JP2010185737A - Magnetic sensor - Google Patents

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Hiroharu Saito
弘治 齊藤
Hitoshi Furumoto
仁 古本
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Rohm Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor improving the noiseproof characteristics and reducing the manufacturing dispersion. <P>SOLUTION: The magnetic sensor (100) includes a magnetoelectric transducer (110), a constant-current circuit (120), a clamp (130), and an amplification part (140). The magnetoelectric transducer (110) includes a pair of input terminals (110a, 110b) and a pair of output terminals (110c, 110d). The constant-current circuit (120) is configured by a pair of PMOS transistors (PMOS1, PMOS2), and supplies a constant-current (id1) from the drain side of the PMOS transistor PMOS1 to the input terminal (110a). The clamp circuit (130) sucks the constant current (id1a) flowing from the input terminal (110b). The input part of the clamp circuit (130) and the input stage of the amplification part (140) are configured by a differential amplifier of the PMOS transistors, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor.

磁気センサは、デジタルスチルカメラ、一眼レフカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなど小型の電子機器に搭載され、開閉検出装置、回転検出装置などの位置センサなどに採用される。 A magnetic sensor is mounted on a small electronic device such as a digital still camera, a single-lens reflex camera, a digital video camera, a mobile phone, or a notebook personal computer, and is used for a position sensor such as an open / close detection device or a rotation detection device.

磁気センサには、磁界又は磁束密度に比例した出力電圧を発生する磁電変換素子と、磁電変換素子を駆動する駆動回路と、磁電変換素子の出力電圧を増幅する増幅部と、増幅器の出力電圧を所定の基準電圧と比較する比較器などで構成される。磁電変換素子としては、素子を通過する磁界の強さ又は磁束密度に応じた信号を出力するホール素子又は磁界の強さによって抵抗値が変化する磁気抵抗が使用される。 The magnetic sensor includes a magnetoelectric conversion element that generates an output voltage proportional to a magnetic field or magnetic flux density, a drive circuit that drives the magnetoelectric conversion element, an amplification unit that amplifies the output voltage of the magnetoelectric conversion element, and an output voltage of the amplifier. It comprises a comparator for comparison with a predetermined reference voltage. As the magnetoelectric conversion element, a Hall element that outputs a signal corresponding to the strength of the magnetic field passing through the element or the magnetic flux density, or a magnetoresistance whose resistance value changes depending on the strength of the magnetic field is used.

磁電変換素子として用いられるホール素子は、一対の入力端子と一対の出力端子、すなわち、4つの端子を有するのが一般的である。又、ホール素子を駆動する駆動回路としては定電流駆動型及び定電圧駆動型が知られている。 A Hall element used as a magnetoelectric conversion element generally has a pair of input terminals and a pair of output terminals, that is, four terminals. As a drive circuit for driving the Hall element, a constant current drive type and a constant voltage drive type are known.

図4は特許文献1(特開平7−236085号公報)の図1に開示されたホール電圧増幅回路を一部簡略化し、さらに本発明に関連する回路部だけを抜き出したものである。特許文献1に開示されたホール電圧増幅回路は、磁束密度の大きさを検出するホール素子1と、ホール素子1の一方のバイアス端子1aに定電流を供給する定電流回路2と、ホール素子1の他方のバイアス端子1bから流出する定電流を吸い込みながらホール素子1の一方のホール電圧端子1dを基準電圧に固定するクランプ回路3と、ホール素子1の他方のホール電圧端子1cからの信号を増幅する増幅器8とを備える。   FIG. 4 is a partially simplified Hall voltage amplifier circuit disclosed in FIG. 1 of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-236085), and only the circuit portion related to the present invention is extracted. The Hall voltage amplifier circuit disclosed in Patent Document 1 includes a Hall element 1 that detects the magnitude of magnetic flux density, a constant current circuit 2 that supplies a constant current to one bias terminal 1 a of the Hall element 1, and a Hall element 1. The clamp circuit 3 that fixes one Hall voltage terminal 1d of the Hall element 1 to the reference voltage while sucking a constant current flowing out from the other bias terminal 1b of the first and second terminals, and amplifies the signal from the other Hall voltage terminal 1c of the Hall element 1 The amplifier 8 is provided.

クランプ回路としての回路機能を有する演算増幅器3の(+)側入力端子を接地し、演算増幅器3の出力端子をホール素子1のバイアス(−)端子1bに接続すると共に(−)側入力端子をホール素子1のホール(−)端子1dに接続する。   The (+) side input terminal of the operational amplifier 3 having a circuit function as a clamp circuit is grounded, the output terminal of the operational amplifier 3 is connected to the bias (−) terminal 1b of the Hall element 1, and the (−) side input terminal is connected. The Hall element 1 is connected to the Hall (-) terminal 1d.

このように演算増幅器3で構成したクランプ回路をホール素子1に接続することで、ホール(−)端子1dが接地電位にクランプされる。そして、ホール素子1からホール電圧Vhを取り出すホール端子1cを、ホール電圧増幅用の演算増幅器8の(+)側入力端子に接続する。又、所定の電圧V5を、抵抗器R20を介して演算増幅器8の(−)側入力端子に供給する。所定の電圧V5はホール電圧にオフセットを付与するための電圧である。   Thus, by connecting the clamp circuit constituted by the operational amplifier 3 to the Hall element 1, the Hall (−) terminal 1d is clamped to the ground potential. Then, the hall terminal 1c that extracts the hall voltage Vh from the hall element 1 is connected to the (+) side input terminal of the operational amplifier 8 for amplifying the hall voltage. A predetermined voltage V5 is supplied to the (−) side input terminal of the operational amplifier 8 via the resistor R20. The predetermined voltage V5 is a voltage for adding an offset to the Hall voltage.

演算増幅器8の(−)側入力端子を、抵抗器R18を介して接地させると共に、演算増幅器8の(−)側入力端子と出力端子との間に抵抗器R19を接続し、さらに抵抗器R19と並列にキャパシタC11を接続する。 The (−) side input terminal of the operational amplifier 8 is grounded via the resistor R18, and the resistor R19 is connected between the (−) side input terminal and the output terminal of the operational amplifier 8, and further the resistor R19. In parallel with the capacitor C11.

抵抗器R18,R19により、演算増幅器8で増幅されるゲインが決まり、キャパシタC11でローパスフィルタが構成される。ローパスフィルタを構成するキャパシタC11によってノイズ成分が抑圧される。そして、演算増幅器8の出力端子から、増幅されたホール電圧Vhoutを取り出す。   Resistors R18 and R19 determine the gain amplified by the operational amplifier 8, and the capacitor C11 forms a low-pass filter. The noise component is suppressed by the capacitor C11 constituting the low-pass filter. Then, the amplified Hall voltage Vhout is taken out from the output terminal of the operational amplifier 8.

図5は、特許文献2(特開2000−97972号公報)の図4に開示された磁電変換素子を有する電流センサを示す。図5において、ホール素子12を温度補償回路11により定電流駆動し、ホール素子12の出力差電圧を差動増幅により増幅する。差動増幅器30Aは、オペアンプ30,抵抗31〜35及び可変抵抗36によって構成される。 FIG. 5 shows a current sensor having a magnetoelectric conversion element disclosed in FIG. 4 of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-97972). In FIG. 5, the Hall element 12 is driven with a constant current by the temperature compensation circuit 11, and the output differential voltage of the Hall element 12 is amplified by differential amplification. The differential amplifier 30 </ b> A includes an operational amplifier 30, resistors 31 to 35, and a variable resistor 36.

さらに、ホール素子12の中点電圧を所定の電圧になるように、オペアンプ45及び抵抗46,48により構成した制御手段により制御する。なお、中点電圧とは、無磁界時におけるホール素子出力電圧をいい、中点電圧Vmは、Vm=((ホール素子12の一方の入力端子の電圧)+(ホール素子12の他方の入力端子の電圧))/2で示されるとしている。 Further, control is made by a control means constituted by an operational amplifier 45 and resistors 46 and 48 so that the midpoint voltage of the Hall element 12 becomes a predetermined voltage. The midpoint voltage refers to the Hall element output voltage when there is no magnetic field, and the midpoint voltage Vm is Vm = ((the voltage at one input terminal of the Hall element 12) + (the other input terminal of the Hall element 12). Voltage)) / 2.

