CN102384757B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够在偏移消除电路中消除布线对霍尔元件的影响的半导体装置。该半导体装置具备霍尔元件，其切换第一模式和第二模式，在第一模式中将第一电阻和第二电阻的接点A与第三电阻和第四电阻的接点C设为电源电位Vcc或接地电位GND，将第一电阻和第四电阻的接点D与第二电阻和第三电阻的接点B设为输出端子；在第二模式中将接点D和接点B设为Vcc或GND，并将接点A以及接点C设为输出端子；在第一模式中沿第二电阻R2配置且与接点A连接的第一布线被设为Vcc的情况下，在第二模式中沿第四电阻配置且与接点D连接的第二布线被设为Vcc电位，在第一模式中第一布线被设为GND的情况下，在第二模式中第二布线被设为GND。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种用于对霍尔元件的输出等进行调整的半导体装置。
背景技术
近年来，在数字静态照相机和数字摄像机等摄像装置的抖动校正电路、移动电话的振动电路中，使用了霍尔元件的位置检测电路用于检测透镜等光学元件、振动元件的位置。
霍尔元件的等效电路表示为电阻R1～R4的桥电路，与施加电源电压Vcc的端子和取出输出信号的端子的组合相应地，霍尔元件的输出信号受到各电阻的偏差的影响而包含偏移成分。
因此，如图8所示，使用包括霍尔元件10、放大电路12以及平均化电路14的偏移消除电路100。偏移消除电路100与其它外围电路一起构成为形成在半导体基板上的半导体装置。平均化电路构成为包括：开关元件S9～S19、电容器C1～C4、运算放大器14a以及基准电压生成电路14b。开关元件S9～S19与运算放大器12a、12b的输出端子、电容器C1～C4的端子、运算放大器14a的输入端子中的某一个端子相互连接。
通过使开关元件S1接通并使开关元件S6断开来将电源电压Vcc施加到电阻R1和R2的接点A，通过使开关元件S2接通并使开关元件S8断开来将电阻R3和R4的接点C接地，通过使开关元件S7接通并使开关元件S4断开来将电阻R1和R4的接点D连接到运算放大器12b的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S5接通并使开关元件S3断开来将电阻R2和R3的接点B连接到运算放大器12a的非反转输入端子(+)。另外，通过使开关元件S9～S19中的开关元件S13、S14接通、使其它开关元件断开来将运算放大器12a的输出连接到电容器C1的正端子、将运算放大器12b的输出连接到电容器C1的负端子，设为利用运算放大器12a、12b的输出电压对电容器C1进行充电的状态。
接着，通过使开关元件S6接通并使开关元件S1断开来将电阻R1和R2的接点A连接到运算放大器12a的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S8接通并使开关元件S2断开来将电阻R3和R4的接点C连接到运算放大器12b的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S4接通并使开关元件S7断开来将电阻R1和R4的接点D接地，通过使开关元件S3接通并使开关元件S5断开来将电源电压Vcc施加到电阻R2和R3的接点B。另外，通过使开关元件S9～S19中的开关元件S15、S16接通、使其它开关元件断开，来将运算放大器12a的输出连接到电容器C2的负端子，将运算放大器12b的输出连接到电容器C2的正端子，设为利用运算放大器12a、12b的输出电压对电容器C2进行充电的状态。
