CN107402322B - 零交检测电路及传感器装置 - Google Patents

Abstract

【课题】提供不受噪声的影响而能够高精度地检测零交的零交检测电路。【解决方案】设为具备如下单元的结构，即该单元具备第一比较电路和具有滞后功能的第二比较电路和逻辑电路，第一比较电路输出第一输入信号和第二输入信号的零交检测结果，第二比较电路输出第一输入信号和第二输入信号的比较结果，逻辑电路基于零交检测结果和比较结果，决定是否向输出反映零交检测结果。

Description

零交检测电路及传感器装置

技术领域

本发明关于零交检测电路及传感器装置，特别关于能够基于来自传感器元件的信号正确地检测出零交点的零交检测电路。

背景技术

一直以来各种传感器装置搭载到电子设备而被有效地利用。作为一个例子，举出为了检测无刷电动机的可动元件的位置，使用磁传感器装置的例子。无刷电动机由圆筒状的定子和与该定子的内周或外周对置地设置的圆筒状的转子构成。转子以旋转轴为中心相对于定子自由旋转。在转子沿着圆周方向配置有励磁用的磁铁，在定子的定子芯卷绕有绕组，转子通过因绕组中流过电流而产生的磁场和利用励磁用的磁铁的磁场的相互作用而旋转。

为了控制转子的旋转，需要检测转子的旋转位置，作为位置检测的单元，一般使用磁传感器元件。利用磁传感器元件，通过磁铁的S极和N极的切换，即检测零交的位置，来检测转子的旋转位置。在零交检测中，研究各种为了防止零交附近的震颤（chattering）而带有滞后特性的方法。然而，因该滞后的影响而原来的零交位置和通过传感器信号检测的零交检测位置会出现偏离，发生电动机的效率下降、旋转不匀或发生振动这一问题。因而，要求在零交附近不发生震颤、且输出不带有滞后特性的零交检测电路。

在图12示出现有的零交检测电路的一个例子的电路图。现有的零交检测电路由以下部分构成：运算放大器50，对反相输入端子输入被检测信号S，作为零交检测信号fa而输出；以及比较信号作成电路51，根据零交检测信号fa作成在刚刚进行零交检测后相对于被检测信号S为正负逆电平并且电平依次变化并既定时间后为零电平的比较信号h，施加到运算放大器50的同相输入端子。比较信号作成电路51由电阻R10、R11及电容Ca构成，设定有时间常数T＝（R10＋R11）·Ca。

在图13示出这样构成的现有的零交检测电路的动作。若被检测信号S施加到运算放大器50的反相输入端子，则运算放大器50比较被检测信号S和比较信号h的各电平，并输出该比较结果即零交检测信号fa。在时刻t1中，被检测信号S为正侧电平，比较信号h为负侧电平，运算放大器50输出低电平的零交检测信号fa。从该状态经过时刻，比较信号h按照时间常数T而电平变化并成为零电平，若在时刻t2中被检测信号S零交，则运算放大器50的反相输入端子的电压从正侧的电平变为零电平，进而变化为负侧电平。由此从运算放大器50输出的零交检测信号fa在时刻t2中反转为高电平。此时，对电容器Ca施加高电平的零交检测信号fa、即＋Vdd，因此在该电容器Ca的另一端出现成为＋2Vdd的电压C。该电压C被电阻R10和R11分压，并作为比较信号h供给到运算放大器50的同相输入端子。因而，刚刚经过时刻t2后，由运算放大器50比较变化为负侧电平的被检测信号S和成为正侧电平的比较信号h。由此，即便在零交附近对被检测信号S附有噪声ns而强制零交，也通过比较信号作成电路51的作用，以使比较信号h的电平相对于被检测信号S成为正负逆电平的方式进行动作，因此从运算放大器50输出的零交检测信号fa不会因噪声ns而反转，不会发生零交的误检测。然后，关于比较信号h，其电平按照时间常数T缓慢地降低，在成为下一个零交时刻t3以前达到零电平。成为时刻t3若被检测信号S再次零交，则从运算放大器50输出的零交检测信号fa反转而成为低电平。此时，对电容器Ca施加低电平的零交检测信号fa、即电压－Vdd，因此在电容器Ca的另一端出现成为－2Vdd的电压C。该电压C被电阻R10和R11分压并作为比较信号h供给到运算放大器50的同相输入端子。以上的动作在被检测信号的正负电平每次变化时进行，从而输出零交检测信号fa。因而，即便发生噪声导致的零交，也实现不会发生误检测即震颤的零交检测信号。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开昭63－75670号公报。

