JP2014126434A

JP2014126434A - Sensor circuit

Info

Publication number: JP2014126434A
Application number: JP2012282574A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Koizumi; 佳彦小泉; Daisuke Ikoma; 大祐生駒
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP6139879B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor circuit having a high SN ratio and low noise, and becoming a small area by reducing the noise component generated by transistors of an amplifier.SOLUTION: The sensor circuit includes: a first ejecting type current source 11 and a first inhaling type current source 12 both of which drive a first bridge type transducer 10; and a second ejecting type current source 21 and a second inhaling type current source 22 both of which drive a second bridge type transducer 20. A negative pole output terminal 18 of the first bridge type transducer 10 and a positive pole output terminal 27 of the second bridge type transducer 20 are connected with each other, and a voltage is output from a positive pole output terminal 17 of the first bridge type transducer 10 and a negative pole output terminal 28 of the second bridge type transducer 20.

Description

本発明は、センサ回路に関し、より詳細には、複数個のトランスデューサの出力を加算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路に関する。 The present invention relates to a sensor circuit, and more particularly to a sensor circuit including an amplifier that adds and amplifies outputs of a plurality of transducers.

一般に、ホール素子のようなブリッジ型のトランスデューサの駆動方法はある端子に電圧源、１８０度反対方向の端子に電流源または電圧源を接続する。駆動時には、トランスデューサの９０度及び２７０度にあたる端子に差動の出力信号を得ることができる。この出力信号を信号処理する際に、トランスデューサの出力インピーダンスがある程度高い、もしくは出力信号が小さいなどの理由で、通常後段に増幅器を接続する。これによって、低インピーダンスかつ増幅された出力信号を得ることができる。 In general, in a driving method of a bridge type transducer such as a Hall element, a voltage source is connected to a certain terminal, and a current source or a voltage source is connected to a terminal in the opposite direction of 180 degrees. At the time of driving, a differential output signal can be obtained at terminals corresponding to 90 degrees and 270 degrees of the transducer. When processing this output signal, an amplifier is usually connected to the subsequent stage because the output impedance of the transducer is high to some extent or the output signal is small. Thereby, a low impedance and amplified output signal can be obtained.

複数個のトランスデューサの出力を加算及び増幅する例として、ＳＮ比を向上する場合、同じ物理量を変換する複数個のトランスデューサを駆動する方法がある。Ｎ個のトランスデューサを駆動して出力信号を加算した場合、ＳＮ比は１個の場合に比べてトランスデューサ出力において√Ｎ倍に向上する。
他方で、信号処理上の理由により複数の異なる物理量を変換する複数のトランスデューサを準備し、その出力信号同士を加算及び増幅する場合もある。 As an example of adding and amplifying the outputs of a plurality of transducers, there is a method of driving a plurality of transducers that convert the same physical quantity when improving the SN ratio. When N transducers are driven and the output signals are added, the S / N ratio is improved by N times in the transducer output as compared with the case of one.
On the other hand, a plurality of transducers for converting a plurality of different physical quantities may be prepared for signal processing reasons, and the output signals may be added and amplified.

図１は、特許文献１に示された直列ブリッジ回路の構成図である。この場合、２個のトランスデューサの出力信号が加算及び増幅されて出力されている。この特許文献１に記載の相補型プッシュプル構成の直列ブリッジ回路は、ブリッジ増幅器回路１００は、第１のブリッジ回路１１０と直列に結合され、かつブリッジを通って流れる電流を供給するための安定化電圧１２０に結合された第２のブリッジ回路１１５を含んでいる。第１のブリッジ１１０は、ポイント１２５，１２６，１２７及び１２８の間に結合された４つの抵抗を含み、第２のブリッジ１１５は、ポイント１３０，１３１，１３２及び１３３の間に結合された４つの抵抗を含んでいる。 FIG. 1 is a configuration diagram of a series bridge circuit disclosed in Patent Document 1. In FIG. In this case, the output signals of the two transducers are added and amplified and output. In this series bridge circuit having a complementary push-pull configuration described in Patent Document 1, the bridge amplifier circuit 100 is coupled in series with the first bridge circuit 110 and is stabilized to supply a current flowing through the bridge. A second bridge circuit 115 coupled to voltage 120 is included. The first bridge 110 includes four resistors coupled between points 125, 126, 127 and 128, and the second bridge 115 includes four resistors coupled between points 130, 131, 132 and 133. Includes resistance.

