磁傳感器電路的制作方法
【專利摘要】提供不向信號處理電路輸出尖峰狀的電壓誤差的磁傳感器電路。磁傳感器電路的特征在于：構成為具備由第一開關電路驅動的多個霍爾元件，并經由用第二控制電路控制的第二開關電路向信號處理電路輸出輸出信號，控制第一開關電路，以使在多個霍爾元件的各個輸出信號產生尖峰的定時不相同，第二開關電路選擇輸出不產生尖峰的定時的期間的輸出信號。
【專利說明】
磁傳感器電路
技術領域
[0001]本發明涉及磁傳感器電路，更具體涉及能夠減小霍爾元件的端子切換時產生的尖峰(sp i ke )的磁傳感器電路。
【背景技術】
[0002]磁傳感器電路包含霍爾元件和信號處理電路，但是在霍爾元件或信號處理電路產生偏移(off set)電壓，在未施加磁場的零磁場狀態下，也輸出不為零的電壓。
[0003]作為該霍爾元件的偏移電壓的原因，能舉出制造上的偏差或應力、周邊磁場的影響等。針對霍爾元件的偏移電壓的課題，一般使用稱為旋轉電流法的驅動方法。
[0004]正方形狀的霍爾元件在4個角放置有各個端子時，在使驅動電流流過O度的對置端子的情況、和使驅動電流流過90度的對置端子的情況下，施加磁場時偏移電壓為反相，對應于磁場的電壓為同相，因此相加這些，抽取降低了偏移誤差的有意的信號而進行信號處理。
[0005]圖17是示出現有的2次旋轉的磁傳感器電路的電路圖。
[0006]霍爾元件I具有4個端子(節點NI?N4)，經由用第一控制電路5控制的第一開關電路3而與電源電壓及接地電壓連接。信號處理電路2經由用第二控制電路6控制的第二開關電路4而與霍爾元件I連接。
[0007]圖18示出現有的2次旋轉的磁傳感器電路的時間圖。圖中，控制信號為高電平時開關導通，而控制信號為低電平時開關截止。一個旋轉期間被分割為期間Φ I和期間02這2個期間。
[0008]在期間Φ1，控制信號SS1V、SS1G、SS1P、SS1M成為高電平。因而，在期間Φ1，對節點N2連接恒流源15，對節點N4連接接地電壓，對正輸入端子INP連接節點NI，對負輸入端子1匪連接節點N3。
[0009]在期間Φ2，控制信號SS2V、SS2G、SS2P、SS2M成為高電平。在期間Φ2，對節點N3連接恒流源7，對節點NI連接接地電壓，對正輸入端子INP連接節點N2，對負輸入端子IMi連接節點N4。
[0010]通過上述連接，差分信號(INP —I匪)在Φ 1、Φ2期間成為對應于磁的信號電壓Vsig。另外，在Φ I期間，剛剛切換后會產生負的尖峰狀電壓，在Φ2期間會產生正的尖峰狀電壓。
[0011]作為針對上述尖峰狀的電壓誤差的對策，已知例如專利文獻1、專利文獻2的方法。在專利文獻I中，利用順時針和逆時針旋轉切換時產生的尖峰狀的電壓誤差以正負的相反符號產生的情況，對這些進行相加或平均化，從而減少誤差。另一方面，在專利文獻2中，對于I個霍爾元件以具有采樣和保持電路的離散信號處理電路為前提，在剛剛旋轉切換后，霍爾元件和信號處理電路斷開，信號處理電路基于采樣和保持電路所保持的信號進行信號處理，因此遮蔽在剛剛切換之后尖峰狀的誤差期間的信號傳遞，減少尖峰狀的誤差對信號處理精度產生的影響。
[0012]現有技術文獻專利文獻
專利文獻1:美國專利第6927572號說明書；
專利文獻2:美國專利第5621319號說明書。
【發明內容】
[0013]發明要解決的課題
專利文獻I記載的方法中，采取了抵消正的尖峰狀誤差和負的尖峰狀誤差的方法，但是正的尖峰狀誤差和負的尖峰狀的誤差因制造偏差、元件構成等而并不完全一致，成為殘留誤差因素。
[0014]專利文獻2的方法中，以利用采樣和保持電路進行的離散時間信號處理為前提，存在霍爾元件的輸出信號傳不到信號處理電路的遮蔽期間，因此不適合連續時間信號處理。
[0015]本發明鑒于上述課題而成，其目的在于，提供不管對連續時間信號處理電路還是對離散時間信號處理電路都合適的、具有減少尖峰狀的電壓誤差的電路的磁傳感器電路。
