JP2006098171A - 磁気検出用半導体集積回路およびそれを搭載した電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ホール素子11と、該ホール素子の電圧変化を増幅するGmアンプ13と、所定のバイアス電圧を前記ホール素子の端子対に交互に印加させる切替え回路とを備えた磁気検出用半導体集積回路において、前記Gmアンプとして差動入力−シングルエンド出力のアンプを用い、該アンプの出力端子と所定の定電位点との間に接続された抵抗素子RLと、該抵抗素子と並列に設けられた容量素子C1と、該容量素子と直列に接続されたスイッチ素子SW11とを設け、該スイッチ素子を第1の位相期間にオン状態して前記容量素子に前記抵抗素子の端子間電圧をサンプリングし、第2の位相期間にオフ状態して前記容量素子に保持されている端子間電圧と前記抵抗素子の端子間電圧を比較して電位差に応じた信号を出力させる。
【選択図】 図1
Description
この発明の他の目的は、ホール素子とホール素子の発生電圧を検出する差動アンプを内蔵したホールICの低電源電圧化を容易に達成できるようにすることにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面から明らかになるであろう。
すなわち、対向する端子対を2組有するホール素子と、該ホール素子の電圧変化を増幅する電圧入力-電流出力型の差動増幅回路(Gmアンプ)と、所定のバイアス電圧を切り替えて前記ホール素子の一方の端子対または他方の端子対に交互に印加させる切替え回路とを備えた磁気検出用半導体集積回路において、前記Gmアンプとして1対の差動入力端子と1つの出力端子を有する差動入力−シングルエンド出力のアンプを用い、該アンプの出力端子と所定の定電位点との間に接続された電流−電圧変換用の抵抗素子と、該抵抗素子と並列に設けられた容量素子と、該容量素子と直列に接続されたスイッチ素子とを設け、該スイッチ素子を第1の位相期間にオン状態して前記容量素子に前記抵抗素子の端子間電圧をサンプリングし、第2の位相期間にオフ状態して前記容量素子に保持されている端子間電圧と前記抵抗素子の端子間電圧を比較して電位差に応じた信号を出力させるように構成したものである。
すなわち、本発明に従うと、ホール素子と電流検出用の差動アンプを内蔵したホールICにおいて、構成素子数を減らして回路の占有面積ひいてはチップサイズを低減できるようになる。
図1は、本発明に係るホールICの第1の実施例を示す。図1に示されている素子および各回路ブロックを構成する素子は、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に、半導体集積回路として形成される。
VO={VDC+RL・Gm(VH1+Voff)}−{VDC−RL・Gm(VH2−Voff)}
=RL・Gm(VH1+VH2)
となる。よってGmアンプのオフセットが相殺される事が分かる。
VO=2・RL・Gm・VH
となり、φ1がハイレベルの期間のオフセットとφ1がロウレベルの期間のオフセットとが相殺し合い、ノードN1とN0の電位差VOにはホール素子11のオフセットが含まれないようになる。
この実施例は、第1の実施例におけるGmアンプ13の出力端子と定電位点Ncとの間に、抵抗RLと並列の容量C1およびスイッチSW11の他にもう1組の容量C2およびスイッチ素子SW12を設け、スイッチ素子SW12をクロックφ1と逆相のクロックφ2によりスイッチ素子SW11と相補的にオン、オフさせるように構成したものである。なお、図4には示されていないが、図1の実施例と同様に定電圧回路14およびボルテージフォロワ15やヒステリシス・コンパレータ16、ラッチ回路17が設けられる。第1の実施例と同様に、ヒステリシス・コンパレータ16の代わりにリニアアンプ、ラッチ回路17の代わりにサンプルホールド回路を設けても良い。
図11において、符号10で示されているのはホールIC、20はマイクロコンピュータなどからなるコントロールユニット、30は本発明に係るインタフェース回路である。コントロールユニット20は、例えばエンジンの制御システムでは、クランク軸に設けられたクランク角度を検出するホールIC(センサ)からの検出信号に基づいて点火プラグの着火タイミングなどを制御したりする。ホールIC10は磁気−電気変換特性を有するホール素子11や、該ホール素子11の状態に応じてオン、オフ動作される出力トランジスタQoを有する。
