JP2016166862A - Magnetic sensor circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor circuit that outputs no spike-like voltage error to a signal processing circuit.SOLUTION: A magnetic sensor circuit is so composed as to supply output signals to a signal processing circuit via multiple Hall effect elements, driven by a first switching circuit, and a second switching circuit controlled by a second control circuit; the first switching circuit so controls the output signal of each multiple Hall effect element as to avoid spike generation at the same timing, and selectively the second switching circuit so supplies output signals during periods of timing at which no spike occurs.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁気センサ回路に関し、より詳細は、ホール素子の端子切替時に発生するスパイクを低減できる磁気センサ回路に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor circuit, and more particularly to a magnetic sensor circuit that can reduce spikes that occur when switching terminals of a Hall element.

磁気センサ回路は、ホール素子と信号処理回路が含まれるが、ホール素子または信号処理回路でオフセット電圧が生じ、磁場が印加されないゼロ磁場状態においても、ゼロでない電圧が出力する。   The magnetic sensor circuit includes a Hall element and a signal processing circuit. An offset voltage is generated in the Hall element or the signal processing circuit, and a non-zero voltage is output even in a zero magnetic field state where no magnetic field is applied.

このホール素子のオフセット電圧の原因として、製造上のばらつきや応力、周辺磁場の影響等が挙げられる。ホール素子のオフセット電圧の課題に対して、一般的には、スピニングカレント法という駆動方法が使用される。   Causes of the offset voltage of the Hall element include manufacturing variations, stress, the influence of a peripheral magnetic field, and the like. In general, a driving method called a spinning current method is used for the problem of the offset voltage of the Hall element.

正方形状のホール素子で4つの角に各々端子を置いた場合、0度の対向端子に駆動電流を流す場合と、90度の対向端子に駆動電流を流す場合とで、磁場を印加した場合にオフセット電圧が逆相、磁場に応じた電圧は同相となるため、これらを加算し、オフセット誤差が低減された有意な信号を取り出して信号処理を行う。   When a terminal is placed at each of the four corners of a square Hall element, when a drive current is applied to the 0-degree counter terminal and when a drive current is applied to the 90-degree counter terminal, a magnetic field is applied. Since the offset voltage is in reverse phase and the voltage corresponding to the magnetic field is in phase, these are added together to extract a significant signal with reduced offset error and perform signal processing.

図17は、従来の2回スピニングの磁気センサ回路を示した回路図である。
ホール素子1は、4つの端子(ノードN1〜N4)を有し、第一制御回路5で制御される第一スイッチ回路3を介して電源電圧及び接地電圧と接続される。信号処理回路2は、第二制御回路6で制御される第二スイッチ回路4を介してホール素子1と接続される。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a conventional two-spinning magnetic sensor circuit.
The hall element 1 has four terminals (nodes N1 to N4) and is connected to a power supply voltage and a ground voltage via a first switch circuit 3 controlled by the first control circuit 5. The signal processing circuit 2 is connected to the Hall element 1 via the second switch circuit 4 controlled by the second control circuit 6.

図18に、従来の2回スピニングの磁気センサ回路のタイムチャート図を示す。図中、制御信号がハイレベルでスイッチがオンして、制御信号がローレベルでスイッチがオフする。一スピニング期間は、期間Φ1と期間Φ2に2分割される。   FIG. 18 shows a time chart of a conventional two-spinning magnetic sensor circuit. In the figure, the switch is turned on when the control signal is at a high level, and the switch is turned off when the control signal is at a low level. One spinning period is divided into a period Φ1 and a period Φ2.

期間Φ1において、制御信号SS1V、SS1G、SS1P、SS1Mがハイレベルとなる。よって、期間Φ1においては、ノードN2に定電流源15が接続され、ノードN4に接地電位が接続され、正入力端子INPにノードN1が接続され、負入力端子INMにノードN3が接続される。   In the period Φ1, the control signals SS1V, SS1G, SS1P, SS1M are at a high level. Therefore, in the period Φ1, the constant current source 15 is connected to the node N2, the ground potential is connected to the node N4, the node N1 is connected to the positive input terminal INP, and the node N3 is connected to the negative input terminal INM.

期間Φ2において、制御信号SS2V、SS2G、SS2P、SS2Mがハイレベルとなる。期間Φ2においては、ノードN3に定電流源7が接続され、ノードN1に接地電位が接続され、正入力端子INPにノードN2が接続され、負入力端子INMにノードN4が接続される。   In the period Φ2, the control signals SS2V, SS2G, SS2P, SS2M are at a high level. In the period Φ2, the constant current source 7 is connected to the node N3, the ground potential is connected to the node N1, the node N2 is connected to the positive input terminal INP, and the node N4 is connected to the negative input terminal INM.

上記接続によって、差動信号(INP−INM)は、Φ1、Φ2の期間において、磁気に応じた信号電圧Vsigとなる。また、Φ1期間においては、切替直後に負のスパイク状電圧、Φ2期間においては、正のスパイク状電圧が生じる。   With the above connection, the differential signal (INP-INM) becomes a signal voltage Vsig corresponding to magnetism in the period of Φ1 and Φ2. Further, a negative spike voltage is generated immediately after switching in the Φ1 period, and a positive spike voltage is generated in the Φ2 period.

