TW201111821A - Magnetic sensor device - Google Patents

Description

201111821 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明，係有關於將磁場強度變換爲電性訊號之磁性 感測器裝置，例如係有關於被利用在折疊式行動電話或者 是筆記型電腦等之中的開閉狀態檢測用感測器亦或是在馬 達之旋轉位置檢測感測器處的磁性感測器裝置。 【先前技術】 作爲在折疊式行動電話或者是筆記型電腦等之中的開 閉狀態檢測用感測器，或者是作爲馬達之旋轉位置檢測感 測器，係使用有磁性感測器裝置（例如，參考專利文獻1 )。於圖7中，展示該磁性感測器裝置之電路圖。 磁性感測器裝置，係經由磁電變換元件（例如霍爾元 件）來將與磁場強度或者是磁通量密度成正比之電壓作輸 出，並將該輸出電壓藉由放大器來作放大，再使用比較器 來進行判定（藉由Η訊號或L訊號之二値來作輸出）。磁電 變換元件之輸出電壓，由於係爲微小，因此，磁電變換元 件所具有之偏位電壓（元件偏位電壓）、或者是放大器或 比較器所具有之偏位電壓（輸入偏位電壓），亦或是變換 裝置內之雜訊，係會成爲問題。元件偏位電壓，主要是由 於磁電變換元件從封裝所受到之應力等而產生者。輸入偏 位電壓，主要是由於構成放大器之輸入電路的元件之特性 偏差等所產生者。雜訊，主要是由於構成電路之單體電晶 體所具有的閃爍（flicker )雜訊、或者是單體電晶體或電

S -5- 201111821 阻元件所具有之熱雜訊，而產生者。 爲了將上述之磁電變換元件或者是放大器所具有的偏 位電壓之影響降低，於圖7中所示之磁性感測器裝置，係 成爲下述一般之構成。圖7中所示之磁性感測器裝置，其 構成，係具備有：霍爾元件1、和對於霍爾元件1之第1檢 測狀態和第2檢測狀態作切換之開關切換電路2、和將開關 切換電路2之2個的輸出端子之電壓差（VI— V2)作放大 之差動放大器3、和將其中一端與差動放大器3之其中一方 的輸出端子作連接之電容C1、和被連接於差動放大器3之 另外一方的輸出端子與電容C1之另外一端之間的開關S1、 以及比較器4。於此，第1檢測狀態，係從端子A與C而輸入 電源電壓，並從端子B與D而輸出檢測電壓。又，第2檢測 狀態，係從端子B與D而輸入電源電壓，並從端子A與C而 輸出檢測電壓。 將磁電變換元件之差動輸出電壓設爲Vh，將差動放大 器之放大率設爲G，將差動放大器之輸入偏位電壓設爲Voa 。在第1檢測狀態下，開關S 1係成爲ON，在電容C 1中係被 充電有 Vcl= (V3— V4) = G(Vhl + Voa)。接著，在第 2檢測狀態下，開關S1係成爲OFF，並輸出有Vc2= ( V3 -V4 ) = G ( - Vh2 + Voa )。於此，係成爲 V5— V6=V3 —

