JP6291380B2 - Non-contact rotation angle sensor - Google Patents

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Description

本発明は、ローターの回転位置情報を検出する非接触回転角センサに関する。   The present invention relates to a non-contact rotational angle sensor that detects rotational position information of a rotor.

モーター制御において、ローターの回転位置情報を検出する非接触回転角センサ(ロータリーエンコーダー)による回転角の検出方式は大別して、光学式と磁気式とがある。磁気式の非接触回転角センサは、光学式の非接触回転角センサと比較して、汚れに対する耐久性に優れており、車載モーター分野を中心に多く使用されている。非接触回転角センサが検出するローターの回転位置情報は、ベクトル制御において使用されることが多い。このため、非接触回転角センサには、高い角度検出精度と高速応答性が要求される。   In motor control, rotation angle detection methods using a non-contact rotation angle sensor (rotary encoder) that detects rotor rotation position information are roughly classified into optical and magnetic methods. The magnetic non-contact rotation angle sensor has excellent durability against dirt as compared with the optical non-contact rotation angle sensor, and is often used mainly in the in-vehicle motor field. The rotor rotational position information detected by the non-contact rotational angle sensor is often used in vector control. For this reason, the non-contact rotation angle sensor is required to have high angle detection accuracy and high speed response.

特許文献1及び2には、モーターの回転制御用途に使用される非接触回転角センサが開示されている。特許文献1には、ホール素子から出力されたホール起電力信号に対してデジタル信号処理を実行し、ローターの回転位置情報を検出する非接触回転角センサが開示されている。また、特許文献2には、レゾルバから出力された信号に対してデジタル信号処理を実行し、ローターの回転位置情報を検出する検出機能に加え、自機の故障を検出する故障検出機能を備えた非接触回転角センサが開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose non-contact rotation angle sensors used for motor rotation control applications. Patent Document 1 discloses a non-contact rotation angle sensor that performs digital signal processing on the Hall electromotive force signal output from the Hall element and detects the rotational position information of the rotor. Further, Patent Document 2 includes a failure detection function for detecting a failure of the own machine in addition to a detection function for performing digital signal processing on the signal output from the resolver and detecting the rotational position information of the rotor. A non-contact rotation angle sensor is disclosed.

特開2012−194193号公報JP 2012-194193 A 米国特許第6426712号明細書US Pat. No. 6,426,712

モーター制御用途、特に車載におけるモーター制御用途では、回転角センサを用いる場合、自機の故障検出機能は必須の機能となっている。しかしながら、特許文献1に開示された非接触回転角センサは、自機の故障検出ができないという問題を有している。また、特許文献2に開示された非接触回転角センサは、自機の故障を検出できるものの、故障検出用回路が必要となるため、回路面積が増大してしまうという問題を有している。   In motor control applications, particularly in-vehicle motor control applications, when using a rotation angle sensor, the failure detection function of the own machine is an essential function. However, the non-contact rotation angle sensor disclosed in Patent Document 1 has a problem that it cannot detect a failure of the own device. Moreover, although the non-contact rotation angle sensor disclosed in Patent Document 2 can detect a failure of its own device, it requires a failure detection circuit, and thus has a problem that the circuit area increases.

本発明の目的は、回路面積の増大が抑制された、故障検出機能を有する非接触回転角センサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a non-contact rotation angle sensor having a failure detection function in which an increase in circuit area is suppressed.

上記目的を達成するために、本発明の一態様による非接触回転角センサは、ローターの回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するX軸成分検出部と、前記磁場のY軸成分を検出するY軸成分検出部と、前記X軸成分に応じた第1のΔΣ変調信号を出力する第1のΔΣ変調回路と、前記Y軸成分に応じた第2のΔΣ変調信号を出力する第2のΔΣ変調回路と、角度信号が入力され、前記角度信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する余弦/正弦データ出力部と、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号と前記余弦データ及び前記正弦データとの外積データを演算する外積演算回路と、前記外積データを積分して前記角度信号を出力する角度信号出力部と、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号と、第1のデータ及び第2のデータとの内積データを演算する内積演算回路と、前記内積データを平滑化して出力するデジタルフィルタと、使用モードのときに、前記余弦データ及び前記正弦データを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力し、検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号のうち一方を有効にして他方を無効にする第3のデータ及び第4のデータを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力する選択回路と、を備えることを特徴とする。   To achieve the above object, a non-contact rotation angle sensor according to an aspect of the present invention includes an X-axis component detection unit that detects an X-axis component of a magnetic field based on a rotation angle of a rotor, and detects a Y-axis component of the magnetic field. A Y-axis component detection unit that outputs, a first ΔΣ modulation circuit that outputs a first ΔΣ modulation signal corresponding to the X-axis component, and a second that outputs a second ΔΣ modulation signal corresponding to the Y-axis component A ΔΣ modulation circuit, a cosine / sine data output unit that receives an angle signal and outputs cosine data and sine data corresponding to the angle signal, the first ΔΣ modulation signal, and the second ΔΣ modulation signal An outer product calculation circuit for calculating outer product data of the cosine data and the sine data, an angle signal output unit for integrating the outer product data and outputting the angle signal, the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal, the first data and the first data An inner product calculation circuit for calculating inner product data with the data, a digital filter for smoothing and outputting the inner product data, and selecting the cosine data and the sine data when in use mode, Third data and fourth data that are output as the second data and enable one of the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal and disable the other in the inspection mode, respectively. And a selection circuit that selects and outputs the data as the first data and the second data, respectively.

また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様による非接触回転角センサは、ローターの回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するX軸成分検出部と、前記磁場のY軸成分を検出するY軸成分検出部と、前記X軸成分に応じた第1のΔΣ変調信号を出力する第1のΔΣ変調回路と、前記Y軸成分に応じた第2のΔΣ変調信号を出力する第2のΔΣ変調回路と、第1のデータ及び第2のデータと第3のデータ及び第4のデータとの外積データを演算する外積演算回路と、前記外積データの積分信号を出力する積分信号出力部と、角度信号が入力され、この角度信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する余弦/正弦データ出力部と、使用モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号、前記第2のΔΣ変調信号、前記余弦データ、及び前記正弦データを選択して前記第1のデータ、前記第2のデータ、前記第3のデータ、及び前記第4のデータとしてそれぞれ出力し、検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号または前記第2のΔΣ変調信号を選択し、前記外積演算回路と前記積分信号出力部とともにループフィルタを形成して平滑化する選択回路と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a non-contact rotation angle sensor according to another aspect of the present invention includes an X-axis component detection unit that detects an X-axis component of a magnetic field based on a rotation angle of a rotor, and a Y-axis of the magnetic field. A Y-axis component detection unit for detecting a component; a first ΔΣ modulation circuit for outputting a first ΔΣ modulation signal corresponding to the X-axis component; and a second ΔΣ modulation signal corresponding to the Y-axis component A second ΔΣ modulation circuit, an outer product operation circuit for calculating outer product data of the first data, the second data, the third data, and the fourth data, and an integration for outputting an integration signal of the outer product data A signal output unit; a cosine / sine data output unit that receives an angle signal and outputs cosine data and sine data corresponding to the angle signal; and the first ΔΣ modulation signal and the first 2 ΔΣ modulation signal, the cosine data, and the sine And output as the first data, the second data, the third data, and the fourth data, respectively, and in the inspection mode, the first ΔΣ modulation signal or the And a selection circuit configured to select a second ΔΣ modulation signal and form a loop filter together with the outer product calculation circuit and the integration signal output unit to smooth the signal.

前記選択回路は、前記使用モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号を選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力し、前記検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号のうち一方を選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータのうち一方として出力し、所定値を有するデータを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータのうち他方として出力する第1のマルチプレクサと、前記使用モードのときに、前記余弦データ及び前記正弦データを選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータとしてそれぞれ出力し、前記検査モードのときに、前記積分信号を選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータのうち一方として出力し、所定値を有するデータを選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータのうち他方として出力する第2のマルチプレクサと、で構成されていてもよい。   The selection circuit selects and outputs the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal as the first data and the second data, respectively, in the use mode, and the inspection mode. At this time, one of the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal is selected and output as one of the first data and the second data, and data having a predetermined value is output. A first multiplexer that selects and outputs the first data and the second data as the other; and, in the use mode, selects the cosine data and the sine data to select the third data and Data that is output as the fourth data, and in the inspection mode, the integration signal is selected and output as one of the third data and the fourth data, and has a predetermined value. And a second multiplexer that outputs the other as the other of the third data and the fourth data.

本発明によれば、回路面積の増大を抑制できる。   According to the present invention, an increase in circuit area can be suppressed.

本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の外観を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the external appearance of the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1に備えられた回転角度検出回路10の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the rotation angle detection circuit 10 with which the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の回転角度検出回路10に備えられたデジタル角度演算回路12を離散時間システムの伝達関数で説明する図である。It is a figure explaining the digital angle calculating circuit 12 with which the rotation angle detection circuit 10 of the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped with the transfer function of a discrete time system. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の回転角度検出回路10に備えられたマルチプレクサ回路23に記憶された出力信号選択テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output signal selection table memorize | stored in the multiplexer circuit 23 with which the rotation angle detection circuit 10 of the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の回転角度検出回路10に備えられたマルチプレクサ回路23及び内積演算回路19の動作状態を示す図である。It is a figure which shows the operation state of the multiplexer circuit 23 and the inner product calculating circuit 19 with which the rotation angle detection circuit 10 of the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の関連技術の非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路101の概略の回路構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of a rotation angle detection circuit 101 provided in a non-contact rotation angle sensor of a related technology of the non-contact rotation angle sensor 1 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサ1の他の関連技術の非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路201の概略の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic circuit structure of the rotation angle detection circuit 201 with which the non-contact rotation angle sensor of the other related art of the non-contact rotation angle sensor 1 by the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路51の概略の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic circuit structure of the rotation angle detection circuit 51 with which the non-contact rotation angle sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサの回転角度検出回路51に備えられたマルチプレクサ回路53に記憶された出力信号選択テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output signal selection table memorize | stored in the multiplexer circuit 53 with which the rotation angle detection circuit 51 of the non-contact rotation angle sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサの回転角度検出回路51に備えられたマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である(その1)。It is a figure which shows the operation state of the multiplexer circuit 53 with which the rotation angle detection circuit 51 of the non-contact rotation angle sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサの回転角度検出回路51に備えられたマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である(その2)。It is a figure which shows the operation state of the multiplexer circuit 53 with which the rotation angle detection circuit 51 of the non-contact rotation angle sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサの回転角度検出回路51に備えられたマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である(その3)。It is a figure which shows the operation state of the multiplexer circuit 53 with which the rotation angle detection circuit 51 of the non-contact rotation angle sensor by the 2nd Embodiment of this invention was equipped (the 3).

〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態による非接触回転角センサについて図1から図7を用いて説明する。図1は、本実施形態による非接触回転角センサ1の外観を模式的に示す図である。図1(a)は、非接触回転角センサ1の上面を模式的に示し、図1(b)は、回転位置情報の検出対象のローターに非接触回転角センサ1を設置した状態を模式的に示している。図1(b)は、非接触回転角センサ1の一側面側から見た状態を示している。
[First Embodiment]
A non-contact rotation angle sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the appearance of a non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 1A schematically shows the upper surface of the non-contact rotation angle sensor 1, and FIG. 1B schematically shows a state in which the non-contact rotation angle sensor 1 is installed on the rotor that is the detection target of the rotation position information. It shows. FIG. 1B shows a state viewed from one side of the non-contact rotation angle sensor 1.

図1(a)に示すように、非接触回転角センサ1は、IC(集積回路)パッケージ29内にXホール素子(X軸成分検出部の一例)3と、Yホール素子(Y軸成分検出部の一例)5と、後述する回転角度検出回路10(図1では不図示)とを有している。Xホール素子3は、ICパッケージ29の上面に平行な平面内において対向配置された第1Xホール素子3a及び第2Xホール素子3bを有している。Yホール素子5は、ICパッケージ29の上面に平行な平面内において対向配置された第1Yホール素子5a及び第2Yホール素子5bを有している。第1及び第2Xホール素子3a,3bと第1及び第2Yホール素子5a,5bとは、同一平面内に配置されている。第1及び第2Xホール素子3a,3bの並ぶ方向と、第1及び第2Yホール素子5a,5bの並ぶ方向とはほぼ直交している。説明の便宜上、図1中に示すように、第1及び第2Xホール素子3a,3bの並ぶ方向をX軸にとり、第1及び第2Yホール素子5a,5bの並ぶ方向をY軸にとり、X軸及びY軸の両方に直交する方向にZ軸をとる。X軸の正方向は、第1Xホール素子3aから第2Xホール素子3bに向かう方向である。Y軸の正方向は、第1Yホール素子5aから第2Yホール素子5bに向かう方向である。Z軸の正方向は、ICパッケージ29の底面から上面に向かう方向である。   As shown in FIG. 1A, the non-contact rotation angle sensor 1 includes an X Hall element (an example of an X axis component detection unit) 3 and a Y Hall element (Y axis component detection) in an IC (integrated circuit) package 29. Part) 5 and a rotation angle detection circuit 10 (not shown in FIG. 1) described later. The X Hall element 3 includes a first X Hall element 3 a and a second X Hall element 3 b that are arranged to face each other in a plane parallel to the upper surface of the IC package 29. The Y Hall element 5 includes a first Y Hall element 5 a and a second Y Hall element 5 b that are arranged to face each other in a plane parallel to the upper surface of the IC package 29. The first and second X Hall elements 3a and 3b and the first and second Y Hall elements 5a and 5b are arranged in the same plane. The direction in which the first and second X Hall elements 3a and 3b are arranged is substantially orthogonal to the direction in which the first and second Y Hall elements 5a and 5b are arranged. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1, the arrangement direction of the first and second X Hall elements 3a, 3b is taken as the X axis, and the arrangement direction of the first and second Y Hall elements 5a, 5b is taken as the Y axis, The Z axis is taken in a direction perpendicular to both the Y axis and the Y axis. The positive direction of the X axis is a direction from the first X Hall element 3a toward the second X Hall element 3b. The positive direction of the Y axis is a direction from the first Y Hall element 5a toward the second Y Hall element 5b. The positive direction of the Z axis is a direction from the bottom surface of the IC package 29 toward the top surface.

図1(b)に示すように、ICパッケージ29の上面に一定の間隔を設けてローター31が配置されている。ローター31は、ICパッケージ29の上面に直交する方向に伸びる出力軸31aと、ICパッケージ29側の出力軸31aの端部に設けられた永久磁石31bとを有している。出力軸31aは例えば円柱形状を有している。永久磁石31bは薄板円盤形状を有している。出力軸31aの中心軸と永久磁石31bの中心軸とは一致している。出力軸31a及び永久磁石31bの中心軸に平行な方向は、Z軸方向、すなわちICパッケージ29の上面に直交する方向に一致している。   As shown in FIG. 1B, the rotor 31 is arranged on the upper surface of the IC package 29 with a certain interval. The rotor 31 has an output shaft 31a extending in a direction orthogonal to the upper surface of the IC package 29, and a permanent magnet 31b provided at the end of the output shaft 31a on the IC package 29 side. The output shaft 31a has, for example, a cylindrical shape. The permanent magnet 31b has a thin disk shape. The central axis of the output shaft 31a coincides with the central axis of the permanent magnet 31b. The direction parallel to the central axis of the output shaft 31 a and the permanent magnet 31 b coincides with the Z-axis direction, that is, the direction orthogonal to the upper surface of the IC package 29.

永久磁石31bとICパッケージ29の上面とは、近接して対向配置されている。永久磁石31bとXホール素子3及びYホール素子5とは近接して対向配置されている。Xホール素子3及びYホール素子5は、ICパッケージ29内に固定して配置されている。これに対し、ローター31は、図1(b)中に破線矢印で示すように、出力軸31aの中心軸を回転軸として回転するようになっている。ローター31が回転することにより永久磁石31bも回転する。このため、永久磁石31bが形成する磁界の強さや向きは、Xホール素子3及びYホール素子5に対して相対的に変化する。Xホール素子3及びYホール素子5は、永久磁石31bが形成する磁界の相対的変化をホール起電力信号として検出する。非接触回転角センサ1は、Xホール素子3及びYホール素子5が出力するホール起電力信号に基づいてローター31の回転角を検出するようになっている。   The permanent magnet 31b and the upper surface of the IC package 29 are disposed in close proximity to each other. The permanent magnet 31b and the X Hall element 3 and the Y Hall element 5 are arranged close to each other and opposed to each other. The X Hall element 3 and the Y Hall element 5 are fixedly disposed in the IC package 29. On the other hand, the rotor 31 rotates about the central axis of the output shaft 31a as a rotation axis, as indicated by a broken line arrow in FIG. As the rotor 31 rotates, the permanent magnet 31b also rotates. For this reason, the strength and direction of the magnetic field formed by the permanent magnet 31 b change relative to the X Hall element 3 and the Y Hall element 5. The X Hall element 3 and the Y Hall element 5 detect a relative change in the magnetic field formed by the permanent magnet 31b as a Hall electromotive force signal. The non-contact rotation angle sensor 1 detects the rotation angle of the rotor 31 based on the Hall electromotive force signals output from the X Hall element 3 and the Y Hall element 5.

次に、非接触回転角センサに設けられた回転角度検出回路について図1を参照しつつ図2から図5を用いて説明する。図2は、本実施形態による非接触回転角センサ1に備えられた回転角度検出回路10の概略構成を示す図である。回転角度検出回路10は、ローター31の回転角度を検出する回転角度検出機能と、自機の故障を検出する故障検出機能とを有している。図2(a)は、回転角度検出回路10の回路構成の一例を示すブロック図である。図2(b)は、回転角度検出回路10の信号波形を示し、図2(b)中の上段は、Yホール素子5が出力する出力信号SHoyの信号波形の一例を示し、図2(b)中の下段は、YΔΣAD(アナログ−デジタル)変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyの信号波形の一例を示している。   Next, a rotation angle detection circuit provided in the non-contact rotation angle sensor will be described with reference to FIGS. 2 to 5 with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the rotation angle detection circuit 10 provided in the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment. The rotation angle detection circuit 10 has a rotation angle detection function for detecting the rotation angle of the rotor 31 and a failure detection function for detecting a failure of the own machine. FIG. 2A is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the rotation angle detection circuit 10. FIG. 2B shows a signal waveform of the rotation angle detection circuit 10, and the upper part in FIG. 2B shows an example of the signal waveform of the output signal SHoy output from the Y Hall element 5, and FIG. The lower part in () shows an example of the signal waveform of the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD (analog-digital) conversion circuit 9.

