JP3108738B2 - オフセット補償されたホールセンサ - Google Patents
オフセット補償されたホールセンサInfo
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- JP3108738B2 JP3108738B2 JP04340684A JP34068492A JP3108738B2 JP 3108738 B2 JP3108738 B2 JP 3108738B2 JP 04340684 A JP04340684 A JP 04340684A JP 34068492 A JP34068492 A JP 34068492A JP 3108738 B2 JP3108738 B2 JP 3108738B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁界を測定するホールセ
ンサ、特にホール検出器、電源およびホール電圧を評価
する電子回路を含むモノリシック集積素子の形態のホー
ルセンサに関する。
ンサ、特にホール検出器、電源およびホール電圧を評価
する電子回路を含むモノリシック集積素子の形態のホー
ルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】この組合せ回路を製造するために、一般
に通常のバイポーラまたはＭＯＳ製造プロセスに対応し
た通常のシリコン半導体技術の１つが利用される。ホー
ル検出器材料としてのシリコンの既知の欠点は低いホー
ル感度およびピエゾ電気効果の大きい影響であり、これ
らは結晶構造中のストレスおよび方向依存性のホール感
度によって発生させられるオフセット電圧エラーを導
く。
に通常のバイポーラまたはＭＯＳ製造プロセスに対応し
た通常のシリコン半導体技術の１つが利用される。ホー
ル検出器材料としてのシリコンの既知の欠点は低いホー
ル感度およびピエゾ電気効果の大きい影響であり、これ
らは結晶構造中のストレスおよび方向依存性のホール感
度によって発生させられるオフセット電圧エラーを導
く。
【０００３】ホール検出器の感度は本質的にキャリア移
動度とホールプレートを通過する電流との関数である。
分解能限界および測定された値の拡散は、ホール検出器
自身および後続する電子回路に依存した異なるオフセッ
ト電圧の変化に主として依存している。
動度とホールプレートを通過する電流との関数である。
分解能限界および測定された値の拡散は、ホール検出器
自身および後続する電子回路に依存した異なるオフセッ
ト電圧の変化に主として依存している。
【０００４】ホールプレートは最初にゼロ出力に対して
調節される、すなわち磁界がない場合に平衡にされる抵
抗ブリッジとして考えられることができる。広い製造範
囲からの選択によってしか所望の精度が達成できないよ
うなホールセンサの製造方法はもちろん満足のいくもの
ではない。したがって、許容率は補償方法によって製造
中最小に維持される。最も広く使用される方法は、でき
るだけ第１のものに等しい90°回転された第２のホール
プレートの並列接続によるホールプレートオフセット電
圧の補償である。これは、第１近似としてピエゾ電気効
果による抵抗ブリッジの不平衡状態を補償することを可
能にする。しかしながら、プロセス許容率または結晶中
の高いストレス傾斜は高精度の磁界測定を妨げる。
調節される、すなわち磁界がない場合に平衡にされる抵
抗ブリッジとして考えられることができる。広い製造範
囲からの選択によってしか所望の精度が達成できないよ
うなホールセンサの製造方法はもちろん満足のいくもの
ではない。したがって、許容率は補償方法によって製造
中最小に維持される。最も広く使用される方法は、でき
るだけ第１のものに等しい90°回転された第２のホール
プレートの並列接続によるホールプレートオフセット電
圧の補償である。これは、第１近似としてピエゾ電気効
果による抵抗ブリッジの不平衡状態を補償することを可
能にする。しかしながら、プロセス許容率または結晶中
の高いストレス傾斜は高精度の磁界測定を妨げる。
【０００５】オフセット電圧を補償する方法は、1990年
10月１日乃至３日にＫarlsruheで開催された会議に関連
した論文（“Proceedings of Eurosensors IV ”，1991
年，Vol.2 ， 747乃至751 頁）に記載されている。そこ
に記載された方法は、電子スイッチによって循環的に切
