JP3209053U - Magnetic sensor integrated circuit, motor assembly and application apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】正確な磁界検出信号を得ることができる磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置を提供する。【解決手段】磁気センサ集積回路は、磁気センサ200、信号処理ユニット300、出力制御回路400及び出力ポート2を含む。磁気センサは、外部磁界の磁気極性を検知する定電流を受け、差分信号を出力する。信号処理ユニットは、差分信号を増幅し、差分信号のオフセットを除去して、磁界検出信号を得る。出力制御回路は、少なくとも磁界検出信号に基づいて、磁気センサ集積回路を、電流が出力ポートから外部へ流れる第1の状態及び電流が外部から出力ポートへ流入する第2の状態のうちの少なくとも1つの状態で動作させるように制御する。【選択図】図1A magnetic sensor integrated circuit, a motor assembly, and an application device capable of obtaining an accurate magnetic field detection signal are provided. A magnetic sensor integrated circuit includes a magnetic sensor, a signal processing unit, an output control circuit, and an output port. The magnetic sensor receives a constant current for detecting the magnetic polarity of the external magnetic field and outputs a differential signal. The signal processing unit amplifies the difference signal and removes the offset of the difference signal to obtain a magnetic field detection signal. The output control circuit causes at least one of a first state in which current flows from the output port to the outside and a second state in which current flows from the outside to the output port based on at least the magnetic field detection signal. Control to operate in one state. [Selection] Figure 1
Description
本開示は、磁界検出に関し、より具体的には、磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置に関する。 The present disclosure relates to magnetic field detection, and more specifically to a magnetic sensor integrated circuit, a motor assembly, and an application device.
磁気センサは、現代の工業及び電子製品において、電流、位置及び方向などの物理パラメータを測定するための磁界強度を誘導するために、広範に応用されている。モータは、磁気センサの重要な応用分野である。磁気センサは、モータ内の回転子磁極位置センサとして機能することができる。 Magnetic sensors are widely applied in modern industrial and electronic products to induce magnetic field strength for measuring physical parameters such as current, position and direction. Motors are an important field of application for magnetic sensors. The magnetic sensor can function as a rotor magnetic pole position sensor in the motor.
一般に、磁気センサは、磁界検出信号のみを出力することができる。しかしながら、磁界検出信号は、弱く、磁気センサのオフセットと混じり合い、正確な磁界検出信号を得ることは難しい。 Generally, a magnetic sensor can output only a magnetic field detection signal. However, the magnetic field detection signal is weak and mixed with the offset of the magnetic sensor, and it is difficult to obtain an accurate magnetic field detection signal.
上記観点から、磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置が提供される。 In view of the above, a magnetic sensor integrated circuit, a motor assembly, and an application device are provided.
上記目的を達成するための、本開示の技術的解決策は、以下の通りである。 The technical solution of the present disclosure for achieving the above object is as follows.
磁気センサ集積回路は、
外部電力を直流電力に変換する整流器回路と、
外部磁界の極性を検知するために定電流を受け、差分信号を出力する磁気センサと、
磁気センサにより出力された差分信号を、差分信号を増幅し、差分信号のオフセットを除去することにより、磁界検出信号に変換する信号処理ユニットと、
少なくとも磁界検出信号に基づいて、磁気センサ集積回路を、電流が磁気センサ集積回路の出力ポートから外部へ流れる第1の状態及び電流が外部から出力ポートへ流れる第2の状態のうちの少なくとも1つの状態で動作させるように制御する出力制御回路と、
を含む。
Magnetic sensor integrated circuit
A rectifier circuit that converts external power into DC power;
A magnetic sensor that receives a constant current to detect the polarity of the external magnetic field and outputs a differential signal;
A signal processing unit that converts the differential signal output by the magnetic sensor into a magnetic field detection signal by amplifying the differential signal and removing the offset of the differential signal;
Based on at least the magnetic field detection signal, the magnetic sensor integrated circuit has at least one of a first state in which current flows from the output port of the magnetic sensor integrated circuit to the outside and a second state in which current flows from the outside to the output port. An output control circuit that controls to operate in a state;
including.
随意に、整流器は、全波整流器ブリッジ及び電圧安定化ユニットを含み、全波整流器ブリッジは、外部交流電力を直流電圧に変換して出力制御回路に電力供給し、電圧安定化ユニットは、記全波整流器ブリッジにより出力された直流電圧を低電圧直流に変換して信号処理ユニットに電力供給する。 Optionally, the rectifier includes a full wave rectifier bridge and a voltage stabilization unit, the full wave rectifier bridge converts external AC power to a DC voltage and powers the output control circuit, and the voltage stabilization unit The DC voltage output by the wave rectifier bridge is converted into a low voltage DC and supplied to the signal processing unit.
随意に、差分信号は、磁界信号及びオフセット信号を含み、信号処理ユニットは、磁界信号及びオフセット信号をそれぞれ高周波数領域とベースバンド周波数に変調するための第1のチョッピングスイッチと、第1のチョッピングスイッチにより出力された差分信号を増幅し、第1のチョッピングスイッチにより出力された差分信号の磁界信号をベースバンド周波数に復調して、復調された差分信号を出力する。
随意に、前記信号処理ユニットは、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールをさらに含み、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールは、第1のスイッチ・キャパシタフィルタ、第2のスイッチ・キャパシタフィルタ、第3のスイッチ・キャパシタフィルタ及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタを含み、第1のスイッチ・キャパシタフィルタ及び第2のスイッチ・キャパシタフィルタは、第1の半周期において第1の増幅器ユニットにより出力された差分信号を第1のサンプル信号(sampled signal)としてサンプリングし、第3のスイッチ・キャパシタフィルタ及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタは、第2の半周期において第1の増幅器ユニットにより出力された差分信号を第2のサンプル信号としてサンプリングする。
Optionally, the differential signal includes a magnetic field signal and an offset signal, and the signal processing unit includes a first chopping switch for modulating the magnetic field signal and the offset signal to a high frequency region and a baseband frequency, respectively, and a first chopping. The differential signal output by the switch is amplified, the magnetic field signal of the differential signal output by the first chopping switch is demodulated to the baseband frequency, and the demodulated differential signal is output.
Optionally, the signal processing unit further includes a switch capacitor filter module, the switch capacitor filter module including a first switch capacitor filter, a second switch capacitor filter, and a third switch capacitor filter. And a fourth switch-capacitor filter, wherein the first switch-capacitor filter and the second switch-capacitor filter receive the difference signal output by the first amplifier unit in the first half cycle as a first sample. The third switch capacitor filter and the fourth switch capacitor filter sample the signal (sampled signal), and the difference signal output by the first amplifier unit in the second half cycle is used as the second sample signal. Sump Ring.
随意に、信号処理ユニットは、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールにより出力された差分信号を磁界検出信号に変換し、磁界検出信号を出力制御回路に出力するための変換器をさらに含む。 Optionally, the signal processing unit further includes a converter for converting the differential signal output by the switch capacitor filter module into a magnetic field detection signal and outputting the magnetic field detection signal to an output control circuit.
随意に、集積回路は、第1のクロック信号を第1のチョッピングスイッチ及び第1の増幅器ユニットに出力し、第2のクロック信号をスイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールに出力し、第3のクロック信号を変換器に出力するように構成されたタイミング制御器をさらに含み、ここで第2のクロック信号は、第1のクロック信号に対して第1の所定時間遅延し、第2のクロック信号は、第3のクロック信号に対して第2の所定時間遅延する。 Optionally, the integrated circuit outputs a first clock signal to the first chopping switch and the first amplifier unit, outputs a second clock signal to the switch capacitor filter module, and outputs a third clock signal. And a timing controller configured to output to the converter, wherein the second clock signal is delayed by a first predetermined time with respect to the first clock signal, and the second clock signal is The third clock signal is delayed for a second predetermined time.
随意に、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールは、第1のサンプル信号を第2のサンプル信号に加算することによりオフセット除去及び増幅を行うための加算器をさらに含む。 Optionally, the switched capacitor filter module further includes an adder for performing offset removal and amplification by adding the first sample signal to the second sample signal.
随意に、信号処理ユニットは、加算器により出力される差分信号を増幅するための第2の増幅器をさらに含む。 Optionally, the signal processing unit further includes a second amplifier for amplifying the difference signal output by the adder.
これに応じて、本開示により、モータ組立体がさらに提供され、これは交流電力により電力供給される電気モータと、磁気センサ集積回路とを含む。 Accordingly, the present disclosure further provides a motor assembly, which includes an electric motor powered by alternating current power and a magnetic sensor integrated circuit.
これに応じて、本開示により、モータ組立体を含む応用装置がさらに提供される。 Accordingly, the present disclosure further provides an application device including a motor assembly.
本開示の実施形態による又は従来技術による技術的解決策がより明らかになるように、以下、本開示の実施形態による図面を簡単に説明する。明らかに、図面は、本開示の単に幾つかの実施形態であり、当業者であれば、これらの図面から創造的作業を伴わずに他の図面を得ることができる。 In order that the technical solutions according to the embodiments of the present disclosure or according to the prior art will become more apparent, the drawings according to the embodiments of the present disclosure will be briefly described below. Apparently, the drawings are merely some embodiments of the present disclosure, and those skilled in the art can obtain other drawings from these drawings without creative work.
本開示の実施形態の技術的解決策を、本開示の実施形態の図面と関連して明確かつ完全に例証する。明らかに、説明される実施形態は、本開示の実施形態の全てではなく、ごく僅かにすぎない。本開示の実施形態に基づいて創造的作業を伴わずに当業者によって得られる他のいずれの実施形態も、本開示の範囲内に入る。 The technical solutions of the embodiments of the present disclosure are clearly and completely illustrated with reference to the drawings of the embodiments of the present disclosure. Apparently, the described embodiments are very few rather than all of the embodiments of the present disclosure. Any other embodiments obtained by a person of ordinary skill in the art without creative work based on the embodiments of the present disclosure are within the scope of the present disclosure.
背景のセクションで説明したように、従来の技術において、一般に、磁気センサ集積回路は、磁界検出結果のみを出力することができ、磁気検出結果を処理するために付加的な周辺回路が必要とされる。従って、全回路は、高いコストを有し、かつ信頼性に乏しい。 As described in the background section, in the prior art, in general, a magnetic sensor integrated circuit can output only a magnetic field detection result, and an additional peripheral circuit is required to process the magnetic detection result. The Therefore, the entire circuit has a high cost and is not reliable.
