TWI447418B - 磁性感測器裝置 - Google Patents

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TWI447418B
TWI447418B TW099112507A TW99112507A TWI447418B TW I447418 B TWI447418 B TW I447418B TW 099112507 A TW099112507 A TW 099112507A TW 99112507 A TW99112507 A TW 99112507A TW I447418 B TWI447418 B TW I447418B
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Daisuke Muraoka
Minoru Ariyama
Tomoki Hikichi
Manabu Fujimura
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Seiko Instr Inc
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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Description

磁性感測器裝置
本發明，係有關於將磁場強度變換為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。
作為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，或者是作為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H訊號或L訊號之二值來作輸出)。磁電變換元件之輸出電壓，由於係為微小，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，係會成為問題。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阻元件所具有之熱雜訊，而產生者。
為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，係成為下述一般之構成。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(V1-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為Vh，將差動放大器之放大率設為G，將差動放大器之輸入偏位電壓設為Voa。在第1檢測狀態下，開關S1係成為ON，在電容C1中係被充電有Vc1=(V3-V4)=G(Vh1+Voa)。接著，在第2檢測狀態下，開關S1係成為OFF，並輸出有Vc2=(V3-V4)=G(-Vh2+Voa)。於此，係成為V5-V6=V3-Vc1-V4=Vc2-Vc1=-G(Vh1+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Vh1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
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：能夠藉由較為簡單的構成，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。
為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，係設為了下述一般之構成。
一種磁性感測器裝置，其特徵為，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。
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，而成為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，係可提供一種成為能夠進行高精確度之磁場強度的檢測之磁性感測器裝置。
以下，針對本發明之實施形態，依據圖面而詳細作說明。本發明之磁性感測器裝置，係作為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，係為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：身為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，且將分別被輸入之電壓的比較結果，輸出至輸出端子處。第1開關S1，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，係成為如同圖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R11、R12、R13。差動放大器11以及12，係分別作為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12之輸出端子作連接。差動放大器3，係藉由設為此種儀表放大器之構成，而成為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11以及12之放大率，係被設定為相等。
開關S1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設定為相等之L長度、並被設定為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設定為相等之L長度、並被設定為PMOS電晶體M32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ΦA，在PMOS電晶體M32與NMOS電晶體M33的閘極處，係被輸入有將訊號ΦA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S1，係將第1電容C1側作為輸出端子，第2開關S2，係將第2電容C2側作為輸出端子。
接著，針對本發明之磁性感測器裝置之動作作說明。作為第1實施形態，差動放大器3係作為圖4之構成而設為藉由圖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，而被區分為第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為第1取樣階段F1、第2取樣階段F2與比較階段F3。第1取樣階段F1，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C1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F1中，霍爾元件1係成為第1檢測狀態T1，開關S1、S2以及S3係成為ON。藉由S1成為ON，比較器4係作為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ΔC1。
ΔC1=V3-V5‧‧‧(1)
在第2取樣階段F2中，霍爾元件1係成為第2檢測狀態T2，開關S1係成為OFF。在電容C1中，由於係保持有ΔC1，因此，電壓V5係藉由式(2)而被作表現。
V5=V3-ΔC1‧‧‧(2)
又，在電容C2處，係被充電有電壓V6與電壓V8之差分ΔC2。
ΔC2=V6-V8=V6-Vr1‧‧‧(3)
在比較階段F3中，開關S2與S3係成為OFF，開關S4a係成為ON。如此一來，在電容C2中，由於係保持有ΔC2，因此，電壓V6係藉由式(4)而被作表現。
V6=V8+ΔC2=Vr2+ΔC2‧‧‧(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H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為Vh，並將同相電壓設為Vcm(≒VDD/2)，且將差動放大器3之放大率設為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，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Vh/2、V2=Vcm-Vh/2‧‧‧(5)
