JP2020187014A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device.
従来より、一様な外乱磁界の影響を低減するように構成された磁気アイソレータが、例えば特許文献1で提案されている。磁気アイソレータは、設置基板上に設けられた第1の絶縁層及び第2の絶縁層を備える。 Conventionally, for example, Patent Document 1 has proposed a magnetic isolator configured to reduce the influence of a uniform disturbance magnetic field. The magnetic isolator includes a first insulating layer and a second insulating layer provided on the installation substrate.
第1の絶縁層の上には、ブリッジ回路を構成する4つの磁気抵抗効果素子が配置される。第2の絶縁層の上には、信号入力接続線を介して、各磁気抵抗効果素子に対向して設けられた信号入力導体と、信号入力折返し導体と、が接続されるように構成された信号入力線が配置される。 On the first insulating layer, four magnetoresistive elements constituting the bridge circuit are arranged. On the second insulating layer, a signal input conductor provided facing each magnetoresistive sensor and a signal input folded conductor are connected via a signal input connecting wire. The signal input line is arranged.
そして、信号入力線に信号電流が通電されることにより、第1のハーフブリッジ回路を構成する2つの素子に印加される磁界の方向と、第2のハーフブリッジ回路を構成する2つの素子に印加される磁界の方向とが、逆方向となるように信号入力線が構成される。 Then, when the signal current is applied to the signal input line, the direction of the magnetic field applied to the two elements constituting the first half-bridge circuit and the direction of the magnetic field applied to the two elements constituting the second half-bridge circuit are applied. The signal input line is configured so that the direction of the magnetic field to be generated is opposite to that of the magnetic field.
これにより、一様な外乱磁界に対してブリッジ回路の平衡が崩れることがなく、一様な外乱磁界の印加による出力信号への影響が低減されるようになっている。 As a result, the equilibrium of the bridge circuit is not disturbed with respect to a uniform disturbance magnetic field, and the influence of the application of the uniform disturbance magnetic field on the output signal is reduced.
ここで、上記従来の技術とは別の構成として、外乱磁界が信号成分の逆位相となるように、2つのブリッジ回路を物理的に離して配置し、演算回路によって各ブリッジ回路の各出力信号の差動を演算することで外乱磁界の影響を低減させる構成が考えられる。この構成では、2つのブリッジ回路を物理的に離す必要があり、2つのブリッジ回路を別々のセンサチップに形成、あるいは同一センサチップ内で距離を離して形成することが考えられる。 Here, as a configuration different from the above-mentioned conventional technique, the two bridge circuits are physically separated from each other so that the disturbance magnetic field has the opposite phase of the signal component, and each output signal of each bridge circuit is arranged by the arithmetic circuit. It is conceivable to reduce the influence of the disturbance magnetic field by calculating the differential of. In this configuration, it is necessary to physically separate the two bridge circuits, and it is conceivable that the two bridge circuits are formed on separate sensor chips or formed at a distance within the same sensor chip.
しかし、いずれの場合でも、各ブリッジ回路は物理的に離れているので、ブリッジ回路を構成する各磁気抵抗素子に掛かる応力が素子毎に異なる。このため、各出力信号に含まれる応力の影響も異なってしまう。したがって、各出力信号の差動によって各磁気抵抗素子に掛かる応力の影響を打ち消すことができない。 However, in any case, since the bridge circuits are physically separated, the stress applied to each magnetoresistive element constituting the bridge circuit is different for each element. Therefore, the influence of the stress included in each output signal is also different. Therefore, the influence of the stress applied to each magnetoresistive element cannot be canceled by the differential of each output signal.
また、各ブリッジ回路は物理的に離れているため、各ブリッジ回路から演算回路までは配線がそれぞれ独立している。このため、回路内で各配線を並走させるまでは回路内ノイズをコモンにすることができない。したがって、各出力信号の差動によって回路内ノイズによる誤差を打ち消すことができない。 Moreover, since each bridge circuit is physically separated, the wiring from each bridge circuit to the arithmetic circuit is independent. Therefore, the noise in the circuit cannot be made common until each wiring runs in parallel in the circuit. Therefore, the error due to the noise in the circuit cannot be canceled by the differential of each output signal.
本発明は上記点に鑑み、外乱磁界の影響、各ブリッジ回路に掛かる応力の影響、及び回路内ノイズによる誤差を低減させることができるセンサ装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a sensor device capable of reducing the influence of a disturbance magnetic field, the influence of stress applied to each bridge circuit, and an error due to noise in the circuit.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、センサ装置は、第1センサ部(100、500)、第2センサ部(200、500)、及び信号処理部(300)を含む。 In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, the sensor device includes a first sensor unit (100, 500), a second sensor unit (200, 500), and a signal processing unit (300).
第1センサ部は、第1ブリッジ回路(130)を構成する第1磁気抵抗素子対(110)及び第2磁気抵抗素子対(120)を有する。第1センサ部は、検出対象から磁界の影響を受けたときの第1磁気抵抗素子対及び第2磁気抵抗素子対の抵抗値の変化、第1ブリッジ回路に掛かる第1応力、及び外部から入力されるであろう外乱磁界に基づいて、第1磁気抵抗素子対の第1中点(113)の第1電圧信号と、第2磁気抵抗素子対の第2中点(123)の第2電圧信号と、を出力する。 The first sensor unit has a first magnetoresistive element pair (110) and a second magnetoresistive element pair (120) constituting the first bridge circuit (130). The first sensor unit changes the resistance values of the first magnetoresistive element pair and the second magnetoresistive element pair when the detection target is affected by the magnetic field, the first stress applied to the first bridge circuit, and the input from the outside. The first voltage signal at the first midpoint (113) of the first magnetoresistive sensor pair and the second voltage at the second midpoint (123) of the second magnetoresistive sensor pair based on the disturbance magnetic field that will be generated. Outputs a signal.