これに鑑みて、本開示の実施形態により磁気センサ集積回路、電気モータ組立体及び応用装置が提供され、従来の磁気センサ集積回路の機能を拡張することにより、全回路のコストを削減し、かつ回路全体の信頼性を改善する。上記目的を達成するために、本開示の実施形態による技術的解決策を図1乃至図15との関連で詳細に説明する。 In view of this, embodiments of the present disclosure provide a magnetic sensor integrated circuit, an electric motor assembly, and an application device, and by extending the functions of a conventional magnetic sensor integrated circuit, reduce the cost of the entire circuit, and Improves overall circuit reliability. To achieve the above objective, technical solutions according to embodiments of the present disclosure will be described in detail in connection with FIGS.
図1は、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の略構造図を示し、磁気センサ集積回路は、入力ポート、整流器回路100、磁気センサ200、信号処理ユニット300、出力制御回路400及び出力ポート2を含む。
FIG. 1 shows a schematic structural diagram of a magnetic sensor integrated circuit according to an embodiment of the present disclosure, which includes an input port, a
整流器回路100は、外部電力を直流電力に変換することができる。
The
磁気センサ200は、温度変化の影響を受けない定電流を受けて外部磁界の極性を検知し、差分信号を出力することができる。
The
信号処理ユニット300は、磁気センサ200により出力された差分信号を、差分信号を増幅し、差分信号のオフセットを除去することにより磁界検出信号に変換し、磁界検出信号を出力することができる。
The
出力制御回路400は、磁気センサ集積回路を制御して、少なくとも第1の状態又は第2の状態で動作させることができる。実施形態において、第1の状態は、出力ポート2から外部へ流れる電流の流れとすることができ、第2の状態は、外部から出力ポート2へ流入する電流の流れとすることができる。実施形態において、差分信号は、磁界信号及びオフセット信号を含む。
The
本開示の実施形態において、外部電力は、入力ポートを介して整流器回路に供給され、入力ポートは、第1の入力ポート11及び第2の入力ポート12を含むことができ、これらは外部電力に接続される。本開示の実施形態において、入力ポートと外部電力との間の接続は、直接接続又は間接接続とすることができ、これは本明細書において限定されず、実際の用途に基づいて設計される必要がある。本開示の実施形態において、整流器回路が受ける外部電力は、交流電力である。さらに、磁気センサが受ける、温度による影響を受けない定電流は、整流器回路により供給することができ、これは本明細書において限定されない。
In an embodiment of the present disclosure, external power is supplied to the rectifier circuit via the input port, and the input port can include a
本開示の実施形態において、整流器回路100は、全波整流器ブリッジと、全波整流器ブリッジの出力端に結合された電圧安定化ユニットとを含むことができる。全波整流器ブリッジは、交流電力により出力される交流信号を直流信号に変換することができ、電圧安定化ユニットは、全波整流器ブリッジにより出力される直流信号を所定範囲内に安定化することができる。図2は、本開示の実施形態による整流器回路の回路図を示し、全波整流器ブリッジ110は、直列結合された第1のダイオード111及び第2のダイオード112、並びに直列結合された第3のダイオード113及び第4のダイオード114を含むことができる。第1の入力端11は、第1のダイオード111と第2のダイオード112との間の共通端であり、交流電力VAC+に電気的に接続され、第2の入力端12は、第3のダイオード113と第4のダイオード114との間の共通端であり、交流電力VAC−に電気的に接続される。
In an embodiment of the present disclosure, the
第1のダイオード111の入力端は、第3のダイオード113の入力端に電気的に接続して全波整流器ブリッジ110の第1の出力端V1を形成し、第2のダイオード112の出力端は、第4のダイオード114の出力端に電気的に接続して全波整流器ブリッジ110の第2の出力端V2を形成する。第2の出力端V2は、約16Vの直流電圧を出力する。好ましくは、出力制御回路400は、全波整流器ブリッジ110の第2の出力端V2により出力される直流電圧により電力供給される。
The input terminal of the
さらに、電圧安定化ユニット120は、全波整流器ブリッジ110の第1の出力端V1と第2の出力端V2との間に接続された、ツェナーダイオード121、第1の抵抗器122、第2の抵抗器123、ツェナーダイオード124及びトランジスタ125を含む。ツェナーダイオード121のアノード及びツェナーダイオード124のアノードは、両方とも全波整流器ブリッジ110の第1の出力端V1に結合する。ツェナーダイオード121のカソード及び第1の抵抗器122の第1の端は、両方とも全波整流器ブリッジ110の第2の出力端V2に結合する。第1の抵抗器122の第2の端は、第2の抵抗器123の第1の端及びトランジスタ125の第1の端に結合する。第2の抵抗器123の第2の端は、トランジスタ125のゲート及びツェナーダイオード124のカソードに接続される。トランジスタ125の第2の端及びツェナーダイオード124のアノードは、それぞれ電圧調整ユニット120の2つの出力端、すなわち整流器回路の2つの出力端として機能する。整流器回路の第1の出力端AVDDの出力電圧は、直流電圧約5Vであり、第2の出力端AVSSは接地される。
Further, the
図1に示すように、本開示の実施形態による信号処理ユニット300は、順次接続された、第1のチョッピングスイッチ301、第1の増幅ユニット302、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール(switched capacitor filter module)303及び変換器304を含む。第1のチョッピングスイッチ301は、磁気センサ200に電気的に結合される。
As shown in FIG. 1, a
第1のチョッピングスイッチ301は、磁気センサ200により出力される差分信号の磁界信号及びオフセット信号を、それぞれ高周波数領域及びベースバンド周波数に変調することができる。
The
第1の増幅器ユニット302は、第1のチョッピングスイッチ301により出力される差分信号を増幅し、第1のチョッピングスイッチにより出力される差分信号の磁界信号及びオフセット信号を、それぞれ高周波数領域及びベースバンド周波数に復調し、復調された磁界信号及び復調されたオフセット信号を出力するように構成される。
The
スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303は、第1の増幅器ユニット302により出力された差分信号をサンプリングし、サンプル信号のオフセットを除去して差分信号を得、差分信号を増幅し、増幅された差分信号を出力することができる。
The switch
変換器304は、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303により出力された差分信号を磁界検出信号に変換し、磁界検出信号を出力制御回路400に出力することができる。実施形態において、変換器は、アナログ−デジタル変換モジュールである。
The
さらに、磁気センサ集積回路のより良好な運転性能を保証するために、図3は、本開示の別の実施形態による磁気センサ集積回路の略構造図を示し、図3に示すように、磁気センサ集積回路は、タイミング制御器500をさらに含む。タイミング制御器500は、第1のクロック信号を第1のチョッピングスイッチ301及び第1の増幅器ユニット302に出力し、第2のクロック信号をスイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303に出力し、第3のクロック信号を変換器304に出力するように構成される。第2のクロック信号は、第1のクロック信号に対して第1の所定時間遅延し、第3のクロック信号に対して第2の所定時間遅延する。第1の遅延時間は、第2の遅延時間より長い。第1のクロック信号の周波数は、第1のチョッピングスイッチ301のチョッピング周波数であり、第2のクロック信号の周波数は、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303のサンプリング周波数である。
Furthermore, to ensure better operating performance of the magnetic sensor integrated circuit, FIG. 3 shows a schematic structural diagram of a magnetic sensor integrated circuit according to another embodiment of the present disclosure, and as shown in FIG. The integrated circuit further includes a
出力信号の精度を保証するために、第1のクロック信号、第2のクロック信号及び第3のクロック信号の間に所定の遅延が存在する。随意に、本開示の実施形態において、第1の所定時間は、第1のクロック信号の周期の四半分とすることができ、第2の所定時間は、5ナノ秒である。さらに、第1のクロック信号、第2のクロック信号及び第3のクロック信号は、本開示の実施形態において、同じ周波数を有する。随意に、本出願の実施形態によるタイミング制御器の信号の略図である図4を参照することができる。図4に示すような第1乃至第3のクロック信号は、単に、これら3つの信号間の時間系列関係(すなわち、随意に、第1の所定時間は、第1のクロック信号の四半分とすることができ、第2のクロック信号は、第3のクロック信号に対して5ナノ秒遅延することができる)及び周波数関係(すなわち、第1のクロック信号、第2のクロック信号及び第3のクロック信号は同じ周波数を有する)を例証するものであり、本出願の実施形態による磁気センサの動作における実際の信号を表すものではないことに留意されたい。 In order to guarantee the accuracy of the output signal, there is a predetermined delay between the first clock signal, the second clock signal, and the third clock signal. Optionally, in embodiments of the present disclosure, the first predetermined time may be a quarter of the period of the first clock signal and the second predetermined time is 5 nanoseconds. Further, the first clock signal, the second clock signal, and the third clock signal have the same frequency in the embodiments of the present disclosure. Optionally, reference can be made to FIG. 4, which is a schematic diagram of the signals of a timing controller according to an embodiment of the present application. The first through third clock signals as shown in FIG. 4 are simply a time series relationship between these three signals (ie, optionally, the first predetermined time is a quarter of the first clock signal. And the second clock signal can be delayed by 5 nanoseconds relative to the third clock signal) and frequency relationship (ie, the first clock signal, the second clock signal, and the third clock Note that the signals are of the same frequency) and do not represent actual signals in the operation of the magnetic sensor according to embodiments of the present application.
本開示の実施形態において、磁気センサにより出力される差分信号は、磁界信号及びオフセット信号を含む。磁界信号は、外部磁界と適合する理想磁界電圧信号であり、磁気センサにより検出され、オフセット信号は、磁気センサの固有のオフセットである。磁気センサにより出力される理想磁界電圧信号は弱く、一般にわずか数10ミリボルトであり、一方、オフセット信号は、10ミリボルトに近い。従って、この後のプロセスにおいて、オフセット信号を除去すること、及び、理想磁界電圧信号を増幅することが必要とされる。 In the embodiment of the present disclosure, the differential signal output by the magnetic sensor includes a magnetic field signal and an offset signal. The magnetic field signal is an ideal magnetic field voltage signal that is compatible with the external magnetic field and is detected by the magnetic sensor, and the offset signal is the intrinsic offset of the magnetic sensor. The ideal magnetic field voltage signal output by the magnetic sensor is weak, typically only a few tens of millivolts, while the offset signal is close to 10 millivolts. Therefore, in the subsequent process, it is necessary to remove the offset signal and amplify the ideal magnetic field voltage signal.
