CN103733082B - 磁检测装置以及磁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁检测装置，通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率，抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而大幅抑制积分部中的动作电压范围。第一和第二开关部(13、14)针对霍尔传感器(11)的四个端子中的相对置的两个端子切换来自偏压生成部(12)的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔电动势的极性为第一极性且霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间霍尔电动势的极性为作为与第一期间的极性相反的极性的第二极性且霍尔偏移电压的极性交替四次。

Description

磁检测装置以及磁检测方法

技术领域

本发明涉及一种磁检测装置以及磁检测方法，更详细地说，涉及一种通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率来抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而能够大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测装置以及磁检测方法。

背景技术

通常，使用了霍尔元件的磁传感器作为检测磁体的位置信息的传感器，不仅使用于接近传感器、线性位置传感器、旋转角度传感器等，还以电流传感器的方式广泛使用，该电流传感器通过检测由流过电流导体的电流感应出的磁场来以非接触的方式测量流过电流导体的电流量。

另外，霍尔元件具有产生与所输入的磁场强度相应的霍尔电动势信号的磁电变换功能，因此作为磁传感器被广泛使用。然而，在霍尔元件中，存在在磁场为零的状态即无磁场的状态下也输出非零的有限电压的偏移电压(不平衡电压)。

因此，在利用了霍尔元件的磁传感器中，以消除霍尔元件所具有的偏移电压为目的，存在通常以旋转电流(Spinningcurrent)法或者Connectioncommutation(连接换向)法这种名称被人知晓的霍尔元件的驱动方法。该方法是指在用于使驱动电流流过霍尔元件的端子对的位置与用于检测霍尔电动势信号的端子对的位置之间按照被称为斩波时钟(chopperclock)的时钟来周期地进行切换操作的方法。

对于以消除该偏移电压为目的的Spinningcurrent法，即使在CMOS半导体电路中也能够使用开关电路来构成，因此用于实现高精度的磁传感器的霍尔电动势检测电路通常具备用于实现Spinningcurrent法的开关电路。

在采用霍尔传感器的磁检测装置中，由于霍尔元件具有偏移电压，因此进行去除该偏移电压的处理，作为其一例，已知非专利文献1所记载的spinningcurrentprinciple(旋转电流法)。

然而，在该磁检测装置中，由于开关的切换而差动放大器的输入电压的极性不同时的差动放大器的调节时间有限，输入电压上升时的调节时间与下降时的调节时间不同，由此，在差动放大器的输出电压和开关的输出电压的电压波形中表现出其影响。这样开关的输出电压的电压波形不同，因此存在即使通过积分器对开关的输出电压进行积分也无法去除霍尔元件的偏移电压和差动放大器的固有偏移电压这种问题。

因此，为了解决这种问题，例如在专利文献1中提供一种能够去除霍尔元件的偏移电压以及对霍尔元件的输出进行放大的放大器所固有的偏移电压的磁检测装置。在该专利文献1所记载的磁检测装置中，通过切换控制部控制开关，针对四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向以使四端子霍尔元件所固有的霍尔偏移电压的极性在一个循环中交替四次，通过差动放大器，从处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子放大电压，在通过开关切换电流朝向的切换中存在相对于前一电流朝向成为相反朝向的切换时，与此同步地，通过切换控制部控制开关而使来自差动放大器的电压的极性反转，并且与其后一电流朝向切换同步地，通过切换控制部控制开关而使来自差动放大器的电压的极性反转。

另外，例如专利文献2所记载的磁检测装置涉及一种以下的磁检测装置：排除由霍尔元件、接收来自该霍尔元件的信号并对其放大的放大器等所受的干扰噪声，并且能够具有高速应答性。

并且，例如专利文献3所记载的磁检测装置涉及一种以下的磁检测装置：能够高精度地去除磁检测传感器的偏移电压以及模拟电路的模拟元件的偏移电压而高精度地检测磁检测传感器的磁力。

图1是用于说明以往的磁检测装置的电路结构图。图中，附图标记1表示霍尔传感器，2表示偏压电流生成电路，3表示第一开关电路，4表示第二开关电路，5表示差动放大器，6表示第三开关电路，7表示积分器，8表示开关控制电路。

