JP5507744B2 - Hall electromotive force detection device and rotation angle detection device - Google Patents
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Description
本発明は、ホール素子からの出力信号を受けて磁界強度に比例した出力を得るホール起電力検出装置であって、特に互いに直交する向きに配置された少なくとも1対のホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値の角度検出出力を得るホール起電力検出装置および回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a Hall electromotive force detection device that receives an output signal from a Hall element and obtains an output proportional to the magnetic field strength, and particularly outputs an output signal from at least one pair of Hall elements arranged in directions orthogonal to each other. The present invention relates to a Hall electromotive force detection device and a rotation angle detection device that obtain an angle detection output having a value corresponding to a rotation angle displacement from a reference position in a magnetic field.
モータの回転軸やサーボ機構中の回転体の回転角度を測定するための装置として、従来よりレゾルバが用いられている。周知のとおり、レゾルバは、ローターコイルとステーターコイルを有し、ステーターコイルに励磁電流を流したときに両コイル間の相対的な回転角度に応じてローターコイルに誘起する電圧をRD(レゾルバデジタル)変換ICで信号変換することによって回転角のデジタル信号を得ている(例えば、非特許文献1参照)。 A resolver has been conventionally used as a device for measuring the rotation angle of a rotating shaft of a motor or a rotating body in a servo mechanism. As is well known, a resolver has a rotor coil and a stator coil, and when an excitation current is passed through the stator coil, the voltage induced in the rotor coil according to the relative rotation angle between the two coils is RD (resolver digital). A digital signal of a rotation angle is obtained by performing signal conversion with a conversion IC (for example, see Non-Patent Document 1).
レゾルバは、そのローターコイルおよびステーターコイルの巻き線数を多くすることにより電磁誘導効果を向上させているため、回転角度検出の感度が高い。レゾルバは、一般に、堅牢なハウジングにコイルを収納した構造をとり、高温環境でも使用できるという優れた耐環境性を持ったデバイスである。
しかし、レゾルバはその製造過程で、精密にコイルを巻く必要があるため、低コスト化が困難であり、また、ローターコイルおよびステーターコイルの巻き数を多くする必要性から、小型化、省スペース化、低コスト化の点では不利である。
Since the resolver improves the electromagnetic induction effect by increasing the number of windings of the rotor coil and the stator coil, the resolution of the rotation angle is high. A resolver generally has a structure in which a coil is housed in a solid housing and has excellent environmental resistance that can be used even in a high temperature environment.
However, it is difficult to reduce the cost of the resolver because it is necessary to wind the coil precisely during the manufacturing process. Also, the need to increase the number of windings of the rotor coil and the stator coil reduces the size and space. This is disadvantageous in terms of cost reduction.
また、レゾルバはコイルと上述のRD変換IC間を接続するための配線が必要であり、この配線が断線する虞がある。
他方、レゾルバを使用しない非接触式の回転角度検出装置では、磁石とホール素子を用いて回転角度を検出する方式のものがある。これは、磁石が作る磁界内に、2つのホール素子を互いに90度の角度をなすように配置し、該2つのホール素子から得られるホール素子出力信号に基づいて磁石の回転角度を求める(例えば、非特許文献2参照)。
In addition, the resolver requires wiring for connecting the coil and the above-described RD conversion IC, and there is a possibility that this wiring is disconnected.
On the other hand, there is a non-contact type rotational angle detection device that does not use a resolver, and detects the rotational angle using a magnet and a Hall element. This is because two Hall elements are arranged at an angle of 90 degrees with respect to each other in a magnetic field generated by the magnet, and the rotation angle of the magnet is obtained based on the Hall element output signal obtained from the two Hall elements (for example, Non-Patent Document 2).
しかし、ホール素子出力信号には、製造ばらつきによるオフセットが存在するため、これに起因して角度検出値に誤差を生ずる。このため、ホール素子出力信号のオフセットをキャンセルするべく、1対のホール素子の検出出力を、クロック信号で変調して位相が反転した2相の信号として取り出し、該変調信号に対し復調をかけ、オフセット成分を相対的に高周波数側に分離してオフセットによる影響を除去するといった技術が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。 However, since an offset due to manufacturing variations exists in the Hall element output signal, an error occurs in the detected angle value due to this. Therefore, in order to cancel the offset of the Hall element output signal, the detection output of the pair of Hall elements is taken out as a two-phase signal whose phase is inverted by modulation with the clock signal, and the modulated signal is demodulated, A technique has been proposed in which an offset component is separated on a relatively high frequency side to remove the influence of the offset (see, for example, Non-Patent Document 3).
また一方、本出願人は、ホール素子の駆動方向を縦方向と横方向の間でランダムな2値信号によって切替えて、そのホール起電力信号をランダムに変調してDC帯域を含む広い帯域にスペクトル拡散し、該拡散された信号を復調することによってホール素子のオフセットをキャンセルすると共に信号に混入する各種のノイズを効果的に除去するようにした技術を既に提案している(特許文献1参照)。 On the other hand, the present applicant switches the driving direction of the Hall element between the vertical direction and the horizontal direction by a random binary signal, modulates the Hall electromotive force signal randomly, and spreads the spectrum in a wide band including the DC band. There has already been proposed a technique that spreads and demodulates the spread signal to cancel the offset of the Hall element and effectively remove various noises mixed in the signal (see Patent Document 1). .
磁石とホール素子を用いて回転角度を検出する方式の従来の技術について更に詳述する。
この方式の利点としては、レゾルバを用いた方式による回転角度検出装置と比較して、小型化、省スペース化、低コスト化を図ることができ、更に、組み立てや実装がしやすいという点が挙げられる。
しかしながら、ホール素子を用いた回転角度検出装置では、ホール素子の駆動電流生成装置や、ホール素子の出力を増幅する増幅器のような検出経路を構成する回路が必要となり、それらのホール素子や検出経路の特性のばらつきに起因して、信号強度にばらつきが生じる。
The conventional technique of detecting the rotation angle using a magnet and a Hall element will be described in further detail.
The advantage of this method is that it can be reduced in size, space-saving, and cost-reduced compared to a rotation angle detector using a resolver, and is easy to assemble and mount. It is done.
However, a rotation angle detection device using a Hall element requires a circuit that forms a detection path such as a drive current generator for the Hall element and an amplifier that amplifies the output of the Hall element. The signal intensity varies due to the variation in characteristics.
図11は、ホール素子を用いた従来の回転角度検出装置の一例を表すブロック図である。
図11の回転角度検出装置は、2つのホール素子1101,1102の近傍に図示されない磁石が設けられる。この磁石は、被検出量としての回転角度位置が可変であるように設けられ、2つのホール素子1101,1102に対してバイアス磁界を作用させる。
2つのホール素子1101,1102は、直交するX方向に対応するホール素子1101およびY方向に対応するホール素子1102であり、ホール素子1101を駆動する駆動電流源1103およびホール素子1102を駆動する駆動電流源1104が設けられている。そして、既述の非特許文献3に開示された如く、駆動電流の方向をホール素子内で直交する方向に交互に切替えることによってホール素子1101,1102のホール起電力に変調をかけ、後段の回路で周波数分離して検出するように構成されている。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a conventional rotation angle detection device using a Hall element.
In the rotation angle detection device of FIG. 11, a magnet (not shown) is provided in the vicinity of the two
The two
上述の変調をかけるために、X方向に対応するホール素子1101の駆動電流の方向を、周波数fCPのチョッパー駆動信号CPに同期して切替え動作を行うチョッパースイッチ1111で上述のように交互に切替える。
同様に、Y方向に対応するホール素子1102の駆動電流の方向を、周波数fCPのチョッパー駆動信号CPに同期して切替え動作を行うチョッパースイッチ1121で、上述のように交互に切替える。
In order to apply the above-described modulation, the direction of the drive current of the
Similarly, the direction of the drive current of the
上述のように駆動電流の方向が切替えられて生じたX方向に対応するホール素子1101からの出力信号は増幅器1112に供給され、Y方向に対応するホール素子1102の出力信号は増幅器1222に供給される。
増幅器1112の出力信号が、周波数fCPのチョッパー駆動信号CPに同期して切替え動作を行うXチャネルのチョッパースイッチ1113に供給され、同様に、増幅器1222の出力信号が、周波数fCPのチョッパー駆動信号CPに同期して切替え動作を行うYチャネルのチョッパースイッチ1123に供給される。
The output signal from the
The output signal of the
このXチャネルのチョッパースイッチ1113の出力信号Vx・cosθが低域通過特性を有するループフィルタを含む角度検出ループ1130に入力される。
また、Yチャネルのチョッパースイッチ1123の出力信号Vy・sinθも低域通過特性を有するループフィルタを含む角度検出ループ1130に入力される。
そして、角度検出ループ1130から、検出出力θnを得る。
The output signal Vx · cos θ of the
The output signal Vy · sin θ of the Y-
The detection output θ n is obtained from the
図12は、図11の回転角度検出装置において両チャネルの信号処理に適用する素子の特性が整合していない場合の作用を説明する図である。
即ち、図11における各増幅器1112および1122の後段の各チョッパースイッチ1113および1123の入力信号および出力信号を表している。各増幅器1112および1122の前段の各チョッパースイッチ1111および1121で変調された、チョッパー周波数fCPの、XチャネルおよびYチャネルの各ホール起電力SxおよびSyは、各対応するチョッパースイッチ1113および1123で復調される。
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation when the characteristics of the elements applied to the signal processing of both channels are not matched in the rotation angle detection device of FIG.