磁気センサにより出力される差分信号を処理するために、まず、差分信号の磁界信号が、第1のチョッピングスイッチ301により高周波数領域に変調される。図3に示すように、第1のチョッピングスイッチ301は、タイミング制御器500の制御に基づいて、磁気センサ200により出力された差分信号の磁界信号を高周波数領域に変調し、差分信号のオフセット信号をベースバンド周波数に変調する。好ましくは、高周波数領域の周波数は、100Kヘルツを上回り、ベースバンド周波数は、200ヘルツを下回る。
In order to process the differential signal output by the magnetic sensor, first, the magnetic field signal of the differential signal is modulated by the
図5a乃至図5dを参照する。図5aは、本開示の実施形態による磁気センサ及び第1のチョッピングスイッチの構造図である。図5bは、図5aに示す磁気センサ及び第1のチョッピングスイッチの4つのサブクロック信号のタイミング図である。図5cは、図5aに示す放電スイッチ及び第1のチョッピングスイッチの信号制御の略図である。 Please refer to FIGS. 5a to 5d. FIG. 5a is a structural diagram of a magnetic sensor and a first chopping switch according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 5b is a timing diagram of the four sub-clock signals of the magnetic sensor and the first chopping switch shown in FIG. 5a. FIG. 5c is a schematic diagram of signal control of the discharge switch and the first chopping switch shown in FIG. 5a.
磁気センサ200は、4つの接点端子を含む。磁気センサ200は、対向して配置された第1の端子A及び第3の端子C、並びに対向して配置された第2の端子B及び第4の端子Dを含む。本開示の実施形態において、磁気センサ200は、ホール(Hall)プレートである。磁気センサ200は、整流器回路100により供給されることができる第1の電力13により駆動される。実施形態において、電力13は、温度の影響を受けない定電流源である。
The
第1のチョッピングスイッチ301は、図5aに示すように、8つのスイッチK1乃至K8を含み、これらは4つの端子に接続される。詳細には、第1のチョッピングスイッチ301は、第1のスイッチK1、第2のスイッチK2、第3のスイッチK3、第4のスイッチK4、第5のスイッチK5、第6のスイッチK6、第7のスイッチK7、及び第8のスイッチK8を含む。第1のスイッチK1は、第1の電力13と第1の端子Aとの間に接続される。第2のスイッチK2は、第1の電力13と第2の端子Bとの間に接続される。第3のスイッチK3は、接地端GNDと第3の端子Cとの間に接続される。第4のスイッチK4は、接地端GNDと第4の端子Dとの間に接続される。第5のスイッチK5は、第1の出力端Pと第4の端子Dとの間に接続される。第6のスイッチK6は、第1の出力端Pと第3の端子Cとの間に接続される。第7のスイッチK7は、第2の出力端Nと第2の端子Bとの間に接続される。第8のスイッチK8は、第2の出力端Nと第1の端子Aとの間に接続される。第1のクロック信号は、第1のサブクロック信号CK2B、第2のサブクロック信号CK1B、第3のクロック信号CK2及び第4のサブクロック信号CK1を含む。第1のスイッチK1及び第2のスイッチK2は、それぞれ第1のサブクロック信号CK2B及び第2のサブクロック信号CK1Bにより制御される。第3のスイッチK3及び第4のスイッチK4は、それぞれ第3のサブクロック信号CK2及び第4のサブクロック信号CK1により制御される。第5のスイッチK5及び第6のスイッチK6は、それぞれ第3のサブクロック信号CK2及び第4のサブクロック信号CK1により制御される。第7のスイッチK7及び第8のスイッチK8は、それぞれ第3のサブクロック信号CK2及び第4のサブクロック信号CK1により制御される。
As shown in FIG. 5a, the
出力信号の精度を保証するために、第1のクロック信号は、少なくとも2つの非重複サブクロック信号を含む。第1のサブクロック信号CK2Bの位相は、第3のサブクロック信号CK2の位相と反対であり、第2のサブクロック信号CK1Bの位相は、第4のサブクロック信号CK1の位相と反対である。第3のサブクロック信号CK2及び第4のサブクロック信号CK1は、非重複サブクロック信号である。 In order to ensure the accuracy of the output signal, the first clock signal includes at least two non-overlapping sub-clock signals. The phase of the first sub clock signal CK2B is opposite to the phase of the third sub clock signal CK2, and the phase of the second sub clock signal CK1B is opposite to the phase of the fourth sub clock signal CK1. The third sub clock signal CK2 and the fourth sub clock signal CK1 are non-overlapping sub clock signals.
第1の端子Aが第1の電力13に電気的に接続され、第3の端子Cが接地端GNDに電気的に接続されている場合、第2の端子Bは、第2の出力端Nに電気的に接続され、第4の端子Dは、第1の出力端Pに電気的に接続される。第2の端子Bが第1の電力13に電気的に接続され、第4の端子Dが接地端GNDに電気的に接続される場合、第1の端子Aは、第2の出力端Nに電気的に接続され、第3の端子Cは、第1の出力端Pに電気的に接続される。第1の出力端Pは、差分信号P1を出力し、第2の出力端Nは、差分信号N1を出力する。
When the first terminal A is electrically connected to the
説明した磁気センサ200及び第1のチョッピングスイッチ301の他に、磁気センサ200は、第1の端子Aと第3の端子Cとの間に接続された第1の放電分岐14、すなわち第1の端子Aと第3の端子Cとの間の分岐、及び第2の端子Bと第4の端子Dとの間に接続された第2の放電分岐15、すなわち第2の端子Bと第4の端子Dとの間の分岐をさらに含む。第1の端子A及び第3の端子Cが電力入力端として機能し、第2の端子B及び第4の端子Dが磁気検知信号出力端として機能する前、第2の放電分岐15は、導電性である。第1の端子A及び第3の端子Cが磁気検知信号出力端として機能し、第2の端子B及び第4の端子Dが電力入力端として機能する前、第1の放電分岐14は、導電性である。
In addition to the
可能な実装において、第1の放電分岐14は、直列接続された第1の放電スイッチS1及び第2の放電スイッチS2を含むことができる。第1の放電スイッチS1及び第2の放電スイッチS2は、第1のサブクロック信号CK2B及び第2のサブクロック信号CK1Bによりそれぞれ制御される。第2の放電分岐15は、直列接続された第3の放電スイッチS3及び第4の放電スイッチS4を含む。第3の放電スイッチS3及び第4の放電スイッチS4は、それぞれ第1のサブクロック信号CK2B及び第2のサブクロック信号CK1Bにより制御される。
In a possible implementation, the
第1の端子A及び第3の端子Cが電力入力端として機能し、第2の端子B及び第4の端子Dが磁界信号の出力端として機能する場合、第1のサブクロック信号CK2Bが第2のサブクロック信号CK1Bと重なる期間の間、第1の放電スイッチS1及び第2の放電スイッチS2が同時にオンにされる。第1の端子A及び第3の端子Cが磁界信号の出力端として機能し、第2の端子B及び第4の端子Dが電力入力端として機能する場合、第1のサブクロック信号CK2Bが第2のサブクロック信号CK1Bと重なる期間の間、第3の放電スイッチS3及び第4の放電スイッチS4が同時にオンにされる。 When the first terminal A and the third terminal C function as power input terminals and the second terminal B and the fourth terminal D function as magnetic field signal output terminals, the first sub-clock signal CK2B is During a period overlapping with the second sub-clock signal CK1B, the first discharge switch S1 and the second discharge switch S2 are simultaneously turned on. When the first terminal A and the third terminal C function as magnetic signal output terminals, and the second terminal B and the fourth terminal D function as power input terminals, the first sub-clock signal CK2B is During a period overlapping with the second sub-clock signal CK1B, the third discharge switch S3 and the fourth discharge switch S4 are simultaneously turned on.
図5bに示すように、4つのサブクロック信号は、2つの非重複制御信号、すなわち第3のサブクロック信号CK1及び第4のサブクロック信号CK2、並びに2つの重複信号、すなわち第2のサブクロック信号CK1B及び第1のサブクロック信号CK2Bを含む。CK1は、CK1Bと反対であり、CK2は、CK2Bと反対である。重複サブクロック信号CK1B及びCK2Bは、両方とも、CK1BとCK2Bが重なる期間中、すなわち、図5bに示される2つの点線の間の期間中、高レベルにある。2つの非重複サブクロック信号CK1及びCK2並びに2つの重複サブクロック信号CK1B及びCK2Bは、両端を含めて100KHzから600Hzまでの範囲の周波数を有することができ、好ましくは400KHzの周波数を有することができる。 As shown in FIG. 5b, the four sub-clock signals are divided into two non-overlapping control signals, namely the third sub-clock signal CK1 and the fourth sub-clock signal CK2, and two overlapping signals, ie the second sub-clock. A signal CK1B and a first subclock signal CK2B are included. CK1 is opposite to CK1B and CK2 is opposite to CK2B. Overlapping subclock signals CK1B and CK2B are both high during the period in which CK1B and CK2B overlap, ie, during the period between the two dotted lines shown in FIG. 5b. The two non-overlapping subclock signals CK1 and CK2 and the two overlapping subclock signals CK1B and CK2B can have a frequency in the range of 100 KHz to 600 Hz including both ends, and preferably have a frequency of 400 KHz. .
