JP6159296B2 - Hall sensor and hall electromotive force detection method - Google Patents

Hall sensor and hall electromotive force detection method Download PDF

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Description

本発明は、ホール素子を用いて磁気的変量を検出する磁気センサ等を構成するホールセンサ及びホール起電力検出方法に関する。   The present invention relates to a Hall sensor and a Hall electromotive force detection method that constitute a magnetic sensor or the like that detects a magnetic variable using a Hall element.

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、電流から発生する磁場を検出する電流センサ、磁石の回転を検出する回転角センサ及び磁石の位置を検出するポジションセンサ等が知られている(例えば、特許文献1並びに非特許文献1及び2)。このようなホール素子の用途では、ホール素子の出力するホール起電力信号の磁気感度(単位磁場あたりのホール起電力出力)やオフセットによる誤差、あるいはホール起電力信号を増幅する増幅器の増幅率やオフセットによる誤差が、電流量や磁石位置等の検出精度を劣化させ、種々の問題となる。   Conventionally, as a magnetic sensor semiconductor integrated circuit incorporating a Hall element, a current sensor that detects a magnetic field generated from a current, a rotation angle sensor that detects rotation of a magnet, a position sensor that detects the position of a magnet, and the like are known. (For example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2). In the use of such a Hall element, the magnetic sensitivity of the Hall electromotive force signal output from the Hall element (Hole electromotive force output per unit magnetic field) or an offset error, or the amplification factor or offset of an amplifier that amplifies the Hall electromotive force signal. The error due to the above deteriorates the detection accuracy of the current amount, the magnet position, etc., and causes various problems.

例えば電流センサは、バッテリーから充放電される電力量の検出に使われており、電流センサの読み取る電流値を積分することで電力量が計算される。しかし、電流センサに磁気感度のずれやオフセットによる誤差が生じた場合、正確な電流値が検出できず、電力量の算出結果に大きなずれが生じてくる。
そのため、ホール素子の信号処理においては、磁場の検出精度を向上させるための多くの技術が提案されているが、より高精度かつ高分解能な磁場検出装置が求められるようになっている。
For example, a current sensor is used to detect the amount of power charged / discharged from a battery, and the amount of power is calculated by integrating the current value read by the current sensor. However, when a magnetic sensitivity shift or an error due to an offset occurs in the current sensor, an accurate current value cannot be detected, and a large shift occurs in the calculation result of the electric energy.
For this reason, in the signal processing of the Hall element, many techniques for improving the magnetic field detection accuracy have been proposed. However, a magnetic field detection device with higher accuracy and higher resolution is required.

米国特許第7432840号明細書US Pat. No. 7,432,840

R S Popovic著 HALL EFFECT DEVICES Second Edition p.285-286 (ISBN-10:0750308559 Inst of Physics Pub Inc (2003/12)刊R S Popovic HALL EFFECT DEVICES Second Edition p.285-286 (ISBN-10: 0750308559 Inst of Physics Pub Inc (2003/12)) Mario Motz. ISSCC 2006 / SESSION 16 / MEMS AND SENSORS / 16.6Mario Motz. ISSCC 2006 / SESSION 16 / MEMS AND SENSORS / 16.6

上述した従来技術は、高精度かつ高分解能な磁場検出ができなかった。
本発明の目的は、高精度かつ高分解能な磁場検出が可能なホールセンサ及びホール起電力検出方法を提供することにある。
The above-described conventional technology cannot detect a magnetic field with high accuracy and high resolution.
An object of the present invention is to provide a Hall sensor and a Hall electromotive force detection method capable of detecting a magnetic field with high accuracy and high resolution.

上記目的を達成するために、本発明の一態様によるホールセンサは、ホール素子と、前記ホール素子の通電方向を切り替えて前記ホール素子を駆動する駆動部と、前記ホール素子のホール起電力に応じた第1のアナログ信号をサンプリングしないサンプリング非実行期間と、前記第1のアナログ信号をサンプリングするサンプリング実行期間とを有し、前記サンプリング実行期間にサンプリングした第1のアナログ信号をデジタル信号に変換する離散時間型AD変換器と、前記離散時間型AD変換器のアナログ信号パスに設けられ、前記サンプリング非実行期間に前記アナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングを行うダイナミックエレメントマッチング部と、を備えている。   In order to achieve the above object, a Hall sensor according to an aspect of the present invention includes a Hall element, a drive unit that switches the energization direction of the Hall element to drive the Hall element, and a Hall electromotive force of the Hall element. A sampling non-execution period during which the first analog signal is not sampled and a sampling execution period during which the first analog signal is sampled, and the first analog signal sampled during the sampling execution period is converted into a digital signal. A discrete time AD converter; and a dynamic element matching unit that is provided in an analog signal path of the discrete time AD converter and performs dynamic element matching of the analog signal path during the sampling non-execution period.

前記離散時間型AD変換器は、離散時間型ΔΣ変調器であってもよい。
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分器を有していてもよく、前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられていてもよい。
前記離散時間型AD変換器は、前記デジタル信号を第2のアナログ信号に変換するDA変換部と、前記第2のアナログ信号をバッファするバッファ部と、前記第1のアナログ信号とバッファされた前記第2のアナログ信号との減算を行う減算部と、を有していてもよく、前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記バッファ部の入出力端子に設けられていてもよい。
The discrete time AD converter may be a discrete time ΔΣ modulator.
The discrete time AD converter may include a discrete time integrator, and the dynamic element matching unit may be provided at an input / output terminal of the discrete time integrator.
The discrete time AD converter includes a DA converter that converts the digital signal into a second analog signal, a buffer that buffers the second analog signal, and the buffered first analog signal. A subtracting section that performs subtraction with the second analog signal, and the dynamic element matching section may be provided at an input / output terminal of the buffer section.

前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分型AD変換器であってもよい。
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分器を有していてもよく、前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられていてもよい。
前記離散時間型AD変換器は、リファレンス信号をバッファして第2のアナログ信号を出力するバッファ部と、前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号のいずれかを選択する選択部と、前記選択部で選択された信号を積分する離散時間型積分器と、を有していてもよく、前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記バッファ部の入出力端子に設けられていてもよい。
The discrete time AD converter may be a discrete time integral AD converter.
The discrete time AD converter may include a discrete time integrator, and the dynamic element matching unit may be provided at an input / output terminal of the discrete time integrator.
The discrete time AD converter includes: a buffer unit that buffers a reference signal and outputs a second analog signal; a selection unit that selects one of the first analog signal and the second analog signal; A discrete-time integrator that integrates the signal selected by the selection unit, and the dynamic element matching unit may be provided at an input / output terminal of the buffer unit.

前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられていてもよい。
前記アナログ信号パスは、差動信号パスであってもよい。
前記サンプリング非実行期間は、前記通電方向の切り替えに同期して開始してもよい。
前記サンプリング実行期間は、前記通電方向の切り替えに同期して終了してもよい。
The dynamic element matching unit may be provided at an input / output terminal of the discrete-time integrator.
The analog signal path may be a differential signal path.
The sampling non-execution period may start in synchronization with the switching of the energization direction.
The sampling execution period may end in synchronization with the switching of the energization direction.

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様によるホール起電力検出方法は、ホール素子の通電方向を切り替え、前記通電方向を切り替えてから、離散時間型AD変換器のアナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングを、前記アナログ信号パスに送信されるアナログ信号をサンプリングしないサンプリング非実行期間に行い、前記ダイナミックエレメントマッチングを行ってから、前記ホール素子のホール起電力に応じたアナログ信号を前記離散時間型AD変換器でデジタル信号に変換する In order to achieve the above object, the Hall electromotive force detection method according to one aspect of the present invention switches the energization direction of the Hall element, and after switching the energization direction, the analog signal path of the discrete-time AD converter The dynamic element matching is performed in a sampling non-execution period in which the analog signal transmitted to the analog signal path is not sampled, and after performing the dynamic element matching, the analog signal corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element is converted to the discrete time. A digital signal is converted by a type AD converter .

本発明によれば、高精度かつ高分解能な磁場検出をすることができる。   According to the present invention, magnetic field detection with high accuracy and high resolution can be performed.

本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a hall sensor 1 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1に備えられた離散時間型AD変換器6の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the discrete time type AD converter 6 with which the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の離散時間型AD変換器6に備えられたSC積分器62bの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of SC integrator 62b with which the discrete time type AD converter 6 of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1に備えられたホール素子2をブリッジ抵抗でモデル化して示す図である。It is a figure which shows Hall element 2 with which Hall sensor 1 by a 1st embodiment of the present invention was equipped is modeled by bridge resistance. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1を説明する図であって、ホール素子2に流す駆動電流の方向を切り替えた場合のホール起電力の電圧信号波形の一例を示す図である。It is a figure explaining the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows an example of the voltage signal waveform of Hall electromotive force at the time of switching the direction of the drive current sent through the Hall element. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1に備えられた離散時間型AD変換器6の内部の信号波形等を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform etc. inside the discrete time type AD converter 6 with which the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の離散時間型AD変換器6に備えられた構成要素の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of component provided in the discrete time type AD converter 6 of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の関連技術を説明する図である。It is a figure explaining the related technique of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の関連技術を説明する図である。It is a figure explaining the related technique of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の関連技術の問題点を説明する図である(その1)。It is a figure explaining the problem of the related technique of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention (the 1). 本発明の第1の実施形態によるホールセンサ1の関連技術の問題点を説明する図である(その2)。It is a figure explaining the problem of the related technique of the Hall sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention (the 2). 本発明の第1の実施形態の変形例によるホールセンサ1の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the Hall sensor 1 by the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるホールセンサに備えられた離散時間型AD変換器6の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the discrete time type AD converter 6 with which the Hall sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態によるホールセンサの離散時間型AD変換器6に備えられた1ビット量子化器62cの内部構成等を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the 1-bit quantizer 62c with which the discrete time type AD converter 6 of the Hall sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第3の実施形態によるホールセンサに備えられた離散時間型AD変換器6の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the discrete time type AD converter 6 with which the Hall sensor by the 3rd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第3の実施形態によるホールセンサに備えられた離散時間型AD変換器6の各部の信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform of each part of the discrete time type AD converter 6 with which the Hall sensor by the 3rd Embodiment of this invention was equipped.

〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態によるホールセンサ及びホール起電力検出方法について図1から図12を用いて説明する。図1は、本実施形態によるホールセンサ1の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、ホールセンサ1は、ホール素子2と、ホール素子2の通電方向を切り替えてホール素子2を駆動する駆動部3と、駆動部3から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器4とを有している。また、ホールセンサ1は、増幅器4から入力するアナログの入力信号VIN(+),VIN(−)をデジタル出力信号に変換する離散時間型アナログ−デジタル変換器6(以下、アナログ−デジタル変換を「AD変換」と称する場合がある)を有している。さらに、ホールセンサ1は、離散時間型AD変換器6に設けられたダイナミックエレメントマッチング部61(以下、ダイナミックエレメントマッチングを「DEM」と略記する場合がある)と、駆動部3及び離散時間型AD変換器6に入力する各種制御信号を生成する制御信号生成部5とを有している。
[First Embodiment]
A Hall sensor and Hall electromotive force detection method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the hall sensor 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the Hall sensor 1 includes a Hall element 2, a drive unit 3 that drives the Hall element 2 by switching the energization direction of the Hall element 2, and an amplifier that amplifies an analog signal output from the drive unit 3. 4. The Hall sensor 1 also includes a discrete-time analog-to-digital converter 6 (hereinafter referred to as “analog-to-digital conversion”) that converts analog input signals VIN (+) and VIN (−) input from the amplifier 4 into digital output signals. It may be referred to as “AD conversion”). Furthermore, the Hall sensor 1 includes a dynamic element matching unit 61 (hereinafter, dynamic element matching may be abbreviated as “DEM”) provided in the discrete time AD converter 6, a drive unit 3, and a discrete time AD. And a control signal generation unit 5 that generates various control signals to be input to the converter 6.

ホール素子2は、ホール素子2に流れる電流の向きと直交する向きに、ホール効果により電位勾配(ホール起電力)を発生させる半導体素子である。ホール素子2は、第1から第4端子2a,2b,2c,2dを有している。第1端子2a及び第2端子2bは、ホール素子2の駆動方向が0°のときにホール起電力を出力し、ホール素子2の駆動方向が90°のときに駆動部3から入力する駆動電流を通電する端子である。第3端子2c及び第4端子2dは、ホール素子2の駆動方向が0°のときに駆動部3から入力する駆動電流を通電し、ホール素子2の駆動方向が90°のときにホール起電力を出力する端子である。   The Hall element 2 is a semiconductor element that generates a potential gradient (Hall electromotive force) by the Hall effect in a direction orthogonal to the direction of the current flowing through the Hall element 2. The hall element 2 has first to fourth terminals 2a, 2b, 2c, and 2d. The first terminal 2a and the second terminal 2b output Hall electromotive force when the driving direction of the Hall element 2 is 0 °, and driving current input from the driving unit 3 when the driving direction of the Hall element 2 is 90 °. It is a terminal which supplies electricity. The third terminal 2c and the fourth terminal 2d pass a driving current input from the driving unit 3 when the driving direction of the Hall element 2 is 0 °, and the Hall electromotive force when the driving direction of the Hall element 2 is 90 °. Is a terminal that outputs.

駆動部3は、駆動電源35(図1では不図示)から出力された電源電圧が印加される電源入力端子33と、基準電位(例えばグランド電位)が印加される基準電位入力端子34とを有している。駆動部3は、ホール素子2に通電する駆動電流を生成する駆動電流源32と、ホール素子2に通電する駆動電流の方向を切り替える電流方向切替スイッチ31とを有している。駆動電流源32の正極側端子は電流方向切替スイッチ31の負極側端子に接続され、駆動電流源32の負極側端子は基準電位入力端子34に接続されている。電流方向切替スイッチ31の正極側端子は電源入力端子33に接続されている。電流方向切替スイッチ31は、4つの入力端子を有し、各入力端子には、ホール素子2の第1から第4端子2a,2b,2c,2dが接続されている。電流方向切替スイッチ31は2つの出力端子を有し、各出力端子には、増幅器4の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)が接続されている。   The drive unit 3 includes a power supply input terminal 33 to which a power supply voltage output from a drive power supply 35 (not shown in FIG. 1) is applied, and a reference potential input terminal 34 to which a reference potential (for example, a ground potential) is applied. doing. The drive unit 3 includes a drive current source 32 that generates a drive current to be passed through the Hall element 2 and a current direction changeover switch 31 that switches the direction of the drive current that is passed through the Hall element 2. The positive terminal of the drive current source 32 is connected to the negative terminal of the current direction changeover switch 31, and the negative terminal of the drive current source 32 is connected to the reference potential input terminal 34. The positive terminal of the current direction changeover switch 31 is connected to the power input terminal 33. The current direction changeover switch 31 has four input terminals, and the first to fourth terminals 2a, 2b, 2c, 2d of the Hall element 2 are connected to each input terminal. The current direction changeover switch 31 has two output terminals, and the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the amplifier 4 are connected to each output terminal.

ホール素子2の直後に配置される電流方向切替スイッチ31は、スピニングカレント(詳細は後述)を行う回路である。電流方向切替スイッチ31は、ホール素子2が有する第1及び端子2a,2b間並びに第3及び第4端子2c,2d間のそれぞれに供給する駆動電流の通電方向を切り替えてホール起電力信号からオフセット成分を分離するようになっている。電流方向切替スイッチ31は、ホール素子2の駆動方向が0°のときには例えば、第1端子2aを増幅器4の非反転入力端子(+)に接続し、第2端子2bを増幅器4の反転入力端子(−)に接続し、第3端子2cを電源入力端子33に接続し第4端子を駆動電流源32に接続する。一方、電流方向切替スイッチ31は、ホール素子2の駆動方向が90°のときには例えば、第1端子2aを駆動電流源32に接続し、第2端子2bを電源入力端子33に接続し、第3端子2cを増幅器4の非反転入力端子(+)に接続し、第4端子を増幅器4の反転入力端子(−)に接続する。   A current direction changeover switch 31 disposed immediately after the Hall element 2 is a circuit that performs spinning current (details will be described later). The current direction change-over switch 31 switches the energization direction of the drive current supplied between the first and terminals 2a and 2b and between the third and fourth terminals 2c and 2d of the Hall element 2 to offset from the Hall electromotive force signal. The components are separated. When the driving direction of the Hall element 2 is 0 °, the current direction changeover switch 31 connects the first terminal 2 a to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4 and the second terminal 2 b to the inverting input terminal of the amplifier 4, for example. The third terminal 2 c is connected to the power input terminal 33 and the fourth terminal is connected to the drive current source 32. On the other hand, when the driving direction of the Hall element 2 is 90 °, the current direction changeover switch 31 connects the first terminal 2a to the driving current source 32, connects the second terminal 2b to the power input terminal 33, and The terminal 2 c is connected to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4, and the fourth terminal is connected to the inverting input terminal (−) of the amplifier 4.

電流方向切替スイッチ31には、制御信号生成部5が生成した電流方向切替信号Scsが入力するようになっている。電流方向切替スイッチ31は、例えば入力する電流方向切替信号Scsの極性に基づいて、電源入力端子33と駆動電流源32との間に第1端子2a,2b及び第2端子2c,2dのいずれか一方を接続し、増幅器4の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)に第1端子2a,2b及び第2端子2c,2dのいずれか他方を接続する。   A current direction switching signal Scs generated by the control signal generation unit 5 is input to the current direction switching switch 31. The current direction changeover switch 31 is, for example, one of the first terminals 2a and 2b and the second terminals 2c and 2d between the power input terminal 33 and the drive current source 32 based on the polarity of the input current direction change signal Scs. One is connected, and the other of the first terminals 2a, 2b and the second terminals 2c, 2d is connected to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the amplifier 4.

増幅器4は、電流方向切替スイッチ31に接続されている。増幅器4は、ホール素子2が出力するホール起電力信号を増幅するようになっている。さらに、増幅器4は、遮断周波数fcの高域遮断特性を有し、離散時間型AD変換器6においてホール起電力信号に応じた第1のアナログ信号をサンプリングした際に発生する折り返しノイズを防止する折り返し防止フィルタとしても機能するようになっている。すなわち、増幅器4は、ホール起電力信号を単に増幅するだけに留まらず、折り返し防止フィルタとしての機能も発揮可能な折り返し防止フィルタ兼増幅器である。また、増幅器4は、差動アンプであり、差動信号を入力し差動信号を出力する。増幅器4が出力する差動信号は、入力信号VIN(+),VIN(−)として離散時間型AD変換器6に入力する。   The amplifier 4 is connected to the current direction changeover switch 31. The amplifier 4 amplifies the Hall electromotive force signal output from the Hall element 2. Further, the amplifier 4 has a high-frequency cutoff characteristic with a cutoff frequency fc, and prevents aliasing noise that occurs when the discrete time AD converter 6 samples the first analog signal corresponding to the Hall electromotive force signal. It also functions as an anti-folding filter. In other words, the amplifier 4 is not only an amplification of the Hall electromotive force signal but also an anti-aliasing filter and amplifier that can also function as an anti-aliasing filter. The amplifier 4 is a differential amplifier, which receives a differential signal and outputs a differential signal. The differential signal output from the amplifier 4 is input to the discrete time AD converter 6 as input signals VIN (+) and VIN (−).