That is, the input signals and output signals of the
オフセットの成分OxおよびOyを含む信号は、チョッパー周波数fCPで変調されており、これは低域通過特性を有するループフィルタを含む角度検出ループ1130内で低減されるが、信号強度のミスマッチの影響はキャンセルできない。
このようにキャンセルできない両チャネルの信号強度のミスマッチによる差分に起因して、角度検出に誤差を生じる。
角度検出ループ1130で算出される角度情報(検出出力)をθn、実際の磁石の回転
角をθとすると、θnは次の式から算出される。
θn=tan-1(Vy・sinθ/Vx・cosθ)…………(1)
The signal including the offset components Ox and Oy is modulated at the chopper frequency f CP , which is reduced in the
Thus, an error occurs in angle detection due to the difference due to the mismatch of the signal strengths of both channels that cannot be canceled.
Assuming that the angle information (detection output) calculated by the
θ n = tan −1 (Vy · sin θ / Vx · cos θ) (1)
図13は、図11の回転角度検出装置においてX、Y両チャネルのチョッパースイッチの出力信号にミスマッチが生じた場合の作用を説明する図である。
即ち、X、Y両チャネルの信号強度に1%のミスマッチがある場合に、上述の磁石が1回転したときに現われる角度誤差θ−θnを表している。図示の場合には、1%のミスマッチに対応して0.3度の角度誤差が生じている。
上述のように、特性のばらつき等に起因して、X、Y両チャネルの信号強度にミスマッチが生じると、角度演算を行う際に誤差が生じるという問題を惹起する。
このような問題に対処するべく、非特許文献2に開示された技術では、増幅器等の各信号処理回路について単一の検出経路を2つのホール素子に関して時分割で共通に用いるようにしている。即ち、2つのホール素子に関する各個の系統に分けて信号処理を行うことに起因する特性のばらつきが生じないようにしている。
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation when a mismatch occurs in the output signals of the chopper switches for both the X and Y channels in the rotation angle detection device of FIG.
That is, it represents the angle error θ−θ n that appears when the above-mentioned magnet makes one rotation when there is a mismatch of 1% in the signal intensity of both the X and Y channels. In the case shown in the figure, an angle error of 0.3 degrees is generated corresponding to a mismatch of 1%.
As described above, when mismatch occurs in the signal intensities of both the X and Y channels due to characteristic variations and the like, a problem arises that an error occurs when performing angle calculation.
In order to cope with such a problem, in the technology disclosed in Non-Patent
一方、上掲の特許文献1に開示の技術では、2対の対向する端子を持つ単一のホール素子を、各対の端子に交互に切替えて駆動電流を供給する。そして、この切替えに同期して、駆動電流の供給に用いない他方の1対の端子からホール起電力を検出し、該検出出力に基づいて当該ホール素子に作用する磁場の状況を検出する。この場合特に、上述の切替えをPN符号を用いてランダムに行うようにして、検出信号を広帯域にスペクトル拡散した上、ローパスフィルタを通してノイズ成分を除去するようにしている。
On the other hand, in the technique disclosed in the above-mentioned
しかし、回転角センサをモータの回転検出に用いる場合のように、特に高速の応答性が要求される用途には、単一の検出信号処理経路を時分割で共通に用いる方式では十分に応えきれない。
本発明は上述のような状況に鑑みてなされたものであり、複数の検出経路を持つことにより高速応答特性に優れ、且つ、各検出経路の特性のばらつきに起因する信号強度の不整合を低減することのできるホール起電力検出装置および回転角度検出装置を提供することを目的とする。
However, for applications that require high-speed responsiveness, such as when using a rotation angle sensor for motor rotation detection, a method that uses a single detection signal processing path in common in a time-sharing manner is sufficient. Absent.
The present invention has been made in view of the above-described situation. By having a plurality of detection paths, the present invention has excellent high-speed response characteristics, and reduces signal intensity mismatch caused by variations in characteristics of each detection path. It is an object of the present invention to provide a hall electromotive force detection device and a rotation angle detection device that can be used.
上記目的を達成するべく、以下に列挙するような技術を提案する。
(1)少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界強度に比例した出力を得るホール起電力検出装置であって、
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記前段反転切替え回路部の出力を既定の第2の周波数fCP2で切替えて出力するホール素子切替え回路部と、
前記ホール素子切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第2の周波数fCP2で切替えて出力させる増幅器切替え回路部と、
前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数fLPFをカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、を備え、
前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、
|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足していることを特徴とする
ホール起電力検出装置。
In order to achieve the above object, the following technologies are proposed.
(1) A Hall electromotive force detection device that receives an output signal from at least one pair of Hall elements and obtains an output proportional to the magnetic field strength,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
The reversal of the polarity of the Hall electromotive force due to the direction of switching of the Hall elements to the driving current supplied instead switching at a first frequency f CP1 default in a direction perpendicular in the Hall element to the appropriate and the drive current A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force to be reflected ;
And the Hall element switching circuit section for outputting switches at the second frequency f CP2 outputs the default plurality of pre SL front-stage inverting switching circuit portion,
A plurality of amplifier for amplifying the output of the Hall element switching circuit portion,
An amplifier switching circuit section for outputting switching a plurality of the output of the previous SL amplifier in the second frequency f CP2,
A plurality of subsequent inversion switching circuit units for outputting the outputs of the amplifier switching circuit unit with the polarity inverted at the first frequency f CP1 ;
Comprising a low-pass filter for filtering the output of the subsequent inverting switching circuit portion of the third frequency f LPF already fixed as a cut-off frequency, and
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
| H CP1 −f CP2 |> f LPF and the relationship of f CP1 , f CP2 > f LPF is satisfied.
上記(1)のホール起電力検出装置では、少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界強度に比例した出力を得る。
そして、その駆動電流源が、複数設けられ、前記各ホール素子に駆動電流を供給する。
また、その前段反転切替え回路部が、複数設けられ、前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる。
In the Hall electromotive force detection device of (1) above, an output signal from at least one pair of Hall elements is received, and an output proportional to the magnetic field strength is obtained.
A plurality of drive current sources are provided to supply drive current to each Hall element.
The circuit unit switching the preceding inversion, multiply provided, the switching instead to supply and the drive a driving current to the Hall element at a first frequency f CP1 in the direction of the predetermined orthogonal in Hall elements to each relevant The Hall electromotive force is output so as to reflect the reversal of the polarity of the Hall electromotive force by switching the direction of the current.
また、上記(1)のホール起電力検出装置は、複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を前記第2の周波数f CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部を備える。
更にまた、後段反転切替え回路部が、複数設けられ、前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する。
以上において、前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足して いる。
The Hall electromotive force detection device according to (1) is a drive current source switching circuit unit that switches the correspondence between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives supply of drive current at the second frequency f CP2. Is provided.
Furthermore, a plurality of rear-stage inversion switching circuit units are provided, and the outputs of the amplifier switching circuit units are output with the polarity inverted at the first frequency f CP1 .
On more than the first frequency f CP1, the second frequency f CP2, and the third frequency f LPF is, | f CP1 -f CP2 |> f LPF, and, f CP1, f CP2> f Satisfies the LPF relationship.
(2)少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値の回転角度検出出力を得る回転角度検出装置であって、
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記前段反転切替え回路部の出力を既定の第2の周波数fCP2で切替えて出力するホール素子切替え回路部と、
前記ホール素子切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第2の周波数fCP2で切替えて出力させる増幅器切替え回路部と、
前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数fLPFをカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力に基づいて回転角度検出出力を生成する回転角度検出出力生成部と、を備え、
前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、
|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足していることを特徴とする回転角度検出装置。
(2) receiving an output signal from the Hall element pair even without low, a rotation angle detecting apparatus for obtaining a rotation angle detection output value corresponding to the rotational angular displacement from a reference position in a magnetic field,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
The reversal of the polarity of the Hall electromotive force due to the direction of switching of the Hall elements to the driving current supplied instead switching at a first frequency f CP1 default in a direction perpendicular in the Hall element to the appropriate and the drive current A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force to be reflected ;
And the Hall element switching circuit section for outputting switches at the second frequency f CP2 outputs the default plurality of pre SL front-stage inverting switching circuit portion,
A plurality of amplifiers for amplifying the output of the Hall element switching circuit unit;
An amplifier switching circuit section for outputting switching a plurality of the output of the previous SL amplifier in the second frequency f CP2,
A plurality of subsequent inversion switching circuit units for outputting the outputs of the amplifier switching circuit unit with the polarity inverted at the first frequency f CP1 ;
A low pass filter for filtering the respective outputs of the subsequent inverting switching circuit portion of the third frequency f LPF already fixed as a cut-off frequency,
A rotation angle detection output generation unit that generates a rotation angle detection output based on the output of the low-pass filter ,
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
A rotation angle detection device characterized by satisfying the relationship of | f CP1 −f CP2 |> f LPF and f CP1 , f CP2 > f LPF .
上記(2)の回転角度検出装置では、少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値の回転角度検出出力を得る。
そして、その駆動電流源が、複数設けられ、前記各ホール素子に駆動電流を供給する。
また、その前段反転切替え回路部が、複数設けられ、前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる。
The rotation angle detection apparatus of (2), receives the pair output signals from the Hall elements of the at no less, to obtain a rotation angle detection output value corresponding to the rotational angular displacement from a reference position in a magnetic field.
A plurality of drive current sources are provided to supply drive current to each Hall element.
The circuit unit switching the preceding inversion, multiply provided, the switching instead to supply and the drive a driving current to the Hall element at a first frequency f CP1 in the direction of the predetermined orthogonal in Hall elements to each relevant The Hall electromotive force is output so as to reflect the reversal of the polarity of the Hall electromotive force by switching the direction of the current.
また、上記(2)の回転角度検出装置は、複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を前記第2の周波数f CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部を備える。
更にまた、後段反転切替え回路部が、複数設けられ、前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する。
また、回転角度検出出力生成部が、既定の第3の周波数f LPF をカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタの出力に基づいて回転角度検出出力を生成する。
以上において、前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足している。
The rotation angle detection device of (2) further includes a drive current source switching circuit unit that switches the correspondence relationship between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives the supply of drive current at the second frequency f CP2. Prepare.
