DE112022000955T5

DE112022000955T5 - Sensorausgabekompensationsschaltung

Info

Publication number: DE112022000955T5
Application number: DE112022000955.1T
Authority: DE
Inventors: Aritsugu Yajima
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-11-23
Also published as: JPWO2022209797A1; US20240003991A1; WO2022209797A1

Abstract

Eine Sensorausgabekompensationsschaltung ist bereitgestellt, die eine genaue Erfassung einer physikalischen Größe ermöglicht durch Entfernen eines Einflusses eines Restmagnetfelds, das in einem Sensor verbleibt, von einer Sensorausgabe. Eine Differenzverstärkungsschaltung 3 verstärkt eine Sensorausgabe, die als eine Differenzspannung zwischen einer Ausgabe einer ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und einer Ausgabe einer zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 extrahiert wird auf der Basis von vorbestimmten Erfassungsspannungen, die an den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d in jedem der TMR-Sensoren 2 erscheinen, die ein Paar bilden. Die TMR-Sensoren 2 werden in einem Paar verwendet und sind nebeneinander angeordnet an relativen Positionen, wo Einflüsse von Restmagnetfeldern, die in den jeweiligen TMR-Sensoren 2 verbleiben, einander aufheben und Spannungen werden an die TMR-Sensoren 2 in Richtungen angelegt, die einander entgegengesetzt sind. Die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 addiert eine Erfassungsspannung, die in einer Phase an dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2c erscheint, der einer der Anschlüsse in jedem der TMR-Sensoren 2 ist, die ein Paar bilden. Außerdem addiert die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 eine Erfassungsspannung, die in der anderen Phase an dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2d erscheint, der der andere der Anschlüsse in jedem der TMR-Sensoren 2 ist, die ein Paar bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorausgabekompensationsschaltung, die die Ausgabe eines Sensors kompensiert, der ein Sensorelement aufweist, das durch eine Brückenverbindung verbunden ist.
Hintergrundtechnik
Eine bestehende Sensorausgabekompensationsschaltung dieser Art bezieht sich beispielsweise auf eine Magnetoresistives-Element-Verstärkerschaltung, die in Patentdokument 1 offenbart ist.
Die Magnetoresistives-Element-Verstärkerschaltung umfasst ein magnetoresistives Element, in dem vier starke magnetoresistive Elementstrukturen durch Brückenverbindung als ein Sensor verbunden sind und führt die Differenzverstärkung der Ausgangsspannung des magnetoresistiven Elements durch, durch Verbinden einer Differenzverstärkerschaltung mit zwei Ausgangsanschlüssen des magnetoresistiven Elements. Die Differenzverstärkerschaltung umfasst eine Versatzeinstellungsschaltung, die das Mittelpunktpotential der verstärkten Ausgangsspannung variabel macht und das Mittelpunktpotenzial durch Verwenden eines einstellbaren Widerstands auf ein vorbestimmtes Potenzial einstellt. An einer nachfolgenden Position ist eine Temperaturkompensationsschaltung vorgesehen, die eine Variation bei der Amplitude der Ausgangsspanne aufgrund einer Änderung bei der Temperatur kompensiert.
Referenzliste
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 11-194160
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Die bestehende Sensorausgabekompensationsschaltung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, das oben beschrieben ist, kann jedoch nur Variationen bei dem Versatz des Sensors und der Amplitude der Ausgangsspannung kompensieren. Bei einigen Sensoren, die physikalische Größen erfassen, sammelt sich aufgrund des Einflusses eines angelegten Magnetfelds ein Restmagnetfeld in den Sensoren an. Bezüglich solcher Sensoren kann der Einfluss des Restmagnetfelds in den Sensoren nicht von der Sensorausgabe entfernt werden durch Verwenden der bestehenden Sensorausgabekompensationsschaltung, die oben beschrieben ist, und die physikalische Größe kann nicht genau erfasst werden.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um diese Probleme zu lösen und schafft eine Sensorausgabekompensationsschaltung, die eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Sensorausgabe verstärkt, die basierend auf einer vorbestimmten Erfassungsspannung ausgegeben wird, die in Erfassungssignalausgangsanschlüssen von zwei Sensoren gemessen wird, die jeweilige Sensorelemente umfassen, die einen Widerstandswert aufweisen, der in Abhängigkeit von einer erfassten physikalischen Größe veränderbar ist, und die durch Brückenverbindung verbunden sind, wobei die beiden Sensoren an relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen ein Einfluss eines Restmagnetfelds aufgehoben ist, wobei die Sensorausgabe von der physikalischen Größe abhängt, die durch die Sensoren erfasst wird, und eine Vorspannungsschaltung umfasst, die eine Spannung an zwei Leistungsanschlüsse von einem der beiden Sensoren anlegt in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, in der eine Spannung an zwei Leistungsanschlüsse des anderen der beiden Sensoren angelegt wird.
Mit dieser Struktur wird der Einfluss des Restmagnetfelds in den Sensoren aufgehoben ohne die Sensoren selbst auf eine Weise zu verbessern, in der die beiden Sensoren an den relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen der Einfluss des Restmagnetfelds aufgehoben wird, und die Vorspannungsschaltung legt die Spannung an die beiden Leistungsanschlüsse der Sensoren in entgegengesetzten Richtungen an. Die Sensorausgabe, die von der physikalischen Größe abhängt, die durch die Sensoren erfasst wird, wird basierend auf der vorbestimmten Erfassungsspannung ausgegeben, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen der beiden Sensoren gemessen wird und wird durch die Differenzverstärkerschaltung verstärkt. Aus diesem Grund wird der Einfluss des Restmagnetfelds in den Sensoren von der Sensorausgabe entfernt und die Sensorausgabekompensationsschaltung ermöglicht es, dass die physikalische Größe genau erfasst wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung die Sensorausgabekompensationsschaltung schaffen, die den Einfluss des Restmagnetfelds in den Sensoren von der Sensorausgabe entfernt und kann die physikalische Größe genau erfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion einer Linearitätskompensationsschaltung in der Sensorausgabekompensationsschaltung, die in 1 dargestellt ist.
3(a) ist ein Graph, der eine Änderung bei der Sensorausgabe in Bezug auf ein Magnetfeld darstellt und 3(b) ist ein Graph, der die Verzerrung der Sensorausgabe darstellt, die eine Nichtlinearität aufweist.
4(a) ist ein Graph, der ein Steuersignal darstellt, das von der Linearitätskompensationsschaltung ausgegeben wird, um den Widerstandswert eines einstellbaren Widerstands R4 zu ändern, und 4(b) ist ein Graph, der die Verzerrung der Sensorausgabe darstellt, die durch die Linearitätskompensationsschaltung kompensiert wird.
5 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion einer Koeffizientenempfindlichkeitskompensationsschaltung in der Sensorausgabekompensationsschaltung, die in 1 dargestellt ist.
6(a) ist ein Graph, der das Ergebnis der Messung der Temperaturcharakteristika bezüglich der Empfindlichkeit der Sensorausgabe darstellt, und 6(b) ist ein Graph, der eine Änderung bei einer Schwankung einer Ausgangsspannung, die von der Sensorausgabekompensationsschaltung ausgegeben wird, in Bezug auf eine Umgebungstemperatur darstellt.
7(a) ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristika bezüglich der Empfindlichkeit der Sensorausgabe darstellt, die durch die Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensationsschaltung kompensiert wird, und 7(b) ist ein Graph, der die Spannungscharakteristika der Umgebungstemperatur darstellt, die für Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensation verwendet wird.
8 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion einer Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung in der Sensorausgabekompensationsschaltung, die in 1 dargestellt ist.
9(a) ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristika der Schwankung einer Versatzspannung darstellt, und 9(b) ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristika der Schwankung der Versatzspannung darstellt, die durch die Temperaturcharakteristika-des-Versatzes-Kompensationsschaltung kompensiert wird.
10 stellt das Layout von zwei TMR-Sensoren in der Sensorausgabekompensationsschaltung dar, die in 1 dargestellt ist.
