JP2014102095A - Sensor threshold decision circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor threshold decision circuit capable of reducing a residual offset with simple circuit design without increasing arrangement area.SOLUTION: A K-to-1 current mirror circuit is composed of a driving current detection resistance RS for detecting a sensor driving current I, a bias current output resistance RB, and an operational amplifier 131, a sensor bias current IB which is 1/K time as large as the sensor driving current I is generated, and a digital output having hysteresis characteristics to a sensor external input BIN is obtained by utilizing a voltage drop which is the product of sensor resistance R as output impedance of a four-terminal type sensor 3 and the sensor bias current IB. At this time, a residual offset is reduced by adding or subtracting an offset current to or from only the sensor bias current IB supplied to only one output terminal, specified based upon the digital output, between two output terminals of the four-terminal type sensor 3.

Description

本発明は、センサ閾値決定回路に関し、特にセンサで発生するオフセットを低減させたセンサ閾値決定回路に関する。   The present invention relates to a sensor threshold value determination circuit, and more particularly to a sensor threshold value determination circuit in which an offset generated in a sensor is reduced.

各種センサの出力をディジタル化するために必要な閾値を決める回路として、センサ閾値決定回路がある。まず、図2を参照して、従来のセンサ閾値決定回路300の回路構成を説明する(例えば、特許文献1参照)。
図2に示すセンサ閾値決定回路300は、センサ駆動電流検出回路120と、センサバイアス電流出力回路130と、バイアス電流切り替え回路140と、オフセットキャンセル回路200と、を備える。オフセットキャンセル回路200は、4端子型センサ3を含むチョッパ回路100を備える。
There is a sensor threshold value determination circuit as a circuit for determining a threshold value necessary for digitizing the outputs of various sensors. First, a circuit configuration of a conventional sensor threshold value determination circuit 300 will be described with reference to FIG. 2 (see, for example, Patent Document 1).
2 includes a sensor drive current detection circuit 120, a sensor bias current output circuit 130, a bias current switching circuit 140, and an offset cancellation circuit 200. The offset cancel circuit 200 includes a chopper circuit 100 including the four-terminal sensor 3.

この4端子型センサ3は、2つのセンサ入力端子と、2つのセンサ出力端子と、を有する4端子型のセンサ、または当該4端子型のセンサと等価な回路構成を有するセンサであって、ホール素子、磁気抵抗素子、歪みセンサ、圧力センサ、温度センサ、または加速度センサ等である。4端子型センサ3は、センサ抵抗R1〜R4を有し、例えばセンサ抵抗R1、R2を流れる電流I1と、センサ抵抗R3、R4を流れる電流I2との2系統の出力の変位に基づいて、例えば永久磁石やコイル等から発生する磁束密度の絶対値を検出したり、磁気抵抗や歪み等を検出したりする。   The four-terminal sensor 3 is a four-terminal sensor having two sensor input terminals and two sensor output terminals, or a sensor having a circuit configuration equivalent to the four-terminal sensor. An element, a magnetoresistive element, a strain sensor, a pressure sensor, a temperature sensor, an acceleration sensor, or the like. The four-terminal sensor 3 has sensor resistances R1 to R4. For example, based on the displacement of two systems of output current I1 flowing through the sensor resistances R1 and R2 and current I2 flowing through the sensor resistances R3 and R4, for example, The absolute value of the magnetic flux density generated from a permanent magnet, a coil, or the like is detected, or the magnetic resistance or distortion is detected.

センサ駆動電流検出回路120は、センサ駆動電圧Vccが一端に印加される駆動電流検出用抵抗RSを備える。なお、駆動電流検出用抵抗RSの他端はチョッパ回路100に接続される。
この駆動電流検出用抵抗RSは、4端子型センサ3を駆動するためのセンサ駆動電流Iを検出する。
センサバイアス電流出力回路130は、センサ駆動電流検出回路120で検出したセンサ駆動電流Iを増幅するための演算増幅器131と、増幅動作を行うためのスイッチング切り替えを行うPMOSトランジスタ132、およびセンサ駆動電圧Vccが一端に印加されたバイアス電流出力抵抗RBを有して構成される。このバイアス電流出力抵抗RBの他端がPMOSトランジスタ132を介してバイアス電流切り替え回路140に接続される。
The sensor drive current detection circuit 120 includes a drive current detection resistor RS to which the sensor drive voltage Vcc is applied at one end. The other end of the driving current detection resistor RS is connected to the chopper circuit 100.
This drive current detection resistor RS detects a sensor drive current I for driving the four-terminal sensor 3.
The sensor bias current output circuit 130 includes an operational amplifier 131 for amplifying the sensor drive current I detected by the sensor drive current detection circuit 120, a PMOS transistor 132 for switching switching for performing an amplification operation, and a sensor drive voltage Vcc. Is configured to have a bias current output resistor RB applied to one end. The other end of the bias current output resistor RB is connected to the bias current switching circuit 140 through the PMOS transistor 132.

演算増幅器131の反転入力端子は、バイアス電流出力抵抗RBとPMOSトランジスタ132のソースとの間に接続され、非反転入力端子は、駆動電流検出用抵抗RSとチョッパ回路100との間に接続される。演算増幅器131の出力端子は、PMOSトランジスタ132のゲートに接続される。
すなわちセンサバイアス電流出力回路130は、駆動電流検出用抵抗RSを用いてセンサ駆動電流Iを検出し、そのセンサ駆動電流Iを、駆動電流検出用抵抗RSとセンサバイアス電流出力回路130のバイアス電流出力抵抗RBと演算増幅器131との組み合わせで決まるK対1の比で増幅した電流を出力する電流ミラー回路を構成する。そして、この電流ミラー回路により、センサ駆動電流Iの所定倍のセンサバイアス電流IBを発生させ、このセンサバイアス電流IBを、バイアス電流切り替え回路140に供給する。
The inverting input terminal of the operational amplifier 131 is connected between the bias current output resistor RB and the source of the PMOS transistor 132, and the non-inverting input terminal is connected between the driving current detection resistor RS and the chopper circuit 100. . The output terminal of the operational amplifier 131 is connected to the gate of the PMOS transistor 132.
That is, the sensor bias current output circuit 130 detects the sensor drive current I using the drive current detection resistor RS, and outputs the sensor drive current I as the bias current output of the drive current detection resistor RS and the sensor bias current output circuit 130. A current mirror circuit that outputs a current amplified at a ratio of K to 1 determined by a combination of the resistor RB and the operational amplifier 131 is configured. The current mirror circuit generates a sensor bias current IB that is a predetermined multiple of the sensor drive current I, and supplies the sensor bias current IB to the bias current switching circuit 140.

バイアス電流切り替え回路140は、オフセットキャンセル回路200に含まれる後述の比較アンプ11の出力電圧VO(HIGHレベルまたはLOWレベル)に応じて、センサバイアス電流出力回路130で発生させたセンサ駆動電流Iの1/K倍のセンサバイアス電流IBを吐き出す(正の方向で流す)、または引き込む(負の方向で流す)ように動作を切り替える。なお、1/Kは、1/K=RS/RBである。   The bias current switching circuit 140 is one of the sensor drive currents I generated by the sensor bias current output circuit 130 in accordance with an output voltage VO (HIGH level or LOW level) of a later-described comparison amplifier 11 included in the offset cancellation circuit 200. The operation is switched so as to discharge (flow in the positive direction) or draw (flow in the negative direction) / K times sensor bias current IB. 1 / K is 1 / K = RS / RB.