第2センサ部は、検出対象から受ける磁界の位相が逆相になるように第1センサ部から離れて配置される。第2センサ部は、第2ブリッジ回路(230)を構成する第3磁気抵抗素子対(210)及び第4磁気抵抗素子対(220)を有する。第2センサ部は、検出対象から磁界の影響を受けたときの第3磁気抵抗素子対及び第4磁気抵抗素子対の抵抗値の変化、第2ブリッジ回路に掛かる第2応力、及び外乱磁界に基づいて、第1中点に対して極性が反転している第3磁気抵抗素子対の第3中点(213)の第3電圧信号と、第2中点に対して極性が反転している第4磁気抵抗素子対の第4中点(223)の第4電圧信号と、を出力する。 The second sensor unit is arranged away from the first sensor unit so that the phase of the magnetic field received from the detection target is out of phase. The second sensor unit has a third magnetoresistive element pair (210) and a fourth magnetoresistive element pair (220) constituting the second bridge circuit (230). The second sensor unit responds to changes in the resistance values of the third magnetoresistive element pair and the fourth magnetoresistive element pair when affected by a magnetic field from the detection target, the second stress applied to the second bridge circuit, and the disturbance magnetic field. Based on this, the third voltage signal at the third midpoint (213) of the third magnetoresistive sensor pair whose polarity is inverted with respect to the first midpoint and the polarity are inverted with respect to the second midpoint. The fourth voltage signal at the fourth midpoint (223) of the fourth magnetoresistive sensor pair is output.
信号処理部は、第1配線経路(301)、第1フィルタ(310)、第2配線経路(302)、第2フィルタ(320)、第3配線経路(303)、第3フィルタ(330)、第4配線経路(304)、及び第4フィルタ(340)を有する。 The signal processing unit includes a first wiring path (301), a first filter (310), a second wiring path (302), a second filter (320), a third wiring path (303), and a third filter (330). It has a fourth wiring path (304) and a fourth filter (340).
第1配線経路は、一端側に第1中点の第1電圧信号が印加される。第1フィルタは、第1配線経路の途中に設けられていると共に第1配線経路に入力される回路内ノイズを低減する。第2配線経路は、一端側に第2中点の第2電圧信号が印加される。第2フィルタは、第2配線経路の途中に設けられていると共に第2配線経路に入力される回路内ノイズを低減する。 A first voltage signal at the first midpoint is applied to one end of the first wiring path. The first filter is provided in the middle of the first wiring path and reduces the noise in the circuit input to the first wiring path. A second voltage signal at the second midpoint is applied to one end of the second wiring path. The second filter is provided in the middle of the second wiring path and reduces the noise in the circuit input to the second wiring path.
第3配線経路は、一端側に第3中点の第3電圧信号が印加される。第3フィルタは、第3配線経路の途中に設けられていると共に第3配線経路に入力される回路内ノイズを低減する。第4配線経路は、一端側に第4中点の第4電圧信号が印加される。第4フィルタは、第4配線経路の途中に設けられていると共に第4配線経路に入力される回路内ノイズを低減する。 A third voltage signal at the third midpoint is applied to one end of the third wiring path. The third filter is provided in the middle of the third wiring path and reduces the noise in the circuit input to the third wiring path. A fourth voltage signal at the fourth midpoint is applied to one end of the fourth wiring path. The fourth filter is provided in the middle of the fourth wiring path and reduces the noise in the circuit input to the fourth wiring path.
さらに、信号処理部は、第1接続部(305)、第2接続部(306)、及び電子回路部(350)を有する。 Further, the signal processing unit has a first connection unit (305), a second connection unit (306), and an electronic circuit unit (350).
第1接続部は、第1配線経路の他端側と、第4配線経路の他端側と、をショートさせた接続箇所であると共に、第1フィルタの通過後の第1電圧信号と第4フィルタの通過後の第4電圧信号とを平均化する。これにより、第1接続部は、第1電圧信号に含まれる外乱磁界の成分と第4電圧信号に含まれる外乱磁界の成分とを打ち消す。第1接続部は、第1電圧信号に含まれる第1応力の成分と第4電圧信号に含まれる第2応力の成分とを平均化する。第1接続部は、第1配線経路に入力されると共に第1電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と第4配線経路に入力されると共に第4電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とを平均化する。 The first connection portion is a connection portion in which the other end side of the first wiring path and the other end side of the fourth wiring path are short-circuited, and the first voltage signal and the fourth after passing through the first filter. The fourth voltage signal after passing through the filter is averaged. As a result, the first connection portion cancels out the component of the disturbance magnetic field included in the first voltage signal and the component of the disturbance magnetic field included in the fourth voltage signal. The first connection portion averages the first stress component included in the first voltage signal and the second stress component included in the fourth voltage signal. The first connection portion is input to the first wiring path and contains a component of in-circuit noise contained in the first voltage signal, and is input to the fourth wiring path and contains a component of in-circuit noise contained in the fourth voltage signal. To average.
