CN104246526A - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器装置，其能够去除传感器装置中的传感器元件、差动放大器、放大器的各偏移电压的影响，高精度地检测物理量。该传感器装置具有：开关切换电路，其与传感器元件的第一端子对以及第二端子对连接，对这些端子对进行切换控制，输出检测电压；差动放大器，其第一输入端子以及第二输入端子分别与开关切换电路的第一输出端子以及第二输出端子连接，输出对检测电压进行差动放大后的结果；放大器，其具有两个以上的差动输入对，向一个差动输入对输入由差动放大器输出的差动信号，向至少一个差动输入对输入与所检测的物理量对应的基准信号；以及检测电压设定电路，其向放大器输出基准信号。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及检测物理量、并将检测出的物理量例如磁场强度转换为电信号的传感器装置。

背景技术

以往使用了磁传感器装置，来作为移动电话和笔记本计算机等中的开闭状态检测用传感器，此外还作为电机等的旋转位置检测传感器(例如，参照专利文献1)。图15示出了该磁传感器装置的电路图。该磁传感器装置通过磁电转换元件(例如，霍尔元件)，输出与磁场强度(或磁通密度)对应的(通常为大致成比例的)电压，利用放大器将该输出电压放大，并使用比较器来判定是大于还是小于规定的磁场强度或磁通密度(以H信号或L信号这两个值来输出)。

上述磁电转换元件的输出电压通常很微小，存在如下问题：磁电转换元件具有的偏移(offset)电压(元件偏移电压)、放大器和比较器具有的偏移电压(输入偏移电压)、以及它们的噪声成为引起误差的因素，从而导致精度下降。上述元件偏移电压主要是因磁电转换元件从封装受到的应力等而产生的。上述输入偏移电压主要是因构成放大器和比较器的输入电路的元件的特性偏差等而产生的。此外，上述噪声主要是由构成电路的单体晶体管具有的闪烁噪声、单体晶体管和电阻元件具有的热噪声产生的。

为了减小上述的磁电转换元件和放大器具有的偏移电压的影响，图15所示的磁传感器装置具有如下结构。其构成为具有：霍尔元件1501；开关切换电路1502，其对霍尔元件1501的第一检测状态和第二检测状态进行切换；差动放大电路1503，其对开关切换电路1502的两个输出端子的电压差(V1-V2)进行放大；电容1504，其一端与差动放大电路1503的一个输出端子连接；开关1506，其连接在差动放大电路1503的另一个输出端子与电容1504的另一端之间；以及比较器1505。

此处，在第一检测状态下，从端子A和C输入电源电压，从端子B和D输出检测电压。此外，在第二检测状态下，从端子B和D输入电源电压，从端子A和C输出检测电压。设霍尔元件1501的与磁场强度对应的差动信号电压(以下，记作元件信号电压)为Vh，设霍尔元件1501的偏移电压(以下，记作元件偏移电压)为Voh，设差动放大电路1503的放大率为G，设差动放大电路1503的输入偏移电压为Voa。设第一检测状态以及第二检测状态下的元件信号电压Vh分别为Vh1、Vh2，针对元件偏移电压Voh，也设为Voh1、Voh2。

霍尔元件1501的元件偏移电压通常可通过被称作旋转电流法的公知方法来抵消。具体而言，以得到同相的信号成分与反相的元件偏移成分(或反相的信号成分与同相的元件偏移成分)的方式切换开关切换电路，由此抵消偏移成分。通过旋转电流法，Vh2与Vh1大致相等，Voh2与Voh1大致相等，在第一检测状态下，成为V1-V2＝Vh1+Voh1，在第二检测状态下，成为V1-V2＝-Vh2+Voh2。

此外，在第一检测状态下，开关1506接通，以Vc1＝(V3-V4)＝G×(V1-V2)＝G×(Vh1+Voh1+Voa)对电容1504进行充电。接着，在第二检测状态下，开关1506断开，从差动放大电路1503输出V3-V4＝G×(V1-V2)＝G×(-Vh2+Voh2+Voa)。

由此，第二检测状态下的比较器1505的差动输入电压为

V5-V6＝(V3-Vc1)-V4

＝(V3-V4)-Vc1

＝G×(-Vh2+Voh2+Voa)-G×(Vh1+Voh1+Voa)

＝G×(-Vh1-Vh2)+G×(Voh2-Voh1)，

输入偏移电压的影响被抵消，此外，Voh2与Voh1大致相等，因此元件偏移电压也被抵消。

由此，不会受到输入偏移电压的影响而能够得到偏差小的输出，能够实现小型且便宜的磁传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-337147号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在上述那样的现有的磁传感器装置中，存在如下问题：由于不能去除比较器1505的输入偏移电压，因此，由于该输入偏移电压的偏差和应力等引起的变化，导致在检测的磁场强度中产生偏差和误差。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种磁传感器装置，其能够以简单的电路结构去除元件偏移电压、放大器以及比较器的输入偏移电压的影响，能够高精度地检测磁场强度。

用于解决问题的手段

为了解决现有的这样的问题，本发明的传感器装置以如下方式构成。

在根据施加于传感器元件的物理量的强度而进行逻辑输出的传感器装置中，具有：开关切换电路，其与传感器元件的第一端子对以及第二端子对连接，对被提供电源的端子对和输出与物理量的强度对应的检测电压的端子对进行切换控制，并具有输出检测电压的第一输出端子以及第二输出端子；差动放大器，其第一输入端子以及第二输入端子分别与开关切换电路的第一输出端子以及第二输出端子连接，并具有输出对检测电压进行差动放大后的结果的第一输出端子以及第二输出端子；放大器，其具有第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子、第四输入端子以及输出端子，第一输入端子和输出端子经由第一开关连接，第一输入端子经由第一电容与差动放大器的第一输出端子连接，第二输入端子与差动放大器的第二输出端子连接；以及检测电压设定电路，其向放大器的第三输入端子和第四输入端子输出不同的电压。