すなわち、バイアス電流切り替え回路140は、センサバイアス電流出力回路130のPMOSトランジスタ132のソースに一端が接続され他端がチョッパ回路100の負側出力端100Nに接続されるスイッチSW1と、同様にPMOSトランジスタ132のソースに一端が接続され他端がチョッパ回路100の正側出力端100Pに接続されるスイッチSW2と、比較アンプ11の出力電圧VOを反転するインバータ141と、を備える。スイッチSW1およびSW2は、PMOSトランジスタで構成され、比較アンプ11の出力電圧VOがスイッチSW2を構成するPMOSトランジスタのゲートに入力され、比較アンプ11の出力電圧VOをインバータ141で反転した信号がスイッチSW1を構成するPMOSトランジスタのゲートに入力される。   In other words, the bias current switching circuit 140 includes a switch SW1 having one end connected to the source of the PMOS transistor 132 of the sensor bias current output circuit 130 and the other end connected to the negative output end 100N of the chopper circuit 100, as well as a PMOS transistor. The switch SW2 has one end connected to the source 132 and the other end connected to the positive output end 100P of the chopper circuit 100, and an inverter 141 that inverts the output voltage VO of the comparison amplifier 11. The switches SW1 and SW2 are composed of PMOS transistors. The output voltage VO of the comparison amplifier 11 is input to the gate of the PMOS transistor constituting the switch SW2, and the signal obtained by inverting the output voltage VO of the comparison amplifier 11 by the inverter 141 is the switch SW1. Is input to the gate of the PMOS transistor.

オフセットキャンセル回路200は、4端子型センサ3を含むチョッパ回路100と、チョッパ回路100の出力信号を増幅するゲインアンプ10と、ゲインアンプ10の負側出力端が一端に接続されるキャパシタ5と、比較アンプ11と、スイッチ4と、を備える。比較アンプ11の非反転入力端子に、ゲインアンプ10の正側出力端が接続され、反転入力端子に、キャパシタ5の他端が接続される。そして、スイッチ4の一端は、比較アンプ11の出力端に接続され、スイッチ4の他端は、キャパシタ5と比較アンプ11の反転入力端子との間に接続される。   The offset cancel circuit 200 includes a chopper circuit 100 including the four-terminal sensor 3, a gain amplifier 10 that amplifies the output signal of the chopper circuit 100, a capacitor 5 having a negative output terminal of the gain amplifier 10 connected to one end, A comparison amplifier 11 and a switch 4 are provided. The positive output terminal of the gain amplifier 10 is connected to the non-inverting input terminal of the comparison amplifier 11, and the other end of the capacitor 5 is connected to the inverting input terminal. One end of the switch 4 is connected to the output terminal of the comparison amplifier 11, and the other end of the switch 4 is connected between the capacitor 5 and the inverting input terminal of the comparison amplifier 11.

チョッパ回路100は、4端子型センサ3と、スイッチ回路101とを備える。スイッチ回路101は、4端子型センサ3の4つの端子の接続先を切り替え、4つの端子のうちの対向する2つの端子がセンサ入力端子、残りの2つの端子がセンサ出力端子として動作するように接続先を切り替え、4端子型センサ3を流れる電流の向きを2方向に切り替える、2方向チョッパ方式で4端子型センサ3を動作させる。   The chopper circuit 100 includes a four-terminal sensor 3 and a switch circuit 101. The switch circuit 101 switches the connection destination of the four terminals of the four-terminal sensor 3 so that two opposing terminals of the four terminals operate as sensor input terminals and the remaining two terminals operate as sensor output terminals. The connection destination is switched, and the four-terminal sensor 3 is operated by a two-way chopper method that switches the direction of the current flowing through the four-terminal sensor 3 in two directions.

そして、センサ出力端子として動作する対応する2つの端子が、チョッパ回路100の出力端100Pおよび100Nに接続され、4端子型センサ3のセンサ出力Vh、すなわち4端子型センサ3の外部から印加される磁場のようなセンサ外部入力BINに対応する起電力を得る。このセンサ出力Vhが、チョッパ回路100の出力端100Pおよび100N間電圧として出力される。   Two corresponding terminals operating as sensor output terminals are connected to the output terminals 100P and 100N of the chopper circuit 100, and applied from the sensor output Vh of the four-terminal sensor 3, that is, from the outside of the four-terminal sensor 3. An electromotive force corresponding to the sensor external input BIN such as a magnetic field is obtained. This sensor output Vh is output as a voltage between the output terminals 100P and 100N of the chopper circuit 100.

チョッパ回路100の出力端100Pは、ゲインアンプ10の非反転入力端子に接続され、チョッパ回路100の出力端100Nは、ゲインアンプ10の反転入力端子に接続される。そして、チョッパ回路100の正側出力端100Pとゲインアンプ10の非反転入力端子との間に、スイッチSW2を構成するPMOSトランジスタのソースが接続され、チョッパ回路100の負側出力端100Nとゲインアンプ10の反転入力端子との間に、スイッチSW1を構成するPMOSトランジスタのソースが接続される。   The output terminal 100P of the chopper circuit 100 is connected to the non-inverting input terminal of the gain amplifier 10, and the output terminal 100N of the chopper circuit 100 is connected to the inverting input terminal of the gain amplifier 10. The source of the PMOS transistor constituting the switch SW2 is connected between the positive output terminal 100P of the chopper circuit 100 and the non-inverting input terminal of the gain amplifier 10, and the negative output terminal 100N of the chopper circuit 100 and the gain amplifier are connected. A source of a PMOS transistor constituting the switch SW1 is connected between the 10 inverting input terminals.

次に、従来のセンサ閾値決定回路300の動作を説明する。
図2に示す、従来のセンサ閾値決定回路300では、駆動電流検出用抵抗RSを用いてセンサ駆動電流Iを検出し、そのセンサ駆動電流Iを駆動電流検出用抵抗RSとバイアス電流出力抵抗RBと演算増幅器131との組み合わせで決まるK対1の比で増幅した電流を出力する電流ミラー回路が構成され、センサ駆動電流Iの1/Kのセンサバイアス電流IBを発生させている。
Next, the operation of the conventional sensor threshold value determination circuit 300 will be described.
In the conventional sensor threshold value determination circuit 300 shown in FIG. 2, the sensor drive current I is detected using the drive current detection resistor RS, and the sensor drive current I is converted into the drive current detection resistor RS and the bias current output resistor RB. A current mirror circuit that outputs a current amplified at a ratio of K to 1 determined by the combination with the operational amplifier 131 is configured to generate a sensor bias current IB that is 1 / K of the sensor driving current I.

このセンサバイアス電流IBは、比較アンプ11の出力電圧VOがHIGHレベルであるかLOWレベルであるかに応じて、バイアス電流切り替え回路140を介して、チョッパ回路100の正側出力端100Pとゲインアンプ10との間または負側出力端100Nとゲインアンプ10との間の何れか一方に供給される。   This sensor bias current IB is connected to the positive output terminal 100P of the chopper circuit 100 and the gain amplifier via the bias current switching circuit 140 depending on whether the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is HIGH level or LOW level. 10 or between the negative output terminal 100N and the gain amplifier 10.

これにより、4端子型センサ3のセンサ抵抗Rにセンサバイアス電流IBを流し、Vx=IB×Rで表されるセンサ閾値電圧Vxを発生させる。なお、ここでいうセンサ抵抗Rとは、4端子型センサ3の出力端つまりチョッパ回路100の正側および負側の出力端100P、100Nからみた出力インピーダンスのことであり、センサ抵抗R(出力インピーダンス)は、センサ抵抗R1〜R4から、R1×R2/(R1+R2)あるいは、R3×R4/(R3+R4)で表すことができる。ここでは、R1=R4、R2=R3と仮定して、センサ抵抗Rとしている。   As a result, the sensor bias current IB is caused to flow through the sensor resistance R of the four-terminal sensor 3 to generate a sensor threshold voltage Vx represented by Vx = IB × R. Here, the sensor resistance R is an output impedance viewed from the output terminal of the four-terminal sensor 3, that is, the positive and negative output terminals 100P and 100N of the chopper circuit 100. The sensor resistance R (output impedance) ) Can be expressed by R1 × R2 / (R1 + R2) or R3 × R4 / (R3 + R4) from the sensor resistances R1 to R4. Here, the sensor resistance R is assumed on the assumption that R1 = R4 and R2 = R3.