替えられる周囲に均一に分配された16個のコンタクトを
持つ円形のホールプレートを使用する。１６個の関連し
たホール電圧は積分され、それによってオフセットエラ
ーは50マイクロボルトより小さい値に減少される。適切
な説明において、直角切替によってホールプレートの幾
何学的エラーを完全に取除くことができるがオフセット
エラーは上記に説明されたピエゾ電気効果のために取除
くことができないことが述べられている。
10月１日乃至３日にＫarlsruheで開催された会議に関連
した論文（“Proceedings of Eurosensors IV ”，1991
年，Vol.2 ， 747乃至751 頁）に記載されている。そこ
に記載された方法は、電子スイッチによって循環的に切
替えられる周囲に均一に分配された16個のコンタクトを
持つ円形のホールプレートを使用する。１６個の関連し
たホール電圧は積分され、それによってオフセットエラ
ーは50マイクロボルトより小さい値に減少される。適切
な説明において、直角切替によってホールプレートの幾
何学的エラーを完全に取除くことができるがオフセット
エラーは上記に説明されたピエゾ電気効果のために取除
くことができないことが述べられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】シリコン中のオフセッ
トエラーは例えば決定されるホール電圧より1000の係数
まで著しく大きいことが多いため、評価回路の特有のエ
ラーもまた存在する。
トエラーは例えば決定されるホール電圧より1000の係数
まで著しく大きいことが多いため、評価回路の特有のエ
ラーもまた存在する。
【０００７】理想的な等価なブリッジ回路を想定する
と、直角切替え中にオフセットエラーは差信号と共に発
生する。２つの直角ホール電圧が合計された場合、オフ
セットエラーは完全に補償されなければならない。これ
は厳密な比例性、直線性、等しい利得および感度が増幅
され、処理されたホール電圧に対して考えられることが
できた場合にのみ適応する。
と、直角切替え中にオフセットエラーは差信号と共に発
生する。２つの直角ホール電圧が合計された場合、オフ
セットエラーは完全に補償されなければならない。これ
は厳密な比例性、直線性、等しい利得および感度が増幅
され、処理されたホール電圧に対して考えられることが
できた場合にのみ適応する。
【０００８】したがって、本発明の目的は改良されたオ
フセット電圧補償を有するホールセンサを提供すること
である。別の目的は、ホールセンサが通常の半導体技術
を使用したモノリシック集積素子のような評価電子回路
と共に生成可能にすることである。
フセット電圧補償を有するホールセンサを提供すること
である。別の目的は、ホールセンサが通常の半導体技術
を使用したモノリシック集積素子のような評価電子回路
と共に生成可能にすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ホール検出器
供給電流およびホール電圧タップを直角に切替え、ホー
ル電圧決定のための第１および第２の直角位置のホール
検出の幾何学形状が同じである装置と、オフセット補償
されたホール電圧値を形成するために第１および第２の
直角位置において得られた第１および第２のホール電圧
値を供給される合計装置とを備えたオフセット補償ホー
ルセンサにおいて、ホール検出器は少なくとも第１およ
び第２のホールセルを含み、それら第１および第２のホ
ールセルは幾何学的形状が等しく、共通の基体に集積さ
れ、そのホールセル供給電流の方向を基準にした各ホー
ルセルの方向はそれぞれ直角に切替え可能であり、第１
のホール電圧値は第１の直角位置における第１および第
２のホールセルの各ホール電圧の合計または並列のスイ
ッチング値であり、第２のホール電圧値は第２の直角位
置における第１および第２のホールセルの各ホール電圧
の合計または並列のスイッチング値であり、第１の直角
位置における第１および第２のホールセルの幾何学方向
は 0°または 180°以外の角度を有しており、第２の直
角位置は第１の直角位置から第１および第２のホールセ
ルの方向が90°回転された位置であることを特徴とす
る。以下、添付図面を参照して本発明およびその利点を
さらに詳細に説明する。
供給電流およびホール電圧タップを直角に切替え、ホー
ル電圧決定のための第１および第２の直角位置のホール
検出の幾何学形状が同じである装置と、オフセット補償