[0016]用于解決課題的方案
本發明公開的發明，作為用于解決課題的方案大致如以下那樣構成。
[0017]—種磁傳感器電路，具備:多個霍爾元件，具備多個端子;第一開關電路，設在所述多個霍爾元件的多個端子與電源端子及接地端子之間，切換驅動電流而向所述多個霍爾元件供給;第二開關電路，與所述多個霍爾元件的多個端子連接，選擇輸出所述多個霍爾元件的輸出信號；第一控制電路，向所述第一開關電路輸出第一控制信號；第二控制電路，向所述第二開關電路輸出第二控制信號；以及信號處理電路，接受所述第二開關電路輸出的輸出信號并進行信號處理，所述第一控制電路以使在所述多個霍爾元件的輸出信號產生尖峰的定時不同的方式控制所述多個霍爾元件，所述第二控制電路控制所述第二開關電路，以使所述多個霍爾元件的輸出信號之中產生尖峰的一定期間的輸出信號為非選擇，并且，選擇所述多個霍爾元件的輸出信號之中不產生尖峰的一定期間的輸出信號，所述第二開關電路的輸出在全部期間選擇輸出所述多個霍爾元件的任意一個以上的輸出信號。
[0018]發明效果
依據本發明，不會產生在以正負的尖峰直接抵消霍爾元件剛剛旋轉切換之后的尖峰狀的電壓誤差的情況下發生的殘留誤差。另外，使用多個霍爾元件來選擇輸出尖峰狀的電壓消失一定時間后的電壓值，從而能夠顯著減少起因于霍爾元件電容的尖峰狀電壓誤差。另夕卜，經常使用尖峰狀誤差消失后的期間的信號，因此能夠將旋轉頻率高速化。
[0019]進而，依據本發明，各個霍爾元件通過避開尖峰狀誤差的期間而能夠將信號處理電路(例如模擬數字轉換器)的處理轉換速率高速化。另外，可以向信號處理電路連續傳播霍爾元件的輸出信號電壓，適合連續信號處理。另外，在第一相、第二相多次采樣而使用信號處理電路的情況下，能夠使霍爾輸出信號不間斷地傳播。另外，在使用儀表放大器的離散時間信號處理的情況下，不會發生無用的充放電，因此能夠削減儀表放大器的消耗電流。
【附圖說明】
[0020]圖1是第一實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0021]圖2是示出第一實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0022]圖3是第二實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0023]圖4是不出第二實施方式的磁傳感器電路的第一開關電路的一個例子的電路圖。
[0024]圖5是示出第二實施方式的磁傳感器電路的第二開關電路的一個例子的電路圖。
[0025]圖6是示出第二實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0026]圖7是第三實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0027]圖8是示出第三實施方式的磁傳感器電路的第二開關電路的一個例子的電路圖。
[0028]圖9是示出第三實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0029]圖10是第四實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0030]圖11是不出第四實施方式的磁傳感器電路的第一開關電路的一個例子的電路圖。
[0031]圖12是示出第四實施方式的磁傳感器電路的第二開關電路的一個例子的電路圖。
[0032]圖13是示出第四實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0033]圖14是示出本發明的磁傳感器電路的霍爾元件的結構的一個例子的電路圖。
[0034]圖15是示出本發明的磁傳感器電路的霍爾元件的結構的一個例子的電路圖。