第2接続部は、第2配線経路の他端側と、第3配線経路の他端側と、をショートさせた接続箇所であると共に、第2フィルタの通過後の第2電圧信号と第3フィルタの通過後の第3電圧信号とを平均化する。これにより、第2接続部は、第2電圧信号に含まれる外乱磁界の成分と第3電圧信号に含まれる外乱磁界の成分とを打ち消す。第2接続部は、第2電圧信号に含まれる第1応力の成分と第3電圧信号に含まれる第2応力の成分とを平均化する。第2接続部は、第2配線経路に入力されると共に第2電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と第3配線経路に入力されると共に第3電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とを平均化する。 The second connection portion is a connection portion in which the other end side of the second wiring path and the other end side of the third wiring path are short-circuited, and the second voltage signal and the third after passing through the second filter. The third voltage signal after passing through the filter is averaged. As a result, the second connection portion cancels out the component of the disturbance magnetic field included in the second voltage signal and the component of the disturbance magnetic field included in the third voltage signal. The second connection portion averages the first stress component included in the second voltage signal and the second stress component included in the third voltage signal. The second connection portion is input to the second wiring path and contains a component of in-circuit noise contained in the second voltage signal, and is input to the third wiring path and contains a component of in-circuit noise contained in the third voltage signal. To average.
電子回路部は、第1接続部の電圧と第2接続部の電圧との差電圧を取得することで、第1応力の成分及び第2応力の成分が打ち消され、さらに、回路内ノイズの成分が打ち消されるセンサ信号を取得する。 By acquiring the difference voltage between the voltage of the first connection part and the voltage of the second connection part, the electronic circuit unit cancels out the first stress component and the second stress component, and further, the noise component in the circuit. Gets the sensor signal that is canceled.
以上のように、センサ装置は、電気的に極性が反転していると共に磁気的に位相が反転した電圧信号が第1接続部及び第2接続部によって平均化される構成になっている。これにより、各接続部において互いに逆相の外乱磁界の成分を打ち消すことができる。また、平均化された正極側の電圧と負極側の電圧との差電圧が取得されるので、正極側の電圧に含まれる平均化された各応力の成分及び回路内ノイズの成分と負極側に電圧に含まれる平均化された各応力の成分及び回路内ノイズの成分とを打ち消すことができる。したがって、信号処理部において取得されるセンサ信号について、外乱磁界の影響、各ブリッジ回路に掛かる応力の影響、及び回路内ノイズによる誤差を低減させることができる。 As described above, the sensor device has a configuration in which voltage signals whose polarities are electrically inverted and whose phases are magnetically inverted are averaged by the first connection portion and the second connection portion. As a result, the components of the disturbance magnetic fields having opposite phases can be canceled at each connection portion. Further, since the difference voltage between the averaged positive electrode side voltage and the negative electrode side voltage is acquired, the averaged stress component included in the positive electrode side voltage, the circuit noise component, and the negative electrode side It is possible to cancel each averaged stress component and the circuit noise component contained in the voltage. Therefore, with respect to the sensor signal acquired by the signal processing unit, it is possible to reduce the influence of the disturbance magnetic field, the influence of the stress applied to each bridge circuit, and the error due to the noise in the circuit.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 The reference numerals in parentheses of each means described in this column and the scope of claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the same or equal parts are designated by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るセンサ装置は、例えば一方向に移動する検出対象の位置を検出する磁気センサや、検出対象として配線に流れる電流を検出する電流センサとして機能するものである。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to the drawings. The sensor device according to the present embodiment functions as, for example, a magnetic sensor that detects the position of a detection target that moves in one direction, or a current sensor that detects a current flowing through wiring as a detection target.