この実施例のインタフェース回路30は、図11に示されているようなシリーズレギュレータからなる電源回路31と電流検出回路32との組を複数個設けて、複数のホールIC10とコントロールユニット20との間を1つのインタフェース回路30で接続できるようにしたものである。自動車などの制御システムにおいては、複数のホールICをセンサとして使用することが多いので、本実施例のインタフェース回路30を用いることで、制御装置の小型化が可能になるとともに、システム全体のコストを下げることができる。なお、この実施例のインタフェース回路30では、複数の電流検出回路32のうち1つあるいは数個にリニアアンプを設け、残りの電流検出回路32にはコンパレータを設けることで、センサの使用箇所に応じて2値化出力とアナログ値を出力させるように構成することができる。
本実施例は、インタフェース回路の電流検出回路32をロジック回路で構成するようにしたものである。具体的には、抵抗Rsにより変換された電圧信号を所定のしきい値Vthで弁別しクロックCLKに同期してラッチする第1のラッチ回路LT1と、該第1のラッチ回路LT1の出力をラッチする第2のラッチ回路LT2と、2つのラッチ回路LT1,LT2の出力Vt(n-1),Vt(n)を比較して信号が変化したか否かを判定する判定回路JDGとから構成されている。判定回路JDGは、イクスクルーシブORゲートなどの論理ゲート回路により構成することができる。
本実施例のインタフェース回路は、外部に設けられた電源ラインL1の電流を検出する電流検出手段60からの検出出力を比較電圧Vcと比較して判定するコンパレータCMPにより電流検出回路32を構成するようにしたものである。本実施例によれば、図11の実施例に比べてトランジスタQ20と抵抗Rsが不要になるため、インタフェース回路を簡略化し小型化することができるという利点がある。
図18に示される実施例のモジュール80は、複数個のホールIC10を1列に並べてプリント配線基板81上に実装するとともに、各ホールIC10に対向するように磁性体からなるヨーク82に保持された磁石83を並べた対向基板84が所定の間隔をおいて対向するようにホルダ85a,85bで基板81上に固定したものである。このモジュール80は、上記プリント配線基板81と対向基板84との間隔内に、図19に示すような三角形状の磁性体プレート86をスライド可能に挿通させて、プレート86の位置ないしは移動量を検出する位置検出装置として機能する。
11 ホール素子
12 温度補償回路
13 Gmアンプ
14 定電圧回路
15 ボルテージフォロワ
16 ヒステリシス・コンパレータ
17 ラッチ回路(サンプルホールド回路)
18 出力端子
19 バイアス電圧生成回路
20 コントロールユニット
30 インタフェース回路
31 電源回路(シリーズレギュレータ)
32 電流検出回路
50 バッテリー
80 位置検出用モジュール
81 プリント配線基板
82 ヨーク
83 磁石
84 対向基板
86 磁性体プレート
RL 電流−電圧変換用抵抗
CMP コンパレータ
VF ボルテージフォロワ
Qo 出力トランジスタ
Claims (10)
- 交差する線上に位置し対向する端子対を2組有するホール素子と、該ホール素子の一方の端子対間に所定のバイアス電圧を印加して電流を流したとき他方の端子対間に生じる電圧変化を増幅する電圧入力−電流出力型の差動増幅回路と、第1の位相期間と第2の位相期間で前記ホール素子に印加する前記所定のバイアス電圧を切り替えて前記ホール素子の一方の端子対または他方の端子対に交互に印加させる第1切替え回路と、前記第1の位相期間に前記ホール素子の一方の端子対間に生じる電圧と第2の位相期間に前記ホール素子の他方の端子対間に生じる電圧を前記差動増幅回路の差動入力端子に交互に印加させる第2切替え回路と、を備えた磁気検出用半導体集積回路であって、
前記差動増幅回路は一対の差動入力端子と一つの出力端子を有する差動入力−単相出力の差動増幅回路により構成され、該差動増幅回路の出力端子と所定の電位が印加された定電位点との間に接続され前記差動増幅回路から出力された電流を電圧に変換する抵抗素子と、一方の端子が前記定電位点と接続されており該抵抗素子と並列に設けられた容量素子と、該容量素子と直列形態で接続されており前記出力端子と前記容量素子の他方の端子との間に存在するスイッチ素子とを備え、該スイッチ素子を前記第1の位相期間にオン状態にして前記容量素子に前記抵抗素子の端子間電圧をサンプリングし、前記第2の位相期間に前記スイッチ素子をオフ状態にして前記容量素子に保持されている電圧をホールドすることにより前記出力端子と前記容量素子の前記他方の端子との間の電圧を比較して電位差に応じた信号を出力するように構成されていることを特徴とする磁気検出用半導体集積回路。 - 交差する線上に位置し対向する端子対を2組有するホール素子と、該ホール素子の一方の端子対間に所定のバイアス電圧を印加して電流を流したとき他方の端子対間に生じる電圧変化を増幅する電圧入力−電流出力型の差動増幅回路と、第1の位相期間と第2の位相期間で前記ホール素子に印加する前記所定のバイアス電圧を切り替えて前記ホール素子の一方の端子対または他方の端子対に交互に印加させる第1切替え回路と、前記第1の位相期間に前記ホール素子の一方の端子対間に生じる電圧と第2の位相期間に前記ホール素子の他方の端子対間に生じる電圧を前記差動増幅回路の差動入力端子に交互に印加させる第2切替え回路と、を備えた磁気検出用半導体集積回路であって、