上述したスパイク状の電圧誤差に対する方策として、たとえば、特許文献1、特許文献2の方法が知られている。特許文献1では、時計周りと反時計周りのスピニング切替え時に発生するスパイク状の電圧誤差が正負の逆符号で生じることを利用し、これらを加算または平均化して、誤差を低減する。一方、特許文献2では、1つのホール素子に対してサンプル&ホールド回路を有した離散信号処理回路を前提としており、スピニング切替直後に、ホール素子と信号処理回路は切り離され、信号処理回路は、サンプル&ホールド回路のホールドされた信号に基づいて信号処理が行われるため、切替え直後のスパイク状の誤差期間の信号伝達がマスクされ、スパイク状の誤差が信号処理精度に与える影響を低減している。   For example, the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as measures against the spike-like voltage error described above. In Patent Document 1, a spike-like voltage error that occurs at the time of switching between clockwise and counterclockwise spinning is generated using reverse signs of positive and negative, and these are added or averaged to reduce the error. On the other hand, Patent Document 2 assumes a discrete signal processing circuit having a sample-and-hold circuit for one Hall element, and immediately after spinning switching, the Hall element and the signal processing circuit are separated. Since signal processing is performed based on the signal held by the sample and hold circuit, signal transmission in the spike-like error period immediately after switching is masked, and the influence of spike-like error on signal processing accuracy is reduced. .

米国特許第6927572号明細書US Pat. No. 6,927,572 米国特許第5621319号明細書US Pat. No. 5,621,319

特許文献1記載の方法においては、正のスパイク状誤差と負のスパイク状誤差を相殺する方法がとられるが、正のスパイク状誤差と負のスパイク状の誤差は製造ばらつきや素子構成等に起因して完全に一致はせず、残留誤差要因となる。   In the method described in Patent Document 1, a method of canceling out the positive spike error and the negative spike error is employed. However, the positive spike error and the negative spike error are caused by manufacturing variations, element configurations, and the like. As a result, they do not match completely, causing residual errors.

特許文献2の方法においては、サンプル&ホールド回路をもった離散時間信号処理を前提としており、ホール素子の出力信号が、信号処理回路に伝達されない、マスクされた期間が存在するため、連続時間信号処理には適さない。   The method of Patent Document 2 is based on the premise of discrete time signal processing having a sample and hold circuit, and there is a masked period in which the output signal of the Hall element is not transmitted to the signal processing circuit. Not suitable for processing.

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的とするところは、連続時間信号処理回路にも離散時間信号処理回路にも、どちらにも好適な、スパイク状の電圧誤差を低減する回路を有する磁気センサ回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to have a circuit for reducing spike-like voltage errors suitable for both continuous-time signal processing circuits and discrete-time signal processing circuits. It is to provide a magnetic sensor circuit.

本発明に開示される発明は、課題を解決するための手段として、概略以下のように構成される。
複数の端子を備えた複数のホール素子と、前記複数のホール素子の複数の端子と電源端子及び接地端子の間に設けられ、前記複数のホール素子に駆動電流を切替えて供給する第一スイッチ回路と、前記複数のホール素子の複数の端子と接続され、前記複数のホール素子の出力信号を選択出力する第二スイッチ回路と、前記第一スイッチ回路へ第一制御信号を出力する第一制御回路と、前記第二スイッチ回路へ第二制御信号を出力する第二制御回路と、前記第二スイッチ回路の出力する出力信号を受けて、信号処理をする信号処理回路と、を備え、前記第一制御回路は、前記複数のホール素子の出力信号にスパイクが生じるタイミングが異なるように前記複数のホール素子を制御し、前記第二制御回路は、前記複数のホール素子の出力信号のうち、スパイクが生じている一定期間の出力信号を非選択とし、かつ、前記複数のホール素子の出力信号のうち、スパイクが生じていない一定期間の出力信号を選択するように前記第二スイッチ回路を制御し、前記第二スイッチ回路の出力は、全ての期間において、前記複数のホール素子のいずれか1つ以上の出力信号が選択出力される磁気センサ回路。
The invention disclosed in the present invention is roughly configured as follows as means for solving the problems.
A plurality of Hall elements having a plurality of terminals, and a first switch circuit that is provided between the plurality of terminals of the plurality of Hall elements, a power supply terminal and a ground terminal, and supplies a switching current to the plurality of Hall elements. A second switch circuit that is connected to a plurality of terminals of the plurality of Hall elements and selectively outputs an output signal of the plurality of Hall elements, and a first control circuit that outputs a first control signal to the first switch circuit A second control circuit that outputs a second control signal to the second switch circuit, and a signal processing circuit that receives the output signal output from the second switch circuit and performs signal processing, The control circuit controls the plurality of hall elements so that timings at which spikes occur in the output signals of the plurality of hall elements are different, and the second control circuit receives the output signals of the plurality of hall elements. The second switch circuit is configured to deselect an output signal for a certain period during which a spike occurs and to select an output signal for a certain period during which no spike occurs from the output signals of the plurality of Hall elements. A magnetic sensor circuit that controls and outputs one or more output signals of the plurality of Hall elements in all periods as the output of the second switch circuit.

本発明によれば、ホール素子のスピニング切替直後のスパイク状の電圧誤差を、正負のスパイクで直接相殺した場合に起こる残留誤差は生じない。また、スパイク状の電圧が消失する一定時間後の電圧値を、複数のホール素子を使用して選択出力することで、ホール端子容量に起因したスパイク状電圧誤差を大幅に低減することができる。また、スパイク状誤差が消失した期間の信号を常に使用しているので、スピニング周波数の高速化ができる。   According to the present invention, there is no residual error that occurs when the spike-like voltage error immediately after the spinning switching of the Hall element is directly offset by the positive and negative spikes. Further, by selectively outputting the voltage value after a certain time when the spike voltage disappears using a plurality of Hall elements, the spike voltage error due to the Hall terminal capacitance can be greatly reduced. Further, since the signal during the period in which the spike error has disappeared is always used, the spinning frequency can be increased.