发明效果

根据本发明的传感器装置，通过有效地灵活运用开关和电容，能够以简单的电路结构去除在构成传感器装置的传感器元件、差动放大器中产生的偏移成分。因此，能够高精度地设定物理量的强度的检测电压电平，从而能够提供高精度的传感器装置。

附图说明

图1是第1实施方式的磁传感器装置的电路图。

图2是在本发明的磁传感器装置中使用的差动放大器的电路图的一例。

图3是在第1实施方式中使用的放大器的电路图的一例。

图4是本发明的磁传感器装置的开关控制信号的时序图的一例。

图5是在本发明的磁传感器装置中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图6是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图7是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图8是第1实施方式的开关控制信号的时序图的一例。

图9是在本发明的磁传感器装置中使用的检测电压设定电路的电路图的一例。

图10是在第1实施方式中使用的放大器的电路图的一例。

图11是在本发明的磁传感器装置中使用的差动放大器的电路图的一例。

图12是第2实施方式的磁传感器装置的电路图。

图13是在第2实施方式中使用的放大器的电路图的一例。

图14是在第2实施方式中使用的放大器的电路图的一例。

图15是现有的磁传感器装置的电路图。

具体实施方式

本发明的传感器装置、例如磁传感器装置作为折叠式移动电话和笔记本计算机等中的开闭状态检测传感器以及电机的旋转位置检测传感器等、检测磁场强度状态的传感器而被广泛利用。以下，参照附图，对本实施方式进行说明。

＜第1实施方式＞

图1是本发明的第1实施方式的磁传感器装置的电路图。第1实施方式的磁传感器装置具有作为磁电转换元件的霍尔元件1、开关切换电路2、差动放大器3、放大器4、电容C1、开关S1以及检测电压设定电路5。检测电压设定电路5由基准电压设定电路Vref1以及基准电压设定电路Vref2构成。

霍尔元件1具有第一端子对A-C和第二端子对B-D。

开关切换电路2具有：与霍尔元件1的各端子A、B、C、D连接的4个输入端子；以及第一输出端子和第二输出端子。

差动放大器3具有：与开关切换电路2的第一输出端子和第二输出端子分别连接的第一输入端子V1和第二输入端子V2；以及第一输出端子V3和第二输出端子V4。

电容C1具有两个端子，一个端子与差动放大器3的第一输出端子V3连接，另一个端子与放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5连接。

放大器4具有4个输入端子和1个输出端子，具体而言，具有第一差动输入对的第一输入端子V5、第一差动输入对的第二输入端子V6、第二差动输入对的第一输入端子V7、第二差动输入对的第二输入端子V8以及输出端子VO。放大器4的第一差动输入对的第二输入端子V6与差动放大器3的第二输出端子V4连接，第二差动输入对的第一输入端子V7与基准电压设定电路Vref1的正极连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与基准电压设定电路Vref2的正极连接。

开关S1具有两个端子，一个端子与放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5连接，另一个端子与放大器4的输出端子VO连接，并通过开关控制信号(在电路图中未图示)来控制接通或断开。

接下来，说明第1实施方式的磁传感器装置的动作。

开关切换电路2具有切换第一检测状态和第二检测状态功能，其中，在第一检测状态中，向霍尔元件1的第一端子对A-C输入电源电压，从第二端子对B-D输出检测电压，在第二检测状态中，向第二端子对B-D输入电源电压，从第一端子对A-C输出检测电压。

霍尔元件1输出与磁场强度(或磁通密度)对应的信号电压，并且，输出作为误差成分的偏移电压。

差动放大器3具有对两个输入电压之差进行放大并作为两个输出电压之差而输出的功能。如果用式子来表示该放大功能，则为

V3-V4＝G×(V1-V2)···(1)。

此处，G为放大率，各端子V1～V4的电压分别为V1～V4。这样的差动放大器3的功能例如可以由图3所示的电路结构来实现。

图2是示出差动放大器3的一例的电路图。

图2的差动放大器3构成为具有差动放大器31、32和电阻R11、R12、R13，且以如下方式进行连接。差动放大器3的第一输入端子V1与差动放大器31的同相输入端子连接，第二输入端子V2与差动放大器32的同相输入端子连接，第一输出端子V3与差动放大器31的输出端子连接，第二输出端子V4与差动放大器32的输出端子连接。电阻R11、R12、R13串联连接在第一输出端子V3和第二输出端子V4之间，R11和R12的连接点V1’与差动放大器31的反相输入端子连接，R12和R13的连接点V2’与差动放大器32的反相输入端子连接。

差动放大器3如上这样连接，以如下方式工作。

差动放大器31作为同相放大器进行工作，以使和反相输入端子连接的连接点V1’与和同相输入端子连接的V1大致相等的方式进行工作。此外，差动放大器32作为同相放大器进行工作，以使和反相输入端子连接的连接点V2’与和同相输入端子连接的V2大致相等的方式进行工作。此外，流过电阻R11、R12、R13的电流相等，因此，得到下式。

(V3-V1)÷R11＝(V1-V2)÷R12···(2)

(V2-V4)÷R13＝(V1-V2)÷R12···(3)

如果根据式(2)和式(3)计算V3以及V4，则成为如下这样。

V3＝+(R11÷R12+1÷2)×(V1-V2)+(V1+V2)÷2···(4)