図1に示されるように、センサ装置1は、第1センサチップ100、第2センサチップ200、及び信号処理部300を含む。
As shown in FIG. 1, the sensor device 1 includes a
第1センサチップ100及び第2センサチップ200は、検出対象から受ける磁界の影響に対応したアナログ信号である電圧信号を出力するように構成された回路部である。各センサチップ100、200は、例えばチップ部品として構成されている。
The
第1センサチップ100は、第1磁気抵抗素子対110及び第2磁気抵抗素子対120を有する。第1磁気抵抗素子対110は、信号処理部300から供給される電源(VDD1)とグランド(GND1)との間に直列接続された2つの磁気抵抗素子111、112によってハーフブリッジ回路を構成している。同様に、第2磁気抵抗素子対120は、電源とグランドとの間に直列接続された2つの磁気抵抗素子121、122によってハーフブリッジ回路を構成している。第1磁気抵抗素子対110及び第2磁気抵抗素子対120は、第1ブリッジ回路130を構成している。
The
第1センサチップ100は、第1磁気抵抗素子対110の第1中点113の第1電圧信号と、第2磁気抵抗素子対120の第2中点123の第2電圧信号と、をそれぞれ出力する。
The
第2センサチップ200は、第3磁気抵抗素子対210及び第4磁気抵抗素子対220を有する。第3磁気抵抗素子対210は、信号処理部300から供給される電源(VDD2)とグランド(GND2)との間に直列接続された2つの磁気抵抗素子211、212によってハーフブリッジ回路を構成している。同様に、第4磁気抵抗素子対220は、電源とグランドとの間に直列接続された2つの磁気抵抗素子221、222によってハーフブリッジ回路を構成している。第3磁気抵抗素子対210及び第3磁気抵抗素子対210は、第2ブリッジ回路230を構成している。
The
第2センサチップ200は、第3磁気抵抗素子対210の第3中点213の第3電圧信号と、第4磁気抵抗素子対220の第4中点223の第4電圧信号と、を出力する。
The
ここで、第2センサチップ200の出力は、第1センサチップ100に対して電気的に極性を反転させ、磁気的に位相を逆相にする。このため、第2センサチップ200は、検出対象から受ける磁界の位相が逆相になるように第1センサチップ100から一定距離だけ離れて配置される。また、第3磁気抵抗素子対210の第3中点213の第3電圧信号は、第1中点113に対して電気的な極性が反転している。第4磁気抵抗素子対220の第4中点223の第4電圧信号は、第2中点123に対して電気的な極性が反転している。
Here, the output of the
信号処理部300は、各センサチップ100、200から出力される各電圧信号を処理する回路部品である。信号処理部300は、例えばASICとして構成されている。信号処理部300と各センサチップ100、200とはワイヤ400によって電気的に接続されている。
The
信号処理部300は、第1配線経路301、第2配線経路302、第3配線経路303、第4配線経路304、第1フィルタ310、第2フィルタ320、第3フィルタ330、及び第4フィルタ340を有する。
The
第1配線経路301は、一端側に第1磁気抵抗素子対110の第1中点の第1電圧信号が印加される。第2配線経路302は、一端側に第2磁気抵抗素子対120の第2中点の第2電圧信号が印加される。第3配線経路303は、一端側に第3磁気抵抗素子対210の第3中点の第3電圧信号が印加される。第4配線経路304は、一端側に第4磁気抵抗素子対220の第4中点の第4電圧信号が印加される。
A first voltage signal at the first midpoint of the first
各配線経路301〜304は、その大部分が信号処理部300内で並走する、すなわち平行になるように信号処理部300に形成されている。
Most of the
第1フィルタ310は、第1配線経路301の途中に設けられていると共に、第1配線経路301に入力される回路内ノイズを低減する。回路内ノイズは、例えば、各センサチップ100、200内で発生するノイズや、電子回路部350で発生するノイズや、センサ装置1の外部からのノイズ等の回路に起因するノイズである。
The
第1フィルタ310は、第1配線経路301に設けられた抵抗素子311と、抵抗素子311において第1配線経路301の他端側とグランドとの間に接続されたコンデンサ312と、によって構成されたRCフィルタである。
The
第2フィルタ320は、第2配線経路302の途中に設けられていると共に、第2配線経路302に入力される回路内ノイズを低減する。第2フィルタ320は、第2配線経路302に設けられた抵抗素子321と、抵抗素子321において第2配線経路302の他端側とグランドとの間に接続されたコンデンサ322と、によって構成されたRCフィルタである。
The
第3フィルタ330は、第3配線経路303の途中に設けられていると共に、第3配線経路303に入力される回路内ノイズを低減する。第3フィルタ330は、第3配線経路303に設けられた抵抗素子331と、抵抗素子331において第3配線経路303の他端側とグランドとの間に接続されたコンデンサ332と、によって構成されたRCフィルタである。
The
第4フィルタ340は、第4配線経路304の途中に設けられていると共に、第4配線経路304に入力される回路内ノイズを低減する。第4フィルタ340は、第4配線経路304に設けられた抵抗素子341と、抵抗素子341において第4配線経路304の他端側とグランドとの間に接続されたコンデンサ342と、によって構成されたRCフィルタである。
The
各抵抗素子311、321、331、341は、全て同じ抵抗値である。各コンデンサ312、322、332、342は、全て同じ容量値である。
The
また、信号処理部300は、第1接続部305、第2接続部306、及び電子回路部350を有する。
Further, the
第1接続部305は、第1配線経路301の他端側と、第4配線経路304の他端側と、をショートさせた接続箇所である。第1接続部305は、抵抗素子311と抵抗素子341との中点であると言える。第1接続部305は電子回路部350に接続されている。
The
第2接続部306は、第2配線経路302の他端側と、第3配線経路303の他端側と、をショートさせた接続箇所である。第2接続部306は、抵抗素子321と抵抗素子331との中点であると言える。第2接続部306は電子回路部350に接続されている。
The
電子回路部350は、第1接続部305の電圧と第2接続部306の電圧との差電圧をセンサ信号として取得すると共に、センサ信号を外部に出力するための回路部品である。電子回路部350は、AFE351、DSP352、及び出力部353を有する。
The
AFE351は、第1接続部305の電圧と第2接続部306の電圧との差電圧であるセンサ信号の取得や、センサ信号の増幅、オフセット等の処理を行うアナログ回路部(Analog Front End)である。各配線経路301〜304の各一端側からAFE351までがアナログ回路である。
The AFE351 is an analog circuit unit (Analog Front End) that acquires a sensor signal, which is the difference voltage between the voltage of the
DSP352は、AFE351から入力するセンサ信号をA/D変換してデジタル化するデジタル回路部(Digital Signal Processor)である。DSP352で扱われるクロックが回路内ノイズとなる場合もある。 The DSP352 is a digital circuit unit (Digital Signal Processor) that A / D-converts and digitizes the sensor signal input from the AFE351. The clock handled by the DSP352 may become noise in the circuit.
