JP5658715B2 - Hall electromotive force signal detector - Google Patents
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Description
本発明は、ホール起電力信号検出装置に関し、より詳細には、磁気感度に対する高精度の補正処理を行えるようにしたホール起電力信号検出装置に関する。 The present invention relates to a Hall electromotive force signal detection device, and more particularly, to a Hall electromotive force signal detection device capable of performing highly accurate correction processing for magnetic sensitivity.
従来から、ホール素子を内蔵した磁気センサ半導体集積回路として、電流が発生させる磁場を検出する電流センサや、磁石の回転を検出する回転角センサ、磁石の移動を検出するポジションセンサなどが知られている。
このようなホール素子の磁気感度(単位磁場あたりのホール起電力の大きさ)は、温度によって変化することが知られている。そのため、高精度にホール素子の磁気感度を補正するには、温度による影響を補正する必要がある。さらに、ホール素子の磁気感度は、温度による影響だけでなく、応力によっても変化(ピエゾホール効果)することが知られている。
Conventionally, as a magnetic sensor semiconductor integrated circuit incorporating a Hall element, a current sensor that detects a magnetic field generated by a current, a rotation angle sensor that detects rotation of a magnet, a position sensor that detects movement of a magnet, and the like have been known. Yes.
It is known that the magnetic sensitivity (the magnitude of the Hall electromotive force per unit magnetic field) of such a Hall element varies with temperature. Therefore, in order to correct the magnetic sensitivity of the Hall element with high accuracy, it is necessary to correct the influence of temperature. Furthermore, it is known that the magnetic sensitivity of the Hall element changes not only by the influence of temperature but also by stress (piezo Hall effect).
また、各種磁場検出を利用した電流検出や位置検出の用途においては、耐久性や信頼性といった理由から、ホール素子を利用した非接触磁気センサが利用されている。
図1は、シリコンモノリシックホール素子を利用した非接触磁気センサの一例を示す構成図である。シリコン基板1のなかに、外部からの磁場を検出して電圧に変換するホール素子2と、ΔΣ(デルタシグマ)変調器などのA/D(アナログ/デジタル)変換器3と、各種の補正処理やフィルタの機能を有するデジタル演算回路4と、D/A(デジタル/アナログ)変換器5とから構成されている信号処理回路が内蔵されている。
Further, in applications of current detection and position detection using various magnetic field detections, non-contact magnetic sensors using Hall elements are used for reasons of durability and reliability.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a non-contact magnetic sensor using a silicon monolithic Hall element. A
このような信号処理回路においては、正確な磁場強度を読み取るための回路技術が多く提案されている。ホール素子の出力中には、磁場強度に比例して出力されるホール起電力信号と、磁場に依存しないオフセット信号が含まれることが知られており、ホール起電力信号のみを高精度で検出する方法として、例えば、非特許文献1では、ホール素子の駆動電流の方向を切り替える、スピニングカレントと呼ばれる信号処理を用いることで、ホール起電力信号とオフセット信号を、それぞれ直流信号と交流信号に分離することでオフセットを低減することが知られている。
In such a signal processing circuit, many circuit techniques for reading an accurate magnetic field strength have been proposed. It is known that a Hall electromotive force signal output in proportion to the magnetic field strength and an offset signal independent of the magnetic field are included in the output of the Hall element, and only the Hall electromotive force signal is detected with high accuracy. As a method, for example, in
図2(a),(b)は、オフセット信号を検出するためにホール素子の駆動電流の方向を切り替える状態を示す図で、図3は、ホール起電力信号にオフセット信号が重畳された波形を示す図である。
駆動電流の方向を、図2(a),(b)に示すように、0度方向と90度方向に切り替えることで、ホール素子から出力される信号は、図3に示すように、直流のホール起電力信号(磁場強度に比例して出力される信号)に、交流のオフセット信号(磁場に依存しない信号)が重畳された波形となる。つまり、以下のような関係になる。
2A and 2B are diagrams showing a state in which the direction of the drive current of the Hall element is switched in order to detect the offset signal, and FIG. 3 shows a waveform in which the offset signal is superimposed on the Hall electromotive force signal. FIG.