图1示出的以往的磁检测装置包括：霍尔传感器1，其检测磁力；偏压电流生成电路2，其驱动霍尔传感器1；第一开关电路3，其切换提供给霍尔传感器1的偏压电流的朝向；第二开关电路4，其切换与由霍尔传感器1检测出的磁力对应的差动电压的朝向；差动放大器5，其对该第二开关电路4的输出差动电压V₁进行放大；第三开关电路6，其切换该差动放大器5的输出差动电压的极性；积分器7，其对该第三开关电路6的输出差动电压V₂进行积分放大；以及开关控制电路8，其控制第一至第三开关电路的切换定时。

通过控制第一开关电路3和第二开关电路4，在霍尔传感器1的四个端子中相对置的两个端子之间提供偏压电流，将四个端子中其余的相对置的两个端子与差动放大器5连接。

图2的(a)至(d)是表示图1示出的开关电路的各斩波相位处的霍尔传感器的连接状态的图。如图2的(a)至(d)所示，按照0°→90°→180°→270°这四个相位的顺序周期地进行切换连接。由此，用式(1)至式(4)表示霍尔电动势V_1H与霍尔传感器1的固有偏移电压V_1O相加所得到的霍尔传感器1的输出差动电压V₁，其中，该霍尔电动势V_1H与偏压电流和检测磁场的朝向以及强度对应。

在此，设为以Vhp-Vhn定义霍尔传感器1的输出差动电压V₁。

0°： $V_1(t=n\×\frac{T}{4})=+V_{1H}+V_{1O}...\left(1\right)$

90°： $V_1(t=n\×\frac{2T}{4})=+V_{1H}-V_{1O}...\left(2\right)$

180°： $V_1(t=n\×\frac{3T}{4})=-V_{1H}-V_{1O}...\left(3\right)$

270°： $V_1(t=n\×\frac{4T}{4})=-V_{1H}+V_{1O}...\left(4\right)$

在差动放大器5中，以固定的倍率A对第二开关电路4的输出差动电压V₁和差动放大器5的固有的偏移电压V_2O进行放大。通过控制第三开关电路6来周期性地切换差动放大器5的输出差动电压极性而提供给积分器7。用式(5)至式(8)表示第三开关电路6的输出差动电压V2。

0°： $V_2(t=n\×\frac{T}{4})=A\×(+V_{1H}+V_{1O}+V_{2O})...\left(5\right)$

90°： $V_2(t=n\×\frac{2T}{4})=A\×(+V_{1H}-V_{1O}+V_{2O})...\left(6\right)$

180°： $V_1(t=n\×\frac{3T}{4})=-A\×(-V_{1H}-V_{1O}+V_{2O})...\left(7\right)$

270°： $V_2(t=n\×\frac{4T}{4})=-A\×(-V_{1H}+V_{1O}+V_{2O})...\left(8\right)$

图3是表示图1示出的开关电路的各斩波相位处的输出电压极性的图。霍尔电动势V_1H、霍尔传感器1的偏移电压V_1O、差动放大器5的偏移电压V_2O和通过第三开关电路6解调得到的霍尔电动势V_1H’、霍尔传感器1的偏移电压V_1O’、差动放大器5的偏移电压V_2O’的极性成为图3的极性。在将0°～270°的斩波动作反复进行n次的期间，通过积分器7对第三开关电路6的输出差动电压V₂进行积分放大。

图4是表示图1中的积分器的输出波形的图。用式(9)表示积分器7的输出V₃，形成图4示出的电压波形。

$V_3=\underset{t=0}{\overset{t=nT}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2\left(t\right)=n\×\left(\underset{t=0}{\overset{t=\frac{T}{4}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2\right(t)+\underset{t=\frac{T}{4}}{\overset{t=\frac{2T}{4}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{2T}{4}}{\overset{t=\frac{3T}{4}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{3T}{4}}{\overset{t=\frac{4T}{4}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t\left)\right)=n\×4{\mathrm{AV}}_{1H}...\left(9\right)$

在此，V_{1H_INT}是积分器7的输出V₃中的V_1H成分的积分放大波形，V_{1O_INT}是积分器7的输出V₃中的V_1O成分的积分放大波形，V_{2O_INT}是积分器7的输出V₃中的V_2O成分的积分放大波形。

通过第一开关电路3至第三开关电路6进行斩波调制，能够按照每一次0°～270°的斩波动作消除霍尔传感器1的偏移电压V_1O和差动放大器5的偏移电压V_2O而仅对霍尔电动势V_1H进行积分放大。