11 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele für eine Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
1 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Sensorausgabekompensationsschaltung empfängt die Ausgaben von zwei TMR(Tunnel-Magnetoresistiven)-Sensoren 2, kompensiert eine Sensorausgabe auf verschiedene Weisen und wird als eine IC bereitgestellt, die einer Sensorausgabekompensation-IC 1 entspricht. Bezüglich der TMR-Sensoren 2 sind TMR-Elemente, deren Widerstandswert sich in Abhängigkeit von einem Magnetfeld ändert, das eine physikalische Größe ist, die zu erfassen ist, durch eine Brückenverbindung verbunden, eine vorbestimmte Spannung wird an zwei Leistungsanschlüsse 2a und 2b für einen Betrieb angelegt. Das Magnetfeld, das durch die TMR-Sensoren 2 erfasst wird, wird als eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d gemessen. Die Spannungsdifferenz, die in einem der TMR-Sensoren 2 gemessen wird, wird an Signaleingangsanschlüsse 1a und 1b der Sensorausgabekompensation-IC 1 angelegt. Die Spannungsdifferenz, die in dem anderen TMR-sensor 2 gemessen wird, wird an Signaleingangsanschlüsse 1c und 1d der Sensorausgangskompensation-IC 1 angelegt. Die TMR-Sensoren 2 werden beispielsweise verwendet, um elektrischen Strom zu überwachen, der einem Motor eines Hybridfahrzeugs zugeführt wird.
Bezüglich der TMR-Sensoren wird, während das angelegte Magnetfeld stärker wird, ein Restmagnetfeld in den Sensoren angesammelt und das erfasste Magnetfeld weist aufgrund des Einflusses des Restmagnetfelds eine Hysterese auf. Aus diesem Grund werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden TMR-Sensoren 2 verwendet und wie es in 10 dargestellt ist, sind die TMR-Sensoren 2 an relativen Positionen angeordnet, zwischen denen der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 aufgehoben wird.
Das heißt, eine Vorspannung Vbias wird an den Leistungsanschluss 2a von einem der TMR-Sensoren 2 angelegt durch Verwenden einer Referenzspannungsschaltung 10, die in einer Vorspannungsschaltung enthalten ist, und die nachfolgend beschrieben wird, und der Leistungsanschluss 2b wird bei GND geerdet. Die Richtung eines elektrischen Stroms, der in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeld durch magnetoresistive Elementstrukturen r1, r2, r3 und r4 fließt, die durch eine Brückenverbindung verbunden sind, wird in der Figur von einer Aufwärtsrichtung zu einer Abwärtsrichtung H1 geändert. Bezüglich des anderen TMR-Sensors 2 ist der Leistungsanschluss 2a bei GND geerdet und die Vorspannung Vbias wird an den Leistungsanschluss 2b angelegt durch Verwenden der Referenzspannungsschaltung 10. Die Richtung eines elektrischen Stroms, der in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeld durch magnetoresistive Elementstrukturen r1, r2, r3 und r4 fließt, die durch eine Brückenverbindung verbunden sind, wird von der Abwärtsrichtung zu der Aufwärtsrichtung, das heißt eine Richtung H2 entgegengesetzt zu der Richtung H1 um 180° geändert. Auf diese Weise sind die Richtungen der elektrischen Ströme, die durch die TMR-Sensoren 2 fließen, einander entgegengesetzt und folglich können die Hysterese-Charakteristika der TMR-Sensoren 2 aufgehoben werden.
Eine Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt die Sensorausgabe, die auszugeben ist, basierend auf vorbestimmten Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen werden und die von dem Magnetfeld abhängen, das durch die TMR-Sensoren 2 erfasst wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verstärkt die Differenzverstärkerschaltung 3 als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen der Ausgabe einer ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und der Ausgabe einer zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14.
Die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 umfasst eine Addiererschaltung, bei der Widerstände R11, R12 und R13 mit einem Operationsverstärker 34 verbunden sind. Eine Referenzspannung VREF3 wird an einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 34 von einer Reglerschaltung 10 angelegt und die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 addiert Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c der beiden TMR-Sensoren 2 in einer Phase gemessen werden. Die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 umfasst eine Addiererschaltung, in der Widerstände R14, R15 und R16 mit einem Operationsverstärker 35 verbunden sind, und eine Referenzspannung VREF4 wird an einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 35 von der Reglerschaltung 10 angelegt. Die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 addiert Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2d der beiden TMR-Sensoren 2 in einer anderen Phase gemessen werden.
Bei der Beschreibung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 und die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 die jeweiligen Addiererschaltungen, können aber jeweilige Mittelwertbildungsschaltungen umfassen, die die Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c in einer Phase gemessen werden, und die Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2d in einer anderen Phase gemessen werden, mitteln. Der Gewinn Av der Operationsverstärker 34 und 35 der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 ist vorzugsweise 1 oder weniger (Av ≤ 1), so dass die Versatzspannung der TMR-Sensoren 2 nicht unnötig verstärkt wird, da die Differenzverstärkerschaltung 3 an einer nachfolgenden Position einen Instrumentenverstärker umfasst und ein CMRR (ein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis) ist beispielsweise gut.
Verschiedene Arten von Kompensation, die durch die Sensorausgabekompensation-IC 1 bereitgestellt werden, umfassen Linearitätskompensation für die Sensorausgabe, Empfindlichkeitskompensation, Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit(TCS)-Kompensation, Versatzkompensation und Temperaturcharakteristik-des-Versatzes(TCO)-Kompensation. Kompensation bezüglich Variationen bei diesen Arten der Kompensation aufgrund der TMR-Sensoren 2 ist ebenfalls enthalten.
Die Linearitätskompensation ist eine Kompensation zum Entfernen einer Nichtlinearitätskomponente von der Sensorausgabe und Garantieren der Linearität der Sensorausgabe. Die Versatzkompensation ist eine Kompensation zum Aufheben der Versatzspannung, die in den beiden Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d gemessen wird, wenn die TMR-Sensoren 2 kein Magnetfeld erfassen. Die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensation ist eine Kompensation zum Aufheben einer Temperaturvariation in der Versatzspannung. Die Empfindlichkeitskompensation ist eine Kompensation zum Aufheben einer Variation bei der Empfindlichkeit der beiden TMR-Sensoren 2 aufgrund der TMR-Sensoren 2. Die Empfindlichkeit der beiden TMR-Sensoren 2 wird erhalten durch Dividieren, durch ein Nennmagnetfeld, einer Ausgangsspanne-Spannung, die erhalten wird durch Subtrahieren der Versatzspannung von der Nennausgangsspannung der Sensorausgabekompensation-IC 1 und bedeutet eine Änderung bei der Ausgangsspannung pro Einheit des Magnetfelds. Die Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensation ist eine Kompensation zum Aufheben einer Temperaturvariation bei einer Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit, die darstellt, um welchen Grad sich die Ausgangsspanne-Spannung bei einer Kompensationstemperatur maximal ändert.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1 umfasst die Differenzverstärkerschaltung 3, die den Instrumentenverstärker und eine Kompensationsverstärkerschaltung 4 umfasst, die die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 kompensiert. Die Differenzverstärkerschaltung 3 umfasst Operationsverstärker 31 und 32, die die Ausgabe der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und die Ausgabe der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 verstärken, und einen Operationsverstärker 33, der die Differenzverstärkung der verstärkten Ausgaben durchführt. Die Differenzspannung zwischen der Ausgabe der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und der Ausgabe der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 wird als eine wesentliche Sensorausgabe angesehen. Die Differenzverstärkerschaltung 3 gibt eine Ausgabe A aus, die erhalten wird durch Verstärken der Sensorausgabe mit einem Verstärkungsfaktor α, ausgedrückt als die folgende Gleichung (1): $α = (R 3 /R 2) \times {1 + (2 \times R 1) /R 0},$
wobei R1 = R1', R2 = R2' und R3 = R3' erfüllt sind, R0 ein einstellbarer Widerstand ist und R0, R1, R2, R3, R1', R2' und R3' Widerstandswerte und Widerstände sind, die, wie dargestellt, mit den Operationsverstärkern 31 bis 33 verbunden sind.
Die Empfindlichkeit der Sensorausgabe wird auf eine Weise eingestellt, bei der der einstellbare Widerstand R0 einstellbar gemacht wird, und eine Variation darin aufgrund der TMR-Sensoren 2 wird kompensiert. Eine variable Spannungsquelle VREF1 ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 33 verbunden, mit dem Widerstand R3' dazwischen angeordnet. Die Versatzspannung der Sensorausgabe wird auf eine Weise eingestellt, bei der die Ausgangsspannung der variablen Spannungsquelle VREF1 variabel gemacht wird und wird eingestellt, so dass eine Ausgangsspannung VOUT, die in einem Ausgangsanschluss AUS der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemessen wird, 0 ist, wenn die TMR-Sensoren 2 kein Magnetfeld erfassen.