オペアンプ45の反転端子(−)にはホール素子12の一方の出力端子の電圧を抵抗46を介して入力し、非反転端子(+)にはバイアス電流補償用抵抗48を介してグランドGNDに接続し、オペアンプ45の出力端子はホール素子12の他方の入力端子に接続する。 The voltage of one output terminal of the Hall element 12 is input to the inverting terminal (−) of the operational amplifier 45 via the resistor 46, and the non-inverting terminal (+) is connected to the ground GND via the bias current compensation resistor 48. The output terminal of the operational amplifier 45 is connected to the other input terminal of the Hall element 12.

特許文献2に示された電流センサは、このように構成したので、ホール素子12の一方の出力端子は常に、グランド電圧になるように、オペアンプ45により制御され、ホール素子の他方の出力端子には、ホール素子12の受ける磁界の強さに比例した出力電圧が現れるとしている。 Since the current sensor shown in Patent Document 2 is configured as described above, one output terminal of the Hall element 12 is controlled by the operational amplifier 45 so as to be always at the ground voltage, and is connected to the other output terminal of the Hall element. Indicates that an output voltage proportional to the strength of the magnetic field received by the Hall element 12 appears.

特許文献3(特開2006−79471)も定電流型の駆動方式を開示する。特許文献3の図3を参照すると、ホール素子16を、PMOSトランジスタ12,13、オペアンプ14、DAC15及び抵抗R11で構成した定電流源によって駆動する方式を開示する。特許文献3は、ホール素子16の一対の入力端子の一方にPチャネルのMOSトランジスタのドレインを接続し、その他方の端子を接地するものを示す。なお、特許文献3には、ホール素子16の一対の入力端子側について言及したものであって、一対の出力端子側については言及していない。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-79471) also discloses a constant current type driving method. With reference to FIG. 3 of Patent Document 3, a system is disclosed in which the Hall element 16 is driven by a constant current source composed of PMOS transistors 12 and 13, an operational amplifier 14, a DAC 15, and a resistor R11. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 shows a device in which the drain of a P-channel MOS transistor is connected to one of a pair of input terminals of the Hall element 16 and the other terminal is grounded. Note that Patent Document 3 refers to the pair of input terminal sides of the Hall element 16 and does not refer to the pair of output terminal sides.

特許文献4(特開2008−9277号公報)は直接、磁気センサに関するものではないが、電圧電流変換方法、電圧電流変換回路、及びアクティブマトリックス型表示装置を開示する。特許文献4は、列電流発生用の電流駆動トランジスタの特性ばらつきによる駆動電流の変動を抑制し、表示領域上の縦筋ノイズを低減して画質を向上させることを目的とする。特に注目すべきことは、たとえば、その段落番号0029〜0034に電流駆動トランジスタの電圧電流変換特性とそのばらつきについて言及している点である。又、段落番号0019の説明によれば、従来例の表示装置で用いる列電流発生回路では、列電流発生用の電流駆動トランジスタとしてNMOSトランジスタを用いているため、電圧電流変換特性上、PMOSに比べて素子間の特性ばらつきが大きいことを挙げ、このためEL(エレクトロルミネセンス)素子に供給される電流値が画素回路の列毎にばらつき、列毎にEL素子の発光輝度がばらつき、最悪の場合、表示領域上で縦筋ノイズとなって現れ、画質劣化の要因になるとしている。   Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-9277) does not directly relate to a magnetic sensor, but discloses a voltage-current conversion method, a voltage-current conversion circuit, and an active matrix display device. Patent Document 4 aims to suppress drive current fluctuations due to variations in characteristics of current drive transistors for generating column currents, reduce vertical streak noise on the display area, and improve image quality. What should be particularly noted is that, for example, paragraphs 0029 to 0034 refer to the voltage-current conversion characteristics and variations of the current-driven transistors. According to the description of paragraph 0019, the column current generating circuit used in the display device of the conventional example uses an NMOS transistor as a current driving transistor for generating a column current. In the worst case, the current value supplied to the EL (electroluminescence) element varies for each column of the pixel circuit, and the emission luminance of the EL element varies for each column. This appears as vertical streak noise on the display area, which causes image quality degradation.

そこで、特許文献4は列電流発生用の電流駆動トランジスタにNMOSトランジスタではなく、PMOSトランジスタを用いることを提案する。その理由として、PMOSトランジスタの駆動電流Idの変動ばらつき、すなわち、ソース−ドレイン間の駆動電流Idの変動ばらつきが、NMOSトランジスタのそれよりも小さく、電圧電流変換特性が優れていることを挙げている。NMOSトランジスタの移動度ばらつき△1とすると、PMOSトランジスタのキャリアであるホール移動は、複数(N個)の電子の移動度の関与によって達成されるとし、PMOSトランジスタのホール移動における1つの電子移動ばらつきが同じであったとすると、二乗測が適用され、PMOSトランジスタの移動度ばらつきは、NMOSトランジスタに対して1/√Nになると説明する。なお、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタの電圧電流変換ばらつきは、特許文献4、図9,図10に示している。 Therefore, Patent Document 4 proposes to use a PMOS transistor instead of an NMOS transistor as a current driving transistor for generating a column current. The reason is that the fluctuation variation of the driving current Id of the PMOS transistor, that is, the fluctuation variation of the driving current Id between the source and the drain is smaller than that of the NMOS transistor, and the voltage-current conversion characteristic is excellent. . Assuming that the mobility variation of the NMOS transistor is Δ1, the hole movement which is the carrier of the PMOS transistor is achieved by the participation of the mobility of a plurality of (N) electrons, and one electron mobility variation in the hole movement of the PMOS transistor. Is the same, square measurement is applied, and the mobility variation of the PMOS transistor is 1 / √N with respect to the NMOS transistor. Note that variations in voltage-current conversion between the NMOS transistor and the PMOS transistor are shown in Patent Document 4, FIG. 9, and FIG.

特開平7−236085号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-236085 特開2000−97972号公報JP 2000-97972 A 特開2006−79471号公報JP 2006-79471 A 特開2008−9277号公報JP 2008-9277 A

本発明は、上記の各特許文献に開示された技術的思想も勘案し、耐ノイズ特性、すなわちSN比の向上が図れる磁気センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of improving the noise resistance, that is, the SN ratio, in consideration of the technical ideas disclosed in the above patent documents.

本発明の磁気センサは、
(a)入力端子(110a,110b)及び出力端子(110c,110d)を有する磁電変換素子(110)と、
(b)磁電変換素子(110)を駆動するための定電流(id1)を供給する定電流回路(120)と、
(c)磁電変換素子(110)に流れた後の定電流(id1a)を吸い込み磁電変換素子(110)の出力端子(110c)の出力電圧を所定の電圧(Vref)にクランプするクランプ回路(130)と、
(d)磁電変換素子(110)の出力端子(110c,110d)に出力された出力電圧を増幅する増幅部(140)を備え、
(e)磁電変換素子(110)への定電流(id1)の供給及び磁電変換素子(110)の出力端子(110c,110d)に出力された出力電圧が供給されるクランプ回路(130)の入力部及び増幅部(140)の入力段(142,144)がPMOSトランジスタで構成される磁気センサ(100)である。
The magnetic sensor of the present invention is
(A) a magnetoelectric conversion element (110) having an input terminal (110a, 110b) and an output terminal (110c, 110d);
(B) a constant current circuit (120) for supplying a constant current (id1) for driving the magnetoelectric conversion element (110);
(C) A clamp circuit (130) that sucks the constant current (id1a) after flowing into the magnetoelectric conversion element (110) and clamps the output voltage of the output terminal (110c) of the magnetoelectric conversion element (110) to a predetermined voltage (Vref). )When,
(D) an amplifying unit (140) for amplifying the output voltage output to the output terminals (110c, 110d) of the magnetoelectric conversion element (110);
(E) Supply of the constant current (id1) to the magnetoelectric conversion element (110) and input of the clamp circuit (130) to which the output voltage output to the output terminals (110c, 110d) of the magnetoelectric conversion element (110) is supplied This is a magnetic sensor (100) in which the input stage (142, 144) of the unit and the amplifying unit (140) is composed of PMOS transistors.