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，在现有的零交检测电路中，如上所述，构成为仅在由基于电阻和电容的时间常数T决定的时间的期间，除去噪声对零交的影响，在比由时间常数T决定的时间短的时间，被检测信号S重复零交的情况下，存在不能检测出被检测信号S的零交点这一课题。由此，例如在无刷电动机的使用中，存在不能与对高速旋转的要求对应，而无刷电动机的旋转速度会被零交检测电路限速（律速）这一课题。另外，若以使时间常数T变短的方式选择电阻和电容的值，则存在不能除去噪声这一课题。由此，例如在无刷电动机中，存在零交检测电路因噪声而误输出，不能进行正确的旋转控制这一课题。

【用于解决课题的方案】

为了解决现有的这样的问题点，本发明的零交检测电路采用如下的结构。

设为具备如下单元的结构，即，该单元具备：被输入第一输入信号和第二输入信号的第一比较电路；被输入第一输入信号和第二输入信号并具有滞后功能的第二比较电路；以及逻辑电路，第一比较电路输出第一输入信号和第二输入信号的零交检测结果，第二比较电路输出第一输入信号和第二输入信号的比较结果，逻辑电路基于零交检测结果与比较结果决定输出。

【发明效果】

依据本发明的零交检测电路，能够高精度地检测所输入的信号从正到负、另外从负到正切换的零交点，且能够除去噪声对零交的影响，且能够以比较小的电路规模且简便的结构实现零交检测电路。不仅在例子中举出的无刷电动机，而且在传感器输出等一般的信号的零交点检测上能够广泛应用。

附图说明

【图1】是第1实施方式的零交检测电路的电路图。

【图2】是示出第1实施方式的零交检测电路的各要素的动作的图。

【图3】是示出第1实施方式的零交检测电路的动作的图。

【图4】是第1实施方式的零交检测电路的其他的一个例子。

【图5】是示出第1实施方式的零交检测电路的其他的一个例子的各要素的动作的图。

【图6】是第2实施方式的零交检测电路的电路图。

【图7】是第3实施方式的零交检测电路的电路图。

【图8】是将第1实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第1应用例的电路图。

【图9】是将第1实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第2应用例的电路图。

【图10】是将第2实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第3应用例的电路图。

【图11】是将第3实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第4应用例的电路图。

【图12】是现有的零交检测电路的电路图。

【图13】是示出现有的零交检测电路的动作的图。

具体实施方式

本发明的零交检测电路作为半导体电路中的零交检测电路能得到广泛利用。以下，参照附图，对本发明的零交检测电路进行说明。

＜第1实施方式＞

图1是第1实施方式的零交检测电路的电路图。第1实施方式的零交检测电路由比较电路10和比较电路11和逻辑电路20构成。

比较电路10具有两个输入端子和一个输出端子，详细而言，具有反相输入端子和同相输入端子和输出端子out0。另外，比较电路11具有两个输入端子和一个输出端子，详细而言，具有反相输入端子和同相输入端子和输出端子out1。比较电路10的反相输入端子和比较电路11的反相输入端子以输入端子N1共同连接。比较电路10的同相输入端子和比较电路11的同相输入端子以输入端子N2共同连接。在输入端子N1和输入端子N2分别被供给第一输入信号和第二输入信号。比较电路10的输出端子out0和比较电路11的输出端子out1连接到逻辑电路20。逻辑电路20以输出端子out0的信号和输出端子out1的信号为输入，从输出端子out输出逻辑运算结果。在以后的说明中，将输入端子N1、输入端子N2、输出端子out0、输出端子out1、输出端子out的各电压分别设为输入电压Vn1、输入电压Vn2、输出电压Vout0、输出电压Vout1、输出电压Vout。

接着，利用图2及图3，对第1实施方式的零交检测电路的动作进行说明。

首先，说明比较电路10的动作。比较电路10以如下方式进行动作，即在供给同相输入端子的电压高于供给反相输入端子的电压时从输出端子out0输出高电平，与此相反，在供给同相输入端子的电压低于供给反相输入端子的电压时，从输出端子out0输出低电平。在图2（a）示出该动作的详细情况。在此横轴表示输入电压Vn1与Vn2的输入电压差，纵轴表示各个输出电压。如图2（a）所示，输出电压Vout0在输入电压Vn2高于输入电压Vn1时，即，Vn2－Vn1＞0时输出高电平。与此相反，在输入电压Vn2低于输入电压Vn1时，即，Vn2－Vn1＜0时输出低电平。输出电压Vout0的从高电平到低电平的转变，以Vn2－Vn1＝0进行。另外，输出电压Vout0的从低电平到高电平的转变，同样以Vn2－Vn1＝0进行。

