CN101738588A - 传感器电路 - Google Patents

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Abstract

传感器电路。本发明的目的是提供电路规模虽小但能够进行温度补偿的传感器电路。作为解决手段，进行温度补偿的基准电压电路(BL1)只具有分压电路，因此传感器电路的电路规模变小。霍尔元件(HAL1)的输出信号发生温度变化而使放大电路(AMP1)的输出信号(OUTA)也发生温度变化，相应地，基准电压(VTH1)以及基准电压(VTH2)也发生温度变化，因此传感器电路能进行温度补偿。

Description

传感器电路
技术领域
本发明涉及传感器电路。
背景技术
当前，电子设备安装有各种传感器电路。例如，电子设备安装有对磁铁的磁场进行检测的磁传感器电路。该电子设备具有对主体的一部分进行折叠的机构，折叠机构具有磁铁以及磁传感器电路，折叠机构进行展开闭合，磁铁与磁传感器电路之间的距离发生变化，对传感器电路施加的由磁铁产生的磁场大小发生变化，当磁场大小为规定值以上时折叠机构为展开状态，当小于规定值时为闭合状态。
这里，通常传感器电路的输出信号具有温度系数。因此，传感器电路有时安装有进行温度补偿的温度补偿电路，以消除该温度系数。
对现有的磁传感器电路中安装的温度补偿电路进行说明。图10是示出现有的磁传感器电路中安装的温度补偿电路的图。
根据来自带隙基准电压产生电路11的恒定电压，电流源14向电流源5提供具有温度系数的电流。通过电流源5的电流来驱动传感器元件2～3。通过该电流源14的电流的温度系数，传感器电路的输出信号的温度系数得以消除(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开平10-253728号公报
但是，为了进行温度补偿需要带隙基准电压产生电路11及各种电流源，导致电路规模变大。
发明内容
本发明鉴于上述课题，提供一种电路规模虽小但能够进行温度补偿的传感器电路。
为了解决上述课题，本发明提供一种传感器电路，其特征在于，该传感器电路具有：传感器元件，其根据外部因素来输出具有第一温度系数的输出信号；放大电路，其对上述传感器元件的输出信号进行放大，输出具有基于上述第一温度系数的第二温度系数的输出信号；基准电压电路，其由具有温度系数相等的多个电阻的分压电路以及具有与上述多个电阻不同的温度系数的温度校正用电阻构成，该基准电压电路输出具有与上述第二温度系数大致相等的第三温度系数的基准电压；以及比较电路，其对上述放大电路的输出信号与上述基准电压电路的基准电压进行比较，当上述放大电路的输出信号为上述基准电压电路的基准电压以上时，输出高电平信号或低电平信号，当上述放大电路的输出信号小于上述基准电压电路的基准电压时，输出低电平信号或高电平信号。
在本发明中，进行温度补偿的基准电压电路只具有分压电路，因此传感器电路的电路规模变小。
另外，在本发明中，传感器元件的输出信号发生温度变化而使放大电路的输出信号也发生温度变化，相应地，基准电压也发生温度变化，因此传感器电路能够进行温度补偿。
附图说明
图1是示出传感器电路的图。
图2是示出基准电压电路的图。
图3是示出相对于温度变化的电阻变化的图。
图4是示出相对于温度变化的基准电压变化的图。
图5是示出相对于温度变化的霍尔元件灵敏度变化的图。
图6是示出传感器电路的图。
图7是示出基准电压电路的图。
图8是示出相对于温度变化的基准电压变化的图。
图9是示出传感器电路的输出信号的图。
图10是示出现有的传感器电路中安装的温度补偿电路的图。
标号说明
HAL1霍尔元件；CMP1比较电路；SW1开关电路；AMP1放大电路；BL1基准电压电路。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
【第一实施方式】
首先，对传感器电路的结构进行说明。图1是示出传感器电路的图。
传感器电路具有：霍尔元件HAL1、放大电路AMP1、比较电路CMP1、基准电压电路BL1以及开关电路SW1。
霍尔元件HAL1的第一端子与电源端子连接，第二端子与接地端子连接，第三端子与放大电路AMP1的第一输入端子连接，第四端子与放大电路AMP1的第二输入端子连接。放大电路AMP1的基准电压端子与基准电压电路BL1的基准电压端子连接，输出端子与比较电路CMP1的非反相输入端子连接。比较电路CMP1的反相输入端子与开关电路SW1的输出端子连接。基准电压电路BL1的第一输出端子与开关电路SW1的第一输入端子连接，第二输出端子与开关电路SW1的第二输入端子连接。