图5是表示斩波调制传递函数相对于霍尔传感器的噪声的频率特性的图。通过由第一开关电路3至第三开关电路6进行斩波调制，能够将霍尔传感器1和差动放大器5的元件噪声高频带调制到斩波调制频率F_CHP(＝1/T)的奇数倍的频带附近，能够根据后级的积分器7的特性来抑制噪声。

专利文献1：日本特开2005-283503号公报

专利文献2：日本特开2008-286695号公报

专利文献3：日本特开2011-137716号公报

非专利文献1：A.Bakker,A.A.Bellekom,S.Middelhoekand,J.H.Huijsing“Low-OffsetLow-Noise3.5mWCMOSSpinning-CurrentHallEffectSensorWithIntegratedChopperAmplifier”The13thEuropeanConferenceonSolid-StateTransducersSeptember12-15,1999,TheHague,TheNetherlands,pp.1045-1048

发明内容

发明要解决的问题

然而，将积分器7的放大率设定为积分器7的输出电压V₃不超过在0°～270°的斩波动作中能够进行动作的电压范围。在此，在霍尔传感器1的偏移电压V_1O充分大于霍尔电动势V_1H的情况下，积分器7的放大率由于霍尔传感器1的偏移电压V_1O而受到限制，从而无法充分放大霍尔电动势V_1H。在此，将斩波调制频率设为2F_CHP(＝2/T)，将斩波动作设为2n次。由此，斩波每一个相位的霍尔传感器1的偏移电压V_1O的积分器7的放大率成为一半，因此在维持积分器7的放大率与积分时间的状态下，能够大幅抑制积分器7中的动作电压范围。

然而，在以抑制霍尔传感器1和差动放大器5的噪声、防止将开关电容滤波器等采样保持电路使用于积分器7时采样频率的折回噪声为目的而将差动放大器5的输出频带限制为低频带的情况下，由于将斩波调制频率设为2F_CHP而霍尔电动势V_1H的斩波调制频率也成为两倍，因此在差动放大器5中产生由频带不足导致的调节错误。由此，在通过第三开关电路6解调时霍尔电动势V_1H的信号损失变大，系统整体的霍尔电动势信号V_1H的放大率降低，因此存在招致S/N劣化这种问题。另外，在差动放大器5的输出频带对温度依赖性强的情况下，结果是还存在积分器7的输出电压V₃的温度变动率也增加这种问题。

另外，在上述专利文献1所记载的磁检测装置中，差动放大器的调节时间有限，对于输入电压上升时的调节时间与下降时的调节时间不同的情况，通过想办法将各斩波相位的转变顺序设为0°→90°→270°→180°等而高精度地去除了霍尔传感器的偏移电压和差动放大器的偏移电压，但是，并非如本发明那样在斩波的一个周期内周期性地组合0°、90°、180°、270°的相位状态和偏压电流方向相同而输出端子反转的0°’、90°’、180°’、270°’的相位状态，得不到即使使偏移电压的斩波调制频率高速化也不会招致霍尔电动势的信号损失而大幅抑制积分部中的动作电压范围这种效果。

另外，在上述专利文献2所记载的磁检测装置中，使斩波相位(0°、270°)等两个状态的转变顺序随机地变化而对放大器等所受干扰噪声进行扩频，由此有效地去除噪声并且实现高速应答性，但是并非如本发明那样在斩波的一个周期内周期性地组合0°、90°、180°、270°的相位状态和偏压电流方向相同而输出端子反转的0°’、90°’、180°’、270°’的相位状态，得不到即使使偏移电压的斩波调制频率高速化也不会招致霍尔电动势的信号损失而大幅抑制积分部中的动作电压范围这种效果。

并且，在上述专利文献3所记载的磁检测装置中，通过使用积分型A/D变换器来高精度地去除霍尔传感器和模拟元件的偏移电压，能够高精度地检测霍尔电动势，但是并非如本发明那样在斩波的一个周期内周期性地组合0°、90°、180°、270°的相位状态和偏压电流方向相同而输出端子反转的0°’、90°’、180°’、270°’的相位状态，得不到即使使偏移电压的斩波调制频率高速化也不会招致霍尔电动势的信号损失而大幅抑制积分部中的动作电压范围这种效果，其中，上述积分型A/D变换器具有与按照0°→90°→270°→180°的顺序转变而被进行斩波调制的霍尔传感器输出同步地加上或者减去参考电压Vref的电路。

