JP2015078949A - Hall electromotive force signal detection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホール起電力を加減算するホール起電力信号検出回路に関し、より詳細には、基板バイアス効果因によるホール素子の特性劣化の影響を著しく低減するようにしたホール起電力信号検出回路に関する。 The present invention relates to a Hall electromotive force signal detection circuit for adding and subtracting Hall electromotive force, and more particularly to a Hall electromotive force signal detection circuit that significantly reduces the influence of characteristic deterioration of a Hall element due to a substrate bias effect factor.
従来からホール素子を使った磁気センサには、磁石の位置情報の検出を行うセンサとして近接センサ、リニア位置センサ、回転角度センサなどに用いられているだけでなく、電流導体を流れる電流によって誘起される磁界を検出することによって電流導体を流れる電流量を非接触で測定する電流センサの用途においても広く利用されている。
特に、モータのインバータ電流を検出するために利用される電流センサにおいては、モータ制御を効率化する目的で、高い周波数でスイッチングするインバータの電流を高精度に検出することが要求されている。
Conventionally, magnetic sensors using Hall elements are not only used for proximity sensors, linear position sensors, rotation angle sensors, etc., as sensors for detecting magnet position information, but also induced by current flowing through a current conductor. It is also widely used in applications of current sensors that measure the amount of current flowing through a current conductor in a non-contact manner by detecting magnetic fields.
In particular, in a current sensor used for detecting an inverter current of a motor, it is required to detect an inverter current switching at a high frequency with high accuracy for the purpose of improving the efficiency of motor control.
この種のホール素子は、入力された磁界の強度に応じたホール起電力信号を発生する磁電変換機能を有するため、磁気センサとして広く用いられている。しかしながら、ホール素子には、磁場が零である状態、すなわち、無磁場の状態でも、零でない有限の電圧が出力されてしまうというオフセット電圧(不平衡電圧)が存在する。
そこで、ホール素子を利用した磁気センサにおいては、ホール素子が持つオフセット電圧をキャンセルする目的で、スピニングカレント(Spinning current)法又はConnection commutation法といった名称で一般的に知られているホール素子の駆動方法が存在する。この方法とは、ホール素子に駆動電流を流すための端子対の位置と、ホール起電力信号を検出するための端子対の位置との間で、チョッパークロックと呼ばれるクロックにしたがって周期的に入れ替える操作を行うものである(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)
以下に、図1(a),(b)に基づいてホール素子のSpinning current法について説明する(例えば、特許文献2参照)。
This type of Hall element is widely used as a magnetic sensor because it has a magnetoelectric conversion function for generating a Hall electromotive force signal corresponding to the intensity of an input magnetic field. However, the Hall element has an offset voltage (unbalanced voltage) in which a finite voltage that is not zero is output even in a state where the magnetic field is zero, that is, in a state where there is no magnetic field.
Therefore, in a magnetic sensor using a Hall element, for the purpose of canceling an offset voltage possessed by the Hall element, a Hall element driving method generally known by a name such as a spinning current method or a Connection comment method is used. Exists. This method is an operation of periodically switching between the position of a terminal pair for flowing a drive current to the Hall element and the position of a terminal pair for detecting a Hall electromotive force signal according to a clock called a chopper clock. (For example, see Non-Patent
Hereinafter, the Spinning current method of the Hall element will be described based on FIGS. 1A and 1B (see, for example, Patent Document 2).
図1(a),(b)は、チョッパークロックの位相がφ1、φ2の2値の間で切り替わるたびに、ホール素子をバイアスする駆動電流の向きを、それぞれ、0度と90度と切り替えるときのホール起電力検出を説明した図である。
図中のホール素子は、4つの抵抗(R1、R2、R3、R4)からなる4端子の素子としてモデル化されており、定電流駆動されている。
FIGS. 1A and 1B show a case where the direction of the drive current for biasing the Hall element is switched between 0 degree and 90 degrees each time the phase of the chopper clock is switched between two values of φ1 and φ2. It is a figure explaining the Hall electromotive force detection of.
The Hall element in the figure is modeled as a four-terminal element composed of four resistors (R1, R2, R3, R4), and is driven at a constant current.
図1(a),(b)に示したホール素子のモデルにおいて、これらの4つの抵抗(R1、R2、R3、R4)の抵抗値は、固定値でないことに注意が必要である。ホール素子が半導体基板の中のNウェルとして形成される場合、一般に半導体製造時のプロセス勾配によって、各ホール素子の内部に不純物濃度の濃淡分布が発生する。このため、4つの端子(端子1、端子2、端子3、端子4)のどの端子から駆動電流が注入されるかによって、ホール素子(Nウェル)内部での電位分布が変わり、ホール素子(Nウェル)内部での空乏層の発生状況も変わる。したがって、ホール素子のモデルにおける4つの抵抗R1、R2、R3、R4の抵抗値は、ホール素子の4つの端子(端子1、端子2、端子3、端子4)のどの端子から駆動電流が注入されるかに依存して、それぞれの値が変化することになる。
In the Hall element model shown in FIGS. 1A and 1B, it should be noted that the resistance values of these four resistors (R1, R2, R3, R4) are not fixed values. When the Hall element is formed as an N-well in a semiconductor substrate, an impurity concentration distribution is generally generated inside each Hall element due to a process gradient during semiconductor manufacturing. For this reason, the potential distribution in the Hall element (N well) varies depending on which of the four terminals (
図1(a),(b)において、チョッパークロックの位相がφ1(ホール素子の駆動方向は0度)のときと、チョッパークロックの位相がφ2(ホール素子の駆動方向は90度)の時に測定される電圧信号Vhall(φ1)とVhall(φ2)は、下記の数式1のように、ホール素子を使った磁気センサの検出対象となる磁場Bに対応したホール起電力信号Vsig(B)とホール素子のオフセット電圧Vos(Hall)の和として表される。
1A and 1B, measurement is performed when the phase of the chopper clock is φ1 (the driving direction of the Hall element is 0 degrees) and when the phase of the chopper clock is φ2 (the driving direction of the Hall element is 90 degrees). The voltage signals Vhall (φ1) and Vhall (φ2) to be generated are the Hall electromotive force signal Vsig (B) and the Hall corresponding to the magnetic field B to be detected by the magnetic sensor using the Hall element as shown in the following
ここで、チョッパークロックの位相にしたがって、ホール素子のバイアス電流の方向を0度と90度の間で周期的に切替えることによって、検出対象の磁場に対応したホール起電力信号Vsig(B)の極性を反転することができるため、Vsig(B)をチョッパークロックの周波数f_chopに周波数変調することができる。 Here, the polarity of the Hall electromotive force signal Vsig (B) corresponding to the magnetic field to be detected by periodically switching the bias current direction of the Hall element between 0 degree and 90 degrees according to the phase of the chopper clock. Since Vsig (B) can be frequency-modulated to the frequency f_chop of the chopper clock.
