JP2005039469A - オフセット調整回路およびそれを用いたセンサ信号処理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の増幅利得を確保しつつ、中点ドリフトの影響を低減できるオフセット調整回路を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の基準信号に対する第１の入力信号を非反転増幅する第１の増幅器４と、第２の基準信号に対する第２の入力信号を非反転増幅する第２の増幅器６と、第１の基準信号に対する第１の入力信号のばらつきを補正するための第１の基準電圧発生手段２と、第２の基準信号に対する第２の入力信号のばらつきを補正するための第２の基準電圧発生手段５と、第１の基準信号と前記第２の増幅器６の反転入力端子（−）との間に抵抗器７２を設け、前記第１の基準電圧発生手段２の電圧と第２の基準電圧発生手段５の電圧を調整することで、第１の増幅器４の出力と第２の増幅器６の出力を調整することができることにより、信号の増幅利得を確保しつつ、中点ドリフトの影響を低減（ＳＮ比を向上）できるオフセット調整回路を提供する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力信号のレベルシフトを行うオフセット調整回路およびそれを用いたセンサ信号処理回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オフセットを持つ第１の入力信号とオフセットを持つ第２の入力信号を所定の値にオフセット調整する回路として図３のような回路がある。第１の基準電圧は抵抗Ｒａを通してＡＭＰ１の反転入力端子に、第１の入力信号はＡＭＰ１の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。同様に、第２の基準電圧は抵抗Ｒｃを通してＡＭＰ２の反転入力端子に、第２の入力信号はＡＭＰ２の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。ＡＭＰ１とＡＭＰ２にはそれぞれ負帰還抵抗Ｒｂ、Ｒｄが接続されている。Ａｍｐ１は第１の入力信号と第１の基準電圧の差を利得１＋Ｒｂ／Ｒａで増幅する非反転増幅器、Ａｍｐ２は第２の入力信号と第２の基準電圧の差を利得１＋Ｒｄ／Ｒｃで増幅する非反転増幅器である。そして、ＡＭＰ１とＡＭＰ２の出力は演算手段に接続された構成になっている。
【０００３】
従来のこのような回路において、オフセットを持つ第１と第２の入力信号を増幅したＡｍｐ１の出力とＡｍｐ２の出力を所定の電位に調整する場合、第１の基準電圧と第２の基準電圧をそれぞれ調整する。この回路の第１の基準電圧と第２の基準電圧の調整電位に対するＡｍｐ１とＡｍｐ２出力の調整率はそれぞれ抵抗比Ｒｂ／Ｒａ、Ｒｄ／Ｒｃで決定される。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７４８６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成においては、温度変化などで第１の基準電圧と第２の基準電圧の温度ドリフトも抵抗比倍されるため、できる限りゼロに近い抵抗比として、Ａｍｐ１とＡｍｐ２による第１の入力信号と第２の入力信号の利得を略１に近いものとしているため、信号増幅ができず中点ドリフトへの影響も大きくなるという課題を有していた。
【０００７】
そこで本発明では、信号の増幅利得を確保しつつ、中点ドリフトの影響を低減（ＳＮ比を向上）できるオフセット調整回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、入力信号にオフセット電圧を加算して入力信号のレベルシフトを行うオフセット調整回路であって、第１の基準信号に対する第１の入力信号を非反転増幅する第１の増幅器と、第２の基準信号に対する第２の入力信号を非反転増幅する第２の増幅器と、第１の基準信号に対する第１の入力信号のばらつきを補正するための第１の基準電圧発生手段と、第２の基準信号に対する第２の入力信号のばらつきを補正するための第２の基準電圧発生手段と、前記第１の基準信号と前記第２の増幅器の反転入力端子（−）との間に抵抗を設け、前記第１の基準電圧発生手段の電圧と前記第２の基準電圧発生手段の電圧を調整することで、前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の出力を調整することができることにより、ばらつき調整時の精度を向上することができるとともに、第１と第２の増幅器出力の相対変化が低減され、温度変化も低減することができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、第１の入力信号と第２の入力信号に対する第１の増幅器の利得と第２の増幅器の利得が同じであるため、外乱によるＳＮ比への影響を低減することができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１の基準電圧発生手段からの第１の基準信号を、電源と接地間に配置された複数の抵抗と電圧フォロアで構成され、前記抵抗の分割電圧を前記電圧フォロアの出力とすることにより、インピーダンス変化の影響を低減することができるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、第２の基準電圧発生手段からの第２の基準信号を、電源と接地