JP5878883B2

JP5878883B2 - 磁気センサの温度特性補正方法

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Publication number: JP5878883B2
Application number: JP2013035857A
Authority: JP
Inventors: 隆嗣森
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2014163825A

Description

本発明は、磁気センサの温度特性補正方法に関し、より詳細には、温度特性を簡単な回路構成及び手順でキャンセルすることができる磁気センサの温度特性補正方法に関する。

従来から磁気ホールセンサは、携帯電話の開閉ＳＷや電流センサなど様々な分野で使用されている。この磁気ホールセンサのメリットとして、非接触型であること、汚れに強いことなどが挙げられる。
図１は、従来の定電圧駆動した磁気ホールセンサを説明するための構成図である。この磁気ホールセンサは、ホール素子とホール素子の定電圧源とを備えている。駆動電圧Ｖと印加磁場Ｂからホール素子の起電力Ｖ_ＨＶは、下式で与えられる。
Ｖ_ＨＶ＝ＳＶ・Ｖ・Ｂ
なお、ＳＶは、ホール素子を定電圧駆動した場合の磁気感度を示している。

図２は、従来の定電流駆動した磁気ホールセンサを説明するための構成図である。この磁気ホールセンサは、ホール素子とホール素子の定電流源とを備えている。駆動電流Ｉと印加磁場Ｂからホール素子の起電力Ｖ_ＨＩは、下式で与えられる。
Ｖ_ＨＩ＝ＳＩ・Ｉ・Ｂ
なお、ＳＶは、ホール素子を定電流駆動した場合の磁気感度を示している。
図３は、従来のホール素子の電源端子と主力端子の関係を示す図である。図１及び図２に示したホール素子は、図３に示す電源端子Ｃ_Ｐ，Ｃ_Ｎに電圧又は電流を印加し、それらと対向した位置に設けられている出力端子Ｖ_Ｐ，Ｖ_Ｎから起電力を取り出す構成となっている。

従来から各種分野で使用され、普及してきた磁気ホールセンサであるが、磁気検出精度への要求はますます厳しくなっている。ここで問題となるのは、ホールセンサに使用されているホール素子の温度特性である。ホール素子が置かれている環境温度Ｔａに依存して、磁気感度ＳＶ又はＳＩが変化することで、起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩが変化する。つまり、温度変化に対し一定の起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを得られないこととなる。

例えば、特許文献１に記載のものは、１つの屈折点を持つ２本の直線を物理量センサの駆動電流に反映させることで物理量センサの温度特性をキャンセルしている。つまり、この特許文献１は、簡単な回路構成で物理量センサの温度補償が行える物理量センサ温度補償回路に関するもので、２次の温度特性を持つ物理量センサのオフセット電圧温度特性を、一つの屈折点を有する２本の直線による折れ線で示される温度特性補償信号に基づき補償するものである。

特開２００９−５８３２７号公報

上述した特許文献１のように、２本の直線で物理量センサの温度特性をキャンセルするためには、すべての物理量センサ素子で少なくとも３温度での検査と調整が必要となる。
したがって、本発明のように、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、１次成分の調整と高次成分の調整を連動させることで、２温度での調整で高次成分まで調整でき、温度特性を簡単な回路構成及び手順でキャンセルすることができる磁気センサの温度特性補正回路及び温度特性補正方法を実現することはできない。

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、温度特性を簡単な回路構成及び手順でキャンセルすることができる磁気センサの温度特性補正方法を提供することにある。