V3=Vcm+GVh/2、V4=Vcm-GVh/2‧‧‧(6)
V5=V7=V6=V4=Vcm-GVh/2‧‧‧(7)
ΔC1=V3-V5=GVh‧‧‧(8)
在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm-Vh/2、V2=Vcm+Vh/2‧‧‧(9)
V3=Vcm-GVh/2、V4=Vcm+GVh/2‧‧‧(10)
V5=V3-ΔC1=Vcm-3GVh/2‧‧‧(11)
ΔC2=V6-V8=Vcm+GVh/2-Vr1‧‧‧(12)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V5=Vcm-3GVh/2‧‧‧(13)
V6=Vr2+ΔC2=Vcm+GVh/2+Vr2-Vr1‧‧‧(14)
V6-V5=2GVh+Vr2-Vr1‧‧‧(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(Vr1-Vr2)係被作比較。
接著，將霍爾元件1之元件偏位電壓作為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檢測狀態處而被設為逆相，因此，元件偏位成分係成為同相。
在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Voh/2、V2=Vcm-Voh/2‧‧‧(16)
V3=Vcm+GVoh/2、V4=Vcm-GVoh/2‧‧‧(17)
V5=V7=V6=V4=Vcm-GVoh/2‧‧‧(18)
ΔC1=V3-V5=GVoh‧‧‧(19)
在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Voh/2、V2=Vcm-Voh/2‧‧‧(20)
V3=Vcm+GVoh/2、V4=Vcm-GVoh/2‧‧‧(21)
V5=V3-ΔC1=Vcm-GVoh/2‧‧‧(22)
ΔC2=V6-V8=Vcm-GVoh/2-Vr1‧‧‧(23)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V5=Vcm-GVoh/2‧‧‧(24)
V6=Vr2+ΔC2=Vcm-GVoh/2+Vr2-Vr1‧‧‧(25)
V6-V5=Vr2-Vr1‧‧‧(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為Voa1，並將在第2輸入端子處的輸入偏位電壓設為Voa2，且將比較器4的輸入偏位電壓設為Voa3，而進行相同的計算。
在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm、V2=Vcm‧‧‧(27)
V3=Vcm+GVoa1、V4=V6=Vcm+GVoa2‧‧‧(28)
V5=V7=V6+Voa3=Vcm+GVoa2+Voa3‧‧‧(29)
ΔC1=V3-V5=GVoa1-GVoa2-Voa3‧‧‧(30)
在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm、V2=Vcm‧‧‧(31)
V3=Vcm+GVoa1、V4=V6=Vcm+GVoa2‧‧‧(32)
V5=V3-ΔC1=Vcm+GVoa2+Voa3‧‧‧(33)
ΔC2=V6-V8=Vcm+GVoa2-Vr1‧‧‧(34)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V5=Vcm+GVoa2+Voa3‧‧‧(35)
V6=Vr2+ΔC2=Vcm+GVoa2+Vr2-Vr1‧‧‧(36)
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Voa3而作比較。
(V6+Voa3)-V5=Vr2-Vr1‧‧‧(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(15)、(26)、(37)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檢測狀態中而設為了共通的同相電壓Vcm，但是，就算是相異的電壓，亦會成為同樣的結果。
又，本發明之磁性感測器裝置，由於係為在比較器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，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S1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為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、S4b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成為圖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係設為非反轉放大器，差動放大器22係作為電壓隨耦而動作。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。
在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Vh/2+Voh/2‧‧‧(38)
V2=Vcm-Vh/2-Voh/2‧‧‧(39)
V3=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+G(Vh+Voh+Voal-Voa2)‧‧‧(40)
V4=V6=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2‧‧‧(41)
V5=V7=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+Voa 3‧‧‧(42)
ΔC1=G(Vh+Voh+Voa1-Voa2)-Voa3‧‧‧(43)
在第2取樣階段F2處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm-Vh/2+Voh/2‧‧‧(44)
V2=Vcm+Vh/2-Voh/2‧‧‧(45)
V3=Vcm+Vh/2-Voh/2+Voa2+G(-Vh+Voh+Voa1-Voa2)‧‧‧(46)
V4=V6=Vcm+Vh/2-Voh/2+Voa2‧‧‧(47)
V5=Vcm+Vh/2-Voh/2-2GVh+Voa2+Voa3‧‧‧(48)
ΔC2=Vcm+Vh/2-Voh/2+Voa2-Vr1‧‧‧(49)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V5=Vcm+Vh/2-Voh/2-2GVh+Voa2+Voa3‧‧‧(50)
V6=Vcm+Vh/2-Voh/2+Voa2+Vr2-Vr1‧‧‧(51)
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-Vr1‧‧‧(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(Vr1-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(50)、(51)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，亦成為能夠進行磁性感測器裝置之正常動作。
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檢測狀態中而設為了共通的同相電壓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，而會成為同樣的結果。