[0035 ]圖16是示出本發明的磁傳感器電路的驅動電路的結構的一個例子的電路圖。
[0036]圖17是示出現有的2次旋轉的磁傳感器電路的電路圖。
[0037]圖18是現有的2次旋轉的磁傳感器電路的時間圖。
【具體實施方式】
[0038]以下，參照電路圖，對本發明的磁傳感器電路的實施方式進行說明。
[0039]<第一實施方式>
圖1是第一實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0040]磁傳感器電路具備:第一霍爾元件1A;第二霍爾元件1B;第一開關電路13;第二開關電路14;第一控制電路11;第二控制電路12;恒流源15;以及信號處理電路16。信號處理電路16相當于斬波的調制/解調電路或加法、濾波器處理電路、模擬數字轉換器、比較器(磁開關電路)等。
[0041 ]第一霍爾元件IA具有4個端子，并設各端子的節點為NlA?N4A。第二霍爾元件IB具有4個端子，并設各端子的節點為NlB?N4B。信號處理電路16具有正相輸入端子INP和負相輸入端子INM。
[0042]第一霍爾元件IA及第二霍爾元件IB經由用第一控制電路11控制的第一開關電路13而與電源電壓及接地電壓連接，并且經由用第二控制電路12控制的第二開關電路14而與信號處理電路16連接。
[0043]第一開關電路13的各開關分別用控制信號SS1VA、SS1VB、SS2VA、SS2VB、SS1GA、SS1GB、SS2GA、SS2GB控制。第二開關電路14的各開關分別用控制信號SSlPA、SSiro、SS2PA、SS2PB、SS1MA、SS1MB、SS2MA、SS2MB 控制。
[0044]接著，說明第一實施方式的磁傳感器電路的動作。圖2是示出第一實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0045]—個旋轉期間被分割為期間Φ I和期間Φ2。另外，期間Φ I被分割為子期間Φ 11和Φ 12，期間Φ 2被分割為子期間Φ 21和Φ 22。控制信號SS1VA、SSlGA在期間Φ I成為高電平，控制信號SS2VA、SS2VG在期間Φ2成為高電平，控制信號SS1VB、SS1GB在期間Φ12及Φ21成為高電平，控制信號SS2VB、SS2GB在期間Φ22及Φ11成為高電平。另外，控制信號SS1PA、SSlMA在期間Φ12成為高電平，控制信號SS2PA、SS2MA在期間Φ22成為高電平，控制信號SS1PB、SS1MB在期間Φ21成為高電平，控制信號SS2PB、SS2MB在期間Φ11成為高電平。
[0046]因而，在期間Φ11，對節點N2A連接恒流源15，對節點N4A連接接地電壓，對節點N3B連接恒流源15，對節點NlB連接接地電壓，從而驅動兩個霍爾元件。另外，對正相輸入端子INP連接霍爾元件IB的霍爾元件節點N2B，對負相輸入端子INM連接霍爾元件IB的霍爾元件節點N4B。在該期間，霍爾元件IB的旋轉切換定時為期間Φ 2 2的開始時，因此在差分輸出信號(INP — INM)中不會產生尖峰狀的電壓誤差。期間Φ 12、期間Φ 21、期間Φ22的動作原理也同樣，霍爾元件1A、霍爾元件IB任一個的不會產生尖峰狀的電壓誤差的期間的差分信號，被選擇輸出到信號處理電路16的輸入信號(INP — I匪)。
[0047]因而，在第一實施方式的磁傳感器電路的情況下，具有信號處理電路16的輸入中不會產生尖峰狀的誤差這一優點。進而，在本實施方式中，尖峰狀誤差的期間被屏蔽而選擇穩定的期間的電壓，從而能夠提高旋轉頻率以及信號處理電路16的信號處理轉換速率(例如，模擬數字轉換器的采樣速率)。因而，能夠將磁傳感器電路的S/N保持一定。
[0048]另外，能夠向信號處理電路16連續傳播霍爾元件的輸出信號電壓，適合連續信號處理。
[0049]另外，在使用儀表放大器的離散時間信號處理的情況下，具有不會發生無用的充放電而不會增大儀表放大器的消耗電流這一效果。