本発明の磁電変換素子は電圧電流変換特性に優れ、ドレイン電流の変動ばらつきの小さなPMOSトランジスタで定電流駆動され、かつ磁電変換素子の出力端子に出力された出力電圧をPMOSトランジスタで増幅するようにしたので、耐ノイズ特性、すなわちSN比の向上が図れ、かつ、半導体集積回路の製造上のばらつきが低減できる磁気センサを提供することができる。 The magnetoelectric conversion element of the present invention has excellent voltage-current conversion characteristics, is driven at a constant current by a PMOS transistor having a small variation in drain current variation, and amplifies the output voltage output to the output terminal of the magnetoelectric conversion element by the PMOS transistor. Therefore, it is possible to provide a magnetic sensor that can improve noise resistance, that is, an S / N ratio and can reduce variations in manufacturing of a semiconductor integrated circuit.

本発明の別の磁気センサは、
(a)第1と第2の入力端子(110a,110b)及び第1と第2の出力端子(110c,110d)を有する磁電変換素子(110)と、
(b)第1の入力端子(110a)に定電流(id1)を供給する定電流回路(120)と、
(c)第2の入力端子(110b)から流出し、定電流(id1)と等しい定電流(id1a)を吸い込み第1の出力端子(110c)の出力電圧を所定の電圧(Vref)に固定するクランプ回路(130)と、
(d)第1及び第2の出力電圧の少なくとも一方を増幅する増幅部(140)とを備え、
(e)定電流(id1)は定電流回路(120)を構成するPMOSトランジスタ(PMOS1)のドレイン側(HC)から供給され、
(f)クランプ回路(130)の入力部はPMOSトランジスタの差動増幅器で構成され、
(g)第1の出力端子(110c)及び所定の電圧(Vref)は差動増幅器を構成するPMOSトランジスタの各ゲート側に各別に供給される磁気センサである。
Another magnetic sensor of the present invention is:
(A) a magnetoelectric transducer (110) having first and second input terminals (110a, 110b) and first and second output terminals (110c, 110d);
(B) a constant current circuit (120) for supplying a constant current (id1) to the first input terminal (110a);
(C) The current flowing out from the second input terminal (110b) is sucked in a constant current (id1a) equal to the constant current (id1), and the output voltage of the first output terminal (110c) is fixed to a predetermined voltage (Vref). A clamp circuit (130);
(D) an amplification unit (140) that amplifies at least one of the first and second output voltages;
(E) The constant current (id1) is supplied from the drain side (HC) of the PMOS transistor (PMOS1) constituting the constant current circuit (120).
(F) The input part of the clamp circuit (130) is composed of a PMOS transistor differential amplifier,
(G) The first output terminal (110c) and the predetermined voltage (Vref) are magnetic sensors that are separately supplied to the gate sides of the PMOS transistors constituting the differential amplifier.

こうした構成によれば、磁電変換素子の入力側は電圧電流変換特性が優れたPMOSトランジスタによって駆動され、さらに磁電変換素子の出力側も電圧電流変換特性が優れたPMOSトランジスタによって出力電圧が処理、増幅されるので、特に半導体集積回路での製造上でのばらつきを低減させ、さらにSN比の向上が図れた磁気センサを提供することができる。 According to such a configuration, the input side of the magnetoelectric conversion element is driven by a PMOS transistor having excellent voltage-current conversion characteristics, and the output voltage is also processed and amplified by the PMOS transistor having excellent voltage-current conversion characteristics on the output side of the magnetoelectric conversion element. Therefore, it is possible to provide a magnetic sensor that can reduce variations in manufacturing especially in a semiconductor integrated circuit and can further improve the SN ratio.

磁電変換素子をPMOSトランジスタで駆動し、かつ、磁電変換素子から出力された出力電圧を電圧電流変換ばらつきの小さなPMOSトランジスタで増幅するので半導体集積回路での製造上でのばらつきを低減させ、さらにSN比の向上が図れた磁気センサを得ることができる。   The magnetoelectric conversion element is driven by a PMOS transistor, and the output voltage output from the magnetoelectric conversion element is amplified by a PMOS transistor having a small voltage-current conversion variation, so that the manufacturing variation in the semiconductor integrated circuit is reduced, and further the SN A magnetic sensor with an improved ratio can be obtained.

本発明にかかる第1の実施の形態を示す磁気センサである。It is a magnetic sensor which shows 1st Embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第2の実施の形態を示す磁気センサである。It is a magnetic sensor which shows 2nd Embodiment concerning this invention. 本発明にかかるクランプ回路の具体的な回路図である。It is a specific circuit diagram of the clamp circuit concerning the present invention. 従来の磁気センサである。It is a conventional magnetic sensor. 従来の他の磁気センサである。It is another conventional magnetic sensor.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の磁気センサにかかる第1の実施の形態を示す。磁気センサ100は、大きく分けると磁電変換素子110、定電流回路120、クランプ回路130及び増幅回路部140で構成される。定電流回路120、クランプ回路130及び増幅回路部140は、同一の半導体集積回路に作りこまれる。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of the magnetic sensor of the present invention. The magnetic sensor 100 is roughly composed of a magnetoelectric conversion element 110, a constant current circuit 120, a clamp circuit 130, and an amplification circuit unit 140. The constant current circuit 120, the clamp circuit 130, and the amplifier circuit unit 140 are formed in the same semiconductor integrated circuit.

磁電変換素子110は、たとえばホール素子で構成され、一対の入力端子と一対の出力端子を有する。すなわち、第1の入力端子110aと第2の入力端子110b及び第1の出力端子110cと第2の出力端子110dの4つの端子を有する。 The magnetoelectric conversion element 110 is constituted by a Hall element, for example, and has a pair of input terminals and a pair of output terminals. In other words, the first input terminal 110a and the second input terminal 110b and the first output terminal 110c and the second output terminal 110d are provided.

磁電変換素子としては、ホール効果を利用したインジウム砒素ホール素子、インジウムアンチモンホール素子、ガリウム砒素ホール素子あるいはシリコンホール素子などを用いることができる。又、磁気抵抗などを用いてもよい。 As the magnetoelectric conversion element, an indium arsenide hall element utilizing the Hall effect, an indium antimony hall element, a gallium arsenide hall element, a silicon hall element, or the like can be used. Further, a magnetic resistance or the like may be used.

磁電変換素子110の入力端子110aに供給された定電流id1は、定電流として設定され、磁電変換素子110の入力端子110b及びクランプ回路130に設けた外部端子HVを介してオペアンプ130aの出力部に吸い込まれる。定電流id1は、PMOSトランジスタPMOS1のドレイン電流と等しく、磁電変換素子110に供給される定電流id1と、吸い込まれる定電流id1aは、オペアンプ130aからの流入電流又は流出電流の大きさを無視すればほぼ等しい。 The constant current id1 supplied to the input terminal 110a of the magnetoelectric conversion element 110 is set as a constant current, and is input to the output unit of the operational amplifier 130a via the input terminal 110b of the magnetoelectric conversion element 110 and the external terminal HV provided in the clamp circuit 130. Inhaled. The constant current id1 is equal to the drain current of the PMOS transistor PMOS1, and the constant current id1 supplied to the magnetoelectric conversion element 110 and the constant current id1a sucked in can be ignored if the inflow current or outflow current from the operational amplifier 130a is ignored. Almost equal.

磁電変換素子110の出力電圧は、一対の出力端子110c,110dから取り出される。端子110cから出力された出力電圧は、外部端子HNを介して、クランプ回路130を構成するオペアンプ130aの第1の入力端子VIN1及び増幅部140を構成するオペアンプ142の非反転入力端子(+)に入力される。オペアンプ130aの第2の入力端子VIN2には所定の基準電圧Vrefが印加される。これによって、第1の入力端子VIN1に入力される出力端子110cの出力電圧は、基準電圧Vrefに維持される。端子110dから出力された出力電圧は外部端子HPを介して増幅部140を構成するオペアンプ144の非反転入力端子(+)に入力される。オペアンプ144の反転入力端子(−)には所定の電圧Vrefが印加される。これによって、オペアンプ144の非反転入力端子(+)の直流電圧は所定の電圧Vrefに維持される。 The output voltage of the magnetoelectric conversion element 110 is taken out from the pair of output terminals 110c and 110d. The output voltage output from the terminal 110c is supplied to the first input terminal VIN1 of the operational amplifier 130a constituting the clamp circuit 130 and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 142 constituting the amplification unit 140 via the external terminal HN. Entered. A predetermined reference voltage Vref is applied to the second input terminal VIN2 of the operational amplifier 130a. As a result, the output voltage of the output terminal 110c input to the first input terminal VIN1 is maintained at the reference voltage Vref. The output voltage output from the terminal 110d is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 144 constituting the amplifying unit 140 via the external terminal HP. A predetermined voltage Vref is applied to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 144. As a result, the DC voltage at the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 144 is maintained at the predetermined voltage Vref.