さらに、本発明によれば、個々のホール素子はスパイク状誤差の期間を回避していることによって信号処理回路(たとえばアナログ・デジタル変換器)の処理変換レートを高速化できる。また、信号処理回路にホール素子の出力信号電圧を連続的に伝播させることが可能であり、連続信号処理に適している。また、第一相、第二相で多重サンプリングして信号処理回路を使用する場合、ホール出力信号を途切れることなく伝播させるができる。また、計装アンプを使用した離散時間信号処理の場合に、無駄な充放電が発生しないので、計装アンプの消費電流を削減する事ができる。   Furthermore, according to the present invention, the processing conversion rate of a signal processing circuit (for example, an analog / digital converter) can be increased by avoiding the spike-like error period for each Hall element. Further, the output signal voltage of the Hall element can be continuously propagated to the signal processing circuit, which is suitable for continuous signal processing. Further, when a signal processing circuit is used by performing multiple sampling in the first phase and the second phase, the hall output signal can be propagated without interruption. Further, in the case of discrete-time signal processing using an instrumentation amplifier, useless charging / discharging does not occur, so that the current consumption of the instrumentation amplifier can be reduced.

第一の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of a first embodiment. 第一の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the circuit operation | movement of the magnetic sensor circuit of 1st embodiment. 第二の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of 2nd embodiment. 第二の実施形態の磁気センサ回路の第一スイッチ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the 1st switch circuit of the magnetic sensor circuit of 2nd embodiment. 第二の実施形態の磁気センサ回路の第二スイッチ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the 2nd switch circuit of the magnetic sensor circuit of 2nd embodiment. 第二の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the circuit operation | movement of the magnetic sensor circuit of 2nd embodiment. 第三の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of 3rd embodiment. 第三の実施形態の磁気センサ回路の第二スイッチ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the 2nd switch circuit of the magnetic sensor circuit of 3rd embodiment. 第三の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the circuit operation | movement of the magnetic sensor circuit of 3rd embodiment. 第四の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of 4th embodiment. 第四の実施形態の磁気センサ回路の第一のスイッチ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the 1st switch circuit of the magnetic sensor circuit of 4th embodiment. 第四の実施形態の磁気センサ回路の第二のスイッチ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the 2nd switch circuit of the magnetic sensor circuit of 4th embodiment. 第四の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the circuit operation | movement of the magnetic sensor circuit of 4th embodiment. 本発明の磁気センサ回路のホール素子の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the Hall element of the magnetic sensor circuit of this invention. 本発明の磁気センサ回路のホール素子の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the Hall element of the magnetic sensor circuit of this invention. 本発明の磁気センサ回路の駆動回路の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the drive circuit of the magnetic sensor circuit of this invention. 従来の2回スピニングの磁気センサ回路を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the conventional magnetic sensor circuit of 2 times spinning. 従来の2回スピニングの磁気センサ回路のタイムチャート図である。It is a time chart figure of the conventional magnetic sensor circuit of 2 times spinning.

以下、本発明の磁気センサ回路の実施形態について、回路図を参照して説明する。
<第一の実施形態>
図1は、第一の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。
磁気センサ回路は、第一ホール素子1Aと、第二ホール素子1Bと、第一スイッチ回路13と、第二スイッチ回路14と、第一制御回路11と、第二制御回路12と、定電流源15と、信号処理回路16を備える。信号処理回路16は、チョッピングの変調・復調回路や加算やフィルタ処理回路、アナログ・デジタル変換器、コンパレータ(磁気スイッチ回路)等に該当する。
Hereinafter, embodiments of the magnetic sensor circuit of the present invention will be described with reference to circuit diagrams.
<First embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of the first embodiment.
The magnetic sensor circuit includes a first Hall element 1A, a second Hall element 1B, a first switch circuit 13, a second switch circuit 14, a first control circuit 11, a second control circuit 12, and a constant current source. 15 and a signal processing circuit 16. The signal processing circuit 16 corresponds to a chopping modulation / demodulation circuit, an addition / filter processing circuit, an analog / digital converter, a comparator (magnetic switch circuit), or the like.

ホール素子1Aは、4つの端子を有し、各端子のノードをN1A〜N4Aとする。ホール素子1Bは、4つの端子を有し、各端子のノードをN1B〜N4Bとする。信号処理回路16は、正相入力端子INPと負相入力端子INMを有する。   The Hall element 1A has four terminals, and nodes of the terminals are N1A to N4A. The Hall element 1B has four terminals, and nodes of the terminals are N1B to N4B. The signal processing circuit 16 has a positive phase input terminal INP and a negative phase input terminal INM.

第一ホール素子1A及び第二ホール素子1Bは、第一制御回路11で制御される第一スイッチ回路13を介して電源電圧及び接地電圧と接続され、第二制御回路12で制御される第二スイッチ回路14を介して信号処理回路16に接続される。   The first hall element 1A and the second hall element 1B are connected to the power supply voltage and the ground voltage via the first switch circuit 13 controlled by the first control circuit 11, and are controlled by the second control circuit 12. The signal processing circuit 16 is connected via the switch circuit 14.

第一スイッチ回路13の各スイッチは、それぞれ制御信号SS1VA、SS1VB、SS2VA、SS2VB、SS1GA、SS1GB、SS2GA、SS2GBで制御される。第二スイッチ回路14の各スイッチは、それぞれ制御信号SS1PA、SS1PB、SS2PA、SS2PB、SS1MA、SS1MB、SS2MA、SS2MBで制御される。   Each switch of the first switch circuit 13 is controlled by control signals SS1VA, SS1VB, SS2VA, SS2VB, SS1GA, SS1GB, SS2GA, SS2GB, respectively. Each switch of the second switch circuit 14 is controlled by control signals SS1PA, SS1PB, SS2PA, SS2PB, SS1MA, SS1MB, SS2MA, SS2MB, respectively.