一方で、ホール素子のDCオフセット電圧Vos(Hall)に関しては、ホール素子の駆動方向を0度と90度の間で切替えても同じ極性の値となるため、Vos(Hall)はチョッパークロックによる周波数変調を受けない。
以上のことから、チョッパークロックの位相にしたがって、ホール素子の駆動電流の方向を0度と90度の間で切替える操作を行う場合、ホール素子において発生される信号Vhallは、図2(a)乃至(d)に示すような波形となる。また、ホール素子において発生される信号のスペクトルは、図3に示すようなスペクトルとなることから、検出対象の磁界に対応したホール起電力信号Vsig(B)とホール素子のオフセット電圧Vos(Hall)は、周波数領域において分離されることが解る。これが、Spinning current法によるホール素子のオフセットキャンセルの原理である。
On the other hand, the DC offset voltage Vos (Hall) of the Hall element has the same polarity value even if the driving direction of the Hall element is switched between 0 degrees and 90 degrees, so Vos (Hall) is the frequency of the chopper clock. Not modulated.
From the above, when the operation of switching the direction of the driving current of the Hall element between 0 degree and 90 degrees according to the phase of the chopper clock is performed, the signal Vhall generated in the Hall element is as shown in FIG. The waveform is as shown in (d). Since the spectrum of the signal generated in the Hall element is a spectrum as shown in FIG. 3, the Hall electromotive force signal Vsig (B) corresponding to the magnetic field to be detected and the offset voltage Vos (Hall) of the Hall element. Are separated in the frequency domain. This is the principle of the offset cancellation of the Hall element by the spinning current method.
図4は、従来のホール起電力信号検出回路を説明するための回路構成図で、2つのホール素子を接続してその信号を加算する回路の例を示している。図中符号1はチョッパークロック生成回路、2は駆動電流生成回路、3は第1のホール素子、4は第1のスイッチ回路、5は第2のホール素子、6は第2のスイッチ回路、7はホール起電力信号加算回路を示している。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram for explaining a conventional Hall electromotive force signal detection circuit, and shows an example of a circuit that connects two Hall elements and adds the signals. In the figure,
図4に示したホール起電力信号検出回路は、2つのホール素子である第1のホール素子3と第2のホール素子5において発生させるホール起電力信号Vhall1、Vhall2をホール起電力信号加算回路7によって加算して、出力信号Vhall_sum12を生成する回路である。
第1のホール素子3及び第2のホール素子5のそれぞれは、4つの端子(端子1、端子2、端子3、端子4)を備えており、第1のホール素子3及び第2のホール素子5のそれぞれに接続された第1のスイッチ回路4及び第2のスイッチ回路6においては、チョッパークロック生成回路1において生成される2相のチョッパークロック信号の位相φ(φ1、φ2)にしたがって、ホール素子を駆動する駆動電流を注入する端子対及びホール起電力信号を検出する端子対を切替えて、第1のホール素子3及び第2のホール素子5のそれぞれにおいて発生するホール起電力信号Vhall1、Vhall2を検出する。すなわち、第1のホール素子3及び第2のホール素子5については、それぞれ、Spinning current法によるオフセットキャンセルを行うものとする。
In the Hall electromotive force signal detection circuit shown in FIG. 4, Hall electromotive force signals Vhall1 and Vhall2 generated in the
Each of the
上述したホール起電力信号Vhall1、Vhall2は、ホール起電力信号加算回路7によって加算され、出力信号Vhall_sum12が得られる。
The Hall electromotive force signals Vhall1 and Vhall2 described above are added by the Hall electromotive force
しかしながら、図4に示すような構成では、ホール起電力の出力コモン電圧が動作温度によって変動してしまう。これは、図5に示すように、ホール起電力の出力コモン電圧(Vcom)が、ホール素子抵抗の温度変動により、大きく変動するためである。
ホール起電力の出力コモン電圧が変動する結果、ホール素子の磁気感度が、ホール素子固有の特性だけでなく、基板バイアス効果によっても変動してしまい、出力感度の温度特性に非線形性が生じてしまう。
However, in the configuration as shown in FIG. 4, the output common voltage of the Hall electromotive force varies depending on the operating temperature. This is because, as shown in FIG. 5, the output common voltage (Vcom) of the Hall electromotive force greatly varies due to the temperature variation of the Hall element resistance.
As a result of fluctuations in the output common voltage of the Hall electromotive force, the magnetic sensitivity of the Hall element fluctuates not only due to the characteristic of the Hall element, but also due to the substrate bias effect, resulting in nonlinearity in the temperature characteristic of the output sensitivity. .
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板バイアス効果因によるホール素子の特性劣化の影響を著しく低減するようにしたホール起電力信号検出回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a Hall electromotive force signal detection circuit that significantly reduces the influence of Hall element characteristic deterioration due to a substrate bias effect factor. There is to do.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第1のホール素子(11)と、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第2のホール素子(12)と、前記第1のホール素子(11)の第4の端子と、前記第2のホール素子(12)の第4の端子に駆動電流を流す電流源(21,22)と、反転入力端子(−)が、前記第1のホール素子(11)の第1の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、コモン電圧に接続され、出力端子が、前記第1のホール素子(11)の第2の端子に接続される第1の増幅器(31)と、反転入力端子(−)が、前記第2のホール素子(12)の第3の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、コモン電圧に接続され、出力端子が、前記第2のホール素子(12)の第2の端子に接続される第2の増幅器(32)とを備えていることを特徴とするホール起電力信号検出回路である。(図6;実施例1)
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記電流源(21,22)は、前記第1のホール素子(11)の第4の端子に駆動電流を流す第1の電流源(21)と、前記第2のホール素子(12)の第4の端子に駆動電流を流す第2の電流源(22)であることを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the current source (21, 22) supplies a driving current to the fourth terminal of the first Hall element (11). 1 current source (21) and a second current source (22) for flowing a drive current to the fourth terminal of the second Hall element (12).