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、磁気センサの温度特性補正方法であって、室温よりも高い基準温度に設定するステップと、１次の温度特性を有する第１電圧（Ｖ１（Ｔ））を温度特性生成回路で生成する第１電圧生成ステップと、前記基準温度における前記第１電圧の値と同じとなる電圧値の第２電圧（Ｖ２）を調整して生成する第２電圧調整ステップと、前記第１電圧と前記第２電圧の差分を、１次補正値調整回路において第１の増幅率で増幅して第３電圧（Ｖ３（Ｔ））を生成する第３電圧生成ステップと、前記第３電圧を関数回路へ入力して、前記関数回路の出力を関数出力調整回路において所定の電圧レベルで変換して第４電圧（Ｖ４（Ｔ））を生成する第４電圧生成ステップと、前記第３電圧と前記第４電圧を加算して第５電圧（Ｖ５（Ｔ））を生成する第５電圧生成ステップと、前記第５電圧に基づいた駆動電圧又は駆動電流で前記磁気センサを駆動して、起電力を測定する測定ステップと、室温に設定するステップと、前記室温で、前記第１電圧生成ステップ、前記調整した第２電圧を生成するステップ、前記第３電圧生成ステップ、前記第４電圧生成ステップ、前記第５電圧生成ステップ、前記測定ステップを実行するステップと、前記基準温度及び前記室温で測定した起電力に基づいて、前記１次補正値調整回路の前記第１の増幅率を調整するステップと、を有する。

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、前記室温よりも低い低温に設定するステップと、前記低温で、前記第１電圧生成ステップ、前記調整した第２電圧を生成するステップ、前記第３電圧生成ステップ、前記第４電圧生成ステップ、前記第５電圧生成ステップ、前記測定ステップを実行するステップと、前記基準温度及び前記室温で測定した起電力に基づいて、前記１次補正値調整回路の増幅率と関数出力調整回路の電圧レベルを調整するステップと、を有する。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気センサは、温度特性の１次成分と高次成分に相関関係を有する。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記磁気センサは、ＩｎＡｓ系の磁気センサである。

本発明によれば、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、１次成分の調整と高次成分の調整を連動させることで、２温度での調整で高次成分まで調整でき、温度特性を簡単な回路構成及び手順でキャンセルすることができる磁気センサの温度特性補正方法を実現することができる。

従来の定電圧駆動した磁気ホールセンサを説明するための構成図である。従来の定電流駆動した磁気ホールセンサを説明するための構成図である。従来のホール素子の電源端子と主力端子の関係を示す図である。本発明に係る磁気センサの温度特性補正回路の実施例１を説明するためのブロック構成図である。磁気センサの温度特性のバラツキを示す図である。磁気センサの温度特性の補正した温度特性を示す図である。本発明に係る磁気センサの温度特性補正回路の実施例２を説明するためのブロック構成図である。図５から抜き出した代表例を示す磁気センサの温度特性を示す図である。基準温度調整を示す図である。高温と室温における磁気センサの温度特性を示す図である。補正後の磁気センサの温度特性を示す図である

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。

図４は、本発明に係る磁気センサの温度特性補正回路の実施例１を説明するためのブロック構成図である。図５は、磁気センサの温度特性のバラツキを示す図である。図中符号１は温度特性生成回路、２は補正基準温度調整回路、３は１次補正値調整回路、４は関数回路、５は関数出力調整回路、６は加算回路、７は駆動回路（電圧生成回路）を示している。

本発明の温度特性補正回路は、図５に示すように、ＩｎＡｓ系の磁気センサの温度特性でみられるような、温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に有効である。
本発明に係る磁気センサの温度特性補正回路は、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、１次成分の調整と高次成分の調整を連動させることで、２温度での調整で高次成分まで調整できる磁気センサの温度特性補正回路である。

温度特性生成回路１は、温度特性を有する第１の電圧Ｖ１（Ｔ）を生成するものである。また、補正基準温度調整回路２は、温度特性を補正しても起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩに影響が出ない第２の電圧Ｖ２を設定するためのものである。
また、１次補正値調整回路３は、温度特性生成回路１からの第１の電圧Ｖ１（Ｔ）と補正基準温度調整回路２からの第２の電圧Ｖ２との差分を増幅するものである。また、関数回路４は、１次補正値調整回路３で調整した第３の電圧Ｖ３（Ｔ）をリファレンスとして任意の温度特性を有する電流Ｉ１（Ｖ３（Ｔ））を生成するものである。