By switching the direction of the drive current between the 0 degree direction and the 90 degree direction as shown in FIGS. 2A and 2B, the signal output from the Hall element is a direct current as shown in FIG. The waveform is obtained by superimposing an AC offset signal (a signal independent of a magnetic field) on a Hall electromotive force signal (a signal output in proportion to the magnetic field intensity). In other words, the relationship is as follows.
0度方向駆動時のホール素子出力=Vh_0deg[(Vh_0deg+)−(Vh_0deg−)]
90度方向駆動時のホール素子出力=Vh_90deg[(Vh_90deg+)−(Vh_90deg−)]
この信号をフィルタにより平滑化することで、ホール起電力信号に重畳するオフセット信号のキャンセルを行い、ホール起電力信号のみを検出することが可能となる。つまり、以下のような関係になる。
Hall element output at 0 degree direction driving = Vh — 0 deg [(Vh — 0 deg +) − (Vh — 0 deg−)]
Hall element output at 90 degrees direction driving = Vh_90 deg [(Vh_90 deg +) − (Vh_90 deg−)]
By smoothing this signal with a filter, it is possible to cancel the offset signal superimposed on the Hall electromotive force signal and detect only the Hall electromotive force signal. In other words, the relationship is as follows.
ホール起電力信号=(Vh_0deg+Vh_90deg)/2
また、磁場を検出するホール素子は、パッケージ材の応力や、温度等の環境変化に伴って磁気感度が変化することが一般に知られており、例えば、特許文献1では、磁場・応力・温度に関する信号をそれぞれA/D変換器に取り込み、応力や温度の情報を元に磁気感度の補正を行う補正回路が知られている。
Hall electromotive force signal = (Vh — 0 deg + Vh — 90 deg) / 2
In addition, it is generally known that a Hall element for detecting a magnetic field changes in magnetic sensitivity in accordance with environmental changes such as stress of the package material and temperature. For example,
また、パッケージ材料やパッケージ構造を工夫することによって、ホール素子に印加される応力を低減させることは、例えば、特許文献2に開示されている。
また、ホール素子の磁気感度が温度によって変化してしまう問題に対して、ホール素子の電源電圧を制御するワンチップマイコンを備えることで、磁気感度を補正することは、例えば、特許文献3に開示されている。
Further, for example,
In addition, with respect to the problem that the magnetic sensitivity of the Hall element changes with temperature, correcting the magnetic sensitivity by providing a one-chip microcomputer for controlling the power supply voltage of the Hall element is disclosed in
また、例えば、特許文献4には、アナログ映像信号をA/D変換器等のサンプリング装置によってサンプリングする場合、サンプリングに伴って発生する“折り返しノイズ(folding noise)”と呼ばれるノイズを低減するため、A/D変換器の前段にプリフィルタを設け、複数種類のフォーマットの映像信号を、折り返しノイズを発生させることなくサンプリングすることができることが開示されている。 Further, for example, in Patent Document 4, when an analog video signal is sampled by a sampling device such as an A / D converter, noise called “folding noise” generated along with sampling is reduced. It is disclosed that a pre-filter is provided in front of the A / D converter so that video signals of a plurality of types of formats can be sampled without generating aliasing noise.
ホール起電力信号を元に正確な磁場情報を読み取るには、上述したような、ホール素子にかかる応力情報や温度情報を持つ補正信号に基づいて、磁気感度の補正を行う必要があるが、半導体回路内部の応力や温度が均一でないことを考慮すると、ホール素子、補正信号の検出素子、及びそれらの信号処理回路等は同じ位置にまとめて配置することが望ましく、高い精度の補正を行うには、ホール起電力信号と補正信号の検出に用いるA/D変換器等の回路を共通化する必要がある。 In order to read accurate magnetic field information based on the Hall electromotive force signal, it is necessary to correct the magnetic sensitivity based on the correction signal having stress information and temperature information applied to the Hall element as described above. Considering that the stress and temperature inside the circuit are not uniform, it is desirable to place the Hall element, the detection element for the correction signal, and their signal processing circuit together at the same position, and to perform high-accuracy correction It is necessary to share a circuit such as an A / D converter used for detecting the Hall electromotive force signal and the correction signal.