另外，在图3（a）及图3（b）示出输入电压差Vn2－Vn1随时间变化的情况下的比较电路10的动作。在此横轴表示时间经过，纵轴表示输入电压差或输出电压。图3（a）示出输入电压差Vn2－Vn1随时间变化的情况。输入电压差Vn2－Vn1随着时间变化能取各种值。特别是，将成为Vn2－Vn1＝0时表达为零交。图3（b）示出随着输入电压差Vn2－Vn1的时间变化而输出电压Vout0变化的情况。如图3（b）所示，输出电压Vout0在Vn2－Vn1＞0时输出高电平，在Vn2－Vn1＜0时输出低电平。在Vn2－Vn1＝0时，即，Vn1＝Vn2时输出电压Vout0检测为零交。

接着，说明比较电路11的动作。比较电路11以如下方式进行动作，即在供给同相输入端子的电压高于供给反相输入端子的电压与电压Vth1之和时从输出端子out1输出高电平，与此相反，在供给同相输入端子的电压低于供给反相输入端子的电压与电压Vth2之和时，从输出端子out1输出低电平。在图2（b）示出该动作的详细情况。如图2（b）所示，输出电压Vout1在输入电压Vn2高于输入电压Vn1与电压Vth1之和时，即，Vn2－Vn1＞Vth1时输出高电平，在输入电压Vn2低于输入电压Vn1与电压Vth2之和时，即，Vn2－Vn1＜Vth2时输出低电平。在此，电压Vth1为正值且表示正侧的滞后值，电压Vth2为负值且表示负侧的滞后值。输出电压Vout1的从高电平到低电平的转变以Vn2－Vn1＝Vth2进行。另外，输出电压Vout1的从低电平到高电平的转变以Vn2－Vn1＝Vth1进行。在Vn2－Vn1处于Vth1与Vth2之间时，响应在此之前的状态而输出高电平或低电平。即，比较电路11作为具有滞后宽度｜Vth1｜＋｜Vth2｜的比较电路而进行动作。

另外，在图3（a）及图3（c）示出输入电压差Vn2－Vn1随时间变化时的比较电路11的动作。图3（c）示出随着图3（a）所示的输入电压差Vn2－Vn1的时间变化而输出电压Vout1变化的情况。在时刻t1时，即Vn2－Vn1＞Vth1时输出电压Vout1输出高电平，其后的时间经过后也维持高电平，随着Vn2－Vn1的减少，当成为Vn2－Vn1＜Vth2时从高电平转变为低电平的输出，其后的时间经过后也维持低电平，随着Vn2－Vn1的增加，当成为Vn2－Vn1＞Vth1时从低电平转变为高电平。

接着，说明逻辑电路20的动作。逻辑电路20以响应输出电压Vout0和输出电压Vout1的逻辑状态而决定输出电压Vout的逻辑的方式进行动作。更详细而言，逻辑电路20在Vout1为高电平时，通过Vout0的从高电平到低电平的转变，使Vout从高电平转变为低电平。如果Vout原来为低电平，则Vout不变化。Vout 不会因Vout0的从低电平到高电平的转变而变化。另外，当Vout1为低电平时，通过Vout0的从低电平到高电平的转变，使Vout从低电平转变为高电平。如果Vout原来为高电平，则Vout不变化。Vout不会因Vout0的从高电平到低电平的转变而变化。利用图3来说明以上的动作。

如前述，图3（a）、（b）、（c）分别表示输入电压差Vn2－Vn1、输出电压Vout0、输出电压Vout1的时间变化。图3（d）表示输出电压Vout的时间变化。

图3（a）～（d）中，在时刻t1时，输出电压Vout0和输出电压Vout1为高电平。然后，时间经过而Vn2－Vn1减少，当零交时Vout0从高电平转变为低电平。此时，Vout1为高电平，因此逻辑电路20向Vout输出检测出Vout0的从高电平到低电平的零交。然后，时间经过，若成为Vn2－Vn1＜Vth2，则Vout1从高电平转变为低电平。然后，时间经过而Vn2－Vn1增加，当零交时Vout0从低电平转变为高电平。此时，Vout1为低电平，因此逻辑电路20向Vout输出检测出Vout0的从低电平到高电平的零交。然后，时间经过，若成为Vn2－Vn1＞Vth1，则Vout1从低电平转变为高电平。进而在其后，时间经过而在时刻t2时，成为与时刻t1相同的状态。