Vcl - V4 = Vc2 - Vcl = - G ( Vhl + Vh2)，輸入偏位電壓 之影響係被相互抵消。又，磁電變換元件之檢測電壓Vh 1 與Vh2，由於一般而言係具備有與有效訊號成分相逆相之 元件偏位成分，因此，上述之輸出電壓中的元件偏位成分 201111821 之影響係亦被除去。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕 〔專利文獻1〕日本特開2001-337147號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 然而，在上述一般之先前技術的磁性感測器裝置中， 係無法將被連接於後段處之比較器4的輸入偏位電壓除去 ，而有著會在檢測磁場強度中產生偏差之課題。 因此’本發明之目的，係在於提供一種：能夠藉由較 爲簡單的構成，來將元件偏位電壓與放大器以及比較器之 輸入偏位電壓的影響除去，並能夠將磁場強度以高精確度 來檢測出來之磁性感測器裝置。 〔用以解決課題之手段〕 爲了解決先前技術中之此種問題點，本發明之磁性感 測器裝置，係設爲了下述一般之構成。 一種磁性感測器裝置，其特徵爲，具備有：開關切換 電路，其係具備有：被與磁電變換元件之第1端子對以及 第2端子對作連接，並對於被施加有電源電壓之端子對和 將磁場強度之檢測電壓作輸出之端子對作切換控制，而將 檢測電壓作輸出之第1輸出端子以及第2輸出端子；和差動 放大器，係將第1輸入端子以及第2輸入端子分別與開關切 201111821 換電路之第1輸出端子以及第2輸出端子作連接，並具備有 將對於檢測電壓而作了差動放大後的結果作輸出之第1輸 出端子以及第2輸出端子；和第1電容，係將其中一方之端 子與差動放大器之第1輸出端子作連接；和第2開關，係將 其中一方之端子與差動放大器之第2輸出端子作連接；和 比較器，係將第1輸入端子與第1電容之另外一方的端子作 連接，並將第2輸入端子與第2開關之另外一方的端子作連 接’且將被輸入至該輸入端子處之電壓的比較結果從輸出 端子作輸出；和第1開關，係被連接在比較器之第1輸入端 子與輸出端子之間；和第2電容，係將其中一方之端子與 比較器之第2輸入端子作連接；和檢測電壓設定電路，係 被與第2電容之另外一方的端子作連接。 〔發明之效果〕 若依據本發明之磁性感測器裝置，則藉由對於開關與 電容作有效性的活用，而成爲能夠以簡便的電路構成來將 在構成磁性感測器裝置之磁電變換元件、差動放大器、比 較器中所產生的偏位成分除去。又，能夠對於磁場強度之 檢測電壓準位而以良好的精確度來作設定。故而，係可提 供一種成爲能夠進行高精確度之磁場強度的檢測之磁性感 測器裝置。 【實施方式】 以下，針對本發明之實施形態，依據圖面而詳細作說 -8- 201111821 明。本發明之磁性感測器裝置，係作爲折疊式行動電話或 者是筆記型電腦等之中的開閉狀態檢測用感測器、亦或是 馬達之旋轉位置檢測感測器等的對於磁場強度之狀態作檢 測之感測器，而被廣泛利用。在以下之實施形態中，雖係 針對使用磁電變換元件之磁性感測器裝置而作說明，但是 ，本發明之變換裝置，亦可代替因應於磁場強度而進行電 壓輸出之磁電變換元件’而使用因應於加速度或壓力等而 同樣地進行電壓輸出之變換元件。 圖1 ’係爲本發明之磁性感測器裝置的電路圖。本發 明之磁性感測器裝置’係具備有：身爲磁電變換元件之霍 爾元件1、和開關切換電路2、和差動放大器3、和比較器4 、和檢測電壓設定電路5、和第1電容C1以及第2電容C2、 和第1開關S1以及第2開關S2。 霍爾元件1，係具備有第1端子對A-C與第2端子對B-D 。開關切換電路2，係具備有被與霍爾元件1之各端子A、B 、C以及D作連接之4個的輸入端子、和第1輸出端子以及第 2輸出端子》差動放大器3，係具備有被與開關切換電路2 之第1輸出端子以及第2輸出端子分別作連接之第1輸入端 子以及第2輸入端子、和第1輸出端子以及第2輸出端子。 第1電容C1，係將其中一方之端子與差動放大器3之第1輸 出端子作連接。第2開關S2，係將其中一方之端子與差動 放大器3之第2輸出端子作連接。比較器4，係將第1輸入端 子與第1電容C1之另外一方的端子作連接，並將第2輸入端 子與第2開關S2之另外一方的端子作連接，且將分別被輸 201111821 入之電壓的比較結果，輸出至輸出端子處。第1開關si’ 係被連接在比較器4之第1輸入端子與輸出端子之間。第2 電容C2，係將其中一方之端子與比較器4之第2輸入端子作 連接。檢測電壓設定電路5，係被與第2電容C2之另外一方 的端子作連接。檢測電壓設定電路5，係具備有：被連接 在電源端子VDD與接地端子GND之間的洩漏電阻、和將各 電阻之連接點與第2電容C2之另外一方的端子作連接之開 關電路。 開關切換電路2，係具備有在第1檢測狀態與第2檢測 狀態之間作切換之功能，該第1檢測狀態，係將電源電壓 輸入至霍爾元件1之第1端子對A-C處，並從第2端子對B-D 而輸出檢測電壓，該第2檢測狀態，係將電源電壓輸入至 第2端子對B-D處，並從第1端子對A-C而輸出檢測電壓。 差動放大器3，係成爲如同圖4中所示一般之儀表放大 器（INSTRUMENTATION AMPLIFIER)構成。差動放大器 3，係具備有差動放大器11、12和電阻Rll、R12、R13。 差動放大器1 1以及1 2，係分別作爲非反轉放大器而動作。 差動放大器3，其第1輸入端子係被與差動放大器11之非反 轉輸入端子作連接，第2輸入端子係被與差動放大器12之 非反轉輸入端子作連接，第1輸出端子係被與差動放大器 11之輸出端子作連接，第2輸出端子係被與差動放大器I2 之輸出端子作連接。差動放大器3，係藉由設爲此種儀表 放大器之構成，而成爲能夠對於在差動輸入中之同相雜訊 的影響作抑制。於此，差動放大器1 1以及1 2之放大率，係 -10- 201111821 被設定爲相等。 開關s 1以及S2，係使用如同圖6中所示一般之類比開 關。類比開關，係藉由在輸入端子與輸出端子之間而被作 了串聯連接之2個的傳輸閘而被構成。輸入端子側之傳輸 閘，係藉由NMOS電晶體M31與PMOS電晶體M32所構成。 輸出端子側之傳輸閘，係藉由將各別的源極與汲極作了短 路的NMOS電晶體M33以及PMOS電晶體M34所構成。於此 ，NMOS電晶體M33，係被與NMOS電晶體M31設定爲相等 之L長度 '並被設定爲NMOS電晶體M31之一半的W長度。 同樣的，PMOS電晶體M34，係被與PMOS電晶體M32設定 爲相等之L長度、並被設定爲PMOS電晶體M3 2之一半的W 長度。而，在NMOS電晶體M31與PMOS電晶體M34的閘極 處，係被輸入有訊號ΦΑ，在PMOS電晶體M32與NMOS電 晶體M33的閘極處，係被輸入有將訊號ΦΑ作了反轉的訊 號。於此，圖6中所示之類比開關，由於在輸出端子側處 係並不使雜訊產生，因此，第1開關S 1，係將第1電容C 1側 作爲輸出端子，第2開關S2，係將第2電容C2側作爲輸出端 子。 接著，針對本發明之磁性感測器裝置之動作作說明。 作爲第1實施形態，差動放大器3係作爲圖4之構成而設爲 藉由圖2之開關控制訊號的時序圖來對於各開關作驅動。 檢測動作之1個週期T，係經由上述之開關切換電路2 的動作，而被區分爲第1檢測狀態T1與第2檢測狀態T2。又 ，係經由各開關之開閉而被區分爲第1取樣階段F 1、第2取