出力部353は、センサ信号を所定の出力形式に変換して出力端子307を介して図示しない外部機器に出力する。所定の出力形式とは、D/A変換後のアナログ信号、PWM(Pulse Width Modulation)通信、デジタル通信の一種であるSENT(Single Edge Nibble Transmission)通信等である。
The
以上が、センサ装置1の全体構成である。なお、センサ装置1は外部機器に接続される電源端子308及びグランド端子309を備える。センサ装置1は、電源端子308及びグランド端子309を介して外部機器から電源供給されることで動作する。
The above is the overall configuration of the sensor device 1. The sensor device 1 includes a
次に、センサ装置1の作動について説明する。まず、検出対象から磁界の影響を受けたときの各磁気抵抗素子対110、120の抵抗値の変化、第1ブリッジ回路130に掛かる第1応力、及び外乱磁界に基づいて、第1センサチップ100から第1電圧信号及び第2電圧信号が出力される。外乱磁界は、外部から入力されるであろう磁気ノイズである。外乱磁界は、入力される場合もあるし、入力されない場合もある。
Next, the operation of the sensor device 1 will be described. First, the
第1電圧信号及び第2電圧信号には、外乱磁界の成分、第1ブリッジ回路130に掛かる第1応力の成分が含まれる。第1応力は、各磁気抵抗素子111、112、121、122が第1センサチップ100を構成する図示しない基板に形成される位置の違いによって各磁気抵抗素子111、112、121、122に発生する応力である。また、第1応力には、第1センサチップ100を所定の位置に組み付ける際に発生する応力も含まれる。
The first voltage signal and the second voltage signal include a component of the disturbance magnetic field and a component of the first stress applied to the
第1電圧信号は第1配線経路301に入力される。第1配線経路301に回路内ノイズが入力される場合、第1電圧信号には、回路内ノイズの成分が含まれる。第2電圧信号は第2配線経路302に入力される。第2配線経路302に回路内ノイズが入力される場合、第2電圧信号には、回路内ノイズの成分が含まれる。
The first voltage signal is input to the
同様に、検出対象から磁界の影響を受けたときの各磁気抵抗素子対210、220の抵抗値の変化、第2ブリッジ回路230に掛かる第2応力、及び外乱磁界に基づいて、第2センサチップ200から第3電圧信号及び第4電圧信号が出力される。
Similarly, the second sensor chip is based on the change in the resistance value of each
第3電圧信号及び第4電圧信号には、外乱磁界の成分、第2ブリッジ回路230に掛かる第2応力の成分が含まれる。第2応力は、各磁気抵抗素子211、212、221、222が第2センサチップ200を構成する図示しない基板に形成される位置の違いによって各磁気抵抗素子211、212、221、222に発生する応力である。また、第2応力には、第2センサチップ200を第1センサチップ100から離して所定の位置に組み付ける際に発生する応力も含まれる。
The third voltage signal and the fourth voltage signal include a component of the disturbance magnetic field and a component of the second stress applied to the
第3電圧信号は第3配線経路303に入力される。第3配線経路303に回路内ノイズが入力される場合、第3電圧信号には、回路内ノイズの成分が含まれる。第4電圧信号は第4配線経路304に入力される。第4配線経路304に回路内ノイズが入力される場合、第4電圧信号には、回路内ノイズの成分が含まれる。
The third voltage signal is input to the
そして、第1接続部305によって第1配線経路301と第4配線経路304とがショートされているので、第1フィルタ310の通過後の第1電圧信号と第4フィルタ340の通過後の第4電圧信号とが平均化される。これにより、第1電圧信号に含まれる外乱磁界の成分と、第4電圧信号に含まれる磁気的に逆相の外乱磁界の成分と、が打ち消される。
Since the
また、第1電圧信号に含まれる第1応力の成分と第4電圧信号に含まれる第2応力の成分とが平均化される。さらに、第1電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と第4電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とが平均化される。つまり、第1配線経路301の回路内ノイズと第4配線経路304の回路内ノイズとが共通化される。
Further, the component of the first stress included in the first voltage signal and the component of the second stress contained in the fourth voltage signal are averaged. Further, the component of the noise in the circuit included in the first voltage signal and the component of the noise in the circuit contained in the fourth voltage signal are averaged. That is, the noise in the circuit of the
同様に、第2接続部306によって第2配線経路302と第3配線経路303とがショートされているので、第2フィルタ320の通過後の第2電圧信号と第3フィルタ330の通過後の第3電圧信号とが平均化される。これにより、第2電圧信号に含まれる外乱磁界の成分と、第3電圧信号に含まれる磁気的に逆相の外乱磁界の成分と、が打ち消される。
Similarly, since the
また、第2電圧信号に含まれる第1応力の成分と第3電圧信号に含まれる第2応力の成分とが平均化される。さらに、第2電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と第3電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とが平均化される。つまり、第2配線経路302の回路内ノイズと第3配線経路303の回路内ノイズとが共通化される。
