JP2015055543A - Magnetic element controller and magnetic element control method - Google Patents

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靖 及川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic element controller which suppresses abnormal oscillation of a voltage current conversion circuit which generates an excitation signal of current control, suppresses noise in a wide temperature range, and suppresses variation by offset temperature.SOLUTION: A magnetic element controller performs control so as to measure a stationary magnetic field applied to an FG type magnetic element composed of driving and detection coils by a magnetic balance type and has: an excitation signal adjustment part which performs voltage current conversion by a differential amplifier where a capacitor and a resistor are serially connected to either an output terminal or an input terminal and generates an excitation signal to be a current signal to be applied to an exciting coil from an alternate signal; a detection signal comparison part which detects a detection signal generated by a change of a current direction of the excitation signal; a feedback signal conversion part which converts a time width between detection signals into voltage information; a feedback signal adjustment part which generates a feedback signal from the voltage information; and a data signal conversion part which outputs the feedback signal as a data signal showing magnetic field intensity. An excitation signal where the feedback signal is superimposed on the alternate signal is generated.

Description

本発明は、信号処理用回路、それを用いた物理量計測装置に係わり、特に、時間分解型フラックスゲート方式(以下、FG方式と示す。)の磁気素子を駆動する磁気素子制御装置及び磁気素子制御方法に関する。   The present invention relates to a signal processing circuit and a physical quantity measuring apparatus using the signal processing circuit, and in particular, a magnetic element control device and a magnetic element control for driving a magnetic element of a time-resolved fluxgate method (hereinafter referred to as FG method). Regarding the method.

一般に、FG方式の磁気素子は、同様の磁気を検出する磁気素子であるホール素子や磁気抵抗素子に比較すると、磁界を検出する感度が高く、小型化が可能であるため、携帯電子機器などの方位検出装置などに用いられている。
図22は、時間分解型FG方式の磁気素子(磁界比例式測定)の構成例を示す図である。この図22が示すように、FG方式の磁気素子は、高透磁率材からなる磁性体コア53の外周面に対し、励磁巻線と検知巻線とが巻かれている。励磁巻線の巻かれている領域は励磁コイル52として励磁信号により駆動され、検知巻線の巻かれている領域は検出コイル51として検知信号を出力する。
In general, FG magnetic elements have higher sensitivity to detect magnetic fields and can be miniaturized compared to Hall elements and magnetoresistive elements, which are magnetic elements that detect similar magnetism. Used in azimuth detection devices.
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of a time-resolved FG type magnetic element (magnetic field proportional measurement). As shown in FIG. 22, in the FG magnetic element, an excitation winding and a detection winding are wound around the outer peripheral surface of a magnetic core 53 made of a high permeability material. The region around which the excitation winding is wound is driven by the excitation signal as the excitation coil 52, and the region around which the detection winding is wound outputs the detection signal as the detection coil 51.

図23は、時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁界検出の原理を説明する波形図である。図23(a)は、磁気素子の励磁コイル52に供給される励磁電流を示し、縦軸が励磁電流の電流値を示し、横軸が時刻を示している。図23(b)は、図22の磁気素子の励磁コイル52が磁性体コア50内に発生させる磁界の磁束密度を示し、縦軸が磁束密度を示し、横軸が時刻を示している。図23(c)は、図22の磁気素子の検出コイル51が誘導起電力により発生するパルスの電圧値を示し、横軸が時刻を示している。   FIG. 23 is a waveform diagram for explaining the principle of magnetic field detection in the magnetic field proportional type using a time-resolved FG type magnetic element. FIG. 23A shows the exciting current supplied to the exciting coil 52 of the magnetic element, the vertical axis shows the current value of the exciting current, and the horizontal axis shows the time. FIG. 23B shows the magnetic flux density of the magnetic field generated in the magnetic core 50 by the exciting coil 52 of the magnetic element of FIG. 22, the vertical axis shows the magnetic flux density, and the horizontal axis shows the time. FIG. 23C shows voltage values of pulses generated by the induced electromotive force in the detection coil 51 of the magnetic element in FIG. 22, and the horizontal axis shows time.

この図23において励磁コイル52を駆動させるため、励磁コイル52の端子TI1と端子TI2との間に励磁電流Idの信号(以下、励磁信号とする)を、一定周期の交番する電流の励磁信号、すなわち図23(b)に示すように三角波形状の励磁信号(すなわち、三角波電流信号)として印加する。
これにより、励磁コイル52に流れる励磁電流の向きが変化する時間(励磁電流の正負の交番時間帯)において、図23(c)の場合には、時刻t1及び時刻t2において、検出コイルが誘導起電力による正負のパルスを発生し、このパルスの電圧Vpを検知信号とする。この検知信号は、三角波電流信号の周期に対応して、連続的に正負の極性の電圧を有するパルスとして、検出コイルの端子間に発生する。
In order to drive the excitation coil 52 in FIG. 23, an excitation current Id signal (hereinafter referred to as an excitation signal) is exchanged between a terminal TI1 and a terminal TI2 of the excitation coil 52, an alternating current excitation signal having a constant period, That is, as shown in FIG. 23B, it is applied as a triangular wave-shaped excitation signal (that is, a triangular wave current signal).
Thus, in the case of FIG. 23C in the time when the direction of the excitation current flowing through the excitation coil 52 changes (positive and negative alternating time zone of the excitation current), the detection coil is induced at time t1 and time t2. Positive and negative pulses are generated by electric power, and the voltage Vp of this pulse is used as a detection signal. This detection signal is generated between the terminals of the detection coil as a pulse having a positive and negative polarity voltage continuously corresponding to the period of the triangular wave current signal.

磁性体コア53の励磁巻線及び検知巻線の作る円筒空間を貫通する定常磁界Hexが、この磁気素子に印加された場合、励磁巻線においてこの定常磁界に対応した定常電流が流れる。すなわち、励磁巻線に印加される励磁信号の励磁電流Idに対して、上述した定常電流がオフセットとして重畳されることになる。
その結果、このオフセットによって、交番する励磁信号による励磁コイル52の駆動状態が変化し、すなわち、励磁電流Idの流れる向きが変化する時刻が、定常磁界Hexが印加されている場合と、定常磁界Hexが印加されていない場合とで変化することになる。
When a stationary magnetic field Hex that passes through a cylindrical space formed by the excitation winding and the detection winding of the magnetic core 53 is applied to this magnetic element, a stationary current corresponding to the stationary magnetic field flows in the excitation winding. That is, the above-described steady current is superimposed as an offset on the excitation current Id of the excitation signal applied to the excitation winding.
As a result, due to this offset, the driving state of the excitation coil 52 by the alternating excitation signal changes, that is, the time when the direction in which the excitation current Id flows changes between when the stationary magnetic field Hex is applied and when the stationary magnetic field Hex is applied. It will vary depending on when no is applied.

このとき、図23(a)に示すように、定常磁界Hexが印加されていない(Hex=0)場合に比較し、励磁コイルの発生する磁界と同様の方向の定常磁界Hexが印加されている(Hex>0)場合、励磁電流Idの流れる向きの変化する横軸L1が、横軸L2の位置に変化する。一方、定常磁界Hexが印加されていない場合に比較し、励磁コイル52の発生する磁界と反対の方向の定常磁界Hexが印加されている(Hex<0)場合、励磁電流Idの流れる向きの変化する横軸L1が、横軸L3の位置に変化する。   At this time, as shown in FIG. 23A, the stationary magnetic field Hex is applied in the same direction as the magnetic field generated by the exciting coil as compared with the case where the stationary magnetic field Hex is not applied (Hex = 0). In the case of (Hex> 0), the horizontal axis L1 in which the direction in which the excitation current Id flows changes to the position of the horizontal axis L2. On the other hand, as compared with the case where the stationary magnetic field Hex is not applied, when the stationary magnetic field Hex in the direction opposite to the magnetic field generated by the exciting coil 52 is applied (Hex <0), the change in the direction in which the exciting current Id flows. The horizontal axis L1 is changed to the position of the horizontal axis L3.

これにより、この励磁電流Idの流れる方向の変わるタイミングに応じて変化する、磁性体コア53内における磁束密度φの変化も、励磁電流Idに重畳される定常電流に対応して変化することになる。
そして、磁束の方向が変化した際、検出コイル51に対して磁束の変化を打ち消す方向に誘導起電力が発生し、すなわち励磁電流Idが正から負に変化するタイミングにおいて検知信号が負電圧のパルスとして発生する。一方、励磁電流Idが負から正に変化するタイミングにおいて検知信号が正電圧のパルスとして発生する。
As a result, the change in the magnetic flux density φ in the magnetic core 53, which changes according to the change timing of the direction in which the excitation current Id flows, also changes corresponding to the steady current superimposed on the excitation current Id. .
When the direction of the magnetic flux is changed, an induced electromotive force is generated in the direction to cancel the change of the magnetic flux with respect to the detection coil 51, that is, the detection signal is a pulse of a negative voltage at the timing when the excitation current Id changes from positive to negative. Occurs as. On the other hand, the detection signal is generated as a positive voltage pulse at the timing when the excitation current Id changes from negative to positive.

したがって、FG型の磁気素子は、定常電流Hexの印加されていない場合の検知信号の出力されるタイミングと、定常電流Hexが印加されている場合の検知信号の出力されるタイミングとを比較することにより、定常磁界Hexの大きさを間接的に測定することができる。すなわち、定常磁界Hexが印加された場合、励磁コイル52に特定の定常電流が流れるため、励磁信号に一定のオフセットが重畳し、負電圧及び正電圧のパルス状の検知信号の時間間隔が変化する。
したがって、FG型の磁気素子を用いた磁界検出装置は、負電圧及び正電圧のパルス状の検知信号の発生する時間間隔を測定することにより、外部から印加された定常磁界Hexの強度を測定している(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
Therefore, the FG type magnetic element compares the output timing of the detection signal when the steady current Hex is not applied with the output timing of the detection signal when the steady current Hex is applied. Thus, the magnitude of the stationary magnetic field Hex can be indirectly measured. That is, when a steady magnetic field Hex is applied, a specific steady current flows through the excitation coil 52, so that a certain offset is superimposed on the excitation signal, and the time interval between the negative and positive voltage pulsed detection signals changes. .
Therefore, the magnetic field detection device using the FG type magnetic element measures the intensity of the stationary magnetic field Hex applied from the outside by measuring the time interval at which the negative and positive voltage pulse detection signals are generated. (For example, refer to Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

ここで、励磁コイル52に印加する励磁電流Idの最大値を、磁性体コア53の飽和磁束密度以上となる磁界が発生する値に設定する。これにより、磁気素子の測定磁界範囲は、励磁信号の一周期の時間と、定常磁界Hexを印加することによるオフセットとしての定常電流の電流値に対応した時間変化(以下、励磁効率とする)とから決定される。
すなわち、時刻t0から時刻t3までが、励磁信号の一周期であり、この周期幅は時間Tである。定常磁界Hexが印加されていない場合(Hex=0)に、負電圧の検知信号(以下、第1検知信号とする)が出力される時刻t1から、正の電圧の検知信号(以下、第2検知信号とする)が検出される時刻t2までの時間は、励磁信号の半周期となるため、時間T/2となる。
Here, the maximum value of the excitation current Id applied to the excitation coil 52 is set to a value that generates a magnetic field that is equal to or higher than the saturation magnetic flux density of the magnetic core 53. Thereby, the measurement magnetic field range of the magnetic element includes a time of one period of the excitation signal and a time change (hereinafter referred to as excitation efficiency) corresponding to the current value of the steady current as an offset by applying the steady magnetic field Hex. Determined from.
That is, from time t0 to time t3 is one period of the excitation signal, and this period width is time T. When no stationary magnetic field Hex is applied (Hex = 0), a positive voltage detection signal (hereinafter referred to as a second detection signal) is output from time t1 when a negative voltage detection signal (hereinafter referred to as a first detection signal) is output. The time until the time t2 at which the detection signal is detected is a half period of the excitation signal, and thus is time T / 2.

また、定常磁界Hexが印加されている場合、この第1検知信号が出力されてから第2検知信号が検出されるまでの時間幅(以下、計測時間幅)が時間T/2に対して変化する。ここで、図23(c)に示すように、定常磁界Hexの磁束方向が実線の矢印の場合(Hex>0)、励磁コイルの生成する磁束方向と同一方向のため、時間幅Tmが時間T/2より短いものとなり(T0>Tm)、一方、定常磁界Hexの磁束方向が破線の矢印の場合(Hex<0)、励磁コイルの生成する磁束方向と逆方向のため、時間幅Tpが時間T/2より長くなる(Tp>T0)。ここで、T0=T/2である。   In addition, when a stationary magnetic field Hex is applied, a time width (hereinafter referred to as a measurement time width) from when the first detection signal is output until the second detection signal is detected changes with respect to time T / 2. To do. Here, as shown in FIG. 23C, when the magnetic flux direction of the stationary magnetic field Hex is a solid arrow (Hex> 0), the time width Tm is equal to the time Tm because it is the same direction as the magnetic flux direction generated by the exciting coil. / 2 (T0> Tm), on the other hand, when the magnetic flux direction of the stationary magnetic field Hex is a broken arrow (Hex <0), the time width Tp is the time because the direction is opposite to the magnetic flux direction generated by the exciting coil. It becomes longer than T / 2 (Tp> T0). Here, T0 = T / 2.

次に、図24は、時間分解型FG方式の磁気素子(磁界平衡式測定)100の構成例を示す図である。この図24が示すように、磁界平衡式測定におけるFG方式の磁気素子は、図22の磁気素子と異なり、高透磁率材からなる磁性体コア53の外周面に対し、励磁巻線と検知巻線とに加えて、フィードバック(以下、FB)巻線コイルが巻かれている。励磁巻線の巻かれている領域は励磁コイル52として励磁信号により駆動され、検知巻線の巻かれている領域は検出コイル51として検知信号を出力し、フィードバック巻線の巻かれている領域はFBコイル54としてフィードバック信号により駆動される。   Next, FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration example of a time-resolved FG type magnetic element (magnetic field balance type measurement) 100. As shown in FIG. 24, the magnetic element of the FG method in the magnetic field balance measurement is different from the magnetic element of FIG. 22 on the outer peripheral surface of the magnetic core 53 made of a high permeability material and the excitation winding and the detection winding. In addition to the wire, a feedback (hereinafter FB) winding coil is wound. The region where the excitation winding is wound is driven by the excitation signal as the excitation coil 52, the region where the detection winding is wound outputs the detection signal as the detection coil 51, and the region where the feedback winding is wound is The FB coil 54 is driven by a feedback signal.

次に、図25は、時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界平衡式における磁界検出の原理を説明する波形図である。
図25(a)は、磁気素子の励磁コイルに供給される励磁電流(励磁信号の電流)を示し、縦軸が励磁電流の電流値を示し、横軸が時刻を示している。励磁電流は、基準電流値0A(ゼロアンペア)を境にした正負の交番信号である。図25(b)は、磁気素子のFBコイル54に印可する電流によりFB信号(すなわち帰還信号)を示し、縦軸がFB信号の電流値を示し、横軸が時刻を示している。図25(c)は、磁気素子の検出コイル51が誘導起電力により発生するパルスの電圧値を示し、横軸が時刻を示している。
Next, FIG. 25 is a waveform diagram illustrating the principle of magnetic field detection in a magnetic field balance type using a time-resolved FG type magnetic element.
FIG. 25A shows the excitation current (current of the excitation signal) supplied to the excitation coil of the magnetic element, the vertical axis shows the current value of the excitation current, and the horizontal axis shows the time. The exciting current is a positive / negative alternating signal with a reference current value of 0 A (zero ampere) as a boundary. FIG. 25B shows the FB signal (that is, the feedback signal) by the current applied to the FB coil 54 of the magnetic element, the vertical axis shows the current value of the FB signal, and the horizontal axis shows the time. FIG. 25C shows voltage values of pulses generated by the induced electromotive force in the detection coil 51 of the magnetic element, and the horizontal axis shows time.

この図25に示すように、磁界平衡式測定の場合、磁気素子に印加される定常磁界(磁性体コア内を通過する定常磁界)を打ち消す磁界を、上記FBコイル54により発生させる。そして、定常磁界を打ち消す磁界をFBコイル54に発生させる際の電流値から、磁気素子に印加されている定常磁界を測定している。
磁界平衡式においては、上述したように、磁性体コア内における定常磁界を打ち消すための磁界を発生するコイルとして、検出コイル51及び励磁コイル52に加えて、上記FBコイル54が磁気素子に設けられている。
以下、本明細書においては、FB信号を印加して磁性体コア53内の定常磁界を打ち消し、磁界の測定を行う方式をFBコイルFB制御とする。
As shown in FIG. 25, in the magnetic field balance type measurement, the FB coil 54 generates a magnetic field that cancels out a stationary magnetic field applied to the magnetic element (a stationary magnetic field that passes through the magnetic core). Then, the stationary magnetic field applied to the magnetic element is measured from the current value when the FB coil 54 generates a magnetic field that cancels the stationary magnetic field.
In the magnetic field balance type, as described above, in addition to the detection coil 51 and the excitation coil 52, the FB coil 54 is provided in the magnetic element as a coil for generating a magnetic field for canceling the stationary magnetic field in the magnetic core. ing.
Hereinafter, in the present specification, the FB coil FB control is a method in which the FB signal is applied to cancel the stationary magnetic field in the magnetic core 53 and measure the magnetic field.

また、磁界平衡式測定の場合、すでに説明した磁界比例式と同様に、励磁コイル52に印加される励磁信号の正負の交番時間帯に、検出コイル51が発生するパルスの時間間隔を測定する。そして、測定した負電圧の検知信号が出力される時刻t1から、正の電圧の検知信号が検出される時刻t2までの時間が、T/2となるように、FBコイル54に対してFB信号を印加する。
例えば、図25(c)において、時刻t1と時刻t2との時間幅が、T/2より広くなると、図25(a)に示すように負の方向の定常磁界が印加され、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0から曲線L2へと変化したこととなる。このため、励磁信号の曲線L2を、時刻t1と時刻t2との時間幅が、T/2となる曲線L0の位置に戻すため、FBコイル54に対して図25(b)における線FB2の電流値のFB信号を印加する。
In the case of the magnetic field balance type measurement, the time interval of the pulses generated by the detection coil 51 is measured in the positive and negative alternating time zones of the excitation signal applied to the excitation coil 52, as in the magnetic field proportional expression already described. Then, the FB signal is output to the FB coil 54 so that the time from the time t1 at which the measured negative voltage detection signal is output to the time t2 at which the positive voltage detection signal is detected is T / 2. Apply.
For example, in FIG. 25C, when the time width between time t1 and time t2 becomes wider than T / 2, a stationary magnetic field in the negative direction is applied as shown in FIG. The signal curve has changed from the curve L0 to the curve L2. For this reason, in order to return the curve L2 of the excitation signal to the position of the curve L0 where the time width between the time t1 and the time t2 is T / 2, the current of the line FB2 in FIG. Apply the value FB signal.

一方、図25(c)において、時刻t1と時刻t2との時間幅が、T/2より狭くなると、図25(a)に示すように正の方向の定常磁界が印加され、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0から曲線L1へと変化したこととなる。このため、励磁信号の曲線L1を曲線L0の位置に戻すため、FBコイルに対して図25(b)における線FB1の電流値のFB信号を印加する。
そして、時刻t1と時刻t2との時間幅が、T/2となるようにFBコイルに印加したFB信号の電流値から、磁気素子に印加される定常磁界の強度を求めることになる。
なお、上述の説明では、図25(a)における縦軸成分を電流として励磁コイルに印加される励磁信号を電流信号の場合について説明したが、縦軸成分を励磁コイルの端子の両端の電圧値として表現しても良い。この場合は、図25(a)においては、横軸と交差する縦軸の電圧が基準参照電圧としてVref(電流表記では0Aである)と表される。
On the other hand, in FIG. 25C, when the time width between time t1 and time t2 becomes narrower than T / 2, a stationary magnetic field in the positive direction is applied as shown in FIG. The signal curve is changed from the curve L0 to the curve L1. For this reason, in order to return the curve L1 of the excitation signal to the position of the curve L0, the FB signal having the current value of the line FB1 in FIG. 25B is applied to the FB coil.
Then, the strength of the stationary magnetic field applied to the magnetic element is obtained from the current value of the FB signal applied to the FB coil so that the time width between time t1 and time t2 is T / 2.
In the above description, the case where the vertical axis component in FIG. 25A is the current and the excitation signal applied to the excitation coil is described as a current signal, but the vertical axis component is the voltage value at both ends of the excitation coil terminal. It may be expressed as In this case, in FIG. 25A, the voltage on the vertical axis intersecting the horizontal axis is represented as Vref (0 A in current notation) as the reference reference voltage.

次に、図26は、FBコイルFB制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示すブロック図である。図26において、磁気素子100は、図22に示す構成であり、検出コイル51、励磁コイル52、FBコイル54から構成されている。
磁気素子制御装置200は、磁気素子制御部201とクロック信号生成部202とクロック信号調整部203とから構成されている。
クロック信号生成部202は、周期Tのクロックを生成して、クロック信号調整部203に対して出力する。
クロック信号調整部203は、供給されるクロックの信号レベルを調整して、調整されたクロックを磁気素子制御部201へ出力する。
Next, FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of a magnetic detection device using the magnetic element control device in the FB coil FB control. 26, the magnetic element 100 has the configuration shown in FIG. 22, and includes a detection coil 51, an excitation coil 52, and an FB coil.
The magnetic element control device 200 includes a magnetic element control unit 201, a clock signal generation unit 202, and a clock signal adjustment unit 203.
The clock signal generation unit 202 generates a clock with a period T and outputs it to the clock signal adjustment unit 203.
The clock signal adjustment unit 203 adjusts the signal level of the supplied clock and outputs the adjusted clock to the magnetic element control unit 201.

磁気素子制御部201は、検出信号増幅部2012、検出信号比較部2013、帰還信号調整部2014、帰還信号変換部2015、データ信号変換部2016、励磁信号調整部2017、励磁信号生成部2018を備えている。
励磁信号生成部2018は、クロック信号調整部203から供給されるクロックから、図25(a)に示す励磁信号としての三角波を生成する。
励磁信号調整部2017は、励磁信号生成部2018から供給される励磁信号の電圧レベルを調整して、励磁信号として励磁コイル52に対して供給する。
The magnetic element control unit 201 includes a detection signal amplification unit 2012, a detection signal comparison unit 2013, a feedback signal adjustment unit 2014, a feedback signal conversion unit 2015, a data signal conversion unit 2016, an excitation signal adjustment unit 2017, and an excitation signal generation unit 2018. ing.
The excitation signal generation unit 2018 generates a triangular wave as an excitation signal shown in FIG. 25A from the clock supplied from the clock signal adjustment unit 203.
The excitation signal adjustment unit 2017 adjusts the voltage level of the excitation signal supplied from the excitation signal generation unit 2018 and supplies it to the excitation coil 52 as an excitation signal.

励磁コイル52は、三角波に対応した磁界を、磁気素子100の磁性体コア53内に生成する。
検出コイル51は、磁性体コア53内における励磁信号の正負の交番時間帯に、パルスを発生する。
検出信号増幅部2012は、検出コイル51から供給されるパルスの電圧レベルを増幅し、検出信号として検出信号比較部2013へ出力する。
検出信号比較部2013は、パルス(検出信号)の時刻t1と時刻t2との時間幅と、T/2との差分を求め、この差分を帰還信号変換部2015へ出力する。
帰還信号変換部2015は、供給される差分から、FBコイル54に供給するFB信号の電流値を求める。
The exciting coil 52 generates a magnetic field corresponding to the triangular wave in the magnetic core 53 of the magnetic element 100.
The detection coil 51 generates a pulse in the positive and negative alternating time zones of the excitation signal in the magnetic core 53.
The detection signal amplification unit 2012 amplifies the voltage level of the pulse supplied from the detection coil 51 and outputs the amplified voltage level to the detection signal comparison unit 2013 as a detection signal.
The detection signal comparison unit 2013 obtains the difference between the time width between the time t1 and the time t2 of the pulse (detection signal) and T / 2, and outputs this difference to the feedback signal conversion unit 2015.
The feedback signal converter 2015 obtains the current value of the FB signal supplied to the FB coil 54 from the supplied difference.

ここで、帰還信号変換部2015は、内部記憶部に予め書き込まれて記憶されているFB電流値テーブルから、差分に対応する電流値を読み出してFB信号の電流値を求める。FB電流値テーブルは、上記差分と磁性体コア内における定常磁界を打ち消す電流値(デジタル値)との対応を示すテーブルである。
帰還信号調整部2014は、帰還信号変換部2015から供給されるFB信号の電流値を、D/A(Digital/Analog)変換して、生成されたFB信号としての電流を、FBコイルに対して出力する。また、帰還信号調整部2014は、帰還信号変換部2015から供給されるFB信号の電流値を、帰還信号調整部2014へ出力する。
Here, the feedback signal conversion unit 2015 reads the current value corresponding to the difference from the FB current value table previously written and stored in the internal storage unit, and obtains the current value of the FB signal. The FB current value table is a table showing the correspondence between the difference and the current value (digital value) that cancels the stationary magnetic field in the magnetic core.
The feedback signal adjustment unit 2014 performs D / A (Digital / Analog) conversion on the current value of the FB signal supplied from the feedback signal conversion unit 2015, and converts the generated current as the FB signal to the FB coil. Output. Further, the feedback signal adjustment unit 2014 outputs the current value of the FB signal supplied from the feedback signal conversion unit 2015 to the feedback signal adjustment unit 2014.

帰還信号調整部2014は、供給されるFB信号の電流値から、磁性体コア53内において打ち消した定常磁界の強度、すなわち磁気素子100に印加されている定常磁界の強度を求める。ここで、帰還信号調整部2014は、内部記憶部に予め書き込まれて記憶されている電流値磁界テーブルから、FB信号の電流値に対応する磁界強度を読み出して、磁気素子100に印加されている定常磁界の強度を求める。電流値磁界テーブルは、上記FB信号の電流値と印加された定常磁界の強度とが対応を示すテーブルである。   The feedback signal adjustment unit 2014 obtains the strength of the stationary magnetic field canceled in the magnetic core 53, that is, the strength of the stationary magnetic field applied to the magnetic element 100 from the current value of the supplied FB signal. Here, the feedback signal adjustment unit 2014 reads out the magnetic field intensity corresponding to the current value of the FB signal from the current value magnetic field table previously written and stored in the internal storage unit, and is applied to the magnetic element 100. Find the strength of the stationary magnetic field. The current value magnetic field table is a table in which the current value of the FB signal corresponds to the intensity of the applied stationary magnetic field.

