを切り替えるスイッチを備えてもよい。このスイッチを切り替えることにより、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳが備える増幅器の１／ｆノイズを低減することができる。ここで、１／ｆノイズとは、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜界面による電子のランダムな捕獲・放出に起因するノイズのことである。また、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳは、Ｐチャネル型ＭＯＳとＮチャネル型ＭＯＳとを相補に反転させた、Ｎチャネル型ＭＯＳ入力段による２段差動増幅器の構成であってもよい。

［第２の実施形態］
次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る磁気センサ回路について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図６は、磁気センサ回路１００ａが備える増幅回路ＡＭＰ２の回路図である。
磁気センサ回路１００ａは、電流源ＣＳ１と、磁気検出部ＭＤと、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳと、増幅回路ＡＭＰ２とを備える。
増幅回路ＡＭＰ２は、入力段ＡＩと、増幅回路ＡＭＰとを備える。ここで、増幅回路ＡＭＰ２が備える増幅回路ＡＭＰは、第１の実施形態において説明した増幅回路と同一である。入力段ＡＩ１は、第１の入力段Ｍ４と、第２の入力段Ｍ５と、第３の入力段Ｍ６とを備える。

入力段ＡＩは、第２のスイッチ回路ＳＷ２を介して磁気検出部ＭＤから供給される差動電圧信号を、差動電流の信号へ変換する。増幅回路ＡＭＰは、この差動電流の信号を信号処理する。ここで、増幅回路ＡＭＰが行う信号処理とは、加算、減算、分離、増幅などの処理である。
第１の入力段Ｍ４は、ＮＭＯＳ入力段である。具体的には、第１の入力段Ｍ４は、第２スイッチＳＷ２１及び第２スイッチＳＷ２２と接続される。第１の入力段Ｍ４は、接地端子ＴＭ２と接続される。第１の入力段Ｍ４は、ＮＭＯＳトランジスタによって形成される。第１の入力段Ｍ４には、電源Ｖｂｉａｓ１によって制御されたＮＭＯＳトランジスタでバイアス電流が供給され、差動対から接地端子ＴＭ２に電流が流れる。第１の入力段Ｍ４の差動対はバイアス電流の量に応じた増幅率で、差動電圧（ＶＯ１、ＶＯ２）を差動電流（ＡＯ１、ＡＯ２）に変換し、増幅回路ＡＭＰに供給する。
第２の入力段Ｍ５は、ＮＭＯＳ入力段である。具体的には、第２の入力段Ｍ５は、第２スイッチＳＷ２３及び第２スイッチＳＷ２４と接続される。第２の入力段Ｍ５は、接地端子ＴＭ２と接続される。第２の入力段Ｍ５は、ＮＭＯＳトランジスタによって形成される。第２の入力段Ｍ５には、電源Ｖｂｉａｓ２によって制御されたＮＭＯＳトランジスタでバイアス電流が供給され、差動対から接地端子ＴＭ２に電流が流れる。第２の入力段Ｍ５の差動対はバイアス電流の量に応じた増幅率で、差動電圧（ＶＯ３、ＶＯ４）を差動電流（ＡＯ３、ＡＯ４）に変換し、増幅回路ＡＭＰに供給する。
第３の入力段Ｍ６は、ＰＭＯＳ入力段である。具体的には、第３の入力段Ｍ６は、第２スイッチＳＷ２５及び第２スイッチＳＷ２６と接続される。第３の入力段Ｍ６は、電源端子ＴＭ１と接続される。第３の入力段Ｍ６は、ＰＭＯＳトランジスタによって形成される。第３の入力段Ｍ６は、電源Ｖｂｉａｓ３によって制御されたＰＭＯＳトランジスタでバイアス電流が供給され、電源端子ＴＭ１から差動対に電流が流れる。第３の入力段Ｍ６の差動対はバイアス電流の量に応じた増幅率で、差動電圧（ＶＯ５、ＶＯ６）を差動電流（ＡＯ５，ＡＯ６）に変換し、増幅回路ＡＭＰに供給する。

［第２の実施形態のまとめ］
上述したように、磁気センサ回路１００ａは、増幅回路ＡＭＰ２を備える。増幅回路ＡＭＰ２は、入力段ＡＩと、増幅回路ＡＭＰとを備える。
入力段ＡＩは、第１の入力段Ｍ４から第３の入力段Ｍ６までを備える。第１の入力段Ｍ４及び第２の入力段Ｍ５は、ＮＭＯＳによって構成される。第３の入力段Ｍ６は、ＰＭＯＳによって構成される。

一般に、一定電流で駆動される差動入力段は、テール電流と差動対とが飽和動作することを担保しないと機能しない。例えば、電源電圧側の信号コモン電位の場合には、ＮＭＯＳ入力段が使用される。また、接地電位側の信号コモン電位の場合、ＰＭＯＳの入力段が使用される。この入力段ＡＩを構成するＭＯＳのタイプの選択によって、差動対の機能を担保することができる。

