JPH04344420A - Rotation detector - Google Patents
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- JPH04344420A JPH04344420A JP11594791A JP11594791A JPH04344420A JP H04344420 A JPH04344420 A JP H04344420A JP 11594791 A JP11594791 A JP 11594791A JP 11594791 A JP11594791 A JP 11594791A JP H04344420 A JPH04344420 A JP H04344420A
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Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はエンコーダ等に用いられ
、2つの抵抗変化素子に流れる電流の変化を検出するこ
とにより回転信号を取り出す回転検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation detector used in encoders and the like, which extracts rotation signals by detecting changes in current flowing through two variable resistance elements.
【0002】0002
【従来の技術】従来、回転検出器は、回転体の回転を検
出するもので、エンコーダ等に用いられる。2. Description of the Related Art Conventionally, rotation detectors detect the rotation of a rotating body and are used in encoders and the like.
【0003】例えば、エンコーダは、近年、ロボットや
生産ラインで用いられる単位設備当りの数がかなりの数
に達している。これらのエンコーダは停電後の立ち上げ
時に復帰を行っていたが、単位設備当りのエンコーダ個
数が多くなってきたこと、エンコーダがアブソリュート
化してきたこと等の理由により、迅速な復帰が困難にな
ってきた。このため、エンコーダをバッテリでバックア
ップして復帰作業を簡素化する方法が主流となってきた
。エンコーダをバッテリでバックアップするためには、
エンコーダの消費電流を十分に小さくすることが必要と
なる。For example, in recent years, the number of encoders per unit of equipment used in robots and production lines has reached a considerable number. These encoders used to recover when starting up after a power outage, but due to reasons such as the increase in the number of encoders per unit of equipment and the shift to absolute encoders, it has become difficult to recover quickly. Ta. For this reason, the mainstream method has become to back up the encoder with a battery to simplify the restoration work. To back up the encoder with a battery,
It is necessary to sufficiently reduce the current consumption of the encoder.
【0004】従来、エンコーダは、磁気信号が記録され
ていて回転駆動される回転体と、この回転体に記録され
ている磁気信号を検出する図3に示すような回転検出器
とを用いて構成されているものがある。この回転検出器
は、回転体に記録されている磁気信号を検出する磁気抵
抗素子からなる抵抗変化素子1,2と、バイポーラトラ
ンジスタ3,4及び抵抗5,6により構成されていて抵
抗変化素子1,2がバイポーラトランジスタ3,4のエ
ミッタ抵抗として接続された定電流回路と、この定電流
回路の出力電圧を比較するコンパレータ7とにより構成
されている。[0004] Conventionally, an encoder is constructed using a rotating body that is driven to rotate and has magnetic signals recorded thereon, and a rotation detector as shown in FIG. 3 that detects the magnetic signals recorded on this rotating body. There is something that has been done. This rotation detector is composed of variable resistance elements 1 and 2, which are magnetoresistive elements that detect magnetic signals recorded on a rotating body, bipolar transistors 3 and 4, and resistors 5 and 6. , 2 are connected as emitter resistors of bipolar transistors 3 and 4, and a comparator 7 that compares the output voltages of this constant current circuit.