離散時間型AD変換器6は、増幅器4からのアナログ信号をサンプル信号Sspに応じてサンプリングし、デジタル信号を出力する回路である。離散時間型AD変換器6は、ホール素子2のホール起電力に応じた第1のアナログ信号をサンプリングしないサンプリング休止期間(サンプリング非実行期間の一例)と、第1のアナログ信号をサンプリングするサンプリング実行期間とを有している。離散時間型AD変換器6は、サンプリング実行期間にサンプリングした第1のアナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。詳細は後述するが第1のアナログ信号は、入力信号VIN+,VIN−からリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)を減算した信号が相当する。離散時間型AD変換器6は、AD変換部62と、ダイナミックエレメントマッチング部61とを有している。   The discrete time AD converter 6 is a circuit that samples an analog signal from the amplifier 4 according to the sample signal Ssp and outputs a digital signal. The discrete-time AD converter 6 performs a sampling pause period (an example of a sampling non-execution period) in which the first analog signal corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element 2 is not sampled and a sampling execution for sampling the first analog signal. And a period. The discrete time AD converter 6 converts the first analog signal sampled during the sampling execution period into a digital signal. Although the details will be described later, the first analog signal corresponds to a signal obtained by subtracting the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) from the input signals VIN + and VIN−. The discrete time AD converter 6 includes an AD conversion unit 62 and a dynamic element matching unit 61.

AD変換部62及びDEM部61の概略構成について図2を用いて説明する。図2は、AD変換部62及びDEM部61の概略構成を示すブロック図である。
図2に示すように、AD変換部62は、減算器62aと、制御信号生成部5(図2では不図示)から入力するサンプル信号Sspの極性に応じて、減算器62aからの出力信号を積分する積分動作を行うスイッチトキャパシタ(以下、「SC」と略記する場合がある)積分器62bと、このサンプル信号Sspに応じてSC積分器62bからの出力信号の電圧値の大小に基づき+1又は−1の出力を更新する1ビット量子化器(クロックトコンパレータ)62cとを有している。また、AD変換部62は、1ビット量子化器62cの出力するデジタル出力信号を積算し、Nビットのデジタル出力信号を出力するデジタルフィルタ62dと、1ビット量子化器62cの出力するデジタル出力信号が入力するデジタル−アナログ変換(以下、デジタル−アナログ変換を「DA変換」と称する場合がある)素子62eと、DA変換素子62eから出力されるリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)(第2のアナログ信号の一例)の各電圧信号を保持するバッファアンプ62f及びバッファアンプ62gとを有している。DA変換素子62eは、1ビット量子化器62cが出力するデジタル出力信号を第2のアナログ信号に変換するDA変換部に相当する。
A schematic configuration of the AD conversion unit 62 and the DEM unit 61 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the AD conversion unit 62 and the DEM unit 61.
As shown in FIG. 2, the AD conversion unit 62 outputs the output signal from the subtractor 62a according to the polarity of the subtractor 62a and the sample signal Ssp input from the control signal generation unit 5 (not shown in FIG. 2). Based on the magnitude of the voltage value of the output signal from the SC integrator 62b in accordance with the switched capacitor (hereinafter sometimes abbreviated as “SC”) integrator 62b that performs the integration operation to integrate, and the sample signal Ssp. 1-bit quantizer (clocked comparator) 62c for updating the output of -1. The AD converter 62 integrates the digital output signals output from the 1-bit quantizer 62c and outputs a digital filter 62d that outputs an N-bit digital output signal and the digital output signal output from the 1-bit quantizer 62c. And a reference voltage signal Vref (+), Vref (−) (output from the DA conversion element 62e), and a digital-analog conversion (hereinafter, digital-analog conversion may be referred to as “DA conversion”) element 62e. The buffer amplifier 62f and the buffer amplifier 62g hold each voltage signal of an example of the second analog signal. The DA converter 62e corresponds to a DA converter that converts the digital output signal output from the 1-bit quantizer 62c into a second analog signal.

DEM部61は、制御信号生成部5から入力するDEM信号Sdeの極性に従って入出力の接続を入れ替えるDEMスイッチ61a及びDEMスイッチ61bを有している。 DEM部61は、バッファアンプ62f,62gの入出力端子に設けられている。DEMスイッチ61aは、バッファアンプ62f,62gの入力側に設けられ、DEMスイッチ61bは、バッファアンプ62f,62gの出力側に設けられている。DEMスイッチ61aは、DA変換素子62eが出力するリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)が入力する2つの入力端子と、入力したリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)をバッファアンプ62f,62gに出力する2つの出力端子とを有している。バッファアンプ62f,62gは、第2のアナログ信号をバッファするバッファ部に相当する。DEMスイッチ61bは、バッファアンプ62f,62gが出力するリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)が入力する2つの入力端子と、入力したリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)を減算器62aに出力する2つの出力端子とを有している。DEM部61は、アナログ信号であるリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)が送信されるアナログ信号パス63に設けられている。アナログ信号パス63は、DA変換素子62e、バッファアンプ62f,62g及び減算器62aを含んで構成されている。   The DEM unit 61 includes a DEM switch 61 a and a DEM switch 61 b that switch input / output connections according to the polarity of the DEM signal Sde input from the control signal generation unit 5. The DEM unit 61 is provided at the input / output terminals of the buffer amplifiers 62f and 62g. The DEM switch 61a is provided on the input side of the buffer amplifiers 62f and 62g, and the DEM switch 61b is provided on the output side of the buffer amplifiers 62f and 62g. The DEM switch 61a includes two input terminals to which the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) output from the DA conversion element 62e are input, and the input reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) to a buffer amplifier. And two output terminals for outputting to 62f and 62g. The buffer amplifiers 62f and 62g correspond to a buffer unit that buffers the second analog signal. The DEM switch 61b subtracts two input terminals to which the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) output from the buffer amplifiers 62f and 62g are input, and the input reference voltage signals Vref (+) and Vref (−). And two output terminals for outputting to the device 62a. The DEM unit 61 is provided in an analog signal path 63 to which reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) that are analog signals are transmitted. The analog signal path 63 includes a DA conversion element 62e, buffer amplifiers 62f and 62g, and a subtractor 62a.

減算器62aは、増幅器4から入力する入力信号VIN(+),VIN(−)と、DEMスイッチ61a、バッファアンプ62f,62g及びDEMスイッチ61bを介してDA変換素子62eから入力するリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)との減算を行う。減算器62aは、第1のアナログ信号とバッファされた第2のアナログ信号との減算を行う減算部に相当する。より具体的に、減算器62aは、入力信号VIN(+)と入力信号VIN(−)との差信号から、リファレンス電圧信号Vref(+)とリファレンス電圧信号Vref(−)との差信号を減算して得られた信号をSC積分器62bに出力する。   The subtractor 62a receives input signals VIN (+) and VIN (−) input from the amplifier 4, and a reference voltage signal Vref input from the DA conversion element 62e via the DEM switch 61a, buffer amplifiers 62f and 62g, and the DEM switch 61b. Subtraction with (+) and Vref (-) is performed. The subtractor 62a corresponds to a subtracting unit that performs subtraction between the first analog signal and the buffered second analog signal. More specifically, the subtractor 62a subtracts the difference signal between the reference voltage signal Vref (+) and the reference voltage signal Vref (−) from the difference signal between the input signal VIN (+) and the input signal VIN (−). The signal obtained in this manner is output to the SC integrator 62b.

DEMスイッチ61a,61bはそれぞれ、DEM信号Sdeの極性に応じて、一方の入力端子と一方の出力端子とを接続するとともに他方の入力端子と他方の出力端子とを接続したり、一方の入力端子と他方の出力端子とを接続するとともに他方の入力端子と一方の出力端子とを接続したりする。DEM部61は、DEMスイッチ61a,61bのそれぞれの入出力端子の接続関係を切り替えることによりアナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングを行うようになっている。ダイナミックエレメントマッチングとは、回路を構成する種々の素子を順次入れ替えて使用することをいう。DEM部61は、リファレンス電圧信号Vref(+)をバッファアンプ62f,62gのいずれを介して減算器62aに入力するのかを、DEMスイッチ61a,61bの入出力端子の接続関係を切り替えることによって順次入れ替える。こうして、DEM部61は、アナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングを行う。詳細は後述するが、DEM部61は、アナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングをAD変換部62のサンプリング休止時間に行うようになっている。   Each of the DEM switches 61a and 61b connects one input terminal and one output terminal and connects the other input terminal and the other output terminal in accordance with the polarity of the DEM signal Sde. And the other output terminal and the other input terminal and one output terminal are connected to each other. The DEM unit 61 performs dynamic element matching of the analog signal path 63 by switching the connection relationship between the input / output terminals of the DEM switches 61a and 61b. Dynamic element matching means that various elements constituting a circuit are sequentially replaced and used. The DEM unit 61 sequentially switches which of the buffer amplifiers 62f and 62g inputs the reference voltage signal Vref (+) to the subtractor 62a by switching the connection relationship between the input / output terminals of the DEM switches 61a and 61b. . Thus, the DEM unit 61 performs dynamic element matching of the analog signal path 63. Although details will be described later, the DEM unit 61 performs the dynamic element matching of the analog signal path 63 during the sampling pause time of the AD conversion unit 62.

次に、SC積分器62bの概略構成について図3を用いて説明する。図3は、SC積分器62bの概略構成を示す回路図である。また、図3には、理解を容易にするため、SC積分器62bに接続された減算器62aと、バッファアンプ62f,62gと、DEM部61とが併せて図示されている。
図3に示すように、SC積分器62bは、減算器62aが出力する第1のアナログ信号が入力するSC回路601と、SC回路601が出力する出力信号が入力する演算増幅器602と、演算増幅器602の入出力端子間に接続された静電容量素子603,604とを有している。
Next, a schematic configuration of the SC integrator 62b will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the SC integrator 62b. 3 also shows a subtractor 62a connected to the SC integrator 62b, buffer amplifiers 62f and 62g, and a DEM unit 61 for easy understanding.
As shown in FIG. 3, the SC integrator 62b includes an SC circuit 601 to which the first analog signal output from the subtractor 62a is input, an operational amplifier 602 to which an output signal output from the SC circuit 601 is input, and an operational amplifier. And capacitive elements 603 and 604 connected between input and output terminals 602.

SC回路601は、減算器62aの一方の出力端子から出力される第1のアナログ信号が入力するスイッチ601aと、演算器62aの他方の出力端子から出力される第1のアナログ信号が入力するスイッチ601aとを有している。また、SC回路601は、スイッチ601aから出力する出力信号に基づく電荷が蓄積される静電容量素子601iと、スイッチ601cから出力する出力信号に基づく電荷が蓄積される静電容量素子601jとを有している。また、SC回路601は、スイッチ601aの出力端子と静電容量素子601iの一方の電極との間に一方の端子が接続され、基準電位の入力端子に他方の端子が接続されたスイッチ601fを有している。また、SC回路601は、スイッチ601cの出力端子と静電容量素子601jの一方の電極との間に一方の端子が接続され、基準電位に他方の端子が接続されたスイッチ601hを有している。   The SC circuit 601 has a switch 601a to which the first analog signal output from one output terminal of the subtractor 62a is input, and a switch to which the first analog signal output from the other output terminal of the arithmetic unit 62a is input. 601a. The SC circuit 601 includes a capacitive element 601i that accumulates charges based on an output signal output from the switch 601a, and a capacitive element 601j that accumulates charges based on an output signal output from the switch 601c. doing. The SC circuit 601 has a switch 601f in which one terminal is connected between the output terminal of the switch 601a and one electrode of the capacitive element 601i, and the other terminal is connected to the reference potential input terminal. doing. Further, the SC circuit 601 includes a switch 601h in which one terminal is connected between the output terminal of the switch 601c and one electrode of the electrostatic capacitance element 601j, and the other terminal is connected to a reference potential. .

また、SC回路601は、静電容量素子601iの他方の電極にそれぞれの一方の端子が接続されたスイッチ601b及びスイッチ601eと、静電容量素子601jの他方の電極にそれぞれの一方の電極が接続されたスイッチ601d及びスイッチ601gとを有している。スイッチ601b及びスイッチ601dのそれぞれの他方の端子は、基準電位の入力端子に接続されている。スイッチ601eの他方の電極から出力された第1のアナログ信号は、演算増幅器602の非反転入力端子(+)に入力される。スイッチ601gの他方の端子から出力された第1のアナログ信号は、演算増幅器602の反転入力端子(−)に入力される。   In addition, the SC circuit 601 includes switches 601b and 601e each having one terminal connected to the other electrode of the capacitive element 601i, and each electrode connected to the other electrode of the capacitive element 601j. A switch 601d and a switch 601g. The other terminal of each of the switch 601b and the switch 601d is connected to an input terminal for a reference potential. The first analog signal output from the other electrode of the switch 601e is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 602. The first analog signal output from the other terminal of the switch 601g is input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 602.

静電容量素子603は、一方の電極が演算増幅器602の非反転入力端子(+)に接続され、他方の電極が演算増幅器602の出力端子に接続されている。静電容量素子604は、一方の電極が演算増幅器602の反転入力端子(−)に接続され、他方の電極が演算増幅器602の出力端子に接続されている。静電容量素子603,604は、帰還容量素子としての機能を発揮するようになっている。   The capacitance element 603 has one electrode connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 602 and the other electrode connected to the output terminal of the operational amplifier 602. The electrostatic capacitance element 604 has one electrode connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 602 and the other electrode connected to the output terminal of the operational amplifier 602. Capacitance elements 603 and 604 function as feedback capacitance elements.

サンプル信号Sspの極性が低レベルの場合に、スイッチ601a,601b,601c,601dは閉状態となり、スイッチ601e,601f,601g,601hは開状態となる。これにより、静電容量素子601i,601jには、入力する第1のアナログ信号の電圧値に応じた電荷が蓄積される。また、サンプル信号Sspの極性が高レベルの場合に、スイッチ601a,601b,601c,601dは開状態となり、スイッチ601e,601f,601g,601hは閉状態となる。これにより、静電容量素子601iに蓄積されている電荷は演算増幅器602の非反転入力端子(+)に転送され、静電容量素子601jに蓄積されている電荷は演算増幅器602の反転入力端子(−)に転送される。演算増幅器602が出力する出力信号の電圧値は、静電容量素子603,603に蓄積される電荷量に比例した値となり、スイッチ601a,601b,601c,601d,601e,601f,601g,601hの開閉動作が繰り返されることにより積分動作が行われる。   When the polarity of the sample signal Ssp is low, the switches 601a, 601b, 601c, 601d are closed, and the switches 601e, 601f, 601g, 601h are opened. As a result, charges corresponding to the voltage value of the input first analog signal are accumulated in the capacitive elements 601i and 601j. When the polarity of the sample signal Ssp is high, the switches 601a, 601b, 601c, and 601d are opened, and the switches 601e, 601f, 601g, and 601h are closed. Thereby, the charge accumulated in the capacitive element 601i is transferred to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 602, and the charge accumulated in the capacitive element 601j is transferred to the inverting input terminal ( -). The voltage value of the output signal output from the operational amplifier 602 is proportional to the amount of charge accumulated in the capacitive elements 603 and 603, and the switches 601a, 601b, 601c, 601d, 601e, 601f, 601g, and 601h are opened and closed. The integration operation is performed by repeating the operation.

図1に戻って、ホールセンサ1に備えられた制御信号生成部5は、駆動部3における駆動電流の流れる方向を切り替えるための電流方向切替信号Scsと、DEM部61でのアナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングを行うためのDEM信号Sdeと、AD変換部62での第1のアナログ信号をサンプリングするためのサンプル信号Sspとを生成するようになっている。制御信号生成部5は、不図示の制御部の指令に基づいてこれらの信号を生成し、電流方向切替信号Scsを駆動部3に備えられた電流方向切替スイッチ31に出力し、DEM信号SdeをDEM部61に出力し、サンプル信号SspをAD変換部62に備えられたSC積分器62b及び1ビット量子化器62c(図2参照)に出力する。   Returning to FIG. 1, the control signal generation unit 5 provided in the hall sensor 1 includes a current direction switching signal Scs for switching the direction in which the drive current flows in the drive unit 3, and an analog signal path 63 in the DEM unit 61. A DEM signal Sde for performing dynamic element matching and a sample signal Ssp for sampling the first analog signal in the AD converter 62 are generated. The control signal generation unit 5 generates these signals based on a command from a control unit (not shown), outputs the current direction switching signal Scs to the current direction switching switch 31 provided in the driving unit 3, and outputs the DEM signal Sde. The sample signal Ssp is output to the DEM unit 61, and the sample signal Ssp is output to the SC integrator 62b and the 1-bit quantizer 62c (see FIG. 2) provided in the AD conversion unit 62.

離散時間型AD変換器6は、増幅器4から入力する入力信号VIN(+),VIN(−)の差信号「VIN(+)−VIN(−)」と、DEMスイッチ61a,61b及びバッファアンプ62f,62gを介してDA変換素子62eから入力するリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)の差信号「Vref(+)−Vref(−)」とを比較し、アナログ電圧信号をデジタル出力信号に変換する回路である。離散時間型AD変換器6の分解能をNビットとすると、AD変換後のデジタル出力信号は、以下の式(1)で表される。   The discrete time AD converter 6 includes a difference signal “VIN (+) − VIN (−)” of input signals VIN (+) and VIN (−) input from the amplifier 4, DEM switches 61a and 61b, and a buffer amplifier 62f. , 62g is compared with a difference signal “Vref (+) − Vref (−)” between the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) input from the DA conversion element 62e, and the analog voltage signal is converted into a digital output signal. It is a circuit to convert to. When the resolution of the discrete time AD converter 6 is N bits, the digital output signal after AD conversion is expressed by the following equation (1).

