CN1932541A

CN1932541A - 磁传感器的信号检测电路

Info

Publication number: CN1932541A
Application number: CNA2006101015599A
Authority: CN
Inventors: 小林一行; 金田安弘; 铃木达也
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: JP2007078423A; EP1762859A2; KR100804390B1; EP1762859B1; US20070057670A1; JP4856916B2; EP1762859A3; DE602006019676D1; CN1932541B; TWI293124B; KR20070030136A; TW200710420A; US7652472B2

Abstract

本发明提供一种具有高精度与稳定性，制造偏差较小且能够小型化的磁传感器的信号检测电路。磁传感器的信号检测电路具有：被输入磁传感器(11)的检测线圈(113)的输出电压的差动放大器(33)；被输入差动放大器(33)的输出的磁滞比较器(34)；以及根据磁滞比较器(34)所输出的数字信号，对在分别输出了输出电压中所含有的相邻的两个尖峰状电压间中的时钟的脉冲数进行计数的计数器(35)。

Description

磁传感器的信号检测电路

技术领域

本发明涉及一种磁传感器的信号检测电路，特别是一种用来提供具有高精度与稳定性的磁传感器的信号检测电路的技术。

背景技术

有一种公知的所谓的磁通量闸门磁力计，其通过给缠绕在软磁性铁心(core)上的励磁线圈输入周期的驱动信号，让磁通量周期性饱和，根据对应于作为测定对象的外部磁场之大小进行变化的饱和时间间隔，来测定外部磁场的强度。磁通量闸门磁力计，作为磁力计具有各种优秀的特征：(1)灵敏度以及磁场分辨率较高、(2)能够测定微弱的磁场、(3)测定范围广、(4)与其他方式的磁力计相比温度稳定性较好、(5)对输入磁场的直线性高。

作为这样的磁通量闸门磁力计之一例，专利文献1中公开了一种磁力计，其具有通过加载给励磁线圈的交流信号的通电，将磁检测材料所构成的环形铁心励磁到饱和磁场的区域，利用环形铁心中所激励的饱和磁通量密度的对称性，来测量磁通量密度的磁传感器。另外，专利文献2中公开了一种通过振荡器给在铁心中缠绕励磁线圈与检测线圈所构成的磁通量闸门的励磁线圈加载激励电流，通过同步整流电路对检测线圈的输出进行同步整流并输出的磁力计。最近还期待应用于便携式指南针用磁传感器等小型机器中。

但是，磁通量闸门磁力计的磁传感器的对检测线圈的输出电压进行检测的信号检测电路，需要高精度与稳定性。另外，在对多个空间轴方向进行磁场测定等情况下，通常将多个磁通量闸门磁力计并用，各个磁通量闸门磁力计要求在批量生产时制造偏差较小。进而在应用于小型机器时，要求部件数目较少，在集成化时不占芯片面积。

【专利文献1】特开2005-147947号公报

【专利文献2】特开平8-285929号公报

【专利文献3】特开2005-61969号公报

发明内容

本发明鉴于以上问题，目的在于提供一种具有高精度与稳定性，制造偏差较小且能够小型化的磁传感器的信号检测电路。

用来实现上述目的的本发明中的主要发明，是一种磁传感器的信号检测电路，其特征在于，具有：被加载了磁传感器的检测线圈的输出电压的差动放大器；比较器，其被输入上述差动放大器的输出，输出在分别输出了上述输出电压中所含有的相邻的两个尖峰状电压之间，取得一方逻辑值的数字信号；以及计数器，其在上述比较器的输出取得一方逻辑值的期间中，计数时钟的脉冲数。

这样，本发明的磁传感器的信号检测电路，通过计数器对时钟的脉冲数进行计数，数字地测定检测线圈的输出电压中所含有的相邻的两个尖峰状电压的时间间隔，因此能够进行高精度的磁场测定。另外，通过使用计数器来代替模拟电路，还能够在短时间内进行测定。另外，由于磁传感器的输出电压立刻被磁滞比较器所数字化，因此很难受到温度或噪声的影响。另外，输出电压的放大由差动放大器进行，因此共态噪声(コモンモ一ドノイズ)的影响也较少。