Further, the component of the first stress included in the second voltage signal and the component of the second stress contained in the third voltage signal are averaged. Further, the component of the noise in the circuit included in the second voltage signal and the component of the noise in the circuit included in the third voltage signal are averaged. That is, the noise in the circuit of the
第1接続部305の電圧には、第1応力の成分と第2応力の成分とが平均化された成分と、第1配線経路301の回路内ノイズの成分と第4配線経路304の回路内ノイズの成分とが平均化された成分と、が含まれている。また、第2接続部306の電圧には、第1応力の成分と第2応力の成分とが平均化された成分と、第2配線経路302の回路内ノイズの成分と第3配線経路303の回路内ノイズの成分とが平均化された成分と、が含まれている。
The voltage of the
AFE351では、第1接続部305の電圧と第2接続部306の電圧との差電圧が取得されることで、第1応力の成分及び第2応力の成分が打ち消され、さらに、回路内ノイズの成分が打ち消される。したがって、DSP352では、外乱磁界の成分、第1応力及び第2応力の成分、及び回路内ノイズの成分が除去されたセンサ信号が取得される。
In the AFE351, the difference voltage between the voltage of the
上記の信号処理の具体例を説明する。具体的には、第1配線経路301のA点、第2配線経路302のB点、第3配線経路303のC点、第4配線経路304のD点、第1接続部305のE点、第2接続部306のF点の各信号を参照する。
A specific example of the above signal processing will be described. Specifically, point A of the
そして、各ブリッジ回路130、230の中心電圧をVrefとする。検出対象からの信号成分をΔVs、外乱磁界をΔVn、第2応力の成分をΔVf、回路内ノイズの成分をΔVcとする。
Then, the center voltage of each of the
図2に示されるように、例えば、検出対象からの信号が無く、ノイズ成分が無い場合、A〜D点は全てVrefとなる。E点はA点とD点の平均値であるのでVrefとなり、F点はB点とC点の平均値であるのでVrefとなる。したがって、差電圧である(E点−F点)は0となる。 As shown in FIG. 2, for example, when there is no signal from the detection target and there is no noise component, all points A to D are Vref. Since point E is the average value of points A and D, it is Vref, and point F is the average value of points B and C, so it is Vref. Therefore, the difference voltage (point E-point F) becomes 0.
また、検出対象からの信号が有り、ノイズ成分が無い場合、A点はVref+ΔVs、B点はVref−ΔVs、C点は電気的に極性が反転しているのでVref−ΔVs、D点は電気的に極性が反転しているのでVref+ΔVsとなる。E点はA点とD点の平均値であるのでVref+ΔVsとなる。F点はB点とC点の平均値であるのでVref−ΔVsとなる。したがって、差電圧である(E点−F点)は2ΔVsとなる。 If there is a signal from the detection target and there is no noise component, point A is Vref + ΔVs, point B is Vref-ΔVs, and point C is electrically reversed in polarity, so Vref-ΔVs and point D are electrical. Since the polarity is reversed, Vref + ΔVs. Since point E is the average value of points A and D, it is Vref + ΔVs. Since point F is the average value of points B and C, it becomes Vref−ΔVs. Therefore, the difference voltage (point E-point F) is 2ΔVs.
外乱磁界が有る場合、A点はVref+ΔVn、B点はVref−ΔVn、C点は磁気的に位相が反転しているのでVref+ΔVn、D点は磁気的に位相が反転しているのでVref−ΔVnとなる。E点はA点とD点の平均値であるので、ΔVnが打ち消されてVrefとなる。F点はB点とC点の平均値であるので、ΔVnが打ち消されてVrefとなる。したがって、差電圧である(E点−F点)は0となり、差電圧に外乱磁界の成分は含まれない。 When there is a disturbance magnetic field, point A is Vref + ΔVn, point B is Vref-ΔVn, point C is magnetically inverted, so Vref + ΔVn, and point D is magnetically inverted, so Vref-ΔVn. Become. Since the point E is the average value of the points A and D, ΔVn is canceled and becomes Vref. Since the F point is the average value of the B point and the C point, ΔVn is canceled and becomes Vref. Therefore, the difference voltage (point E-F) becomes 0, and the difference voltage does not include the component of the disturbance magnetic field.