そして、磁場などのセンサ外部入力BINにより、4端子型センサ3に発生させた起電力であるセンサ出力Vhをゲインアンプ10に入力し、センサ出力VhをゲインA倍した電圧「A×Vh」と、センサ閾値電圧Vxと、を比較アンプ11にて比較する。これにより、センサ外部入力BINに対し、センサ抵抗R1〜R4のばらつきやセンサ駆動電圧Vcc、センサ駆動電流Iに依存しないヒステリシス特性を持ったディジタル出力を得ることができる。   A sensor output Vh, which is an electromotive force generated in the four-terminal sensor 3, is input to the gain amplifier 10 by a sensor external input BIN such as a magnetic field, and a voltage “A × Vh” obtained by multiplying the sensor output Vh by a gain A is obtained. The sensor threshold voltage Vx is compared by the comparison amplifier 11. As a result, a digital output having hysteresis characteristics independent of variations in sensor resistances R1 to R4, sensor drive voltage Vcc, and sensor drive current I can be obtained with respect to the sensor external input BIN.

正確にはオフセットキャンセル回路200で、信号が2倍、すなわちセンサ出力Vhが2倍になっているため比較アンプ11では、「2×A×Vh」とセンサ閾値電圧Vxとを比較することになる。
このとき、オフセットキャンセル回路200において、4端子型センサ3のオフセットが「0」にキャンセルされているものとすると、4端子型センサ3の磁気感度Bopは、Bop=IB×R=2×A×Vhで表すことができる。
To be precise, since the signal is doubled, that is, the sensor output Vh is doubled in the offset cancel circuit 200, the comparison amplifier 11 compares “2 × A × Vh” with the sensor threshold voltage Vx. .
At this time, assuming that the offset of the 4-terminal sensor 3 is canceled to “0” in the offset cancel circuit 200, the magnetic sensitivity Bop of the 4-terminal sensor 3 is Bop = IB × R = 2 × A ×. Vh can be expressed.

また、センサ外部入力BINの極性が逆「−BIN」となると、4端子型センサ3の起電力も「−Vh」となり、4端子型センサ3の磁気感度Brpは、Brp=−IB×R=−2×A×Vhで表すことができる。4端子型センサ3のオフセットはセンサ外部入力BINには関係ない(依存しない)ため、極性は変わらず(Bop+Brp)/2=(IB×R+(−IB×R))/2=0となる。
図3は、図2のオフセットキャンセル回路200を抜き出した図である。
When the polarity of the sensor external input BIN is reversed to “−BIN”, the electromotive force of the four-terminal sensor 3 is also “−Vh”, and the magnetic sensitivity Brp of the four-terminal sensor 3 is Brp = −IB × R = -2 * A * Vh. Since the offset of the four-terminal sensor 3 is not related (independent) to the sensor external input BIN, the polarity does not change (Bop + Brp) / 2 = (IB × R + (− IB × R)) / 2 = 0.
FIG. 3 is a diagram in which the offset cancel circuit 200 of FIG. 2 is extracted.

上述のように、このオフセットキャンセル回路200は、4端子型センサ3を含むチョッパ回路100を具備し、チョッパ出力信号(HoutP、HoutN)を増幅するゲインアンプ10とゲインアンプ10の出力電圧が一端に供給されるキャパシタ5とゲインアンプ10の出力電圧が非反転入力端子に入力され、反転入力端子に前記キャパシタ5の一端が接続される比較アンプ11と、比較アンプ11の出力電圧VOが一端に供給され、他端が、前記キャパシタ5と比較アンプ11の反転入力端子との間に接続されるスイッチ4と、から構成され、2方向チョッパ方式によるオフセットキャンセル回路を構成している。   As described above, the offset cancel circuit 200 includes the chopper circuit 100 including the four-terminal type sensor 3, and the gain amplifier 10 that amplifies the chopper output signal (HoutP, HoutN) and the output voltage of the gain amplifier 10 are at one end. The supplied output voltage of the capacitor 5 and the gain amplifier 10 is input to the non-inverting input terminal, the comparison amplifier 11 having one end of the capacitor 5 connected to the inverting input terminal, and the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is supplied to one end. The other end is composed of a switch 4 connected between the capacitor 5 and the inverting input terminal of the comparison amplifier 11, and constitutes an offset cancel circuit by a two-way chopper method.

この2方向チョッパ方式によるオフセットキャンセル回路200は、スイッチ4の切り替えによって2つの状態(PH1、PH2)を有する。
状態PH1にあるときのオフセットキャンセル回路200の状態を図4に示し、状態PH2にあるときのオフセットキャンセル回路200の状態を図5に示す。
図4の状態PH1において、4端子型センサ3は、例えば磁束密度に応じて出力信号「−Vh」を得る。
The offset cancel circuit 200 using the two-way chopper method has two states (PH1 and PH2) when the switch 4 is switched.
FIG. 4 shows the state of the offset cancellation circuit 200 when in the state PH1, and FIG. 5 shows the state of the offset cancellation circuit 200 when in the state PH2.
In the state PH1 of FIG. 4, the four-terminal sensor 3 obtains an output signal “−Vh” according to, for example, the magnetic flux density.

磁束密度が「0」の時は、理想的には4端子型センサ3の出力は「0」となるはずであるが、実際にはオフセットが存在する。この時のオフセットをVoff1とすると、4端子型センサ3のセンサ出力は「−Vh+Voff1」で表される。
この4端子型センサ3のセンサ出力は、ゲインアンプ10の入力信号となる。ゲインアンプ10の利得をA倍としたとき、ゲインアンプ10の出力「Vh1−Vh2」は、Vh1−Vh2=A×(−Vh+Voff1)となる。なお、「Vh1」はゲインアンプ10の正側出力、「Vh2」はゲインアンプ10の負側出力である。
When the magnetic flux density is “0”, the output of the four-terminal sensor 3 should ideally be “0”, but there is actually an offset. If the offset at this time is Voff1, the sensor output of the four-terminal sensor 3 is represented by “−Vh + Voff1”.
The sensor output of the four-terminal sensor 3 becomes an input signal of the gain amplifier 10. When the gain of the gain amplifier 10 is A times, the output “Vh1−Vh2” of the gain amplifier 10 is Vh1−Vh2 = A × (−Vh + Voff1). “Vh1” is a positive output of the gain amplifier 10 and “Vh2” is a negative output of the gain amplifier 10.

状態PH1では、スイッチ4はONに制御され、比較アンプ11はボルテージホロアとして動作する。そのため、図4中のノードN11、すなわち、キャパシタ5および比較アンプ11の反転入力端子間の、スイッチ4の一端が接続されるノードの電位「Vh3」は、Vh3=VO=Vh1となる。
そして、キャパシタ5の容量値をCとした場合、キャパシタ5にチャージされる電荷Q1はQ1=C×(Vh3−Vh2)=C×(Vh1−Vh2)=C×A×(−Vh+Voff1)となる。
In the state PH1, the switch 4 is controlled to be ON, and the comparison amplifier 11 operates as a voltage follower. Therefore, the potential “Vh3” of the node N11 in FIG. 4, that is, the node to which one end of the switch 4 is connected between the capacitor 5 and the inverting input terminal of the comparison amplifier 11, is Vh3 = VO = Vh1.
When the capacitance value of the capacitor 5 is C, the charge Q1 charged in the capacitor 5 is Q1 = C × (Vh3−Vh2) = C × (Vh1−Vh2) = C × A × (−Vh + Voff1). .

状態PH1から状態PH2に切り替わると、オフセットキャンセル回路200は、図5に示す状態となる。
4端子型センサ3は、チョッパ回路100において2方向チョッパ方式で駆動され、状態PH1から接続が切り替わるため、センサ出力は極性が変化して「Vh」となる。
磁束密度が「0」の時は、理想的には4端子型センサ3の出力は「0」となるはずであるが、実際にはオフセットが存在する。この時のオフセットをVoff2とする。
When the state PH1 is switched to the state PH2, the offset cancel circuit 200 enters the state shown in FIG.
The four-terminal sensor 3 is driven by the two-way chopper method in the chopper circuit 100 and the connection is switched from the state PH1, so that the sensor output changes in polarity to “Vh”.
When the magnetic flux density is “0”, the output of the four-terminal sensor 3 should ideally be “0”, but there is actually an offset. The offset at this time is Voff2.

