TWI567406B - Magnetic sensor - Google Patents

Description

磁感測器

本發明，是有關磁感測器，其是使用半導體基板上的霍爾元件，尤其是有關於其特性異常檢出用電路。

磁感測器，因為可檢出各式各樣的可動物品的移動、旋轉而廣泛被使用。例如被可舉例：可攜式機器的開閉檢出、和馬達的旋轉數檢出等。近年來，是使用便宜但低靈敏度且補償電壓大的構成於Si基板上的霍爾元件。且，藉由將霍爾元件及增幅器的補償電壓由訊號處理抵消，而可實現便宜且高磁性檢出精度的磁感測器。

在第4圖中，顯示習知的磁感測器的方塊圖。習知的磁感測器10，是具備：霍爾元件2、及切換開關電路30、及增幅器4、及取樣電路5、及基準電壓電路60、及比較器7、及輸出電路8。習知的磁感測器10，是如以下地動作將補償電壓抵消。霍爾元件2，是藉由切換開關電路30，將流動於對角線上的2端子間的電流路徑，相補地切換至第1期間、第2期間。其輸出電壓，是由增 幅器4被增幅，藉由取樣電路5由時間分割地被保持並被平均化。基準電壓電路60，是將基準電壓Vref輸出。比較器7，是比較判別由取樣電路5被保持的電壓及基準電壓Vref。磁感測器10，是藉由透過輸出電路8將判別結果輸出，將對應磁場的檢出訊號輸出。如以上動作，習知的磁感測器10，是將霍爾元件及增幅器的補償電壓藉由訊號處理抵消。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2006/085503號

但是霍爾元件2的材質是Si的情況，補償電壓是對於磁場訊號電壓大數級。補償電壓大的情況時，主要是因為增幅器4的輸出電壓的飽和，所以具有補償電壓不會被抵消、磁性特性顯著低化的課題。

本發明，是為了解決如以上的課題而創作者，提供一種便宜且具備高精度的磁性特性的磁感測器。

為了解決習知的課題，本發明的磁感測器是如以下的構成。

一種磁感測器，具備切換開關電路，其是在第1期間將電流流於霍爾元件的第1端子對動並從第2端子對輸入第1差動訊號電壓，在第2期間將電流流動於第2端子對並從第1端子對輸入第2差動訊號電壓，該切換開關電路，是在霍爾元件的各端子及切換開關電路的輸出端子之間各別串聯地設置串聯傳達開關及交叉傳達開關，並控制交叉傳達開關使可判別霍爾元件的補償電壓的大小。

依據本發明的磁感測器的話，只追加簡便的電路，就可以評價依據霍爾元件及增幅電路的補償電壓的電壓。因此，在檢查過程中，因為可以將補償電壓大的個體由2值判別識別，所以具有提高製品的品質的效果。

