CN104364670A - 磁传感器 - Google Patents

Abstract

提供一种磁传感器，能够识别作为磁特性的初始不良的原因的、且有可能随时间变化的偏移电压较大的个体。采用这样的结构：在用于将霍尔元件输出的差动信号电压传输到放大电路的切换开关电路中设置有交叉传输开关，在根据来自控制电路的控制信号对在霍尔元件中流过的电流进行切换的第1期间和第2期间中的任意一个期间中进行交叉传输，能够判定并识别偏移电压的大小。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及使用了半导体基板上的霍尔元件的磁传感器，特别是涉及其特性异常检测用电路。

背景技术

磁传感器广泛用于检测各种可动物品的移动、旋转。例如，可列举便携设备的开闭检测、电动机的转速检测等。近年来，使用了价廉、但灵敏度低且偏移电压较大的在Si基板上构成的霍尔元件。并且，利用信号处理来抵消霍尔元件和放大器的偏移电压，由此实现了价廉且磁检测精度高的磁传感器。

图4示出以往的磁传感器的框图。以往的磁传感器10具有霍尔元件2、切换开关电路30、放大器4、采样电路5、基准电压电路60、比较器7以及输出电路8。以往的磁传感器10如下这样地工作来抵消偏移电压。通过切换开关电路30，使得霍尔元件2在第1期间、第2期间中对流过对角线上的两端子之间的电流的路径进行互补切换。其输出电压由放大器4放大，由采样电路5以时分方式保持、并被平均化。基准电压电路60输出基准电压Vref。比较器7对由采样电路5保持的电压和基准电压Vref进行比较判定。磁传感器10经由输出电路8输出判定结果，由此输出与磁场对应的检测信号。以往的磁传感器10如以上方式进行工作，通过信号处理来抵消霍尔元件和放大器的偏移电压。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】国际公开第2006/085503号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在霍尔元件2的材质是Si的情况下，偏移电压比磁场信号电压大几个数量级。在偏移电压大的情况下，存在这样的课题：主要由于放大器4的输出电压的饱和，导致偏移电压未被抵消，从而磁特性显著下降。

用于解决课题的手段

本发明是为了解决以上那样的课题而设计的，提供一种价廉且具有高精度的磁特性的磁传感器。

为了解决以往的课题，本发明的磁传感器成为以下那样的结构。

在该磁传感器中，切换开关电路在第1期间使电流流向霍尔元件的第1端子对并从霍尔元件的第2端子对输入第1差动信号电压，在第2期间使电流流向霍尔元件的第2端子对并从霍尔元件的第1端子对输入第2差动信号电压，在该切换开关电路中，在霍尔元件的各端子与切换开关电路的输出端子之间分别串联地设置有串行传输开关和交叉传输开关，能够控制交叉传输开关来判别霍尔元件的偏移电压的大小。

发明的效果

根据本发明的磁传感器，仅通过追加简易的电路，就能够评价基于霍尔元件和放大电路的偏移电压的电压。因此，在检查工序中能够以二值判定的方式识别偏移电压较大的个体，因而具有能够提高产品的品质的效果。

附图说明

图1是示出本实施方式的磁传感器的框图。

图2是示出本实施方式的磁传感器的切换开关电路的详情的电路图。

图3是示出本实施方式的磁传感器的控制电路的一例的电路图。

图4是以往的磁传感器的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式进行说明。

图1是示出本实施方式的磁传感器的框图。

本实施方式的磁传感器1具有霍尔元件2、切换开关电路3、放大器4、采样电路5、基准电压电路6、比较器7、输出电路8以及控制电路9。

关于霍尔元件2，经由切换开关电路3从电源端子向霍尔元件2的一个对角线上的端子对(例如，端子21－端子22)供给电流，在另一个端子对(例如，端子23－端子24)的两端处输出差动信号电压。霍尔元件2的差动信号电压经由切换开关电路3被输入到放大器4。切换开关电路3由控制电路9输出的控制信号3A～3D进行控制，从而对控制霍尔元件2的第1期间和第2期间进行切换。放大器4对霍尔元件2的差动信号电压进行放大，输出差动信号放大电压。基准电压电路6根据控制电路9的控制信号6A输出基准电压。采样电路5分别保持第1期间和第2期间的差动信号放大电压，并输出其平均电压。比较器7对平均电压和基准电压的大小关系进行比较，并输出逻辑信号。控制电路9分别向切换开关电路3、放大器4以及基准电压电路6输出控制信号。输出电路8根据逻辑信号进行锁存动作、逻辑运算，并输出磁传感器的检测信号。