間に配置された複数の抵抗と電圧フォロアで構成され、前記抵抗の分割電圧を前記電圧フォロアの出力とすることにより、インピーダンス変化の影響を低減することができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、複数の抵抗の一部が抵抗値を可変設定できることにより電圧フォロア出力を抵抗値の分解能で調整することができるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、第１の入力信号と第２の入力信号が被測定対象の変化に対応して変動するセンサ信号からなり、第１の増幅器の出力と第２の増幅器の出力が差動増幅器に接続されたセンサ信号処理回路を構成することにより、波形ドリフトの影響が少ない信号波形を得ることができるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、差動増幅器を比較器にすることで、２つの信号を直接比較して矩形波を得ることができ、回路を簡素化することができるという作用を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態における回転検出装置のオフセット調整回路を説明するための構成図である。図１に示すように、オフセット調整回路は第１、第２の入力信号Ｓ１、Ｓ２と第１、第２の基準発生手段２、５と第１、第２の増幅器４、６と第１、第２の増幅器４、６の出力Ｔ１、Ｔ２を演算する差動増幅器８から構成される。
【００１８】
磁気センサ部３は、それぞれ１組のブリッジで構成された磁気センサ素子３１、３２、３３、３４と磁気センサ素子３１、３２、３３、３４に対して所定の磁界を発生させるバイアス磁石（図示せず）で構成されており、被検出対象となるギア１とは所定の間隙をもって配置されている。バイアス磁石は永久磁石からなり、一方の面がＮ極に他方の面がＳ極に着磁されている。磁気センサ素子３１、３２、３３、３４は、ギア１の外周部と対向するようにして配置され、ギア１の回転に伴い周期的に変化する信号を出力するものである。磁気センサ素子３１、３２、３３、３４としては、例えば半導体磁気抵抗素子が用いられる。また、磁気センサ素子３１、３２および磁気センサ素子３３、３４の両端には定電圧Ｖｃｃが印加されているため、磁気センサ素子３１と３２、磁気センサ素子３３と３４の各中点における電位がギア１の回転に伴って、図２に示すような正弦波状の第１および第２の入力信号Ｓ１、Ｓ２として取り出され、第１および第２の増幅器４、６の非反転入力端子に入力される。
【００１９】
なお、磁気センサ素子３１、３２、３３、３４は、ギア１の回転に伴う磁束変化により周期的な信号を出力できるものであれば、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、ＭＩ素子（磁気インピーダンス素子）やその他の検出手段を用いてもよい。
【００２０】
一方、被検出対象となるギア１には、図１に示すように突部１１が連続的に設けられている。そして、図１の矢印に示すようにギア１は回転を行っている。突部１１は回転に伴い磁気センサ素子３１、３２、３３、３４の出力を変化させるためのものであり、図１に示すようにギア１の外周部に所定のピッチで設けられ、ギア１が回転することにより同一軌道上を移動するように構成されている。このギア１は突部１１を含めて全体が磁性体により構成されているが、その突部１１のみが磁性体で形成されていてもよい。
【００２１】
なお、ギア１は図１に示すように突起状の突部１１を形成したものに限られるものではなく、ギア１の回転に伴って磁気センサ素子３１、３２、３３、３４から周期的に変化する信号を出力できるものであれば、その他の構造もしくは形状のものであってもよい。
【００２２】
第１の基準電圧発生手段２は、電源と接地間に配置された抵抗２１、２２と可変抵抗２３と電圧フォロア２４で構成されており、この抵抗２１、２２の分割電圧ＶｃｃＨＦは電圧フォロア２４の出力すなわち第１の基準信号Ｖ１として取り出される。この電圧フォロア２４を設けることにより抵抗２１、２２、２３のインピーダンスの影響を低減することができる。この第１の基準信号Ｖ１が抵抗７１を介して第１の増幅器４の反転入力端子に接続され、抵抗７１の２倍の抵抗値をもった抵抗７２を介して第２の増幅器６の反転入力端子に接続されている。また、抵抗７２とこれと同じ抵抗値を持つ抵抗７３を介して第２の基準電圧発生手段５の電圧フォロア５４の出力とも接続されている。
【００２３】
第２の基準電圧発生手段５も抵抗５１、５２と可変抵抗５３と電圧フォロア５４で構成されており、この抵抗５１、５２の分割電圧Ｖｓｏｆは電圧フォロア５４の出力すなわち第２の基準信号Ｖ２として取り出される。この電圧フォロア５４を設けることにより抵抗５１、５２、５３のインピーダンスの影響を低減することができる。
【００２４】
第１の増幅器４および第２の増幅器６の構成は同じで、非反転入力端子には第１および第２の入力信号Ｓ１、Ｓ２が入力され、反転入力端子には第１、第２の基準信号Ｖ１、Ｖ２が入力され、反転入力端子と第１および第２の増幅器４、６の出力端子間には増幅度を決める抵抗７４、７５が配置され、各増幅器４、６の出力端子より第１の増幅器４の出力Ｔ１および第２の増幅器６の出力Ｔ２が取り出される。
【００２５】
次に、この回路構成による回路動作について説明する。
【００２６】