Figure 0006159296
Figure 0006159296

リファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)を保持するバッファアンプ62f、62gにオフセット電圧が生じると、離散時間型AD変換器6のデジタル出力信号には、式(1)で表されるデジタル出力信号に対して誤差が生じる。例えば、バッファアンプ62fの出力信号にオフセット電圧Voffが生じたとする。図2では、オフセット電圧Voffを○印で模式的に示している。バッファアンプ62fの出力信号にオフセット電圧Voffが生じた場合のAD変換後のデジタル出力信号は、以下の式(2)で表される。   When an offset voltage is generated in the buffer amplifiers 62f and 62g that hold the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−), the digital output signal of the discrete-time AD converter 6 is a digital signal expressed by Expression (1). An error occurs with respect to the output signal. For example, assume that an offset voltage Voff occurs in the output signal of the buffer amplifier 62f. In FIG. 2, the offset voltage Voff is schematically indicated by a circle. The digital output signal after AD conversion when the offset voltage Voff occurs in the output signal of the buffer amplifier 62f is expressed by the following equation (2).

Figure 0006159296
Figure 0006159296

式(2)に示すように、バッファアンプ62fの出力信号にオフセット電圧信号Voffが生じると、バッファアンプ62fの出力信号にオフセット電圧が生じていない場合(式(1)参照)と比較して、AD変換後のデジタル出力信号には、オフセット電圧Voff分だけ誤差が生じる。そのため、本実施形態によるホールセンサ1は、バッファアンプ62f,62gが設けられたアナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングを行う回路としてDEMスイッチ61a,61bを有している。これにより、ホールセンサ1は、DEM信号Sdeの極性に応じてバッファアンプ62f,62gの入出力部の接続状態を制御してバッファアンプ62f,62gを入れ替えて使用することができる。DEM信号Sdeの極性が高レベルにおけるデジタル出力信号は、以下の式(3)で表される。   As shown in Expression (2), when the offset voltage signal Voff occurs in the output signal of the buffer amplifier 62f, compared to the case where no offset voltage occurs in the output signal of the buffer amplifier 62f (see Expression (1)), An error is generated in the digital output signal after AD conversion by the offset voltage Voff. Therefore, the Hall sensor 1 according to the present embodiment includes DEM switches 61a and 61b as circuits for performing dynamic element matching of the analog signal path 63 provided with the buffer amplifiers 62f and 62g. Accordingly, the Hall sensor 1 can be used by switching the buffer amplifiers 62f and 62g by controlling the connection state of the input / output units of the buffer amplifiers 62f and 62g according to the polarity of the DEM signal Sde. The digital output signal when the polarity of the DEM signal Sde is high is expressed by the following equation (3).

Figure 0006159296
Figure 0006159296

また、DEM信号Sdeの極性が低レベルにおけるデジタル出力信号は、以下の式(4)で表される。

Figure 0006159296
The digital output signal when the polarity of the DEM signal Sde is at a low level is expressed by the following equation (4).
Figure 0006159296

デジタルフィルタ62dは、DEM信号Sdeが高レベルの場合のデジタル出力信号と低レベルの場合のデジタル出力信号とを平均化したデジタル出力信号を出力する。DEM信号Sdeが高レベル及び低レベルにおけるデジタル出力信号を平均化することにより、式(3)の第2かっこ内の「−Voff/(Vref(+)−Vref(−))」の項と、式(4)の第2かっこ内の「+Voff/(Vref(+)−Vref(−))」の項とが相殺される。これにより、オフセット電圧Voffの影響による誤差は、デジタルフィルタ62dが出力するデジタル出力信号から除去される。
このように、本実施形態によるホールセンサ1は、ホール素子2やバッファアンプ62f,62gに生じるオフセット電圧による誤差をAD変換後のデジタル出力信号から除去することができる。
The digital filter 62d outputs a digital output signal obtained by averaging the digital output signal when the DEM signal Sde is at a high level and the digital output signal when the DEM signal Sde is at a low level. By averaging the digital output signals at the high and low levels of the DEM signal Sde, the term “−Voff / (Vref (+) − Vref (−))” in the second parentheses of equation (3); The term “+ Voff / (Vref (+) − Vref (−))” in the second parenthesis of the equation (4) cancels out. Thereby, the error due to the influence of the offset voltage Voff is removed from the digital output signal output from the digital filter 62d.
Thus, the Hall sensor 1 according to the present embodiment can remove the error due to the offset voltage generated in the Hall element 2 and the buffer amplifiers 62f and 62g from the digital output signal after AD conversion.

次に、本実施形態によるホールセンサ1の動作及びホール起電力検出方法について、図1から図3を参照しつつ図4から図11を用いて説明する。また、ホールセンサ1の動作及びホール起電力検出方法の説明と併せて、従来のホールセンサ及びホール起電力検出方法の問題点についても説明する。
図1から図3を用いて説明したように、本実施形態によるホールセンサ1は、ホール素子2の駆動電流の方向を0°方向及び90°方向に交互に切り替えることで、ホール起電力からオフセットを分離するスピニングカレント法と呼ばれる方法によりホール素子2を駆動している。制御信号生成部5が出力する電流方向切替信号Scsの極性に基づいて駆動部3を制御してホール素子2の通電方向を切り替える際に(通電方向切替ステップの一例)、ホール素子2が磁場を検出する。そうすると、ホール素子2は、ホール効果により同一平面内で、駆動電流の流れる方向と直交する方向にホール起電力を発生する。
Next, the operation of the Hall sensor 1 and the Hall electromotive force detection method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 11 with reference to FIGS. In addition to the operation of the Hall sensor 1 and the description of the Hall electromotive force detection method, problems of the conventional Hall sensor and Hall electromotive force detection method will be described.
As described with reference to FIGS. 1 to 3, the Hall sensor 1 according to the present embodiment is offset from the Hall electromotive force by alternately switching the direction of the drive current of the Hall element 2 between the 0 ° direction and the 90 ° direction. The Hall element 2 is driven by a method called a spinning current method for separating the two. When the drive unit 3 is controlled based on the polarity of the current direction switching signal Scs output from the control signal generation unit 5 to switch the energization direction of the Hall element 2 (an example of an energization direction switching step), the Hall element 2 generates a magnetic field. To detect. Then, the Hall element 2 generates Hall electromotive force in the direction orthogonal to the direction in which the drive current flows in the same plane due to the Hall effect.

図4は、ブリッジ抵抗でホール素子2をモデル化した状態を示している。図4(a)は、第3及び第4端子2c,2d間に駆動電流を通電している状態を示し、図4(b)は、第1及び第2端子2a,2b間に駆動電流を通電している状態を示している。以下、図4(a)に示す状態でホール素子2に流れる駆動電流の方向を0°方向と呼び、図4(b)に示す状態でホール素子2に流れる駆動電流の方向を90°方向と呼ぶ。   FIG. 4 shows a state in which the Hall element 2 is modeled by a bridge resistor. FIG. 4A shows a state in which a drive current is applied between the third and fourth terminals 2c and 2d, and FIG. 4B shows a drive current applied between the first and second terminals 2a and 2b. It shows a state of being energized. Hereinafter, the direction of the drive current flowing through the Hall element 2 in the state shown in FIG. 4A is referred to as 0 ° direction, and the direction of the drive current flowing through the Hall element 2 in the state shown in FIG. Call.

図4に示すように、ホール素子2は例えば、直列接続された抵抗R1,R2と直列接続された抵抗R3,R4とが並列に接続されたブリッジ抵抗でモデル化される。このブリッジ抵抗において例えば、抵抗R2及び抵抗R4の接続点が第1端子2aとなり、抵抗R1と抵抗R3との接続点が第2端子2bとなり、抵抗R1と抵抗R2との接続点が第3端子2cとなり、抵抗R3と抵抗R4との接続点が第4端子2dとなる。   As shown in FIG. 4, the Hall element 2 is modeled by, for example, a bridge resistor in which resistors R1 and R2 connected in series and resistors R3 and R4 connected in series are connected in parallel. In this bridge resistor, for example, the connection point between the resistors R2 and R4 is the first terminal 2a, the connection point between the resistors R1 and R3 is the second terminal 2b, and the connection point between the resistors R1 and R2 is the third terminal. 2c, and the connection point between the resistor R3 and the resistor R4 is the fourth terminal 2d.

ホール起電力は、ホール効果と呼ばれる、電流を通電した状態で磁場を印加することによって電子がローレンツ力を受けて生じる電位勾配に基づいて発生する。このため、図4(a)に示すように、例えば第3端子に駆動電源35が接続され、第4端子に駆動電流源32が接続され、第3端子2cから第4端子2dに向かう駆動電流がホール素子2に流れている状態で、ホール素子の感磁面に対して下方から上方に向かう磁場Hがホール素子2に印加されると、第1端子2a側に正電圧Vh(+)が誘起され、第2端子2b側に負電圧Vh(−)が誘起される。一方、図4(b)に示すように、例えば第2端子に駆動電源35が接続され、第1端子に駆動電流源32が接続され、第2端子2bから第1端子2aに向かう駆動電流がホール素子2に流れている状態で、紙面下方から上方に向かう磁場Hがホール素子2に印加されると、第3端子2c側に正電圧Vh(+)が誘起され、第4端子2d側に負電圧Vh(−)が誘起される。ホール素子2に誘起された正電圧Vh(+)と負電圧Vh(−)との電位差「Vh(+)−Vh(−)」から磁場強度を測定できる。   The Hall electromotive force is generated on the basis of a potential gradient, which is called the Hall effect, which is generated when electrons are subjected to Lorentz force by applying a magnetic field in a state where current is applied. Therefore, as shown in FIG. 4A, for example, the drive power source 35 is connected to the third terminal, the drive current source 32 is connected to the fourth terminal, and the drive current is directed from the third terminal 2c to the fourth terminal 2d. Is applied to the Hall element 2, a positive voltage Vh (+) is applied to the first terminal 2 a side when a magnetic field H directed from below to above is applied to the Hall element 2. The negative voltage Vh (−) is induced on the second terminal 2b side. On the other hand, as shown in FIG. 4B, for example, the drive power source 35 is connected to the second terminal, the drive current source 32 is connected to the first terminal, and the drive current from the second terminal 2b toward the first terminal 2a is reduced. When a magnetic field H directed from the bottom to the top of the drawing is applied to the Hall element 2 while flowing to the Hall element 2, a positive voltage Vh (+) is induced on the third terminal 2c side, and on the fourth terminal 2d side. A negative voltage Vh (−) is induced. The magnetic field strength can be measured from the potential difference “Vh (+) − Vh (−)” between the positive voltage Vh (+) and the negative voltage Vh (−) induced in the Hall element 2.

ホール素子2は、ブリッジ抵抗R1,R2,R3,R4の不均衡、パッケージの応力あるいは実装時の応力による抵抗値の変化によってオフセット電圧が発生する。例えば、抵抗R1の抵抗値が他の抵抗R2,R3,R4の抵抗値と異なると、ホール素子2が出力するホール起電力は、磁場Hの磁場強度に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」にオフセット電圧Voffが加算された電圧となる。本実施形態によるホールセンサ1は、スピニングカレント法を用いることによりホール素子2に生じるオフセット電圧Voffを除去することができる。すなわち、ホールセンサ1は、ホール素子2に流れる駆動電流の方向を0度方向と90度方向とに切り替えて制御することにより、オフセット電圧Voffの極性を反転し出力できる構成を有している。ホール素子2を0°方向の駆動電流で駆動した際に得られるホール起電力をVh(0)とし、ホール素子2を90°方向の駆動電流で駆動した際に得られるホール起電力をVh(90)とし、オフセット電圧をVoffとすると、ホール起電力Vh(0),Vh(90)は、以下の式(5)及び式(6)で表される。
Vh(0)=Vh(+)−Vh(−)−Voff ・・・(5)
Vh(90)=Vh(+)−Vh(−)+Voff ・・・(6)
In the Hall element 2, an offset voltage is generated due to an imbalance of the bridge resistors R 1, R 2, R 3, and R 4, a change in resistance value due to package stress or mounting stress. For example, when the resistance value of the resistor R1 is different from the resistance values of the other resistors R2, R3, and R4, the Hall electromotive force output from the Hall element 2 is the potential difference “Vh (+) − Vh depending on the magnetic field strength of the magnetic field H. (−) ”Is added to the offset voltage Voff. The Hall sensor 1 according to the present embodiment can remove the offset voltage Voff generated in the Hall element 2 by using the spinning current method. That is, the Hall sensor 1 has a configuration in which the polarity of the offset voltage Voff can be inverted and output by switching the direction of the drive current flowing through the Hall element 2 between the 0 degree direction and the 90 degree direction. The Hall electromotive force obtained when the Hall element 2 is driven with a driving current in the 0 ° direction is Vh (0), and the Hall electromotive force obtained when the Hall element 2 is driven with the driving current in the 90 ° direction is Vh ( 90), and the offset voltage is Voff, the Hall electromotive forces Vh (0) and Vh (90) are expressed by the following equations (5) and (6).
Vh (0) = Vh (+) − Vh (−) − Voff (5)
Vh (90) = Vh (+) − Vh (−) + Voff (6)

図5は、ホール素子2に流す駆動電流の方向を切り替えた場合に駆動部3から出力され増幅器4の非反転入力端子(+)に入力するホール起電力の電圧信号波形の一例を示す図である。横軸は時間(t)を示し、縦軸はホール起電力の電圧[V]を示している。期間T1,T2,T3,T4の周期は、電流方向切替スイッチ31を制御する電流方向切替信号Scsの極性が反転する周期である。すなわち、期間T1,T2,T3,T4の周期は、ホール素子2に通電する駆動電流の駆動方向が0°方向と90°方向とに交互に切り替わる周期である。期間T1及び期間T3は、ホール素子2を0°の方向で駆動する期間を示し、期間T2及び期間T4は、ホール素子2を90°の方向で駆動する期間を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a voltage signal waveform of the Hall electromotive force output from the drive unit 3 and input to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4 when the direction of the drive current flowing through the Hall element 2 is switched. is there. The horizontal axis represents time (t), and the vertical axis represents the Hall electromotive force voltage [V]. Periods of the periods T1, T2, T3, and T4 are periods in which the polarity of the current direction switching signal Scs that controls the current direction switching switch 31 is inverted. That is, the period T1, T2, T3, T4 is a period in which the drive direction of the drive current supplied to the Hall element 2 is alternately switched between the 0 ° direction and the 90 ° direction. A period T1 and a period T3 indicate a period in which the Hall element 2 is driven in the direction of 0 °, and a period T2 and a period T4 indicate a period in which the Hall element 2 is driven in the direction of 90 °.

図1を用いて説明したように、ホール素子2の直後に配置される電流方向切替スイッチ31は、ホール素子2に通電する駆動電流の方向を0°方向と90°方向とに切り替えるスイッチである。このため、ホール素子2は、電流方向切替信号Scsの極性が反転する一定の周期に同期してホール素子2に通電する電流方向が切り替わるように制御される。その結果、図5に示すように、電流方向切替スイッチ31から出力され増幅器4の非反転入力端子(+)に入力するホール起電力の電圧値は、期間T1,T3ではVh(0)となり、期間T2,T4ではVh(90)となる。   As described with reference to FIG. 1, the current direction change-over switch 31 disposed immediately after the Hall element 2 is a switch for switching the direction of the drive current to be supplied to the Hall element 2 between the 0 ° direction and the 90 ° direction. . For this reason, the Hall element 2 is controlled so that the direction of the current flowing through the Hall element 2 is switched in synchronization with a certain period in which the polarity of the current direction switching signal Scs is inverted. As a result, as shown in FIG. 5, the voltage value of the Hall electromotive force output from the current direction changeover switch 31 and input to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4 becomes Vh (0) in the periods T1 and T3. In the periods T2 and T4, Vh (90) is obtained.

期間T1,T3でのホール起電力Vh(0)は、「Vh(+)−Vh(−)−Voff」であり、期間T2、T4でのホール起電力Vh(90)は、「Vh(+)−Vh(−)+Voff」である。この時、回路後段に平滑化回路(図2のデジタルフィルタ62d)を設けることで、信号波形は、期間T1,T3でのホール起電力Vh(0)の電圧値と期間T2,T4でのホール起電力Vh(90)の電圧値との平均値となる。このため、平滑化された信号電圧の電圧値は、ホール起電力Vh(0)とホール起電力Vh(90)との平均値となり、「Vh(+)−Vh(−)」(=((Vh(+)−Vh(−)−Voff)+(Vh(+)−Vh(−)+Voff))/2)となる。また、平滑化された信号電圧の信号波形は、図5中に破線で示すように、電圧値が「Vh(+)−Vh(−)」である直線の波形となる。ホール素子2の駆動電流方向の切り替わりは一定の周期で制御されている。このため、信号波形は、ホール素子2を0°の方向で駆動している際に発生する負のオフセット電圧Voffと、ホール素子2を90°の方向で駆動している際に発生する正のオフセット電圧Voffとが相殺した波形となる。このため、ホール素子2の出力信号の電圧値から、デジタルフィルタ62dを経由することで、磁場Hに依存する出力の電圧値「Vh(+)−Vh(−)」のみを最終的に取得できる。   The Hall electromotive force Vh (0) in the periods T1 and T3 is “Vh (+) − Vh (−) − Voff”, and the Hall electromotive force Vh (90) in the periods T2 and T4 is “Vh (+). ) −Vh (−) + Voff ”. At this time, by providing a smoothing circuit (digital filter 62d in FIG. 2) in the subsequent stage of the circuit, the signal waveform is the voltage value of the Hall electromotive force Vh (0) in the periods T1 and T3 and the Hall value in the periods T2 and T4. It becomes an average value with the voltage value of the electromotive force Vh (90). For this reason, the voltage value of the smoothed signal voltage is an average value of the Hall electromotive force Vh (0) and the Hall electromotive force Vh (90), and “Vh (+) − Vh (−)” (= (( Vh (+) − Vh (−) − Voff) + (Vh (+) − Vh (−) + Voff)) / 2). Further, the signal waveform of the smoothed signal voltage is a straight waveform whose voltage value is “Vh (+) − Vh (−)”, as indicated by a broken line in FIG. The switching of the driving current direction of the Hall element 2 is controlled at a constant cycle. Therefore, the signal waveform has a negative offset voltage Voff that is generated when the Hall element 2 is driven in the direction of 0 °, and a positive waveform that is generated when the Hall element 2 is driven in the direction of 90 °. The waveform is offset from the offset voltage Voff. Therefore, only the output voltage value “Vh (+) − Vh (−)” depending on the magnetic field H can be finally obtained from the voltage value of the output signal of the Hall element 2 via the digital filter 62d. .