上述した時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁界検出を行う場合、磁気素子100の磁性体コア53の材料と構造とに起因するコイルに印加する電流あたりの発生磁界量(以下、励磁効率とする)と、励磁信号の強度とにより、測定可能な磁界範囲が決定される。
一方、時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界平衡式における磁界検出を行う場合、磁気素子100に対して印加される定常磁界によらず、一定の時間間隔(T/2)で検出信号が出力されるように、磁性体コア内の磁界を平衡状態として維持している。このため、磁気素子100全体の電源電圧により制限、すなわちFB信号の電流値が供給可能な範囲で磁界の測定が行える。
When performing magnetic field detection in the magnetic field proportional type using the time-resolved FG type magnetic element described above, the amount of magnetic field generated per current applied to the coil due to the material and structure of the magnetic core 53 of the magnetic element 100 ( Hereinafter, the measurable magnetic field range is determined by the excitation efficiency) and the intensity of the excitation signal.
On the other hand, when magnetic field detection in a magnetic field balance type is performed using a time-resolved FG type magnetic element, a detection signal is detected at a constant time interval (T / 2) regardless of a stationary magnetic field applied to the magnetic element 100. So that the magnetic field in the magnetic core is kept in an equilibrium state. For this reason, the magnetic field can be measured within a range that is limited by the power supply voltage of the entire magnetic element 100, that is, the current value of the FB signal can be supplied.

また、時間分解型FG方式の磁気素子を用い、磁界比例式における磁界検出を行う場合、検出信号の出力される時間間隔が磁界に応じて変化するため、磁気感度の線形性が磁気素子100の特性に直接に反映することになる。
一方、時間分解型FG方式の磁気素子を用い、磁界平衡式における磁界検出を行う場合、磁気素子の特性として、励磁効率の磁界依存性が小さいため、検出信号の波形と、検出信号の発生する時間間隔の定常性とが維持され易い。
そのため、測定対象として、数百A(アンペア)程度の電流により発生する磁界を全測定電流範囲において線形性を維持した状態で測定する磁気素子に適用する場合、従来、磁界比例式に比較して、磁界平衡式における磁界検出が主に用いられている。
When a time-resolved FG type magnetic element is used to perform magnetic field detection in a magnetic field proportional type, the time interval at which the detection signal is output changes according to the magnetic field. It will be reflected directly in the characteristics.
On the other hand, when using a time-resolved FG type magnetic element and performing magnetic field detection in the magnetic field balance type, the magnetic field characteristic of the excitation efficiency is small as a characteristic of the magnetic element, so that the detection signal waveform and the detection signal are generated. The continuity of the time interval is easily maintained.
Therefore, when applied to a magnetic element that measures a magnetic field generated by a current of about several hundred A (ampere) as a measurement object while maintaining linearity in the entire measurement current range, compared to the conventional magnetic field proportional expression Magnetic field detection in a magnetic field balance type is mainly used.

特開2008−292325号公報JP 2008-292325 A 特開2007−078423号公報JP 2007-078423 A 特開2007−078422号公報JP 2007-078422 A

上述した時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界比例式によって磁界検出を行う際、すでに述べたように、測定可能な磁界範囲が磁気素子100の励磁効率と励磁信号とにより制限される。
このため、最大測定電流が数百A程度の電流センサとして、磁界比例式の磁気素子を適用する場合、磁気素子単体の出力の線形性の磁界の強度に対する依存性に加え、磁気素子を駆動する電源電圧や許容最大電流値の制限により、高い精度の出力の線形性が得られる磁界の測定範囲が制限される問題がある。
When performing magnetic field detection by the magnetic field proportional method using the time-resolved FG type magnetic element described above, the measurable magnetic field range is limited by the excitation efficiency and the excitation signal of the magnetic element 100 as described above.
For this reason, when a magnetic field proportional magnetic element is applied as a current sensor having a maximum measurement current of about several hundred A, in addition to the dependence of the linearity of the output of the single magnetic element on the strength of the magnetic field, the magnetic element is driven. There is a problem that the measurement range of the magnetic field that can obtain high-accuracy output linearity is limited by the limitation of the power supply voltage and the allowable maximum current value.

また、検出コイル51が発生する検出信号の波形が、定常磁界Hexの強度及び磁性体コアの温度に依存して変化する場合、検出信号の波形の立ち上がりの時間微分値と、検出信号の出力変動とに相関がある。このため、検出信号の出力の時間変動値が磁界の強度に依存して変化することにより、磁界の強度の測定において、特に磁界の強度が高くなるにつれて、時間変動値が増加し、高い精度によって磁界の検出ができなくなる。   Further, when the waveform of the detection signal generated by the detection coil 51 changes depending on the intensity of the stationary magnetic field Hex and the temperature of the magnetic core, the time differential value of the rise of the detection signal waveform and the output fluctuation of the detection signal There is a correlation. For this reason, the time fluctuation value of the output of the detection signal changes depending on the strength of the magnetic field, so that in the measurement of the magnetic field strength, the time fluctuation value increases, particularly as the magnetic field strength increases. The magnetic field cannot be detected.

一方、時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界平衡式によって磁界検出を行う際、FBコイルFB制御において、FB信号は一般的に電流制御による印加が行われている。
すでに述べたように、FB制御信号における電流値と、この電流値により発生する磁界の強度とが比例関係にあり、FB信号の電流値の違いに起因して、温度に対応してFBコイル54の抵抗が変化したとしても、FB信号の電流値が定電流で制御されている。このため、FB信号の電流値が大きくなる高い強度の磁界においても、磁気素子の感度の線形性を維持することができる。
On the other hand, when the magnetic field detection is performed by the magnetic field balance type using the time-resolved FG type magnetic element, the FB signal is generally applied by current control in the FB coil FB control.
As already described, the current value in the FB control signal and the intensity of the magnetic field generated by this current value are in a proportional relationship, and the FB coil 54 corresponds to the temperature due to the difference in the current value of the FB signal. Even if the resistance of the FB signal changes, the current value of the FB signal is controlled by a constant current. For this reason, the linearity of the sensitivity of the magnetic element can be maintained even in a high-strength magnetic field where the current value of the FB signal increases.

また、磁気素子の特性の個体偏差によって、励磁コイル52及びFBコイル54の各々の励磁効率が変化した場合においても、FB信号による磁界と定常磁界との磁界平衡の収束状態は、FB信号を出力する制御回路の特性によって制限され、収束における残差(誤差)は変化しない。
さらに、励磁コイル52の励磁効率とFBコイル54の励磁効率との比が一定に保持されている場合、励磁コイル52とFBコイル54との磁気感度の比が変化しないため、FB信号による磁界と定常磁界とが磁界平衡となるまでの収束時間も変化しない。
したがって、半導体プロセスなどにより、磁気素子100における励磁コイル52及びFBコイル54を同時に形成する場合、励磁コイル52及びFBコイル54の各々の抵抗が変化しても、コイル抵抗の比が維持されるため、磁界平衡の収束の指標である平衡状態における残差及び平衡状態に至る時間が変化しない。
Even when the excitation efficiency of each of the excitation coil 52 and the FB coil 54 changes due to individual deviations in the characteristics of the magnetic element, the convergence state of the magnetic field balance between the magnetic field and the stationary magnetic field by the FB signal is output as the FB signal It is limited by the characteristics of the control circuit, and the residual (error) in convergence does not change.
Furthermore, when the ratio between the excitation efficiency of the excitation coil 52 and the excitation efficiency of the FB coil 54 is kept constant, the ratio of the magnetic sensitivity between the excitation coil 52 and the FB coil 54 does not change. The convergence time until the stationary magnetic field is balanced with the magnetic field does not change.
Therefore, when the exciting coil 52 and the FB coil 54 in the magnetic element 100 are simultaneously formed by a semiconductor process or the like, even if the resistances of the exciting coil 52 and the FB coil 54 change, the ratio of the coil resistance is maintained. The residual in the equilibrium state, which is an index of convergence of the magnetic field balance, and the time to reach the equilibrium state do not change.

しかしながら、時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界平衡式によって磁界検出を行う際、磁界に比例したFB信号量が必要となるため、FB信号量を生成するための制御回路の消費電流が大きくなる問題がある。さらに、FB信号が電流値でFBコイルの発生する磁界の強度の制御を行う場合、磁界の強度に対応する電流値を定電流制御行う必要がある。このため、定電流制御を行う電圧電流変換回路を搭載しなければならず、FBコイルに印加する電流を制御する制御部の回路規模が大きくなり、消費電流も増加することになる。
また、電圧電流変換回路内の定電流を発生する際の内部の基準電位が、FB信号の電流値の増加にともない時間的に変動し、基準電位が不安定となるため、出力される定電流が変動してしまう。
However, when magnetic field detection is performed by a magnetic field balance type using a time-resolved FG type magnetic element, an amount of FB signal proportional to the magnetic field is required. There is a growing problem. Furthermore, when the strength of the magnetic field generated by the FB coil is controlled by the current value of the FB signal, it is necessary to perform constant current control on the current value corresponding to the strength of the magnetic field. For this reason, a voltage-current conversion circuit that performs constant current control must be mounted, the circuit scale of the control unit that controls the current applied to the FB coil increases, and the current consumption also increases.
Further, since the internal reference potential when the constant current in the voltage-current conversion circuit is generated fluctuates with time as the current value of the FB signal increases, the reference potential becomes unstable. Will fluctuate.

さらに、磁気比例式における励磁信号の特性と同様に、電圧電流変換回路(励磁信号調整部)2017のアンプのオフセットの温度依存性に起因した、一定磁界環境下での磁気センサの出力値の温度変化が発生するという問題がある。また、測定磁界範囲は、FB電流量に制限されるが、測定磁界範囲を拡大するためには、励磁電流を増加させることが効果的である。ただし、電圧電流変換回路に用いるオペアンプ(差動増幅器)の増幅率が小さくなるため、異常発振が発生しやすくなるという問題がある。   Further, the temperature of the output value of the magnetic sensor under a constant magnetic field environment due to the temperature dependence of the offset of the amplifier of the voltage-current conversion circuit (excitation signal adjustment unit) 2017 as well as the characteristics of the excitation signal in the magnetic proportional type. There is a problem that changes occur. Further, although the measurement magnetic field range is limited by the FB current amount, it is effective to increase the excitation current in order to expand the measurement magnetic field range. However, since the amplification factor of the operational amplifier (differential amplifier) used in the voltage-current converter circuit is small, there is a problem that abnormal oscillation is likely to occur.

上述したように、磁界検出における磁気感度の線形性と消費電流に対して、磁気素子100の制御方法のそれぞれの種別は、各々に利点と欠点とを有している。
しかしながら、励磁信号の制御方法に対するオフセットの温度依存性と磁気感度との温度依存性に関する特性は共通であることが分かる。磁気素子100に与える励磁信号を電流制御することにより、磁気感度の温度依存性は低下するが、オフセットの温度依存性が強くなる。
一方、磁気素子に与える励磁信号を電圧制御とすることにより、オフセット(磁気素子の出力値)の温度依存性が低減するが、磁気感度の温度依存性が生じる。このため、磁気感度の温度依存性と出力値の温度依存性とを同時に低減させることは困難である。
As described above, each type of control method of the magnetic element 100 has advantages and disadvantages with respect to linearity of magnetic sensitivity and current consumption in magnetic field detection.
However, it can be seen that the temperature-dependent characteristics of the offset and the magnetic sensitivity are common to the excitation signal control method. By controlling the excitation signal applied to the magnetic element 100, the temperature dependence of the magnetic sensitivity is reduced, but the temperature dependence of the offset is increased.
On the other hand, by using voltage control as the excitation signal applied to the magnetic element, the temperature dependence of the offset (output value of the magnetic element) is reduced, but the temperature dependence of the magnetic sensitivity occurs. For this reason, it is difficult to simultaneously reduce the temperature dependence of the magnetic sensitivity and the temperature dependence of the output value.

したがって、励磁信号を電流制御する場合、高精度の温度特性を実現するためには、磁気素子の出力信号(出力値)の補償が必要となる。出力信号の補償方法としては、磁気素子を制御する制御回路内の最終段の出力信号調整部に設けられたオペアンプのオフセットや増幅率の設定値を調整する手法が知られている。
しかしながら、特定の制御回路と特定の磁気素子の組合わせにより、出力信号に発生するオフセットと磁気感度との温度依存性を含めて個別に補償する必要がある。この補償を行う場合、制御回路におけるアナログ電子回路の受動素子の定数を個別に調整することで実現する手法は、制御回路及び磁気素子の組合わせ毎の補償精度を、一定のレベルにて維持することが困難となる問題がある。
Therefore, when current control is performed on the excitation signal, it is necessary to compensate the output signal (output value) of the magnetic element in order to achieve highly accurate temperature characteristics. As a method for compensating an output signal, there is known a method of adjusting a setting value of an offset or an amplification factor of an operational amplifier provided in an output signal adjustment unit at the final stage in a control circuit that controls a magnetic element.
However, it is necessary to individually compensate for the temperature dependence of the offset generated in the output signal and the magnetic sensitivity by the combination of the specific control circuit and the specific magnetic element. When this compensation is performed, the technique realized by individually adjusting the constants of the passive elements of the analog electronic circuit in the control circuit maintains the compensation accuracy for each combination of the control circuit and the magnetic element at a certain level. There are problems that make it difficult.

また、アナログ電子回路の受動素子の定数の個別調整以外に、温度センサの測定値を用いて、数値演算により出力信号を補償する手法が知られている。この数値演算による手法は、補償前に特定の温度と磁界環境下とにおいて出力信号を測定し、各測定値から磁気感度とオフセットとの各々の温度依存性を関連付ける近似式の係数を決定するため、一旦、出力信号をデジタル値に、A/D変換(アナログ/デジタル変換)器を用いて変換する。
したがって、変換したデジタル値の分解能(A/D変換器の分解能)によって、出力信号の温度依存性に対する補償精度が制限される。
In addition to the individual adjustment of the constants of the passive elements of the analog electronic circuit, a technique for compensating the output signal by numerical calculation using the measured value of the temperature sensor is known. This numerical calculation method measures the output signal at a specific temperature and magnetic field environment before compensation, and determines the coefficient of the approximate expression that correlates the temperature dependence of magnetic sensitivity and offset from each measured value. Once, the output signal is converted into a digital value using an A / D converter (analog / digital converter).
Therefore, the accuracy of compensation for the temperature dependence of the output signal is limited by the resolution of the converted digital value (resolution of the A / D converter).

また、デジタル回路は、動作時において、クロック制御される場合が多い。特に、半導体集積回路の場合は、クロック信号のジッター、クロック信号のクロストーク、及びクロックの立ち上がり(あるいは立ち下がり)に発生するリンギングに起因した、スパイク形状のノイズなどが、半導体集積回路内のアナログ回路に入力される。この結果、アナログ電子回路が出力する励磁信号などに上記スパイク形状のノイズが重畳する。電流制御の励磁信号を生成するための電圧電流変換回路の位相余裕が小さく、異常発振が発生し易い状態の場合、励磁信号に重畳したスパイク形状のノイズが起点となり、電圧電流変換回路である励磁信号調整部2017において異常発振が発生する。   Digital circuits are often clock-controlled during operation. In particular, in the case of a semiconductor integrated circuit, spike-shaped noise caused by clock signal jitter, clock signal crosstalk, and ringing that occurs at the rise (or fall) of the clock is caused by analog noise in the semiconductor integrated circuit. Input to the circuit. As a result, the spike-shaped noise is superimposed on the excitation signal output from the analog electronic circuit. When the phase margin of the voltage-current converter for generating the excitation signal for current control is small and abnormal oscillation is likely to occur, spike-shaped noise superimposed on the excitation signal is the starting point, and the excitation that is the voltage-current converter Abnormal oscillation occurs in the signal adjustment unit 2017.

また、励磁信号調整部2017において、電圧電流変換を行うオペアンプ(後述する差動増幅器20175)の基準電位を介して信号極性が反転する三角波などの交流信号を励磁信号に用いる場合、オペアンプの種別によっては、信号極性が反転する時間帯において信号に歪みが発生する場合がある(以下、クロスオーバー歪みと示す)。三角波などの交流信号の信号振幅の範囲内に基準電位が入らないように、励磁信号に対してバイアス電流を重畳することにより、クロスオーバー歪みの発生を防止することができる。しかしながら、バイアス電流を定常的に印加するため、制御回路の消費電流が増加してしまう。このような動作を行うアンプをA級アンプという。   In addition, in the excitation signal adjustment unit 2017, when an AC signal such as a triangular wave whose signal polarity is inverted via the reference potential of an operational amplifier (differential amplifier 20155 described later) that performs voltage-current conversion is used as the excitation signal, it depends on the type of the operational amplifier. May cause distortion in the signal in the time zone where the signal polarity is inverted (hereinafter referred to as crossover distortion). Generation of crossover distortion can be prevented by superimposing a bias current on the excitation signal so that the reference potential does not fall within the signal amplitude range of an AC signal such as a triangular wave. However, since the bias current is constantly applied, the current consumption of the control circuit increases. An amplifier that performs such an operation is called a class A amplifier.

一方、バイアス電流がゼロで動作するアンプ、すなわちB級アンプは、上述したクロスオーバー歪みが発生する。
また、一般的な汎用アンプであるAB級アンプは、A級とB級との中間的な動作をさせるため、適切なバイアス電流が印加される。このAB級アンプにおいても、アンプの消費電流低減を目的として、最大駆動電流の少ないアンプを用いた場合、少なからずクロスオーバー歪みが発生する。クロスオーバー歪みが発生している時間帯に検出信号が発生する場合、磁気比例式制御のみならず磁気平衡式制御の場合でも、磁気感度の線形性が低下し、一定温度かつ一定磁場環境下における出力値の安定性が低下する。
また、電圧電流変換回路の位相余裕が小さく、異常発振が発生し易い状態の場合、励磁信号に重畳している、クロスオーバー歪みに起因したスパイク形状のノイズが起点となり、異常発振が発生する。
On the other hand, the above-described crossover distortion occurs in an amplifier that operates with zero bias current, that is, a class B amplifier.
In addition, a class AB amplifier, which is a general general-purpose amplifier, is applied with an appropriate bias current in order to perform an intermediate operation between class A and class B. Even in this class AB amplifier, when an amplifier with a small maximum drive current is used for the purpose of reducing the consumption current of the amplifier, a crossover distortion is generated. When a detection signal is generated in the time zone when crossover distortion occurs, the linearity of magnetic sensitivity is reduced not only in magnetic proportional control but also in magnetic balance control, and it is in a constant temperature and constant magnetic field environment. The stability of the output value decreases.
Further, when the phase margin of the voltage / current converter circuit is small and abnormal oscillation is likely to occur, spike-shaped noise superimposed on the excitation signal and caused by crossover distortion is the starting point and abnormal oscillation occurs.

上述してきたように、磁気素子の制御方法によらず、FG方式の磁気センサの信号処理回路に対して、磁気感度の温度依存性を低減させることを目的とし、比較的大きな電流量の電流制御の励磁信号回路を用いた場合、電流変換回路用のオペアンプの増幅率が低下する。オペアンプの増幅率が低下することにより、上述したように、異常発振が発生し易くなる。
また、異常発振は、すでに述べたように、励磁信号に重畳するスパイク形状のノイズが起点となって発生する場合がある。このスパイク形状のノイズのノイズ源は、デジタル回路のクロック信号や、励磁信号の生成回路のアンプ動作に起因したクロスオーバー歪み等が挙げられる。スパイク形状のノイズにより、励磁信号のスロープの線形性誤差が大きくなるた。このため、磁気センサが出力するセンサ出力(出力値)の線形性誤差が大きくなる。
As described above, the current control of a relatively large amount of current is aimed at reducing the temperature dependence of the magnetic sensitivity with respect to the signal processing circuit of the FG type magnetic sensor regardless of the control method of the magnetic element. When the excitation signal circuit is used, the amplification factor of the operational amplifier for the current conversion circuit decreases. When the amplification factor of the operational amplifier is decreased, abnormal oscillation is likely to occur as described above.
In addition, as described above, abnormal oscillation may occur due to spike-shaped noise superimposed on the excitation signal. Examples of the noise source of the spike-shaped noise include a clock signal of a digital circuit and a crossover distortion caused by an amplifier operation of a generation circuit of an excitation signal. Spike-shaped noise increased the linearity error of the excitation signal slope. For this reason, the linearity error of the sensor output (output value) output from the magnetic sensor increases.

また、異常発振が発生し、異常発振の振幅や周波数が温度により変化する場合、結果として、発振状態が変化する温度帯を境としてセンサ出力のオフセットが変化する。
したがって、特に、磁気素子に対して電流制御の励磁信号を用いたFG方式の磁気センサを設計する際、センサ出力の温度依存性を維持するため、磁気センサを使用する全温度範囲における異常発振の発生を抑制する必要がある。
Further, when abnormal oscillation occurs and the amplitude and frequency of abnormal oscillation change with temperature, as a result, the offset of the sensor output changes at the temperature range where the oscillation state changes.
Therefore, in particular, when designing an FG magnetic sensor using a current-controlled excitation signal for a magnetic element, in order to maintain the temperature dependence of the sensor output, abnormal oscillation in the entire temperature range using the magnetic sensor It is necessary to suppress the occurrence.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電流制御の励磁信号を生成する電圧電流変換回路の異常発振を広い温度範囲において抑制することで、全使用温度範囲において励磁信号に重畳するノイズを低減させ、オフセットの温度による変動を防止する磁気素子制御装置及び磁気素子制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses abnormal oscillation of a voltage-current conversion circuit that generates an excitation signal for current control over a wide temperature range, so that it is superimposed on the excitation signal over the entire operating temperature range. It is an object of the present invention to provide a magnetic element control device and a magnetic element control method that reduce noise caused by the offset and prevent fluctuation due to offset temperature.

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の磁気素子制御装置は、励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御装置であり、交番信号を生成する励磁信号生成部と、差動増幅器による電圧電流変換回路を有し、当該差動増幅器の出力端子と入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられており、前記交番信号に基づいて、前記出力端子及び前記入力端子との間に介挿される前記励磁コイルに印加する、電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整部と、前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換部と、前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を発生するための帰還信号を生成する帰還信号調整部と、前記帰還信号を磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部とを有し、前記励磁信号調整部が、前記交番電圧信号を交番電流に変換し、前記帰還信号を帰還電流に変換し、当該交番電流に対して前記帰還電流を重畳して前記励磁信号を生成し、生成された当該励磁信号を前記励磁コイルに印加することを特徴とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the magnetic element control device of the present invention is capable of time-resolving the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate type magnetic element including an excitation coil and a detection coil. This is a magnetic element control device that controls the magnetic element when detecting by a magnetic balance type, and has an excitation signal generation unit that generates an alternating signal and a voltage-current conversion circuit using a differential amplifier, A series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series is provided at either the output terminal or the input terminal of the amplifier, and is inserted between the output terminal and the input terminal based on the alternating signal. An excitation signal adjusting unit that generates an excitation signal that is a current signal to be applied to the excitation coil, and a detection signal for a positive or negative voltage generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched. A detection signal comparator for detecting, a feedback signal converter for converting a time width between detection signals of a positive voltage and a negative voltage into voltage information, and a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information A feedback signal adjustment unit that generates a feedback signal for generating the signal and a data signal conversion unit that outputs the feedback signal as a data signal indicating a magnetic field strength, and the excitation signal adjustment unit converts the alternating voltage signal into Converting into an alternating current, converting the feedback signal into a feedback current, superimposing the feedback current on the alternating current to generate the excitation signal, and applying the generated excitation signal to the excitation coil It is characterized by.

本発明の磁気素子制御装置は、前記直列回路が、前記出力端子と接地点との間、あるいは前記入力端子と接地点との間、または前記入力端子と前記差動増幅器における他の入力端子との間に介挿されていることを特徴とする。   In the magnetic element control device of the present invention, the series circuit is connected between the output terminal and a ground point, between the input terminal and the ground point, or between the input terminal and another input terminal in the differential amplifier. It is characterized by being inserted in between.

本発明の磁気素子制御装置は、前記差動増幅器のカットオフ周波数が、前記交番信号の周波数と前記励磁信号に重畳する異常発振の周波数との間となるように、前記コンデンサの容量値及び前記抵抗の抵抗値の各々を設定することを特徴とする。   In the magnetic element control device of the present invention, the capacitance value of the capacitor and the cutoff frequency of the differential amplifier are between the frequency of the alternating signal and the frequency of abnormal oscillation superimposed on the excitation signal. Each resistance value of the resistor is set.

本発明の磁気素子制御装置は、前記データ信号変換部が、前記帰還信号を予め設定された、前記帰還信号の電圧値と当該帰還信号の電圧値によって生成される磁界強度が線形性を有する前記帰還信号の電圧範囲外の電圧値が飽和する増幅率により増幅して出力することを特徴とする。   In the magnetic element control device of the present invention, the data signal converter has the feedback signal set in advance, and the magnetic field strength generated by the voltage value of the feedback signal and the voltage value of the feedback signal has linearity. The output is amplified by an amplification factor at which a voltage value outside the voltage range of the feedback signal is saturated and output.

本発明の磁気素子制御装置は、定常磁界を測定する周囲環境による磁界に対応するオフセット電圧を前記帰還信号に重畳させ、このオフセット電圧が重畳された当該帰還信号を前記帰還信号調整部に対して出力するオフセット電圧調整部をさらに有することを特徴とする。   The magnetic element control device of the present invention superimposes an offset voltage corresponding to a magnetic field due to an ambient environment for measuring a steady magnetic field on the feedback signal, and the feedback signal on which the offset voltage is superimposed is sent to the feedback signal adjustment unit. It further has an offset voltage adjusting unit for outputting.

本発明の磁気素子制御装置は、前記データ信号に重畳しているオフセット成分をキャンセルするオフセット信号を生成する調整信号生成部をさらに有し、前記励磁信号調整部が、前記交番信号から交番電流、前記帰還信号から帰還電流、前記オフセット信号からオフセット電流の各々を生成し、前記交番電流に対して前記帰還電流及び前記オフセット電流を重畳して、前記励磁コイルに印加する前記励磁電流を生成することを特徴とする。   The magnetic element control device according to the present invention further includes an adjustment signal generation unit that generates an offset signal for canceling an offset component superimposed on the data signal, and the excitation signal adjustment unit receives an alternating current from the alternating signal, A feedback current is generated from the feedback signal and an offset current is generated from the offset signal, and the excitation current applied to the excitation coil is generated by superimposing the feedback current and the offset current on the alternating current. It is characterized by.

