JP6049488B2 - センサ回路 - Google Patents
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Description
近年、電子機器は小型化が進み、内蔵されるセンサ回路も小型化しており、センサ回路の小型化はセンサ信号の微小信号化を招く。微小信号であるセンサ信号が一般的な電子機器で使用されるために、センサ回路のアンプにおいて、さらに高い増幅率が必要になる。一方、センサ回路は高速動作化を要求されつつある。高い増幅率と高速動作とは一般に相反し、これらの要求が満足されるために、従来では、アンプの消費電流が多くなっている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ、消費電流を増大することなく、センサ信号を高速かつ高い増幅率で増幅できるセンサ回路を提供する。
また、センサ回路に一次アンプが付加されても、一次アンプの消費電流の大部分はセンサ素子駆動電流として利用されるので、センサ回路の消費電流はほとんど増加しない。
第1実施形態のセンサ回路は、センサ素子S1、センサ素子S1の電流信号である差動出力信号(センサ信号)を予め増幅する一次アンプC1、増幅されたセンサ信号を増幅する二次アンプA1、センサ素子駆動電流を一定に保つための定電圧発生回路C2、フィードバック信号を帰還して増幅率を調整するフィードバック回路C3、で構成される。ここで、一次アンプC1を流れる電流の大部分は、センサ素子S1のバイアス電流として、センサ素子S1に流れている。
NMOSトランジスタM11とNMOSトランジスタM12とのサイズ比は、
1/(R11+R12):1/(R33+R34)
で表され、
NMOSトランジスタM21とNMOSトランジスタM22とのサイズ比は、
1/(R21+R22):1/(R35+R36)
で表され、
NMOSトランジスタM11とNMOSトランジスタM41とのサイズ比は、
1/(R11+R12):1/(R41+R42)
で表され、また、
I1:I4
で表される。
ここで、センサ素子S1は、ノード31と接地端子との間に流れるバイアス電流、及び、印加される磁気などの物理量に基づき、ノードN12及びノードN22に、センサ素子S1の電流信号である差動出力信号(センサ信号)を出力する。また、定電圧発生回路C2は、定電流源I4の定電流及び抵抗R41〜R42の抵抗値に基づき、ノードN41に、定電圧を発生する。この定電圧は、二次アンプA1の出力コモン電圧入力端子に入力され、二次アンプA1の出力コモン電圧となる。二次アンプA1は、出力コモン電圧入力端子と出力コモン電圧帰還端子の電圧が等しくなるように、非反転出力端子と反転出力端子の電圧を制御する。二次アンプA1の出力コモン電圧帰還端子にはノードN31が接続されているので、ノードN31とノードN41の電圧が等しくなる。
なお、温度により、抵抗R12及び抵抗R22の抵抗値がそれぞれ変動すると、その抵抗変動の分、ノードNO1〜NO2の二次アンプA1の出力コモン電圧も変動する。
第2実施形態のセンサ回路は、第1実施形態のセンサ回路に出力コモン電圧調整回路C4が追加される。所望の基準電圧を発生する基準電圧発生回路V41が、ノードN42に抵抗R43を介して接続される。この抵抗R43の抵抗値は、例えば、R13×(1+R12/R34)とする。第1実施形態のセンサ回路では、ノードNO1〜NO2の二次アンプA1の出力コモン電圧が(I1×R12)になっている。しかし、第2実施形態のセンサ回路は、出力コモン電圧が所望の電圧になっても良い。
第3実施形態のセンサ回路は、フィードバック回路C3の抵抗R13及び抵抗R23の接続先が変更される。第1実施形態のセンサ回路では、抵抗R13及び抵抗R23はノードN12及びノードN22にそれぞれ接続される。しかし、第3実施形態のセンサ回路は、抵抗R13及び抵抗R23は抵抗N11及び抵抗N21にそれぞれ接続されても良い。センサ素子S1に印加される磁気などの物理量が存在しない場合、第1実施形態のセンサ回路では、ノードNO1〜NO2の二次アンプA1の出力コモン電圧は、ノードN12及びノードN22の電圧であり、電源電圧から低い電圧である。しかし、第3実施形態のセンサ回路では、出力コモン電圧は、ノードN11及びノードN21の電圧になり、図1の場合よりも高くなる。すると、ノードNO1〜NO2のセンス信号の振幅が広くなることができ、その分、センサ信号の増幅率が高くなることができる。