ホール素子2において生じるオフセット電圧を含んだ増幅器4から出力された出力信号は、入力信号VIN(+),VIN(−)として離散時間型AD変換器6に入力する。離散時間型AD変換器6において、離散時間型AD変換器6に入力する入力信号VIN(+),VIN(−)に基づく第1のアナログ信号が送信されるアナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングが行われる(ダイナミックエレメントマッチングステップの一例)。図6は、離散時間型AD変換器6内部の信号波形等を示す図である。図6中の1段目の「Scs」は、電流方向切替信号の信号波形を示し、2段目の「Sis」は、増幅器4の非反転入力端子(+)に入力する入力信号から反転入力端子(−)に入力する入力信号減算した入力差信号の信号波形を示し、3段目の「Sos」は、増幅器4の正側出力端子(+)から出力する出力信号(すなわち入力信号VIN(+))から負側出力端子(−)に出力する出力信号(すなわち入力信号VIN(−))を減算した出力差信号の信号波形を示している。図6中の4段目の「Sde」は、DEM部61を制御するDEM信号Sdeの信号波形を示し、5段目の「Ssk」は、アナログ信号パス63をダイナミックエレメントする際に生じるスパイク信号の信号波形を示し、6段目の「Ssp」は、サンプル信号の信号波形を示している。格段において縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。また、図6中、左から右に向かって時の経過が表されている。   The output signal output from the amplifier 4 including the offset voltage generated in the Hall element 2 is input to the discrete time AD converter 6 as input signals VIN (+) and VIN (−). In the discrete time AD converter 6, dynamic element matching is performed on an analog signal path in which the first analog signal based on the input signals VIN (+) and VIN (−) input to the discrete time AD converter 6 is transmitted. (An example of a dynamic element matching step). FIG. 6 is a diagram showing signal waveforms and the like inside the discrete time AD converter 6. In FIG. 6, “Scs” in the first stage indicates a signal waveform of the current direction switching signal, and “Sis” in the second stage indicates an inverting input from the input signal input to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4. The signal waveform of the input difference signal obtained by subtracting the input signal input to the terminal (−) is shown, and “Sos” in the third stage indicates an output signal output from the positive output terminal (+) of the amplifier 4 (that is, the input signal VIN ( (+)) Shows the signal waveform of the output difference signal obtained by subtracting the output signal (that is, the input signal VIN (−)) output to the negative output terminal (−). In FIG. 6, “Sde” in the fourth stage indicates the signal waveform of the DEM signal Sde that controls the DEM unit 61, and “Ssk” in the fifth stage indicates a spike signal generated when the analog signal path 63 is dynamically elementized. The sixth waveform “Ssp” indicates the signal waveform of the sample signal. In particular, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. Also, in FIG. 6, the passage of time is shown from left to right.

図6中の1段目に示すように、電流方向切替信号Scsは、ホール素子2の駆動電流方向を0°及び90°に交互に切り替えるために、所定の周期で極性が反転する矩形の信号波形を有している。時刻t0から時刻t4までの期間は、ホール素子2を90°の方向に駆動する期間であり、時刻t4から時刻t7の期間はホール素子2を0°の方向に駆動する期間である。   As shown in the first stage in FIG. 6, the current direction switching signal Scs is a rectangular signal whose polarity is inverted at a predetermined cycle in order to alternately switch the driving current direction of the Hall element 2 between 0 ° and 90 °. It has a waveform. The period from time t0 to time t4 is a period for driving the Hall element 2 in the direction of 90 °, and the period from time t4 to time t7 is a period for driving the Hall element 2 in the direction of 0 °.

図6中の2段目に示すように、増幅器4の非反転入力端子(+)に入力する入力信号と反転入力端子(−)に入力する入力信号との入力差信号Sisは、磁場強度に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」に、正のオフセット信号Voff(図6には、「+Voff」と表記されている)及び負のオフセット電圧Voff(図6には、「−Voff」と表記されている)が、電流方向切替信号Scsの極性の変化に応じて交互に重畳した信号となる。このため、図6中の1段目及び2段目に示すように、時刻t0において、ホール素子2の駆動方向が0°から90°に切り替わると、入力差信号Sisは、重畳する負のオフセット電圧Voffから正のオフセット電圧Voffへの変化により、信号レベルが相対的に低い状態から相対的に高い状態に変化する。入力差信号Sisの立ち上がり時間は、電流方向切替スイッチ31が切り替わる時間分だけ電流方向切替信号Scsの立ち上がり時間に対して一定時間だけ遅延する。その結果、入力差信号Sisは時刻t1で立ち上がりが完了する。   As shown in the second stage in FIG. 6, the input difference signal Sis between the input signal input to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 4 and the input signal input to the inverting input terminal (−) The potential difference “Vh (+) − Vh (−)” depends on the positive offset signal Voff (indicated as “+ Voff” in FIG. 6) and the negative offset voltage Voff (in FIG. Voff ”) is a signal that is alternately superimposed according to the change in polarity of the current direction switching signal Scs. For this reason, as shown in the first and second stages in FIG. 6, when the driving direction of the Hall element 2 is switched from 0 ° to 90 ° at time t0, the input difference signal Sis is superimposed with a negative offset. Due to the change from the voltage Voff to the positive offset voltage Voff, the signal level changes from a relatively low state to a relatively high state. The rising time of the input difference signal Sis is delayed by a certain time with respect to the rising time of the current direction switching signal Scs by the time when the current direction changeover switch 31 is switched. As a result, the rising of the input difference signal Sis is completed at time t1.

図6中の3段目に示すように、増幅器4の正側出力端子(+)から出力する出力信号と負側出力端子(−)に出力する出力信号との差の信号である出力差信号Sosは、増幅器4によって増幅された磁場強度に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」に、正のオフセット電圧Voff及び負のオフセット電圧Voffが交互に重畳した信号波形である。出力差信号Sosは、入力差信号Sisに対して、ホール素子2の駆動電流方向の切り替え時点から、増幅器4の持つ高域遮断特性により一定時間だけ遅延する。出力差信号Sosは、時刻t0から開始し時刻t3にかけて、信号レベルが相対的に低い状態から相対的に高い状態へ変化する。   As shown in the third stage in FIG. 6, an output difference signal that is a difference signal between the output signal output from the positive output terminal (+) of the amplifier 4 and the output signal output from the negative output terminal (−). Sos is a signal waveform in which a positive offset voltage Voff and a negative offset voltage Voff are alternately superimposed on a potential difference “Vh (+) − Vh (−)” depending on the magnetic field intensity amplified by the amplifier 4. The output difference signal Sos is delayed from the input difference signal Sis by a fixed time due to the high-frequency cutoff characteristic of the amplifier 4 from the time when the drive current direction of the Hall element 2 is switched. The output difference signal Sos starts from time t0 and changes from a relatively low signal level to a relatively high state from time t3 to time t3.

図6中の4段目に示すように、DEM信号Sdeは、出力差信号Sosの信号レベルが安定化するまでの、時刻t0から時刻t3までの期間に極性が反転するように設定されている。出力差信号Sosは、例えば時刻t0と時刻t3との間の期間において相対的に低い状態から高い状態に信号レベルが変化する。また、出力差信号Sosは、例えば時刻t4と時刻t6との間の期間において相対的に高い状態から低い状態に信号レベルが変化する。DEM信号Sdeの極性に応じてリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)を入力するバッファアンプ62f,62gの入れ替え動作が制御される。
詳細は後述するが、図6中の5段目に示すように、DEM信号Sdeの極性反転に伴って時刻t2,t9でそれぞれ発生するスパイク信号Sskがバッファアンプ62f又はバッファアンプ62gの出力信号に混入する。
As shown in the fourth stage in FIG. 6, the DEM signal Sde is set so that the polarity is inverted during the period from time t0 to time t3 until the signal level of the output difference signal Sos is stabilized. . The signal level of the output difference signal Sos changes from a relatively low state to a high state in a period between time t0 and time t3, for example. Further, for example, the signal level of the output difference signal Sos changes from a relatively high state to a low state in a period between time t4 and time t6. The switching operation of the buffer amplifiers 62f and 62g for inputting the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) is controlled according to the polarity of the DEM signal Sde.
Although details will be described later, as shown in the fifth stage in FIG. 6, spike signals Ssk generated at times t2 and t9 in accordance with the polarity inversion of the DEM signal Sde are output to the buffer amplifier 62f or the buffer amplifier 62g, respectively. mixing.

図6中の6段目に示すように、サンプル信号Sspは、出力差信号Sosが一定値に収束した後、例えば時刻t3から時刻t4、時刻t6から時刻t7の間に出力される。本実施形態では、増幅器4の出力差信号Sosが一定値になる前、すなわち時刻t0から時刻t3,時刻t4から時刻t6の間に、スパイク信号Sskが基準電位Vcomレベルまで減衰するようにDEM信号Sdeの入力タイミングが設定されている。これにより、ホールセンサ1は、アナログ信号パス63のダイナミックエレメントマッチングによって生じるスパイク信号SskがAD変換後のデジタル信号に混入してしまうのを防止できる(詳細は後述)。サンプル信号Sspは通常、1/fsampの周期でホール起電力をサンプリングするように設定される。サンプリング信号は、ホール素子2のオフセット信号のセトリングを待つために、駆動電流方向の切り替えのタイミングから一定の時間だけ第1のアナログ信号のサンプリングを休止する時間を持つように調整される。このサンプリングを休止する時間はサンプル休止時間(サンプリング非実行期間の一例)と呼ばれる。また、第1のアナログ信号のサンプリングを休止していない時間、すなわち第1のアナログ信号をサンプリングしている時間は、サンプリング実行期間と呼ばれる。本実施形態では、時刻t0から時刻t3までの期間、時刻t4から時刻t6までの期間及び時刻t7から時刻t10までの期間がサンプリング休止時間に相当する。また、時刻t3から時刻t4までの期間、時刻t6から時刻t7までの期間及び時刻t10から時刻t11までの期間がサンプリング実行期間に相当する。サンプリング休止時間は、ホール素子2への通電方向の切替に同期して開始する(例えば、時刻t0、時刻t4、時刻t7及び時刻t11)。また、サンプリング実行期間は、ホール素子2への通電方向の切替に同期して終了する(例えば、時刻t0、時刻t4、時刻t7及び時刻t11)。サンプリング休止時間の開始タイミングはサンプリング実行期間の終了タイミングに一致する。   As shown in the sixth stage in FIG. 6, the sample signal Ssp is output, for example, from time t3 to time t4 and from time t6 to time t7 after the output difference signal Sos converges to a constant value. In the present embodiment, before the output difference signal Sos of the amplifier 4 becomes a constant value, that is, between the time t0 and the time t3 and between the time t4 and the time t6, the DEM signal so that the spike signal Ssk is attenuated to the reference potential Vcom level. Sde input timing is set. Thereby, the Hall sensor 1 can prevent the spike signal Ssk generated by the dynamic element matching of the analog signal path 63 from being mixed into the digital signal after AD conversion (details will be described later). The sample signal Ssp is usually set so as to sample the Hall electromotive force at a period of 1 / fsamp. In order to wait for the offset signal of the Hall element 2 to settle, the sampling signal is adjusted to have a time to stop sampling the first analog signal for a certain time from the switching timing of the driving current direction. The time during which sampling is paused is called a sample pause time (an example of a sampling non-execution period). The time when the sampling of the first analog signal is not paused, that is, the time when the first analog signal is sampled is called a sampling execution period. In the present embodiment, the period from time t0 to time t3, the period from time t4 to time t6, and the period from time t7 to time t10 correspond to the sampling pause time. Further, the period from time t3 to time t4, the period from time t6 to time t7, and the period from time t10 to time t11 correspond to the sampling execution period. The sampling pause time starts in synchronization with switching of the energization direction to the Hall element 2 (for example, time t0, time t4, time t7, and time t11). Further, the sampling execution period ends in synchronization with switching of the energization direction to the Hall element 2 (for example, time t0, time t4, time t7, and time t11). The start timing of the sampling pause time coincides with the end timing of the sampling execution period.

本実施形態によるホールセンサ1は、ダイナミックエレメントマッチングを使用している点において特許文献1に開示された発明と共通している。一方、ホールセンサ1は、離散時間方式である離散時間型AD変換器6を有している点において、連続時間方式のΔΣAD変換装置が使用されている、特許文献1に開示された発明と相違している。連続時間方式のΔΣAD変換装置においてダイナミックエレメントマッチングを行った場合、バッファアンプなどの素子の入れ替えに伴う全てのスパイク信号が積分器で積算される。これに対し、本実施形態では、離散時間型AD変換器6を用いることにより、第1のアナログ信号をサンプリングする時点でスパイク信号の電圧レベルを基準電位(例えば0V)に近い大きさに収束させることができる。このため、ホールセンサ1は、スパイク信号の影響による誤差がSC積分器62bで積算される信号に発生するのを防止できる。   The Hall sensor 1 according to the present embodiment is in common with the invention disclosed in Patent Document 1 in that dynamic element matching is used. On the other hand, the Hall sensor 1 is different from the invention disclosed in Patent Document 1 in that a continuous-time ΔΣ AD converter is used in that it has a discrete-time AD converter 6 that is a discrete-time method. doing. When dynamic element matching is performed in a continuous-time ΔΣ AD converter, all spike signals associated with replacement of elements such as buffer amplifiers are integrated by an integrator. On the other hand, in the present embodiment, by using the discrete time AD converter 6, the voltage level of the spike signal is converged to a magnitude close to the reference potential (for example, 0 V) at the time of sampling the first analog signal. be able to. For this reason, the Hall sensor 1 can prevent an error due to the influence of the spike signal from occurring in the signal integrated by the SC integrator 62b.

離散時間型AD変換器6のサンプル周期Ts(1/fsamp)は、数100ナノ秒と極めて短い周期であるため、スパイク信号を基準電圧レベルまで完全に収束させる時間としては不十分である。そこで、本実施例形態によるホールセンサ1は、ホール素子2の信号処理回路に離散時間型AD変換器6を有し、離散時間型AD変換器6では必要な構成となるサンプル休止時間をバッファアンプ62f,62gの入れ替え動作の実行期間に割り当てるようになっている。これにより、ホールセンサ1は、スパイク信号が基準電圧レベルに収束するまでのセトリング時間を十分に確保できる構成を有し得る。   The sample period Ts (1 / fsamp) of the discrete-time AD converter 6 is an extremely short period of several hundred nanoseconds, and thus is insufficient as a time for completely converging the spike signal to the reference voltage level. Therefore, the Hall sensor 1 according to the present embodiment has a discrete-time AD converter 6 in the signal processing circuit of the Hall element 2, and the discrete-time AD converter 6 uses a buffer amplifier to provide a sample pause time that is a necessary configuration. 62f and 62g are assigned to the execution period of the exchange operation. Thereby, the Hall sensor 1 may have a configuration that can sufficiently ensure the settling time until the spike signal converges to the reference voltage level.

離散時間型AD変換器6がホール起電力信号をデジタル出力に変換する場合にサンプル休止時間が必須構成であることについて説明する。離散時間型AD変換器6は、連続時間方式のAD変換器と異なり、アナログ信号のサンプリングに伴う折り返しノイズが発生する。この折り返しノイズは、サンプリングを行うアナログ信号中に高周波ノイズが多く含まれるほど影響が大きくなる。特に、ホール素子2は、磁場を検出するセンサであり、ホール素子2周辺の電子機器が放射する高周波の電磁ノイズの影響を受けるため、折り返しノイズに対する対策が必要となる。この折り返しノイズを防止するには、サンプリングを行う回路の前段に高域遮断特性を備えた折り返し防止フィルタを配置して高周波ノイズを低減させる。本実施形態によるホールセンサ1は、離散時間型AD変換器6の前段に配置される増幅器4が、この折り返し防止フィルタとして機能する構成を有している。   It will be described that the sample pause time is an essential component when the discrete-time AD converter 6 converts the Hall electromotive force signal into a digital output. Unlike the continuous-time AD converter, the discrete-time AD converter 6 generates aliasing noise accompanying sampling of an analog signal. The aliasing noise becomes more significant as the high frequency noise is included in the analog signal to be sampled. In particular, the Hall element 2 is a sensor that detects a magnetic field, and is affected by high-frequency electromagnetic noise radiated by electronic equipment around the Hall element 2, and thus measures against aliasing noise are required. In order to prevent the aliasing noise, an anti-aliasing filter having a high-frequency cutoff characteristic is arranged in the preceding stage of the sampling circuit to reduce high frequency noise. The Hall sensor 1 according to the present embodiment has a configuration in which the amplifier 4 disposed in front of the discrete time AD converter 6 functions as the anti-folding filter.

ただし、この折り返し防止フィルタをホール素子の信号処理において使用した場合、ホール素子の出力信号には、ホール起電力信号と同等以上の大きさのオフセット信号が含まれる。ホール素子の駆動電流方向の切り替えに伴ってオフセット信号の極性が反転した際に、ホール素子の出力信号に折り返し防止フィルタで生じる遅延が生じる。これにより、オフセット信号が一定値に収束するまで、離散時間型AD変換器6のサンプリングを行えない時間が生じる。本実施形態によるホールセンサ1は、ホール素子2の信号処理を離散時間型AD変換器6でAD変換する際に、このサンプル休止時間を利用してバッファアンプ62f,62gの入れ替え動作を行い、スパイク信号の影響を低減するようになっている。   However, when this anti-folding filter is used in the signal processing of the Hall element, the output signal of the Hall element includes an offset signal having a magnitude equal to or larger than that of the Hall electromotive force signal. When the polarity of the offset signal is reversed in accordance with the switching of the drive current direction of the Hall element, a delay caused by the anti-aliasing filter occurs in the output signal of the Hall element. This causes a time during which the discrete time AD converter 6 cannot perform sampling until the offset signal converges to a constant value. The Hall sensor 1 according to the present embodiment performs the replacement operation of the buffer amplifiers 62f and 62g by using this sample pause time when the signal processing of the Hall element 2 is AD-converted by the discrete-time AD converter 6, and spikes are performed. The influence of the signal is reduced.

また、本実施形態において、折り返し防止フィルタ、すなわち増幅器4の遮断周波数fc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されることが好適である。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る。増幅器4の遮断周波数fcをナイキスト周波数以下に設定しておくと、サンプリング前に1/2・fsamp以上の周波数帯域のノイズが低減されるので、折り返しノイズの発生をほぼ0に抑えられる。   In the present embodiment, the anti-aliasing filter, that is, the cutoff frequency fc of the amplifier 4 is preferably set to be equal to or lower than a frequency of 1 / (2 · fsamp) called a Nyquist frequency. The aliasing noise is a phenomenon in which noise is concentrated in a frequency band of ½ · fsamp or less by sampling a high-frequency noise component. If the cutoff frequency fc of the amplifier 4 is set to be equal to or lower than the Nyquist frequency, noise in a frequency band of 1/2 · fsamp or more is reduced before sampling, and the occurrence of aliasing noise can be suppressed to almost zero.