Die Kompensationsverstärkerschaltung 4 umfasst einen Operationsverstärker 41, mit dem ein einstellbarer Widerstand R4 und ein einstellbarer Widerstand R5 verbunden sind, und gibt als die Ausgangsspannung VOUT eine Ausgabe B, die durch die invertierende Verstärkung der Ausgabe A der Differenzverstärkerschaltung 3 erhalten wird, an den Ausgangsanschluss AUS der Sensorausgabekompensation-IC 1 aus. Als Folge wird die Sensorausgabe verstärkt mit einem Verstärkungsfaktor β, ausgedrückt als die folgende Gleichung (2): $β = α \times (R 5 /R 4) = (R 3 /R 2) \times {1 + (2 \times R 1) /R 0} \times (R 5 /R 4) .$
Ein Verstärkungsfaktor (R5/R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 ändert sich, wenn der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 oder R5, die zu verbinden sind, geändert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Widerstandswerte der einstellbaren Widerstände R4 und R5 einstellbar gemacht auf eine Weise, bei der Verbindungen zwischen mehreren Widerständen, die nicht dargestellt sind, durch mehrere Schalter, die nicht dargestellt sind, geschaltet werden und der kombinierte Widerstandswert der mehreren Widerstände wird geändert.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine Linearitätskompensationsschaltung 5, die die Linearität der Sensorausgabe kompensiert, eine Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensationsschaltung 6, die die Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit der Sensorausgabe kompensiert, und eineTemperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7, die die Temperaturcharakteristik der Versatzspannung der Sensorausgabe kompensiert. Die Differenzverstärkerschaltung 3, die Kompensationsverstärkerschaltung 4, die Linearitätskompensationsschaltung 5, die Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6, die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7, die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 und die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 sind in einem Kompensationsblock 8 der Sensorausgabekompensation-IC 1 enthalten.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1 umfasst auch die Reglerschaltung (VREG) 9, die Referenzspannungsschaltung (VREF) 10 und eine Temperatursensorschaltung 11. Die Reglerschaltung 9 erzeugt eine Standardspannung von einer Spannung, die an einen Leistungsanschluss VDD angelegt ist. Die Referenzspannungsschaltung 10 erzeugt Referenzspannungen, die beispielsweise in der Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 und der Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 verwendet werden, und die Vorspannung Vbias, die an die TMR-Sensoren 2 angelegt wird als die Vorspannungsschaltung von der Standardspannung, die durch die Reglerschaltung 9 erzeugt wird. Die Temperatursensorschaltung 11 erfasst die Umgebungstemperatur durch Verwendung einer Diode und gibt als eine Spannung die erfasste Umgebungstemperatur an die Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 und die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 aus. Die TMR-Sensoren 2 und die Sensorausgabekompensation-IC 1 sind benachbart zueinander und entsprechend wird die Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 erfasst wird, als die Umgebungstemperatur der TMR-Sensoren 2 erfasst.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1 umfasst auch einen EEPROM 12, der es einem Nutzer ermöglicht, gespeicherten Inhalt neu zu schreiben. Einstellungsdaten werden von einem Datenanschluss DATA durch den Nutzer auf den EEPROM 12 geschrieben. Abhängig von den Einstellungsdaten werden die Einstellungen der Kompensationsoperationen durch Verwenden der verschiedenen Kompensationsschaltungen in dem Kompensationsblock 8 eingestellt und Einstellungen der Temperaturerfassung durch Verwenden der Temperatursensorschaltung 11 werden eingestellt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Kompensation bereitgestellt durch die Linearitätskompensationsschaltung 5 und die Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 auf eine Weise, bei der der Verstärkungsfaktor (R5 / R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht wird, wie es nachfolgend beschrieben wird. Der Verstärkungsfaktor (R5 / R4) wird auf eine Weise einstellbar gemacht, bei der Verbindungszustände zwischen mehreren Widerständen, die in den einstellbaren Widerständen R4 und R5 enthalten sind, durch die mehreren Schalter geschaltet werden in Abhängigkeit von den Einstellungsdaten, die auf den EEPROM 12 geschrieben werden. Die Kompensation wird durch die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 auf eine Weise bereitgestellt, bei der Verbindungszustände zwischen Schaltern 75 und 76 (siehe 8), die nachfolgend beschrieben sind, in Abhängigkeit von den Einstelldaten geschaltet werden, die auf den EEPROM 12 geschrieben sind. Die Temperatursensorschaltung 11 wird eingestellt in Abhängigkeit von den Einstellungsdaten, die auf den EEPROM 12 geschrieben sind, so dass eine Spannung von 1 [V] ausgegeben wird, wenn die Umgebungstemperatur 25 °C beträgt.
2 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion der Linearitätskompensationsschaltung 5 in der Sensorausgabekompensation-IC 1, die in 1 dargestellt ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder entsprechend denjenigen in 1 sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Die Linearitätskompensationsschaltung 5 umfasst mehrere Komparatoren 51, 52, 53, ···, und 5n. Die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 3 wird an erste Eingangsanschlüsse der Komparatoren 51, 52, 53, ···, und 5n angelegt und vorbestimmte Referenzspannungen VREF_L1, VREF_L2, VREF_L3, ···, und VREF_Ln, die von der Referenzspannungsschaltung 10 ausgegeben werden, werden an zweite Eingangsanschlüsse angelegt. Die Referenzspannungen VREF_L1, VREF_L2, VREF_L3, ···, und VREF_Ln entsprechen den Sensorausgaben in Abhängigkeit von dem Magnetfeld, das eine vorbestimmte Verzerrung verursacht, die in der Sensorausgabe erzeugt wird, und die eine Nichtlinearität aufweist, und werden im Voraus eingestellt durch Verwenden der Einstellungsdaten, die auf den EEPROM 12 geschrieben sind.
Die Linearitätskompensationsschaltung 5 macht den Verstärkungsfaktor (R5 / R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar in einen Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Verzerrung auf eine Weise, bei der mehrere Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R4 enthalten sind, geschaltet werden, und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 wird einstellbar gemacht in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den mehreren Referenzspannungen und der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 3.
In der Beschreibung hierin wird der Verstärkungsfaktor (R5 / R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht auf eine Weise, bei der die mehreren Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R4 enthalten sind, geschaltet werden und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 wird einstellbar gemacht. Der Verstärkungsfaktor (R5 / R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 kann jedoch einstellbar gemacht werden auf eine Weise, bei der mehrere Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R5 enthalten sind, geschaltet werden und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R5 wird einstellbar gemacht.
3(a) ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Magnetfeld, das an die beiden TMR-Sensoren 2 angelegt ist, und der Sensorausgabe darstellt, die als die Differenzspannung zwischen der Ausgabe der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 und der Ausgabe der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 gemessen wird, wenn das Magnetfeld an die beiden TMR-Sensoren 2 angelegt ist. Die horizontale Achse des Graphen stellt das Magnetfeld [mT] dar, das an die beiden TMR-Sensoren 2 angelegt ist, und die vertikale Achse stellt die Sensorausgabe [mV] dar. Eine Kennlinie y stellt eine Änderung bei der Sensorausgabe in Bezug auf das Magnetfeld dar, wenn die Umgebungstemperatur der Sensorausgabekompensation-lC 1 25 °C beträgt und stellt die Linearitätscharakteristika der Sensorausgabe dar. Die Kennlinie y ist als der folgende Polynomausruck (3) ausgedrückt: $y = - 6,469 e^{- 0,7} x^{3} - 1,512 e^{- 0,6} x^{2} + 2,175 e^{- 0,2} x + 4,306 e^{- 0,3},$
wobei ein Magnetfeld x eine Variable ist.
In dem Graphen scheint die Kennlinie y linear zu sein, aber umfasst nichtlineare Komponenten, die durch einen ersten Term und einen zweiten Term auf einer rechten Seite der Gleichung (3) ausgedrückt sind. Ein Graph, der in 3(b) dargestellt ist, stellt eine Beziehung zwischen dem Magnetfeld und der Sensorausgabe dar, außer einer linearen Komponente in einem dritten Term auf der rechten Seite. Die horizontale Achse des Graphen stellt das Magnetfeld [mT] dar, das an die beiden TMR-Sensoren 2 angelegt ist, und die vertikale Achse stellt die Sensorausgabe [mV] dar, außer der linearen Komponente. Eine Kennlinie y' stellt die Verzerrung der Sensorausgabe dar, die Nichtlinearität aufweist. Die Verzerrung beeinträchtigt die Genauigkeit der Erfassung des Magnetfelds durch Verwenden der TMR-Sensoren 2 und entsprechend kompensiert die Linearitätskompensationsschaltung 5 die Verzerrung.