第１の差動増幅器は、第１のブリッジ回路１１０に結合され、各ベース、すなわち入力がそれぞれポイント１２８及び１２６に結合された１対のトランジスタ１４０及び１４１を含んでいる。トランジスタ１４０及び１４１はｎｐｎトランジスタである。第２の差動増幅器は、第２のブリッジ回路１１５に結合され、各ベース、すなわち入力がそれぞれポイント１３３及び１３１に結合された、１対のトランジスタ１４５及び１４６を含んでいる。トランジスタ１４５及び１４６はｐｎｐトランジスタである。トランジスタ１４０と１４５のコレクタは、第１の出力１５０に結合され、トランジスタ１４１と１４６のコレクタは、第２の出力１５５に結合される。出力１５０及び１５５は、直列結合されたブリッジの間のポイント１２５及び１３２に、それぞれ負荷１６０及び１６５によって結合される。各トランジスタのエミッタを通って流れる電流は、１７０及び１７５にてＩ_Ｅとして示される。電流１７０は実効的に電源から供給され、電流１７５はグラウンドに吸い込まれる。回路の利得は、負荷全体の抵抗値とＩ_Ｅに比例する。 The first differential amplifier is coupled to the first bridge circuit 110 and includes a pair of transistors 140 and 141 whose respective bases, or inputs, are coupled to points 128 and 126, respectively. Transistors 140 and 141 are npn transistors. The second differential amplifier is coupled to the second bridge circuit 115 and includes a pair of transistors 145 and 146 with their bases, or inputs, coupled to points 133 and 131, respectively. Transistors 145 and 146 are pnp transistors. The collectors of transistors 140 and 145 are coupled to the first output 150 and the collectors of transistors 141 and 146 are coupled to the second output 155. Outputs 150 and 155 are coupled by loads 160 and 165, respectively, to points 125 and 132 between the series coupled bridges. The current flowing through the emitter of each transistor is shown as _IE at 170 and 175. Current 170 is effectively supplied from the power source, and current 175 is sucked into ground. The gain of the circuit is proportional to the resistance of the entire load and _IE .

特表２００７−５２５６７８号公報Special table 2007-525678 gazette

しかしながら、増幅された最終的なセンサ全体の出力信号のＳＮ比に効いてくるノイズ成分として、トランスデューサだけでなく、トランスデューサに接続されている増幅器のトランジスタが発生するノイズがある。上述した特許文献１に示された場合でも、２個のトランスデューサに対して４個のトランジスタが接続されている。一般的に、Ｎ個のトランスデューサから出力信号を取り出して加算及び増幅する場合、Ｎ対の差動入力、最少でも２Ｎ個のトランジスタが必要になる。使用しているトランジスタがバイポーラトランジスタの場合は、ショットノイズやベース抵抗によるサーマルノイズであり、ＭＯＳトランジスタの場合は、フリッカノイズやサーマルノイズである。トランジスタのノイズを下げる場合は、トランジスタに流す電流の増加などで調整可能であるが、これは消費電流の増加など別の問題を引き起こす。 However, noise components that affect the signal-to-noise ratio of the output signal of the final amplified sensor include noise generated not only by the transducer but also by an amplifier transistor connected to the transducer. Even in the case shown in Patent Document 1 described above, four transistors are connected to two transducers. In general, when the output signals are extracted from N transducers and added and amplified, N pairs of differential inputs and at least 2N transistors are required. When the transistor used is a bipolar transistor, it is shot noise or thermal noise due to base resistance, and when it is a MOS transistor, it is flicker noise or thermal noise. In order to reduce the noise of the transistor, it can be adjusted by increasing the current flowing through the transistor. However, this causes another problem such as an increase in current consumption.

加えて使用するトランスデューサが増加する場合、上述したように、Ｎ個のトランスデューサに対して２Ｎ個のトランジスタが必要となり、増幅器の実装面積は比例して増加することになる。
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、増幅器のトランジスタが発生するノイズ成分を低減して高ＳＮ比、低ノイズかつ小面積となるセンサ回路を提供することにある。 In addition, when the number of transducers to be used increases, as described above, 2N transistors are required for N transducers, and the mounting area of the amplifier increases proportionally.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a sensor circuit that reduces the noise component generated by the transistor of the amplifier and has a high SN ratio, low noise, and a small area. There is to do.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数個のトランスデューサの出力を加減算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路において、それぞれ所定の物理量を電圧に変換するｎ個（ｎは２以上の整数）のブリッジ型トランスデューサ（１０，２０）と、該ブリッジ型トランスデューサ（１０，２０）をそれぞれ駆動するｎ個の吐き出し型電流源（１１，２１）及び吸い込み型電流源（１２，２２）と、ｋ−１番目（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記ブリッジ型トランスデューサ（１０，２０）の正極出力端子又は負極出力端子にｋ番目の前記ブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子が接続され、ｎ番目の前記ブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子及び１番目の前記のブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子から電圧が出力され、前記出力端子のどちらかもしくは前記ブリッジ型トランスデューサの出力端子の共通接続点のうちのどれか１つに基準電圧が供給されることを特徴とする。（図２；実施例１） The present invention has been made in order to achieve such an object. The invention according to claim 1 is a sensor circuit including an amplifier for adding / subtracting and amplifying outputs of a plurality of transducers, each of which has a predetermined physical quantity. N (n is an integer greater than or equal to 2) bridge-type transducers (10, 20) and n discharge-type current sources (11, 21) for driving the bridge-type transducers (10, 20), respectively. ) And the suction type current source (12, 22), and the k-th output terminal of the bridge-type transducer (10, 20) of the (k-1) th (k is an integer of 2 or more and n or less). A positive output terminal or a negative output terminal of the bridge type transducer is connected, and a positive output terminal or a negative output terminal of the nth bridge type transducer And a voltage is output from the positive output terminal or the negative output terminal of the first bridge type transducer, and is based on one of the output terminals or the common connection point of the output terminals of the bridge type transducer. A voltage is supplied. (FIG. 2; Example 1)

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、出力された前記各電圧がそれぞれ入力される１対の差動入力を有する増幅器（２００）を備えていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記増幅器（２００）は、１対の差動入力トランジスタ（１０１，１０２）を有する増幅器（２００）であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the amplifier according to the first aspect of the present invention, further comprising an amplifier (200) having a pair of differential inputs to which the output voltages are input. And
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the amplifier (200) is an amplifier (200) having a pair of differential input transistors (101, 102). And

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記増幅器（２００）は、トランスコンダクタンスアンプ（２１０）であることを特徴とする。（図５；実施例３）
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記各ブリッジ型トランスデューサは、ホール素子であることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the amplifier (200) is a transconductance amplifier (210). (FIG. 5; Example 3)
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the bridge-type transducers is a Hall element.