次に、第一の実施形態の磁気センサ回路の動作を説明する。図2は、第一の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。
一スピニング期間は、期間Φ1と期間Φ2に分割される。また、期間Φ1は、サブ期間Φ11とΦ12に分割され、期間Φ2は、サブ期間Φ21とΦ22に分割される。制御信号SS1VA、SS1GAは期間Φ1でハイレベル、制御信号SS2VA、SS2VGは期間Φ2でハイレベル、制御信号SS1VB、SS1GBは期間Φ12及びΦ21でハイレベル、制御信号SS2VB、SS2GBは期間Φ22及びΦ11でハイレベルとなる。また、制御信号SS1PA、SS1MAは期間Φ12でハイレベル、制御信号SS2PA、SS2MAは期間Φ22でハイレベル、制御信号SS1PB、SS1MBは期間Φ21でハイレベル、制御信号SS2PB、SS2MBは期間Φ11でハイレベルとなる。
Next, the operation of the magnetic sensor circuit of the first embodiment will be described. FIG. 2 is a time chart showing the circuit operation of the magnetic sensor circuit of the first embodiment.
One spinning period is divided into a period Φ1 and a period Φ2. The period Φ1 is divided into sub-periods Φ11 and Φ12, and the period Φ2 is divided into sub-periods Φ21 and Φ22. The control signals SS1VA and SS1GA are high in the period Φ1, the control signals SS2VA and SS2VG are high in the period Φ2, the control signals SS1VB and SS1GB are high in the periods Φ12 and Φ21, and the control signals SS2VB and SS2GB are high in the periods Φ22 and Φ11. Become a level. In addition, the control signals SS1PA and SS1MA are high in the period Φ12, the control signals SS2PA and SS2MA are high in the period Φ22, the control signals SS1PB and SS1MB are high in the period Φ21, and the control signals SS2PB and SS2MB are high in the period Φ11. Become.

よって、期間Φ11においては、ノードN2Aに定電流源15が接続され、ノードN4Aに接地電位が接続され、ノードN3Bに定電流源15が接続され、ノードN1Bに接地電位が接続され、2つのホール素子が駆動される。また、正相入力端子INPにホール素子1Bのホール素子ノードN2Bが接続され、負相入力端子INMにホール素子1Bのホール素子ノードN4Bが接続される。この期間において、ホール素子1Bのスピニング切替タイミングは、期間Φ22の開始時であるために、差動出力信号(INP−INM)にスパイク状の電圧誤差は生じない。期間Φ12、期間Φ21、期間Φ22の動作原理も同様で、ホール素子1A、ホール素子1Bのいずれか一つのスパイク状の電圧誤差が生じていない期間での差動信号が、信号処理回路16の入力信号(INP−INM)に選択出力される。   Therefore, in the period Φ11, the constant current source 15 is connected to the node N2A, the ground potential is connected to the node N4A, the constant current source 15 is connected to the node N3B, the ground potential is connected to the node N1B, and two holes The element is driven. Further, the Hall element node N2B of the Hall element 1B is connected to the positive phase input terminal INP, and the Hall element node N4B of the Hall element 1B is connected to the negative phase input terminal INM. In this period, since the spinning switching timing of the Hall element 1B is the start time of the period Φ22, a spike-like voltage error does not occur in the differential output signal (INP-INM). The operating principles of the period Φ12, the period Φ21, and the period Φ22 are the same, and a differential signal in a period in which any one of the Hall element 1A and the Hall element 1B has no spike voltage error is input to the signal processing circuit 16. A signal (INP-INM) is selectively output.

従って、第一の実施形態の磁気センサ回路の場合、信号処理回路16の入力にスパイク状の誤差が生じないという利点を有する。加えて、本実施形態において、スパイク状誤差の期間がマスクされて安定した期間の電圧を選択していることで、スピニング周波数ならびに、信号処理回路16の信号処理変換レート(例えば、アナログ・デジタル変換器のサンプリング・レート)をよりあげることが出来る。従って、磁気センサ回路のS/Nを一定に保つことが出来る。   Therefore, the magnetic sensor circuit of the first embodiment has an advantage that no spike-like error occurs in the input of the signal processing circuit 16. In addition, in the present embodiment, the period of the spike error is masked and the voltage in the stable period is selected, so that the spinning frequency and the signal processing conversion rate (for example, analog / digital conversion) of the signal processing circuit 16 are selected. Sampling rate). Therefore, the S / N of the magnetic sensor circuit can be kept constant.

また、信号処理回路16にホール素子の出力信号電圧を連続的に伝播させることでき、連続信号処理に好適である。
また、計装アンプを使用した離散時間信号処理の場合に、無駄な充放電が発生せず計装アンプの消費電流が増大しない、と言う効果がある。
Further, the output signal voltage of the Hall element can be continuously propagated to the signal processing circuit 16, which is suitable for continuous signal processing.
Further, in the case of discrete-time signal processing using an instrumentation amplifier, there is an effect that wasteful charging / discharging does not occur and current consumption of the instrumentation amplifier does not increase.

<第二の実施形態>
図3は、第二の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。
本実施形態の磁気センサ回路は、第一ホール素子1Aと、第二ホール素子1Bと、第三ホール素子1Cと、第四ホール素子1Dと、第一スイッチ回路33と、第二スイッチ回路34と、第一制御回路31と第二制御回路32と、信号処理回路36を備える。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of the second embodiment.
The magnetic sensor circuit of the present embodiment includes a first Hall element 1A, a second Hall element 1B, a third Hall element 1C, a fourth Hall element 1D, a first switch circuit 33, and a second switch circuit 34. The first control circuit 31, the second control circuit 32, and the signal processing circuit 36 are provided.