また、一般にA/D変換器には、サンプリングに伴う折り返しノイズと呼ばれるノイズを増加させる要因を持っており、ホール起電力信号の信号処理回路においても折り返しノイズを防ぐ対策が必要である。
図4(a)乃至(c)は、折り返しノイズを説明するための図で、図4(a)は、サンプルタイミングとサンプル後のノイズ波形を示す図で、図4(b)は、ノイズスペクトルを示す図で、図4(c)は、折り返し防止フィルタを用いた場合のノイズスペクトルを示す図である。
In general, an A / D converter has a factor that increases noise called aliasing noise that accompanies sampling, and a countermeasure for preventing aliasing is also required in a signal processing circuit for Hall electromotive force signals.
4A to 4C are diagrams for explaining aliasing noise, FIG. 4A is a diagram showing sample timing and a noise waveform after sampling, and FIG. 4B is a noise spectrum. FIG. 4C is a diagram illustrating a noise spectrum when the anti-folding filter is used.
折り返しノイズは、サンプリングを行った場合に、ノイズがサンプル周波数以下の低周波の周波数帯域に集中し、フィルタでノイズを低減できなくなる現象である。この折り返しノイズを防ぐためには、A/D変換器の入力前段に低域通過特性を持つ折り返し防止フィルタを設ける方法が一般的であるが、ホール素子の信号処理においては、上述した非特許文献1のようなスピニングカレント法と、折り返し防止フィルタを併用させる場合は、さらにホール起電力信号の算出結果に誤差を生じるという問題が生じる。
The aliasing noise is a phenomenon in which when sampling is performed, the noise is concentrated in a low frequency band below the sample frequency, and the noise cannot be reduced by the filter. In order to prevent the aliasing noise, a method of providing an antialiasing filter having a low-pass characteristic before the input of the A / D converter is generally used. However, in the signal processing of the Hall element, the above-described Non-Patent
この理由について以下に説明する。
図5(a),(b)は、折り返し防止フィルタ前後のホール素子の出力を示す図で、図5(a)は、折り返し防止フィルタ通過前のホール素子の出力、図5(b)は、折り返し防止フィルタ通過後のホール素子の出力を示している。
ホール素子からの出力には、図5(a)に示すように、直流のホール起電力信号に重畳される交流のオフセット信号が含まれており、折り返し防止フィルタを通過させることで、図5(b)に示すように、オフセット信号のエッジのなまった出力となる。
The reason for this will be described below.
5 (a) and 5 (b) are diagrams showing the output of the Hall element before and after the anti-folding filter, FIG. 5 (a) is the output of the Hall element before passing through the anti-aliasing filter, and FIG. The output of the Hall element after passing through the anti-folding filter is shown.
As shown in FIG. 5 (a), the output from the Hall element includes an AC offset signal superimposed on the DC Hall electromotive force signal. As shown in b), the output of the offset signal has a dull edge.
このオフセット信号が一定の値に収束するまでの時間にA/D変換器で取り込みを行うと、ホール起電力信号の算出結果に誤差(以下、セトリングエラーという)が生じてしまうため、オフセット信号が一定の値に収束するまでA/D変換器でのサンプリングを停止させる必要がある。しかしその場合、信号処理において無駄な時間が発生してしまうこととなる。 If the A / D converter takes in the time until the offset signal converges to a certain value, an error (hereinafter referred to as a settling error) occurs in the calculation result of the Hall electromotive force signal. It is necessary to stop sampling in the A / D converter until it converges to a certain value. However, in this case, useless time is generated in signal processing.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ホール起電力信号と、ホール起電力信号とは異なる信号とを用いてホール起電力信号を検出するホール起電力信号検出装置において、セトリングエラーを低減しつつ、かつセトリングエラーの回避のための待機時間を信号処理に有効活用することが可能なホール起電力信号検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to detect the Hall electromotive force signal by using the Hall electromotive force signal and a signal different from the Hall electromotive force signal. An object of the present invention is to provide a Hall electromotive force signal detecting device capable of effectively reducing a settling error and effectively using a waiting time for avoiding a settling error in signal processing.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、磁界強度に応じて変動するホール起電力信号を含む信号を出力するホール素子と、前記ホール起電力信号と異なる第2の電気信号を出力する電気信号出力回路と、前記ホール素子の有する複数の電極間に供給する駆動電流の通電方向を切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続される、低域通過特性を有する遮断周波数がfcの折り返し防止フィルタと、該折り返し防止フィルタと前記電気信号出力回路に接続され、前記折り返し防止フィルタからの信号と、第2の電気信号のどちらか一方の信号を時間分割的に出力する時分割スイッチ回路と、該時分割スイッチ回路に接続され、前記ホール起電力信号と前記第2の電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換し、時間分割的に出力するA/D変換器とを備え、前記時分割スイッチ回路は、前記スイッチ回路の駆動電流の通電方向の切り替わりから1/fcの時間内に前記第2の電気信号を出力して前記ホール起電力信号を出力しないことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記A/D変換器に接続する補正演算回路を備え、前記補正演算回路は前記ホール起電力信号及び/又は前記ホール起電力信号の磁気感度を補正することを特徴とする。
Also, the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記補正演算回路は前記A/D変換器によりデジタル変換された前記第2の電気信号に基づき、前記ホール起電力信号及び/又は前記ホール起電力信号の磁気感度を補正することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記電気信号出力回路が温度検出素子を含み、温度情報を含む第2の電気信号を出力することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect , the correction arithmetic circuit is configured to generate the Hall electromotive force signal based on the second electric signal digitally converted by the A / D converter. And / or correcting the magnetic sensitivity of the Hall electromotive force signal.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the electric signal output circuit includes a temperature detection element and outputs a second electric signal including temperature information. It is characterized by.