前記差動増幅回路は一対の差動入力端子と一つの出力端子を有する差動入力−単相出力の差動増幅回路により構成され、該差動増幅回路の出力端子と所定の電位が印加された定電位点との間に接続され前記差動増幅回路から出力された電流を電圧に変換する抵抗素子と、一方の端子が前記定電位点と接続されており該抵抗素子と並列に設けられた第1の容量素子と、該第1の容量素子と直列形態で接続されており前記出力端子と前記第1の容量素子の他方の端子との間に存在する第1のスイッチ素子と、一方の端子が前記定電位点と接続されており前記抵抗素子と並列に設けられた第2容量素子と、該第2容量素子と直列形態で接続されており前記出力端子と前記第2の容量素子の他方の端子との間に存在する第2スイッチ素子とを備え、前記第1のスイッチ素子を前記第1の位相期間にオン状態にして前記第1の容量素子に前記抵抗素子の端子間電圧をサンプリングし、前記第2スイッチ素子を前記第2の位相期間にオン状態にして前記第2容量素子に前記抵抗素子の端子間電圧をサンプリングし、前記第1の位相期間と第2の位相期間においてそれぞれ、前記第1の容量の他方の端子に印加される電圧と前記第2の容量の他方の端子に印加される電圧とを比較して電位差に応じた信号を出力することを特徴とする磁気検出用半導体集積回路。 - 前記第2切替え回路は、前記第1の位相期間に前記差動増幅回路へ入力させる電圧の極性と前記第2の位相期間に前記差動増幅回路へ入力させる電圧の極性が逆になるように切り替えて入力させることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気検出用半導体集積回路。
- 前記ホール素子の温度依存性を補償する温度補償回路を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁気検出用半導体集積回路。
- 前記温度補償回路は、前記ホール素子の端子対間に印加される前記所定のバイアス電圧に前記ホール素子の温度依存性を補償する温度特性を与えることを特徴とする請求項4に記載の磁気検出用半導体集積回路。
- ヒステリシス特性を有し前記出力端子と前記容量素子の前記他方の端子との間の電圧を比較する電圧比較回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出用半導体集積回路。
- 前記容量素子の他方の端子又は前記出力端子と前記電圧比較回路との間に設けられたインピーダンス変換回路を備えることを特徴とする請求項6に記載の磁気検出用半導体集積回路。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気検出用半導体集積回路と、電源から供給される電源電圧を降圧して前記磁気検出用半導体集積回路に印加する電圧を発生する電源回路および前記磁気検出用半導体集積回路から出力される検出信号を受けて外部の制御回路へ出力するインタフェース回路を備えたインタフェース用半導体集積回路と、が1つの絶縁基板上に実装されてなることを特徴とする電子部品。
- 前記磁気検出用半導体集積回路は前記電源回路からの駆動電圧が印加される電源電圧端子と基準電位が印加されるグランド端子とを有する2端子の半導体集積回路であり、前記インタフェース用半導体集積回路は前記電源回路から前記磁気検出用半導体集積回路へ流される電流を検出する電流検出回路を備えることを特徴とする請求項8に記載の電子部品。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気検出用半導体集積回路と、該磁気検出用半導体集積回路と所定の間隔をおいて対向された磁石と、電源から供給される電源電圧を降圧して前記磁気検出用半導体集積回路に印加する電圧を発生する電源回路および前記磁気検出用半導体集積回路から出力される検出信号を受けて外部の制御回路へ出力するインタフェース回路を備えたインタフェース用半導体集積回路と、が1つの絶縁基板上に実装されてなることを特徴とする電子部品。
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