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、複数のホール素子が設けられた半導体基板と、該半導体基板上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体（Ｍ１）とを備えた磁気センサにおいて、前記吐き出し型電流源及び前記吸い込み型電流源を接続して駆動するホール素子を選択する選択手段（ＳＤ）と、ホール素子の出力電圧の加減算を選択する選択手段（ＳＰ）と、駆動するホール素子を増幅器（２００）の１対の差動入力に接続選択する選択手段（ＳＩ）とを有し、駆動選択された複数個のホール素子の出力を加減算かつ増幅することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, there is provided the semiconductor substrate according to the fifth aspect of the invention, wherein the semiconductor substrate is provided with a plurality of Hall elements, and the magnetic body (M1) having a magnetic amplification function provided on the semiconductor substrate. A selection means (SD) for selecting a Hall element to be driven by connecting the discharge-type current source and the suction-type current source, and a selection means for selecting addition / subtraction of the output voltage of the Hall element ( SP) and selection means (SI) for selecting and connecting the Hall element to be driven to a pair of differential inputs of the amplifier (200), and adding / subtracting and amplifying the outputs of the plurality of Hall elements selected for driving It is characterized by that.

本発明によれば、Ｎ個のトランスデューサを駆動して信号を増幅するのに、個々のトランスデューサの出力電圧の加算はトランジスタを使用してなされずに、トランスデューサ出力同士を短絡してなされ、増幅器の入力としては１対の入力のみとなる。これにより、増幅器ノイズ成分は最少で２個のトランジスタによるものとなる。したがって、増幅器が発生するノイズ成分を下げることができ、全体として高ＳＮ比、低ノイズかつ小面積となるセンサ回路が実現可能である。 According to the present invention, in order to amplify the signal by driving N transducers, the output voltages of the individual transducers are not added using the transistors, but the transducer outputs are short-circuited to each other. There is only one pair of inputs. As a result, the amplifier noise component is a minimum due to two transistors. Therefore, a noise component generated by the amplifier can be reduced, and a sensor circuit having a high SN ratio, low noise, and a small area as a whole can be realized.

特許文献１に示された直列ブリッジ回路の構成図である。1 is a configuration diagram of a series bridge circuit disclosed in Patent Document 1. FIG. 本発明に係るセンサ回路の実施例１を説明するための回路構成図である。It is a circuit block diagram for demonstrating Example 1 of the sensor circuit based on this invention. 本発明に係るセンサ回路の実施例２を説明するための回路構成図である。It is a circuit block diagram for demonstrating Example 2 of the sensor circuit based on this invention. （ａ），（ｂ）は、図３に示した実施例２の変更例を示す回路構成図である。(A), (b) is a circuit block diagram which shows the example of a change of Example 2 shown in FIG. 本発明に係るセンサ回路の実施例３を説明するための回路構成図である。It is a circuit block diagram for demonstrating Example 3 of the sensor circuit which concerns on this invention. 本発明に係るセンサ回路の実施例５を説明するための回路構成図である。It is a circuit block diagram for demonstrating Example 5 of the sensor circuit based on this invention.

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図２は、本発明に係るセンサ回路の実施例１を説明するための回路構成図である。なお、符号１３乃至１６及び２３乃至２６，１０５，１０６は抵抗、１０３は電流源を示している。
本実施例１のセンサ回路は、複数個のトランスデューサの出力を加算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路で、第１のブリッジ型トランスデューサ１０と第２のブリッジ型トランスデューサ２０と増幅器２００とを備えている。 FIG. 2 is a circuit configuration diagram for explaining Example 1 of the sensor circuit according to the present invention. Reference numerals 13 to 16 and 23 to 26, 105, and 106 denote resistors, and 103 denotes a current source.
The sensor circuit of the first embodiment is a sensor circuit including an amplifier that adds and amplifies outputs of a plurality of transducers, and includes a first bridge type transducer 10, a second bridge type transducer 20, and an amplifier 200. Yes.

第１のブリッジ型トランスデューサ１０は、所定の物理量を電圧に変換するものである。また、第１の吐き出し型電流源１１及び第１の吸い込み型電流源１２は、第１のブリッジ型トランスデューサ１０を駆動するためのものである。
また、第２のブリッジ型トランスデューサ２０も同様に、所定の物理量を電圧に変換するものである。また、第２の吐き出し型電流源２１及び第２の吸い込み型電流源２２は、第２のブリッジ型トランスデューサ２０を駆動するためのものである。 The first bridge type transducer 10 converts a predetermined physical quantity into a voltage. The first discharge type current source 11 and the first suction type current source 12 are for driving the first bridge type transducer 10.
Similarly, the second bridge type transducer 20 converts a predetermined physical quantity into a voltage. The second discharge-type current source 21 and the second suction-type current source 22 are for driving the second bridge-type transducer 20.