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1のホール素子(11)の第3の端子と前記第2のホール素子(12)の第1の端子から出力を検出することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、チョッパークロック信号を生成するチョッパークロック生成回路(51)と、チョッパークロック信号に応じて、前記第1のホール素子(11)の各端子の接続を切り替える第1のスイッチ回路(41)と、チョッパークロック信号に応じて前記第2のホール素子(12)の各端子の接続を切り替える第2のスイッチ回路(42)とを備え、前記第1のホール素子(11)の各端子と、前記第1の増幅器(31)及び前記第1の電流源(21)とは、前記第1のスイッチ回路(41)を介して接続され、前記第2のホール素子(12)の各端子と、前記第2の増幅器(32)及び前記第2の電流源(22)とは、前記第2のスイッチ回路(42)を介して接続されていることを特徴とする。(図7;実施例2)
また、請求項5に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記第1のホール素子(11)の各端子は、右回りに第1の端子と第4の端子と第3の端子と第2の端子の順に切り替えられ、前記第2のホール素子(12)の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子の順に切り替えられることを特徴とする。(図9)
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the third terminal of the first Hall element (11) and the first terminal of the second Hall element (12) are provided. The output is detected from the terminal.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the invention, the chopper clock generation circuit (51) that generates a chopper clock signal and the first circuit according to the chopper clock signal are provided. A first switch circuit (41) for switching the connection of each terminal of the Hall element (11) and a second switch circuit (for switching the connection of each terminal of the second Hall element (12) in accordance with the chopper clock signal) 42), each terminal of the first Hall element (11), and the first amplifier (31) and the first current source (21) are connected to the first switch circuit (41). Each terminal of the second Hall element (12), the second amplifier (32) and the second current source (22) are connected to each other by the second switch circuit (42). Connected through And said that you are. (FIG. 7; Example 2)
According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the invention, each terminal of the first Hall element (11) is a first terminal and a fourth terminal clockwise. And the third terminal and the second terminal are switched in this order, and each terminal of the second Hall element (12) is counterclockwise, the first terminal, the second terminal, the third terminal, and the fourth terminal It is characterized by switching in the order of terminals. (Fig. 9)
また、請求項6に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記第1のホール素子(11)の各端子は、第1の端子と第2の端子と第4の端子と第3の端子の順に切り替えられ、前記第2のホール素子(12)の各端子は、第4の端子と第3の端子と第1の端子と第2の端子の順に切り替えられることを特徴とする。(図10)
また、請求項7に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記第1のホール素子(11)と前記第2のホール素子(12)に入力される磁場の方向が逆方向となる磁気収束板を備え、前記第1のホール素子(11)の各端子は、右回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置され、前記第2のホール素子(12)の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置されていることを特徴とする。(図11;実施例3)
According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the present invention, each terminal of the first Hall element (11) includes a first terminal, a second terminal, and a fourth terminal. The terminal of the second Hall element (12) is switched in the order of the fourth terminal, the third terminal, the first terminal, and the second terminal. It is characterized by. (Fig. 10)
According to a seventh aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the direction of the magnetic field input to the first Hall element (11) and the second Hall element (12). Are arranged in the opposite direction, and each terminal of the first Hall element (11) is arranged in a clockwise direction with a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal. The terminals of the second Hall element (12) are arranged in a counterclockwise direction with a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal. (FIG. 11; Example 3)
また、請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第3のホール素子(13)と、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第4のホール素子(14)と、前記第1のホール素子(11)の第4の端子と、前記第2のホール素子(12)の第4の端子と、前記第3のホール素子(13)の第4の端子と、前記第4のホール素子(14)の第4の端子に駆動電流を流す電流源(21,22,23,24)と、反転入力端子(−)が、前記第3のホール素子(13)の第1の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、前記第1のホール素子(11)の第3の端子に接続され、出力端子が、前記第3のホール素子(13)の第2の端子に接続される第3の増幅器(33)と、反転入力端子(−)が、前記第4のホール素子(14)の第3の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、前記第2のホール素子(12)の第3の端子に接続され、出力端子が、前記第4のホール素子(14)の第2の端子に接続される第4の増幅器(34)とを備え、前記第3のホール素子(13)の第3の端子と前記第4のホール素子(14)の第1の端子から出力を検出することを特徴とする。(図12;実施例4)
The invention according to claim 8 is the invention according to
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記電流源(21,22,23,24)は、前記第1のホール素子(11)の第4の端子に駆動電流を流す第1の電流源(21)と、前記第2のホール素子(12)の第4の端子に駆動電流を流す第2の電流源(22)と、前記第3のホール素子(13)の第4の端子に駆動電流を流す第3の電流源(23)と、前記第4のホール素子(14)の第4の端子に駆動電流を流す第4の電流源(24)であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the invention, in the eighth aspect of the invention, the current source (21, 22, 23, 24) is driven to a fourth terminal of the first Hall element (11). A first current source (21) for supplying current, a second current source (22) for supplying a drive current to the fourth terminal of the second Hall element (12), and the third Hall element (13). ) Of the fourth terminal of the fourth Hall element (14) and a fourth current source (24) of the fourth Hall element (14). It is characterized by that.
本発明によれば、ホール起電力の出力コモン電圧を一定に保つことによりホール素子の基板バイアス効果変動因による特性劣化(例えば、磁気感度の温度特性の非線形性)を著しく低減することが可能となる。
また、複数のホール起電力信号の加減算が駆動回路のみで実現可能となる。つまり、極性や大きさの異なる磁場を検出し、その信号を加減算することができ、例えば、磁気収束板を用いた横磁場の検出用途としても好適に使用することができる。
According to the present invention, by maintaining the output common voltage of the Hall electromotive force constant, it is possible to remarkably reduce characteristic deterioration (for example, non-linearity of temperature characteristics of magnetic sensitivity) due to the variation factor of the substrate bias effect of the Hall element. Become.
Further, addition / subtraction of a plurality of Hall electromotive force signals can be realized only by the drive circuit. That is, magnetic fields having different polarities and magnitudes can be detected, and the signals can be added and subtracted. For example, it can be suitably used for detecting a transverse magnetic field using a magnetic converging plate.
まず、本発明の前提となるホール起電力の出力コモン電圧について、図1(a)及び図4に基づいて以下に説明する。本構成においては、Vrefにバイアスされた端子2から駆動電流生成回路2に接続された端子4へ駆動電流を通電することにより端子1と端子3の電位差をホール起電力として検出するように構成したものである。ホール素子1は、第1乃至第4の端子を備えてホール起電力信号電圧Vhallを発生させるものである。
First, the output common voltage of the Hall electromotive force, which is a premise of the present invention, will be described below with reference to FIG. In this configuration, the drive current is supplied from the
ホール素子がN型半導体として形成されており、ホール素子1に印加される磁界Bの向きが、紙面の裏側面から表側面に向けて垂直な向きである場合、端子2と端子4の間に発生するホール起電力信号は、端子2に+側の電位+Vsig(B)を持ち、端子4に−側の電位−Vsig(B)を持つ電圧信号として発生する。そこで、ホール起電力信号Vhall1は、端子4を基準として測定される端子2の電位として定義されるため、ホール素子1において発生されるホール起電力信号Vhall1は、+2Vsig(B)として検出されることになる。
When the Hall element is formed as an N-type semiconductor and the direction of the magnetic field B applied to the
図1(a)において、ホール素子の各ブリッジ抵抗をRh、駆動電流をId、駆動電圧をVdとした場合、ホール起電力のコモン電圧Vc(=(Vhall(+)−Vhall(―))/2)は以下の式で表される。
Vc=Vd―Rh・Id/2
ここでVd、Idは温度によらず一定であるものとし、Rh(=R1=R2=R3=R4)は温度Tに依存するものとすると、コモン電圧Vcは、温度Tにより変動する。
In FIG. 1A, when each bridge resistance of the Hall element is Rh, the driving current is Id, and the driving voltage is Vd, the Hall electromotive force common voltage Vc (= (Vhall (+) − Vhall (−)) / 2) is represented by the following formula.