S -11 - 201111821 樣階段F2與比較階段F3»第I取樣階段FI，係將霍爾元件1 、差動放大器3、比較器4之偏位成分記憶在電容c i以及C2 中。第2取樣階段F2 ’係進行磁場強度之檢測電壓準位設 定的準備》比較階段3’係進行因應於磁場強度所決定之 電壓和檢測電壓準位之間的比較。 在第1取樣階段F 1中，霍爾元件1係成爲第1檢測狀態 T1 ’開關SI、S2以及S3係成爲ON。藉由S1成爲ON，比較 器4係作爲電壓隨耦電路而動作。故而，在電容ci處，係 被充電有電壓V3與電壓V5之差分AC1。 AC 1 =V3-V5 . · · (1) 在第2取樣階段F2中，霍爾元件1係成爲第2檢測狀態 T2，開關S1係成爲OFF。在電容C1中，由於係保持有Δ(：1 ，因此，電壓V5係藉由式（2)而被作表現。 V5=V3-AC1 · · · (2) 又，在電容C2處，係被充電有電壓V6與電壓V8之差 分 AC2 ° Δ C 2 =V 6 — V 8 =V 6 — V r 1 · · · (3) 在比較階段F3中，開關S2與S3係成爲OFF，開關S4a 係成爲ON。如此一來，在電容C2中，由於係保持有AC2， 因此，電壓V6係藉由式（4)而被作表現。 V6=V8 + AC2=Vr 2 + AC 2 · · · (4) 最終，藉由式（2)而表示之電壓V5與藉由式（4 )而 表現之電壓V6的電壓，係在比較器4中而被作比較，並輸 出Η訊號（VDD)或者是L訊號（GND)。 -12- 201111821 接著，將霍爾元件1之輸出端子對處的差動輸出電壓 設爲Vh，並將同相電壓設爲Vcm (与VDD/ 2 )，且將差 動放大器3之放大率設爲G，而針對有效訊號成分之傳導作 說明。 根據上述之式（1)〜（4)而計算出來。 在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=Vcm + Vh/2、V2=Vcm-：Vh/2 · · . (5) V3=V c m + GVh/2, V4 =V c ra-GVh/2 · · · (6) V5=V7=V6=V4=Vcm-GVh/2 · · · (7) ACl=V3-V5=GVh · · · (8) 在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=Vcm — Vh/2、V2=Vcm + Vh/2 · . . (9) V3=Vcm-GVh/2, V 4 =V c m + GVh/2 · · · (10) V5=V3-ACl=Vcm-3GVh/2 · · · (11) AC2=V6-V8=Vcm + GVh/2—Vr 1 . · · (12) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。 V5=Vcm—3GVh/2 · . . (13) V6=Vr 2 十 Δ〇2=ν(：ιη+〇νΐι/2+νΓ 2-Vr 1 . · · (14) V6-V5 = 2GVh+Vr 2-V r 1 · · . (15) 故而，在比較階段F3處，於比較器4中，訊號成分 2GVh與經由洩漏電阻之電阻比所決定的檢測電壓成分（ Vrl - Vr2 )係被作比較。 接著，將霍爾元件1之元件偏位電壓作爲Voh，並進行 同樣的計算。在上述之計算中，霍爾元件1之輸出電壓成 分由於係在第1檢測狀態與第2檢測狀態處而被設爲逆相， 因此，兀件偏位成分係成爲同相。 -13- 201111821 在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=Vcm + Voh/2、V2=Vcm—Voh/2. · · (16) V3=Vcm + GVo h/2、V4=Vcm-GVo h/2 . · . (17) V5=V7=V6=V4=Vcm — GVoh/2. . · (18) AC 1 =V3-V5=GVo h · · · (19) 在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=Vcm + Vo h/2、V2=Vcm-Voh/2 · · · (20) V3=Vcm + GVo h/2、V4=Vcm-GVo h/2 . · · (21) V5=V3-AC l=Vcm—GVo h/2 · . · (22) AC2=V6-V8=Vcm-GVo h/2-Vr 1 · · · (23) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。 V5=Vcm-GVo h/2 · · · (2 4) V6=Vr2 + AC2=Vcm —GVoh/2+Vr2—Vrl· · · (25) V6-V5=Vr 2-Vr 1 · · · (26) 故而，在比較階段F3處，元件偏位成分係被除去。 接下來，將在差動放大器3之第1輸入端子處的輸入偏 位電壓設爲Voal，並將在第2輸入端子處的輸入偏位電壓 設爲Vo a2，且將比較器4的輸入偏位電壓設爲Vo a3，而進 行相同的計算。 在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=VcmxV2=:Vcm·*· (27) V3=Vcm + GVoal、V4=V6=Vcm+GVoa2· . · (28) V5=V7=V6+Vo a 3=Vcm + GVo a 2+Vo a 3 · · . (29) △ C1=V3—V5=GVoal—GVoa2—Voa3 · · · (30) 在第2取樣階段F2處’各節點之電壓係成爲下述一般 〇 -14 - 201111821