図2(a)に示すように、回転角度検出回路10は、ローター31(図1参照)の回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するXホール素子3と、ローター31の回転角に基づく磁場のY軸成分を検出するYホール素子5とを有している。Xホール素子3が検出する磁場のX軸成分は、図1(a)及び図1(b)中に示すX軸方向の成分である。Yホール素子5が検出する磁場のY軸成分は、図1(a)及び図1(b)中に示すY軸方向の成分である。また、回転角度検出回路10は、Xホール素子3が検出する磁場のX軸成分に応じたXΔΣ変調信号(第1のΔΣ変調信号の一例)Smdxを出力するXΔΣAD変換回路(第1のΔΣ変調回路の一例)7と、Yホール素子5が検出する磁場のY軸成分に応じたYΔΣ変調信号(第2のΔΣ変調信号の一例)Smdyを出力するYΔΣAD変換回路(第2のΔΣ変調回路)9とを有している。   As shown in FIG. 2A, the rotation angle detection circuit 10 is based on the X Hall element 3 that detects the X axis component of the magnetic field based on the rotation angle of the rotor 31 (see FIG. 1) and the rotation angle of the rotor 31. And a Y Hall element 5 for detecting the Y axis component of the magnetic field. The X-axis component of the magnetic field detected by the X Hall element 3 is a component in the X-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The Y-axis component of the magnetic field detected by the Y Hall element 5 is a component in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The rotation angle detection circuit 10 also outputs an XΔΣ AD conversion circuit (first ΔΣ modulation) that outputs an XΔΣ modulation signal (an example of a first ΔΣ modulation signal) Smdx corresponding to the X-axis component of the magnetic field detected by the X Hall element 3. An example of a circuit) 7 and a YΔΣ AD conversion circuit (second ΔΣ modulation circuit) that outputs Smdy according to a YΔΣ modulation signal (an example of a second ΔΣ modulation signal) corresponding to the Y-axis component of the magnetic field detected by the Y Hall element 5 9.

Yホール素子5は、ローター31に設けられた永久磁石31bが形成する磁場の強度及び磁石の回転角度θに対応した電圧を出力する。図2(b)中の下段に示すように、Yホール素子5が出力する電圧に基づく出力信号SHoyの信号波形は、例えば正弦波となる。出力信号SHoyの最大値を「A」とすると、出力信号SHoyの信号波形は「A・sinθ」で表すことができる。Xホール素子3及びYホール素子5が出力する出力信号の最大値「A」と「sin」又は「cos」との間の「・」はA及び正弦又は余弦との積算を表す。YΔΣAD変換回路9は、Yホール素子5から入力するアナログの出力信号SHoyをデジタル信号に変換し、AD変換により得られたYΔΣ変調信号Smdyを出力する。図2(b)中の下段に示すように、YΔΣ変調信号Smdyは1ビットのパルス信号となる。YΔΣ変調信号Smdyは、データの大きさをパルス信号の密度で表している。Yホール素子5が出力する出力信号SHoyの振幅が大きいほど、YΔΣAD変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyは、高レベルの区間のパルス数が多くなる。これにより、YΔΣ変調信号Smdyの密度は高くなる。一方、Yホール素子5が出力する出力信号SHoyの振幅が小さいほど、YΔΣAD変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyは、高レベルの区間のパルス数が少なくなる。これにより、YΔΣ変調信号Smdyの密度は低くなる。   The Y Hall element 5 outputs a voltage corresponding to the strength of the magnetic field formed by the permanent magnet 31 b provided on the rotor 31 and the rotation angle θ of the magnet. As shown in the lower part of FIG. 2B, the signal waveform of the output signal SHoy based on the voltage output from the Y Hall element 5 is, for example, a sine wave. When the maximum value of the output signal SHoy is “A”, the signal waveform of the output signal SHoy can be represented by “A · sin θ”. “·” Between the maximum values “A” and “sin” or “cos” of the output signals output from the X Hall element 3 and the Y Hall element 5 represents the integration of A and the sine or cosine. The YΔΣ AD conversion circuit 9 converts the analog output signal SHoy input from the Y Hall element 5 into a digital signal, and outputs a YΔΣ modulation signal Smdy obtained by AD conversion. As shown in the lower part of FIG. 2B, the YΔΣ modulation signal Smdy is a 1-bit pulse signal. The YΔΣ modulation signal Smdy represents the data size by the density of the pulse signal. As the amplitude of the output signal SHoy output from the Y Hall element 5 increases, the number of pulses in the high level section of the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD conversion circuit 9 increases. This increases the density of the YΔΣ modulation signal Smdy. On the other hand, the smaller the amplitude of the output signal SHoy output from the Y Hall element 5, the smaller the number of pulses in the high level section of the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD conversion circuit 9. Thereby, the density of the YΔΣ modulation signal Smdy is lowered.

図示は省略するが、Xホール素子3が出力する出力信号SHoxの信号波形は、例えば余弦波となり、「A・cosθ」として表すことができる。XΔΣAD変換回路7は、Xホール素子3から入力するアナログの出力信号SHoxをデジタル信号に変換し、AD変換により得られたXΔΣ変調信号Smdxを出力する。XΔΣ変調信号Smdxは1ビットのパルス信号となる。XΔΣ変調信号Smdxは、YΔΣ変調信号Smdyと同様にデータの大きさをパルス信号の密度で表すようになっている。Xホール素子3が出力する出力信号SHoxの振幅に大きさと、XΔΣAD変換回路7が出力するXΔΣ変調信号Smdxのパルス数及びパルス密度との関係は、YΔΣ変調信号Smdyと同様である。   Although not shown, the signal waveform of the output signal SHox output from the X Hall element 3 is, for example, a cosine wave and can be expressed as “A · cos θ”. The XΔΣ AD conversion circuit 7 converts the analog output signal SHox input from the X Hall element 3 into a digital signal, and outputs an XΔΣ modulation signal Smdx obtained by AD conversion. The XΔΣ modulation signal Smdx is a 1-bit pulse signal. In the XΔΣ modulation signal Smdx, the data size is represented by the density of the pulse signal in the same manner as the YΔΣ modulation signal Smdy. The relationship between the amplitude of the output signal SHox output from the X Hall element 3 and the number of pulses and the pulse density of the XΔΣ modulation signal Smdx output from the XΔΣ AD conversion circuit 7 is the same as that of the YΔΣ modulation signal Smdy.

回転角度検出回路10は、角度検出信号(角度信号の一例)が入力され、入力した角度検出信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する正弦波データROM(読み出し専用記憶装置)11と、Xホール素子3が出力する出力信号SHox及びYホール素子5が出力する出力信号SHoyと正弦波データROM11が出力する余弦データ及び正弦データとを外積演算して角度誤差信号(外積データの一例)Saeを出力する外積演算回路13とを有している。   The rotation angle detection circuit 10 receives an angle detection signal (an example of an angle signal), and outputs a cosine data ROM (read-only storage device) 11 that outputs cosine data and sine data according to the input angle detection signal. An angle error signal (an example of outer product data) Sae is obtained by calculating the cross product of the output signal SHox output from the X Hall element 3 and the output signal SHoy output from the Y Hall element 5 and the cosine data and sine data output from the sine wave data ROM 11. And an outer product calculation circuit 13 for outputting.

正弦波データROM11は、余弦/正弦データ出力部の一例である。正弦波データROM11は、入力した角度信号に応じそれぞれ12ビットの余弦データ及び正弦データを出力するようになっている。正弦波データROM11に入力する角度信号は、後述する積分回路17が出力する角度検出信号Sφ(n)である。正弦波データROM11は、入力する角度検出信号Sφ(n)が表す角度φ(n)に応じた余弦データDcos及び正弦データDsinを外積演算回路13に出力する。   The sine wave data ROM 11 is an example of a cosine / sine data output unit. The sine wave data ROM 11 outputs 12-bit cosine data and sine data according to the input angle signal. The angle signal input to the sine wave data ROM 11 is an angle detection signal Sφ (n) output from an integration circuit 17 described later. The sine wave data ROM 11 outputs cosine data Dcos and sine data Dsin corresponding to the angle φ (n) represented by the input angle detection signal Sφ (n) to the outer product calculation circuit 13.

外積演算回路13は、XΔΣAD変換回路7が出力するXΔΣ変調信号Smdxが入力する第1入力端子Icp1と、YΔΣAD変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyが入力する第2入力端子Icp2と、正弦波データROM11が出力する余弦データDcosが入力する第3入力端子Icp3と、正弦波データROM11が出力する正弦データDsinが入力する第4入力端子Icp4とを有している。図2(a)では、第1から第4入力端子Icp1,Icp2,Icp3,Icp4は、「Icp」の文字を省略して各入力端子の数値のみが図示されている。外積演算回路13は、第1入力端子Icp1及び第2入力端子Icp2にそれぞれ入力する信号と、第3入力端子Icp3及び第4入力端子Icp4にそれぞれ入力する信号とを外積演算して角度誤差信号Saeを出力する。角度誤差信号Saeは、外積演算回路13に設けられた出力端子Ocpから出力される。外積演算回路13が実行する外積演算を各端子の符号を用いて表すと、以下の式(1)のようになる。
Ocp=Icp1×Icp4−Icp2×Icp3 ・・・(1)
The outer product calculation circuit 13 includes a first input terminal Icp1 to which the XΔΣ modulation signal Smdx output from the XΔΣAD conversion circuit 7 is input, a second input terminal Icp2 to which the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD conversion circuit 9 is input, and a sine wave It has a third input terminal Icp3 to which the cosine data Dcos output from the data ROM 11 is input, and a fourth input terminal Icp4 to which the sine data Dsin output from the sine wave data ROM 11 is input. In FIG. 2A, for the first to fourth input terminals Icp1, Icp2, Icp3, and Icp4, the letters “Icp” are omitted and only the numerical values of the input terminals are shown. The outer product calculation circuit 13 calculates the angular error signal Sae by calculating the outer product of the signal input to the first input terminal Icp1 and the second input terminal Icp2 and the signal input to the third input terminal Icp3 and the fourth input terminal Icp4, respectively. Is output. The angle error signal Sae is output from an output terminal Ocp provided in the outer product calculation circuit 13. When the outer product calculation executed by the outer product calculation circuit 13 is expressed using the sign of each terminal, the following equation (1) is obtained.
Ocp = Icp1 × Icp4-Icp2 × Icp3 (1)

外積演算回路13の第1入力端子Icp1に入力する信号は、XΔΣAD変換回路7が出力するXΔΣ変調信号Smdxである。外積演算回路13の第2入力端子Icp2に入力する信号は、YΔΣAD変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyである。外積演算回路13の第3入力端子Icp3に入力する信号は、正弦波データROM11が出力する余弦データDcosである。外積演算回路13の第4入力端子Icp4に入力する信号は、正弦波データROM11が出力する正弦データDsinである。例えば、XΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ」とし、YΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ」とし、余弦データDcosを「cos(φ(n))」とし、正弦データDsinを「sin(φ(n))」とすると、式(1)及び加法定理より、外積演算回路13が出力端子Ocpから出力する角度誤差信号Saeは、以下のようになる。
角度誤差信号Sae=A・cosθ×sin(φ(n))
−A・sinθ×cos(φ(n)
=A・sin(φ(n)−θ)
A signal input to the first input terminal Icp1 of the outer product calculation circuit 13 is an XΔΣ modulation signal Smdx output from the XΔΣ AD conversion circuit 7. The signal input to the second input terminal Icp2 of the outer product calculation circuit 13 is the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD conversion circuit 9. A signal input to the third input terminal Icp3 of the outer product calculation circuit 13 is cosine data Dcos output from the sine wave data ROM 11. The signal input to the fourth input terminal Icp4 of the outer product calculation circuit 13 is sine data Dsin output from the sine wave data ROM 11. For example, the XΔΣ modulation signal Smdx is “A · cos θ”, the YΔΣ modulation signal Smdy is “A · sin θ”, the cosine data Dcos is “cos (φ (n))”, and the sine data Dsin is “sin (φ ( n)) ”, the angular error signal Sae output from the output terminal Ocp by the outer product arithmetic circuit 13 from the equation (1) and the addition theorem is as follows.
Angle error signal Sae = A · cos θ × sin (φ (n))
−A · sin θ × cos (φ (n)
= A · sin (φ (n) -θ)

角度誤差信号Saeは閉ループの特性により0に収束し、十分に小さい値となるため、「sin(φ(n)−θ)」は「φ(n)−θ」と近似できる。したがって、角度誤差信号Saeは「A×(φ(n)−θ)」となる。
回転角度検出回路10は、外積演算回路13が出力する角度誤差信号Saeが入力する位相補償回路15と、位相補償回路15が出力する角度誤差信号Saeを積分して角度検出信号Sφ(n)を出力する積分回路(角度信号出力部の一例)17とを有している。
Since the angle error signal Sae converges to 0 and becomes a sufficiently small value due to the closed loop characteristic, “sin (φ (n) −θ)” can be approximated as “φ (n) −θ”. Therefore, the angle error signal Sae is “A × (φ (n) −θ)”.
The rotation angle detection circuit 10 integrates the phase compensation circuit 15 to which the angle error signal Sae output from the outer product calculation circuit 13 is input and the angle error signal Sae output from the phase compensation circuit 15 to obtain the angle detection signal Sφ (n). And an integrating circuit (an example of an angle signal output unit) 17 for outputting.

位相補償回路15は、オールパスフィルタ特性を有している。このため、位相補償回路15が出力する角度誤差信号Saeは、外積演算回路13が出力する角度誤差信号Saeに対して位相が異なるだけで振幅特性は同じである。位相補償回路15は、外積演算回路13、位相補償回路15、積分回路17及び正弦波データROM11によって構成される閉ループL1の発振を防ぐために配置されている。本実施形態では、位相補償回路15は、外積演算回路13の後段に配置されているが、積分回路17の後段や正弦波データROM11の前段に配置されてもよい。この場合も、位相補償回路15は、閉ループL1の発振を防止できる。   The phase compensation circuit 15 has an all-pass filter characteristic. For this reason, the angle error signal Sae output from the phase compensation circuit 15 has the same amplitude characteristics as the angle error signal Sae output from the outer product calculation circuit 13 except for the phase. The phase compensation circuit 15 is arranged to prevent oscillation of the closed loop L1 configured by the outer product calculation circuit 13, the phase compensation circuit 15, the integration circuit 17, and the sine wave data ROM 11. In the present embodiment, the phase compensation circuit 15 is disposed at the subsequent stage of the outer product calculation circuit 13, but may be disposed at the subsequent stage of the integration circuit 17 or the preceding stage of the sine wave data ROM 11. Also in this case, the phase compensation circuit 15 can prevent oscillation of the closed loop L1.

積分回路17は、角度誤差信号Saeを積分する回路であり、閉ループL1を組むことで角度誤差信号Saeに重畳するノイズ信号を低減するためのループフィルタとして機能する。また、積分回路17が出力する角度検出信号Sφ(n)は、閉ループL1によって正弦波データROM11を経由して積分回路17の入力へフィードバックされる。これにより、角度誤差信号「A×(φ(n)−θ)」は0に収束される。外積演算回路13が出力する角度誤差信号「A×(φ(n)−θ)」は、XΔΣAD変換回路7及びYΣAD変換回路9がそれぞれ出力する1ビットのXΔΣ変調信号Smdx,Smdyに基づいている。このため、角度誤差信号「A×(φ(n)−θ)」は、ノイズ信号を多く含んでおり、位相補償回路15及び積分回路17を通じて平滑化及びビット拡張が行われる。これにより、積分回路17から最終的に出力される角度検出信号Sφ(n)は、12ビット(0〜4095LSB)の分解能を持つ角度データとして出力される。φ(n)の分解能を0〜4095LSBとすると、角度検出信号Sφ(n)とローター31の実際の回転角度θとの関係は、以下のように表すことができる。
θ=φ(n)×360°/4096
The integration circuit 17 is a circuit that integrates the angle error signal Sae, and functions as a loop filter for reducing a noise signal superimposed on the angle error signal Sae by forming a closed loop L1. The angle detection signal Sφ (n) output from the integration circuit 17 is fed back to the input of the integration circuit 17 via the sine wave data ROM 11 by the closed loop L1. Thus, the angle error signal “A × (φ (n) −θ)” is converged to zero. The angle error signal “A × (φ (n) −θ)” output from the outer product calculation circuit 13 is based on the 1-bit XΔΣ modulation signals Smdx and Smdy output from the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the YΣ AD conversion circuit 9, respectively. . Therefore, the angle error signal “A × (φ (n) −θ)” contains a lot of noise signals, and is smoothed and bit-extended through the phase compensation circuit 15 and the integration circuit 17. Thereby, the angle detection signal Sφ (n) finally output from the integration circuit 17 is output as angle data having a resolution of 12 bits (0 to 4095 LSB). When the resolution of φ (n) is 0 to 4095 LSB, the relationship between the angle detection signal Sφ (n) and the actual rotation angle θ of the rotor 31 can be expressed as follows.
θ = φ (n) × 360 ° / 4096

回転角度検出回路10は、第1のデータD1及び第2のデータD2を出力するマルチプレクサ回路(選択回路の一例)23と、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyと、第1のデータD1及び第2のデータD2との内積データDspを演算する内積演算回路19と、内積演算回路19が出力する内積データDspを平滑化して振幅信号Sapを出力するデジタルフィルタ回路21とを有している。さらに、回転角度検出回路10は、有効化データ(第3のデータの一例)Dmdv及び無効化データ(第4のデータの一例)Dmdiを生成する有効化/無効化データ生成回路27と、マルチプレクサ回路23に出力する制御信号Scを生成する制御信号生成回路25とを有している。   The rotation angle detection circuit 10 includes a multiplexer circuit (an example of a selection circuit) 23 that outputs first data D1 and second data D2, an XΔΣ modulation signal Smdx and a YΔΣ modulation signal Smdy, and first data D1 and first data D1. And a digital filter circuit 21 that smoothes the inner product data Dsp output from the inner product operation circuit 19 and outputs an amplitude signal Sap. Further, the rotation angle detection circuit 10 includes an activation / invalidation data generation circuit 27 that generates validation data (an example of third data) Dmdv and invalidation data (an example of fourth data) Dmdi, and a multiplexer circuit And a control signal generation circuit 25 for generating a control signal Sc to be output to 23.