本開示の実施形態において、第1のチョッピングスイッチ301に含まれる8つのスイッチ及び放電分岐に含まれる4つの放電スイッチは、各々、トランジスタとすることができる。さらに、CK1が高レベルのとき、CK2Bは高レベルであり、CK2及びCK1Bは低レベルである。図5cとの関連で、このような場合、第2の端子B及び第4の端子Dは、それぞれ第1の電力13及び接地端GNDに電気的に接続されて電力入力端として機能し、第3の端子Cと第1の出力端Pとの間のスイッチがオンにされ、第1の端子Aと第2の出力端Nとの間のスイッチがオンにされ、第1の端子A及び第3の端子Cが磁界信号の出力端として機能する。CK1が高レベルから低レベルに移行した直後の短い時間、すなわち、図5bに示す最初の2つの点線間の時間が、2つの重複サブクロック信号CK1B及びCK2Bの重複期間である。重複期間中、CK1B及びCK2Bは、両方とも高レベルであり、第2の端子Bと第4の端子Dとの間の第3の放電スイッチS3及び第4の放電スイッチS4が同時にオンにされて第2の端子Bが第4の端子Dと短絡し、それにより第2の端子Bと第4の端子Dとの間の寄生キャパシタ内に貯えられた電荷が除去される。重複期間後、CK1が低レベルのとき、CK2Bは低レベルであり、CK2及びCK1Bは高レベルである。この場合、第1の端子A及び第3の端子Cは、それぞれ第1の電力及び接地端GNDに電気的に接続されて電力入力端として機能し、第2の端子Bと第1の出力端Pとの間のスイッチがオンにされ、第4の端子Dと第2の出力端Nとの間のスイッチがオンにされ、第2の端子B及び第4の端子Dが磁界信号の出力端として機能する。CK1が低レベルから高レベルに移行する直前の短い時間、すなわち、図5bに示す2番目の2つの点線間の時間が、2つのサブクロック信号CK1B及びCK2Bの重複期間である。この期間中、CK1B及びCK2Bは、両方とも高レベルであり、第1の端子Aと第3の端子Cとの間の第1の放電スイッチS1及び第2の放電スイッチS2がオンにされて第1の端子Aが第3の端子Cと短絡し、これにより第1の端子Aと第3の端子Cとの間の寄生キャパシタ内に貯えられた電荷が除去される。
In the embodiment of the present disclosure, each of the eight switches included in the
図5dは、図5aに示す回路内の信号の略図である。図5dにおいて、CKは、クロック信号であり、Vosは、磁気センサ200のオフセット電圧信号であり、これはクロック信号周期中のいずれの時点でも一定であるとみなすことができ、ホールプレート200の物理的性質に依存する。Vin及び−Vinは、それぞれクロック信号CKの第1の半周期及び第2の半周期において第1のチョッピングスイッチにより出力される理想磁界信号、すなわち、オフセット信号により妨害されないホールプレート200の理想出力である。上述のように、クロック信号CKの第1の半周期中、端子A及びCがそれぞれ第1の電力及び接地に電気的に接続され、端子B及びDが出力端に電気的に接続される。クロック信号CKの第2の半周期中、端子B及びDがそれぞれ第1の電力及び接地に電気的に接続され、端子A及びCが出力端に電気的に接続される。クロック信号CKの第1及び第2の半周期中、第1のチョッピングスイッチにより出力される理想磁界信号は、同じ大きさ及び反対の方向を有する。Voutは、第1のチョッピングスイッチの出力信号であり、これはオフセット信号Vosと理想磁界信号Vinとを重ね合わせた信号である。このようにして、磁界信号は、第1のチョッピングスイッチで高周波数領域に変調される。
FIG. 5d is a schematic diagram of the signals in the circuit shown in FIG. 5a. In FIG. 5d, CK is a clock signal and Vos is an offset voltage signal of the
本開示の実施形態において、磁気センサ200により出力される理想磁界電圧信号は、非常に弱い。一般に、理想磁界信号は、わずか数10ミリボルトであり、オフセット信号は10ミリボルトに近い。従って、オフセット信号を除去し、その後で理想磁界信号を増幅することが必要とされる。
In the embodiment of the present disclosure, the ideal magnetic field voltage signal output by the
図3に示すように、実施形態による第1の増幅器ユニット302は、タイミング制御器500の制御に基づいて、第1のチョッピングスイッチ301により出力された差分信号を増幅し、第1のチョッピングスイッチ301により出力された差分信号の磁界信号を低周波数領域に復調し、復調された差分信号を出力する。本開示の上記実施形態のいずれの1つにおいても、磁気センサ200の感度を高くすることが要求され、磁気センサ200により出力される磁界信号は非常に弱い場合があり、例えば、わずか数10ミリボルトの場合がある。それゆえ、磁界信号は増幅されることが必要であり、このことは、第1の増幅器ユニット302が、磁気センサ200の磁界信号を可能な限り大きく増幅することにより磁界信号のその後のプロセスを容易にするために、高い利得を有することを要する。随意に、第1の増幅器ユニットの利得は、100である。
As shown in FIG. 3, the
本開示の実施形態において、第1の増幅器ユニット302は、図6に示すようなチョッピング−増幅器ユニットとすることができる。すなわち、第1の増幅器ユニットは、順次接続された、第1の増幅器A1、第2のチョッピングスイッチZ2及び第2の増幅器A2を含む。第1の増幅器A1及び第2の増幅器A2は、入力信号を増幅することができる。第2のチョッピングスイッチZ2は、第1のチョッピングスイッチ301により出力された差分信号の磁界信号を低周波数領域に復調することができる。第1の増幅器A1は、折り返しカスコード増幅器とすることができ、第2の増幅器A2は、一段増幅器とすることができる。
In an embodiment of the present disclosure, the
図3に示す集積回路を参照すると、第1のクロック信号の制御下で、第1の増幅器A1及び第2の増幅器A2は、入力信号を増幅するように構成され、第2のチョッピングスイッチZ2は、第1のチョッピングスイッチ301により出力された差分信号の磁界信号を低周波数領域に復調するように構成される。
Referring to the integrated circuit shown in FIG. 3, under the control of the first clock signal, the first amplifier A1 and the second amplifier A2 are configured to amplify the input signal, and the second chopping switch Z2 is The magnetic field signal of the differential signal output by the
本開示の実施形態において、第1の増幅器A1は、第1のチョッピングスイッチ301により出力される一対の差分信号P1及びN1を受け、一対の差分信号を出力する。第2のチョッピングスイッチZ2は、各クロック周期の第1の半周期において、第1の増幅器A1により出力された一対の差分信号を直接出力し、各クロック周期の第2の半周期において、第1の増幅器A1により出力された2つの差分信号を交換し、交換された差分信号を出力する。第2のチョッピングスイッチZ2の出力信号は、P2及びN2として定義される。
In the embodiment of the present disclosure, the first amplifier A1 receives the pair of difference signals P1 and N1 output from the
図3に示すように、先の信号処理の後、本開示の実施形態によるスイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303は、タイミング制御器500の制御下で、第1の増幅器ユニット302により出力された差分信号をサンプリングし、サンプル信号のオフセットを除去して差分信号を得、差分信号を増幅し、増幅された差分信号を出力する。随意に、本開示の実施形態において、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303のサンプリング周波数は、第1のチョッピングスイッチのチョッピング周波数と同じにすることができ、すなわち、タイミング制御器により出力される第1のクロック信号及び第2のクロック信号の周波数は同じである。第1の増幅器ユニット302により出力される差分信号は、第1のサブ差分信号及び第2のサブ差分信号を含む。
As shown in FIG. 3, after the previous signal processing, the switched
本開示の実施形態において、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールは、図7に示すようなスイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールとすることができる。スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303は、第1のスイッチ・キャパシタフィルタSCF1、第2のスイッチ・キャパシタフィルタSCF2、第3のスイッチ・キャパシタフィルタSCF3、及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタSCF4を含む。第1のスイッチ・キャパシタフィルタSCF1及び第2のスイッチ・キャパシタフィルタSCF2は、第1の増幅器ユニットによりその第1の半周期中に出力される差分信号を、第1のサンプル信号としてサンプリングする。第3のスイッチ・キャパシタフィルタSCF3及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタSCF4は、第1の増幅器ユニットによりその第2の半周期中に出力される差分信号を、第2のサンプル信号としてサンプリングするように構成される。
In the embodiment of the present disclosure, the switch capacitor filter module may be a switch capacitor filter module as shown in FIG. The switch
第1のスイッチ・キャパシタフィルタSCF1及び第2のスイッチ・キャパシタフィルタSCF2は、第1の増幅器ユニット302により先の半周期中に出力される第1のサブ差分信号及び第2のサブ差分信号を、それぞれ第1のサブサンプル信号及び第2のサブ差分信号としてサンプリングするように構成される。第3のスイッチ・キャパシタフィルタSCF3及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタSCF4は、第1の増幅器ユニット302により後の半周期中に出力される第1のサブ差分信号及び第2のサブ差分信号を、それぞれ第3のサブサンプル信号及び第4のサブサンプル信号としてサンプリングするように構成される。
The first switch capacitor filter SCF1 and the second switch capacitor filter SCF2 receive the first sub-difference signal and the second sub-difference signal output by the
第1のスイッチ・キャパシタフィルタSCF1及び第2のスイッチ・キャパシタフィルタSCF2は、それぞれ差分信号P2及びN2を、その第1の半周期中に、第1のサブサンプル信号P2A及び第2のサブサンプル信号N2Aとしてサンプリングする。第3のスイッチ・キャパシタフィルタSCF3及び第4のスイッチ・キャパシタフィルタSCF4は、それぞれ差分信号P2及びN2を、その第2の半周期中に、第3のサブサンプル信号P2B及び第4のサブサンプル信号N2Bとしてサンプリングする。 The first switch-capacitor filter SCF1 and the second switch-capacitor filter SCF2 receive the difference signals P2 and N2, respectively, during the first half cycle, the first sub-sample signal P2A and the second sub-sample signal. Sample as N2A. The third switch-capacitor filter SCF3 and the fourth switch-capacitor filter SCF4 receive the difference signals P2 and N2, respectively, during the second half period, the third sub-sample signal P2B and the fourth sub-sample signal. Sample as N2B.