また、オフセット信号が折り返し防止フィルタ通過後に一定値に収束するために要するオフセット電圧信号のセトリング時間は、折り返し防止フィルタの遮断周波数をfcとすると、一般に2.2τ(τ=1/(2πfc))で定義される。このため、離散時間型AD変換器6のサンプル休止時間は、ホール素子2の駆動電流方向の切り替え時から2.2τ(τ=1/(2πfc))以上の時間に設定することが好適である。   Further, the settling time of the offset voltage signal required for the offset signal to converge to a constant value after passing through the anti-aliasing filter is generally 2.2τ (τ = 1 / (2πfc)), where fc is the cutoff frequency of the anti-aliasing filter. Defined by For this reason, the sample pause time of the discrete time AD converter 6 is preferably set to a time of 2.2τ (τ = 1 / (2πfc)) or more from the time of switching the drive current direction of the Hall element 2. .

ここで、本実施形態によるホールセンサ1においてダイナミックエレメントマッチングを行った場合に、スパイク信号が積分器で積算される信号に影響しない理由について図7を用いて説明する。図7は、離散時間型AD変換器6に備えられた構成要素のうち、SC積分器62bの入力側に設けられたスイッチトキャパシタ回路601と、DEMスイッチ61a,61bと、バッファアンプ62f,62gとを示している。図7では、離散時間型AD変換器6内のSC積分器62bがサンプル休止時間におけるSC回路601のスイッチ601a〜601hの開閉状態が図示されている。   Here, the reason why the spike signal does not affect the signal integrated by the integrator when the dynamic element matching is performed in the Hall sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a switch capacitor circuit 601 provided on the input side of the SC integrator 62b, DEM switches 61a and 61b, buffer amplifiers 62f and 62g, among the components provided in the discrete time AD converter 6. Is shown. FIG. 7 illustrates the open / closed state of the switches 601a to 601h of the SC circuit 601 during the sample pause time of the SC integrator 62b in the discrete time AD converter 6.

図7に示すように、DEMスイッチ61a,61bには、制御信号生成部5(図7では不図示)のDEM信号出力端子に接続されてDEM信号Sdeを送信するための信号配線65が接続されている。DEMスイッチ61a,61bやバッファアンプ62fの容量及び種々の信号配線間に形成される容量などにより、信号配線65と信号配線66との間には、寄生容量64が形成される。信号配線66はアナログ信号パス63に含まれる配線である。信号配線66は、DEMスイッチ61aとバッファアンプ62fとを接続する配線であり、リファレンス電圧信号Vref(+)又はリファレンス電圧信号Vref(−)が送信される。信号配線65、DEM信号Sdeの極性が反転するタイミングで寄生容量64及び信号配線66を介して電荷Qがバッファアンプ62f内に混入する。その結果、バッファアンプ62fの出力信号にはスパイク状のスパイク信号Sskが発生する。   As shown in FIG. 7, the DEM switches 61a and 61b are connected to the signal wiring 65 for transmitting the DEM signal Sde connected to the DEM signal output terminal of the control signal generator 5 (not shown in FIG. 7). ing. A parasitic capacitance 64 is formed between the signal wiring 65 and the signal wiring 66 due to the capacitance of the DEM switches 61a and 61b and the buffer amplifier 62f and the capacitance formed between various signal wirings. The signal wiring 66 is a wiring included in the analog signal path 63. The signal wiring 66 is a wiring that connects the DEM switch 61a and the buffer amplifier 62f, and transmits the reference voltage signal Vref (+) or the reference voltage signal Vref (−). The charge Q is mixed into the buffer amplifier 62f through the parasitic capacitance 64 and the signal wiring 66 at the timing when the polarities of the signal wiring 65 and the DEM signal Sde are inverted. As a result, a spike-like spike signal Ssk is generated in the output signal of the buffer amplifier 62f.

図6に示すように、本実施形態によるホールセンサ1は、ダイナミックエレメントマッチングによるバッファアンプ62f,62gの入れ替えをサンプル休止時間に行うように調整されている。サンプル休止時間においてサンプル信号Sspの極性は、常に低レベルとなっている。このため、SC回路601のスイッチ601a〜601dは閉状態になり、スイッチ601e〜601hは開状態になる。スイッチ601e〜601hが開状態であると、SC回路601と演算増幅器602及び静電容量素子603,604(図3参照)とは電気的に切断される。さらに、サンプル休止時間は、駆動電流方向の切り替えからホール起電力信号が一定値に収束するのに必要な時間が確保されているが、ダイナミックエレメントマッチングに伴って発生するスパイク信号の電圧レベルが基準電位レベルに収束するために十分な時間である。このため、ダイナミックエレメントマッチングに伴って発生するスパイク信号は、演算増幅器602の出力信号の電圧値を決める静電容量素子603,604に混入せず、ホールセンサ1は、アナログ信号パス63において実行するダイナミックエレメントマッチングに伴って発生するスパイク信号の影響を除去できる。
ホールセンサ1は、ダイナミックエレメントマッチングを行う際に発生するスパイク信号の影響を除去できるタイミングで、ダイナミックエレメントマッチングを行ってから、ホール素子2のホール起電力に応じたアナログ信号を離散時間型AD変換器6でデジタル信号に変換する(AD変換ステップの一例)。
As shown in FIG. 6, the Hall sensor 1 according to the present embodiment is adjusted so that the buffer amplifiers 62f and 62g are replaced during the sample pause time by dynamic element matching. During the sample pause time, the polarity of the sample signal Ssp is always low. For this reason, the switches 601a to 601d of the SC circuit 601 are closed, and the switches 601e to 601h are opened. When the switches 601e to 601h are in the open state, the SC circuit 601, the operational amplifier 602, and the capacitive elements 603 and 604 (see FIG. 3) are electrically disconnected. In addition, the sample pause time is secured for the Hall electromotive force signal to converge to a constant value from the switching of the drive current direction, but the voltage level of the spike signal generated by dynamic element matching is the reference. Sufficient time to converge to the potential level. For this reason, the spike signal generated due to the dynamic element matching is not mixed in the capacitance elements 603 and 604 that determine the voltage value of the output signal of the operational amplifier 602, and the Hall sensor 1 is executed in the analog signal path 63. It is possible to eliminate the influence of the spike signal that occurs with the dynamic element matching.
The Hall sensor 1 performs the dynamic element matching at a timing at which the influence of the spike signal generated when performing the dynamic element matching can be removed, and then performs the discrete time AD conversion of the analog signal corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element 2 The digital signal is converted by the device 6 (an example of AD conversion step).

次に、関連技術の問題点について図8から図11を用いて説明する。
AD変換器を使用した場合、AD変換器自体の持つ誤差要因により、測定する信号の検出精度が劣化する問題が生じる。特許文献1では連続時間方式のΔΣAD変換器について、AD変換器の持つ誤差を低減するための回路技術が開示されている。一般にΔΣAD変換器は、装置内部にDA変換素子を複数個備えた構成となっている。そのDA変換素子間にミスマッチが生じると、AD変換器の出力信号から線形性が損なわれる問題が生じる。特許文献1には、回路を構成する種々の素子を順次入れ替えて使用する、ダイナミックエレメントマッチング(Dynamic Element Matching:DEM)と呼ばれる技術を用いることが開示されている。特許文献1には、ダイナミックエレメントマッチングを用い、DA変換素子を順次入れ替えて使用することで、DA変換素子間のばらつきの影響を除去し、線形性を向上させた、高精度の連続時間方式のΔΣ型AD変換器を実現できることが開示されている。
Next, problems of related technologies will be described with reference to FIGS.
When the AD converter is used, there is a problem that the detection accuracy of the signal to be measured is deteriorated due to an error factor of the AD converter itself. Patent Document 1 discloses a circuit technique for reducing an error of an AD converter for a continuous-time ΔΣ AD converter. In general, the ΔΣ AD converter has a configuration in which a plurality of DA conversion elements are provided inside the apparatus. When a mismatch occurs between the DA conversion elements, there is a problem that the linearity is impaired from the output signal of the AD converter. Patent Document 1 discloses using a technique called dynamic element matching (DEM) in which various elements constituting a circuit are sequentially replaced and used. Patent Document 1 discloses a high-accuracy continuous-time method that uses dynamic element matching and sequentially replaces DA conversion elements to eliminate the influence of variation between DA conversion elements and improve linearity. It is disclosed that a ΔΣ AD converter can be realized.

また、ホール素子の磁気感度は、温度や応力によって変化することが知られている。非特許文献2には、ホール素子からのアナログ信号を、連続時間方式のΔΣAD変換器でデジタル値に変換し、デジタル部の演算により、ホール素子の信号から温度や応力による変動を補正する技術が開示されている。
磁場の検出精度を向上させるには、前述したようなスピニングカレント法や、ダイナミックエレメントマッチングを備えたAD変換器を利用する必要がある。しかし、AD変換器でダイナミックエレメントマッチングを行う場合、前述のスパイク信号が寄生容量を介してAD変換器内に混入し、磁場検出の精度を劣化させる問題が生じる。以下、これらの問題点について詳述する。
Further, it is known that the magnetic sensitivity of the Hall element changes with temperature and stress. Non-Patent Document 2 discloses a technique in which an analog signal from a hall element is converted into a digital value by a delta-sigma AD converter of a continuous time method, and fluctuations due to temperature and stress are corrected from the hall element signal by a digital unit operation. It is disclosed.
In order to improve the detection accuracy of the magnetic field, it is necessary to use the spinning current method as described above and an AD converter equipped with dynamic element matching. However, when dynamic element matching is performed by an AD converter, the spike signal described above is mixed into the AD converter via a parasitic capacitance, causing a problem of degrading the accuracy of magnetic field detection. Hereinafter, these problems will be described in detail.

図8は、本実施形態によるホールセンサ1の関連技術のホールセンサに備えられた連続時間型ΔΣAD変換器のトランスコンダクタンスアンプ−容量(以下、「Gm−C」と略記する)積分器7の概略構成を示すブロック図である。図8(a)は、GM−C積分器7の概略構成を示し、図8(b)は、GM−C積分器7に設けられたGmアンプ71bの回路構成を示している。   FIG. 8 is a schematic of a transconductance amplifier-capacitance (hereinafter abbreviated as “Gm-C”) integrator 7 of a continuous time ΔΣ AD converter provided in the Hall sensor of the related technology of the Hall sensor 1 according to the present embodiment. It is a block diagram which shows a structure. FIG. 8A shows a schematic configuration of the GM-C integrator 7, and FIG. 8B shows a circuit configuration of the Gm amplifier 71 b provided in the GM-C integrator 7.

図8(a)に示すように、Gm−C積分器7は、不図示のホール素子が出力した信号が入力するDEMスイッチ71aと、DEMスイッチ71aが出力する信号が入力するGmアンプ71bとを有している。また、Gm−C積分器7は、Gmアンプ71bが出力した出力信号を切り替えるDEMスイッチ71cと、DEMスイッチ71cが出力する信号が入力するGmアンプ71dとを有している。さらに、Gm−C積分器7は、Gmアンプ71dの一方の入出力端子間に接続された静電容量素子71eと、Gmアンプ71dの他方の入出力端子間に接続された静電容量素子71fとを有している。   As shown in FIG. 8A, the Gm-C integrator 7 includes a DEM switch 71a that receives a signal output from a hall element (not shown) and a Gm amplifier 71b that receives a signal output from the DEM switch 71a. Have. The Gm-C integrator 7 includes a DEM switch 71c that switches an output signal output from the Gm amplifier 71b, and a Gm amplifier 71d that receives a signal output from the DEM switch 71c. Further, the Gm-C integrator 7 includes a capacitance element 71e connected between one input / output terminal of the Gm amplifier 71d and a capacitance element 71f connected between the other input / output terminal of the Gm amplifier 71d. And have.

図8(b)に示すように、Gmアンプ71bは、トランジスタ対710と、トランジスタ対710に流れる電流を生成する電流源711とを有している。Gmアンプ71bは、Gmアンプ71bに入力する入力信号VIN(+),VIN(−)を出力電流I(+),I(−)に変換する電圧電流変換素子である。Gmアンプ71bは、入力信号VIN(+),VIN(−)の電圧値に応じた電流値の出力電流I(+),I(−)を出力する。   As illustrated in FIG. 8B, the Gm amplifier 71 b includes a transistor pair 710 and a current source 711 that generates a current flowing through the transistor pair 710. The Gm amplifier 71b is a voltage-current conversion element that converts the input signals VIN (+) and VIN (−) input to the Gm amplifier 71b into output currents I (+) and I (−). The Gm amplifier 71b outputs output currents I (+) and I (−) having current values corresponding to the voltage values of the input signals VIN (+) and VIN (−).

Gmアンプ71bから出力した出力電流I(+),I(−)は、DEMスイッチ71cを介して静電容量素子71e,71fに充電される。Gmアンプ71dは、静電容量素子71e,71fに充電された電荷量に応じた電圧値の出力電圧VOUT(+),−VOUT(−)を出力する。Gmアンプ71bの出力電流I(+),I(−)は、入力信号VIN(+),VIN(−)が0(V)の場合、通常0(A)となる。しかしながら、Gmアンプ71bに備えられたトランジスタ対710を構成するトランジスタ710a及びトランジスタ710bのそれぞれの電気的特性に製造ばらつき等の要因によりミスマッチが生じると、Gmアンプ71bは、入力信号VIN(+),VIN(−)が0(V)であっても一定の出力電流I(+),I(−)を出力する。この現象は等価的にはGmアンプ71bの入力部にオフセット電圧Voff1が入力された場合に相当する。図8(a)では、このオフセット電圧Voff1は、DEMスイッチ71aとGmアンプ71bとの間に破線の○印によって模式的に表されている。
オフセット電圧Voff1を考慮した場合、連続時間型ΔΣAD変換器より出力されるデジタル出力信号は、以下の式(7)で表される。
The output currents I (+) and I (−) output from the Gm amplifier 71b are charged into the capacitive elements 71e and 71f via the DEM switch 71c. The Gm amplifier 71d outputs output voltages VOUT (+) and −VOUT (−) having voltage values corresponding to the charge amounts charged in the capacitive elements 71e and 71f. The output currents I (+) and I (−) of the Gm amplifier 71b are normally 0 (A) when the input signals VIN (+) and VIN (−) are 0 (V). However, if a mismatch occurs due to factors such as manufacturing variations in the electrical characteristics of the transistors 710a and 710b constituting the transistor pair 710 included in the Gm amplifier 71b, the Gm amplifier 71b receives the input signal VIN (+), Even if VIN (−) is 0 (V), constant output currents I (+) and I (−) are output. This phenomenon is equivalent to the case where the offset voltage Voff1 is input to the input portion of the Gm amplifier 71b. In FIG. 8A, this offset voltage Voff1 is schematically represented by a broken circle mark between the DEM switch 71a and the Gm amplifier 71b.
In consideration of the offset voltage Voff1, the digital output signal output from the continuous-time ΔΣ AD converter is expressed by the following equation (7).

Figure 0006159296
Figure 0006159296

式(7)に示すように、オフセット電圧Voff1を考慮したデジタル出力信号は、オフセット電圧を考慮していないデジタル出力信号(式(1)参照)と比較して、オフセット電圧Voff1の電圧分だけ誤差が生じる。オフセット電圧Voff1の影響を低減するために、図8に示す連続時間型ΔΣAD変換器は、Gmアンプ71bの入出力段に、入力信号VIN(+),VIN(−)を入力するトランジスタ710a,710bを入れ替える入力信号切替スイッチ71aを有している。さらに、連続時間型ΔΣ変換器は、トランジスタ710a,710bの切り替えに伴って反転するGmアンプ71bの出力の極性を再反転するDEMスイッチ71cを有している。入力信号切替スイッチ71a及びDEMスイッチ71cは、DEM信号Sdeの極性に基づいて制御される。   As shown in the equation (7), the digital output signal considering the offset voltage Voff1 has an error corresponding to the voltage of the offset voltage Voff1 compared to the digital output signal not considering the offset voltage (see equation (1)). Occurs. In order to reduce the influence of the offset voltage Voff1, the continuous-time ΔΣ AD converter shown in FIG. 8 has transistors 710a and 710b for inputting input signals VIN (+) and VIN (−) to the input / output stage of the Gm amplifier 71b. Has an input signal changeover switch 71a. Further, the continuous-time ΔΣ converter has a DEM switch 71c that re-inverts the polarity of the output of the Gm amplifier 71b that is inverted when the transistors 710a and 710b are switched. The input signal changeover switch 71a and the DEM switch 71c are controlled based on the polarity of the DEM signal Sde.

Gm−C積分器7に入力する入力信号VIN(+),VIN(−)は、Gmアンプ71dに入力するまでに、DEMスイッチ71a及びDEMスイッチ71cのそれぞれで1回ずつ合計2回切り替えられる。このため、入力信号VIN(+),VIN(−)は、復調してGmアンプ71dの非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)にそれぞれ入力される。これに対し、オフセット電圧Voff1は、Gmアンプ71dに入力するまでに、DEMスイッチ71cで1回のみ切り替えられる。このため、Gmアンプ71dの非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)には、DEM信号Sdeの極性反転に基づいて極性の反転したオフセット電圧Voff1が交互に入力される。   The input signals VIN (+) and VIN (−) input to the Gm-C integrator 7 are switched twice in total, once each by the DEM switch 71a and the DEM switch 71c before being input to the Gm amplifier 71d. For this reason, the input signals VIN (+) and VIN (−) are demodulated and input to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the Gm amplifier 71d, respectively. On the other hand, the offset voltage Voff1 is switched only once by the DEM switch 71c before being input to the Gm amplifier 71d. Therefore, the offset voltage Voff1 whose polarity is inverted based on the polarity inversion of the DEM signal Sde is alternately input to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the Gm amplifier 71d.

図9は、Gm−C積分器7の信号波形を示す図である。図9中の上段に示す「Sde」は、DEM信号の信号波形を示し、下段に示す「Sis」は、Gmアンプ71dの非反転入力端子(+)に入力する入力信号の信号波形を示している。図9中の上段の縦軸は電圧を示し、下段の縦軸は電流を示し、横軸は時間を示している。図9中の左から右に向かって時の経過が示されている。   FIG. 9 is a diagram illustrating a signal waveform of the Gm-C integrator 7. “Sde” shown in the upper part of FIG. 9 indicates the signal waveform of the DEM signal, and “Sis” shown in the lower part indicates the signal waveform of the input signal input to the non-inverting input terminal (+) of the Gm amplifier 71d. Yes. In FIG. 9, the upper vertical axis indicates voltage, the lower vertical axis indicates current, and the horizontal axis indicates time. The passage of time is shown from left to right in FIG.