されたホール電圧値を形成するために第１および第２の
直角位置において得られた第１および第２のホール電圧
値を供給される合計装置とを備えたオフセット補償ホー
ルセンサにおいて、ホール検出器は少なくとも第１およ
び第２のホールセルを含み、それら第１および第２のホ
ールセルは幾何学的形状が等しく、共通の基体に集積さ
れ、そのホールセル供給電流の方向を基準にした各ホー
ルセルの方向はそれぞれ直角に切替え可能であり、第１
のホール電圧値は第１の直角位置における第１および第
２のホールセルの各ホール電圧の合計または並列のスイ
ッチング値であり、第２のホール電圧値は第２の直角位
置における第１および第２のホールセルの各ホール電圧
の合計または並列のスイッチング値であり、第１の直角
位置における第１および第２のホールセルの幾何学方向
は 0°または 180°以外の角度を有しており、第２の直
角位置は第１の直角位置から第１および第２のホールセ
ルの方向が90°回転された位置であることを特徴とす
る。以下、添付図面を参照して本発明およびその利点を
さらに詳細に説明する。
【００１０】
【実施例】ホールセルのホール電圧Ｖh は： Ｖh ＝Ｒsq×Ｉhall×μh ×Ｂz ＋Ｖoffset であり、ここにおいてＲsqはホールプレートのシート抵
抗であり、μh はホール移動度でありＢz はホールプレ
ートに垂直な磁界強度である。
抗であり、μh はホール移動度でありＢz はホールプレ
ートに垂直な磁界強度である。
【００１１】図６に示されたような等価なブリッジ回路
を想定すると、最悪の場合の結晶中のストレスは抵抗Ｒ
2 およびＲ3 の値をそれぞれ係数ｄ1 およびｄ2 だけ変
化させる。ブリッジが90°だけ切替えられる、すなわち
同じであるが直角方向に制御された第２のブリッジがそ
れと並列接続されたとき、不平衡係数ｄ1 およびｄ2は
完全に消去される。
を想定すると、最悪の場合の結晶中のストレスは抵抗Ｒ
2 およびＲ3 の値をそれぞれ係数ｄ1 およびｄ2 だけ変
化させる。ブリッジが90°だけ切替えられる、すなわち
同じであるが直角方向に制御された第２のブリッジがそ
れと並列接続されたとき、不平衡係数ｄ1 およびｄ2は
完全に消去される。
【００１２】残念ながら、この理想的なブリッジモデル
はオフセットを有するホールプレートにはあまり十分に
適応されることができない。オフセット補償に対して90
°だけ回転された第２のホールプレートは通常のように
第１のホールプレートと並列接続され、逆の極性のオフ
セット電圧は第２のプレートにおいて発生されるが、第
２のホールプレート中のストレス状態が第１のプレート
中のものと異なっているため、完全な補償は並列接続ま
たは２つのホール電圧の合計によって達成されない。し
かしながら、本発明によると第２のホールプレートはオ
フセットエラー予備補償に対してのみ使用され、補償特
性は直角切替えおよび切替え中に測定されたホール電圧
の合計によって達成される。本発明による予備補償は、
２つのホールプレートが互いに90°に方向付られる必要
がなく、角度が 0°と 180°との間で任意であることが
可能であるという付加的な利点を有している。したがっ
て、特に結晶格子のためにストレス感応性である角度が
選択されることができる。
はオフセットを有するホールプレートにはあまり十分に
適応されることができない。オフセット補償に対して90
°だけ回転された第２のホールプレートは通常のように
第１のホールプレートと並列接続され、逆の極性のオフ
セット電圧は第２のプレートにおいて発生されるが、第
２のホールプレート中のストレス状態が第１のプレート
中のものと異なっているため、完全な補償は並列接続ま
たは２つのホール電圧の合計によって達成されない。し
かしながら、本発明によると第２のホールプレートはオ
フセットエラー予備補償に対してのみ使用され、補償特
性は直角切替えおよび切替え中に測定されたホール電圧
の合計によって達成される。本発明による予備補償は、
２つのホールプレートが互いに90°に方向付られる必要
がなく、角度が 0°と 180°との間で任意であることが
可能であるという付加的な利点を有している。したがっ
て、特に結晶格子のためにストレス感応性である角度が
選択されることができる。
【００１３】図１において、第１および隣接した第２の
ホールセルｅ1 ，ｅ2 はホール検出器ｈｄを形成するよ
うに相互接続される。その方向は第１および第２のホー