ホール素子1C及び1Dは、ホール素子1A及び1Bと同様に、4つの端子を有し、各端子のノードをN1C〜N4C及びN1D〜N4Dとする。信号処理回路36は、正相入力端子INPA、INPB、INPC、INPDと負相入力端子INMA、INMB、INMC、INMDを有する。   Similarly to the Hall elements 1A and 1B, the Hall elements 1C and 1D have four terminals, and the nodes of the terminals are N1C to N4C and N1D to N4D. The signal processing circuit 36 has positive phase input terminals INPA, INPB, INPC, INPD and negative phase input terminals INMA, INMB, INMC, INMD.

ホール素子は、第一の実施形態の磁気センサ回路から第三ホール素子1C及び第四ホール素子1Dが追加されて、第一スイッチ回路33及び第二スイッチ回路34の間に同様に接続される。   The Hall element is similarly connected between the first switch circuit 33 and the second switch circuit 34 by adding the third Hall element 1C and the fourth Hall element 1D from the magnetic sensor circuit of the first embodiment.

第一スイッチ回路33は、同様に4つのホール素子に応じて、スイッチが追加される。図4は、第一スイッチ回路33の一例を示す回路図である。各入力端子、各出力端子、及び各スイッチは図示した様な関係で接続、制御される。   Similarly, a switch is added to the first switch circuit 33 according to the four Hall elements. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of the first switch circuit 33. Each input terminal, each output terminal, and each switch are connected and controlled in the relationship shown in the figure.

第二スイッチ回路34は、信号処理回路36の各入力端子に対応した8つの出力端子を備える。図5は、第二のスイッチ回路34の一例を示す回路図である。各入力端子、各出力端子、及び各スイッチは図示した様な関係で接続、制御される。   The second switch circuit 34 includes eight output terminals corresponding to the input terminals of the signal processing circuit 36. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the second switch circuit 34. Each input terminal, each output terminal, and each switch are connected and controlled in the relationship shown in the figure.

正相入力端子ノード(INPA、INPB、INPC、INPD)及び負相入力端子ノード(INMA、INMB、INMC、INMD)は夫々4つずつあるが、これらは信号処理回路36内の加算回路(図示しない)によって、電圧レベルまたは電流レベルに変換されて、加算信号処理することを想定している。   There are four positive-phase input terminal nodes (INPA, INPB, INPC, INPD) and four negative-phase input terminal nodes (INMA, INMB, INMC, INMD), respectively, but these are addition circuits (not shown) in the signal processing circuit 36. ) Is converted into a voltage level or a current level, and the addition signal processing is assumed.

次に、第二の実施形態の磁気センサ回路の動作を説明する。図6は、第二の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。
一スピニング期間は、期間Φ1と期間Φ2と期間Φ3と期間Φ4に分割される。また、期間Φ1は、サブ期間Φ11とΦ12とΦ13とΦ14に分割され、期間Φ2は、サブ期間Φ21とΦ22とΦ23とΦ24に分割され、期間Φ3は、サブ期間Φ31とΦ32とΦ33とΦ34に分割され、期間Φ4は、サブ期間Φ41とΦ42とΦ43とΦ44に分割される。制御信号SS1VA、SS1GAは期間Φ1でハイレベル、制御信号SS2VA、SS2VGは期間Φ2でハイレベル、制御信号SS3VA、SS3VGは期間Φ3でハイレベル、制御信号SS4VA、SS4VGは期間Φ4でハイレベルとなり、これらはホール素子1Aを駆動するための制御信号となる。他のホール素子1B、1C、1Dの駆動信号についても同様に4つの相をもつが、図6に図示されるとおり、各々、1つのサブ期間分、クロックの位相をずらす。
Next, the operation of the magnetic sensor circuit of the second embodiment will be described. FIG. 6 is a time chart showing the circuit operation of the magnetic sensor circuit of the second embodiment.
One spinning period is divided into a period Φ1, a period Φ2, a period Φ3, and a period Φ4. The period Φ1 is divided into sub-periods Φ11, Φ12, Φ13, and Φ14, the period Φ2 is divided into sub-periods Φ21, Φ22, Φ23, and Φ24, and the period Φ3 is divided into sub-periods Φ31, Φ32, Φ33, and Φ34. The period Φ4 is divided into sub-periods Φ41, Φ42, Φ43, and Φ44. The control signals SS1VA and SS1GA are high in the period Φ1, the control signals SS2VA and SS2VG are high in the period Φ2, the control signals SS3VA and SS3VG are high in the period Φ3, and the control signals SS4VA and SS4VG are high in the period Φ4. Becomes a control signal for driving the Hall element 1A. Similarly, the drive signals of the other Hall elements 1B, 1C, and 1D have four phases. However, as shown in FIG. 6, the clock phases are shifted by one sub period.

ホール素子1Aの出力信号に関する制御信号について、制御信号SS1PA、SS1MAは期間Φ12〜Φ14でハイレベル、制御信号SS2PA、SS2MAは期間Φ22〜Φ24でハイレベル、制御信号SS3PA、SS3MAは期間Φ32〜Φ34でハイレベル、制御信号SS4PA、SS4MAは期間Φ42〜Φ44でハイレベルとなる。図6に示したとおり、他のホール素子1B、1C、1Dについても、同様の位相関係をもった制御信号をもつが、各々のホール素子で1つのサブ期間分、クロックの位相をずらしてある。   Regarding the control signals related to the output signal of the Hall element 1A, the control signals SS1PA and SS1MA are high level in the periods Φ12 to Φ14, the control signals SS2PA and SS2MA are high level in the periods Φ22 to Φ24, and the control signals SS3PA and SS3MA are in the periods Φ32 to Φ34. The high level control signals SS4PA and SS4MA become high level during the periods Φ42 to Φ44. As shown in FIG. 6, the other Hall elements 1B, 1C, and 1D also have control signals having the same phase relationship, but the clock phases are shifted by one sub period in each Hall element. .