本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率来抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率并能够大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测装置和磁检测方法。

用于解决问题的方案

本发明是为了达到这种目的而完成的，本发明的磁检测装置的特征在于，具备：霍尔传感器，其检测磁力；偏压生成部，其驱动该霍尔传感器；开关部，其与上述霍尔传感器相连接，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为作为与上述第一极性相反的极性的第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次；放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及反转部，其使来自上述放大部的电压的极性与上述开关部的电流和电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。

另外，特征在于，上述开关部在上述第一期间进行以下切换：第一切换，以使电流从上述霍尔传感器的第一端子朝向与该第一端子相对置的第二端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述霍尔传感器的第三端子和与该第三端子相对置的第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；第二切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；第三切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及第四切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接，上述开关部在上述第二期间进行以下切换：第五切换，以使电流从上述第一端子朝向上述第二端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；第六切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；第七切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第三端子和上述第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及第八切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接。

另外，特征在于上述开关部将上述第一期间内的切换反复进行n次，将上述第二期间内的切换反复进行n次，其中，n为2以上的整数，上述反转部使来自上述放大部的电压的极性与上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。

另外，特征在于，具备：霍尔传感器，其检测磁力；偏压生成部，其驱动该霍尔传感器；开关部，其针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向；放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及反转部，其使来自该放大部的电压的极性反转，其中，使上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替时的动作频率为使上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性交替时的动作频率的2n倍，其中，n为1以上的整数。

另外，一种磁检测方法，是具备检测磁力的霍尔传感器以及驱动该霍尔传感器的偏压生成部的磁检测装置中的磁检测方法，该磁检测方法的特征在于，包括以下步骤：通过与上述霍尔传感器相连接的开关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次；通过与上述霍尔传感器相连接的开关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为作为与上述第一极性相反的极性的第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次；通过放大部对通过上述开关部的切换而取出的电压进行放大；以及通过反转部使放大的上述电压的极性与上述开关部的上述电流和上述电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。

发明的效果

根据本发明，能够实现通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率来抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测装置和磁检测方法。

附图说明

图1是用于说明以往的磁检测装置的电路结构图。

图2的(a)至(d)是表示图1示出的开关电路的各斩波相位处的霍尔传感器的连接状态的图。

图3是表示图1示出的开关电路的各斩波相位处的输出电压极性的图。

图4是表示图1中的积分器的输出波形的图。

图5是表示斩波调制传递函数相对于霍尔传感器的噪声的频率特性的图。

图6是用于说明本发明所涉及的磁检测装置的实施例的电路结构图。

图7的(a)至(h)是表示图6示出的本发明所涉及的磁检测装置的开关部的各斩波相位处的霍尔传感器的连接状态的图。

图8是表示图6示出的本发明所涉及的磁检测装置的开关部的各块的输入输出电压极性的图。

图9是表示图6示出的本发明所涉及的磁检测装置中的积分器的输出波形的图。

图10是表示本发明中的斩波调制传递函数相对于霍尔传感器的噪声的频率特性的图。

图11是表示用于说明本发明所涉及的磁检测方法的流程的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图6是用于说明本实施方式所涉及的磁检测装置的电路结构图，在图中，附图标记11表示霍尔传感器，12表示偏压生成部，13表示第一开关部，14表示第二开关部，15表示差动放大部，16表示反转部(第三开关部)，17表示积分部，18表示开关控制部。

图6示出的本实施方式的磁检测装置具备检测磁力的霍尔传感器11以及驱动该霍尔传感器11的偏压生成部12。另外，第一和第二开关部13、14针对霍尔传感器11的四个端子中的相对置的两个端子切换来自偏压生成部12的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔传感器11的霍尔电动势的极性为第一极性且霍尔传感器11的霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间霍尔传感器11的霍尔电动势的极性为作为与第一极性相反的极性的第二极性且霍尔传感器11的霍尔偏移电压的极性交替四次。

另外，差动放大部15对通过开关部13、14的切换而取出的电压进行放大。另外，反转部16使来自放大部15的电压的极性与开关部13、14的电流和电压的切换中的第一期间和第二期间的切换同步地反转。另外，积分部17对通过反转部16的极性反转而取出的电压进行积分。