Vl=Vcm、V2=Vcm· · · (31) V3 = Vcm+GVoal、V4=V6=Vcm + GVoa2· · · (32) V 5 = V 3 _ ACl=Vcm + GVoa2+Voa3· · · (33) Δ C 2 = V 6 — V8=Vcm + GVoa2 ~Vrl · · · (34) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。 V5=Vcm + GVo a 2+Vo a 3 · . · (35) V6=Vr 2+AC2=Vcm + GVo a 2+Vr 2-Vr 1 · · · (3 6) 於此，係對於在比較時之比較器4的輸入偏位成分作 考慮，亦即是，在比較時，係在V6處加算上Vo a3而作比較 (V6+Voa3) -V5=Vr2-Vrl · · . (37) 故而，在比較階段F3處，差動放大器3以及比較器4之 輸入偏位成分係被除去。 若是對以上作總結，則如同上述式（1 5 )、（ 26 )、 (3 7 )中所示一般，在本發明之磁性感測器裝置中，係能 夠將在霍爾元件1、差動放大器3'比較器4處所產生之全 部的偏位成分除去。又，能夠對於磁場強度之檢測電壓準 位而僅藉由洩漏電阻之電阻比來作任意的設定。其結果， 係僅有藉由磁電變換元件所檢測出之訊號成分會被與上述 之藉由洩漏電阻的電阻比所設定了的檢測電壓作比較，而 實現高精確度之磁場強度的檢測。 另外，雖然係將上述之霍爾元件1的同相電壓在第1檢 測狀態與第2檢測狀態中而設爲了共通的同相電壓V cm， 但是，就算是相異的電壓，亦會成爲同樣的結果。 又，本發明之磁性感測器裝置，由於係爲在比較器4 之各個輸入端子處而被連接有電容C1以及C2之構成’因此