マルチプレクサ回路23には、正弦波データROM11が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinと、有効化/無効化データ生成回路27が出力する有効化データDmdv及び無効化データDmdiとが入力する。マルチプレクサ回路23は、非接触回転角センサ1が使用モードのときに、正弦波データROM11が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinを選択する。そして、マルチプレクサ回路23は、選択した余弦データDcos及び正弦データDsinを第1のデータD1及び第2のデータD2としてそれぞれ内積演算回路19に出力するようになっている。また、マルチプレクサ回路23は、非接触回転角センサ1が検査モードのときに、有効化/無効化データ生成回路27が出力する有効化データDmdv及び無効化データDmdiを選択して第1のデータD1及び第2のデータD2としてそれぞれ内積演算回路19に出力するようになっている。マルチプレクサ回路23は、第1又は第2のデータD1,D2を出力する第1出力端子Omp1及び第2出力端子Omp2を有している。マルチプレクサ回路23は、制御信号生成回路25から入力する制御信号Scの値に応じて第1及び第2出力端子Mot1,Mot2から第1及び第2のデータD1,D2のいずれを出力するのかを決定するようになっている。   The multiplexer circuit 23 receives cosine data Dcos and sine data Dsin output from the sine wave data ROM 11, and validation data Dmdv and invalidation data Dmdi output from the validation / invalidation data generation circuit 27. The multiplexer circuit 23 selects cosine data Dcos and sine data Dsin output from the sine wave data ROM 11 when the non-contact rotation angle sensor 1 is in the use mode. The multiplexer circuit 23 outputs the selected cosine data Dcos and sine data Dsin to the inner product calculation circuit 19 as first data D1 and second data D2, respectively. The multiplexer circuit 23 selects the first data D1 by selecting the validation data Dmdv and the invalidation data Dmdi output from the validation / invalidation data generation circuit 27 when the non-contact rotation angle sensor 1 is in the inspection mode. And the second data D2 are output to the inner product calculation circuit 19, respectively. The multiplexer circuit 23 has a first output terminal Omp1 and a second output terminal Omp2 that output the first or second data D1, D2. The multiplexer circuit 23 determines which of the first and second data D1, D2 is output from the first and second output terminals Mot1, Mot2 according to the value of the control signal Sc input from the control signal generation circuit 25. It is supposed to be.

制御信号生成回路25が出力する制御信号Scは、非接触回転角センサ1が現時点で使用モード及び検査モードのいずれの状態であるのかを示す情報を有している。例えば、制御信号Scの値が「0」のときに非接触回転角センサ1が使用モードであると判定され、制御信号Scの値が「1」又は「2」のときに非接触回転角センサ1が検査モードであると判定される。   The control signal Sc output from the control signal generation circuit 25 has information indicating whether the non-contact rotation angle sensor 1 is currently in the use mode or the inspection mode. For example, it is determined that the non-contact rotation angle sensor 1 is in the use mode when the value of the control signal Sc is “0”, and the non-contact rotation angle sensor when the value of the control signal Sc is “1” or “2”. It is determined that 1 is the inspection mode.

有効化/無効化データ生成回路27が生成する有効化データDmdv及び無効化データDmdiは、それぞれ12ビットのデータである。有効化データDmdvは例えば212LSBであり、無効化データDmdiは例えば0LSBである。 The validation data Dmdv and invalidation data Dmdi generated by the validation / invalidation data generation circuit 27 are each 12-bit data. The validation data Dmdv is, for example, 2 12 LSB, and the invalidation data Dmdi is, for example, 0 LSB.

マルチプレクサ回路23が出力する有効化データDmdvは、内積演算回路19に出力され、内積演算回路19に入力するXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyのうち一方を有効にするデータである。マルチプレクサ回路23が出力する無効化データDmdiは、内積演算回路19に出力され、内積演算回路19に入力するXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyのうち他方を無効にするデータである。   The validation data Dmdv output from the multiplexer circuit 23 is data that is output to the inner product calculation circuit 19 and enables one of the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the inner product calculation circuit 19. The invalidation data Dmdi output from the multiplexer circuit 23 is data that is output to the inner product calculation circuit 19 and invalidates the other of the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the inner product calculation circuit 19.

内積演算回路19は、マルチプレクサ回路23の第1出力端子Omp1から出力されるデータ信号が入力する第1入力端子Isp1と、マルチプレクサ回路23の第2出力端子Omp2から出力されるデータ信号が入力する第2入力端子Isp2と、XΔΣAD変換回路7が出力するXΔΣ変調信号Smdxが入力する第3入力端子Isp3と、YΔΣAD変換回路9が出力するYΔΣ変調信号Smdyが入力する第4入力端子Isp4とを有している。図2(a)では、第1から第4入力端子Isp1,Isp2,Isp3,Isp4は、「Isp」の文字を省略して各入力端子の数値のみが図示されている。内積演算回路19は、第1入力端子Isp1及び第2入力端子Isp2にそれぞれ入力するデータ信号と、第3入力端子Isp3及び第4入力端子Isp4にそれぞれ入力する信号とを内積演算して内積データDspを出力する。内積データDspは、内積演算回路19に設けられた出力端子Ospから出力される。内積演算回路19が実行する外積演算を各端子の符号を用いて表すと、以下の式(2)のようになる。
Osp=Isp1×Isp3+Isp2×Isp4 ・・・(2)
The inner product calculation circuit 19 receives a first input terminal Isp1 to which a data signal output from the first output terminal Omp1 of the multiplexer circuit 23 is input and a data signal output from the second output terminal Omp2 of the multiplexer circuit 23. A second input terminal Isp2, a third input terminal Isp3 to which the XΔΣ modulation signal Smdx output from the XΔΣ AD conversion circuit 7 is input, and a fourth input terminal Isp4 to which the YΔΣ modulation signal Smdy output from the YΔΣ AD conversion circuit 9 is input. ing. In FIG. 2A, for the first to fourth input terminals Isp1, Isp2, Isp3, and Isp4, the letters “Isp” are omitted and only the numerical values of the respective input terminals are shown. The inner product operation circuit 19 performs an inner product operation on the data signals input to the first input terminal Isp1 and the second input terminal Isp2 and the signals input to the third input terminal Isp3 and the fourth input terminal Isp4, respectively, thereby calculating the inner product data Dsp. Is output. The inner product data Dsp is output from an output terminal Osp provided in the inner product operation circuit 19. When the outer product calculation executed by the inner product calculation circuit 19 is expressed using the sign of each terminal, the following equation (2) is obtained.
Osp = Isp1 × Isp3 + Isp2 × Isp4 (2)

詳細は後述するが、第3及び第4入力端子Isp3,Isp4に入力する信号は、非接触回転角センサ1の動作状態が使用モード及び検査モードのいずれの場合もXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyで変更されないのに対し、第1及び第2入力端子Isp2,Isp2に入力する信号は、非接触回転角センサ1の動作状態によって異なるようになっている。   Although details will be described later, the signals input to the third and fourth input terminals Isp3 and Isp4 are the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal regardless of whether the non-contact rotation angle sensor 1 is in the use mode or the inspection mode. While not changed by Smdy, the signals input to the first and second input terminals Isp2 and Isp2 are different depending on the operating state of the non-contact rotation angle sensor 1.

デジタルフィルタ回路21は、内積演算回路19が出力する内積データDspを平均化し、12ビットの振幅信号Sapを出力する。デジタルフィルタ回路21は、内積データDspに対し平滑化するためのローパスフィルタの機能を発揮するようになっている。   The digital filter circuit 21 averages the inner product data Dsp output from the inner product calculation circuit 19 and outputs a 12-bit amplitude signal Sap. The digital filter circuit 21 exhibits a low-pass filter function for smoothing the inner product data Dsp.

上述のとおり、回転角度検出回路10は、永久磁石31bの磁界強度及び回転角度θに対応する出力信号SHox,SHoyを出力するXホール素子3及びYホール素子5と、アナログの出力信号SHox,SHoyを1ビット信号に変調するXΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9と、閉ループ方式のデジタル角度演算回路12と、内積演算回路19と、内積演算回路19に入力するデータ信号を選択して切り替えるマルチプレクサ回路23と、内積演算回路19が出力するデータ信号を平均化するデジタルフィルタ回路21とを主な構成として備えている。閉ループ方式のデジタル角度演算回路12は、外積演算回路13、位相補償回路15、積分回路17及び正弦波データROM11で構成されている。   As described above, the rotation angle detection circuit 10 includes the X Hall element 3 and the Y Hall element 5 that output the output signals SHox and SHoy corresponding to the magnetic field strength and the rotation angle θ of the permanent magnet 31b, and the analog output signals SHox and SHoy. XΔΣ AD conversion circuit 7 and YΔΣ AD conversion circuit 9 for modulating the signal into a 1-bit signal, a closed-loop digital angle calculation circuit 12, an inner product calculation circuit 19, and a multiplexer circuit for selecting and switching a data signal input to the inner product calculation circuit 19 23 and a digital filter circuit 21 that averages the data signal output from the inner product calculation circuit 19 are provided as main components. The closed-loop digital angle calculation circuit 12 includes an outer product calculation circuit 13, a phase compensation circuit 15, an integration circuit 17, and a sine wave data ROM 11.

ホール素子、MR(Magneto−Resistance)素子あるいはレゾルバといった磁気式の回転角センサは、いずれも回転体の回転に同期したアナログ電圧を信号として出力する。磁気式の回転角センサは、ホール素子等のセンサが出力するアナログ信号をAD変換回路によってデジタル信号に変換した後、デジタル回路部で角度位置情報の演算が行われる。デジタル回路部で角度位置情報を検出する信号処理回路として閉ループ方式(サーボ方式)の回路が使用される。閉ループ方式の信号処理回路を用いた回転角度検出回路は、角度検出に必要な信号処理による遅延時間を最短にすることができる。このため、閉ループ方式の信号処理回路を用いた角度検出回路は、モーター制御における非接触回転角度センサにおいて極めて好適な信号処理回路となる。   Magnetic rotation angle sensors such as Hall elements, MR (Magneto-Resistance) elements, and resolvers all output analog voltages synchronized with the rotation of the rotating body as signals. In a magnetic rotation angle sensor, an analog signal output from a sensor such as a Hall element is converted into a digital signal by an AD conversion circuit, and then angular position information is calculated by a digital circuit unit. A closed loop (servo) circuit is used as a signal processing circuit for detecting angular position information in the digital circuit section. A rotation angle detection circuit using a closed loop signal processing circuit can minimize the delay time due to signal processing necessary for angle detection. For this reason, the angle detection circuit using the closed loop signal processing circuit is a very suitable signal processing circuit in the non-contact rotation angle sensor in the motor control.

本実施形態でも、閉ループ方式の信号処理回路を用いたデジタル角度演算回路12が用いられている。デジタル角度演算回路12は、出力信号SHox,SHoy(例えば、A・cosθ、A・sinθ)を1ビットに変調したXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyと、正弦波データROM11からの余弦データDcos(例えばcosφ(n))及び正弦データDsin(例えばsin(φ(n)))との間で外積演算を行う。デジタル角度演算回路12は、算出する角度誤差信号「φ(n)−θ」が0に収束するようにフィードバックが組まれてる。デジタル角度演算回路12は、離散時間システムの伝達関数で等価的に表すことができる。   Also in this embodiment, the digital angle calculation circuit 12 using a closed loop signal processing circuit is used. The digital angle calculation circuit 12 includes an XΔΣ modulation signal Smdx and a YΔΣ modulation signal Smdy obtained by modulating the output signals SHox, SHoy (for example, A · cos θ, A · sin θ) to 1 bit, and cosine data Dcos ( For example, a cross product operation is performed between cos φ (n)) and sine data D sin (for example, sin (φ (n))). The digital angle calculation circuit 12 is fed back so that the calculated angle error signal “φ (n) −θ” converges to zero. The digital angle calculation circuit 12 can be equivalently expressed by a transfer function of a discrete time system.

図3は、デジタル角度演算回路12を離散時間システムの伝達関数で説明する図である。図3(a)は、デジタル角度演算回路12を離散時間システムの伝達関数で等価的に表したブロック図である。図3(b)は、デジタル角度演算回路12の動作周波数を2MHzとした場合のループフィルタ特性の一例を示すグラフである。横軸は周波数f(Hz)を示し、縦軸は増幅率(dB)を示している。   FIG. 3 is a diagram illustrating the digital angle calculation circuit 12 using a transfer function of a discrete time system. FIG. 3A is a block diagram equivalently representing the digital angle calculation circuit 12 with a transfer function of a discrete time system. FIG. 3B is a graph showing an example of loop filter characteristics when the operating frequency of the digital angle calculation circuit 12 is 2 MHz. The horizontal axis indicates the frequency f (Hz), and the vertical axis indicates the amplification factor (dB).

図3(a)に示すように、離散時間システムの伝達関数で等価的に表されたデジタル角度演算回路12は、加減算器35と、伝達関数「(1−bZ−1)/(1−aZ−1)」で表される位相補償回路37と、2つの伝達関数「c/(1−Z−1)」で表される積分回路39とを有している。伝達関数における「a」は「2047/2048」であり、「b」は「2040/2048」であり、cは「2/2048」である。積分回路39が出力する出力信号は加減算器35に入力する。これにより、加減算器35、位相補償回路37及び積分回路39によって閉ループが形成される。加減算器35には、積分回路39の出力信号の他に、増幅回路33が出力する1ビットの出力信号が入力するようになっている。増幅回路33は、図2(a)に示すXΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9に相当し、1ビット信号を出力する。加減算器35は、増幅回路33の出力信号から積分回路39の出力信号を減算した差信号SOを位相補償回路37に出力する。 As shown in FIG. 3A, the digital angle calculation circuit 12 equivalently represented by a transfer function of a discrete time system includes an adder / subtractor 35 and a transfer function “(1-bZ −1 ) / (1-aZ”. −1 ) ”and a phase compensation circuit 37 represented by two transfer functions“ c / (1-Z −1 ) ”. “A” in the transfer function is “2047/2048”, “b” is “2040/2048”, and c is “2/2048”. The output signal output from the integration circuit 39 is input to the adder / subtractor 35. Thus, a closed loop is formed by the adder / subtractor 35, the phase compensation circuit 37, and the integration circuit 39. In addition to the output signal of the integration circuit 39, the adder / subtractor 35 receives a 1-bit output signal output from the amplifier circuit 33. The amplifier circuit 33 corresponds to the XΔΣ AD converter circuit 7 and the YΔΣ AD converter circuit 9 shown in FIG. 2A and outputs a 1-bit signal. The adder / subtractor 35 outputs a difference signal SO obtained by subtracting the output signal of the integration circuit 39 from the output signal of the amplifier circuit 33 to the phase compensation circuit 37.

図3(b)に示すように、図3(a)に示す伝達関数の構成においてデジタル角度演算回路12が形成する閉ループのフィルタ特性は、動作周波数を2MHzとした場合、1kHz程度の帯域のローパスフィルタ特性となる。このため、デジタル角度演算回路12は、1ビット信号に含まれるノイズ(例えば数100kHzから数MHzの量子化ノイズ)を抑制するのに十分なフィルタ特性を有する。また、XΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9が12ビットの分解能を有しているとすると、増幅回路33が出力する出力信号は、実効的には1ビット(0又は4095LSBの2値)の信号となる。加減算器35に入力する1ビットの出力信号は、デジタル角度演算回路12が形成する閉ループに入力する際、すなわち加減算器35から出力する際に、正弦波データROM11(図2(a)参照)が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinのビット数に相当する12ビットにビット拡張される。デジタル角度演算回路12は、12ビットにビット拡張された信号(実際には0又は4095LSBの2値の信号)を位相補償回路37及び積分回路39に経由させて当該信号に重畳するノイズを低減し、加減算器35にフィードバックする。これにより、デジタル角度演算回路12は、加減算器35が出力する差信号SOを0に収束させる。積分回路39が出力する12ビットの出力信号の値は、加減算器35に入力する信号の値と等しくなる。デジタル角度演算回路12が形成する閉ループのローパスフィルタ特性によって加減算器35に入力する信号は平滑化される。このため、デジタル角度演算回路12に入力する2値のデジタル信号が、正確な12ビットの分解能を持つデジタルデータ信号として変換される。   As shown in FIG. 3 (b), the closed loop filter characteristic formed by the digital angle calculation circuit 12 in the configuration of the transfer function shown in FIG. 3 (a) is a low-pass in a band of about 1 kHz when the operating frequency is 2 MHz. Filter characteristics. For this reason, the digital angle calculation circuit 12 has sufficient filter characteristics to suppress noise (for example, quantization noise of several hundred kHz to several MHz) included in the 1-bit signal. If the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the YΔΣ AD conversion circuit 9 have a 12-bit resolution, the output signal output from the amplifier circuit 33 is effectively a 1-bit (0 or 4095 LSB binary) signal. It becomes. When the 1-bit output signal input to the adder / subtractor 35 is input to the closed loop formed by the digital angle calculation circuit 12, that is, when output from the adder / subtractor 35, the sine wave data ROM 11 (see FIG. 2A). Bit expansion is performed to 12 bits corresponding to the number of bits of the output cosine data Dcos and sine data Dsin. The digital angle calculation circuit 12 reduces the noise superimposed on the signal by passing the signal extended to 12 bits (actually, a binary signal of 0 or 4095 LSB) via the phase compensation circuit 37 and the integration circuit 39. , And feedback to the adder / subtractor 35. As a result, the digital angle calculation circuit 12 converges the difference signal SO output from the adder / subtractor 35 to zero. The value of the 12-bit output signal output from the integration circuit 39 is equal to the value of the signal input to the adder / subtractor 35. The signal input to the adder / subtractor 35 is smoothed by the closed-loop low-pass filter characteristic formed by the digital angle calculation circuit 12. Therefore, the binary digital signal input to the digital angle calculation circuit 12 is converted as a digital data signal having an accurate 12-bit resolution.