状態PH1の場合と同様に、ゲインアンプ10の利得をA倍とし、ゲインアンプ10の正側出力をVh1′、負側出力をVh2′としたとき、Vh1′−Vh2′=A×(Vh+Voff2)となる。
状態PH2では、スイッチ4はOFFに制御され、比較アンプ11はコンパレータとして動作する。そのため、比較アンプ11の出力電圧VOは、HighレベルまたはLowレベルとなる。
As in the case of the state PH1, when the gain of the gain amplifier 10 is A times, the positive output of the gain amplifier 10 is Vh1 ′, and the negative output is Vh2 ′, Vh1′−Vh2 ′ = A × (Vh + Voff2) It becomes.
In the state PH2, the switch 4 is controlled to be OFF, and the comparison amplifier 11 operates as a comparator. Therefore, the output voltage VO of the comparison amplifier 11 becomes a high level or a low level.

このとき、ノードN11の電位Vh3′は、状態PH1においてキャパシタ5にチャージされた電荷Q1と、状態PH2でゲインアンプ10から出力された負側出力電圧Vh2′とから、Vh3′=Vh2′+Q1/C=Vh2′+A×(−Vh+Voff1)と表すことができる。
比較アンプ11の出力電圧VOは、比較アンプ11に入力される「Vh1′」と「Vh3′」との差「Vh1′−Vh3′」が正値であれば、VO=Highレベル、負値であれば、Vo=Lowレベルとなる。
At this time, the potential Vh3 ′ of the node N11 is determined by Vh3 ′ = Vh2 ′ + Q1 / from the charge Q1 charged in the capacitor 5 in the state PH1 and the negative output voltage Vh2 ′ output from the gain amplifier 10 in the state PH2. C = Vh2 ′ + A × (−Vh + Voff1).
If the difference “Vh1′−Vh3 ′” between “Vh1 ′” and “Vh3 ′” input to the comparison amplifier 11 is a positive value, the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is VO = High level and a negative value. If so, Vo = Low level.

比較アンプ11の出力電圧VOが切り替わる閾値電圧は、Vh1′−Vh3′=0となる電圧である。つまり、Vh1′−Vh3′は次式で表すことができる。
Vh1′−Vh3′
=Vh1′−(Vh2′+Q/C)
=Vh1′−Vh2′−(Vh1−Vh2)
=A×(Vh+Voff2)−A×(−Vh+Voff1)
=2×A×Vh+A×(Voff2−Voff1)
The threshold voltage at which the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is switched is a voltage at which Vh1′−Vh3 ′ = 0. That is, Vh1′−Vh3 ′ can be expressed by the following equation.
Vh1'-Vh3 '
= Vh1 '-(Vh2' + Q / C)
= Vh1'-Vh2 '-(Vh1-Vh2)
= A * (Vh + Voff2) -A * (-Vh + Voff1)
= 2 × A × Vh + A × (Voff2−Voff1)

この時、「Voff2−Voff1」は、理想的には「0」となりオフセットが消える。これが4端子型センサ3を、2方向チョッパ方式で駆動することによる効果である。
しかしながら、ゲインアンプ10の入力端に接続される4端子型センサ3の端子はそれぞれ異なるため、Voff2とVoff1とは同等の値を取らず、現実的には完全に「0」にはならない。このオフセットキャンセル後の「Voff2−Voff1」を残留オフセットと呼ぶ。
At this time, “Voff2−Voff1” ideally becomes “0” and the offset disappears. This is an effect obtained by driving the four-terminal sensor 3 by the two-way chopper method.
However, since the terminals of the four-terminal sensor 3 connected to the input terminal of the gain amplifier 10 are different from each other, Voff2 and Voff1 do not take equivalent values, and in reality, they are not completely “0”. “Voff2−Voff1” after the offset cancellation is called a residual offset.

ここで、オフセットキャンセル回路200において、4端子型センサ3のオフセットが「0」に制御されていれば、4端子型センサ3の磁気感度Bopは、Bop=IB×R=2×A×Vhで表すことができる。
しかしながら、残留オフセットがあるため、磁気感度Bopは、Bop=IB×R=2×A×Vh+A×(Voff2−Voff1)となる。
Here, in the offset cancel circuit 200, if the offset of the four-terminal sensor 3 is controlled to “0”, the magnetic sensitivity Bop of the four-terminal sensor 3 is Bop = IB × R = 2 × A × Vh. Can be represented.
However, since there is a residual offset, the magnetic sensitivity Bop is Bop = IB × R = 2 × A × Vh + A × (Voff2−Voff1).

また、センサ外部入力BINの極性が逆「−BIN」となると、4端子型センサ3における起電力も「−Vh」となり、磁気感度Brpは、Brp=−IB×R=−2×A×Vh+A×(Voff2−Voff1)となる。
4端子型センサ3のオフセットは、センサ外部入力BINには関係ない(依存しない)ため、極性は変わらず、残留オフセットの影響でヒステリシスオフセット(Bop+Brp)/2=(IB×R+(−IB×R))/2=A×(Voff2−Voff1)が発生することになる。
When the polarity of the sensor external input BIN is reversed to “−BIN”, the electromotive force in the four-terminal sensor 3 is also “−Vh”, and the magnetic sensitivity Brp is Brp = −IB × R = −2 × A × Vh + A. X (Voff2-Voff1).
Since the offset of the 4-terminal sensor 3 is not related to (or does not depend on) the sensor external input BIN, the polarity does not change, and the hysteresis offset (Bop + Brp) / 2 = (IB × R + (− IB × R) due to the influence of the residual offset. )) / 2 = A * (Voff2-Voff1).

この問題を解決するために、例えば特許文献2では、4端子型センサを2方向の切り替えでチョッパ駆動することでオフセットをキャンセルしていたものを、全方向切り替えでチョッパ駆動する構成とすることで、オフセットを低減するようにしている。
つまり、4端子型センサの各端子の接続を切り替え4端子型センサの対向する端子間に流れる電流の向きを90度ずつ切り替える。これにより、オフセットキャンセル回路は、4端子型センサに流れる電流の向きに応じて、第1から第4の状態まで4つの状態ができる。この4つの状態それぞれで出力される4端子型センサの出力信号を、それぞれ異なるキャパシタに保持し、各キャパシタの充電電圧を加算することにより、オフセットをキャンセルすることができる。
In order to solve this problem, for example, in Patent Document 2, a configuration in which offset is canceled by driving a four-terminal sensor by chopper driving by switching in two directions is configured to be chopper driven by switching in all directions. To reduce the offset.
That is, the connection of each terminal of the 4-terminal sensor is switched, and the direction of the current flowing between the opposing terminals of the 4-terminal sensor is switched by 90 degrees. Thereby, the offset cancellation circuit can have four states from the first state to the fourth state according to the direction of the current flowing through the four-terminal sensor. The output signal of the four-terminal sensor output in each of the four states is held in different capacitors, and the offset can be canceled by adding the charging voltage of each capacitor.

特開2001−108480号公報JP 2001-108480 A 特開2010−281764号公報JP 2010-281864 A

しかしながら、4端子型センサを、全方向でのチョッパ方式により駆動する場合、オフセットキャンセル回路は、4状態それぞれで4端子型センサの出力信号を保持するためのキャパシタを必要とし、それらキャパシタに接続するためのスイッチが必要となる。スイッチの切り替えによってキャパシタに電荷を保持する際、スイッチングによるチャージインジェクションの影響を考慮すると、電荷を保持するためのキャパシタは容量値が大きいものが好ましい。これはすなわち、回路規模の増大につながる。また4状態を制御するため回路が複雑化するという問題もある。
そこで、本発明では配置面積を大きく増やすことなく、シンプルな回路設計で残留オフセットを低減することの可能なオフセットキャンセル回路を提供することを目的としている。
However, when a four-terminal sensor is driven by a chopper method in all directions, the offset cancel circuit requires capacitors for holding the output signal of the four-terminal sensor in each of four states, and is connected to these capacitors. Switch is required. When holding the charge in the capacitor by switching the switch, considering the influence of charge injection due to switching, the capacitor for holding the charge preferably has a large capacitance value. This leads to an increase in circuit scale. There is also a problem that the circuit becomes complicated because the four states are controlled.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an offset cancel circuit capable of reducing a residual offset with a simple circuit design without greatly increasing the layout area.