ルセル供給電流ｉ1 およびｉ2 の方向にしたがってい
る。したがって、２つのホールセルは互いに対して45°
である。電流は２つのコーナー点がホール電圧タップと
して機能するように対角線的にコーナー点でホールセル
に供給される。各ホールセルはそれ自身の電流源ｑから
供給される。ホール電圧タップは並列に接続され、並列
スイッチング値として出力端子に第１のホール電圧値ｈ
1 を供給する。
ホールセルｅ1 ，ｅ2 はホール検出器ｈｄを形成するよ
うに相互接続される。その方向は第１および第２のホー
ルセル供給電流ｉ1 およびｉ2 の方向にしたがってい
る。したがって、２つのホールセルは互いに対して45°
である。電流は２つのコーナー点がホール電圧タップと
して機能するように対角線的にコーナー点でホールセル
に供給される。各ホールセルはそれ自身の電流源ｑから
供給される。ホール電圧タップは並列に接続され、並列
スイッチング値として出力端子に第１のホール電圧値ｈ
1 を供給する。
【００１４】図２は図１と同じであるが、第２の直角位
置におけるホール検出器構造を示す。結果として、２つ
のホールセルｅ1 ，ｅ2 においてホールセル供給電流ｉ
1 ，ｉ2 の各方向は90°だけ切替えられる。したがっ
て、ホール電圧タップもまた90°だけ切替えられる。出
力端子は並列スイッチング値として第２のホール電圧値
ｈ2 を供給する。簡単化のために、図１および図２にお
いて各並列接続されたホール電圧タップはノードで相互
接続される。実際の構造において、異なるホール電圧タ
ップが第１および第２の直角位置で相互接続されなけれ
ばならないため、これは固定ノードであってはならな
い。したがって、相互接続は図３に示されるようにスイ
ッチ段ｍｘにおいて電気スイッチによって行われる。
置におけるホール検出器構造を示す。結果として、２つ
のホールセルｅ1 ，ｅ2 においてホールセル供給電流ｉ
1 ，ｉ2 の各方向は90°だけ切替えられる。したがっ
て、ホール電圧タップもまた90°だけ切替えられる。出
力端子は並列スイッチング値として第２のホール電圧値
ｈ2 を供給する。簡単化のために、図１および図２にお
いて各並列接続されたホール電圧タップはノードで相互
接続される。実際の構造において、異なるホール電圧タ
ップが第１および第２の直角位置で相互接続されなけれ
ばならないため、これは固定ノードであってはならな
い。したがって、相互接続は図３に示されるようにスイ
ッチ段ｍｘにおいて電気スイッチによって行われる。
【００１５】図３は半導体チップｃｐ上のモノリシック
集積回路として形成されたホールセンサの一実施例を概
略的に示す。ホール検出器供給電流およびホール電圧タ
ップを直角に切替えるために必要な装置ｆおよびサブ回
路、並びに評価装置ｍおよび測定されたホール電圧をさ
らに処理するために必要とされる合計装置ａｄは同じチ
ップｃｐ上に集積されている。磁界測定装置自体は直角
に切替え可能なホール検出器ｈｄであり、その導線は電
子スイッチ段ｍｘに接続される。制御装置ｓｔおよび制
御信号ｓ1 を介して、どの端子を通して供給電流が注入
または放出されるのか、およびどの端子からホール電圧
が取出されるのかが決定される。外部の調整されていな
い供給電圧を供給され、制御された電流源ｑを通して一
定のホールセル供給電流ｉ1 ，ｉ2 を伝送する電源装置
ｐを通して電流がホールセルに供給される。電源装置ｐ
はさらにチップ全体に内部供給電圧ｕｄを供給する電圧
調整器ｖｑを含んでいる。
集積回路として形成されたホールセンサの一実施例を概
略的に示す。ホール検出器供給電流およびホール電圧タ
ップを直角に切替えるために必要な装置ｆおよびサブ回
路、並びに評価装置ｍおよび測定されたホール電圧をさ
らに処理するために必要とされる合計装置ａｄは同じチ
ップｃｐ上に集積されている。磁界測定装置自体は直角
に切替え可能なホール検出器ｈｄであり、その導線は電
子スイッチ段ｍｘに接続される。制御装置ｓｔおよび制
御信号ｓ1 を介して、どの端子を通して供給電流が注入
または放出されるのか、およびどの端子からホール電圧
が取出されるのかが決定される。外部の調整されていな
い供給電圧を供給され、制御された電流源ｑを通して一
定のホールセル供給電流ｉ1 ，ｉ2 を伝送する電源装置
ｐを通して電流がホールセルに供給される。電源装置ｐ
はさらにチップ全体に内部供給電圧ｕｄを供給する電圧
調整器ｖｑを含んでいる。
