CN105938184A - 磁传感器电路 - Google Patents

Abstract

提供不向信号处理电路输出尖峰状的电压误差的磁传感器电路。磁传感器电路的特征在于：构成为具备由第一开关电路驱动的多个霍尔元件，并经由用第二控制电路控制的第二开关电路向信号处理电路输出输出信号，控制第一开关电路，以使在多个霍尔元件的各个输出信号产生尖峰的定时不相同，第二开关电路选择输出不产生尖峰的定时的期间的输出信号。

Description

磁传感器电路

技术领域

本发明涉及磁传感器电路，更具体涉及能够减小霍尔元件的端子切换时产生的尖峰（spike）的磁传感器电路。

背景技术

磁传感器电路包含霍尔元件和信号处理电路，但是在霍尔元件或信号处理电路产生偏移（offset）电压，在未施加磁场的零磁场状态下，也输出不为零的电压。

作为该霍尔元件的偏移电压的原因，能举出制造上的偏差或应力、周边磁场的影响等。针对霍尔元件的偏移电压的课题，一般使用称为旋转电流法的驱动方法。

正方形状的霍尔元件在4个角放置有各个端子时，在使驱动电流流过0度的对置端子的情况、和使驱动电流流过90度的对置端子的情况下，施加磁场时偏移电压为反相，对应于磁场的电压为同相，因此相加这些，抽取降低了偏移误差的有意的信号而进行信号处理。

图17是示出现有的2次旋转的磁传感器电路的电路图。

霍尔元件1具有4个端子（节点N1～N4），经由用第一控制电路5控制的第一开关电路3而与电源电压及接地电压连接。信号处理电路2经由用第二控制电路6控制的第二开关电路4而与霍尔元件1连接。

图18示出现有的2次旋转的磁传感器电路的时间图。图中，控制信号为高电平时开关导通，而控制信号为低电平时开关截止。一个旋转期间被分割为期间Φ1和期间Φ2这2个期间。

在期间Φ1，控制信号SS1V、SS1G、SS1P、SS1M成为高电平。因而，在期间Φ1，对节点N2连接恒流源15，对节点N4连接接地电压，对正输入端子INP连接节点N1，对负输入端子INM连接节点N3。

在期间Φ2，控制信号SS2V、SS2G、SS2P、SS2M成为高电平。在期间Φ2，对节点N3连接恒流源7，对节点N1连接接地电压，对正输入端子INP连接节点N2，对负输入端子INM连接节点N4。

通过上述连接，差分信号（INP－INM）在Φ1、Φ2期间成为对应于磁的信号电压Vsig。另外，在Φ1期间，刚刚切换后会产生负的尖峰状电压，在Φ2期间会产生正的尖峰状电压。

作为针对上述尖峰状的电压误差的对策，已知例如专利文献1、专利文献2的方法。在专利文献1中，利用顺时针和逆时针旋转切换时产生的尖峰状的电压误差以正负的相反符号产生的情况，对这些进行相加或平均化，从而减少误差。另一方面，在专利文献2中，对于1个霍尔元件以具有采样和保持电路的离散信号处理电路为前提，在刚刚旋转切换后，霍尔元件和信号处理电路断开，信号处理电路基于采样和保持电路所保持的信号进行信号处理，因此遮蔽在刚刚切换之后尖峰状的误差期间的信号传递，减少尖峰状的误差对信号处理精度产生的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6927572号说明书；

专利文献2：美国专利第5621319号说明书。

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1记载的方法中，采取了抵消正的尖峰状误差和负的尖峰状误差的方法，但是正的尖峰状误差和负的尖峰状的误差因制造偏差、元件构成等而并不完全一致，成为残留误差因素。