【0005】抵抗変化素子1,2に流れるバイアス電流
はバイポーラトランジスタ3,4のベースに与えられる
電圧Vrefによって決定され、抵抗変化素子1,2は
回転体に記録されている磁気信号を検知してこの磁気信
号に応じて抵抗値が変化する。この抵抗変化素子1,2
の抵抗値変化による電圧変化はバイポーラトランジスタ
3,4により指数関数的に増幅されてコレクタ電流とな
り、抵抗5,6の電圧降下によって電圧変化に変換され
てこれらの電圧変化の差がコンパレータ7によってパル
ス信号V0に変換される。The bias current flowing through the variable resistance elements 1 and 2 is determined by the voltage Vref applied to the bases of the bipolar transistors 3 and 4, and the variable resistance elements 1 and 2 detect magnetic signals recorded on the rotating body. The resistance value changes depending on this magnetic signal. These resistance change elements 1 and 2
The voltage change due to the resistance value change is exponentially amplified by the bipolar transistors 3 and 4 to become a collector current, which is converted into a voltage change by the voltage drop across the resistors 5 and 6, and the difference between these voltage changes is converted into a pulse by the comparator 7. It is converted into signal V0.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記回転検出器ではバ
イポーラトランジスタ3,4のベース・エミッタ間電圧
の変動がコレクタ電流へ指数関数的に増幅されるという
ダイオード特性を利用しているので、抵抗変化素子1,
2にはある程度大きな電流を流す必要がある。また、バ
イポーラトランジスタ3,4はその特性上ベース・コレ
クタ間,ベース・エミッタ間の漏れ電流に対する電流を
流す必要がある。このため、抵抗変化素子1,2にかな
り大きな電流を流す必要があり、バッテリでバックアッ
プすることが困難になると共に抵抗変化素子1,2が発
熱してその特性が劣化するという欠点があった。[Problem to be Solved by the Invention] The above-mentioned rotation detector utilizes a diode characteristic in which fluctuations in the voltage between the base and emitter of the bipolar transistors 3 and 4 are amplified exponentially to the collector current, so the resistance change Element 1,
2 requires a certain amount of large current to flow through it. Further, due to their characteristics, the bipolar transistors 3 and 4 require current to flow between the base and the collector and between the base and the emitter in response to leakage current. For this reason, it is necessary to flow a considerably large current through the resistance change elements 1 and 2, which makes it difficult to back up with a battery and has the disadvantage that the resistance change elements 1 and 2 generate heat and deteriorate their characteristics.
【0007】本発明は上記欠点を改善し、全体の消費電
流を極めて微小な電流にすることができて長時間のバッ
テリによるバックアップが可能になる回転検出器を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a rotation detector which can improve the above-mentioned drawbacks, can reduce the overall current consumption to an extremely small amount, and can be backed up by a battery for a long time.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、2つの抵抗変化素子に流れる電流の変化を
検出することにより回転信号を取り出すようにした回転
検出器において、上記2つの抵抗変化素子に断続的な電
流を流すタイミング発生手段を有し、上記断続的な電流
の流れる期間においてのみ前記電流の変化を検出するよ
うに構成したものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a rotation detector which extracts a rotation signal by detecting a change in current flowing through two variable resistance elements. The device has timing generation means for causing an intermittent current to flow through the resistance change element, and is configured to detect changes in the current only during the period in which the intermittent current flows.
【0009】[0009]
【作用】タイミング発生手段が2つの抵抗変化素子に断
続的な電流を流し、この断続的な電流の流れる期間にお
いてのみ2つの抵抗変化素子に流れる電流の変化が検出
することにより回転信号が取り出される。[Operation] The timing generating means causes intermittent current to flow through the two resistance change elements, and a rotation signal is extracted by detecting changes in the current flowing through the two resistance change elements only during the period in which the intermittent current flows. .