另外，本发明中的另一个主要发明之一，是一种根据权利要求1所述的磁传感器的信号检测电路，具有与多个上述检测线圈相连接，选择成为检测对象的上述检测线圈的开关电路。

这样，通过由开关适当选择成为适当检测对象的检测线圈，多个检测线圈的输出电压的处理能够由同一个信号检测电路来进行，抑制了测定时的偏差。另外，还能够削减信号检测电路的零部件数目与芯片面积。

通过本发明，能够提供一种具有高精度与稳定性，制造偏差较小且能够小型化的磁传感器的信号检测电路。

附图说明

图1为表示作为本发明的一实施方式进行说明的磁通量闸门磁力计1之结构的图。

图2为表示作为本发明的一实施方式进行说明的磁通量闸门磁力计1之动作的时序图。

图3为表示作为本发明的一实施方式进行说明的SC积分器80之一例的图。

图4(a)、(b)为表示生成驱动信号的升压期间中的信号时SC积分器80的开关SW1～SW4之状态的图。

图5(a)、(b)为表示生成驱动信号的降压期间中的信号时SC积分器80的开关SW1～SW4之状态的图。

图6(a)、(b)为通过SC积分器80所生成的驱动信号之一例。

图中：1-磁通量闸门磁力计，11、12、13-磁传感器，111、121、131-磁性体铁心，112、122、132-励磁线圈，113、123、133-检测线圈，21-励磁侧开关电路，22-同相放大器，23-反相放大器，24-D/A变换器，25-DAC控制块，31-检测侧开关电路，32-电压调整电路，33-差动放大器，34-磁滞比较器，35-计数器，41-控制电路，411-存储器，51-控制线，61-总线，71-微型计算机。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式详细进行说明。图1中示出了作为本发明的一实施方式进行说明的磁通量闸门磁力计之构成。图中所示的磁通量闸门磁力计1具有对应X轴、Y轴、Z轴的各个轴的3个磁传感器11、12、13。这些磁传感器11、12、13通过在纳米(ナノ)结晶软磁性材料等软磁性材料所构成的磁性体铁心111、121、131上缠绕励磁线圈112、122、132以及检测线圈113、123、133而构成。励磁线圈112、122、132，由包含有励磁侧开关电路21、同相放大器22、反相放大器23、D/A变换器24、以及控制D/A变换器24的动作的控制逻辑(以下称作DAC控制逻辑25)所构成的励磁线圈驱动电路驱动。另外，检测线圈113、123、133的输出电压，由信号检测电路来处理，该信号检测电路包含有检测侧开关电路31、将输出电压调节为给定电压电平的电压调整电路32、放大输出电压的差动放大器33、在输出电压中所含有的两个尖峰(spike)状电压间的期间中输出低(LOW)电平的数字信号的磁滞比较器34、以及对磁滞比较器34所输出的数字信号为低电平的期间中的时钟信号的脉冲数进行计数的计数器35。

控制电路41控制DAC控制逻辑25。控制电路41接收计数器35所输入的计数值，并将其存储在内部的存储器411中。控制电路41中连接有励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31的控制线51，控制电路41通过控制线51对开关21以及开关31的接通断开进行控制。控制电路41经总线61与微型计算机71(外部装置)可通信连接，将存储器411中所存储的计数值适当发送给微型计算机71。

图2为表示本实施方式的磁通量闸门磁力计1之动作的时序图。下面根据该图中所示的时序图，对磁通量闸门磁力计1的动作进行说明。另外，以下的说明中，将励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31的所有接点预先设为打开(断开)。

如图2所示，首先从微型计算机71经总线61给控制电路41输入测定开始信号(t1)。输入了测定开始信号之后，控制电路41接下来输出用来将励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31与X轴的接点接通的信号(以下称作X轴选择信号)(t2)。输入了X轴选择信号之后，励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31，将用来测定X轴方向的磁场的磁传感器11的励磁线圈112以及检测线圈113的接点接通。这样，通过励磁侧开关电路21来选择加载后述的驱动信号P以及驱动信号N的励磁线圈112、122、132。