【００１６】ホール検出器ｈｄ中の個々のホールセルに
おいてタップで取出されたホール電圧はスイッチ段ｍｘ
において並列に接続され、高いインピーダンスの増幅器
ｇに供給されるホール電圧値ｈ1 ，ｈ2 を形成する。ホ
ール電圧評価装置ｍの一部分を形成する増幅器ｇの出力
は、供給された信号をデジタル化し、デジタル加算器ａ
ｄに供給するアナログデジタル変換器ｃの入力に接続さ
れている。加算器ａｄは第１および第２のデジタル化さ
れたホール電圧値ｈ1 ，ｈ2 を加算し、オフセット補償
されたホール電圧値ｈｏとして合計信号を出力する。加
算器ａｄは制御装置ｓｔからの第２の制御信号ｓ2 によ
って制御される。制御信号ｓ2 は新しい測定サイクルが
始まる前に例えば加算器ａｄの累算器をリセットする。
おいてタップで取出されたホール電圧はスイッチ段ｍｘ
において並列に接続され、高いインピーダンスの増幅器
ｇに供給されるホール電圧値ｈ1 ，ｈ2 を形成する。ホ
ール電圧評価装置ｍの一部分を形成する増幅器ｇの出力
は、供給された信号をデジタル化し、デジタル加算器ａ
ｄに供給するアナログデジタル変換器ｃの入力に接続さ
れている。加算器ａｄは第１および第２のデジタル化さ
れたホール電圧値ｈ1 ，ｈ2 を加算し、オフセット補償
されたホール電圧値ｈｏとして合計信号を出力する。加
算器ａｄは制御装置ｓｔからの第２の制御信号ｓ2 によ
って制御される。制御信号ｓ2 は新しい測定サイクルが
始まる前に例えば加算器ａｄの累算器をリセットする。
【００１７】通常、各サイクルは第１および第２の直角
位置の測定された値の合計だけを含んでいる。合計はま
たもちろん４つの連続した直角位置にわたって実行され
てもよい。もちろん、これはホール検出器ｈｄ中のホー
ルセル供給電流の１つの完全な循環に対応する。制御装
置ｓｔはさらにデジタル化、合計およびデータ出力を同
期するためにクロック信号ｔを供給する。
位置の測定された値の合計だけを含んでいる。合計はま
たもちろん４つの連続した直角位置にわたって実行され
てもよい。もちろん、これはホール検出器ｈｄ中のホー
ルセル供給電流の１つの完全な循環に対応する。制御装
置ｓｔはさらにデジタル化、合計およびデータ出力を同
期するためにクロック信号ｔを供給する。
【００１８】ホールセルの基本形状は、直角切替え中に
必要な幾何学形状の等しさのために回転対称を要求す
る。これはホールセルの通常の正方形基本形状によって
満足される。しかしながら、直角切替え中に正方形の一
側に沿った通常の電流注入は、ホール電圧タップが側面
で電流コンタクトと一致しないという問題を提起する。
この問題は、電流が対角線的に対向したコーナー点で正
方形ホールセル中に注入されるか、或は正方形ホールセ
ルから抽出された場合に解消される。２つの別のコーナ
ー点において、ホール電圧がタップで取出されることが
できる。直角切替えが使用された場合、電流および電圧
コンタクトが交換されるだけである。
必要な幾何学形状の等しさのために回転対称を要求す
る。これはホールセルの通常の正方形基本形状によって
満足される。しかしながら、直角切替え中に正方形の一
側に沿った通常の電流注入は、ホール電圧タップが側面
で電流コンタクトと一致しないという問題を提起する。
この問題は、電流が対角線的に対向したコーナー点で正
方形ホールセル中に注入されるか、或は正方形ホールセ
ルから抽出された場合に解消される。２つの別のコーナ
ー点において、ホール電圧がタップで取出されることが
できる。直角切替えが使用された場合、電流および電圧
コンタクトが交換されるだけである。
【００１９】図４は、電流の方向が正方形の側面に平行
であるが直角切替えを許す正方形のホールセルを概略的
に示す。各側面の中点において、ホール電圧測定コンタ
クトＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 が設けられる。しかしなが
ら、電流はＭＯＳトランジスタを介してコンタクトなし
でホールセルに供給され、またそれから取出される。正
方形の各側面に沿ってホールセル領域自身と同じ導電型
の長方形領域が存在している。これらの各長方形領域お
よびホールセル領域はＭＯＳトランジスタを形成し、ゲ
ートおよび下にあるチャンネルは中間領域中に形成され
る。図４は、ソース電極Ｓ1 が電流源ｑに接続され、ド
レインＤ1 がホールセル領域自身である第１のＭＯＳト
ランジスタｔ1 を例示によって示す。ゲート電極Ｇ1 は