定電流回路120は、第1及び第2のPMOSトランジスタPMOS1,PMOS2、オペアンプ122、デジタル信号をアナログ信号に変換するDAC124及び基準抵抗RXを備える。定電流回路120には外部端子HC及びHIRを設ける。外部端子HCは磁電変換素子110を駆動するための定電流id1を供給するために、又、外部端子HIRは定電流id1の大きさを設定するための基準抵抗RXを接続するためにそれぞれ用意する。正確に言えば基準抵抗RXは定電流回路120の一部である。定電流回路120は通常、半導体集積回路で構成されるが、基準抵抗RXはその外付け抵抗として構成する。 The constant current circuit 120 includes first and second PMOS transistors PMOS1 and PMOS2, an operational amplifier 122, a DAC 124 that converts a digital signal into an analog signal, and a reference resistor RX. The constant current circuit 120 is provided with external terminals HC and HIR. The external terminal HC is prepared for supplying a constant current id1 for driving the magnetoelectric conversion element 110, and the external terminal HIR is prepared for connecting a reference resistor RX for setting the magnitude of the constant current id1. . To be precise, the reference resistor RX is a part of the constant current circuit 120. The constant current circuit 120 is usually configured by a semiconductor integrated circuit, but the reference resistor RX is configured as an external resistor.

DAC124は、定電流回路120のバイアス電圧調整部としての機能を有する。バイアス電圧調整部は、PMOSトランジスタPMOS2のドレイン電流(定電流id2)を微調整するために用意するものであって、定電流id2を設定する基準抵抗RXが接続される外部端子HIRの電圧が調整できるよう構成すればよい。本発明の実施の形態ではバイアス電圧調整部をDAC、すなわちデジタル−アナログコンバータで構成したがこれに限定されない。たとえば、オペアンプ122の反転入力端子(−)に可変抵抗を接続して、非反転入力端子(+)の電圧を調整するようにしてもよい。又、オペアンプ122の反転入力端子(−)及び非反転入力端子(+)は互いに入れ替えてもよい。 The DAC 124 has a function as a bias voltage adjustment unit of the constant current circuit 120. The bias voltage adjustment unit is prepared for fine adjustment of the drain current (constant current id2) of the PMOS transistor PMOS2, and the voltage of the external terminal HIR to which the reference resistor RX for setting the constant current id2 is connected is adjusted. What is necessary is just to comprise so that it can do. In the embodiment of the present invention, the bias voltage adjustment unit is configured by a DAC, that is, a digital-analog converter, but is not limited thereto. For example, a variable resistor may be connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 122 to adjust the voltage at the non-inverting input terminal (+). Further, the inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 122 may be interchanged.

基準抵抗RXを半導体集積回路の外部に設ける理由は定電流id1の大きさを調整できるようにするためであり、また、温度依存性を排除するためである。このため基準抵抗RXは抵抗値の絶対値のばらつきが小さく、かつ、温度係数が小さなものを選ぶ。又、半導体集積回路で構成された定電流回路120が、ある勾配をもった温度特性を示す場合には、基準抵抗RXはその勾配を補償するものを選ぶとよい。たとえば、外部端子HIRの電圧が正の温度係数をもって変動する場合には、基準抵抗RXは正の温度係数を有する抵抗を選ぶことができる。 The reason why the reference resistor RX is provided outside the semiconductor integrated circuit is to make it possible to adjust the magnitude of the constant current id1, and to eliminate temperature dependency. For this reason, a reference resistor RX having a small resistance value variation and a small temperature coefficient is selected. Further, when the constant current circuit 120 formed of a semiconductor integrated circuit exhibits a temperature characteristic having a certain gradient, it is preferable to select a reference resistor RX that compensates for the gradient. For example, when the voltage at the external terminal HIR fluctuates with a positive temperature coefficient, a resistor having a positive temperature coefficient can be selected as the reference resistor RX.

定電流回路120で生成された定電流id1は、外部端子HCを介して磁電変換素子110の第1の入力端子110aに供給される。定電流id1は、PMOSトランジスタPMOS1のドレイン側から供給される。Pチャネル型のMOSトランジスタはNチャネル型のそれよりも電流駆動トランジスタの電圧電流変換特性が優れ、駆動電流のばらつきが小さいことが知られている。このことは特許文献4からも明らかである。本発明者はこの種の磁気センサの電気的特性を種々吟味する過程において、磁気センサの耐ノイズ特性すなわち、SN比を改善する1つの要件としてPチャネル型のMOSトランジスタから磁電変換素子110に定電流を供給するのが好ましいことを知見した。 The constant current id1 generated by the constant current circuit 120 is supplied to the first input terminal 110a of the magnetoelectric conversion element 110 via the external terminal HC. The constant current id1 is supplied from the drain side of the PMOS transistor PMOS1. It is known that the P-channel type MOS transistor has better voltage-current conversion characteristics of the current drive transistor than the N-channel type transistor, and the drive current variation is small. This is also apparent from Patent Document 4. In the process of examining various electrical characteristics of this type of magnetic sensor, the present inventor has determined from the P-channel type MOS transistor to the magnetoelectric conversion element 110 as one requirement for improving the noise resistance of the magnetic sensor, that is, the SN ratio. It has been found that it is preferable to supply current.

定電流回路120を構成する一対のPチャネル型トランジスタPMOS1及びPMOS2の各ソースは共通接続し、この共通接続点を電源電圧VDDに接続する。電源電圧VDDはたとえば、3V〜5Vの範囲に選ぶ。一対のPMOSトランジスタのゲート同士も共通接続し、この共通接続点をオペアンプ122の出力に接続する。オペアンプ122の反転入力端子(−)にはDAC124を接続する。オペアンプ122及びDAC124は必須の構成要件ではなく、本発明にかかる定電流回路はよく知られた定電流回路で構成してもよい。しかし、オペアンプ122及びDAC124を用いることで、オペアンプ122の反転入力端子(−)のバイアス電圧Vaを微調整することができる。たとえば、10ビットのDACであれば2の10乗、すなわち、1024段階でバイアス電圧Vaを調整することができるようになる。これによって、定電流id1を細かく調整することができる。 The sources of the pair of P-channel transistors PMOS1 and PMOS2 constituting the constant current circuit 120 are connected in common, and the common connection point is connected to the power supply voltage VDD. The power supply voltage VDD is selected in the range of 3V to 5V, for example. The gates of the pair of PMOS transistors are also connected in common, and this common connection point is connected to the output of the operational amplifier 122. The DAC 124 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 122. The operational amplifier 122 and the DAC 124 are not essential constituent elements, and the constant current circuit according to the present invention may be configured by a well-known constant current circuit. However, by using the operational amplifier 122 and the DAC 124, the bias voltage Va of the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 122 can be finely adjusted. For example, in the case of a 10-bit DAC, the bias voltage Va can be adjusted in the second power of 10, that is, in 1024 stages. Thereby, the constant current id1 can be finely adjusted.