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為第1取樣階段F1與比較階段F3。第1取樣階段F1，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C1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F1中，霍爾元件1係成為第1檢測狀態T1，開關S1、S2以及S3係成為ON。藉由S1成為ON，比較器4係作為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ΔC1。
ΔC1=V3-V5‧‧‧(53)
又，在電容C2處，係被充電有電壓V6與電壓V8之差分ΔC2。
ΔC2=V6-V8=V6-Vr1‧‧‧(54)
在比較階段F3中，霍爾元件1係成為第2檢測狀態T2，開關S1係成為OFF。在電容C1中，由於係保持有ΔC1，因此，電壓V5係藉由式(55)而被作表現。
V5=V3-ΔC1‧‧‧(55)
同時，開關S2、S3係成為OFF，開關S4a係成為ON。如此一來，在電容C2中，由於係保持有ΔC2，因此，電壓V6係藉由式(56)而被作表現。
V6=V8+ΔC2=Vr2+ΔC2‧‧‧(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H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為Vh，並將同相電壓設為Vcm(≒VDD/2)，且將元件偏位電壓設為Voh，將差動放大器3之放大率設為G，將第1輸入端子處之輸入偏位電壓設為Voa1，將第2輸入端子處之輸入偏位電壓設為Voa2，將比較器4之輸入偏位電壓設為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T1與第2檢測狀態T2處而被設為逆相，因此，元件偏位成分係成為同相。
在第1取樣階段F1處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Vh/2+Voh/2‧‧‧(57)
V2=Vcm-Vh/2-Voh/2‧‧‧(58)
V3=Vcm+G(Vh/2+Voh/2+Voa1)‧‧‧(59)
V4=V6=Vcm+G(-Vh/2-Voh/2+Voa2)‧‧‧(60)
V5=V7=Vcm+G(-Vh/2-Voh/2+Voa2)+Voa3‧‧‧(61)
ΔC1=G(Vh+Voh+Voa1-Voa2)-Voa3‧‧‧(62)
ΔC2=Vcm+G(-Vh/2-Voh/2+Voa2)-Vr1‧‧‧(63)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm-Vh/2+Voh/2‧‧‧(64)
V2=Vcm+Vh/2-Voh/2‧‧‧(65)
V3=Vcm+G(-Vh/2+Voh/2+Voa1)‧‧‧(66)
V5=Vcm+G(-3Vh/2-Voh/2+Voa2)+Voa3‧‧‧(67)
V6=Vcm+G(-Vh/2-Voh/2+Voa2)+Vr2-Vr1‧‧‧(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Voa3而作比較。
(V6+Voa3)-V5=GVh+Vr2-Vr1‧‧‧(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(Vr1-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為一半的大小，但是，係有著成為不需要第2取樣階段F2的優點。
又，在上述之式(57)～(69)的計算中，雖係想定為在差動放大器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F1處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm+Vh/2+Voh/2‧‧‧(70)
V2=Vcm-Vh/2-Voh/2‧‧‧(71)
V3=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+G(Vh+Voh+Voa1-Voa2)‧‧‧(72)
V4=V6=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2‧‧‧(73)
V5=V7=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+Voa3‧‧‧(74)
ΔC1=G(Vh+Voh+Voa1-Voa2)-Voa3‧‧‧(75)
ΔC2=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2-Vr1‧‧‧(76)
在比較階段F3處，各節點之電壓係成為下述一般。
V1=Vcm-Vh/2+Voh/2‧‧‧(77)
V2=Vcm+Vh/2-Voh/2‧‧‧(78)
V3=Vcm+Vh/2-Voh/2+Voa2+G(-Vh+Voh+Voa1-Voa2)‧‧‧(79)
V5=Vcm+Vh/2-Voh/2-2GVh+Voa2+Voa3‧‧‧(80)
V6=Vcm-Vh/2-Voh/2+Voa2+Vr2-Vr1‧‧‧(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Voa3而作比較。
(V6+Voa3)-V5=(2G-1)Vh+Vr2-Vr1‧‧‧(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(Vr1-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檢測狀態處而設為共通之同相電壓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，被輸出至霍爾元件1之輸出端子對處的差動檢測電壓Vh係成為逆相。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，亦係需要設為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，由於係成為不需要符號為相反的檢測電壓，因此，係能夠設為圖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，係為為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中成為ON的開關，係被變更為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中成為ON的開關，係被變更為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，係亦有因應於從霍爾元件1所輸出之有效訊號成分的符號，而成為從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，係為僅對於其中一方(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。
又，在圖2或者是圖3之時序圖中，就算是設為了在檢測週期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。
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
[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。
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
C1．．．第1電容
C2．．．第2電容
S1．．．第1開關
S2．．．第2開關
S3、S4a、S4b．．．開關
A、B、C、D．．．端子
VDD．．．電源端子
GND．．．接地端子
V1～V8．．．電壓