図2に戻って、Xホール素子3及びYホール素子5が出力するアナログの出力信号SHox,SHoyをデジタル信号に変換するAD変換回路として、1ビット変調を行うX及びYΔΣAD変換回路7,9を用いる利点は、角度誤差信号Saeの計算部である外積演算回路13を加減算器を用いた簡易な構成とすることができることにある。外積演算回路13には、正弦波データROM11から12ビットの余弦及び正弦データDcos,Dsinが入力するものの、X及びYΔΣAD変換回路7,9からは1ビットのX及びY変調信号Smdx,Smdyが入力する。このため、余弦及び正弦データDcos,DsinとX及びY変調信号Smdx,Smdyとの外積演算は、乗算せずに加減算のみで実行できる。このため、外積演算回路13は、大規模な回路となる乗算器を必要とせず、加減算器を用いた簡易な構成で実現でき、回路規模を小さくできる。   Returning to FIG. 2, X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9 that perform 1-bit modulation are used as AD conversion circuits that convert analog output signals SHox and SHoy output from the X Hall element 3 and the Y Hall element 5 into digital signals. The advantage of using is that the outer product calculation circuit 13 which is a calculation part of the angle error signal Sae can be made a simple configuration using an adder / subtracter. Although the 12-bit cosine and sine data Dcos and Dsin are input from the sine wave data ROM 11 to the outer product calculation circuit 13, 1-bit X and Y modulation signals Smdx and Smdy are input from the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. To do. For this reason, the outer product operation of the cosine and sine data Dcos and Dsin and the X and Y modulation signals Smdx and Smdy can be performed only by addition and subtraction without multiplication. Therefore, the outer product calculation circuit 13 does not require a multiplier that is a large-scale circuit, can be realized with a simple configuration using an adder / subtracter, and can reduce the circuit scale.

次に、マルチプレクサ回路23の動作を中心に、本実施形態による非接触回転角センサ1の動作について図2(a)を参照しつつ図4及び図5を用いて説明する。図4は、マルチプレクサ回路23に入力する制御信号Scの値と、第1及び第2出力端子Omp1,Omp2から出力される出力信号との関係を示す出力信号選択テーブルの一例である。出力信号選択テーブルは、マルチプレクサ回路23に設けられた所定の記憶部(不図示)に記憶されている。出力信号選択テーブルは、「制御信号」欄及び「出力信号」欄の2つに区分されている。「制御信号」は、制御信号生成回路25が生成しマルチプレクサ回路23に入力する制御信号Scを示している。「出力信号」は、マルチプレクサ回路23が出力する出力信号を示している。「出力信号」欄は、「D1」欄及び「D2」欄の2つに区分されている。「D1」は、マルチプレクサ回路23の第1出力端子Omp1から出力される第1のデータD1を示し、「D2」は、マルチプレクサ回路23の第2出力端子Omp2から出力する第2のデータD2を示している。「制御信号」欄には、制御信号Scの取り得る値「0」、「1」及び「2」が格納されている。「D1」欄及び「D2」欄には、制御信号Scの値に応じて第1及び第2のデータD1,D2として第1及び第2出力端子Omp1,Omp2からそれぞれ出力される出力信号の種類が格納されている。   Next, focusing on the operation of the multiplexer circuit 23, the operation of the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an example of an output signal selection table showing the relationship between the value of the control signal Sc input to the multiplexer circuit 23 and the output signals output from the first and second output terminals Omp1, Omp2. The output signal selection table is stored in a predetermined storage unit (not shown) provided in the multiplexer circuit 23. The output signal selection table is divided into two fields, a “control signal” column and an “output signal” column. “Control signal” indicates the control signal Sc generated by the control signal generation circuit 25 and input to the multiplexer circuit 23. “Output signal” indicates an output signal output from the multiplexer circuit 23. The “output signal” field is divided into two fields, a “D1” field and a “D2” field. “D1” indicates the first data D1 output from the first output terminal Omp1 of the multiplexer circuit 23, and “D2” indicates the second data D2 output from the second output terminal Omp2 of the multiplexer circuit 23. ing. In the “control signal” column, possible values “0”, “1”, and “2” of the control signal Sc are stored. In the “D1” column and the “D2” column, the types of output signals output from the first and second output terminals Omp1 and Omp2 as the first and second data D1 and D2 according to the value of the control signal Sc, respectively. Is stored.

図5は、マルチプレクサ回路23及び内積演算回路19の動作状態を示す図である。図5(a)は、制御信号Scの値が「0」の場合のマルチプレクサ回路23及び内積演算回路19の動作状態を示し、図5(b)は、制御信号Scの値が「1」の場合のマルチプレクサ回路23及び内積演算回路19の動作状態を示し、図5(c)は、制御信号Scの値が「2」の場合のマルチプレクサ回路23及び内積演算回路19の動作状態を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating the operation states of the multiplexer circuit 23 and the inner product operation circuit 19. FIG. 5A shows the operating state of the multiplexer circuit 23 and the inner product operation circuit 19 when the value of the control signal Sc is “0”, and FIG. 5B shows the value of the control signal Sc being “1”. FIG. 5C shows the operation state of the multiplexer circuit 23 and the inner product operation circuit 19 when the value of the control signal Sc is “2”. .

上述のとおり、回転角度検出回路10は、ローター3の回転に伴う磁場の変化をXホール素子3及びYホール素子5で検出する。次に、回転角度検出回路10は、X及びYホール素子3,5が出力するアナログの出力信号SHox,SHoyをX及びYΔΣAD変換回路7,9によって1ビットのデジタル信号であるX及びY変調信号Smdx,Smdyに変換して外積演算回路13に出力する。回転角度検出回路10は、外積演算回路13、位相補償回路15、積分回路17及び正弦波データROM11によって構成されるデジタル角度演算回路12によってX及びY変調信号Smdx,Smdyに等しい角度検出信号Sφ(n)を出力する。その際、デジタル角度演算回路12は、外積演算回路13、位相補償回路15、積分回路17及び正弦波データROM11によって形成される閉ループL1で角度検出信号Sφ(n)をフィードバックし、外積演算回路13が出力する角度誤差信号Saeを「0」に収束させる。回転角度検出回路10は、非接触回転角センサ1の動作状態が使用モード及び検査モードのいずれの場合も上述のとおり動作する。   As described above, the rotation angle detection circuit 10 detects the change in the magnetic field accompanying the rotation of the rotor 3 with the X Hall element 3 and the Y Hall element 5. Next, the rotation angle detection circuit 10 converts the analog output signals SHox and SHoy output from the X and Y Hall elements 3 and 5 into X and Y modulation signals which are 1-bit digital signals by the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. The data is converted into Smdx and Smdy and output to the outer product calculation circuit 13. The rotation angle detection circuit 10 includes an angle detection signal Sφ (equal to the X and Y modulation signals Smdx, Smdy by a digital angle calculation circuit 12 constituted by an outer product calculation circuit 13, a phase compensation circuit 15, an integration circuit 17 and a sine wave data ROM 11. n) is output. At this time, the digital angle calculation circuit 12 feeds back the angle detection signal Sφ (n) in the closed loop L1 formed by the outer product calculation circuit 13, the phase compensation circuit 15, the integration circuit 17 and the sine wave data ROM 11, and the outer product calculation circuit 13 The angle error signal Sae output by is converged to “0”. The rotation angle detection circuit 10 operates as described above regardless of whether the operation state of the non-contact rotation angle sensor 1 is the use mode or the inspection mode.

図4に示すように、出力信号選択テーブルでは、「制御信号」欄の「0」に対応して「D1」欄には「Dcos」が格納され、「D2」欄には「Dsin」が格納されている。このため、図5(a)に示すように、非接触回転角センサ1の動作状態が使用モードであって制御信号Scの値が「0」の場合、マルチプレクサ回路23は、正弦波データROM11から入力する余弦データDcos及び正弦データDsinを選択する。そして、マルチプレクサ回路23は、第1出力端子Omp1から余弦データDcosを第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm2から正弦データDsinを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 4, in the output signal selection table, “Dcos” is stored in the “D1” column and “Dsin” is stored in the “D2” column corresponding to “0” in the “control signal” column. Has been. For this reason, as shown in FIG. 5A, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor 1 is the use mode and the value of the control signal Sc is “0”, the multiplexer circuit 23 reads from the sine wave data ROM 11. Input cosine data Dcos and sine data Dsin are selected. The multiplexer circuit 23 outputs the cosine data Dcos as the first data D1 from the first output terminal Omp1, and outputs the sine data Dsin as the second data D2 from the second output terminal Opm2.

内積演算回路19は、上述の式(2)に基づいて、第1及び第2入力端子Isp1,Isp2に入力する信号と、第3及び第4入力端子Isp3,Isp4に入力する入力信号とを内積した内積データDspを演算する。第1入力端子Isp1に入力する余弦データDcosを「cos(φ(n))」とし、第2入力端子Isp2に入力する正弦データDsinを「sin(φ(n))」とし、第3入力端子Isp3に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ(1ビット)」とし、第4入力端子Isp4に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ(1ビット)」とする。この場合、式(2)より、内積データDspは、「A・cosθ(1ビット)×cos(φ(n))+A・sinθ(1ビット)×sin(φ(n))」となる。角度検出信号Sφ(n)の値「φ(n)」は「θ」となる。このため、内積データDspは後段のデジタルフィルタ回路21で1ビット変調に伴うノイズを抑制した後、ピタゴラスの定理(sinθ+cosθ=1)より、デジタル信号で表された「A」となる。 The inner product calculation circuit 19 calculates the inner product of the signals input to the first and second input terminals Isp1 and Isp2 and the input signals input to the third and fourth input terminals Isp3 and Isp4 based on the above equation (2). The calculated inner product data Dsp is calculated. The cosine data Dcos input to the first input terminal Isp1 is “cos (φ (n))”, the sine data Dsin input to the second input terminal Isp2 is “sin (φ (n))”, and the third input terminal The XΔΣ modulation signal Smdx input to Isp3 is “A · cos θ (1 bit)”, and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the fourth input terminal Isp4 is “A · sin θ (1 bit)”. In this case, from the expression (2), the inner product data Dsp is “A · cos θ (1 bit) × cos (φ (n)) + A · sin θ (1 bit) × sin (φ (n))”. The value “φ (n)” of the angle detection signal Sφ (n) is “θ”. For this reason, the inner product data Dsp becomes “A” represented by a digital signal from the Pythagorean theorem (sin 2 θ + cos 2 θ = 1) after suppressing noise due to 1-bit modulation by the subsequent digital filter circuit 21. .

図2(a)に示すように、内積演算回路19の後段に配置されるデジタルフィルタ回路21は、内積演算回路19が出力するデジタル信号を平滑化し、12ビット分解能を確保した値「A」の振幅信号Sapを出力する。このとき振幅信号SapはX及びYホール素子3,5に印加されるXY面内の磁界強度に比例した値となる。   As shown in FIG. 2A, the digital filter circuit 21 arranged at the subsequent stage of the inner product operation circuit 19 smooths the digital signal output from the inner product operation circuit 19 and has a value “A” that ensures 12-bit resolution. An amplitude signal Sap is output. At this time, the amplitude signal Sap becomes a value proportional to the magnetic field strength in the XY plane applied to the X and Y Hall elements 3 and 5.

図4に示すように、出力信号選択テーブルでは、「制御信号」欄の「1」に対応して「D1」欄には「Dmdv」が格納され、「D2」欄には「Dmdi」が格納されている。このため、図5(b)に示すように、非接触回転角センサ1の動作状態が検査モードであって制御信号Scの値が「1」の場合、マルチプレクサ回路23は、有効化/無効化データ生成回路27から入力する有効化データDmdv及び無効化データDmdiを選択する。そして、マルチプレクサ回路23は、第1出力端子Omp1から有効化データDmdvを第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm2から無効化データDmdiを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 4, in the output signal selection table, “Dmdv” is stored in the “D1” column and “Dmdi” is stored in the “D2” column corresponding to “1” in the “control signal” column. Has been. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor 1 is the inspection mode and the value of the control signal Sc is “1”, the multiplexer circuit 23 enables / disables The validation data Dmdv and invalidation data Dmdi input from the data generation circuit 27 are selected. Then, the multiplexer circuit 23 outputs the validation data Dmdv as the first data D1 from the first output terminal Omp1, and outputs the invalidation data Dmdi as the second data D2 from the second output terminal Opm2.

第1入力端子Isp1に入力する有効化データDmdvを「212LSB」とし、第2入力端子Isp2に入力する無効化データDmdiを「0LSB」とし、第3入力端子Isp3に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ(1ビット)」とし、第4入力端子Isp4に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ(1ビット)」とする。この場合、式(2)より、内積データDspは、「A・cosθ(1ビット)×212LSB+A・sinθ(1ビット)×0LSB」となる。このため、内積データDspは、「A・cosθ(1ビット)×212LSB」となる。 The validation data Dmdv input to the first input terminal Isp1 is “2 12 LSB”, the invalidation data Dmdi input to the second input terminal Isp2 is “0LSB”, and the XΔΣ modulation signal Smdx input to the third input terminal Isp3 Is “A · cos θ (1 bit)”, and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the fourth input terminal Isp4 is “A · sin θ (1 bit)”. In this case, from the expression (2), the inner product data Dsp is “A · cos θ (1 bit) × 2 12 LSB + A · sin θ (1 bit) × 0 LSB”. Therefore, the inner product data Dsp is “A · cos θ (1 bit) × 2 12 LSB”.

XΔΣ変調信号Smdxは、A・cosθが1ビットであって0又は1の2値の信号である。このため、内積演算回路19から出力される内積データDspは、0LSB又は212LSBの2値の信号となる。内積演算回路19の後段に配置されるデジタルフィルタ回路21は、内積演算回路19が出力する0LSB及び212LSBを平滑化し、12ビット分解能を確保し12ビットの値「A・cosθ」の振幅信号Sapを出力する。このとき振幅信号SapはX及びYホール素子3,5に印加されるXY面内の磁界強度のX軸成分に比例した値となる。 The XΔΣ modulation signal Smdx is a binary signal of 0 or 1 in which A · cos θ is 1 bit. Therefore, the inner product data Dsp output from the inner product calculation circuit 19 is a binary signal of 0 LSB or 2 12 LSB. The digital filter circuit 21 arranged at the subsequent stage of the inner product operation circuit 19 smoothes the 0LSB and 2 12 LSB output from the inner product operation circuit 19, ensures 12-bit resolution, and an amplitude signal of a 12-bit value “A · cos θ”. Output Sap. At this time, the amplitude signal Sap becomes a value proportional to the X-axis component of the magnetic field strength in the XY plane applied to the X and Y Hall elements 3 and 5.

図4に示すように、出力信号選択テーブルでは、「制御信号」欄の「2」に対応して「D1」欄には「Dmdi」が格納され、「D2」欄には「Dmdv」が格納されている。このため、図5(c)に示すように、非接触回転角センサ1の動作状態が検査モードであって制御信号Scの値が「2」の場合、マルチプレクサ回路23は、有効化/無効化データ生成回路27から入力する有効化データDmdv及び無効化データDmdiを選択する。そして、マルチプレクサ回路23は、第1出力端子Omp1から無効化データDmdiを第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm2から有効化データDmdvを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 4, in the output signal selection table, “Dmdi” is stored in the “D1” column and “Dmdv” is stored in the “D2” column corresponding to “2” in the “control signal” column. Has been. Therefore, as shown in FIG. 5C, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor 1 is the inspection mode and the value of the control signal Sc is “2”, the multiplexer circuit 23 is enabled / disabled. The validation data Dmdv and invalidation data Dmdi input from the data generation circuit 27 are selected. Then, the multiplexer circuit 23 outputs the invalidation data Dmdi as the first data D1 from the first output terminal Omp1, and outputs the validation data Dmdv as the second data D2 from the second output terminal Opm2.

第1入力端子Isp1に入力する無効化データDmdiを「0LSB」とし、第2入力端子Isp2に入力する有効化データDmdvを「212LSB」とし、第3入力端子Isp3に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ」とし、第4入力端子Isp4に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ」とする。式(2)より、内積データDspは、「A・sinθ(1ビット)×212LSB」(=A・cosθ×0LSB+A・sinθ×212LSB)となる。 The invalidation data Dmdi inputted to the first input terminal Isp1 is set to “0LSB”, the validation data Dmdv inputted to the second input terminal Isp2 is set to “2 12 LSB”, and the XΔΣ modulation signal Smdx inputted to the third input terminal Isp3. Is “A · cos θ”, and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the fourth input terminal Isp4 is “A · sin θ”. From the expression (2), the inner product data Dsp is “A · sin θ (1 bit) × 2 12 LSB” (= A · cos θ × 0 LSB + A · sin θ × 2 12 LSB).

YΔΣ変調信号Smdyは、A・sinθが1ビットであって0又は1の2値の信号である。このため、内積演算回路19から出力される内積データDspは、0LSB又は212LSBの2値の信号となる。内積演算回路19の後段に配置されるデジタルフィルタ回路21は、内積演算回路19が出力する0LSB及び212LSBを平滑化し、12ビット分解能を確保し12ビットの値「A・sinθ」の振幅信号Sapを出力する。このとき振幅信号SapはX及びYホール素子3,5に印加されるXY面内の磁界強度のY軸成分に比例した値となる。 The YΔΣ modulation signal Smdy is a binary signal of 0 or 1 in which A · sin θ is 1 bit. Therefore, the inner product data Dsp output from the inner product calculation circuit 19 is a binary signal of 0 LSB or 2 12 LSB. The digital filter circuit 21 arranged at the subsequent stage of the inner product operation circuit 19 smoothes the 0LSB and 2 12 LSB output from the inner product operation circuit 19, ensures 12-bit resolution, and an amplitude signal of the 12-bit value “A · sin θ”. Output Sap. At this time, the amplitude signal Sap is a value proportional to the Y-axis component of the magnetic field strength in the XY plane applied to the X and Y Hall elements 3 and 5.

本実施形態では、「A」、「A・cosθ」、「A・sinθ」を12ビット値に変換するために使用したデジタルフィルタ回路は全て同一の回路(すなわちデジタルフィルタ回路21)となっている。そのため、本実施形態による非接触回転角センサ1は、回路面積が相対的に大きいデジタルフィルタ回路を複数必要とせずに、簡易な構成のマルチプレクサ回路23の追加のみで、「A」、「A・cosθ」、「A・sinθ」の3つの信号を出力することが可能となる。後述するが、「A・cosθ」及び「A・sinθ」の各信号は、デジタル角度演算回路の故障検出や、経年変化等による角度検出信号に含まれる角度誤差を検出する、あるいは補正するための有用な信号である。   In this embodiment, all the digital filter circuits used for converting “A”, “A · cos θ”, and “A · sin θ” into 12-bit values are the same circuit (ie, the digital filter circuit 21). . For this reason, the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment does not require a plurality of digital filter circuits having a relatively large circuit area, and only adds the multiplexer circuit 23 having a simple configuration, so that “A”, “A · It is possible to output three signals of “cos θ” and “A · sin θ”. As will be described later, each of the signals “A · cos θ” and “A · sin θ” is used to detect or correct an angle error included in the angle detection signal due to a failure detection of the digital angle calculation circuit or a secular change. This is a useful signal.