図9に示すように、DEM信号Sdeの極性が反転すると、Gmアンプ71dに入力する入力信号の極性も反転する。DEM信号Sdeの極性が高レベルの場合には、入力信号の電流レベルは高レベルとなり、DEM信号Sdeの極性が低レベルの場合には、入力信号の電流レベルは低レベルとなる。入力信号が高レベルのときの電流値は、Voff1・Gmとなり、入力信号が低レベルのときの電流値は、−Voff1・Gmとなる。ここで、「Voff1」は、オフセット電圧Voff1の電圧値を表し、「Gm」はGmアンプ71bのトランスコンダクタンスを表している。Gmアンプ71dに入力する入力信号が高レベルの電流値と低レベルの電流値とは絶対値が同じである。DEMスイッチ71a及びDEMスイッチ71cの入出力の接続状態を切り替えることによってGmアンプ71b内のトランジスタ710a,710bに入力する入力信号VIN(+),VIN(−)の切り替え動作を行うと、Gm71dの出力信号には、正のオフセット電圧Voff1と負のオフセット電圧Voff1とが交互に混入する。Gmアンプ71dの出力信号が入力する1ビット量子化器(不図示)のデジタル出力信号はGmアンプ71dの出力信号をデジタル出力信号に変換して得られる。このため、連続時間型ΔΣAD変換器のデジタル出力信号にも、正のオフセット電圧Voff1と負のオフセット電圧Voff1とが交互に混入する。1ビット量子化器から出力されたデジタル出力信号は、1ビット量子化器の後段に設けられたデジタルフィルタ(不図示)によって平均化される。DA変換素子(不図示)が出力するリファレンス信号をVref(+),Vref(−)とすると、連続時間型ΔΣAD変換器が出力するデジタル出力信号は、以下の式(8)で表すことができる。

Figure 0006159296
式(8)に示すように、連続時間型ΔΣAD変換器が出力するデジタル出力信号からオフセット電圧Voff1に起因する誤差は除去される。
連続時間型ΔΣAD変換器がダイナミックエレメントマッチング機能を備えていてもGmアンプに生じるオフセット電圧の影響が完全に除去されるのは寄生容量などが生じていない理想的な場合である。ここで、ダイナミックエレメントマッチング機能を備えたGm−C積分器の出力信号の誤差の要因となる寄生容量を考慮した場合について説明する。図10は、寄生容量を考慮した場合の連続時間型ΔΣAD変換器のGm−C積分器7の概略構成を示すブロック図である。 As shown in FIG. 9, when the polarity of the DEM signal Sde is inverted, the polarity of the input signal input to the Gm amplifier 71d is also inverted. When the polarity of the DEM signal Sde is high, the current level of the input signal is high. When the polarity of the DEM signal Sde is low, the current level of the input signal is low. The current value when the input signal is high is Voff1 · Gm, and the current value when the input signal is low is −Voff1 · Gm. Here, “Voff1” represents the voltage value of the offset voltage Voff1, and “Gm” represents the transconductance of the Gm amplifier 71b. The absolute value of the high-level current value and the low-level current value of the input signal input to the Gm amplifier 71d is the same. When the input signals VIN (+) and VIN (−) input to the transistors 710a and 710b in the Gm amplifier 71b are switched by switching the input / output connection states of the DEM switch 71a and the DEM switch 71c, the output of the Gm 71d A positive offset voltage Voff1 and a negative offset voltage Voff1 are mixed in the signal alternately. A digital output signal of a 1-bit quantizer (not shown) to which the output signal of the Gm amplifier 71d is input is obtained by converting the output signal of the Gm amplifier 71d into a digital output signal. For this reason, the positive offset voltage Voff1 and the negative offset voltage Voff1 are alternately mixed in the digital output signal of the continuous-time ΔΣ AD converter. The digital output signal output from the 1-bit quantizer is averaged by a digital filter (not shown) provided after the 1-bit quantizer. If the reference signals output from the DA conversion element (not shown) are Vref (+) and Vref (−), the digital output signal output from the continuous-time ΔΣ AD converter can be expressed by the following equation (8). .
Figure 0006159296
As shown in Expression (8), the error due to the offset voltage Voff1 is removed from the digital output signal output from the continuous-time ΔΣ AD converter.
Even if the continuous-time ΔΣ AD converter has a dynamic element matching function, the effect of the offset voltage generated in the Gm amplifier is completely removed in an ideal case where no parasitic capacitance is generated. Here, a case where a parasitic capacitance that causes an error in the output signal of the Gm-C integrator having the dynamic element matching function is considered will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of the Gm-C integrator 7 of the continuous time ΔΣ AD converter in consideration of the parasitic capacitance.

図10に示すように、DEM信号Sdeが送信される信号配線72とGmアンプ71bの入力部の信号配線73と間には、DEMスイッチ71bの容量や信号配線72,73間に生じる容量によって寄生容量75が存在する。このため、DEM信号Sdeの極性が反転するタイミングで寄生容量75を介して電荷+Q,−QがGm−C積分器7内に混入してスパイク状のノイズが発生する。   As shown in FIG. 10, there is a parasitic between the signal wiring 72 to which the DEM signal Sde is transmitted and the signal wiring 73 at the input portion of the Gm amplifier 71b due to the capacitance of the DEM switch 71b and the capacitance generated between the signal wirings 72 and 73. A capacity 75 exists. For this reason, charges + Q and -Q are mixed into the Gm-C integrator 7 via the parasitic capacitance 75 at the timing when the polarity of the DEM signal Sde is inverted, and spike noise is generated.

図11は、寄生容量75を考慮した場合のGm−C積分器7の信号波形を示す図である。図11中の上段に示す「Sde」はDEM信号の信号波形を示し、中段に示す「Ssk1」はGmアンプ71bに入力されるスパイク信号の信号波形を示し、下段に示す「Ssk2」はGmアンプ71dに入力されるスパイク信号の信号波形を示している。縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。図11中の左から右に向かって時の経過が示されている。   FIG. 11 is a diagram illustrating a signal waveform of the Gm-C integrator 7 when the parasitic capacitance 75 is considered. “Sde” shown in the upper part of FIG. 11 shows the signal waveform of the DEM signal, “Ssk1” shown in the middle part shows the signal waveform of the spike signal input to the Gm amplifier 71b, and “Ssk2” shown in the lower part shows the Gm amplifier. The signal waveform of the spike signal input to 71d is shown. The vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. The passage of time is shown from left to right in FIG.

図11に示すように、DEM信号Sdeの極性が反転するタイミングでスパイク状のスパイク信号Ssk1が発生する。スパイク信号Ssk1は、急峻に立ち上がり又は立ち下がりその後元の電圧レベルに収束する。DEM信号Sdeの電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる場合には急峻に立ち上がるスパイク信号が発生する。一方、DEM信号Sdeの電圧レベルが高レベルから低レベルに切り替わる場合には急峻に立ち下がるスパイク信号が発生する。正極側に急峻に立ち上がるスパイク信号と、負極側に急峻に立ち下がるスパイク信号とはGmアンプ71bの入力部に交互に発生する。DEMスイッチ71eでGmアンプ71bの出力信号の反転動作が行われると、Gmアンプ71bの入力側に発生するスパイク信号Ssk2は、図11中の下段に示すように、同じ極性のスパイク信号としてGmアンプ71dに入力される。スパイク信号Ssk2は、デジタルフィルタにより平均化されるが、同じ極性であるため、平均化後もオフセット電圧Voff2として残存する。この場合に、連続時間型ΔΣAD変換器が出力するデジタル出力信号は、以下の式(9)で表すことができる。

Figure 0006159296
As shown in FIG. 11, a spike-like spike signal Ssk1 is generated at the timing when the polarity of the DEM signal Sde is inverted. The spike signal Ssk1 rises or falls steeply and then converges to the original voltage level. When the voltage level of the DEM signal Sde is switched from a low level to a high level, a spike signal that rises sharply is generated. On the other hand, when the voltage level of the DEM signal Sde is switched from a high level to a low level, a spike signal that falls sharply is generated. The spike signal that rises sharply on the positive electrode side and the spike signal that falls sharply on the negative electrode side are alternately generated at the input portion of the Gm amplifier 71b. When the output signal of the Gm amplifier 71b is inverted by the DEM switch 71e, the spike signal Ssk2 generated on the input side of the Gm amplifier 71b is a Gm amplifier as a spike signal having the same polarity as shown in the lower part of FIG. 71d. The spike signal Ssk2 is averaged by the digital filter, but since it has the same polarity, it remains as the offset voltage Voff2 even after averaging. In this case, the digital output signal output from the continuous time ΔΣ AD converter can be expressed by the following equation (9).
Figure 0006159296

ダイナミックエレメントマッチングによってGmアンプ71b内のトランジスタ710a,710bのミスマッチに起因するオフセット電圧Voff1の影響の低減を図っても、連続時間型ΔΣAD変換器にはスパイク信号に起因する新たなオフセット電圧Voff2が生じる。また、ホール素子から出力される磁場に依存するホール起電力信号は、数μVから数mV程度の微弱な電圧である。このため、スパイク信号に起因するオフセット電圧Voff2によって生じるデジタル出力信号の誤差は無視できない大きさとなる。   Even if the effect of the offset voltage Voff1 due to the mismatch between the transistors 710a and 710b in the Gm amplifier 71b is reduced by dynamic element matching, a new offset voltage Voff2 due to the spike signal is generated in the continuous-time ΔΣ AD converter. . The Hall electromotive force signal that depends on the magnetic field output from the Hall element is a weak voltage of about several μV to several mV. For this reason, the error of the digital output signal caused by the offset voltage Voff2 caused by the spike signal becomes a magnitude that cannot be ignored.

近年、ホール素子を使った磁場検出装置の技術分野では、高精度・高分解能な磁場検出装置が求められるようになっている。本願発明者らは、上述のスパイク信号に起因する新たなオフセット電圧が生じることを発見し、これが磁場検出装置の高精度化の妨げになることを見出した。
このスパイク信号を生じさせないようにすることは困難であるため、鋭意検討した結果、本願発明者らは、離散時間型AD変換器を採用し、ホール素子のホール起電力に応じた第1のアナログ信号をサンプリングしないサンプリング非実行期間に、第1のアナログ信号が送信されるアナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングを行うことで、スパイク信号の影響が低減され、高精度かつ高分解能なホールセンサの作製に成功した。
In recent years, in the technical field of magnetic field detection devices using Hall elements, high-precision and high-resolution magnetic field detection devices have been required. The inventors of the present application discovered that a new offset voltage is generated due to the spike signal described above, and found that this hinders high accuracy of the magnetic field detection device.
Since it is difficult to prevent the spike signal from being generated, as a result of intensive studies, the inventors of the present application employ a discrete time AD converter, and the first analog corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element. By performing dynamic element matching of the analog signal path where the first analog signal is transmitted during the sampling non-execution period when the signal is not sampled, the influence of the spike signal is reduced, and a highly accurate and high resolution Hall sensor is produced. Successful.

(変形例)
次に、本実施形態の変形例によるホールセンサ1について図1を参照しつつ図12を用いて説明する。本変形例によるホールセンサ1は、増幅器4と離散時間型AD変換器6との間に変調スイッチ11及び復調スイッチ9を備えている点に特徴を有している。以下、図1に示すホールセンサ1と異なる点のみを簡述する。また、図1に示すホールセンサ1と同一の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Modification)
Next, a hall sensor 1 according to a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. The Hall sensor 1 according to this modification is characterized in that a modulation switch 11 and a demodulation switch 9 are provided between the amplifier 4 and the discrete time AD converter 6. Only the differences from the Hall sensor 1 shown in FIG. 1 will be described below. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the component which show | plays the same effect | action and function as the Hall sensor 1 shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

電流方向切替スイッチ31でホール素子2のオフセット電圧の極性を反転させる場合、図1に示すように、増幅器4の出力は離散時間型AD変換器6に直接入力される構成となる。一方、ホール起電力信号の極性を反転させる場合、図12に示すように、ホールセンサ1は、離散時間型AD変換器6に設けられた変調スイッチ11と復調スイッチ9とを有している。変調スイッチ11は増幅器4の前段に設けられ、復調スイッチ9は増幅器4の後段に設けられている。変調スイッチ11は、電流方向切替スイッチ31から出力された2つのホール起電力信号を切り替えて増幅器4の非反転入力端子(+)と非反転入力端子(−)に交互に入力する構成を有する。復調スイッチ9は、増幅器4から出力されるホール起電力信号を入力する前に、ホール起電力信号を直流信号に戻す構成を有する。   When the polarity of the offset voltage of the Hall element 2 is inverted by the current direction changeover switch 31, the output of the amplifier 4 is directly input to the discrete time AD converter 6 as shown in FIG. On the other hand, when the polarity of the Hall electromotive force signal is inverted, the Hall sensor 1 includes a modulation switch 11 and a demodulation switch 9 provided in the discrete time AD converter 6 as shown in FIG. The modulation switch 11 is provided before the amplifier 4, and the demodulation switch 9 is provided after the amplifier 4. The modulation switch 11 has a configuration in which the two Hall electromotive force signals output from the current direction changeover switch 31 are switched and input alternately to the non-inverting input terminal (+) and the non-inverting input terminal (−) of the amplifier 4. The demodulating switch 9 is configured to return the Hall electromotive force signal to a DC signal before inputting the Hall electromotive force signal output from the amplifier 4.

また、スピニングカレント法は、磁場強度に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」の信号とオフセット電圧Voffとを分離する技術である。図1に示すホールセンサ1では、ホール素子2の駆動電流方向の切り替えに伴ってオフセット電圧を反転させている(図6参照)。これに対し、本変形例によるホールセンサ1は、電流方向切替スイッチ31と増幅器4の接続方法を変更することにより90°方向に駆動電流を通電した際のホール起電力信号Vh(90)を反転させることで、磁場に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」を反転させる構成となっている。変調スイッチ11はVh(90)の極性を反転させるスイッチであり、増幅器4へ入力されるホール起電力信号Vh(0)及びホール起電力信号Vh(90)は、以下の式(10)及び式(11)で表される。すなわち、増幅器4へ入力されるホール起電力信号Vh(90)は、増幅器4へ入力されるホール起電力信号Vh(0)に対して磁場に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」が反転した信号となる。
Vh(0)=Vh(+)−Vh(−)−Voff ・・・(10)
Vh(90)=−(Vh(+)−Vh(−))−Voff ・・・(11)
The spinning current method is a technique for separating a signal of a potential difference “Vh (+) − Vh (−)” depending on the magnetic field strength and an offset voltage Voff. In the Hall sensor 1 shown in FIG. 1, the offset voltage is inverted in accordance with the switching of the drive current direction of the Hall element 2 (see FIG. 6). In contrast, the Hall sensor 1 according to this modification inverts the Hall electromotive force signal Vh (90) when the drive current is supplied in the 90 ° direction by changing the connection method of the current direction changeover switch 31 and the amplifier 4. Thus, the potential difference “Vh (+) − Vh (−)” depending on the magnetic field is inverted. The modulation switch 11 is a switch that inverts the polarity of Vh (90). The Hall electromotive force signal Vh (0) and the Hall electromotive force signal Vh (90) input to the amplifier 4 are expressed by the following equations (10) and (10). It is represented by (11). That is, the Hall electromotive force signal Vh (90) input to the amplifier 4 is different from the Hall electromotive force signal Vh (0) input to the amplifier 4 by the potential difference “Vh (+) − Vh (−) depending on the magnetic field. "Is an inverted signal.
Vh (0) = Vh (+) − Vh (−) − Voff (10)
Vh (90) = − (Vh (+) − Vh (−)) − Voff (11)

ホール素子2から出力されたホール起電力Vh(90)は、変調スイッチ11で極性の反転動作が行われた後、増幅器4によって増幅され、復調スイッチ9により極性が再反転される。復調スイッチ9の通過後に磁場に依存する電位差「Vh(+)−Vh(−)」の信号は直流に戻る。一方、オフセット信号Voffはホール素子2の駆動電流方向によって極性が反転する。そのため、復調スイッチ9から出力されるホール起電力信号は、前述の式(5)及び式(6)で表される信号と等しくなり、離散時間型AD変換部に入力される。この場合、ホールセンサ1の製造時のばらつきに伴って発生する、増幅器4の持つオフセット電圧に関しても、ホール素子2の持つオフセット電圧Voffと同様に極性の反転が行われる。このため、増幅器4の持つオフセット電圧もホール素子2の持つオフセット電圧Voffと同時にデジタルフィルタ62dにより取り除くことが可能である。   The Hall electromotive force Vh (90) output from the Hall element 2 is subjected to a polarity inversion operation by the modulation switch 11, and then amplified by the amplifier 4, and the polarity is reinverted by the demodulation switch 9. After passing through the demodulation switch 9, the signal of the potential difference “Vh (+) − Vh (−)” depending on the magnetic field returns to direct current. On the other hand, the polarity of the offset signal Voff is inverted depending on the drive current direction of the Hall element 2. Therefore, the Hall electromotive force signal output from the demodulation switch 9 is equal to the signals expressed by the above-described equations (5) and (6), and is input to the discrete-time AD converter. In this case, the polarity of the offset voltage of the amplifier 4 that is generated due to variations in the manufacturing of the Hall sensor 1 is also reversed in the same manner as the offset voltage Voff of the Hall element 2. Therefore, the offset voltage of the amplifier 4 can be removed by the digital filter 62d simultaneously with the offset voltage Voff of the Hall element 2.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態によるホールセンサ及びホール起電力検出方法について図1を参照しつつ図13及び図14を用いて説明する。本実施形態によるホールセンサは、上記第1の実施形態によるホールセンサ1と比較して、全体構成は同一であるものの、離散時間型AD変換器の構成が異なっている。したがって、以下、本実施形態によるホールセンサについて、上記第1の実施形態によるホールセンサ1と異なる点のみを説明する。
[Second Embodiment]
Next, a Hall sensor and Hall electromotive force detection method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14 while referring to FIG. The Hall sensor according to the present embodiment has the same overall configuration as the Hall sensor 1 according to the first embodiment, but is different in the configuration of the discrete-time AD converter. Therefore, only the points of the Hall sensor according to the present embodiment that are different from the Hall sensor 1 according to the first embodiment will be described below.