1‧‧‧磁感測器

2‧‧‧霍爾元件

3‧‧‧切換開關電路

3A，3B，3C，3D‧‧‧控制訊號

4‧‧‧增幅器

5‧‧‧取樣電路

6‧‧‧基準電壓電路

6A‧‧‧控制訊號

7‧‧‧比較器

8‧‧‧輸出電路

9‧‧‧控制電路

10‧‧‧磁感測器

21‧‧‧端子

22‧‧‧端子

23‧‧‧端子

24‧‧‧端子

30‧‧‧切換開關電路

60‧‧‧基準電壓電路

91‧‧‧動作狀態設定電路

92‧‧‧NAND電路

93，94，95‧‧‧OR電路

301‧‧‧差動訊號電壓輸出端子

302‧‧‧差動訊號電壓輸出端子

311~314‧‧‧電流供給開關

321~324‧‧‧串聯傳達開關

331~334‧‧‧交叉傳達開關

[第1圖]本實施例的磁感測器的方塊圖。

[第2圖]顯示本實施例的磁感測器的切換開關電路的詳細的電路圖。

[第3圖]顯示本實施例的磁感測器的控制電路的一例的電路圖。

[第4圖]習知的磁感測器的方塊圖。

以下，對於本實施例參照圖面進行說明。

第1圖，是本實施例的磁感測器的方塊圖。

本實施例的磁感測器1，是具備：霍爾元件2、及切換開關電路3、及增幅器4、及取樣電路5、及基準電壓電路6、及比較器7、及輸出電路8、及控制電路9。

霍爾元件2，是透過切換開關電路3，使電流從電源端子朝一方的對角線上的端子對(例如端子21-端子22)被供給，在另一方的端子對(例如端子23-端子24)的兩端將差動訊號電壓輸出。霍爾元件2的差動訊號電壓，是透過切換開關電路3，被輸入至增幅器4。切換開關電路3，是由控制電路9的輸出的控制訊號3A~3D被控制，將霍爾元件2的控制的第1期間及第2期間切換。增幅器4，是將霍爾元件2的差動訊號電壓增幅，將差動訊號增幅電壓輸出。基準電壓電路6，是對應控制電路9的控制訊號6A將基準電壓輸出。取樣電路5，是各別保持第1期間及第2期間的差動訊號增幅電壓，將其平均電壓輸出。比較器7，是比較平均電壓及基準電壓的大小關係，將邏輯訊號輸出。控制電路9，是各別朝切換開關電路3、及增幅器4、及基準電壓電路6，將控制訊號輸出。輸出電路8，是依據邏輯訊號卡鎖動作，進行邏輯運算，將作為磁感測器的檢出訊號輸出。

第2圖，是顯示本實施例的磁感測器的切換開關電路3的詳細的電路圖。

切換開關電路3，是具備：第1~第4電流供 給開關311~314、及第1~第4串聯傳達開關321~324、及第1~第4交叉傳達開關331~334。訊號3A~3D，是控制電路9輸出的控制訊號。端子301及302，是第1及第2差動訊號電壓輸出端子。在此，被外加在第1~第4電流供給開關311~314的控制訊號3A是"L"，3B是"H"時，即電流朝霍爾元件2的端子21-端子22被供給時為第1期間，控制訊號3A是"H"，3B是"L"時，即電流朝霍爾元件2的端子23-端子24被供給時為第2期間。第1~第4串聯傳達開關321~324，是與第1~第4電流供給開關311~314連動地被切換。第1~第4交叉傳達開關331~334，是藉由控制訊號3C、3D被控制。

第3圖，是顯示本實施例的磁感測器的控制電路的一例的電路圖。控制電路9，是具備：動作狀態設定電路91、及NAND電路92、及OR電路93、94、95。控制電路9，是基準CLK訊號被輸入，就生成控制訊號3A、3B、3C、3D、及控制訊號6A並輸出。動作狀態設定電路91是將"H"或"L"的訊號輸出的電路，由串聯地被連接的保險絲及下拉電阻所構成。動作狀態設定電路91，是例如，由不揮發性記憶體構成，或是設置外部端子將狀態設定訊號從外部輸入也可以。且，對於其他的邏輯電路，只要可以生成所期的訊號的話，不限定於此電路構成。

如上述的磁感測器1，是如以下地動作，具有：判別補償電壓大小的功能、及判別磁場大小的功能。

本實施例的磁感測器1，是依據控制電路9的輸出的控制訊號，具備第1動作狀態及第2動作狀態。控制電路9的動作狀態設定電路91，是在初期狀態下是藉由保險絲將"H"的訊號輸出。因此，NAND電路92，是將基準CLK訊號反轉地輸出。即，控制訊號3C是將基準CLK訊號反轉的訊號，3D是成為與基準CLK訊號相同之訊號。此狀態，是第1動作狀態。控制電路9的動作狀態設定電路91，是將保險絲切斷的話藉由下拉電阻將"L"的訊號輸出。因此，NAND電路92，是使輸出被固定於"H"。即，控制訊號3C是被固定於"H"，3D是被固定於"L"。此狀態，是第2動作狀態。無論任何的動作狀態，控制訊號3A皆是將基準CLK訊號反轉的訊號，3B皆是與基準CLK訊號相同的訊號。