次に、本実施形態による非接触回転角センサ1と、非接触回転角センサ1に関連する関連技術とを比較しながら非接触回転角センサ1の効果などについて、図2及び図5を参照しつつ図6及び図7を用いて説明する。   Next, the effects of the non-contact rotation angle sensor 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 5 while comparing the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment with related technologies related to the non-contact rotation angle sensor 1. This will be described with reference to FIGS.

図6は、特許文献1、特許文献2で開示されている、1つ目の関連技術であって非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路101の概略構成を示すブロック図である。回転角度検出回路101は故障検出機能を有している。図6に示すように、回転角度検出回路101は、閉ループ方式のデジタル角度演算回路102を有している。デジタル角度演算回路102は、外積演算回路113と、位相補償回路115と、積分回路117と、正弦波データROM111とで構成されている。外積演算回路113は、入力するXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyと、正弦波データROM111が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinとを外積演算して角度誤差信号Saeを位相補償回路115に出力する。回転角度検出回路101は、Xホール素子3及びYホール素子5と同じ機能を発揮するXホール素子103及びYホール素子105と、XΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9と同じ機能を発揮するXΔΣAD変換回路107及びYΔΣAD変換回路109とを有している。X及びYΔΣAD変換回路107,109は、外積演算回路113に入力するX及びYΔΣ変調信号Smdx,Smdyをそれぞれ出力する。   FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a rotation angle detection circuit 101 provided in a non-contact rotation angle sensor as the first related technique disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. The rotation angle detection circuit 101 has a failure detection function. As illustrated in FIG. 6, the rotation angle detection circuit 101 includes a closed-loop digital angle calculation circuit 102. The digital angle calculation circuit 102 includes an outer product calculation circuit 113, a phase compensation circuit 115, an integration circuit 117, and a sine wave data ROM 111. The outer product calculation circuit 113 calculates the outer product of the input XΔΣ modulation signal Smdx and YΔΣ modulation signal Smdy and the cosine data Dcos and sine data Dsin output from the sine wave data ROM 111, and outputs the angle error signal Sae to the phase compensation circuit 115. To do. The rotation angle detection circuit 101 includes an X Hall element 103 and a Y Hall element 105 that exhibit the same functions as the X Hall element 3 and the Y Hall element 5, and an XΔΣ AD conversion that exhibits the same functions as the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the YΔΣ AD conversion circuit 9. A circuit 107 and a YΔΣ AD conversion circuit 109. X and YΔΣ AD conversion circuits 107 and 109 output X and YΔΣ modulation signals Smdx and Smdy, respectively, input to the outer product calculation circuit 113.

X及びYΔΣAD変換回路107,109から出力されたX及びYΔΣ変調信号Smdx,Smdyは、デジタル角度演算回路102が形成する閉ループに入力する際、すなわち外積演算回路113から出力される際に、正弦波データROM111が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinのビット数に相当する12ビットにビット拡張される。デジタル角度演算回路102は、12ビットにビット拡張された信号(実際には最小値及び最大値の2値のデジタル信号)を位相補償回路115及び積分回路117に経由させ、この信号に重畳するノイズを低減し、外積演算回路113にフィードバックする。これにより、デジタル角度演算回路102は、外積演算回路113が出力する角度誤差信号Saeを0に収束させる。   The X and YΔΣ modulation signals Smdx and Smdy output from the X and YΔΣ AD conversion circuits 107 and 109 are sine waves when they are input to the closed loop formed by the digital angle calculation circuit 102, that is, when they are output from the outer product calculation circuit 113. Bit expansion is performed to 12 bits corresponding to the number of bits of cosine data Dcos and sine data Dsin output from the data ROM 111. The digital angle calculation circuit 102 passes a signal extended to 12 bits (actually a binary digital signal having a minimum value and a maximum value) via the phase compensation circuit 115 and the integration circuit 117, and noise superimposed on this signal. And fed back to the outer product calculation circuit 113. As a result, the digital angle calculation circuit 102 converges the angle error signal Sae output from the outer product calculation circuit 113 to zero.

回転角度検出回路101は、XΔΣAD変換回路107及びYΔΣAD変換回路109から入力するXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyと、正弦波データROM111から入力する余弦データDcos及び正弦データDsinとの内積を演算する内積演算回路119と、内積演算回路119が出力する内積データDspが入力するデジタルフィルタ回路121と、デジタルフィルタ回路121から出力する振幅信号Sapが入力する閾値判定回路123とを有している。デジタルフィルタ回路121は、内積演算回路119が出力するデジタル信号の内積データDspを平滑化し、所定ビット(例えば12ビット)分解能を確保した値の振幅信号Sapを出力する。   The rotation angle detection circuit 101 calculates the inner product of the XΔΣ modulation signal Smdx and YΔΣ modulation signal Smdy input from the XΔΣ AD conversion circuit 107 and the YΔΣ AD conversion circuit 109 and the cosine data Dcos and sine data Dsin input from the sine wave data ROM 111. An inner product arithmetic circuit 119, a digital filter circuit 121 to which the inner product data Dsp output from the inner product arithmetic circuit 119 is input, and a threshold determination circuit 123 to which the amplitude signal Sap output from the digital filter circuit 121 is input. The digital filter circuit 121 smoothes the inner product data Dsp of the digital signal output from the inner product operation circuit 119, and outputs an amplitude signal Sap having a value with a predetermined bit (for example, 12 bits) resolution.

1つ目の関連技術における回転角度検出回路101は、角度誤差信号を算出する外積演算回路113に加え、内積演算回路119を有することにより、角度検出信号Sφ(n)に基づいて振幅信号Sapを検出できる。さらに、回転角度検出回路101は、閾値判定回路123を有することにより、X及びYホール素子103,105からの信号が大きすぎる場合や小さすぎる場合にエラーと判定し、エラー信号Ser1,Ser2を出力することが可能になっている。例えば、閾値判定回路123には、上限閾値信号Sup及び下限閾値信号Sloが入力するようになっている。   The rotation angle detection circuit 101 according to the first related technique includes an inner product calculation circuit 119 in addition to the outer product calculation circuit 113 that calculates an angle error signal, and thus the amplitude signal Sap is obtained based on the angle detection signal Sφ (n). It can be detected. Further, the rotation angle detection circuit 101 includes the threshold determination circuit 123, so that an error is determined when the signals from the X and Y Hall elements 103 and 105 are too large or too small, and error signals Ser1 and Ser2 are output. It is possible to do. For example, the threshold determination circuit 123 receives an upper threshold signal Sup and a lower threshold signal Slo.

内積演算回路119の第1入力端子Isp1に入力する余弦データDcosを「cos(φ(n))」とし、第2入力端子Isp2に入力する正弦データDsinを「sin(φ(n))」とし、第3入力端子Isp3に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ」とし、第4入力端子Isp4に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ」とする。なお、図6では、内積演算回路119の第1から第4入力端子Isp1,Isp2,Isp3,Isp4は、「Isp」の文字を省略して各入力端子の数値のみが図示されている。式(2)より、内積データDspは、「A・cosθ(1ビット)×cos(φ(n))+A・sinθ(1ビット)×sin(φ(n))」となる。角度検出信号Sφ(n)の値「φ(n)」は「θ」となる。このため、内積データDspは、ピタゴラスの定理(sinθ+cosθ=1)より、デジタル信号で表された「A」となる。 The cosine data Dcos input to the first input terminal Isp1 of the inner product arithmetic circuit 119 is “cos (φ (n))”, and the sine data Dsin input to the second input terminal Isp2 is “sin (φ (n))”. The XΔΣ modulation signal Smdx input to the third input terminal Isp3 is “A · cos θ”, and the YΔΣ modulation signal Smdy input to the fourth input terminal Isp4 is “A · sin θ”. In FIG. 6, for the first to fourth input terminals Isp1, Isp2, Isp3, and Isp4 of the inner product calculation circuit 119, the characters “Isp” are omitted and only the numerical values of the input terminals are shown. From the equation (2), the inner product data Dsp is “A · cos θ (1 bit) × cos (φ (n)) + A · sin θ (1 bit) × sin (φ (n))”. The value “φ (n)” of the angle detection signal Sφ (n) is “θ”. Therefore, the inner product data Dsp is “A” represented by a digital signal by the Pythagorean theorem (sin 2 θ + cos 2 θ = 1).

内積演算回路119が出力する内積データDspは1ビット信号を元に計算されるため、1ビット量子化に伴うノイズを多く含む。このため、回転角度検出回路101は、内積演算回路119の後段にローパスフィルタ特性を有するデジタルフィルタ回路121を設けて内積データDspを平滑化し振幅信号Sapを必要な精度や分解能で算出できるようになっている。閾値判定回路123は、必要な精度や分解能で算出された振幅信号Sapが上限閾値信号Supを超えているとエラー信号Ser1を出力し、振幅信号Sapが下限閾値信号Sloより下回っているとエラー信号Ser2を出力する。これにより、回転角度検出回路101は、アナログ回路部の断線や短絡といった異常やセンサの故障検出が可能となる。例えば、回転を検出するセンサとしてホール素子を用いた場合、ホール素子の信号配線が電源と短絡した場合、「A」は上限閾値の判定により故障が検出できる。また、ホール素子に近接して設ける磁石が落下すると「A」=0となり、下限閾値の判定により故障検出が可能になる。またレゾルバを用いた場合に関しても、同じ構成によりコイルの断線等を検出することが可能となる。   Since the inner product data Dsp output from the inner product operation circuit 119 is calculated based on a 1-bit signal, it contains a lot of noise accompanying 1-bit quantization. Therefore, the rotation angle detection circuit 101 can provide the digital filter circuit 121 having a low-pass filter characteristic after the inner product calculation circuit 119 to smooth the inner product data Dsp and calculate the amplitude signal Sap with necessary accuracy and resolution. ing. The threshold determination circuit 123 outputs an error signal Ser1 when the amplitude signal Sap calculated with necessary accuracy and resolution exceeds the upper limit threshold signal Sup, and an error signal when the amplitude signal Sap is lower than the lower limit threshold signal Slo. Ser2 is output. As a result, the rotation angle detection circuit 101 can detect an abnormality such as a disconnection or a short circuit of the analog circuit unit or a sensor failure. For example, when a Hall element is used as a sensor for detecting rotation, when the signal wiring of the Hall element is short-circuited with a power supply, “A” can detect a failure by determining an upper limit threshold value. Further, when the magnet provided close to the Hall element falls, “A” = 0, and the failure can be detected by determining the lower threshold. Even when a resolver is used, it is possible to detect a broken wire of the coil with the same configuration.

図7は、2つ目の関連技術であって非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路201の概略構成を示すブロック図である。図7に示すように、2つ目の関連技術における回転角度検出回路201は、IC回路部203と、モーター制御用マイコン205とを有している。回転角度検出回路201は、IC回路部203で演算した角度検出信号Sφ(n)と、IC回路部が出力する12ビットの余弦信号(SADox)、正弦信号(SADoy)を元にモーター制御用マイコン205で演算した角度検出信号Sθ(n)とを比較して角度検出信号Sφ(n)が正しい値であるか否かを判定するようになっている。   FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a rotation angle detection circuit 201 provided in a non-contact rotation angle sensor as a second related technique. As shown in FIG. 7, the rotation angle detection circuit 201 in the second related technology includes an IC circuit unit 203 and a motor control microcomputer 205. The rotation angle detection circuit 201 is a microcomputer for motor control based on the angle detection signal Sφ (n) calculated by the IC circuit unit 203 and the 12-bit cosine signal (SADox) and sine signal (SADoy) output from the IC circuit unit. The angle detection signal Sθ (n) calculated in 205 is compared to determine whether or not the angle detection signal Sφ (n) is a correct value.

IC回路部203は、不図示のモーターの回転に伴う磁場の変化を検出するXホール素子203a及びYホール素子203bと、X及びYホール素子203a,203bが出力するアナログの出力信号を12ビットのデジタル値にAD変換するAD変換回路203cと、AD変換回路203cが出力するデジタル信号が入力するデジタル角度演算回路203dとを有している。AD変換回路203cは、12ビットの逐次比較方式のAD変換回路である。   The IC circuit unit 203 is a 12-bit analog output signal output from the X Hall element 203a and the Y Hall element 203b that detects changes in the magnetic field accompanying rotation of a motor (not shown), and the X and Y Hall elements 203a and 203b. An AD conversion circuit 203c that performs AD conversion to a digital value, and a digital angle calculation circuit 203d that receives a digital signal output from the AD conversion circuit 203c are included. The AD conversion circuit 203c is a 12-bit successive approximation AD conversion circuit.

モーター制御用マイコン205は、AD変換回路203cが出力するデジタル信号が入力するデジタル角度演算回路205aと、デジタル角度演算回路205aが算出した角度検出信号Sθ(n)と、IC回路部203に設けられたデジタル角度演算回路203dが算出した角度検出信号Sφ(n)とを比較する比較回路205bと有している。デジタル角度演算回路205aは、デジタル角度演算回路203dと同様の構成を有している。   The motor control microcomputer 205 is provided in the IC circuit unit 203, a digital angle calculation circuit 205a to which a digital signal output from the AD conversion circuit 203c is input, an angle detection signal Sθ (n) calculated by the digital angle calculation circuit 205a. And a comparison circuit 205b that compares the angle detection signal Sφ (n) calculated by the digital angle calculation circuit 203d. The digital angle calculation circuit 205a has the same configuration as the digital angle calculation circuit 203d.

例えば、非接触回転角センサのIC回路部203が正常に機能して、角度検出信号Sφ(n)が正しい値であるか否かを判定しようとしたとする。回転角度検出回路201では、デジタル角度演算回路203dが検出する角度検出信号Sφ(n)に加え、逐次比較AD回路203cが出力する12ビットのデジタル信号SADox,SADoyを元に、モーター制御用マイコン205に備えられたデジタル角度演算回路205aで角度検出信号Sθ(n)を演算するようになっている。さらに、回転角度検出回路201は、デジタル角度演算回路203dが演算した角度検出信号Sφ(n)と、デジタル角度演算回路205aが演算した角度検出信号Sθ(n)とを比較回路205bで比較して、角度検出信号Sφ(n)が正しい値であるか否かを判定するようになっている。このように、回転角度検出回路201は、デジタル角度演算回路203dが故障しているか否かを判定できる。   For example, assume that the IC circuit unit 203 of the non-contact rotation angle sensor functions normally and tries to determine whether or not the angle detection signal Sφ (n) is a correct value. In the rotation angle detection circuit 201, in addition to the angle detection signal Sφ (n) detected by the digital angle calculation circuit 203d, the motor control microcomputer 205 is based on the 12-bit digital signals SADox and SADoy output from the successive approximation AD circuit 203c. The angle detection signal Sθ (n) is calculated by the digital angle calculation circuit 205a provided in the above. Further, the rotation angle detection circuit 201 compares the angle detection signal Sφ (n) calculated by the digital angle calculation circuit 203d with the angle detection signal Sθ (n) calculated by the digital angle calculation circuit 205a by the comparison circuit 205b. In addition, it is determined whether or not the angle detection signal Sφ (n) is a correct value. Thus, the rotation angle detection circuit 201 can determine whether or not the digital angle calculation circuit 203d is out of order.

また、Xホール素子203aが出力する出力信号SHoxはA・cosθであり、Yホール素子203bが出力する出力信号SHoyはA・sinθであらわされるアナログ電圧値となるが、出力信号SHox及び出力信号SHoyは、実際には半導体製造ばらつきや磁石・IC回路の経年変化により固有の検出感度の誤差やオフセットが加算された信号となる。このため、Xホール素子203aのオフセットをOffxとし、Yホール素子203bのオフセットをOffyとし、Xホール素子203aの検出感度をAxとし、Yホール素子203bの検出感度をAyとすると、出力信号SHox及び出力信号SHoyは、以下の式(3)及び式(4)で表すことができる。
SHox=Ax・cosθ+Offx ・・・(3)
SHoy=Ay・sinθ+Offy ・・・(4)
Further, the output signal SHox output from the X Hall element 203a is A · cos θ, and the output signal SHoy output from the Y Hall element 203b is an analog voltage value expressed by A · sin θ, but the output signal SHox and the output signal Shoy are In reality, this is a signal to which an error or offset inherent in detection sensitivity is added due to semiconductor manufacturing variations or aging of magnets and IC circuits. Therefore, if the offset of the X Hall element 203a is Offx, the offset of the Y Hall element 203b is Offy, the detection sensitivity of the X Hall element 203a is Ax, and the detection sensitivity of the Y Hall element 203b is Ay, the output signal SHox and The output signal SHoy can be expressed by the following equations (3) and (4).
SHox = Ax · cos θ + Offx (3)
SHoy = Ay · sin θ + Offy (4)

Xホール素子203a及びYホール素子203bの検出感度Ax及び検出感度Ayとの間に、1%のミスマッチが生じた場合、角度検出信号Sφ(n)に生じる角度誤差は、モーターが45°近辺の角度位置で約0.3°(=45°−(tan−1((0.99×sin45°)/(1.00×cos45°))))となり、実際のモーターの角度位置よりも0.3°ずれて角度が検出される。また、検出感度Ayに対し1%のオフセットが加算された場合、このオフセットにより角度検出信号Sφ(n)生じる角度誤差は、モーターが0°近辺の角度位置で約−0.6°(=0°−(tan−1((1.00×sin0°+0.01)/(1.00×cos0°))))となる。このような角度検出信号の誤差は、製造ばらつきに加えて、ホール素子の場合は磁石や半導体の経年変化により増大し、レゾルバの場合も、レゾルバを構成するコイルの抵抗等の経年変化により増大する。そのような経年変化に伴う、角度検出信号の誤差といった細かな故障を検出(あるいは補正)するには、検出感度のミスマッチやオフセットをあらかじめ調べる必要がある。また、検出感度のミスマッチやオフセットに関しては、実際にはホール素子以外にAD変換回路の誤差も含むため、SHox信号、SHoy信号をAD変換した、SADox信号、SADoy信号を元に算出することが望ましい。2つ目の関連技術の構成においては、AD変換回路に12ビットの逐次比較方式のAD変換回路を使用しており、12ビットのデジタル値に変換された、SADox信号、SADoy信号をIC回路外へ出力し、検出感度のミスマッチやオフセットを算出することで、角度検出信号の誤差の増加といった細かな故障の検出も可能である。 When a 1% mismatch occurs between the detection sensitivity Ax and the detection sensitivity Ay of the X Hall element 203a and the Y Hall element 203b, the angle error generated in the angle detection signal Sφ (n) The angular position is about 0.3 ° (= 45 ° − (tan −1 ((0.99 × sin45 °) / (1.00 × cos45 °)))), which is less than the angular position of the actual motor. The angle is detected with a 3 ° offset. Further, when an offset of 1% is added to the detection sensitivity Ay, the angle error caused by the angle detection signal Sφ (n) due to this offset is about −0.6 ° (= 0 at the angular position of the motor near 0 °. °-(tan −1 ((1.00 × sin 0 ° + 0.01) / (1.00 × cos 0 °)))). In addition to manufacturing variations, such errors in the angle detection signal increase due to aging of magnets and semiconductors in the case of Hall elements, and in the case of resolvers also increase due to aging of the resistance of the coils constituting the resolver. . In order to detect (or correct) a minor failure such as an error in the angle detection signal due to such a secular change, it is necessary to examine in advance a detection sensitivity mismatch or offset. In addition, since detection sensitivity mismatch and offset actually include errors in the AD conversion circuit in addition to the Hall elements, it is desirable to calculate based on the SADox signal and SADoy signal obtained by AD-converting the SHox signal and SHoy signal. . In the second related art configuration, a 12-bit successive approximation AD converter circuit is used for the AD converter circuit, and the SADox signal and SADooy signal converted into a 12-bit digital value are outside the IC circuit. By calculating the detection sensitivity mismatch and offset, it is possible to detect a fine failure such as an increase in the angle detection signal error.