Furthermore, a plurality of rear-stage inversion switching circuit units are provided, and the outputs of the amplifier switching circuit units are output with the polarity inverted at the first frequency f CP1 .
The rotation angle detection output generation unit generates the rotation angle detection output based on the output of the low pass filter for filtering the output of the subsequent inverting switching circuit portion default third frequency f LPF as a cut-off frequency .
In the above, the first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are | f CP1 −f CP2 |> f LPF and f CP1 , f CP2 > f Satisfies the LPF relationship.
(3)前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、
fCP1=2N・fCP2 (但し、Nは0以外の整数) の関係を充足していることを特徴とする(2)の回転角度検出装置。
上記(3)の回転角度検出装置では、(2)の回転角度検出装置において特に、前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、fCP1=2N・fCP2 (但し、Nは0以外の整数) の関係を充足して、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(3) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is
f CP1 = 2 N · f CP2 ( where, N is the integer other than 0) rotation angle detecting device for you, characterized in that they meet the relationship (2).
The rotation angle detecting device of the above (3), in particular in the rotation angle detection apparatus of (2), the first frequency f CP1, and the relationship of the second frequency f CP2, further, f CP1 = 2 By satisfying the relationship of N · f CP2 (where N is an integer other than 0), noise can be effectively reduced.
(4)前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、
fCP1>fCP2の関係を充足していることを特徴とする(2)または(3)の回転角度検出装置。
上記(4)の回転角度検出装置では、(2)または(3)の回転角度検出装置において特に、前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、fCP1>fCP2の関係を充足して、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(4) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further
The rotation angle detection device according to (2) or (3), wherein the relationship of f CP1 > f CP2 is satisfied.
In the rotation angle detection device of (4), particularly in the rotation angle detection device of (2) or (3), the relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further expressed as f The relationship of CP1 > fCP2 is satisfied, and the noise can be effectively reduced.
(5)前記回転角度検出出力生成部は、閉ループでの演算を行い、前記ローパスフィルタとして前記回転角度検出出力生成部内のループフィルタを用いることを特徴とする(2)ないし(4)の何れか一の回転角度検出装置。
上記(5)の回転角度検出装置では、(2)ないし(4)の何れか一の回転角度検出装置において特に、前記回転角度検出出力生成部は、閉ループでの演算を行い、前記ローパスフィルタとして前記回転角度検出出力生成部内のループフィルタを用いて、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(5) The rotation angle detection output generation unit performs calculation in a closed loop, and uses a loop filter in the rotation angle detection output generation unit as the low-pass filter. One rotation angle detection device.
In the rotation angle detection device of (5) above, in particular, in the rotation angle detection device of any one of (2) to (4), the rotation angle detection output generation unit performs a closed-loop calculation, and serves as the low-pass filter. Noise can be effectively reduced by using a loop filter in the rotation angle detection output generation unit.
(6)前記ローパスフィルタは、移動平均フィルタであることを特徴とする(2)ないし(4)の何れか一の回転角度検出装置。
上記(6)の回転角度検出装置では、(2)ないし(4)の何れか一の回転角度検出装置において特に、移動平均フィルタによって前記ローパスフィルタ機能を実現して、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(6) the low-pass filter, any one of the rotational angle detecting device to (2) through, characterized in that a moving average filter (4).
In the rotation angle detection apparatus of (6), (2) to particularly any one of the rotational angle detecting device (4), to realize the low-pass filter function by moving average filter, effective reduction of the noise Is possible.
(7)前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、
fCP1=2・fCP2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP2の関係を充足していることを特徴とする(6)の回転角度検出装置。
上記(7)の回転角度検出装置では、(6)の回転角度検出装置において特に、前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、fCP1=2・fCP2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP2の関係を充足するようにして、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(7) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is
The rotation angle of (6) is characterized in that the relationship of f CP1 = 2 · f CP2 is satisfied and the cutoff frequency f LPF1 in the low-pass filter function satisfies the relationship of f LPF1 = f CP2. Detection device.
In the rotation angle detection device of (7), particularly in the rotation angle detection device of (6), the relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further expressed as f CP1 = 2 · The relationship of f CP2 is satisfied, and the cut-off frequency f LPF1 in the low-pass filter function satisfies the relationship of f LPF1 = f CP2 to enable effective noise reduction.
(8)前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、
fCP1=fCP2/2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP1の関係を充足していることを特徴とする(6)の回転角度検出装置。
上記(8)の回転角度検出装置では、(6)の回転角度検出装置において特に、前記第1の周波数fCP1、および、前記第2の周波数fCP2の関係が、更に、fCP1=fCP2/2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP1の関係を充足するようにして、ノイズの効果的な低減を可能にしている。
(8) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is
The rotation angle of (6) is characterized in that the relationship of f CP1 = f CP2 / 2 is satisfied, and the cutoff frequency f LPF1 in the low-pass filter function satisfies the relationship of f LPF1 = f CP1 Detection device.
In the rotation angle detection device of (8), particularly in the rotation angle detection device of (6), the relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further expressed as f CP1 = f CP2 And the cutoff frequency f LPF1 in the low-pass filter function satisfies the relationship f LPF1 = f CP1 , thereby enabling effective reduction of noise.
(9)前記駆動電流源、前記増幅器が1対の前記各ホール素子に対応してそれぞれ設けられ、前記各ホール素子が、それぞれ同一平面上で直交する方向の磁場を検出するように配置されていることを特徴とする、(2)ないし(8)の何れか一項に記載の回転角度検出装置。
上記(9)の回転角度検出装置では、(2)ないし(8)の何れか一の回転角度検出装置において特に、前記駆動電流源、前記増幅器が1対の前記各ホール素子に対応してそれぞれ設けられ、前記各ホール素子が、それぞれ同一平面上で直交する方向の磁場を検出するように配置されている。
(10)少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界強度に比例した出力を得るホール起電力検出装置であって、
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数f CP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を既定の第2の周波数f CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部と、
前記前段反転切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第1の周波数f CP1 で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数f LPF をカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、を備え、
前記第1の周波数f CP1 、前記第2の周波数f CP2 、および、前記第3の周波数f LPF が、
|f CP1 −f CP2 |>f LPF 、且つ、f CP1 ,f CP2 >f LPF の関係を充足していることを特徴とする
ホール起電力検出装置。
(11)少なくとも1対の各ホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値の回転角度検出出力を得る回転角度検出装置であって、
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数f CP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を既定の第2の周波数f CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部と、
前記前段反転切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第1の周波数f CP1 で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数f LPF をカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力に基づいて回転角度検出出力を生成する回転角度検出出力生成部と、を備え、
前記第1の周波数f CP1 、前記第2の周波数f CP2 、および、前記第3の周波数f LPF が、
|f CP1 −f CP2 |>f LPF 、且つ、f CP1 ,f CP2 >f LPF の関係を充足していることを特徴とする
回転角度検出装置。
(12)前記第1の周波数f CP1 、および、前記第2の周波数f CP2 の関係が、更に、
f CP1 =2 N ・f CP2 (但し、Nは0以外の整数) の関係を充足していることを特徴とする(11)の回転角度検出装置。
(13)前記第1の周波数f CP1 、および、前記第2の周波数f CP2 の関係が、更に、f CP1 >f CP2 の関係を充足していることを特徴とする(11)または(12)の回転角度検出装置。
(14)前記回転角度検出出力生成部は、閉ループでの演算を行い、前記ローパスフィルタとして前記回転角度検出出力生成部内のループフィルタを用いることを特徴とする(11)ないし(13)の何れか一の回転角度検出装置。
(15)前記ローパスフィルタは、移動平均フィルタであることを特徴とする(11)ないし(13)の何れか一の回転角度検出装置。
(16)前記第1の周波数f CP1 、および、前記第2の周波数f CP2 の関係が、更に、f CP1 =2・f CP2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数f LPF1 は、f LPF1 =f CP2 の関係を充足していることを特徴とする(15)の回転角度検出装置。
(17)前記第1の周波数f CP1 、および、前記第2の周波数f CP2 の関係が、更に、f CP1 =f CP2 /2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタ機能におけるカットオフ周波数f LPF1 は、f LPF1 =f CP1 の関係を充足していることを特徴とする(15)の回転角度検出装置。
(18)前記駆動電流源、前記増幅器が1対の前記各ホール素子に対応してそれぞれ設けられ、前記各ホール素子が、それぞれ同一平面上で直交する方向の磁場を検出するように配置されていることを特徴とする、(11)ないし(17)の何れか一項に記載の回転角度検出装置。
(9) The drive current source and the amplifier are provided corresponding to the pair of Hall elements, respectively, and the Hall elements are arranged so as to detect magnetic fields in directions orthogonal to each other on the same plane. The rotation angle detection device according to any one of (2) to (8) .
In the rotation angle detection device of (9) above, in particular, in the rotation angle detection device of any one of (2) to (8), the drive current source and the amplifier correspond to each of the pair of Hall elements, respectively. The Hall elements are arranged so as to detect magnetic fields in directions orthogonal to each other on the same plane.
(10) A Hall electromotive force detection device that receives an output signal from at least one pair of Hall elements and obtains an output proportional to the magnetic field strength,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
A drive current is supplied to each Hall element by switching at a predetermined first frequency f CP1 in a direction orthogonal to each corresponding Hall element, and the reversal of the polarity of the Hall electromotive force is reflected by switching the direction of the drive current. A plurality of previous-stage inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force,
A drive current source switching circuit section for switching the correspondence relationship between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives supply of drive current at a predetermined second frequency f CP2 ;
A plurality of amplifiers for amplifying the output of the preceding-stage inversion switching circuit unit;
A plurality of rear-stage inversion switching circuit units for outputting the outputs of the plurality of amplifiers by inverting the polarity at the first frequency f CP1 ;
A low-pass filter that filters each output of the rear-stage inversion switching circuit unit using a predetermined third frequency f LPF as a cutoff frequency,
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
| f CP1 −f CP2 |> f LPF and f CP1 , f CP2 > f LPF are satisfied
Hall electromotive force detection device.