電源電圧VDDが3Vであるとき、オペアンプ122のバイアス電圧Vaは、たとえば、2V±0.5V、すなわち、1.5V〜2.5Vの範囲で設定する。バイアス電圧VaはDAC124によって設定される。DAC124は前に述べたように、外部端子HIRの電圧を調整する、いわゆる、バイアス電圧調整部としての機能を有する。オペアンプ122の反転入力端子(−)のバイアス電圧Vaに設定されると、その非反転入力端子(+)のバイアス電圧Vbはバイアス電圧vaとほぼ等しくなるように、すなわち、Vb≒Vaに設定される。 When the power supply voltage VDD is 3V, the bias voltage Va of the operational amplifier 122 is set in the range of 2V ± 0.5V, that is, 1.5V to 2.5V, for example. The bias voltage Va is set by the DAC 124. As described above, the DAC 124 has a function as a so-called bias voltage adjusting unit that adjusts the voltage of the external terminal HIR. When the bias voltage Va of the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 122 is set, the bias voltage Vb of the non-inverting input terminal (+) is set substantially equal to the bias voltage va, that is, Vb≈Va. The

PMOSトランジスタPMOS2のドレインは、オペアンプ122の非反転入力端子(+)に接続する。これにより、そのドレインはバイアス電圧Vbに維持される。オペアンプ122の非反転入力端子(+)及びPMOSトランジスタPMOS2のドレインは外部端子HIRに接続され、外部端子HIRには基準抵抗RXが接続される。このため、PMOSトランジスタPMOS2に流れるドレイン電流(定電流id2)は、id2=Va/RXで表すことができる。ここで、Va=2V、RX=10KΩとすれば、定電流id2=200μAとなる。PMOSトランジスタPMOS2のドレイン電流(定電流id2)によって、PMOS1のドレイン電流、すなわち、磁電変換素子110を駆動する定電流id1が決定される。 The drain of the PMOS transistor PMOS 2 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 122. As a result, the drain is maintained at the bias voltage Vb. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 122 and the drain of the PMOS transistor PMOS2 are connected to the external terminal HIR, and the reference resistor RX is connected to the external terminal HIR. Therefore, the drain current (constant current id2) flowing through the PMOS transistor PMOS2 can be expressed by id2 = Va / RX. Here, if Va = 2V and RX = 10 KΩ, the constant current id2 = 200 μA. The drain current of the PMOS transistor PMOS2 (constant current id2) determines the drain current of the PMOS1, that is, the constant current id1 that drives the magnetoelectric conversion element 110.

PMOSトランジスタPMOS1の定電流id1は、磁電変換素子110を駆動する定電流と等しい。定電流id1は定電流id2によって決定される。ここで、PMOSトランジスタPMOS1とPMOS2の大きさを等しく選ぶとすれば定電流id2=id1に設定することができる。いま、定電流Id2=200μAに設定すれば、定電流id1も200μAに設定される。PMOS1とPMOS2のたとえばゲートの大きさを所定の比に設定すれば定電流id1とid2を所定の比に設定することができる。 The constant current id1 of the PMOS transistor PMOS1 is equal to the constant current that drives the magnetoelectric conversion element 110. The constant current id1 is determined by the constant current id2. Here, if the sizes of the PMOS transistors PMOS1 and PMOS2 are selected to be equal, the constant current id2 = id1 can be set. If the constant current Id2 is set to 200 μA, the constant current id1 is also set to 200 μA. If, for example, the gate sizes of PMOS1 and PMOS2 are set to a predetermined ratio, the constant currents id1 and id2 can be set to a predetermined ratio.

クランプ回路130は、定電流回路120から供給される定電流id1が磁電変換素子110を流れた後の定電流id1aを吸い込むと共に磁電変化素子110の出力端子110c、すなわち外部端子HNの電圧を所定の電圧Vrefに固定する、いわゆるクランプ機能を有する。クランプ回路130は実質的にはオペアンプ130aのみの単体で構成したが、オペアンプ130aの入力側あるいは出力側に図示しない抵抗やインバータ等を接続してもよい。オペアンプ130aの具体的な回路構成については後述するが、入力端子VIN1及びVIN2にはPMOSトランジスタで構成した差動増幅器が接続されている。電圧電流変換特性の優れた2つのPMOSトランジスタで差動増幅器を構成するので、NMOSトランジスタで構成したそれよりもドレイン電流の変動ばらつきを小さく抑えることができる。 The clamp circuit 130 sucks the constant current id1a after the constant current id1 supplied from the constant current circuit 120 flows through the magnetoelectric conversion element 110, and sets the voltage of the output terminal 110c of the magnetoelectric change element 110, that is, the voltage of the external terminal HN to a predetermined value. It has a so-called clamping function for fixing to the voltage Vref. Although the clamp circuit 130 is substantially composed of only the operational amplifier 130a, a resistor or an inverter (not shown) may be connected to the input side or the output side of the operational amplifier 130a. Although a specific circuit configuration of the operational amplifier 130a will be described later, a differential amplifier composed of PMOS transistors is connected to the input terminals VIN1 and VIN2. Since the differential amplifier is composed of two PMOS transistors having excellent voltage-current conversion characteristics, variation in drain current fluctuation can be suppressed smaller than that composed of NMOS transistors.

クランプ回路130は従来例として示した、図4の演算増幅器3に相当する。又、従来例として示した図5のオペアンプ45にも相当している。 The clamp circuit 130 corresponds to the operational amplifier 3 shown in FIG. This also corresponds to the operational amplifier 45 shown in FIG.

増幅部140は、磁電変換素子110の2つの出力端子110c及び110dからの出力電圧を増幅するために用意される。増幅部140にはオペアンプ142及びオペアンプ144の2つのオペアンプを設けた。オペアンプ142及びオペアンプ144は増幅部140の入力段に相当する。すなわち、磁電変換素子110から出力された出力電圧は、まずオペアンプ142,144によって増幅、処理される。 The amplifying unit 140 is prepared for amplifying output voltages from the two output terminals 110 c and 110 d of the magnetoelectric conversion element 110. The amplifier 140 includes two operational amplifiers, an operational amplifier 142 and an operational amplifier 144. The operational amplifier 142 and the operational amplifier 144 correspond to the input stage of the amplification unit 140. That is, the output voltage output from the magnetoelectric conversion element 110 is first amplified and processed by the operational amplifiers 142 and 144.

オペアンプ142は磁電変換素子110の出力端子110cに出力された単極性のホール出力電圧を外部端子HNを介して、オペアンプ144は、磁電変換素子110の出力端子110dに出力された単極性のホール出力電圧を外部端子HPを介してそれぞれ増幅する。なお、増幅部140に2つのオペアンプを設ける必要はなく、たとえば、オペアンプ144を設け、出力端子110dに出力された単極性のホール電圧を増幅するようにしてもよい。 The operational amplifier 142 outputs the unipolar Hall output voltage output to the output terminal 110c of the magnetoelectric conversion element 110 via the external terminal HN, and the operational amplifier 144 outputs the unipolar Hall output output to the output terminal 110d of the magnetoelectric conversion element 110. Each voltage is amplified via the external terminal HP. Note that it is not necessary to provide two operational amplifiers in the amplification unit 140. For example, an operational amplifier 144 may be provided to amplify the unipolar Hall voltage output to the output terminal 110d.

いずれにしても増幅部140の入力段、すなわち、磁電変換素子110から出力された出力電圧が供給されるオペンアプ142及びオペアンプ144をPMOSトランジスタで構成する。PMOSトランジスタを採用する理由は前に述べたようにNMOSトランジスタに比べて電流電圧変換特性が優れているからである。 In any case, the input stage of the amplification unit 140, that is, the open-up 142 and the operational amplifier 144 to which the output voltage output from the magnetoelectric conversion element 110 is supplied are configured by PMOS transistors. The reason why the PMOS transistor is employed is that the current-voltage conversion characteristic is superior to the NMOS transistor as described above.

(第2の実施の形態)
図2は本発明の磁気センサにかかる第2の実施の形態を示す。第2の実施の形態にかかる磁気センサ100は、磁電変換素子110、定電流回路120、クランプ回路130、増幅部140及び電圧生成回路150を有する。図1に示した第1の実施の形態とは増幅部140の回路構成を詳細に示したこと及び電圧生成回路150を示した点で相違する。したがって、ここでは増幅部140及び電圧生成回路150についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a second embodiment according to the magnetic sensor of the present invention. The magnetic sensor 100 according to the second embodiment includes a magnetoelectric conversion element 110, a constant current circuit 120, a clamp circuit 130, an amplification unit 140, and a voltage generation circuit 150. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the circuit configuration of the amplification unit 140 is shown in detail and the voltage generation circuit 150 is shown. Therefore, only the amplification unit 140 and the voltage generation circuit 150 will be described here.