制御装置ｓｔからの制御信号によって導電または非導電
状態にされる。ホールセルの下側の電流は、ソース電極
Ｓ2 が接地端子に接続される第２のＭＯＳトランジスタ
ｔ2 を通じて並列接続される。ドレイン電極Ｄ2 はホー
ルセル領域の一側によって形成され、ゲート電極Ｇ2 は
これら２つの領域間に配置される。
であるが直角切替えを許す正方形のホールセルを概略的
に示す。各側面の中点において、ホール電圧測定コンタ
クトＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 が設けられる。しかしなが
ら、電流はＭＯＳトランジスタを介してコンタクトなし
でホールセルに供給され、またそれから取出される。正
方形の各側面に沿ってホールセル領域自身と同じ導電型
の長方形領域が存在している。これらの各長方形領域お
よびホールセル領域はＭＯＳトランジスタを形成し、ゲ
ートおよび下にあるチャンネルは中間領域中に形成され
る。図４は、ソース電極Ｓ1 が電流源ｑに接続され、ド
レインＤ1 がホールセル領域自身である第１のＭＯＳト
ランジスタｔ1 を例示によって示す。ゲート電極Ｇ1 は
制御装置ｓｔからの制御信号によって導電または非導電
状態にされる。ホールセルの下側の電流は、ソース電極
Ｓ2 が接地端子に接続される第２のＭＯＳトランジスタ
ｔ2 を通じて並列接続される。ドレイン電極Ｄ2 はホー
ルセル領域の一側によって形成され、ゲート電極Ｇ2 は
これら２つの領域間に配置される。
【００２０】図５は４つのホールセルｅ1 乃至ｅ4 を備
えたホール検出器ｈｄを概略的に示す。これら４つのホ
ールセルの並列接続により、ホールセル供給電流の４つ
の異なる方向は予備補償のために使用される。これは、
もちろん方向依存性ピエゾ電気効果をさらに良好に補償
する。関連したスイッチ段は、直角切替え中に各ホール
セル供給電流の方向が90°だけ回転されることを確保し
なければならない。
えたホール検出器ｈｄを概略的に示す。これら４つのホ
ールセルの並列接続により、ホールセル供給電流の４つ
の異なる方向は予備補償のために使用される。これは、
もちろん方向依存性ピエゾ電気効果をさらに良好に補償
する。関連したスイッチ段は、直角切替え中に各ホール
セル供給電流の方向が90°だけ回転されることを確保し
なければならない。
【００２１】図６は全ての抵抗値が等しい、すなわちＲ
1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の回転対称的なホールセルの等価
ブリッジ回路を概略的に示す。ブリッジは一定の電圧Ｕ
または一定の電流Ｉを供給される。幾何学的なエラーま
たはストレス係数によるホールセルの任意のオフセット
は、第２および第３のブリッジ抵抗Ｒ2 およびＲ3 のそ
れぞれの不平衡係数ｄ1 およびｄ2 により等価なブリッ
ジ回路において考慮される。数学的な変換によって各ブ
リッジ電圧ｕｗ上の２つの直角位置における不平衡係数
ｄ1 およびｄ2 の影響が決定される。そうすることで電
圧および電流注入が区別されることができる。
1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の回転対称的なホールセルの等価
ブリッジ回路を概略的に示す。ブリッジは一定の電圧Ｕ
または一定の電流Ｉを供給される。幾何学的なエラーま
たはストレス係数によるホールセルの任意のオフセット
は、第２および第３のブリッジ抵抗Ｒ2 およびＲ3 のそ
れぞれの不平衡係数ｄ1 およびｄ2 により等価なブリッ
ジ回路において考慮される。数学的な変換によって各ブ
リッジ電圧ｕｗ上の２つの直角位置における不平衡係数
ｄ1 およびｄ2 の影響が決定される。そうすることで電
圧および電流注入が区別されることができる。
【００２２】ブリッジ抵抗が直角切替え中に変化しない
場合、不平衡係数ｄ1 およびｄ2 は２つのブリッジ電圧
の合計の間に完全に消去される。しかしながら、上記の
ように、ブリッジ抵抗Ｒ乃至Ｒ4 が方向依存性のピエゾ
電気効果および方向依存性のホール感度のために変化す
る。ホールセル抵抗が電流方向に依存している場合、電
流駆動は電流が高いインピーダンスの定電流源によって
一定に維持されているためにさらに良好である。さら
に、温度依存性の一定電流は温度依存性のホール電圧を
発生する。本出願人の欧州特許第19 11 2840.3号明細書