接着，对传感器电路的动作进行说明。
对霍尔元件HAL1施加磁场，霍尔元件HAL1根据该磁场的大小、方向以及电源端子的电源电压VDD，向放大电路AMP1输出具有温度系数的输出信号(霍尔电压)。霍尔元件HAL1的输出信号被放大电路AMP1放大。放大电路AMP1向比较电路CMP1的非反相输入端子输出具有下述温度系数的输出信号OUTA，该温度系数基于霍尔元件HAL1的输出信号的温度系数。基准电压电路BL1向开关电路SW1输出基准电压VTH1～VTH2，由开关电路SW1从这些电压中选择具有与输出信号OUTA的温度系数大致相等的温度系数的一个电压，作为基准电压OUTB输入到比较电路CMP1的反相输入端子。比较电路CMP1对输出信号OUTA与基准电压OUTB进行比较，当输出信号OUTA为基准电压OUTB以上时，输出高电平(high)信号作为输出信号OUT，当输出信号OUTA低于基准电压OUTB时，输出低电平(low)信号作为输出信号OUT。
当对霍尔元件HAL1施加了与基准电压VTH1或基准电压VTH2对应的磁场以上的磁场时、即对霍尔元件HAL1施加的磁场是比磁场检测点大的磁场时，传感器电路进行磁场检测而输出高电平信号(磁场检测的动作)。当没有对霍尔元件HAL1施加与基准电压VTH1或基准电压VTH2对应的磁场以上的磁场时、即对霍尔元件HAL1施加的磁场是比磁场检测解除点小的磁场时，传感器电路解除磁场检测而输出低电平信号(磁场检测解除的动作)。这里，根据基准电压VTH1或基准电压VTH2来确定磁场检测点。另外，还根据基准电压VTH1或基准电压VTH2来确定磁场检测解除点。
接着，对基准电压电路BL1进行说明。图2是示出基准电压电路的图。图3是示出相对于温度变化的电阻变化的图。图4是示出相对于温度变化的基准电压变化的图。
基准电压电路BL1具有温度校正用电阻R41以及分压电路2。分压电路2具有电阻R11～R14。
电阻R11～R14在电源端子与接地端子之间依次串联连接。在电阻R12与电阻R13的连接点处设置有基准电压端子。在电阻R11与电阻R12的连接点处设置有第一输出端子。在电阻R13与电阻R14的连接点处设置有第二输出端子。温度校正用电阻R41设置在第一输出端子与第二输出端子之间。
基准电压电路BL1不仅输出基准电压，还进行传感器电路的温度补偿。
这里，如图3所示，电阻R11～R14的温度系数及电阻值相等。电阻R11～R14的温度系数大于温度校正用电阻R41的温度系数。
在将第一输出端子与第二输出端子之间的电阻值设为RX时，电阻R11与电阻R12的连接点(第一输出端子)处的基准电压VTH1通过下式来计算：
VTH1＝VDD×(RX+R14)/(R11+RX+R14)...(1)
另外，电阻R13与电阻R14的连接点(第二输出端子)处的基准电压VTH2通过下式来计算：
VTH2＝VDD×R14/(R11+RX+R14)...(2)
并且，为了便于说明而设R11＝R12＝R13＝R14时，基准电压VTH1通过下式来计算：
VTH1＝VDD×(RX/R11+1)/(2+RX/R11)...(3)
另外，基准电压VTH2通过下式来计算：
VTH2＝VDD×1/(2+RX/R11)...(4)
由于当温度升高时RX/R11的项变小，因此如图4所示，基准电压VTH1变小，基准电压VTH2变大。
另外，基准电压VREF通过下式来计算：
VREF＝VDD/2...(5)。
由此，下式成立：
VTH1-VREF＝VDD×(RX/R11)/[2×(2+RX/R11)]...(6)
VTH2-VREF＝-VDD×(RX/R11)/[2×(2+RX/R11)]...(7)
VTH2-VREF＝-(VTH1-VREF)...(8)。
由此，如图4所示，基准电压VTH1～VTH2具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数。
接着，对霍尔元件HAL1进行说明。图5是示出相对于温度变化的霍尔元件灵敏度变化的图。
如图5所示，霍尔元件HAL1的灵敏度(对霍尔元件HAL1施加磁场时霍尔元件HAL1的输出信号)具有温度系数。当温度升高时，霍尔元件HAL1的灵敏度变低。
这里，由于霍尔元件HAL1的输出信号具有温度系数，因此放大电路AMP1的输出信号OUTA也具有温度系数，在基准电压VTH1～VTH2不具有温度系数的情况下，磁场检测点以及磁场检测解除点具有明显的温度系数。即，磁场检测点以及磁场检测解除点的温度系数明显取决于霍尔元件HAL1的灵敏度温度系数。