接下来，控制电路41给DAC控制逻辑25输出驱动开始使能(enable)信号(t3)。DAC控制逻辑25被输入了驱动开始使能信号之后，给D/A变换器24输入DAC数据。具体地说，首先输入倒计(down count)数据作为DAC数据(t4～t5)。通过倒计数据，将用来防止励磁线圈112中产生给同相放大器22以及反相放大器23等电路元件带来损伤的高压反电动势的信号，在即将到后述的升压期间之前加载。接下来，DAC控制逻辑25将正计(up count)数据作为DAC数据输出给D/A变换器24(t5)。通过这样，从D/A变换器24输出三角波的升压期间的信号(t5～t8)。

接下来，DAC控制逻辑25在t8中停止对D/A变换器24的正计数据的输出，此次输出倒计数据。通过这样，从D/A变换器24输出三角波的降压期间的信号(t8～t11)。接下来，DAC控制逻辑25在t11中停止对D/A变换器24的倒计数据的输出，输出正计数据。通过该倒计数据，将用来防止励磁线圈中产生给同相放大器22以及反相放大器23等电路元件带来损伤的高压反电动势的信号，在上述降压期间之后立刻加载。

D/A变换器24的驱动信号，供给给同相放大器22的同相输入端子。D/A变换器24的Vref信号供给给反相放大器23的同相输入端子。同相放大器22的反相输入端子中，被负反馈同相放大器22的输出。另外，反相放大器23的反相输入端子，被输入了同相放大器22的输出。通过这样，从同相放大器22输出将D/A变换器24的输出信号进行了放大的图2中通过实线所示的信号(以下称作驱动信号P)，另外，从反相放大器23输出将驱动信号P的振幅进行了反相的图2中通过虚线所示的信号(以下称作驱动信号N)。

同相放大器22所输出的驱动信号P，加载给励磁线圈112的两个端子中之一。另外，从反相放大器23所输出的驱动信号N，加载给励磁线圈112的两个端子中的另一端。因此，励磁线圈112中被加载了驱动信号P与驱动信号N的差分电压(以下将该电压称作励磁电压)。

如图2所示，检测线圈113的端子间所产生的尖峰状电压(t7、t10)，是基于磁传感器11的B-H曲线(B：磁通密度，H：磁场)中的非饱和区间中所生成的电动势的电压。t7、t10中的两个尖峰状电压的时间间隔(Tx)，对应于磁传感器11中所加载的外部磁场ΔH进行变化。也即，通过测定输出两个尖峰状电压的时间间隔(Tx)，能够得到关于外部磁场ΔH的强度等的信息。

检测线圈113中所产生的尖峰状电压，通过电压调整电路32变换成了给定的电平之后，输入给差动放大器33并放大。由差动放大器33放大过的输出电压，输入给磁滞比较器34。

磁滞比较器34，输出在输出电压中所含有的相邻的尖峰状电压所夹持的期间中为低电平，在此外的期间中为高(High)电平的数字信号。初始状态中，磁滞比较器34输出高电平。之后，磁滞比较器34在被输入了因t6中的励磁电压的极性反相所引起的尖峰状电压时，开始低电平的输出(t7)。另外，磁滞比较器34，在被输入了因t9中的励磁电压的极性反相所引起的尖峰状电压时，将输出切换成高电平(t10)。

磁滞比较器34所输出的数字信号，输入给计数器35。计数器35中被输入了时钟信号，计数器35对磁滞比较器34所输出的数字信号变为低电平的期间中的时钟信号的脉冲数进行计数。数字信号变为高电平，结束了脉冲数的计数之后，计数器35将计数值输出给控制电路41。控制电路41将所输入的计数值存储在存储器411中。

接下来，控制电路41将输入给DAC控制逻辑25的驱动开始使能信号截止(t13)。另外，控制电路41停止对励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31的X轴选择信号的输入(t14)。通过这样，将用来测定X轴方向的磁场的磁传感器11的励磁线圈112以及检测线圈113的接点断开。

接下来，控制电路41输出用来将励磁侧开关电路21以及检测侧开关电路31与Y轴的接点接通的信号(以下称作Y轴选择信号)(t15)。通过这样开始对Y轴的处理。另外，t15～t16的期间中所进行的对Y轴的处理，与X轴的情况一样进行。另外，t17～t18的期间中所进行的对Z轴的处理，也与X轴的情况一样进行。