首先，說明第1動作狀態。第1動作狀態，是可以判別磁感測器1的補償電壓的大小。

在第1動作狀態中，控制電路9，是輸出：將基準CLK訊號反轉的訊號的控制訊號3A及3C、及與基準CLK訊號相同訊號的控制訊號3B及3D。霍爾元件2，是在第1期間，使第1及第4電流供給開關311、314導通，使電流朝端子21-端子22的端子對被供給，從端子23-端子24的端子對將差動訊號電壓輸出。且，在第2期間，使第2及第3電流供給開關312、313導通，使電流朝端子23-端子24的端子對被供給，從端子21-端子22的端子對將差動訊號電壓輸出。且，在第1期間中使第2 交叉傳達開關332及第3交叉傳達開關333導通，在第2期間中使第1交叉傳達開關331及第4交叉傳達開關334導通。

因此，在第1期間中，第1差動訊號電壓輸出端子301是與霍爾元件2的端子24連接，第2差動訊號電壓輸出端子302是與霍爾元件2的端子23連接。且，在第2期間中，第1差動訊號電壓輸出端子301是與霍爾元件2的端子21連接，第2差動訊號電壓輸出端子302是與霍爾元件2的端子22連接。其輸出電壓，是由增幅器4被增幅地被輸出。

因此，增幅器4是將在第1期間輸出的差動訊號增幅電壓為Vo1Φ1、將在第2期間輸出的差動訊號增幅電壓為Vo1Φ2的話，各別為式1及2。

Vo1Φ1=VDD/2+G(KH×Bin+Vos)．．．(1)

Vo1Φ2=VDD/2+G(-KH×Bin+Vos)．．．(2)

在此，VDD是電源電壓，G是增幅器4的增幅率，KH是霍爾元件2的磁電轉換係數，Bin是磁束密度，Vos是被包含於增幅器4的輸出電壓的補償電壓。

因此，在取樣電路5中將差動訊號增幅電壓Vo1Φ1及Vo1Φ2平均的平均電壓Vo1為式3。

Vo1=VDD/2+G×Vos．．．(3)

此時，基準電壓電路6，是藉由控制訊號6A，將輸出的基準電壓朝補償電壓判別用的基準電壓Vref2切換。因此，在比較器7使平均電壓Vo1及基準電壓Vref2被比較，進行補償電壓Vos大小的判別，將其結果從輸出電路8輸出。

如此，在第1動作狀態中，成為可判別磁感測器1的補償電壓Vos的大小。因此，在檢查過程中，對於磁感測器1的電路的不良也就是補償電壓Vos大的個體的選別，不需將電路規模增大，不需追加檢查冶具，就可以實施。

又，增幅器4，是藉由控制電路9的控制訊號切換至補償電壓判別用的增幅率也可以。藉由將基準電壓電路6的基準電壓及增幅器4的增幅率適宜調整，就可以將補償電壓的檢出動作最適化。

接著，說明第2動作狀態。第2動作狀態，是判別磁場大小用的通常的動作狀態。

第2動作狀態，因為控制訊號3C是被固定於"H"，3D是被固定於"L"，所以第1交叉傳達開關331及第4交叉傳達開關334是被固定於導通狀態。霍爾元件2，是在第1期間，使第1及第4電流供給開關311、314導通，使電流朝端子21-端子22的端子對被供給，從端子23-端子24的端子對將差動訊號電壓輸出。且，在第2期間，使第2及第3電流供給開關312、313導通，使電流朝端子23-端子24的端子對被供給，從端子21-端子22 的端子對將差動訊號電壓輸出。因此，在第1期間中，第1差動訊號電壓輸出端子301是與霍爾元件2的端子23連接，第2差動訊號電壓輸出端子302是與霍爾元件2的端子24連接。且，在第2期間中，第1差動訊號電壓輸出端子301是與霍爾元件2的端子21連接，第2差動訊號電壓輸出端子302是與霍爾元件2的端子22連接。其輸出電壓，是由增幅器4被增幅地被輸出。