在时刻t2时，输出电压Vout0和输出电压Vout1为高电平。然后，时间经过而Vn2－Vn1减少，在零交时Vout0从高电平转变为低电平。此时，Vout1为高电平，因此逻辑电路20向Vout输出检测出Vout0的从高电平到低电平的零交。然后，时间经过，因噪声ns而Vn2－Vn12次零交，输出电压Vout0在从低电平转变为高电平后，进而转变为低电平。此时，Vout1为高电平，因此逻辑电路20以不会将Vout0的从低电平到高电平的转变向Vout输出的方式进行动作。因而，噪声导致的零交检测不会出现在输出端子out。进而时间经过，若成为Vn2－Vn1＜Vth2，则Vout1从高电平转变为低电平。然后，时间经过而Vn2－Vn1增加，在零交时Vout0从低电平转变为高电平。此时，Vout1为低电平，因此逻辑电路20向Vout输出检测出Vout0的从低电平到高电平的零交。然后，时间经过，因噪声ns而Vn2－Vn12次零交，输出电压Vout0在从高电平转变为低电平后，进而转变为高电平。此时，Vout1为低电平，因此以不会将Vout0的从高电平到低电平的转变向Vout输出的方式进行动作。因而，噪声导致的零交检测不会出现在输出端子out。然后，时间经过，若成为Vn2－Vn1＞Vth1，则Vout1从低电平转变为高电平。进而其后，时间经过而在时刻t3时，成为与时刻t1及时刻2相同的状态。

通过以上方式，说明了第1实施方式的零交检测电路的动作，示出了能够进行零交检测并且除去噪声对零交的影响，且能够以简便的电路结构得到高精度的零交检测结果。如果在无刷电动机使用本实施方式的零交检测电路，则能够与对高速旋转的要求对应。以往若对应高速化则成为课题的噪声导致的误输出也不会发生，而成为能够进行正确的旋转控制。

本说明中，将电压Vth1和电压Vth2作为比较电路11的滞后电压而进行了说明，但是也可以如图4的电路图及图5的动作图所示，将比较电路11分割成比较电路12和比较电路13，在比较电路12判别Vn2－Vn1是比电压Vth1大还是小，在比较电路13判别Vn2－Vn1是比电压Vth2大还是小。在此，图5（a）表示比较电路10的动作，图5（b）表示比较电路12的动作，图5（c）表示比较电路13的动作，图5（d）表示逻辑电路20的动作。

＜第2实施方式＞

图6是第2实施方式的零交检测电路的电路图。与图1所示的第1实施方式的差异点在于：删除比较电路10和比较电路11而追加比较电路14，在比较电路14与逻辑电路20之间追加闩锁电路30。追加的要素如下地构成、连接。另外因删除的要素而以下连接与第1实施方式不同。

比较电路14具有两个输入端子和一个输出端子和一个控制端子HC。详细而言，具有反相输入端子和同相输入端子和输出端子out4和滞后控制端子HC。比较电路14的反相输入端子与输入端子N1连接，比较电路14的同相输入端子与输入端子N2连接。比较电路14的滞后控制端子HC利用对滞后控制端子输入的控制信号来调整比较电路14的滞后电压。滞后控制端子HC的控制电路未图示。比较电路14的输出端子out4与闩锁电路30连接。闩锁电路30由闩锁器LT1、LT2、LT3构成，输出端子out4与闩锁器LT1、LT2、LT3的数据输入端子D连接。闩锁器LT1、LT2、LT3的数据输出端子Q分别为输出端子out0、输出端子out2、输出端子out3，与图4所示的第1实施方式同样与逻辑电路20连接。闩锁器LT1、LT2、LT3具备时钟端子C，分别通过时钟信号CK1、CK2、CK3对向数据输入端子D输入的数据进行闩锁并向数据输出端子Q输出。时钟信号CK1、CK2、CK3的控制电路未图示。关于其他的连接及结构，与第1实施方式相同。在以后的说明中，将输出端子out4的电压设为输出电压Vout4。

接着，说明第2实施方式的零交检测电路的动作。

比较电路14以利用对滞后控制端子HC输入的控制信号将第1实施方式的比较电路10和比较电路11的动作以分时进行的方式进行动作。即，若以使电压Vth1和电压Vth2成为零的方式控制比较电路14，则比较电路14与比较电路10同样地进行动作，若以使电压Vth1和电压Vth2不成为零的方式进行控制，则比较电路14与比较电路12或比较电路13同样地进行动作。关于进行这样的动作的比较电路，由于是众所周知的技术，所以省略说明。在比较电路14与比较电路10同样地被控制的状态下，若通过时钟信号CK1以闩锁器LT1闩锁比较电路14的输出电压Vout4，则输出电压Vout0成为与在图5（a）及图3（b）所示的Vout0同样的输出电压。在比较电路14与比较电路12、比较电路13同样地被控制的状态下，若通过时钟信号CK2、CK3以闩锁器LT2、LT3闩锁比较电路14的输出电压Vout4，则输出电压Vout1成为与在图5（b）、（c）及图3（c）所示的Vout1同样的输出电压。逻辑电路20的动作与第1实施方式同样，输出电压Vout能够进行零交检测，并且除去噪声对零交的影响。