(11) A rotation angle detection device that receives an output signal from at least one pair of Hall elements and obtains a rotation angle detection output having a value corresponding to a rotation angle displacement from a reference position in a magnetic field,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
A drive current is supplied to each Hall element by switching at a predetermined first frequency f CP1 in a direction orthogonal to each corresponding Hall element, and the reversal of the polarity of the Hall electromotive force is reflected by switching the direction of the drive current. A plurality of previous-stage inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force,
A drive current source switching circuit section for switching the correspondence relationship between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives supply of drive current at a predetermined second frequency f CP2 ;
A plurality of amplifiers for amplifying the output of the preceding-stage inversion switching circuit unit;
A plurality of rear-stage inversion switching circuit units for outputting the outputs of the plurality of amplifiers by inverting the polarity at the first frequency f CP1 ;
A low-pass filter for filtering each output of the latter-stage inversion switching circuit unit using a predetermined third frequency f LPF as a cutoff frequency;
A rotation angle detection output generation unit that generates a rotation angle detection output based on the output of the low-pass filter,
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
| f CP1 −f CP2 |> f LPF and f CP1 , f CP2 > f LPF are satisfied
Rotation angle detection device.
(12) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further
The rotation angle detection device according to (11), wherein the relationship of f CP1 = 2 N · f CP2 (where N is an integer other than 0) is satisfied.
(13) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 further satisfies the relationship of f CP1 > f CP2 (11) or (12) Rotation angle detection device.
(14) The rotation angle detection output generation unit performs calculation in a closed loop, and uses a loop filter in the rotation angle detection output generation unit as the low-pass filter. One rotation angle detection device.
(15) The rotation angle detection device according to any one of (11) to (13), wherein the low-pass filter is a moving average filter.
(16) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 further satisfies the relationship f CP1 = 2 · f CP2 , and the cutoff frequency f in the low-pass filter function LPF1 satisfies the relationship f LPF1 = f CP2 , (15).
(17) The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 further satisfies the relationship f CP1 = f CP2 / 2, and the cutoff frequency f in the low-pass filter function LPF1 satisfies the relationship f LPF1 = f CP1 . (15).
(18) The drive current source and the amplifier are provided corresponding to the pair of Hall elements, respectively, and the Hall elements are arranged so as to detect magnetic fields in directions orthogonal to each other on the same plane. The rotation angle detection device according to any one of (11) to (17), characterized in that:
複数の検出経路を持つことにより高速応答特性に優れ、且つ、各検出経路の特性のばらつきに起因する信号強度の不整合を低減することのできる回転角度検出装置を実現することができる。 By having a plurality of detection paths, it is possible to realize a rotation angle detection apparatus that is excellent in high-speed response characteristics and that can reduce signal intensity mismatch due to variations in characteristics of the detection paths.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき詳述することにより本発明を明らかにする。
図1は、本発明の実施の形態である回転角度検出装置を表す機能ブロック図である。
図1を参照して説明する回転角度検出装置では、一般的なこの種の装置におけると同様に、2つのホール素子1,2の近傍に図示されない磁石が設けられる。この磁石は、被検出量としての回転角度位置(従って、この回転角度位置に相応した直接の被検出量であるホール起電力)が可変であるように設けられ、2つのホール素子1,2に対してバイアス磁界を作用させる。
Hereinafter, the present invention will be clarified by describing embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention.
In the rotation angle detection device described with reference to FIG. 1, a magnet (not shown) is provided in the vicinity of the two
図1の回転角度検出装置では、感磁方向が直交する位置関係に配された第1のホール素子1および第2のホール素子2に対応して、これらのホール素子1,2に交互に駆動電流(バイアス電流)を供給する第1の駆動電流源3および第2の駆動電流源4を備えている。
但し、適用され得る各ホール素子は上記の配置および構成のものに限られず、相互の相対位置が維持されるように配置され且つ駆動電流をその方向が素子内で直交する方向に経時的に切替えられるように供給可能な少なくとも1対の各ホール素子であればよい。
また、各ホール素子は、それぞれ同一平面上で直交する方向の磁場を検出する態様の配置を採り得る。
In the rotation angle detection device of FIG. 1, corresponding to the
However, each Hall element that can be applied is not limited to the one having the above arrangement and configuration, and is arranged so that the relative positions of the Hall elements are maintained, and the drive current is switched over time in a direction in which the directions are orthogonal within the element. As long as it is at least one pair of each Hall element which can be supplied.
In addition, each Hall element can take an arrangement in which a magnetic field in a direction orthogonal to each other on the same plane is detected.
図示のように、第1のチョッパースイッチ111が設けられ、この第1のチョッパースイッチ111によって、第1のホール素子1に対する駆動電流の方向の切替えと、この切替えに伴うホール起電力の出力端子の切替えとが行われる。
第1のチョッパースイッチ111による上述の切替え動作は、周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して行われる。
同様に、第2のチョッパースイッチ121が設けられ、この第2のチョッパースイッチ121によって、第2のホール素子1に対する駆動電流の方向の切替えと、この切替えに伴うホール起電力の出力端子の切替えとが行われる。
As shown in the figure, a
The above switching operation by the
Similarly, a
第2のチョッパースイッチ121による上述の切替え動作も、上述の周波数fCP1のチ
ョッパー駆動信号CP1に同期して行われる。
即ち、上述の第1のチョッパースイッチ111および第2のチョッパースイッチ121は、各ホール素子1および2に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1で交互に切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホ
ール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させるホール素子数と同数の前段反転切替え回路部を構成している。
The above switching operation by the
In other words, the
一方、第1の駆動電流源3および第2の駆動電流源4から、第1のチョッパースイッチ111および第2のチョッパースイッチ121への駆動電流の供給は、両駆動電流源3、4から両チョッパースイッチ111、121への駆動電流供給経路に介挿された駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140を通して行われる。この駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140によって、第1の駆動電流源3および第2の駆動電流源4から第1のチョッパースイッチ111および第2のチョッパースイッチ121への駆動電流の供給は、供給元と供給先との対応関係が交互に切替えられるようにして行われる。
On the other hand, the drive current is supplied from the first drive
この駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140における上述の切替え動作は、周波数fCP2のチョッパー駆動信号CP2に同期して行われる。
即ち、駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140は、各駆動電流源3および4と駆動電流の供給を受ける各ホール素子1および2との対応関係を既定の第2の周波数fCP2で切替える駆動電流源切替え回路部を構成している。
The above-described switching operation in the driving current source switching
That is, the drive current source switching
第1のチョッパースイッチ111および第2のチョッパースイッチ121によって駆動電流の方向が切替えられて生じた第1のホール素子1および第2のホール素子2からの各1対の出力信号は、ホール素子切替え用チョッパースイッチ150によって各対の出力信号が交互に切替えられて、増幅器122および増幅器122に入力される。
このチョッパースイッチ150の切替え動作は、周波数fCP2のチョッパー駆動信号C
P2に同期して行われる。
Each pair of output signals from the
The switching operation of the
This is performed in synchronization with P2.
即ち、ホール素子切替え用チョッパースイッチ150は、各前段反転切替え回路部の出力を前記第2の周波数fCP2で切替えて出力するホール素子切替え回路部を構成している。
そして、増幅器122およびの増幅器122の各1対の出力信号が、周波数fCP2のチョッパー駆動信号CP2に同期して切替え動作を行う増幅器切替え用チョッパースイッチ160によって各対の信号が交互に切替えられて、第3のチョッパースイッチ113および第4のチョッパースイッチ123に供給される。
即ち、増幅器切替え用チョッパースイッチ160は、各増幅器122および122の出力を第2の周波数fCP2で切替えて出力させる増幅器切替え回路部を構成している。
That is, the Hall element switching
Then, the pair of output signals of the
In other words, the amplifier switching
第3のチョッパースイッチ113の出力信号が低域通過特性を有するループフィルタを含む角度検出ループ130に入力される。
また、第4のチョッパースイッチ123の出力信号も低域通過特性を有するループフィルタを含む角度検出ループ130に入力される。
即ち、第3のチョッパースイッチ113および第4のチョッパースイッチ123は、増幅器切替え回路部の各出力を第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力するホール素子数と同数の後段反転切替え回路部を構成している。
そして、低域通過特性(カットオフ周波数は既定の第3の周波数fLPF)を有するループフィルタを含むアナログ角度検出ループ130から、検出出力θnを得る。
The output signal of the
The output signal of the
That is, the
Then, a detection output θ n is obtained from the analog
即ち、ループフィルタ130は、後段反転切替え回路部の各出力に基づいて既定の第3の周波数fLPFをカットオフ周波数とするローパスフィルタ機能によって回転角度検出出力を生成する回転角度検出出力生成部を構成している。
上述の構成において、第1のホール素子1および第2のホール素子2は製造時の条件のばらつき等に起因してバイアス磁界の強さ、及び駆動電流の単位値当たりのホール起電力であるホール素子の感度にばらつきがある。
また、第1の駆動電流源3および第2の駆動電流源4にも製造プロセスのばらつき等に起因して、それらのオフセット出力にもばらつきがある。
That is, the
In the above-described configuration, the
The first drive
本発明の実施の形態では、上述のようなホール素子の感度やオフセット出力のばらつきの影響を、以下に詳述するようにして低減している。
図2は、図1の回転角度検出装置における第1のチョッパースイッチに関係する各信号のタイミングチャートである。
図2において、図2(A)はチョッパー駆動信号CP1の信号波形図、図2(B)はチョッパー駆動信号CP2の信号波形図、図2(C)は第1のチョッパースイッチ111の出力であるホール素子1のホール起電力、図2(D)は第1のチョッパースイッチ111の出力であるホール素子1のオフセット成分である。尚、図2(C)は図1における第1のチョッパースイッチ111の出力側に破線の輪F2で示す部分の信号である。
In the embodiment of the present invention, the influence of variations in sensitivity of the Hall element and offset output as described above is reduced as described in detail below.