S -15- 201111821 ，能夠對於在將被與各個的輸入端子相連接之開關作開閉 時的瞬間之時脈饋通雜訊或者是充電注入雜訊的影響作抑 制。進而，開關s 1以及S2，由於係使用如同圖6中所示一 般之類比開關，因此，能夠對於上述雜訊之影響更進一步 的作抑制。故而，磁性感測器裝置係成爲能夠進行高精確 度之磁場強度的檢測。又，圖6中所示之類比開關，係亦 可使用在開關S3、S4a、S 4b處》 接著，針對本發明之磁性感測器裝置之動作，在差動 放大器3成爲圖5之構成的情況下作說明。 圖5中所示之差動放大器3，係具備有差動放大器21、 22和電阻R21、R22。差動放大器21係設爲非反轉放大器， 差動放大器22係作爲電壓隨耦而動作。差動放大器3，其 第1輸入端子係被與差動放大器21之非反轉輸入端子作連 接’第2輸入端子係被與差動放大器22之非反轉輸入端子 作連接，第1輸出端子係被與差動放大器21之輸出端子作 連接’第2輸出端子係被與差動放大器22之輸出端子作連 接。在本構成中，係將上述之式（5)〜（37)中所示之 計算，藉由將有效訊號成分與各偏位成分作了混合的形態 來同樣的進行β 在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成爲下述一般 -16- 201111821 V l=Vcm + Vh/2+Vo h/2 · · · (38) V 2=Vcm-Vh/2—Vo h/2 · . · (39) V3=Vcm-Vh/2-Vo h/2+Vo a 2 + G (Vh+Vo h+Vo a 1-Vo a 2) · · · (40) V4=V6=Vcm-Vh/2-Vo h/2+Vo a 2 · * · (41) V5=V7=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+Voa3· · · (42) AC 1 =G (Vh+Vo h + Vo a 1-Vo a 2) -Vo a 3 · · · (4 3) 在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成爲下述一般

Vl=Vcm-Vh/2+Voh/2··· (44) V 2=V cm + Vh/2 —Voh/2* · · (45) V3=V cm + Vh/2-Vo h/2+Vo a 2 + G (—V h + V o h + V o a 1 — V o a 2) . . · (4 6 ) V4=V6=Vcm+Vh/2—Vo h/2+Vo a 2 · . . (4 7) V5=Vcm + Vh/2-Vo h/2-2GVh+Vo a 2+Vo a 3 · · · (4 8) AC2=V cm + Vh/2—Vo h/2+Voa2-Vrl··· (49) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。 V5=V cm+Vh/2-Vo h/2-2GVh+Voa2+Voa3- · · (50) V6=Vcm + Vh/2-Voh/.2+Voa2+Vr2-Vrl· · · (5 1) 於此，係對於在比較時之比較器4的輸入偏位成分作 考慮，亦即是，在比較時，係在電壓V6處加算上電壓Voa3 而作比較。 (V6+Voa3) -V5 = 2GVh+Vr2-Vrl. . · (52) 故而，在比較階段F3處，訊號成分2GVh與經由洩漏 電阻之電阻比所決定的檢測電壓成分（Vr 1 — Vr2 )係被作 比較。亦即是，差動放大器3,就算是圖5之構成，亦能夠 得到相同的效果。 於此，在比較階段F3處之節點電壓V5與V6，係如同 由式（5 0 )、（ 5〗）而能夠得知一般，並不包含有經由差 動放大器3所作了放大的偏位成分。故而，在比較時，由