[0050]<第二實施方式>
圖3是第二實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0051]本實施方式的磁傳感器電路具備:第一霍爾元件1A;第二霍爾元件1B;第三霍爾元件1C;第四霍爾元件1D;第一開關電路33;第二開關電路34;第一控制電路31和第二控制電路32;以及信號處理電路36。
[0052]第三霍爾元件IC及第四霍爾元件ID與第一霍爾元件IA及第二霍爾元件IB同樣，具有4個端子，并將各端子的節點設為NlC?N4C及NlD?MD。信號處理電路36具有正相輸入端子 INPA、INPB、INPC、INPD 和負相輸入端子 INMA、INMB、INMC、INMD。
[0053]霍爾元件從第一實施方式的磁傳感器電路中追加了第三霍爾元件IC及第四霍爾元件1D，并且同樣連接在第一開關電路33及第二開關電路34之間。
[0054]第一開關電路33同樣對應于4個霍爾元件而追加開關。圖4是示出第一開關電路33的一個例子的電路圖。各輸入端子、各輸出端子及各開關以如圖示的關系連接、控制。
[0055]第二開關電路34具備與信號處理電路36的各輸入端子對應的8個輸出端子。圖5是示出第二開關電路34的一個例子的電路圖。各輸入端子、各輸出端子及各開關以如圖示的關系連接、控制。
[0056]正相輸入端子(INPA、INPB、INPC、INPD)及負相輸入端子(INMA、INMB、INMC、INMD)分別各4個，可以設想這些端子的信號通過信號處理電路36內的加法電路(未圖示)，轉換為電壓電平或電流電平，從而進行加法信號處理。
[0057]接著，說明第二實施方式的磁傳感器電路的動作。圖6是示出第二實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0058]一個旋轉期間被分割為期間Φ 1、期間Φ2、期間Φ3和期間Φ4。另外，期間Φ I被分割為子期間011、012、013和014，期間02被分割為子期間021、022、023和024，期間Φ 3被分割為子期間Φ 31、Φ 32、Φ 33和Φ 34，期間Φ 4被分割為子期間Φ 41、Φ 42、Φ 43和Φ44。控制信號SS1VA、SS1GA在期間Φ I成為高電平，控制信號SS2VA、SS2VG在期間Φ2成為高電平，控制信號SS3VA、SS3VG在期間Φ3成為高電平，控制信號SS4VA、SS4VG在期間Φ4成為高電平，這些成為用于驅動霍爾元件IA的控制信號。關于其他霍爾元件1B、1C、1D的驅動信號也同樣具有4個相，但是如圖6中圖示的那樣，使時鐘的相位按每I個子期間分別錯開。
[0059]對于與霍爾元件IA的輸出信號相關的控制信號，控制信號SS1PA、SS1MA在期間Φ12?Φ14成為高電平，控制信號SS2PA、SS2MA在期間Φ22?Φ24成為高電平，控制信號SS3PA、SS3MA在期間Φ32?Φ34成為高電平，控制信號SS4PA、SS4MA在期間Φ42?Φ44成為高電平。如圖6所示，關于其他霍爾元件1B、1C、1D也有具有同樣的相位關系的控制信號，在各霍爾元件中按每I個子期間錯開時鐘的相位。
[0060]因而，在子期間Φ 11，在霍爾元件IA產生尖峰，但是霍爾元件1B、1C、ID的三個信號輸入信號處理電路36 ο在其他的子期間也同樣，未出現尖峰的三個霍爾元件的輸出信號傳到信號處理電路36并相加。
[0061 ]因而，在本實施方式的磁傳感器電路的情況下，具有在信號處理電路36的輸入不會產生尖峰狀的誤差的優點。另外，能夠向信號處理電路36連續傳播霍爾元件的輸出信號電壓，適合于連續信號處理。
[0062]<第三實施方式>