第2实施方式中，使比较电路14分时动作，因此动作速度相对于第1实施方式会变慢，但是减少比较电路的数量，从而具有减小电路规模这一优点。

通过以上方式，说明了第2实施方式的零交检测电路的动作，并与第1实施方式同样，示出了能够进行零交检测，并且除去噪声对零交的影响，能够以简便的电路结构得到高精度的零交检测结果。

＜第3实施方式＞

图7为第3实施方式的零交检测电路的电路图。与图6所示的第2实施方式的差异点在于：删除比较电路14而追加比较电路15，在输入端子N2与比较电路15的同相输入端子之间追加了滞后发生电路40。追加的要素如下地构成、连接。另外因删除的要素而以下连接与第2实施方式不同。

比较电路15具有两个输入端子和一个输出端子，详细而言，具有反相输入端子和同相输入端子和输出端子out5。比较电路15的反相输入端子与输入端子N1连接，比较电路15的同相输入端子与滞后发生电路40的输出端子连接。在滞后发生电路40的输入端子连接有输入端子N2。比较电路15的输出端子out5与闩锁电路30连接。滞后发生电路40具备滞后控制端子HC，通过控制信号来调整滞后电压。滞后控制端子HC的控制电路未图示。关于其他的连接及结构，与第2实施方式相同。在以后的说明中，将比较电路15的同相输入端子与滞后发生电路40的输出端子的连接点设为N2’，将连接点N2’的电压设为Vn2’，将输出端子out5的电压设为输出电压Vout5。

接着，说明第3实施方式的零交检测电路的动作。

比较电路15与第1实施方式的比较电路10同样地进行动作。即，比较电路15以如下方式进行动作，即在供给同相输入端子的电压高于供给反相输入端子的电压时从输出端子out5输出高电平，与此相反，在供给同相输入端子的电压低于供给反相输入端子的电压时，从输出端子out5输出低电平。滞后发生电路40以如下方式进行动作，即根据滞后控制端子HC的控制状态切换为是将输入电压原状输出、还是相加正值的电压Vth1后输出、还是相加负值的电压Vth2后输出。即，控制滞后发生电路40的输出电压，以成为Vn2’＝Vn2或Vn2’＝Vn2＋Vth1或Vn2’＝Vn2＋Vth2的任一种。关于进行这样的动作的滞后发生电路是众所周知的技术，例如，能够通过电阻及恒流源及开关元件来实现。

在以成为Vn2’＝Vn2的方式控制滞后发生电路40的输出电压的状态下，比较电路15会比较输入同相输入端子的电压Vn2’＝Vn2与输入反相输入端子的电压Vn1。因而，会进行与第1实施方式的比较电路10同样的动作。若在该控制状态下通过时钟信号CK1以闩锁器LT1闩锁比较电路15的输出电压Vout5，则输出电压Vout0成为与在图5（a）及图3（b）所示的Vout0同样的输出电压。

另外，在以成为Vn2’＝Vn2＋Vth1的方式控制滞后发生电路40的输出电压的状态下，比较电路15会比较输入同相输入端子的电压Vn2’＝Vn2＋Vth1与输入反相输入端子的电压Vn1，在以成为Vn2’＝Vn2＋Vth2的方式控制滞后发生电路40的输出电压的状态下，比较电路15会比较输入同相输入端子的电压Vn2’＝Vn2＋Vth2与输入反相输入端子的电压Vn1。因而，会进行与第1实施方式的比较电路12和13同样的动作。若在该控制状态下通过时钟信号CK2、CK3以闩锁器LT2、LT3闩锁比较电路15的输出电压Vout5，则输出电压Vout1成为与在图5（b）、（c）及图3（c）所示的Vout1同样的输出电压。逻辑电路20的动作与第1及第2实施方式同样，输出电压Vout能够进行零交检测，并且除去噪声对零交的影响。

第3实施方式中，使滞后发生电路40切换而进行动作，因此与第2实施方式同样，动作速度相对于第1实施方式变慢，但是减少比较电路的数量，从而具有减小电路规模这一优点。

通过以上方式，说明了第3实施方式的零交检测电路的动作，并与第1及第2实施方式同样，示出了能够进行零交检测，并且除去噪声对零交的影响，能够以简便的电路结构得到高精度的零交检测结果。