本発明の一態様は、センサ(例えば図1の4端子型センサ3)の出力インピーダンスとバイアス電流との積により、前記センサによるセンサ出力のディジタル化のための閾値を決定するセンサ閾値決定回路において、前記センサを駆動するためのセンサ駆動電流を検出するセンサ駆動電流検出回路(例えば図1のセンサ駆動電流検出回路120)と、当該センサ駆動電流検出回路で検出されたセンサ駆動電流を所定倍したバイアス電流を出力するセンサバイアス電流出力回路(例えば図1のセンサバイアス電流出力回路130)と、当該センサバイアス電流出力回路から出力されるバイアス電流の電流値を制御する制御回路(例えば図1のオフセット電流加減算回路150)と、を備えることを特徴とするセンサ閾値決定回路、である。   One aspect of the present invention is a sensor threshold value determination circuit that determines a threshold value for digitizing a sensor output by a sensor based on a product of an output impedance of a sensor (for example, the four-terminal sensor 3 in FIG. 1) and a bias current. A sensor drive current detection circuit for detecting a sensor drive current for driving the sensor (for example, the sensor drive current detection circuit 120 in FIG. 1) and a sensor drive current detected by the sensor drive current detection circuit are multiplied by a predetermined amount. A sensor bias current output circuit that outputs a bias current (for example, the sensor bias current output circuit 130 in FIG. 1), and a control circuit that controls the current value of the bias current output from the sensor bias current output circuit (for example, the offset in FIG. 1). Current addition / subtraction circuit 150), and a sensor threshold value determination circuit.

前記センサは4端子型センサ(例えば図1の4端子型センサ3)であり且つ当該4端子型センサに流れる電流の方向が2方向に切り替わるように前記4端子型センサの4つの端子の接続先を切り替えて2つの状態に切り替え、前記4つの端子のうちの、前記2つの状態においてそれぞれ出力端子として動作する2つの端子からセンサ出力電圧を取り出すようになっており、前記出力端子として動作する2つの端子から取り出した前記センサ出力電圧を比較して、前記センサ出力電圧をディジタル値として出力する電圧比較器(例えば図1の比較アンプ11)と、バイアス電流切り替え回路(例えば図1のバイアス電流切り替え回路140)と、をさらに備え、当該バイアス電流切り替え回路は、前記電圧比較器のディジタル出力に基づき、前記4端子型センサの、前記出力端子として動作する2つの端子のうち、前記ディジタル出力により特定されるいずれか一方の端子にのみ前記バイアス電流を供給し、前記制御回路は、前記電圧比較器の前記ディジタル出力に基づき、前記4端子型センサの前記出力端子として動作する2つの端子のうち、予め設定した一方の端子に供給される前記バイアス電流についてのみ、その電流値を制御するものであってよい。   The sensor is a four-terminal sensor (for example, the four-terminal sensor 3 in FIG. 1), and the connection destinations of the four terminals of the four-terminal sensor so that the direction of the current flowing through the four-terminal sensor is switched in two directions. The sensor output voltage is extracted from two of the four terminals that operate as output terminals in the two states, respectively, and operates as the output terminal. A voltage comparator (for example, the comparison amplifier 11 in FIG. 1) that compares the sensor output voltages taken out from two terminals and outputs the sensor output voltage as a digital value, and a bias current switching circuit (for example, bias current switching in FIG. 1). The bias current switching circuit based on the digital output of the voltage comparator. Of the two terminals operating as the output terminal of the four-terminal type sensor, the bias current is supplied only to any one of the terminals specified by the digital output, and the control circuit is configured to supply the bias current to the voltage comparator. Based on the digital output, the current value of only the bias current supplied to one of the two terminals operating as the output terminal of the four-terminal sensor may be controlled. .

前記センサ駆動電流検出回路は、第1の抵抗(例えば図1の駆動電流検出用抵抗RS)を用いて前記センサ駆動電流を検出し、前記センサバイアス電流発生回路は、第2の抵抗(例えば図1のバイアス電流出力抵抗RB)と演算増幅器(例えば図1の演算増幅器13)とを有し、前記第1の抵抗と、前記第2の抵抗および前記演算増幅器との組み合わせで前記第1の抵抗および前記第2の抵抗の抵抗値の比で決定されるK対1の電流ミラー回路を構成し、かつ前記バイアス電流として、前記センサ駆動電流の1/K倍のバイアス電流を出力し、前記制御回路は、前記センサ駆動電流の1/K倍のバイアス電流に対して、当該バイアス電流の電流値調整用のオフセット電流を加算または減算するようになっていてよい。   The sensor drive current detection circuit detects the sensor drive current using a first resistor (for example, the drive current detection resistor RS in FIG. 1), and the sensor bias current generation circuit has a second resistor (for example, FIG. 1 bias current output resistor RB) and an operational amplifier (for example, operational amplifier 13 in FIG. 1), and the first resistor is a combination of the first resistor, the second resistor, and the operational amplifier. And a K: 1 current mirror circuit determined by the ratio of the resistance values of the second resistors, and a bias current that is 1 / K times the sensor driving current is output as the bias current. The circuit may add or subtract an offset current for adjusting a current value of the bias current with respect to a bias current that is 1 / K times the sensor driving current.

本発明によれば、素子や、配置面積の大幅な増加を伴うことなく、シンプルな回路設計で残留オフセットの低減を行うことができ、4端子型センサのオフセットをより低減することができる。   According to the present invention, the residual offset can be reduced with a simple circuit design without significantly increasing the elements and the layout area, and the offset of the four-terminal sensor can be further reduced.

本発明の実施形態におけるセンサ閾値決定回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the sensor threshold value determination circuit in embodiment of this invention. 従来のセンサ閾値決定回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional sensor threshold value determination circuit. 2方向チョッパ方式のオフセットキャンセル回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the offset cancellation circuit of a two-way chopper system. 状態PH1にあるときの、図3のオフセットキャンセル回路の状態を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a state of the offset cancel circuit of FIG. 3 when in a state PH1. 状態PH2にあるときの、図3のオフセットキャンセル回路の状態を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a state of the offset cancel circuit of FIG. 3 when in a state PH2.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。ただし、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図1は、本発明におけるセンサ閾値決定回路1の一例を示す回路図である。
本発明におけるセンサ閾値決定回路1は、図2に示す、従来のセンサ閾値決定回路300に、さらにオフセット電流加減算回路150を追加したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, in all the drawings in the present specification, the same reference numerals are given to portions corresponding to each other, and description of the overlapping portions will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a sensor threshold value determination circuit 1 according to the present invention.
The sensor threshold value determination circuit 1 according to the present invention is obtained by adding an offset current addition / subtraction circuit 150 to the conventional sensor threshold value determination circuit 300 shown in FIG.

すなわち、本発明におけるセンサ閾値決定回路1は、図1に示すように、センサ駆動電流検出回路120と、センサバイアス電流出力回路130と、バイアス電流切り替え回路140と、オフセット電流加減算回路150と、オフセットキャンセル回路200と、を備え、さらに、オフセットキャンセル回路200の各スイッチを制御する制御部20を備える。なお、センサ駆動電流検出回路120、センサバイアス電流出力回路130、バイアス電流切り替え回路140、およびオフセットキャンセル回路200の構成は、図2に示す従来の構成と同一である。   That is, as shown in FIG. 1, the sensor threshold value determination circuit 1 according to the present invention includes a sensor drive current detection circuit 120, a sensor bias current output circuit 130, a bias current switching circuit 140, an offset current addition / subtraction circuit 150, and an offset And a cancel circuit 200, and further includes a control unit 20 that controls each switch of the offset cancel circuit 200. The configurations of the sensor drive current detection circuit 120, the sensor bias current output circuit 130, the bias current switching circuit 140, and the offset cancellation circuit 200 are the same as the conventional configuration shown in FIG.