In dem Graphen ist die Verzerrung in einer Magnetfeldregion von etwa +8 [mT] oder mehr zu sehen und eine Magnetfeldregion von etwa -8 [mT] oder weniger. Wenn die Sensorausgabe in Bezug auf ein vorbestimmtes Magnetfeld in jeder Magnetfeldregion erhalten wird, hebt die Linearitätskompensationsschaltung 5 entsprechend die Verzerrung auf, indem der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht wird.
4(a) ist ein Graph, der ein Beispiel eines Steuersignals v darstellt, das von der Linearitätskompensationsschaltung 5 an die Schalter des einstellbaren Widerstands R4 ausgegeben wird. Die horizontale Achse des Graphen stellt das Magnetfeld [mT] dar, das an die beiden TMR-Sensoren 2 angelegt ist, und die vertikale Achse stellt die Spannung [V] des Steuersignals v dar. Kennlinien c, d, e und f stellen Steuersignale v1, v2, v3, und v4 dar zum Korrigieren der Verzerrung einer Sensorausgabe von etwa +8 [mT] oder mehr in einem positiven Magnetfeld, das in 3(b) dargestellt ist. Kennlinien g, h, i, und j stellen Steuersignale v5, v6, v7, und v8 dar zum Korrigieren der Verzerrung einer Sensorausgabe von etwa -8 [mT] oder weniger in einem negativen Magnetfeld. Die Steuersignale v1 bis v8 ändern sich zwischen einem hohen Pegel von +5 [V] und einem niedrigen Pegel von 0 [V]. Beispielsweise führt eine Änderung in dem niedrigen Pegel zu einer Schließen-Steuerung der Schalter sw1 bis sw8.
In dem Graphen wird bezüglich der Verzerrung der Sensorausgabe in einer Magnetfeldregion von etwa +8 [mT] oder mehr, wenn das Magnetfeld etwa +7 [mT] beträgt, der Pegel des Steuersignals v1, das durch die Kennlinie c dargestellt ist, verringert und die Schließen-Steuerung des Schalters sw1 wird folglich implementiert. Folglich wird der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 einstellbar gemacht und der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 wird in einen Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Verzerrung in dem Magnetfeld geändert. Wenn das Magnetfeld etwa +10 [mT] beträgt, wird der Pegel des Steuersignals v2, der durch die Kennlinie d dargestellt wird, verringert und die Schließen-Steuerung des Schalters sw2 wird folglich implementiert, oder wenn das Magnetfeld etwa +13 [mT] beträgt, wird der Pegel des Steuersignals v3, das durch die Kennlinie e dargestellt ist, verringert und die Schließen-Steuerung des Schalters sw3 wird folglich implementiert, oder wenn das Magnetfeld etwa +15 [mT] beträgt, wird der Pegel des Steuersignals v4, das durch die Kennlinie f dargestellt ist, verringert, und die Schließen-Steuerung des Schalters sw4 wird folglich implementiert. Folglich wird der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 einstellbar gemacht und der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 wird in den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Verzerrung in dem Magnetfeld geändert.
Gleichartig dazu wird bezüglich der Verzerrung der Sensorausgabe in einer Magnetfeldregion von etwa -8 [mT] oder weniger die Schließen-Steuerung der Schalter sw5 bis sw8 implementiert durch Verwenden der Steuersignale v5 bis v8, die durch die Kennlinien g bis j dargestellt werden, und folglich wird der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 einstellbar gemacht und der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 wird in den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Verzerrung in dem Magnetfeld geändert.
4(b) ist ein Graph, der die Verzerrung der Sensorausgabe darstellt, nachdem die Nichtlinearität der Sensorausgabe kompensiert wurde durch Steuern des Widerstandswerts des einstellbaren Widerstands R4 durch Verwenden der Linearitätskompensationsschaltung 5. Die horizontale Achse des Graphen stellt das Magnetfeld [mT] dar, das an die TMR-Sensoren 2 angelegt wird, und die vertikale Achse stellt den Prozentsatz [%] einer Verzerrungskomponente dar, die in der Ausgangsspannung VOUT enthalten ist, die an den Ausgangsanschluss aus der Sensorausgabekompensation-IC 1 ausgegeben wird. Eine Kennlinie k stellt Variationscharakteristika der Verzerrungskomponente dar, die in der Ausgangsspannung VOUT enthalten ist, in Bezug auf eine Änderung bei dem Magnetfeld.
Die Verzerrung der Sensorausgabe in einer Magnetfeldregion von etwa +8 [mT] oder mehr verringert sich in der Rechtsrichtung, während sich das Magnetfeld erhöht, wie es in 3(b) dargestellt ist. Von der Kennlinie k ist jedoch klar, wenn die Pegel der Steuersignale v1, v2, v3, und v4 nacheinander verringert werden, wenn das Magnetfeld etwa +7 [mT], etwa +10 [mT], etwa +13 [mT] oder etwa +15 [mT] beträgt, der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 erhöht ist, der Prozentsatz der Verzerrungskomponente folglich sich in der Rechtsrichtung erhöht und eine Verringerung bei der in 3(b) dargestellten Verzerrung aufgehoben wird.
Die Verzerrung der Sensorausgabe in einer Magnetfeldregion von etwa -8 [mT] oder weniger erhöht sich in der Linksrichtung, während sich das Magnetfeld verringert, wie es in 3(b) dargestellt ist. Es ist jedoch gleichermaßen von der Kennlinie k klar, dass, wenn die Pegel der Steuersignale v5 bis v8 nacheinander verringert werden, während sich das Magnetfeld verringert, der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 verringert wird, der Prozentsatz der Verzerrungskomponente sich folglich in der Linksrichtung verringert und ein Anstieg bei der in 3(b) dargestellten Verzerrung aufgehoben wird.
Der Prozentsatz der Verzerrungskomponente erhöht sich in der Rechtsrichtung in einer positiven Magnetfeldregion und verringert sich vorübergehend in der Rechtsrichtung aufgrund einer Verringerung bei der ursprünglichen Verzerrung, die in 3(b) dargestellt ist, und verringert sich in der Linksrichtung in einer negativen Magnetfeldregion und erhöht sich vorübergehend in der Linksrichtung aufgrund eines Anstiegs bei der ursprünglichen Verzerrung, die in 3(b) dargestellt ist. Folglich, wie es in 4(b) dargestellt ist, variiert die Kennlinie k aufwärts und abwärts in einer Zickzackform, aber der Bereich der Variation bei der Verzerrungskomponente ist auf ±0,1 [%] reduziert und die Linearität der Sensorausgabe ist garantiert.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, wird der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht auf eine Weise, bei der Verbindungen zwischen den mehreren Widerständen, die mit der Kompensationsverstärkerschaltung 4 als der einstellbare Widerstand R4 verbunden sind, unter der Steuerung der mehreren Schalter der Linearitätskompensationsschaltung 5 geschaltet werden und der kombinierte Widerstandswert der mehreren Widerstände wird geändert. Die Schaltoperation der Schalter wird durchgeführt, wenn die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 3 mit den vorbestimmten mehreren Referenzspannungen VREF_L1, VREF_L2, VREF_L3, ···, und VREF_Ln verglichen wird und wird eine Spannung, die der Sensorausgabe entspricht in Abhängigkeit von dem Magnetfeld, das die vorbestimmte Verzerrung verursacht. Die Schaltoperation der Schalter stellt den Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 auf den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der vorbestimmten Verzerrung in der Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 ein, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 3 und die Linearität der Sensorausgabe ist garantiert.
Das heißt, bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wird die Verzerrung, die Nichtlinearität in der Sensorausgabe aufweist, während sich das Magnetfeld ändert, auf eine Weise kompensiert, bei der der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4, der die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 kompensiert, einstellbar gemacht wird in den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Verzerrung durch Verwenden der Linearitätskompensationsschaltung 5. Entsprechend kann die Verzerrung der Sensorausgabe kompensiert werden ohne Rückkopplung der Sensorausgabe, anders als eine existierende Nichtlinearitätskompensationsschaltung (siehe japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-248017 ). Aus diesem Grund erhöht sich eine Schaltungsreaktionsgeschwindigkeit und die Nichtlinearitätskompensation der Sensorausgabe wird mit hoher Geschwindigkeit bereitgestellt. Die Sensorausgabekompensationsschaltung benötigt keine Addiererschaltungen, anders als bestehende Fälle, und entsprechend kann die Schaltungsskala der Sensorausgabekompensationkompensation-IC 1 reduziert werden.