圖7是第三實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0063]本實施方式的磁傳感器電路具備:第一霍爾元件1A;第二霍爾元件1B;第三霍爾元件1C;第四霍爾元件1D;第一開關電路33;第二開關電路74;第一控制電路31和第二控制電路72;以及信號處理電路16。
[0064]與第二實施方式的不同點在于第二開關電路74的結構和第二控制電路72的控制信號不同這一點和使信號處理電路16為正相輸入端子INP和負相輸入端子INM—對這一點。
[0065]圖8是示出第二開關電路74的一個例子的電路圖。各輸入端子、各輸出端子及各開關以如圖示那樣的關系連接、控制。
[0066]接著，說明第三實施方式的磁傳感器電路的動作。圖9是示出第三實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0067]本實施方式的時間圖與第二實施方式的時間圖在第二開關電路72的控制信號不同。例如，關于第一霍爾元件1A，在期間Φ14中控制信號(SS1PA、SS1MA)成為高電平，在期間Φ24中控制信號SS2PA、SS2MA成為高電平，在期間Φ34中控制信號SS3PA、SS3MA成為高電平，在期間Φ44中控制信號SS4PA、SS4MA成為高電平。關于第二霍爾元件IB?第四霍爾元件ID也是同樣的相位關系的控制信號，但是在霍爾元件間時鐘的相位按每I個子期間錯開。因而，信號處理輸入(INP — INM)在Φ 11期間選擇第二霍爾元件IB的信號、在Φ 12期間選擇第三霍爾元件IC的信號、在Φ 13期間選擇第四霍爾元件ID的信號、在Φ 14期間選擇第一霍爾元件IA的信號。在其他子期間也以同樣的原理決定對信號處理電路16的輸入信號。
[0068]因而，本實施方式的磁傳感器電路具有在信號處理電路16的輸入不會產生尖峰狀的誤差的優點。進而，在本實施方式中，使用4個霍爾元件，因此尖峰狀誤差的期間被遮蔽，能夠取得3個子期間量的穩定的期間，因此起因于霍爾元件電容的尖峰狀的電壓誤差以指數函數無限減小。因而，能夠更進一步謀求提高旋轉頻率以及信號處理電路16的信號處理轉換速率(例如，模擬數字轉換器的采樣速率)。因而，作為磁傳感器電路的系統能夠將S/N保持一定，因此，能夠通過提高時鐘速率來避免損耗量。另外，能夠向信號處理電路16連續傳播霍爾元件的輸出信號電壓，從而適合于連續信號處理。
[0069]<第四實施方式>
圖10是第四實施方式的磁傳感器電路的電路圖。
[0070]本實施方式的磁傳感器電路與第二實施方式的電路結構相同，但是第一開關電路103及第二開關電路104的電路不同。
[0071]圖11是示出第一開關電路103的一個例子的電路圖。各輸入端子、各輸出端子及各開關以如圖示那樣的關系連接、控制。因而，以使霍爾元件IA順時針旋轉、使霍爾元件IB逆時針旋轉、使霍爾元件IC順時針旋轉、使霍爾元件ID逆時針旋轉的方式進行連接。
[0072]圖12是示出第二開關電路104的一個例子的電路圖。各輸入端子、各輸出端子及各開關以如圖示那樣的關系連接、控制。第二開關電路104也采用對應于與第一開關電路103同樣的旋轉的連接。
[0073]接著，說明第四實施方式的磁傳感器電路的動作。圖13是示出第四實施方式的磁傳感器電路的電路動作的時間圖。
[0074]本實施方式的時間圖與第二實施方式的時間圖中控制信號相同，但是霍爾元件IB和霍爾元件ID的差分信號的尖峰狀的電壓誤差的符號為負。這是因為霍爾元件的旋轉的方式不同的緣故。
[0075]本實施方式的磁傳感器電路中，選擇沒有尖峰的期間為輸出，但是在實際的電路中，相對于時間常數τ，包含(AX expC-Τ/τ)，在此T為遮蔽的穩定時間)的有限的誤差。因而，關于霍爾元件1A、1C，實際上產生微小的誤差(ΑΧθχρ(-Τ/τ))，關于霍爾元件1B、1D，實際上產生微小的誤差((-Ι)ΧΑΧθχρ(-ΤΛ))。因而，關于信號穩定的殘留誤差量，通過抵消影響，能夠更加減小信號的誤差量。