S -17- 201111821 於在比較器4之各個輸入端子處係並不存在有被作了放大 的偏位成分，因此，能夠對於比較器4之同相輸入電壓範 圍有效地作活用。此事，係代表著：就算是在更低電源電 壓的環境下，亦成爲能夠進行磁性感測器裝置之正常動作 〇 另外，雖然係將霍爾元件1的同相電壓在第1檢測狀態 與第2檢測狀態中而設爲了共通的同相電壓Vcm，但是， 就算是相異的同相電壓，在被作比較之成分中亦不會有所 影響，而會成爲同樣的結果。 接下來，針對藉由圖3中所示之開關控制訊號而動作 的情況作說明。在圖3所示之時序圖中，檢測動作之一週 期T，係經由各開關之開閉而被劃分爲第1取樣階段F 1與比 較階段F3。第1取樣階段F 1，係將霍爾元件1、差動放大器 3、比較器4之偏位成分記憶在電容C 1以及C2中。比較階段 F3，係進行因應於磁場強度所決定之電壓和檢測電壓準位 之間的比較。 在第1取樣階段F 1中，霍爾元件1係成爲第1檢測狀態 T1，開關SI、S2以及S3係成爲ON。藉由S1成爲ON，比較 器4係作爲電壓隨耦電路而動作。故而，在電容C1處，係 被充電有電壓V3與電壓V5之差分AC1。 △ C 1 =V3-V5 . . · (5 3) 又，在電容C2處，係被充電有電壓V6與電壓V8之差 分 AC2 ° △ C2=V6-V8=V6-Vrl··· (54) -18- 201111821 在比較階段F3中’霍爾元件1係成爲第2檢測狀態Τ2， 開關S1係成爲OFF。在電容Cl中’由於係保持有ACl’因 此，電壓V5係藉由式（55)而被作表現。 V5=V3 - AC 1 . · · (5 5) 同時，開關S2、S3係成爲OFF，開關S4a係成爲ON。 如此一來，在電容C2中，由於係保持有AC2’因此，電壓 V6係藉由式（56)而被作表現。 V6=V8+ AC2=Vr 2 + AC 2 · · · (56) 故而，藉由式（55)而表示之電壓V5與藉由式（56) 而表現之電壓V6，係在比較器4中而被作比較，並輸出Η 訊號（VDD)或者是L訊號（GND)。 接著，將霍爾元件1之輸出端子對處的差動輸出電壓 設爲Vh，並將同相電壓設爲Vcm (与VDD/ 2 ) ’且將元 件偏位電壓設爲Voh，將差動放大器3之放大率設爲G’將 第1輸入端子處之輸入偏位電壓設爲V〇al ’將第2輸入端子 處之輸入偏位電壓設爲Vo a2，將比較器4之輸入偏位電壓 設爲Voa3，而進行訊號傳導之計算。根據上述之式（53) 〜（56)而計算出來。另外，霍爾元件1之輸出電壓成分 由於係在第1檢測狀態T 1與第2檢測狀態T2處而被設爲逆相 ，因此，元件偏位成分係成爲同相。 在第1取樣階段F1處’各節點之電壓係成爲下述一般

S -19- 201111821 V 1 =Vcm+Vh/2+Vo h/2 · · · (57) V 2 = V c m —Vh/2 — V o h/2 · · · (5 8) V3=Vcm + G (Vh/2+Vo h/2+Vo a 1) ··· (59) V4=V6=Vcm + G (-Vh/2-Vo h/2+Vo a 2) · · · (6 0) V5=V7=Vcm+G (-V h/2 - V o h/2 + V o a 2) +Voa3 •••(61) AC1=G (Vh+Voh+Voal-Voa2) -Voa3· . . (62) AC2=Vcm + G (—Vh/2—Vo h/2+Vo a2)-Vrl··· (63) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。 V 1 =V c m-Vh/2+Vo h/2 · . . (6 4) V2=Vcm + Vh/2-Vo h/2 . · · (6 5) V3=Vcm + G (-Vh/2+Vo h/2+Vo a 1) ... (66) V5=Vcm + G (—3Vh/2—Voh/2+Vo a2)+Voa3... (67) V6=Vcm + G (—Vh/2—Voh/2+Vo a2)+Vr2—Vrl·.. (68) 於此，係對於在比較時之比較器4的輸入偏位成分作 考慮，亦即是，在比較時，係在電壓V6處加算上電壓Vo a3 而作比較。 (V6+V〇 a 3) -V5=GVh+Vr 2—Vr 1 · . · (69) 故而，在比較階段F3處，訊號成分GVh與經由洩漏電 阻之電阻比所決定的檢測電壓成分（Vrl — Vr2 )係被作比 較。若是與圖2之時序圖的情況作比較，則有效訊號成分 雖然係成爲一半的大小，但是，係有著成爲不需要第2取 樣階段F2的優點。 又’在上述之式（57 )〜（69 )的計算中，雖係想定 爲在差動放大器3中使用圖4的儀表放大器構成之情況，但 是’亦可使用圖5之電路構成。若是對於此情況下之計算 亦同樣的作進行，則係如同下述一般。 在第1取樣階段F 1處，各節點之電壓係成爲下述一般 -20- 201111821

Vl=Vcm + Vh/2+Vo h/2 · · · (70) V2=Vcm-Vh/2-Vo h/2 . · ♦ (71) V3=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2 + G (Vh+Voh+Voal—Voa2) . · ♦ (72) V4=V 6=V cm—Vh/2—V〇h/2+Voa2. . · (73) V5=V7=V cm—Vh/2—Voh/2+Voa2+Voa3. · · (74) AC1=G (Vh+Voh+Voal—Voa2) —Voa3. . · (75) △ C2=Vcm — Vh/2—Voh/2+Voa2—Vrl. · · (76) 在比較階段F3處，各節點之電壓係成爲下述一般。