这样切换施加电压的两种模式以改变在霍尔元件10中流动的电流的方向，利用霍尔元件10的四个端子的两个方向(90°)的霍尔电压V1和V2分别对电容器C1和C2进行充电。充电电压V1为第一模式中的霍尔电压Vhall加上偏移电压Voff得到的值。即，充电电压V1＝Vhall+Voff。如果使在霍尔元件10中流动的电流改变90°，则霍尔元件10的偏移电压Voff在相反方向上产生，因此充电电压V2为第二模式中的霍尔电压Vhall减去偏移电压Voff得到的值。即，充电电压V2＝Vhall-Voff。
在输出状态下，开关元件S13～S16断开，切断运算放大器12a、12b和电容器C1、C2。另外，通过使开关元件S11、S12、S19接通并使开关元件S18断开，来经由电容器C4将电容器C1和C2的正端子共同连接到运算放大器14a的输入端子的一端。另外，通过使开关元件S9、S10接通来将电容器C1和C2的负端子共同连接到运算放大器14a的输入端子的另一端。运算放大器14a的另一端被设为由基准电压生成电路14b产生的Vref。将用于清除电容器C3的电荷的开关元件S17也设为断开状态。
通过设置这种输出状态，电容器C1和C2并联连接，蓄积在电容器C1和C2中的电荷在电容器C1～C4中重新分配，从而将充电电压V1和V2平均化。由此，霍尔元件10的输出电压的偏移值Voff被消除，作为输出电压Vout而输出。
发明内容
发明要解决的问题
但是，如图9所示，霍尔元件10在半导体基板上构成为电阻R1～R4的桥电路。在霍尔元件10中，布线L1从电阻R1和电阻R2的接点A起沿着电阻R2向配置有电阻R3的方向延伸设置。布线L2从电阻R1和电阻R4的接点D起沿电阻R4向配置有电阻R3的方向延伸设置。布线L3从电阻R2和电阻R3的接点B起以远离电阻R3的方式延伸设置。布线L4从电阻R3和电阻R4的接点C起以远离电阻R3的方式延伸设置。在具有这种布线布局的霍尔元件10中，在对电容器C1充电时和对电容器C2充电时使用布线L1～L4来切换电压的施加状态。
在现有的偏移消除电路100中采用切换第一模式和第二模式的结构，该第一模式如图10所示，从布线L1施加电源电压Vcc，将布线L4接地，在该状态下从布线L2以及L3得到霍尔元件10的输出，该第二模式如图11所示，从布线L3施加电源电压Vcc，将布线L2接地，在该状态下从布线L1以及L4得到霍尔元件10的输出。
霍尔元件10的电阻R1～R4受到施加到附近的布线L1～L4的电压的影响，其电阻值发生变化。特别是，在偏移消除电路100中，以沿布线L1的方式形成的电阻R2容易受到施加到布线L1的电压的影响，以沿布线L2的方式形成的电阻R4容易受到施加到布线L2的电压的影响。即，在第一模式中，电阻R2受到电源电压Vcc的影响而电阻R4受到霍尔元件10的输出电压的影响，与此相对，在第二模式中，电阻R2受到霍尔元件10的输出电压的影响而电阻R4受到接地电压的影响。
这样，在偏移消除电路100中，在第一模式以及第二模式中电阻R1～R4受布线L1～L4的影响是不对称的，来自霍尔元件10的输出中布线L1～L4的影响所产生的偏移进一步重叠，因此产生在偏移消除电路100中无法抵消偏移的问题。
本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置具备霍尔元件，该霍尔元件以第一电阻要素、第二电阻要素、第三电阻要素以及第四电阻要素按顺序连接成矩形环状的等效电路来表现，半导体装置在第一模式和第二模式之间进行切换，在该第一模式中将第一电阻要素和第二电阻要素的第一接点以及第三电阻要素和第四电阻要素的第二接点排他性地设为电源电位和接地电位中的某一个，将第一电阻要素和第四电阻要素的第三接点以及第二电阻要素和第三电阻要素的第四接点设为输出端子，在该第二模式中将第三接点和第四接点排他性地设为电源电位和接地电位中的某一个，并将第一接点和第二接点设为输出端子，在第一模式中沿第二电阻要素配置并且与第一接点连接的第一布线被设为电源电位的情况下，在第二模式中沿第四电阻要素配置并且与第三接点连接的第二布线被设为电源电位，在第一模式中第一布线被设为接地电位的情况下，在第二模式中第二布线被设为接地电位。