オフセットは、第1のサブサンプル信号を第3のサブサンプル信号に加えることにより除去され、オフセットは、第2のサブサンプル信号を第4のサブサンプル信号に加えることにより除去される。図7aに示すように、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールは、第1のサンプル信号を第2のサンプル信号に加算することによりオフセットを除去して差分信号を得、差分信号を増幅するように構成された、加算器303bをさらに含む。詳細には、加算器303bは、第1のサブサンプル信号P2Aを第3のサブサンプル信号P2Bに加算してオフセットを除去し、かつ第2のサブサンプル信号N2Aを第4のサブサンプル信号N2Bに加算してオフセットを除去して、差分信号を得、この差分信号を増幅するように構成される。加算器により出力される差分信号をP3及びN3として定義する。随意に、本開示の実施形態による加算器は、利得が2の相互コンダクタンス増幅器である。
The offset is removed by adding the first subsample signal to the third subsample signal, and the offset is removed by adding the second subsample signal to the fourth subsample signal. As shown in FIG. 7a, the switched capacitor filter module is configured to remove the offset by adding the first sample signal to the second sample signal to obtain a difference signal and amplify the difference signal. Further, an
本開示による加算器の構造図である図7bに示すように、加算器は、演算増幅器A’、第1の電圧−電流変換器M1、第2の電圧−電流変換器M2及び第3の電圧−電流変換器M3を含む。電圧−電流変換器の各々は、電流源に接続され、2つの金属酸化物半導体(MOS)トランジスタを含む。第1の電圧−電流変換器M1の場合、一方のMOSトランジスタのゲートはサンプル信号P2Aを受け、このMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の非反転端に電気的に結合され、他方のMOSトランジスタのゲートは、サンプル信号N2Aを受けるように構成され、この他方のMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の反転端に電気的に結合される。第2の電圧−電流変換器M2の場合、一方のMOSトランジスタのゲートはサンプル信号P2Bを受けるように構成され、このMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の非反転端に接続され、他方のMOSトランジスタのゲートは、サンプル信号N2Bを受けることができ、この他方のMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の反転端に接続される。第3の電圧−電流変換器M3の場合、一方のMOSトランジスタのゲートは、演算増幅器A’により出力された差分信号N3を受けることができ、このMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の非反転端に電気的に結合され、他方のMOSトランジスタのゲートは、演算増幅器A’により出力された差分信号P3を受けることができ、このMOSトランジスタの出力端は、演算増幅器A’の反転端に接続される。加算器の電圧−電流変換器は、入力されたサンプル信号を電流に変換し、電流を加算することによりオフセットを除去する。電流は、加算器の演算増幅器により増幅された後、出力される。好ましくは、ソース負帰還抵抗器(source degeneration resistor)が加算器の入力端に配置され、電圧−電流変換器のMOSトランジスタが飽和領域で動作することを保証する。すなわち、図7bに示すように、直列抵抗器R’が、電圧−電流変換器の2つのMOSトランジスタのソース電極間に電気的に接続され、電圧−電流変換器の中のMOSトランジスタが飽和領域で動作することを保証する。 As shown in FIG. 7b, which is a structural diagram of an adder according to the present disclosure, the adder includes an operational amplifier A ′, a first voltage-current converter M1, a second voltage-current converter M2, and a third voltage. -Including a current converter M3. Each of the voltage-to-current converters is connected to a current source and includes two metal oxide semiconductor (MOS) transistors. In the case of the first voltage-current converter M1, the gate of one MOS transistor receives the sample signal P2A, and the output terminal of this MOS transistor is electrically coupled to the non-inverting terminal of the operational amplifier A ′, The gate of the MOS transistor is configured to receive the sample signal N2A, and the output terminal of the other MOS transistor is electrically coupled to the inverting terminal of the operational amplifier A ′. In the case of the second voltage-current converter M2, the gate of one MOS transistor is configured to receive the sample signal P2B, and the output terminal of this MOS transistor is connected to the non-inverting terminal of the operational amplifier A ′, The MOS transistor can receive the sample signal N2B, and the output terminal of the other MOS transistor is connected to the inverting terminal of the operational amplifier A ′. In the case of the third voltage-current converter M3, the gate of one MOS transistor can receive the differential signal N3 output from the operational amplifier A ′, and the output terminal of this MOS transistor is connected to the operational amplifier A ′. The other MOS transistor is electrically coupled to the non-inverting terminal, and the gate of the other MOS transistor can receive the differential signal P3 output by the operational amplifier A ′. The output terminal of this MOS transistor is the inverting terminal of the operational amplifier A ′. Connected to. The voltage-current converter of the adder converts the input sample signal into a current, and removes the offset by adding the current. The current is amplified by the operational amplifier of the adder and then output. Preferably, a source degeneration resistor is placed at the input of the adder to ensure that the MOS transistor of the voltage-current converter operates in the saturation region. That is, as shown in FIG. 7b, the series resistor R ′ is electrically connected between the source electrodes of the two MOS transistors of the voltage-current converter, and the MOS transistor in the voltage-current converter is saturated. Guarantee to work with.
さらに、信号処理ユニットは、第2の増幅器ユニット305をさらに含み、これはスイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303と変換器304との間に接続され、加算器により出力された差分信号を増幅するように構成される。第2の増幅器ユニットは、増幅された差分信号P3及びN3を出力する。実施形態において、第2の増幅器ユニットは、利得が5のプログラム可能利得増幅器である。
In addition, the signal processing unit further includes a
実施形態において、第1の増幅器ユニット、加算器及び第2の増幅器の、磁界信号の増幅に関する総増幅利得は、両端を含めて800から2000までの範囲であり、好ましくは1000である。他の実施形態において、第1の増幅器ユニット、加算器及び第2の増幅器ユニットに対して異なる利得を設定することにより、磁界信号を、要求される利得で増幅することができる In the embodiment, the total amplification gain of the first amplifier unit, the adder, and the second amplifier with respect to the amplification of the magnetic field signal is in the range of 800 to 2000 including both ends, and preferably 1000. In other embodiments, the magnetic field signal can be amplified with the required gain by setting different gains for the first amplifier unit, the adder and the second amplifier unit.
図3に示すように、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール及び第2の増幅器ユニットにより処理された後、差分信号は、出力生後回路を制御するために、信号処理ユニット300により磁界信号に変換される必要がある。図8は、本開示の実施形態による変換器の構造図を示す。変換器は、第1の比較器C1、第2の比較器C2及びラッチ論理回路Sを含む。
As shown in FIG. 3, after being processed by the switch capacitor filter module and the second amplifier unit, the differential signal needs to be converted to a magnetic field signal by the
第1の比較器C1及び第2の比較器C2は、各々、一対の差動基準電圧Vh及びVl並びに第2の増幅器ユニットにより出力される一対の差分信号P3及びN3に接続される。第1の比較器C1の一対の差動基準電圧及び第2の比較器C2の一対の差動基準電圧は、逆に接続されている。第1の比較器C1は、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号を高閾値Rhと比較するように構成され、第2の比較器C2は、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号を低閾値Rlと比較するように構成される。第1の比較器C1及び第2の比較器C2の出力端は、ラッチ論理回路Sの入力端に接続される。 The first comparator C1 and the second comparator C2 are connected to a pair of differential reference voltages Vh and Vl and a pair of differential signals P3 and N3 output by the second amplifier unit, respectively. The pair of differential reference voltages of the first comparator C1 and the pair of differential reference voltages of the second comparator C2 are connected in reverse. The first comparator C1 is configured to compare the voltage signal output by the second amplifier unit with the high threshold Rh, and the second comparator C2 is the voltage signal output by the second amplifier unit. Is compared to the low threshold Rl. The output terminals of the first comparator C1 and the second comparator C2 are connected to the input terminal of the latch logic circuit S.
図9に示すように、第1の比較器C1は、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号と高閾値Rhとの間の比較の結果、又は外部磁界の強度と所定の動作点Bopとの間の比較の結果を出力するように構成される。第2の比較器C2は、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号と低閾値Rlとの間の比較の結果、又は外部磁界の強度と所定の解放点Brpとの間の比較の結果を出力するように構成される。 As shown in FIG. 9, the first comparator C1 compares the voltage signal output by the second amplifier unit with the high threshold Rh, or the strength of the external magnetic field and the predetermined operating point Bop. Is configured to output the result of the comparison between The second comparator C2 shows the result of the comparison between the voltage signal output by the second amplifier unit and the low threshold value Rl, or the result of the comparison between the strength of the external magnetic field and the predetermined release point Brp. Configured to output.
ラッチ論理回路Sは、第1の比較器C1により出力された比較結果が、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号が高閾値Rhより高いこと、又は外部磁界の強度が所定の動作点Bopに達したことを示したときに、信号処理ユニット300に、外部磁界の磁気極性を表す第1のレベル(例えば高レベル)で信号を出力させるように構成される。
The latch logic circuit S indicates that the comparison result output by the first comparator C1 indicates that the voltage signal output by the second amplifier unit is higher than the high threshold Rh, or the strength of the external magnetic field is a predetermined operating point Bop. The
ラッチ論理回路Sは、第2の比較器C2により出力された比較結果が、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号が低閾値Rlより低いこと、又は外部磁界の強度が所定の解放点Brpに達していないことを示したときに、信号処理ユニット300に、別の種類の外部磁界の磁気極性を表す、第1のレベルの反対の第2のレベル(低レベル)で信号を出力させるように構成される。
The latch logic circuit S indicates that the comparison result output by the second comparator C2 indicates that the voltage signal output by the second amplifier unit is lower than the low threshold value Rl or the strength of the external magnetic field is a predetermined release point Brp. To indicate that the
ラッチ論理回路Sは、第1の比較器C1及び第2の比較器C2により出力された比較結果が、第2の増幅器ユニットにより出力された電圧信号が高閾値Rhより低くかつ低閾値Rlより高いことを示す場合、又は外部磁界の強度が所定の動作点Bopに達しておらずかつ所定の解放点Brpに達していることを示した場合に、元の出力状態で信号処理ユニット300に出力させる。
In the latch logic circuit S, the comparison result output by the first comparator C1 and the second comparator C2 is such that the voltage signal output by the second amplifier unit is lower than the high threshold Rh and higher than the low threshold Rl. Or when the strength of the external magnetic field does not reach the predetermined operating point Bop and indicates that it has reached the predetermined release point Brp, the
タイミング制御器からラッチ論理回路Sに出力される第2のクロック信号は、第3のクロック信号に対して第2の所定時間、例えば5ナノ秒遅延し、スイッチ・キャパシタフィルタの切換え点を避ける。本開示の実施形態による信号処理ユニットの信号プロセスを、図10を参照して詳細に説明する。図10の左側部分は、クロック信号の制御下でそれぞれのモジュールにより出力される差分信号を示し、図10の右側部分は、差分信号に対応する信号の略図を周波数ドメインで示す。 The second clock signal output from the timing controller to the latch logic circuit S is delayed for a second predetermined time, for example, 5 nanoseconds, with respect to the third clock signal to avoid the switching point of the switch-capacitor filter. The signal process of the signal processing unit according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to FIG. The left part of FIG. 10 shows the difference signal output by each module under the control of the clock signal, and the right part of FIG. 10 shows a schematic diagram of the signal corresponding to the difference signal in the frequency domain.