图7的(a)至(h)是表示图6示出的本实施方式所涉及的磁检测装置的开关部的各斩波相位处的霍尔传感器的连接状态的图。

第一和第二开关部13、14构成为在第一期间进行以下切换：第一切换(图7(a))，以使电流从霍尔传感器11的第一端子朝向与该第一端子相对置的第二端子流动的方式将偏压生成部12与第一和第二端子连接，并且将霍尔传感器11的第三端子和与该第三端子相对置的第四端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；第二切换(图7(b))，以使电流从第三端子朝向第四端子流动的方式将偏压生成部12与第三和第四端子连接，并且将第二和第一端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；第三切换(图7(c))，以使电流从第二端子朝向第一端子流动的方式将偏压生成部12与第二和第一端子连接，并且将第四和第三端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；以及第四切换(图7(d))，以使电流从第四端子朝向第三端子流动的方式将偏压生成部12与第四和第三端子连接，并且将第一和第二端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接。

另外，第一和第二开关部13、14构成为在第二期间进行以下切换：第五切换(图7(e))，以使电流从第一端子朝向第二端子流动的方式将偏压生成部12与第一和第二端子连接，并且将第四和第三端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；第六切换(图7(f))，以使电流从第三端子朝向第四端子流动的方式将偏压生成部12与第三和第四端子进行连接，并且将第一和第二端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；第七切换(图7(g))，以使电流从第二端子朝向第一端子流动的方式将偏压生成部12与第二和第一端子连接，并且将第三和第四端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接；第八切换(图7(h))，以使电流从第四端子朝向第三端子流动的方式将偏压生成部12与第四和第三端子连接，并且将第二和第一端子分别与差动放大部15的正输入端子和负输入端子连接。

这样，通过变更第一开关部13与第二开关部14的控制，如图7的(a)至(h)所示，将霍尔传感器11的端子1至端子4周期性地切换为0°→90°→180°’→270°’→0°’→90°’→180°→270°这八个相位而进行连接。

由此，用式(10)至式(17)表示霍尔电动势V_1H和霍尔传感器11的偏移电压V_1O的相加结果即第二开关部14的输出差动电压V₁。0°’、90°’、180°’、270°’等效于偏压电流方向分别与0°、90°、180°、270°相同而使输出端子反转的连接状态。

0°： $V_1(t=n\×\frac{T}{8})=+V_{1H}+V_{1O}...\left(10\right)$

90°： $V_1(t=n\×\frac{2T}{8})=+V_{1H}-V_{1O}...\left(11\right)$

180°’： $V_1(t=n\×\frac{3T}{8})=-(-V_{1H}-V_{1O})...\left(12\right)$

270°’： $V_1(t=n\×\frac{4T}{8})=-(-V_{1H}+V_{1O})...\left(13\right)$

0°’： $V_1(t=n\×\frac{5T}{8})=-(+V_{1H}+V_{1O})...\left(14\right)$

90°’： $V_1(t=n\×\frac{6T}{8})=-(+V_{1H}-V_{1O})...\left(15\right)$

180°： $V_1(t=n\×\frac{7T}{8})=-V_{1H}-V_{1O}...\left(16\right)$

270°： $V_1(t=n\×\frac{8T}{8})=-V_{1H}+V_{1O}...\left(17\right)$

在差动放大部15中，以固定的倍率A对第二开关部14的输出差动电压V₁与差动放大部15的固有偏移电压V_2O进行放大。通过控制反转部(第三开关部)16，将差动放大部15的输出差动电压解调而提供给积分部17。用式(18)至式(25)表示反转部(第三开关部)16的输出差动电压V₂。