本発明の磁気素子制御装置は、前記オフセット信号が、ゼロ磁界において測定したデータ信号と、ゼロ磁界における設計上のデータ信号の期待値との差分である前記オフセット成分をキャンセルする電圧に設定されていることを特徴とする。   In the magnetic element control device of the present invention, the offset signal is set to a voltage that cancels the offset component, which is a difference between a data signal measured in a zero magnetic field and an expected value of a designed data signal in the zero magnetic field. It is characterized by being.

本発明の磁気素子制御装置は、励磁コイル、検出コイル、及び帰還用コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御装置であり、交番信号を生成する励磁信号生成部と、前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて前記励磁コイルに印加する電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整部と、前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換部と、前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還用コイルに印加する電流信号である帰還信号を生成する帰還信号調整部と、前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部と、前記励磁信号または前記帰還信号の少なくとも一方の信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する調整信号生成部と、を有し、前記励磁信号調整部または前記帰還信号調整部が、差動増幅器による電圧電流変換回路を有し、当該差動増幅器の出力端子と反転入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられており、前記直流調整信号に基づいて前記励磁信号または前記帰還信号を生成して、前記出力端子及び前記反転入力端子との間に介挿される前記励磁コイルにまたは帰還用コイルに対して印加し、前記検出信号比較部が検出する検出信号を、前記励磁信号の非線形領域に対してずらして発生させる、ことを特徴とする。   The magnetic element control device of the present invention detects the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate type magnetic element composed of an excitation coil, a detection coil, and a feedback coil by using a time-resolved magnetic balance type. A magnetic element control device that controls a magnetic element, an excitation signal generation unit that generates an alternating signal, and an electric current signal that generates an alternating voltage signal from the alternating signal and that is applied to the excitation coil based on the alternating voltage signal An excitation signal adjustment unit that generates an excitation signal, a detection signal comparison unit that detects a detection signal of a positive or negative voltage generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched, a positive voltage and a negative voltage A feedback signal converter for converting a time width between voltage detection signals into voltage information; and a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information in the feedback coil. A feedback signal adjustment unit that generates a feedback signal that is a current signal to be applied; a data signal conversion unit that outputs the feedback signal as a data signal indicating magnetic field strength; and at least one of the excitation signal and the feedback signal An adjustment signal generation unit that outputs a DC adjustment signal that has been adjusted in advance, and that is superimposed, and the excitation signal adjustment unit or the feedback signal adjustment unit has a voltage-current conversion circuit using a differential amplifier, A series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series is provided at either the output terminal or the inverting input terminal of the differential amplifier, and the excitation signal or the feedback signal is generated based on the DC adjustment signal. The detection signal applied to the excitation coil or the feedback coil interposed between the output terminal and the inverting input terminal and detected by the detection signal comparison unit Generates staggered with respect to the non-linear region of the excitation signal, characterized in that.

本発明の磁気素子制御装置は、前記調整信号生成部は、一端が調整電圧を入力可能な入力端子に接続される第1の抵抗を含み、前記励磁信号調整部または前記帰還信号調整部が、一端がそれぞれ励磁信号生成部、前記帰還信号変換部に接続される第2の抵抗を有し、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗とが前記差動増幅器の反転入力端子に接続され、予め設定された基準電圧に前記差動増幅器の正転入力端子が接続され、前記励磁コイルまたは前記帰還用コイルが前記差動増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間に接続され、前記差動アンプは、前記反転入力端子の電圧レベルと前記正転入力端子の電圧レベルが等しくなるように、前記励磁コイルまたは前記帰還用コイルに電流を流す、ことを特徴とする。   In the magnetic element control device of the present invention, the adjustment signal generation unit includes a first resistor having one end connected to an input terminal capable of inputting an adjustment voltage, and the excitation signal adjustment unit or the feedback signal adjustment unit includes: One end has a second resistor connected to the excitation signal generator and the feedback signal converter, respectively, and the first resistor and the second resistor are connected to the inverting input terminal of the differential amplifier, A normal rotation input terminal of the differential amplifier is connected to a preset reference voltage, the excitation coil or the feedback coil is connected between an output terminal of the differential amplifier and the inverting input terminal, and the difference The dynamic amplifier is characterized in that a current is passed through the exciting coil or the feedback coil so that the voltage level of the inverting input terminal is equal to the voltage level of the normal input terminal.

本発明の磁気素子制御方法は、励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御方法であり、交番信号を生成する励磁信号生成過程と、出力端子と入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられた差動増幅器による電圧電流変換を行い、前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて、前記出力端子及び前記入力端子との間に介挿される前記励磁コイルに印加する、電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整過程と、前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程と、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換過程と、前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を発生するための帰還信号を生成する帰還信号調整過程と、前記帰還信号を磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換過程とを有し、前記励磁信号調整過程において、前記交番電圧信号を交番電流に変換し、前記帰還信号を帰還電流に変換し、当該交番電流に対して前記帰還電流を重畳して前記励磁信号を生成し、生成された当該励磁信号を前記励磁コイルに印加することを特徴とする。   The magnetic element control method of the present invention controls the magnetic element when detecting the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate type magnetic element composed of an excitation coil and a detection coil by a time-resolved magnetic balance type. This is a magnetic element control method for performing an excitation signal generation process for generating an alternating signal, and a voltage / current generated by a differential amplifier provided with a series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series to either the output terminal or the input terminal. An excitation signal, which is a current signal, is converted, generates an alternating voltage signal from the alternating signal, and is applied to the excitation coil interposed between the output terminal and the input terminal based on the alternating voltage signal An excitation signal adjustment process for generating a positive signal, a detection signal comparison process for detecting a positive or negative voltage detection signal generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched, And a feedback signal conversion process for converting a time width between detection signals of negative voltage and voltage into voltage information, and a feedback signal for generating a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information. A feedback signal adjustment process; and a data signal conversion process for outputting the feedback signal as a data signal indicating magnetic field strength. In the excitation signal adjustment process, the alternating voltage signal is converted into an alternating current, and the feedback signal is The excitation signal is converted into a feedback current, the feedback current is superimposed on the alternating current to generate the excitation signal, and the generated excitation signal is applied to the excitation coil.

本発明の磁気素子制御方法は、励磁コイル、検出コイル、及び帰還用コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御方法であり、交番信号を生成する励磁信号生成過程と、前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて前記励磁コイルに印加する電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整過程と、前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程と、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号生成過程と、前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還用コイルに印加する電流信号である帰還信号を生成する帰還信号調整過程と、前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換過程と、前記励磁信号または前記帰還信号の少なくとも一方の信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する調整信号生成過程と、を有し、前記励磁信号調整過程または前記帰還信号調整過程において、出力端子と反転入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられた差動増幅器による電圧電流変換を行い、前記直流調整信号に基づいて前記励磁信号または前記帰還信号を生成して、前記出力端子及び前記反転入力端子との間に介挿される前記励磁コイルにまたは帰還用コイルに対して印加し、前記検出信号比較部が検出する検出信号を、前記励磁信号の非線形領域に対してずらして発生させる、ことを特徴とする。   When the magnetic element control method of the present invention detects the strength of a stationary magnetic field applied to a flux gate type magnetic element composed of an excitation coil, a detection coil, and a feedback coil by a time-resolved magnetic balance type, A magnetic element control method for controlling a magnetic element, an excitation signal generation process for generating an alternating signal, and an electric current signal for generating an alternating voltage signal from the alternating signal and applying the alternating voltage signal to the excitation coil based on the alternating voltage signal An excitation signal adjustment process for generating an excitation signal, a detection signal comparison process for detecting a detection signal of a positive or negative voltage generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched, a positive voltage and a negative voltage A feedback signal generation process for converting a time width between voltage detection signals into voltage information, and a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information. A feedback signal adjustment process for generating a feedback signal that is a current signal applied to the coil, a data signal conversion process for outputting the feedback signal as a data signal indicating a magnetic field strength, and at least one of the excitation signal and the feedback signal. An adjustment signal generation process for outputting a pre-adjusted DC adjustment signal to be superimposed on the signal, and in the excitation signal adjustment process or the feedback signal adjustment process, either the output terminal or the inverting input terminal Voltage-current conversion by a differential amplifier provided with a series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series, and generating the excitation signal or the feedback signal based on the DC adjustment signal, the output terminal and the The detection signal detected by the detection signal comparison unit is applied to the excitation coil or the feedback coil inserted between the inverting input terminal and the feedback coil. Generating shifted relative to the non-linear region of the excitation signal, characterized in that.

この発明によれば、電流制御の励磁信号を電圧電流変換回路にて生成する際、電圧電流変換回路の差動増幅回路において、励磁コイルが介挿される出力端子あるいは入力端子のいずれかに、コンデンサと抵抗との直列回路を設けるため、電圧電流変換回路における異常発振を広い温度範囲において抑制することで、全使用温度範囲において励磁信号に重畳するノイズを低減させることが可能となり、オフセット出力の温度による変動を防止することができる。   According to the present invention, when the excitation signal for current control is generated by the voltage-current conversion circuit, the capacitor is connected to either the output terminal or the input terminal in which the excitation coil is inserted in the differential amplifier circuit of the voltage-current conversion circuit. By providing a series circuit consisting of a resistor and a resistor, it is possible to reduce noise superimposed on the excitation signal in the entire operating temperature range by suppressing abnormal oscillation in the voltage-current converter circuit over a wide temperature range. Can prevent fluctuations.

本第1の実施形態による磁気素子制御装置110の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element control apparatus 110 by the 1st embodiment. フラックスゲート型磁気素子である磁気素子50の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element 50 which is a fluxgate type | mold magnetic element. フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。It is a graph which shows the principle of operation of a fluxgate type magnetic element. 図1における励磁信号調整部1016構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in FIG. 図1における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in FIG. 図5の励磁信号調整部1016における異常発振を抑制する構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure which suppresses the abnormal oscillation in the excitation signal adjustment part 1016 of FIG. 25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment part 1016 shown in FIG. 6 in 25 degreeC. 25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形における出力線形性誤差を示す図である。It is a figure which shows the output linearity error in the output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment part 1016 shown in FIG. 6 in 25 degreeC. 125℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment part 1016 shown in FIG. 6 in 125 degreeC. 25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の増幅率の周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of the amplification factor of the excitation signal adjustment part 1016 shown in FIG. 6 in 25 degreeC. 図6(c)に示すtype3の構成の励磁信号調整部1016の出力のオフセット値(オフセット出力)と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the offset value (offset output) of the output of the excitation signal adjustment part 1016 of the structure of type3 shown in FIG.6 (c), and temperature. 第1の実施形態における励磁信号調整部1016の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in 1st Embodiment. 第1の実施形態における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in 1st Embodiment. 第1の実施形態における磁気素子制御装置110の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the magnetic element control apparatus 110 in 1st Embodiment. 第2の実施形態における磁気素子制御装置210の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element control apparatus 210 in 2nd Embodiment. 図15における励磁信号調整部1016及び調整信号生成部1100の構成例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of an excitation signal adjustment unit 1016 and an adjustment signal generation unit 1100 in FIG. 図15における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. 15. 第3の実施形態による磁気素子制御装置310の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element control apparatus 310 by 3rd Embodiment. 図18における励磁信号調整部1016構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in FIG. 図18における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the excitation signal adjustment part 1016 in FIG. 第3の実施形態の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of 3rd Embodiment. 時間分解型FG方式の磁気素子(磁界比例式測定)の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element (magnetic field proportional measurement) of a time-resolved FG system. 時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁界検出の原理を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the principle of the magnetic field detection in a magnetic field proportional type using a time-resolved FG type magnetic element. 時間分解型FG方式の磁気素子(磁界平衡式測定)の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic element (magnetic field balance type | mold measurement) of a time-resolved FG system. 時間分解型FG方式の磁気素子を用いて磁界平衡式における磁界検出の原理を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the principle of the magnetic field detection in a magnetic field balance type | mold using the time-resolved FG type magnetic element. FBコイルFB制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the magnetic detection apparatus using the magnetic element control apparatus in FB coil FB control.

<第1の実施形態>
図1を参照して、本発明の第1の実施形態による磁気素子制御装置110の説明を行う。図1は、本第1の実施形態による磁気素子制御装置110の構成例を示す図である。図1において、磁気素子制御装置110は、磁気素子制御部111と、クロック信号生成部102と、クロック信号調整部103と、データ信号判定部104とを備えている。本発明の磁気素子制御装置110は、検出コイル51及び励磁コイル52からなるフラックスゲート型の磁気素子50に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、励磁コイル52に対して印加する励磁信号(例えば、すでに説明した三角波電流信号)を制御する。
磁気素子制御部111は、検出信号増幅部1011、検出信号比較部1012、帰還信号調整部1013、帰還信号変換部1014、データ信号変換部1015、励磁信号調整部1016、励磁信号生成部1017及びオフセット電圧調整部1018を備えている。
<First Embodiment>
With reference to FIG. 1, the magnetic element control apparatus 110 by the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the magnetic element control device 110 according to the first embodiment. In FIG. 1, the magnetic element control device 110 includes a magnetic element control unit 111, a clock signal generation unit 102, a clock signal adjustment unit 103, and a data signal determination unit 104. The magnetic element control device 110 according to the present invention detects an intensity of a stationary magnetic field applied to a flux gate type magnetic element 50 including a detection coil 51 and an excitation coil 52 by a time-resolved magnetic balance type. The excitation signal applied to 52 (for example, the already explained triangular wave current signal) is controlled.
The magnetic element control unit 111 includes a detection signal amplification unit 1011, a detection signal comparison unit 1012, a feedback signal adjustment unit 1013, a feedback signal conversion unit 1014, a data signal conversion unit 1015, an excitation signal adjustment unit 1016, an excitation signal generation unit 1017, and an offset. A voltage adjustment unit 1018 is provided.

クロック信号生成部102は、所定の周期のクロック信号を生成する発振器から構成され、生成したクロック信号をクロック信号調整部103に対して出力する。
クロック信号調整部103は、供給されるクロック信号の信号レベルを増幅したり、クロック信号の周期の変更などの処理を行い、処理結果のクロック信号を励磁信号生成部1017に対して出力する。
データ信号判定部104は、データ信号変換部1015から供給される、定常磁界の強度を示すデータ信号の電圧値が、予め設定したデータ範囲の数値であるか否かの判定を行う。
The clock signal generation unit 102 includes an oscillator that generates a clock signal having a predetermined period, and outputs the generated clock signal to the clock signal adjustment unit 103.
The clock signal adjustment unit 103 performs processing such as amplifying the signal level of the supplied clock signal or changing the cycle of the clock signal, and outputs the processing result clock signal to the excitation signal generation unit 1017.
The data signal determination unit 104 determines whether the voltage value of the data signal indicating the strength of the stationary magnetic field supplied from the data signal conversion unit 1015 is a numerical value in a preset data range.

励磁信号生成部1017は、クロック信号調整部103から供給されるクロック信号にに基づいて、交番信号、例えば0Vを基準電位として交番する交番電圧信号としての三角波信号を生成する。
励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017の生成した三角波信号を所定の増幅率にて増幅し、三角波電圧信号を生成する。また、励磁信号調整部1016は、生成した三角波電圧信号を電圧電流変換し、三角波電流信号(以下、単に電流信号と示す場合もある)である励磁信号を生成して励磁コイル52対して印加する。
Based on the clock signal supplied from the clock signal adjustment unit 103, the excitation signal generation unit 1017 generates an alternating signal, for example, a triangular wave signal as an alternating voltage signal that alternates using 0 V as a reference potential.
The excitation signal adjustment unit 1016 amplifies the triangular wave signal generated by the excitation signal generation unit 1017 with a predetermined amplification factor, and generates a triangular wave voltage signal. Further, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the generated triangular wave voltage signal into a voltage-to-current signal, generates an excitation signal that is a triangular wave current signal (hereinafter sometimes simply referred to as a current signal), and applies the excitation signal to the excitation coil 52. .

次に、図2は、フラックスゲート型磁気素子である磁気素子50の構成例を示す図である。
磁気素子50は、磁性体コア53に対して2系統の巻線が巻かれており、一系統の巻線で構成された検出コイル51と、他系統の巻線で構成された励磁コイル52とからなる。
Next, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a magnetic element 50 that is a fluxgate magnetic element.
In the magnetic element 50, two windings are wound around the magnetic core 53, and a detection coil 51 constituted by one winding and an exciting coil 52 constituted by another winding. Consists of.

次に、図3は、フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。図3(a)は、縦軸が電流を示し、横軸が時間を示しており、励磁コイル52に供給する励磁信号を生成する三角波電流信号の時間変化を示すグラフである。この図3(a)において、励磁コイル52に供給される三角波電流信号は、基準参照電流0Aを境にした正負の交番信号である。図3(b)は、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示しており、図3(a)の三角波電流信号による励磁コイル52に流れる励磁電流の方向の変化する(三角波電流信号の電流の極性が変化し、これにより電流信号である励磁信号(励磁電流)の電流値の極性が変化する)際に、誘導起電力によって検出コイル51に生じる検出信号(時刻t1の第1検出信号、時刻t2の第2検出信号)の時間変化を示すグラフである。   Next, FIG. 3 is a graph showing the operation principle of the fluxgate type magnetic element. FIG. 3A is a graph showing the time change of the triangular wave current signal for generating the excitation signal supplied to the excitation coil 52, with the vertical axis indicating the current and the horizontal axis indicating the time. In FIG. 3A, the triangular wave current signal supplied to the exciting coil 52 is a positive / negative alternating signal with the reference reference current 0A as a boundary. 3B, the vertical axis indicates voltage and the horizontal axis indicates time, and the direction of the excitation current flowing in the excitation coil 52 by the triangular wave current signal of FIG. The detection signal (first detection signal at time t1) generated in the detection coil 51 by the induced electromotive force when the polarity of the current changes and thereby the polarity of the current value of the excitation signal (excitation current) that is a current signal changes) , A second detection signal at time t2).

ここで、図3(a)は、定常磁界(Hex)が磁気素子50に印加されたことにより、励磁コイル52に印加される励磁電流で生成された基準電流値が、印加されている定常磁界を発生するDC電圧分、基準電流値からずれることを示している。また、この励磁電流の基準電流からの、定常磁界(Hex)によるずれに対応し、第1検出信号(時刻t1)及び第2検出信号(時刻t2)の発生タイミングが時間的にずれることを示している。
また、図3(b)から解るように、第1検出信号の時刻t1及び第2検出信号の時刻t2間の時間幅Twと、三角波の周期Tの1/2である時間T/2との差分Tdが0であれば、磁気素子50に対して定常磁界(Hex)は印加されておらず、差分Tdが正であれば負の定常磁界(Hex<0)が印加され、差分Tdが負であれば正の定常磁界(Hex>0)が印加されている。
Here, FIG. 3A shows a stationary magnetic field in which the reference current value generated by the exciting current applied to the exciting coil 52 is applied when the stationary magnetic field (Hex) is applied to the magnetic element 50. It is shown that there is a deviation from the reference current value by the DC voltage that generates In addition, the generation timing of the first detection signal (time t1) and the second detection signal (time t2) is shifted in time corresponding to the deviation due to the stationary magnetic field (Hex) from the reference current of the excitation current. ing.
Further, as can be seen from FIG. 3B, the time width Tw between the time t1 of the first detection signal and the time t2 of the second detection signal and the time T / 2 which is ½ of the period T of the triangular wave. If the difference Td is 0, no stationary magnetic field (Hex) is applied to the magnetic element 50. If the difference Td is positive, a negative stationary magnetic field (Hex <0) is applied, and the difference Td is negative. If so, a positive stationary magnetic field (Hex> 0) is applied.

図1に戻り、検出信号増幅部1011は、磁気素子50の検出コイル51の両端の電圧を、予め設定された増幅度によって増幅する。
検出信号比較部1012は、検出信号増幅部1011から供給される増幅された検出信号の電圧値と、予め定められた閾値電圧値とを比較し、第1検出信号及び第2検出信号(図3(b)参照)を検出する。
ここで、図3に示すように、第1検出信号は、負極性のパルスであり、励磁コイル52に対して印加される電圧の極性が正から負に変化する電圧領域で誘導起電力により発生する。一方、第2検出信号は、正極性のパルスであり、励磁コイル52に対して印加される励磁信号の電流の極性が負(負電流)から正(正電流)に変化する境界領域における誘導起電力により発生する。
Returning to FIG. 1, the detection signal amplifying unit 1011 amplifies the voltage across the detection coil 51 of the magnetic element 50 with a preset amplification factor.
The detection signal comparison unit 1012 compares the voltage value of the amplified detection signal supplied from the detection signal amplification unit 1011 with a predetermined threshold voltage value, and compares the first detection signal and the second detection signal (FIG. 3). (B) is detected.
Here, as shown in FIG. 3, the first detection signal is a negative pulse and is generated by the induced electromotive force in a voltage region where the polarity of the voltage applied to the exciting coil 52 changes from positive to negative. To do. On the other hand, the second detection signal is a positive pulse, and induction in the boundary region where the polarity of the current of the excitation signal applied to the excitation coil 52 changes from negative (negative current) to positive (positive current). Generated by electricity.

なお、上述の説明では、励磁コイル52に印加される励磁信号が電流信号である。つまり、図3(a)における縦軸成分が、励磁信号の電流値である。このため、図3(a)における交番信号の基準電流値は、横軸と交差する縦軸の電流値であり、0A(ゼロアンペア)となる。   In the above description, the excitation signal applied to the excitation coil 52 is a current signal. That is, the vertical axis component in FIG. 3A is the current value of the excitation signal. For this reason, the reference current value of the alternating signal in FIG. 3A is the current value on the vertical axis that intersects the horizontal axis, and is 0 A (zero amperes).

第1の実施形態においては、FB信号である帰還信号の電圧を生成する構成として、デジタル値を用いた演算によるデジタル処理で行う構成と、アナログ値を用いた演算によるアナログ処理で行う構成とのいずれでも、磁気素子制御装置110を構成することができる。以下、デジタル処理で帰還信号の電圧を生成する構成とアナログ処理で帰還電圧を生成する構成とを順番に説明する。   In the first embodiment, as a configuration for generating a voltage of a feedback signal that is an FB signal, a configuration in which digital processing is performed using a digital value and a configuration in which analog processing is performed using an analog value. In any case, the magnetic element control device 110 can be configured. Hereinafter, a configuration for generating the voltage of the feedback signal by digital processing and a configuration for generating the feedback voltage by analog processing will be described in order.

・デジタル処理で帰還信号の電圧を生成する構成
検出信号比較部1012は、第1検出信号から第2検出信号までの時間幅を計測し、この時間幅Twと三角波の周期Tの半分の時間、すなわちT/2との差分Td(=Tw−(T/2))を求め、帰還信号変換部1014に対して出力する。
帰還信号変換部1014は、検出信号比較部1012から時間情報である差分Tdが供給されると、この差分Tdから、FB信号としての帰還信号の電圧を生成する電圧情報を生成する。
ここで、帰還信号変換部1014には、差分Tdとこの差分Tdに対応したデジタル値の電圧情報との対応を示す時間電圧情報テーブルが内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
The configuration for generating the voltage of the feedback signal by digital processing The detection signal comparison unit 1012 measures the time width from the first detection signal to the second detection signal, and the time width Tw is a half time of the period T of the triangular wave. That is, a difference Td (= Tw− (T / 2)) from T / 2 is obtained and output to the feedback signal converter 1014.
When the difference Td that is time information is supplied from the detection signal comparison unit 1012, the feedback signal conversion unit 1014 generates voltage information that generates a voltage of the feedback signal as the FB signal from the difference Td.
Here, in the feedback signal conversion unit 1014, a time voltage information table indicating the correspondence between the difference Td and the voltage information of the digital value corresponding to the difference Td is written and stored in advance in the internal storage unit.

そして、帰還信号変換部1014は、この内部の記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから、供給される差分Tdに対応する電圧情報を読み出し、帰還信号調整部1013に対して出力する。例えば、電圧情報は、帰還信号の電圧値を示すデジタル値のデータである。また、電圧情報は、差分Tdの極性が付され、すなわち差分Tdが正の場合に正の極性を有し、差分tdが負の場合に負の極性を有している。したがって、磁気素子50に対して、正の極性の定常磁界(Hex)が印加されている場合、三角波電圧信号を電圧電流変換した結果の電流信号に対して、負の極性の電流の帰還電流を重畳し、一方、負の極性の定常磁界(Hex)が印加されている場合、三角波電圧信号を電圧電流変換した結果の電流信号に対して正の極性の電流の帰還電流を重畳する。   The feedback signal conversion unit 1014 reads voltage information corresponding to the supplied difference Td from the time voltage information table stored in the internal storage unit, and outputs the voltage information to the feedback signal adjustment unit 1013. For example, the voltage information is digital value data indicating the voltage value of the feedback signal. The voltage information has a polarity of the difference Td, that is, has a positive polarity when the difference Td is positive, and has a negative polarity when the difference td is negative. Therefore, when a stationary magnetic field (Hex) having a positive polarity is applied to the magnetic element 50, a feedback current of a negative polarity current is obtained with respect to the current signal resulting from the voltage-current conversion of the triangular wave voltage signal. On the other hand, when a stationary magnetic field (Hex) having a negative polarity is applied, a feedback current having a positive polarity current is superimposed on a current signal obtained by converting a triangular wave voltage signal into a voltage / current.

帰還信号調整部1013は、帰還信号変換部1014から供給される電圧情報に基づき、電圧情報の示す電圧値の帰還信号を生成し、FB信号として励磁信号調整部1016に対して出力する。
ここで、帰還信号調整部1013は、電圧情報がデジタル値であるので、例えば内部にD/A変換器を備え、供給されるデジタル値である電圧情報をD/A変換器に入力して直流電圧を得て、帰還信号として励磁信号調整部1016に対して出力する。
励磁信号調整部1016は、帰還信号調整部1013から供給されるFB信号である帰還信号を帰還電流に電圧電流変換して、内部で生成した三角波電圧信号を電圧電流変換した電流信号に重畳させ、励磁信号として励磁コイル52に対して印加する。
The feedback signal adjustment unit 1013 generates a feedback signal having a voltage value indicated by the voltage information based on the voltage information supplied from the feedback signal conversion unit 1014, and outputs the feedback signal to the excitation signal adjustment unit 1016 as an FB signal.
Here, since the voltage information is a digital value, the feedback signal adjustment unit 1013 includes, for example, a D / A converter therein, and inputs the voltage information that is the supplied digital value to the D / A converter to generate a direct current. A voltage is obtained and output to the excitation signal adjustment unit 1016 as a feedback signal.
The excitation signal adjustment unit 1016 converts the feedback signal, which is the FB signal supplied from the feedback signal adjustment unit 1013, into a feedback current, and superimposes the internally generated triangular wave voltage signal on the voltage-current converted current signal. An excitation signal is applied to the excitation coil 52.