上記説明から、第1のチョッピングスイッチの出力信号Voutは、オフセット信号Vos及び理想磁界信号Vinの重ね合わせであり、差分信号P1とN1との間の差に等しいことが分かる。差分信号P1及びN1は、同じ大きさ及び異なる方向を有する。上記説明から、クロック信号CK1の第1及び第2の半周期にわたって、第1のチョッピングスイッチにより出力される理想磁界電圧信号は、同じ大きさ及び異なる方向を有することが分かる。図10の左側部分に示すように、信号P1は、クロック信号の第1及び第2の半周期において、それぞれP1A及びP1Bとして表され、信号N1は、クロック信号の第1及び第2の半周期において、それぞれN1A及びN1Bとして表される。P1A、P1B、N1A及びN1Bは、それぞれ、
P1A=(Vos+Vin)/2;P1B=(Vos−Vin)/2
N1A=−P1A=−(Vos+Vin)/2;N1B=−P1B=−(Vos−Vin)/2
として表される。
From the above description, it can be seen that the output signal Vout of the first chopping switch is a superposition of the offset signal Vos and the ideal magnetic field signal Vin and is equal to the difference between the difference signals P1 and N1. The difference signals P1 and N1 have the same magnitude and different directions. From the above description, it can be seen that over the first and second half cycles of the clock signal CK1, the ideal magnetic field voltage signal output by the first chopping switch has the same magnitude and different directions. As shown in the left part of FIG. 10, the signal P1 is represented as P1A and P1B in the first and second half periods of the clock signal, respectively, and the signal N1 is the first and second half periods of the clock signal. Are represented as N1A and N1B, respectively. P1A, P1B, N1A and N1B are respectively
P1A = (Vos + Vin) / 2; P1B = (Vos−Vin) / 2
N1A = −P1A = − (Vos + Vin) / 2; N1B = −P1B = − (Vos−Vin) / 2
Represented as:
理解を容易にするために、以後の説明において、差分信号の係数1/2は省略する。一対の差分信号P1’及びN1’が、第1の増幅器を介して第2のチョッピングスイッチに入力される。信号P1’は、クロック信号の第1及び第2の半周期においてそれぞれP1A’及びP1B’として表され、信号N1’は、クロック信号の第1及び第2の半周期においてそれぞれN1A’及びN1B’として表される。第1の増幅器A1の帯域幅制限に起因して、第1の増幅器A1を介して出力される差分信号は、三角波差分信号である。以下の式は、単なる信号形態である。信号は、それぞれ
P1A’=A(Voff+Vin)/2;P1B’=A(Voff−Vin)/2
N1A’=−P1A’=−A(Voff+Vin)/2;N1B’=−P1B’=−A(Voff−Vin)/2
として表される。
In order to facilitate understanding, the
N1A ′ = − P1A ′ = − A (Voff + Vin) / 2; N1B ′ = − P1B ′ = − A (Voff−Vin) / 2
Represented as:
Aは、第1の増幅器の利得であり、Voffは、第1の増幅器の出力信号のオフセットであり、これは磁気センサ200の固有オフセットVosと第1の増幅器のオフセットとの合計に等しい。オフセットVoffは、第1の増幅器A1の帯域幅制限に起因して、可変である。理解を容易にするために、以後の説明において、差分信号の係数及び増幅器の増幅係数は省略する。
A is the gain of the first amplifier, and Voff is the offset of the output signal of the first amplifier, which is equal to the sum of the intrinsic offset Vos of the
第2のチョッピングスイッチZ2は、各クロック周期の第1の半周期において、一対の差分信号を直接出力し、各クロック周期の第2の半周期において、差分信号を交換し、交換された差分信号を出力するように構成される。第2のチョッピングスイッチにより出力される差分信号は、P2及びN2として表される。信号P2は、クロック信号の第1及び第2の半周期においてP2A及びP2Bとして表され、信号N2は、クロック信号の第1及び第2の半周期においてN2A及びN2Bとして表される。信号P2及びN2の出力は、それぞれ、
P2A=P1A’=(Voff+Vin);P2B=N1B’=−(Voff−Vin)
N2A=N1A’=−(Voff+Vin);N2B=P1B’=(Voff−Vin)
The second chopping switch Z2 directly outputs a pair of difference signals in the first half cycle of each clock cycle, exchanges the difference signals in the second half cycle of each clock cycle, and exchanges the difference signal. Is configured to output. The differential signals output by the second chopping switch are represented as P2 and N2. Signal P2 is represented as P2A and P2B in the first and second half cycles of the clock signal, and signal N2 is represented as N2A and N2B in the first and second half cycles of the clock signal. The outputs of signals P2 and N2 are respectively
P2A = P1A ′ = (Voff + Vin); P2B = N1B ′ = − (Voff−Vin)
N2A = N1A ′ = − (Voff + Vin); N2B = P1B ′ = (Voff−Vin)
スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュール303の4つのスイッチ・キャパシタフィルタは、各クロック周期の第1及び第2の半周期において、それぞれ、差分信号P2及びN2に含まれる各信号をサンプリングし、二対のサンプル信号を出力する。すなわち、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールにより取得された一対のサンプル信号は、P2A及びP2Bを含み、スイッチ・キャパシタフィルタ・モジュールにより取得された他方の対のサンプル信号は、N2A及びN2Bを含む。
The four switch capacitor filters of the switch
4つのサンプル信号は、加算器へ入力され、加算器はP3及びN3を出力する。加算器は、二対のそれぞれのサンプル信号二対を加算し、P3及びN3を出力し、ここで
P3=P2A+P2B=(Voff+Vin)+(−(Voff−Vin))=2Vin;及び
N3=N2A+N2B=−(Voff+Vin)+(Voff−Vin)=−2Vin
である。
The four sample signals are input to the adder, and the adder outputs P3 and N3. The adder adds two pairs of each sample signal two pairs and outputs P3 and N3, where P3 = P2A + P2B = (Voff + Vin) + (− (Voff−Vin)) = 2Vin; and N3 = N2A + N2B = − (Voff + Vin) + (Voff−Vin) = − 2Vin
It is.
加算器により出力される信号P3及びN3は、増幅された理想磁界電圧信号のみを含み、オフセット信号は除去されていることが分かる。 It can be seen that the signals P3 and N3 output by the adder include only the amplified ideal magnetic field voltage signal and the offset signal is removed.
さらに、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路は、変換器304に接続されたカウンタ306をさらに含む。カウンタは、変換器304により出力された時間検出信号(すなわち差分信号)を、所定時間カウントした後に出力することができる。磁界検出信号の出力は、カウンタ306のカウントにより所定時間(例えば50マイクロ秒)遅延され、それにより全回路の十分な応答時間を保証する。
Further, the magnetic sensor integrated circuit according to an embodiment of the present disclosure further includes a
上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、出力制御回路400は、第1のスイッチ及び第2のスイッチを含む。第1のスイッチ及び出力ポートは、第1の電流路内で接続され、第2のスイッチ及び出力ポートは、第1の電流路の方向と反対の方向の第2の電流路内で接続される。第1のスイッチ及び第2のスイッチは、磁界検出信号の制御下で選択的に切り換えられる。随意に、第1のスイッチはダイオードであり、第2のスイッチはダイオード又はトランジスタであり、これは本明細書において限定されず、状況に依存する。
Based on the above embodiment, in the embodiment of the present disclosure, the
出力制御回路400は、磁気センサ集積回路を制御して、少なくとも第1の状態又は第2の状態で動作させることができる。実施形態において、第1の状態は、出力ポート2から外部への電流の流れとすることができ、第2の状態は、外部から出力ポート2への電流の流れとすることができる。出力制御回路400は、全波整流器ブリッジ110の第2の出力端V2の直流電圧により電力供給される。詳細には、磁気センサ集積回路は、負荷電流が出力ポート2から流出する第1の状態で動作することができ、又は負荷電流が出力ポートに流入する第2の状態で動作することができ、又は第1の状態及び第2の状態で交互に動作することができる。従って、本開示の別の実施形態において、出力制御回路400は、所定条件下で制御信号に応答するようにさらに構成されることができる。集積回路は、負荷電流が出力ポート2から外部へ流出する第1の状態及び負荷電流が外部から出力ポート2へ流入する第2の状態のうち少なくとも1つの状態で動作する。そして所定条件が満たされない場合、集積回路は、第1の状態又は第2の状態での動作が妨げられる、第3の状態で動作する。好ましい実施形態において、第3の状態の出現頻度は、交流電力の周波数に正比例する。
The
本開示の実施形態による磁気センサ集積回路において、出力制御回路400の第3の状態のタイプは、出力制御回路400が第1の状態又は第2の状態に入ることが妨げられる限りは、ユーザの要求に基づいて構成することができる。例えば、出力制御回路400が第3の状態で動作している場合、出力制御回路400は、磁界検知信号に応答しない(これは磁界検知信号を取得することができないものとして理解することができる)、又は出力ポート2における電流は、負荷電流よりもかなり小さい(例えば、負荷電流の4分の1未満であり、この場合、電流は、負荷電流に対して実質的に省略することができる)。
In the magnetic sensor integrated circuit according to the embodiments of the present disclosure, the type of the third state of the
カウンタ306は、所定のトリガ信号の取得に応答して、カウントを開始することができる。カウント時間が所定時間に達したとき、これは磁気センサ集積回路が所定の条件を満たしたことを示し、磁気センサ集積回路は、動作を開始する。詳細には、所定のトリガ信号は、磁気センサ集積回路内の指定電圧が上昇して所定の閾値に達したときに生成されるものとすることができる。実施形態において、指定電圧は、信号処理ユニットの供給電圧とすることができる。第3の状態において、出力制御回路400は、カウンタ306が、所定トリガ信号を取得した後、所定時間、例えば50マイクロ秒間カウントした後、第1の状態又は第2の状態に入る。
The
本開示の実施形態において、図11に示すように、第1のスイッチ401及び第2のスイッチ402は、一対の相補的な半導体スイッチである。第1のスイッチ401は、低レベルが印加されたときにオンになり、第2のスイッチ402は高レベルが印加されたときにオンになる。第1のスイッチ401及び出力ポート2は、第1の電流路内で接続され、第2のスイッチ402及び出力ポート2は、第2の電流路内で接続される。第1のスイッチ401及び第2のスイッチ402の制御端は、両方とも信号処理ユニット300に接続される。第1のスイッチ401の電流入力端は、高電圧(例えば直流電力)に接続され、第1のスイッチ401の電流出力端は、第2のスイッチ402の電流入力端に接続され、第2のスイッチ402の電流出力端は、低電圧(例えば接地端)に接続される。信号処理ユニット300により出力された磁界検出信号が低レベルである場合、第1のスイッチ401がオンになる一方で第2のスイッチ402がオフになり、負荷電流は、高電圧側から第1のスイッチ401及び出力ポート2を介して流出する。信号処理ユニット300により出力された磁界検出信号が高レベルである場合、第2のスイッチ402がオンになる一方で第1のスイッチ401がオフになり、負荷電流は、外部から出力ポート2に流入して第2のスイッチ402を通って流れる。図11に示す例において、第1のスイッチ401は正チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(P型MOSFET)であり、第2のスイッチ402は、負チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(N型MOSFET)である。他の実施形態において、第1及び第2のスイッチは、他の型式の半導体スイッチとすることができ、例えば、接合電界効果トランジスタ(JFET)及び金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)などの、その他の電界効果トランジスタとすることができることを理解することができる。
In the embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 11, the
本開示の別の実施形態において、図12に示すように、第1のスイッチ401は高レベルが印加されたときにオンになり、第2のスイッチ402は、単方向導電ダイオードである。そして、第1のスイッチ401の制御端及び第2のスイッチ402のカソードは、信号処理ユニット300の変換器の出力端に接続される。第1のスイッチ401の電流入力端は、整流器回路の出力端に電気的に接続され、第1のスイッチ401の電流出力端は、第2のスイッチ401のアノード及び出力ポート2に電気的に接続される。第1のスイッチ401及び出力ポート2は、第1の電流路内で電気的に接続され、出力ポート2、第2のスイッチ402及び信号処理ユニット300は、第2の電流路内で電気的に接続される。信号処理ユニット300により出力される磁界検出信号が高レベルである場合、第1のスイッチ401がオンになる一方で第2のスイッチ402がオフになり、負荷電流は、整流器回路から第1のスイッチ401及び出力ポート2を介して外部へ流れる。信号処理ユニット300により出力される磁界検出信号が低レベルである場合、第2のスイッチ402がオンになる一方で第1のスイッチ401がオフになり、負荷電流は、外部から出力ポート2へ流入し、第2のスイッチ402を通って流れる。本開示の他の実施形態において、第1のスイッチ401及び第2のスイッチ402は他の構造を有することができ、これは本明細書において限定されず、状況に依存することを理解することができる。
In another embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 12, the
本開示の別の実施形態において、出力制御回路は、電流が出力ポートから外部へ流れる第1の電流路と、電流が出力ポートから内部へ流れる第2の電流路と、第1の電流路及び第2の電流路の一方に接続されるスイッチとを含む。スイッチは、信号処理ユニットにより出力される磁界検出信号により制御され、第1の電流路及び第2の電流路を選択的にオンする。随意に、第1の電流路及び第2の電流路の他方の電流路内にはスイッチが配置されない。 In another embodiment of the present disclosure, the output control circuit includes a first current path through which current flows from the output port to the outside, a second current path through which current flows from the output port to the inside, a first current path, and And a switch connected to one of the second current paths. The switch is controlled by a magnetic field detection signal output by the signal processing unit, and selectively turns on the first current path and the second current path. Optionally, no switch is disposed in the other current path of the first current path and the second current path.