Vl=Vcm-Vh/2+Vo h/2 · · · (77) V2=Vcm + Vh/2-Vo h/2 . · . (78) V3=Vcm + Vh/2-Voh/2+Voa2 + G (— Vh+Voh+Voa 1 — Voa2) . · · (79) V5=Vcm + Vh/2-Vo h/2-2GVh+Vo a 2+Vo a 3 · · · (80) V6=Vcm—Vh/2—Vo h/2+Voa2+Vr2—Vrl . . . (81) 於此，係對於在比較時之比較器4的輸入偏位成分作 考慮，亦即是，在比較時，係在電壓V6處加算上電壓Vo a3 而作比較。 (V6+V〇a3) -V5= (2G-1) Vh+Vr2—Vrl · . · (82) 故而，在比較階段F3處，訊號成分（2G-1) Vh與經 由洩漏電阻之電阻比所決定的檢測電壓成分（Vr 1 - Vr2 ) 係被作比較。 另外，當藉由圖3中所示之開關控制訊號來動作的情 況時’係有必要將霍爾元件1之同相電壓在第1檢測狀態與 第2檢測狀態處而設爲共通之同相電壓Vcm。 以上，在使用圖2或者是圖3之時序圖而作了說明的磁 性感測器裝置之驅動方法中，1個的檢測週期T，係對於S 極或者是N極之其中一者.的磁性強度作檢測。故而，當對 於S極與N極之雙方的磁性強度作檢測的情況時，係將檢測 週期T反覆進行2次。於此，在S極與N極處，被輸出至霍爾 -21 - 201111821 元件1之輸出端子對處的差動檢測電壓Vh係成爲逆相。亦 即是，被輸入至比較器4中之訊號成分，在對於S極與N極 進行檢測時，符號係作逆轉。故而，藉由檢測電壓設定電 路5所設定之檢測電壓，亦係需要設爲電壓相同而符號相 反之檢測電壓。然而，若是以輸出電壓相同而符號相反之 檢測電壓的方式來構成洩漏電阻，則會有由於電阻之製造 偏差而對於檢測電壓造成影響的可能性。 因此，開關切換電路2，係在S極與N極之檢測時，以 將霍爾元件1之輸出端子對與差動放大器3之輸入端子的連 接作交換的方式來作控制。藉由如此這般地來使開關切換 電路2進行控制，藉由檢測電壓設定電路5所設定之檢測電 壓，由於係成爲不需要符號爲相反的檢測電壓，因此，係 能夠設爲圖1之電路構成。故而，能夠以一半之構成來構 成電阻電路，且亦不會使電阻之製造偏差對於檢測電壓造 成影響。 又，檢測電壓設定電路5之開關S4b，係爲爲了在檢測 電壓中設置遲滯而具備者。當經由開關S4a而檢測出所設 定了的磁場強度的情況時，在下一個的檢測週期T之比較 階段F3中成爲ON的開關，係被變更爲S4b。同樣的，當磁 場強度之檢測被解除了的情況時，在下一個的檢測週期T 之比較階段F3中成爲ON的開關，係被變更爲S4a。藉由此 ，能夠對於在磁場強度檢測、解除時的顫震（chattering )作抑制。 又，檢測電壓設定電路5之各開關，係亦有因應於從 -22- 201111821

霍爾元件1所輸出之有效訊號成分的符號，而成爲從GND 側起來依序以S3、S4b、S4a的順序來作連接的情況。 進而，在本發明中之磁性感測器裝置，係亦可使用在 交互檢測（例如馬達之旋轉檢測）之用途中。交互檢測， 係爲僅對於其中一方（例如S極）之極性進行檢測的狀態 起，而若是檢測出該其中一方之極性，則切換至僅對於另 外一方（N極）之極性進行檢測的狀態之磁性感測器裝置 〇 又，在圖2或者是圖3之時序圖中，就算是設爲了在檢 測週期T與檢測週期T之間而設置一定期間之待機期間而對 .於磁性感測器裝置之平均消耗電流作抑制的驅動方法，亦 能夠得到相同之效果。 【圖式簡單說明】 〔圖1〕本發明之磁性感測器裝置的電路圖。 〔圖2〕本發明之磁性感測器裝置的開關控制訊號之 時序圖的其中一例。 〔圖3〕本發明之磁性感測器裝置的開關控制訊號之 時序圖的另外一例。 〔圖4〕對於本發明之磁性感測器裝置的差動放大器 之其中一例作展示的電路圖。 〔圖5〕對於本發明之磁性感測器裝置的差動放大器 之另外一例作展示的電路圖。 〔圖6〕對於本發明之磁性感測器裝置的類比開關之

