JP2016138838A - Hall element drive circuit and sensor circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホール素子を駆動するためのホール素子駆動回路、およびこのホール素子駆動回路を有するセンサ回路に関するものである。 The present invention relates to a hall element driving circuit for driving a hall element and a sensor circuit having the hall element driving circuit.
この種のセンサ回路として、下記の特許文献1に開示されたセンサ回路が知られている。このセンサ回路は、ホール素子に供給する励磁電流(駆動電流)の流通方向(ホール素子に流れる励磁電流の向き)とホール電圧の検出方向を切り換えることで、ホール素子やその周辺回路に生じるオフセットをキャンセルする構成を備えている。また、このセンサ回路は、励磁電流の流通方向とホール電圧の検出方向を切り換えるためのスイッチを有している。このため、このセンサ回路では、このスイッチの切り換え時に望ましくないサージ状のノイズが発生する。このスイッチングノイズの影響を排除するために、このセンサ回路では、第1に、サンプルアンドホールド回路のサンプリング動作を、切り換え周期の中間部に発生するクロックで行っている(つまり、時間的にスイッチの切り換え動作から外れた所でサンプリングを行っている)。
As this type of sensor circuit, a sensor circuit disclosed in
しかしながら、上記のスイッチングノイズによって比較的長期間に渡ってホール電圧検出用の増幅器(ホール増幅器)の出力信号に過渡的な変動が誘発されることがある。そして、その過渡的な変動がスイッチの切り換え動作時からサンプリング動作の開始時点までの時間間隔以上に持続した場合には、サンプルアンドホールド回路のサンプリング動作時にスイッチングノイズの影響が残ることがある。そこで、このセンサ回路では、スイッチの切り換え動作時に上記した増幅器の増幅器利得を実質的に減少させることで、サンプルアンドホールド回路へのスイッチングノイズの影響を低減する構成を採用している。 However, transient fluctuations may be induced in the output signal of the Hall voltage detection amplifier (Hall amplifier) for a relatively long period of time due to the switching noise. If the transitional fluctuation continues for more than the time interval from the switching operation to the start of the sampling operation, the influence of switching noise may remain during the sampling operation of the sample and hold circuit. Therefore, this sensor circuit employs a configuration that reduces the effect of switching noise on the sample-and-hold circuit by substantially reducing the amplifier gain of the amplifier described above during the switch switching operation.
ところが、上記したセンサ回路には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、このセンサ回路では、励磁電流の流通方向とホール電圧の検出方向を切り換えるためのスイッチとして4つの単極双投スイッチを備え、このうちの励磁電流の流通方向を切り換えるための2つの単極双投スイッチのうちの一方の単極双投スイッチが、電源電圧とホール素子の2つのコンタクトとの間に配設され、他方の単極双投スイッチが、アースとホール素子の他の2つのコンタクトとの間に配設されている。 However, the sensor circuit described above has the following problems to be solved. That is, in this sensor circuit, four single-pole double-throw switches are provided as switches for switching the exciting current flow direction and the Hall voltage detection direction, and two single-pole switches for switching the exciting current flow direction. One single-pole double-throw switch of the double-throw switches is disposed between the power supply voltage and the two contacts of the Hall element, and the other single-pole double-throw switch is connected to the ground and the other two of the Hall element. It is arranged between the contacts.
具体的には、上記の一方の単極双投スイッチは、その共通接点(c接点)に電源電圧が常時印加された状態で、ホール素子のそれぞれ斜めに対向した2つのコンタクト対の各々の一方のコンタクトにそのa,b接点が接続されている。また、上記の他方の単極双投スイッチは、その共通接点(c接点)がアースに常時印加された状態で、上記の2つのコンタクト対の各々の他方のコンタクトにそのa,b接点が接続されている。 Specifically, the one single-pole double-throw switch described above has one of each of the two contact pairs diagonally opposed to the Hall element in a state where the power supply voltage is constantly applied to the common contact (c contact). The a and b contacts are connected to the contacts. The other single-pole double-throw switch has its a and b contacts connected to the other contact of each of the two contact pairs in a state where the common contact (c contact) is always applied to the ground. Has been.
したがって、上記したセンサ回路では、ホール素子の一方のコンタクト対に励磁電流(駆動電流)が流れている状態において、この励磁電流をこの一方のコンタクト対から他方のコンタクト対に切り換える構成になるため、このセンサ回路には、この励磁電流の流通方向の切り換え時に発生するスイッチングノイズが大きくなり、上記した従来のセンサ回路で採用している各種の構成を備えたとしても、スイッチングノイズの影響を低減し切れないという解決すべき課題が存在している。 Therefore, in the sensor circuit described above, in the state where the excitation current (drive current) flows through one contact pair of the Hall element, the excitation current is configured to be switched from the one contact pair to the other contact pair. In this sensor circuit, the switching noise generated when switching the direction of flow of this exciting current becomes large, and even if it has various configurations adopted in the above-mentioned conventional sensor circuit, the influence of the switching noise is reduced. There is a problem to be solved that cannot be cut.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ホール素子への駆動電流(励磁電流)の流通方向の切り換え時に発生するスイッチングノイズを低減し得るホール素子駆動回路およびセンサ回路を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a Hall element drive circuit and a sensor circuit that can reduce switching noise generated when the flow direction of the drive current (excitation current) to the Hall element is switched. The main purpose is to do.