通过以上操作将对X轴、Y轴、Z轴的计数值存储到存储器411中之后，接下来，控制电路41将通知计数值的写入完成的中断信号，发送给微型计算机71(t19)。微型计算机71接收到中断信号之后，向控制电路41发送读出请求。通过这样，由微型计算机71读出存储在控制电路41的存储器411中的分别关于X轴、Y轴、Z轴的计数值(t20)。另外，微型计算机71所读出的计数值，提供给外部磁场ΔH的强度测定等用途。

但是，以上所说明的结构所构成的本实施方式的磁通量闸门磁力计1，由称作DAC控制逻辑25以及D/A变换器24的数字电路生成用来驱动励磁线圈112、122、132的信号。因此，与使用模拟电路的情况相比，很难受到温度等的影响，能够生成高精度且稳定的驱动信号。另外，通过使用数字电路还能够抑制造偏差。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1中，多个励磁线圈112、122、132由同一个D/A变换器24驱动。因此能够给励磁线圈112、122、132分别加载均匀的励磁电压，抑制输出的偏差。另外，通过让电路共通化，在集成化时还能够削减零部件的数目以及芯片面积。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1，通过使用数字电路，能够让驱动信号的升压期间(t5～t8)与降压期间(t8～t11)的长度高精度一致，从而能够提高测定精度。不需要例如为了对时间间隔(Tx、Ty、Tz)中所含有的误差的测定间隔的影响进行修正，而测定驱动信号全体的长度的电路等在模拟电路的情况下必需的电路，通过这样，能够实现小型且低消耗功率的磁通量闸门磁力计1。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1，通过计数器35对时钟信号的脉冲数进行计数，来测定两个尖峰状电压的时间间隔(Tx、Ty、Tz)，因此与使用模拟电路的情况相比，能够进行高精度的测定。另外在通过模拟电路进行时间间隔(Tx、Ty、Tz)的测定的情况下，通常在集成化时需要芯片占有面积较大的A/D变换器，但由于使用芯片占有面积较小的计数器35，而能够实现小型的磁通量闸门磁力计1。

另外，在通过相位检波与滤波的组合进行时间间隔(Tx、Ty、Tz)的测定的通常方法中，为了提高测定值的精确度需要积分器，很难缩短测定时间，但通过使用计数器35能够在短时间内进行测定。另外，这样还抑制了消耗电流。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1中，通过磁滞比较器33将检测线圈113、123、133的输出电压在早期数字化，因此很难受到温度或噪声的影响。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1中，对多个检测线圈113、123、133的输出电压的处理，通过同一个差动放大器33以及同一个磁滞比较器34来进行，因此各个检测线圈113、123、133间的测定值的偏差较小。另外，通过像这样使用同一个电路来进行检测线圈113、123、133的输出电压的处理，在集成化时能够削减零部件数目与芯片面积。

另外，本实施方式的磁通量闸门磁力计1中，输出电压的放大使用差动放大器33，因此共态噪声(コモンモ一ドノイズ)的混入较少。另外，检测线圈113、123、133均没有接地，通过这样也能够抑制共态噪声的混入。

以上，对本发明的一实施方式进行了详细说明，但以上的实施方式的说明仅仅用来让本发明容易理解，而并不对本发明进行限定。本发明能够在不脱离其要点的范围内进行变更、改良，同时本发明还包括其等价物。例如，可以在D/A变换器24的后段设置低通滤波器，将D/A变换器24所输出的驱动信号平滑化。

另外，驱动信号的生成，还可以代替D/A变换器24，例如通过图3中所示的结构所组成的SC(开关电容器)积分器来生成。如图所示的SC积分器80，由4个开关SW1～SW4、电容器C1、以及使用运算放大器的积分电路81构成。开关SW1、电容器C1、以及SW4按顺序串联起来，SW1与直流电源Vin相连接，SW4的输出输入给构成积分电路81的运算放大器的反相输入端子。开关SW1与电容器C1之间，连接有一端接地的开关SW2。电容器C1与开关SW4之间，连接有一端接地的开关SW3。