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記温度検出素子は前記ホール素子近傍に配置されており、前記電気信号出力回路は前記ホール素子近傍の温度に関する温度情報を含む第2の電気信号を出力することを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記電気信号出力回路が応力検出素子を含み、応力情報を含む第2の電気信号を出力することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect , the temperature detecting element is disposed in the vicinity of the Hall element, and the electric signal output circuit is temperature information relating to a temperature in the vicinity of the Hall element. The second electrical signal including the signal is output.
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記応力検出素子は前記ホール素子近傍に配置されており、前記電気信号出力回路は前記ホール素子近傍の応力に関する応力情報を含む第2の電気信号を出力することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, the stress detection element is disposed in the vicinity of the Hall element, and the electrical signal output circuit is stress information relating to stress in the vicinity of the Hall element. The second electrical signal including the signal is output.
本発明によれば、ホール素子の信号処理において、ホール起電力信号をサンプリングするA/D変換器について、ホール素子の通電方向が切り替わるタイミングから所定の時間にホール起電力信号とは異なる信号をサンプリングすることで、セトリングエラーの回避のための待機時間を信号処理に有効活用することが可能となる。例えば、ホール素子の通電方向が切り替わるタイミングから所定の時間にホール起電力信号を補正するための補正信号をサンプリングすることで、セトリングエラーを低減しつつ、かつセトリングエラーの回避のための待機時間を補正信号の信号処理に有効活用することが出来る。 According to the present invention, in the signal processing of the Hall element, the A / D converter that samples the Hall electromotive force signal samples a signal different from the Hall electromotive force signal at a predetermined time from the timing when the energization direction of the Hall element is switched. By doing so, it is possible to effectively use the waiting time for avoiding settling errors for signal processing. For example, by sampling a correction signal for correcting the Hall electromotive force signal at a predetermined time from the timing at which the energization direction of the Hall element is switched, it is possible to reduce the settling error and reduce the waiting time for avoiding the settling error. It can be effectively used for signal processing of correction signals.
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図6は、本発明に係るホール起電力信号検出装置の実施例を説明するための回路構成図で、図7(a)乃至(f)は、図6における回路構成の各信号波形を示す図である。図中符号21はホール素子、22はチョッパースイッチ回路、23はクロック生成回路、24は発振回路、25は折り返し防止フィルタ、26は時分割スイッチ回路、27はA/D変換器、28はデジタルフィルタ、29は補正演算回路、30はD/A変換器、31は温度検出素子を示している。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining an embodiment of the Hall electromotive force signal detection device according to the present invention, and FIGS. 7A to 7F show signal waveforms of the circuit configuration in FIG. It is. In the figure, 21 is a Hall element, 22 is a chopper switch circuit, 23 is a clock generation circuit, 24 is an oscillation circuit, 25 is an anti-folding filter, 26 is a time-division switch circuit, 27 is an A / D converter, and 28 is a digital filter. , 29 is a correction arithmetic circuit, 30 is a D / A converter, and 31 is a temperature detection element.