上記目的を達成すべく請求項1記載のホール素子駆動回路は、第1の端子対および第2の端子対を有するホール素子に供給する駆動電流を出力する電源部と前記ホール素子との間に配設されて、前記駆動電流を前記第1の端子対に供給する第1切替状態、および前記駆動電流を前記第2の端子対に供給する第2切替状態のいずれか一方の切替状態に切替制御される信号切替部と、前記信号切替部の前記第1切替状態から前記第2切替状態への移行、および当該第2切替状態から当該第1切替状態への移行を制御する切替制御部とを備えているホール素子駆動回路であって、前記電源部と前記信号切替部との間に配設されると共に当該電源部からの前記駆動電流の当該信号切替部への出力を許容するオン状態、および当該駆動電流の当該信号切替部への出力を阻止するオフ状態のいずれか一方の状態に切替制御されるスイッチ部を有し、前記切替制御部は、前記スイッチ部の前記オン状態から前記オフ状態への移行、および当該オフ状態から当該オン状態への移行を制御すると共に、当該スイッチ部を当該オフ状態に移行させている期間にのみ前記信号切替部に対する切替制御を実行する。
In order to achieve the above object, a Hall element drive circuit according to
請求項2記載のセンサ回路は、請求項1記載のホール素子駆動回路と、前記第1切替状態のときに前記第2の端子対間に生じる第1検出電圧、および前記第2切替状態のときに前記第1の端子対間に生じる第2検出電圧を信号処理することにより、前記ホール素子についてのオフセット電圧がキャンセルされた当該ホール素子のホール電圧を検出する信号処理部とを備えている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor circuit according to the first aspect, the first detection voltage generated between the second terminal pair in the first switching state, and the second switching state. And a signal processing unit for detecting the Hall voltage of the Hall element in which the offset voltage for the Hall element is canceled by performing signal processing on the second detection voltage generated between the first terminal pair.
請求項1記載のホール素子駆動回路および請求項2記載のセンサ回路によれば、スイッチ部を有しているため、駆動電流が供給されていない状態で、信号切替部をその2つの切替状態のうちの一方から他方に移行させること(ホール素子に流す駆動電流の流通方向を切り替えること)ができるため、駆動電流が供給されている状態で切り替える構成と比較して、切り替えの際に生じるスイッチングノイズを大幅に低減することができる。
According to the Hall element drive circuit according to
以下、ホール素子駆動回路およびセンサ回路の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the Hall element drive circuit and the sensor circuit will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、ホール素子駆動回路およびセンサ回路の各構成について、図面を参照して説明する。 First, each configuration of the Hall element drive circuit and the sensor circuit will be described with reference to the drawings.
まず、図1に示すホール素子駆動回路としてのホール素子駆動回路1の構成について説明する。このホール素子駆動回路1は、信号切替部2、スイッチ部3および切替制御部4を備え、ホール素子5の第1の端子対5a,5cおよび第2の端子対5b,5dの任意の一方に対して電源部6からの駆動電流I1を切り替えて(ホール素子5への駆動電流I1の流通方向を切り替えて)供給可能に構成されている。
First, the configuration of the Hall
このホール素子駆動回路1で駆動されるホール素子5は、平面視形状が例えば正方形や十文字形状のような上下と左右が対称な形状に形成されて、その四隅に上記の各端子対5a,5b,5c,5dが反時計回りまたは時計回り(本例では一例として反時計回り)に配設されている。このホール素子5は、第1の端子対5a,5cおよび第2の端子対5b,5dのうちの任意の一方の端子対に駆動電流I1が供給されている状態において、駆動電流I1が供給されていない他方の端子対間に、ホール素子5を通過する磁束の磁束密度に比例した電圧(以下、ホール電圧Vhともいう)を発生させる。
The
ただし、ホール素子5は、製造上のばらつきに起因して、磁束密度がゼロのときでも、他方の端子間に電圧値がほぼ一定のオフセット電圧Vosを発生させるという特性を有している。この特性を有するため、ホール素子5は、駆動電流I1が供給されていない端子対間から、ホール電圧Vhと共にオフセット電圧Vosを含む検出電圧Vdを出力する。以下では、この検出電圧Vdのうち、第1の端子対5a,5c間から出力されるものを第2検出電圧Vd2(=−Vh+Vos)と表記し、第2の端子対5b,5d間から出力されるものを第1検出電圧Vd1(=Vh+Vos)と表記する。
However, the
この場合、電源部6は、定電圧直流電源または定電流直流電源で構成されて、ホール素子5に対して定電圧または定電流を出力する。本例では一例として、電源部6は、定電圧直流電源で構成されて、ホール素子5に対して定電圧V1を出力することで、ホール素子5に駆動電流I1を供給するが、電源部6を定電流直流電源で構成して、ホール素子5に対して定電流としての駆動電流I1を供給してもよい。