ただし2つ目の関連技術によるデジタル角度演算回路の故障検出や、経年変化に伴う角度検出信号の誤差の増大といった細かな故障検出は、1つ目のΔΣAD変換回路を用いた関連技術の構成では適用できない。AD変換回路にΔΣAD変換回路を用いた回転角度検出回路101は、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyが1ビット変調された信号となる。このため、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyは、図2(b)中の下段に示すように、矩形の高周波信号となる。このため、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyを直接検出しても、検出された信号から有効な情報は得られない。その結果、回転角度検出回路101は、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyを直接検出できない場合、非接触回転角センサのデジタル回路部の故障検出に対応できないという問題と、角度検出信号Sφ(n)の経年変化に伴う細かな角度検出信号の誤差の増加が検出できないという問題とが生じる。   However, the detailed detection of failure such as the failure detection of the digital angle calculation circuit by the second related technology and the increase of the error of the angle detection signal with the aging change is the configuration of the related technology using the first ΔΣ AD conversion circuit. Not applicable. The rotation angle detection circuit 101 using the ΔΣ AD conversion circuit as the AD conversion circuit becomes a signal obtained by modulating the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy by 1 bit. Therefore, the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy are rectangular high-frequency signals as shown in the lower part of FIG. For this reason, even if the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy are directly detected, effective information cannot be obtained from the detected signals. As a result, when the rotation angle detection circuit 101 cannot directly detect the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy, the rotation angle detection circuit 101 cannot cope with the failure detection of the digital circuit unit of the non-contact rotation angle sensor, and the angle detection signal Sφ (n ), An increase in the error of the fine angle detection signal accompanying the secular change cannot be detected.

これに対し、本実施形態による非接触回転角センサ1に設けられた回転角度検出回路10は、マルチプレクサ回路23を有している。マルチプレクサ回路23は、非接触回転角センサ1が検査モードの際に、有効化データDmdv及び無効化データDmdiを内積演算回路19に出力する。本実施形態による非接触回転角センサ1は、XΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9から直接検出したXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyを内積演算回路19に入力し、内積演算回路19で有効化データDmdv及び無効化データDmdiとXΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyとを内積演算した内積データDspに基づいて、共通のデジタルフィルタ回路で平滑化を行い、「A」、「A・cosθ」、「A・sinθ」の12ビットに変換されたデジタル信号を得ることができる。このため、非接触回転角センサ1は、わずかな回路の追加のみで、アナログ回路部やセンサ部の故障検出に加え、回転角度検出回路10のデジタル部の故障検出や、経年変化に伴う角度検出信号の誤差の増加といった細かな故障検出に対応できる。   On the other hand, the rotation angle detection circuit 10 provided in the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment has a multiplexer circuit 23. The multiplexer circuit 23 outputs the validation data Dmdv and the invalidation data Dmdi to the inner product calculation circuit 19 when the non-contact rotation angle sensor 1 is in the inspection mode. The non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment inputs the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy detected directly from the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the YΔΣ AD conversion circuit 9 to the inner product calculation circuit 19 and validates them by the inner product calculation circuit 19. Based on the inner product data Dsp obtained by calculating the inner product of the data Dmdv, the invalidation data Dmdi, the XΔΣ modulation signal Smdx, and the YΔΣ modulation signal Smdy, smoothing is performed by a common digital filter circuit, and “A”, “A · cos θ”, A digital signal converted into 12 bits of “A · sin θ” can be obtained. For this reason, the non-contact rotation angle sensor 1 can detect the failure of the digital part of the rotation angle detection circuit 10 and the angle detection accompanying the secular change in addition to the failure detection of the analog circuit part and the sensor part with only a few additional circuits. It is possible to cope with fine failure detection such as an increase in signal error.

また、この問題を解決するために、Xホール素子203a及びYホール素子203bが出力する出力信号を1ビット変調されたXΔΣ変調信号及びYΔΣ変調信号に変換するΔΣAD変換回路と、このXΔΣ変調信号及びYΔΣ変調信号を平滑化及びビット拡張を行うためのデジタルフィルタ回路を専用で備える方法も考えられる。しかしながら、デジタルフィルタ回路は、レジスタ(記憶装置)やフルアダー(加算器)といった面積の大きいデジタル回路を多数必要とする。このため、デジタルフィルタ回路の増加は、IC回路部203の回路面積の増大を招く。この回路面積の増加は、非接触回転角センサのICチップコストの増加や、ICの故障確率の増大にもつながる。   In order to solve this problem, a ΔΣ AD conversion circuit that converts an output signal output from the X Hall element 203a and the Y Hall element 203b into a 1-bit modulated XΔΣ modulation signal and a YΔΣ modulation signal, and the XΔΣ modulation signal and A method is also conceivable in which a dedicated digital filter circuit for smoothing and bit extension of the YΔΣ modulation signal is provided. However, the digital filter circuit requires many digital circuits having a large area such as a register (storage device) and a full adder (adder). For this reason, the increase in the digital filter circuit causes an increase in the circuit area of the IC circuit unit 203. This increase in circuit area leads to an increase in IC chip cost of the non-contact rotation angle sensor and an increase in IC failure probability.

これに対し、本実施形態による非接触回転角センサ1は、マルチプレクサ回路23を備えることにより内積演算回路の出力を3通りに調整する構成となっており、12ビットのデジタル値に変換された「A」、「A・cosθ」、「A・sinθ」は全て共通のデジタルフィルタ回路により算出できる。そのため、回路面積や故障確率の増大につながるデジタルフィルタ回路を複数設けずに、わずかな回路の追加のみで関連技術で述べたような故障検出に全て対応することが可能である。   On the other hand, the non-contact rotation angle sensor 1 according to the present embodiment is configured to adjust the output of the inner product calculation circuit in three ways by including the multiplexer circuit 23, and is converted into a 12-bit digital value. “A”, “A · cos θ”, and “A · sin θ” can all be calculated by a common digital filter circuit. Therefore, it is possible to cope with all of the failure detections described in the related art with only a few additional circuits without providing a plurality of digital filter circuits that lead to an increase in circuit area and failure probability.

〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態による非接触回転角センサについて図1を参照しつつ、図8から図12を用いて説明する。
本実施形態による非接触回転角センサは、1ビットのX及びYΔΣ変調信号を12ビットにビット拡張するために使用するデジタルフィルタに、デジタル角度演算回路のループフィルタを用いる点に特徴を有している。また、本実施形態による非接触回転角センサは、図1に示す上記第1の実施形態による非接触回転角センサ1と同様の外観を有しているため、外観構成に関する説明は省略する。図8は、本実施形態による非接触回転角センサに備えられた回転角度検出回路51の概略の回路構成を示すブロック図である。なお、上記第1の実施形態による非接触回転角センサ1と同様の機能・作用を奏する構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
A non-contact rotation angle sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 12 while referring to FIG.
The non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment is characterized in that a loop filter of a digital angle calculation circuit is used as a digital filter used for bit expansion of a 1-bit X and YΔΣ modulation signal to 12 bits. Yes. The non-contact rotation angle sensor according to this embodiment has the same appearance as the non-contact rotation angle sensor 1 according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 8 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of the rotation angle detection circuit 51 provided in the non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which show | plays the function and effect | action similar to the non-contact rotation angle sensor 1 by the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

図8に示すように、回転角度検出回路51は、ローター(不図示)の回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するXホール素子3と、このローターの回転角に基づく磁場のY軸成分を検出するYホール素子5とを有している。Xホール素子3が検出する磁場のX軸成分は、図1(a)及び図1(b)中に示すX軸方向の成分である。Yホール素子5が検出する磁場のY軸成分は、図1(a)及び図1(b)中に示すY軸方向の成分である。また、回転角度検出回路10は、Xホール素子3が検出する磁場のX軸成分に応じたXΔΣ変調信号(第1のΔΣ変調信号の一例)Smdxを出力するXΔΣAD変換回路(第1のΔΣ変調回路の一例)7と、Yホール素子5が検出する磁場のY軸成分に応じたYΔΣ変調信号(第2のΔΣ変調信号の一例)Smdyを出力するYΔΣAD変換回路(第2のΔΣ変調回路)9とを有している。   As shown in FIG. 8, the rotation angle detection circuit 51 includes an X Hall element 3 that detects an X axis component of a magnetic field based on a rotation angle of a rotor (not shown), and a Y axis component of a magnetic field based on the rotation angle of the rotor. And a Y Hall element 5 for detecting. The X-axis component of the magnetic field detected by the X Hall element 3 is a component in the X-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The Y-axis component of the magnetic field detected by the Y Hall element 5 is a component in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The rotation angle detection circuit 10 also outputs an XΔΣ AD conversion circuit (first ΔΣ modulation) that outputs an XΔΣ modulation signal (an example of a first ΔΣ modulation signal) Smdx corresponding to the X-axis component of the magnetic field detected by the X Hall element 3. An example of a circuit) 7 and a YΔΣ AD conversion circuit (second ΔΣ modulation circuit) that outputs Smdy according to a YΔΣ modulation signal (an example of a second ΔΣ modulation signal) corresponding to the Y-axis component of the magnetic field detected by the Y Hall element 5 9.

回転角度検出回路51は、角度信号が入力され、入力した角度信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する正弦波データROM(余弦/正弦データ出力部の一例)11と、X及びYΔΣAD変換回路7,9が出力するX及びYΔΣ変調信号Smdx,Smdyと正弦波データROM11が出力する余弦データ及び正弦データとが入力するマルチプレクサ回路(選択回路の一例)53と、マルチプレクサ回路53が出力する信号が入力する外積演算回路55とを有している。さらに、回転角度検出回路51は、2種類の所定値信号を生成する所定値信号生成回路61と、マルチプレクサ回路23に出力する制御信号Scを生成する制御信号生成回路59とを有している。   The rotation angle detection circuit 51 receives an angle signal and outputs a cosine data ROM (an example of a cosine / sine data output unit) 11 that outputs cosine data and sine data according to the input angle signal, and X and YΔΣ AD conversion. A multiplexer circuit (an example of a selection circuit) 53 to which X and YΔΣ modulation signals Smdx and Smdy output from the circuits 7 and 9 and cosine data and sine data output from the sine wave data ROM 11 are input, and a signal output from the multiplexer circuit 53 Is input to the outer product calculation circuit 55. Further, the rotation angle detection circuit 51 includes a predetermined value signal generation circuit 61 that generates two types of predetermined value signals, and a control signal generation circuit 59 that generates a control signal Sc to be output to the multiplexer circuit 23.

正弦波データROM11は、入力した角度信号に応じそれぞれ12ビットの余弦データ及び正弦データを出力するようになっている。正弦波データROM11に入力する角度信号は、後述する積分回路63が出力する角度検出信号Sφ(n)である。正弦波データROM11は、入力する角度検出信号Sφ(n)が表す角度φ(n)に応じた余弦データDcos及び正弦データDsinをマルチプレクサ回路53に出力する。   The sine wave data ROM 11 outputs 12-bit cosine data and sine data according to the input angle signal. The angle signal input to the sine wave data ROM 11 is an angle detection signal Sφ (n) output from an integration circuit 63 described later. The sine wave data ROM 11 outputs cosine data Dcos and sine data Dsin corresponding to the angle φ (n) represented by the input angle detection signal Sφ (n) to the multiplexer circuit 53.

マルチプレクサ回路53は、第1マルチプレクサ回路(第1のマルチプレクサの一例)53aと第2マルチプレクサ回路(第2のマルチプレクサの一例)53bとを有している。第1マルチプレクサ回路53aには、XΔΣAD変換回路7及びYΔΣAD変換回路9がそれぞれ出力する1ビットのXΔΣ変調信号Smdx,Smdyと、所定値信号生成回路61が出力する所定値信号(所定値を有するデータの一例)Scnt1とが入力する。第1マルチプレクサ回路53aは、非接触回転角センサの動作状態が使用モードのときに、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyを選択して第1のデータD1及び第2のデータD2としてそれぞれ出力するようになっている。また、第1マルチプレクサ回路53aは、非接触回転角センサの動作状態が検査モードのときに、XΔΣ変調信号Smdx及びYΔΣ変調信号Smdyのうち一方を選択して第1のデータD1及び第2のデータD2のうち一方として出力し、第1のデータD1及び第2のデータD2のうち他方として所定値信号Scnt1を出力する。第1マルチプレクサ回路53aが出力する第1のデータD1は外積演算回路55の第1入力端子Icp1に出力され、第1マルチプレクサ回路53aが出力する第2のデータD2は外積演算回路55の第2入力端子Icp2に出力される。   The multiplexer circuit 53 includes a first multiplexer circuit (an example of a first multiplexer) 53a and a second multiplexer circuit (an example of a second multiplexer) 53b. The first multiplexer circuit 53a includes 1-bit XΔΣ modulation signals Smdx and Smdy output from the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the YΔΣ AD conversion circuit 9, respectively, and a predetermined value signal (data having a predetermined value) output from the predetermined value signal generation circuit 61. Example) Scnt1 inputs. The first multiplexer circuit 53a selects the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy and outputs them as the first data D1 and the second data D2, respectively, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode. It is like that. The first multiplexer circuit 53a selects one of the XΔΣ modulation signal Smdx and the YΔΣ modulation signal Smdy and selects the first data D1 and the second data when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is in the inspection mode. It outputs as one of D2 and outputs a predetermined value signal Scnt1 as the other of the first data D1 and the second data D2. The first data D1 output from the first multiplexer circuit 53a is output to the first input terminal Icp1 of the outer product operation circuit 55, and the second data D2 output from the first multiplexer circuit 53a is the second input of the outer product operation circuit 55. It is output to the terminal Icp2.

第2マルチプレクサ回路53bには、正弦波データROM11が出力する余弦データDcos及び正弦データDsinと、所定値信号生成回路61が出力する所定値信号(所定値を有するデータの一例)Scnt2と、積分回路63が出力する角度検出信号Sφ(n)とが入力する。第2マルチプレクサ回路53bは、非接触回転角センサの動作状態が使用モードのときに、余弦データDcos及び正弦データDsinを選択して第3のデータD3及び第4のデータD4としてそれぞれ出力する。また、第2マルチプレクサ回路53bは、非接触回転角センサの動作状態が検査モードのときに、角度検出信号(積分信号の一例)Sφ(n)を選択して第3のデータD3及び第4のデータD4のうち一方として出力し、所定値信号Scnt2を第3のデータD3及び第4のデータD4のうち他方として出力する。第2マルチプレクサ回路53bが出力する第3のデータD3は外積演算回路55の第3入力端子Icp3に出力され、第2マルチプレクサ回路53bが出力する第4のデータD4は外積演算回路55の第4入力端子Icp4に出力される。図8及び後述する図11から図13では、第1から第4入力端子Icp1,Icp2,Icp3,Icp4は、「Icp」の文字を省略して各入力端子の数値のみが図示されている。   The second multiplexer circuit 53b includes cosine data Dcos and sine data Dsin output from the sine wave data ROM 11, a predetermined value signal (an example of data having a predetermined value) Scnt2 output from the predetermined value signal generation circuit 61, and an integration circuit. An angle detection signal Sφ (n) output from 63 is input. The second multiplexer circuit 53b selects cosine data Dcos and sine data Dsin and outputs them as third data D3 and fourth data D4, respectively, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode. Further, the second multiplexer circuit 53b selects the third data D3 and the fourth data D3 by selecting an angle detection signal (an example of an integration signal) Sφ (n) when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is in the inspection mode. One of the data D4 is output, and the predetermined value signal Scnt2 is output as the other of the third data D3 and the fourth data D4. The third data D3 output from the second multiplexer circuit 53b is output to the third input terminal Icp3 of the outer product operation circuit 55, and the fourth data D4 output from the second multiplexer circuit 53b is the fourth input of the outer product operation circuit 55. It is output to the terminal Icp4. In FIG. 8 and FIGS. 11 to 13 to be described later, the first to fourth input terminals Icp1, Icp2, Icp3, and Icp4 are shown with only the numerical values of the respective input terminals by omitting the letters “Icp”.

制御信号生成回路59が出力する制御信号Scは、非接触回転角センサが現時点で使用モード及び検査モードのいずれの状態であるのかを示す情報を有している。例えば、制御信号Scの値が「0」のときに非接触回転角センサの動作状態が使用モードであると判定され、制御信号Scの値が「1」又は「2」のときに非接触回転角センサの動作状態が検査モードであると判定される。
所定値信号生成回路61が生成する所定値信号Scnt1は例えば1LSBであり、所定値信号Scnt2は例えば212LSBである。
The control signal Sc output from the control signal generation circuit 59 has information indicating whether the non-contact rotation angle sensor is currently in the use mode or the inspection mode. For example, when the value of the control signal Sc is “0”, it is determined that the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode, and when the value of the control signal Sc is “1” or “2”, the non-contact rotation is performed. It is determined that the operating state of the angle sensor is the inspection mode.
The predetermined value signal Scnt1 generated by the predetermined value signal generation circuit 61 is, for example, 1LSB, and the predetermined value signal Scnt2 is, for example, 2 12 LSB.