【0010】0010
【実施例】図1は本考案の一実施例を示す。この実施例
の回転検出器と図示しない記録体とはエンコーダを構成
し、その記録体は例えば正弦波様の磁気信号が外周部に
回転方向へ沿って記録された回転円板により構成されて
いて回転駆動される。磁気抵抗素子からなる抵抗変化素
子11,12は上記回転円板と所定の間隔をおいて対向
して配置され、上記回転円板に記録された磁気信号を検
知してこの磁気信号に応じて抵抗値が変化する。回転円
板が回転している時には抵抗変化素子11,12の抵抗
値が回転円板に記録された正弦波様の磁気信号に応じて
正弦波様に変化するが、この抵抗変化素子11,12の
抵抗値変化が互いに逆相となるように回転円板の回転方
向へ所定の間隔をおいて配置される。PチャンネルのM
OS型電界効果トランジスタ13,14は第1のカレン
トミラー回路を構成し、ソースが正の直流電源に接続さ
れる。電界効果トランジスタ13のドレインはNチャン
ネルのMOS型電界効果トランジスタ15のドレインに
接続され、電界効果トランジスタ13,14のゲートが
電界効果トランジスタ15のドレインに接続される。電
界効果トランジスタ15はゲートがPチャンネルのMO
S型電界効果トランジスタ16のドレイン及びNチャン
ネルのMOS型電界効果トランジスタ17のドレインに
接続され、電界効果トランジスタ15のソースが抵抗変
化素子11を介して接地される。電界効果トランジスタ
16のソースは電界効果トランジスタ15のドレインに
接続され、電界効果トランジスタ17のソースは接地さ
れる。電界効果トランジスタ16,17のゲートはタイ
ミング発生回路18のクロックΨを出力する出力端子に
接続される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The rotation detector of this embodiment and the recording body (not shown) constitute an encoder, and the recording body is constituted by a rotating disk on which, for example, a sine wave-like magnetic signal is recorded along the rotational direction on the outer circumference. Rotationally driven. Resistance change elements 11 and 12, which are magnetoresistive elements, are arranged opposite to the rotating disk at a predetermined interval, detect magnetic signals recorded on the rotating disk, and change resistance according to the magnetic signals. The value changes. When the rotating disk is rotating, the resistance values of the variable resistance elements 11 and 12 change in a sinusoidal manner according to the sine wave-like magnetic signal recorded on the rotating disk. are arranged at predetermined intervals in the rotational direction of the rotating disk so that the resistance value changes are in opposite phases to each other. P channel M
The OS field effect transistors 13 and 14 constitute a first current mirror circuit, and their sources are connected to a positive DC power supply. The drain of the field effect transistor 13 is connected to the drain of an N-channel MOS type field effect transistor 15, and the gates of the field effect transistors 13 and 14 are connected to the drain of the field effect transistor 15. The field effect transistor 15 is an MO whose gate is a P channel.
It is connected to the drain of the S type field effect transistor 16 and the drain of the N channel MOS type field effect transistor 17, and the source of the field effect transistor 15 is grounded via the variable resistance element 11. The source of field effect transistor 16 is connected to the drain of field effect transistor 15, and the source of field effect transistor 17 is grounded. The gates of the field effect transistors 16 and 17 are connected to the output terminal of the timing generation circuit 18 which outputs the clock Ψ.
【0011】同様にPチャンネルのMOS型電界効果ト
ランジスタ19,20は第2のカレントミラー回路を構
成し、ソースが正の直流電源に接続される。電界効果ト
ランジスタ20のソースはNチャンネルのMOS型電界
効果トランジスタ21のドレインに接続され、電界効果
トランジスタ19,20のゲートが電界効果トランジス
タ21のドレインに接続される。電界効果トランジスタ
21はゲートがPチャンネルのMOS型電界効果トラン
ジスタ22のドレイン及びNチャンネルのMOS型電界
効果トランジスタ23のドレインに接続され、電界効果
トランジスタ21のソースが抵抗変化素子12を介して
接地される。電界効果トランジスタ22のソースは電界
効果トランジスタ21のドレインに接続され、電界効果
トランジスタ23のソースは接地される。電界効果トラ
ンジスタ22,23のゲートはタイミング発生回路18
のクロックΨを出力する出力端子に接続される。Similarly, P-channel MOS field effect transistors 19 and 20 constitute a second current mirror circuit, and their sources are connected to a positive DC power supply. The source of the field effect transistor 20 is connected to the drain of an N-channel MOS type field effect transistor 21, and the gates of the field effect transistors 19 and 20 are connected to the drain of the field effect transistor 21. The field effect transistor 21 has a gate connected to the drain of the P-channel MOS field effect transistor 22 and the drain of the N-channel MOS field effect transistor 23, and the source of the field effect transistor 21 is grounded via the variable resistance element 12. Ru. The source of field effect transistor 22 is connected to the drain of field effect transistor 21, and the source of field effect transistor 23 is grounded. The gates of the field effect transistors 22 and 23 are connected to the timing generation circuit 18.
is connected to an output terminal that outputs the clock Ψ.