V4＝-(R13÷R12+1÷2)×(V1-V2)+(V1+V2)÷2···(5)

如果将式(4)和式(5)的右边的包含电阻的括弧的项分别设为放大率G1、G2、即设为

G1＝R11÷R12+1÷2···(6)

G2＝R13÷R12+1÷2···(7)，

则式(4)和式(5)成为如下这样。

V3＝+G1×(V1-V2)+(V1+V2)÷2···(8)

V4＝-G2×(V1-V2)+(V1+V2)÷2···(9)

如果根据式(8)和式(9)计算V3-V4，则成为如下这样。

V3-V4＝(G1+G2)×(V1-V2)···(10)

此处，如果设放大率G为

G＝G1+G2···(11)，

则式(11)成为

V3-V4＝G×(V1-V2)···(12)，

得到与式(1)相同的结果。即，在图2所示的电路例中，具有将两个输入电压之差放大而作为两个输出电压之差进行输出的功能。此外，在图2所示的电路例中，通过设为这样的具有计测功能的放大器结构，能够抑制输入中的同相噪声的影响。此外，根据式(11)、(6)和(7)，得到

G＝(R11+R12+R13)÷R12···(13)，

因此，放大率G可通过电阻R11、R12、R13任意设定。

放大器4具有输出对一对输入电压之差进行放大后的值与对另一对输入电压之差进行放大后的值之和的功能。图3示出了概念性地表示该放大功能的图。

图3是示出放大器4的功能的概念图。

图3的放大器4构成为具有差动放大器41、42和加法器44，且以如下方式进行连接。放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5与差动放大器41的反相输入端子连接，第一差动输入对的第二输入端子V6与差动放大器41的同相输入端子连接，第二差动输入对的第一输入端子V7与差动放大器42的反相输入端子连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与差动放大器42的同相输入端子连接。差动放大器41的输出和差动放大器42的输出分别与加法器44的输入连接，加法器44的输出与放大器4的输出端子VO连接。

放大器4如上这样连接，以如下方式进行工作。

差动放大器41将两个输入端子V5与V6的电压之差放大后输入到加法器44，差动放大器42将两个输入端子V7与V8的电压之差放大后输入到加法器44。加法器44输出差动放大器41和差动放大器42的输出之和。用式子表示该放大功能的话，则为

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)···(14)。

此处，A1以及A2分别为差动放大器41以及42的放大率。此外，设各端子V5～V8以及VO的电压分别为V5～V8以及VO。

在图1的磁传感器装置中，图3所示的放大器4的第一差动输入对的第一输入端子V5和输出端子VO与开关S1的两端连接。

在开关S1接通的状态下，VO与V5为大致相等的电压，因此VO根据式(15)而如下所示。

VO＝A1÷(1+A1)×V6+A2÷(1+A1)×(V8-V7)···(15)，

为了便于说明而设放大率A1以及A2足够大时，得到下式。

VO＝V6+(A2÷A1)×(V8-V7)···(16)

即，放大器4在开关S1接通的状态下，进行如下这种电压跟随器的动作：差动放大器41的反相输入端子经由第一差动输入对的第一输入端子V5而与输出端子VO电连接，形成反馈环路，输出电压VO不仅追踪输入电压V6，还输出输入电压V6与以放大率A1和A2之比对输入V8与V7的电压的差分进行放大后的电压之和。

另一方面，在开关S1断开的状态下，在放大器4中不形成反馈环路，因此，VO作为比较器(比较器)进行工作。根据式(14)，得到

VO＝A1×{(V6-V5)+(A2÷A1)×(V8-V7)}···(17)，

即，放大器4在开关S1断开的状态下，进行如下这样的比较动作：针对V6和V5的差分电压与以放大率A1和A2之比将V8和V7的差分放大后的电压之和的电压，以足够大的放大率A1进行放大，向输出端子VO输出高电平信号(通常为正的电源电压电平)或低电平信号(通常为负的电源电压电平或GND电平)。

图4示出了开关控制信号的时序图。

检测动作的一个周期T由第一阶段和第二阶段构成。开关S1被图4的开关控制信号控制，在第一阶段中接通，在第二阶段中断开。此外，开关切换电路2以及霍尔元件1也被图4的开关控制信号控制，在第一阶段中成为第一检测状态T1，在第二阶段中成为第二检测状态T2。如果对各阶段中的图1的磁传感器装置的动作的概略进行说明的话，则第一阶段是将霍尔元件1的元件信号电压和元件偏移电压、以及差动放大器3和放大器4的偏移电压存储到电容C1中的阶段，第二阶段是抵消第一阶段中的偏移成分，并且对根据元件信号电压表示的磁场强度而决定的电压与检测电压进行比较的阶段。以下进行详细说明。

在第一阶段中，霍尔元件1为第一检测状态T1，开关S1接通。由于开关S1接通，因此放大器4如上述一种电压跟随器那样进行工作。如果将其用式子来表示，则根据式(16)而成为如下这样。

各电压的末尾的表示是第一阶段的电压。之后，对其它电压以及第二阶段也同样地进行标记。

此外，在电容C1中，充入电压V3与电压V5的差分

如果在上式中代入式(18)，则得到下式。

此处，以V6＝V4的方式进行连接，此外，放大器4的第二差动输入对的第一输入端子V7与基准电压设定电路Vref1的正极连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与基准电压设定电路Vref2的正极连接，因此，如果设各基准电压设定电路的正极的电压分别为Vref1、Vref2，则式(20)由下式表示。