Vc = Vd−Rh · Id / 2
Here, assuming that Vd and Id are constant regardless of the temperature, and Rh (= R1 = R2 = R3 = R4) depends on the temperature T, the common voltage Vc varies with the temperature T.
コモン電圧Vcが変動するということは、ホール素子の基板バイアスVbが変動するということである。また、基板バイアスVbが変動すると、ホール素子のウェルに形成されている空乏層が変化してしまうため、ホール素子の感度Sも変動してしまう。
以上をまとめると、コモン電圧Vcが変動することにより、感度Sが変動してしまうことがわかる。
The fact that the common voltage Vc fluctuates means that the substrate bias Vb of the Hall element fluctuates. Further, when the substrate bias Vb changes, the depletion layer formed in the well of the Hall element changes, and the sensitivity S of the Hall element also changes.
In summary, it can be seen that the sensitivity S varies as the common voltage Vc varies.
[実施形態]
以下、本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施形態について説明する。
本実施形態のホール起電力信号検出回路は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第1のホール素子と、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第2のホール素子と、第1のホール素子の第4の端子と、第2のホール素子の第4の端子に駆動電流を流す電流源とを備えている。
第1の端子と第3の端子が対向し、第2の端子と第4の端子が対向した位置に配置されていることが好ましい。また、第1の端子から順に、略90度ずつ右回り又は左回りに第2の端子と第3の端子と第4の端子が配置されていることが好ましい。この他に端子を有していてもよい。電流源としては、ホール素子毎に有していてもよく、共有されていてもよい。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention will be described.
The Hall electromotive force signal detection circuit according to the present embodiment includes a first Hall element having a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal, a first terminal, a second terminal, A second Hall element having a third terminal and a fourth terminal; a fourth terminal of the first Hall element; and a current source for passing a drive current to the fourth terminal of the second Hall element. ing.
It is preferable that the first terminal and the third terminal face each other, and the second terminal and the fourth terminal face each other. In addition, it is preferable that the second terminal, the third terminal, and the fourth terminal are arranged clockwise or counterclockwise by 90 degrees in order from the first terminal. In addition, you may have a terminal. The current source may be provided for each Hall element or may be shared.
また、本実施形態のホール起電力信号検出回路は、反転入力端子が、第1のホール素子の第1の端子に接続され、非反転入力端子が、コモン電圧に接続され、出力端子が、第1のホール素子の第2の端子に接続される第1の増幅器と、反転入力端子が、第2のホール素子の第3の端子に接続され、非反転入力端子が、コモン電圧に接続され、出力端子が、第2のホール素子の第2の端子に接続される第2の増幅器とを備えている。増幅器としては、オペアンプなどが挙げられる。 In the Hall electromotive force signal detection circuit of the present embodiment, the inverting input terminal is connected to the first terminal of the first Hall element, the non-inverting input terminal is connected to the common voltage, and the output terminal is connected to the first terminal. A first amplifier connected to a second terminal of one Hall element, an inverting input terminal connected to a third terminal of the second Hall element, a non-inverting input terminal connected to a common voltage, The output terminal includes a second amplifier connected to the second terminal of the second Hall element. Examples of the amplifier include an operational amplifier.
このような構成により、第1のホール素子の第1の端子と第2のホール素子の第3の端子は、コモン電圧となるため、ホール素子の出力コモン電圧が一定に保たれる。
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
With such a configuration, since the first terminal of the first Hall element and the third terminal of the second Hall element have a common voltage, the output common voltage of the Hall element is kept constant.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図6は、本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例1を説明するための回路構成図である。図中符号11は第1のホール素子、12は第2のホール素子、21は第1の駆動電流生成回路、22は第2の駆動電流生成回路、31は第1のオペアンプ(増幅器)、32は第2のオペアンプ(増幅器)を示している。
第1のホール素子11は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有するものである。また、第2のホール素子12は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有するものである。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining the first embodiment of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention. In the figure,
The
また、電流源21,22は、第1のホール素子11の第4の端子と、第2のホール素子12の第4の端子にそれぞれ駆動電流を流すものである。
また、第1の増幅器31は、反転入力端子(−)が、第1のホール素子11の第1の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、コモン電圧(Vcom)に接続され、出力端子が、第1のホール素子11の第2の端子に接続されている。
In addition, the
The
また、第2の増幅器32は、反転入力端子(−)が、第2のホール素子12の第3の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、コモン電圧に接続され、出力端子が、第2のホール素子12の第2の端子に接続されている。
また、電流源21,22は、第1のホール素子11の第4の端子に駆動電流を流す第1の電流源21と、第2のホール素子12の第4の端子に駆動電流を流す第2の電流源22を有している。また、第1のホール素子11の第3の端子と第2のホール素子12の第1の端子から出力を検出する。
The
The
つまり、本実施例1では、第1のホール素子11に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall1と、第2のホール素子12に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall2の加算した電圧(Vhall)を検出するように構成したものである。
第1のホール素子(一方のホール素子)11は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall1を発生させるものである。
That is, in the first embodiment, the Hall electromotive force Vhall1 generated by supplying a drive current to the
The first Hall element (one Hall element) 11 includes first to fourth terminals and generates one Hall electromotive force signal voltage Vhall1.
第2のホール素子(他方のホール素子)12は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall2を発生させるものである。
それぞれのホール素子は並列に複数のホール素子が接続されていても構わない。
第1及び第2のホール駆動電流生成回路21,22はそれぞれ第1,第2のホール素子11,12に駆動電流を供給するものである。
The second Hall element (the other Hall element) 12 includes first to fourth terminals and generates one Hall electromotive force signal voltage Vhall2.
Each Hall element may have a plurality of Hall elements connected in parallel.