本発明の実施例のホール起電力信号検出装置は、ホール素子21の磁気感度に影響を及ぼす温度に基づくホール起電力信号に対する温度補正を行うように構成されたホール起電力信号検出装置である。
チョッパースイッチ回路22は、ホール素子21の有する複数の電極間に供給する駆動電流の通電方向を、図7(b)に示すチョッパークロック信号の極性に基づいて切り替え、ホール素子からの出力V1信号からホール起電力信号とオフセット信号を分離するものである。このチョッパークロック信号は、発振回路24からの発振信号に基づいてクロック生成回路23によって生成される信号である。
The Hall electromotive force signal detection apparatus according to the embodiment of the present invention is a Hall electromotive force signal detection apparatus configured to perform temperature correction on a Hall electromotive force signal based on a temperature that affects the magnetic sensitivity of the
The
また、折り返し防止フィルタ25は、チョッパースイッチ回路22に接続され、図7(e)に示すV1信号を得るものであり、サンプリングに伴って発生する折り返しノイズを防止するために用いられる。この折り返し防止フィルタ25は、低域通過特性を有する低域通過フィルタである。
また、時分割スイッチ回路26は、チョッパースイッチ回路22及び折り返し防止フィルタ25に接続され、温度検出素子31からのV2信号と、折り返し防止フィルタ25からのV1信号とを時間分割的に出力するものである。
The
The time
また、A/D変換器27は、時分割スイッチ回路26に接続され、V1信号とV2信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。
また、デジタルフィルタ28は、A/D変換器27に接続され、磁場信号Bを得るとともに、ホール素子21に加わる温度信号Tを得るものである。
また、補正演算回路29は、デジタルフィルタ28からの温度信号Tを元に磁場信号Bから磁気感度を補正するものである。この補正演算回路29が、温度補正された磁場信号Bcalを出力する。
The A /
The
The
また、A/D変換器27は、V1信号とV2信号の信号処理回路を共通化するように設けられたものである。これにより、ホール素子の信号処理として、磁場、温度信号の検出回路を1つのA/D変換器で共通化することで、磁気感度に対する高精度の補正処理を行うことが可能である。
また、チョッパースイッチ回路22は、ホール素子21のバイアス電流の向きを、チョッパークロック(周波数fchop)の極性にしたがって周期的に切り替え、ホール起電力信号とオフセット信号を分離するために使用されている。
The A /
The
チョッパースイッチ回路22から出力されるV1は、直流のホール起電力信号に交流のオフセット信号が重畳された信号となるように制御される。
V1信号については、低域通過特性(遮断周波数fc)を持つ折り返し防止フィルタ25を通過する検出経路を通過し、また、V2信号については、折り返し防止フィルタ25を通過しない検出経路を通過し、時分割スイッチ回路26に各信号が入力される。
V1 output from the
The V1 signal passes through a detection path that passes through the
時分割スイッチ回路26では、図7(c)に示すφ1がhighになっている場合にV1信号が出力に選択され、図7(d)に示すφ2がhighになっている場合にV2信号が出力に選択される。また、それらの信号は、fsampの周波数で後段のA/D変換器27によって、クロック生成回路23からの図7(a)に示すサンプルクロック信号によってサンプリングされ、アナログ/デジタル変換が行われ、A/D変換器27からはφ1がhighの場合はデジタル信号に変換されたV1出力、φ2がhighの場合はデジタル信号に変換されたV2が出力される。
In the time
また、補正演算回路29では、温度信号Tを元に磁場信号Bから磁気感度の補正を行い、温度変化にロバストな磁場信号Bcalが算出され、D/A変換器30を通してアナログ信号VHOUTとして出力される。
なお、ロバストネス又はロバスト性とは、ある系が応力や環境の変化といった外乱の影響によって変化することを阻止する内的な仕組み又は性質のことを意味しており、ロバストネスを持つような設計をロバスト設計、ロバストネスを最適化することをロバスト最適化という。「頑強な」という意味の形容詞「robust」が語源であり、他に頑強性、強靭性、堅牢性、強さ、などと言われることもある。
Further, the correction
Robustness or robustness means an internal mechanism or property that prevents a system from changing due to the influence of disturbances such as stress and environmental changes, and a design that has robustness is robust. Optimizing design and robustness is called robust optimization. The adjective “robust” meaning “robust” is the origin of the word, and it may be said to be robustness, toughness, robustness, strength, etc.