5 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion der Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 in der Sensorausgabekompensation-IC 1, die in 1 dargestellt ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder entsprechend denjenigen in 1 sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Die Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 umfasst mehrere Komparatoren 61, 62, 63, ···, und 6n. Die Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 als eine Spannung erfasst wird, wird in erste Eingangsanschlüsse der Komparatoren 61, 62, 63, ···, und 6n eingegeben und vorbestimmte Referenzspannungen VREF_T1, VREF_T2, VREF_T3, ···, und VREF_Tn, die von der Referenzspannungsschaltung 10 ausgegeben werden, werden an zweite Eingangsanschlüsse angelegt. Die Referenzspannungen VREF_T1, VREF_T2, VREF_T3, ···, und VREF_Tn entsprechen Spannungen, die von der Umgebungstemperatur abhängen, die eine vorbestimmte Variation bei der Empfindlichkeit der Sensorausgabe verursacht und werden im Voraus eingestellt durch Verwenden der Einstellungsdaten, die auf den EEPROM 12 geschrieben sind.
Die Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 macht den Verstärkungsfaktor (R5 / R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 variabel in einen Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Variation bei der Empfindlichkeit der Sensorausgabe, während sich die Umgebungstemperatur ändert, auf eine Weise, bei der die mehreren Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R5 enthalten sind, geschaltet werden und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R5 wird einstellbar gemacht, in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den mehreren Referenzspannungen und der Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 als eine Spannung erfasst wird.
Bei der Beschreibung hierin wird der Verstärkungsfaktor (R5/R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht auf eine Weise, bei der die mehreren Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R5 enthalten sind, geschaltet werden und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R5 wird einstellbar gemacht. Der Verstärkungsfaktor (R5/R4) der Kompensationsverstärkerschaltung 4 kann jedoch auf eine Weise einstellbar gemacht werden, bei der die mehreren Schalter, die in dem einstellbaren Widerstand R4 enthalten sind, geschaltet werden, und der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R4 wird einstellbar gemacht.
6(a) ist ein Graph, der das Ergebnis der Messung von Temperaturcharakteristika darstellt, die die Empfindlichkeit der Sensorausgabe in Bezug auf mehrere Paare von TMR-Sensoren 2 betreffen. Die horizontale Achse des Graphen stellt die Umgebungstemperatur [°C] der TMR-Sensoren 2 dar und die vertikale Achse stellt die Schwankung [%] der Empfindlichkeit bei der Umgebungstemperatur dar, basierend auf der Empfindlichkeit der Sensorausgabe, wenn die Umgebungstemperatur 25°C beträgt. Kennlinien stellen Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit der mehreren Paare von TMR-Sensoren 2 dar.
Wie es in dem Graphen dargestellt ist, erhöht sich die Schwankung der Empfindlichkeit linear positiv, während sich die Temperatur in einer Temperaturregion verringert, in der die Umgebungstemperatur weniger als 25°C beträgt. Die Schwankung der Empfindlichkeit erhöht sich nichtlinear negativ, während sich die Temperatur in einer Temperaturregion erhöht, in der die Umgebungstemperatur mehr als 25°C beträgt.
6(b) ist ein Graph, der einen Umfang darstellt, in dem die Ausgangsspannung VOUT der Sensorausgabekompensation-IC 1 variiert, wobei der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar ist in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, die die vorbestimmte Variation bei der Empfindlichkeit verursacht, basierend auf den Temperaturcharakteristika der in 6(a) dargestellten Empfindlichkeit. Die horizontale Achse des Graphen stellt die Umgebungstemperatur [°C] dar und die vertikale Achse stellt die Schwankung [%] der Ausgangsspannung VOUT dar. Eine Kennlinie m stellt eine Änderung bei der Schwankung der Ausgangsspannung VOUT in Bezug auf die Umgebungstemperatur dar.
Von der Kennlinie m erhöht sich die Schwankung der Ausgangsspannung VOUT linear negativ in der Linksrichtung, während sich die Umgebungstemperatur in einer Temperaturregion verringert, in der die Umgebungstemperatur weniger als 25°C beträgt, und die Schwankung der Empfindlichkeit, die sich in der Linksrichtung linear erhöht und die in 6(a) dargestellt ist, wird aufgehoben. Die Schwankung der Ausgangsspannung VOUT erhöht sich nichtlinear positiv in der Rechtsrichtung, während sich die Umgebungstemperatur in einer Temperaturregion erhöht, in der die Umgebungstemperatur mehr als 25°C beträgt, und die Schwankung der Empfindlichkeit, die sich in der Rechtsrichtung nichtlinear verringert und die in 6(a) dargestellt ist, wird aufgehoben.
7(a) ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristik darstellt, die die Empfindlichkeit der Sensorausgabe betreffen, die durch die oben beschriebene Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensation kompensiert wird. Die horizontale Achse des Graphen stellt die Umgebungstemperatur [°C] der TMR-Sensoren 2 dar und die vertikale Achse stellt die Schwankung [%] der Empfindlichkeit bei der Umgebungstemperatur dar, basierend auf der Empfindlichkeit der Sensorausgabe, wenn die Umgebungstemperatur 25°C beträgt. Eine Kennlinie n stellt die Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit der Sensorausgabe dar, die mit der Schwankung der Ausgangsspannung VOUT kompensiert wird, die in 6(b) dargestellt ist. Wie es in dem Graphen dargestellt ist, liegt die Schwankung der Empfindlichkeit der Sensorausgabe nach der Kompensation in einem kleinen Bereich von +0.04 [%] bis - 0.02 [%].
7(b) ist ein Graph, der die Spannungscharakteristika der Umgebungstemperatur darstellt, die für die oben beschriebene Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensation verwendet wird. Die horizontale Achse des Graphen stellt die Umgebungstemperatur [°C] der Sensorausgabekompensation-IC 1 dar und die vertikale Achse stellt die Ausgangsspannung [V] der Temperatursensorschaltung 11 bei der Umgebungstemperatur dar. Eine Kennlinie o stellt die Temperaturcharakteristika der Ausgangsspannung der Temperatursensorschaltung 11 dar.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben, wird der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 einstellbar gemacht auf eine Weise, bei der die Verbindungen zwischen den mehreren Widerständen, die mit der Kompensationsverstärkerschaltung 4 als der einstellbare Widerstand R5 verbunden sind, unter der Steuerung der mehreren Schalter der Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensationsschaltung 6 geschaltet werden und der kombinierte Widerstandswert der mehreren Widerstände geändert ist. Die Schaltoperation der Schalter wird durchgeführt, wenn die Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 als eine Spannung erfasst wird, mit den vorbestimmten mehreren Referenzspannungen VREF_T1, VREF_T2, VREF_T3, ... und VREF_Tn verglichen wird und eine Spannung wird, die der Umgebungstemperatur entspricht, die eine vorbestimmte Variation verursacht. Die Schaltoperation der Schalter stellt den Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4 auf den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der vorbestimmten Variation ein, die durch die Umgebungstemperatur bei der Empfindlichkeit bei der Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 verursacht wird und die Temperaturkoeffizientenempfindlichkeit der Sensorausgabe wird kompensiert.
Das heißt, bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Variation bei der Empfindlichkeit der Sensorausgabe, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, auf eine Weise kompensiert, bei der der Verstärkungsfaktor der Kompensationsverstärkerschaltung 4, die die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 kompensiert, einstellbar gemacht wird in den Verstärkungsfaktor zum Aufheben der Variation durch Verwenden der Temperaturkoeffizientenempfindlichkeitskompensationsschaltung 6. Dementsprechend, anders als die bestehende Temperaturkompensationsschaltung, die in Patentdokument 1offenbart ist und die nur Temperaturkompensation in Abhängigkeit von Thermistor-Charakteristika bereitstellt, ist ein Temperaturbereich, in dem die Temperaturkompensation bereitgestellt werden kann, nicht beschränkt, und die Empfindlichkeitstemperaturkompensation der Empfindlichkeit der Sensorausgabe kann in Bezug auf einen breiteren Bereich einer Umgebungstemperaturvariation bereitgestellt werden. Außerdem variieren Temperaturkompensationscharakteristika nicht aufgrund eines Thermistor-Elements, anders als bei bestehenden Fällen, und die Genauigkeit der Empfindlichkeitstemperaturkompensation kann hoch sein. Außerdem kann die Sensorausgabekompensationsschaltung bereitgestellt werden, ohne ein Thermistor-Element für eine Temperaturkompensationsschaltung zu verwenden. Entsprechend kann die Sensorausgabekompensationsschaltung als eine IC bereitgestellt werden und die Größe und Kosten der Sensorausgabekompensationsschaltung können reduziert werden.