FIG. 2 is a timing chart of each signal related to the first chopper switch in the rotation angle detection device of FIG.
2A is a signal waveform diagram of the chopper drive signal CP1, FIG. 2B is a signal waveform diagram of the chopper drive signal CP2, and FIG. 2C is an output of the
図2(A)および図2(B)を対比して明らかなとおり、本実施の形態におけるチョッパー駆動信号CP1の周波数fCP1とチョッパー駆動信号CP2の周波数fCP2との関係はfCP1=2×fCP2である。
尚、この関係は、より一般的にはfCP1=2N・fCP2 (但し、Nは0以外の整数)で
あり得るものであり、実用上は、上述の場合を含み、Nを1ないし2とすることは妥当である。
As is clear by comparing FIGS. 2A and 2B, the relationship between the frequency f CP1 of the chopper drive signal CP1 and the frequency f CP2 of the chopper drive signal CP2 in this embodiment is f CP1 = 2 × f CP2 .
This relationship can be more generally f CP1 = 2 N · f CP2 (where N is an integer other than 0). In practice, N includes 1 to 2 is reasonable.
図1を参照して既述のように、第1のチョッパースイッチ111、第2のチョッパースイッチ112、第3のチョッパースイッチ113、および、第4のチョッパースイッチ114は、チョッパー駆動信号CP1に同期して切替え動作が行われ、この切替えによりホール起電力の極性を反転させる操作を行う。
また、駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140、ホール素子切替え用チョッパースイッチ150、および、増幅器切替え用チョッパースイッチ160は、チョッパー駆動信号CP2に同期して切替え動作が行われる。
As described above with reference to FIG. 1, the
The drive current source switching
従って、駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140で、図2(B)のチョッパー駆動信号CP2の半周期毎に、同じホール素子1について、駆動電流を供給するための、第1の駆動電流源3(電流Ix)と第2の駆動電流源4(電流Iy)とが切替えられる。
ホール素子はホール素子の駆動電流と磁界強度に比例した電圧を出力するものとなっているため、ホール素子の感度をS(電圧/磁界強度/駆動電流)とすると、単位磁場(磁界の強さの単位量)が入力されている場合、ホール素子1のホール起電力は、チョッパー駆動信号CP1に同期して極性が反転し、且つ、チョッパー駆動信号CP2に同期して駆動電流源3および4(従って、駆動電流IxおよびIy)が切替わることによって、ホール素子1からは図2(C)のようなホール起電力(±S・Ix、及び±S・Iy)が生じる。
Therefore, the first drive current source 3 (for supplying the drive current to the
Since the Hall element outputs a voltage proportional to the drive current and magnetic field strength of the Hall element, if the sensitivity of the Hall element is S (voltage / magnetic field strength / drive current), the unit magnetic field (the strength of the magnetic field) ), The polarity of the Hall electromotive force of the
即ち、チョッパー駆動信号CP2に同期して、駆動電流源切替え用チョッパースイッチ140が作動することにより、第1の駆動電流源3(電流Ix)が選択されている期間において±S・Ixのホール起電力が生起し、第2の駆動電流源4(電流Iy)が選択されている期間において±S・Iyのホール起電力が生起する。
図2(C)において、信号レベルを表す一点鎖線は基準レベルを表し、その上下の細線の鎖線は駆動電流源(従って、駆動電流)の切替えによって生じるオフセット量の差を表すための目安である。次の図2(D)には、図2(C)における第1のチョッパースイッチ111の出力のうち、上述のオフセット量に該当する成分を抽出して表記してある。
That is, when the driving current source switching
In FIG. 2C, a one-dot chain line representing a signal level represents a reference level, and a thin chain line above and below the reference level is a guideline for representing a difference in offset amount caused by switching of a drive current source (and hence drive current). . In FIG. 2D, a component corresponding to the above-described offset amount is extracted from the output of the
即ち、同一のホール素子のオフセットについては、チョッパー駆動信号CP1では変調はかからないが、ホール素子のオフセットについても駆動電流に比例した大きさとなるため、駆動電流のばらつきに起因して、第1の駆動電流源3(電流Ix)が選択されている期間においてOH・Ixであり、第2の駆動電流源4(電流Iy)が選択されている期間においてOH・Iyであるといったように異なる値をとる。 In other words, the offset of the same Hall element is not modulated by the chopper drive signal CP1, but the offset of the Hall element is also proportional to the drive current, so that the first drive is caused by the variation in the drive current. a O H · Ix in the period current source 3 (current Ix) is selected, the second driving current source 4 (current Iy) different values as such are O H · Iy in the period being selected Take.
図3は、図1の増幅器切替え用チョッパースイッチ160に関係する各信号のタイミングチャートである。
図3において、図3(A)はチョッパー駆動信号CP1の信号波形図、図3(B)はチョッパー駆動信号CP2の信号波形図、図3(C)は増幅器切替え用チョッパースイッチ160の出力である増幅されたホール起電力、図3(D)はホール素子のオフセット成分、図3(E)は増幅器のオフセット成分である。
FIG. 3 is a timing chart of each signal related to the amplifier switching
3A is a signal waveform diagram of the chopper drive signal CP1, FIG. 3B is a signal waveform diagram of the chopper drive signal CP2, and FIG. 3C is an output of the amplifier switching
尚、図3(C)は図1における増幅器切替え用チョッパースイッチ160の出力側に破線の輪F3で示す部分の信号である。
図3(A)のチョッパー駆動信号CP1の信号波形図、および、図3(B)のチョッパー駆動信号CP2の信号波形図については、図2(A)および図2(B)と同じ信号波形である。
図3(C)に示されたように、増幅器122で増幅されたホール起電力信号および増幅器122で増幅されたホール起電力信号が、増幅器切替え用チョッパースイッチ160の出力側にチョッパー駆動信号CP2に同期して交互に出力される。
FIG. 3C shows a signal of a portion indicated by a broken line F3 on the output side of the amplifier switching
The signal waveform diagram of the chopper drive signal CP1 in FIG. 3 (A) and the signal waveform diagram of the chopper drive signal CP2 in FIG. 3 (B) are the same signal waveforms as those in FIGS. 2 (A) and 2 (B). is there.
As shown in FIG. 3C, the Hall electromotive force signal amplified by the
既述のように、ホール素子の感度をSとすると、チョッパー駆動信号CP2に同期して、ホール素子切替え用チョッパースイッチ150および増幅器切替え用チョッパースイッチ160が作動することにより、第1の駆動電流源3(電流Ix)および増幅器122が選択されている期間において、チョッパー駆動信号CP1に同期して極性が反転するようにして±S・Ix・GXの検出電圧が出力される。また、第2の駆動電流源4(電流Iy)および増幅器122が選択されている期間において、チョッパー駆動信号CP1に同期して極性が反転するようにして±S・Iyの検出電圧が出力される。
As described above, if the sensitivity of the Hall element is S, the Hall element switching
この図3(C)の信号には、図3(D)のホール素子によるオフセット成分と、図3(E)の増幅器によるオフセット成分とが含まれている。
図3(D)のホール素子のオフセット成分は、第1の駆動電流源3(電流Ix)および増幅器122(増幅率GX)が選択されている期間においてOH・Ix・Gxであり、また、第2の駆動電流源4(電流Iy)および増幅器122(増幅率Gy)が選択されている期間においてOH・Iy・Gyである値をとる。
図3(E)の増幅器のオフセット成分は、第1の駆動電流源3(電流Ix)および増幅器122(増幅率Gx)が選択されている期間においてOAX・Gxであり、また、第2の駆動電流源4(電流Iy)および増幅器122(増幅率Gy)が選択されている期間においてOAY・Gyである値をとる。
The signal in FIG. 3C includes an offset component due to the Hall element in FIG. 3D and an offset component due to the amplifier in FIG.
Offset component of the Hall element of FIG. 3 (D) a O H · Ix · Gx in the first driving current source 3 (current Ix) and
The offset component of the amplifier in FIG. 3E is O AX · Gx during the period when the first drive current source 3 (current Ix) and the amplifier 122 (amplification factor Gx) are selected, and the second It takes a value of O AY · Gy during the period when the drive current source 4 (current Iy) and the amplifier 122 (amplification factor Gy) are selected.
図4は、第3のチョッパースイッチ113に関係する各信号のタイミングチャートである。即ち、第3のチョッパースイッチ113の出力と、この出力をループフィルタで低減させたときの信号波形図である。
図4において、図4(A)はチョッパー駆動信号CP1の信号波形図、図4(B)はチョッパー駆動信号CP2の信号波形図、図4(C1)は第3のチョッパースイッチ113の作用により周波数fCP1で位相反転されたホール起電力、図4(D1)は第3のチョッパースイッチ113の作用により周波数fCP1で位相反転されたホール素子のオフセット成分、図4(E1)は増幅器のオフセット成分である。尚、図4(C2)、図4(D2)、および、図4(E2)については後述する。
FIG. 4 is a timing chart of each signal related to the
4A is a signal waveform diagram of the chopper
ここで、図4(C1)は図1における第3のチョッパースイッチ113の出力側に破線の輪F4で示す部分の信号である。
図4(A)のチョッパー駆動信号CP1の信号波形図、および、図4(B)のチョッパー駆動信号CP2の信号波形図については、図2(A)および図2(B)と同じ信号波形である。
図4(C1)に示されたように、増幅器122で増幅され且つ増幅器切替え用チョッパースイッチ160での既述の信号切替えを経て、第3のチョッパースイッチ113で周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して極性反転されたホール起電力信号は、図示のように全時間区間で破線図示の0レベルよりも正側の値をとる信号に変換される。
Here, FIG. 4C1 is a signal of a portion indicated by a broken line F4 on the output side of the
The signal waveform diagram of the chopper drive signal CP1 in FIG. 4A and the signal waveform diagram of the chopper drive signal CP2 in FIG. 4B are the same signal waveforms as those in FIGS. 2A and 2B. is there.