よって、サブ期間Φ11において、ホール素子1Aにスパイクが生じているが、ホール素子1B、1C、1Dの3つの信号が信号処理回路36に入力される。その他のサブ機関においても同様に、スパイクが生じていない3つのホール素子の出力信号が信号処理回路36に伝達され、加算される。   Therefore, in the sub-period Φ11, although the spike is generated in the Hall element 1A, three signals of the Hall elements 1B, 1C, and 1D are input to the signal processing circuit 36. Similarly, in the other sub-engines, the output signals of the three Hall elements that are not spiked are transmitted to the signal processing circuit 36 and added.

従って、本実施形態の磁気センサ回路の場合、信号処理回路36の入力にスパイク状の誤差が生じないという利点を有する。また、信号処理回路36にホール素子の出力信号電圧を連続的に伝播させることでき、連続信号処理に好適である。   Therefore, the magnetic sensor circuit of this embodiment has an advantage that no spike-like error occurs in the input of the signal processing circuit 36. Further, the output signal voltage of the Hall element can be continuously propagated to the signal processing circuit 36, which is suitable for continuous signal processing.

<第三の実施形態>
図7は、第三の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。
本実施形態の磁気センサ回路は、第一ホール素子1Aと、第二ホール素子1Bと、第三ホール素子1Cと、第四ホール素子1Dと、第一スイッチ回路33と、第二スイッチ回路74と、第一制御回路31と第二制御回路72と、信号処理回路16を備える。
<Third embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of the third embodiment.
The magnetic sensor circuit of the present embodiment includes a first Hall element 1A, a second Hall element 1B, a third Hall element 1C, a fourth Hall element 1D, a first switch circuit 33, and a second switch circuit 74. The first control circuit 31, the second control circuit 72, and the signal processing circuit 16 are provided.

第二の実施形態と異なる点は、第二スイッチ回路74の構成と第二制御回路72の制御信号が異なる点と、信号処理回路16を正相入力端子INPと負相入力端子INMの一対としている点である。
図8は、第二のスイッチ回路74の一例を示す回路図である。各入力端子、各出力端子、及び各スイッチは図示した様な関係で接続、制御される。
The difference from the second embodiment is that the configuration of the second switch circuit 74 and the control signal of the second control circuit 72 are different, and that the signal processing circuit 16 is a pair of a positive phase input terminal INP and a negative phase input terminal INM. It is a point.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of the second switch circuit 74. Each input terminal, each output terminal, and each switch are connected and controlled in the relationship shown in the figure.

次に、第三の実施形態の磁気センサ回路の動作を説明する。図9は、第三の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。
本実施形態のタイムチャートは、第二の実施形態のタイムチャートと第二スイッチ回路72の制御信号が異なる。例えば、ホール素子1Aについては、期間Φ14にて制御信号(SS1PA、SS1MA)がハイレベル、期間Φ24にて制御信号SS2PA、SS2MAがハイレベル、期間Φ34にて制御信号SS3PA、SS3MAがハイレベル、期間Φ44にて制御信号SS4PA、SS4MAがハイレベルとする。ホール素子1B〜1Dについても同様の位相関係の制御信号であるが、ホール素子間でクロックの位相が1サブ期間分ずらしてある。従って、信号処理入力(INP−INM)は、Φ11期間においてホール素子1Bの信号、Φ12期間においてホール素子1Cの信号、Φ13期間においてホール素子1Dの信号、Φ14期間においてホール素子1Aの信号が選択される。他のサブ期間においても、同様の原理で信号処理回路16への入力信号が決定される。
Next, the operation of the magnetic sensor circuit of the third embodiment will be described. FIG. 9 is a time chart showing the circuit operation of the magnetic sensor circuit of the third embodiment.
The time chart of this embodiment is different from the time chart of the second embodiment in the control signal of the second switch circuit 72. For example, for the Hall element 1A, the control signals (SS1PA, SS1MA) are high level in the period Φ14, the control signals SS2PA, SS2MA are high level in the period Φ24, and the control signals SS3PA, SS3MA are high level in the period Φ34. At Φ44, the control signals SS4PA and SS4MA are set to the high level. The Hall elements 1B to 1D have similar phase-related control signals, but the clock phase is shifted by one sub period between the Hall elements. Therefore, as the signal processing input (INP-INM), the signal of the Hall element 1B is selected in the Φ11 period, the signal of the Hall element 1C in the Φ12 period, the signal of the Hall element 1D in the Φ13 period, and the signal of the Hall element 1A in the Φ14 period. The Also in other sub-periods, the input signal to the signal processing circuit 16 is determined based on the same principle.

従って、本実施形態の磁気センサ回路は、信号処理回路16の入力にスパイク状の誤差が生じないという利点を有する。加えて、本実施形態において、4つのホール素子を使用しているので、スパイク状誤差の期間がマスクされて安定した期間をサブ期間3つ分とることが出来るので、ホール素子容量に起因したスパイク状の電圧誤差は指数関数的に限りなく小さくなる。よって、より一層スピニング周波数ならびに信号処理回路16の信号処理変換レート(例えば、アナログ・デジタル変換器のサンプリング・レート)の向上を図ることが出来る。従って、磁気センサ回路のシステムとしてS/Nを一定に保つことが出来るため、クロックレートをあげることでロス分を回避できる。また、信号処理回路16にホール素子の出力信号電圧を連続的に伝播させることでき、連続信号処理に好適である。   Therefore, the magnetic sensor circuit of this embodiment has an advantage that no spike-like error occurs in the input of the signal processing circuit 16. In addition, since four Hall elements are used in this embodiment, the period of spike-like error is masked, and three stable periods can be obtained. The voltage error of the state becomes extremely small exponentially. Therefore, the spinning frequency and the signal processing conversion rate of the signal processing circuit 16 (for example, the sampling rate of the analog / digital converter) can be further improved. Accordingly, since the S / N can be kept constant as a magnetic sensor circuit system, the loss can be avoided by increasing the clock rate. Further, the output signal voltage of the Hall element can be continuously propagated to the signal processing circuit 16, which is suitable for continuous signal processing.