8 ist ein Schaltbild zum Beschreiben der Funktion der Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 in der Sensorausgabekompensation-IC 1, die in 1 dargestellt ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder entsprechend denjenigen in 1 sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 bezieht sich auf die Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 erfasst wird und legt eine Referenzspannung VREF2 zum Aufheben der Variation bei der Versatzspannung der Sensorausgabe, während sich die Umgebungstemperatur ändert, an einen Referenzspannungsanschluss der Kompensationsverstärkerschaltung 4 an.
Die Temperaturvariation bei der Versatzspannung der Sensorausgabe ist in einem Graphen dargestellt, der in 9(a) dargestellt ist. Die horizontale Achse des Graphen stellt die Umgebungstemperatur [°C] der Sensorausgabekompensation-IC 1 dar und die vertikale Achse stellt die Schwankung [%] der Versatzspannung bei der Umgebungstemperatur dar, basierend auf der Versatzspannung, wenn die Umgebungstemperatur 25 °C beträgt. Kennlinien stellen die Temperaturcharakteristika von Versatzspannungen dar, die die mehreren Paare von TMR-Sensoren 2 betreffen. Wie es in dem Graphen dargestellt ist, variieren die Temperaturcharakteristika der Versatzspannung linear mit linearen Neigungen. Die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 legt die Referenzspannung VREF2 zum Aufheben der Variation an den Referenzspannungsanschluss an, der ein nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 41 in der Kompensationsverstärkerschaltung 4 ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 eine erste invertierende Verstärkerschaltung 72, die einen Operationsverstärker 71 umfasst, eine zweite invertierende Verstärkerschaltung 74, die einen Operationsverstärker 73 umfasst, den ersten Schalter 75 und den zweiten Schalter 76.
Bezüglich der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 sind ein Widerstand R7 und ein einstellbarer Widerstand R8 mit dem Operationsverstärker 71 verbunden und eine Referenzspannung VREF21 ist an einen nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 71 angelegt. Die erste invertierende Verstärkerschaltung 72 führt die invertierende Verstärkung der Umgebungstemperatur durch, die durch die Temperatursensorschaltung 11 als eine Spannung erfasst wird, mit einem Verstärkungsfaktor (R8/R7), der der Schwankung der Versatzspannung entspricht. Die Schwankung der Versatzspannung entspricht der Neigung jeder Kennlinie in dem Graphen, der in 9(a) dargestellt ist. Der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R8 ist eingestellt und folglich stimmt der Verstärkungsfaktor (R8/R7) mit der Schwankung der Versatzspannung überein.
Bezüglich der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung 74 sind ein Widerstand R9 und ein einstellbarer Widerstand R10 mit dem Operationsverstärker 73 verbunden und eine Referenzspannung VREF22 ist an einen nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 73 angelegt. Die zweite invertierende Verstärkerschaltung 74 führt die invertierende Verstärkung der Ausgabe der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 mit einem Verstärkungsfaktor (R10/R9) durch und invertiert die Polarität desselben. Der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands R10 wird eingestellt und folglich wird der Verstärkungsfaktor (R10/R9) letztendlich auf 1 eingestellt. Wenn die Variation bei der Versatzspannung in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich erhöht, wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht, wird die Schließen-Steuerung des zweiten Schalters 76 implementiert und die Ausgabe der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung 74 wird als die Referenzspannung VREF2 in den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 eingegeben.
Entsprechend wird beispielsweise in dem Fall, wo die Temperaturcharakteristika der Versatzspannung durch Verwenden einer Kennlinie p dargestellt sind, die sich in der Rechtsrichtung linear erhöht, so dass die Variation in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich erhöht, während sich die Umgebungstemperatur erhöht in dem Graphen, der in 9(a) dargestellt ist, eine Spannung, die von der Temperatursensorschaltung 11 ausgegeben wird, so dass die Spannung sich verringert während sich die Umgebungstemperatur erhöht, und die durch eine Kennlinie dargestellt ist, die in der Rechtsrichtung linear abfällt, zuerst in eine Spannung umgewandelt, die eine Neigung aufweist, deren Betrag gleich dem Betrag der Schwankung der Versatzspannung der Kennlinie p ist und die Charakteristika aufweist, die in der Rechtsrichtung ansteigen, so dass die Polarität der Neigung invertiert wird durch Verwenden der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 in der Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7. Die Schließen-Operation des zweiten Schalters 76 wird implementiert und entsprechend wird die Spannung in die Referenzspannung VREF2 umgewandelt, die Charakteristika aufweist, die in der Rechtsrichtung abfallen, so dass die Polarität der Neigung durch Verwenden der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung 74 invertiert wird. Aus diesem Grund verstärkt die Kompensationsverstärkerschaltung 4 die Ausgangsspannung, die die Versatzspannung umfasst, die von der Differenzverstärkerschaltung 3 ausgegeben wird und die durch Verwenden der Kennlinie p dargestellt wird, die sich in der Rechtsrichtung linear erhöht basierend auf der Referenzspannung VREF2 und folglich wird die Variation in der Versatzspannung aufgrund der Temperaturcharakteristika aufgehoben.
9(b) ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristika von Versatzspannungen darstellt, die kompensiert werden durch die Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7, die vier Paare von TMR-Sensoren 2 betrifft. Die horizontale Achse und die vertikale Achse des Graphen sind gleich wie diejenigen in 9(a). In dem Graphen, der in 9(b) dargestellt ist, ist die Kennlinie p vor der Kompensation dargestellt. Wie es durch Verwenden eines Pfeils dargestellt ist, der durch Verwenden einer gestrichelten Linie dargestellt ist, ist die Neigung nach unten gekippt durch die oben beschriebene Versatzkompensation und die Temperaturcharakteristika der Versatzspannung, die zwei TMR-Sensoren betreffen, die die Kennlinie p aufweisen, werden in Temperaturcharakteristika kompensiert, die eine im Wesentlichen flache Neigung aufweisen.
Die Schließen-Steuerung des ersten Schalters 75 wird implementiert in dem Fall, wo die Variation bei der Versatzspannung in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich verringert, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, und die Ausgabe der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 wird als die Referenzspannung VREF2 in den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 eingegeben. Entsprechend wird beispielsweise in dem Fall, wo die Temperaturcharakteristika der Versatzspannung mit den beiden TMR-sensoren 2 durch Verwenden einer Kennlinie q dargestellt sind, die in der Rechtsrichtung linear abfällt, so dass die Variation in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich verringert, während sich die Umgebungstemperatur erhöht in dem Graphen, der in 9(a) dargestellt ist, eine Spannung, die von der Temperatursensorschaltung 11 ausgegeben wird, so dass sich die Spannung verringert, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, und die durch eine Kennlinie dargestellt ist, die in der Rechtsrichtung linear abfällt, umgewandelt in die Referenzspannung VREF2, die eine Neigung aufweist, deren Betrag gleich dem Betrag der Schwankung der Versatzspannung der Kennlinie q ist,und die Charakteristika aufweist, die in der Rechtsrichtung ansteigen, so dass die Polarität der Neigung invertiert wird durch Verwenden der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 in der Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7, da die Schließen-Steuerung des ersten Schalters 75 implementiert wird. Aus diesem Grund verstärkt die Kompensationsverstärkerschaltung 4 die Ausgangsspannung, die die Versatzspannung umfasst, die von der Differenzverstärkerschaltung 3 ausgegeben wird und die durch Verwenden der Kennlinie q dargestellt ist, die in der Rechtsrichtung linear abfällt basierend auf der Referenzspannung VREF2 und folglich ist die Variation in der Versatzspannung aufgrund der Temperaturcharakteristika aufgehoben, wie bei dem Graphen, der in 9(b) dargestellt ist.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, wird in dem Fall, wo die Variation bei der Versatzspannung in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich erhöht, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, die Ausgabe der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung 74 in den Referenzspannungsanschluss der Kompensationsverstärkerschaltung 4 eingegeben durch Verwenden des zweiten Schalters 76. Entsprechend führt die erste invertierende Verstärkerschaltung 72 die invertierende Verstärkung der Umgebungstemperatur durch, die durch die Temperatursensorschaltung 11 als eine Spannung erfasst wird, mit dem Verstärkungsfaktor (R8/R7), die der Schwankung der Versatzspannung entspricht, die zweite invertierende Verstärkerschaltung 74 invertiert die Polarität, ein umgebungstemperaturinvertierendes Signal, das sich mit der Schwankung der Versatzspannung verringert, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, wird als Referenzspannung VREF2 in den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 von der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung 74 eingegeben. Aus diesem Grund verstärkt die Kompensationsverstärkerschaltung 4 die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3, basierend auf dem umgebungstemperaturinvertierenden Signal, und folglich wird die Sensorausgabe, in der die Temperaturvariation in der Versatzspannung aufgehoben ist, von der Kompensationsverstärkerschaltung 4 erhalten.