根据本发明，能够避免来自霍尔元件的布线的影响而消除偏移。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的偏移消除电路的结构的图。
图2是表示本发明的实施方式的偏移消除电路的第一模式中的霍尔元件的连接关系的图。
图3是表示本发明的实施方式的偏移消除电路的第二模式中的霍尔元件的连接关系的图。
图4是表示本发明的实施方式的变形例中的偏移消除电路的结构的图。
图5是表示变形例的偏移消除电路的第一模式中的霍尔元件的连接关系的图。
图6是表示变形例的偏移消除电路的第二模式中的霍尔元件的连接关系的图。
图7是表示本发明的实施方式的霍尔元件的其它结构的图。
图8是现有的偏移消除电路的结构的图。
图9是表示霍尔元件的结构的图。
图10是表示现有的偏移消除电路的第一模式中的霍尔元件的连接关系的图。
图11是表示现有的偏移消除电路的第二模式中的霍尔元件的连接关系的图。
附图标记说明
10、20：霍尔元件；12：放大电路；12a、12b：运算放大器；14：平均化电路；14a：运算放大器；14b：基准电压生成电路；100、200、202：偏移消除电路。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的偏移消除电路200的结构的图。偏移消除电路200与其它外围电路一起构成为形成在半导体基板上的半导体装置。偏移消除电路200构成为包括：霍尔元件10、放大电路12以及平均化电路14。偏移消除电路200与现有的偏移消除电路100相比针对霍尔元件10的接点A～D的电路连接关系不同。
如图9所示，霍尔元件10能够表示为电阻R1～R4的桥电路。电阻R1～R4与开关元件S1～S8连接，开关元件S1～S8用于将电阻R1～R4的接点A～D切换为电源电压Vcc、接地或者输出。
放大电路12构成为包括运算放大器12a、12b。运算放大器12a对输入到非反转输入端子(+)的电压进行放大并输出。运算放大器12b对输入到非反转输入端子(+)的电压进行放大并输出。
平均化电路14构成为包括：开关元件S9～S19、电容器C1～C4、运算放大器14a以及基准电压生成电路14b。开关元件S9～S19与运算放大器12a、12b的输出端子、电容器C1～C4的端子、运算放大器14a的输入端子的某一个端子相互连接。
通过使开关元件S1接通并使开关元件S6断开来将电源电压Vcc施加到电阻R3、R4的接点C，通过使开关元件S2接通并使开关元件S8断开来将电阻R1、R2的接点A接地，通过使开关元件S7接通并使开关元件S4断开来将电阻R1、R4的接点D连接到运算放大器12b的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S5接通并使开关元件S3断开来将电阻R2、R3的接点B连接到运算放大器12a的非反转输入端子(+)。另外，通过使开关元件S9～S19中的开关元件S13、S14接通、使其它开关元件断开，来将运算放大器12a的输出连接到电容器C1的正端子、将运算放大器12b的输出连接到电容器C1的负端子，设为利用运算放大器12a、12b的输出电压对电容器C1进行充电的状态。
接着，通过使开关元件S6接通并使开关元件S1断开来将电阻R3、R4的接点C连接到运算放大器12a的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S8接通并使开关元件S2断开来将电阻R1、R2的接点A连接到运算放大器12b的非反转输入端子(+)，通过使开关元件S4接通并使开关元件S7断开来将电阻R1、R4的接点D接地，通过使开关元件S3接通并使开关元件S5断开来将电源电压Vcc施加到电阻R2、R3的接点B。另外，通过使开关元件S9～S19中的开关元件S15、S16接通、使其它开关元件断开，来将运算放大器12a的输出连接到电容器C2的负端子、将运算放大器12b的输出连接到电容器C2的正端子，设为利用运算放大器12a、12b的输出电压对电容器C2进行充电的状态。