此外，根据式(12)，得到

因此，如果将其代入式(21)，则成为如下这样。

即，针对电容C1，充入以放大率G将V1和V2的差分放大后的电压与以放大率A1和A2之比将Vref2和Vref1的差分放大后的电压之差的电压。

另一方面，在第二阶段中，霍尔元件1为第二检测状态T2，开关S1断开。在电容C1中，充入因此，电压V5由下式表示。

放大器4的输出根据式(17)而成为下式。

如上所述，以V6＝V4的方式连接，此外，放大器4的第二差动输入对的第一输入端子V7与基准电压设定电路Vref1的正极连接，第二差动输入对的第二输入端子V8与基准电压设定电路Vref2的正极连接，因此，式(25)成为

如果将式(24)代入其中，则成为如下这样。

(27)

如果将式(23)所示的对电容C1充入的电压ΔVC1代入上式进行整理，则得到下式。

为了容易理解式(28)，在设经由差动放大器3提供给放大器4的电压成分为ΔVsig、从基准电压设定电路提供给放大器4的电压成分为ΔVref时，式(28)表示为如下。

此处，成为

即，对从差动放大器3提供的电压成分ΔVsig与以放大率A1和A2之比将从检测电压设定电路5提供的电压成分ΔVref放大后的电压进行比较，该比较的结果最终作为高电平信号或低电平信号而从放大器4的输出端子VO输出。

此外，根据式(12)，得到

因此，如果将上式(32)和式(22)代入式(30)，

则得到

接下来，设霍尔元件1的输出端子对中的差动输出电压为Vh、同相电压为Vcm，来对有效信号成分的传递进行说明。差动输出电压Vh是与磁场强度对应的信号电压。

在第一阶段中，霍尔元件1为检测状态T1，端子V1和V2的电压成为如下这样。

根据上式和式(23)，得到

在第二阶段中，霍尔元件1为检测状态T2，端子V1和V2的电压成为如下这样。

如果将式(34)、(35)、(37)、(38)代入式(33)，则得到

此外，ΔVref为与式(31)相同的结果。因此，经由差动放大器3提供给放大器4的电压成分ΔVsig是对与信号强度对应的信号电压进行放大后的信号成分，在第二阶段中，在放大器4中，利用基于式(29)的式子对信号成分ΔVsig和由基准电压设定电路决定的基准电压成分ΔVref进行比较，将其结果输出到端子VO。

接下来，设霍尔元件1的元件偏移电压为Voh，进行同样的计算，来对元件偏移成分的传递进行说明。在上述的有效信号成分的计算中，霍尔元件1的输出电压成分在第一检测状态T1和第二检测状态T2中为彼此反相，因此，元件偏移成分为同相。

在第一阶段中，霍尔元件1为检测状态T1，端子V1和V2的电压成为如下这样。

根据上式和式(23)，得到

在第二阶段中，霍尔元件1为检测状态T2，端子V1和V2的电压成为如下这样。

如果将式(40)、(41)、(43)、(44)代入式(33)，则得到

通常，霍尔元件1的元件偏移电压Voh在第一检测状态和第二检测状态下大致相等，因此，大致为零值，在进行第二阶段的放大器4的比较动作时，元件偏移成分被去除，抑制了作为比较结果而在输出中出现的元件偏移电压的影响。

接下来，关于差动放大器3的输入偏移电压，在第一输入端子V1中设为Voa1，在第二输入端子V2中设为Voa2，关于放大器4的各差动输入对的输入偏移电压，在第一差动输入对的第二输入端子V6中设为Voa3，在第二差动输入对的第二输入端子V8中设为Voa4，来对放大器的偏移成分的传递进行说明。

在第一阶段中，端子V1和V2的电压成为如下这样。

根据式(22)和上式，得到

此外，根据式(18)，得到

如上所述，由于V6＝V4、V7＝Vref1、V8＝Vref2，因此，式(49)表示为如下。

如果将上式(50)代入式(19)，则得到

在第二阶段中，端子V1和V2的电压成为如下这样。

根据式(33)和上式，得到

此外，根据式(25)，得到

如上所述，由于V6＝V4、V7＝Vref1、V8＝Vref2，因此，式(55)表示为如下。

根据式(24)，由于因此，上式(56)表示为如下。

上式(57)中的是在第一阶段中对电容C1进行充电的电压，其由式(51)表示，因此，如果将其代入式(57)，则得到

如果将式(48)、(54)代入上式(58)，则得到

为了将上式与式(29)进行对比，在导入了经由差动放大器3提供给放大器4的电压成分ΔVsig和从检测电压设定电路5提供给放大器4的电压成分ΔVref后，式(59)成为

成为与式(29)相同的式子。此处，成为

严格地讲，差动放大器3以及放大器4的偏移电压Voa1～4表示经时变化或温度变化(温度漂移)，但是，如果第一阶段以及第二阶段的时间是相对于这些经时变化或温度变化足够短的时间，则偏移电压的值可以视为在第一阶段和第二阶段中为大致相等的值。因此，在式(59)中， 为大致零值，在进行第二阶段的放大器4的比较动作时，差动放大器3以及放大器4的偏移成分被去除。

总结以上，则如上式(39)、(45)、(59)所示，在本发明的磁传感器装置中，能够去除在霍尔元件1、差动放大器3、放大器4中产生的全部偏移成分来对霍尔元件的信号成分与基准电压进行比较，从而实现高精度的磁场强度的检测。此外，在理想的霍尔元件中，第一检测状态和第二检测状态的同相电压相等，但在实际的霍尔元件中不一定总是相等的值，这也成为在高精度的磁场强度的检测中产生误差的因素。在本发明的磁传感器装置中，如式(59)所示，在比较结果的式子中不包含这些项，能够实现去除了霍尔元件的同相电压的非理想成分的、高精度的磁场强度的检测。