In this case, the
このホール素子駆動回路1は、駆動電流I1が第1の端子対5a,5cに供給されている状態のときに第2の端子対5b,5d間に生じる第1検出電圧Vd1、および駆動電流I1が第2の端子対5b,5dに供給されている状態のときに第1の端子対5a,5c間に生じる第2検出電圧Vd2を切り替えて出力可能に構成されている。また、ホール素子駆動回路1は、ホール素子5および後述する信号処理部7と共にセンサ回路8を構成する。
The Hall
具体的には、信号切替部2は、一例として4つのスイッチ(一例として単極双投スイッチ)11,12,13,14を備え、スイッチ11は、そのc接点がスイッチ部3を介して電源部6に接続され、そのa接点が第1の端子対5a,5cの一方の端子5aに接続され、かつそのb接点が第2の端子対5b,5dの一方の端子5dに接続されることで、電源部6とホール素子5との間に配設されている。また、スイッチ12は、そのc接点がホール素子駆動回路1の基準電位(グランドG)に接続され、そのa接点が第1の端子対5a,5cの他方の端子5cに接続され、かつそのb接点が第2の端子対5b,5dの他方の端子5bに接続されることで、基準電位(グランドG)とホール素子5との間に配設されている。
Specifically, the
また、スイッチ13は、そのc接点が後述する信号処理部7(具体的には、信号処理部7の一部を構成する差動増幅器21の非反転入力端子)に接続され、そのa接点が第2の端子対5b,5dの一方の端子5dに接続され、かつそのb接点が第1の端子対5a,5cの一方の端子5aに接続されることで、信号処理部7とホール素子5との間に配設されている。また、スイッチ14は、そのc接点が信号処理部7(具体的には、信号処理部7の一部を構成する差動増幅器21の反転入力端子)に接続され、そのa接点が第2の端子対5b,5dの他方の端子5bに接続され、かつそのb接点が第1の端子対5a,5cの他方の端子5cに接続されることで、信号処理部7とホール素子5との間に配設されている。これらの各スイッチ11〜14は、切替制御部4から出力される制御信号CLK1のHiレベル期間にa接点がc接点に接続され、制御信号CLK1のLowレベル期間にb接点がc接点に接続されるように制御される。
Further, the
スイッチ部3は、一例として1つのスイッチ(一例として単極双投スイッチ)で構成されて、そのc接点がスイッチ11のc接点に接続され、そのa接点が電源部6の出力端子に接続され、かつそのb接点が基準電位(グランドG)に接続されることで、電源部6と信号切替部2との間に配設されている。スイッチ部3は、切替制御部4から出力される制御信号CLK2のHiレベル期間にa接点がc接点に接続され(電源部6からの駆動電流I1の信号切替部2への出力を許容するオン状態に移行され)、一方、制御信号CLK2のLowレベル期間にb接点がc接点に接続される(電源部6からの駆動電流I1の信号切替部2への出力を阻止(停止)するオフ状態に移行される)ように切替制御される。なお、スイッチ部3については、単極双投スイッチに代えて、単極単投スイッチを使用することもできる。この場合、スイッチ部3は、オン状態のときにスイッチ11のc接点を電源部6の出力端子に接続し、オフ状態のときにスイッチ11のc接点をオープン状態に移行させる。
The switch unit 3 is configured by one switch (single-pole double-throw switch as an example) as an example, the c contact is connected to the c contact of the
切替制御部4は、4つの制御(切替)信号CLK1,CLK2,CLK3,CLK4を図2に示すタイミングで生成すると共に、制御信号CLK1については各スイッチ11,12,13,14に出力し、制御信号CLK2についてはスイッチ部3に出力し、制御信号CLK3については信号処理部7(具体的には、信号処理部7の一部を構成する後述のサンプルアンドホールド回路22)に出力し、かつ制御信号CLK4については信号処理部7(具体的には、信号処理部7の一部を構成する後述のサンプルアンドホールド回路23)に出力する。
The switching
本例では一例として、切替制御部4は、制御信号CLK1については、周波数が一定(例えば数十kHz(一例として40kHz))で、デューティ比が0.5のパルス信号として出力する。また、切替制御部4は、制御信号CLK2については、制御信号CLK1の周波数の2倍の周波数であって、制御信号CLK1のLowレベルの期間からHiレベルの期間への切り替わりタイミングを基準としてその直前の所定期間T1およびその直後の所定期間T2、並びにHiレベルの期間からLowレベルの期間への切り替わりタイミングを基準としてその直前の所定期間T3およびその直後の所定期間T4のみがLowレベルとなり、残りの期間がHiレベルとなるパルス信号として出力する。
In this example, as an example, the switching
また、切替制御部4は、制御信号CLK3については、制御信号CLK1の周波数と同じ周波数であって、一例として、制御信号CLK1のHiレベル期間のほぼ中間のタイミングのみで所定時間(制御信号CLK1のHiレベルの期間よりも短い時間)だけHiレベルとなり、残りの期間がLowレベルとなるパルス信号として出力する。また、切替制御部4は、制御信号CLK4については、制御信号CLK1の周波数と同じ周波数であって、一例として、制御信号CLK1のLowレベル期間のほぼ中間のタイミングのみで所定時間(制御信号CLK1のHiレベルの期間よりも短い時間)だけHiレベルとなり、残りの期間がLowレベルとなるパルス信号として出力する。
Further, the switching
次に、図1に示すセンサ回路としてのセンサ回路8の構成について説明する。このセンサ回路8は、上記のホール素子駆動回路1、上記のホール素子5、電源部6および信号処理部7を備え、ホール素子5を通過する磁束の磁束密度に比例した出力電圧(上記のオフセット電圧Vosを含まずに、上記のホール電圧Vhのみで構成される電圧)Voutを出力する。なお、電源部6については、センサ回路8の外部に設けることもできる。