例えば、第2ブリッジ回路230に第2応力が発生した場合、A点は第1応力は発生していないのでVrefとなり、B点も第1応力が発生していないのでVrefとなる。C点は第2応力に起因した成分が含まれるのでVref+ΔVf、D点も第2応力に起因した成分が含まれるのでVref+ΔVfとなる。E点はA点とD点の平均値であるので(2Vref+ΔVf)/2となる。F点はB点とC点の平均値であるので(2Vref+ΔVf)/2となる。したがって、差電圧である(E点−F点)は0となり、第2応力の成分は除去される。
For example, when a second stress is generated in the
また、第1ブリッジ回路130に回路内ノイズが発生した場合、A点は回路内ノイズの影響でVref−ΔVcとなり、B点も回路内ノイズの影響でVref−ΔVcとなる。C点及びD点は回路内ノイズの影響は無いのでVrefとなる。E点はA点とD点の平均値であるので(2Vref−ΔVc)/2となる。F点はB点とC点の平均値であるので(2Vref−ΔVc)/2となる。したがって、差電圧である(E点−F点)は0となり、回路内ノイズの成分は除去される。
When in-circuit noise is generated in the
図2に示された各ノイズは一例であり、各電気信号には複数のノイズの影響が含まれるが、上記のように外乱磁界であればE点及びF点における平均化によって打ち消され、応力や回路内ノイズであれば差電圧を取ることで除去される。したがって、信号処理部300において取得されるセンサ信号について、外乱磁界の影響、各ブリッジ回路130、230に掛かる応力の影響、及び回路内ノイズによる誤差の全てを低減させることができる。
Each noise shown in FIG. 2 is an example, and each electric signal includes the influence of a plurality of noises. However, if it is a disturbance magnetic field as described above, it is canceled by averaging at points E and F, and stress is applied. And noise in the circuit is removed by taking the difference voltage. Therefore, with respect to the sensor signal acquired by the
特に、第1接続部305及び第2接続部306は、各電気信号をアナログ的に加算する。このため、時分割で信号処理する場合と比較して時間的なズレを生じさせずに誤差成分を低減させることができる。
In particular, the
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第1センサチップ100が特許請求の範囲の「第1センサ部」に対応し、第2センサチップ200が特許請求の範囲の「第2センサ部」に対応する。
Regarding the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the
(第2実施形態)
本実施形態では、主に第1実施形態と異なる部分について説明する。図3に示されるように、第1フィルタ310は、抵抗素子311によって構成されている。このように、第1フィルタ310はコンデンサ312を有していなくても良い。第2フィルタ320、第3フィルタ330、及び第4フィルタ340についても同様である。各抵抗素子311、321、331、341は全て同じ抵抗値である。
(Second Embodiment)
In this embodiment, a part different from the first embodiment will be mainly described. As shown in FIG. 3, the
(第3実施形態)
本実施形態では、主に第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。図4に示されるように、各ブリッジ回路130、230は1つの第3センサチップ500に形成されている。
(Third Embodiment)
In this embodiment, the parts different from the first and second embodiments will be mainly described. As shown in FIG. 4, each of the
この構成では、第3センサチップ500において、2つのブリッジ回路130、230が物理的に離れて配置されている。このように、センサ装置1は、1つの第3センサチップ500を備える構成でも良い。
In this configuration, the two
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第3センサチップ500のうち第1ブリッジ回路130に対応する部分が特許請求の範囲の「第1センサ部」に対応する。また、第3センサチップ500のうち第2ブリッジ回路230に対応する部分が特許請求の範囲の「第2センサ部」に対応する。
Regarding the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the portion of the
(他の実施形態)
上記各実施形態で示されたセンサ装置1の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、各配線経路301〜304に半導体スイッチを設けることができる。また、DSP352が各スイッチを制御する。これにより、各センサチップ100、200のいずれか一方の信号を取り出すことができる。各ブリッジ回路130、230が1つの第3センサチップ500に形成されている場合、各ブリッジ回路130、230のうちいずれか一方の信号を取り出すことができる。
(Other embodiments)
The configuration of the sensor device 1 shown in each of the above embodiments is an example, and the configuration is not limited to the configuration shown above, and other configurations capable of realizing the present invention may be used. For example, a semiconductor switch can be provided in each
電子回路部350は、デジタル回路を含まない回路、例えば差動増幅回路等のアナログ回路として構成されていても良い。この場合、取得されたセンサ信号はそのままアナログ信号として外部に出力される。
The
100、200、500 センサチップ
110、120、210、220 磁気抵抗素子対
113、123、213、223 中点
130、230 ブリッジ回路
300 信号処理部
301、302、303、304 配線経路
305、306 接続部
310、320、330、340 フィルタ
350 電子回路部
100, 200, 500
Claims (3)
前記検出対象から受ける磁界の位相が逆相になるように前記第1センサ部から離れて配置され、第2ブリッジ回路(230)を構成する第3磁気抵抗素子対(210)及び第4磁気抵抗素子対(220)を有し、前記検出対象から磁界の影響を受けたときの前記第3磁気抵抗素子対及び前記第4磁気抵抗素子対の抵抗値の変化、前記第2ブリッジ回路に掛かる第2応力、及び前記外乱磁界に基づいて、前記第1中点に対して極性が反転している前記第3磁気抵抗素子対の第3中点(213)の第3電圧信号と、前記第2中点に対して極性が反転している前記第4磁気抵抗素子対の第4中点(223)の第4電圧信号と、を出力する第2センサ部(200、500)と、
一端側に前記第1中点(113)の前記第1電圧信号が印加される第1配線経路(301)と、前記第1配線経路の途中に設けられていると共に前記第1配線経路に入力される回路内ノイズを低減する第1フィルタ(310)と、一端側に前記第2中点の前記第2電圧信号が印加される第2配線経路(302)と、前記第2配線経路の途中に設けられていると共に前記第2配線経路に入力される回路内ノイズを低減する第2フィルタ(320)と、一端側に前記第3中点の前記第3電圧信号が印加される第3配線経路(303)と、前記第3配線経路の途中に設けられていると共に前記第3配線経路に入力される回路内ノイズを低減する第3フィルタ(330)と、一端側に前記第4中点の前記第4電圧信号が印加される第4配線経路(304)と、前記第4配線経路の途中に設けられていると共に前記第4配線経路に入力される回路内ノイズを低減する第4フィルタ(340)と、を有する信号処理部(300)と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記第1配線経路の他端側と、前記第4配線経路の他端側と、をショートさせた接続箇所であると共に、前記第1フィルタの通過後の前記第1電圧信号と前記第4フィルタの通過後の前記第4電圧信号とを平均化することにより、前記第1電圧信号に含まれる前記外乱磁界の成分と前記第4電圧信号に含まれる前記外乱磁界の成分とを打ち消し、前記第1電圧信号に含まれる前記第1応力の成分と前記第4電圧信号に含まれる前記第2応力の成分とを平均化し、前記第1配線経路に入力されると共に前記第1電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と前記第4配線経路に入力されると共に前記第4電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とを平均化する第1接続部(305)と、
前記第2配線経路の他端側と、前記第3配線経路の他端側と、をショートさせた接続箇所であると共に、前記第2フィルタの通過後の前記第2電圧信号と前記第3フィルタの通過後の前記第3電圧信号とを平均化することにより、前記第2電圧信号に含まれる前記外乱磁界の成分と前記第3電圧信号に含まれる前記外乱磁界の成分とを打ち消し、前記第2電圧信号に含まれる前記第1応力の成分と前記第3電圧信号に含まれる前記第2応力の成分とを平均化し、前記第2配線経路に入力されると共に前記第2電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分と前記第3配線経路に入力されると共に前記第3電圧信号に含まれる回路内ノイズの成分とを平均化する
第2接続部(306)と、
前記第1接続部の電圧と前記第2接続部の電圧との差電圧を取得することで、前記第1応力の成分及び前記第2応力の成分が打ち消され、さらに、前記回路内ノイズの成分が打ち消されるセンサ信号を取得する電子回路部(350)と、