此外，如式(31)所示，与霍尔元件的信号成分进行比较的基准电压成分ΔVref可以通过基准电压设定电路Vref1、基准电压设定电路Vref2的第一阶段中的值以及第二阶段中的各个值而任意设定。即，在本发明的磁传感器装置中，能够通过任意设定基准电压，来任意设定要检测的磁场强度。

此外，通常，霍尔元件的灵敏度具有温度关联性，因此，霍尔元件1输出的与磁场强度对应的信号电压也具有温度关联性。为了对其进行校正，例如，能够通过使基准电压设定电路Vref1和基准电压设定电路Vref2具有温度关联性来抑制所要检测的磁场强度的温度关联性。

此处，示出了作为构成图1的磁传感器装置的要素的检测电压设定电路5的电路结构的一例。

图5是检测电压设定电路5的一例。

图5的检测电压设定电路5构成为具有电阻R51、R52、R53以及开关S51、S51x、S52、S52x，且以如下方式进行连接。电阻R51、R52、R53串联连接在正的电源电压端子(以下，记作电源电压端子)VDD与负的电源电压端子(以下，记作接地端子)VSS之间。设R51和R52的连接点为Vn1，R52和R53的连接点为Vn2。开关S51、S51x、S52、S52x具有两个端子，并通过开关控制信号(未图示)来控制接通或断开。开关S51的一个端子与连接点Vn1连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref1的正极连接。开关S51x的一个端子连接点Vn2连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref1的正极连接。开关S52的一个端子与连接点Vn1连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref2的正极连接。开关S52x的一个端子与连接点Vn2连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref2的正极连接。在以下的说明中，设电源电压端子VDD以及接地端子VSS的电压分别为VDD、VSS，设连接点Vn1、Vn2的电压分别为Vn1、Vn2，设基准电压设定电路Vref1的正极、Vref2的正极的电压分别为基准电压Vref1、Vref2来进行说明。

检测电压设定电路5如上这样连接，以如下方式进行工作。

连接点Vn1和Vn2的电压是利用电阻R51、R52、R53对VDD以及VSS进行分压而得到的电压，因此成为

Vn1＝R51÷(R51+R52+R53)×(VDD-VSS)···(63)

Vn2＝(R51+R52)÷(R51+R52+R53)×(VDD-VSS)···(64)。

电压Vn1和Vn2可通过电阻R51、R52、R53任意设定。

开关S51和S51x被控制为任意一方接通，而另一方断开。因此，向Vref1输出Vn1或Vn2中任意一方的电压。此外，对开关S52和S52x也同样控制为任意一方接通，而另一方断开。因此，向Vref2输出Vn1或Vn2中任意一方的电压。

此处，通过图6所示的时序图的开关控制信号来控制图5所示的检测电压设定电路5的各开关。

图6示出了开关控制信号的时序图。

如上所述，开关S1由开关控制信号控制，在第一阶段中接通，在第二阶段中断开。此外，开关S51和S51x由开关控制信号控制，开关S51在和中均接通，开关S51x在和中均断开。此外，开关S52和S52x由开关控制信号控制，开关S52在中接通，在中断开。开关S51x在中断开，在中断开。此处，在开关S1断开时，为了不使在第一阶段中对电容C1充电的电压产生误差，需要使对开关S52和S52x进行切换的时机延迟为晚于使开关S1断开的时机。为了明示该情况，在图6的时序图中，夸张地进行了图示。此外，在图6的时序图中，也可以设为在开关S1接通时也使对开关S52和S52x进行切换的时机延迟这样的时机，或者也可以在开关S1接通时，使开关S1接通的时机与对开关S52和S52x进行切换的时机相同，此外，相反，也可以使切换S52和S52x的时机提前。

如上这样来对开关进行控制，因此，各阶段中的基准电压Vref1、Vref2，成为如下这样。

根据上式和式(31)，得到

ΔVref＝(Vn2-Vn1)···(65)。

因此，来自霍尔元件的信号成分和在放大器4中进行比较的电压ΔVref是由能够任意设定的电压Vn1、Vn2的差分给定的。如上所述，在本发明的磁传感器装置中，能够任意设定基准电压，即，能够任意设定所要检测的磁场强度。

接下来，通过图7所示的时序图的开关控制信号，对图5所示的检测电压设定电路5的各开关进行控制。

图7示出了开关控制信号的时序图的一例。与图6所示的时序图的不同之处在于：开关S51在中断开，在中接通，开关S51x在接通，在中断开。如果这样来控制开关，则各阶段中的基准电压Vref1、Vref2成为如下这样。

根据上式和式(31)，得到

ΔVref＝2×(Vn2-Vn1)···(66)。

因此，得到在图6的时序图中得到的ΔVref的电压的2倍的电压。即，通过在电阻R51、R52、R53的值唯一确定，且连接点Vn1和Vn2的电压唯一确定的状态下对开关S51、S51x、S52、S52x的接通/断开控制进行切换，由此，能够切换所要检测的磁场强度。