Next, the configuration of the
信号処理部7は、一例として、差動増幅器21、サンプルアンドホールド回路22,23および減算回路24を備え、第1検出電圧Vd1および第2検出電圧Vd2に基づいて、ホール素子5についてのオフセット電圧Vosをキャンセルするという信号処理を実行することにより、ホール電圧Vhを検出する。この場合、差動増幅器21は、その非反転入力端子がスイッチ13のc接点に接続され、その反転入力端子がスイッチ14のc接点に接続されている。一例として、差動増幅器21は、その増幅率が1倍に規定されることで、後述するようにしてスイッチ13,14を介して出力される第1検出電圧Vd1および第2検出電圧Vd2の一方の電圧(スイッチ13,14によって選択されている電圧)を第3検出電圧Vd3として出力する。
As an example, the signal processing unit 7 includes a
サンプルアンドホールド回路22は、第3検出電圧Vd3のうちの制御信号CLK3のHiレベル期間での電圧を検出・保持して、サンプリング電圧Vsh1として出力する。一方、サンプルアンドホールド回路23は、第3検出電圧Vd3のうちの制御信号CLK4のHiレベル期間での電圧を検出・保持して、サンプリング電圧Vsh2として出力する。
The sample and hold
減算回路24は、2つのサンプリング電圧Vsh1,Vsh2の差分を検出することにより、出力電圧Voutを出力する。本例では一例として、減算回路24は、差動増幅器24a、その反転入力端子および非反転入力端子に接続された入力抵抗24b,24c、非反転入力端子とグランドGとの間に接続された接地抵抗24d、および反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗24eを備えて構成されている。また、各入力抵抗24b,24cはそれぞれ同じ抵抗値に規定されている。また、接地抵抗24dおよび帰還抵抗24eも、それぞれ同じ抵抗値に規定されると共に、本例では一例として、入力抵抗24b,24cの抵抗値の1/2の抵抗値に規定されている。この構成により、減算回路24は、各サンプリング電圧Vsh1,Vsh2の差分を検出すると共に、この差分を帰還抵抗24eの抵抗値を入力抵抗24bの抵抗値で除算した値の増幅率(本例では一例として0.5)で増幅して出力電圧Voutとして出力する。
The
続いて、ホール素子駆動回路1およびセンサ回路8の動作について図面を参照して説明する。
Next, operations of the Hall
切替制御回路が、上記したタイミングで図2に示すように制御信号CLK1〜CLK4を出力している状態において、制御信号CLK1がLowレベルからHiレベルに切り替わり、期間A2(駆動電流I1を第2の端子対5b,5dに供給する第2切替状態に移行する期間)が終了して期間A1(駆動電流I1を第1の端子対5a,5cに供給する第1切替状態に移行する期間)が開始する際において、制御信号CLK1がLowレベルからHiレベルに切り替わるタイミングの前後の所定期間T1,T2では、制御信号CLK2は、Lowレベルに維持されている。このため、スイッチ部3は、制御信号CLK2により、c接点がb接点に接続されている状態に制御されていることから、電源部6から出力されている定電圧V1のスイッチ11への供給は停止されている(本例では、スイッチ11のc接点が、スイッチ部3を介してグランドGに接続されている)。
In the state where the switching control circuit outputs the control signals CLK1 to CLK4 as shown in FIG. 2 at the above timing, the control signal CLK1 is switched from the Low level to the Hi level, and the period A2 (the driving current I1 is changed to the second level). Period A1 (period of transition to the first switching state in which the drive current I1 is supplied to the first terminal pairs 5a and 5c) is started after the period of transition to the second switching state to be supplied to the terminal pairs 5b and 5d is completed. In this case, the control signal CLK2 is maintained at the Low level in the predetermined periods T1 and T2 before and after the timing when the control signal CLK1 switches from the Low level to the Hi level. For this reason, since the switch unit 3 is controlled by the control signal CLK2 so that the contact c is connected to the contact b, the constant voltage V1 output from the
これにより、スイッチ11,12は、駆動電流I1が供給されていない状態で、制御信号CLK1によってc接点がb接点に接続されている状態からc接点がa接点に接続される状態に切り替えられる。したがって、駆動電流I1が供給されている状態でスイッチ11,12の接点の接続状態を切り替える構成と比較して、接点の接続状態の切り替えの際に生じるスイッチングノイズが大幅に低減されている。また、スイッチ13,14もまた、制御信号CLK1によってc接点がb接点に接続されている状態からc接点がa接点に接続される状態に切り替えられる。