这样切换施加电压的两种模式以改变在霍尔元件10中流动的电流的方向，利用霍尔元件10的四个端子的两个方向(90°)的霍尔电压V1和V2分别对电容器C1和C2进行充电。充电电压V1为第一模式中的霍尔电压Vhall加上偏移电压Voff得到的值。即，充电电压V1＝Vhall+Voff。如果使在霍尔元件10中流动的电流改变90°，则霍尔元件10的偏移电压Voff在相反方向上产生，因此充电电压V2为第二模式中的霍尔电压Vhall减去偏移电压Voff得到的值。即，充电电压V2＝Vhall-Voff。
在输出状态下，开关元件S13～S16断开，阻断运算放大器12a、12b和电容器C1、C2。另外，通过使开关元件S11、S12、S19接通并使开关元件S18断开，来经由电容器C4将电容器C1和C2的正端子共同连接到运算放大器14a的输入端子的一端。另外，通过使开关元件S9、S10接通来将电容器C1和C2的负端子共同连接到运算放大器14a的输入端子的另一端。运算放大器14a的另一端被设为由基准电压生成电路14b产生的Vref。将用于清除电容器C3的电荷的开关元件S17也设为断开状态。
通过设置这种输出状态，电容器C1和C2并联连接，蓄积在电容器C1以及C2中的电荷在电容器C1～C4中重新分配来将充电电压V1和V2平均化。由此，霍尔元件10的输出电压的偏移值Voff被消除，作为输出电压Vout而输出。
在本实施方式的偏移消除电路200中，在第一模式中，如图2所示从霍尔元件10的布线L4(接点C)施加电源电压Vcc，将布线L1(接点A)接地，在该状态下从布线L2(接点D)以及L3(接点B)得到霍尔元件10的输出V1。另外，在第二模式中，如图3所示从霍尔元件10的布线L3(接点B)施加电源电压Vcc，将布线L2(接点D)接地，在该状态下从布线L1(接点A)以及L4(接点C)得到霍尔元件10的输出V2。
这时，在第一模式中，沿布线L1平行配置的电阻R2受到接地电位GND的影响，沿布线L2平行配置的电阻R4受到输出V1的影响。另一方面，在第二模式中，沿布线L1配置的电阻R2受到输出V2的影响，沿布线L2配置的电阻R4受到接地电位GND的影响。此外，布线L3和布线L4不与霍尔元件10的电阻R1～R4平行配置，以从霍尔元件10起立即远离的方式配置，因此霍尔元件10受到布线L3和L4的影响小。
在此，输出V1与输出V2是大致同等程度的值，因此对霍尔元件10产生的影响的也是同等程度。因此，在偏移消除电路200中，在第一模式和第二模式中布线L1和L2的影响在几何学上对称，该影响在第一模式和第二模式中为同等程度。因而，第一模式和第二模式中由霍尔元件10的电压施加状况所引起的对电阻R1～R4的变动的影响在输出状态下相互抵消，因此对偏移消除电路200的输出电压不会产生大的影响。
另外，如图4所示，也可以构成为偏移消除电路202。在偏移消除电路202中，与偏移消除电路200相比针对霍尔元件10的接点A～D的电路连接关系不同。
在偏移消除电路202中，在第一模式中，如图5所示从霍尔元件10的布线L1(接点A)施加电源电压Vcc，将布线L4(接点C)接地，在该状态下从布线L2(接点D)和L3(接点B)得到霍尔元件10的输出V1。在第二模式中，如图6所示从霍尔元件10的布线L2(接点D)施加电源电压Vcc，将布线L3(接点B)接地，在该状态下从布线L1(接点A)和L4(接点C)得到霍尔元件10的输出V2。
这时，在第一模式中，沿布线L1配置的电阻R2受到电源电压Vcc的影响，沿布线L2配置的电阻R4受到输出V1的影响。另一方面，在第二模式中，沿布线L1配置的电阻R2受到输出V2的影响，沿布线L2配置的电阻R4受到电源电压Vcc的影响。在此，如上述输出V1和输出V2是几乎同等程度的值，因此对霍尔元件10产生的影响也是同等程度。