すなわち、オフセットキャンセル回路200は、4端子型センサ3およびスイッチ回路101を含むチョッパ回路100と、4端子型センサ3のセンサ出力VhをA倍に増幅するゲインアンプ10と、比較演算を行う比較アンプ11と、ゲインアンプ10と比較アンプ11との間に接続されたキャパシタ5と、比較アンプ11の出力端と反転入力端子との間に接続されるスイッチ4と、を備え、スイッチ4およびスイッチ回路101は、制御部20により制御される。   That is, the offset cancel circuit 200 includes a chopper circuit 100 including the four-terminal sensor 3 and the switch circuit 101, a gain amplifier 10 that amplifies the sensor output Vh of the four-terminal sensor 3 by A times, and a comparison amplifier that performs a comparison operation. 11, a capacitor 5 connected between the gain amplifier 10 and the comparison amplifier 11, and a switch 4 connected between the output terminal of the comparison amplifier 11 and the inverting input terminal. 101 is controlled by the control unit 20.

4端子型センサ3は、2つのセンサ入力端子と2つのセンサ出力端子とを有する4端子型のセンサ、または、当該4端子型のセンサと等価な回路構成を有するセンサであって、ホール素子、磁気抵抗素子、歪みセンサ、圧力センサ、温度センサ、または加速度センサ等である。4端子型センサ3は、センサ抵抗R1〜R4を有し、例えば、センサ抵抗R1、R2を流れる電流I1と、センサ抵抗R3、R4を流れる電流I2との2系統の出力の変位に基づいて、例えば永久磁石やコイル等から発生する磁束密度の絶対値を検出したり、磁気抵抗や歪み等を検出したりする。スイッチ回路101は、4端子型センサ3を2方向チョッパ方式で駆動するべく、4端子型センサ3の4つの端子の接続先を切り替え、電流の流れる方向が2方向に交互に切り替わるように、4つの端子のうち、対向する2つの端子が入力端子、他の2つの端子が出力端子として動作するように切り替える。   The four-terminal sensor 3 is a four-terminal sensor having two sensor input terminals and two sensor output terminals, or a sensor having a circuit configuration equivalent to the four-terminal sensor, the Hall element, A magnetoresistive element, a strain sensor, a pressure sensor, a temperature sensor, an acceleration sensor, or the like. The four-terminal sensor 3 has sensor resistances R1 to R4. For example, based on the displacement of two systems of output current I1 flowing through the sensor resistances R1 and R2 and current I2 flowing through the sensor resistances R3 and R4, For example, the absolute value of the magnetic flux density generated from a permanent magnet, a coil, or the like is detected, or the magnetic resistance or distortion is detected. The switch circuit 101 switches the connection destinations of the four terminals of the four-terminal sensor 3 to drive the four-terminal sensor 3 by the two-way chopper method, and changes the current flow direction alternately in two directions. Of the two terminals, switching is performed so that two opposing terminals operate as input terminals and the other two terminals operate as output terminals.

センサ駆動電流検出回路120とセンサバイアス電流出力回路130とは電流ミラー回路を構成し、センサバイアス電流出力回路130は、センサ駆動電流検出回路120に含まれる駆動電流検出用抵抗RSにより検出されるセンサ駆動電流Iを、所定倍(1/K=RS/RB倍)した、センサバイアス電流IBを出力する。
オフセット電流加減算回路150は、ドレインどうしが直列に接続されたPMOSトランジスタ151とNMOSトランジスタ152とを備え、PMOSトランジスタ151のソースは、バイアス電流出力抵抗RBとPMOSトランジスタ132との間に接続され、NMOSトランジスタ152のソースは、接地されている。そして、PMOSトランジスタ151のゲートには演算増幅器131の出力が入力され、NMOSトランジスタ152のゲートには比較アンプ11の出力電圧VOが入力される。
The sensor drive current detection circuit 120 and the sensor bias current output circuit 130 constitute a current mirror circuit, and the sensor bias current output circuit 130 is a sensor detected by a drive current detection resistor RS included in the sensor drive current detection circuit 120. A sensor bias current IB obtained by multiplying the drive current I by a predetermined value (1 / K = RS / RB times) is output.
The offset current addition / subtraction circuit 150 includes a PMOS transistor 151 and an NMOS transistor 152 in which drains are connected in series, and the source of the PMOS transistor 151 is connected between the bias current output resistor RB and the PMOS transistor 132, and the NMOS transistor The source of the transistor 152 is grounded. The output of the operational amplifier 131 is input to the gate of the PMOS transistor 151, and the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is input to the gate of the NMOS transistor 152.

そして、比較アンプ11の出力電圧VOがHIGHレベルのときにのみオフセット電流Ioffsetを流し、センサバイアス電流出力回路130から出力されるセンサバイアス電流IBを、IB′=IB−Ioffsetに調整する。一方、比較アンプ11の出力電圧VOがLOWレベルのときには、オフセット電流加減算回路150のPMOSトランジスタ151およびNMOSトランジスタ152はともにOFF状態となるため、センサバイアス電流IBは変更されず、IBのままとなる。なお、オフセット電流Ioffsetの電流値は、センサバイアス電流IBよりも小さな値であって、例えば、予め実験により残留オフセットを求め、この残留オフセットを低減し得る電流値を求め、これをオフセット電流Ioffsetとして設定する。   The offset current Ioffset is supplied only when the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is at the HIGH level, and the sensor bias current IB output from the sensor bias current output circuit 130 is adjusted to IB ′ = IB−Ioffset. On the other hand, when the output voltage VO of the comparison amplifier 11 is at the LOW level, both the PMOS transistor 151 and the NMOS transistor 152 of the offset current addition / subtraction circuit 150 are in the OFF state, so the sensor bias current IB is not changed and remains IB. . Note that the current value of the offset current Ioffset is smaller than the sensor bias current IB. For example, a residual offset is obtained in advance by experiment, a current value that can reduce the residual offset is obtained, and this is used as the offset current Ioffset. Set.

そして、このようにして設定された、オフセット電流Ioffsetを発生させるように、オフセット電流加減算回路150は形成される。例えば、PMOSトランジスタ151とセンサバイアス電流出力回路130のPMOSトランジスタ132とのサイズ比として、所定のオフセット電流Ioffsetを発生させ得るサイズ比を設定し、PMOSトランジスタ151およびPMOSトランジスタ132のサイズ比が、所定のオフセット電流Ioffsetを発生させ得るサイズ比として設定したサイズ比となるように、これらPMOSトランジスタ151、132を作製することにより実現する。   The offset current adding / subtracting circuit 150 is formed so as to generate the offset current Ioffset set in this way. For example, a size ratio capable of generating a predetermined offset current Ioffset is set as a size ratio between the PMOS transistor 151 and the PMOS transistor 132 of the sensor bias current output circuit 130, and the size ratio between the PMOS transistor 151 and the PMOS transistor 132 is set to a predetermined value. This is realized by fabricating these PMOS transistors 151 and 132 so as to have a size ratio set as a size ratio that can generate the offset current Ioffset.

或いは、対象となる4端子方センサ3を実際に動作させた段階で、オフセット電流Ioffsetを微調整可能に構成してもよい。例えば、PMOSトランジスタ151となる、PMOSトランジスタを複数並列に設けておき、対象となる4端子型センサ3を実際に動作させた段階で、残留オフセットが零となるように、複数のPMOSトランジスタのうちのいずれか1つ或いは複数をPMOSトランジスタ151として選択し、以後、この選択した1または複数のPMOSトランジスタを、PMOSトランジスタ151として動作させるように構成することで実現する。このとき、PMOSトランジスタ151として動作する1または複数のPMOSトランジスタは、スイッチなどにより接続/遮断可能に構成してもよく、また、スイッチなどを介さずにセンサバイアス電流出力回路130との間の接続ラインを切断するように構成してもよい。   Alternatively, the offset current Ioffset may be finely adjusted when the target four-terminal sensor 3 is actually operated. For example, a plurality of PMOS transistors that are PMOS transistors 151 are provided in parallel, and the residual offset becomes zero when the target four-terminal sensor 3 is actually operated. This is realized by selecting one or more of the transistors as the PMOS transistor 151, and thereafter configuring the selected one or more PMOS transistors to operate as the PMOS transistor 151. At this time, one or a plurality of PMOS transistors operating as the PMOS transistor 151 may be configured to be connectable / disconnectable by a switch or the like, or connected to the sensor bias current output circuit 130 without using a switch or the like. You may comprise so that a line may be cut | disconnected.