专利文献2的方法中，以利用采样和保持电路进行的离散时间信号处理为前提，存在霍尔元件的输出信号传不到信号处理电路的遮蔽期间，因此不适合连续时间信号处理。

本发明鉴于上述课题而成，其目的在于，提供不管对连续时间信号处理电路还是对离散时间信号处理电路都合适的、具有减少尖峰状的电压误差的电路的磁传感器电路。

用于解决课题的方案

本发明公开的发明，作为用于解决课题的方案大致如以下那样构成。

一种磁传感器电路，具备：多个霍尔元件，具备多个端子；第一开关电路，设在所述多个霍尔元件的多个端子与电源端子及接地端子之间，切换驱动电流而向所述多个霍尔元件供给；第二开关电路，与所述多个霍尔元件的多个端子连接，选择输出所述多个霍尔元件的输出信号；第一控制电路，向所述第一开关电路输出第一控制信号；第二控制电路，向所述第二开关电路输出第二控制信号；以及信号处理电路，接受所述第二开关电路输出的输出信号并进行信号处理，所述第一控制电路以使在所述多个霍尔元件的输出信号产生尖峰的定时不同的方式控制所述多个霍尔元件，所述第二控制电路控制所述第二开关电路，以使所述多个霍尔元件的输出信号之中产生尖峰的一定期间的输出信号为非选择，并且，选择所述多个霍尔元件的输出信号之中不产生尖峰的一定期间的输出信号，所述第二开关电路的输出在全部期间选择输出所述多个霍尔元件的任意一个以上的输出信号。

发明效果

依据本发明，不会产生在以正负的尖峰直接抵消霍尔元件刚刚旋转切换之后的尖峰状的电压误差的情况下发生的残留误差。另外，使用多个霍尔元件来选择输出尖峰状的电压消失一定时间后的电压值，从而能够显著减少起因于霍尔元件电容的尖峰状电压误差。另外，经常使用尖峰状误差消失后的期间的信号，因此能够将旋转频率高速化。

进而，依据本发明，各个霍尔元件通过避开尖峰状误差的期间而能够将信号处理电路（例如模拟数字转换器）的处理转换速率高速化。另外，可以向信号处理电路连续传播霍尔元件的输出信号电压，适合连续信号处理。另外，在第一相、第二相多次采样而使用信号处理电路的情况下，能够使霍尔输出信号不间断地传播。另外，在使用仪表放大器的离散时间信号处理的情况下，不会发生无用的充放电，因此能够削减仪表放大器的消耗电流。

附图说明

图1是第一实施方式的磁传感器电路的电路图。

图2是示出第一实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

图3是第二实施方式的磁传感器电路的电路图。

图4是示出第二实施方式的磁传感器电路的第一开关电路的一个例子的电路图。

图5是示出第二实施方式的磁传感器电路的第二开关电路的一个例子的电路图。

图6是示出第二实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

图7是第三实施方式的磁传感器电路的电路图。

图8是示出第三实施方式的磁传感器电路的第二开关电路的一个例子的电路图。

图9是示出第三实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

图10是第四实施方式的磁传感器电路的电路图。

图11是示出第四实施方式的磁传感器电路的第一开关电路的一个例子的电路图。

图12是示出第四实施方式的磁传感器电路的第二开关电路的一个例子的电路图。

图13是示出第四实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

图14是示出本发明的磁传感器电路的霍尔元件的结构的一个例子的电路图。

图15是示出本发明的磁传感器电路的霍尔元件的结构的一个例子的电路图。

图16是示出本发明的磁传感器电路的驱动电路的结构的一个例子的电路图。

图17是示出现有的2次旋转的磁传感器电路的电路图。

图18是现有的2次旋转的磁传感器电路的时间图。

具体实施方式

以下，参照电路图，对本发明的磁传感器电路的实施方式进行说明。

＜第一实施方式＞

图1是第一实施方式的磁传感器电路的电路图。

磁传感器电路具备：第一霍尔元件1A；第二霍尔元件1B；第一开关电路13；第二开关电路14；第一控制电路11；第二控制电路12；恒流源15；以及信号处理电路16。信号处理电路16相当于斩波的调制/解调电路或加法、滤波器处理电路、模拟数字转换器、比较器（磁开关电路）等。

第一霍尔元件1A具有4个端子，并设各端子的节点为N1A～N4A。第二霍尔元件1B具有4个端子，并设各端子的节点为N1B～N4B。信号处理电路16具有正相输入端子INP和负相输入端子INM。

第一霍尔元件1A及第二霍尔元件1B经由用第一控制电路11控制的第一开关电路13而与电源电压及接地电压连接，并且经由用第二控制电路12控制的第二开关电路14而与信号处理电路16连接。

第一开关电路13的各开关分别用控制信号SS1VA、SS1VB、SS2VA、SS2VB、SS1GA、SS1GB、SS2GA、SS2GB控制。第二开关电路14的各开关分别用控制信号SS1PA、SS1PB、SS2PA、SS2PB、SS1MA、SS1MB、SS2MA、SS2MB控制。

接着，说明第一实施方式的磁传感器电路的动作。图2是示出第一实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