本说明中，为了方便说明，设为对输入端子N2侧相加电压，但是，也可以对输入端子N1侧相加电压，另外也可以对输入端子N1和输入端子N2双方相加电压。

另外，在第2及第3实施方式的说明中，作为保持比较电路的输出电压的电路示出了闩锁电路，但是如果为进行取得数据的动作的结构，就未必局限于该结构。

另外，在第1、第2及第3实施方式的说明中，说明了根据输出电压Vout1的高电平或低电平的逻辑状态，选择是否向电压Vout输出输出电压Vout0的动作，但是未必局限于此，也可以设为如下动作，即通过输出电压Vout1的逻辑状态，以输出Vout0的变化定时控制输出电压Vout。另外，也可以设为如下动作，即在输出电压Vout1为高电平的情况下向Vout仅输出一次Vout0的从高电平到低电平的转变，而在输出电压Vout1为低电平的情况下向Vout仅输出一次Vout0的从低电平到高电平的转变。另外，为了方便说明，响应动作状态而明确记载了各输出电压的高电平和低电平，但是高电平和低电平可以相反，另外也可以使高电平和低电平的组合不同。另外，本说明中，作为比较电路的滞后电压说明了电压Vth1和电压Vth2，但是，只要为进行本说明内记载的比较电路的动作的结构，就未必局限于该结构。作为一个例子，也可以不使比较电路的内部带有滞后电压，而设为向比较电路供给基准电压，调整输出电压Vout1的反转电平的结构。另外，关于电压Vth1和电压Vth2，设为如图3（a）所示那样不随时间变化的恒定的电压而进行了说明，但是，例如因电源电压或温度等的周围环境而噪声的大小变化的情况下，电压Vth1或电压Vth2也可以可变地控制，而不是恒定的电压。另外，关于比较电路10的滞后宽度没有特别提及，而以零为前提进行了说明，但是，在实际的电路中，因为存在非理想成分，所以滞后宽度未必成为零，存在具有微小的值的情况。即便在此情况下，也不会损失本发明的效果。另外实际电路中，为了除去电源电压的变动等导致的噪声，也可以使比较电路10带有极小振幅的滞后功能，或者也可以设置时间上的滞后功能，或者也可以通过对比较电路10的输出多次采样而设置数字的过滤器。另外，在本说明中，为了方便说明，作为输入信号特别着眼于电压而进行了说明，但是输入信号也可为电流这一点是明确的。

＜本发明的零交检测电路的应用例＞

图8是将本发明的第1实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第1应用例的电路图。作为磁电转换元件的霍尔元件1a的信号，从端子Ba和端子Da输入差动放大器2a，差动放大器2a对它进行放大，差动放大器2a的输出与本发明的零交检测电路的输入端子N1、输入端子N2连接。在此，将端子Ba和端子Da的电压分别设为VBa、VDa，将霍尔元件1a的信号电压设为VDa－VBa，将差动放大器2a的放大率设为G。

霍尔元件1a的信号电压VDa－VBa，根据流过霍尔元件1a的电流方向、和所施加的磁场方向，按照弗来明左手定律，改变其大小和符号。若假设磁场从纸面的跟前向里面的方向施加的情况下的信号电压VDa－VBa的符号为正，则磁场从纸面的里面向跟前的方向施加的情况下信号电压VDa－VBa的符号为负。另外，所施加的磁场越大，信号电压VDa－VBa的大小变得越大。另外，在霍尔元件1a的补偿（offset）电压为零的理想情况下，对霍尔元件1a施加的磁场为零的情况下的信号电压VDa－VBa为零。霍尔元件1a的信号电压被差动放大器2a放大，成为

Vn2－Vn1＝G×（VDa－VBa） （1）。

因而，Vn2－Vn1响应施加在霍尔元件1a的磁场，取正或负或零的值。即，通过本发明的第1实施方式的零交检测电路的动作，能够高精度地检测施加在霍尔元件1a的磁场的零交点，而不会因噪声而误动作。若进行其他的表达，则在检测搭载了本发明的第1实施方式的零交检测电路的传感器装置与磁铁的相对的位置关系的用途中，能够高精度地检测因相对位置的变化而施加到传感器装置的磁场从S极切换为N极的点、或从N极切换到S极的点。因而本发明的应用例适合于在需要高精度地检测转子的旋转位置的无刷电动机中的使用或在编码器中的使用。能够与对高速旋转的要求对应，以往若对应高速化则成为课题的噪声导致的误输出也不会发生，而能够进行正确的旋转控制。