As a result, the
図2に示すように、期間A1の開始直後から開始する所定期間T2が終了したときに、制御信号CLK2は、LowレベルからHiレベルに切り替わる。このため、スイッチ部3は、この制御信号CLK2により、c接点がa接点に接続される状態(電源部6からの定電圧V1がスイッチ部3を介してスイッチ11のc接点に供給される状態)に切り替えられる。これにより、制御信号CLK2のHiレベルの期間において、電源部6から、スイッチ部3、スイッチ11、ホール素子5の第1の端子対5a,5cおよびスイッチ12を経由してグランドGに至る電流経路が形成されて、この電流経路に駆動電流I1が流れる(つまり、ホール素子5の第1の端子対5a,5cに駆動電流I1が流れる)。このため、図2に示すように、この制御信号CLK2のHiレベルの期間において、ホール素子5の第2の端子対5b,5d間に第1検出電圧Vd1(=Vh+Vos)が発生し、この第1検出電圧Vd1は、スイッチ13,14を介して信号処理部7に出力される。
As shown in FIG. 2, when the predetermined period T2 starting immediately after the start of the period A1 ends, the control signal CLK2 switches from the Low level to the Hi level. For this reason, the switch unit 3 is in a state in which the c contact is connected to the a contact (the constant voltage V1 from the
信号処理部7では、図2に示すように、まず、差動増幅器21が、この第1検出電圧Vd1を入力すると共に増幅して、第3検出電圧Vd3として各サンプルアンドホールド回路22,23に出力する。この期間A1では、制御信号CLK2のHiレベルの期間のほぼ中間のタイミングにおいて制御信号CLK3がHiレベルとなる。このため、サンプルアンドホールド回路22は、図2に示すように、入力されている第3検出電圧Vd3の電圧(Vh+Vos)をこの制御信号CLK3がHiレベルとなるタイミングで検出・保持して、サンプリング電圧Vsh1として出力する。
In the signal processing unit 7, as shown in FIG. 2, first, the
図2に示すように、制御信号CLK2は、その後、所定期間T3(期間A1の終了前に開始して期間A1が終了したときに終了する期間)が開始したときに、HiレベルからLowレベルに切り替わる。このため、スイッチ部3は、この制御信号CLK2により、c接点がb接点に接続される状態(スイッチ部3を介してスイッチ11のc接点がグランドGに接続される状態)に切り替えられる。これにより、ホール素子5の第1の端子対5a,5cへの駆動電流I1の供給が停止される。
As shown in FIG. 2, after that, the control signal CLK2 changes from the Hi level to the Low level when a predetermined period T3 (a period that starts before the period A1 ends and ends when the period A1 ends) starts. Switch. For this reason, the switch unit 3 is switched to a state in which the c contact is connected to the b contact (a state in which the c contact of the
その後、図2に示すように、制御信号CLK1がHiレベルからLowレベルに切り替わり、期間A1が終了して期間A2が開始する。この制御信号CLK1がHiレベルからLowレベルに切り替わるタイミングの後の所定期間T4においても、所定期間T3から引き続いて、制御信号CLK2はLowレベルに維持されている。これにより、スイッチ11,12は、駆動電流I1が供給されていない状態で、制御信号CLK1によってc接点がa接点に接続されている状態からc接点がb接点に接続される状態に切り替えられる。したがって、駆動電流I1が供給されている状態でスイッチ11,12の接点の接続状態を切り替える構成と比較して、接点の接続状態の切り替えの際に生じるスイッチングノイズが大幅に低減されている。また、スイッチ13,14もまた、制御信号CLK1によってc接点がa接点に接続されている状態からc接点がb接点に接続される状態に切り替えられる。
After that, as shown in FIG. 2, the control signal CLK1 switches from the Hi level to the Low level, the period A1 ends, and the period A2 starts. Also in the predetermined period T4 after the timing when the control signal CLK1 switches from the Hi level to the Low level, the control signal CLK2 is maintained at the Low level following the predetermined period T3. As a result, the