Claims (6)

  1. 一種磁性感測器裝置，係為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，其特徵為，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1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，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開關開啟；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開關開啟；和比較階段，係在前述第2檢測狀態下，將前述第1開關、前述第2開關、以及前述第3開關開啟，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開關開啟；和比較階段，係在前述第2檢測狀態下，將前述第1開關、前述第2開關、以及前述第3開關開啟，並將前述第4開關關閉。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102135604B (zh) * 2011-02-25 2013-05-01 哈姆林电子(苏州)有限公司 磁场测量装置
US8957676B2 (en) * 2011-05-06 2015-02-17 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor having a control node to receive a control signal to adjust a threshold
US8446220B2 (en) * 2011-05-09 2013-05-21 Honeywell International Inc. Method and apparatus for increasing the effective resolution of a sensor
JP6033529B2 (ja) * 2011-05-30 2016-11-30 株式会社東海理化電機製作所 検出装置および電流センサ
JP5865108B2 (ja) 2012-02-16 2016-02-17 セイコーインスツル株式会社 磁気センサ装置
JP5926081B2 (ja) * 2012-03-22 2016-05-25 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 センサ装置
JP6180752B2 (ja) 2012-04-27 2017-08-16 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 センサ装置
JP6004758B2 (ja) * 2012-06-07 2016-10-12 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 磁気センサ
JP2014163691A (ja) 2013-02-21 2014-09-08 Seiko Instruments Inc 磁気センサ装置
JP6503198B2 (ja) * 2015-03-05 2019-04-17 エイブリック株式会社 比較回路およびセンサ装置
JP2016166782A (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 磁気センサ装置
US10101410B2 (en) 2015-10-21 2018-10-16 Allegro Microsystems, Llc Methods and apparatus for sensor having fault trip level setting
CN107340483B (zh) * 2016-04-29 2021-08-20 德昌电机(深圳)有限公司 一种磁传感器、磁传感器集成电路、电机组件及应用设备
JP7003395B2 (ja) * 2016-09-12 2022-01-20 セイコーエプソン株式会社 回路装置、電気光学装置及び電子機器
CN107436416B (zh) * 2017-08-28 2020-05-19 上海麦歌恩微电子股份有限公司 能处理垂直霍尔盘信号的磁开关***及信号处理方法
JP7061457B2 (ja) * 2017-12-22 2022-04-28 ローム株式会社 磁気センサ、半導体装置及び電気機器
CN111580007A (zh) * 2020-07-06 2020-08-25 深圳市汇业达通讯技术有限公司 蓄电池内阻检测电路及其方法
TWI771048B (zh) * 2021-06-08 2022-07-11 應廣科技股份有限公司 磁場感應裝置與磁場感應方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001337147A (ja) * 2000-03-23 2001-12-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁界センサ
US6777932B2 (en) * 2000-03-23 2004-08-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic field sensor
TW200640135A (en) * 2005-02-08 2006-11-16 Rohm Co Ltd Magnetic sensor circuit and portable terminal provided with such magnetic sensor circuit
US20080197834A1 (en) * 2007-02-19 2008-08-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Signal detecting circuit

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043520A (ja) * 1990-04-20 1992-01-08 Nec Corp 比較回路
DE10223767B4 (de) * 2002-05-28 2004-10-21 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung zum Verarbeiten eines Signals eines Sensors
JP2004340782A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Toko Inc 磁界センサ
JP4316473B2 (ja) * 2004-10-29 2009-08-19 パナソニック株式会社 電圧検出回路、過電流検出回路、充電電流制御システム、及び電圧検出方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001337147A (ja) * 2000-03-23 2001-12-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁界センサ
US6777932B2 (en) * 2000-03-23 2004-08-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic field sensor
TW200640135A (en) * 2005-02-08 2006-11-16 Rohm Co Ltd Magnetic sensor circuit and portable terminal provided with such magnetic sensor circuit
US20080197834A1 (en) * 2007-02-19 2008-08-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Signal detecting circuit

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Publication number Publication date
CN101907691B (zh) 2014-10-22
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KR20100131929A (ko) 2010-12-16

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