このような構成により、第１のブリッジ型トランスデューサ１０の負極出力端子１８と第２のブリッジ型トランスデューサ２０の正極出力端子２７とが接続され、第１のブリッジ型トランスデューサ１０の正極出力端子１７と第２のブリッジ型トランスデューサ２０の負極出力端子２８から電圧が出力される。
また、増幅器２００は、出力された各電圧がそれぞれ入力される１対の差動入力トランジスタ１０１，１０２を有している。また、各ブリッジ型トランスデューサの出力端子の共通接続点の１つに基準電圧が供給されるように構成されている。 With such a configuration, the negative output terminal 18 of the first bridge type transducer 10 and the positive output terminal 27 of the second bridge type transducer 20 are connected, and the positive output terminal 17 of the first bridge type transducer 10 and the first output terminal 17 are connected. A voltage is output from the negative output terminal 28 of the second bridge type transducer 20.
In addition, the amplifier 200 includes a pair of differential input transistors 101 and 102 to which each output voltage is input. Further, the reference voltage is supplied to one of the common connection points of the output terminals of the bridge type transducers.

また、１対の差動入力トランジスタ１０１，１０２のどちらかの入力端子に基準電圧が供給されるように構成されている。また、各ブリッジ型トランスデューサは、ホール素子であることが好ましい。
つまり、第１のトランスデューサ１０は、吐き出し型電流源１１と吸い込み型電流源１２に接続されている。吐き出し型電流源１１と吸い込み型電流源１２は、電流方向が反対だが等しい電流を流すものとする。第１のトランスデューサ１０は、これら電流源の電流によって駆動され、ある物理量を電圧に変換する。 Further, a reference voltage is supplied to either input terminal of the pair of differential input transistors 101 and 102. Each bridge-type transducer is preferably a Hall element.
That is, the first transducer 10 is connected to the discharge type current source 11 and the suction type current source 12. The discharge-type current source 11 and the suction-type current source 12 are assumed to pass the same current although their current directions are opposite. The first transducer 10 is driven by the currents of these current sources, and converts a certain physical quantity into a voltage.

第２のトランスデューサ２０も同様に、吐き出し型電流源２１と吸い込み型電流源２２に接続されている。吐き出し型電流源２１と吸い込み型電流源２２は、電流方向が反対だが等しい電流を流すものとする。第２のトランスデューサ２０は、これら電流源の電流によって駆動され、ある物理量を電圧に変換する。
それぞれのトランスデューサは、上下端子ともにトランスデューサ自身の抵抗値より十分高い出力インピーダンスの電流源によって駆動されている。そして、電圧的な基準点となる電圧源５０は、第１のトランスデューサの負極出力端子１８と第２のトランスデューサ２０の正極出力端子２７に接続されている。 Similarly, the second transducer 20 is connected to the discharge type current source 21 and the suction type current source 22. The discharge-type current source 21 and the suction-type current source 22 are assumed to pass the same current although their current directions are opposite. The second transducer 20 is driven by the currents of these current sources, and converts a certain physical quantity into a voltage.
Each transducer is driven by a current source having an output impedance sufficiently higher than the resistance value of the transducer itself at the upper and lower terminals. The voltage source 50 serving as a voltage reference point is connected to the negative output terminal 18 of the first transducer and the positive output terminal 27 of the second transducer 20.

第１のトランスデューサ１０は、変換された電圧を、負極出力端子１８を基準に正極出力端子１７に差動出力する。第２のトランスデューサ２０は、変換された電圧を、正極出力端子２７を基準に負極出力端子２８に差動出力する。すなわち、電源電圧５０を基準として、第１のトランスデューサ１０と第２のトランスデューサ２０が浮遊電池のようにふるまい、第２のトランスデューサ２０の負極出力端子２８と第１のトランスデューサ１０の正極出力端子１７との差分電圧が、２つのトランスデューサの加算出力電圧として得られる。この加算された出力信号を１対の差動入力トランジスタ１０１，１０２をもつ増幅器２００によって増幅し、差動出力１０７，１０８に最終的な出力信号が得られる。 The first transducer 10 differentially outputs the converted voltage to the positive output terminal 17 with reference to the negative output terminal 18. The second transducer 20 differentially outputs the converted voltage to the negative output terminal 28 with reference to the positive output terminal 27. That is, with the power supply voltage 50 as a reference, the first transducer 10 and the second transducer 20 behave like a floating battery, and the negative output terminal 28 of the second transducer 20 and the positive output terminal 17 of the first transducer 10 Is obtained as the summed output voltage of the two transducers. The added output signal is amplified by an amplifier 200 having a pair of differential input transistors 101 and 102, and a final output signal is obtained at the differential outputs 107 and 108.

なお、電圧源５０はアンプ出力などの低インピーダンスなものから、抵抗分圧された電圧など出力インピーダンスがある程度高いものでも構わない。また、本実施例１では、第１のトランスデューサの負極出力端子１８と第２のトランスデューサ２０の正極出力端子２７を電圧源５０と接続した例であるが、それぞれの出力端子の出力極性を対向すればよく、第１のトランスデューサの正極出力端子１７と第２のトランスデューサ２０の負極出力端子２８を電圧源５０に接続しても同様な効果は得られる。 Note that the voltage source 50 may have a low impedance such as an amplifier output or a high output impedance such as a resistance-divided voltage. In the first embodiment, the negative output terminal 18 of the first transducer and the positive output terminal 27 of the second transducer 20 are connected to the voltage source 50. However, the output polarities of the respective output terminals are opposed to each other. The same effect can be obtained even if the positive output terminal 17 of the first transducer and the negative output terminal 28 of the second transducer 20 are connected to the voltage source 50.