また、関数出力調整回路５は、関数回路４の出力電流Ｉ１（Ｖ３（Ｔ））を電圧に変換し、電圧レベルを調整して磁気センサのバラツキに対応した第４の電圧Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を生成するものである。また、加算回路６は、第３の電圧Ｖ３（Ｔ）を１次の補正成分とし、第４の電圧Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を高次の補正成分とし、これらの２つを加算した第５の電圧Ｖ５（Ｖ３（Ｔ）＝Ｖ３（Ｔ）＋Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を生成するものである。
また、電圧生成回路７は、磁気センサを電圧駆動するために、第５の電圧（Ｖ５（Ｖ３（Ｔ）））をリファレンスとして、駆動電圧Ｖ６（Ｔ），Ｖ７（Ｔ）を生成し、それぞれの電源端子ＣｐとＣｎに与えて磁気センサを電圧駆動するものである。

上述した各構成要素をさらに詳細に以下に説明する。
温度特性（温特）生成回路１は、異なる温度特性を持つ抵抗を使用したり、バンドギャップ回路を用いたりする回路などを用いて温度特性を持った第１の電圧Ｖ１（Ｔ）を生成する。また、補正基準温度調整回路２は、温度特性を補正してもＶ_ＨＶやＶ_ＨＩに影響が出ない温度を設定するための回路である。

図６に示すように、温度特性を補正した場合にリファレンスとなる温度での、起電力Ｖ_ＨＶやＶ_ＨＩが変化した場合には補正が正しく行えないため、温度特性の補正を行ってもリファレンスとなる温度での、起電力Ｖ_ＨＶやＶ_ＨＩが変化しないように調整を行う必要がある。温度特性補正のリファレンスとなる温度で、Ｖ１（Ｔ）＝Ｖ２となるように設定することで、起電力Ｖ_ＨＶやＶ_ＨＩが変化しない調整を行う。

また、１次補正値調整回路３は、第１の電圧Ｖ１（Ｔ）と第２の電圧Ｖ２の差分を増幅する回路である。基準電圧をＶａとすると、１次補正値調整回路の出力は、第３の電圧Ｖ３（Ｔ）＝Ａ・｛Ｖ１（Ｔ）−Ｖ２｝＋Ｖａとして与えられる。個々での増幅率Ａは、磁気センサの温度特性のバラツキに応じて個々に設定する値である。
また、関数回路４は、１次補正値調整回路で調整したＶ３（Ｔ）をリファレンスとして任意の温度特性を持つＩ１（Ｖ３（Ｔ））を生成する。１次の温度特性を持つ電圧Ｖ３（Ｔ）をリファレンスとしているため、１次補正値調整回路３の増幅率Ａを調整しＶ３（Ｔ）の値が変化すると連動して出力Ｉ１（Ｖ３（Ｔ））の値も変化する。
また、関数出力調整回路５は、関数回路４の出力Ｉ１（Ｖ３（Ｔ））を電圧へと変換し、電圧レベルを調整し磁気センサのバラツキに対応した第４の電圧Ｖ４（Ｉ１（Ｖ３（Ｔ）））、つまり、Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を生成することができる。

また、加算回路６は、Ｖ３（Ｔ）を１次の補正成分とし、Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を高次の補正成分とし、この２つを加算した第５の電圧Ｖ５（Ｖ３（Ｔ））＝Ｖ３（Ｔ）＋Ｖ４（Ｖ３（Ｔ））を生成する。
また、駆動回路（電圧生成回路）７は、磁気センサを定電圧駆動するための回路である。第５の電圧Ｖ５（Ｖ３（Ｔ））をリファレンスとして、第６の電圧Ｖ６（Ｖ５）、つまりＶ６（Ｖ３（Ｔ））とＶ７（Ｖ５）、つまり、第７の電圧Ｖ７（Ｖ３（Ｔ））を生成し、それぞれＣｐとＣｎに与え磁気センサを定電圧駆動する。