増幅部140はオペアンプ142,144を有する。さらにデジタル−アナログ変換器であるDAC146、アナログ−デジタル変換器であるADC148を有する。さらに抵抗R141、R143を有する。さらに可変抵抗R145を有する。 The amplifying unit 140 includes operational amplifiers 142 and 144. Further, a DAC 146 which is a digital-analog converter and an ADC 148 which is an analog-digital converter are included. Further, resistors R141 and R143 are provided. Further, a variable resistor R145 is provided.

増幅部140は、磁電変換素子110とは外部端子HN及びHPを介して電気的に接続される。外部端子HPにはオペアンプ144の非反転入力端子(+)が接続される。こうした回路構成によって、増幅部140には磁電変換素子110のホール出力電圧が供給される。 The amplifying unit 140 is electrically connected to the magnetoelectric conversion element 110 via external terminals HN and HP. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 144 is connected to the external terminal HP. With such a circuit configuration, the Hall output voltage of the magnetoelectric conversion element 110 is supplied to the amplification unit 140.

オペアンプ144の入力側、すなわち、非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)に接続される回路部はPMOSトランジスタの差動増幅器で構成する。PMOSトランジスタを採用する理由は前に述べたようにNMOSトランジスタに比べて電流電圧変換特性に優れているからである。通常、増幅部140は定電流回路120及びクランプ回路130と共に半導体集積回路に内蔵されている。こうした回路部を半導体集積回路で構成すると、特許文献4でも示唆するように、チップ配置される位置によって、電圧電流変換特性にばらつきが生じるが、こうした電気的特性のばらつきはNMOSトタンジスタよりもPMOSトランジスタを採用することで小さく抑えることができる。特に差動増幅器にはドレイン電流の変動ばらつきが小さいことが要求されるので好都合である。 A circuit portion connected to the input side of the operational amplifier 144, that is, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) is configured by a differential amplifier of a PMOS transistor. The reason why the PMOS transistor is employed is that the current-voltage conversion characteristic is superior to that of the NMOS transistor as described above. Usually, the amplifying unit 140 is built in the semiconductor integrated circuit together with the constant current circuit 120 and the clamp circuit 130. When such a circuit portion is constituted by a semiconductor integrated circuit, as suggested in Patent Document 4, the voltage-current conversion characteristic varies depending on the position of the chip. Such a variation in the electrical characteristic is caused by the PMOS transistor rather than the NMOS transistor. Can be kept small. In particular, the differential amplifier is advantageous because it requires a small variation in drain current fluctuation.

磁電変換素子110の出力端子110dに出力されたホール出力電圧は、外部端子HPを介してオペアンプ144の非反転入力端子(+)に入力される。オペアンプ144の反転入力端子(−)には、所定の電圧Vrefが抵抗R141を介して印加されている。又、デジタル−アナログ変換器であるDAC146からは抵抗R143を介しアナログ電圧が入力されている。DAC146は、磁電変換素子110の出力端子110dからの出力電圧及びオペアンプ144の入力側のオフセット電圧を調整するために用意されており、その分解能はたとえば10ビットに設定されている。 The Hall output voltage output to the output terminal 110d of the magnetoelectric conversion element 110 is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 144 via the external terminal HP. A predetermined voltage Vref is applied to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 144 via the resistor R141. An analog voltage is input from the DAC 146, which is a digital-analog converter, via a resistor R143. The DAC 146 is prepared to adjust the output voltage from the output terminal 110d of the magnetoelectric conversion element 110 and the offset voltage on the input side of the operational amplifier 144, and the resolution is set to 10 bits, for example.

可変抵抗R145はオペアンプ144のゲインを調整するために用意する。ゲインは抵抗R141、R143によっても調整することができる。オペアンプ144のゲインは設計的事項の1つであり、たとえば100倍、すなわち40dbに設定されている。 The variable resistor R145 is prepared for adjusting the gain of the operational amplifier 144. The gain can also be adjusted by the resistors R141 and R143. The gain of the operational amplifier 144 is one of the design matters, and is set to, for example, 100 times, that is, 40 db.

オペアンプ144で増幅されたホール出力電圧は、アナログ信号をデジタル信号に変換するADC148によって、デジタル信号に変換される。 The hall output voltage amplified by the operational amplifier 144 is converted into a digital signal by an ADC 148 that converts an analog signal into a digital signal.

電圧生成回路150は、抵抗R152、154、キャパシタC156及びオペアンプ158で構成される。抵抗152,154はたとえば50KΩ〜100KΩの範囲であり、キャパシタC156の容量値は0.1μF程度である。 The voltage generation circuit 150 includes resistors R152 and 154, a capacitor C156, and an operational amplifier 158. The resistors 152 and 154 are, for example, in the range of 50 KΩ to 100 KΩ, and the capacitance value of the capacitor C156 is about 0.1 μF.

電圧生成回路150は、クランプ回路130及び増幅部140に所定の電圧Vrefを供給する。抵抗R152の一端は電源電圧端子AVDDに接続される。抵抗R152の他端と抵抗R154の一端は共通接続され、抵抗R154の他端は接地端子AVSSに接続される。抵抗R154にキャパシタC156が並列に接続される。キャパシタC156はローパスフィルタの役目を有する。これによって電源電圧VDDに含まれるリプル成分が除去される。電源電圧端子AVDDに供給される電源電圧VDDはたとえば、3V〜5Vの範囲である。 The voltage generation circuit 150 supplies a predetermined voltage Vref to the clamp circuit 130 and the amplification unit 140. One end of the resistor R152 is connected to the power supply voltage terminal AVDD. The other end of the resistor R152 and one end of the resistor R154 are connected in common, and the other end of the resistor R154 is connected to the ground terminal AVSS. A capacitor C156 is connected in parallel to the resistor R154. Capacitor C156 serves as a low-pass filter. As a result, the ripple component included in the power supply voltage VDD is removed. The power supply voltage VDD supplied to the power supply voltage terminal AVDD is, for example, in the range of 3V to 5V.

抵抗R152及びR154の共通接続点はオペアンプ158の反転入力端子(−)に接続される。オペアンプ158はボルテージフォロワとして用意され、反転入力端子(−)と出力端子は共通接続され、この共通接続点から所定の電圧Vrefが取り出される。取り出された所定の電圧Vrefはオペアンプ130aの入力端子VIN2及びオペアンプ144の反転入力端子(−)側に供給される。所定の電圧Vrefの大きさは電源電圧VDDのほぼ1/2の大きさに設定することができる。たとえば、電源電圧VDD=3Vとすると、所定の電圧Vrefの大きさは1.5Vとなる。 The common connection point of the resistors R152 and R154 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 158. The operational amplifier 158 is prepared as a voltage follower, the inverting input terminal (−) and the output terminal are commonly connected, and a predetermined voltage Vref is taken out from this common connection point. The extracted predetermined voltage Vref is supplied to the input terminal VIN2 of the operational amplifier 130a and the inverting input terminal (−) side of the operational amplifier 144. The magnitude of the predetermined voltage Vref can be set to almost half the power supply voltage VDD. For example, when the power supply voltage VDD = 3V, the predetermined voltage Vref is 1.5V.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態を示す図3は、図1及び図2に示したオペアンプ130aの具体的な回路構成である。オペアンプ130aは、一対のPMOSトランジスタPMOS3及びPMOS4で差動増幅器を構成している。PMOSトランジスタPMOS3及びPMOS4で構成された差動増幅器はクランプ回路130の入力部として回路機能を有する。PMOSトランジスタPMOS3及びPMOS4の各ゲートは、入力端子VIN1及びVIN2に各別に接続される。入力端子VIN1にはクランプ回路130の外部端子HNを介して磁電変換素子110の出力端子110cから出力された出力電圧が供給される。入力端子VIN2には所定の電圧Vrefが印加される。こうした回路構成によって、磁電変換素子の出力電圧はPMOSトランジスタで構成した差動増幅器によって増幅される。
(Third embodiment)
FIG. 3 showing the third embodiment shows a specific circuit configuration of the operational amplifier 130a shown in FIGS. The operational amplifier 130a forms a differential amplifier with a pair of PMOS transistors PMOS3 and PMOS4. The differential amplifier composed of the PMOS transistors PMOS 3 and PMOS 4 has a circuit function as an input part of the clamp circuit 130. The gates of the PMOS transistors PMOS3 and PMOS4 are connected to the input terminals VIN1 and VIN2, respectively. The output voltage output from the output terminal 110c of the magnetoelectric conversion element 110 is supplied to the input terminal VIN1 via the external terminal HN of the clamp circuit 130. A predetermined voltage Vref is applied to the input terminal VIN2. With such a circuit configuration, the output voltage of the magnetoelectric conversion element is amplified by a differential amplifier composed of PMOS transistors.