図2に示すように、期間A2の開始直後から開始する所定期間T4が終了したときに、制御信号CLK2は、LowレベルからHiレベルに切り替わる。このため、スイッチ部3は、この制御信号CLK2により、c接点がa接点に接続される状態(電源部6からの定電圧V1がスイッチ部3を介してスイッチ11のc接点に供給される状態)に切り替えられる。これにより、制御信号CLK2のHiレベルの期間において、電源部6から、スイッチ部3、スイッチ11、ホール素子5の第2の端子対5b,5dおよびスイッチ12を経由してグランドGに至る電流経路が形成されて、この電流経路に駆動電流I1が流れる(つまり、ホール素子5の第2の端子対5b,5dに駆動電流I1が流れる)。このため、図2に示すように、この制御信号CLK2のHiレベルの期間において、ホール素子5の第1の端子対5a,5c間に第2検出電圧Vd2(=−Vh+Vos)が発生し、この第2検出電圧Vd2は、スイッチ13,14を介して信号処理部7に出力される。
As shown in FIG. 2, when the predetermined period T4 starting immediately after the start of the period A2 ends, the control signal CLK2 switches from the Low level to the Hi level. For this reason, the switch unit 3 is in a state in which the c contact is connected to the a contact (the constant voltage V1 from the
信号処理部7では、図2に示すように、差動増幅器21が、この第2検出電圧Vd2を入力すると共に増幅して、第3検出電圧Vd3として各サンプルアンドホールド回路22,23に出力する。この期間A2では、制御信号CLK2のHiレベルの期間のほぼ中間のタイミングにおいて制御信号CLK4がHiレベルとなる。このため、サンプルアンドホールド回路23は、図2に示すように、入力されている第3検出電圧Vd3の電圧(−Vh+Vos)をこの制御信号CLK4がHiレベルとなるタイミングで検出・保持して、サンプリング電圧Vsh2として出力する。
In the signal processing unit 7, as shown in FIG. 2, the
図2に示すように、制御信号CLK2は、その後、所定期間T1(期間A2の終了前に開始して期間A2が終了したときに終了する期間)が開始したときに、HiレベルからLowレベルに切り替わる。このため、スイッチ部3は、この制御信号CLK2により、c接点がb接点に接続される状態(スイッチ部3を介してスイッチ11のc接点がグランドGに接続される状態)に切り替えられる。これにより、ホール素子5の第1の端子対5a,5cへの駆動電流I1の供給が停止される。
As shown in FIG. 2, after that, the control signal CLK2 changes from the Hi level to the Low level when a predetermined period T1 (a period that starts before the end of the period A2 and ends when the period A2 ends) starts. Switch. For this reason, the switch unit 3 is switched to a state in which the c contact is connected to the b contact (a state in which the c contact of the
信号処理部7では、図2に示すように、減算回路24が、上記のようにして各サンプルアンドホールド回路22,23から出力されているサンプリング電圧Vsh1,Vsh2の差分(2×Vh)を検出すると共に増幅(0.5倍)して、出力電圧Vout(=Vh)として出力する。
In the signal processing unit 7, as shown in FIG. 2, the
その後、ホール素子駆動回路1および信号処理部7が上記の動作を繰り返すことにより、センサ回路8は、出力電圧Voutを制御信号CLK2の周期で更新しつつ出力する。
Thereafter, the Hall
このように、このホール素子駆動回路1およびセンサ回路8では、電源部6と信号切替部2との間に配設されると共に電源部6からの駆動電流I1の信号切替部2への出力を許容するオン状態、および駆動電流I1の信号切替部2への出力を阻止するオフ状態のいずれか一方の状態に切替制御されるスイッチ部3を有し、切替制御部4は、スイッチ部3をオフ状態に移行させている期間(所定期間T1,T2を併せた期間、および所定期間T3,T4を併せた期間)にのみ信号切替部2に対する切替制御(第1切替状態から第2切替状態への切替制御、および第2切替状態から第1切替状態への切替制御)を実行する。
As described above, the Hall
したがって、このホール素子駆動回路1およびセンサ回路8によれば、駆動電流I1が供給されていない状態で、ホール素子駆動回路1の一部を構成する信号切替部2のスイッチ11,12を切り替える(駆動電流I1を供給する端子対を第1の端子対5a,5cおよび第2の端子対5b,5dの一方から他方に切り替える。つまり、ホール素子5に流す駆動電流I1の流通方向を切り替える)ことができるため、駆動電流I1が供給されている状態で切り替える構成と比較して、切り替えの際に生じるスイッチングノイズ(切替ノイズ)を大幅に低減することができる。また、所定期間T1,T2を併せた期間、および所定期間T3,T4を併せた期間において、ホール素子5への駆動電流I1の供給が停止されるため、その分だけホール素子5での消費電力、ひいてはセンサ回路8全体の消費電力を低減することができる。
Therefore, according to the Hall
なお、上記の例では、非差動出力形の差動増幅器21を使用する信号処理部7を採用しているが、図3に示すセンサ回路8Aのように、差動出力形の差動増幅器21Aを使用する信号処理部7Aをホール素子駆動回路1と組み合わせる構成を採用することもできる。この構成の信号処理部7Aでは、同図に示すように、制御信号CLK3でサンプリング動作を実行する2つサンプルアンドホールド回路22a,22bと、制御信号CLK4でサンプリング動作を実行する2つサンプルアンドホールド回路23a,23bとが差動増幅器21Aの出力端子に接続される。なお、センサ回路8と同じ構成については同じ符号を付して重複する説明を省略する。