The first and second Hall drive
第1のオペアンプ31は、第1のホール素子11の端子1、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子がコモン電圧出力回路から供給される電圧Vcomに等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(端子2の電圧)を調整するものである。
第2のオペアンプ32は、第2のホール素子12の端子3、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子がVcomに等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(端子2の電圧)を調整するものである。
The first
The second
表1は、第1のホール素子11及び第2のホール素子12においてホール起電力信号を検出する端子対及びホール起電力信号Vhall1,Vhall2,Vhallについてまとめたものである。
Table 1 summarizes terminal pairs for detecting Hall electromotive force signals and Hall electromotive force signals Vhall1, Vhall2, and Vhall in the
ここで、第1のホール素子と第2のホール素子は、異なる2つのホール素子であるが、第1のホール素子第2とホール素子との間では、磁気感度の値が揃っていると仮定して、第1のホール素子と第2のホール素子との間で共通な値Vsig(B)を用いている。この仮定に関し、第1のホール素子と第2のホール素子が半導体ICプロセスを使って形成され、IC内で互いに近接して配置される場合には、第1のホール素子と第2のホール素子に対して、半導体製造時のプロセス勾配が一様に及ぶことになるため、この仮定は妥当な仮定である。 Here, the first Hall element and the second Hall element are two different Hall elements, but it is assumed that the magnetic sensitivity values are uniform between the first Hall element second and the Hall element. Thus, the common value Vsig (B) is used between the first Hall element and the second Hall element. With respect to this assumption, if the first Hall element and the second Hall element are formed using a semiconductor IC process and are arranged close to each other in the IC, the first Hall element and the second Hall element On the other hand, this assumption is a reasonable assumption because the process gradient at the time of manufacturing the semiconductor uniformly extends.
図6に示した回路で特に注目すべき点は、ホール素子の出力コモン電圧が、ホール素子のブリッジモデルの抵抗Rhの変動によらず、常にVcomに保たれていることである。そのため、本構成においては、Rhの変動によらずホール素子の基板バイアス効果が一定に保たれるため、図4の構成と比較して、ホール素子の基板バイアス効果を起源とする感度Sの変動、特に温度特性を著しく低減することができる。表2に、各ホール素子のホール起電力と出力コモン電圧を示す。 The point to be particularly noted in the circuit shown in FIG. 6 is that the output common voltage of the Hall element is always kept at Vcom regardless of the fluctuation of the resistance Rh of the Hall element bridge model. Therefore, in this configuration, since the substrate bias effect of the Hall element is kept constant regardless of the variation of Rh, the variation of the sensitivity S originating from the substrate bias effect of the Hall element is compared with the configuration of FIG. In particular, the temperature characteristics can be significantly reduced. Table 2 shows the Hall electromotive force and the output common voltage of each Hall element.
表2より、ホール素子に磁場が印加された際には、ホール起電力が生じるため、第1のホール素子11の出力コモン電圧はVcomではなくVcom−Vsig(B)となり、基板バイアス効果が変動してしまう。しかし、第2のホール素子12の出力コモン電圧は、Vcom+Vsig(B)となるため、感度Sの基板バイアスVbに依存する一次成分は相殺される。
According to Table 2, when a magnetic field is applied to the Hall element, Hall electromotive force is generated, so that the output common voltage of the
仮に、感度Sの基板バイアスVbに依存する成分が一次しかないと仮定して、その影響を考慮すると、ホール素子の感度SはS(1+α・ΔVb)と表される。ここでΔVbは無磁場入力状態からのVbの変化を、αはその定数係数を表す。
磁界Bが印加されたとき、表2より、第1のホール素子の感度S1は、S(1―α・Vsig(B))、第2のホール素子の感度S2は、S(1+α・Vsig(B))とそれぞれ表すことができる。そして、全体の感度は、それぞれの感度の和になるためS1+S2=2Sとなり、印加される磁場によらず感度を一定に保つことができる。このため、感度の出力直線性の劣化は問題にはならない。
Assuming that the component of the sensitivity S that depends on the substrate bias Vb is only the first order, and considering its influence, the sensitivity S of the Hall element is expressed as S (1 + α · ΔVb). Here, ΔVb represents a change in Vb from the no magnetic field input state, and α represents a constant coefficient thereof.
When the magnetic field B is applied, from Table 2, the sensitivity S1 of the first Hall element is S (1−α · Vsig (B)), and the sensitivity S2 of the second Hall element is S (1 + α · Vsig ( B)) respectively. And since the whole sensitivity becomes the sum of each sensitivity, it becomes S1 + S2 = 2S, and the sensitivity can be kept constant irrespective of the applied magnetic field. For this reason, deterioration of the output linearity of sensitivity is not a problem.
なお、感度Sが、Vbに依存する成分が一次成分しかないと仮定したが、実際のホール起電力は、数mV〜十数mV程度と微小な値であるため、一次成分がほぼ支配的であると考えてよく、この仮定は妥当な仮定である。
本実施例1によれば、図13に示すように、ホール起電力のコモン電圧を温度によらず一定に保つことができるため、バックバイアス効果による影響を著しく低減することが可能である。また、コモン電圧が一定であるため後段回路の入力レンジが狭くて良いという利点もあり、より自由度の高い設計が可能となる。
Although it is assumed that the sensitivity S has only a primary component that depends on Vb, the actual Hall electromotive force is a very small value of about several mV to several tens of mV, so the primary component is almost dominant. This assumption is a reasonable assumption.
According to the first embodiment, as shown in FIG. 13, since the common voltage of the Hall electromotive force can be kept constant regardless of the temperature, it is possible to significantly reduce the influence of the back bias effect. In addition, since the common voltage is constant, there is an advantage that the input range of the subsequent circuit may be narrow, and a design with a higher degree of freedom is possible.
図7は、本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例2を説明するための回路構成図である。図中符号41は第1のスイッチ回路、42は第2のスイッチ回路、51はチョッパークロック生成回路を示している。なお、図6と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
図6に示した実施例1との違いは、本実施例2は、スイッチ回路とチョッパークロック生成回路とを備えている点である。以下では、上述した実施例1と異なる点について説明する。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram for explaining Example 2 of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention. In the figure,
The difference from the first embodiment shown in FIG. 6 is that the second embodiment includes a switch circuit and a chopper clock generation circuit. Below, a different point from Example 1 mentioned above is demonstrated.