但是，本发明通过调整电阻R11～R14以及温度校正用电阻R41的温度系数和电阻值，来使基准电压VTH1～VTH2的温度系数与放大电路AMP1的基于霍尔元件HAL1的灵敏度温度系数的输出信号OUTA的温度系数相一致。由此，霍尔元件HAL1的输出信号发生温度变化而使放大电路AMP1的输出信号OUTA也发生温度变化，相应地，基准电压VTH1～VTH2也发生温度变化，因此磁场检测点以及磁场检测解除点不具有明显的温度系数。即，通过调整电阻R11～R14以及温度校正用电阻R41的温度系数以及电阻值，可任意地设定磁场检测点以及磁场检测解除点。
接着，对开关电路SW1进行说明。
开关电路SW1具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子。
这里，根据对霍尔元件HAL1施加的磁场方向，霍尔元件HAL1的输出信号反转正负极性，放大电路AMP1的输出信号OUTA也反转正负极性。开关电路SW1根据该磁场的方向，输出基准电压VTH1～VTH2中的一个电压作为基准电压OUTB。与放大电路AMP1的正负极性对应的输出信号OUTA具有相对于基准电压VREF成线对称的温度系数，基准电压VTH11～VTH12也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，基准电压VTH1～VTH2也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，因此，例如当对霍尔元件HAL1施加的磁场为正向、放大电路AMP1的输出信号OUTA为正极性时，开关电路SW1输出基准电压VTH1作为基准电压OUTB，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为逆向、放大电路AMP1的输出信号OUTA为负极性时，输出基准电压VTH2作为基准电压OUTB。
这样，由于进行温度补偿的基准电压电路BL1只具有温度校正用电阻R41以及分压电路2，因此传感器电路的电路规模变小。
另外，霍尔元件HAL1的输出信号发生温度变化而使放大电路AMP1的输出信号OUTA也发生温度变化，相应地，基准电压VTH1～VTH2也发生温度变化，因此磁场检测点以及磁场检测解除点不具有明显的温度系数，传感器电路可进行温度补偿。
另外，即使由于对霍尔元件HAL1施加的磁场的方向而使得霍尔元件HAL1的输出信号的正负极性发生反转、且放大电路AMP1的输出信号OUTA的正负极性也发生反转，但由于放大电路AMP1的与正负极性对应的输出信号OUTA具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，基准电压VTH1～VTH2也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，因此磁场检测点以及磁场检测解除点不具有明显的温度系数，传感器电路可进行温度补偿。
另外，基准电压VTH1～VTH2是由连接在电源端子与接地端子之间的电阻生成的，因此基准电压VTH1～VTH2与电源电压VDD成比例，并且，霍尔元件HAL1的输出信号也与电源电压VDD成比例。由此，磁场检测点以及磁场检测解除点不取决于电源电压VDD。
另外，由于基准电压VTH1～VTH2是由一个分压电路生成的，因此基准电压电路BL1的电路规模小。
另外，由于基准电压VTH1～VTH2的温度系数随温度校正用电阻R41而发生相同的变化，因此，当由于制造偏差而导致温度校正用电阻R41发生偏差时，基准电压VTH1～VTH2的绝对值产生相同的偏差。
此外，在上述记载中，作为传感器电路的传感器元件，使用了根据所施加的磁场大小及方向来输出具有温度系数的输出信号的霍尔元件HAL1。但是，也可以使用根据某种外部因素来输出具有温度系数的输出信号的传感器元件。
另外，为了便于说明而设为电阻R11～R14的温度系数以及电阻值相等，但可以根据所希望的基准电压VTH1～VTH2来调整这些电阻的温度系数以及电阻值。温度校正用电阻R41亦是如此。
另外，未作图示，基准电压电路BL1是直接连接在电源端子与接地端子之间的，但是也可以经由开关电路进行连接。于是，在不需要基准电压电路BL1的情况下，可通过断开开关电路来切断对基准电压电路BL1的电源供给，基准电压电路BL1的电流消耗几乎为零。
[第二实施方式]
接着，对传感器电路的结构进行说明。图6是示出传感器电路的图。
