JP6257019B2 - 磁気センサ - Google Patents
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Description
また、磁気検出信号のDC成分を増幅する場合は、磁気抵抗素子に印加したバイアス磁界に起因する電圧および増幅回路の入力オフセット電圧を打ち消すために、可変抵抗器などを用いて増幅回路の基準電圧入力端子の電圧値を調整して、磁気検出信号のみを増幅するようにしなければならない。
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、DC成分を含む磁気検出信号を増幅する磁気センサを提供する。
また、磁気抵抗素子に印加したバイアス磁界に起因する電圧および増幅回路の入力オフセット電圧により発生する増幅回路の出力オフセット電圧を補正するオフセット調整回路を具備しているため、可変抵抗器などを用いた増幅回路の基準電圧入力端子に対する電圧値調整が不必要となる。
なお、オフセット調整回路には、逐次比較型DAコンバータを具備しており、電圧精度の良い補正信号を生成することができるため、確実に出力オフセット電圧を補正することができ、DC成分を含む磁気検出信号を安定して増幅することができる。
ただし、磁気抵抗素子対1には、図示していないが、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの永久磁石を備えており、その永久磁石を用いて外部からバイアス磁界を与えることで、磁気検出感度が好適になるようにしている。
そのため、磁気非検出のときの磁気抵抗素子対1の接続点から取り出される信号Vin0は、図2に示すような中点電圧Vdd/2に、バイアス磁界に起因した電圧Vibが加えられた信号となる。なお、磁性体等の磁気信号を検出した場合は、Vin0を基準として磁気検出信号が取り出される。
増幅回路2の信号入力端子2aに、磁気非検出のときの信号Vin0を、基準電圧入力端子2bに参照電圧Vref=Vdd/2を入力したとき、増幅回路の出力電圧Vout0は第1式となる。
このとき、出力電圧Vout0には、バイアス磁界に起因した電圧Vibが増幅された電圧(第1式の右辺第2項)、OPアンプ4の入力オフセット電圧Vioが増幅された電圧(第1式の右辺第3項)が出力オフセット電圧として現れる。
Vout0 = Vdd/2
− (R2/R1)・Vib + (1+R2/R1)・Vio
・・・ (1)
にそれぞれ対応するスイッチSN−1、SN−2、…、S0 とR−2R型抵抗回路網からなる。
そのとき、逐次比較型DAコンバータ7の出力電圧Vdaoは、参照電圧Vref=Vdd/2であり、その電圧を増幅回路2の基準電圧入力端子2bに入力するため、増幅回路の出力電圧は第1式に示したVout0となり、出力オフセット電圧(第1式の右辺第2項および第3項)を含んだ信号が増幅回路2の出力に現れる。
図6に示したVout0は、区間T3の初期状態のとき、Vrefよりも低いため、スイッチS3はHighのままとしている。
図6に示したVout0は、区間T2のとき、Vrefよりも高いため、スイッチS2はLowに変更している。
なお、Vdaoは、スイッチS1をHighにするとVrefの1/4(=Vdd/8)の電圧が、スイッチS0をHighにするとVrefの1/8(=Vdd/16)の電圧が、以前のVdaoの値に重畳される。
図6に示したVout0は、区間T1のとき、Vrefよりも高いため、スイッチS1はLowに変更しており、また、区間T0のとき、Vrefよりも低いため、スイッチS0はHighのままとしている。
このとき、Vdaoは第2式で表わされ、全てのスイッチの状態が確定した後のVdaoが出力オフセット電圧を補正する信号となる。
Vdao ={(D3×23+D2×22+D1×21+D0×20)/24 }・Vdd ・・・ (2)
Vdao ={(Dn−1×2n−1+Dn−2×2n−2+
… +D0×20)/2n}・Vdd ・・・ (3)
さらに、オフセット調整回路3に、逐次比較型DAコンバータ7を具備したことにより、電圧精度の良い補正信号Vdaoを生成することができるため、確実に出力オフセット電圧を補正することができ、DC成分を含む磁気検出信号を安定して増幅することができる。
よって、磁気非検出のときの磁気抵抗素子対11、12の接続点から取り出される信号Vin10、Vin20は図9のようになり、Vin10は中点電圧Vdd/2にバイアス磁界に起因した電圧Vib1が加えられた信号、Vin20は中点電圧Vdd/2にバイアス磁界に起因した電圧Vib2が加えられた信号となる。
Vdif0 = Vdd/2
−(R6/R5)・{1+2・(R4/R3)}・(Vib1−Vib2)
−(R6/R5)・{1+2・(R4/R3)}・(Vio1−Vio2)
+(1+R6/R5)・Vio3 ・・・ (4)
その出力オフセット電圧は、実施例1と同様、オフセット調整回路3より生成された信号Vdaoを、増幅回路2の基準電圧入力端子2bに入力することにより、略0になるよう補正される。
2 増幅回路
2a 増幅回路2の信号入力端子
2b 増幅回路2の基準電圧入力端子
3 オフセット調整回路
4、14、15、16 OPアンプ
5 参照電圧回路
6 コンパレータ
7 逐次比較型DAコンバータ
8 制御回路
9、17、18、19 理想OPアンプ
10 差動入力型増幅回路を含む磁気検出回路
11、12 磁気抵抗素子対
13 差動入力型増幅回路
13a、13b 差動入力型増幅回路13の信号入力端子
Claims (1)
- 磁気抵抗素子対を含む磁気検出回路と、
基準電圧入力端子と、前記磁気検出回路にて取り出されるDC成分を含む磁気検出信号が入力される信号入力端子とを有し、前記磁気検出信号を増幅して出力する増幅回路と、
磁気非検出の状態での前記増幅回路の出力電圧と、前記磁気抵抗素子対に印加される電源の電源電圧端子とグランド端子との中点電圧である参照電圧とを比較するコンパレータを備え、前記コンパレータにて比較した出力結果に基づき、前記磁気抵抗素子対に印加したバイアス磁界に起因する電圧および前記増幅回路の入力オフセット電圧により発生する前記増幅回路の出力オフセット電圧を補正する電圧を生成して、前記増幅回路の前記基準電圧入力端子に前記出力オフセット電圧を補正する電圧を入力するオフセット調整回路とを備え、
前記オフセット調整回路は、
前記出力オフセット電圧を補正する電圧を生成する逐次比較型DAコンバータと、
前記コンパレータの出力に基づいて前記逐次比較型DAコンバータの出力電圧を制御する制御回路と、
を具備したことを特徴とする磁気センサ。
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