本実施例2のホール起電力信号検出回路は、複数の端子を備えたホール素子11,12に駆動電流を通電する端子位置を選択してホール起電力信号電圧を検出するように構成したホール起電力信号検出回路である。
本実施例2のホール起電力信号検出回路は、チョッパークロック生成回路51と第1のスイッチ回路41と第2のスイッチ回路42とを備えている。チョッパークロック生成回路51は、チョッパークロック信号を生成するものである。
The Hall electromotive force signal detection circuit of the second embodiment is configured to detect a Hall electromotive force signal voltage by selecting a terminal position through which a drive current is supplied to the
The Hall electromotive force signal detection circuit according to the second embodiment includes a chopper
また、第1のスイッチ回路41は、チョッパークロック信号に応じて、第1のホール素子11の各端子の接続を切り替えるものである。また、第2のスイッチ回路42は、チョッパークロック信号に応じて第2のホール素子12の各端子の接続を切り替えるものである。
また、第1のホール素子11の各端子と、第1の増幅器31及び第1の電流源21とは、第1のスイッチ回路41を介して接続され、第2のホール素子12の各端子と、第2の増幅器32及び第2の電流源22とは、第2のスイッチ回路42を介して接続されている。
The
Each terminal of the
第1及び第2のスイッチ回路41,42は、チョッパークロック生成回路から供給されるクロック信号に応じてホール素子の各端子の接続を切り替えるものである。つまり、2つ以上の位相を切り替えることによりSpinning current法を実現するものである。このようなスイッチ回路はなくても構わないが、Spinning current法と組み合わせることでより高精度なホール起電力検出回路を実現することができる。
The first and
図8(a)乃至(d)は、第1のホール素子及び第2のホール素子において、チョッパークロックの位相φがφ1,φ2の間で切り替わる際に、ホール素子の駆動電流を通電する2つの端子と、ホール起電力信号を検出する2つの端子について示した図である。
図8(a)乃至(d)では、出力コモン電圧を一定にしてバックバイアス効果による変動を抑えつつ、Spinning current法と組み合わせることで、より高精度にホール起電力を検出することが可能となる。
FIGS. 8A to 8D show two cases in which the driving current of the Hall element is supplied when the phase φ of the chopper clock is switched between φ1 and φ2 in the first Hall element and the second Hall element. It is the figure shown about two terminals which detect a terminal and a Hall electromotive force signal.
8A to 8D, it is possible to detect the Hall electromotive force with higher accuracy by combining the Spinning current method while keeping the output common voltage constant and suppressing the fluctuation due to the back bias effect. .
<0°−90°チョッパ>
チョッパークロック位相φ1で図8(a)、φ2で図8(b)を繰り返すことによって、出力コモン電圧を一定にしつつ、チョッパー駆動によるオフセットキャンセルが可能である。φ1とφ2で90°の位相差がある駆動であればどのような駆動方法でもよく、例えば、ホール素子11,12の駆動方向をそれぞれ回転させた場合や相対角度を変更させても構わない。また、2つのホール素子11,12で駆動方向の遷移が互いに逆となるためのチョッパー駆動を組み合わせているため、チョッパー切り替え時のスパイクをキャンセルすることが可能である。
<0 ° -90 ° chopper>
By repeating FIG. 8A at the chopper clock phase φ1 and FIG. 8B at φ2, it is possible to cancel the offset by driving the chopper while keeping the output common voltage constant. Any driving method may be used as long as the driving has a phase difference of 90 ° between φ1 and φ2. For example, the driving direction of the
<0°−90°−180°−270°チョッパ>
チョッパークロック位相φ1で図8(a)、φ2で図8(b)、φ3で図8(c)、φ4で図8(d)を繰り返すことによって、出力コモン電圧を一定にしつつ、チョッパー駆動によるオフセットキャンセルが可能である。この時、ホール素子11及び12は、それぞれ時計回り、反時計回りにチョッパー駆動されている。
<0 ° -90 ° -180 ° -270 ° chopper>
By repeating FIG. 8 (a) at the chopper clock phase φ1, FIG. 8 (b) at φ2, FIG. 8 (c) at φ3, and FIG. 8 (d) at φ4, the output common voltage is made constant and the chopper driving is performed. Offset cancellation is possible. At this time, the
また、本実施例2によれば、360°チョッパー駆動となるため、より高精度にホール素子のオフセットをキャンセルすることができる。また、2つのホール素子11,12で逆回りのチョッパー駆動を組み合わせているため、チョッパー切り替え時のスパイクをキャンセルすることが可能である。時計回りの駆動と反時計回りの駆動の組み合わせであればどのような駆動方法でもよく、例えば、ホール素子11,12の駆動方向をそれぞれ回転させた場合や相対角度を変更させても構わない。
In addition, according to the second embodiment, 360 ° chopper driving is performed, so that the offset of the Hall element can be canceled with higher accuracy. Further, since the reverse chopper drive is combined with the two
<0°−90°−270°−180°チョッパ>
チョッパークロック位相φ1で図8(a)、φ2で図8(b)、φ3で図8(d)、φ4で図8(c)を繰り返すことによって、出力コモン電圧を一定にしつつ、チョッパー駆動によるオフセットキャンセルが可能である。この時、第1のホール素子11は、φ1で0°,φ2で90°,φ3で270°,φ4で180°の順に8の字回りでチョッパー駆動され、第2のホール素子12は、φ1で270°,φ2で180°,φ3で0°,φ4で90°の順に8の字とは逆回りにチョッパー駆動される。
<0 ° -90 ° -270 ° -180 ° chopper>
By repeating FIG. 8 (a) at the chopper clock phase φ1, FIG. 8 (b) at φ2, FIG. 8 (d) at φ3, and FIG. 8 (c) at φ4, the output common voltage is made constant and the chopper driving is performed. Offset cancellation is possible. At this time, the
また、本実施例2によれば、360°チョッパー駆動となるため、より高精度にホール素子のオフセットをキャンセルすることができる。また、2つのホール素子11,12で逆回りのチョッパー駆動を組み合わせているため、チョッパー切り替え時のスパイクをキャンセルすることが可能である。8の字回りの駆動とその逆回りの駆動の組み合わせであればどのような駆動方法でもよく、例えば、ホール素子11,12の駆動方向をそれぞれ回転させた場合や相対角度を変更させても構わない。
In addition, according to the second embodiment, 360 ° chopper driving is performed, so that the offset of the Hall element can be canceled with higher accuracy. Further, since the reverse chopper drive is combined with the two
図9は、図7に示した本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例2における駆動方法を説明するための回路構成図である。
第1のホール素子11の各端子は、右回りに第1の端子と第4の端子と第3の端子と第2の端子の順に切り替えられ、第2のホール素子12の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子の順に切り替えられる。つまり、時計回りの駆動と反時計回りの駆動の組み合わせた駆動方法である。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram for explaining a driving method in
The terminals of the
図10は、図7に示した本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例2における他の駆動方法を説明するための回路構成図である。
第1のホール素子11の各端子は、第1の端子と第2の端子と第4の端子と第3の端子の順に切り替えられ、第2のホール素子12の各端子は、第1の端子と第2の端子と第4の端子と第3の端子の順に切り替えられる。つまり、8の字回りの駆動とその逆回りの駆動の組み合わせた駆動方法である。
FIG. 10 is a circuit configuration diagram for explaining another driving method in the second embodiment of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention shown in FIG.