在第二实施方式的传感器电路中，与第一实施方式的传感器电路相比，基准电压电路BL1变更为基准电压电路BL2，开关电路SW1变更为开关电路SW2。
基准电压电路BL2的第一输出端子与开关电路SW2的第一输入端子连接，第二输出端子与开关电路SW2的第二输入端子连接，第三输出端子与开关电路SW2的第三输入端子连接，第四输出端子与开关电路SW2的第四输入端子连接。
接着，对传感器电路的动作进行说明。
在第二实施方式的传感器电路中，与第一实施方式的传感器电路相比，供开关电路SW2选择的基准电压的数量从两个变更为四个。
接着，对基准电压电路BL2进行说明。图7是示出基准电压电路的图。图8是示出相对于温度变化的基准电压变化的图。
基准电压电路BL2具有温度校正用电阻R41以及分压电路3。分压电路3具有电阻R31～R38。
电阻R31～R38在电源端子与接地端子之间依次串联连接。在电阻R34与电阻R35的连接点处设置有基准电压端子。在电阻R31与电阻R32的连接点处设置有第五输出端子。在电阻R32与电阻R33的连接点处设置有第一输出端子。在电阻R33与电阻R34的连接点处设置有第二输出端子。在电阻R35与电阻R36的连接点处设置有第三输出端子。在电阻R36与电阻R37的连接点处设置有第四输出端子。在电阻R37与电阻R38的连接点处设置有第六输出端子。温度校正用电阻R41设置在第五输出端子与第六输出端子之间。
由此，基准电压VTH1～VTH2与通过式(1)～(4)计算出的电压近似。
另外，在为了便于说明而设R31＝R32＝R33＝R34＝R35＝R36＝R37＝R38时，电阻R34与电阻R35的连接点处的基准电压VREF通过下式来计算：
VREF＝VDD/2...(9)
电阻R32与电阻R33的连接点(第一输出端子)处的基准电压VTH11通过下式来计算：
VTH11＝VREF+(2/6)×(VTH1-VTH2)...(10)
电阻R33与电阻R34的连接点(第二输出端子)处的基准电压VTH21通过下式来计算：
VTH21＝VREF+(1/6)×(VTH1-VTH2)...(11)
电阻R35与电阻R36的连接点(第三输出端子)处的基准电压VTH22通过下式来计算：
VTH22＝VREF-(1/6)×(VTH1-VTH2)...(12)
电阻R36与电阻R37的连接点(第四输出端子)处的基准电压VTH12通过下式来计算：
VTH12＝VREF-(2/6)×(VTH1-VTH2)...(13)。
由此，下式成立：
VTH11-VREF＝-(VTH12-VREF)...(14)
VTH21-VREF＝-(VTH22-VREF)...(15)。
由此，如图8所示，基准电压VTH11～VTH12具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，基准电压VTH21～VTH22也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数。
接着，对开关电路SW2进行说明。
开关电路SW2具有第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子、第四输入端子以及输出端子。
这里，根据对霍尔元件HAL1施加的磁场方向，霍尔元件HAL1的输出信号反转正负极性，放大电路AMP1的输出信号OUTA也反转正负极性。开关电路SW2根据该磁场的方向，输出基准电压VTH11～VTH12以及基准电压VTH21～VTH22中的一个电压作为基准电压OUTB。放大电路AMP1的与正负极性对应的输出信号OUTA具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，基准电压VTH11～VTH12也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，基准电压VTH21～VTH22也具有相对于基准电压VREF呈线对称的温度系数，因此，例如当对霍尔元件HAL1施加的磁场为正向、放大电路AMP1的输出信号OUTA为正极性时，开关电路SW2输出基准电压VTH11或基准电压VTH21作为基准电压OUTB，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为逆向、放大电路AMP1的输出信号OUTA为负极性时，输出基准电压VTH12或基准电压VTH22作为基准电压OUTB。