PMOSトランジスタPMOS3及びPMOS4の各ソースは共通接続され、その共通接続点と電源電圧端子AVDDとの間には定電流源CC1が接続される。 The sources of the PMOS transistors PMOS3 and PMOS4 are connected in common, and a constant current source CC1 is connected between the common connection point and the power supply voltage terminal AVDD.

PMOSトランジスタPMOS3のドレインはNMOSトランジスタNMOS1のドレインとゲートの共通接続点に接続されている。NMOSトランジスタNMOS1のソースは接地電位GNDに接続する。 The drain of the PMOS transistor PMOS3 is connected to a common connection point between the drain and gate of the NMOS transistor NMOS1. The source of the NMOS transistor NMOS1 is connected to the ground potential GND.

PMOSトランジスタPMOS4のドレインはNMOSトランジスタNMOS2のドレインに接続する。NMOSトランジスタNMOS2のゲート及びソースは、NMOSトランジスタNMOS1のゲート及び接地電位に各別に接続する。 The drain of the PMOS transistor PMOS4 is connected to the drain of the NMOS transistor NMOS2. The gate and source of the NMOS transistor NMOS2 are individually connected to the gate of the NMOS transistor NMOS1 and the ground potential.

NMOSトランジスタNMOS3のゲート、ソース及びドレインは、NMOSトランジスタNMOS2のドレイン、接地電位GND及び定電流CC2の一端に各別に接続する。NMOSトランジスタNMOS3のゲートとドレインの間には位相補償用のキャパシタC3を接続する。定電流源CC2の他端は電源電圧端子AVDDに接続する。NMOSトランジスタNMOS3のドレインは外部端子HVに取り出す。 The gate, source, and drain of the NMOS transistor NMOS3 are individually connected to the drain of the NMOS transistor NMOS2, the ground potential GND, and one end of the constant current CC2. A phase compensation capacitor C3 is connected between the gate and drain of the NMOS transistor NMOS3. The other end of the constant current source CC2 is connected to the power supply voltage terminal AVDD. The drain of the NMOS transistor NMOS3 is taken out to the external terminal HV.

図3に示したオペアンプ130aの構成は極めて簡便に示している。本発明のオペアンプ130aの特徴は、磁電変換素子110と接続される入力端子VIN1及びVIN2がPMOSトランジスタPMOS3とPMOS4とで構成した差動増幅器に接続されていることである。又、PMOSトランジスタPMOS3,PMOS4は、定電流回路120を構成するPMOSトランジスタPMOS1,PMOS2と、同一の半導体集積回路に作りこまれる。好ましくは、PMOSトランジスタPMOS1及びPMOS2は、互いに近接させて半導体基板上に配置する。又、PMOSトランジスタPMOS3及びPMOS4は、互いに近接させて半導体基板上に配置する。これによって、電圧電流変換特性などのトランジスタの各種特性をそろえることができ、磁気センサの製造上のばらつきを抑制すると共に、磁気センサの電気的特性の向上が図れる。 The configuration of the operational amplifier 130a shown in FIG. 3 is shown very simply. The operational amplifier 130a of the present invention is characterized in that the input terminals VIN1 and VIN2 connected to the magnetoelectric conversion element 110 are connected to a differential amplifier composed of PMOS transistors PMOS3 and PMOS4. The PMOS transistors PMOS3 and PMOS4 are formed in the same semiconductor integrated circuit as the PMOS transistors PMOS1 and PMOS2 constituting the constant current circuit 120. Preferably, the PMOS transistors PMOS1 and PMOS2 are arranged on the semiconductor substrate in close proximity to each other. The PMOS transistors PMOS3 and PMOS4 are disposed on the semiconductor substrate in close proximity to each other. As a result, various characteristics of the transistor such as voltage-current conversion characteristics can be aligned, and variations in manufacturing of the magnetic sensor can be suppressed, and electrical characteristics of the magnetic sensor can be improved.

なお、図3はクランプ回路130に用いるオペアンプ130aを示したものだが、こうした回路構成は、増幅部140の入力段を構成するオペアンプ142及び144にも適用することができる。すなわち。オペアンプ142及び144の反転入力端子(−)及び非反転入力端子(+)にはPMOSトランジスタで構成された差動増幅器のゲートが各別に接続されている。 3 shows the operational amplifier 130a used in the clamp circuit 130, this circuit configuration can also be applied to the operational amplifiers 142 and 144 constituting the input stage of the amplification unit 140. That is. The inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifiers 142 and 144 are connected to the gates of differential amplifiers composed of PMOS transistors.

以上説明したように本発明にかかる磁気センサは、磁電変換素子をPMOSトランジスタで駆動すると共に、磁電変換素子の出力端子から出力される出力電圧もPMOSトランジスタで受け入れると共に増幅するので、電圧電流変換特性に優れ、ひいてはSN比の向上が図れ、かつ半導体集積回路の製造上のばらつきの低減化が図れる。 As described above, in the magnetic sensor according to the present invention, the magnetoelectric conversion element is driven by the PMOS transistor, and the output voltage output from the output terminal of the magnetoelectric conversion element is also received and amplified by the PMOS transistor. In other words, the SN ratio can be improved, and variations in manufacturing of the semiconductor integrated circuit can be reduced.

本発明はSN比が向上されたすなわちノイズ特性の向上が図れ、かつ半導体集積回路の製造上のばらつきの低減化が図れる磁気センサを提供することができるのでその産業上の利用可能性は極めて高い。 The present invention can provide a magnetic sensor with improved S / N ratio, that is, improved noise characteristics, and reduced variations in manufacturing of semiconductor integrated circuits, and therefore, its industrial applicability is extremely high. .

100 磁気センサ
110 磁電変換素子
110a,110b 入力端子
110c,110d 出力端子
120 定電流回路
122,142,144,158 オペアンプ
124,146 DAC(デジタル−アナログコンバータ)
130 クランプ回路
140 増幅部
148 ADC(アナログ−デジタルコンバータ)
150 電圧生成回路
C3,C156 キャパシタ
HC,HIR,HN,HP,HV 外部端子
id1,id2 定電流(ドレイン電流)
NMOS1,NMOS2 NMOSトランジスタ
PMOS1,PMOS2,PMOS3,PMOS4 PMOSトランジスタ
RX 基準抵抗
R141,R143,R152,R154 抵抗
R145 可変抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Magnetic sensor 110 Magnetoelectric conversion element 110a, 110b Input terminal 110c, 110d Output terminal 120 Constant current circuit 122,142,144,158 Operational amplifier 124,146 DAC (digital-analog converter)
130 Clamp Circuit 140 Amplifier 148 ADC (Analog-to-Digital Converter)
150 Voltage generation circuit C3, C156 Capacitors HC, HIR, HN, HP, HV External terminals id1, id2 Constant current (drain current)
NMOS1, NMOS2 NMOS transistor PMOS1, PMOS2, PMOS3, PMOS4 PMOS transistor RX Reference resistor R141, R143, R152, R154 Resistor R145 Variable resistor

Claims (11)