0°： $V_1(t=n\×\frac{T}{8})=A\×(+V_{1H}+V_{1O}+V_{2O})...\left(18\right)$

90°： $V_2(t=n\×\frac{2T}{8})=A\×(+V_{1H}-V_{1O}+V_{2O})...\left(19\right)$

180°’： $V_2(t=n\×\frac{3T}{8})=A\×(-(-V_{1H}-V_{1O})+V_{2O})...\left(20\right)$

270°’： $V_2(t=n\×\frac{4T}{8})=A\×(-(-V_{1H}+V_{1O})+V_{2O})...\left(21\right)$

0°’： $V_2(t=n\×\frac{5T}{8})=-A\×(-(+V_{1H}+V_{1O})+V_{2O})...\left(22\right)$

90°’： $V_2(t=n\×\frac{6T}{8})=-A\×(-(+V_{1H}-V_{1O})+V_{2O})...\left(23\right)$

180°： $V_2(t=n\×\frac{7T}{8})=-A\×(-V_{1H}-V_{1O}+V_{2O})...\left(24\right)$

270°： $V_2(t=n\×\frac{8T}{8})=-A\×(-V_{1H}+V_{1O}+V_{2O})...\left(25\right)$

图8是表示图6示出的本实施方式所涉及的磁检测装置的开关部的各块的输入输出电压极性的图。霍尔电动势V_1H、霍尔偏移V_1O、差动放大部15的偏移V_2O以及通过第三开关部16解调得到的霍尔电动势V_1H’、霍尔偏移V_1O’、差动放大部15的偏移V_2O’的极性成为图8的结构。

根据图8可知，在维持霍尔电动势V_1H的斩波调制频率F_CHP的状态下，霍尔传感器11的偏移电压V_1O的斩波调制频率加速为两倍。

图9是表示图6示出的本实施方式所涉及的磁检测装置中的积分器的输出波形的图。通过积分部17在将斩波动作反复进行n次的期间对第三开关部16的输出差动电压进行积分放大。用式(26)表示积分部17的输出电压V₃，积分部17的输出电压V₃成为图9那样的电压波形。

$V_3=\underset{t=0}{\overset{t=2n\frac{T}{2}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2\left(t\right)=n\×\left(\underset{t=0}{\overset{t=\frac{T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2\right(t)+\underset{t=\frac{T}{8}}{\overset{t=\frac{2T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{2T}{8}}{\overset{t=\frac{3T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{3T}{8}}{\overset{t=\frac{4T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{4T}{8}}{\overset{t=\frac{5T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{5T}{8}}{\overset{t=\frac{6T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{6T}{8}}{\overset{t=\frac{7T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t)+\underset{t=\frac{7T}{8}}{\overset{t=\frac{8T}{8}}{\mathrm{\Σ}}}{V}_2(t\left)\right)=n\×4{\mathrm{AV}}_{1H}...\left(26\right)$

也就是说，第一和第二开关部13、14将第一期间内的切换反复进行n次(n为2以上的整数)，将第二期间内的切换反复进行n次，反转部16使来自差动放大部15的电压的极性与第一期间和第二期间的切换同步地反转。

本发明的其它实施方式所涉及的磁检测装置构成为具备：霍尔传感器11，其检测磁力；偏压生成部12，其驱动该霍尔传感器11；第一和第二开关部13、14，其针对霍尔传感器11的四个端子中的相对置的两个端子切换来自偏压生成部12的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向；差动放大部15，其对通过该第一和第二开关部13、14的切换而取出的电压进行放大；反转部16，其使来自该差动放大部15的电压的极性反转；以及积分部17，其对通过该反转部16的极性反转而取出的电压进行积分，其中，使霍尔传感器11的霍尔偏移电压的极性交替时的动作频率为使霍尔传感器11的霍尔电动势的极性交替时的动作频率的2n倍(n为1以上的整数)。

如上所述，如通过图4与图9的V_{1O_INT}波形能够进行比较的那样，通过将霍尔传感器11的偏移电压V_1O的斩波调制频率F_CHP加快为两倍，能够将积分部17中的霍尔传感器11的偏移电压V_1O的积分部17放大率抑制为一半。由此，积分部17的输出动作电压范围得到抑制，因此能够使积分部17的放大率与该抑制的量相应地变大。并且，将霍尔电动势V_1H的斩波调制频率维持为F_CHPn，因此能够克服霍尔电动势V_1H的差动放大部15中的调节错误这种缺点。因而，起到不会招致S/N劣化、积分部17的输出电压V₃的温度变动率增加这种效果。

图10是表示本发明中的斩波调制传递函数相对于霍尔传感器的噪声的频率特性的图。通过加快霍尔传感器11的斩波调制频率，斩波调制传递函数相对于霍尔传感器的噪声的频率特性如图10所示那样被调制到更高频带。因而，能够提高由后级的积分部低通滤波器特性等的噪声抑制效果。另外，在霍尔传感器11的元件噪声相对于系统整体噪声占支配地位的情况下，通过本发明能够将系统整体的噪声抑制得更小。