一个旋转期间被分割为期间Φ1和期间Φ2。另外，期间Φ1被分割为子期间Φ11和Φ12，期间Φ2被分割为子期间Φ21和Φ22。控制信号SS1VA、SS1GA在期间Φ1成为高电平，控制信号SS2VA、SS2VG在期间Φ2成为高电平，控制信号SS1VB、SS1GB在期间Φ12及Φ21成为高电平，控制信号SS2VB、SS2GB在期间Φ22及Φ11成为高电平。另外，控制信号SS1PA、SS1MA在期间Φ12成为高电平，控制信号SS2PA、SS2MA在期间Φ22成为高电平，控制信号SS1PB、SS1MB在期间Φ21成为高电平，控制信号SS2PB、SS2MB在期间Φ11成为高电平。

因而，在期间Φ11，对节点N2A连接恒流源15，对节点N4A连接接地电压，对节点N3B连接恒流源15，对节点N1B连接接地电压，从而驱动两个霍尔元件。另外，对正相输入端子INP连接霍尔元件1B的霍尔元件节点N2B，对负相输入端子INM连接霍尔元件1B的霍尔元件节点N4B。在该期间，霍尔元件1B的旋转切换定时为期间Φ22的开始时，因此在差分输出信号（INP－INM）中不会产生尖峰状的电压误差。期间Φ12、期间Φ21、期间Φ22的动作原理也同样，霍尔元件1A、霍尔元件1B任一个的不会产生尖峰状的电压误差的期间的差分信号，被选择输出到信号处理电路16的输入信号（INP－INM）。

因而，在第一实施方式的磁传感器电路的情况下，具有信号处理电路16的输入中不会产生尖峰状的误差这一优点。进而，在本实施方式中，尖峰状误差的期间被屏蔽而选择稳定的期间的电压，从而能够提高旋转频率以及信号处理电路16的信号处理转换速率（例如，模拟数字转换器的采样速率）。因而，能够将磁传感器电路的S/N保持一定。

另外，能够向信号处理电路16连续传播霍尔元件的输出信号电压，适合连续信号处理。

另外，在使用仪表放大器的离散时间信号处理的情况下，具有不会发生无用的充放电而不会增大仪表放大器的消耗电流这一效果。

＜第二实施方式＞

图3是第二实施方式的磁传感器电路的电路图。

本实施方式的磁传感器电路具备：第一霍尔元件1A；第二霍尔元件1B；第三霍尔元件1C；第四霍尔元件1D；第一开关电路33；第二开关电路34；第一控制电路31和第二控制电路32；以及信号处理电路36。

第三霍尔元件1C及第四霍尔元件1D与第一霍尔元件1A及第二霍尔元件1B同样，具有4个端子，并将各端子的节点设为N1C～N4C及N1D～N4D。信号处理电路36具有正相输入端子INPA、INPB、INPC、INPD和负相输入端子INMA、INMB、INMC、INMD。

霍尔元件从第一实施方式的磁传感器电路中追加了第三霍尔元件1C及第四霍尔元件1D，并且同样连接在第一开关电路33及第二开关电路34之间。

第一开关电路33同样对应于4个霍尔元件而追加开关。图4是示出第一开关电路33的一个例子的电路图。各输入端子、各输出端子及各开关以如图示的关系连接、控制。

第二开关电路34具备与信号处理电路36的各输入端子对应的8个输出端子。图5是示出第二开关电路34的一个例子的电路图。各输入端子、各输出端子及各开关以如图示的关系连接、控制。

正相输入端子（INPA、INPB、INPC、INPD）及负相输入端子（INMA、INMB、INMC、INMD）分别各4个，可以设想这些端子的信号通过信号处理电路36内的加法电路（未图示），转换为电压电平或电流电平，从而进行加法信号处理。

接着，说明第二实施方式的磁传感器电路的动作。图6是示出第二实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

一个旋转期间被分割为期间Φ1、期间Φ2、期间Φ3和期间Φ4。另外，期间Φ1被分割为子期间Φ11、Φ12、Φ13和Φ14，期间Φ2被分割为子期间Φ21、Φ22、Φ23和Φ24，期间Φ3被分割为子期间Φ31、Φ32、Φ33和Φ34，期间Φ4被分割为子期间Φ41、Φ42、Φ43和Φ44。控制信号SS1VA、SS1GA在期间Φ1成为高电平，控制信号SS2VA、SS2VG在期间Φ2成为高电平，控制信号SS3VA、SS3VG在期间Φ3成为高电平，控制信号SS4VA、SS4VG在期间Φ4成为高电平，这些成为用于驱动霍尔元件1A的控制信号。关于其他霍尔元件1B、1C、1D的驱动信号也同样具有4个相，但是如图6中图示的那样，使时钟的相位按每1个子期间分别错开。