入力端子及び出力端子を有する磁電変換素子と、前記磁電変換素子を駆動するための定電流を供給する定電流回路と、前記磁電変換素子を流れた後の前記定電流を吸い込み前記磁電変換素子の出力端子の出力電圧を所定の電圧にクランプするクランプ回路と、前記磁電変換素子の出力端子に出力された出力電圧を増幅する増幅部を備え、前記磁電変換素子への定電流の供給及び前記磁電変換素子の前記出力端子に出力された出力電圧が供給される前記クランプ回路の入力部及び前記増幅部の入力段はPMOSトランジスタで構成される磁気センサ。 A magnetoelectric conversion element having an input terminal and an output terminal, a constant current circuit for supplying a constant current for driving the magnetoelectric conversion element, and a suction of the constant current after flowing through the magnetoelectric conversion element A clamp circuit that clamps the output voltage of the output terminal to a predetermined voltage; and an amplifying unit that amplifies the output voltage output to the output terminal of the magnetoelectric conversion element, and supplies the constant current to the magnetoelectric conversion element and the magnetoelectric A magnetic sensor in which an input section of the clamp circuit and an input stage of the amplifying section to which an output voltage output to the output terminal of the conversion element is supplied are configured by PMOS transistors. 前記クランプ回路の入力部及び前記増幅部の入力段はそれぞれPMOSトランジスタで構成された差動増幅器である請求項1に記載の磁気センサ。 2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein an input part of the clamp circuit and an input stage of the amplifying part are differential amplifiers each composed of a PMOS transistor. 第1と第2の入力端子及び第1と第2の出力端子を有する磁電変換素子と、前記第1の入力端子に定電流を供給する定電流回路と、前記磁電変換素子に流れ前記第2の入力端子から流出した前記定電流を吸い込むと共に前記第1の出力端子の出力電圧を所定の電圧に固定するクランプ回路と、前記第1及び第2の出力電圧の少なくとも一方を増幅する増幅部とを備え、前記定電流は前記定電流回路を構成するPMOSトランジスタのドレイン側から供給され、前記クランプ回路の入力部はPMOSトランジスタの差動増幅器で構成され、前記第1の出力端子の出力電圧及び前記所定の電圧は前記クランプ回路の差動増幅器を構成するPMOSトランジスタの各ゲート側に各別に供給され、前記増幅部の入力段はPMOSトランジスタから成る差動増幅器で構成された磁気センサ。   A magnetoelectric conversion element having first and second input terminals and first and second output terminals, a constant current circuit for supplying a constant current to the first input terminal, and a second current flowing through the magnetoelectric conversion element A clamp circuit that sucks in the constant current flowing out from the input terminal and fixes the output voltage of the first output terminal to a predetermined voltage; and an amplifier that amplifies at least one of the first and second output voltages; The constant current is supplied from the drain side of the PMOS transistor constituting the constant current circuit, and the input part of the clamp circuit is constituted by a differential amplifier of the PMOS transistor, and the output voltage of the first output terminal and The predetermined voltage is separately supplied to each gate side of the PMOS transistor constituting the differential amplifier of the clamp circuit, and the input stage of the amplifying unit is composed of a PMOS transistor. A magnetic sensor configured in dynamic amplifier. 前記増幅部は、磁電変換素子の出力端子からの出力電圧及びオペアンプの入力側のオフセット電圧を調整するためのデジタル−アナログコンバータを有する請求項1又は3に記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1, wherein the amplifying unit includes a digital-analog converter for adjusting an output voltage from an output terminal of the magnetoelectric conversion element and an offset voltage on an input side of the operational amplifier. 前記定電流回路は、第1のPMOSトランジスタと第2のPMOSトランジスタを有し、前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第2のPMOSトランジスタのゲート同士は共通接続され、前記第2のPMOSトランジスタのドレイン側が所定のバイアス電圧に維持され、前記第2のPMOSトランジスタの前記ドレイン側に前記定電流の大きさを設定する基準抵抗が接続された請求項4に記載の磁気センサ。   The constant current circuit includes a first PMOS transistor and a second PMOS transistor, the gates of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor are connected in common, and the drain of the second PMOS transistor 5. The magnetic sensor according to claim 4, wherein a side of the second PMOS transistor is maintained at a predetermined bias voltage, and a reference resistor for setting the magnitude of the constant current is connected to the drain side of the second PMOS transistor. 前記第2のPMOSトランジスタの前記ドレイン側にオペアンプの一方側の入力端子が接続され、前記オペアンプの出力は、前記第1及び第2のPMOSトランジスタの前記共通ゲートに接続され、前記オペアンプの他方側の入力端子に前記バイアス電圧調整部が接続された請求項5に記載の磁気センサ。   An input terminal on one side of an operational amplifier is connected to the drain side of the second PMOS transistor, an output of the operational amplifier is connected to the common gate of the first and second PMOS transistors, and the other side of the operational amplifier The magnetic sensor according to claim 5, wherein the bias voltage adjusting unit is connected to an input terminal of the magnetic sensor. 一対の入力端子と一対の出力端子を有する磁電変換素子と、前記一対の入力端子の一方の端子に定電流を供給する第1のPMOSトランジスタと、前記第1のPMOSトランジスタのゲートとゲートが共通接続され、ドレイン側が所定のバイアス電圧に維持される第2のPMOSトランジスタと、前記第2のPMOSトランジスタの前記ドレイン側に接続され前記定電流の大きさを設定する基準抵抗と、前記一対の入力端子の他方の端子に入力部が接続され前記入力端子の一方側から供給された前記定電流を出力部から吸い込むクランプ回路と、第3のPMOSトランジスタと第4のPMOSトランジスタから成る差動増幅器で構成され、前記磁電変換素子の前記一対の出力端子の少なくとも一方から取り出した出力電圧を前記第3及び第4のPMOSトランジスタの少なくともいずれか一方のゲートに入力し、前記第3及び第4のPMOSトランジスタの少なくともいずれか一方のドレイン側をNMOSトランジスタのゲートに接続し、前記NMOSトランジスタのドレイン側を前記クランプ回路の前記出力部に接続し、前記クランプ回路の前記出力部から前記定電流を吸い込む磁気センサ。   A magnetoelectric conversion element having a pair of input terminals and a pair of output terminals, a first PMOS transistor for supplying a constant current to one terminal of the pair of input terminals, and a gate and a gate of the first PMOS transistor are common A second PMOS transistor connected to the drain side and maintained at a predetermined bias voltage; a reference resistor connected to the drain side of the second PMOS transistor for setting the constant current; and the pair of inputs A differential circuit comprising a clamp circuit that has an input connected to the other terminal of the terminal and sucks the constant current supplied from one side of the input terminal from the output; and a third PMOS transistor and a fourth PMOS transistor The output voltage extracted from at least one of the pair of output terminals of the magnetoelectric conversion element is the third and fourth. Input to at least one gate of the PMOS transistor, connect the drain side of at least one of the third and fourth PMOS transistors to the gate of the NMOS transistor, and connect the drain side of the NMOS transistor to the clamp circuit A magnetic sensor connected to the output unit and sucking the constant current from the output unit of the clamp circuit. 前記第2のPMOSトランジスタの前記ドレイン側にオペアンプの一方側の入力端子が接続され、前記オペアンプの出力は、前記第1及び第2のPMOSトランジスタの前記共通接続されたゲートに接続され、前記オペアンプの他方側の入力端子は前記定電流回路のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整部が接続される請求項7に記載の磁気センサ。   An input terminal on one side of an operational amplifier is connected to the drain side of the second PMOS transistor, and an output of the operational amplifier is connected to the commonly connected gates of the first and second PMOS transistors. The magnetic sensor according to claim 7, wherein a bias voltage adjusting unit that adjusts a bias voltage of the constant current circuit is connected to the other input terminal. 前記バイアス電圧調整部は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログコンバータである請求項7に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 7, wherein the bias voltage adjustment unit is a digital-analog converter that converts a digital signal into an analog signal. 前記第1,第2,第3及び第4のPMOSトランジスタは同一の半導体集積回路に作りこまれる請求項6に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 6, wherein the first, second, third, and fourth PMOS transistors are formed in the same semiconductor integrated circuit. 前記定電流の大きさを設定する前記基準抵抗は前記第1,第2,第3及び第4のPMOSトランジスタが作りこまれた前記半導体集積回路の外部に設けられる請求項4又は6に記載の磁気センサ。   7. The reference resistor for setting the magnitude of the constant current is provided outside the semiconductor integrated circuit in which the first, second, third and fourth PMOS transistors are formed. Magnetic sensor.
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JP2014190862A (en) * 2013-03-27 2014-10-06 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Hall element driving circuit and hall element driving method

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