実装として、図13aに示すように、出力制御回路400は、第1の電流路内で出力ポート2に電気的に接続された単方向導電スイッチ403を含む。単方向導電スイッチ403の電流入力端は、信号処理ユニット300の出力端に接続することができる。信号処理ユニット300の出力端は、第1の電流路の方向とは反対の第2の電流路内で、抵抗器R1を介して出力ポート2に接続することができる。単方向導電スイッチ403は、磁界検知信号が高レベルである場合にオンになり、負荷電流は、単方向導電スイッチ403及び出力ポート2を介して外部へ流れる。単方向導電スイッチ403は、磁界検知信号が低レベルである場合にオフになり、負荷電流は、外部から出力ポート2へ流入し、抵抗器R1及び信号処理ユニット300を通って流れる。代替的に、第2の電流路内の抵抗器R1を単方向導電スイッチ403に対して逆並列に接続された単方向導電スイッチで置き換えて、出力ポートから流出する負荷電流が出力ポートへ流入する負荷電流と釣り合うようにすることができる。
As an implementation, as shown in FIG. 13a, the
別の実装において、図13bに示すように、出力制御回路400は、ダイオードD1及びD2、並びに抵抗器R1及び抵抗器R2を含む。ダイオードD1及びD2は、信号処理ユニット300の出力端と出力ポート2との間に逆方向に直列に接続される。抵抗器R1は、ダイオードD1及びD2に対して並列に接続される。抵抗器R2は、電力Vccと、ダイオードD1及びD2の共通端との間に接続される。ダイオードD1のカソードは、信号処理ユニット300の出力端に接続される。ダイオードD1は、磁界検出情報により制御される。磁気検出信号が高レベルである場合、ダイオードD1はオフになり、負荷電流は、出力ポートPoutから抵抗器R2及びダイオードD2を介して外部へ流れる。磁界検出信号が低レベルである場合、負荷電流は、外部から出力ポートPoutに流入し、抵抗器R1及び信号処理ユニット300を通って流れる。
In another implementation, as shown in FIG. 13b, the
本開示の実施形態による磁界集積回路を、以下のような特定の用途との関連で説明する。 A magnetic field integrated circuit according to embodiments of the present disclosure will be described in the context of a particular application as follows.
図14に示すように、本開示の実施形態により電気モータ組立体がさらに提供される。電気モータ組立体は、交流電力1000により電力供給される電気モータ2000と、電気モータ2000に直列接続された双方向導電スイッチ3000と、本開示の上記実施形態のいずれか1つによる磁気センサ集積回路4000とを含む。磁気センサ集積回路4000の出力ポートは、双方向導電スイッチ3000の制御端に電気的に接続される。好ましくは、双方向導電スイッチ3000は、トライオード交流スイッチ(TRIAC)とすることができる。双方向導電スイッチは、他の適切な型式のスイッチで実装することができることを理解することができる。例えば、双方向導電スイッチは、逆並列に接続された2つのシリコン制御整流器と、対応する制御回路とを含むことができる。2つのシリコン制御整流器は、磁気センサ集積回路の出力ポートにより出力される出力信号に基づいて、所定方式で制御回路により制御される。好ましくは、電気モータは、交流電力1000の電圧を下げて磁気センサ集積回路4000に降下した電圧を提供するための電圧降下回路5000さらに含む。磁気センサ集積回路4000は、回転子の磁界の変化を検知するために電気モータ2000の回転子の近くに配置される。
As shown in FIG. 14, an electric motor assembly is further provided according to an embodiment of the present disclosure. The electric motor assembly includes an
上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、電気モータは、同期電気モータである。本開示による磁気センサ集積回路は、同期電気モータに適用されるのみならず、直流ブラシレスモータなどの他の型式の永久磁石電気モータにも適用されることを理解することができる。図15に示すように、同期モータは、固定子と、固定子に対して回転する回転子1001とを含む。固定子は、固定子鉄心1002と、固定子鉄心1002に巻き回された固定子巻線1006とを含む。固定子鉄心1002は、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼、ケイ素鋼などの軟磁性材料で作ることができる。回転子1001は、永久磁石を含む。固定子巻線1006が交流電力に直列に接続されている場合、回転子1001は、一定の回転数(60f/p)回転/分で定速回転し、ここでfは交流電力の周波数であり、pは回転子の極対の数である。実施形態において、固定子鉄心1002は、対向して配置された2つの極部分1004を有する。極部分の各々は、磁極弧(polar arc)面1005を有する。回転子1001の外面は、磁極弧面に面し、それらの間に実質的に均一なエアギャップが形成される。本開示における基本的に均一なエアギャップは、固定子と回転子との間のエアギャップの大部分が均一であり、固定子と回転子との間のエアギャップの小部分が不均一であることを示す。好ましくは、凹形の始動溝1007が、回転子の極部分の磁極弧面1005上に配置される。磁極弧面1005上の始動溝1007以外の部分は、回転子と同心である。上記構成により、不均一な磁界を形成することができ、これが、回転子が回転していないときに回転子の極軸S1が固定子の極部分の中心軸線S2に対して角度を成して傾斜することを保証するので、回転子は、電気モータが集積回路の影響下で電力供給されるたびに始動トルクを有することができる。回転子の極軸S1は、異なる極性を有する回転子の2つの磁極間の境界である。固定子の極部分1004の中心軸線S2は、固定子の2つの極部分1004の中心を通る接続線である。実施形態において、固定子及び回転子は、各々2つの磁極を有する。他の実施形態において、固定子の磁極の数が回転子の磁極の数と異なる場合があり、固定子及び回転子は、より多くの磁極、例えば4磁極及び5磁極を有することができることを理解することができる。 Based on the above embodiment, in the embodiment of the present disclosure, the electric motor is a synchronous electric motor. It can be appreciated that the magnetic sensor integrated circuit according to the present disclosure applies not only to synchronous electric motors, but also to other types of permanent magnet electric motors such as DC brushless motors. As shown in FIG. 15, the synchronous motor includes a stator and a rotor 1001 that rotates with respect to the stator. The stator includes a stator core 1002 and a stator winding 1006 wound around the stator core 1002. The stator core 1002 can be made of a soft magnetic material such as pure iron, cast iron, cast steel, electric steel, or silicon steel. The rotor 1001 includes a permanent magnet. When the stator winding 1006 is connected in series with AC power, the rotor 1001 rotates at a constant speed (60 f / p) rotation / min, where f is the frequency of the AC power. , P is the number of pole pairs of the rotor. In the embodiment, the stator core 1002 has two pole portions 1004 arranged to face each other. Each of the pole portions has a polar arc surface 1005. The outer surface of the rotor 1001 faces the magnetic pole arc surface, and a substantially uniform air gap is formed between them. The basically uniform air gap in this disclosure is that the majority of the air gap between the stator and the rotor is uniform and the small portion of the air gap between the stator and the rotor is non-uniform. It shows that. Preferably, a concave start groove 1007 is disposed on the pole arc surface 1005 of the pole portion of the rotor. Portions other than the starting groove 1007 on the magnetic pole arc surface 1005 are concentric with the rotor. With the above configuration, a non-uniform magnetic field can be formed, and this is because the rotor polar axis S1 forms an angle with respect to the central axis S2 of the pole portion of the stator when the rotor is not rotating. Since it ensures tilting, the rotor can have a starting torque each time the electric motor is powered under the influence of the integrated circuit. The rotor polar axis S1 is a boundary between two magnetic poles of the rotor having different polarities. The central axis S2 of the stator pole portion 1004 is a connecting line passing through the centers of the two pole portions 1004 of the stator. In an embodiment, the stator and the rotor each have two magnetic poles. In other embodiments, the number of stator poles may differ from the number of rotor poles, and it will be understood that the stator and rotor may have more poles, eg, 4 and 5 poles. can do.