さらに、演算は、トランスデューサ同士の出力電圧の加算のみではなく減算も可能である。例えば、第１のトランスデューサ１０の負極出力端子１８に対して第２のトランスデューサ２０の負極端子２８を接続するなど、同極性出力端子同士を接続すればよい。
また、電源雑音除去等の観点で基準点となる電圧源５０は２つのトランスデューサの中間点に接続することが望ましいが、増幅器２００のどちらかの入力端子側に接続しても同様な効果は得られる。 Furthermore, the calculation can be performed by subtraction as well as addition of the output voltages of the transducers. For example, the same polarity output terminals may be connected to each other, such as connecting the negative electrode terminal 28 of the second transducer 20 to the negative electrode output terminal 18 of the first transducer 10.
In addition, it is desirable that the voltage source 50 serving as a reference point is connected to an intermediate point between the two transducers from the viewpoint of power supply noise removal or the like. It is done.

図３は、本発明に係るセンサ回路の実施例２を説明するための回路構成図である。なお、符号３８は負極出力端子、４７は正極出力端子を示している。
本実施例２のセンサ回路は、複数個のトランスデューサの出力を加算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路で、第１のブリッジ型トランスデューサ１０と第２のブリッジ型トランスデューサ２０と第３のブリッジ型トランスデューサ３０と第４のブリッジ型トランスデューサ４０と増幅器２００とを備えている。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram for explaining Example 2 of the sensor circuit according to the present invention. Reference numeral 38 denotes a negative output terminal, and 47 denotes a positive output terminal.
The sensor circuit of the second embodiment is a sensor circuit including an amplifier that adds and amplifies outputs of a plurality of transducers, and includes a first bridge type transducer 10, a second bridge type transducer 20, and a third bridge type transducer. 30, a fourth bridge-type transducer 40, and an amplifier 200.

第３ブリッジ型トランスデューサ３０は、第１のブリッジ型トランスデューサ１０の正極出力端子１７に負極出力端子３８が接続され、正極出力端子３７から電圧が出力されるものである。また、第３の吐き出し型電流源３１及び第３の吸い込み型電流源３２は、第３のブリッジ型トランスデューサ３０を駆動するためのものである。
また、第４のブリッジ型トランスデューサ４０は、第２のブリッジ型トランスデューサ２０の負極出力端子２８に正極出力端子４７が接続され、負極出力端子４８から電圧が出力されるものである。また、第４の吐き出し型電流源４１及び第４の吸い込み型電流源４２は、第４のブリッジ型トランスデューサ４０を駆動するためのものである。 In the third bridge type transducer 30, the negative output terminal 38 is connected to the positive output terminal 17 of the first bridge type transducer 10, and a voltage is output from the positive output terminal 37. The third discharge type current source 31 and the third suction type current source 32 are for driving the third bridge type transducer 30.
In the fourth bridge type transducer 40, a positive output terminal 47 is connected to the negative output terminal 28 of the second bridge type transducer 20, and a voltage is output from the negative output terminal 48. The fourth discharge type current source 41 and the fourth suction type current source 42 are for driving the fourth bridge type transducer 40.

このような構成により、第３のブリッジ型トランスデューサ３０の正極出力端子３７と第４のブリッジ型トランスデューサ４０の負極出力端子４８から電圧が出力される。
つまり、４つのトランスデューサと第１のトランスデューサ１０と第２のトランスデューサ２０と第３のトランスデューサ３０と第４のトランスデューサ４０は、それぞれ吐き出し型の電流源１１，２１，３１，４１と、電流方向は反対かつ等しい電流値の引き込み型の電流源１２，２２，３２，４２によって駆動されており、出力端子同士は極性が対抗するように接続されている。 With this configuration, a voltage is output from the positive output terminal 37 of the third bridge transducer 30 and the negative output terminal 48 of the fourth bridge transducer 40.
That is, the four transducers, the first transducer 10, the second transducer 20, the third transducer 30, and the fourth transducer 40 are respectively opposite to the discharge-type current sources 11, 21, 31, 41 in the current direction. And it is driven by the pull-in type current sources 12, 22, 32, and 42 having the same current value, and the output terminals are connected so that the polarities oppose each other.

そして、電圧的な基準点となる電圧源５０は、第１のトランスデューサの負極出力端子１８と第２のトランスデューサ２０の正極出力端子２７に接続されている。電圧源５０を基準として、それぞれのトランスデューサが浮遊電池のようにふるまい、第４のトランスデューサ４０の負極出力端子４８と第３のトランスデューサ３０の正極出力端子３７との差分電圧が、４つのトランスデューサの加算出力電圧として得られる。この加算された出力信号を１対の差動入力トランジスタ１０１，１０２をもつ増幅器２００によって増幅し、差動出力１０７，１０８に最終的な出力信号が得られる。 The voltage source 50 serving as a voltage reference point is connected to the negative output terminal 18 of the first transducer and the positive output terminal 27 of the second transducer 20. With reference to the voltage source 50, each transducer behaves like a floating battery, and the differential voltage between the negative output terminal 48 of the fourth transducer 40 and the positive output terminal 37 of the third transducer 30 is the sum of the four transducers. Obtained as output voltage. The added output signal is amplified by an amplifier 200 having a pair of differential input transistors 101 and 102, and a final output signal is obtained at the differential outputs 107 and 108.