このオフセット電流加減算回路150により調整されたセンサバイアス電流IB′またはIBは、バイアス電流切り替え回路140により、比較アンプ11の出力電圧VOに応じて、チョッパ回路100の正側出力端100Pとゲインアンプ10の非反転入力端子との間、またはチョッパ回路100の負側出力端100Nとゲインアンプ10の反転入力端子との間に供給される。これにより、4端子型センサ3のセンサ抵抗R(チョッパ回路100の出力端子からみた出力インピーダンス)にセンサバイアス電流IBが流れ、センサ閾値電圧Vx(=IB×RまたはIB′×R)が発生する。   The sensor bias current IB ′ or IB adjusted by the offset current adding / subtracting circuit 150 is output from the positive output terminal 100P of the chopper circuit 100 and the gain amplifier 10 by the bias current switching circuit 140 according to the output voltage VO of the comparison amplifier 11. Between the negative output terminal 100N of the chopper circuit 100 and the inverting input terminal of the gain amplifier 10. As a result, the sensor bias current IB flows through the sensor resistance R of the four-terminal sensor 3 (output impedance viewed from the output terminal of the chopper circuit 100), and the sensor threshold voltage Vx (= IB × R or IB ′ × R) is generated. .

そして、センサ外部入力BINにより4端子型センサ3に発生した起電力がセンサ出力Vhとしてゲインアンプ10でゲインA倍され、ゲインアンプ10から出力されるセンサ出力VhをA倍した電圧A×Vhと、センサ閾値電圧Vxとが比較アンプ11で比較され、これによって、センサ外部入力BINに対し、センサ抵抗Rやセンサ駆動電圧Vcc、センサ駆動電流Iに依存しないヒステリシス特性を持ったディジタル出力が比較アンプ11の出力電圧VOとして出力される。   The electromotive force generated in the four-terminal sensor 3 by the sensor external input BIN is multiplied by the gain A by the gain amplifier 10 as the sensor output Vh, and the voltage A × Vh obtained by multiplying the sensor output Vh output from the gain amplifier 10 by A. The sensor threshold voltage Vx is compared with the comparison amplifier 11, whereby a digital output having hysteresis characteristics independent of the sensor resistance R, the sensor drive voltage Vcc, and the sensor drive current I is compared with the sensor external input BIN. 11 output voltage VO.

このとき、センサバイアス電流IBを、オフセット電流加減算回路150によって調整しており、2種類のセンサバイアス電流を設定している。そのため、ヒステリシスオフセット(Bop+Brp)/2は、(Bop+Brp)/2=(IB×R+(−IB′×R))/2となり、|−IB′|は、|−IB′|<|IB|であるから、ヒステリシスオフセット(Bop+Brp)/2は、低減されることになる。   At this time, the sensor bias current IB is adjusted by the offset current addition / subtraction circuit 150, and two types of sensor bias currents are set. Therefore, the hysteresis offset (Bop + Brp) / 2 is (Bop + Brp) / 2 = (IB × R + (− IB ′ × R)) / 2, and | −IB ′ | is | −IB ′ | <| IB | Therefore, the hysteresis offset (Bop + Brp) / 2 is reduced.

つまり、オフセット電流加減算回路150では、ゲインアンプ10から出力されるセンサ出力VhをA倍した電圧A×Vhとセンサ閾値電圧Vxとを比較する比較アンプ11の出力電圧VOに応じて、オフセット電流加減算回路150を動作させることにより、センサバイアス電流IBに対して、4端子型センサ3のセンサ出力Vhの極性に応じてオフセット電流Ioffsetの加算または減算を行い、これにより、センサバイアス電流として、センサ駆動電流Iを1/K倍した「IB」と、オフセット電流Ioffsetを加算または減算した新たなセンサバイアス電流IB′=IB±Ioffsetと、の2種類を設定している。そのため、ヒステリシスオフセット(Bop+Brp)/2=(IB×R+(−IB′×R))/2を低減することが可能となる。   That is, in the offset current addition / subtraction circuit 150, the offset current addition / subtraction is performed in accordance with the output voltage VO of the comparison amplifier 11 that compares the sensor threshold voltage Vx with the voltage A × Vh obtained by multiplying the sensor output Vh output from the gain amplifier 10 by A. By operating the circuit 150, the offset current Ioffset is added to or subtracted from the sensor bias current IB in accordance with the polarity of the sensor output Vh of the four-terminal sensor 3, and as a result, the sensor drive is performed as the sensor bias current. Two types are set: “IB” obtained by multiplying the current I by 1 / K, and a new sensor bias current IB ′ = IB ± Ioffset obtained by adding or subtracting the offset current Ioffset. Therefore, the hysteresis offset (Bop + Brp) / 2 = (IB × R + (− IB ′ × R)) / 2 can be reduced.

なお、図1では、チョッパ回路100の負側出力端100Nとゲインアンプ10の反転入力端子との間に供給されるセンサバイアス電流IBに対してオフセット電流Ioffsetを加算または減算する場合について説明したが、これに限るものではなく、逆側のバイアス電流、すなわちチョッパ回路100の正側出力端100Pとゲインアンプ10の非反転入力端子との間に供給されるセンサバイアス電流IBに対してオフセット電流Ioffsetを加算または減算することも可能であり、この場合も同様の作用効果を得ることができる。   In FIG. 1, the case where the offset current Ioffset is added to or subtracted from the sensor bias current IB supplied between the negative output terminal 100N of the chopper circuit 100 and the inverting input terminal of the gain amplifier 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and an offset current Ioffset with respect to a reverse bias current, that is, a sensor bias current IB supplied between the positive output terminal 100P of the chopper circuit 100 and the non-inverting input terminal of the gain amplifier 10. Can be added or subtracted, and in this case, the same effect can be obtained.

以上説明したように、図1に示すセンサ閾値決定回路1は、4端子型センサ3を2方向チョッパ方式で駆動しオフセットキャンセルを図ったとしても除去することのできないオフセット(残留オフセット)を考慮しており、この残留オフセット分相当のオフセット電流Ioffsetを、センサ閾値を決定するセンサバイアス電流IBから加減算し、新たなセンサバイアス電流IB′=IB±Ioffsetとしている。そして、このセンサバイアス電流IB′とセンサバイアス電流IBとの2種類のバイアス電流を用いて、センサ閾値を決定するようにしているため、残留オフセットを低減することができる。   As described above, the sensor threshold value determination circuit 1 shown in FIG. 1 takes into account the offset (residual offset) that cannot be removed even if the four-terminal sensor 3 is driven by the two-way chopper method to cancel the offset. The offset current Ioffset corresponding to the residual offset is added to or subtracted from the sensor bias current IB that determines the sensor threshold value, so that a new sensor bias current IB ′ = IB ± Ioffset is obtained. Since the sensor threshold value is determined using the two types of bias currents of the sensor bias current IB ′ and the sensor bias current IB, the residual offset can be reduced.