また、励磁信号に帰還電流が重畳されている場合、検出信号比較部1012が検出する第1検出信号及び第2検出信号の時間間隔はT/2近傍にある。
このため、検出信号比較部1012は、すでに励磁信号に帰還信号が重畳されている場合、出力する時間情報として、T/2とする帰還信号と現在印加している帰還信号との誤差を示す誤差電圧となる。したがって、検出信号比較部1012は、励磁信号が印加されている場合、上述した誤差電圧を示す時間情報として差分Tdを帰還信号変換部1014に対して出力する。
When the feedback current is superimposed on the excitation signal, the time interval between the first detection signal and the second detection signal detected by the detection signal comparison unit 1012 is in the vicinity of T / 2.
Therefore, when the feedback signal is already superimposed on the excitation signal, the detection signal comparison unit 1012 uses an error indicating an error between the feedback signal to be T / 2 and the feedback signal currently applied as time information to be output. Voltage. Therefore, when the excitation signal is applied, the detection signal comparison unit 1012 outputs the difference Td to the feedback signal conversion unit 1014 as time information indicating the error voltage described above.

また、帰還信号変換部1014は、誤差電圧を示す時間情報である差分Tdが供給されると、すでに述べたように、この差分Tdに対応する電圧情報を、内部の記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから読み出し、帰還信号調整部1013に対して出力する。
また、帰還信号調整部1013は、内部に記憶部を有し、この記憶部に電圧情報が積算されて記憶され、この積算された電圧情報を用いて帰還信号の生成を行う。
ここで、帰還信号調整部1013は、差分Tdに対応する電圧情報が予め設定された設定電圧範囲内に含まれるか否かの判定を行う。
Further, when the difference Td that is time information indicating the error voltage is supplied, the feedback signal conversion unit 1014 stores the voltage information corresponding to the difference Td in the internal storage unit as described above. Read from the time voltage information table and output to the feedback signal adjustment unit 1013.
The feedback signal adjustment unit 1013 includes a storage unit therein, and voltage information is accumulated and stored in the storage unit, and a feedback signal is generated using the accumulated voltage information.
Here, the feedback signal adjustment unit 1013 determines whether or not the voltage information corresponding to the difference Td is included in a preset voltage range.

そして、帰還信号調整部1013は、この設定電圧範囲内に電圧情報が含まれていない場合、磁気素子50に対して印加されている定常磁界をキャンセルする程の影響がない電圧(測定精度以下の定常磁界を示す電圧)と判定する。
すなわち、帰還信号調整部1013は、制御の精度の誤差となり、ほぼ第1検出信号及び第2検出信号の時間幅がT/2であると判定する。このとき、帰還信号調整部1013は、この誤差範囲とされた電圧情報を、内部の記憶部の直前までの時間情報に積算せず、破棄する。
When the voltage information is not included in the set voltage range, the feedback signal adjustment unit 1013 has a voltage that does not affect the cancellation of the stationary magnetic field applied to the magnetic element 50 (less than the measurement accuracy). A voltage indicating a stationary magnetic field).
In other words, the feedback signal adjustment unit 1013 determines that the time width of the first detection signal and the second detection signal is approximately T / 2 due to an error in control accuracy. At this time, the feedback signal adjustment unit 1013 discards the voltage information within the error range without adding it to the time information until immediately before the internal storage unit.

データ信号変換部1015は、帰還信号調整部1013から供給される電圧情報を、予め設定された増幅度により増幅し、外部に対して出力する。
このデータ信号変換部1015における増幅度は、予め線形的に測定可能な範囲の帰還信号の電圧値の範囲のみをデータ信号として出力する値に設定されている。すなわち、この増幅度は、定常磁界をキャンセルする磁界と、この磁界を発生する電圧値の帰還信号とが線形性を保つ範囲のみが増幅された電圧となり、範囲外の電圧を飽和させて一定電圧とするものである。すなわち、データ信号変換部1015は、、帰還信号の電圧値とこの電圧値によって生成される磁界強度が線形性を有する帰還信号の電圧範囲外の帰還信号の電圧値が飽和する予め設定された増幅率により、帰還信号を増幅して出力する。
The data signal conversion unit 1015 amplifies the voltage information supplied from the feedback signal adjustment unit 1013 with a preset amplification factor and outputs the amplified voltage information to the outside.
The amplification degree in the data signal conversion unit 1015 is set to a value that outputs only the voltage value range of the feedback signal in a linearly measurable range in advance as a data signal. In other words, this amplification degree is a voltage obtained by amplifying only the range in which the magnetic field that cancels the stationary magnetic field and the feedback signal of the voltage value that generates this magnetic field maintain linearity, and the voltage outside the range is saturated to a constant voltage. It is what. That is, the data signal conversion unit 1015 performs a preset amplification in which the voltage value of the feedback signal is saturated with the voltage value of the feedback signal and the magnetic field strength generated by the voltage value is outside the voltage range of the feedback signal having linearity. Depending on the rate, the feedback signal is amplified and output.

磁気素子制御部111におけるオフセット電圧調整部1018は、磁気素子50に対して測定対象の定常磁界(Hex)が印加されていない状態において、第1検出信号及び第2検出信号の時間幅が基準の時間幅、例えば三角波の周期Tの半分であるT/2とからずれている場合、このずれを補正するためのオフセット電圧を発生する。このオフセット電圧は、定常磁界が0であり、磁気素子50の設置位置の周囲の環境により発生している磁界の強度に対応して、この環境による磁界をキャンセルする電圧として設定されている。
そして、オフセット電圧調整部1018は、帰還信号調整部1013から供給される帰還信号に対して、自身の発生するオフセット電圧を加算し、加算結果を新たな帰還信号として励磁信号調整部1016に対して出力する。
The offset voltage adjustment unit 1018 in the magnetic element control unit 111 is based on the time width of the first detection signal and the second detection signal in a state where the stationary magnetic field (Hex) to be measured is not applied to the magnetic element 50. When it deviates from the time width, for example, T / 2 which is half the period T of the triangular wave, an offset voltage for correcting this deviation is generated. This offset voltage has a steady magnetic field of 0, and is set as a voltage that cancels the magnetic field due to the environment corresponding to the intensity of the magnetic field generated by the environment around the installation position of the magnetic element 50.
Then, the offset voltage adjustment unit 1018 adds the offset voltage generated by itself to the feedback signal supplied from the feedback signal adjustment unit 1013, and uses the addition result as a new feedback signal to the excitation signal adjustment unit 1016. Output.

データ信号判定部104は、データ信号変換部1015から供給されるデータ信号の電圧値が予め設定したデータ範囲(出力データ指定範囲)に含まれているか否かの判定を行う。データ信号判定部104は、内部の記憶部に上記データ範囲が予め書き込まれて記憶されている。このデータ範囲は、データ信号変換部1015で増幅されて出力されるデータ信号の示す電圧値が、磁界とこの磁界を示す電圧値とが線形関係にある領域に含まれているか否かを判定する電圧値の範囲である。
ここで、データ信号判定部104は、データ信号の電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、エラーを示すデータ信号(エラー信号)を、外部の磁界強度検出装置に対して出力する。また、データ信号判定部104は、データ信号の電圧値がデータ範囲に含まれている場合、電圧値を示すデータ信号を、外部の磁界強度検出装置に対して出力する。
The data signal determination unit 104 determines whether or not the voltage value of the data signal supplied from the data signal conversion unit 1015 is included in a preset data range (output data designation range). In the data signal determination unit 104, the data range is previously written and stored in an internal storage unit. This data range determines whether or not the voltage value indicated by the data signal amplified and output by the data signal conversion unit 1015 is included in a region where the magnetic field and the voltage value indicating the magnetic field are in a linear relationship. It is a range of voltage values.
Here, when the voltage value of the data signal is not included in the data range, the data signal determination unit 104 outputs a data signal (error signal) indicating an error to the external magnetic field strength detection device. In addition, when the voltage value of the data signal is included in the data range, the data signal determination unit 104 outputs a data signal indicating the voltage value to the external magnetic field strength detection device.

したがって、このデータ信号は、定常磁界をキャンセルする磁界の強度を求める磁界電圧、すなわち定常磁界の強度を示すものである。外部にある磁界強度検出装置(不図示)は、このデータ信号示す磁界電圧の電圧値を磁界の強度に変換して、変換した磁界の強度を出力する。
ここで、磁界強度検出装置には、磁界電圧の電圧値と、この磁界電圧の電圧値に対応する磁界の強度との対応を示す磁界強度テーブルが、内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
磁界強度検出装置は、磁気素子制御装置110から供給される、データ信号の示す磁界電圧の電圧値に対応する磁界強度を、磁界強度テーブルから読み出し、定常磁界(Hex)の強度の数値とし、例えば、自身に設けられた表示部に表示する。本発明は、磁気素子制御装置110と上述した図示しない磁界強度検出装置とにより、磁気検出装置を構成する。
Therefore, this data signal indicates the magnetic field voltage for obtaining the strength of the magnetic field for canceling the stationary magnetic field, that is, the strength of the stationary magnetic field. An external magnetic field strength detection device (not shown) converts the voltage value of the magnetic field voltage indicated by the data signal into the magnetic field strength, and outputs the converted magnetic field strength.
Here, in the magnetic field strength detection device, a magnetic field strength table indicating the correspondence between the voltage value of the magnetic field voltage and the strength of the magnetic field corresponding to the voltage value of the magnetic field voltage is written and stored in advance in the internal storage unit. ing.
The magnetic field strength detection device reads out the magnetic field strength corresponding to the voltage value of the magnetic field voltage indicated by the data signal supplied from the magnetic element control device 110 from the magnetic field strength table and sets it as a numerical value of the strength of the stationary magnetic field (Hex). , Display on the display unit provided in itself. In the present invention, the magnetic element control device 110 and the magnetic field intensity detection device (not shown) described above constitute a magnetic detection device.

・アナログ処理で帰還信号の電圧を生成する構成
検出信号比較部1012は、第1検出信号と第2検出信号とを、帰還信号変換部1014に対して出力する。
帰還信号変換部1014は、第1検出信号及び第2検出信号の出力される周期(時刻t1と時刻t2との間隔、すなわち時間幅)に基づき、電圧情報としてのデューティ比を有するパルスを生成し、このパルスを電圧情報として帰還信号調整部1013に対して出力する。すなわち、帰還信号変換部1014は、電圧情報として、上記時間幅から帰還信号の電圧値を示すデューティ比を求め、この帰還信号の電圧値を示すデューティ比の矩形波を帰還信号調整部1013に対して出力する。
帰還信号調整部1013は、情報が矩形波信号で示されている場合、デューティ比に対応した直流電圧をPWM(Pulse Width Modulation)回路等により発生し、帰還信号として出力する。
Configuration for Generating Feedback Signal Voltage by Analog Processing The detection signal comparison unit 1012 outputs the first detection signal and the second detection signal to the feedback signal conversion unit 1014.
The feedback signal conversion unit 1014 generates a pulse having a duty ratio as voltage information based on the period (interval between time t1 and time t2, that is, the time width) in which the first detection signal and the second detection signal are output. The pulse is output to the feedback signal adjustment unit 1013 as voltage information. That is, the feedback signal conversion unit 1014 obtains a duty ratio indicating the voltage value of the feedback signal from the time width as voltage information, and outputs a rectangular wave having a duty ratio indicating the voltage value of the feedback signal to the feedback signal adjustment unit 1013. Output.
When the information is indicated by a rectangular wave signal, the feedback signal adjustment unit 1013 generates a DC voltage corresponding to the duty ratio by a PWM (Pulse Width Modulation) circuit or the like and outputs it as a feedback signal.

例えば、第1検出信号から第2検出信号までの時間幅が、第2検出信号から第1検出信号までの時間幅に対して長い場合、定常磁界が負である必要がある。このため、帰還信号調整部1013は、定常磁界をキャンセルする正の磁界を発生させる直流電圧の帰還信号を発生する。
一方、第2検出信号から第1検出信号までの時間幅が、第1検出信号から第2検出信号までの時間幅に対して長い場合、定常磁界が正であるため、帰還信号調整部1013は、定常磁界をキャンセルする負の磁界を発生させる直流電圧の帰還信号を発生する。
For example, when the time width from the first detection signal to the second detection signal is longer than the time width from the second detection signal to the first detection signal, the stationary magnetic field needs to be negative. Therefore, the feedback signal adjustment unit 1013 generates a DC voltage feedback signal that generates a positive magnetic field that cancels the stationary magnetic field.
On the other hand, when the time width from the second detection signal to the first detection signal is longer than the time width from the first detection signal to the second detection signal, since the stationary magnetic field is positive, the feedback signal adjustment unit 1013 is A DC voltage feedback signal that generates a negative magnetic field that cancels the stationary magnetic field is generated.

すなわち、帰還信号調整部1013は、電圧情報であるパルスが供給されると、このパルスのデューティ比に対応した電圧値の帰還信号を生成し、生成した帰還信号を励磁信号調整部1016に対して出力する。
ここで、帰還信号調整部1013は、例えば、オペアンプを用いて構成された電圧電流変換回路が設けられている。この電圧電流変換回路において、オペアンプ機能のアンプを用い、正入力と負入力の電位差がゼロに維持されるようにこのアンプが機能するため、アンプの出力から正入力への電流信号は、外部磁界と比例関係となる。そして、この電流信号に比例する信号を帰還信号として、励磁コイル52に印加することで、この帰還信号による磁界が発生し、磁気素子50内の磁性体コアに印加される磁界が一定になるように調整する。結果として、外部の定常磁界に依存せず、第1検出信号と第2検出信号の時間間隔を一定に保持することができる。
That is, when a pulse as voltage information is supplied, the feedback signal adjustment unit 1013 generates a feedback signal having a voltage value corresponding to the duty ratio of the pulse, and the generated feedback signal is sent to the excitation signal adjustment unit 1016. Output.
Here, the feedback signal adjustment unit 1013 is provided with, for example, a voltage-current conversion circuit configured using an operational amplifier. In this voltage-current converter circuit, an amplifier with an operational amplifier function is used, and this amplifier functions so that the potential difference between the positive input and the negative input is maintained at zero. Therefore, the current signal from the amplifier output to the positive input And is proportional. Then, by applying a signal proportional to the current signal as a feedback signal to the exciting coil 52, a magnetic field is generated by the feedback signal so that the magnetic field applied to the magnetic core in the magnetic element 50 becomes constant. Adjust to. As a result, the time interval between the first detection signal and the second detection signal can be kept constant without depending on the external stationary magnetic field.

励磁信号調整部1016は、デジタル処理の場合と同様に、帰還信号調整部1013から供給される帰還信号を電圧電流変換して得た帰還電流を、制御回路内部で生成した三角波電圧信号を電圧電流変換した電流信号に重畳させ、この帰還電流が重畳された励磁信号を励磁コイル52に対して印加する。
データ信号変換部1015の動作は、アナログ値を増幅する以外、デジタル処理と同様であるため、説明を省略する。
また、外部の磁界強度検出装置は、磁気素子制御装置110から供給されるアナログ値のデータ信号をA/D(Analog/Digital)変換によりデジタル値に変換し、デジタル処理で説明した動作と同様に磁界強度を求める。
As in the case of digital processing, the excitation signal adjustment unit 1016 converts a feedback current obtained by converting the feedback signal supplied from the feedback signal adjustment unit 1013 into a voltage-current, and converts a triangular wave voltage signal generated inside the control circuit into a voltage current. The excitation signal superimposed with the converted current signal is applied to the excitation coil 52 with the feedback current superimposed.
Since the operation of the data signal conversion unit 1015 is the same as that of digital processing except that the analog value is amplified, description thereof is omitted.
Further, the external magnetic field strength detection device converts the analog value data signal supplied from the magnetic element control device 110 into a digital value by A / D (Analog / Digital) conversion, and performs the same operation as described in the digital processing. Obtain the magnetic field strength.

次に、図4は、図1における励磁信号調整部1016構成例を示す図である。すなわち、図4において、励磁信号調整部1016は、磁気素子制御部111の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号から励磁信号を差動信号により生成する場合におけるフィードバック(FB)信号を電流による加算している。図4において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、この三角波信号の反転信号との差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. That is, in FIG. 4, the excitation signal adjustment unit 1016 provides feedback (FB) when the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 111 generates an excitation signal from the triangular wave signal output from the excitation signal generation unit 1017 using a differential signal. ) Signals are added by current. In FIG. 4, an excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the inverted signal of the triangular wave signal, and outputs the excitation signal from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、増幅回路20171と、反転回路20172と、抵抗20173と、増幅回路20174と、増幅器20175とを備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は、抵抗値がRfであり、抵抗20173は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20173により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。
この図4に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号の帰還電流(定常電流が付加された場合も同様)を、増幅器20175の(−)入力端子(反転入力端子)に供給する。すなわち、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力と増幅器20175の(−)入力端子との間に介挿されている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。
The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, an amplifier circuit 20171, an inverting circuit 20172, a resistor 20153, an amplifier circuit 20174, and an amplifier 20175. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistance value 20170 has a resistance value Rf, and the resistance 20153 has a resistance value R. The amplifier 20155 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20113.
In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 4, the feedback current of the FB signal (the same applies when a steady current is added) is supplied to the (−) input terminal (inverting input terminal) of the amplifier 20155. . That is, the resistor 20170 is interposed between the output of the offset voltage adjustment unit 1018 and the (−) input terminal of the amplifier 20155. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex.

次に、図5は、図1における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。すなわち、図5において、励磁信号調整部1016は、図4の場合と同様に、磁気素子制御部111の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号を電圧電流変換した電流信号に対し、FB信号を電圧電流変換した帰還電流を加算し、電流制御に用いる励磁信号を生成している。図5において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、基準電圧Vrefとの差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. That is, in FIG. 5, the excitation signal adjusting unit 1016 is a current signal obtained by converting the triangular wave signal output from the excitation signal generating unit 1017 into a voltage-current converted by the excitation signal adjusting unit 1016 of the magnetic element control unit 111, as in the case of FIG. On the other hand, a feedback current obtained by converting the FB signal into a voltage / current is added to generate an excitation signal used for current control. In FIG. 5, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the reference voltage Vref, and outputs the excitation signal from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、抵抗20176と増幅器20175とを備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は、抵抗値がRfであり、抵抗20176は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20176により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。また、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。   The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, a resistor 20176, and an amplifier 20175. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistor 20170 has a resistance value Rf, and the resistor 20176 has a resistance value R. The amplifier 20175 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20176. Further, the resistor 20170 converts the voltage of the feedback signal (feedback voltage) output from the offset voltage adjustment unit 1018 into voltage-current and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex.

この図5に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号を、増幅器20175の(−)入力端子に供給する。これにより、本実施形態における検査用回路10を用いた、磁気素子制御部111の磁気平衡方式におけるフィードバックループを形成する。抵抗20176は、電圧信号である三角波信号を電流信号に電圧電流変換し、増幅器20175の(−)入力端子に供給する。すなわち、励磁信号調整部1016は、電圧電流変換回路である。   In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 5, the FB signal is supplied to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Thus, a feedback loop in the magnetic balance method of the magnetic element control unit 111 using the inspection circuit 10 in the present embodiment is formed. The resistor 20176 converts the triangular wave signal, which is a voltage signal, into a current signal, and supplies it to the (−) input terminal of the amplifier 20175. That is, the excitation signal adjustment unit 1016 is a voltage / current conversion circuit.

図6は、図5の励磁信号調整部1016における異常発振を抑制する構成を説明する図である。この図5には、励磁信号調整部1016の3種類の構成が示されている。図6(a)は、type1の構成を示し、図5と同様である。
図6(b)は、type2の構成を示し、異常発振を抑制するためのコンデンサ20177を設けた励磁信号調整部1016の構成を示している。コンデンサ20177は、増幅器20175の出力端子と接地点との間に介挿され、位相補償用のコンデンサである。
図6(c)は、type3の構成を示し、異常発振を抑制するため、コンデンサ20177及び抵抗20178を設けた励磁信号調整部1016の構成を示している。コンデンサ20177及び抵抗20178は、増幅器20175の出力端子と接地点との間に直列接続されて介挿されている。コンデンサ20177は、位相補償用のコンデンサである。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration for suppressing abnormal oscillation in the excitation signal adjustment unit 1016 of FIG. FIG. 5 shows three types of configurations of the excitation signal adjustment unit 1016. FIG. 6A shows the configuration of type 1 and is the same as FIG.
FIG. 6B shows the configuration of type 2 and shows the configuration of the excitation signal adjustment unit 1016 provided with a capacitor 20107 for suppressing abnormal oscillation. The capacitor 20117 is inserted between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point, and is a phase compensation capacitor.
FIG. 6C shows the configuration of type 3 and shows the configuration of an excitation signal adjustment unit 1016 provided with a capacitor 20187 and a resistor 2018 to suppress abnormal oscillation. The capacitor 20107 and the resistor 20178 are inserted in series between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. The capacitor 20117 is a phase compensation capacitor.

図7は、25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形を示す図である。図7において、横軸が時間を示し、縦軸が励磁信号の振幅値を示している。図7(a)がtype1の構成の出力波形(励磁信号)を示し、図7(b)がtype2の構成の出力波形を示し、図7(c)がtype3の構成の出力波形を示している。
図6の各々の励磁信号調整部1016は、(+)入力端子(非反転入力端子)に入力される基準信号の電圧値(Vref)を、抵抗20176の抵抗値Rにより除算した電流値Iで制御される。この制御は、図5及び図6のシングルエンド信号の構成だけでなく、図4の差動信号の構成の場合も同様である。
FIG. 7 is a diagram showing an output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment unit 1016 shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amplitude value of the excitation signal. FIG. 7A shows the output waveform (excitation signal) of the configuration of type 1, FIG. 7B shows the output waveform of the configuration of type 2, and FIG. 7C shows the output waveform of the configuration of type 3. .
Each excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. 6 has a current value I obtained by dividing the voltage value (Vref) of the reference signal input to the (+) input terminal (non-inverting input terminal) by the resistance value R of the resistor 20176. Be controlled. This control is the same not only in the configuration of the single-ended signal in FIGS. 5 and 6, but also in the configuration of the differential signal in FIG.

図8は、25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形における出力線形性誤差を示す図である。図8において、横軸が印加磁場を示し、縦軸が出力線形誤差の数値を示している。図8(a)がtype1の構成の出力波形における出力線形性誤差を示し、図8(b)がtype2の構成の出力波形における出力線形性誤差を示し、図8(c)がtype3の構成の出力波形における出力線形性誤差を示している。出力線形性誤差は、印加磁場と磁気センサの出力値との対応関係を直線近似し、出力値のその直線からの距離を規格化した数値である。   FIG. 8 is a diagram showing an output linearity error in the output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment unit 1016 shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the applied magnetic field, and the vertical axis represents the numerical value of the output linear error. 8A shows the output linearity error in the output waveform of the configuration of type 1, FIG. 8B shows the output linearity error in the output waveform of the configuration of type 2, and FIG. 8C shows the output linearity error of the configuration of type 3. The output linearity error in the output waveform is shown. The output linearity error is a numerical value obtained by linearly approximating the correspondence between the applied magnetic field and the output value of the magnetic sensor, and standardizing the distance of the output value from the straight line.

図9は、125℃における図6に示す励磁信号調整部1016の励磁信号の出力波形を示す図である。図9において、横軸が時間を示し、縦軸が励磁信号の振幅を示している。図9(a)がtype2の構成の励磁信号の出力波形を示し、図9(b)がtype3の構成の励磁信号の出力波形を示している。   FIG. 9 is a diagram showing an output waveform of the excitation signal of the excitation signal adjustment unit 1016 shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amplitude of the excitation signal. FIG. 9A shows an output waveform of the excitation signal having the configuration of type 2, and FIG. 9B shows an output waveform of the excitation signal having the configuration of type 3.

図10は、25℃における図6に示す励磁信号調整部1016の増幅率の周波数依存性を示す図である。図10において、横軸が周波数を示し、縦軸がオペアンプの増幅率を示している。図10(a)がtype2の構成の周波数依存性を示し、図10(b)がtype3の構成の周波数依存性を示している。図10において、周波数fcはカット周波数である。周波数fpは共振ピークが発生する周波数である。   FIG. 10 is a diagram showing the frequency dependence of the amplification factor of the excitation signal adjusting unit 1016 shown in FIG. 6 at 25 ° C. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the amplification factor of the operational amplifier. FIG. 10A shows the frequency dependency of the configuration of type 2, and FIG. 10B shows the frequency dependency of the configuration of type 3. In FIG. 10, the frequency fc is a cut frequency. The frequency fp is a frequency at which a resonance peak occurs.

図11は、図6(c)に示すtype3の構成の励磁信号調整部1016の出力のオフセット値(オフセット出力)と温度との関係を示す図である。図11において、横軸が温度を示し、縦軸がオフセット出力(電圧値)を示している。この図11は、コンデンサ20177と直列に接続される抵抗20178の抵抗値を換え、それぞれの抵抗値の場合のオフセット出力の温度依存性を示す図である。図11において、「×」は抵抗20178の抵抗値が0Ω(抵抗を付加しないtype2と同様の構成)、「◇」は抵抗20178の抵抗値が5Ω、「□」は抵抗20178の抵抗値が10Ω、「△」は抵抗20178の抵抗値が20Ω、「○」は抵抗20178の抵抗値が30Ωである。   FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the offset value (offset output) of the output of the excitation signal adjustment unit 1016 having the type 3 configuration illustrated in FIG. 6C and the temperature. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the offset output (voltage value). FIG. 11 is a diagram showing the temperature dependence of the offset output in the case of changing the resistance value of the resistor 20178 connected in series with the capacitor 20107 and each resistance value. In FIG. 11, “×” indicates that the resistance value of the resistor 20178 is 0Ω (same configuration as type 2 without adding a resistor), “◇” indicates that the resistance value of the resistor 20178 is 5Ω, and “□” indicates that the resistance value of the resistor 20178 is 10Ω. , “Δ” indicates that the resistance value of the resistor 20178 is 20Ω, and “◯” indicates that the resistance value of the resistor 20178 is 30Ω.