本発明の本実施例における構成上の特徴としては、A/D変換器27について、磁場信号と温度信号の信号処理で時分割構成により共通の回路を用いている点と、磁場信号の検出経路にチョッパースイッチ回路22と折り返し防止フィルタ25を備え、温度信号のサンプリングを行うφ2がhighになる時間を、チョッパークロックの極性が切り替わるタイミングから所定の時間で設けている点である。
The structural features of this embodiment of the present invention are that the A /
共通の回路を用いることの優位点としては、回路内部の応力や温度の不均一の影響がなくなり高精度で磁気感度の補正が行える点である。また、φ2がhighになるタイミングを、チョッパークロックの極性が切り替わるタイミングに同期させていることの優位点について以下に詳述する。
折り返し防止フィルタ25を介するV1信号については、上述したように、最終的に磁場信号Bを算出するために用いられる。磁場信号Bは、電流や位置の検出を行う信号であり、一般にホール起電力信号検出装置において高精度に加え、低ノイズの性能が要求されており、折り返し防止フィルタ25を用いる構成としている。ただし、チョッパーの切り替わり時に出力が完全にセトリングしない状態でサンプリングを行うと、上述したようなセトリングエラーが生じるという問題がある。
The advantage of using a common circuit is that the influence of stress and temperature non-uniformity inside the circuit is eliminated, and magnetic sensitivity can be corrected with high accuracy. Further, the advantages of synchronizing the timing at which φ2 becomes high with the timing at which the polarity of the chopper clock is switched will be described in detail below.
The V1 signal that passes through the
本発明では、φ1がlowになる数サンプルクロック相当の時間、A/D変換器27において、V1信号のサンプリングを停止する構成とすることで、ホール起電力検出におけるセトリングエラーを低減し、この時間にV2信号のサンプリングを共通のA/D変換器行うことで高精度の補正演算を行い、磁場強度を正確に検出することが可能となる。
また、V2信号の検出経路についても折り返し防止フィルタを備えてもよいが、上述したように、V2信号は温度信号Tを算出するために用いる信号であり、温度変化は、周囲の環境変化などの緩やかな変化を検出できればよいため、デジタルフィルタで平滑化を行う際に平均化回数を増やせば、折り返し防止フィルタを用いずとも容易に必要な精度が実現できる。
In the present invention, the A /
Further, the anti-aliasing filter may be provided for the detection path of the V2 signal. However, as described above, the V2 signal is a signal used for calculating the temperature signal T, and the temperature change is a change in the surrounding environment. Since it is only necessary to detect a gradual change, if the number of times of averaging is increased when performing smoothing with a digital filter, the necessary accuracy can be easily realized without using an anti-aliasing filter.
また、一般に、折り返しノイズを防止するため用いる、折り返し防止フィルタ25の遮断周波数は、ナイキスト周波数と呼ばれる1/2・fsampの周波数以下に設定することが望ましい。この理由は、折り返しノイズは高周波のノイズ成分がサンプリングされることで、1/2・fsamp以下の周波数帯域にノイズが集中する現象であり、サンプリング前に1/2・fsamp以上の周波数帯域のノイズを低減させると、折り返しノイズの発生をほぼ0に抑えられるためである。
In general, it is desirable to set the cutoff frequency of the
本発明を実施する場合も、折り返しノイズを十分に低減するためには、折り返し防止フィルタ25の遮断周波数fcは、1/2・fsamp以下に設定することが好適である。従って、V1信号のサンプリング停止に必要な区間は、V1信号が十分にセトリングする、チョッパーの切り替わり時から1/fc以上の時間に調整することが好適である。
一般に、高精度の磁気検出用途では、検出誤差を1%以下に抑えることが要求されているが、1/fcのサンプリング停止区間を設ければ、セトリング不足によるエラーは0.2%以下に抑えることができる。(サンプル停止区間の時間をTとすると、折り返し防止フィルタが一般的な一次特性の低域通過フィルタの場合、セトリングエラーは、e−2π・fc・T・100%で見積もれる)
Even when the present invention is implemented, in order to sufficiently reduce the aliasing noise, the cutoff frequency fc of the
Generally, in high-precision magnetic detection applications, it is required to suppress the detection error to 1% or less. However, if a 1 / fc sampling stop period is provided, an error due to insufficient settling is suppressed to 0.2% or less. be able to. (If the time of the sample stop period is T, the settling error is estimated by e −2π · fc · T · 100% when the anti-aliasing filter is a low-pass filter having a general primary characteristic)
以上に本発明の実施例を述べたが、他の種々の変形も容易に可能である。例えば、温度検出素子の代わりに、応力検出素子を用いて磁気感度に対する応力補正を行う実施形態や、温度検出素子と応力検出素子を同時に備え、磁気感度に対する温度と応力補正を同時に行う実施形態も容易に類推できる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, other various modifications can be easily made. For example, an embodiment in which a stress detection element is used instead of a temperature detection element to perform stress correction for magnetic sensitivity, and an embodiment in which a temperature detection element and a stress detection element are provided at the same time, and temperature and stress correction for magnetic sensitivity are simultaneously performed. Easy to analogize.