图2是示出本实施方式的磁传感器的切换开关电路3的详情的电路图。

切换开关电路3具有第1～第4电流供给开关311～314、第1～第4串行传输开关321～324以及第1～第4交叉传输开关331～334。信号3A～3D是控制电路9输出的控制信号。端子301和302是第1和第2差动信号电压输出端子。这里，将施加到第1～第4电流供给开关311～314的控制信号3A是“L(低电平)”且3B是“H(高电平)”时、即向霍尔元件2的端子21－端子22供给电流时设为第1期间，将控制信号3A是“H”且3B是“L”时、即向霍尔元件2的端子23－端子24供给电流时设为第2期间。第1～第4串行传输开关321～324与第1～第4电流供给开关311～314联动地进行切换。第1～第4交叉传输开关331～334由控制信号3C、3D进行控制。

图3是示出本实施方式的磁传感器的控制电路的一例的电路图。控制电路9具有工作状态设定电路91、NAND电路92以及OR电路93、94、95。控制电路9被输入基准CLK信号，生成并输出控制信号3A、3B、3C、3D和控制信号6A。工作状态设定电路91是输出“H”或“L”的信号的电路，由串联连接的熔断器和下拉电阻构成。工作状态设定电路91例如也可以由非易失性存储器构成，或者还可以设置外部端子并从外部输入状态设定信号。并且，关于其它逻辑电路，只要能够生成期望的信号，就不限定于该电路结构。

上述磁传感器1如以下方式进行工作，具有判定偏移电压大小的功能、和判定磁场大小的功能。

本实施方式的磁传感器1根据控制电路9输出的控制信号，而具有第1工作状态和第2工作状态。控制电路9的工作状态设定电路91在初始状态下，通过熔断器输出“H”信号。因此，NAND电路92将基准CLK信号反转并输出。即，控制信号3C成为将基准CLK信号反转后的信号，3D成为与基准CLK信号相同的信号。该状态是第1工作状态。控制电路9的工作状态设定电路91在切断熔断器时，通过下拉电阻输出“L”信号。因此，NAND电路92的输出被固定为“H”。即，控制信号3C被固定为“H”，3D被固定为“L”。该状态是第2工作状态。无论是哪个工作状态，控制信号3A都是将基准CLK信号反转后的信号，3B都是与基准CLK信号相同的信号。

首先，对第1工作状态进行说明。第1工作状态能够判定磁传感器1的偏移电压的大小。

在第1工作状态中，控制电路9输出作为将基准CLK信号反转后的信号的控制信号3A和3C、以及作为与基准CLK信号相同的信号的控制信号3B和3D。对于霍尔元件2，在第1期间中，第1和第4电流供给开关311、314导通，向端子21－端子22的端子对供给电流，从端子23－端子24的端子对输出差动信号电压。并且，在第2期间中，第2和第3电流供给开关312、313导通，向端子23－端子24的端子对供给电流，从端子21－端子22的端子对输出差动信号电压。并且，在第1期间中，第2交叉传输开关332和第3交叉传输开关333导通，在第2期间中，第1交叉传输开关331和第4交叉传输开关334导通。

因此，在第1期间中，第1差动信号电压输出端子301与霍尔元件2的端子24连接，第2差动信号电压输出端子302与霍尔元件2的端子23连接。并且，在第2期间中，第1差动信号电压输出端子301与霍尔元件2的端子21连接，第2差动信号电压输出端子302与霍尔元件2的端子22连接。霍尔元件2的输出电压由放大器4放大并输出。

因此，将放大器4在第1期间输出的差动信号放大电压设为Vo1Φ1、在第2期间输出的差动信号放大电压设为Vo1Φ2时，各电压分别由式1和式2给出。

Vo1Φ1＝VDD/2+G(KH×Bin+Vos)···(1)

Vo1Φ2＝VDD/2+G(－KH×Bin+Vos)···(2)

这里，VDD是电源电压，G是放大器4的放大率，KH是霍尔元件2的磁电转换系数，Bin是磁通密度，Vos是放大器4的输出电压所包含的偏移电压。

因此，在采样电路5中将差动信号放大电压Vo1Φ1和Vo1Φ2进行平均后的平均电压Vo1由式3给出。

Vo1＝VDD/2+G×Vos···(3)

此时，基准电压电路6通过控制信号6A，将输出的基准电压切换为偏移电压判定用的基准电压Vref2。因此，在比较器7中对平均电压Vo1与基准电压Vref2进行比较，进行偏移电压Vos的大小判定，并将其结果从输出电路8输出。

这样，在第1工作状态下，能够判定磁传感器1的偏移电压Vos的大小。因此，在检查工序中，能够在不增大电路规模、且不追加检查工具的情况下，实施磁传感器1的电路不良即偏移电压Vos较大的个体的选择。