差動信号の場合、図4に示すように、(+)入力端子と(−)入力端子は極性の異なる同相の交流信号が、正帰還信号、負帰還信号として供給される。
また、シングルエンド信号の場合、図5に示すように、一定の電圧値のDC電圧を基準電圧Vrefとして(+)入力端子に供給する。
増幅器20175は、出力端子からの出力信号が(−)入力端子に入力されている。増幅器20175は、増幅率が小さく、かつ位相余裕が少ない場合、異常発振が発生し易い状態となっている。
In the case of a differential signal, as shown in FIG. 4, in-phase alternating current signals having different polarities at the (+) input terminal and the (−) input terminal are supplied as a positive feedback signal and a negative feedback signal.
In the case of a single end signal, as shown in FIG. 5, a DC voltage having a constant voltage value is supplied as a reference voltage Vref to the (+) input terminal.
In the amplifier 20155, the output signal from the output terminal is input to the (−) input terminal. The amplifier 20155 is in a state where abnormal oscillation is likely to occur when the gain is small and the phase margin is small.

一般的に、オペアンプは、増幅率が0dB時の入力信号に対する出力信号の位相ずれ(以下、位相余裕と示す)が±180°以内の範囲においてできるだけ大きい方が、異常発振が抑制される特性がある。
図4に示すように、ボルテージフォロアである反転回路20172及び増幅器20175を含めて複数のオペアンプで構成された回路の場合、出力信号が等倍で(−)入力端子に負帰還信号として入力されるため、異常発振が発生し易くなる。また、ボルテージフォロアである反転回路20172と、増幅器20175とを組合わせた場合、それぞれのオペアンプの共振周波数に起因した増幅器の極大値(以下、共振ピークと示す)が発生する場合がある。
In general, an operational amplifier has a characteristic that abnormal oscillation is suppressed when the phase shift (hereinafter referred to as phase margin) of an output signal with respect to an input signal when the amplification factor is 0 dB is as large as possible within a range of ± 180 °. is there.
As shown in FIG. 4, in the case of a circuit composed of a plurality of operational amplifiers including an inverting circuit 20172 and an amplifier 20155 that are voltage followers, the output signal is input at the same magnification as a negative feedback signal to the (−) input terminal. Therefore, abnormal oscillation is likely to occur. In addition, when the inverting circuit 20172 that is a voltage follower and the amplifier 20175 are combined, the maximum value of the amplifier (hereinafter referred to as a resonance peak) due to the resonance frequency of each operational amplifier may occur.

さらに、時間分解型FG方式の場合、測定磁界範囲を拡大するためには、励磁電流をできるだけ大きくする必要がある。このため、増幅器20175の増幅率の設定値を小さくする必要があり、それにより増幅器20175における異常発振が発生し易くなる。
図7から分かるように、異常発振の対策を行っていない、図6(a)に示すtype1の構成の場合、励磁信号に異常発振の交流信号が重畳する。
Furthermore, in the case of the time-resolved FG method, in order to expand the measurement magnetic field range, it is necessary to increase the excitation current as much as possible. For this reason, it is necessary to reduce the set value of the amplification factor of the amplifier 20175, so that abnormal oscillation in the amplifier 20175 is likely to occur.
As can be seen from FIG. 7, in the case of the type 1 configuration shown in FIG. 6A in which no countermeasure against abnormal oscillation is taken, an abnormal oscillation AC signal is superimposed on the excitation signal.

このように、異常発振が交流信号である励磁信号に対して重畳した場合、励磁信号の波形の立ち上がり及び立ち下がりのスロープに歪みが発生する場合がある。
ここで、図6(a)に示す回路構成では、励磁信号生成部で任意の電圧波高値を有する交流信号を生成する。すなわち、増幅器20175により任意の周波数の発振回路が形成されている。
As described above, when the abnormal oscillation is superimposed on the excitation signal that is an AC signal, distortion may occur in the rising and falling slopes of the waveform of the excitation signal.
Here, in the circuit configuration shown in FIG. 6A, the excitation signal generator generates an AC signal having an arbitrary voltage peak value. In other words, an oscillation circuit having an arbitrary frequency is formed by the amplifier 20115.

一方、増幅器20175及び反転回路20172は、出力端子からの出力が(−)入力端子に帰還するフィードバック回路である。このため、位相余裕が小さい場合は、増幅器20175及び反転回路20172のアンプ特性に起因する発振周波数で異常発振する場合がある。この異常発振は、増幅器20175及び反転回路20172の(−)入力端子側と出力端子側との双方に伝搬する。このため、励磁信号生成部1017の交流信号にも重畳する。
特に、励磁信号が差動信号で、正信号と負信号とが別個体のオペアンプで生成された場合、正信号と負信号に対する異常発振の重畳する量及び位相が異なる場合がある。異常発振の周波数が励磁信号の周波数より大きい場合、結果として、励磁信号のスロープの線形性が劣化し、スロープが歪む場合がある。
On the other hand, the amplifier 20155 and the inverting circuit 20172 are feedback circuits in which the output from the output terminal is fed back to the (−) input terminal. For this reason, when the phase margin is small, abnormal oscillation may occur at an oscillation frequency caused by the amplifier characteristics of the amplifier 20155 and the inverting circuit 20152. This abnormal oscillation propagates to both the (−) input terminal side and the output terminal side of the amplifier 20155 and the inverting circuit 20172. For this reason, it is also superimposed on the AC signal of the excitation signal generator 1017.
In particular, when the excitation signal is a differential signal and the positive signal and the negative signal are generated by separate operational amplifiers, the amount and phase in which abnormal oscillation is superimposed on the positive signal and the negative signal may be different. When the frequency of abnormal oscillation is higher than the frequency of the excitation signal, the linearity of the slope of the excitation signal may deteriorate as a result, and the slope may be distorted.

このスロープの歪みにより、図8(a)に示すように、図6(a)に示すtype1の構成は、励磁信号の極性が反転する領域でスロープに非線形な領域がみられ、ゼロ磁界近傍のセンサ出力の出力線形性誤差が極大値を有し、磁界に対するセンサ出力の線形性が劣化する。一方、異常発振の対策を行っているtype2及びtype3の各々は、図7(b)及び図7(c)それぞれに示されるように、励磁信号の出力波形における異常発振の交流信号の重畳が抑制されていると同時にスロープに非線形な領域が見られないことが分かる。   Due to the distortion of the slope, as shown in FIG. 8A, in the configuration of type 1 shown in FIG. 6A, a non-linear region is seen in the slope in the region where the polarity of the excitation signal is reversed. The output linearity error of the sensor output has a maximum value, and the linearity of the sensor output with respect to the magnetic field deteriorates. On the other hand, as shown in FIGS. 7B and 7C, each of type 2 and type 3 taking measures against abnormal oscillation suppresses the superimposition of the abnormal oscillation AC signal in the output waveform of the excitation signal. At the same time, it can be seen that there is no nonlinear region on the slope.

上述した異常発振を抑制するため、オペアンプ(増幅器20175)単体の、ゲインの出力信号の位相差特性(ボード線図)に起因した発振を停止させる手法として、位相補償用のコンデンサ20177をオペアンプ内に設置する手法が一般的に知られている。ボード線図は、線形時不変系における伝達関数の周波数特性を表した図であり、通常はゲイン線図と位相線図の組合せで使われる。
オペアンプの出力端子に対し、位相補償用のコンデンサ20177を付加した場合、図10(b)に示すように、type2の構成においては、増幅器20175の増幅率が低減し始める周波数fc(以下、カット周波数と示す)が減少する。このため、type2の構成においては、オペアンプの位相余裕が大きくなり、異常発振の発生が抑制されるという効果がある。
In order to suppress the abnormal oscillation described above, as a method of stopping oscillation caused by the phase difference characteristic (Board diagram) of the output signal of the gain of the operational amplifier (amplifier 20175) alone, a phase compensation capacitor 20117 is provided in the operational amplifier. The installation method is generally known. A Bode diagram is a diagram showing the frequency characteristics of a transfer function in a linear time-invariant system, and is usually used as a combination of a gain diagram and a phase diagram.
When a phase compensation capacitor 20107 is added to the output terminal of the operational amplifier, as shown in FIG. 10B, in the type 2 configuration, the frequency fc (hereinafter, cut frequency) at which the amplification factor of the amplifier 20175 starts to decrease. Decrease). For this reason, in the configuration of type 2, there is an effect that the phase margin of the operational amplifier is increased and the occurrence of abnormal oscillation is suppressed.

また、上述した増幅器20175の出力端子以外に、コンデンサ20177を接続することにより異常発振を抑制することも可能である。増幅器20175への他の接続箇所は、以下に示す3カ所が考えられる。増幅器20175の出力端子にコンデンサ20177を付加する構成を含め、以下のa、b、cのすべての構成において位相余裕を大きくすることができる。
a.増幅器20175の(−)入力端子及び(+)入力端子間にコンデンサ20177を接続する。
b.増幅器20175の(−)入力端子と接地点との間にコンデンサ20177を介挿する。
c.増幅器20175の出力端子と接地点との間にコンデンサ20177を介挿する。
In addition, it is possible to suppress abnormal oscillation by connecting a capacitor 20107 in addition to the output terminal of the amplifier 20175 described above. As other connection points to the amplifier 20155, the following three locations are conceivable. Including the configuration in which the capacitor 20117 is added to the output terminal of the amplifier 20155, the phase margin can be increased in all of the following configurations a, b, and c.
a. A capacitor 20117 is connected between the (−) input terminal and the (+) input terminal of the amplifier 20075.
b. A capacitor 20117 is inserted between the (−) input terminal of the amplifier 20155 and the ground point.
c. A capacitor 20117 is inserted between the output terminal of the amplifier 20115 and the ground point.

励磁コイル52(励磁コイル52の抵抗成分として抵抗500と示す場合がある)は、増幅器20175の(−)入力端子と出力端子との間に接続される。このため、励磁信号生成部1017と増幅器20175とが集積回路化されている場合、構成bと構成cとの適用が可能である。
図6(b)に示すtype2の場合、集積回路の励磁コイル接続端子とグラウンドとの間に適切な容量値のコンデンサ20177を接続する。
この結果、図7(b)に示すように、図7(a)のtype1の励磁信号に比較して、励磁信号に重畳する異常発振が抑制される。
そして、異常発振の発生が抑制されるとともに、図7(b)のtype2に示すように励磁信号のスロープ上の歪みが緩和される。このスロープ上の歪みが緩和されることにより、結果として、図8(b)に示されるように、type2の構成において、ゼロ磁界付近のセンサ出力の線形性誤差の極大値が減少するという効果がある。
Excitation coil 52 (which may be indicated as resistance 500 as the resistance component of excitation coil 52) is connected between the (−) input terminal and output terminal of amplifier 20155. For this reason, when the excitation signal generation unit 1017 and the amplifier 20175 are integrated, the configuration b and the configuration c can be applied.
In the case of type 2 shown in FIG. 6B, a capacitor 20117 having an appropriate capacitance value is connected between the exciting coil connection terminal of the integrated circuit and the ground.
As a result, as shown in FIG. 7B, abnormal oscillation superimposed on the excitation signal is suppressed as compared with the excitation signal of type 1 in FIG.
And generation | occurrence | production of abnormal oscillation is suppressed and distortion on the slope of an excitation signal is relieve | moderated as shown to type2 of FIG.7 (b). By reducing the distortion on the slope, as a result, as shown in FIG. 8B, the maximum value of the linearity error of the sensor output in the vicinity of the zero magnetic field is reduced in the configuration of type 2. is there.

ただし、コンデンサ20177を付加することにより、増幅器20175のカット周波数が小さくなる。これにより、カット周波数が励磁信号の周波数に近づいた場合、励磁信号の出力波形のスロープの線形性が悪くなり、結果として、センサ出力の線形性誤差が大きくなってしまう。
また、温度上昇により、コンデンサ20177の容量値が減少した場合、位相余裕が小さくなり、図9(a)に示すように、type2の構成において、高温(125℃)で増幅器20175に異常発振が発生する場合がある。
However, by adding the capacitor 20117, the cut frequency of the amplifier 20155 is reduced. Thereby, when the cut frequency approaches the frequency of the excitation signal, the linearity of the slope of the output waveform of the excitation signal is deteriorated, and as a result, the linearity error of the sensor output is increased.
Further, when the capacitance value of the capacitor 20117 decreases due to the temperature rise, the phase margin becomes small, and abnormal oscillation occurs in the amplifier 20175 at a high temperature (125 ° C.) in the configuration of type 2 as shown in FIG. There is a case.

そこで、コンデンサ20177の容量値を大きくすることで、高温においても異常発振が抑制される。しかしながら、カット周波数fcが低下するために、励磁信号のゲインも低下するという問題がある。したがって、増幅器20175のカット周波数は低下するが、多段のオペアンプ構成での共振ピークの発生を抑制するためには、共振ピークが発生する周波数fpにおける増幅率を0dB以下に設定する必要がある。   Therefore, by increasing the capacitance value of the capacitor 20117, abnormal oscillation is suppressed even at high temperatures. However, since the cut frequency fc is lowered, there is a problem that the gain of the excitation signal is also lowered. Therefore, although the cut frequency of the amplifier 20155 is reduced, in order to suppress the generation of resonance peaks in a multi-stage operational amplifier configuration, it is necessary to set the amplification factor at the frequency fp at which resonance peaks occur to 0 dB or less.

共振ピークが発生する周波数fpにおける増幅率を0dB以下とする状態として、図10(c)に示すように、type3の構成により得られるラグリード特性で実現することは効果的である。ラグリード特性を得る手法として、図6(c)に示すtype3の構成のように、コンデンサ20177に対して抵抗20178を直列に接続した上で接地する構成がある。すなわち、増幅器20175の出力端子と接地点との間に、コンデンサ20177及び抵抗20178を直列接続した直列回路を介挿する。   As shown in FIG. 10C, it is effective to realize the lag lead characteristic obtained by the configuration of type 3 as a state where the amplification factor at the frequency fp at which the resonance peak occurs is 0 dB or less. As a method of obtaining the lag lead characteristics, there is a configuration in which a resistor 20178 is connected in series to a capacitor 20107 and then grounded as in the configuration of type 3 shown in FIG. That is, a series circuit in which a capacitor 20107 and a resistor 2018 are connected in series is inserted between the output terminal of the amplifier 20155 and the ground point.

図10(c)に示すように、type3の構成の増幅器20175は、高周波数域での増幅率の低下をtype2に比較して抑制し、かつ、共振ピークにおける増幅率を0dB以下とすることができる。ここで、増幅器20175の出力端子に付加するコンデンサ20177に対し、適切な抵抗値の抵抗20178を直列接続することにより、良好なラグリード特性を得られることを確認した。
また、図6(c)に示すtype3の構成において、増幅器20175の出力端子に対し、コンデンサ20177及び抵抗2017の直列接続を付加している。このtype3の回路構成により、図9(b)に示すように、高温域(125℃)での異常発振の発生が、図9(a)に示すtype2に比較して抑制されていることが分かる。
As shown in FIG. 10 (c), the amplifier 20105 having the configuration of type 3 suppresses a decrease in the amplification factor in the high frequency region as compared with type 2, and the amplification factor at the resonance peak is set to 0 dB or less. it can. Here, it was confirmed that good lag lead characteristics can be obtained by connecting a resistor 20178 having an appropriate resistance value in series with a capacitor 201077 added to the output terminal of the amplifier 20175.
Further, in the configuration of type 3 shown in FIG. 6C, a series connection of a capacitor 20117 and a resistor 2017 is added to the output terminal of the amplifier 20155. With this type 3 circuit configuration, as shown in FIG. 9B, it can be seen that the occurrence of abnormal oscillation in the high temperature range (125 ° C.) is suppressed compared to type 2 shown in FIG. 9A. .

一方、図11に示すように、コンデンサ20177の容量値を一定とし、抵抗20178の抵抗値を変化させた場合、抵抗20178の抵抗値により、センサ出力のオフセット温度特性が変化する。抵抗20178の抵抗値をを増加させると、低温度域のオフセットが大きく変化する。一方、特定の温度以上のオフセットは、ほとんど変化しないことが、図11による結果から分かった。
ここで、抵抗20178の抵抗値を大きくすると、この抵抗値により接地点に流れる電流量が減少するため、励磁信号に重畳するオフセットが減少する。
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the capacitance value of the capacitor 201077 is made constant and the resistance value of the resistor 20178 is changed, the offset temperature characteristic of the sensor output changes depending on the resistance value of the resistor 20178. When the resistance value of the resistor 20178 is increased, the offset in the low temperature region changes greatly. On the other hand, it was found from the results shown in FIG. 11 that the offset above a specific temperature hardly changes.
Here, when the resistance value of the resistor 20178 is increased, the amount of current flowing to the grounding point is reduced due to this resistance value, so that the offset superimposed on the excitation signal is reduced.

抵抗20178の抵抗値には、温度依存性があるが、抵抗20178に流れる電流量と励磁信号のオフセット電圧とに相関がある。このため、抵抗20178の抵抗値を大きくすることにより、オフセットの温度変化が低減したと考えられる。
したがって、適正定数のコンデンサ20177と抵抗20178とを接続することにより、図11に示されるように、高温度領域のオフセット値に対し、低温度領域のオフセット値を近づけることで可能である。この結果、磁気センサの使用温度領域における全ての温度範囲において、磁気センサの出力値におけるオフセット変化を小さくすることができる。すでに記載したが、図11において、横軸が温度を示し、縦軸がオフセット出力(電圧値)を示している。
Although the resistance value of the resistor 20178 has temperature dependence, there is a correlation between the amount of current flowing through the resistor 20178 and the offset voltage of the excitation signal. For this reason, it is considered that the temperature change of the offset is reduced by increasing the resistance value of the resistor 20178.
Therefore, it is possible to connect the offset value in the low temperature region closer to the offset value in the high temperature region as shown in FIG. As a result, the change in offset in the output value of the magnetic sensor can be reduced in all temperature ranges in the operating temperature range of the magnetic sensor. As described above, in FIG. 11, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the offset output (voltage value).

図6(c)に示すtype3の構成においては、増幅器20175の出力端子に対して、コンデンサ20177及び抵抗20178を接続する例を示している。
しかしながら、高温度領域での異常発振の発生の抑制と、オフセット値の温度変化の調整を目的とした場合、増幅器20175の(−)入力端子、または、増幅器20175の出力端子と、増幅器20175の(−)入力端の双方に、コンデンサ20177とと抵抗20178を接続した構成としても良い。
また、図4に示す磁気素子制御部111の励磁信号調整部1016においても、上述した構成bと構成cとに対応するように、増幅器20175に対して、コンデンサ20177及び抵抗20178を直列接続した直列回路を付加する。
In the configuration of type 3 shown in FIG. 6C, an example in which a capacitor 20107 and a resistor 20178 are connected to the output terminal of the amplifier 20175 is shown.
However, for the purpose of suppressing the occurrence of abnormal oscillation in a high temperature region and adjusting the temperature change of the offset value, the (−) input terminal of the amplifier 20175 or the output terminal of the amplifier 20175 and the ( -) It is good also as a structure which connected the capacitor | condenser 201077 and the resistor 20178 to both the input terminals.
Further, in the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 111 shown in FIG. Add a circuit.

したがって、本実施形態における励磁信号調整部1016は、図12あるいは図13に示す構成となる。図12は、第1の実施形態における励磁信号調整部1016の構成例を示す図である。図13は、第1の実施形態における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。図12及び図13の各々において、増幅器20175の出力端子と接地点との間に、コンデンサ20177及び抵抗20178が直列接続された直列回路が介挿されている。また、図12及び図13の各々は、図4、図5それぞれと同様の構成には同一の符号を付してある。   Therefore, the excitation signal adjustment unit 1016 in the present embodiment has the configuration shown in FIG. 12 or FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in the first embodiment. FIG. 13 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 according to the first embodiment. In each of FIGS. 12 and 13, a series circuit in which a capacitor 20107 and a resistor 2018 are connected in series is interposed between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. In addition, in each of FIGS. 12 and 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those in FIGS. 4 and 5.

上述したように、本実施形態は、カット周波数を励磁信号の周波数と異常発振の周波数の間に設定し、かつ、ラグリード特性を狙った増幅器20175の外部接続回路として、コンデンサ20177及び抵抗20178を、増幅器20175の出力端子と接地点と間に直列接続している。この構成により、本実施形態によれば、高温度領域まで、異常発振を抑制できるため、交流信号である励磁信号に対し、励磁信号より高い周波数の異常発振が重畳することを抑制することができる。この結果、励磁信号のスロープの歪みを防止し、スロープの線形性が良好となる。また、本実施形態によれば、コンデンサ20177の容量値と、抵抗20178の抵抗値を調整し、接地点へ流れる電流量を抑制することにより、幅広い温度範囲におけるオフセット出力の変化量を低減することができる。   As described above, the present embodiment sets the cut frequency between the frequency of the excitation signal and the frequency of abnormal oscillation, and the capacitor 20177 and the resistor 20178 as an external connection circuit of the amplifier 20175 aimed at the lag lead characteristic. The amplifier 20105 is connected in series between the output terminal and the grounding point. With this configuration, according to the present embodiment, abnormal oscillation can be suppressed up to a high temperature region, so that it is possible to suppress the abnormal oscillation having a higher frequency than the excitation signal from being superimposed on the excitation signal that is an AC signal. . As a result, the slope of the excitation signal is prevented from being distorted, and the slope linearity is improved. In addition, according to the present embodiment, the amount of change in the offset output in a wide temperature range can be reduced by adjusting the capacitance value of the capacitor 20117 and the resistance value of the resistor 20178 and suppressing the amount of current flowing to the ground point. Can do.

上述した構成により、本実施形態によれば、帰還信号を励磁信号に重畳させ、この励磁信号を励磁コイル52に印加するため、磁気比例式で一般的に用いる磁気素子を利用することができ、従来の時間分解型の磁気平衡式による磁界強度の測定で使用するFBコイルが設けられた磁気素子に比較して安価かつ小型の磁気検出装置を構成することが可能となる。ここで、磁気素子を小型化するのみでなく、磁気素子のサイズが磁気平衡式と同等の場合、FBコイルの領域を用い、励磁コイルや検出コイルの巻数を増加させることにより、励磁効率の増加によって、さらに定常磁界の測定範囲を広げたり、検出コイルにおける検出信号のS/N(Signal/Noise)比を向上させることができる。
また、本実施形態は、カット周波数を励磁信号の周波数と異常発振の周波数の間に設定し、かつ、ラグリード特性を狙った増幅器20175の外部接続回路として、コンデンサ20177及び抵抗20178を、増幅器20175の出力端子と接地点と間に直列接続している。この構成により、本実施形態によれば、高温度領域まで、異常発振を抑制できるため、交流信号である励磁信号に対し、励磁信号より高い周波数の異常発振が重畳することを抑制することができる。この結果、励磁信号のスロープの歪みを防止し、スロープの線形性が良好となる。また、本実施形態によれば、コンデンサ20177の容量値と、抵抗20178の抵抗値を調整し、接地点へ流れる電流量を抑制することにより、幅広い温度範囲におけるオフセット出力の変化量を低減することができる。
また、上述した本実施形態の構成は、FBコイルを用いずに、帰還信号を励磁信号に重畳させ、磁界平衡式測定を行ている。しかしながら、FBコイルに帰還信号(電流信号)を印加し、磁界平衡式測定を行うFBコイルFB制御の構成においても、本実施形態と号用に、励磁コイルに励磁電流を流す励磁信号調整部において、ラグリード特性を狙った海図接続回路として、本実施形態におけるコンデンサ20177及び抵抗20178を、励磁コイルに励磁電流(交流信号)を印加する増幅器の出力端子と接地点と間に直列接続することにより、本実施形態と同様に、励磁信号より高い周波数の異常発振が重畳することを抑制することができる。
With the configuration described above, according to the present embodiment, the feedback signal is superimposed on the excitation signal, and this excitation signal is applied to the excitation coil 52. Therefore, a magnetic element generally used in a magnetic proportional expression can be used. Compared to the conventional magnetic element provided with the FB coil used in the measurement of the magnetic field strength by the time-resolved magnetic balance type, it is possible to configure an inexpensive and small-sized magnetic detection device. Here, in addition to reducing the size of the magnetic element, when the size of the magnetic element is equivalent to the magnetic balance type, the excitation efficiency is increased by using the FB coil region and increasing the number of excitation coils and detection coils. Thus, the measurement range of the stationary magnetic field can be further expanded, and the S / N (Signal / Noise) ratio of the detection signal in the detection coil can be improved.
Further, in the present embodiment, the cut-off frequency is set between the frequency of the excitation signal and the frequency of abnormal oscillation, and as an external connection circuit of the amplifier 20175 aiming at the lag lead characteristics, a capacitor 20107 and a resistor 20178 are provided. It is connected in series between the output terminal and the grounding point. With this configuration, according to the present embodiment, abnormal oscillation can be suppressed up to a high temperature region, so that it is possible to suppress the abnormal oscillation having a higher frequency than the excitation signal from being superimposed on the excitation signal that is an AC signal. . As a result, the slope of the excitation signal is prevented from being distorted, and the slope linearity is improved. In addition, according to the present embodiment, the amount of change in the offset output in a wide temperature range can be reduced by adjusting the capacitance value of the capacitor 20117 and the resistance value of the resistor 20178 and suppressing the amount of current flowing to the ground point. Can do.
The configuration of the present embodiment described above performs magnetic field balance measurement by superimposing the feedback signal on the excitation signal without using the FB coil. However, even in the configuration of the FB coil FB control in which a feedback signal (current signal) is applied to the FB coil and the magnetic field balance type measurement is performed, in the excitation signal adjustment unit for supplying the excitation current to the excitation coil for this embodiment and the issue As a nautical chart connection circuit aiming at lag lead characteristics, the capacitor 20107 and the resistor 20178 in this embodiment are connected in series between an output terminal of an amplifier that applies an excitation current (AC signal) to an excitation coil and a ground point. Similar to the present embodiment, it is possible to suppress the superposition of abnormal oscillation with a frequency higher than that of the excitation signal.

また、本発明によれば、磁気比例式で一般的に用いる磁気素子を利用しているが、磁気比例式による磁界検出の場合に比較して、磁気素子に印加される定常磁界の強度の範囲を広くとることが可能となる。
また、本発明によれば、三角波電圧信号に対してFB信号として帰還信号を重畳しているため、従来のFBコイルに対して電流としてFB信号を印加する場合に比較して、定電流(FB信号)を生成する際の差動信号の基準電圧の時間変動を安定化させることができ、出力されるデータ信号の時間変動を抑制することができる。
In addition, according to the present invention, the magnetic element generally used in the magnetic proportional expression is used, but the range of the strength of the stationary magnetic field applied to the magnetic element as compared with the case of magnetic field detection by the magnetic proportional expression. Can be taken widely.
In addition, according to the present invention, since the feedback signal is superimposed as the FB signal on the triangular wave voltage signal, the constant current (FB) is compared with the case where the FB signal is applied as the current to the conventional FB coil. The time variation of the reference voltage of the differential signal when generating the signal) can be stabilized, and the time variation of the output data signal can be suppressed.