さらに、本発明はホール起電力信号のサンプリングを止めている時間を有効利用することが発明の要旨であり、磁気感度の補正以外の目的に応用することも容易に可能である。
例えば、磁気感度の補正に用いる信号の代わりに、ホール素子に印加されている電圧値をA/D変換器でサンプリングし、その値から断線、短絡などの故障診断を行うといった、種々の応用が可能である。
Furthermore, the gist of the present invention is to effectively use the time during which sampling of the Hall electromotive force signal is stopped, and it can be easily applied to purposes other than correction of magnetic sensitivity.
For example, instead of the signal used to correct the magnetic sensitivity, the voltage value applied to the Hall element is sampled by an A / D converter, and failure diagnosis such as disconnection or short circuit is performed from that value. Is possible.
1 シリコン基板
2 ホール素子
3 A/D(アナログ/デジタル)変換器
4 デジタル演算回路
5 D/A(デジタル/アナログ)変換器
11 ホール素子
12 電流源
13 A/D変換器
21 ホール素子
22 チョッパースイッチ回路
23 クロック発生回路
24 発振回路
25 折り返し防止フィルタ
26 時分割スイッチ回路
27 A/D変換器
28 デジタルフィルタ
29 補正演算回路
30 D/A変換器
31 温度検出素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ホール起電力信号と異なる第2の電気信号を出力する電気信号出力回路と、
前記ホール素子の有する複数の電極間に供給する駆動電流の通電方向を切り替えるスイッチ回路と、
該スイッチ回路に接続される、低域通過特性を有する遮断周波数がfcの折り返し防止フィルタと、
該折り返し防止フィルタと前記電気信号出力回路に接続され、前記折り返し防止フィルタからの信号と、第2の電気信号のどちらか一方の信号を時間分割的に出力する時分割スイッチ回路と、
該時分割スイッチ回路に接続され、前記ホール起電力信号と前記第2の電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換し、時間分割的に出力するA/D変換器とを備え、
前記時分割スイッチ回路は、前記スイッチ回路の駆動電流の通電方向の切り替わりから1/fcの時間内に前記第2の電気信号を出力して前記ホール起電力信号を出力しないことを特徴とするホール起電力信号検出装置。 A Hall element that outputs a signal including a Hall electromotive force signal that varies according to the magnetic field strength;
An electrical signal output circuit for outputting a second electrical signal different from the Hall electromotive force signal;
A switch circuit for switching the direction of driving current supplied between the plurality of electrodes of the Hall element;
An anti-aliasing filter having a cut-off frequency of fc connected to the switch circuit and having a low-pass characteristic;
A time-division switch circuit connected to the anti-folding filter and the electric signal output circuit, and outputting one of the signal from the anti-folding filter and the second electric signal in a time-division manner;
An A / D converter connected to the time division switch circuit, converting the analog signal of the Hall electromotive force signal and the second electric signal into a digital signal, and outputting the digital signal in a time division manner;
The time-division switch circuit outputs the second electric signal and does not output the Hall electromotive force signal within a time of 1 / fc after switching of the energization direction of the drive current of the switch circuit. Electromotive force signal detection device.
前記補正演算回路は前記ホール起電力信号及び/又は前記ホール起電力信号の磁気感度を補正することを特徴とする請求項1に記載のホール起電力信号検出装置。 A correction arithmetic circuit connected to the A / D converter;
The Hall electromotive force signal detection device according to claim 1, wherein the correction arithmetic circuit corrects the Hall electromotive force signal and / or the magnetic sensitivity of the Hall electromotive force signal.
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