ここで、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳによって決定された縦型ホール素子ＶＳ１から縦型ホール素子ＶＳ４までの出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い電圧である。この所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも高い電圧は、ＮＭＯＳの入力段に適した電圧である。また、コモンモードフィードバック回路ＣＦＳによって決定された横型ホール素子ＨＳ１との出力コモン電圧は、所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い電圧である。この所定の基準電圧ＶＲＥＦよりも低い電圧は、ＰＭＯＳの入力段に適した電圧である。これにより、磁気センサ回路１００ａは、所定の基準電圧ＶＲＥＦを、入力段ＡＩが備える増幅器の入力電圧に応じた電圧にすることにより、入力段ＡＩが備える第１から第３の差動入力段は、常に飽和動作して機能が損なわれることが無く、信号増幅動作を行うことができる。

ここで、磁気センサ回路１００ａは、所定の基準電圧ＶＲＥＦを電圧Ｖｄｄと接地電圧との中間の電圧に設定してもよい。また、磁気センサ回路１００ａは、磁気検出部ＭＤが有する磁電変換素子の動作レンジに応じた任意の電圧に設定してもよい。

磁気センサ回路１００及び磁気センサ回路１００ａは、所定の基準電圧ＶＲＥＦを決めることにより、ホール素子の出力コモン電圧が決まるため、信号処理増幅段のＮＭＯＳと、ＰＭＯＳとの使い分けを明確に行うことができるため、後段の信号処理の設計制約を緩和することができる。

なお、上述した説明では、磁電変換素子が、ホール素子の場合について説明したがこれにかぎられない。磁電変換素子は、磁気抵抗センサであってもよい。

なお、上述した縦型ホール素子及び横型ホール素子の端子の数は一例であり、これに限られない。また、上述した縦型ホール素子及び横型ホール素子の形状は一例であり、これに限られない。
また、第一の磁電変換素子は、横型ホール素子であってもよい。この場合には、第二の磁電変換素子は、縦型ホール素子である。

以上、本発明の実施形態及びその変形を説明したが、これらの実施形態及びその変形は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態及びその変形は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、上述した各実施形態及びその変形は、互いに適宜組み合わせることができる。

１００，１００ａ…磁気センサ回路
ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４…縦型ホール素子
ＨＳ１…横型ホール素子
ＡＭＰ，ＡＭＰ２…増幅回路
ＣＦＳ…コモンモードフィードバック回路
Ｍ１，Ｍ３…ＰＭＯＳトランジスタ
Ｍ２…１段差動増幅器
Ｍ４…第１の入力段
Ｍ５…第２の入力段
Ｍ６…第３の入力段
ＭＤ…磁気検出部
ＲＣ１…位相補償部

Claims (4)

1. 第１方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第一型の磁電変換素子と、
   前記第１方向とは方向が異なる第２方向の磁界の強度に応じた互いに位相が逆の信号を出力する第二型の磁電変換素子と、
   電源端子と、
   接地端子と、
   前記第一型の磁電変換素子と、前記第二型の磁電変換素子とに対して、電流源から供給される電流を流入又は流出させるスイッチ回路と、
   所定の電圧を供給する基準電圧源から前記所定の電圧を取得する基準電圧部と、
   前記所定の基準電圧を基準として動作し、前記第一型の磁電変換素子と、前記第二型の磁電変換素子との間の電圧である中点電圧を決定するコモンモードフィードバック回路と
   を備え、
   前記コモンモードフィードバック回路は、前記中点電圧と前記所定の電圧とに基づいて帰還動作をかけることにより、前記第一型の磁電変換素子の出力コモン電圧を前記所定の電圧よりも高く、且つ、前記第二型の磁電変換素子の出力コモン電圧を前記所定の電圧よりも低く設定する
   磁気センサ回路。
2. 前記第一型の磁電変換素子と、前記第二型の磁電変換素子とから出力される複数の信号を取り出す第二スイッチ回路と、
   前記中点電圧を取り出すための第三スイッチ回路と
   を更に備える請求項１に記載の磁気センサ回路。
3. Ｐチャネル型ＭＯＳの入力段と、Ｎチャネル型ＭＯＳの入力段とを有する信号増幅器を更に備え、
   前記第一型の磁電変換素子が出力する信号は、前記Ｎチャネル型ＭＯＳの入力段に供給され、
   前記第二型の磁電変換素子が出力する信号は、前記Ｐチャネル型ＭＯＳの入力段に供給される
   請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ回路。
4. 前記第一型の磁電変換素子は、前記磁気センサ回路が形成される基板面に対して平行な磁場を検出する縦型ホール素子であって、
   前記第二型の磁電変換素子は、前記基板面に対して垂直な磁場を検出する横型ホール素子である
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気センサ回路。

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