<第四の実施形態>
図10は、第四の実施形態の磁気センサ回路の回路図である。
本実施形態の磁気センサ回路は、第二の実施形態の回路構成と同じであるが、第一スイッチ回路103及び第二スイッチ回路104の回路が異なる。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is a circuit diagram of the magnetic sensor circuit of the fourth embodiment.
The magnetic sensor circuit of the present embodiment is the same as the circuit configuration of the second embodiment, but the first switch circuit 103 and the second switch circuit 104 are different.

図11は、第一のスイッチ回路103の一例を示す回路図である。各入力端子、各出力端子、及び各スイッチは図示した様な関係で接続、制御される。従って、ホール素子1Aは時計周りにスピニングし、ホール素子1Bは反時計周りにスピニングし、ホール素子1Cは時計周りにスピニングし、ホール素子1Dは反時計周りにスピニングするように接続を行う。   FIG. 11 is a circuit diagram illustrating an example of the first switch circuit 103. Each input terminal, each output terminal, and each switch are connected and controlled in the relationship shown in the figure. Accordingly, the Hall element 1A spins clockwise, the Hall element 1B spins counterclockwise, the Hall element 1C spins clockwise, and the Hall element 1D spins counterclockwise.

図12は、第二のスイッチ回路104の一例を示す回路図である。各入力端子、各出力端子、及び各スイッチは図示した様な関係で接続、制御される。第二のスイッチ回路104も、第一のスイッチ回路103と同様のスピニングに対応する接続にしている。   FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of the second switch circuit 104. Each input terminal, each output terminal, and each switch are connected and controlled in the relationship shown in the figure. The second switch circuit 104 is also connected corresponding to spinning similar to the first switch circuit 103.

次に、第四の実施形態の磁気センサ回路の動作を説明する。図13は、第四の実施形態の磁気センサ回路の回路動作を示すタイムチャートである。
本実施形態のタイムチャートは、第二の実施形態のタイムチャートと制御信号が同一であるが、ホール素子1Bとホール素子1Dの差動信号のスパイク状の電圧誤差の符号が負になっている。これは、ホール素子のスピニングの仕方が異なるためである。
Next, the operation of the magnetic sensor circuit of the fourth embodiment will be described. FIG. 13 is a time chart showing the circuit operation of the magnetic sensor circuit of the fourth embodiment.
The time chart of this embodiment has the same control signal as the time chart of the second embodiment, but the sign of the spike-like voltage error of the differential signal of the Hall element 1B and Hall element 1D is negative. . This is because the spinning method of the Hall element is different.

本実施形態の磁気センサ回路では、スパイクがない期間を出力として選択しているが、実際の回路では、時定数τに対して(A×exp(−T/τ)、ここでTはマスクした整定時間)の有限の誤差を含む。よって、ホール素子1A、1Cについては、微小な誤差(A×exp(−T/τ))が実際生じており、ホール素子1B、1Dについては、微小な誤差((−1)×A×exp(−T/τ))が実際生じている。従って、信号整定の残留誤差分について、影響を相殺することで、より信号の誤差成分を小さくできる。
本実施形態の磁気センサ回路は、スパイク消失後の整定後電圧を選択出力しているために、正・負のスパイク電圧の波形形状差による影響は、ほぼ不感である。
In the magnetic sensor circuit of the present embodiment, a period without spikes is selected as an output. However, in an actual circuit, (A × exp (−T / τ) with respect to the time constant τ, where T is masked. Settling time). Therefore, a minute error (A × exp (−T / τ)) actually occurs for the Hall elements 1A and 1C, and a minute error ((−1) × A × exp) for the Hall elements 1B and 1D. (−T / τ)) actually occurs. Accordingly, the error component of the signal can be further reduced by offsetting the influence of the residual error of the signal settling.
Since the magnetic sensor circuit of this embodiment selectively outputs the post-settling voltage after the disappearance of the spike, the influence of the waveform shape difference between the positive and negative spike voltages is almost insensitive.

図14、及び図15は、本発明の磁気センサ回路のホール素子の構成の一例を示す回路図である。
図14は、2つのホール素子1a、1bを図のように、一つのホール素子1となるように端子N1〜N4に接続する。ホール素子1a、1bは、各端子が0度、90度と異なるものを1つのホール素子1となるように接続する。ホール素子1をこのように構成することで、レイアウトに起因した製造上のばらつきや応力の影響を抑制することができる。
14 and 15 are circuit diagrams showing an example of the configuration of the Hall element of the magnetic sensor circuit of the present invention.
In FIG. 14, two Hall elements 1 a and 1 b are connected to terminals N <b> 1 to N <b> 4 so as to become one Hall element 1 as illustrated. The Hall elements 1a and 1b are connected so that each terminal is different from 0 degrees and 90 degrees so that one Hall element 1 is formed. By configuring the Hall element 1 in this way, it is possible to suppress the influence of manufacturing variations and stress due to the layout.

図15のホール素子1の構成も同様である。
図16は、本発明の磁気センサ回路のホール素子を駆動回路の構成の一例を示す回路図である。
図16の駆動回路は、4つのホール素子1A、1B、1C、1Dを駆動する4つの定電流源15A、15B、15C、15Dを設ける。そして、第一スイッチ回路163は、スピニング毎にホール素子を駆動する定電流源を切替えるように制御を行う。このように駆動回路を構成することで、スピニング切替時に駆動端に生じるわずかな信号変動を、より抑制することが出来る。
The configuration of the Hall element 1 in FIG. 15 is the same.
FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the drive circuit for the Hall element of the magnetic sensor circuit of the present invention.
The drive circuit of FIG. 16 includes four constant current sources 15A, 15B, 15C, and 15D that drive the four Hall elements 1A, 1B, 1C, and 1D. The first switch circuit 163 performs control so as to switch the constant current source that drives the Hall element for each spinning. By configuring the drive circuit in this way, slight signal fluctuations that occur at the drive end during spinning switching can be further suppressed.