另外，放大器4可以根据控制电路9的控制信号被切换为偏移电压判定用的放大率。通过适当调整基准电压电路6的基准电压和放大器4的放大率，能够将偏移电压的检测动作最优化。

下面，对第2工作状态进行说明。第2工作状态是判定磁场大小的通常工作状态。

在第2工作状态下，由于控制信号3C被固定为“H”，3D被固定为“L”，因而第1交叉传输开关331和第4交叉传输开关334被固定为导通状态。对于霍尔元件2，在第1期间中，第1和第4电流供给开关311、314导通，向端子21－端子22的端子对供给电流，从端子23－端子24的端子对输出差动信号电压。并且，在第2期间中，第2和第3电流供给开关312、313导通，向端子23－端子24的端子对供给电流，从端子21－端子22的端子对输出差动信号电压。因此，在第1期间中，第1差动信号电压输出端子301与霍尔元件2的端子23连接，第2差动信号电压输出端子302与霍尔元件2的端子24连接。并且，在第2期间中，第1差动信号电压输出端子301与霍尔元件2的端子21连接，第2差动信号电压输出端子302与霍尔元件2的端子22连接。霍尔元件2的输出电压由放大器4放大并输出。

将放大器4在第1期间输出的差动信号放大电压设为Vo2Φ1、在第2期间输出的差动信号放大电压设为Vo2Φ2时，各电压分别由式4和式5给出。

Vo2Φ1＝VDD/2+G×(KH×Bin+Vos)···(4)

Vo2Φ2＝VDD/2+G×(KH×Bin―Vos)···(5)

因此，在采样电路5中将差动信号放大电压Vo2Φ1和Vo2Φ2进行平均后的平均电压Vo2由式6给出。

Vo2＝VDD/2+G×KH×Bin···(6)

从式6可知，在平均电压Vo2中，偏移电压Vos被抵消。并且，通过比较器7对根据式6得到的平均电压Vo2和基准电压Vref进行比较判定，由此输出与磁场对应的检测信号。此时，基准电压电路6被切换为输出通常的基准电压Vref。

如以上所记载的那样，本实施方式的磁传感器在第1工作状态下，能够评价基于霍尔元件和放大电路的偏移电压的电压。因此，能够以二值判定的方式识别产生作为产品的初始不良的、磁特性不良的可能性高的偏移电压较大的个体。即，由于能够在检查工序中排除偏移电压较大的个体，因而能够提供高精度的磁传感器。

另外，在将控制电路9构成为能够从外部输入控制信号的情况下，通过从外部输入控制信号，在产品出货后也能够进行检查。因此，能够识别偏移电压因时间变化而增大的个体。

标号说明

1：磁传感器

2：霍尔元件

3、30：切换开关电路

4：放大器

5：采样电路

6、60：基准电压电路

7：比较器

8：输出电路

9：控制电路

Claims (5)

1.一种磁传感器，其特征在于，所述磁传感器具有：

霍尔元件；

切换开关电路，其在第1期间使电流流向所述霍尔元件的第1端子对并从所述霍尔元件的第2端子对输入第1差动信号电压，在第2期间使电流流向所述第2端子对并从所述第1端子对输入第2差动信号电压；

放大器，其输出将经由所述切换开关电路输入的所述第1差动信号电压和所述第2差动信号电压放大后的第1差动信号放大电压和第2差动信号放大电压；

采样电路，其保持从所述放大器输入的第1差动信号放大电压和第2差动信号放大电压，并输出所述第1差动信号放大电压和所述第2差动信号放大电压的平均电压；

基准电压电路，其产生基准电压；

比较器，其对所述采样电路输出的所述平均电压和所述基准电压电路输出的所述基准电压进行比较；以及

控制电路，其输出控制信号，控制所述切换开关电路，

所述切换开关电路在与所述霍尔元件的各端子连接的输入端子与输出端子之间分别串联地具有串行传输开关和交叉传输开关。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁传感器具有：

第1工作状态，所述交叉传输开关被控制成在所述第1期间和所述第2期间的任意一个期间中进行交叉传输；以及

第2工作状态，所述交叉传输开关被控制成在所述第1期间和所述第2期间的任何期间中都不进行交叉传输，

在所述第1工作状态下，判定所述平均电压所包含的偏移电压的大小。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，

所述控制电路具有熔断器，根据所述熔断器的有无切换所述工作状态。

4.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，

所述控制电路具有非易失性存储器，根据所述非易失性存储器的数据切换所述工作状态。

5.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，

所述控制电路具有状态设定端子，根据输入到所述状态设定端子的信号切换所述工作状态。