第4実施形態のセンサ回路は、一次アンプC1の抵抗R31〜R32が、ダイオード接続されるPMOSトランジスタM31〜M32にそれぞれ置き換えられる。
第5実施形態のセンサ回路のように、各構成要素を電源端子及び接地端子に対して反転接続して、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに変更して構成しても、他の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。第5実施形態のセンサ回路は、第1実施形態のセンサ回路の各構成要素を電源端子及び接地端子に対して反転接続して構成したが、他の実施形態についても同様である。
C1 一次アンプ
C2 定電圧発生回路
C3 フィードバック回路
A1 二次アンプ
I1〜I2、I4 定電流源
Claims (4)
- 第一入力端子、第二入力端子、第一出力端子、第二出力端子を備え、4個のブリッジ型等価抵抗で構成されるセンサ素子の発生する電圧を増幅して出力するセンサ回路であって、
電源端子と接地端子との間に直列接続された第一定電流源と第一のMOSトランジスタと第一及び第二抵抗と、前記電源端子と前記接地端子との間に直列接続された第二定電流源と第二のMOSトランジスタと第三及び第四抵抗と、前記電源端子と前記センサ素子の第一入力端子との間に直列接続された第一抵抗成分と前記第一のMOSトランジスタにカレントミラー接続される第三のMOSトランジスタと、前記電源端子と前記センサ素子の第一入力端子との間に直列接続された第二抵抗成分と前記第二のMOSトランジスタにカレントミラー接続される第四のMOSトランジスタと、を備え、前記第一及び第二抵抗の接続点は前記センサ素子の第一出力端子と接続され、前記第三及び第四抵抗の接続点は前記センサ素子の第二出力端子と接続された、一次アンプと、
電源端子と接地端子との間に直列接続された第三定電流源と第五のMOSトランジスタと第五及び第六抵抗と、を備え、定電圧を発生する定電圧発生回路と、
反転入力端子は前記第三のMOSトランジスタのドレインに接続され、非反転入力端子は前記第四のMOSトランジスタのドレインに接続され、反転出力端子は前記センサ回路の反転出力端子に接続され、非反転出力端子は前記センサ回路の非反転出力端子に接続され、出力コモン電圧入力端子は前記定電圧が入力され、出力コモン電圧帰還端子は前記センサ素子の第一入力端子の電圧が入力される、二次アンプと、
前記二次アンプの反転出力端子と前記センサ素子の第一出力端子の間に設けられた第七抵抗と、前記二次アンプの非反転出力端子と前記センサ素子の第二出力端子の間に設けられた第八抵抗と、を有するフィードバック回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ回路。 - 前記第七抵抗は、一端を前記二次アンプの反転出力端子に接続され、他端を前記センサ素子の第一出力端子に接続され、
前記第八抵抗は、一端を前記二次アンプの非反転出力端子に接続され、他端を前記センサ素子の第二出力端子に接続される、
ことを特徴とする請求項1記載のセンサ回路。 - 前記第七抵抗は、一端を前記二次アンプの反転出力端子に接続され、他端を前記センサ素子の第一出力端子に前記第一抵抗を介して接続され、
前記第八抵抗は、一端を前記二次アンプの非反転出力端子に接続され、他端を前記センサ素子の第二出力端子に前記第三抵抗を介して接続される、
ことを特徴とする請求項1記載のセンサ回路。 - 前記第五及び第六抵抗の接続点と接地端子との間に、直列接続される第九抵抗と基準電圧発生回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のセンサ回路。
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