As shown in FIG. 4 (C1), the signal is amplified by the
即ち、本例では、チョッパー駆動信号CP2のハイレベルの時間区間でS・Ix・GX、ロウレベルの時間区間でS・Iy・Gyの値をとる検出電圧が第3のチョッパースイッチ113から出力される。
この図4(C1)の信号には、図4(D1)のホール素子によるオフセット成分と、図4(E1)の増幅器によるオフセット成分とが含まれているが、本実施の形態では、後述するように、これらのオフセット成分は後段の回路によって実質的に一掃される。
That is, in this example, the
The signal shown in FIG. 4C1 includes an offset component due to the Hall element shown in FIG. 4D1 and an offset component due to the amplifier shown in FIG. 4E1, which will be described later in this embodiment. Thus, these offset components are substantially eliminated by the subsequent circuit.
図4(D1)のホール素子のオフセット成分は、第1の駆動電流源3(電流Ix)および増幅器122(増幅率GX)が選択されている期間においてはOH・Ix・Gxである図3(D)の信号が第3のチョッパースイッチ113で周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して極性反転されて、一点鎖線図示の0レベルから正側および負側に半周期ずれて対称となるような信号波形を呈する。また、第2の駆動電流源4(電流Iy)および増幅器122(増幅率Gy)が選択されている期間においてOH・Iy・Gyである図3(D)の信号が第3のチョッパースイッチ113で周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して極性反転されて、一点鎖線図示の0レベルから正側および負側に半周期ずれて対称となるような信号波形を呈する。
Offset component of the Hall element of FIG. 4 (D1), in the first driving current source 3 (current Ix) and
図4(E1)の増幅器のオフセット成分についても同様に、第1の駆動電流源3(電流Ix)および増幅器122(増幅率Gx)が選択されている期間においてOAX・Gxである図3(E)の信号が第3のチョッパースイッチ113で周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して極性反転されて、一点鎖線図示の0レベルから正側および負側に半周期ずれて対称となるような信号波形を呈する。また、第2の駆動電流源4(電流Iy)および増幅器122(増幅率Gy)が選択されている期間においてOAY・Gyである図3(E)の信号が第3のチョッパースイッチ113で周波数fCP1のチョッパー駆動信号CP1に同期して極性反転されて、一点鎖線図示の0レベルから正側および負側に半周期ずれて対称となるような信号波形を呈する。
Similarly, the offset component of the amplifier in FIG. 4E1 is O AX · Gx in the period in which the first drive current source 3 (current Ix) and the amplifier 122 (amplification factor Gx) are selected (FIG. 3). The signal of E) is inverted in polarity by the
図4(C2)は、図4(C1)の信号を、アナログ角度検出ループ130内の低域通過特性を有するループフィルタを通してその高周波の成分を抑圧し平均化して得た検出出力信号を表す信号波形図であり、図4(D2)、および、図4(E2)は、図4(C1)の信号におけるオフセット成分(既述のように実効的に一掃される)を表している。
即ち、図4(C2)の信号は既述の符号によりS・(Ix・Gx+Iy・Gy)/2と表されるレベルのDC信号となる。
また、このうちのホール素子のオフセット成分は、図4(D2)のように、図4(D1)のような波形の信号が平均化されて実効的に0レベルとなる。
増幅器のオフセット成分についても同様に、図4(E2)のように、図4(E1)のような波形の信号が平均化されて実効的に0レベルとなる。
FIG. 4C2 is a signal representing a detection output signal obtained by suppressing the high frequency component of the signal of FIG. 4C1 through a loop filter having a low-pass characteristic in the analog
That is, the signal in FIG. 4C2 becomes a DC signal having a level represented by S · (Ix · Gx + Iy · Gy) / 2 by the above-described code.
Of these, the offset component of the Hall element is effectively 0 level as shown in FIG. 4 (D2) by averaging signals having a waveform as shown in FIG. 4 (D1).
Similarly for the offset component of the amplifier, as shown in FIG. 4 (E2), the signal having the waveform as shown in FIG. 4 (E1) is averaged to effectively become 0 level.
以上、図2、図3、および、図4を参照して説明した、ホール素子1側のホール起電力に関する系統の信号処理は、ホール素子2側のホール起電力に関する系統の信号処理についても同様である。
即ち、ホール素子2に関しても、単位磁場が印加されたときのホール起電力は図2、図3、および、図4を参照して説明したところと同様にS・(Ix・Gx+Iy・Gy)/2の値に平均化され、信号処理系統間の、電流源や増幅器の特性のばらつきに起因する信号強度のミスマッチは実効的に0に抑制される。
As described above, the signal processing of the system related to the Hall electromotive force on the
That is, with respect to the
次に、適宜図面を参照して、上述した回転角度検出装置における作用を周波数ドメインで考察する。
図5は、図1の回転角度検出装置における第1のチョッパースイッチ111の出力(破線の輪F2の部分)に関する周波数スペクトラムを表す図である。
電流源や増幅器の特性のばらつきに起因するゲインミスマッチの成分については、チョッパー駆動信号CP2の周波数fCP2で変調される。
一方、ホール素子や増幅器のオフセットについては、チョッパー駆動信号CP1の周波数fCP1と、周波数fCP1−fCP2および周波数fCP1+fCP2で変調される。
また、図中、fLPFは既述のループフィルタにおけるカットオフ周波数である。
Next, with reference to the drawings as appropriate, the operation of the rotation angle detection device described above will be considered in the frequency domain.
FIG. 5 is a diagram illustrating a frequency spectrum related to the output of the first chopper switch 111 (part of the broken-line wheel F2) in the rotation angle detection device of FIG.
A gain mismatch component caused by variations in the characteristics of the current source and the amplifier is modulated at the frequency f CP2 of the chopper drive signal CP2.
On the other hand, the offset of the Hall element or the amplifier is modulated by the frequency f CP1 of the chopper drive signal CP1, the frequency f CP1 -f CP2, and the frequency f CP1 + f CP2 .
In the figure, f LPF is a cutoff frequency in the loop filter described above.
図5を参照して説明したゲインミスマッチの成分や各オフセットの信号については、これらを含んだままで角度検出のための演算(即ち、信号処理)を行うと、ノイズとして検出値の誤差を生起させる要因となる。従って、これらは十分に低減させる必要があるが、全てのノイズに対して効果的に帯域制限を行うには次の関係が充足されることを要する。
|fCP1−fCP2|>fLPF;fCP1,fCP2>fLPF…………(2)
各周波数について、上記(2)式を充足することによって、検出誤差の要因となる全てのノイズを効果的に抑制することができる。
図5を参照して容易に理解されるとおり、電流源や増幅器の特性のばらつきに起因するゲインミスマッチによる出力のスペクトラムは周波数fCP2近傍に集中する。
With respect to the gain mismatch components and the offset signals described with reference to FIG. 5, if calculation for angle detection (ie, signal processing) is performed with these components included, errors in detection values are caused as noise. It becomes a factor. Therefore, it is necessary to sufficiently reduce these, but it is necessary to satisfy the following relationship in order to effectively limit the band for all noises.
| f CP1 −f CP2 |> f LPF ; f CP1 , f CP2 > f LPF (2)
By satisfying the above equation (2) for each frequency, it is possible to effectively suppress all noise that causes detection errors.
As can be easily understood with reference to FIG. 5, the spectrum of the output due to the gain mismatch caused by variations in the characteristics of the current source and the amplifier is concentrated in the vicinity of the frequency f CP2 .
これに対し、ホール素子や増幅器のオフセットに起因するノイズのスペクトラムは周波数fCP11−fCP2および周波数fCP1+fCP2近傍に集中する。
通常、ゲインミスマッチによるノイズ成分と、オフセットによるノイズ成分とでは、後者の方が数十倍高くなる傾向を呈するため、これの対策に特に意を用いる必要がある。
オフセットによるノイズ成分をフィルタによって抑制することを考えると、上記(2)式中の、fCP1−fCP2、または、fCP1は高い周波数にすることが望ましい。
On the other hand, the spectrum of noise caused by the offset of the Hall element or the amplifier is concentrated in the vicinity of the frequency f CP11 -f CP2 and the frequency f CP1 + f CP2 .
Usually, the noise component due to the gain mismatch and the noise component due to the offset tend to be several tens of times higher, so it is necessary to pay particular attention to countermeasures against this.
Given be suppressed by filtering noise component due to the offset, (2) in the formula, f CP1 -f CP2, or, f CP1 is desirably set to a high frequency.
図6は、これらのノイズに関するより具体的な周波数スペクトラムを表す図である。
図6(A)は、fCP1=100kHz、fCP2=25kHzとした場合の周波数スペクトラムを表し、図6(A)は、fCP1=25kHz、fCP2=100kHzとした場合の周波数スペクトラムを表している。
図6に表されているところから考察される如く、オフセットを効果的に低減させるには次の関係が充足されることが望ましい。
fCP1>fCP2……………………(3)
また、fCP1とfCP2との関係は、或る原発振周波数によるメインクロックから分周回路を通して生成される、2の累乗の関係とすることによって構成の簡素化が図られる。
即ち、fCP1=2N・fCP2 (但し、Nは0以外の整数)
FIG. 6 is a diagram showing a more specific frequency spectrum related to these noises.