（ITT Case U.Theus et al 16-1-1 ）を参照されたい。
そこに記載されたホールセル供給電流源は特定の基準温
度Ｔｏにおいて発生された電流がホールセルのシート抵
抗Ｒsqに反比例するため、ホールセル領域のシート抵抗
Ｒsqに結合される。その結果、ホールセルの感度は本質
的にホールセル領域の製造パラメータに依存しなくな
る。
場合、不平衡係数ｄ1 およびｄ2 は２つのブリッジ電圧
の合計の間に完全に消去される。しかしながら、上記の
ように、ブリッジ抵抗Ｒ乃至Ｒ4 が方向依存性のピエゾ
電気効果および方向依存性のホール感度のために変化す
る。ホールセル抵抗が電流方向に依存している場合、電
流駆動は電流が高いインピーダンスの定電流源によって
一定に維持されているためにさらに良好である。さら
に、温度依存性の一定電流は温度依存性のホール電圧を
発生する。本出願人の欧州特許第19 11 2840.3号明細書
（ITT Case U.Theus et al 16-1-1 ）を参照されたい。
そこに記載されたホールセル供給電流源は特定の基準温
度Ｔｏにおいて発生された電流がホールセルのシート抵
抗Ｒsqに反比例するため、ホールセル領域のシート抵抗
Ｒsqに結合される。その結果、ホールセルの感度は本質
的にホールセル領域の製造パラメータに依存しなくな
る。
【００２３】ホールセル領域は種々の方法で、すなわち
拡散またはイオン注入された比較的高いインピーダンス
の領域から、ゲート電極によって形成または影響された
反転層から、或は例えばスパッタリングまたは化学蒸着
（ＣＶＤ）によって付着された個々に付着された薄い層
から形成されることができる。
拡散またはイオン注入された比較的高いインピーダンス
の領域から、ゲート電極によって形成または影響された
反転層から、或は例えばスパッタリングまたは化学蒸着
（ＣＶＤ）によって付着された個々に付着された薄い層
から形成されることができる。
【００２４】評価装置のオフセットおよび直線エラーが
無視できるならば、個々のホール電圧Ｖ11，Ｖ21；Ｖ1
2，Ｖ22はまた合計装置または加算器ａｄにおいて直接
的に加算されることができる。ホール電圧値ｈ1 ，ｈ2
が決定される予備補償は計算ステップだけである。
無視できるならば、個々のホール電圧Ｖ11，Ｖ21；Ｖ1
2，Ｖ22はまた合計装置または加算器ａｄにおいて直接
的に加算されることができる。ホール電圧値ｈ1 ，ｈ2
が決定される予備補償は計算ステップだけである。
【図１】第１の直角位置における予備補償されたホール
検出器の概略図。
検出器の概略図。
【図２】第２の直角位置における予備補償されたホール
検出器の概略図。
検出器の概略図。
【図３】モノリシック集積ホールセンサの基本的なサブ
回路の概略図。
回路の概略図。
【図４】電源が測定コンタクトから分離されたホールセ
ルの概略図。
ルの概略図。
【図５】２つ以上のホールセルを備えた予備補償された
ホール検出器の概略図。
ホール検出器の概略図。
【図６】単一のホールセルの等価ブリッジ回路の概略
図。
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロタール・ブロスフェルト ドイツ連邦共和国、ベー − 7800 フ ライブルク − ホッホドルフ、バルト シュトラーセ 23 (56)参考文献 特開 平３−252578（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−205373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−72989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−29075（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 G01D 5/245 H01L 43/06
Claims (10)
- 【請求項１】 ホール検出器供給電流およびホール電圧
タップを直角に切替え、ホール電圧決定のための第１お
よび第２の直角位置のホール検出の幾何学形状が同じで
ある装置と、オフセット補償されたホール電圧値を形成
するために第１および第２の直角位置において得られた
第１および第２のホール電圧値を供給される合計装置と
を備えたオフセット補償ホールセンサにおいて、 ホール検出器は少なくとも第１および第２のホールセル