In dem Fall, wo die Variation bei der Versatzspannung in Bezug auf die Umgebungstemperatur sich verringert, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, wird die Ausgabe der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 in den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 eingegeben durch Verwenden des ersten Schalters 75. Entsprechend wird das umgebungstemperaturinvertierende Signal, das sich mit der Schwankung der Versatzspannung erhöht, während sich die Umgebungstemperatur erhöht, die durch invertierende Verstärkung erhalten wird, die durch die erste invertierende Verstärkerschaltung 72 durchgeführt wird, mit dem Verstärkungsfaktor (R8/R7), der der Schwankung der Versatzspannung entspricht, als die Referenzspannung VREF2 in den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 von der ersten invertierenden Verstärkerschaltung 72 eingegeben. Aus diesem Grund verstärkt die Kompensationsverstärkerschaltung 4 die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 basierend auf dem umgebungstemperaturinvertierenden Signal, und folglich wird die Sensorausgabe, in der sich die Variation bei der Versatzspannung, während sich die Umgebungstemperatur ändert, aufgehoben wird, von der Kompensationsverstärkerschaltung 4 erhalten.
Das heißt, bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Variation bei der Versatzspannung der Sensorausgabe, während sich die Umgebungstemperatur ändert, auf eine Weise aufgehoben, bei der die Kompensationsverstärkerschaltung 4, die die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 kompensiert, die Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt, basierend auf der Referenzspannung VREF2, die an den Referenzspannungsanschluss des Operationsverstärkers 41 von der Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung 7 angelegt wird. Folglich ermöglicht es eine einzelne Kompensationsoperation, die Versatzspannung mit Genauigkeit ohne Weiteres zu kompensieren. Aus diesem Grund kann die Temperaturkompensation der Versatzspannung der Sensorausgabe ohne Weiteres und genau bereitgestellt werden, anders als die bestehende Versatzeinstellungsschaltung, die in Patentdokument 1 offenbart ist und die den Versatz der Sensorausgabe lediglich durch Einstellen des Mittelpunktpotenzials der Ausgabe der Differenzverstärkerschaltung einstellt durch Verwenden des einstellbaren Widerstands.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltungen, die in der Sensorausgabekompensationsschaltung enthalten sind, in der gleichen IC befestigt. Entsprechend werden Variationen, die durch Unterschiede bei Befestigungskomponenten, die in den Schaltungen enthalten sind, und Verdrahtungsleitungen zwischen den Schaltungen, die in der Sensorausgabekompensationsschaltung enthalten sind, reduziert. Aus diesem Grund stellt die Sensorausgabekompensation-IC 1 die Kompensation der Sensorausgabe mit Genauigkeit bereit. Außerdem kann die IC alle Kompensationsfunktionen erfüllen. Die Kompensation kann mit Genauigkeit bereitgestellt werden für jedes Paar der TMR-Sensoren 2 mit einer relativ einfachen Schaltungsstruktur auf eine Weise, bei der die Sensorausgabe der beiden TMR-Sensoren, die kompensiert wird, überwacht wird. Bezüglich der Einstellung der Kompensation der Kompensationsschaltungen ermöglicht die Auswahl zum Einstellen von Daten, die auf den EEPROM 12 zu schreiben sind, dass ein Kompensationswert ohne Weiteres ausgewählt wird.
Die Temperatursensorschaltung 11 ist in der gleichen IC befestigt wie die anderen Schaltungen, die in der Sensorausgabekompensationsschaltung enthalten sind, und folglich ist die relative Position der Temperatursensorschaltung 11 in Bezug auf die anderen Schaltungen immer konstant. Aus diesem Grund sind Unterschiede zwischen der Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 erfasst wird, und die Umgebungstemperaturen der anderen Schaltungen gering. In dem Fall, wo die Temperatursensorschaltung 11 in einer anderen IC vorgesehen ist, die sich von einer IC unterscheidet, in der die anderen Schaltungen vorgesehen sind, eliminiert eine parasitäre Widerstandkomponente einer Verdrahtungsverbindung, die die Temperatursensorschaltung 11 und die IC durch Verwendung von Drahtbonden verbindet, beispielsweise eine Differenz zwischen der Umgebungstemperatur, die durch die Temperatursensorschaltung 11 erfasst wird, und einer Umgebungstemperatur, die für die IC verwendet wird. Als Folge kann die Sensorausgabekompensation-lC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperaturkompensation der Sensorempfindlichkeit und die Versatzspannung mit Genauigkeit bereitstellen.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 aufgehoben, ohne die Sensoren selbst zu verbessern auf eine Weise, bei der die zwei TMR-Sensoren 2 an den relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen der Einfluss des Restmagnetfelds aufgehoben ist, wie es in 10 dargestellt ist, und die Referenzspannungsschaltung 10 legt die Vorspannung Vbias an die beiden Leistungsanschlüsse 2a und 2b der TMR-Sensoren 2 in entgegengesetzten Richtungen an. Die Sensorausgabe, die von dem Magnetfeld abhängt, das durch die beiden TMR-Sensoren 2 erfasst wird, wird basierend auf den vorbestimmten Erfassungsspannungen ausgegeben, die in dem Erfassungssignalausgabeanschlüssen 2c und 2d der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen werden, das heißt, den Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c der TMR-Sensoren 2 gemessen werden und den Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2d der TMR-Sensoren 2 erfasst werden, und wird durch die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt. Aus diesem Grund wird der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 von der Sensorausgabe entfernt, die Hysterese kann reduziert werden und die Sensorausgabekompensation-IC 1 kann das Magnetfeld genau erfassen.
Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Sensorausgabe als die Differenzspannung ausgegeben zwischen der Spannung, die durch Addieren oder Mitteln der Erfassungsspannungen erhalten wird, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c der beiden TMR-Sensoren 2 in einer Phase gemessen werden, und die von der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung 13 ausgegeben wird, und der Spannung, die durch Addieren oder Mitteln der Erfassungsspannungen erhalten wird, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2d der beiden TMR-Sensoren 2 in einer anderen Phase gemessen werden, und die von der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung 14 ausgegeben wird, und wird durch die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt. Aus diesem Grund wird die Sensorausgabe erhalten von der Differenzspannung zwischen den Ausgaben der beiden TMR-Sensoren 2 und entsprechend kann die Sensorausgabe, in der Schwankungen aufgrund der TMR-Sensoren 2 gemittelt werden, erhalten werden, eine Schaltungsstruktur, die mit den Variationen aufgrund der TMR-Sensoren 2 umgehen kann, wird erhalten und das Magnetfeld kann genauer erfasst werden.
Ein sekundärer Effekt besteht darin, dass die Nutzung der mehreren TMR-Sensoren 2 es ermöglicht, dass Fehlfunktionen der TMR-Sensoren 2 ohne Weiteres unterschieden werden können. Wenn die beiden TMR-Sensoren 2 nicht richtig funktionieren, arbeiten die TMR-Sensoren 2 nicht proportional zu einem externen Magnetfeld und die beiden TMR-Sensoren 2 geben immer die Sensorausgabe mit einem konstanten Spannungswert aus, wenn sich das externe Magnetfeld ändert. Die Erfassung dieses Zustands ermöglicht es zu bestimmen, ob die TMR-Sensoren 2 nicht richtig funktionieren.
11 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensation-IC 1A darstellt, die in einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder entsprechend denjenigen in 1 sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben wird ausgelassen.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d von einem der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen werden, verwendet werden und darin, dass die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 und die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 nicht enthalten sind.
Das heißt, bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel legt die Differenzverstärkerschaltung 3 direkt die Erfassungsspannungen, die in den beiden Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d des einen der TMR-Sensoren 2 gemessen werden, an die invertierenden Eingangsanschlüsse der Operationsverstärker 31 und 32 an, über die Eingangsanschlüsse 1a und 1 b zur Verstärkung und führt die Differenzverstärkung der verstärkten Erfassungsspannungen durch Verwenden des Operationsverstärkers 33 durch. Das heißt, die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen den Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d von dem einen der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen werden.