ここで、4端子型センサ3が例えばホール素子である場合は、ホール素子の感受部となるN型不純物領域の周辺部は分離のためのP型不純物領域に囲まれているため、4端子型センサ3に電圧を印加すると、ホール素子感受部とその周辺部との境界では空乏層が広がる。空乏層が広がっている領域ではホール電流は抑制され、抵抗は増加する。そのため、4端子型センサ3のセンサ抵抗R1〜R4の抵抗値が変化し、2方向チョッパ方式で4端子型センサ3を駆動したときに、状態PH1と状態PH2とで、センサ抵抗R1〜R4の抵抗値が変動してしまうことが、残留オフセットの一因となっている。   Here, when the four-terminal sensor 3 is, for example, a Hall element, the peripheral portion of the N-type impurity region serving as a sensitive part of the Hall element is surrounded by a P-type impurity region for isolation, so When a voltage is applied to the sensor 3, a depletion layer spreads at the boundary between the Hall element sensing part and its peripheral part. In the region where the depletion layer extends, the hole current is suppressed and the resistance increases. Therefore, when the resistance values of the sensor resistances R1 to R4 of the four-terminal sensor 3 change and the four-terminal sensor 3 is driven by the two-way chopper method, the sensor resistances R1 to R4 are changed between the state PH1 and the state PH2. The fluctuation of the resistance value contributes to the residual offset.

そのため、4端子型センサ3を駆動するセンサ駆動電圧Vcc、センササイズ、センサ形状、ウエハ上で電流を流す方向が同じであれば、残留オフセット量についても、状態PH1と状態PH2とで、ほぼ同等となりオフセットの低減が可能となる。
このように、上記実施形態で説明したセンサ閾値決定回路1の構成をすることによって、4端子型センサ3のオフセットをより低減することができるが、さらに、センサ閾値決定回路1の後段にあえて温度補償回路などを設けることで、センサの出力精度をより向上させることもできる。
Therefore, if the sensor drive voltage Vcc for driving the four-terminal sensor 3, the sensor size, the sensor shape, and the direction of current flow on the wafer are the same, the residual offset amount is almost the same in the state PH1 and the state PH2. Thus, the offset can be reduced.
As described above, by configuring the sensor threshold value determination circuit 1 described in the above embodiment, the offset of the four-terminal sensor 3 can be further reduced. By providing a compensation circuit or the like, the output accuracy of the sensor can be further improved.

また、上記実施形態では、オフセット電流加減算回路150では、オフセット電流Ioffsetを、センサ駆動電流Iに依存して生成する場合について説明したが、これに限るものではなく、予め設定した固定値であってもよい。
さらに、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
In the above embodiment, the offset current adding / subtracting circuit 150 has been described with respect to the case where the offset current Ioffset is generated depending on the sensor driving current I. However, the present invention is not limited to this, and the offset current Ioffset is a preset fixed value. Also good.
Further, the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide an effect equivalent to that of the present invention. Further, the scope of the invention can be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features.

1 センサ閾値決定回路
3 4端子型センサ
4 スイッチ
5 キャパシタ
10 ゲインアンプ
11 比較アンプ
100 チョッパ回路
101 スイッチ回路
120 センサ駆動電流検出回路
130 センサバイアス電流出力回路
131 演算増幅器
132 PMOSトランジスタ
140 バイアス電流切り替え回路
150 オフセット電流加減算回路
151 PMOSトランジスタ
I センサ駆動電流
IB センサバイアス電流
Ioffset オフセット電流
RB バイアス電流出力抵抗
RS 駆動電流検出用抵抗
VO 出力電圧
Vx センサ閾値電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor threshold value determination circuit 3 4 terminal type sensor 4 Switch 5 Capacitor 10 Gain amplifier 11 Comparison amplifier 100 Chopper circuit 101 Switch circuit 120 Sensor drive current detection circuit 130 Sensor bias current output circuit 131 Operational amplifier 132 PMOS transistor 140 Bias current switching circuit 150 Offset current addition / subtraction circuit 151 PMOS transistor I Sensor drive current IB Sensor bias current Ioffset Offset current RB Bias current output resistor RS Drive current detection resistor VO Output voltage Vx Sensor threshold voltage

Claims (3)

センサの出力インピーダンスとバイアス電流との積により、前記センサによるセンサ出力のディジタル化のための閾値を決定するセンサ閾値決定回路において、
前記センサを駆動するためのセンサ駆動電流を検出するセンサ駆動電流検出回路と、
当該センサ駆動電流検出回路で検出されたセンサ駆動電流を所定倍したバイアス電流を出力するセンサバイアス電流出力回路と、
当該センサバイアス電流出力回路から出力されるバイアス電流の電流値を制御する制御回路と、を備えることを特徴とするセンサ閾値決定回路。
In a sensor threshold value determining circuit for determining a threshold value for digitizing the sensor output by the sensor by a product of the output impedance of the sensor and a bias current,
A sensor drive current detection circuit for detecting a sensor drive current for driving the sensor;
A sensor bias current output circuit for outputting a bias current obtained by multiplying the sensor drive current detected by the sensor drive current detection circuit by a predetermined value;
And a control circuit for controlling the current value of the bias current output from the sensor bias current output circuit.
前記センサは4端子型センサであり且つ当該4端子型センサに流れる電流の方向が2方向に切り替わるように前記4端子型センサの4つの端子の接続先を切り替えて2つの状態に切り替え、前記4つの端子のうちの、前記2つの状態においてそれぞれ出力端子として動作する2つの端子からセンサ出力電圧を取り出すようになっており、
前記出力端子として動作する2つの端子から取り出した前記センサ出力電圧を比較して、前記センサ出力電圧をディジタル値として出力する電圧比較器と、
バイアス電流切り替え回路と、をさらに備え、
当該バイアス電流切り替え回路は、
前記電圧比較器のディジタル出力に基づき、前記4端子型センサの、前記出力端子として動作する2つの端子のうち、前記ディジタル出力により特定されるいずれか一方の端子にのみ前記バイアス電流を供給し、
前記制御回路は、前記電圧比較器の前記ディジタル出力に基づき、前記4端子型センサの前記出力端子として動作する2つの端子のうち、予め設定した一方の端子に供給される前記バイアス電流についてのみ、その電流値を制御することを特徴とする請求項1に記載のセンサ閾値決定回路。
The sensor is a four-terminal sensor, and the connection destination of the four terminals of the four-terminal sensor is switched to two states so that the direction of the current flowing through the four-terminal sensor is switched to two directions. Among the two terminals, the sensor output voltage is extracted from two terminals that operate as output terminals in the two states,
A voltage comparator that compares the sensor output voltages extracted from two terminals operating as the output terminals and outputs the sensor output voltage as a digital value;
A bias current switching circuit,
The bias current switching circuit is
Based on the digital output of the voltage comparator, the bias current is supplied to only one of the two terminals operating as the output terminal of the four-terminal type sensor specified by the digital output,
The control circuit is based on the digital output of the voltage comparator, only for the bias current supplied to one of the two terminals operating as the output terminal of the four-terminal sensor, The sensor threshold value determination circuit according to claim 1, wherein the current value is controlled.
前記センサ駆動電流検出回路は、第1の抵抗を用いて前記センサ駆動電流を検出し、
前記センサバイアス電流発生回路は、第2の抵抗と演算増幅器とを有し、前記第1の抵抗と、前記第2の抵抗および前記演算増幅器との組み合わせで前記第1の抵抗および前記第2の抵抗の抵抗値の比で決定されるK対1の電流ミラー回路を構成し、かつ前記バイアス電流として、前記センサ駆動電流の1/K倍のバイアス電流を出力し、
前記制御回路は、前記センサ駆動電流の1/K倍のバイアス電流に対して、当該バイアス電流の電流値調整用のオフセット電流を加算または減算することを特徴とする請求項2に記載のセンサ閾値決定回路。
The sensor drive current detection circuit detects the sensor drive current using a first resistor,
The sensor bias current generation circuit includes a second resistor and an operational amplifier, and the first resistor, the second resistor, and the operational amplifier are combined with each other. Forming a K: 1 current mirror circuit determined by the resistance value ratio of the resistors, and outputting a bias current 1 / K times the sensor driving current as the bias current;
3. The sensor threshold according to claim 2, wherein the control circuit adds or subtracts an offset current for adjusting a current value of the bias current to a bias current that is 1 / K times the sensor driving current. Decision circuit.
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