そして、図16のように4つのホール素子を備えた磁気センサ回路の場合、4回のスピニングを一周期として、ホール素子を駆動する定電流源を切替える。このようなスピニングの制御を行うことで、各定電流源15A、15B、15C、15Dの電流値のバラツキの影響をおさえることができる。   In the case of a magnetic sensor circuit having four Hall elements as shown in FIG. 16, the constant current source for driving the Hall elements is switched with four spinnings as one cycle. By performing such spinning control, it is possible to suppress the influence of variations in the current values of the constant current sources 15A, 15B, 15C, and 15D.

図16の駆動回路によれば、本発明の磁気センサ回路は、スピニング切替時に駆動端に生じるわずかな信号変動を抑制することが出来る。また、上述したような駆動方法によれば、各定電流源の電流バラツキを抑制することができる。   According to the drive circuit of FIG. 16, the magnetic sensor circuit of the present invention can suppress slight signal fluctuations that occur at the drive end during spinning switching. Further, according to the driving method as described above, it is possible to suppress the current variation of each constant current source.

以上、本発明の実施形態の説明において、ホール素子の形状、端子及び位置関係(0度、90度、180度、270度)など、図面に示したものに限定したものではなく、他の形状や端子数のホール素子についても発明の範囲に含まれる。
また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形や修正を含むことは勿論である。
As described above, in the description of the embodiment of the present invention, the shape of the Hall element, the terminal, and the positional relationship (0 degree, 90 degree, 180 degree, 270 degree) are not limited to those shown in the drawings, The number of terminals and the number of terminals are also included in the scope of the invention.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications and corrections that can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention.

1A、1B、1C、1D ホール素子
11、31 第一制御回路
12、32 第二制御回路
13、33、103 第一スイッチ回路
14、34、104 第二スイッチ回路
15、15A、15B、15C、15D 定電流源
16、36 信号処理回路
1A, 1B, 1C, 1D Hall element 11, 31 First control circuit 12, 32 Second control circuit 13, 33, 103 First switch circuit 14, 34, 104 Second switch circuit 15, 15A, 15B, 15C, 15D Constant current source 16, 36 Signal processing circuit

Claims (4)

複数の端子を備えた複数のホール素子と、
前記複数のホール素子の複数の端子と電源端子及び接地端子の間に設けられ、前記複数のホール素子に駆動電流を切替えて供給する第一スイッチ回路と、
前記複数のホール素子の複数の端子と接続され、前記複数のホール素子の出力信号を選択出力する第二スイッチ回路と、
前記第一スイッチ回路へ第一制御信号を出力する第一制御回路と、
前記第二スイッチ回路へ第二制御信号を出力する第二制御回路と、
前記第二スイッチ回路の出力する出力信号を受けて、信号処理をする信号処理回路と、を備え、
前記第一制御回路は、前記複数のホール素子の出力信号にスパイクが生じるタイミングが異なるように前記複数のホール素子を制御し、
前記第二制御回路は、前記複数のホール素子の出力信号のうち、スパイクが生じている一定期間の出力信号を非選択とし、かつ、前記複数のホール素子の出力信号のうち、スパイクが生じていない一定期間の出力信号を選択するように前記第二スイッチ回路を制御し、
前記第二スイッチ回路の出力は、全ての期間において、前記複数のホール素子のいずれか1つ以上の出力信号が選択出力される、
ことを特徴とする磁気センサ回路。
A plurality of Hall elements having a plurality of terminals;
A first switch circuit provided between a plurality of terminals of the plurality of Hall elements and a power supply terminal and a ground terminal, and supplying a switching current to the plurality of Hall elements by switching;
A second switch circuit connected to a plurality of terminals of the plurality of Hall elements and selectively outputting an output signal of the plurality of Hall elements;
A first control circuit for outputting a first control signal to the first switch circuit;
A second control circuit for outputting a second control signal to the second switch circuit;
A signal processing circuit that receives the output signal output from the second switch circuit and performs signal processing;
The first control circuit controls the plurality of Hall elements so that timings at which spikes are generated in output signals of the plurality of Hall elements are different.
The second control circuit deselects an output signal of a certain period during which a spike occurs among the output signals of the plurality of Hall elements, and a spike occurs among the output signals of the plurality of Hall elements. Controlling the second switch circuit to select an output signal for a certain period of time,
As for the output of the second switch circuit, any one or more output signals of the plurality of Hall elements are selectively output in all periods.
A magnetic sensor circuit.
前記第一スイッチ回路と前記電源端子の間に定電流源を設けた、
ことを特徴とする請求項1記載の磁気センサ回路。
A constant current source is provided between the first switch circuit and the power supply terminal.
The magnetic sensor circuit according to claim 1.
前記定電流源は前記複数のホール素子に対応して設けられ、
スピニング毎に前記第一スイッチ回路によって前記複数のホール素子に切替えて接続される、
ことを特徴とする請求項2記載の磁気センサ回路。
The constant current source is provided corresponding to the plurality of Hall elements,
Switched to the plurality of Hall elements by the first switch circuit for each spinning,
The magnetic sensor circuit according to claim 2.
前記ホール素子は、
複数のホール素子を1つのホール素子になるように前記ホール素子の端子に接続された、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の磁気センサ回路。
The Hall element is
A plurality of hall elements connected to the terminals of the hall elements so as to become one hall element;
The magnetic sensor circuit according to claim 1, wherein the magnetic sensor circuit is a magnetic sensor circuit.
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