S -23- 201111821 其中一例作展示的電路圖。 〔圖7〕先前技術之磁性感測器裝置的電路圖 【主要元件符號說明】 1 :霍爾元件 2 :開關切換電路 3 :差動放大器 4 :比較器 5 :檢測電壓設定電路 11、12、21、22:差動放大器 -24-

Claims (1)

1. 201111821 七、申請專利範圍： 1 · 一種磁性感測器裝置，係爲因應於被施加在磁電 變換元件的磁場強度而進行邏輯輸出之磁性感測裝置，其 特徵爲，具備有： 開關切換電路，係與前述磁電變換元件之第1端子對 以及第2端子對作連接，並對於被施加有電源電壓之端子 對和將磁場強度之檢測電壓作輸出之端子對予以切換控制 ’且具有將前述檢測電壓作輸出之第1輸出端子以及第2輸 出端子；和 差動放大器，係將第1輸入端子以及第2輸入端子分別 與前述開關切換電路之第1輸出端子以及第2輸出端子作連 接，並具備有將前述檢測電壓經差動放大的結果作輸出之 第1輸出端子以及第2輸出端子；和 第1電容，係將其中一方之端子與前述差動放大器之 第1輸出端子作連接：和 第2開關，係將其中一方之端子與前述差動放大器之 第2輸出端子作連接；和 比較器，係將第1輸入端子與前述第1電容之另外一方 的端子作連接’並將第2輸入端子與前述第2開關之另外一 方的端子作連接，且將被輸入至該輸入端子之電壓的比較 結果從輸出端子作輸出；和 第1開關’係被連接在前述比較器之第1輸入端子與輸 出端子之間；和 第2電容’係將其中一方之端子與前述比較器之第2輸 S -25- 201111821 入端子作連接；和 檢測電壓設定電路’係被與前述第2電容之另外一方 的端子作連接。 2.如申請專利範圍第丨項所記載之磁性感測器裝置， 其中， 前述檢測電壓設定電路，係具備有： 洩漏電阻，其係具備有在電源端子與接地端子之間而 被作了串聯連接之第1電阻、第2電阻以及第3電阻；和 第3開關，係被設置在前述第1電阻與前述第2電阻之 連接點和前述第2電容之另外一方的端子之間；和 第4開關，係被設置在前述第2電阻與前述第3電阻之 連接點和前述第2電容之另外一方的端子之間。 3 ·如申請專利範圍第2項所記載之磁性感測器裝置， 其中， 前述檢測電壓設定電路，係更進而在前述洩漏電阻而 具備有第4電阻，並具備有：第5開關，其係被設置在前述 第3電阻與前述第4電阻之連接點和前述第2電容之另外一 方的端子之間。 4.如申請專利範圍第2項所記載之磁性感測器裝置， 其中， 前述開關切換電路，係具備有在第1檢測狀態與第2檢 測狀態之間作切換之功能， 該第1檢.測狀態，係將電源電壓輸入至前述磁電變換 元件之第1端子對，並從第2端子對而輸出檢測電壓， -26- 201111821 該第2檢測狀態，係將電源電壓輸入至前述磁電變換 元件之第2端子對，並從第1端子對而輸出檢測電壓。 5 ·如申請專利範圍第4項所記載之磁性感測器裝置， 其中， 係藉由下述各階段，來因應於被施加在前述磁電變換 元件之磁場強度而進行邏輯輸出： 第1取樣階段，係在前述第1檢測狀態下，將前述第1 開關、前述第2開關、以及前述第3開關關閉，並將前述第 4開關開啓；和 第2取樣階段，係在前述第2檢測狀態下，將前述第2 開關、以及前述第3開關關閉，並將前述第1開關、以及前 述第4開關開啓；和 比較階段，係在前述第2檢測狀態下，將前述第丨開關 、前述第2開關、以及前述第3開關開啓，並將前述第4開 關關閉。 6-如申請專利範圍第4項所記載之磁性感购器裝置， 其中， 係藉由下述各階段，來因應於被施加在前雄磁電變換 元件之磁場強度而進行邏輯輸出： 第1取樣階段，係在前述第1檢測狀態下，将前述第1 開關、前述第2開關、以及前述第3開關關閉，缒將前述第 4開關開啓；和 比較階段’係在前述第2檢測狀態下，將前述第丨開關 、前述第2開關、以及前述第3開關開啓，並將前述第4開 S -27- 201111821 關關閉。 -28-