In the above example, the signal processing unit 7 using the non-differential output type
また、上記のホール素子駆動回路1では、図1,3に示すように、ホール素子5の端子対間から出力される第1検出電圧Vd1および第2検出電圧Vd2をスイッチ13,14で切り替えて、信号処理部7(7A)の1つの差動増幅器21(21A)に出力する構成を採用しているが、図4に示すセンサ回路8Bの信号処理部7Bのように、2つサンプルアンドホールド回路22,23のそれぞれの前段に専用の差動増幅器21,21が配設された信号処理部と組み合わせる場合には、同図に示すホール素子駆動回路1Aのように、スイッチ13,14を省く構成の信号切替部2Aを採用することもできる。なお、センサ回路8と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
In the Hall
また、図示はしないが、図3に示すセンサ回路8Aの信号処理部7Aのように、差動出力形の差動増幅器21Aを使用する構成においても、差動増幅器21Aを2つ使用することで、上記したホール素子駆動回路1Aと組み合わせて、センサ回路を構成することができる。
Although not shown, even in the configuration using the differential output type
また、上記のセンサ回路8,8A,8Bの信号処理部7,7A,7Bでは、ホール素子5から出力される2つの第1検出電圧Vd1(=Vh+Vos),第2検出電圧Vd2(=−Vh+Vos)をサンプリングして得られた2つのサンプリング電圧Vsh1,Vsh2を減算回路24において減算することで、ホール素子5についてのオフセット電圧Vosをキャンセルするという信号処理を実行しているが、図5に示すセンサ回路8Cの信号処理部7Cのように、2つの第1検出電圧Vd1(=Vh+Vos),第2検出電圧Vd2(=−Vh+Vos)に対して、同期検波とフィルタリングという信号処理を実行することにより、出力電圧(上記のオフセット電圧Vosを含まずに、上記のホール電圧Vhのみで構成される電圧)Voutを出力する構成を採用することもできる。
Further, in the
以下、センサ回路8Cについて図5,6を参照して説明する。なお、センサ回路8と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
Hereinafter, the
このセンサ回路8Cでは、切替制御部4は、4つの制御(切替)信号CLK1,CLK2,CLK5,CLK6を図6に示すタイミングで生成すると共に、制御信号CLK1については各スイッチ11,12,13,14に出力し、制御信号CLK2についてはスイッチ部3に出力し、制御信号CLK5については信号処理部7Cのサンプルアンドホールド回路22に出力し、制御信号CLK6については信号処理部7Cの後述する同期検波回路25に出力する。
In the
信号処理部7Cは、一例として、差動増幅器21、サンプルアンドホールド回路22、同期検波回路25およびフィルタ(ローパスフィルタ)26を備えている。この場合、サンプルアンドホールド回路22は、図5に示すように、上記した制御信号CLK3のHiレベルのタイミングおよび上記した制御信号CLK4のHiレベルのタイミングのそれぞれのタイミングにおいてHiレベルとなる制御信号CLK5に基づいて、差動増幅器21から出力される第3検出電圧Vd3の電圧を検出・保持して、図5に示すサンプリング電圧Vshとして出力する。
The signal processing unit 7C includes a
同期検波回路25は、一例として、サンプリング電圧Vshを入力すると共に−1倍のゲインで増幅してサンプリング電圧−Vsh(図5参照)として出力する増幅器25aと、2つのサンプリング電圧Vsh,−Vshを入力すると共に図6に示すタイミングの制御信号CLK6(サンプリング電圧Vsh,−Vshと同じ周波数で、かつサンプリング電圧Vshと同位相のクロック信号)に同期してこれらの電圧Vsh,−Vshを交互に切り替えて、検波信号Vdet(図6参照)として出力するスイッチ25bとを備えている。この場合、スイッチ25bは、同図に示すように、一例として、Hiレベルの期間ではサンプリング電圧Vshに切り替え、Lowレベルの期間ではサンプリング電圧−Vshに切り替えることで、検波信号Vdetを出力する。
As an example, the
フィルタ26は、この検波信号Vdetを入力して平均化することで、出力電圧Voutを出力する。
The
ここで、図6に示すように、サンプルアンドホールド回路22から出力されるサンプリング電圧Vshは、サンプリングクロックとしての制御信号CLK5の周期で、その電圧値が、電圧値(Vh+Vos)からこの電圧値(Vh+Vos)と逆の極性の電圧値(−Vh+Vos)に、また電圧値(−Vh+Vos)から電圧値(Vh+Vos)に移行する信号である。また、サンプリング電圧−Vshは、サンプリング電圧Vshの逆の極性の信号である。また、スイッチ25bは、図6に示すように、一例として、サンプリング電圧Vshにおける電圧値(Vh+Vos)となる期間の波形、およびサンプリング電圧−Vshにおける電圧値(Vh−Vos)となる期間の波形を切り替えて、検波信号Vdetとして出力する。
Here, as shown in FIG. 6, the sampling voltage Vsh output from the sample and hold
これにより、検波信号Vdetは、制御信号CLK5の周期で、その電圧値が電圧値(Vh+Vos)から電圧値(Vh−Vos)に、また電圧値(Vh−Vos)から電圧値(Vh+Vos)に移行する信号となっている。したがって、この検波信号Vdetがフィルタ26によって平均化されることで、平均の電圧値が図6中において太線の破線で示されるように電圧Vhとなる出力電圧Voutに変換される。