また、本発明によれば、励磁信号生成部1017が三角波を生成する際、生成に用いるオペアンプの特性に起因し、基準電位近傍の非線形領域(以下、クロスオーバー歪みとする)を回避するために、検出信号(第1検出信号、第2検出信号)の時間間隔をFB制御により補正することが可能である。
例えば、磁気平衡となったタイミングを正確に判定するため、予め三角波電圧信号にオフセットを与え、基準電位がクロスオーバー歪みを有さない三角波の領域と交差するように調整する。FBコイルを用いた磁気平衡式においても、上述したクロスオーバー歪みを回避する制御を行うことは可能であるが、FB信号として用いる帰還電流を、一旦、電圧信号である帰還信号に変換する必要があるため、定電流制御ではなくなる。結果として、磁気素子50の温度により磁界強度の検出の精度が劣化することになる。
Further, according to the present invention, when the excitation signal generation unit 1017 generates a triangular wave, a nonlinear region near the reference potential (hereinafter referred to as crossover distortion) due to the characteristics of the operational amplifier used for generation is avoided. The time interval of the detection signals (first detection signal, second detection signal) can be corrected by FB control.
For example, in order to accurately determine the timing at which the magnetic equilibrium is reached, an offset is given to the triangular wave voltage signal in advance, and the reference potential is adjusted so as to cross a triangular wave region having no crossover distortion. Even in the magnetic balance type using the FB coil, it is possible to perform control to avoid the above-described crossover distortion. However, it is necessary to once convert the feedback current used as the FB signal into a feedback signal that is a voltage signal. Therefore, constant current control is not performed. As a result, the accuracy of detecting the magnetic field strength is deteriorated depending on the temperature of the magnetic element 50.

次に、図1及び図14を用いて、本実施形態における磁気素子制御装置110の動作の説明を行う。図14は、本第1の実施形態における磁気素子制御装置110の動作例を示すフローチャートである。第1の実施形態においては、デジタル処理により帰還信号を生成する構成の場合で説明する。また、アナログ処理により帰還信号を生成する構成についても、図14のフローチャートの動作により同様に行うことができる。   Next, the operation of the magnetic element control device 110 in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 14. FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation example of the magnetic element control device 110 according to the first embodiment. In the first embodiment, a case where a feedback signal is generated by digital processing will be described. The configuration for generating the feedback signal by analog processing can be similarly performed by the operation of the flowchart of FIG.

ステップS1:
検出信号増幅部1011は、検出コイル51の両端の電圧を増幅し、検出信号比較部1012へ出力する。
そして、検出信号比較部1012は、第1検出信号の検出された時刻t1及び第2検出信号が検出された時刻t2間の時間幅Twから、基準の時間幅であるT/2を減算し、減算結果の差分Tdを帰還信号変換部1014に対して時間情報として出力する。また、この時間情報をデジタル値に変換する場合、TDC(Time to Digital Converter)等を用いることが望ましい。
Step S1:
The detection signal amplification unit 1011 amplifies the voltage across the detection coil 51 and outputs the amplified voltage to the detection signal comparison unit 1012.
Then, the detection signal comparison unit 1012 subtracts the reference time width T / 2 from the time width Tw between the time t1 when the first detection signal is detected and the time t2 when the second detection signal is detected, The difference Td of the subtraction result is output as time information to the feedback signal converter 1014. Moreover, when this time information is converted into a digital value, it is desirable to use TDC (Time to Digital Converter) or the like.

ステップS2:
次に、帰還信号変換部1014は、供給される時間情報である差分Tdに対応した帰還信号の電圧値を示す電圧情報を、記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから読み出す。
そして、帰還信号変換部1014は、読み出した電圧情報を、帰還信号調整部1013に対して出力する。
Step S2:
Next, the feedback signal conversion unit 1014 reads voltage information indicating the voltage value of the feedback signal corresponding to the difference Td, which is the supplied time information, from the time voltage information table stored in the storage unit.
Then, the feedback signal conversion unit 1014 outputs the read voltage information to the feedback signal adjustment unit 1013.

ステップS3:
次に、帰還信号変換部1014は、内部の記憶部に記憶されている直前の帰還(FB)信号が示す電圧情報を読み出す。この直前の帰還信号は、電圧電流変換され帰還電流として、現在の三角波電圧信号を電圧電流変化した電流信号に重畳されている。
そして、帰還信号変換部1014は、記憶部から読み出した電圧情報に対して、検出信号から供給される電圧情報を加算する。
帰還信号変換部1014は、加算結果の電圧情報に基づいて、この電圧情報の示す電圧値を有する帰還信号を生成し、オフセット電圧調整部1018に対して出力する。
また、帰還信号変換部1014は、加算結果の電圧情報を新たな直前の電圧情報として、内部の記憶部に書き込んで記憶させ、かつこの電圧情報(デジタル値)をデータ信号変換部1015に対して出力する。
Step S3:
Next, the feedback signal converter 1014 reads voltage information indicated by the immediately preceding feedback (FB) signal stored in the internal storage unit. The immediately preceding feedback signal is voltage-to-current converted and superimposed as a feedback current on the current signal obtained by changing the current triangular wave voltage signal.
Then, the feedback signal conversion unit 1014 adds the voltage information supplied from the detection signal to the voltage information read from the storage unit.
The feedback signal conversion unit 1014 generates a feedback signal having a voltage value indicated by the voltage information based on the voltage information of the addition result, and outputs the feedback signal to the offset voltage adjustment unit 1018.
Further, the feedback signal conversion unit 1014 writes and stores the voltage information of the addition result as new immediately previous voltage information in the internal storage unit, and stores this voltage information (digital value) to the data signal conversion unit 1015. Output.

ステップS4:
次に、オフセット電圧調整部1018は、供給される帰還信号に対して、自身の生成したオフセット電圧を加算し、新たな帰還信号として励磁信号調整部1016に対して出力する。
また、オフセット電圧調整部1018は、内部の記憶部に記憶されている、オフセット電圧を示すデジタル値であるオフセット情報を、データ信号変換部1015に対して出力する。
そして、励磁信号調整部1016は、クロック信号調整部103の出力するクロック信号に同期した三角波電圧信号を電圧電流変換し電流信号を生成し、オフセット電圧調整部1018から供給される帰還信号を電圧電流変換した帰還電流を重畳し、励磁信号として励磁コイル52に対して印加する。
Step S4:
Next, the offset voltage adjusting unit 1018 adds the offset voltage generated by itself to the supplied feedback signal, and outputs the added feedback signal to the excitation signal adjusting unit 1016 as a new feedback signal.
The offset voltage adjustment unit 1018 outputs offset information, which is a digital value indicating the offset voltage, stored in the internal storage unit, to the data signal conversion unit 1015.
Then, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the triangular wave voltage signal synchronized with the clock signal output from the clock signal adjustment unit 103 into a voltage-current converter, generates a current signal, and converts the feedback signal supplied from the offset voltage adjustment unit 1018 into the voltage current. The converted feedback current is superimposed and applied to the excitation coil 52 as an excitation signal.

ステップS5:
次に、データ信号変換部1015は、帰還信号調整部1013より供給される電圧情報から、オフセット電圧調整部1018より供給されるオフセット情報を減算し、減算結果を新たな電圧情報とする。
そして、データ信号変換部1015は、減算結果の電圧情報を予め設定した増幅度により増幅し、増幅結果をデータ信号としてデータ信号判定部104に対して出力する。
Step S5:
Next, the data signal conversion unit 1015 subtracts the offset information supplied from the offset voltage adjustment unit 1018 from the voltage information supplied from the feedback signal adjustment unit 1013, and sets the subtraction result as new voltage information.
Then, the data signal conversion unit 1015 amplifies the voltage information of the subtraction result with a preset amplification degree, and outputs the amplification result to the data signal determination unit 104 as a data signal.

ステップS6:
次に、データ信号判定部104は、データ信号の示す電圧値が予め設定されているデータ範囲に含まれているか否かの判定を行う。
このとき、データ信号判定部104は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれている場合、処理をステップS7へ進め、一方、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、処理をステップS8へ進める。
Step S6:
Next, the data signal determination unit 104 determines whether or not the voltage value indicated by the data signal is included in a preset data range.
At this time, when the voltage value indicated by the data signal is included in the data range, the data signal determination unit 104 proceeds with the process to step S7, while when the voltage value indicated by the data signal is not included in the data range. Then, the process proceeds to step S8.

ステップS7:
次に、データ信号判定部104は、データ信号がデータ範囲に含まれているため、このデータ信号をそのまま、外部に配置された磁界強度検出装置に対して出力する。
そして、外部の磁界強度検出装置は、供給されたデータ信号の示す電圧値に対応した磁界強度を、内部の記憶部に記憶された磁界強度テーブルから読み出し、自身の表示部に読み出した磁界強度を表示する。
Step S7:
Next, since the data signal is included in the data range, the data signal determination unit 104 outputs the data signal as it is to a magnetic field strength detection device arranged outside.
Then, the external magnetic field strength detection device reads the magnetic field strength corresponding to the voltage value indicated by the supplied data signal from the magnetic field strength table stored in the internal storage unit, and reads the magnetic field strength read to its own display unit. indicate.

ステップS8:
一方、データ信号判定部104は、データ信号がデータ範囲に含まれていないため、このデータ信号を破棄し、エラー信号を外部に配置された磁界強度検出装置に対して出力する。
このとき、この磁界強度検出装置は、例えば、エラー信号が供給されると自身の表示部に、測定範囲を超えていることをユーザに対して通知する情報を表示する。
電源が供給されると、磁気素子制御装置110は、上述した図5に示すフローチャートに従い、ステップS1からステップS8の処理を行う。
Step S8:
On the other hand, since the data signal is not included in the data range, the data signal determination unit 104 discards the data signal and outputs an error signal to the magnetic field strength detection device arranged outside.
At this time, for example, when an error signal is supplied, the magnetic field intensity detection device displays information for notifying the user that the measurement range is exceeded on its own display unit.
When power is supplied, the magnetic element control device 110 performs the processing from step S1 to step S8 according to the flowchart shown in FIG.

ここで、測定対象の磁界強度を測定する際、測定対象の磁界が無い状態において、上述したステップS1からステップS8の測定を行い、得られた測定値をオフセット電圧調整部1018に対して設定する。
そして、オフセット電圧をオフセット電圧調整部1018に設定した後、測定対象の磁界強度の測定を、ステップS1からステップS8の処理により行う。
また、磁気素子制御装置110に対して電源が投入された際、帰還信号調整部1013は、内部の記憶部にある電圧情報の積算されたデータをリセットし、初期値として0を書き込む。
Here, when measuring the magnetic field strength of the measurement target, the measurement from step S1 to step S8 described above is performed in a state where there is no magnetic field to be measured, and the obtained measurement value is set to the offset voltage adjustment unit 1018. .
And after setting an offset voltage to the offset voltage adjustment part 1018, the measurement of the magnetic field intensity of a measuring object is performed by the process of step S1 to step S8.
Further, when the magnetic element control device 110 is powered on, the feedback signal adjustment unit 1013 resets the accumulated data of the voltage information in the internal storage unit and writes 0 as the initial value.

<第2の実施形態>
図15を参照して、本発明の第2の実施形態における磁気素子制御装置210の説明を行う。図15は、本第2の実施形態による磁気素子制御装置210の構成例を示す図である。第1の実施形態と同様の構成には同一の符号を付してある。図15において、磁気素子制御装置210は、磁気素子制御部112と、クロック信号生成部102と、クロック信号調整部103と、データ信号判定部104とを備えている。本実施形態による磁気素子制御装置210は、検出コイル51及び励磁コイル52からなるフラックスゲート型の磁気素子50に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、励磁コイル52に対して印加する励磁信号を制御する。
<Second Embodiment>
With reference to FIG. 15, the magnetic element control apparatus 210 in the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of the magnetic element control device 210 according to the second embodiment. The same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment. In FIG. 15, the magnetic element control device 210 includes a magnetic element control unit 112, a clock signal generation unit 102, a clock signal adjustment unit 103, and a data signal determination unit 104. The magnetic element control device 210 according to the present embodiment uses the time-resolved magnetic balance type to detect the strength of the steady magnetic field applied to the fluxgate type magnetic element 50 including the detection coil 51 and the excitation coil 52. The excitation signal applied to the coil 52 is controlled.

磁気素子制御部112は、検出信号増幅部1011、検出信号比較部1012、帰還信号調整部1013、帰還信号変換部1014、データ信号変換部1015、励磁信号調整部1016、励磁信号生成部1017及び調整信号生成部1100を備えている。
本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1の実施形態におけるオフセット電圧調整部が無くなり、新たに調整信号生成部110が設けられている点である。以下、その異なる構成及び動作を説明する。
The magnetic element control unit 112 includes a detection signal amplification unit 1011, a detection signal comparison unit 1012, a feedback signal adjustment unit 1013, a feedback signal conversion unit 1014, a data signal conversion unit 1015, an excitation signal adjustment unit 1016, an excitation signal generation unit 1017, and an adjustment. A signal generation unit 1100 is provided.
This embodiment is different from the first embodiment in that the offset voltage adjustment unit in the first embodiment is eliminated and an adjustment signal generation unit 110 is newly provided. The different configurations and operations will be described below.

次に、図16は、 図15における励磁信号調整部1016及び調整信号生成部1100の構成例を示す図である。この図16において、励磁信号調整部1016は、磁気素子制御部112の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号を電圧電流変換した電流信号に対し、FB信号を電圧電流変換した帰還電流を加算し、電流制御に用いる励磁信号を生成している。図16において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、この三角波信号の反転信号との差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 and the adjustment signal generation unit 1100 in FIG. In FIG. 16, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the FB signal into a voltage-to-current conversion with respect to the current signal obtained by converting the triangular wave signal output from the excitation signal generation unit 1017 by the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 112. The added feedback current is added to generate an excitation signal used for current control. In FIG. 16, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the inverted signal of this triangular wave signal, and outputs it from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、増幅回路20171と、反転回路20172と、抵抗20173と、増幅回路20174と、増幅器20175、コンデンサ20177、抵抗20178を備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は、抵抗値がRfであり、抵抗20173は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20173により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。
この図16に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号の帰還電流(定常電流が付加された場合も同様)を、増幅器20175の(−)入力端子(反転入力端子)に供給する。すなわち、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力と増幅器20175の(−)入力端子との間に介挿されている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。すなわち、励磁信号調整部1016は、電圧電流変換回路である。
The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, an amplifier circuit 20171, an inverting circuit 20172, a resistor 20153, an amplifier circuit 20174, an amplifier 20175, a capacitor 20107, and a resistor 20178. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistance value 20170 has a resistance value Rf, and the resistance 20153 has a resistance value R. The amplifier 20155 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20113.
In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 16, the feedback current of the FB signal (the same applies when a steady current is added) is supplied to the (−) input terminal (inverting input terminal) of the amplifier 20155. . That is, the resistor 20170 is interposed between the output of the offset voltage adjustment unit 1018 and the (−) input terminal of the amplifier 20155. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex. That is, the excitation signal adjustment unit 1016 is a voltage / current conversion circuit.

増幅器20175は、(−)入力端子が調整信号生成部1100の出力端子に接続されている。ここで、調整信号生成部1100は、定電流を出力する回路である。この調整信号生成部1100は、定電流としてのオフセット電流Iaを生成する。すなわち、調整信号生成部1100は、可変抵抗1101を備えており、入力端子から供給される直流調整電圧であるオフセット電圧Va(直流調整信号であるオフセット信号)を、抵抗値Raの可変抵抗1101により電圧電流変換し、オフセット電流Iaとして出力端子から、増幅器20175の(−)端子に対して出力する。ここで、オフセット電圧Vaは図示しない外部の電源から、調整電圧入力端子を介して供給される。また、磁気素子制御装置210の内部に、このオフセット電圧Vaを供給する電源を設けても良い。   The amplifier 20115 has a (−) input terminal connected to the output terminal of the adjustment signal generation unit 1100. Here, the adjustment signal generation unit 1100 is a circuit that outputs a constant current. The adjustment signal generator 1100 generates an offset current Ia as a constant current. That is, the adjustment signal generation unit 1100 includes a variable resistor 1101, and an offset voltage Va (an offset signal that is a DC adjustment signal) that is a DC adjustment voltage supplied from an input terminal is generated by the variable resistor 1101 having a resistance value Ra. The voltage-current conversion is performed, and the offset current Ia is output from the output terminal to the (−) terminal of the amplifier 20155. Here, the offset voltage Va is supplied from an external power source (not shown) via an adjustment voltage input terminal. Further, a power supply for supplying the offset voltage Va may be provided inside the magnetic element control device 210.

また、差動増幅器2001は、出力端子と(−)端子との各々に対して、励磁コイル52の端子がそれぞれ接続されている。ここで、励磁コイル52は、抵抗値がRexであり、三角波電流信号の励磁電流としてIexが、差動増幅器2001の出力端子から印加される。
この構成により、励磁コイル52に流れる励磁電流Iexは、前述の三角波電流信号であり、駆動電流I(三角波電圧信号を電圧電流変換した交番電流)と、帰還電流Ifと、オフセット電流Iaとの加算値となる。
In the differential amplifier 2001, the terminals of the exciting coil 52 are connected to the output terminal and the (−) terminal, respectively. Here, the resistance value of the exciting coil 52 is Rex, and Iex is applied from the output terminal of the differential amplifier 2001 as the exciting current of the triangular wave current signal.
With this configuration, the exciting current Iex flowing in the exciting coil 52 is the above-described triangular wave current signal, and the addition of the drive current I (alternating current obtained by converting the triangular wave voltage signal into a voltage current), the feedback current If, and the offset current Ia. Value.

ここで、オフセット電流Iaは、外部から与えられたオフセット電圧Vaが、可変抵抗1101により変換された電流である。このオフセット電圧Vaは、磁気素子制御装置210における磁気素子制御部112、クロック信号生成部102、クロック信号調整部103及びデータ信号判定部104を構成する回路素子、また磁気素子50の製造ばらつきにより発生するデータ信号に重畳するオフセット(磁気強度のデータにおけるオフセット成分)をキャンセルするための電圧である。
すなわち、上述した回路素子が設計通りに作成されていれば基本的には、磁気検出装置を定常磁界Hexが「0」である磁気遮蔽シールドボックスに入れ、磁界を測定した場合、データ信号は磁気が「0」であることを示す数値となる。また、このオフセットを測定する際の温度は、室温とする。
Here, the offset current Ia is a current obtained by converting the offset voltage Va given from the outside by the variable resistor 1101. The offset voltage Va is generated due to manufacturing variations of the magnetic elements 50, the circuit elements constituting the magnetic element control unit 112, the clock signal generation unit 102, the clock signal adjustment unit 103, and the data signal determination unit 104 in the magnetic element control device 210. This is a voltage for canceling an offset (offset component in magnetic intensity data) superimposed on the data signal to be transmitted.
That is, if the circuit elements described above are created as designed, basically, when the magnetic detection device is placed in a magnetic shielding box having a stationary magnetic field Hex of “0” and the magnetic field is measured, the data signal is magnetic. Is a numerical value indicating “0”. The temperature at which this offset is measured is room temperature.

しかしながら、上述したように、回路素子の製造ばらつきにより、定常磁界Hexが 、「0」の場合においても、データ信号が磁気強度の「0」を示す値とはならない場合がある。
すなわち、磁気素子制御装置210の設計上において、データ信号の磁気強度が「0」となるはずが、上述した回路素子等の特性のばらつきにより期待値である「0」とならない場合がある。この際、定常磁界Hexが「0」の状態(かつ室温)において、データ信号が「0」を示す値となる電圧に、オフセット電圧Vaを調整する校正処理を行う。この際、可変抵抗1101の抵抗値Raは一定としているが、オフセット電圧Va及び抵抗値Raの双方を調整するようにしても良い。これにより、図14における増幅器20175の(−)端子に対して、データ信号に重畳するオフセットに対応した磁界強度を示すオフセット電流Iaが流れる。そして、このオフセット電流Iaを打ち消す電流を含む帰還電流Ifが流れることになり、帰還電流Ifすなわち帰還電圧がオフセット電流Iaにより補正されて、データ信号に重畳されるオフセットをキャンセルすることができる。
However, as described above, due to manufacturing variations of circuit elements, even when the stationary magnetic field Hex is “0”, the data signal may not have a value indicating the magnetic intensity “0”.
That is, in the design of the magnetic element control device 210, the magnetic strength of the data signal should be “0”, but may not be the expected value “0” due to the above-described variation in characteristics of the circuit elements and the like. At this time, in a state where the stationary magnetic field Hex is “0” (and at room temperature), a calibration process is performed to adjust the offset voltage Va to a voltage at which the data signal has a value indicating “0”. At this time, the resistance value Ra of the variable resistor 1101 is constant, but both the offset voltage Va and the resistance value Ra may be adjusted. Thereby, an offset current Ia indicating the magnetic field intensity corresponding to the offset superimposed on the data signal flows to the (−) terminal of the amplifier 20155 in FIG. A feedback current If including a current that cancels the offset current Ia flows, and the feedback current If, that is, the feedback voltage is corrected by the offset current Ia, so that the offset superimposed on the data signal can be canceled.

また、本実施形態の図16においては、図12に示す第1の実施形態の励磁信号調整部1016と同様に、コンデンサ20177と抵抗20178とを直列接続した直列回路が、増幅器20175の出力端子と接地点との間に介挿されている。また、コンデンサ20177と抵抗20178との直列回路を構成b及び構成cのように接続しても良い。   Further, in FIG. 16 of the present embodiment, a series circuit in which a capacitor 20107 and a resistor 20178 are connected in series is connected to the output terminal of the amplifier 20175 similarly to the excitation signal adjustment unit 1016 of the first embodiment shown in FIG. It is inserted between the ground point. In addition, a series circuit of a capacitor 201077 and a resistor 20178 may be connected as in configurations b and c.

次に、図17は、図15における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。すなわち、図17において、励磁信号調整部1016は、図16の場合と同様に、磁気素子制御部111の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号から励磁信号を差動信号により生成する場合におけるフィードバック(FB)信号を電流による加算している。図17において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、基準電圧Vrefとの差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 17 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. That is, in FIG. 17, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the excitation signal from the triangular wave signal output from the excitation signal generation unit 1017 by the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 111 as a differential signal, as in FIG. The feedback (FB) signal in the case of generating by the above is added by current. In FIG. 17, an excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the reference voltage Vref, and outputs the excitation signal from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、抵抗20176と増幅器20175とコンデンサ20177と抵抗20178とを備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は抵抗値がRfであり、抵抗20176は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20176により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。   The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, a resistor 20176, an amplifier 20175, a capacitor 201077, and a resistor 20178. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistance value of the resistor 20170 is Rf, and the resistance value of the resistor 20176 is R. The amplifier 20175 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20176.

この図17に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号の帰還電流(定常電流が付加された場合も同様)を、増幅器20175の(−)入力端子(反転入力端子)に供給する。すなわち、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力と増幅器20175の(−)入力端子との間に介挿されている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。すなわち、励磁信号調整部1016は、電圧電流変換回路である。
また、本実施形態の図17においては、第1の実施形態と同様に、コンデンサ20177と抵抗20178とを直列接続した直列回路が、増幅器20175の出力端子と接地点との間に介挿されている。また、コンデンサ20177と抵抗20178との直列回路を構成b及び構成cのように接続しても良い。
In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 17, the feedback current of the FB signal (the same applies when a steady current is added) is supplied to the (−) input terminal (inverting input terminal) of the amplifier 20155. . That is, the resistor 20170 is interposed between the output of the offset voltage adjustment unit 1018 and the (−) input terminal of the amplifier 20155. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex. That is, the excitation signal adjustment unit 1016 is a voltage / current conversion circuit.
In FIG. 17 of the present embodiment, as in the first embodiment, a series circuit in which a capacitor 20107 and a resistor 20178 are connected in series is inserted between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. Yes. In addition, a series circuit of a capacitor 201077 and a resistor 20178 may be connected as in configurations b and c.