在通过图3的SC积分器80生成在由三角波所构成的驱动信号的升压期间中的信号的情况下，开关SW1～SW4以一定间隔Δt₁进行接通断开(爬行(crawl)驱动方式)，交互变为图4(a)、(b)所示的状态。通过这样，如图6(a)所示，能够得到以一定的斜率阶梯状升压的驱动信号。另外，在生成驱动信号的降压期间中的信号的情况下，开关SW1～SW4以一定间隔Δt₂进行接通断开(蝶形驱动方式)，交互变为图5(a)、(b)所示的状态。通过这样，如图6(b)所示，能够得到以一定的斜率阶梯状降压的驱动信号。另外，SC积分器80所输出的驱动信号，从低通滤波器中通过并被平滑化，从而能够得到直线状的驱动信号。

上述SC积分器80中，能够使用公知的数字电路让Δt₁与Δt₂准确地一致，从而能够生成升压期间与降压期间的斜率高精度一致的准确的三角波。因此，即使在使用SC积分器80的情况下，也和D/A变换器24的情况相同，能够实现一种可高精度进行磁场测定的磁通量闸门型磁力计1。

Claims

1.一种磁传感器的信号检测电路，其特征在于，具有：

被加载了磁传感器的检测线圈的输出电压的差动放大器；

比较器，其被输入所述差动放大器的输出，输出在分别输出了所述输出电压中所含有的相邻的两个尖峰状电压之间，取得一方逻辑值的数字信号；以及

计数器，其在所述比较器的输出取得一方逻辑值的期间中，对时钟的脉冲数进行计数。

2.如权利要求1所述的磁传感器的信号检测电路，其特征在于，

具有与外部装置可通信连接的、包含有存储器的控制电路，

所述计数器将所述脉冲数的计数值输出给所述控制电路，

所述控制电路将所述计数值存储在所述存储器中。

3.如权利要求1所述的磁传感器的信号检测电路，其特征在于，

具有与多个所述检测线圈相连接、选择成为检测对象的所述检测线圈的开关电路。

4.如权利要求2所述的磁传感器的信号检测电路，其特征在于，

具有与多个所述检测线圈相连接、选择成为检测对象的所述检测线圈的开关电路，

所述控制电路，将用来选择所述检测线圈中之一的选择信号输出给所述开关电路，

所述开关电路，对应于所输入的所述选择信号，选择成为检测对象的所述检测线圈。

5.如权利要求2所述的磁传感器的信号检测电路，其特征在于，

所述控制电路存储所述计数值之后，将表示该意思的信号发送给所述外部装置，

所述控制电路，对应于来自所述外部装置的请求，将所述计数值发送给所述外部装置。

6.一种磁传感器的信号检测电路，其特征在于，

具有：励磁线圈驱动电路；

被加载了磁传感器的检测线圈的输出电压的差动放大器；

比较器，其被输入所述差动放大器的输出，输出在分别输出了所述输出电压中所含有的相邻的两个尖峰状电压之间，取得一方逻辑值的数字信号；

计数器，其在所述比较器的输出取得一方逻辑值的期间中，对时钟的脉冲数进行计数；

第1开关电路，其与多个励磁线圈相连接，选择加载所述驱动信号P以及所述驱动信号N的所述励磁线圈；

第2开关电路，其与多个检测线圈相连接，选择成为检测对象的所述检测线圈；以及

控制电路，其与所述第1开关电路与所述第2开关电路连接，给所述第1开关电路输出用来选择所述励磁线圈中的1个的第1选择信号，给所述第2开关电路输出用来选择所述检测线圈中的1个的第2选择信号，

所述第1开关电路对应于所述第1选择信号，选择所述励磁线圈中的1个，所述第2开关电路对应于所述第2选择信号，选择所述检测线圈中的1个，

其中，所述励磁线圈驱动电路包括：

D/A变换器，被输入用来检测磁场的数字数据；

第1放大器，根据所述D/A变换器的输出信号，输出加载给磁传感器的励磁线圈的一端的驱动信号P；以及

第2放大器，根据所述D/A变换器的输出信号，输出加载给所述励磁线圈的另一端的、为所述驱动信号P的反相信号且与所述驱动信号P交叉两次以上的驱动信号N。