図13は、本実施形態によるホールセンサに備えられた離散時間型AD変換器6の概略構成を示すブロック図である。図13に示すように、本実施形態における離散時間型AD変換器6は、上記第1の実施形態における離散時間型AD変換器6と同様に、サンプリング非実行期間とサンプリング実行期間とを有し、サンプリング実行期間にサンプリングした第1のアナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。上記第1の実施形態と同様に、第1のアナログ信号は、入力信号VIN(+),VIN(−)からリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)を減算した信号が相当する。   FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of the discrete-time AD converter 6 provided in the Hall sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 13, the discrete time AD converter 6 in the present embodiment has a sampling non-execution period and a sampling execution period in the same manner as the discrete time AD converter 6 in the first embodiment. The first analog signal sampled during the sampling execution period is converted into a digital signal. Similar to the first embodiment, the first analog signal corresponds to a signal obtained by subtracting the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) from the input signals VIN (+) and VIN (−).

図13に示すように、離散時間型AD変換器6は、AD変換部62と、DEM部61とを有している。AD変換部62は、減算器62aと、制御信号生成部5(図1参照)から出力されたサンプル信号Sspの極性に応じて積分動作を行うSC積分器62bと、サンプル信号Sspに応じて+1又は−1の出力を更新する1ビット量子化器(クロックトコンパレータ)62cとを有している。また、AD変換部62は、1ビット量子化器62cの出力信号が入力するデジタルフィルタ62dと、1ビット量子化器62cの出力信号が入力するDA変換素子62eと、DA変換素子62eから出力されるリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)の各電圧信号を保持するバッファアンプ62f及びバッファアンプ62gとを有している。   As illustrated in FIG. 13, the discrete time AD converter 6 includes an AD conversion unit 62 and a DEM unit 61. The AD converter 62 includes a subtractor 62a, an SC integrator 62b that performs an integration operation according to the polarity of the sample signal Ssp output from the control signal generator 5 (see FIG. 1), and a +1 according to the sample signal Ssp. Or a 1-bit quantizer (clocked comparator) 62c for updating the output of -1. The AD conversion unit 62 outputs the digital filter 62d to which the output signal of the 1-bit quantizer 62c is input, the DA conversion element 62e to which the output signal of the 1-bit quantizer 62c is input, and the DA conversion element 62e. A buffer amplifier 62f and a buffer amplifier 62g for holding the voltage signals of the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−).

DEM部61は、SC積分器62bの入出力端子に設けられている。DEM部61は、DEM信号Sdeの極性に従って入出力の接続を入れ替えるDEMスイッチ61a及びDEMスイッチ61bを有している。DEMスイッチ61aはSC積分器62bの入力側に設けられ、DEMスイッチ61bはSC積分器62bの出力側に設けられている。DEMスイッチ61aは、減算器62aが出力する第1のアナログ信号が入力する。第1のアナログ信号は差動信号である。DEMスイッチ61aは、差動信号の正側及び差動信号の負側を入力可能なように2つの入力端子と、入力した第1のアナログ信号をSC積分器62bに出力する2つの出力端子とを有している。出力端子の一方は、第1のアナログ信号を構成する差動信号の正側を出力し、出力端子の他方は、第1のアナログ信号を構成する差動信号の負側を出力する。   The DEM unit 61 is provided at the input / output terminal of the SC integrator 62b. The DEM unit 61 includes a DEM switch 61a and a DEM switch 61b that switch input / output connections according to the polarity of the DEM signal Sde. The DEM switch 61a is provided on the input side of the SC integrator 62b, and the DEM switch 61b is provided on the output side of the SC integrator 62b. The DEM switch 61a receives the first analog signal output from the subtractor 62a. The first analog signal is a differential signal. The DEM switch 61a has two input terminals so that the positive side of the differential signal and the negative side of the differential signal can be input, and two output terminals that output the input first analog signal to the SC integrator 62b. have. One of the output terminals outputs the positive side of the differential signal that constitutes the first analog signal, and the other of the output terminals outputs the negative side of the differential signal that constitutes the first analog signal.

DEMスイッチ61bは、SC積分器62bが積分した第1のアナログ信号が入力する。SC積分器62bは、第1のアナログ信号を構成する正側及び差動信号の負側のいずれも積分する。このため、DEMスイッチ61bは、積分された差動信号の正側及び負側を入力可能なように2つの入力端子を有している。また、DEMスイッチ61bは、入力した第1のアナログ信号を1ビット量子化器62cに出力する2つの出力端子を有している。出力端子の一方は、第1のアナログ信号を構成する差動信号の正側を出力し、出力端子の他方は、第1のアナログ信号を構成する差動信号の負側を出力する。   The DEM switch 61b receives the first analog signal integrated by the SC integrator 62b. The SC integrator 62b integrates both the positive side constituting the first analog signal and the negative side of the differential signal. For this reason, the DEM switch 61b has two input terminals so that the positive side and the negative side of the integrated differential signal can be input. The DEM switch 61b has two output terminals for outputting the input first analog signal to the 1-bit quantizer 62c. One of the output terminals outputs the positive side of the differential signal that constitutes the first analog signal, and the other of the output terminals outputs the negative side of the differential signal that constitutes the first analog signal.

DEM部61は、第1のアナログ信号が送信されるアナログ信号パス68に設けられている。アナログ信号パス68は、減算器62a、SC積分器62b及び1ビット量子化器62cで構成されている。
DEMスイッチ61a,61bはそれぞれ、DEM信号Sdeの極性に応じて、一方の入力端子と一方の出力端子とを接続するとともに他方の入力端子と他方の出力端子とを接続したり、一方の入力端子と他方の出力端子とを接続するとともに他方の入力端子と一方の出力端子とを接続したりする。DEM部61は、DEMスイッチ61a,61bのそれぞれの入出力端子の接続関係を切り替えることによりアナログ信号パス68のダイナミックエレメントマッチングを行うようになっている。
The DEM unit 61 is provided in an analog signal path 68 through which the first analog signal is transmitted. The analog signal path 68 includes a subtractor 62a, an SC integrator 62b, and a 1-bit quantizer 62c.
Each of the DEM switches 61a and 61b connects one input terminal and one output terminal and connects the other input terminal and the other output terminal in accordance with the polarity of the DEM signal Sde. And the other output terminal and the other input terminal and one output terminal are connected to each other. The DEM unit 61 performs dynamic element matching of the analog signal path 68 by switching the connection relationship between the input / output terminals of the DEM switches 61a and 61b.

SC積分器62bは、演算増幅器602(図3参照)を有している。演算増幅器602は、非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)の入力部に差動対の2つのトランジスタ(不図示)を有している。この2つのトランジスタの電気的特性等のミスマッチにより、演算増幅器602の出力電圧にはオフセット電圧Voff3が生じる。図13では、このオフセット電圧Voff3は、DEMスイッチ61aとSC積分器62bとの間に○印で模式的に表されている。本実施形態によるホールセンサは、オフセット電圧Voff3を演算増幅器602の出力電圧から除去するためにDEMスイッチ61a,61bをSC積分器62bの入出力側に設けた構成を有している。これにより、図8及び図9を用いて説明したように、本実施形態によるホールセンサは、DEM信号Sdeの極性に応じて演算増幅器602の差動対を構成する2つのトランジスタを入れ替えて使用できるため演算増幅器602の出力電圧からオフセット電圧Voff3を除去することができる。本実施形態において、DEM信号Sdeの極性が高レベルの場合のデジタル出力信号は、以下の式(12)で表され、DEM信号Sdeの極性が低レベルの場合のデジタル出力信号は、以下の式(13)で表される。

Figure 0006159296
The SC integrator 62b has an operational amplifier 602 (see FIG. 3). The operational amplifier 602 has two transistors (not shown) of a differential pair at the input parts of the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−). Due to a mismatch in the electrical characteristics or the like of the two transistors, an offset voltage Voff3 is generated in the output voltage of the operational amplifier 602. In FIG. 13, this offset voltage Voff3 is schematically represented by a circle between the DEM switch 61a and the SC integrator 62b. The Hall sensor according to the present embodiment has a configuration in which DEM switches 61a and 61b are provided on the input / output side of the SC integrator 62b in order to remove the offset voltage Voff3 from the output voltage of the operational amplifier 602. Accordingly, as described with reference to FIGS. 8 and 9, the Hall sensor according to the present embodiment can be used by replacing two transistors constituting the differential pair of the operational amplifier 602 according to the polarity of the DEM signal Sde. Therefore, the offset voltage Voff3 can be removed from the output voltage of the operational amplifier 602. In the present embodiment, the digital output signal when the polarity of the DEM signal Sde is high is expressed by the following equation (12), and the digital output signal when the polarity of the DEM signal Sde is low is expressed by the following equation: It is represented by (13).
Figure 0006159296

DEM信号Sdeの極性が高レベルのときに1ビット量子化器62cが出力するデジタル出力信号と、DEM信号Sdeの極性が低レベルの時に1ビット量子化器62cが出力するデジタル出力信号とは、デジタルフィルタ62dで平均化される。このため、デジタル出力信号に重畳しているオフセット電圧Voff3は除去される。すなわち、式(12)及び式(13)における「Voff3」の項は相殺される。   The digital output signal output by the 1-bit quantizer 62c when the polarity of the DEM signal Sde is high and the digital output signal output by the 1-bit quantizer 62c when the polarity of the DEM signal Sde is low are: It is averaged by the digital filter 62d. For this reason, the offset voltage Voff3 superimposed on the digital output signal is removed. That is, the term “Voff3” in the equations (12) and (13) is canceled.

本実施形態におけるDEM動作は、DEM信号Sdeが極性反転することによって生じるスパイク信号の影響を離散時間型AD変換器6が出力するデジタル出力信号に与えないために、上記第1の実施形態と同様に、サンプル休止時間内で実行される。ここで、本実施形態によるホールセンサでのサンプル休止時間における1ビット量子化器62cの入力部のスイッチの開閉状態について図14を用いて説明する。図14は、1ビット量子化器62cの内部構成とともに、サンプル休止時間におけるスイッチ606a,606bの開閉状態を示す図である。また、図14には、理解を容易にするため、1ビット量子化器62cに接続されたDEMスイッチ61bと、DEMスイッチ61bに接続されたSC積分器62bと、SC積分器62bに接続されたDEMスイッチ61aとが併せて図示されている。   The DEM operation in the present embodiment is the same as that in the first embodiment in order not to affect the digital output signal output from the discrete time AD converter 6 by the influence of the spike signal generated by the polarity inversion of the DEM signal Sde. At a sample pause time. Here, the open / close state of the switch of the input unit of the 1-bit quantizer 62c during the sample pause time in the Hall sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating an open / close state of the switches 606a and 606b during the sample pause time, together with the internal configuration of the 1-bit quantizer 62c. Further, in FIG. 14, for easy understanding, the DEM switch 61b connected to the 1-bit quantizer 62c, the SC integrator 62b connected to the DEM switch 61b, and the SC integrator 62b are connected. A DEM switch 61a is also illustrated.

図14に示すように、1ビット量子化器62cは、DEMスイッチ61bの一方の出力端子から出力された出力信号が入力するスイッチ606aと、DEMスイッチ61bの他方の出力端子から出力された出力信号が入力するスイッチ606bとを有している。また、1ビット量子化器62cは、スイッチ606a,606bのそれぞれから出力された出力信号が入力する比較器605を有している。さらに、1ビット量子化器62cは、比較器605の一方の入力端子及びスイッチ606aの出力端子に一方の電極が接続され、他方の電極が基準電位となる静電容量素子607aと、比較器605の他方の入力端子及びスイッチ606bの出力端子に一方の電極が接続され、他方の電極が基準電位となる静電容量素子607bとを有している。   As shown in FIG. 14, the 1-bit quantizer 62c includes a switch 606a to which an output signal output from one output terminal of the DEM switch 61b is input, and an output signal output from the other output terminal of the DEM switch 61b. Switch 606b. The 1-bit quantizer 62c includes a comparator 605 to which output signals output from the switches 606a and 606b are input. Further, the 1-bit quantizer 62c includes a capacitance element 607a in which one electrode is connected to one input terminal of the comparator 605 and the output terminal of the switch 606a, and the other electrode serves as a reference potential, and the comparator 605. One electrode is connected to the other input terminal and the output terminal of the switch 606b, and the other electrode has a capacitance element 607b having a reference potential.

1ビット量子化器62cは、制御信号生成部5(図1参照)が出力するサンプル信号Sspの極性反転に同期して+1または−1の出力が更新されるクロックトコンパレータで構成されている。1ビット量子化器62cは、スイッチ606a,606bが閉状態の間に静電容量素子607a,607bにSC積分器62bの出力信号の信号レベルに応じた電荷を蓄積する。また、1ビット量子化器62cは、スイッチ606a,606bが閉状態から開状態に切り替わるタイミングで静電容量素子607a,607bに蓄積している電荷量の大小に応じて比較器605の出力を更新する。サンプル休止時間ではスイッチ606a,606bは常に開状態となっている。また、DEM信号Sdeは、サンプル休止時間に反転するように設定されている。さらに、サンプル休止時間は、スパイク信号Sskが基準電位レベルに収束するのに十分な期間となるように設定されている。このため、DEM信号Sdeが送信される信号配線65とDEMスイッチ61aとSC積分器62bとを接続する信号配線67との間に形成される寄生容量66に起因するスパイク信号Sskが、SC積分器62bに入力され、DEMスイッチ61bを介して1ビット量子化器62cに入力したとしても、静電容量素子607a,607bには蓄積されない。これにより、静電容量素子602b,602cに保持された電荷量は一定値を維持する。したがって、本実施形態によるホールセンサはデジタル出力信号からスパイク信号の影響を除去できる。   The 1-bit quantizer 62c is composed of a clocked comparator whose output of +1 or −1 is updated in synchronization with the polarity inversion of the sample signal Ssp output from the control signal generator 5 (see FIG. 1). The 1-bit quantizer 62c accumulates charges according to the signal level of the output signal of the SC integrator 62b in the capacitive elements 607a and 607b while the switches 606a and 606b are closed. The 1-bit quantizer 62c updates the output of the comparator 605 according to the amount of charge accumulated in the capacitance elements 607a and 607b at the timing when the switches 606a and 606b are switched from the closed state to the open state. To do. During the sample pause time, the switches 606a and 606b are always open. The DEM signal Sde is set so as to be inverted during the sample pause time. Further, the sample pause time is set to be a period sufficient for the spike signal Ssk to converge to the reference potential level. Therefore, the spike signal Ssk caused by the parasitic capacitance 66 formed between the signal wiring 65 to which the DEM signal Sde is transmitted and the signal wiring 67 connecting the DEM switch 61a and the SC integrator 62b is converted into the SC integrator. Even if it is input to 62b and input to the 1-bit quantizer 62c via the DEM switch 61b, it is not accumulated in the capacitive elements 607a and 607b. As a result, the charge amount held in the capacitive elements 602b and 602c maintains a constant value. Therefore, the Hall sensor according to the present embodiment can remove the influence of the spike signal from the digital output signal.

〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態について図1を参照しつつ図15及び図16を用いて説明する。本実施形態によるホールセンサは、上記第1の実施形態によるホールセンサ1と比較して、全体構成は同一であるものの、離散時間型AD変換器の構成が異なっている。本実施形態によるホールセンサは、ダイナミックエレメントマッチングを行うAD変換器として離散時間方式の2重積分AD変換器(離散時間型積分型AD変換器の一例)を備えた点に特徴を有している。したがって、以下、本実施形態によるホールセンサについて、上記第1の実施形態によるホールセンサ1と異なる点のみを説明する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16 with reference to FIG. The Hall sensor according to the present embodiment has the same overall configuration as the Hall sensor 1 according to the first embodiment, but is different in the configuration of the discrete-time AD converter. The Hall sensor according to the present embodiment is characterized in that it includes a discrete-time double integral AD converter (an example of a discrete-time integral AD converter) as an AD converter that performs dynamic element matching. . Therefore, only the points of the Hall sensor according to the present embodiment that are different from the Hall sensor 1 according to the first embodiment will be described below.

図15は、本実施形態によるホールセンサに備えられた離散時間型AD変換器6の概略構成を示すブロック図である。図15に示すように、本実施形態における離散時間型AD変換器6は、上記第1の実施形態における離散時間型AD変換器6と同様に、サンプリング非実行期間とサンプリング実行期間とを有し、サンプリング実行期間にサンプリングした第1のアナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。入力信号VIN(+),VIN(−)が第1のアナログ信号に相当し、リファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)が第2のアナログ信号に相当する。   FIG. 15 is a block diagram showing a schematic configuration of the discrete time AD converter 6 provided in the Hall sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 15, the discrete time AD converter 6 in the present embodiment has a sampling non-execution period and a sampling execution period in the same manner as the discrete time AD converter 6 in the first embodiment. The first analog signal sampled during the sampling execution period is converted into a digital signal. The input signals VIN (+) and VIN (−) correspond to the first analog signal, and the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) correspond to the second analog signal.

図15に示すように、離散時間型AD変換器6は、制御信号生成部5(図1参照)から出力されたサンプル信号Sspの極性に応じて積分動作を行うSC積分器62bと、サンプル信号Sspに応じて+1又は−1の出力を更新する1ビット量子化器(クロックトコンパレータ)62cとを有している。また、AD変換部62は、1ビット量子化器62cの出力信号が入力するDA変換素子62eと、DA変換素子62eから出力されるリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)の各電圧信号を保持するバッファアンプ62f及びバッファアンプ62gとを有している。さらに、AD変換部62は、SC積分器62の入力部に入力信号VIN(+),VIN(−)とリファレンス電圧信号Vref(−),Vref(+)とのいずれか一方を選択する選択部62hと、1ビット量子化器62cが出力するデジタル出力信号が入力され、リファレンス電圧信号Vref(−)からリファレンス電圧信号Vref(+)を減算した差信号を積算した回数をカウントするカウンタ部62iとを有している。   As shown in FIG. 15, the discrete-time AD converter 6 includes an SC integrator 62b that performs an integration operation according to the polarity of the sample signal Ssp output from the control signal generator 5 (see FIG. 1), and a sample signal. A 1-bit quantizer (clocked comparator) 62c that updates the output of +1 or -1 according to Ssp. In addition, the AD converter 62 receives a DA conversion element 62e to which an output signal of the 1-bit quantizer 62c is input, and reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) output from the DA conversion element 62e. A buffer amplifier 62f and a buffer amplifier 62g. Further, the AD conversion unit 62 selects one of the input signals VIN (+), VIN (−) and the reference voltage signals Vref (−), Vref (+) as the input unit of the SC integrator 62. 62h and a digital output signal output from the 1-bit quantizer 62c, and a counter unit 62i that counts the number of times that the difference signal obtained by subtracting the reference voltage signal Vref (+) from the reference voltage signal Vref (−) is counted. have.