ギア１の回転に伴って磁気センサ素子３１、３２、３３、３４から得られた第１および第２の入力信号Ｓ１、Ｓ２が第１および第２の増幅器４、６に入力される。そして、第１の入力信号Ｓ１および第２の入力信号Ｓ２のオフセット調整回路をするために、可変抵抗２３、５３の抵抗値を変化させることで第１および第２の基準信号Ｖ１、Ｖ２をレベルシフトさせる。抵抗７１、７２、７３、７４、７５のそれぞれの抵抗値をＲ７１、Ｒ７２、Ｒ７３、Ｒ７４、Ｒ７５とすれば、可変抵抗２３を変化させた場合は、第１の増幅器４の出力Ｔ１は−Ｒ７４／Ｒ７１のオフセット変化となり、第２の増幅器６の出力Ｔ２は−Ｒ７５／Ｒ７２のオフセット変化となる。そして、この差が相対ドリフトとなるが、これは抵抗７１と抵抗７２の比率によって決まることになるので、比率を小さくすれば相対ドリフトの影響を低減することができることになる。
【００２７】
次に、可変抵抗５３を変化させた場合は第１の増幅器４の増幅度が−１となり、第１の増幅器４の出力Ｔ１がレベルシフトに及ぼす影響は全くないが、第２の増幅器６の出力Ｔ２は−Ｒ７５／Ｒ７３のオフセット変化となる。これにより第１の増幅器４の出力Ｔ１と第２の増幅器６の出力Ｔ２はオフセット微調整が可能となり、ばらつき精度を向上させることができる。
【００２８】
そして、この第１の増幅器４の出力Ｔ１、第２の増幅器６の出力Ｔ２を演算手段である差動増幅器８に入力することで、お互いのドリフトを相殺し波形ドリフトの影響が少ない信号を得る。また、演算手段として、差動増幅器８の代わりに比較器を用いることで、第１の増幅器４の出力Ｔ１と第２の増幅器６の出力Ｔ２を直接比較することにより矩形波出力を得ることができ、回路を簡素化することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は入力信号にオフセット電圧を加算して入力信号のレベルシフトを行うオフセット調整回路であって、第１の基準信号に対する第１の入力信号を非反転増幅する第１の増幅器と、第２の基準信号に対する第２の入力信号を非反転増幅する第２の増幅器と、第１の基準信号に対する第１の入力信号のばらつきを補正するための第１の基準電圧発生手段と、第２の基準信号に対する第２の入力信号のばらつきを補正するための第２の基準電圧発生手段と、前記第１の基準信号と前記第２の増幅器の反転入力端子（−）との間に抵抗を設け、前記第１の基準電圧発生手段の電圧と前記第２の基準電圧発生手段の電圧を調整することで、前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の出力を調整することができることにより、信号の増幅利得を確保しつつ、中点ドリフトの影響を低減（ＳＮ比を向上）できるオフセット調整回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回転検出装置のオフセット調整回路を説明するための構成図
【図２】本発明の実施の形態における磁気センサ素子の中点における出力波形図
【図３】従来のオフセット調整回路を説明するための構成図
【符号の説明】
１ ギア
２ 第１の基準電圧発生手段
３ 磁気センサ部
４ 第１の増幅器
５ 第２の基準電圧発生手段
６ 第２の増幅器
８ 差動増幅器
２１、２２、５１、５２、７１〜７５ 抵抗
２３、５３ 可変抵抗
２４、５４ 電圧フォロア
３１〜３４ 磁気センサ素子
Ｖ１ 第１の基準信号
Ｖ２ 第２の基準信号
Ｓ１ 第１の入力信号
Ｓ２ 第２の入力信号
Ｔ１ 第１の増幅器の出力
Ｔ２ 第２の増幅器の出力

Claims (7)

1. 入力信号にオフセット電圧を加算して入力信号のレベルシフトを行うオフセット調整回路であって、第１の基準信号に対する第１の入力信号を非反転増幅する第１の増幅器と、第２の基準信号に対する第２の入力信号を非反転増幅する第２の増幅器と、第１の基準信号に対する第１の入力信号のばらつきを補正するための第１の基準電圧発生手段と、第２の基準信号に対する第２の入力信号のばらつきを補正するための第２の基準電圧発生手段と、前記第１の基準信号と前記第２の増幅器の反転入力端子（−）との間に抵抗を設け、前記第１の基準電圧発生手段の電圧と前記第２の基準電圧発生手段の電圧を調整することで、前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の出力を調整するように構成したオフセット調整回路。
2. 第１の入力信号と第２の入力信号に対する第１の増幅器の利得と第２の増幅器の利得が同じである請求項１に記載のオフセット調整回路。
3. 第１の基準電圧発生手段からの第１の基準信号は、電源と接地間に配置された複数の抵抗と電圧フォロアで構成され、前記抵抗の分割電圧を前記電圧フォロアの出力とした請求項１に記載のオフセット調整回路。
4. 第２の基準電圧発生手段からの第２の基準信号は、電源と接地間に配置された複数の抵抗と電圧フォロアで構成され、前記抵抗の分割電圧を前記電圧フォロアの出力とした請求項１に記載のオフセット調整回路。
5. 複数の抵抗の一部が抵抗値を可変または調整できる構成とした請求項３および４に記載のオフセット調整回路。
6. 請求項１に記載のオフセット調整回路における第１の入力信号と第２の入力信号は、被測定対象の変化に対応して変動するセンサ信号からなり、第１の増幅器の出力と第２の増幅器の出力が差動増幅器の入力に接続された構成のセンサ信号処理回路。
7. 差動増幅器が比較器である請求項６に記載のセンサ信号処理回路。

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