Each terminal of the
図11は、本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例3を説明するための回路構成図である。図6の回路構成は、図6と比較して、第1のホール素子11のホール起電力出力端子である第1の端子と第3の端子の接続が入れ替わっているため、第1のホール素子11と第2のホール素子12でそれぞれ出力されるホール起電力の極性が、逆極性である。また、第1のホール素子11と第2のホール素子12に逆方向の磁場が印加されていることを表している。
FIG. 11 is a circuit configuration diagram for explaining Example 3 of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention. The circuit configuration of FIG. 6 is different from that of FIG. 6 in that the connection between the first terminal and the third terminal, which are the Hall electromotive force output terminals of the
つまり、図11の構成は、第1のホール素子11と第2のホール素子12に入力される磁場の方向が逆方向となる磁気収束板15を備え、第1のホール素子の各端子は、右回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置され、第2のホール素子の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置されたホール起電力信号検出回路である。
That is, the configuration of FIG. 11 includes a
図11の回路構成は、それぞれのホール素子に逆方向の磁場が印加された場合にもそれぞれのホール起電力が相殺されることなくその加算結果を得ることができるため、例えば、磁気収束板15を利用した磁場検出に使用することができる。
磁気収束板15を用いるときは、例えば、第1のホール素子11と第2のホール素子12に、別々の磁気収束版を設ける構成とすることで、第1のホール素子11と第2のホール素子12に印加される磁場の方向が逆になるため、図11の回路構成では、ホール起電力の極性が逆になるように接続されている。
The circuit configuration of FIG. 11 can obtain the addition result without canceling each Hall electromotive force even when a magnetic field in the opposite direction is applied to each Hall element. Can be used for magnetic field detection.
When the magnetic converging
このような本実施例3においても、出力コモン電圧を一定とすることができ、バックバイアス効果の変動を抑えて、感度のリニアリティを向上させることができる。 Also in the third embodiment, the output common voltage can be kept constant, the fluctuation of the back bias effect can be suppressed, and the linearity of sensitivity can be improved.
図12は、本発明に係るホール起電力信号検出回路の実施例4を説明するための回路構成図である。図中符号13は第3のホール素子、14は第4のホール素子、23は第3の駆動電流生成回路、24は第4の駆動電流生成回路、33は第3のオペアンプ、34は第4のオペアンプを示している。
本実施例4のホール起電力信号検出回路は、第3のホール素子13と第4のホール素子14と電流源21,22,23,24と第3の増幅器33と第4の増幅器34とを備えている。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the Hall electromotive force signal detection circuit according to the present invention. In the figure,
The Hall electromotive force signal detection circuit according to the fourth embodiment includes a
第3のホール素子13は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有するものである。また、第4のホール素子14は、第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有するものである。
また、電流源21,22,23,24は、第1のホール素子11の第4の端子と、第2のホール素子12の第4の端子と、第3のホール素子13の第4の端子と、第4のホール素子14の第4の端子に駆動電流を流すものである。
The
The
また、第3の増幅器33は、反転入力端子(−)が、第3のホール素子13の第1の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、第1のホール素子11の第3の端子に接続され、出力端子が、第3のホール素子13の第2の端子に接続されている。また、第4の増幅器34は、反転入力端子(−)が、第4のホール素子14の第3の端子に接続され、非反転入力端子(+)が、第2のホール素子12の第1の端子に接続され、出力端子が、第4のホール素子14の第2の端子に接続されている。また、第3のホール素子13の第3の端子と第4のホール素子14の第1の端子から出力を検出する。
In the
また、電流源21,22,23,24は、第1のホール素子11の第4の端子に駆動電流を流す第1の電流源21と、第2のホール素子12の第4の端子に駆動電流を流す第2の電流源22と、第3のホール素子13の第4の端子に駆動電流を流す第3の電流源23と、第4のホール素子14の第4の端子に駆動電流を流す第4の電流源24とを有している。
The
つまり、本実施例4のホール起電力信号検出回路は、第1のホール素子11に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall1と、第2のホール素子12に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall2、第3のホール素子13に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall3、第4のホール素子14に駆動電流を通電することにより発生するホール起電力Vhall4の加算した電圧(Vhall)を検出するように構成したものである。
That is, the Hall electromotive force signal detection circuit according to the fourth embodiment applies a Hall electromotive force Vhall1 generated by supplying a drive current to the
第1のホール素子11は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall1を発生させるものである。第2のホール素子12は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall2を発生させるものである。
第3のホール素子13は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall3を発生させるものである。第4のホール素子14は、第1乃至第4の端子を備えて一方のホール起電力信号電圧Vhall4を発生させるものである。
The
The
それぞれのホール素子は、並列に複数のホール素子が接続されていても構わない。第1乃至第4のホール駆動電流生成回路21,22,23,24は、それぞれ第1乃至第4のホール素子11,12,13,14に駆動電流を供給するものである。
第1のオペアンプ31は、第1のホール素子11の端子1、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子がVcomに等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(端子2の電圧)を調整するものである。
Each Hall element may have a plurality of Hall elements connected in parallel. The first to fourth Hall drive
The first
第2のオペアンプ32は、第2のホール素子12の端子3、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子がVcomに等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(端子2の電圧)を調整するものである。
第3のオペアンプ33は、第3のホール素子13の端子1、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子が第1のホール素子11の端子3の電位に等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(第3のホール素子の端子2の電圧)を調整するものである。
The second
The third
第4のオペアンプ34は、第4のホール素子14の端子3、すなわち、ホール起電力を生成する一方の端子が第2のホール素子12の端子1の電位に等しくなるように負帰還をかけてその出力電圧(第4のホール素子の端子2の電圧)を調整するものである。
図12に示した回路構成でホール起電力を直列に加算することでより大きなホール起電力を出力として得ることができる。また、図12では4つのホール起電力を直列に加算した例を示したがそれ以上の数を接続してももちろん構わない。
The fourth
By adding the Hall electromotive force in series with the circuit configuration shown in FIG. 12, a larger Hall electromotive force can be obtained as an output. FIG. 12 shows an example in which four Hall electromotive forces are added in series, but it goes without saying that a larger number may be connected.