選択部62hは、入力信号VIN(+)が入力するスイッチ621aと、入力信号VIN(−)が入力するスイッチ621bと、リファレンス電圧信号Vref(+)が入力するスイッチ621cと、リファレンス電圧信号Vref(−)が入力するスイッチ621dとを有している。スイッチ621aは、入力信号VIN(+)が入力する入力端子と、SC積分器62bの非反転入力端子(+)及びスイッチ621dの出力端子に接続された出力端子とを有している。スイッチ621bは、入力信号VIN(−)が入力する入力端子と、SC積分器62bの反転入力端子(−)及びスイッチ621cの出力端子に接続された出力端子とを有している。スイッチ621cは、DEMスイッチ61bを介してバッファアンプ62gの出力端子に接続された入力端子と、SC積分器62bの反転入力端子(−)に接続された出力端子とを有している。スイッチ621dは、DEMスイッチ61bを介してバッファアンプ62fの出力端子に接続された入力端子と、SC積分器62bの非反転入力端子(+)に接続された出力端子とを有している。選択部62hは、制御信号生成部5が生成して出力する選択信号Ssの極性に応じてSC積分器62bへ入力する信号を選択するようになっている。   The selection unit 62h includes a switch 621a to which the input signal VIN (+) is input, a switch 621b to which the input signal VIN (−) is input, a switch 621c to which the reference voltage signal Vref (+) is input, and a reference voltage signal Vref ( -) Has a switch 621d for input. The switch 621a has an input terminal to which the input signal VIN (+) is input, and an output terminal connected to the non-inverting input terminal (+) of the SC integrator 62b and the output terminal of the switch 621d. The switch 621b has an input terminal for receiving the input signal VIN (−), and an output terminal connected to the inverting input terminal (−) of the SC integrator 62b and the output terminal of the switch 621c. The switch 621c has an input terminal connected to the output terminal of the buffer amplifier 62g via the DEM switch 61b, and an output terminal connected to the inverting input terminal (−) of the SC integrator 62b. The switch 621d has an input terminal connected to the output terminal of the buffer amplifier 62f via the DEM switch 61b, and an output terminal connected to the non-inverting input terminal (+) of the SC integrator 62b. The selector 62h selects a signal to be input to the SC integrator 62b according to the polarity of the selection signal Ss generated and output by the control signal generator 5.

SC積分器62bは、選択部62hを介して入力する入力信号VIN(+)から入力信号VIN(−)を減算した電圧値をサンプル信号Sspに応じて一定のサンプル回数積算し、その後リファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値からリファレンス電圧信号Vref(+)の電圧値を減算した電圧値をサンプル信号Sspに応じて積算する。SC積分器62bは、リファレンス電圧信号Vref(−)からリファレンス電圧信号Vref(+)を減算した電圧値が負の値に反転するまで積算する。SC積分器62bは、1ビット量子化器62cが出力するデジタル出力信号が低レベルから高レベルへの切り替わりに基づいて出力信号の反転するタイミングを判定する。   The SC integrator 62b integrates a voltage value obtained by subtracting the input signal VIN (−) from the input signal VIN (+) input via the selection unit 62h according to the sample signal Ssp, and then integrates the reference voltage signal. A voltage value obtained by subtracting the voltage value of the reference voltage signal Vref (+) from the voltage value of Vref (−) is integrated according to the sample signal Ssp. The SC integrator 62b performs integration until the voltage value obtained by subtracting the reference voltage signal Vref (+) from the reference voltage signal Vref (−) is inverted to a negative value. The SC integrator 62b determines the timing at which the output signal is inverted based on the switching of the digital output signal output from the 1-bit quantizer 62c from the low level to the high level.

カウンタ部62iは、カウント信号Sctに応じてリファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値からリファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値を減算した電圧値を積算した回数をカウントする。カウント信号Sctは、制御信号生成部5によって生成され、制御信号生成部5からカウンタ部62iに入力される。なお、図1では、カウント信号Sctの図示は省略されている。   The counter unit 62i counts the number of times of integrating the voltage value obtained by subtracting the voltage value of the reference voltage signal Vref (−) from the voltage value of the reference voltage signal Vref (−) according to the count signal Sct. The count signal Sct is generated by the control signal generation unit 5, and is input from the control signal generation unit 5 to the counter unit 62i. In FIG. 1, the count signal Sct is not shown.

ここで、図15を参照しつつ図16を用いて離散時間型AD変換器6の動作について説明する。図16は、離散時間型AD変換器6の各部の信号波形を示す図である。図16中の1段目の「Ssp」はサンプル信号の信号波形を示し、2段目の「Ss」は選択信号の信号波形を示し、3段目の「Sct」はカウンタ信号の信号波形を示している。図16中の4段目の「CT」はカウンタ部62iがリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)をカウントしたカウント数を示し、5段目の「Sde」はDEM信号の信号波形を示し、「SC−OUT」はSC積分器62bの出力電圧の信号波形を示し、「QT−OUT」は1ビット量子化器62cの出力信号波形を示している。   Here, the operation of the discrete time AD converter 6 will be described using FIG. 16 with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram showing signal waveforms at various parts of the discrete time AD converter 6. In FIG. 16, “Ssp” in the first stage indicates the signal waveform of the sample signal, “Ss” in the second stage indicates the signal waveform of the selection signal, and “Sct” in the third stage indicates the signal waveform of the counter signal. Show. In FIG. 16, “CT” in the fourth stage indicates the number of counts of the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) by the counter unit 62i, and “Sde” in the fifth stage indicates the signal waveform of the DEM signal. “SC-OUT” indicates the signal waveform of the output voltage of the SC integrator 62b, and “QT-OUT” indicates the output signal waveform of the 1-bit quantizer 62c.

図16に示すように、カウント信号Sctは、選択信号Ssの極性が高レベルとなりリファレンス電圧信号Vref(+),Vref(−)が積算される場合のみ、サンプル信号Sspと同期した波形となる。この際、カウンタ部62iのカウントするカウント数「CT」の値N(Nは、負数を除く整数)は、1ビット量子化器62cの出力信号QT−OUTの極性が高レベルに切り替わった際に最終値となる。   As shown in FIG. 16, the count signal Sct has a waveform synchronized with the sample signal Ssp only when the polarity of the selection signal Ss is high and the reference voltage signals Vref (+) and Vref (−) are integrated. At this time, the value N (N is an integer other than a negative number) of the count number “CT” counted by the counter unit 62i is obtained when the polarity of the output signal QT-OUT of the 1-bit quantizer 62c is switched to a high level. Final value.

図16では、時刻t0から時刻t1までの期間が、入力信号VIN(+)の電圧値から入力信号VIN(−)の電圧値を減算した電圧値をSC積分器62bにおいて積分する期間である。時刻t1から時刻t2までの期間が、リファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値からリファレンス電圧信号Vref(+)の電圧値を減算した電圧値をSC積分器62bにおいて積分する期間である。SC積分器62bの出力電圧「SC−OUT」に示すように、入力信号VIN(+)の電圧値から入力信号VIN(−)の電圧値を減算した電圧値の積算数が多いほど、リファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値からリファレンス電圧信号Vref(+)の電圧値を減算した電圧値の積算数が多くなる。なお、図16に示すΔVINは、入力信号VIN(+)の電圧値から入力信号VIN(−)の電圧値を減算した電圧値を表し、ΔVrefは、リファレンス電圧信号Vref(−)の電圧値からリファレンス電圧信号Vref(+)の電圧値を減算した電圧値にオフセット電圧Voff4(詳細は後述)を加算した電圧値を表している。カウント数「CT」は、入力信号VIN(+)の電圧値から入力信号VIN(−)の電圧値を減算した電圧値が大きいほどNの値は増加する。本実施形態における離散時間型AD変換器6において採用している2重積分AD変換器では、カウンタ部62iがカウントするカウント数「CT」の値「N」がデジタル出力信号に相当する。   In FIG. 16, the period from time t0 to time t1 is a period in which the SC integrator 62b integrates a voltage value obtained by subtracting the voltage value of the input signal VIN (−) from the voltage value of the input signal VIN (+). A period from time t1 to time t2 is a period in which the SC integrator 62b integrates a voltage value obtained by subtracting the voltage value of the reference voltage signal Vref (+) from the voltage value of the reference voltage signal Vref (−). As indicated by the output voltage “SC−OUT” of the SC integrator 62b, the reference voltage increases as the number of integrated voltage values obtained by subtracting the voltage value of the input signal VIN (−) from the voltage value of the input signal VIN (+) increases. The cumulative number of voltage values obtained by subtracting the voltage value of the reference voltage signal Vref (+) from the voltage value of the signal Vref (−) increases. Note that ΔVIN shown in FIG. 16 represents a voltage value obtained by subtracting the voltage value of the input signal VIN (−) from the voltage value of the input signal VIN (+), and ΔVref represents the voltage value of the reference voltage signal Vref (−). This represents a voltage value obtained by adding an offset voltage Voff4 (details will be described later) to a voltage value obtained by subtracting the voltage value of the reference voltage signal Vref (+). The count value “CT” increases as the voltage value obtained by subtracting the voltage value of the input signal VIN (−) from the voltage value of the input signal VIN (+) increases. In the double integral AD converter employed in the discrete time AD converter 6 in this embodiment, the value “N” of the count number “CT” counted by the counter unit 62 i corresponds to the digital output signal.

図15に戻って、2重積分AD変換器の構成を採用した離散時間型AD変換器6についても、上記第1及び第2の実施形態における離散時間型AD変換器6と同様に、バッファアンプ62f,62gにおいて生じるオフセット電圧Voff4やSC積分器62b内の演算増幅器602において生じるオフセット電圧により、デジタル出力信号に誤差が生じる。なお、図15では、理解を容易にするため、オフセット電圧Voff4は、バッファアンプ62fとDEMスイッチ61aとの間に○印で模式的に図示されている。しかしながら、本実施形態によるホールセンサは、上記第1及び第2の実施形態によるホールセンサと同様に、DEMスイッチ62f,62gを備えているので、バッファアンプ62f,62gなどの各素子間のミスマッチに伴う誤差を低減できる。また、本実施形態によるホールセンサは、上記第1及び第2の実施形態によるホールセンサと同様に、サンプル休止時間にDEM動作を実行するように調整されている。これにより、本実施形態によるホールセンサは、DEM動作に伴って発生するスパイク信号の影響を除去できる。
上記第1から上記第3の実施形態における各構成は、同時に実施することも可能であり、AD変換器内の複数の箇所でダイナミックエレメントマッチングを行い、各素子の入れ替えのタイミングをサンプル休止時間に調整することも好適である。
Returning to FIG. 15, the discrete time AD converter 6 adopting the configuration of the double integral AD converter is also a buffer amplifier in the same manner as the discrete time AD converter 6 in the first and second embodiments. An error occurs in the digital output signal due to the offset voltage Voff4 generated in 62f and 62g and the offset voltage generated in the operational amplifier 602 in the SC integrator 62b. In FIG. 15, for ease of understanding, the offset voltage Voff4 is schematically shown by a circle between the buffer amplifier 62f and the DEM switch 61a. However, the Hall sensor according to the present embodiment includes the DEM switches 62f and 62g in the same manner as the Hall sensors according to the first and second embodiments described above, so that a mismatch between elements such as the buffer amplifiers 62f and 62g is caused. The accompanying error can be reduced. In addition, the Hall sensor according to the present embodiment is adjusted to execute the DEM operation during the sample pause time, similarly to the Hall sensors according to the first and second embodiments. Thereby, the Hall sensor according to the present embodiment can remove the influence of the spike signal generated in association with the DEM operation.
The configurations in the first to third embodiments can be performed simultaneously, and dynamic element matching is performed at a plurality of locations in the AD converter, and the replacement timing of each element is set as the sample pause time. It is also suitable to adjust.

1 ホールセンサ
2 ホール素子
2a 第1端子
2b 第2端子
2c 第3端子
2d 第4端子
3 駆動部
4 増幅器
5 制御信号生成部
6 離散時間型AD変換器
31 電流方向切替スイッチ
33 電源入力端子
34 基準電位入力端子
35 駆動電源
61 DEM部
61a,61b DEMスイッチ
62 AD変換部
62a 減算器
62b SC積分器
62c 1ビット量子化器
62d デジタルフィルタ
62e DA変換素子
62f,62g バッファアンプ
62h 選択部
62i カウンタ部
601a〜601h スイッチ
602 演算増幅器
603,604 静電容量素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hall sensor 2 Hall element 2a 1st terminal 2b 2nd terminal 2c 3rd terminal 2d 4th terminal 3 Drive part 4 Amplifier 5 Control signal generation part 6 Discrete time type AD converter 31 Current direction changeover switch 33 Power supply input terminal 34 Reference | standard Potential input terminal 35 Drive power supply 61 DEM unit 61a, 61b DEM switch 62 AD converter 62a Subtractor 62b SC integrator 62c 1-bit quantizer 62d Digital filter 62e DA converter 62f, 62g Buffer amplifier 62h Selector 62i Counter unit 601a To 601h switch 602 operational amplifiers 603 and 604 capacitance element

Claims (12)

ホール素子と、
前記ホール素子の通電方向を切り替えて前記ホール素子を駆動する駆動部と、
前記ホール素子のホール起電力に応じた第1のアナログ信号をサンプリングしないサンプリング非実行期間と、前記第1のアナログ信号をサンプリングするサンプリング実行期間とを有し、前記サンプリング実行期間にサンプリングした第1のアナログ信号をデジタル信号に変換する離散時間型AD変換器と、
前記離散時間型AD変換器のアナログ信号パスに設けられ、前記サンプリング非実行期間に前記アナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングを行うダイナミックエレメントマッチング部と、
を備えているホールセンサ。
A Hall element;
A drive unit that drives the Hall element by switching the energization direction of the Hall element;
A sampling non-execution period in which the first analog signal corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element is not sampled; and a sampling execution period in which the first analog signal is sampled. A discrete time AD converter that converts the analog signal of
A dynamic element matching unit that is provided in an analog signal path of the discrete-time AD converter and performs dynamic element matching of the analog signal path during the sampling non-execution period;
Hall sensor equipped with.
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型ΔΣ変調器である
請求項1に記載のホールセンサ。
The Hall sensor according to claim 1, wherein the discrete-time AD converter is a discrete-time ΔΣ modulator.
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分器を有し、
前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられている
請求項2に記載のホールセンサ。
The discrete time AD converter has a discrete time integrator,
The Hall sensor according to claim 2, wherein the dynamic element matching unit is provided at an input / output terminal of the discrete-time integrator.
前記離散時間型AD変換器は、
前記デジタル信号を第2のアナログ信号に変換するDA変換部と、
前記第2のアナログ信号をバッファするバッファ部と、
前記第1のアナログ信号とバッファされた前記第2のアナログ信号との減算を行う減算部と、
を有し、
前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記バッファ部の入出力端子に設けられている
請求項2または3に記載のホールセンサ。
The discrete time AD converter includes:
A DA converter that converts the digital signal into a second analog signal;
A buffer unit for buffering the second analog signal;
A subtractor for subtracting the first analog signal from the buffered second analog signal;
Have
The Hall sensor according to claim 2, wherein the dynamic element matching unit is provided at an input / output terminal of the buffer unit.
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分型AD変換器である
請求項1に記載のホールセンサ。
The Hall sensor according to claim 1, wherein the discrete-time AD converter is a discrete-time integral AD converter.
前記離散時間型AD変換器は、離散時間型積分器を有し、
前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられている
請求項5に記載のホールセンサ。
The discrete time AD converter has a discrete time integrator,
The Hall sensor according to claim 5, wherein the dynamic element matching unit is provided at an input / output terminal of the discrete-time integrator.
前記離散時間型AD変換器は、
リファレンス信号をバッファして第2のアナログ信号を出力するバッファ部と、
前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部で選択された信号を積分する離散時間型積分器と、
を有し、
前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記バッファ部の入出力端子に設けられている
請求項6に記載のホールセンサ。
The discrete time AD converter includes:
A buffer unit for buffering the reference signal and outputting a second analog signal;
A selection unit that selects one of the first analog signal and the second analog signal;
A discrete-time integrator that integrates the signal selected by the selector;
Have
The hall sensor according to claim 6, wherein the dynamic element matching unit is provided at an input / output terminal of the buffer unit.
前記ダイナミックエレメントマッチング部は、前記離散時間型積分器の入出力端子に設けられている
請求項7に記載のホールセンサ。
The hall sensor according to claim 7, wherein the dynamic element matching unit is provided at an input / output terminal of the discrete-time integrator.
前記アナログ信号パスは、差動信号パスである
請求項1から8までのいずれか1項に記載のホールセンサ。
The hall sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the analog signal path is a differential signal path.
前記サンプリング非実行期間は、前記通電方向の切り替えに同期して開始する
請求項1から9までのいずれか1項に記載のホールセンサ。
The hall sensor according to claim 1, wherein the sampling non-execution period starts in synchronization with switching of the energization direction.
前記サンプリング実行期間は、前記通電方向の切り替えに同期して終了する
請求項1から10までのいずれか1項に記載のホールセンサ。
The Hall sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein the sampling execution period ends in synchronization with the switching of the energization direction.
ホール素子の通電方向を切り替え、
前記通電方向を切り替えてから、離散時間型AD変換器のアナログ信号パスのダイナミックエレメントマッチングを、前記アナログ信号パスに送信されるアナログ信号をサンプリングしないサンプリング非実行期間に行い、
前記ダイナミックエレメントマッチングを行ってから、前記ホール素子のホール起電力に応じたアナログ信号を前記離散時間型AD変換器でデジタル信号に変換する
ホール起電力検出方法。
Switch the energization direction of the Hall element,
After switching the energization direction, the dynamic element matching of the analog signal path of the discrete time AD converter is performed in a sampling non-execution period in which the analog signal transmitted to the analog signal path is not sampled .
A Hall electromotive force detection method, wherein after performing the dynamic element matching, an analog signal corresponding to the Hall electromotive force of the Hall element is converted into a digital signal by the discrete time AD converter.
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US6400297B1 (en) * 2001-04-26 2002-06-04 Cirrus Logic, Inc. Method and system for operating two or more integrators with different power supplies for an analog-to-digital delta-sigma modulator
US6670902B1 (en) * 2002-06-04 2003-12-30 Cirrus Logic, Inc. Delta-sigma modulators with improved noise performance
JP2008219404A (en) * 2007-03-02 2008-09-18 Sanyo Electric Co Ltd Amplifier circuit
JP2010245765A (en) * 2009-04-03 2010-10-28 Panasonic Corp Dem (dynamic element matching)
JP2011163928A (en) * 2010-02-09 2011-08-25 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Hall electromotive force signal detector
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