图9是将本发明的第1实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第2应用例的电路图。霍尔元件1b和差动放大电路2b的连接的结构，与第1应用例的霍尔元件1a和差动放大电路2a的连接的结构同样。另外霍尔元件1c和差动放大电路2c的连接的结构也与第1应用例的霍尔元件1a和差动放大电路2a的连接的结构同样。相对于差动放大电路2a为差动输出，差动放大电路2b及2c以单端输出。作为磁电转换元件的霍尔元件1b的信号，从端子Bb和端子Db输入差动放大器2b，差动放大器2b对它进行放大，差动放大器2b的输出与本发明的零交检测电路的输入端子N1连接。另外，作为磁电转换元件的霍尔元件1c的信号，从端子Bc和端子Dc输入差动放大器2c，差动放大器2c对它进行放大，差动放大器2c的输出与本发明的零交检测电路的输入端子N2连接。在此，将端子Bb、Db、Bc、Dc的各电压分别设为VBb、VDb、VBc、VDc，将霍尔元件1b及1c的信号电压分别设为VDb－VBb、VDc－VBc，将差动放大器2b及2c的放大率均设为G。这样，供给输入端子N1的输入电压Vn1和供给输入端子N2的输入电压Vn2成为如下。

Vn1＝G×（VDb－VBb） （2）

Vn2＝G×（VDc－VBc） （3）

由式（2）和式（3）得到下式。

Vn2－Vn1＝G×｛（VDc－VBc）－（VDb－VBb）｝ （4）

因此，Vn2－Vn1响应施加到霍尔元件1b和霍尔元件1c的磁场，取正或负或零的值。即，通过本发明的第1实施方式的零交检测电路的动作，能够高精度地检测施加到霍尔元件1b和霍尔元件1c的磁场之差的零交点，而不会因噪声而误动作。即，在两个传感器元件的信号相等的情况下输出零交检测，能够辨别两个传感器元件的哪一个的信号大而输出。本应用例适合例如在产生偏置磁场的磁铁与由铁等的金属或磁性体构成的齿轮之间配置磁传感器装置，以磁传感器装置检测齿轮的旋转的用途。

本说明中，为了方便说明，设为差动放大电路2b及2c以单端输出，但是也可以为了谋求提高抗噪声性而设为差动输出。另外，说明了霍尔元件为两个的情况，但是也可以多于两个。例如，也可以生成两个霍尔元件的差分信号1和不同于它的两个霍尔元件的差分信号2，检测差分信号1和差分信号2的零交。

图10是将本发明的第2实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第3应用例的电路图。霍尔元件1a和差动放大电路2a的连接的结构，与第1应用例的霍尔元件1a和差动放大电路2a的连接的结构同样。作为磁电转换元件的霍尔元件1a的信号，从端子Ba和端子Da输入差动放大器2a，差动放大器2a对它进行放大，差动放大器2a的输出与本发明的零交检测电路的输入端子N1、输入端子N2连接。与第1应用例情况同样，Vn2－Vn1响应施加于霍尔元件1a的磁场，取正或负或零的值。即，通过本发明的第2实施方式的零交检测电路的动作，能够高精度地检测施加于霍尔元件1a的磁场的零交点，而不会因噪声而误动作。

图11是将本发明的第3实施方式的零交检测电路应用于磁传感器装置的第4应用例的电路图。与图10的第3应用例的差异点在于：取代第2实施方式而适用第3实施方式，具体而言，差异点在于：删除比较电路14而追加比较电路15，在输入端子N2与比较电路15的同相输入端子之间追加滞后发生电路40。省略了滞后发生电路40的滞后控制端子HC。关于其他的连接及结构，与第3应用例相同。

作为磁电转换元件的霍尔元件1a的信号，被从端子Ba和端子Da输入差动放大器2a，差动放大器2a对它进行放大，差动放大器2a的输出与本发明的零交检测电路的输入端子N1、输入端子N2连接。与第1及第2应用例的情况同样，Vn2－Vn1响应施加于霍尔元件1a的磁场，取正或负或零的值。即，通过本发明的第3实施方式的零交检测电路的动作，能够高精度地检测施加于霍尔元件1a的磁场的零交点，而不会因噪声而误动作。

本说明中，为了方便说明，在差动放大器2a与比较电路15之间连接有滞后发生电路40，但是也可以在更靠近信号源一侧连接滞后发生电路40。具体而言，也可以在霍尔元件1a与差动放大器2a之间连接滞后发生电路40。一般而言，霍尔元件具有电阻分量，因此滞后发生电路40不需要电阻。因此，作为一个例子，滞后发生电路40能够仅由恒流源和开关元件构成，具有不仅有助于小型化，而且通过使恒流的值与霍尔元件的电阻值联动，能够减小温度导致的特性偏移等的优点。