また、図12のように、第1のホール素子と第2のホール素子と第3のホール素子と第4のホール素子を直列に加算する形態以外にも、第1のホール素子と第2のホール素子を直列に加算し、第3のホール素子と第4のホール素子を直列に加算し、それらの出力を後段で演算する形態であってもよい。 Further, as shown in FIG. 12, the first Hall element, the second Hall element, the third Hall element, and the fourth Hall element are added in series. The Hall elements may be added in series, the third Hall element and the fourth Hall element may be added in series, and their outputs may be calculated in the subsequent stage.
11 第1のホール素子
12 第2のホール素子
13 第3のホール素子
14 第4のホール素子
15 磁気収束板
21 第1の駆動電流生成回路
22 第2の駆動電流生成回路
23 第3の駆動電流生成回路
24 第4の駆動電流生成回路
31 第1のオペアンプ(増幅器)
32 第2のオペアンプ(増幅器)
33 第3のオペアンプ(増幅器)
34 第4のオペアンプ(増幅器)
41 第1のスイッチ回路
42 第2のスイッチ回路
51 チョッパークロック生成回路
DESCRIPTION OF
32 Second operational amplifier (amplifier)
33 Third operational amplifier (amplifier)
34 Fourth operational amplifier (amplifier)
41
Claims (9)
第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第2のホール素子と、
前記第1のホール素子の第4の端子と、前記第2のホール素子の第4の端子に駆動電流を流す電流源と、
反転入力端子が、前記第1のホール素子の第1の端子に接続され、非反転入力端子が、コモン電圧に接続され、出力端子が、前記第1のホール素子の第2の端子に接続される第1の増幅器と、
反転入力端子が、前記第2のホール素子の第3の端子に接続され、非反転入力端子が、コモン電圧に接続され、出力端子が、前記第2のホール素子の第2の端子に接続される第2の増幅器と
を備えていることを特徴とするホール起電力信号検出回路。 A first Hall element having a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal;
A second Hall element having a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal;
A current source for passing a drive current through a fourth terminal of the first Hall element and a fourth terminal of the second Hall element;
An inverting input terminal is connected to a first terminal of the first Hall element, a non-inverting input terminal is connected to a common voltage, and an output terminal is connected to a second terminal of the first Hall element. A first amplifier,
An inverting input terminal is connected to the third terminal of the second Hall element, a non-inverting input terminal is connected to a common voltage, and an output terminal is connected to the second terminal of the second Hall element. A Hall electromotive force signal detection circuit comprising: a second amplifier.
チョッパークロック信号に応じて、前記第1のホール素子の各端子の接続を切り替える第1のスイッチ回路と、
チョッパークロック信号に応じて前記第2のホール素子の各端子の接続を切り替える第2のスイッチ回路とを備え、
前記第1のホール素子の各端子と、前記第1の増幅器及び前記第1の電流源とは、前記第1のスイッチ回路を介して接続され、
前記第2のホール素子の各端子と、前記第2の増幅器及び前記第2の電流源とは、前記第2のスイッチ回路を介して接続されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載のホール起電力信号検出回路。 A chopper clock generation circuit for generating a chopper clock signal;
A first switch circuit that switches connection of each terminal of the first Hall element in response to a chopper clock signal;
A second switch circuit that switches connection of each terminal of the second Hall element according to a chopper clock signal,
Each terminal of the first Hall element, the first amplifier, and the first current source are connected via the first switch circuit,
The terminals of the second Hall element, the second amplifier, and the second current source are connected to each other through the second switch circuit. 4. The Hall electromotive force signal detection circuit according to 3.
前記第2のホール素子の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子の順に切り替えられることを特徴とする請求項1,2又は3に記載のホール起電力信号検出回路。 Each terminal of the first Hall element is switched clockwise in order of the first terminal, the fourth terminal, the third terminal, and the second terminal,
The terminals of the second Hall element are switched in the order of the first terminal, the second terminal, the third terminal, and the fourth terminal in the counterclockwise direction. The Hall electromotive force signal detection circuit as described.
前記第2のホール素子の各端子は、第4の端子と第3の端子と第1の端子と第2の端子の順に切り替えられることを特徴とする請求項1,2又は3に記載のホール起電力信号検出回路。 Each terminal of the first Hall element is switched in the order of the first terminal, the second terminal, the fourth terminal, and the third terminal,
4. The hall according to claim 1, wherein each terminal of the second Hall element is switched in the order of a fourth terminal, a third terminal, a first terminal, and a second terminal. Electromotive force signal detection circuit.
前記第1のホール素子の各端子は、右回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置され、
前記第2のホール素子の各端子は、左回りに第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子と配置されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載のホール起電力信号検出回路。 A magnetic converging plate in which the directions of magnetic fields input to the first Hall element and the second Hall element are opposite to each other;
Each terminal of the first Hall element is arranged clockwise with a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal,
4. Each terminal of the second Hall element is arranged in a counterclockwise direction with a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal. The Hall electromotive force signal detection circuit according to 1.
第1の端子と第2の端子と第3の端子と第4の端子を有する第4のホール素子と、
前記第1のホール素子の第4の端子と、前記第2のホール素子の第4の端子と、前記第3のホール素子の第4の端子と、前記第4のホール素子の第4の端子に駆動電流を流す電流源と、
反転入力端子が、前記第3のホール素子の第1の端子に接続され、非反転入力端子が、前記第1のホール素子の第3の端子に接続され、出力端子が、前記第3のホール素子の第2の端子に接続される第3の増幅器と、
反転入力端子が、前記第4のホール素子の第3の端子に接続され、非反転入力端子が、前記第2のホール素子の第3の端子に接続され、出力端子が、前記第4のホール素子の第2の端子に接続される第4の増幅器とを備え、
前記第3のホール素子の第3の端子と前記第4のホール素子の第1の端子から出力を検出することを特徴とする請求項1に記載のホール起電力信号検出回路。 A third Hall element having a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal;
A fourth Hall element having a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal;
A fourth terminal of the first Hall element; a fourth terminal of the second Hall element; a fourth terminal of the third Hall element; and a fourth terminal of the fourth Hall element. A current source for driving current to
An inverting input terminal is connected to a first terminal of the third Hall element, a non-inverting input terminal is connected to a third terminal of the first Hall element, and an output terminal is connected to the third Hall element. A third amplifier connected to the second terminal of the element;
An inverting input terminal is connected to the third terminal of the fourth Hall element, a non-inverting input terminal is connected to the third terminal of the second Hall element, and an output terminal is connected to the fourth Hall element. A fourth amplifier connected to the second terminal of the device;
2. The Hall electromotive force signal detection circuit according to claim 1, wherein outputs are detected from a third terminal of the third Hall element and a first terminal of the fourth Hall element.
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