6A shows a frequency spectrum when f CP1 = 100 kHz and f CP2 = 25 kHz, and FIG. 6A shows a frequency spectrum when f CP1 = 25 kHz and f CP2 = 100 kHz. Yes.
As will be considered from the representation in FIG. 6, it is desirable that the following relationship be satisfied in order to effectively reduce the offset.
f CP1 > f CP2 (3)
Further, the relationship between f CP1 and f CP2 is a power of 2 generated through a frequency dividing circuit from a main clock having a certain original oscillation frequency, thereby simplifying the configuration.
That is, f CP1 = 2 N · f CP2 (where N is an integer other than 0)
図7は、本発明の回転角度検出装置の他の実施の形態を表す機能ブロック図である。
図7において、図1との対応部は同一の参照符号を附して示し、それら各部の説明は図1において既述の説明を援用する。
図7の実施の形態では、第3のチョッパースイッチ113の出力側と角度検出ループ130との間に第1のΔΣ変調器114を設け、また、第4のチョッパースイッチ123の出力側と角度検出ループ130との間に第2のΔΣ変調器124を設けている。
FIG. 7 is a functional block diagram showing another embodiment of the rotation angle detection device of the present invention.
In FIG. 7, corresponding parts to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of each part is referred to in FIG. 1.
In the embodiment of FIG. 7, the
そして、これら第1のおよび第2のΔΣ変調器114、124によって、第3のチョッパースイッチ113および第4のチョッパースイッチ123の各出力をデジタル信号に変換し、デジタル信号によって回転角度を検出する。
即ち、第1および第2のΔΣ変調器114、124、ならびに、角度検出ループ130によって、回転角度検出出力生成部が構成されている。
The first and
That is, the first and
図7の実施の形態では、ホール起電力を増幅した後にA/D変換を行う方式の回路に比し、図1の実施の形態と同様に、チョッパー駆動信号CP2の周波数fCP2で2つの検出信号処理系統を相互に切替えることによって、ゲイン等、適用されているデバイスのばらつきの影響を効果的に低減することができる。
また、これらのノイズの低減方法として、角度検出ループのループフィルタを適用することが効果的である。このループフィルタは上掲の非特許文献1に開示された事例においても1kHz程度の狭い帯域のものが適用されているが、閉ループの信号処理に関する信号の遅延は小さい特性を持つ。
従って、既述のようなオフセットやゲインのミスマッチに起因するノイズを効果的に抑制しつつ、優れた応答特性を実現することができる。
In the embodiment of FIG. 7, two detections are performed at the frequency f CP2 of the chopper drive signal CP2, as in the embodiment of FIG. 1, as compared with the circuit of the method of performing A / D conversion after amplifying the Hall electromotive force. By switching the signal processing systems to each other, it is possible to effectively reduce the influence of variations in applied devices such as gain.
Also, as a method for reducing these noises, it is effective to apply a loop filter of an angle detection loop. Although the loop filter having a narrow band of about 1 kHz is applied in the case disclosed in
Therefore, it is possible to realize excellent response characteristics while effectively suppressing noise caused by offset and gain mismatch as described above.
図8は、オフセットやゲインのミスマッチに起因するノイズを抑制するために適用して好適な移動平均フィルタの周波数特性を表す図である。
移動平均フィルタは、カットオフ周波数のn倍の周波数にゼロ点を持つ特性を有するため、信号処理の遅延が少ない高いカットオフ周波数のフィルタを用いても、ノイズを効率的に抑制することができる。
FIG. 8 is a diagram showing frequency characteristics of a moving average filter that is suitable for suppressing noise caused by offset and gain mismatch.
Since the moving average filter has a characteristic of having a zero point at a frequency n times the cutoff frequency, noise can be efficiently suppressed even when a filter with a high cutoff frequency with a small signal processing delay is used. .
図9は、オフセットやゲインのミスマッチに起因するノイズ成分の周波数スペクトラムと移動平均フィルタの減衰特性とを表す図である。
例えば、fCP1=2・fCP2、更には、fLPF=fCP2としても、図9に示されたように、フィルタのゼロ点と各ノイズ成分のピークとが全て一致するようになり、効果的に全てのノイズを抑制することができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency spectrum of a noise component resulting from an offset or gain mismatch and an attenuation characteristic of the moving average filter.
For example, even when f CP1 = 2 · f CP2 and further f LPF = f CP2, as shown in FIG. 9, the zero point of the filter and the peak of each noise component are all matched, and the effect Therefore, all noises can be suppressed.
図10は、本発明の回転角度検出装置の更に他の実施の形態を表す機能ブロック図である。
図10において、図1との対応部は同一の参照符号を附して示し、それら各部の説明は図1において既述の説明を援用する。
図10の実施の形態では、第3のチョッパースイッチ113の出力側に第1の移動平均フィルタ115を設け、また、第4のチョッパースイッチ123の出力側に第2の移動平均フィルタ125を設けている。
そして、これら第1および第2の移動平均フィルタ115、125の後段に角度検出AD変換器(ADC)170を設けている。この角度検出AD変換器170によって、第1および第2の移動平均フィルタ115、125の各出力をデジタル信号に変換し、デジタル信号によって回転角度を検出する。
FIG. 10 is a functional block diagram showing still another embodiment of the rotation angle detection device of the present invention.
In FIG. 10, corresponding parts to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of each part is referred to in FIG. 1.
In the embodiment of FIG. 10, the first moving
In addition, an angle detection AD converter (ADC) 170 is provided after the first and second moving
即ち、第1および第2の移動平均フィルタ115、125、および、角度検出AD変換器(ADC)170によって、回転角度検出出力生成部が構成されている。
そして、fCP1=2・fCP2とした場合には、第1および第2の移動平均フィルタ115、125のカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP2とする。
また、fCP1=fCP2/2とした場合には、第1および第2の移動平均フィルタ115、125のカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP1とする。
尚、移動平均フィルタを適用した図10の実施の形態においては、fCP1とfCP2との関係を上述のように一義的な関係とし、(3)式のように一義的に定まらない相対的関係のみを規定する条件は適用しない。移動平均フィルタを適用すると、ノイズは全て0に抑制されるからである。
That is, the first and second moving
When f CP1 = 2 · f CP2 , the cut-off frequency f LPF1 of the first and second moving
When f CP1 = f CP2 / 2, the cut-off frequency f LPF1 of the first and second moving
In the embodiment of FIG. 10 to which the moving average filter is applied, the relationship between f CP1 and f CP2 is defined as a unique relationship as described above, and the relative relationship that is not uniquely defined as in the equation (3). Conditions that specify only the relationship do not apply. This is because when the moving average filter is applied, all noises are suppressed to zero.
角度検出の演算に関しては、図1および図7の実施の形態におけるように、閉ループ方式を採ることもできるが、第1および第2の移動平均フィルタ115、125によってノイズは既に抑制される。このため、ループフィルタを含まない逐次比較型やパイプライン型の種々の角度検出AD変換器を適用してもよい。
尚、上述の各実施の形態では、ホール素子の駆動電流源と増幅器の出力信号に対しチョッパー駆動信号で切替えて変調をかける態様や、更に加えて、ΔΣ変調器に対しチョッパー駆動信号で切替えて変調をかける態様を採ったが、駆動電流源、増幅器、ないしはΔΣ変調器といった検出信号処理系統を構成する個々のデバイス毎に、これらによる出力信号に対しチョッパー駆動信号で切替えて変調をかける態様を採ることも可能である。
Regarding the calculation of angle detection, as in the embodiment of FIGS. 1 and 7, the closed loop method can be adopted, but the noise is already suppressed by the first and second moving
In each of the above embodiments, the Hall element drive current source and the output signal of the amplifier are switched by the chopper drive signal and modulated, and in addition, the ΔΣ modulator is switched by the chopper drive signal. Although the mode of applying modulation is adopted, the mode of applying the modulation by switching the output signal by the chopper drive signal for each device constituting the detection signal processing system such as the drive current source, the amplifier, or the ΔΣ modulator. It is also possible to take.
また、検出信号処理系統は、ホール素子1および2に各対応する既述のような2系統に限られず、隣接する各個の感磁面に沿う仮想平面が360°/nの角度間隔で交差するn個(nは自然数)のホール素子を配置し、これらに対応するn系統の検出信号処理系統を備え、上述のデバイスに対応する各デバイスを、循環的に順次に、或いは、ランダムに切替えて機能させるような構成を採ることも可能である。
更に、駆動電流源、増幅器が1対の各ホール素子に対応してそれぞれ設けられると共に、これら各ホール素子は、それぞれ同一平面上で直交する方向の磁場を検出するように配置されているような構成を採ることも可能である。
Further, the detection signal processing system is not limited to the two systems as described above corresponding to the
Further, a drive current source and an amplifier are provided corresponding to each pair of Hall elements, and these Hall elements are arranged so as to detect magnetic fields in directions orthogonal to each other on the same plane. It is also possible to adopt a configuration.