即使是上述以外的组合，通过在第三开关电路16中的一个解调周期中将0°、90°、180°、270°的相位状态与偏压电流方向相同而输出端子反转的0°’、90°’、180°’、270°’的相位状态进行组合，也得到同样的效果。例如考虑0°→270°’→90°→180°’→0°’→270°→180°→90°’等组合。

另外，通过在将0°→90°→180°’→270°’动作反复进行a次之后，将0°’→90°’→180°→270°动作反复进行a次，能够相对于霍尔电动势V_1H的斩波调制频率F_CHP将霍尔传感器固有的偏移电压V_1O的斩波调制频率加快为2a倍，能够进一步提高上述效果。

这样，通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率，能够实现抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测装置。

此外，在上述本发明的实施方式中，积分部17对通过反转部16的极性反转而取出的电压进行积分，但是并不限定于此，也可以在通过积分部17对来自放大部15的电压进行积分之后，通过反转部16使电压的极性反转。

另外，在上述本发明的实施方式中，通过偏压生成部12对霍尔传感器11进行电流驱动，但是并不限定于此，也可以通过偏压电压生成部对霍尔传感器11进行电压驱动。

图11是表示用于说明本实施方式所涉及的磁检测方法的流程的图。在本发明的磁检测方法中，首先，针对霍尔传感器11的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔传感器11的霍尔电动势的极性为第一极性且霍尔传感器11的霍尔偏移电压的极性交替四次(步骤S1)。

接着，针对霍尔传感器11的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第二期间霍尔传感器11的霍尔电动势的极性为作为与第一极性相反的极性的第二极性且霍尔传感器11的霍尔偏移电压的极性交替四次(步骤S2)。

接着，对通过切换而取出的电压进行放大(步骤S3)。接着，使放大的电压的极性与电流和电压的切换中的第一期间和第二期间的切换同步地反转(步骤S4)。接着，对通过反转而取出的电压进行积分(步骤S5)。

这样，通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率，能够实现抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测方法。

附图标记说明

1、11：霍尔传感器；2：偏压电流生成电路；3：第一开关电路；4：第二开关电路；5：差动放大器；6：第三开关电路；7：积分器；8：开关控制电路；12：偏压生成部；13：第一开关部；14：第二开关部；15：差动放大部；16：反转部(第三开关部)；17：积分部；18：开关控制部。

Claims (5)

1.一种磁检测装置，其特征在于，具备：

霍尔传感器，其检测磁力；

偏压生成部，其驱动该霍尔传感器；

开关部，其与上述霍尔传感器相连接，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次，该第二极性为与上述第一极性相反的极性；

放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及

反转部，其使来自上述放大部的电压的极性与上述开关部的电流和电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。

2.根据权利要求1所述的磁检测装置，其特征在于，

上述开关部在上述第一期间进行以下切换：

第一切换，以使电流从上述霍尔传感器的第一端子朝向与该第一端子相对置的第二端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述霍尔传感器的第三端子和与该第三端子相对置的第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；

第二切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；

第三切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及

第四切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接，

上述开关部在上述第二期间进行以下切换：

第五切换，以使电流从上述第一端子朝向上述第二端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；

第六切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；

第七切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第三端子和上述第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及

第八切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接。

3.根据权利要求1或者2所述的磁检测装置，其特征在于，

上述开关部将上述第一期间内的切换反复进行n次，将上述第二期间内的切换反复进行n次，其中，n为2以上的整数，

上述反转部使来自上述放大部的电压的极性与上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。

4.一种磁检测装置，其特征在于，具备：

霍尔传感器，其检测磁力；

偏压生成部，其驱动该霍尔传感器；

开关部，其针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向；

放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及

反转部，其使来自该放大部的电压的极性反转，

其中，使上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替时的动作频率为使上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性交替时的动作频率的2n倍，其中，n为1以上的整数。

5.一种磁检测方法，是具备检测磁力的霍尔传感器以及驱动该霍尔传感器的偏压生成部的磁检测装置中的磁检测方法，该磁检测方法的特征在于，包括以下步骤：

通过与上述霍尔传感器相连接的开关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次；

通过与上述霍尔传感器相连接的开关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次，该第二极性为与上述第一极性相反的极性；

通过放大部对通过上述开关部的切换而取出的电压进行放大；以及

通过反转部使放大的上述电压的极性与上述开关部的上述电流和上述电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。