此外，通过图8所示的时序图的开关控制信号来控制图5所示的检测电压设定电路5的各开关。

图8示出了开关控制信号的时序图的一例。与图6所示的时序图的不同之处在于：开关S51在中断开，开关S51x在中接通，开关S52在中均接通，开关S52x在中均断开。

如果这样来控制开关，则各阶段中的基准电压Vref1、Vref2成为如下这样。

根据上式和式(31)，得到

ΔVref＝-(Vn2-Vn1)···(67)。

因此，得到了与在图6的时序图中得到的ΔVref的电压正负相反的电压。此处，根据霍尔元件的特性，输出到霍尔元件1的输出端子对的差动输出电压Vh的符号以S极和N极进行反转。即，在检测出S极和N极的情况下，输入到放大器4的信号成分的符号发生反转。因此，针对由检测电压设定电路5设定的检测电压，也需要符号相反的检测电压。在图8的时序图的情况下，得到与图6的时序图的情况符号相反的ΔVref，满足了上述条件。即，对在第一阶段和第二阶段中接通和断开的开关进行切换，使ΔVref的符号反转，由此，能够分别检测出S极和N极。

此外，图9示出了检测电压设定电路5的一例。

图9是检测电压设定电路5的一例。与图5的不同之处在于：追加了电阻R54、开关S51x’、S52x’，且追加要素构成为以如下方式连接。电阻R54串联连接在图5的电源电压端子VDD和电阻R53之间。设R53和R54的连接点为Vn2’。开关S51x’、S52x’具有两个端子，且通过开关控制信号(未图示)来控制接通或断开。开关S51x’的一个端子与连接点Vn2’连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref1的正极连接。开关S52x’的一个端子与连接点Vn2’连接，另一个端子与基准电压设定电路Vref2的正极连接。所追加的要素以外的连接与图5相同。

检测电压设定电路5如上这样连接，以如下方式进行工作。

连接点Vn1和Vn2和Vn2’的电压是利用电阻R51、R52、R53、R54对VDD以及VSS进行分压而得到的电压，因此成为

Vn1＝R51÷(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(68)

Vn2＝(R51+R52)÷(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(69)

Vn2＝(R51+R52+R53)÷(R51+R52+R53+R54)×(VDD-VSS)···(70)。

电压Vn1和Vn2、Vn2’可通过电阻R51、R52、R53、R54任意设定。

开关S51、S51x、S51x’被控制为：在开关S51接通时，S51x和S51x’双方均断开，在开关S51断开时，S51x或S51x’中的任意一方接通，另一方断开。开关S52、S52x、S52x’也同样被控制为：在开关S52接通时，S52x和S52x’双方均断开，在开关S52断开时，S52x和S52x’中的任意一方接通，另一方断开。开关S51x’、S52x’是为了对检测电压设置延迟而配置的，在根据由开关S51x’或S52x’设定的检测电压来检测磁场强度的情况下，在下一检测周期T中接通的开关从S51x’变更为S51x、或从S52x’变更为S52x。同样，在解除了磁场强度的检测的情况下，在下一的检测周期T中接通的开关从S51x变更为S51x’、或从S52x变更为S52x’。由此，能够抑制磁场强度的检测以及解除时的波动。

对以上情况进行总结，如上述图5～图9的说明所示，在本发明的磁传感器装置中，能够实现：能够利用从检测电压设定电路5提供给放大器4的电压成分ΔVref的大小和符号来任意设定所要检测的磁场强度；能够容易地进行S极和N极的判别；以及能够容易地设定检测的延迟和解除的延迟。这样的本电路结构的多功能性不是仅基于图5和图9所示的检测电压设定电路5的电路结构，而且基于如下电路结构：如式(31)所示，能够通过基准电压设定电路Vref1以及基准电压设定电路Vref2的第一阶段和第二阶段中的电压来设定基准电压成分ΔVref。

此处，示出了作为构成图1的磁传感器装置的要素的放大器4的电路结构的一例。更具体而言，图3的概念图中示出的放大器4的功能例如可以由图10所示的电路结构来实现。

图10是放大器4的电路结构的一例。

放大器4构成为具有恒流电路I1、NMOS晶体管M43、M44A、M44B、M45A、M46A、M45B、M46B、PMOS晶体管M41、M42，并以如下方式进行连接。恒流电路I1的一端与电源电压端子VDD连接，另一端与NMOS晶体管M43的漏极以及栅极连接。设该连接点为VBN。VBN与NMOS晶体管M44a的栅极和NMOS晶体管M44b的栅极连接。NMOS晶体管M43、M44A、M44B的源极与接地端子VSS连接。NMOS晶体管M45A和M46A的源极与M44A的漏极连接，NMOS晶体管M45B和M46B的源极与M44B的漏极连接。NMOS晶体管M45A和M45B的漏极与PMOS晶体管M41的漏极连接。设该连接点为VA。NMOS晶体管M46A和M46B的漏极与PMOS晶体管M42的漏极连接。该连接点与放大器4的输出端子VO连接。PMOS晶体管M41和M42的栅极与连接点VA连接，源极与电源电压端子VDD连接。NMOS晶体管M45A、M46A的栅极分别与第一差动输入对的第二输入端子V6、第一输入端子V5连接，NMOS晶体管M45B、M46B的栅极分别与第二差动输入对的第二输入端子V8、第一输入端子V7连接。