As a result, the detection signal Vdet shifts from the voltage value (Vh + Vos) to the voltage value (Vh−Vos) and from the voltage value (Vh−Vos) to the voltage value (Vh + Vos) in the cycle of the control signal CLK5. Signal. Therefore, the detection signal Vdet is averaged by the
なお、図示はしないが、このセンサ回路8Cにおいても、上記したセンサ回路8Aのように、差動出力形の差動増幅器21Aを使用する構成を採用したり、上記したセンサ回路8Bのように、スイッチ13,14を省く構成を採用することもできる。
Although not shown, the
また、上記の例では、センサ回路8,8A,8B,8Cにホール素子5を一体的に配設する構成を採用しているが、ホール素子5を別体とするセンサ回路についても上記のホール素子駆動回路1を適用することができる。また、各スイッチ11〜14,25bおよびスイッチ部3については、メカニカルスイッチ、リレー、および半導体スイッチ(トランジスタやFETなど)を使用することができる。
In the above example, the
1,1A ホール素子駆動回路
2,2A 信号切替部
3 スイッチ部
4 切替制御部
5 ホール素子
5a,5c 端子対
5b,5d 端子対
6 電源部
7,7A,7B,7C 信号処理部
8,8A,8B,8C センサ回路
I1 駆動電流
Vh ホール電圧
Vos オフセット電圧
1,1A Hall element drive circuit
2,2A signal switching part
3 Switch part
4 Switching control unit
5
6 Power supply
7, 7A, 7B, 7C Signal processor
8, 8A, 8B, 8C Sensor circuit I1 Drive current Vh Hall voltage Vos Offset voltage
Claims (2)
前記信号切替部の前記第1切替状態から前記第2切替状態への移行、および当該第2切替状態から当該第1切替状態への移行を制御する切替制御部とを備えているホール素子駆動回路であって、
前記電源部と前記信号切替部との間に配設されると共に当該電源部からの前記駆動電流の当該信号切替部への出力を許容するオン状態、および当該駆動電流の当該信号切替部への出力を阻止するオフ状態のいずれか一方の状態に切替制御されるスイッチ部を有し、
前記切替制御部は、前記スイッチ部の前記オン状態から前記オフ状態への移行、および当該オフ状態から当該オン状態への移行を制御すると共に、当該スイッチ部を当該オフ状態に移行させている期間にのみ前記信号切替部に対する切替制御を実行するホール素子駆動回路。 Provided between the Hall element and a power supply unit that outputs a drive current to be supplied to a Hall element having a first terminal pair and a second terminal pair, and supplies the drive current to the first terminal pair A signal switching unit that is controlled to be switched to any one of a first switching state and a second switching state that supplies the driving current to the second terminal pair;
A hall element drive circuit comprising: a switching control unit that controls transition of the signal switching unit from the first switching state to the second switching state and transition from the second switching state to the first switching state. Because
An on-state that is disposed between the power supply unit and the signal switching unit and allows the drive current from the power supply unit to be output to the signal switching unit, and the drive current to the signal switching unit It has a switch part that is controlled to be switched to any one of the off states that block the output,
The switching control unit controls the transition of the switch unit from the on state to the off state, and the transition from the off state to the on state, and the switch unit is transitioned to the off state. A hall element driving circuit that executes switching control for the signal switching unit only.
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