对于与霍尔元件1A的输出信号相关的控制信号，控制信号SS1PA、SS1MA在期间Φ12～Φ14成为高电平，控制信号SS2PA、SS2MA在期间Φ22～Φ24成为高电平，控制信号SS3PA、SS3MA在期间Φ32～Φ34成为高电平，控制信号SS4PA、SS4MA在期间Φ42～Φ44成为高电平。如图6所示，关于其他霍尔元件1B、1C、1D也有具有同样的相位关系的控制信号，在各霍尔元件中按每1个子期间错开时钟的相位。

因而，在子期间Φ11，在霍尔元件1A产生尖峰，但是霍尔元件1B、1C、1D的三个信号输入信号处理电路36。在其他的子期间也同样，未出现尖峰的三个霍尔元件的输出信号传到信号处理电路36并相加。

因而，在本实施方式的磁传感器电路的情况下，具有在信号处理电路36的输入不会产生尖峰状的误差的优点。另外，能够向信号处理电路36连续传播霍尔元件的输出信号电压，适合于连续信号处理。

＜第三实施方式＞

图7是第三实施方式的磁传感器电路的电路图。

本实施方式的磁传感器电路具备：第一霍尔元件1A；第二霍尔元件1B；第三霍尔元件1C；第四霍尔元件1D；第一开关电路33；第二开关电路74；第一控制电路31和第二控制电路72；以及信号处理电路16。

与第二实施方式的不同点在于第二开关电路74的结构和第二控制电路72的控制信号不同这一点和使信号处理电路16为正相输入端子INP和负相输入端子INM一对这一点。

图8是示出第二开关电路74的一个例子的电路图。各输入端子、各输出端子及各开关以如图示那样的关系连接、控制。

接着，说明第三实施方式的磁传感器电路的动作。图9是示出第三实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

本实施方式的时间图与第二实施方式的时间图在第二开关电路72的控制信号不同。例如，关于第一霍尔元件1A，在期间Φ14中控制信号（SS1PA、SS1MA）成为高电平，在期间Φ24中控制信号SS2PA、SS2MA成为高电平，在期间Φ34中控制信号SS3PA、SS3MA成为高电平，在期间Φ44中控制信号SS4PA、SS4MA成为高电平。关于第二霍尔元件1B～第四霍尔元件1D也是同样的相位关系的控制信号，但是在霍尔元件间时钟的相位按每1个子期间错开。因而，信号处理输入（INP－INM）在Φ11期间选择第二霍尔元件1B的信号、在Φ12期间选择第三霍尔元件1C的信号、在Φ13期间选择第四霍尔元件1D的信号、在Φ14期间选择第一霍尔元件1A的信号。在其他子期间也以同样的原理决定对信号处理电路16的输入信号。

因而，本实施方式的磁传感器电路具有在信号处理电路16的输入不会产生尖峰状的误差的优点。进而，在本实施方式中，使用4个霍尔元件，因此尖峰状误差的期间被遮蔽，能够取得3个子期间量的稳定的期间，因此起因于霍尔元件电容的尖峰状的电压误差以指数函数无限减小。因而，能够更进一步谋求提高旋转频率以及信号处理电路16的信号处理转换速率（例如，模拟数字转换器的采样速率）。因而，作为磁传感器电路的系统能够将S/N保持一定，因此，能够通过提高时钟速率来避免损耗量。另外，能够向信号处理电路16连续传播霍尔元件的输出信号电压，从而适合于连续信号处理。

＜第四实施方式＞

图10是第四实施方式的磁传感器电路的电路图。

本实施方式的磁传感器电路与第二实施方式的电路结构相同，但是第一开关电路103及第二开关电路104的电路不同。

图11是示出第一开关电路103的一个例子的电路图。各输入端子、各输出端子及各开关以如图示那样的关系连接、控制。因而，以使霍尔元件1A顺时针旋转、使霍尔元件1B逆时针旋转、使霍尔元件1C顺时针旋转、使霍尔元件1D逆时针旋转的方式进行连接。

图12是示出第二开关电路104的一个例子的电路图。各输入端子、各输出端子及各开关以如图示那样的关系连接、控制。第二开关电路104也采用对应于与第一开关电路103同样的旋转的连接。

接着，说明第四实施方式的磁传感器电路的动作。图13是示出第四实施方式的磁传感器电路的电路动作的时间图。

本实施方式的时间图与第二实施方式的时间图中控制信号相同，但是霍尔元件1B和霍尔元件1D的差分信号的尖峰状的电压误差的符号为负。这是因为霍尔元件的旋转的方式不同的缘故。