外積演算回路55は、マルチプレクサ回路53から出力する第1のデータD1及び第2のデータD2と、第3のデータD3及び第4のデータD4とを外積演算して角度誤差信号(外積データの一例)Saeを出力するようになっている。角度誤差信号Saeは、外積演算回路55に設けられた出力端子Ocpから出力される。外積演算回路55が実行する外積演算は上述の式(1)で表すことができる。   The outer product calculation circuit 55 calculates the angle error signal (an example of outer product data) by calculating the outer product of the first data D1 and the second data D2 output from the multiplexer circuit 53, and the third data D3 and the fourth data D4. ) Sae is output. The angle error signal Sae is output from an output terminal Ocp provided in the outer product calculation circuit 55. The outer product calculation executed by the outer product calculation circuit 55 can be expressed by the above-described equation (1).

回転角度検出回路51は、外積演算回路55が出力する角度誤差信号Saeが入力する位相補償回路15と、位相補償回路15が出力する角度誤差信号Saeを積分して角度検出信号Sφ(n)を出力する積分回路(積分信号出力部の一例)63とを有している。
積分回路63は、角度検出信号Sφ(n)を第2マルチプレクサ回路53b及び正弦波データROM11に出力する。
The rotation angle detection circuit 51 integrates the phase compensation circuit 15 to which the angle error signal Sae output from the outer product calculation circuit 55 is input and the angle error signal Sae output from the phase compensation circuit 15 to obtain the angle detection signal Sφ (n). And an integration circuit (an example of an integration signal output unit) 63 for outputting.
The integration circuit 63 outputs the angle detection signal Sφ (n) to the second multiplexer circuit 53b and the sine wave data ROM 11.

回転角度検出回路51は、非接触回転角センサの動作状態が使用モードか検査モードかによってマルチプレクサ回路53が出力する信号を選択的に切り替えて、デジタル角度演算回路52が形成する閉ループを切り替えるようになっている。非接触回転角センサの動作状態が使用モードでは、デジタル角度演算回路52は、外積演算回路55、位相補償回路15、積分回路63、正弦波データROM11及びマルチプレクサ回路53によって閉ループL2を形成する。一方、非接触回転角センサの動作状態が検査モードでは、デジタル角度演算回路52は、外積演算回路55、位相補償回路15、積分回路63及びマルチプレクサ回路53によって閉ループL3を形成する。   The rotation angle detection circuit 51 selectively switches the signal output from the multiplexer circuit 53 depending on whether the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode or the inspection mode, and switches the closed loop formed by the digital angle calculation circuit 52. It has become. When the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode, the digital angle calculation circuit 52 forms a closed loop L2 by the outer product calculation circuit 55, the phase compensation circuit 15, the integration circuit 63, the sine wave data ROM 11, and the multiplexer circuit 53. On the other hand, when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the inspection mode, the digital angle calculation circuit 52 forms a closed loop L3 with the outer product calculation circuit 55, the phase compensation circuit 15, the integration circuit 63, and the multiplexer circuit 53.

次に、マルチプレクサ回路53の動作を中心に、本実施形態による非接触回転角センサの動作について図8を参照しつつ図9から図12を用いて説明する。図9は、マルチプレクサ回路53に入力する制御信号Scの値と、マルチプレクサ回路53の出力端子から出力される出力信号との関係を示す出力信号選択テーブルである。図9(a)は、第1マルチプレクサ回路53a用の出力信号選択テーブルT1であり、図9(b)は、第2マルチプレクサ回路53b用の出力信号選択テーブルT2である。出力信号選択テーブルT1は、第1マルチプレクサ回路53aに設けられた所定の記憶部(不図示)に記憶されており、出力信号選択テーブルT2は、第2マルチプレクサ回路53bに設けられた所定の記憶部(不図示)に記憶されている。   Next, centering on the operation of the multiplexer circuit 53, the operation of the non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is an output signal selection table showing the relationship between the value of the control signal Sc input to the multiplexer circuit 53 and the output signal output from the output terminal of the multiplexer circuit 53. 9A shows an output signal selection table T1 for the first multiplexer circuit 53a, and FIG. 9B shows an output signal selection table T2 for the second multiplexer circuit 53b. The output signal selection table T1 is stored in a predetermined storage unit (not shown) provided in the first multiplexer circuit 53a, and the output signal selection table T2 is a predetermined storage unit provided in the second multiplexer circuit 53b. (Not shown).

図9(a)に示すように、出力信号選択テーブルT1は、「制御信号」欄及び「出力信号」欄の2つに区分されている。「制御信号」は、制御信号生成回路59が生成し第1マルチプレクサ回路53aに入力する制御信号Scを示している。「出力信号」は、第1マルチプレクサ回路53aが出力する出力信号を示している。「出力信号」欄は、「D1」欄及び「D2」欄の2つに区分されている。「D1」は、第1マルチプレクサ回路53aの第1出力端子Omp11から出力される第1のデータD1を示し、「D2」は、第1マルチプレクサ回路53aの第2出力端子Opm12から出力される第2のデータD2を示している。「制御信号」欄には、制御信号Scの取り得る値「0」、「1」及び「2」が格納されている。「D1」欄及び「D2」欄には、制御信号Scの値に応じて第1及び第2のデータD1,D2として第1及び第2出力端子Omp11,Omp12からそれぞれ出力される出力信号の種類が格納されている。   As shown in FIG. 9A, the output signal selection table T1 is divided into two fields, a “control signal” column and an “output signal” column. The “control signal” indicates the control signal Sc generated by the control signal generation circuit 59 and input to the first multiplexer circuit 53a. “Output signal” indicates an output signal output from the first multiplexer circuit 53a. The “output signal” field is divided into two fields, a “D1” field and a “D2” field. “D1” indicates the first data D1 output from the first output terminal Omp11 of the first multiplexer circuit 53a, and “D2” indicates the second data output from the second output terminal Opm12 of the first multiplexer circuit 53a. Data D2 is shown. In the “control signal” column, possible values “0”, “1”, and “2” of the control signal Sc are stored. In the “D1” column and the “D2” column, the types of output signals respectively output from the first and second output terminals Omp11 and Omp12 as the first and second data D1 and D2 according to the value of the control signal Sc. Is stored.

図9(b)に示すように、出力信号選択テーブルT2は、「制御信号」欄及び「出力信号」欄の2つに区分されている。「制御信号」は、制御信号生成回路59が生成し第2マルチプレクサ回路53bに入力する制御信号Scを示している。「出力信号」は、第2マルチプレクサ回路53bが出力する出力信号を示している。「出力信号」欄は、「D3」欄及び「D4」欄の2つに区分されている。「D3」は、第2マルチプレクサ回路53bの第1出力端子Omp21から出力される第3のデータD3を示し、「D4」は、第2マルチプレクサ回路53bの第2出力端子Opm22から出力される第4のデータD4を示している。「制御信号」欄には、制御信号Scの取り得る値「0」、「1」及び「2」が格納されている。「D3」欄及び「D4」欄には、制御信号Scの値に応じて第3及び第4のデータD3,D4として第1及び第2出力端子Omp21,Omp22からそれぞれ出力される出力信号の種類が格納されている。   As shown in FIG. 9B, the output signal selection table T2 is divided into two fields, a “control signal” column and an “output signal” column. “Control signal” indicates the control signal Sc generated by the control signal generation circuit 59 and input to the second multiplexer circuit 53b. “Output signal” indicates an output signal output from the second multiplexer circuit 53b. The “output signal” field is divided into two fields, a “D3” field and a “D4” field. “D3” indicates the third data D3 output from the first output terminal Omp21 of the second multiplexer circuit 53b, and “D4” indicates the fourth data output from the second output terminal Opm22 of the second multiplexer circuit 53b. Data D4 is shown. In the “control signal” column, possible values “0”, “1”, and “2” of the control signal Sc are stored. In the “D3” column and the “D4” column, the types of output signals output from the first and second output terminals Omp21, Omp22 as the third and fourth data D3, D4 according to the value of the control signal Sc, respectively. Is stored.

図10は、制御信号Scの値が「0」の場合のマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である。図11は、制御信号Scの値が「1」の場合のマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である。図12は、制御信号Scの値が「2」の場合のマルチプレクサ回路53の動作状態を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an operation state of the multiplexer circuit 53 when the value of the control signal Sc is “0”. FIG. 11 is a diagram illustrating an operation state of the multiplexer circuit 53 when the value of the control signal Sc is “1”. FIG. 12 is a diagram illustrating an operation state of the multiplexer circuit 53 when the value of the control signal Sc is “2”.

まず、非接触回転角センサの動作状態が使用モードであって制御信号Scの値が「0」における非接触回転角センサの動作について説明する。
回転角度検出回路51は、ローターの回転に伴う磁場の変化をXホール素子3及びYホール素子5で検出する。次に、回転角度検出回路51は、X及びYホール素子3,5が出力するアナログの出力信号SHox,SHoyをX及びYΔΣAD変換回路7,9によって1ビットのデジタル信号であるX及びY変調信号Smdx,Smdyに変換して第1マルチプレクサ回路53aに出力する。
First, the operation of the non-contact rotation angle sensor when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the use mode and the value of the control signal Sc is “0” will be described.
The rotation angle detection circuit 51 detects changes in the magnetic field accompanying the rotation of the rotor by the X Hall element 3 and the Y Hall element 5. Next, the rotation angle detection circuit 51 converts the analog output signals SHox and SHoy output from the X and Y Hall elements 3 and 5 into X and Y modulation signals which are 1-bit digital signals by the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. The data is converted into Smdx and Smdy and output to the first multiplexer circuit 53a.

図9(a)に示すように、出力信号選択テーブルT1では、「制御信号」欄の「0」に対応して「D1」欄には「Smdx」が格納され、「D2」欄には「Smdy」が格納されている。このため、図10に示すように、第1マルチプレクサ回路53aは、X及びYΔΣAD変換回路7,9から入力するX及びY変調信号Smdx,Smdyを選択する。そして、第1マルチプレクサ回路53aは、第1出力端子Omp11からX変調信号Smdxを第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm12からY変調信号Smdyを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 9A, in the output signal selection table T1, “Smdx” is stored in the “D1” field and “Smdx” is stored in the “D2” field, corresponding to “0” in the “control signal” field. "Smdy" is stored. Therefore, as shown in FIG. 10, the first multiplexer circuit 53 a selects the X and Y modulation signals Smdx and Smdy input from the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. Then, the first multiplexer circuit 53a outputs the X modulation signal Smdx as the first data D1 from the first output terminal Omp11, and outputs the Y modulation signal Smdy as the second data D2 from the second output terminal Opm12.

また、図9(b)に示すように、出力信号選択テーブルT2では、「制御信号」欄の「0」に対応して「D3」欄には「Dcos」が格納され、「D4」欄には「Dsin」が格納されている。このため、図10に示すように、第2マルチプレクサ回路53bは、正弦波データROM11から入力する余弦データDcos及び正弦データDsinを選択する。そして、第2マルチプレクサ回路53bは、第1出力端子Omp21から余弦データDcosを第3のデータD3として出力し、第2出力端子Opm22から正弦データDsinを第4のデータD4として出力する。   Further, as shown in FIG. 9B, in the output signal selection table T2, “Dcos” is stored in the “D3” field corresponding to “0” in the “control signal” field, and the “D4” field. Stores “Dsin”. For this reason, as shown in FIG. 10, the second multiplexer circuit 53b selects the cosine data Dcos and the sine data Dsin input from the sine wave data ROM 11. Then, the second multiplexer circuit 53b outputs the cosine data Dcos as the third data D3 from the first output terminal Omp21, and outputs the sine data Dsin as the fourth data D4 from the second output terminal Opm22.

外積演算回路55は、上述の式(1)に基づいて、第1及び第2入力端子Isp1,Isp2に入力する信号と、第3及び第4入力端子Isp3,Isp4に入力する入力信号とを外積した外積データDcpを演算する。第1入力端子Isp1に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ(1ビット)」とし、第2入力端子Isp2に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ(1ビット)」とし、第3入力端子Isp3に入力する余弦データDcosを「cos(φ(n))」とし、第4入力端子Isp4に入力する正弦データDsinを「sin(φ(n))」とする。X及びYΔΣ変調信号Smdx,SmdyにおけるA・cosθ(1ビット)及びA・sinθ(1ビット)は1ビットのデータである。この場合、式(1)より、外積データDcpは、「A・sin(φ(n)−θ)」(=A・cosθ×sin(φ(n))−A・sinθ×cos(φ(n)))となる。すなわち、外積データDcpを演算することによって角度誤差信号「A×(φ(n)−θ)」が求められる。デジタル角度演算回路52の閉ループの特性により、外積演算回路55が出力する外積データDcpである角度誤差信号「φ(n)−θ」は、「0」に収束するようにフィードバックが掛かる。これにより、回転角度検出回路51は、位相補償回路15及び積分回路63を介して出力される角度検出信号Sφ(n)としてローターの回転角度θに等しいφ(n)を検出できる。   The outer product calculation circuit 55 calculates the outer product of the signal input to the first and second input terminals Isp1 and Isp2 and the input signal input to the third and fourth input terminals Isp3 and Isp4 based on the above equation (1). The cross product data Dcp is calculated. The XΔΣ modulation signal Smdx input to the first input terminal Isp1 is “A · cos θ (1 bit)”, the YΔΣ modulation signal Smdy input to the second input terminal Isp2 is “A · sin θ (1 bit)”, and the third The cosine data Dcos input to the input terminal Isp3 is “cos (φ (n))”, and the sine data Dsin input to the fourth input terminal Isp4 is “sin (φ (n))”. A · cos θ (1 bit) and A · sin θ (1 bit) in the X and YΔΣ modulation signals Smdx and Smdy are 1-bit data. In this case, from the equation (1), the outer product data Dcp is “A · sin (φ (n) −θ)” (= A · cos θ × sin (φ (n)) − A · sin θ × cos (φ (n ))). That is, the angle error signal “A × (φ (n) −θ)” is obtained by calculating the outer product data Dcp. Due to the closed loop characteristics of the digital angle calculation circuit 52, the angle error signal “φ (n) −θ”, which is the outer product data Dcp output from the outer product calculation circuit 55, is fed back so as to converge to “0”. Thus, the rotation angle detection circuit 51 can detect φ (n) equal to the rotation angle θ of the rotor as the angle detection signal Sφ (n) output via the phase compensation circuit 15 and the integration circuit 63.

次に、非接触回転角センサの動作状態が検査モードであって制御信号Scの値が「1」における非接触回転角センサの動作について説明する。
回転角度検出回路51は、ローターの回転に伴う磁場の変化をXホール素子3及びYホール素子5で検出する。次に、回転角度検出回路51は、X及びYホール素子3,5が出力するアナログの出力信号SHox,SHoyをX及びYΔΣAD変換回路7,9によって1ビットのデジタル信号であるX及びY変調信号Smdx,Smdyに変換して第1マルチプレクサ回路53aに出力する。
Next, the operation of the non-contact rotation angle sensor when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the inspection mode and the value of the control signal Sc is “1” will be described.
The rotation angle detection circuit 51 detects changes in the magnetic field accompanying the rotation of the rotor by the X Hall element 3 and the Y Hall element 5. Next, the rotation angle detection circuit 51 converts the analog output signals SHox and SHoy output from the X and Y Hall elements 3 and 5 into X and Y modulation signals which are 1-bit digital signals by the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. The data is converted into Smdx and Smdy and output to the first multiplexer circuit 53a.

図9(a)に示すように、出力信号選択テーブルT1では、「制御信号」欄の「1」に対応して「D1」欄には「Smdx」が格納され、「D2」欄には「Scnt1」が格納されている。このため、図11に示すように、第1マルチプレクサ回路53aは、XΔΣAD変換回路7から入力するX変調信号Smdxと、所定値信号生成回路61から入力する所定値信号Scntを選択する。そして、第1マルチプレクサ回路53aは、第1出力端子Omp11からX変調信号Smdxを第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm12からY変調信号Smdyを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 9A, in the output signal selection table T1, “Smdx” is stored in the “D1” column and “Smdx” is stored in the “D2” column corresponding to “1” in the “control signal” column. "Scnt1" is stored. For this reason, as shown in FIG. 11, the first multiplexer circuit 53 a selects the X modulation signal Smdx input from the XΔΣ AD conversion circuit 7 and the predetermined value signal Scnt input from the predetermined value signal generation circuit 61. Then, the first multiplexer circuit 53a outputs the X modulation signal Smdx as the first data D1 from the first output terminal Omp11, and outputs the Y modulation signal Smdy as the second data D2 from the second output terminal Opm12.

また、図9(b)に示すように、出力信号選択テーブルT2では、「制御信号」欄の「1」に対応して「D3」欄には「Sφ(n)」が格納され、「D4」欄には「Scnt2」が格納されている。このため、図11に示すように、第2マルチプレクサ回路53bは、積分回路63から入力する角度検出信号Sφ(n)と、所定値信号生成回路61から入力する所定値信号Scnt2とを選択する。そして、第2マルチプレクサ回路53bは、第1出力端子Omp21から角度検出信号Sφ(n)を第3のデータD3として出力し、第2出力端子Opm22から所定値信号Scnt2を第4のデータD4として出力する。   Also, as shown in FIG. 9B, in the output signal selection table T2, “Sφ (n)” is stored in the “D3” column corresponding to “1” in the “control signal” column, and “D4” "Scnt2" is stored in the "" column. Therefore, as shown in FIG. 11, the second multiplexer circuit 53 b selects the angle detection signal Sφ (n) input from the integration circuit 63 and the predetermined value signal Scnt 2 input from the predetermined value signal generation circuit 61. Then, the second multiplexer circuit 53b outputs the angle detection signal Sφ (n) as the third data D3 from the first output terminal Omp21, and outputs the predetermined value signal Scnt2 as the fourth data D4 from the second output terminal Opm22. To do.