上述した構成により、本実施形態は、第1の実施形態と同様に、本実施形態は、カット周波数を励磁信号の周波数と異常発振の周波数の間に設定し、かつ、ラグリード特性を狙った増幅器20175の外部接続回路として、コンデンサ20177及び抵抗20178を、増幅器20175の出力端子と接地点と間に直列接続している。この構成により、本実施形態によれば、高温度領域まで、異常発振を抑制できるため、交流信号である励磁信号に対し、励磁信号より高い周波数の異常発振が重畳することを抑制することができる。この結果、励磁信号のスロープの歪みを防止し、スロープの線形性が良好となる。また、本実施形態によれば、コンデンサ20177の容量値と、抵抗20178の抵抗値を調整し、接地点へ流れる電流量を抑制することにより、幅広い温度範囲におけるオフセット出力の変化量を低減することができる。
また、本実施形態では、励磁信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する励磁コイル用調整信号生成部1100を有する。そして、励磁信号調整部1016が、直流調整信号に基づいて励磁信号を生成して励磁コイル52に印加する。検出信号比較部1012が検出する検出信号の時間間隔は、帰還信号生成回路(帰還信号生成部1014)の基準電位に依存するが、励磁三角波(励磁三角波)のクロスオーバー歪みは、励磁三角波生成回路(励磁信号生成部1017)の基準電位に依存する。直流調整電流の量に依存して、クロスオーバー歪みの発生時間帯が三角波(励磁三角波)に対して相対的に変化する。そのため、検出信号比較部1012が検出する検出信号の時間間隔を変化させることなく、励磁信号のクロスオーバー歪みが発生している領域(非線形領域)に対してずらせて発生させることができるので、測定下限値から測定上限値に渡って線形性を保ちつつ定常磁界を測定することができる。
したがって、本実施形態によれば、時間分解型FG方式の磁気素子を用いた磁界平衡式の磁界検出を行う磁気素子制御装置であって、励磁信号に発生する信号歪みの影響を受けずに、装置の出力安定性を向上することができる。本実施形態においては、電流加算型のEXコイルFB制御について説明したが、FB信号を電圧値の状態で三角波電圧信号に加算する電圧加算型のEXコイルFB制御においても同様の効果を奏する。
With the configuration described above, the present embodiment is similar to the first embodiment in that the present embodiment sets the cut frequency between the excitation signal frequency and the abnormal oscillation frequency, and aims at the lag lead characteristics. As an external connection circuit of 20155, a capacitor 20187 and a resistor 20178 are connected in series between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. With this configuration, according to the present embodiment, abnormal oscillation can be suppressed up to a high temperature region, so that it is possible to suppress the abnormal oscillation having a higher frequency than the excitation signal from being superimposed on the excitation signal that is an AC signal. . As a result, the slope of the excitation signal is prevented from being distorted, and the slope linearity is improved. In addition, according to the present embodiment, the amount of change in the offset output in a wide temperature range can be reduced by adjusting the capacitance value of the capacitor 20117 and the resistance value of the resistor 20178 and suppressing the amount of current flowing to the ground point. Can do.
In addition, the present embodiment includes an excitation coil adjustment signal generation unit 1100 that outputs a DC adjustment signal that has been adjusted in advance and is superimposed on the excitation signal. Then, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the DC adjustment signal and applies it to the excitation coil 52. The time interval of the detection signal detected by the detection signal comparison unit 1012 depends on the reference potential of the feedback signal generation circuit (feedback signal generation unit 1014), but the crossover distortion of the excitation triangle wave (excitation triangle wave) It depends on the reference potential of the (excitation signal generator 1017). Depending on the amount of the DC adjustment current, the crossover distortion occurrence time zone changes relative to the triangular wave (excitation triangular wave). Therefore, the detection signal comparison unit 1012 can be generated by shifting the region (nonlinear region) where the crossover distortion of the excitation signal is generated without changing the time interval of the detection signal detected by the detection signal comparison unit 1012. A stationary magnetic field can be measured while maintaining linearity from the lower limit value to the measurement upper limit value.
Therefore, according to the present embodiment, the magnetic element control device performs magnetic field balance type magnetic field detection using a time-resolved FG type magnetic element without being affected by signal distortion generated in the excitation signal. The output stability of the apparatus can be improved. In the present embodiment, the current addition type EX coil FB control has been described. However, the same effect can be achieved in the voltage addition type EX coil FB control in which the FB signal is added to the triangular wave voltage signal in a voltage state.

<第3の実施形態>
次に、図18を参照して、本発明の第3の実施形態による磁気素子制御装置310の説明を行なう。図18は、第3の実施形態による磁気素子制御装置310の構成例を示す図である。図1の第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してある。
磁気素子制御装置310は、磁気素子制御部113と、クロック信号生成部102と、クロック信号調整部103と、データ信号判定部104とを備えている。磁気素子制御装置110は、検出コイル51、励磁コイル52、及びFBコイル54からなるフラックスゲート型の磁気素子50に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、励磁コイル52に対して印加する励磁信号、及びFBコイル54に印加される帰還信号を制御する。なお、フラックスゲート型磁気素子である磁気素子100の構成は、図12に示す構成と同じであるので、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a magnetic element control apparatus 310 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of the magnetic element control device 310 according to the third embodiment. The same components as those in the first embodiment in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The magnetic element control device 310 includes a magnetic element control unit 113, a clock signal generation unit 102, a clock signal adjustment unit 103, and a data signal determination unit 104. When the magnetic element control device 110 detects the strength of the stationary magnetic field applied to the flux gate type magnetic element 50 including the detection coil 51, the excitation coil 52, and the FB coil 54 by a time-resolved magnetic balance type, The excitation signal applied to the excitation coil 52 and the feedback signal applied to the FB coil 54 are controlled. The configuration of the magnetic element 100, which is a fluxgate type magnetic element, is the same as the configuration shown in FIG.

磁気素子制御部113は、検出信号増幅部1011、検出信号比較部1012、帰還信号調整部1013、帰還信号変換部1014、データ信号変換部1015、励磁信号調整部1016、励磁信号生成部1017、及び励磁コイル用調整信号生成部1200を備えている。   The magnetic element control unit 113 includes a detection signal amplification unit 1011, a detection signal comparison unit 1012, a feedback signal adjustment unit 1013, a feedback signal conversion unit 1014, a data signal conversion unit 1015, an excitation signal adjustment unit 1016, an excitation signal generation unit 1017, and An excitation coil adjustment signal generator 1200 is provided.

クロック信号生成部102は、所定の周期のクロック信号(周期的なクロック信号)を生成する発振器から構成され、生成したクロック信号をクロック信号調整部103に対して出力する。
クロック信号調整部103は、供給されるクロック信号の信号レベルを増幅したり、クロック信号の周期の変更などの処理を行い、処理結果のクロック信号を励磁信号生成部1017に対して出力する。
励磁信号生成部1017は、クロック信号調整部103から供給されるクロック信号に基づいて、交番信号、例えば0Vを基準電位として交番する交番電圧信号としての三角波信号を生成する。
励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017の生成した三角波信号を所定の増幅率にて増幅し、三角波電流信号を生成して、励磁コイル52に対して印加する。この際、励磁信号調整部1016は、励磁コイル用調整信号生成部1200が生成するオフセット電流信号を三角波電流信号(励磁信号)に重畳させる(詳細後述)。
The clock signal generation unit 102 includes an oscillator that generates a clock signal (periodic clock signal) having a predetermined period, and outputs the generated clock signal to the clock signal adjustment unit 103.
The clock signal adjustment unit 103 performs processing such as amplifying the signal level of the supplied clock signal or changing the cycle of the clock signal, and outputs the processing result clock signal to the excitation signal generation unit 1017.
Based on the clock signal supplied from the clock signal adjustment unit 103, the excitation signal generation unit 1017 generates an alternating signal, for example, a triangular wave signal as an alternating voltage signal that alternates with 0V as a reference potential.
The excitation signal adjustment unit 1016 amplifies the triangular wave signal generated by the excitation signal generation unit 1017 with a predetermined amplification factor, generates a triangular wave current signal, and applies it to the excitation coil 52. At this time, the excitation signal adjustment unit 1016 superimposes the offset current signal generated by the excitation coil adjustment signal generation unit 1200 on the triangular wave current signal (excitation signal) (details will be described later).

励磁コイル52は、三角波に対応した磁界を、磁気素子100の磁性体コア内に生成する。
検出コイル51は、磁性体コア53内における励磁信号の正負の交番時間帯に、パルス(pu信号)を発生する。
検出信号増幅部1011は、検出コイル51から供給されるパルスの電圧レベルを増幅し、検出信号として検出信号比較部1012へ出力する。
The exciting coil 52 generates a magnetic field corresponding to the triangular wave in the magnetic core of the magnetic element 100.
The detection coil 51 generates a pulse (pu signal) during positive and negative alternating time zones of the excitation signal in the magnetic core 53.
The detection signal amplification unit 1011 amplifies the voltage level of the pulse supplied from the detection coil 51 and outputs the amplified voltage level to the detection signal comparison unit 1012 as a detection signal.

次に、図19は、図18における励磁信号調整部1016構成例を示す図である。すなわち、図19において、励磁信号調整部1016は、磁気素子制御部111の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号を電圧電流変換した電流信号に対し、FB信号を電圧電流変換した帰還電流を加算し、電流制御に用いる励磁信号を生成している。図19において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、この三角波信号の反転信号との差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. That is, in FIG. 19, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the FB signal into a voltage current with respect to the current signal obtained by converting the triangular wave signal output from the excitation signal generation unit 1017 by the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 111. The converted feedback current is added to generate an excitation signal used for current control. In FIG. 19, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the inverted signal of the triangular wave signal, and outputs the excitation signal from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、増幅回路20171と、反転回路20172と、抵抗20173と、増幅回路20174と、増幅器20175とを備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は、抵抗値がRfであり、抵抗20173は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20173により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。
また、本実施形態の図19においては、第1の実施形態の図12の構成と同様に、コンデンサ20177と抵抗20178とを直列接続した直列回路が、増幅器20175の出力端子と接地点との間に介挿されている。また、コンデンサ20177と抵抗20178との直列回路を構成b及び構成cのように接続しても良い。
The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, an amplifier circuit 20171, an inverting circuit 20172, a resistor 20153, an amplifier circuit 20174, and an amplifier 20175. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistance value 20170 has a resistance value Rf, and the resistance 20153 has a resistance value R. The amplifier 20155 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20113.
In FIG. 19 of the present embodiment, as in the configuration of FIG. 12 of the first embodiment, a series circuit in which a capacitor 20187 and a resistor 20178 are connected in series is provided between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. Is inserted. In addition, a series circuit of a capacitor 201077 and a resistor 20178 may be connected as in configurations b and c.

この図19に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号の帰還電流(定常電流が付加された場合も同様)を、増幅器20175の(−)入力端子(反転入力端子)に供給する。すなわち、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力と増幅器20175の(−)入力端子との間に介挿されている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。   In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 19, the feedback current of the FB signal (the same applies when a steady current is added) is supplied to the (−) input terminal (inverting input terminal) of the amplifier 20155. . That is, the resistor 20170 is interposed between the output of the offset voltage adjustment unit 1018 and the (−) input terminal of the amplifier 20155. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex.

励磁コイル用調整信号生成部1200は、可変抵抗1201(調整抵抗値Ra)から構成され、その一端は増幅器20175の(−)入力端子に接続され、他端は励磁コイル用調整電圧入力端子に接続される(図18参照)。この励磁コイル用調整電圧入力端子(調整電圧を入力可能な入力端子)には調整電圧(調整電圧値Va)が供給される。   The excitation coil adjustment signal generator 1200 is composed of a variable resistor 1201 (adjustment resistance value Ra), one end of which is connected to the (−) input terminal of the amplifier 20155 and the other end connected to the excitation coil adjustment voltage input terminal. (See FIG. 18). The adjustment voltage (adjustment voltage value Va) is supplied to the excitation coil adjustment voltage input terminal (input terminal capable of inputting the adjustment voltage).

以上の構成により、励磁信号調整部1016は、増幅器20175(+)入力端子の電圧レベル(V−とする)と三角波の電圧レベルVexとが変化したとき、V−=Vrefになるように、励磁コイル52(500)に電流Iexを流す。すなわち、増幅器20175の電源電圧レベルをVccとして、励磁電圧(励磁コイル52の両端間電圧)の波高値が、Iex×Rex<Vcc/2の範囲において、Iex=(Vex−Vref)/Rが成立する。これにより、Vexが電圧制御されているため、電流制御の励磁信号が生成される。
また、励磁コイル52に印加される励磁信号には、電流換算で、(Va−(V−))/Raのオフセット直流電流Ia(基準電流)が重畳する。
調整電圧値Va、及び調整抵抗値Raの調整について以下に図21を参照して説明する(後述する)。
なお、この調整電圧値Va、及びRaの調整は、例えば磁気素子制御装置310の起動時において実行される。
With the above configuration, the excitation signal adjustment unit 1016 performs excitation so that V− = Vref when the voltage level (V−) of the input terminal of the amplifier 20150 (+) and the voltage level Vex of the triangular wave change. A current Iex is passed through the coil 52 (500). That is, assuming that the power supply voltage level of the amplifier 20115 is Vcc and the peak value of the excitation voltage (voltage across the excitation coil 52) is in the range of Iex × Rex <Vcc / 2, Iex = (Vex−Vref) / R is established. To do. Thereby, since Vex is voltage-controlled, an excitation signal for current control is generated.
In addition, the offset DC current Ia (reference current) of (Va− (V −)) / Ra is superimposed on the excitation signal applied to the excitation coil 52 in terms of current.
The adjustment of the adjustment voltage value Va and the adjustment resistance value Ra will be described below with reference to FIG. 21 (described later).
The adjustment voltage values Va and Ra are adjusted, for example, when the magnetic element control device 310 is activated.

次に、図20は、図18における励磁信号調整部1016の他の構成例を示す図である。すなわち、図20において、励磁信号調整部1016は、図19の場合と同様に、磁気素子制御部113の励磁信号調整部1016が励磁信号生成部1017の出力する三角波信号から励磁信号を差動信号により生成する場合におけるフィードバック(FB)信号を電流による加算している。図20において、励磁信号調整部1016は、励磁信号生成部1017からの三角波信号と、基準電圧Vrefとの差分により励磁信号を生成し、出力端子から出力する。   Next, FIG. 20 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation signal adjustment unit 1016 in FIG. That is, in FIG. 20, the excitation signal adjustment unit 1016 converts the excitation signal from the triangular wave signal output from the excitation signal generation unit 1017 by the excitation signal adjustment unit 1016 of the magnetic element control unit 113, as in the case of FIG. The feedback (FB) signal in the case of generating by the above is added by current. In FIG. 20, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the difference between the triangular wave signal from the excitation signal generation unit 1017 and the reference voltage Vref, and outputs the excitation signal from the output terminal.

励磁信号調整部1016は、抵抗20170と、抵抗20176と増幅器20175、コンデンサ20177と、抵抗20178とを備えている。抵抗500は、励磁コイル52の抵抗成分である。ここで、抵抗20170は、抵抗値がRfであり、抵抗20176は抵抗値がRである。増幅器20175は、抵抗20176により、電圧信号の励磁信号を電流信号の励磁信号に変換する電圧電流変換を行っている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。
また、本実施形態の図20においては、第1の実施形態の図13の構成と同様に、コンデンサ20177と抵抗20178とを直列接続した直列回路が、増幅器20175の出力端子と接地点との間に介挿されている。また、コンデンサ20177と抵抗20178との直列回路を構成b及び構成cのように接続しても良い。
The excitation signal adjustment unit 1016 includes a resistor 20170, a resistor 20176, an amplifier 20175, a capacitor 201077, and a resistor 20178. The resistor 500 is a resistance component of the exciting coil 52. Here, the resistor 20170 has a resistance value Rf, and the resistor 20176 has a resistance value R. The amplifier 20175 performs voltage-current conversion by converting a voltage signal excitation signal into a current signal excitation signal using a resistor 20176. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex.
In FIG. 20 of the present embodiment, as in the configuration of FIG. 13 of the first embodiment, a series circuit in which a capacitor 20187 and a resistor 20178 are connected in series is provided between the output terminal of the amplifier 20175 and the ground point. Is inserted. In addition, a series circuit of a capacitor 201077 and a resistor 20178 may be connected as in configurations b and c.

この図20に示す回路構成の励磁信号調整部1016の場合、FB信号の帰還電流(定常電流が付加された場合も同様)を、増幅器20175の(−)入力端子(反転入力端子)に供給する。すなわち、抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力と増幅器20175の(−)入力端子との間に介挿されている。抵抗20170は、オフセット電圧調整部1018の出力する帰還信号の電圧(帰還電圧)を、電圧電流変換して帰還電流Ifとして、増幅器20175の(−)入力端子に出力する。また、抵抗20170は、帰還電流Ifの電流値が、帰還電圧の示す磁界のシフト量に対応し、励磁電流Iexを変化させる電流値となるように、抵抗値Rfが設定されている。   In the case of the excitation signal adjustment unit 1016 having the circuit configuration shown in FIG. 20, the feedback current of the FB signal (the same applies when a steady current is added) is supplied to the (−) input terminal (inverting input terminal) of the amplifier 20155. . That is, the resistor 20170 is interposed between the output of the offset voltage adjustment unit 1018 and the (−) input terminal of the amplifier 20155. The resistor 20170 converts the voltage (feedback voltage) of the feedback signal output from the offset voltage adjustment unit 1018 into a voltage-current, and outputs it as a feedback current If to the (−) input terminal of the amplifier 20155. Further, the resistance value Rf is set so that the current value of the feedback current If corresponds to the amount of shift of the magnetic field indicated by the feedback voltage and becomes a current value that changes the excitation current Iex.

励磁コイル用調整信号生成部1200は、可変抵抗1201(調整抵抗値Ra)から構成され、その一端は増幅器20175の(−)入力端子に接続され、他端は励磁コイル用調整電圧入力端子に接続される(図18参照)。この励磁コイル用調整電圧入力端子(調整電圧を入力可能な入力端子)には調整電圧(調整電圧値Va)が供給される。   The excitation coil adjustment signal generator 1200 is composed of a variable resistor 1201 (adjustment resistance value Ra), one end of which is connected to the (−) input terminal of the amplifier 20155 and the other end connected to the excitation coil adjustment voltage input terminal. (See FIG. 18). The adjustment voltage (adjustment voltage value Va) is supplied to the excitation coil adjustment voltage input terminal (input terminal capable of inputting the adjustment voltage).

以上の構成により、励磁信号調整部1016は、増幅器20175(+)入力端子の電圧レベル(V−とする)と三角波の電圧レベルVexとが変化したとき、V−=Vrefになるように、励磁コイル52(500)に電流Iexを流す。すなわち、増幅器20175の電源電圧レベルをVccとして、励磁電圧(励磁コイル52の両端間電圧)の波高値が、Iex×Rex<Vcc/2の範囲において、Iex=(Vex−Vref)/Rが成立する。これにより、Vexが電圧制御されているため、電流制御の励磁信号が生成される。
また、励磁コイル52に印加される励磁信号には、電流換算で、(Va−(V−))/Raのオフセット直流電流Ia(基準電流)が重畳する。
調整電圧値Va、及び調整抵抗値Raの調整について以下に図21を参照して説明する(後述する)。
なお、この調整電圧値Va、及びRaの調整は、図19の場合と同様に、例えば磁気素子制御装置310の起動時において実行される。
With the above configuration, the excitation signal adjustment unit 1016 performs excitation so that V− = Vref when the voltage level (V−) of the input terminal of the amplifier 20150 (+) and the voltage level Vex of the triangular wave change. A current Iex is passed through the coil 52 (500). That is, assuming that the power supply voltage level of the amplifier 20115 is Vcc and the peak value of the excitation voltage (voltage across the excitation coil 52) is in the range of Iex × Rex <Vcc / 2, Iex = (Vex−Vref) / R is established. To do. Thereby, since Vex is voltage-controlled, an excitation signal for current control is generated.
In addition, the offset DC current Ia (reference current) of (Va− (V −)) / Ra is superimposed on the excitation signal applied to the excitation coil 52 in terms of current.
The adjustment of the adjustment voltage value Va and the adjustment resistance value Ra will be described below with reference to FIG. 21 (described later).
The adjustment voltage values Va and Ra are adjusted, for example, when the magnetic element control device 310 is activated, as in the case of FIG.

本実施形態は、第1の実施形態と同様に、本実施形態は、カット周波数を励磁信号の周波数と異常発振の周波数の間に設定し、かつ、ラグリード特性を狙った増幅器20175の外部接続回路として、コンデンサ20177及び抵抗20178を、増幅器20175の出力端子と接地点と間に直列接続している。この構成により、本実施形態によれば、高温度領域まで、異常発振を抑制できるため、交流信号である励磁信号に対し、励磁信号より高い周波数の異常発振が重畳することを抑制することができる。この結果、励磁信号のスロープの歪みを防止し、スロープの線形性が良好となる。また、本実施形態によれば、コンデンサ20177の容量値と、抵抗20178の抵抗値を調整し、接地点へ流れる電流量を抑制することにより、幅広い温度範囲におけるオフセット出力の変化量を低減することができる。   In the present embodiment, as in the first embodiment, this embodiment sets the cut frequency between the frequency of the excitation signal and the frequency of abnormal oscillation, and an external connection circuit of the amplifier 20155 aimed at the lag lead characteristics Are connected in series between the output terminal of the amplifier 20155 and the ground point. With this configuration, according to the present embodiment, abnormal oscillation can be suppressed up to a high temperature region, so that it is possible to suppress the abnormal oscillation having a higher frequency than the excitation signal from being superimposed on the excitation signal that is an AC signal. . As a result, the slope of the excitation signal is prevented from being distorted, and the slope linearity is improved. In addition, according to the present embodiment, the amount of change in the offset output in a wide temperature range can be reduced by adjusting the capacitance value of the capacitor 20117 and the resistance value of the resistor 20178 and suppressing the amount of current flowing to the ground point. Can do.

次に、図21は、本第3の実施形態の原理を説明するための図である。図21において、図21(a)、図21(c)は、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示しており、励磁コイル52に供給する三角波電流信号の時間変化を示すグラフである。この図21(a)、図21(c)において、励磁コイル52に供給される三角波電流信号は、基準電流(本実施形態においては一例として基準電流値0A)を境にした正負の交番信号である。図21(b)、図21(d)は、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。図21において、図21(b)、図21(d)は、それぞれ、図21において、図21(a)、図21(b)の三角波電圧信号による励磁コイル52に流れる励磁電流の方向の変化する(三角波電圧信号の電圧値の極性が変化し、これにより励磁電流の電流値の極性が変化する)際に、誘導起電力によって検出コイル51に生じる検出信号(第1検出信号、第2検出信号)の時間変化を示すグラフである。
なお、励磁コイル52に印加される励磁信号は、電圧信号であってもよい。つまり、図21(a)における縦軸成分が、電圧値であってもよい。この場合は、図21(a)における交番信号の基準電圧値は、基準参照電圧Vrefとなる。
Next, FIG. 21 is a diagram for explaining the principle of the third embodiment. In FIG. 21, FIGS. 21A and 21C are graphs showing the time change of the triangular wave current signal supplied to the exciting coil 52, with the vertical axis indicating voltage and the horizontal axis indicating time. . In FIG. 21A and FIG. 21C, the triangular wave current signal supplied to the exciting coil 52 is a positive / negative alternating signal with a reference current (in this embodiment, a reference current value 0A as an example) as a boundary. is there. In FIG. 21 (b) and FIG. 21 (d), the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. 21B and 21D respectively show changes in the direction of the excitation current flowing in the excitation coil 52 due to the triangular wave voltage signal in FIGS. 21A and 21B. Detection signal (first detection signal, second detection signal) generated in the detection coil 51 by the induced electromotive force when the polarity of the voltage value of the triangular wave voltage signal changes, thereby changing the polarity of the current value of the exciting current. It is a graph which shows the time change of a signal.
The excitation signal applied to the excitation coil 52 may be a voltage signal. That is, the vertical axis component in FIG. 21A may be a voltage value. In this case, the reference voltage value of the alternating signal in FIG. 21A is the reference reference voltage Vref.

ここで、図21(a)は、定常磁界(Hex)が磁気素子50に印加されたことにより、励磁コイル52に印加される三角波電流信号の基準電流が、印加されている定常磁界を発生するDC電流分、基準電流値0Aからずれることを示している。また、この三角波電流信号の基準電流値0Aからの、定常磁界(Hex)によるずれに対応し、第1検出信号及び第2検出信号の発生タイミングが時間的にずれることを示している。
また、図21(a)において、磁気素子50に定常磁界が印加されていない場合、励磁コイル52に供給される電流値は曲線L0dに対応した変化を示している。また、図21(a)においては、調整電圧値Va、及び調整抵抗値Raの調整開始時に、曲線L0dによるpu信号の時間幅が、三角波の周期Tの1/2である時間T/2より短い場合を示している。
負の方向の定常磁界(測定可能な磁界の下限値)が印加されると、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0dから曲線L2dへと変化したこととなる。また、正の方向の定常磁界(測定可能な磁界の上限値)が印加されると、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0dから曲線L1dへと変化したこととなる。
Here, FIG. 21A shows that a stationary magnetic field (Hex) is applied to the magnetic element 50, so that the reference current of the triangular wave current signal applied to the exciting coil 52 generates the applied stationary magnetic field. It shows that the current is deviated from the reference current value 0A by the DC current. Further, it corresponds to the deviation due to the stationary magnetic field (Hex) from the reference current value 0A of the triangular wave current signal, and the generation timings of the first detection signal and the second detection signal are shifted in time.
In FIG. 21A, when a steady magnetic field is not applied to the magnetic element 50, the current value supplied to the exciting coil 52 shows a change corresponding to the curve L0d. In FIG. 21A, from the time T / 2 when the adjustment voltage value Va and the adjustment resistance value Ra start to be adjusted, the time width of the pu signal by the curve L0d is ½ of the period T of the triangular wave. The short case is shown.
When a stationary magnetic field in the negative direction (lower limit of measurable magnetic field) is applied, the curve of the excitation signal substantially changes from the curve L0d to the curve L2d. Further, when a stationary magnetic field in the positive direction (upper limit value of a measurable magnetic field) is applied, the excitation signal curve substantially changes from the curve L0d to the curve L1d.

調整抵抗値Ra、及び調整電圧値Vaは、オフセット電流重畳後の基準電流を示す直線Laiと、曲線L1dとが、三角波電流信号の線形な範囲、すなわち、曲線L1dが示すクロスオーバー歪みの範囲外においてクロスするように設定される。
つまり、調整抵抗値Ra、及び調整電圧値Vaは、定電流Laが増幅器20175の反転入力端子から励磁コイル用調整電圧入力端子の向きに流れるように(La<0)に設定される。なお、検出信号の時間幅が、三角波の周期Tの1/2である時間T/2より短い状態は、調整開始時にデータ信号出力端子が出力するデータにより確認することができる。
The adjustment resistance value Ra and the adjustment voltage value Va are such that the straight line Lai indicating the reference current after the offset current is superimposed and the curve L1d are outside the linear range of the triangular wave current signal, that is, the crossover distortion indicated by the curve L1d. Is set to cross.
That is, the adjustment resistance value Ra and the adjustment voltage value Va are set so that the constant current La flows from the inverting input terminal of the amplifier 20155 to the excitation coil adjustment voltage input terminal (La <0). Note that the state in which the time width of the detection signal is shorter than the time T / 2 that is ½ of the period T of the triangular wave can be confirmed by data output from the data signal output terminal at the start of adjustment.

このとき、図21(a)に示すように、曲線L0d、曲線L2dにおいて、基準電流(直線Laiで示す)との交点が、それぞれのクロスオーバー歪みの範囲(励磁信号が線形に変化しない非線形領域)に入ることはない。そのため、図21(b)に示すように、検出信号の時間幅が時間Tc(La<0)に設定される。これにより、検出信号比較部が検出する検出信号を、励磁信号の非線形領域に対してずらせて発生させることができるので、測定下限値から測定上限値に渡って線形性を保ちつつ定常磁界を測定することができる。つまり、三角波電流信号を生成する際、励磁信号に発生する信号歪みの影響を受けずに、装置の出力安定性を向上することができる。   At this time, as shown in FIG. 21A, in the curves L0d and L2d, the intersections with the reference current (indicated by the straight line Lai) are the respective crossover distortion ranges (nonlinear regions where the excitation signal does not change linearly). ) Never enter. Therefore, as shown in FIG. 21B, the time width of the detection signal is set to time Tc (La <0). As a result, the detection signal detected by the detection signal comparison unit can be generated by being shifted with respect to the nonlinear region of the excitation signal, so that a stationary magnetic field is measured while maintaining linearity from the measurement lower limit value to the measurement upper limit value. can do. That is, when generating the triangular wave current signal, the output stability of the apparatus can be improved without being affected by the signal distortion generated in the excitation signal.