Eine Last, die nicht dargestellt ist, die den gleichen Pegel aufweist wie der Pegel der Eingangsimpedanz, die zwischen dem Eingangsanschluss 1a und 1b gemessen wird, ist zwischen die Erfassungssignalausgangsanschlüsse 2c und 2d des anderen TMR-Sensors 2 geschaltet, die nicht verwendet werden, und ein Lastausgleich wird beibehalten zwischen dem anderen TMR-Sensor und dem einen der beiden TMR-Sensoren 2, der verwendet wird. Der TMR-Sensor 2, der verwendet wird, kann einer der beiden TMR-Sensoren 2 sein.
Außerdem wird bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 aufgehoben, ohne die Sensoren selbst auf eine Weise zu verbessern, bei der die beiden TMR-Sensoren 2 an den relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen der Einfluss des Restmagnetfelds aufgehoben wird, wie es in 10 dargestellt ist, und die Referenzspannungsschaltung 10 legt die Vorspannung Vbias an die beiden Leistungsanschlüsse 2a und 2b der TMR-Sensoren 2 in entgegengesetzten Richtungen an. Die Sensorausgabe, die von dem Magnetfeld abhängt, das durch die beiden TMR-Sensoren 2 erfasst wird, wird basierend auf den vorbestimmten Erfassungsspannungen ausgegeben, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d der beiden TMR-Sensoren gemessen werden, das heißt den Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2c und 2d von einem der TMR-Sensoren 2 gemessen werden, und wird durch die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt. Aus diesem Grund wird bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Struktur der Sensorausgabekompensation-IC 1A vereinfacht, ein Schaltungsbereich wird reduziert, Kosten werden reduziert, der Einfluss des Restmagnetfelds in den beiden TMR-Sensoren 2 wird von der Sensorausgabe entfernt und das Magnetfeld kann genau erfasst werden.
12 ist ein Schaltbild, das eine schematische Konfiguration der Gesamtheit einer Sensorausgabekompensation-IC 1B darstellt, die in einer Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder entsprechend denjenigen in 1 sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Die Sensorausgabekompensation-IC 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2c des einen der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen wird, und die Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2d des anderen TMR-Sensors 2 der beiden TMR-Sensoren 2 gemessen wird, verwendet werden, und darin, dass die erste zusammengesetzte Rechenschaltung 13 und die zweite zusammengesetzte Rechenschaltung 14 nicht enthalten sind.
Das heißt, bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel legt die Differenzverstärkerschaltung 3 direkt die Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2c von einem der TMR-Sensoren 2 gemessen wird, an den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 31 an, über den Eingangsanschluss 1a für Verstärkung. Die Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2d des anderen TMR-Sensors 2 gemessen wird, wird direkt an den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 32 über den Eingangsanschluss 1d für Verstärkung angelegt. Der Operationsverstärker 33 führt die Differenzverstärkung der verstärkten Erfassungsspannungen durch. Das heißt, die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen der Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2c des einen der TMR-Sensoren 2 in einer Phase gemessen wird, und der Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2d des anderen TMR-Sensors 2 in einer anderen Phase gemessen wird.
Eine Last, die nicht dargestellt ist, ist mit den Erfassungssignalausgangsanschlüssen 2d und 2c der TMR-Sensoren 2 verbunden, die nicht verwendet werden, so dass zwischen den TMR-Sensoren 2 ein Lastausgleich beibehalten wird.
Außerdem wird bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 aufgehoben, ohne die Sensoren selbst auf eine Weise zu verbessern, bei der die beiden TMR-Sensoren 2 an den relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen der Einfluss des Restmagnetfelds aufgehoben ist, wie es in 10 dargestellt ist, und die Referenzspannungsschaltung 10 legt die Vorspannung Vbias an die beiden Leistungsanschlüsse 2a und 2b der TMR-Sensoren 2 in entgegengesetzten Richtungen an. Die Sensorausgabe wird ausgegeben als die Differenzspannung zwischen der Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2c des einen der TMR-Sensoren 2 in einer Phase gemessen wird und der Erfassungsspannung, die in dem Erfassungssignalausgangsanschluss 2d des anderen TMR-Sensors 2 in einer anderen Phase gemessen wird, und wird durch die Differenzverstärkerschaltung 3 verstärkt.
Aus diesem Grund wird bezüglich der Sensorausgabekompensations-IC 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Struktur der Sensorausgabekompensation-IC 1B vereinfacht, ein Schaltungsbereich wird reduziert, Kosten werden reduziert, der Einfluss des Restmagnetfelds in den TMR-Sensoren 2 wird von der Sensorausgabe entfernt und das Magnetfeld kann genau erfasst werden, wie bei der Sensorausgabekompensation-IC 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bezüglich der Sensorausgabekompensation-IC 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Sensorausgabe von der Differenzspannung zwischen den Ausgaben der beiden TMR-Sensoren 2 erhalten und entsprechend kann die Sensorausgabe, in der die Variationen aufgrund der TMR-Sensoren 2 gemittelt sind, erhalten werden, eine Schaltungsstruktur, die mit Variationen aufgrund der TMR-Sensoren 2 umgehen kann, wird erhalten, und das Magnetfeld kann genauer erfasst werden wie bei der Sensorausgabekompensation-IC 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B: Sensorausgabekompensation-IC
2: TMR-Sensor
2a, 2b: zwei Leistungsanschlüsse der TMR-Sensoren 2
2c, 2d: zwei Erfassungssignalausgangsanschlüsse der TMR-Sensoren 2
3: Differenzverstärkerschaltung
4: Kompensationsverstärkerschaltung
5: Linearitätskompensationsschaltung
51, 52, 53, ···, 5n: Komparator
6: Temperaturkoeffizientempfindlichkeitskompensationsschaltung
61, 62, 63, ···, 6n: Komparator
7: Temperaturcharakteristik-des-Versatzes-Kompensationsschaltung
72: erste invertierende Verstärkerschaltung
74: zweite invertierende Verstärkerschaltung
75: erster Schalter
76: zweiter Schalter
13: erste zusammengesetzte Rechenschaltung
14: zweite zusammengesetzte Rechenschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11194160 [0004]
JP 2003248017 [0042]

Claims

Eine Sensorausgabekompensationsschaltung, die folgende Merkmale aufweist: eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Sensorausgabe verstärkt, die basierend auf einer vorbestimmten Erfassungsspannung ausgegeben wird, die in Erfassungssignalausgangsanschlüssen von zwei Sensoren gemessen wird, die jeweilige Sensorelemente umfassen, die einen Widerstandswert aufweisen, der in Abhängigkeit von einer erfassten physikalischen Größe veränderbar ist, und die durch eine Brückenverbindung verbunden sind, wobei die beiden Sensoren an relativen Positionen angeordnet sind, zwischen denen ein Einfluss eines Restmagnetfelds aufgehoben ist, wobei die Sensorausgabe von der physikalischen Größe abhängt, die durch die Sensoren erfasst wird; und eine Vorspannungsschaltung, die eine Spannung an zwei Leistungsanschlüsse von einem der beiden Sensoren in eine Richtung anlegt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der eine Spannung an zwei Leistungsanschlüsse des anderen der zwei Sensoren angelegt ist.
Die Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine erste zusammengesetzte Rechenschaltung, die Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen von einem der beiden Sensoren in einer Phase gemessen werden, addiert oder mittelt; und eine zweite zusammengesetzte Rechenschaltung, die Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen des anderen der beiden Sensoren in einer anderen Phase gemessen werden, addiert oder mittelt, wobei die Differenzverstärkerschaltung als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen einer Ausgabe der ersten zusammengesetzten Rechenschaltung und einer Ausgabe der zweiten zusammengesetzten Rechenschaltung verstärkt.
Die Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Differenzverstärkerschaltung als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen Erfassungsspannungen, die in den Erfassungssignalausgangsanschlüssen von einem der beiden Sensoren gemessen werden, verstärkt.
Die Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Differenzverstärkerschaltung als die Sensorausgabe eine Differenzspannung zwischen einer Erfassungsspannung, die in einem der Erfassungssignalausgangsanschlüsse von einem der beiden Sensoren in einer Phase gemessen wird, und einer Erfassungsspannung, die in einem anderen der Erfassungssignalausgangsanschlüsse des anderen der beiden Sensoren in einer anderen Phase gemessen wird, verstärkt.
Die Sensorausgabekompensationsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Sensorelemente TMR-Elemente sind.