を有するセンサ装置。 The first magnetoresistive element having a first magnetoresistive element pair (110) and a second magnetoresistive element pair (120) constituting the first bridge circuit (130) and being affected by a magnetic field from a detection target. The first of the first magnetoresistive sensor pair is based on the change in the resistance value of the pair and the second magnetoresistive element pair, the first stress applied to the first bridge circuit, and the disturbance magnetic field that will be input from the outside. A first sensor unit (100, 500) that outputs a first voltage signal at the midpoint (113) and a second voltage signal at the second midpoint (123) of the second magnetoresistive sensor pair.
The third magnetoresistive element pair (210) and the fourth magnetoresistive sensor, which are arranged apart from the first sensor unit so that the phases of the magnetic fields received from the detection target are opposite to each other and constitute the second bridge circuit (230). It has an element pair (220), and changes in the resistance values of the third magnetoresistive element pair and the fourth magnetoresistive element pair when affected by a magnetic field from the detection target, and the second bridge circuit. The third voltage signal at the third midpoint (213) of the third magnetoresistive sensor pair whose polarity is reversed with respect to the first midpoint based on the two stresses and the disturbance magnetic field, and the second midpoint. A second sensor unit (200, 500) that outputs a fourth voltage signal at the fourth midpoint (223) of the fourth magnetoresistive sensor pair whose polarity is reversed with respect to the midpoint.
The first wiring path (301) to which the first voltage signal of the first middle point (113) is applied to one end side, and the first wiring path provided in the middle of the first wiring path and input to the first wiring path. A first filter (310) that reduces noise in the circuit, a second wiring path (302) to which the second voltage signal of the second middle point is applied to one end side, and an intermediate of the second wiring path. A second filter (320) for reducing in-circuit noise input to the second wiring path and a third wiring to which the third voltage signal at the third middle point is applied to one end side. A path (303), a third filter (330) provided in the middle of the third wiring path and reducing in-circuit noise input to the third wiring path, and the fourth midpoint on one end side. A fourth wiring path (304) to which the fourth voltage signal is applied, and a fourth filter provided in the middle of the fourth wiring path and reducing in-circuit noise input to the fourth wiring path. (340), and a signal processing unit (300) having
Including
The signal processing unit
It is a connection point where the other end side of the first wiring path and the other end side of the fourth wiring path are short-circuited, and the first voltage signal and the fourth filter after passing through the first filter. By averaging the fourth voltage signal after passing through the above, the component of the disturbance magnetic field contained in the first voltage signal and the component of the disturbance magnetic field contained in the fourth voltage signal are canceled out, and the component of the disturbance magnetic field is canceled. The component of the first stress contained in the first voltage signal and the component of the second stress contained in the fourth voltage signal are averaged and input to the first wiring path and included in the first voltage signal. A first connection unit (305) that averages the components of noise in the circuit and the components of noise in the circuit that are input to the fourth wiring path and included in the fourth voltage signal.
It is a connection point where the other end side of the second wiring path and the other end side of the third wiring path are short-circuited, and the second voltage signal and the third filter after passing through the second filter. By averaging the third voltage signal after passing through the above, the component of the disturbance magnetic field contained in the second voltage signal and the component of the disturbance magnetic field contained in the third voltage signal are canceled out, and the component of the disturbance magnetic field is canceled. The component of the first stress contained in the two voltage signals and the component of the second stress contained in the third voltage signal are averaged and input to the second wiring path and included in the second voltage signal. A second connection portion (306) that averages the components of the noise in the circuit and the components of the noise in the circuit that are input to the third wiring path and included in the third voltage signal.
By acquiring the difference voltage between the voltage of the first connection portion and the voltage of the second connection portion, the component of the first stress and the component of the second stress are canceled, and further, the component of the noise in the circuit is canceled. The electronic circuit unit (350) that acquires the sensor signal that cancels out
Sensor device with.
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