在图8～11示出将本发明的零交检测电路应用于磁传感器装置的例子。本说明中，为了说明而示出了具体的例子，但是未必局限于该结构或传感器元件，可在半导体电路及传感器电路中广泛应用。这即便对于第1、第2、第3实施方式的零交检测电路的情况也同样。作为一个例子，也可以与消除作为磁电转换元件的霍尔元件的非理想成分即补偿电压的旋转电流电路组合，另外也可以与削除差动放大器或比较电路的非理想成分即补偿电压的斩波（chopping）动作或自动零动作的电路等组合。在此，与旋转电流电路、或斩波动作或自动零动作的电路等组合的情况下，不是连续时间的信号处理而成为离散时间的信号处理，因此通过组合电路运算出比较电路10～15各自的输出并从输出端子out输出是并不优选的。如第2或第3实施方式所示，与闩锁电路等的顺序电路组合是适宜的。另外除了磁电转换元件以外，也可为称作温度传感器元件、加速度传感器元件、压力传感器元件的传感器元件的零交检测电路。

【标号说明】

10、11、12、13、14、15 比较电路；20 逻辑电路；30 闩锁电路；40 滞后发生电路；1a、1b、1c 霍尔元件；2a、2b、2c 差动放大电路。

Claims (9)

1.一种零交检测电路，其特征在于具备：

被输入第一输入信号和第二输入信号的第一比较电路；

被输入所述第一输入信号和所述第二输入信号并具有滞后功能的第二比较电路；以及

逻辑电路，

所述第一比较电路输出所述第一输入信号与所述第二输入信号的第一比较结果，

所述第二比较电路输出所述第一输入信号与所述第二输入信号的第二比较结果，

所述逻辑电路，

在所述第二比较结果为第一电平且所述逻辑电路的输出为第一输出电平的第一条件时，因所述第一比较结果从第一电平到第二电平的转变而所述逻辑电路的输出向第二输出电平转变；

在所述第二比较结果为第二电平且所述逻辑电路的输出为第二输出电平的第二条件时，因所述第一比较结果从第二电平到第一电平的转变而所述逻辑电路的输出向第一输出电平转变；

在所述第一条件及所述第二条件以外，所述逻辑电路的输出不变。

2.如权利要求1所述的零交检测电路，其特征在于：所述第一比较电路具有滞后功能，该滞后功能的滞后宽度小于所述第二比较电路的所述滞后功能的滞后宽度。

3.如权利要求1或2所述的零交检测电路，其特征在于：

所述第一比较电路和所述第二比较电路由同一比较电路构成，

所述零交检测电路具备切换所述第一比较电路和所述第二比较电路的动作状态的单元。

4.如权利要求1或2所述的零交检测电路，其特征在于：

所述第一比较电路和所述第二比较电路由同一比较电路构成，

所述零交检测电路具备对相加到所述第一输入信号和所述第二输入信号的一方或双方的信号的电压进行切换的电压相加单元。

5.如权利要求1或2所述的零交检测电路，其特征在于：所述第一输入信号及所述第二输入信号为电压。

6.如权利要求1或2所述的零交检测电路，其特征在于：所述第一输入信号及所述第二输入信号为电流。

7.一种零交检测电路，其特征在于具备：

比较电路，其被输入第一输入信号和第二输入信号，并以这样的方式进行动作：将输出所述第一输入信号和所述第二输入信号的第一比较结果、和利用滞后功能来输出所述第一输入信号和所述第二输入信号的第二比较结果分时进行；

闩锁电路，其具有多个闩锁器，且该多个闩锁器分别通过时钟信号对来自所述比较电路的数据进行闩锁并向数据输出端子输出；以及

逻辑电路，其与所述数据输出端子连接，

所述第一输入信号及所述第二输入信号均为电压或电流，

所述逻辑电路，

在所述第二比较结果为第一电平且所述逻辑电路的输出为第一输出电平的第一条件时，因所述第一比较结果从第一电平到第二电平的转变而所述逻辑电路的输出向第二输出电平转变；

在所述第二比较结果为第二电平且所述逻辑电路的输出为第二输出电平的第二条件时，因所述第一比较结果从第二电平到第一电平的转变而所述逻辑电路的输出向第一输出电平转变；

在所述第一条件及所述第二条件以外，所述逻辑电路的输出不变。

8.一种传感器装置，其特征在于具备：

根据所施加的物理量的强度而输出信号的传感器元件；以及

进行所述传感器元件输出的信号的零交检测的权利要求1或7所述的零交检测电路。

9.如权利要求8所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一输入信号为第一传感器元件的输出信号，

所述第二输入信号为第二传感器元件的输出信号。

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