1…………………………………第1のホール素子
2…………………………………第2のホール素子
3…………………………………第1の電流源
4…………………………………第2の電流源
111……………………………第1のチョッパースイッチ
112、122…………………増幅器
113……………………………第3のチョッパースイッチ
114……………………………第1のΔΣ変調器
121……………………………第2のチョッパースイッチ
123……………………………第4のチョッパースイッチ
124……………………………第2のΔΣ変調器
130……………………………ループフィルタ
140……………………………駆動電流源切替え用チョッパースイッチ
150……………………………ホール素子切替え用チョッパースイッチ
160……………………………増幅器切替え用チョッパースイッチ
170……………………………角度検出AD変換器
1 …………………………………
Claims (20)
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記前段反転切替え回路部の出力を既定の第2の周波数fCP2で切替えて出力するホール素子切替え回路部と、
前記ホール素子切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第2の周波数fCP2で切替えて出力させる増幅器切替え回路部と、
前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数fLPFをカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、を備え、
前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、
|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足していることを特徴とする
ホール起電力検出装置。 A Hall electromotive force detection device that receives an output signal from at least one pair of Hall elements and obtains an output proportional to the magnetic field strength,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
The reversal of the polarity of the Hall electromotive force due to the direction of switching of the Hall elements to the driving current supplied instead switching at a first frequency f CP1 default in a direction perpendicular in the Hall element to the appropriate and the drive current A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force to be reflected ;
And the Hall element switching circuit section for outputting switches at the second frequency f CP2 outputs the default plurality of pre SL front-stage inverting switching circuit portion,
A plurality of amplifier for amplifying the output of the Hall element switching circuit portion,
An amplifier switching circuit section for outputting switching a plurality of the output of the previous SL amplifier in the second frequency f CP2,
A plurality of subsequent inversion switching circuit units for outputting the outputs of the amplifier switching circuit unit with the polarity inverted at the first frequency f CP1 ;
Comprising a low-pass filter for filtering the output of the subsequent inverting switching circuit portion of the third frequency f LPF already fixed as a cut-off frequency, and
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
| H CP1 −f CP2 |> f LPF and the relationship of f CP1 , f CP2 > f LPF is satisfied.
ことを特徴とする請求項1に記載のホール起電力検出装置。The Hall electromotive force detection device according to claim 1.
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数fCP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、
複数の前記前段反転切替え回路部の出力を既定の第2の周波数fCP2で切替えて出力するホール素子切替え回路部と、
前記ホール素子切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器の出力を前記第2の周波数fCP2で切替えて出力させる増幅器切替え回路部と、
前記増幅器切替え回路部の各出力を前記第1の周波数fCP1で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、
既定の第3の周波数fLPFをカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力に基づいて回転角度検出出力を生成する回転角度検出出力生成部と、を備え、
前記第1の周波数fCP1、前記第2の周波数fCP2、および、前記第3の周波数fLPFが、
|fCP1−fCP2|>fLPF、且つ、fCP1,fCP2>fLPFの関係を充足していることを特徴とする回転角度検出装置。 Receiving the output signals from the Hall elements of the pair even without low, a rotation angle detecting apparatus for obtaining a rotation angle detection output value corresponding to the rotational angular displacement from a reference position in a magnetic field,
A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
The reversal of the polarity of the Hall electromotive force due to the direction of switching of the Hall elements to the driving current supplied instead switching at a first frequency f CP1 default in a direction perpendicular in the Hall element to the appropriate and the drive current A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force to be reflected ;
And the Hall element switching circuit section for outputting switches at the second frequency f CP2 outputs the default plurality of pre SL front-stage inverting switching circuit portion,
A plurality of amplifiers for amplifying the output of the Hall element switching circuit unit;
An amplifier switching circuit section for outputting switching a plurality of the output of the previous SL amplifier in the second frequency f CP2,
A plurality of subsequent inversion switching circuit units for outputting the outputs of the amplifier switching circuit unit with the polarity inverted at the first frequency f CP1 ;
A low pass filter for filtering the respective outputs of the subsequent inverting switching circuit portion of the third frequency f LPF already fixed as a cut-off frequency,
A rotation angle detection output generation unit that generates a rotation angle detection output based on the output of the low-pass filter ,
The first frequency f CP1 , the second frequency f CP2 , and the third frequency f LPF are:
A rotation angle detection device characterized by satisfying the relationship of | f CP1 −f CP2 |> f LPF and f CP1 , f CP2 > f LPF .
ことを特徴とする請求項3に記載の回転角度検出装置。The rotation angle detection device according to claim 3.
fCP1=2N・fCP2 (但し、Nは0以外の整数) の関係を充足していることを特徴とする請求項3又は4に記載の回転角度検出装置。 The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further:
5. The rotation angle detection device according to claim 3, wherein a relationship of f CP1 = 2 N · f CP2 (where N is an integer other than 0) is satisfied.
fCP1>fCP2の関係を充足していることを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の回転角度検出装置。 The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further:
The rotation angle detection device according to any one of claims 3 to 5 , wherein a relationship of f CP1 > f CP2 is satisfied.
fCP1=2・fCP2の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP2の関係を充足していることを特徴とする請求項8に記載の回転角度検出装置。 The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further:
9. The rotation according to claim 8 , wherein the relationship of f CP1 = 2 · f CP2 is satisfied, and the cutoff frequency f LPF1 of the low-pass filter satisfies the relationship of f LPF1 = f CP2. Angle detection device.
fCP1=fCP2/2の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数fLPF1は、fLPF1=fCP1の関係を充足していることを特徴とする請求項8に記載の回転角度検出装置。 The relationship between the first frequency f CP1 and the second frequency f CP2 is further:
9. The rotation according to claim 8 , wherein a relationship of f CP1 = f CP2 / 2 is satisfied, and a cutoff frequency f LPF1 of the low-pass filter satisfies a relationship of f LPF1 = f CP1. Angle detection device.
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、 A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数f A predetermined first frequency f is applied to each Hall element in a direction orthogonal to each other in the corresponding hall element. CP1CP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force so as to reflect the polarity inversion of the Hall electromotive force by switching the direction of the drive current and switching,
複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を既定の第2の周波数f A correspondence relationship between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives the supply of the drive current is a predetermined second frequency f. CP2CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部と、A drive current source switching circuit section to be switched with,
前記前段反転切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、 A plurality of amplifiers for amplifying the output of the preceding-stage inversion switching circuit unit;
複数の前記増幅器の出力を前記第1の周波数f The outputs of the plurality of amplifiers are converted to the first frequency f. CP1CP1 で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、A plurality of rear-stage inversion switching circuit units that invert the polarity and output,
既定の第3の周波数f Default third frequency f LPFLPF をカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、を備え、A low-pass filter that filters each output of the latter-stage inversion switching circuit unit with a cut-off frequency,
前記第1の周波数f The first frequency f CP1CP1 、前記第2の周波数f, The second frequency f CP2CP2 、および、前記第3の周波数f, And the third frequency f LPFLPF が、But,
|f| f CP1CP1 −f-F CP2CP2 |>f|> F LPFLPF 、且つ、fAnd f CP1CP1 ,f, F CP2CP2 >f> F LPFLPF の関係を充足していることを特徴とするCharacterized by satisfying the relationship
ホール起電力検出装置。Hall electromotive force detection device.
前記各ホール素子に駆動電流を供給する複数の駆動電流源と、 A plurality of driving current sources for supplying a driving current to each Hall element;
前記各ホール素子に駆動電流を各該当するホール素子内で直交する方向に既定の第1の周波数f A predetermined first frequency f is applied to each Hall element in a direction orthogonal to each other in the corresponding hall element. CP1CP1 で切替えて供給し且つ該駆動電流の方向の切り替えによるホール起電力の極性の反転が反映されるように該ホール起電力を出力させる複数の前段反転切替え回路部と、A plurality of previous inversion switching circuit units for outputting the Hall electromotive force so as to reflect the polarity inversion of the Hall electromotive force by switching the direction of the drive current and switching,
複数の前記駆動電流源と駆動電流の供給を受ける各ホール素子との対応関係を既定の第2の周波数f A correspondence relationship between the plurality of drive current sources and each Hall element that receives the supply of the drive current is a predetermined second frequency f. CP2CP2 で切替える駆動電流源切替え回路部と、A drive current source switching circuit section to be switched with,
前記前段反転切替え回路部の出力を増幅する複数の増幅器と、 A plurality of amplifiers for amplifying the output of the preceding-stage inversion switching circuit unit;
複数の前記増幅器の出力を前記第1の周波数f The outputs of the plurality of amplifiers are converted to the first frequency f. CP1CP1 で極性を反転させて出力する複数の後段反転切替え回路部と、A plurality of rear-stage inversion switching circuit units that invert the polarity and output,
既定の第3の周波数f Default third frequency f LPFLPF をカットオフ周波数として前記後段反転切替え回路部の各出力をフィルタリングするローパスフィルタと、A low-pass filter that filters each output of the latter-stage inversion switching circuit unit with a cut-off frequency,
前記ローパスフィルタの出力に基づいて回転角度検出出力を生成する回転角度検出出力生成部と、を備え、 A rotation angle detection output generation unit that generates a rotation angle detection output based on the output of the low-pass filter,
前記第1の周波数f The first frequency f CP1CP1 、前記第2の周波数f, The second frequency f CP2CP2 、および、前記第3の周波数f, And the third frequency f LPFLPF が、But,
|f| f CP1CP1 −f-F CP2CP2 |>f|> F LPFLPF 、且つ、fAnd f CP1CP1 ,f, F CP2CP2 >f> F LPFLPF の関係を充足していることを特徴とするCharacterized by satisfying the relationship
回転角度検出装置。Rotation angle detection device.
ff CP1CP1 =2= 2 NN ・f・ F CP2CP2 (但し、Nは0以外の整数) の関係を充足していることを特徴とする請求項13に記載の回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 13, wherein the relationship of (where N is an integer other than 0) is satisfied.
ff CP1CP1 >f> F CP2CP2 の関係を充足していることを特徴とする請求項13又は14に記載の回転角度検出装置。The rotation angle detection device according to claim 13 or 14, wherein the relationship is satisfied.
ff CP1CP1 =2・f= 2 · f CP2CP2 の関係を充足し、且つ、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数f And the cut-off frequency f of the low-pass filter LPF1LPF1 は、fIs f LPF1LPF1 =f= F CP2CP2 の関係を充足していることを特徴とする請求項17に記載の回転角度検出装置。The rotation angle detection device according to claim 17, wherein the relationship is satisfied.
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