このようにトランスデューサの数が増えても、上下端子ともにトランスデューサ自身の抵抗値より十分高インピーダンスな電流源によってそれぞれ駆動されており、それぞれのトランスデューサの出力端子の出力極性を対向してシリーズに接続すれば、シリーズ接続された両端の出力端子の差分電圧がすべてのトランスデューサの出力電圧の和となる。よって、必要な増幅器の入力はＮ対にならずに１対でよい。 Even if the number of transducers increases in this way, both the upper and lower terminals are driven by current sources that are sufficiently higher in impedance than the resistance value of the transducer itself, and the output polarities of the output terminals of the respective transducers are connected in series facing each other. For example, the differential voltage between the output terminals at both ends connected in series is the sum of the output voltages of all transducers. Therefore, the required amplifier inputs need not be N pairs but only one pair.

上述した実施例では、演算はトランスデューサ同士の出力電圧の和として述べているが、実施例１と同様に加算のみではなく減算も可能である。例えば、上述した実施例から任意のトランスデューサ出力のみ減算する場合は、その正極出力端子と負極出力端子の接続極性を反対にすれば可能である。
図４（ａ），（ｂ）は、図３に示した実施例２の変更例を示す回路構成図である。電源雑音除去等の観点で基準点となる電圧源５０は、特に偶数個ならば接続されたトランスデューサの出力端子の中間点に接続することが望ましいが、図４（ａ），（ｂ）に示すように、接続されたトランスデューサの出力端子のどこにつなげても同様な効果は得られる。 In the embodiment described above, the calculation is described as the sum of the output voltages of the transducers. However, as in the first embodiment, not only addition but also subtraction is possible. For example, when only an arbitrary transducer output is subtracted from the above-described embodiment, it is possible to reverse the connection polarity of the positive output terminal and the negative output terminal.
FIGS. 4A and 4B are circuit configuration diagrams showing a modification of the second embodiment shown in FIG. The voltage source 50 serving as a reference point in terms of power supply noise removal or the like is preferably connected to the intermediate point of the output terminals of the connected transducers, particularly if it is an even number, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Thus, the same effect can be obtained regardless of where the output terminal of the connected transducer is connected.

図５は、本発明に係るセンサ回路の実施例３を説明するための回路構成図である。なお、符号１０４は抵抗、１１３，１１４は電流源、２１０は増幅器を示している。
本実施例３のセンサ回路は、上述した実施例１と同様に、複数個のトランスデューサの出力を加算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路で、第１のブリッジ型トランスデューサ１０と第２のブリッジ型トランスデューサ２０と増幅器２００とを備えている。この増幅器２００は、トランスコンダクタンスアンプ２１０である。 FIG. 5 is a circuit configuration diagram for explaining Example 3 of the sensor circuit according to the present invention. Reference numeral 104 denotes a resistor, 113 and 114 denote current sources, and 210 denotes an amplifier.
The sensor circuit of the third embodiment is a sensor circuit including an amplifier that adds and amplifies outputs of a plurality of transducers, as in the first embodiment, and includes a first bridge type transducer 10 and a second bridge type. A transducer 20 and an amplifier 200 are provided. This amplifier 200 is a transconductance amplifier 210.

つまり、増幅器を電圧入力電流出力であるトランスコンダクタンスアンプにした例である。このように、１対の入力を持つ増幅器であればどれでも可能である。例えば、トランジスタの個数は増加するが、オペアンプを使用してインスツルメンテーションアンプの構成での実現や、ＤＤＡ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＡｍｐ）での実現も可能である。これらはトランジスタの数が多いが増幅器として利得の温度変動やバラツキが少ない利点がある。 That is, in this example, the amplifier is a transconductance amplifier that is a voltage input current output. Thus, any amplifier with a pair of inputs is possible. For example, although the number of transistors increases, it is possible to realize an instrumentation amplifier configuration using an operational amplifier or a DDA (Differential Difference Amp). These have the advantage that the number of transistors is large, but there is little gain temperature variation and variation as an amplifier.

本実施例４は、上述した各実施例と同様に、複数個のトランスデューサの出力を加減算かつ増幅する増幅器を備えたセンサ回路であり、図示しないが、ｎ個（ｎは２以上の整数）のブリッジ型トランスデューサを備えた例を示している。
ｎ個の吐き出し型電流源及び吸い込み型電流源は、ブリッジ型トランスデューサをそれぞれ駆動するためのものである。 The fourth embodiment is a sensor circuit including an amplifier that adds, subtracts, and amplifies the outputs of a plurality of transducers as in the above-described embodiments. Although not shown, n (n is an integer of 2 or more) is provided. An example with a bridge-type transducer is shown.
The n discharge-type current sources and the suction-type current sources are for driving the bridge-type transducers, respectively.

このような構成により、ｋ−１番目（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記ブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子にｋ番目のブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子が接続され、ｎ番目のブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子及び１番目のブリッジ型トランスデューサの正極出力端子又は負極出力端子から電圧が出力され、この出力端子のどちらかもしくはブリッジ型トランスデューサの出力端子の共通接続点のうちのどれか１つに基準電圧が供給される。
なお、トランスデューサの個数は複数個で限定はされないが、消費電流や実装面積などの面から特に４個〜８個が好適である。 With such a configuration, the positive output terminal or the negative output terminal of the kth bridge type transducer is connected to the positive output terminal or the negative output terminal of the k-1th bridge type (k is an integer of 2 to n). The voltage is output from the positive output terminal or negative output terminal of the nth bridge type transducer and the positive output terminal or negative output terminal of the first bridge type transducer, and either one of the output terminals or the output terminal of the bridge type transducer is output. A reference voltage is supplied to any one of the common connection points.
Although the number of transducers is plural and is not limited, 4 to 8 are particularly preferable in terms of current consumption and mounting area.