这样，即使在本实施方式的偏移消除电路202中也是，在第一模式和第二模式中布线L1和L2的影响在几何学上对称，该影响在第一模式和第二模式中是同等程度。因而，第一模式和第二模式中由霍尔元件10的电压施加状况所引起的对电阻R1～R4的变动的影响在输出状态下相互抵消，对偏移消除电路202的输出电压不会产生大的影响。
但是，与对沿电阻R2和电阻R4配置的布线L1和L2施加电源电压Vcc的偏移消除电路202相比，对布线L1和L2施加接地电压GND的偏移消除电路200对电阻R2和电阻R4产生的影响本来就很小，因此更合适于消除施加电压的影响。
另外，在偏移消除电路200和202中，优选将霍尔元件10变更为下面示出的霍尔元件20。如图7所示，将霍尔元件20设为如下结构：向与电阻R1～R4的延伸设置方向中的任一个方向都不平行的角度θ1～θ4形成布线L1～L4。角度θ1～θ4优选设为45°。
由此，从电阻R1～R4的接点A～D起立即向更远离电阻R1～R4的位置引出布线L1～L4，与霍尔元件10相比布线L1～L4在远离电阻R1～R4的位置处延伸设置。因而，能够使来自布线L1～L4的影响变得更小。

Claims (5)

1.一种半导体装置，其特征在于，
具备霍尔元件，该霍尔元件以第一电阻要素、第二电阻要素、第三电阻要素以及第四电阻要素按顺序连接成矩形环状的等效电路来表现，
上述半导体装置在第一模式和第二模式之间进行切换，在该第一模式中将上述第一电阻要素和上述第二电阻要素的第一接点以及上述第三电阻要素和上述第四电阻要素的第二接点排他性地设为电源电位和接地电位中的某一个，将上述第一电阻要素和上述第四电阻要素的第三接点以及上述第二电阻要素和上述第三电阻要素的第四接点设为输出端子，在该第二模式中将上述第三接点和上述第四接点排他性地设为电源电位和接地电位中的某一个，并将上述第一接点和上述第二接点设为输出端子，
在上述第一模式中沿上述第二电阻要素配置并且与上述第一接点连接的第一布线被设为电源电位的情况下，在上述第二模式中沿上述第四电阻要素配置并且与上述第三接点连接的第二布线被设为电源电位，
在上述第一模式中上述第一布线被设为接地电位的情况下，在上述第二模式中上述第二布线被设为接地电位。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
在上述第一模式中上述第一布线被设为接地电位，由此上述第一接点被设为接地电位，上述第二接点被设为电源电位，
在上述第二模式中上述第二布线被设为接地电位，由此上述第三接点被设为接地电位，上述第四接点被设为电源电位。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
在上述第一模式中上述第二布线被用作输出用布线，
在上述第二模式中上述第一布线被用作输出用布线。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述第一布线以与上述第一电阻要素、上述第二电阻要素、上述第三电阻要素以及上述第四电阻要素中的任何一个电阻要素的延伸方向都不平行的角度从上述第一接点引出，
上述第二布线以与上述第一电阻要素、上述第二电阻要素、上述第三电阻要素以及上述第四电阻要素中的任何一个电阻要素的延伸方向都不平行的角度从上述第三接点引出。
5.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
上述第一布线以与上述第一电阻要素、上述第二电阻要素、上述第三电阻要素以及上述第四电阻要素中的任何一个电阻要素的延伸方向都不平行的角度从上述第一接点引出，
上述第二布线以与上述第一电阻要素、上述第二电阻要素、上述第三电阻要素以及上述第四电阻要素中的任何一个电阻要素的延伸方向都不平行的角度从上述第三接点引出。
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