図７は、本発明に係る磁気センサの温度特性補正回路の実施例２を説明するためのブロック構成図である。図中符号１７は駆動回路（電流生成回路）を示している。なお、図４と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。図７のように駆動回路１７でＩ２（Ｔ）＝Ｉ２（Ｖ３（Ｔ））のような電流生成する回路を用いることで磁気センサを定電流駆動することもできる。つまり、電圧生成回路１７は、磁気センサを電流駆動するために、第５の電圧Ｖ５（Ｖ３（Ｔ））をリファレンスとして、駆動電流Ｉ２（Ｔ）を生成し、それぞれの電源端子ＣｐとＣｎに与えて磁気センサを電流駆動するものである。

このように、駆動電圧又は駆動電流をＶ３（Ｔ）の関数とすることで、Ｖ３（Ｔ）のみの調整で、温度特性の１次成分及び関数成分を補正することができる。
次に、本発明に係る磁気センサの温度特性補正方法について以下に説明する。
温度特性の１次成分と高次成分に相関がある磁気センサの温度特性をキャンセルする場合に、補正の基準温度（リファレンス）を高温とし、高温と室温で温度特性を補正する場合の手順について説明する。

本発明に係る磁気センサの温度特性補正方法は、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、１次成分の調整と高次成分の調整を連動させることで、２温度での調整で高次成分まで調整できる磁気センサの温度特性補正方法である。
まず、１次温特生成ステップにおいて、１次の温度特性を有する信号を生成する。次に、所定温特生成ステップにおいて、１次の温度特性を有する信号をもとに所定の温度特性を有する信号を生成する。

次に、加算ステップにおいて、１次の温度特性を有する信号と所定の温度特性を有する信号とを加算する。次に、反映ステップにおいて、加算した結果を磁気センサの駆動電圧又は駆動電流に反映させる。
また、１次温特生成ステップは、補正後の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流と補正後の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流が第１の温度において一致するように、１次の温度特性を有する信号を生成する。

また、所定温特生成ステップは、第１の温度における補正後の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流と第２の温度における補正後の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流が一致するように、所定の温度特性を有する信号を生成する。
また、磁気センサに対して上述した各ステップを実行する実行ステップと、磁気センサとは他の磁気センサに対して、磁気センサに対する実行ステップと同じ設定をするステップと、補正後の他の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流と補正後の他の磁気センサの駆動電圧又は駆動電流が第３の温度において一致するように、１次の温度特性を有する信号を生成するステップとを有している。

以下に、各手順について詳細に説明する。
［手順１］
図８は、図５から抜き出した代表例を示す磁気センサの温度特性を示す図である。まず、高温で補正基準温度調整回路２を用いて基準温度の調整を行う。温度特性のないＶ２の値が温度特性を持つＶ１（Ｔ）値と同じになるようにＶ２を調整する。図９は、基準温度調整を示す図である。
［手順２］
高温（基準温度）での起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定する。この値をリファレンスにして温度特性の補正を行う。

［手順３］
室温での起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定しながら、１次補正値調整回路３の調整と同時に関数出力調整回路５の調整を行う。このとき、図１０に示すように、高温（基準温度）と室温の起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定しただけでは１次補正値調整回路３と関数出力調整回路５の調整値の組み合わせで最適な調整値が複数とれるので、それぞれの調整値を記録しておく。

［手順４］
低温での起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定し、手順２（高温（基準温度））で測定した起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩの値と同じ１次補正値調整回路３と関数出力調整回路５の調整値の組み合わせを最終補正値とする。
上述した手順１乃至手順４を行うことで温度特性をキャンセルすることができる。
つまり、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、あるサンプルを用いて手順４で決定した関数出力調整回路５の調整値を、他のサンプルにも適用することで、高温（基準温度）と室温の２温度での精度が良い補正ができる。
手順４で関数出力調整回路５の調整値を次のサンプルを補正する場合に適用し、手順１から手順３までの調整をおこなう。このとき関数出力調整回路５の調整値は決まっているので、手順は以下のようになる。