[0076]本實施方式的磁傳感器電路，為了選擇輸出尖峰消失后的穩定后電壓，對正/負的尖峰電壓的波形形狀差造成的影響幾乎不靈敏。
[0077]圖14及圖15是示出本發明的磁傳感器電路的霍爾元件的結構的一個例子的電路圖。
[0078]如圖14那樣以成為一個霍爾元件I的方式將兩個霍爾元件la、Ib連接到端子NI?N4。霍爾元件la、lb以成為I個霍爾元件I的方式連接不同為O度、90度的各端子。通過這樣構成霍爾元件I，能夠抑制起因于布局的制造上的偏差或應力的影響。
[0079]圖15的霍爾元件I的結構也同樣。
[0080]圖16是示出本發明的磁傳感器電路的霍爾元件的驅動電路的結構的一個例子的電路圖。
[0081 ] 圖16的驅動電路設置驅動4個霍爾元件1六、18、1(:、10的4個恒流源154、158、15(:、15D。而且，第一開關電路163以每次旋轉時切換驅動霍爾元件的恒流源的方式進行控制。通過這樣構成驅動電路，能夠進一步抑制在旋轉切換時驅動端產生的一點信號變動。
[0082]而且，如圖16那樣具備4個霍爾元件的磁傳感器電路的情況下，以4次的旋轉為一個周期，切換驅動霍爾元件的恒流源。通過進行這樣的旋轉的控制，能夠抑制各恒流源15A、15B、15C、I ro的電流值的偏差的影響。
[0083]依據圖16的驅動電路，本發明的磁傳感器電路能夠抑制旋轉切換時在驅動端產生的一點信號變動。另外，依據如上所述的驅動方法，能夠抑制各恒流源的電流偏差。
[0084]以上，本發明的實施方式的說明中，霍爾元件的形狀、端子及位置關系(O度、90度、180度、270度)等，并不局限于附圖所示的，關于其他形狀、端子數的霍爾元件也包括在發明的范圍。
[0085]另外，本發明并不局限于上述的實施方式，顯然包括本發明的范圍內只要為本領域技術人員就能完成的各種變形、修正。
[0086]標號說明 1A、1B、1C、1D霍爾元件；
11、31第一控制電路；
12、32第二控制電路；
13、33、103第一開關電路;
14,34,104第二開關電路；
15、15A、15B、15C、15D 恒流源；
16,36信號處理電路。
【主權項】
1.一種磁傳感器電路，其特征在于，具備: 多個霍爾元件，具備多個端子； 第一開關電路，設在所述多個霍爾元件的多個端子與電源端子及接地端子之間，切換驅動電流而向所述多個霍爾元件供給； 第二開關電路，與所述多個霍爾元件的多個端子連接，選擇輸出所述多個霍爾元件的輸出信號； 第一控制電路，向所述第一開關電路輸出第一控制信號； 第二控制電路，向所述第二開關電路輸出第二控制信號；以及 信號處理電路，接受所述第二開關電路輸出的輸出信號并進行信號處理， 所述第一控制電路以使在所述多個霍爾元件的輸出信號產生尖峰的定時不同的方式控制所述多個霍爾元件， 所述第二控制電路控制所述第二開關電路，以使所述多個霍爾元件的輸出信號之中產生尖峰的一定期間的輸出信號為非選擇，并且，選擇所述多個霍爾元件的輸出信號之中不產生尖峰的一定期間的輸出信號， 所述第二開關電路的輸出在全部期間選擇輸出所述多個霍爾元件的任意一個以上的輸出信號。2.如權利要求1所述的磁傳感器電路，其特征在于， 在所述第一開關電路與所述電源端子之間設置恒流源。3.如權利要求2所述的磁傳感器電路，其特征在于， 所述恒流源對應于所述多個霍爾元件而設置， 通過所述第一開關電路，每次旋轉時切換連接到所述多個霍爾元件。4.如權利要求1到3的任一項所述的磁傳感器電路，其特征在于， 將所述霍爾元件連接到所述霍爾元件的端子，以使多個霍爾元件成為I個霍爾元件。
【文檔編號】G01R33/07GK105938184SQ201610122781
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月4日
【發明人】入口雅夫
【申請人】精工半導體有限公司