を含み、それら 第１および第２のホールセルは幾何学的形状が等
しく、共通の基体に集積され、そのホールセル供給電流
の方向を基準にした各ホールセルの方向はそれぞれ直角
に切替え可能であり、 第１のホール電圧値は第１の直角位置における第１およ
び第２のホールセルの各ホール電圧の合計または並列の
スイッチング値であり、 第２のホール電圧値は第２の直角位置における第１およ
び第２のホールセルの各ホール電圧の合計または並列の
スイッチング値であり、 第１の直角位置における第１および第２のホールセルの
幾何学方向は 0°または 180°以外の角度を有してお
り、第２の直角位置は第１の直角位置から第１および第
２のホールセルの方向が90°回転された位置であること
を特徴とするホールセンサ。 - 【請求項２】 ホールセンサ、評価装置およびホール検
出器供給電流を直角に切替える装置は共通の半導体表面
上に集積されることを特徴とする請求項１記載のホール
センサ。 - 【請求項３】ホール電圧または第１および第２のホール
電圧値はアナログデジタル変換器によってデジタル化さ
れ、合計装置はデジタル加算器を具備していることを特
徴とする請求項２記載のホールセンサ。 - 【請求項４】 ホールセルは拡散または注入領域によっ
て半導体表面にまたはその上に形成されることを特徴と
する請求項２記載のホールセンサ。 - 【請求項５】 ホールセルはゲート電極によって生成さ
れるか、或は影響を与えられた反転層によって半導体表
面上に形成されることを特徴とする請求項２記載のホー
ルセンサ。 - 【請求項６】 ホールセルは特にスパッタリングまたは
化学蒸着によって半導体表面上に付着された薄層から構
成されていることを特徴とする請求項２記載のホールセ
ンサ。 - 【請求項７】 ホールセルは測定コンタクトから分離さ
れた供給電流注入および供給電流収集用の装置に結合さ
れていることを特徴とする請求項２記載のホールセン
サ。 - 【請求項８】 電流はそれぞれが各ホールセルの抵抗領
域であるＭＯＳトランジスタの１電極を通してコンタク
トなしにホールセル中に注入され、またそれから取出さ
れることを特徴とする請求項７記載のホールセンサ。 - 【請求項９】 ホールセルと同じチップ上に集積された
定電流源はホールセルに供給するために温度依存性の定
電流を生成し、定常電流の値は動作範囲に存在している
基準温度におけるホールセルのシート抵抗に反比例する
ことを特徴とする請求項２記載のホールセンサ。 - 【請求項１０】 さらにオフセット電圧予備補償のため
の幾何学的に同一で、直角に切替え可能なホールセルは
第１および第２のホールセルと並列に接続されることを
特徴とする請求項１記載のホールセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE91122046:5 | 1991-12-21 | ||
| EP91122046A EP0548391B1 (de) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | Offsetkompensierter Hallsensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611556A JPH0611556A (ja) | 1994-01-21 |
| JP3108738B2 true JP3108738B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=8207465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04340684A Expired - Lifetime JP3108738B2 (ja) | 1991-12-21 | 1992-12-21 | オフセット補償されたホールセンサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5406202A (ja) |
| EP (1) | EP0548391B1 (ja) |
| JP (1) | JP3108738B2 (ja) |
| KR (1) | KR100202774B1 (ja) |
| DE (1) | DE59108800D1 (ja) |
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