［手順５］
高温で補正基準温度調整回路２を用いて基準温度の調整を行い、温度特性のないＶ２の値が温度特性を持つＶ１（Ｔ）と同じ値になるように調整する。
［手順６］
高温（基準温度）での起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定する。この値をリファレンスにして温度特性の補正を行う。

［手順７］
室温において、手順４で決めた調整値で関数出力調整回路の値を決めておき、起電力Ｖ_ＨＶ又はＶ_ＨＩを測定しながら、１次補正値調整回路３の調整を行う。このとき、１次補正値調整回路３の出力Ｖ３（Ｔ）が変動すると、関数回路４の出力Ｉ１（Ｖ３（Ｔ））も連動して変動するので、１次の温度特性と高次の温度特性に相関がある場合に精度よく温度特性の補正を行うことができる。

図１１は、補正後の磁気センサの温度特性を示す図である。実際に調整を行った温度以外では最適な補正がされていないが、温度特性は十分低減される。
以上のように、本発明によれば、磁気センサの温度特性の１次成分と高次成分に相関がある場合に、１次成分の調整と高次成分の調整を連動させることで、２温度での調整で高次成分まで調整でき、温度特性を簡単な回路構成及び手順でキャンセルすることができる磁気センサの温度特性補正回路及び温度特性補正方法を実現することができる。

１温度特性生成回路（温特生成回路）
２補正基準温度調整回路
３１次補正値調整回路
４関数回路
５関数出力調整回路
６加算回路
７駆動回路（電圧生成回路）
１７駆動回路（電流生成回路）

Claims

磁気センサの温度特性補正方法であって、
室温よりも高い基準温度に設定するステップと、
１次の温度特性を有する第１電圧を温度特性生成回路で生成する第１電圧生成ステップと、
前記基準温度における前記第１電圧の値と同じとなる電圧値の第２電圧を調整して生成する第２電圧調整ステップと、
前記第１電圧と前記第２電圧の差分を、１次補正値調整回路において第１の増幅率で増幅して第３電圧を生成する第３電圧生成ステップと、
前記第３電圧を関数回路へ入力して、前記関数回路の出力を関数出力調整回路において所定の電圧レベルで変換して第４電圧を生成する第４電圧生成ステップと、
前記第３電圧と前記第４電圧を加算して第５電圧を生成する第５電圧生成ステップと、
前記第５電圧に基づいた駆動電圧又は駆動電流で前記磁気センサを駆動して、起電力を測定する測定ステップと、
室温に設定するステップと、
前記室温で、前記第１電圧生成ステップ、前記調整した第２電圧を生成するステップ、前記第３電圧生成ステップ、前記第４電圧生成ステップ、前記第５電圧生成ステップ、前記測定ステップを実行するステップと、
前記基準温度及び前記室温で測定した起電力に基づいて、前記１次補正値調整回路の前記第１の増幅率を調整するステップと、
を有する磁気センサの温度特性補正方法。
前記室温よりも低い低温に設定するステップと、
前記低温で、前記第１電圧生成ステップ、前記調整した第２電圧を生成するステップ、前記第３電圧生成ステップ、前記第４電圧生成ステップ、前記第５電圧生成ステップ、前記測定ステップを実行するステップと、
前記基準温度及び前記室温で測定した起電力に基づいて、前記１次補正値調整回路の増幅率と関数出力調整回路の電圧レベルを調整するステップと、
を有する請求項１に記載の磁気センサの温度特性補正方法。
前記磁気センサは、温度特性の１次成分と高次成分に相関関係を有する請求項１又は２に記載の磁気センサの温度特性補正方法。
前記磁気センサは、ＩｎＡｓ系の磁気センサである請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気センサの温度特性補正方法。