增幅器4是將在第1期間輸出的差動訊號增幅電壓為Vo2Φ1、將在第2期間輸出的差動訊號增幅電壓為Vo2Φ2的話，各別為式4及5。

Vo2Φ1=VDD/2+G×(KH×Bin+Vos)．．．(4)

Vo2Φ2=VDD/2+G×(KH×Bin-Vos)．．．(5)

因此，在取樣電路5將差動訊號增幅電壓Vo2Φ1及Vo2Φ2平均的平均電壓Vo2為式6。

Vo2=VDD/2+G×KH×Bin．．．(6)

由式6可知，補償電壓Vos在平均電壓Vo2被抵消。且，藉由將由式6獲得的平均電壓Vo2及基準電壓Vref由比較器7比較判別，將對應磁場的檢出訊號輸出。此時，基準電壓電路6，是被切換至使通常的基準電壓Vref輸出。

如以上所載，本實施例的磁感測器，是在第1動作狀態中，可以評價依據霍爾元件及增幅電路的補償電壓的電壓。因此，對於成為製品的初期不良的發生磁性特性不良的可能性高的補償電壓大的個體，可以由2值判別識別。即，因為可以在檢查過程將補償電壓大的個體排除，所以可以提供高精度的磁感測器。

又，控制電路9是可從外部將控制訊號輸入的情況時，藉由從外部將控制訊號輸入，製品出貨後也可進行檢查。因此，成為可識別因長期變化而使補償電壓變大的個體。

1‧‧‧磁感測器

2‧‧‧霍爾元件

3‧‧‧切換開關電路

3A‧‧‧控制訊號

3B‧‧‧控制訊號

3C‧‧‧控制訊號

3D‧‧‧控制訊號

4‧‧‧增幅器

5‧‧‧取樣電路

6‧‧‧基準電壓電路

6A‧‧‧控制訊號

7‧‧‧比較器

8‧‧‧輸出電路

9‧‧‧控制電路

21‧‧‧端子

22‧‧‧端子

23‧‧‧端子

24‧‧‧端子

Claims (4)

1. 一種磁感測器，其特徵為，具備：霍爾元件；及切換開關電路，是在第1期間將電流流動於前述霍爾元件的第1端子對並從第2端子對輸入第1差動訊號電壓，在第2期間將電流流動於前述第2端子對並從前述第1端子對輸入第2差動訊號電壓；及增幅器，是輸出將透過前述切換開關電路被輸入的前述第1及第2差動訊號電壓增幅之後的第1及第2差動訊號增幅電壓；及取樣電路，是將從前述增幅器被輸入的第1及第2差動訊號增幅電壓保持，將前述第1及第2差動訊號增幅電壓的平均電壓輸出；及基準電壓電路，是使基準電壓發生；及比較器，是比較前述取樣電路輸出的前述平均電壓、及前述基準電壓電路輸出的前述基準電壓；及控制電路，是將控制訊號輸出，控制前述切換開關電路；前述切換開關電路，是在與前述霍爾元件的各端子連接的輸入端子及輸出端子之間各別串聯地具備串聯傳達開關及交叉傳達開關，且具有：前述交叉傳達開關，是控制使在前述第1期間及前述第2期間的其中任一交叉傳達之第1動作狀態；及 前述交叉傳達開關，是控制使在前述第1期間及前述第2期間皆不交叉傳達之第2動作狀態；在前述第1動作狀態，判別被包含於前述平均電壓的補償電壓的大小。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁感測器，其中，前述控制電路，是具備保險絲，藉由前述保險絲的有無來切換前述動作狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁感測器，其中，前述控制電路，是具備不揮發性記憶體，依據前述不揮發性記憶體的資料來切換前述動作狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁感測器，其中，前述控制電路，是具備狀態設定端子，依據被輸入至前述狀態設定端子的訊號來切換前述動作狀態。