また、図21(c)は、定常磁界(Hex)が磁気素子50に印加されたことにより、励磁コイル52に印加される三角波電流信号の基準電流が、印加されている定常磁界を発生するDC電流分、基準電流値0Aからずれることを示している。また、この三角波電流信号の基準電流値0Aからの、定常磁界(Hex)によるずれに対応し、第1検出信号及び第2検出信号の発生タイミングが時間的にずれることを示している。
また、図21(c)において、磁気素子50に定常磁界が印加されていない場合、励磁コイル52に供給される電流値は曲線L0eに対応した変化を示している。また、図21(c)においては、調整電圧値Va、及び調整抵抗値Raの調整開始時に、検出信号の時間幅が、三角波の周期Tの1/2である時間T/2より長い場合を示している。負の方向の定常磁界(測定可能な磁界の下限値)が印加されると、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0eから曲線L2eへと変化したこととなる。また、正の方向の定常磁界(測定可能な磁界の上限値)が印加されると、実質的に励磁信号の曲線が曲線L0eから曲線L1eへと変化したこととなる。
FIG. 21C shows a DC in which the reference current of the triangular wave current signal applied to the excitation coil 52 generates the applied stationary magnetic field when the stationary magnetic field (Hex) is applied to the magnetic element 50. It shows that the current component deviates from the reference current value 0A. Further, it corresponds to the deviation due to the stationary magnetic field (Hex) from the reference current value 0A of the triangular wave current signal, and the generation timings of the first detection signal and the second detection signal are shifted in time.
In FIG. 21C, when a steady magnetic field is not applied to the magnetic element 50, the current value supplied to the exciting coil 52 shows a change corresponding to the curve L0e. FIG. 21C shows a case where the time width of the detection signal is longer than the time T / 2 which is ½ of the period T of the triangular wave at the start of adjustment of the adjustment voltage value Va and the adjustment resistance value Ra. Show. When a stationary magnetic field in the negative direction (lower limit of measurable magnetic field) is applied, the excitation signal curve substantially changes from the curve L0e to the curve L2e. When a stationary magnetic field in the positive direction (upper limit value of a measurable magnetic field) is applied, the excitation signal curve substantially changes from the curve L0e to the curve L1e.

調整抵抗値Ra、及び調整電圧値Vaは、オフセット電流重畳後の基準電流を示す直線Ladと、曲線L2eとが、三角波電流信号の線形な範囲、すなわち、曲線L2eが示すクロスオーバー歪みの範囲外においてクロスするように設定される。
つまり、調整抵抗値Ra、及び調整電圧値Vaは、定電流Laが励磁コイル用調整電圧入力端子から増幅器20175の向きに反転入力端子に流れるように(La>0)に設定される。なお、検出信号の時間幅が、三角波の周期Tの1/2である時間T/2より長い状態は、調整開始時にデータ信号出力端子が出力するデータにより確認することができる。
In the adjustment resistance value Ra and the adjustment voltage value Va, the straight line Lad indicating the reference current after the offset current is superimposed and the curve L2e are outside the linear range of the triangular wave current signal, that is, the crossover distortion range indicated by the curve L2e. Is set to cross.
That is, the adjustment resistance value Ra and the adjustment voltage value Va are set so that the constant current La flows from the excitation coil adjustment voltage input terminal to the inverting input terminal in the direction of the amplifier 20155 (La> 0). Note that the state in which the time width of the detection signal is longer than the time T / 2 that is ½ of the period T of the triangular wave can be confirmed by the data output from the data signal output terminal at the start of adjustment.

このとき、図21(c)に示すように、曲線L0e、曲線L1eにおいて、基準電流(直線Ladで示す)との交点が、それぞれのクロスオーバー歪みの範囲に入ることはない。そのため、図21(d)に示すように、検出信号の時間幅が時間Tc(La>0)に設定される。これにより、検出信号比較部が検出する検出信号を、励磁信号のクロスオーバー歪みが発生している領域(非線形領域)に対してずらせて発生させることができるので、測定下限値から測定上限値に渡って線形性を保ちつつ定常磁界を測定することができる。つまり、励磁信号に発生する信号歪みの影響を受けずに、装置の出力安定性を向上することができる。   At this time, as shown in FIG. 21 (c), in the curves L0e and L1e, the intersections with the reference current (indicated by the straight line Lad) do not fall within the respective crossover distortion ranges. Therefore, as shown in FIG. 21 (d), the time width of the detection signal is set to time Tc (La> 0). As a result, the detection signal detected by the detection signal comparison unit can be shifted from the excitation signal crossover distortion region (non-linear region), so that the measurement lower limit value is changed to the measurement upper limit value. The stationary magnetic field can be measured while maintaining linearity. That is, the output stability of the apparatus can be improved without being affected by the signal distortion generated in the excitation signal.

なお、図21(b)、図21(d)から解るように、第1検出信号の発生時刻と第2検出信号の発生時刻との間の時間幅(検出信号間)と、時間Tc(予め設定されている基準時間幅)との差分Tdが0であれば、磁気素子50に対して定常磁界(Hex)は印加されておらず、差分Tdが正であれば負の定常磁界(Hex<0)が印加され、差分Tdが負であれば正の定常磁界(Hex>0)が印加されている。これらの差分Tdは、後述する検出信号比較部1012において算出される。   As can be seen from FIG. 21B and FIG. 21D, the time width (between detection signals) between the generation time of the first detection signal and the generation time of the second detection signal, and the time Tc (preliminary) If the difference Td from the set reference time width is zero, no stationary magnetic field (Hex) is applied to the magnetic element 50, and if the difference Td is positive, a negative stationary magnetic field (Hex < 0) is applied, and if the difference Td is negative, a positive stationary magnetic field (Hex> 0) is applied. These differences Td are calculated in a detection signal comparison unit 1012 described later.

図18に戻り、検出信号増幅部1011は、磁気素子50の検出コイル51の両端の電圧を、予め設定された増幅度によって増幅する。
検出信号比較部1012は、検出信号増幅部1011から供給される増幅された検出信号の電圧値と、予め定められた閾値電圧値とを比較し、第1検出信号及び第2検出信号(図21(b)、図21(d)参照)を検出する。
ここで、図21に示すように、第1検出信号は、負極性(負電圧)のパルスであり、励磁コイル52に対して印加される電流が基準電流に対して大きい状態から基準電流に対して小さい状態へと変化する領域で誘導起電力により発生する。一方、第2検出信号は、正極性(正電圧)のパルスであり、励磁コイル52に対して印加される電流が基準電流に対して小さい状態から基準電流に対して大きい状態へと変化する領域で誘導起電力により発生する。
Returning to FIG. 18, the detection signal amplifying unit 1011 amplifies the voltage across the detection coil 51 of the magnetic element 50 by a preset amplification factor.
The detection signal comparison unit 1012 compares the voltage value of the amplified detection signal supplied from the detection signal amplification unit 1011 with a predetermined threshold voltage value, and compares the first detection signal and the second detection signal (FIG. 21). (B) and FIG. 21 (d)) are detected.
Here, as shown in FIG. 21, the first detection signal is a negative polarity (negative voltage) pulse, and the current applied to the exciting coil 52 is larger than the reference current from the reference current. It is generated by the induced electromotive force in the region that changes to a small state. On the other hand, the second detection signal is a positive polarity (positive voltage) pulse, and a region in which the current applied to the exciting coil 52 changes from a small state with respect to the reference current to a large state with respect to the reference current. It is generated by induced electromotive force.

本実施形態においては、FB信号である帰還信号の電圧を生成する構成として、デジタル値を用いた演算によるデジタル処理で行う構成と、アナログ値を用いた演算によるアナログ処理で行う構成とのいずれでも、磁気素子制御装置310を構成することができる。この説明については、第1の実施形態における磁気素子制御装置110と同様のため、処理の説明を省略する。   In the present embodiment, as a configuration for generating the voltage of the feedback signal that is an FB signal, either a configuration that is performed by digital processing using a digital value or a configuration that is performed by analog processing using an analog value is used. The magnetic element control device 310 can be configured. Since this description is the same as that of the magnetic element control apparatus 110 in the first embodiment, the description of the processing is omitted.

このように、第3の実施形態においては、励磁信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する励磁コイル用調整信号生成部1200を有する。そして、励磁信号調整部1016が、直流調整信号に基づいて励磁信号を生成して励磁コイル52に印加する。検出信号比較部1012が検出する検出信号の時間間隔は、帰還信号生成回路(帰還信号変換部1014)の基準電位に依存するが、励磁三角波(励磁三角波)のクロスオーバー歪みは、励磁三角波生成回路(励磁信号生成部1017)の基準電位に依存する。直流調整電流の量に依存して、クロスオーバー歪みの発生時間帯が三角波(励磁三角波)に対して相対的に変化する。そのため、検出信号比較部1012が検出する検出信号の時間間隔を変化させることなく、励磁信号のクロスオーバー歪みが発生している領域(非線形領域)に対してずらせて発生させることができるので、測定下限値から測定上限値に渡って線形性を保ちつつ定常磁界を測定することができる。
したがって、この発明によれば、時間分解型FG方式の磁気素子を用いた磁界平衡式の磁界検出を行う磁気素子制御装置において、励磁信号に発生する信号歪みの影響を受けずに、装置の出力安定性を向上することができる。
As described above, the third embodiment includes the excitation coil adjustment signal generation unit 1200 that outputs a DC adjustment signal that has been adjusted in advance and is superimposed on the excitation signal. Then, the excitation signal adjustment unit 1016 generates an excitation signal based on the DC adjustment signal and applies it to the excitation coil 52. The time interval of the detection signal detected by the detection signal comparison unit 1012 depends on the reference potential of the feedback signal generation circuit (feedback signal conversion unit 1014), but the crossover distortion of the excitation triangle wave (excitation triangle wave) is the excitation triangle wave generation circuit. It depends on the reference potential of the (excitation signal generator 1017). Depending on the amount of the DC adjustment current, the crossover distortion occurrence time zone changes relative to the triangular wave (excitation triangular wave). Therefore, the detection signal comparison unit 1012 can be generated by shifting the region (nonlinear region) where the crossover distortion of the excitation signal is generated without changing the time interval of the detection signal detected by the detection signal comparison unit 1012. A stationary magnetic field can be measured while maintaining linearity from the lower limit value to the measurement upper limit value.
Therefore, according to the present invention, in a magnetic element control apparatus that performs magnetic field detection of a magnetic field balance type using a time-resolved FG type magnetic element, the output of the apparatus is not affected by the signal distortion generated in the excitation signal. Stability can be improved.

また、図1の磁気素子制御部111、図15の磁気素子制御部112、図18の磁気素子制御部113各々の機能(デジタル値による帰還信号の生成を行う演算処理)を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより磁気素子制御の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   Also, a program for realizing the functions of each of the magnetic element control unit 111 in FIG. 1, the magnetic element control unit 112 in FIG. 15, and the magnetic element control unit 113 in FIG. 18 (arithmetic processing for generating a feedback signal using a digital value). May be recorded on a computer-readable recording medium, and a program recorded on the recording medium may be read into a computer system and executed to perform magnetic element control processing. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

50…磁気素子 51…検出コイル 52,500…励磁コイル 53…磁性体コア 54…FBコイル 110,210,310…磁気素子制御装置 111,112,113…磁気素子制御部 102…クロック信号生成部 103…クロック信号調整部 104…データ信号判定部 1011…検出信号増幅部 1012…検出信号比較部 1013…帰還信号調整部 1014…帰還信号変換部 1015…データ信号変換部 1016…励磁信号調整部 1017…励磁信号生成部 1018…オフセット電圧調整部 1100…調整信号生成部 1101,1201…可変抵抗 1200…励磁コイル用調整信号生成部 20170,20173,20176,20178…抵抗 20171,20174…増幅回路 20172…反転回路 20175…増幅器 20177…コンデンサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Magnetic element 51 ... Detection coil 52,500 ... Excitation coil 53 ... Magnetic body core 54 ... FB coil 110,210,310 ... Magnetic element control apparatus 111,112,113 ... Magnetic element control part 102 ... Clock signal generation part 103 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Clock signal adjustment part 104 ... Data signal determination part 1011 ... Detection signal amplification part 1012 ... Detection signal comparison part 1013 ... Feedback signal adjustment part 1014 ... Feedback signal conversion part 1015 ... Data signal conversion part 1016 ... Excitation signal adjustment part 1017 ... Excitation Signal generation unit 1018 ... Offset voltage adjustment unit 1100 ... Adjustment signal generation unit 1101, 1201 ... Variable resistor 1200 ... Excitation coil adjustment signal generation unit 20170, 20171, 20176, 20178 ... Resistance 20171, 20174 ... Amplification circuit 20152 ... Inversion circuit 0175 ... amplifier 20177 ... capacitor

Claims (11)

励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御装置であり、
交番信号を生成する励磁信号生成部と、
差動増幅器による電圧電流変換回路を有し、当該差動増幅器の出力端子と入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられており、前記交番信号に基づいて、前記出力端子及び前記入力端子との間に介挿される前記励磁コイルに印加する、電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整部と、
前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と、
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換部と、
前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を発生するための帰還信号を生成する帰還信号調整部と、
前記帰還信号を磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部と
を有し、
前記励磁信号調整部が、前記交番電圧信号を交番電流に変換し、前記帰還信号を帰還電流に変換し、当該交番電流に対して前記帰還電流を重畳して前記励磁信号を生成し、生成された当該励磁信号を前記励磁コイルに印加する
ことを特徴とする磁気素子制御装置。
A magnetic element control device that controls the magnetic element when detecting the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate type magnetic element composed of an excitation coil and a detection coil by a time-resolved magnetic balance type,
An excitation signal generator for generating an alternating signal;
A voltage-current conversion circuit using a differential amplifier is provided, and a series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series is provided at either the output terminal or the input terminal of the differential amplifier. Based on the alternating signal An excitation signal adjusting unit that generates an excitation signal that is a current signal applied to the excitation coil that is interposed between the output terminal and the input terminal;
A detection signal comparator for detecting a positive or negative voltage detection signal generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched;
A feedback signal converter that converts a time width between detection signals of positive voltage and negative voltage into voltage information;
A feedback signal adjusting unit that generates a feedback signal for generating a magnetic field that cancels a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information;
A data signal converter that outputs the feedback signal as a data signal indicating the magnetic field strength, and
The excitation signal adjustment unit converts the alternating voltage signal into an alternating current, converts the feedback signal into a feedback current, and generates the excitation signal by superimposing the feedback current on the alternating current. And applying the excitation signal to the excitation coil.
前記直列回路が、前記出力端子と接地点との間、あるいは前記入力端子と接地点との間、または前記入力端子と前記差動増幅器における他の入力端子との間に介挿されている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気素子制御装置。
The series circuit is interposed between the output terminal and a ground point, or between the input terminal and the ground point, or between the input terminal and another input terminal in the differential amplifier. The magnetic element control apparatus according to claim 1.
前記差動増幅器のカットオフ周波数が、前記交番信号の周波数と前記励磁信号に重畳する異常発振の周波数との間となるように、前記コンデンサの容量値及び前記抵抗の抵抗値の各々を設定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気素子制御装置。
Each of the capacitance value of the capacitor and the resistance value of the resistor is set such that the cutoff frequency of the differential amplifier is between the frequency of the alternating signal and the frequency of abnormal oscillation superimposed on the excitation signal. The magnetic element control apparatus according to claim 1, wherein the magnetic element control apparatus is a magnetic element control apparatus.
前記データ信号変換部が、
前記帰還信号を予め設定された、前記帰還信号の電圧値と当該帰還信号の電圧値によって生成される磁界強度が線形性を有する前記帰還信号の電圧範囲外の電圧値が飽和する増幅率により増幅して出力することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の磁気素子制御装置。
The data signal converter is
The feedback signal is amplified by a preset amplification factor at which the voltage value of the feedback signal and the magnetic field strength generated by the voltage value of the feedback signal are linear and the voltage value outside the voltage range of the feedback signal is saturated. The magnetic element control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic element control device outputs the output.
定常磁界を測定する周囲環境による磁界に対応するオフセット電圧を前記帰還信号に重畳させ、このオフセット電圧が重畳された当該帰還信号を前記帰還信号調整部に対して出力するオフセット電圧調整部をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の磁気素子制御装置。   An offset voltage adjustment unit that superimposes an offset voltage corresponding to a magnetic field due to an ambient environment for measuring a stationary magnetic field on the feedback signal and outputs the feedback signal on which the offset voltage is superimposed to the feedback signal adjustment unit. The magnetic element control device according to claim 1, wherein the magnetic element control device is a magnetic element control device. 前記データ信号に重畳しているオフセット成分をキャンセルするオフセット信号を生成する調整信号生成部をさらに有し、
前記励磁信号調整部が、
前記交番信号から交番電流、前記帰還信号から帰還電流、前記オフセット信号からオフセット電流の各々を生成し、前記交番電流に対して前記帰還電流及び前記オフセット電流を重畳して、前記励磁コイルに印加する前記励磁電流を生成する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気素子制御装置。
An adjustment signal generating unit that generates an offset signal for canceling an offset component superimposed on the data signal;
The excitation signal adjustment unit is
An alternating current is generated from the alternating signal, a feedback current is generated from the feedback signal, and an offset current is generated from the offset signal. The feedback current and the offset current are superimposed on the alternating current and applied to the exciting coil. The magnetic element control device according to claim 1, wherein the exciting current is generated.
前記オフセット信号が、
ゼロ磁界において測定したデータ信号と、ゼロ磁界における設計上のデータ信号の期待値との差分である前記オフセット成分をキャンセルする電圧に設定されている
ことを特徴とする請求項6に記載の磁気素子制御装置。
The offset signal is
The magnetic element according to claim 6, wherein the magnetic element is set to a voltage that cancels the offset component that is a difference between a data signal measured in a zero magnetic field and an expected value of a designed data signal in the zero magnetic field. Control device.
励磁コイル、検出コイル、及び帰還用コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御装置であり、
交番信号を生成する励磁信号生成部と、
前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて前記励磁コイルに印加する電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整部と、
前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と、
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換部と、
前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還用コイルに印加する電流信号である帰還信号を生成する帰還信号調整部と、
前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部と、
前記励磁信号または前記帰還信号の少なくとも一方の信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する調整信号生成部と、
を有し、
前記励磁信号調整部または前記帰還信号調整部が、差動増幅器による電圧電流変換回路を有し、当該差動増幅器の出力端子と反転入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられており、前記直流調整信号に基づいて前記励磁信号または前記帰還信号を生成して、前記出力端子及び前記反転入力端子との間に介挿される前記励磁コイルにまたは帰還用コイルに対して印加し、前記検出信号比較部が検出する検出信号を、前記励磁信号の非線形領域に対してずらして発生させる、
ことを特徴とする磁気素子制御装置。
Magnetic element control that controls the magnetic element when detecting the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate magnetic element composed of an excitation coil, a detection coil, and a feedback coil by a time-resolved magnetic balance type Device,
An excitation signal generator for generating an alternating signal;
An excitation signal adjusting unit that generates an alternating voltage signal from the alternating signal and generates an excitation signal that is a current signal applied to the excitation coil based on the alternating voltage signal;
A detection signal comparator for detecting a positive or negative voltage detection signal generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched;
A feedback signal converter that converts a time width between detection signals of positive voltage and negative voltage into voltage information;
A feedback signal adjustment unit that generates a feedback signal that is a current signal that applies a magnetic field that cancels a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information to the feedback coil;
A data signal converter that outputs the feedback signal as a data signal indicating magnetic field strength;
An adjustment signal generation unit that outputs a DC adjustment signal that has been adjusted in advance and is superimposed on at least one of the excitation signal and the feedback signal;
Have
The excitation signal adjustment unit or the feedback signal adjustment unit has a voltage-current conversion circuit using a differential amplifier, and a capacitor and a resistor are connected in series to either the output terminal or the inverting input terminal of the differential amplifier. A series circuit is provided to generate the excitation signal or the feedback signal based on the DC adjustment signal, and to the excitation coil or the feedback coil interposed between the output terminal and the inverting input terminal The detection signal detected by the detection signal comparison unit is shifted with respect to the nonlinear region of the excitation signal,
A magnetic element control device.
前記調整信号生成部は、一端が調整電圧を入力可能な入力端子に接続される第1の抵抗を含み、
前記励磁信号調整部または前記帰還信号調整部が、
一端がそれぞれ励磁信号生成部、前記帰還信号変換部に接続される第2の抵抗を有し、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗とが前記差動増幅器の反転入力端子に接続され、予め設定された基準電圧に前記差動増幅器の正転入力端子が接続され、
前記励磁コイルまたは前記帰還用コイルが前記差動増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間に接続され、
前記差動アンプは、前記反転入力端子の電圧レベルと前記正転入力端子の電圧レベルが等しくなるように、前記励磁コイルまたは前記帰還用コイルに電流を流す、
ことを特徴とする請求項8に記載の磁気素子制御装置。
The adjustment signal generator includes a first resistor having one end connected to an input terminal capable of inputting an adjustment voltage,
The excitation signal adjustment unit or the feedback signal adjustment unit is
One end has a second resistor connected to the excitation signal generator and the feedback signal converter,
The first resistor and the second resistor are connected to an inverting input terminal of the differential amplifier, and a normal input terminal of the differential amplifier is connected to a preset reference voltage,
The excitation coil or the feedback coil is connected between the output terminal of the differential amplifier and the inverting input terminal;
The differential amplifier allows a current to flow through the excitation coil or the feedback coil so that the voltage level of the inverting input terminal is equal to the voltage level of the normal input terminal.
The magnetic element control apparatus according to claim 8.
励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御方法であり、
交番信号を生成する励磁信号生成過程と、
出力端子と入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられた差動増幅器による電圧電流変換を行い、前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて、前記出力端子及び前記入力端子との間に介挿される前記励磁コイルに印加する、電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整過程と、
前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程と、
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号変換過程と、
前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を発生するための帰還信号を生成する帰還信号調整過程と、
前記帰還信号を磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換過程と
を有し、
前記励磁信号調整過程において、前記交番電圧信号を交番電流に変換し、前記帰還信号を帰還電流に変換し、当該交番電流に対して前記帰還電流を重畳して前記励磁信号を生成し、生成された当該励磁信号を前記励磁コイルに印加する
ことを特徴とする磁気素子制御方法。
A magnetic element control method for controlling a magnetic element when detecting the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate magnetic element composed of an excitation coil and a detection coil by a time-resolved magnetic balance equation,
An excitation signal generation process for generating an alternating signal;
Voltage / current conversion is performed by a differential amplifier provided with a series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series to either the output terminal or the input terminal, and the alternating voltage signal is generated from the alternating signal. An excitation signal adjustment process for generating an excitation signal, which is a current signal, applied to the excitation coil interposed between the output terminal and the input terminal,
A detection signal comparison process for detecting a positive or negative voltage detection signal generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched;
A feedback signal conversion process for converting a time width between detection signals of positive voltage and negative voltage into voltage information;
A feedback signal adjustment process for generating a feedback signal for generating a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information;
A data signal conversion process of outputting the feedback signal as a data signal indicating the magnetic field strength,
In the excitation signal adjustment process, the alternating voltage signal is converted into an alternating current, the feedback signal is converted into a feedback current, and the excitation signal is generated by superimposing the feedback current on the alternating current. And applying the excitation signal to the excitation coil.
励磁コイル、検出コイル、及び帰還用コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する際、当該磁気素子の制御を行う磁気素子制御方法であり、
交番信号を生成する励磁信号生成過程と、
前記交番信号から交番電圧信号を生成し、当該交番電圧信号に基づいて前記励磁コイルに印加する電流信号である励磁信号を生成する励磁信号調整過程と、
前記励磁信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程と、
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号生成過程と、
前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還用コイルに印加する電流信号である帰還信号を生成する帰還信号調整過程と、
前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換過程と、
前記励磁信号または前記帰還信号の少なくとも一方の信号に対して重畳する、予め調整済みの直流調整信号を出力する調整信号生成過程と、
を有し、
前記励磁信号調整過程または前記帰還信号調整過程において、出力端子と反転入力端子とのいずれかに、コンデンサと抵抗とを直列接続した直列回路が設けられた差動増幅器による電圧電流変換を行い、前記直流調整信号に基づいて前記励磁信号または前記帰還信号を生成して、前記出力端子及び前記反転入力端子との間に介挿される前記励磁コイルにまたは帰還用コイルに対して印加し、前記検出信号比較部が検出する検出信号を、前記励磁信号の非線形領域に対してずらして発生させる、
ことを特徴とする磁気素子制御方法。
Magnetic element control that controls the magnetic element when detecting the strength of a stationary magnetic field applied to a fluxgate magnetic element composed of an excitation coil, a detection coil, and a feedback coil by a time-resolved magnetic balance type Is the way
An excitation signal generation process for generating an alternating signal;
An excitation signal adjustment process for generating an alternating voltage signal from the alternating signal and generating an excitation signal that is a current signal applied to the excitation coil based on the alternating voltage signal;
A detection signal comparison process for detecting a positive or negative voltage detection signal generated by an induced electromotive force when the current direction of the excitation signal is switched;
A feedback signal generation process for converting a time width between detection signals of positive voltage and negative voltage into voltage information;
A feedback signal adjustment process for generating a feedback signal which is a current signal for applying a magnetic field for canceling a stationary magnetic field applied to the magnetic element from the voltage information to the feedback coil;
A data signal conversion process of outputting the feedback signal as a data signal indicating magnetic field strength;
An adjustment signal generation process for outputting a pre-adjusted DC adjustment signal that is superimposed on at least one of the excitation signal and the feedback signal;
Have
In the excitation signal adjustment process or the feedback signal adjustment process, voltage / current conversion is performed by a differential amplifier provided with a series circuit in which a capacitor and a resistor are connected in series to either the output terminal or the inverting input terminal, The excitation signal or the feedback signal is generated based on a DC adjustment signal and applied to the excitation coil or the feedback coil interposed between the output terminal and the inverting input terminal, and the detection signal The detection signal detected by the comparison unit is generated by shifting with respect to the nonlinear region of the excitation signal.
Magnetic element control method characterized by the above.
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