本实施方式的磁传感器电路中，选择没有尖峰的期间为输出，但是在实际的电路中，相对于时间常数τ，包含（A×exp（-T/τ），在此T为遮蔽的稳定时间）的有限的误差。因而，关于霍尔元件1A、1C，实际上产生微小的误差（A×exp（-T/τ）），关于霍尔元件1B、1D，实际上产生微小的误差（（-1）×A×exp（-T/τ））。因而，关于信号稳定的残留误差量，通过抵消影响，能够更加减小信号的误差量。

本实施方式的磁传感器电路，为了选择输出尖峰消失后的稳定后电压，对正/负的尖峰电压的波形形状差造成的影响几乎不灵敏。

图14及图15是示出本发明的磁传感器电路的霍尔元件的结构的一个例子的电路图。

如图14那样以成为一个霍尔元件1的方式将两个霍尔元件1a、1b连接到端子N1～N4。霍尔元件1a、1b以成为1个霍尔元件1的方式连接不同为0度、90度的各端子。通过这样构成霍尔元件1，能够抑制起因于布局的制造上的偏差或应力的影响。

图15的霍尔元件1的结构也同样。

图16是示出本发明的磁传感器电路的霍尔元件的驱动电路的结构的一个例子的电路图。

图16的驱动电路设置驱动4个霍尔元件1A、1B、1C、1D的4个恒流源15A、15B、15C、15D。而且，第一开关电路163以每次旋转时切换驱动霍尔元件的恒流源的方式进行控制。通过这样构成驱动电路，能够进一步抑制在旋转切换时驱动端产生的一点信号变动。

而且，如图16那样具备4个霍尔元件的磁传感器电路的情况下，以4次的旋转为一个周期，切换驱动霍尔元件的恒流源。通过进行这样的旋转的控制，能够抑制各恒流源15A、15B、15C、15D的电流值的偏差的影响。

依据图16的驱动电路，本发明的磁传感器电路能够抑制旋转切换时在驱动端产生的一点信号变动。另外，依据如上所述的驱动方法，能够抑制各恒流源的电流偏差。

以上，本发明的实施方式的说明中，霍尔元件的形状、端子及位置关系（0度、90度、180度、270度）等，并不局限于附图所示的，关于其他形状、端子数的霍尔元件也包括在发明的范围。

另外，本发明并不局限于上述的实施方式，显然包括本发明的范围内只要为本领域技术人员就能完成的各种变形、修正。

标号说明

1A、1B、1C、1D 霍尔元件；

11、31 第一控制电路；

12、32 第二控制电路；

13、33、103 第一开关电路；

14、34、104 第二开关电路；

15、15A、15B、15C、15D 恒流源；

16、36 信号处理电路。

Claims (4)

1. 一种磁传感器电路，其特征在于，具备：

多个霍尔元件，具备多个端子；

第一开关电路，设在所述多个霍尔元件的多个端子与电源端子及接地端子之间，切换驱动电流而向所述多个霍尔元件供给；

第二开关电路，与所述多个霍尔元件的多个端子连接，选择输出所述多个霍尔元件的输出信号；

第一控制电路，向所述第一开关电路输出第一控制信号；

第二控制电路，向所述第二开关电路输出第二控制信号；以及

信号处理电路，接受所述第二开关电路输出的输出信号并进行信号处理，

所述第一控制电路以使在所述多个霍尔元件的输出信号产生尖峰的定时不同的方式控制所述多个霍尔元件，

所述第二控制电路控制所述第二开关电路，以使所述多个霍尔元件的输出信号之中产生尖峰的一定期间的输出信号为非选择，并且，选择所述多个霍尔元件的输出信号之中不产生尖峰的一定期间的输出信号，

所述第二开关电路的输出在全部期间选择输出所述多个霍尔元件的任意一个以上的输出信号。

2. 如权利要求1所述的磁传感器电路，其特征在于，

在所述第一开关电路与所述电源端子之间设置恒流源。

3. 如权利要求2所述的磁传感器电路，其特征在于，

所述恒流源对应于所述多个霍尔元件而设置，

通过所述第一开关电路，每次旋转时切换连接到所述多个霍尔元件。

4. 如权利要求1到3的任一项所述的磁传感器电路，其特征在于，

将所述霍尔元件连接到所述霍尔元件的端子，以使多个霍尔元件成为1个霍尔元件。