这样，由于基准电压数量增加且磁场检测点以及磁场检测解除点增加，因此传感器电路的自由度提高。例如图9所示，可根据基准电压VTH11或基准电压VTH12来确定磁场检测点Bop1或磁场检测点Bop2。另外，可根据基准电压VTH21或基准电压VTH22来确定磁场检测解除点Brp1或磁场检测解除点Brp2。于是，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为正向且该磁场大于磁场检测点Bop1时，传感器电路输出高电平信号。另外，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为逆向且该磁场大于磁场检测点Bop2时，输出高电平信号。另外，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为正向且该磁场小于磁场检测解除点Brp1时，输出低电平信号。另外，当对霍尔元件HAL1施加的磁场为逆向且该磁场小于磁场检测解除点Brp2时，输出低电平信号。即，在磁场检测点与磁场检测解除点之间的磁场中，存在迟滞特性。此外，当对霍尔元件HAL1施加的磁场大于磁场检测点时，在图9中，传感器电路输出高电平信号，不过，虽未图示，但传感器电路也可以输出低电平信号。对于磁场检测解除点也是同样。另外，未作图示，传感器电路在比较电路CMP1的后级具有信号处理电路，信号处理电路存储过去的传感器电路输出信号以实现迟滞特性。当传感器电路的输出信号过去为高电平而当前为低电平时，传感器电路在磁场检测解除点处工作，当传感器电路的输出信号过去为低电平而当前为高电平时，传感器电路在磁场检测点处工作。

Claims (6)

1.一种传感器电路，其特征在于，该传感器电路具有：
传感器元件，其根据外部因素来输出具有第一温度系数的输出信号；
放大电路，其对上述传感器元件的输出信号进行放大，输出具有基于上述第一温度系数的第二温度系数的输出信号；
基准电压电路，其由具有温度系数相等的多个电阻的分压电路以及具有与上述多个电阻不同的温度系数的温度校正用电阻构成，该基准电压电路输出具有与上述第二温度系数大致相等的第三温度系数的基准电压；以及
比较电路，其对上述放大电路的输出信号与上述基准电压电路的基准电压进行比较，当上述放大电路的输出信号为上述基准电压电路的基准电压以上时，输出高电平信号或低电平信号，当上述放大电路的输出信号小于上述基准电压电路的基准电压时，输出低电平信号或高电平信号。
2.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，
上述传感器元件是根据所施加的磁场的大小及方向而输出输出信号的霍尔元件。
3.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，
该传感器电路还具有第一开关电路，该第一开关电路切断对上述基准电压电路的电源供给。
4.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，
上述传感器元件根据上述外部因素以及电源电压而输出输出信号。
5.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，
上述基准电压电路具有：
在电源端子与接地端子之间依次串联连接的第一～第四电阻；
在上述第二电阻与上述第三电阻的连接点处设置的基准电压端子；
在上述第一电阻与上述第二电阻的连接点处设置的第一输出端子；
在上述第三电阻与上述第四电阻的连接点处设置的第二输出端子；以及
在上述第一输出端子与上述第二输出端子之间设置的上述温度校正用电阻。
6.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，
上述基准电压电路具有：
在电源端子与接地端子之间依次串联连接的第一～第八电阻；
在上述第四电阻与上述第五电阻的连接点处设置的基准电压端子；
在上述第一电阻与上述第二电阻的连接点处设置的第五输出端子；
在上述第二电阻与上述第三电阻的连接点处设置的第一输出端子；
在上述第三电阻与上述第四电阻的连接点处设置的第二输出端子；
在上述第五电阻与上述第六电阻的连接点处设置的第三输出端子；
在上述第六电阻与上述第七电阻的连接点处设置的第四输出端子；
在上述第七电阻与上述第八电阻的连接点处设置的第六输出端子；以及
在上述第五输出端子与上述第六输出端子之间设置的上述温度校正用电阻。
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