外積演算回路55は、上述の式(1)に基づいて、第1及び第2入力端子Isp1,Isp2に入力する信号と、第3及び第4入力端子Isp3,Isp4に入力する入力信号とを外積した外積データDcpを演算する。第1入力端子Isp1に入力するXΔΣ変調信号Smdxを「A・cosθ(1ビット)」とし、第2入力端子Isp2に入力する所定値信号Scnt1を「1LSB」とし、第3入力端子Isp3に入力する角度検出信号Sφ(n)を「Sout」とし、第4入力端子Isp4に入力する所定値信号Scnt2を「212LSB」とする。XΔΣ変調信号SmdxにおけるA・cosθ(1ビット)は1ビットのデータである。式(1)より、外積データDcpは、「A・cosθ(1ビット)×212LSB−1×Sout」となる。デジタル角度演算回路52の閉ループL3の特性により、外積演算回路55が出力する外積データDcpは、図11中の右上に示す破線で示すように、「0」に収束するようにフィードバックが掛かる。これにより、角度検出信号Sφ(n)は、デジタル角度演算回路52の閉ループL3のループフィルタ特性により平滑化されるため、A・cosθ(1ビット)×212LSBの2値の信号の平均値に収束する。これにより、回転角度検出回路51は、位相補償回路15及び積分回路63を介して出力される角度検出信号Sφ(n)として12ビットにビット拡張された「A・cosθ」を検出できる。 The outer product calculation circuit 55 calculates the outer product of the signal input to the first and second input terminals Isp1 and Isp2 and the input signal input to the third and fourth input terminals Isp3 and Isp4 based on the above equation (1). The cross product data Dcp is calculated. The XΔΣ modulation signal Smdx input to the first input terminal Isp1 is “A · cos θ (1 bit)”, the predetermined value signal Scnt1 input to the second input terminal Isp2 is “1LSB”, and is input to the third input terminal Isp3. The angle detection signal Sφ (n) is “Sout”, and the predetermined value signal Scnt2 input to the fourth input terminal Isp4 is “2 12 LSB”. A · cos θ (1 bit) in the XΔΣ modulation signal Smdx is 1-bit data. From equation (1), the outer product data Dcp is “A · cos θ (1 bit) × 2 12 LSB−1 × Sout”. Due to the characteristic of the closed loop L3 of the digital angle calculation circuit 52, the cross product data Dcp output from the cross product calculation circuit 55 is fed back so as to converge to “0” as indicated by the broken line shown at the upper right in FIG. As a result, the angle detection signal Sφ (n) is smoothed by the loop filter characteristic of the closed loop L3 of the digital angle calculation circuit 52, so that the average value of the binary signal of A · cos θ (1 bit) × 2 12 LSB is obtained. Converge to. As a result, the rotation angle detection circuit 51 can detect “A · cos θ” that is bit-extended to 12 bits as the angle detection signal Sφ (n) output through the phase compensation circuit 15 and the integration circuit 63.

次に、非接触回転角センサの動作状態が検査モードであって制御信号Scの値が「2」における非接触回転角センサの動作について説明する。
回転角度検出回路51は、ローターの回転に伴う磁場の変化をXホール素子3及びYホール素子5で検出する。次に、回転角度検出回路51は、X及びYホール素子3,5が出力するアナログの出力信号SHox,SHoyをX及びYΔΣAD変換回路7,9によって1ビットのデジタル信号であるX及びY変調信号Smdx,Smdyに変換して第1マルチプレクサ回路53aに出力する。
Next, the operation of the non-contact rotation angle sensor when the operation state of the non-contact rotation angle sensor is the inspection mode and the value of the control signal Sc is “2” will be described.
The rotation angle detection circuit 51 detects changes in the magnetic field accompanying the rotation of the rotor by the X Hall element 3 and the Y Hall element 5. Next, the rotation angle detection circuit 51 converts the analog output signals SHox and SHoy output from the X and Y Hall elements 3 and 5 into X and Y modulation signals which are 1-bit digital signals by the X and YΔΣ AD conversion circuits 7 and 9. The data is converted into Smdx and Smdy and output to the first multiplexer circuit 53a.

図9(a)に示すように、出力信号選択テーブルT1では、「制御信号」欄の「2」に対応して「D1」欄には「Scnt1」が格納され、「D2」欄には「Smdy」が格納されている。このため、図12に示すように、第1マルチプレクサ回路53aは、所定値信号生成回路61から入力する所定値信号Scnt1及びYΔΣAD変換回路9から入力するY変調信号Smdyを選択し、第1出力端子Omp11から所定値信号Scnt1を第1のデータD1として出力し、第2出力端子Opm12からY変調信号Smdyを第2のデータD2として出力する。   As shown in FIG. 9A, in the output signal selection table T1, “Scnt1” is stored in the “D1” column and “Snt1” is stored in the “D2” column, corresponding to “2” in the “control signal” column. "Smdy" is stored. Therefore, as shown in FIG. 12, the first multiplexer circuit 53a selects the predetermined value signal Scnt1 input from the predetermined value signal generation circuit 61 and the Y modulation signal Smdy input from the YΔΣ AD conversion circuit 9, and outputs the first output terminal. The predetermined value signal Scnt1 is output from the Omp11 as the first data D1, and the Y modulation signal Smdy is output from the second output terminal Opm12 as the second data D2.

また、図9(b)に示すように、出力信号選択テーブルT2では、「制御信号」欄の「2」に対応して「D3」欄には「Scnt2」が格納され、「D4」欄には「Sφ(n)」が格納されている。このため、図12に示すように、第2マルチプレクサ回路53bは、所定値信号生成回路61から入力する所定値信号Scnt2と、積分回路63から入力する角度検出信号Sφ(n)とを選択し、第1出力端子Omp21から所定値信号Scnt2を第3のデータD3として出力し、第2出力端子Opm22から角度検出信号Sφ(n)を第4のデータD4として出力する。   Further, as shown in FIG. 9B, in the output signal selection table T2, “Scnt2” is stored in the “D3” column corresponding to “2” in the “control signal” column, and the “D4” column. Stores “Sφ (n)”. Therefore, as shown in FIG. 12, the second multiplexer circuit 53b selects the predetermined value signal Scnt2 input from the predetermined value signal generation circuit 61 and the angle detection signal Sφ (n) input from the integration circuit 63, The predetermined value signal Scnt2 is output as the third data D3 from the first output terminal Omp21, and the angle detection signal Sφ (n) is output as the fourth data D4 from the second output terminal Opm22.

外積演算回路55は、上述の式(1)に基づいて、第1及び第2入力端子Isp1,Isp2に入力する信号と、第3及び第4入力端子Isp3,Isp4に入力する入力信号とを外積した外積データDcpを演算する。第1入力端子Isp1に入力する所定値信号Scnt1を「1LSB」とし、第2入力端子Isp2に入力するYΔΣ変調信号Smdyを「A・sinθ(1ビット)」とし、第3入力端子Isp3に入力する所定値信号Scnt2を「212LSB」とし、第4入力端子Isp4に入力する角度検出信号Sφ(n)を「Sout」とする。YΔΣ変調信号SmdyにおけるA・sinθ(1ビット)は1ビットのデータである。式(1)より、外積データDcpは、「1×Sout−A・sinθ(1ビット)×212LSB」となる。デジタル角度演算回路52の閉ループL3の特性により、外積演算回路55が出力する外積データDcpは、「0」に収束するようにフィードバックが掛かる。これにより、角度検出信号Sφ(n)は、ループフィルタの特性により平滑化されるため、A・sinθ(1ビット)×212LSBの2値の信号の平均値に収束する。これにより、回転角度検出回路51は、位相補償回路15及び積分回路63を介して出力される角度検出信号Sφ(n)として12ビットにビット拡張された「A・sinθ」を検出できる。 The outer product calculation circuit 55 calculates the outer product of the signal input to the first and second input terminals Isp1 and Isp2 and the input signal input to the third and fourth input terminals Isp3 and Isp4 based on the above equation (1). The cross product data Dcp is calculated. The predetermined value signal Scnt1 input to the first input terminal Isp1 is set to “1LSB”, the YΔΣ modulation signal Smdy input to the second input terminal Isp2 is set to “A · sin θ (1 bit)”, and is input to the third input terminal Isp3. The predetermined value signal Scnt2 is “2 12 LSB”, and the angle detection signal Sφ (n) input to the fourth input terminal Isp4 is “Sout”. A · sin θ (1 bit) in the YΔΣ modulation signal Smdy is 1-bit data. From the expression (1), the outer product data Dcp is “1 × Sout−A · sin θ (1 bit) × 2 12 LSB”. Due to the characteristics of the closed loop L3 of the digital angle calculation circuit 52, the outer product data Dcp output from the outer product calculation circuit 55 is fed back so as to converge to “0”. As a result, the angle detection signal Sφ (n) is smoothed by the characteristics of the loop filter, and thus converges to the average value of the binary signal of A · sin θ (1 bit) × 2 12 LSB. As a result, the rotation angle detection circuit 51 can detect “A · sin θ” which is bit-extended to 12 bits as the angle detection signal Sφ (n) output via the phase compensation circuit 15 and the integration circuit 63.

以上説明したように、本実施形態による非接触回転角センサでは、1ビットのX及びYΔΣ変調信号を12ビットにビット拡張するために使用するデジタルフィルタは、角度演算を行うために備えられたデジタル角度演算回路52の閉ループL3のループフィルタとなっている。そのため、上記第1の実施形態と同様に、回路面積の大きいデジタルフィルタ回路を新たに必要とせず、簡易な構成のマルチプレクサ回路の追加のみで、1ビットのX及びYΔΣ変調信号を12ビットに変換し出力することが可能となる。   As described above, in the non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment, the digital filter used to extend the 1-bit X and YΔΣ modulation signal to 12 bits is a digital filter provided for performing angle calculation. It is a loop filter of the closed loop L3 of the angle calculation circuit 52. Therefore, as in the first embodiment, a digital filter circuit having a large circuit area is not required, and a 1-bit X and YΔΣ modulation signal is converted to 12 bits by simply adding a multiplexer circuit with a simple configuration. Can be output.

また、回転角度検出回路内のループフィルタは、一般に1kHz程度の帯域のローパスフィルタ特性を有している。このため、本実施形態による非接触回転角センサは、上記第1の実施形態による非接触回転角センサ1に比べて簡易な構成でノイズを抑制するフィルタ特性を実現しやすい。モーター制御用途で回転角度検出装置を使用する場合、外乱の電磁ノイズ(メガヘルツの高周波ノイズ)がホール素子等の信号に混入する場合がある。本実施形態による非接触回転角センサは、この場合も12ビットの回転角を正確に検出できる。   The loop filter in the rotation angle detection circuit generally has a low-pass filter characteristic in a band of about 1 kHz. For this reason, the non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment can easily realize a filter characteristic that suppresses noise with a simple configuration as compared to the non-contact rotation angle sensor 1 according to the first embodiment. When using a rotation angle detection device for motor control applications, disturbance electromagnetic noise (megahertz high-frequency noise) may be mixed in signals from Hall elements and the like. The non-contact rotation angle sensor according to the present embodiment can accurately detect the 12-bit rotation angle in this case as well.

本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記第1及び第2の実施形態では、回転角度を検出する磁気センサとしてホール素子を有しているが、MR素子やレゾルバを用いた回転角度検出装置においても、本発明は適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
In the first and second embodiments, the Hall element is provided as a magnetic sensor for detecting the rotation angle. However, the present invention can also be applied to a rotation angle detection apparatus using an MR element or a resolver.

1 非接触回転角センサ
3,103,203a Xホール素子
3a 第1Xホール素子
3b 第2Xホール素子
5,105,203b Yホール素子
3a 第1Yホール素子
3b 第2Yホール素子
7,107 XΔΣ変換回路
9,109 YΔΣ変換回路
10,51,101,201 回転角度検出回路
12,52,102,203d,205a デジタル角度演算回路
13,55,113 外積演算回路
15,37,115 位相補償回路
17,39,63,117 積分回路
19,119 内積演算回路
21,121 デジタルフィルタ回路
23,53 マルチプレクサ回路
25,59 制御信号生成回路
27 有効化/無効化データ生成回路
29 ICパッケージ
31 ローター
31a 出力軸
31b 永久磁石
33 増幅回路
35 加減算器
53a 第1マルチプレクサ回路
53a 第2マルチプレクサ回路
61 所定値信号生成回路
123 閾値判定回路
203 IC回路部
203c ΔΣAD変換回路
205 モーター制御用マイコン
205b 比較回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-contact rotation angle sensor 3,103,203a X Hall element 3a 1st X Hall element 3b 2nd X Hall element 5,105,203b Y Hall element 3a 1st Y Hall element 3b 2nd Y Hall element 7,107 XΔΣ conversion circuit 9, 109 YΔΣ conversion circuit 10, 51, 101, 201 Rotation angle detection circuit 12, 52, 102, 203d, 205a Digital angle calculation circuit 13, 55, 113 Outer product calculation circuit 15, 37, 115 Phase compensation circuit 17, 39, 63, 117 integration circuit 19, 119 inner product calculation circuit 21, 121 digital filter circuit 23, 53 multiplexer circuit 25, 59 control signal generation circuit 27 validation / invalidation data generation circuit 29 IC package 31 rotor 31a output shaft 31b permanent magnet 33 amplification circuit 35 Adder / Subtractor 53a First multiplexer Path 53a Second multiplexer circuit 61 Predetermined value signal generation circuit 123 Threshold determination circuit 203 IC circuit unit 203c ΔΣ AD conversion circuit 205 Motor control microcomputer 205b Comparison circuit

Claims (3)

ローターの回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するX軸成分検出部と、
前記磁場のY軸成分を検出するY軸成分検出部と、
前記X軸成分に応じた第1のΔΣ変調信号を出力する第1のΔΣ変調回路と、
前記Y軸成分に応じた第2のΔΣ変調信号を出力する第2のΔΣ変調回路と、
角度信号が入力され、前記角度信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する余弦/正弦データ出力部と、
前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号と前記余弦データ及び前記正弦データとの外積データを演算する外積演算回路と、
前記外積データを積分して前記角度信号を出力する角度信号出力部と、
前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号と、第1のデータ及び第2のデータとの内積データを演算する内積演算回路と、
前記内積データを平滑化して出力するデジタルフィルタと、
使用モードのときに、前記余弦データ及び前記正弦データを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力し、検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号のうち一方を有効にして他方を無効にする第3のデータ及び第4のデータを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力する選択回路と、
を備える非接触回転角センサ。
An X-axis component detector that detects an X-axis component of the magnetic field based on the rotation angle of the rotor;
A Y-axis component detector that detects a Y-axis component of the magnetic field;
A first ΔΣ modulation circuit that outputs a first ΔΣ modulation signal corresponding to the X-axis component;
A second ΔΣ modulation circuit that outputs a second ΔΣ modulation signal corresponding to the Y-axis component;
A cosine / sine data output unit that receives an angle signal and outputs cosine data and sine data according to the angle signal;
An outer product calculation circuit for calculating outer product data of the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal and the cosine data and the sine data;
An angle signal output unit for integrating the outer product data and outputting the angle signal;
An inner product calculation circuit for calculating inner product data of the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal and first data and second data;
A digital filter for smoothing and outputting the inner product data;
In the use mode, the cosine data and the sine data are selected and output as the first data and the second data, respectively, and in the inspection mode, the first ΔΣ modulation signal and the second data are output. A selection circuit that selects the third data and the fourth data that enable one of the ΔΣ modulation signals and disables the other, and outputs them as the first data and the second data, respectively;
A non-contact rotation angle sensor.
ローターの回転角に基づく磁場のX軸成分を検出するX軸成分検出部と、
前記磁場のY軸成分を検出するY軸成分検出部と、
前記X軸成分に応じた第1のΔΣ変調信号を出力する第1のΔΣ変調回路と、
前記Y軸成分に応じた第2のΔΣ変調信号を出力する第2のΔΣ変調回路と、
第1のデータ及び第2のデータと第3のデータ及び第4のデータとの外積データを演算する外積演算回路と、
前記外積データの積分信号を出力する積分信号出力部と、
角度信号が入力され、この角度信号に応じた余弦データと正弦データとを出力する余弦/正弦データ出力部と、
使用モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号、前記第2のΔΣ変調信号、前記余弦データ、及び前記正弦データを選択して前記第1のデータ、前記第2のデータ、前記第3のデータ、及び前記第4のデータとしてそれぞれ出力し、検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号または前記第2のΔΣ変調信号を選択し、前記外積演算回路と前記積分信号出力部とともにループフィルタを形成して平滑化する選択回路と、
を備える非接触回転角センサ。
An X-axis component detector that detects an X-axis component of the magnetic field based on the rotation angle of the rotor;
A Y-axis component detector that detects a Y-axis component of the magnetic field;
A first ΔΣ modulation circuit that outputs a first ΔΣ modulation signal corresponding to the X-axis component;
A second ΔΣ modulation circuit that outputs a second ΔΣ modulation signal corresponding to the Y-axis component;
An outer product calculation circuit for calculating outer product data of the first data, the second data, the third data, and the fourth data;
An integration signal output unit for outputting an integration signal of the outer product data;
A cosine / sine data output unit that receives an angle signal and outputs cosine data and sine data according to the angle signal;
In the use mode, the first ΔΣ modulation signal, the second ΔΣ modulation signal, the cosine data, and the sine data are selected, and the first data, the second data, and the third data are selected. Data and the fourth data, respectively, and in the inspection mode, the first ΔΣ modulation signal or the second ΔΣ modulation signal is selected and looped together with the outer product calculation circuit and the integration signal output unit A selection circuit for forming and smoothing the filter;
A non-contact rotation angle sensor.
前記選択回路は、
前記使用モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号を選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータとしてそれぞれ出力し、前記検査モードのときに、前記第1のΔΣ変調信号及び前記第2のΔΣ変調信号のうち一方を選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータのうち一方として出力し、所定値を有するデータを選択して前記第1のデータ及び前記第2のデータのうち他方として出力する第1のマルチプレクサと、
前記使用モードのときに、前記余弦データ及び前記正弦データを選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータとしてそれぞれ出力し、前記検査モードのときに、前記積分信号を選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータのうち一方として出力し、所定値を有するデータを選択して前記第3のデータ及び前記第4のデータのうち他方として出力する第2のマルチプレクサと、
で構成される請求項2に記載の非接触回転角センサ。
The selection circuit includes:
In the use mode, the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal are selected and output as the first data and the second data, respectively, and in the inspection mode, the One of the first ΔΣ modulation signal and the second ΔΣ modulation signal is selected and output as one of the first data and the second data, and data having a predetermined value is selected and the first data is selected. A first multiplexer that outputs the other of the first data and the second data;
In the use mode, the cosine data and the sine data are selected and output as the third data and the fourth data, respectively, and in the inspection mode, the integration signal is selected and the first data is selected. A second multiplexer that outputs as one of the third data and the fourth data, selects data having a predetermined value, and outputs the selected data as the other of the third data and the fourth data;
The non-contact rotation angle sensor according to claim 2, comprising:
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