図６は、本発明に係わるセンサ回路の実施例５を説明するための回路図である。この実施の形態では、円形の磁気収束板Ｍ１の端部領域に、半導体基板上に形成されたホール素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が配置されている。磁気収束板Ｍ１の効果により、ホール素子Ｘ１、Ｘ２はＸ方向及びＺ方向の磁気に感度をもち、ホール素子Ｙ１、Ｙ２はＹ方向及びＺ方向の磁気に感度をもつ。各方向成分を得るための演算方法は複数存在するが、基本的にはホール素子出力同士の加減算で実現できる。一例として、ホール素子出力Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を用いて、それぞれＸ成分を得るためには、Ｘ１―Ｘ２なる演算を行い、Ｙ方向成分を得るためには、Ｙ１―Ｙ２なる演算を行い、Ｚ方向成分を得るためには、Ｘ１＋Ｘ２なる演算を行うことで各方向成分を得ることができる。 FIG. 6 is a circuit diagram for explaining Example 5 of the sensor circuit according to the present invention. In this embodiment, Hall elements X1, X2, Y1, and Y2 formed on the semiconductor substrate are arranged in the end region of the circular magnetic convergence plate M1. Due to the effect of the magnetic converging plate M1, the Hall elements X1 and X2 are sensitive to magnetism in the X and Z directions, and the Hall elements Y1 and Y2 are sensitive to magnetism in the Y and Z directions. Although there are a plurality of calculation methods for obtaining each direction component, it can be basically realized by adding and subtracting the Hall element outputs. As an example, in order to obtain the X component using the Hall element outputs X1, X2, Y1, and Y2, respectively, the calculation X1-X2 is performed, and in order to obtain the Y direction component, the calculation Y1-Y2 is performed. In order to obtain the Z direction component, each direction component can be obtained by performing the calculation of X1 + X2.

この演算を行うために、Ｘ成分を得る例として以下のような制御をおこなう。まず、初めに第１の吐き出し型電流源及び第１の吸い込み型電流源を接続して駆動するホール素子を選択する選択手段ＳＤにより、駆動するホール素子に電流を流す。Ｘ成分を得るためにはＳＤＸ１Ａ、ＳＤＸ２Ａ、ＳＤＸ１Ｂ、ＳＤＸ２Ｂのスイッチをショートし、そのほかのスイッチをオープンに設定する。 In order to perform this calculation, the following control is performed as an example of obtaining the X component. First, current is supplied to the driven hall element by the selection means SD that selects the hall element to be driven by connecting the first discharge type current source and the first suction type current source. To obtain the X component, the switches of SDX1A, SDX2A, SDX1B, and SDX2B are short-circuited and the other switches are set to open.

次に、ホール素子の出力電圧の加減算を選択する選択手段ＳＰにより各ホール素子出力を加算するか減算かするかを選択する。Ｘ成分を得るためにはＸ１は加算、Ｘ２は減算を選択する。選択手段ＳＰは、加算ならば図中水平に２信号が伝搬され、減算ならば図中クロスするように信号が伝搬される。
最後に、増幅器２００に接続されるホール素子を選択する選択手段ＳＩにより増幅器２００の差動入力にホール素子出力の演算結果が入力される。Ｘ方向成分を得るためにはＳＩＸ１、ＳＩＸ２及びショートし、そのほかのスイッチをオープンに設定することでＸ１−Ｘ２の演算結果が最終的に増幅出力される。なお、図６に示した例は、上述した３種類の演算を行うためのスイッチ配置の例であり、基準電圧は、ホール素子Ｘ１とＸ２の接続共通点、もしくはホール素子Ｙ１とＹ２の接続共通点に接続される例である。 Next, the selection means SP for selecting addition / subtraction of the output voltage of the Hall element selects whether to add or subtract each Hall element output. To obtain the X component, X1 is selected for addition, and X2 is selected for subtraction. The selection means SP propagates two signals horizontally in the figure for addition, and propagates the signals so as to cross in the figure for subtraction.
Finally, the calculation result of the Hall element output is input to the differential input of the amplifier 200 by the selection means SI that selects the Hall element connected to the amplifier 200. In order to obtain the X-direction component, SIX1, SIX2, and the other are short-circuited, and the other switches are set to open, so that the calculation result of X1-X2 is finally amplified and output. The example shown in FIG. 6 is an example of the switch arrangement for performing the above-described three types of calculations, and the reference voltage is the common connection point between the Hall elements X1 and X2, or the common connection between the Hall elements Y1 and Y2. It is an example connected to a point.