放大器4如上这样连接，以如下方式进行工作。

恒流电路I1产生恒定电流并将其提供给NMOS晶体管M43。NMOS晶体管M43、M44A、M44B构成电流镜电路，在NMOS晶体管M44A、M44B的漏极-源极之间，流过与在M43的漏极-源极之间流过的电流相应的电流。由NMOS晶体管M44A、M45A、M46A、PMOS晶体管M41、M42组成的这5个晶体管构成差动放大器，并以如下方式进行工作：对构成第一差动输入对的NMOS晶体管M45A、M46A的栅极电压之差、即第一差动输入对的第二输入端子V6与第一差动输入对的第一输入端子V5的电压差进行放大，并输出到输出端子VO。设该放大率为A1。此处，关于电流镜电路结构以及差动放大器结构的动作，在CMOS模拟电路的文献等中已有详细记载，此处省略详细说明。此外，由NMOS晶体管M44B、M45B、M46B、PMOS晶体管M41、M42组成的5个晶体管也构成差动放大器，并以如下方式进行工作：对构成第二差动输入对的NMOS晶体管M45B、M46B的栅极电压之差、即第二差动输入对的第二输入端子V8与第二差动输入对的第一输入端子V7的电压差进行放大，并输出到输出端子VO。设该放大率为A2。此外，构成第一差动输入对的NMOS晶体管M45A的漏极和构成第二差动输入对的NMOS晶体管M45B的漏极在连接点VA处与PMOS晶体管M41的漏极连接，构成第一差动输入对的NMOS晶体管M46A的漏极和构成第二差动输入对的NMOS晶体管M46B的漏极在输出端子VO处与PMOS晶体管M42的漏极连接，由此，在该连接点VA以及输出端子VO处，将利用第一差动输入对和第二差动输入对这各个差动输入对进行放大后的电压相加而进行工作。如果用式子表示这些动作，则成为

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)···(71)。

进行与式(14)同等的动作。

通过以上记述，说明了本发明的第1实施方式的磁传感器装置的动作，表明能够实现高精度的磁检测。关于构成本发明的第1实施方式的差动放大器3、放大器4以及检测电压设定电路5，示出了具体的电路结构以及时序图，但是，只要是进行在本说明中记载的动作的结构，不必限定于该结构。例如，图2示出了差动放大器3的具体的结构，但结构不限于此，如图11所示，也可以设为将电阻R13去除、而将其两端连接的结构。在由式(13)表示的放大率的式子中使电阻R13的值为无穷小的值，则该情况下的差动放大器3的放大率G表示为

G＝(R11+R12)÷R12···(72)，

这也没有脱离本发明主旨、即实现高精度磁检测这一点。

此外，在上述说明中，示出了能够分别检测S极和N极，不过，还可以将本发明中的磁传感器装置应用于交变检测(例如电机的旋转检测)用途。交变检测为如下的磁传感器装置：从仅进行一方(例如，S极)的极性检测的状态起，在检测到该一个极性后，切换到仅进行另一方(N极)的极性检测的状态。

此外，在图4、图6、图7或图8的时序图中，即使在采用了在检测周期T与检测周期T之间设置一定期间的等待期间来抑制磁传感器装置的平均消耗电流的驱动方法的情况下，也能够得到高精度的磁性检测的效果。

此外，在以上记述中，对使用了磁电转换元件的磁传感器装置进行了说明，但也可以替代根据磁场强度进行电压输出的磁电转换元件，而将本发明的装置应用于根据加速度或压力等而同样地进行电压输出的转换元件。

＜第2实施方式＞

图12是本发明的第2实施方式的磁传感器装置的电路图。与图1所示的第1实施方式的不同之处在于：将放大器4变更为放大器4b，并对检测电压设定电路5的结构进行了变更。与放大器4b的放大器4的不同之处在于：追加了第三差动输入对，追加了第三差动输入对的第一输入端子V9和第三差动输入对的第二输入端子V10。检测电压设定电路5的变更点在于追加了基准电压设定电路Vref3以及基准电压设定电路Vref4。放大器4b的第三差动输入对的第一输入端子V9与基准电压设定电路Vref3的正极连接，放大器4b的第三差动输入对的第二输入端子V10与基准电压设定电路Vref4的正极连接。其他的连接以及结构与第一实施方式相同。

图13是示出放大器4b的功能的概念图。

图13所示的放大器4b与图3所示的放大器4的不同之处在于追加了差动放大器43及其输入端子V9、V10。放大器4b的第三差动输入对的第一输入端子V9与差动放大器43的反相输入端子连接，第三差动输入对的第二输入端子V10与差动放大器43的同相输入端子连接。差动放大器43的输出与加法器44的输入连接。其他的连接以及结构与图3所示的放大器4相同。差动放大器43与差动放大器41、42同样地进行工作，将两个输入端子V9和V10的电压之差放大并输入到加法器44。在加法器44中，加上差动放大器41和差动放大器42的输出，从而输出与差动放大器43的输出之和。如果用式子表示该放大功能，则在式(14)中追加差动放大器43的项，成为

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)+A3×(V10-V9)···(73)。

此处，A3为差动放大器43的放大率。

针对本发明的第2实施方式的磁传感器装置的动作，与第1实施方式的磁传感器装置的动作同样地进行说明，结果由下式表示。

第二阶段中的放大器4b的输出与式(29)同样，成为

与式(30)、(33)同样，信号成分ΔVsig由下式表示：

此外，关于基准电压成分ΔVref，在式(31)中追加基准电压设定电路Vref3和基准电压设定电路Vref4的项，成为

在上述第1实施方式的磁传感器装置的说明中，通过在第一阶段和第二阶段中适当设定基准电压设定电路Vref1以及基准电压设定电路Vref2的电压，由此，表现出如下多功能性：能够任意设定所要检测的磁场强度、能够进行S极和N极的判别以及能够对检测和解除的延迟进行设定等，而在本电路结构中，能够进一步在第一阶段和第二阶段中适当设定基准电压设定电路Vref3以及基准电压设定电路Vref4的电压，由此表现出能够实现更加广泛的磁检测功能。此外，在上述第1实施方式的磁传感器装置的说明中，示出了能够通过使基准电压设定电路Vref1以及基准电压设定电路Vref2具有温度关联性来对霍尔元件的灵敏度的温度关联性进行校正，从而抑制所要检测的磁场强度的温度关联性的情况，但在本结构中，例如，基准电压设定电路Vref1以及基准电压设定电路Vref2输出与温度没有关联性的基准电压，基准电压设定电路Vref3以及基准电压设定电路Vref4输出与温度具有关联性的基准电压，由此，能够利用Vref1和Vref2来进行基准温度下的检测磁场强度的设定，利用Vref3以及Vref4来进行相对于基准温度的温度校正量的设定。