好ましくは、磁気センサ集積回路4000は、交流電力1000が正の半周期で動作しており、かつ磁気センサが、永久磁石回転子の磁界が第1の極性を有することを検出した場合、又は交流電力1000が負の半周期で動作しており、かつ磁気センサが、永久磁石回転子の磁界が第1の極性の逆の第2の極性を有することを検出した場合、双方向導電スイッチ3000をオンにするように構成される。磁気センサ集積回路4000は、交流電力1000が負の半周期で動作しており、かつ永久磁石回転子が第1の極性を有する場合、又は交流電力1000が正の半周期で動作しており、かつ永久磁石回転子が第2の極性を有する場合、双方向導電スイッチ3000をオフにする。
Preferably, the magnetic sensor integrated
上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、磁気センサ集積回路400は、交流電力1000が正の半周期で動作しており、かつ磁気センサ200が、永久磁石回転子の磁界が第1の極性であることを検出した場合、又は交流電力1000が負の半周期で動作しており、かつ磁気センサ(これは磁気センサ及びそれに接続された信号処理ユニットを含む)が、永久磁石回転子の磁界が第1の極性の逆の第2の極性であることを検出した場合、駆動電流が出力ポートと双方向導電スイッチ3000との間を流れるように制御し、それにより双方向導電スイッチ3000をオンにするように構成され、交流電力1000が負の半周期で動作しており、かつ永久磁石回転子が第1の極性を有する場合、又は交流電力1000が正の半周期で動作し、かつ永久磁石回転子が第2の極性を有する場合、駆動電流が出力ポートと双方向導電スイッチ3000との間を流れることを妨げるように構成される。
Based on the above embodiment, in the embodiment of the present disclosure, the magnetic sensor integrated
好ましくは、出力制御回路400は、交流電力1000により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁気センサが、永久磁石回転子の磁界が第1の極性であることを検出した場合、電流が集積回路から双方向導電スイッチ3000に流れるよう制御するように構成され、交流電力1000により出力される信号が負の半周期にあり、磁気センサが、永久磁石回転子の磁界が第1の極性の逆の第2の極性であることを検出した場合、電流が双方向導電スイッチ3000から集積回路に流れるよう制御するように構成される。永久磁石回転子が第1の磁極性を有し、交流電力が正の半周期にある場合、電流は、正の半周期の全部又は一部にわたって集積回路から流出することができ、永久磁石回転子が第2の磁極性を有し、交流電力が負の半周期にある場合、電流は、負の半周期の全部又は一部にわたって集積回路に流入することができることを理解することができる。
Preferably, when the
本開示の好ましい実施形態において、整流器回路100は、図2に示すような回路を有し、出力制御回路400は、図11に示すような回路を有する。出力制御回路400の第1のスイッチ401の電流入力端は、全波整流器ブリッジ110の第2の出力端V2に接続され、第2のスイッチ402の電流出力端は、全波整流器ブリッジ110の接地端に接続される。交流電力1000により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁気センサが低レベル信号を出力する場合、出力制御回路400内で第1のスイッチ401はオンになり、第2のスイッチ402はオフになり、電流は、交流電力1000、電気モータ2000、磁気センサ集積回路4000の第1の入力端、電圧降下回路(図示せず)、全波整流器ブリッジ110の第2のダイオード112及び出力制御回路400の第1のスイッチ401を順次流れ、出力ポートから双方向導電スイッチ3000へ流れる。双方向導電スイッチ3000がオンになると、電圧降下回路5000及び磁気センサ集積回路4000により形成される直列分岐が短絡し、磁気センサ集積回路4000は、供給電圧が存在しないので出力を停止し、双方向導電スイッチ3000の2つのアノードを通って流れる電流が十分に大きい(双方向導電スイッチ3000の保持電流より大きい)ので、双方向導電スイッチ3000の制御極と第1のアノードとの間に駆動電流が流れていない状態で双方向導電スイッチ3000はオンのままである。交流電力1000により出力される信号が負の半周期で動作し、かつ磁気センサにより出力される磁界検出信号が高レベルである場合、出力制御回路400内で第1のスイッチ401がオフになる一方で第2のスイッチ402はオンになり、電流は、交流電力1000から流出して、双方向導電スイッチ3000を介して出力ポートに流入し、出力制御回路400の第2のスイッチ402、全波整流器ブリッジ110の第1のダイオード111、磁気センサ集積回路4000の第1の入力端、及び電気モータ2000を介して交流電力1000に戻る。同様に、双方向導電スイッチ3000がオンの場合、磁気センサ集積回路4000は、短絡され、従って出力を停止し、双方向導電スイッチ3000は、オンのままであり得る。交流電力1000により出力される信号が正の半周期で動作し、かつ磁気センサにより出力される磁界検出信号が高レベルである場合、又は交流電力1000により出力される信号が負の半周期で動作し、かつ磁気センサにより出力される磁気検出信号が低レベルである場合、出力制御回路400の第1のスイッチ401及び第2のスイッチ402はオフになり、双方向導電スイッチ3000はオフになる。従って、出力制御回路400は、交流電力1000の極性変化及び差分信号に基づいて、集積回路を制御して、双方向導電スイッチ3000のオン及びオフを所定の方式で切り換えることができる。このようにして、固定子巻線1006に電力供給する方式が制御され、固定子により発生される変化する磁界は、回転子の磁界位置と適合し、それにより回転子を引きずって単一方向で回転させ、これが、電気モータが電源投入されるたびに回転子が一定方向に回転することを保証する。
In a preferred embodiment of the present disclosure, the
本開示の実施形態において、磁界検出信号は、スイッチ型検出信号である。電気モータの定常状態において、スイッチ型検出信号の切換え周波数は、交流電力の周波数の2倍である。 In the embodiment of the present disclosure, the magnetic field detection signal is a switch type detection signal. In the steady state of the electric motor, the switching frequency of the switch type detection signal is twice the frequency of the AC power.
上記実施形態において、本開示による磁気センサ集積回路は、可能な用途との関連のみで説明されており、本開示の磁気センサは、それらに限定されないことを理解することができる。例えば、磁気センサは、電気モータ駆動に適用されるのみならず、磁界検出を伴う他の用途にも適用することができる。 In the above embodiments, it can be understood that the magnetic sensor integrated circuit according to the present disclosure is described only in relation to possible applications, and the magnetic sensor of the present disclosure is not limited thereto. For example, the magnetic sensor can be applied not only to driving an electric motor but also to other uses involving magnetic field detection.
本開示の別の実施形態によるモータにおいて、モータは、外部交流電力の2端間に双方向導電スイッチと直列に接続することができる。電気モータ及び双方向導電スイッチにより形成される第1の直列分岐は、電圧降下回路及び磁気センサ集積回路により形成される第2の直列分岐と並列接続される。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向導電スイッチに接続され、双方向導電スイッチが所定の方式でオン及びオフになるように制御し、それにより固定子巻線への電力供給方式を制御する。 In a motor according to another embodiment of the present disclosure, the motor can be connected in series with a bidirectional conductive switch between the two ends of the external AC power. The first series branch formed by the electric motor and the bidirectional conductive switch is connected in parallel with the second series branch formed by the voltage drop circuit and the magnetic sensor integrated circuit. The output port of the magnetic sensor integrated circuit is connected to a bidirectional conductive switch and controls the bidirectional conductive switch to turn on and off in a predetermined manner, thereby controlling the power supply to the stator windings. .
従って、本開示の実施形態により応用装置がさらに提供される。応用装置は、交流電力により電力供給されるモータ、電気モータに直列接続される双方向導電スイッチ、及び上記実施形態のいずれかによる磁気センサ集積回路を含む。磁気センサ集積回路の出力端は、双方向導電スイッチの制御端に電気的に接続される。随意に、応用装置は、ポンプ、ファン、家庭用電化製品、車両など、とすることができ、ここで家庭用電化製品は、例えば、洗濯機、レンジフード、換気扇など、とすることができる。 Accordingly, an application apparatus is further provided according to an embodiment of the present disclosure. The application device includes a motor powered by AC power, a bidirectional conductive switch connected in series with the electric motor, and a magnetic sensor integrated circuit according to any of the above embodiments. The output end of the magnetic sensor integrated circuit is electrically connected to the control end of the bidirectional conductive switch. Optionally, the application device can be a pump, fan, household appliance, vehicle, etc., where the household appliance can be, for example, a washing machine, range hood, ventilator, etc.
開示された実施形態の上記説明により、当業者は、本開示を達成し又は使用することができる。実施形態に対する種々の変更が当業者には明らかである。本明細書で定められた一般原理は、本開示の思想又は範囲から逸脱することなく他の実施形態において実装することができる。したがって、本開示は、本明細書で開示された実施形態に限定されず、本明細書で開示された原理及び新規特徴と矛盾しない最も広い範囲を確証する。 The above description of the disclosed embodiments enables those skilled in the art to achieve or use the present disclosure. Various modifications to the embodiments will be apparent to those skilled in the art. The general principles defined herein can be implemented in other embodiments without departing from the spirit or scope of the present disclosure. Accordingly, the present disclosure is not limited to the embodiments disclosed herein, but establishes the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
2:出力ポート
11、12:入力ポート
13:電力
14、15:放電分岐
110:全波整流器ブリッジ
111、112、113、114:ダイオード
120:電圧安定化ユニット
121、124:ツェナーダイオード
122、123:抵抗器
125:トランジスタ
200:磁気センサ
301:第1のチョッピングスイッチ
303b:加算器
400:出力制御回路
401:第1のスイッチ
402:第2のスイッチ
403:単方向導電スイッチ
1000:交流電力
2000:電気モータ
4000:磁気センサ集積回路
A1:第1の増幅器
A2:第2の増幅器
A’:演算増幅器
Bop:動作点
Brp:解放点
C1、C2:比較器
CK1:第4のサブクロック信号
CK2:第3のサブクロック信号
CK1B:第2のサブクロック信号
CK2B:第1のサブクロック信号
M1、M3、M3:電圧−電流変換器
Rh:高閾値
Rl:定閾値
S:ラッチ論理回路
SCF1:第1のスイッチ・キャパシタフィルタ
SCF2:第2のスイッチ・キャパシタフィルタ
SCF3:第3のスイッチ・キャパシタフィルタ
SCF4:第4のスイッチ・キャパシタフィルタ
Vin:理想磁界信号
Voff:第1の増幅器のオフセット
Vos:磁気センサの固有オフセット
Vout:第1のチョッピングスイッチの出力信号
Z2:第2のチョッピングスイッチ
2:
Claims (10)
定電流を受けて差分信号を出力する磁気センサと、
前記差分信号を磁界検出信号に変換する信号処理ユニットと、
少なくとも前記磁界検出信号に基づいて、前記磁気センサ集積回路を、電流が前記磁気センサ集積回路の出力ポートから外部へ流れる第1の状態及び電流が外部から前記出力ポートへ流れる第2の状態のうちの少なくとも1つの状態で動作させるように制御する出力制御回路と、
を備えることを特徴とする、磁気センサ集積回路。 A magnetic sensor integrated circuit,
A magnetic sensor that receives a constant current and outputs a differential signal;
A signal processing unit for converting the differential signal into a magnetic field detection signal;
Based on at least the magnetic field detection signal, the magnetic sensor integrated circuit includes a first state in which current flows from the output port of the magnetic sensor integrated circuit to the outside and a second state in which current flows from the outside to the output port. An output control circuit that controls to operate in at least one of the following states:
A magnetic sensor integrated circuit comprising:
前記第1のスイッチ・キャパシタフィルタ及び前記第2のスイッチ・キャパシタフィルタが、第1の半周期において前記第1の増幅器ユニットにより出力された前記差分信号を第1のサンプル信号としてサンプリングし、前記第3のスイッチ・キャパシタフィルタ及び前記第4のスイッチ・キャパシタフィルタが、第2の半周期において前記第1の増幅器ユニットにより出力された前記差分信号を第2のサンプル信号としてサンプリングすること
を特徴とする、請求項3に記載の磁気センサ集積回路。 The signal processing unit further includes a switch capacitor filter module, and the switch capacitor filter module includes a first switch capacitor filter, a second switch capacitor filter, a third switch capacitor filter, and a second switch capacitor filter. 4 switch capacitor filters,
The first switch capacitor filter and the second switch capacitor filter sample the difference signal output by the first amplifier unit in a first half cycle as a first sample signal, and And the fourth switch capacitor filter samples the difference signal output from the first amplifier unit in the second half cycle as a second sample signal. The magnetic sensor integrated circuit according to claim 3.
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