この例はあくまで１例であり、ホールの個数や各成分を得るための演算手法によって、選択手段ＳＤ、選択手段ＳＰ、選択手段ＳＩの内容であるスイッチの配置や、基準電圧の接続方法は具体的には異なる。またホール素子の歪や基盤にかかる応力に起因するオフセットをキャンセルする方法として、ホール素子の駆動電流方向を回転させるチョッパ動作が知られているが、チョッパ動作を実施するためのスイッチは、本説明に係わる上記各選択手段ＳＤ，ＳＰ，ＳＩとは独立実装可能である。具体的にはホール素子の各端子の直近にチョッパ用のスイッチを実装すればよい。 This example is only an example, and the arrangement of the switches, which are the contents of the selection means SD, selection means SP, and selection means SI, and the connection method of the reference voltage are specific depending on the number of holes and the calculation method for obtaining each component. It is different. Also, as a method of canceling the offset caused by the distortion of the Hall element or the stress applied to the substrate, a chopper operation for rotating the direction of the drive current of the Hall element is known. The switch for performing the chopper operation is described in this description. Each of the selection means SD, SP, and SI related to can be implemented independently. Specifically, a chopper switch may be mounted in the immediate vicinity of each terminal of the Hall element.

上述したように、各実施例により、増幅器のトランジスタが発生するノイズ成分を低減して高ＳＮ比、低ノイズかつ小面積となるセンサ回路を実現することができる。 As described above, according to each embodiment, it is possible to realize a sensor circuit having a high SN ratio, low noise, and a small area by reducing a noise component generated by an amplifier transistor.

１０第１のトランスデューサ
１１，２１，３１，４１吐き出し型電流源
１２，２２，３２，４２吸い込み型電流源
１３乃至１６，２３乃至２６，３３乃至３６,４３乃至４６,１０５，１０４，１０６抵抗
１７，２７，３７，４７正極出力端子
１８，２８，３８，４８負極出力端子
２０第２のトランスデューサ
５０電圧源
３０第３のトランスデューサ
４０第４のトランスデューサ
１００ブリッジ増幅器回路
１０１，１０２差動入力トランジスタ
１０３，１１３，１１４電流源
１０７，１０８差動出力
１１０第１のブリッジ回路
１１５第２のブリッジ回路
１２０安定化電圧
１２５，１２６，１２７，１２８ポイント
１３０，１３１，１３２，１３３ポイント
１４０，１４１，１４５，１４６トランジスタ
１５０第１の出力
１５５第２の出力
１６０，１６５負荷
１７０，１７５電流
２００増幅器
２１０トランスコンダクタンスアンプ
Ｍ１磁気収束板
Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２ホール素子
ＳＤ，ＳＰ，ＳＩ選択手段
ＳＤＸ１Ａ，ＳＤＸ２Ａ，ＳＤＸ１Ｂ，ＳＤＸ２Ｂ，ＳＤＹ１Ａ，ＳＤＹ２Ａ，ＳＤＹ１Ｂ，ＳＤＹ２Ｂ，ＳＰＸ１，ＳＰＸ２，ＳＰＹ１，ＳＰＹ２，ＳＩＸ１，ＳＩＸ２，ＳＩＹ１，ＳＩＹ２スイッチ 10 First transducer 11, 21, 31, 41 Sink type current source 12, 22, 32, 42 Suction type current source 13 to 16, 23 to 26, 33 to 36, 43 to 46, 105, 104, 106 Resistor 17 , 27, 37, 47 Positive output terminal 18, 28, 38, 48 Negative output terminal 20 Second transducer 50 Voltage source 30 Third transducer 40 Fourth transducer 100 Bridge amplifier circuit 101, 102 Differential input transistor 103, 113, 114 Current source 107, 108 Differential output 110 First bridge circuit 115 Second bridge circuit 120 Stabilized voltage 125, 126, 127, 128 Point 130, 131, 132, 133 Point 140, 141, 145, 146 Transistor 150 first output 155 second Output 160,165 load 170,175 current 200 amplifier 210 transconductance amplifier M1 magnetic converging plates X1, X2, Y1, Y2 Hall elements SD, SP, SI selection means SDX1A, SDX2A, SDX1B, SDX2B, SDY1A, SDY2A, SDY1B, SDY2B, SPX1, SPX2, SPY1, SPY2, SIX1, SIX2, SIY1, SIY2 switch

Claims

In a sensor circuit having an amplifier for adding / subtracting and amplifying outputs of a plurality of transducers,
N bridge type transducers (n is an integer of 2 or more) each converting a predetermined physical quantity into a voltage;
N discharge-type current sources and sink-type current sources, each driving the bridge-type transducer;
The positive output terminal or the negative output terminal of the kth bridge type transducer is connected to the positive output terminal or the negative output terminal of the k-1th bridge type (k is an integer of 2 to n), and the n th Voltage is output from the positive output terminal or negative output terminal of the bridge type transducer and the positive output terminal or negative output terminal of the first bridge type transducer,
A sensor circuit, wherein a reference voltage is supplied to any one of the output terminals or a common connection point of the output terminals of the bridge-type transducer.

The sensor circuit according to claim 1, further comprising an amplifier having a pair of differential inputs to which the output voltages are input.

The sensor circuit according to claim 2, wherein the amplifier is an amplifier having a pair of differential input transistors.

The sensor circuit according to claim 3, wherein the amplifier is a transconductance amplifier.

The sensor circuit according to claim 1, wherein each of the bridge type transducers is a Hall element.

In a magnetic sensor comprising a semiconductor substrate provided with a plurality of Hall elements and a magnetic body having a magnetic amplification function provided on the semiconductor substrate, the discharge type current source and the suction type current source are connected to each other. A selection unit that selects a Hall element to be driven; a selection unit that selects addition / subtraction of an output voltage of the Hall element; and a selection unit that selects and connects the Hall element to be driven to a pair of differential inputs of an amplifier. 6. The sensor circuit according to claim 5, wherein the outputs of the selected plurality of Hall elements are added, subtracted and amplified.