此处，示出了作为构成图12的磁传感器装置的要素的放大器4b的电路结构的一例。更具体而言，在图13的概念图中示出的放大器4b的功能例如可以由图14所示的电路结构来实现。

图14是放大器4b的电路结构的一例。

放大器4b相对于放大器4的不同之处在于追加了NMOS晶体管M44C、M45C、M46C。所追加的要素以如下方式连接到放大器4的结构中。NMOS晶体管M44C的源极与接地端子VSS连接。NMOS晶体管M45C和M46C的源极与M44C的漏极连接。NMOS晶体管M45C的漏极与连接点VA连接。NMOS晶体管M46C的漏极与输出端子VO连接。NMOS晶体管M45C、M46C的栅极分别与第三差动输入对的第二输入端子V10、第一输入端子V9连接。其他的连接以及结构与图10所示的放大器4相同。

放大器4b如上这样连接，以如下方式进行工作。对相对于放大器4的追加部分进行说明。

NMOS晶体管M43和M44C构成电流镜电路，在NMOS晶体管M44C的漏极-源极之间流过与在M43的漏极-源极之间流过的电流相应的电流。由NMOS晶体管M44C、M45C、M46C、PMOS晶体管M41、M42组成的5个晶体管构成差动放大器，且以如下方式进行工作：将构成第三差动输入对的NMOS晶体管M45C、M46C的栅极电压之差、即第三差动输入对的第二输入端子V10与第一差动输入对的第一输入端子V9的电压差放大，并将其输出到输出端子VO。设该放大率为A3。构成第一差动输入对的NMOS晶体管M45A的漏极、构成第二差动输入对的NMOS晶体管M45B的漏极以及构成第三差动输入对的NMOS晶体管M45C的漏极在连接点VA处与PMOS晶体管M41的漏极连接，构成第一差动输入对的NMOS晶体管M46A的漏极、构成第二差动输入对的NMOS晶体管M46B的漏极以及构成第三差动输入对的NMOS晶体管M46C的漏极在输出端子VO处与PMOS晶体管M42的漏极连接，由此，在该连接点VA以及输出端子VO处，将利用第一差动输入对、第二差动输入对以及第三差动输入对这各个差动输入对进行放大后的电压相加而进行工作。如果用式子表示这些动作，则成为

VO＝A1×(V6-V5)+A2×(V8-V7)+A3×(V10-V9)···(78)，

这表明进行与式(73)同等的动作。

标号说明

1 霍尔元件

2 开关切换电路

3、31、32、41、42、43 差动放大器

4，4b 放大器

44 加法器

5 检测电压设定电路

I1 恒流电路

Vref1、Vref2、Vref3，Vref4 基准电压设定电路

Claims (6)

1.一种传感器装置，其根据施加于传感器元件的物理量的强度而进行逻辑输出，其特征在于，该传感器装置具有：

开关切换电路，其与所述传感器元件的第一端子对以及第二端子对连接，对被提供电源的端子对和输出与物理量的强度对应的检测电压的端子对进行切换控制，并具有输出所述检测电压的第一输出端子以及第二输出端子；

差动放大器，其第一输入端子以及第二输入端子分别与所述开关切换电路的第一输出端子以及第二输出端子连接，并具有输出对所述检测电压进行差动放大后的结果的第一输出端子以及第二输出端子；

放大器，其具有第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子、第四输入端子以及输出端子，该第一输入端子和该输出端子经由第一开关连接，该第一输入端子经由第一电容而与所述差动放大器的所述第一输出端子连接，该第二输入端子与所述差动放大器的所述第二输出端子连接；以及

检测电压设定电路，其向所述放大器的所述第三输入端子和所述第四输入端子输出不同的电压。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述检测电压设定电路由串联连接在电源端子与接地端子之间的多个电阻构成，具有至少3个分压点，

所述检测电压设定电路具有：

第二开关，其设置在第一分压点与所述放大器的所述第三输入端子之间；

第三开关，其设置在第二分压点与所述放大器的所述第三输入端子之间；

第四开关，其设置在第三分压点与所述放大器的所述第三输入端子之间；

第五开关，其设置在所述第一分压点与所述放大器的所述第四输入端子之间；

第六开关，其设置在所述第二分压点与所述放大器的所述第四输入端子之间；以及

第七开关，其设置在所述第三分压点与所述放大器的所述第四输入端子之间。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，

所述开关切换电路具有切换第一检测状态和第二检测状态的功能，其中，

在所述第一检测状态中，向所述传感器元件的所述第一端子对提供电源，从所述第二端子对输出所述检测电压；

在所述第二检测状态中，向所述传感器元件的所述第二端子对提供电源，从所述第一端子对输出所述检测电压。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的传感器装置，其特征在于，

所述放大器具有两个以上的差动输入对，

向至少一个差动输入对输入由所述差动放大器输出的差动信号，

向至少一个差动输入对输入与所检测的物理量对应的基准信号。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的传感器装置，其特征在于，

所述物理量为磁。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的传感器装置，其特征在于，

所述物理量为压力。