【0012】また、NチャンネルのMOS型電界効果ト
ランジスタ24,25は第3のカレントミラー回路を構
成し、ソースが接地される。電界効果トランジスタ24
,25のドレインは電界効果トランジスタ14,19の
ドレインにそれぞれ接続され、電界効果トランジスタ2
4,25のゲートが電界効果トランジスタ19のドレイ
ンに接続される。そして、電界効果トランジスタ14の
ドレインと電界効果トランジスタ24のドレインとの接
続点がラッチ回路26のゲートに接続され、ラッチ回路
26のクロック入力端子にはタイミング発生回路18の
クロックφを出力する出力端子が接続され、ラッチ回路
26の出力端子OUTから回転信号が出力される。Further, N-channel MOS field effect transistors 24 and 25 constitute a third current mirror circuit, and their sources are grounded. Field effect transistor 24
, 25 are connected to the drains of field effect transistors 14 and 19, respectively.
The gates of transistors 4 and 25 are connected to the drain of field effect transistor 19. The connection point between the drain of the field effect transistor 14 and the drain of the field effect transistor 24 is connected to the gate of the latch circuit 26, and the clock input terminal of the latch circuit 26 is an output terminal for outputting the clock φ of the timing generation circuit 18. is connected, and a rotation signal is output from the output terminal OUT of the latch circuit 26.
【0013】この実施例において、MOS型電界効果ト
ランジスタのドライブ能力βはプロセス定数とチャンネ
ル幅W、チャンネル長Lとの比W/Lで決定される。イ
オン打ち込みなどのような特別な処理をしない限り全て
のPチャンネルMOS型電界効果トランジスタと,全て
のNチャンネルMOS型電界効果トランジスタのプロセ
ス定数は同一である。したがって、同タイプの2つのM
OS型電界効果トランジスタのドライブ能力βの比はW
/Lで決まる。一般的に、Lは一定であるので、β比は
簡単にWで決まる。上記カレントミラー回路において、
2つの電界効果トランジスタのゲート電圧Vgsは同一
であり、2つの電界効果トランジスタの電流比がβ比に
等しくなる。MOS型電界効果トランジスタの飽和領域
での特性はMOS型電界効果トランジスタのドレイン電
流をIdとすると、
Id=β(Vgs−Vth)2・・・・・(1)で表せ
られる。In this embodiment, the drive ability β of the MOS field effect transistor is determined by the ratio W/L of the process constant, channel width W, and channel length L. The process constants of all P-channel MOS field effect transistors and all N-channel MOS field effect transistors are the same unless special processing such as ion implantation is performed. Therefore, two M of the same type
The ratio of the drive ability β of the OS type field effect transistor is W
/L is determined. Generally, since L is constant, the β ratio is easily determined by W. In the above current mirror circuit,
The gate voltages Vgs of the two field effect transistors are the same, and the current ratio of the two field effect transistors is equal to the β ratio. The characteristics of the MOS field effect transistor in the saturation region can be expressed as Id=β(Vgs−Vth)2 (1), where Id is the drain current of the MOS field effect transistor.
【0014】PチャンネルMOS型電界効果トランジス
タ13は飽和導通状態ではソース・ゲート間電圧Vgs
1がその電流Id1で決定され、PチャンネルMOS型
電界効果トランジスタ13のドライブ能力をβ1とする
と、Vgs1=Vth/(Id1/β1)2・・・・・
(2)となる。一方、PチャンネルMOS型電界効果ト
ランジスタ14のゲート電圧は電界効果トランジスタ1
3のゲート電圧と同じであるから、電界効果トランジス
タ14に流れる電流Id2は電界効果トランジスタ14
のドライブ能力をβ2として(2)式に(1)式を代入
すればId2=(β2/β1)Id1・・・・・(3)
となる。電界効果トランジスタ13,14のβ比(β2
/β1)はW比(W2/W1)であるから、Id2=(
W2/W1)Id1・・・・・(4)である。W2:W
1=1:nであるならば電界効果トランジスタ14のド
レイン電流が電界効果トランジスタ13のドレイン電流
のn倍である。例えば、電界効果トランジスタ13のW
が2μmで、電界効果トランジスタ14のWが100μ
mであるならば、電界効果トランジスタ14のドレイン
電流が電界効果トランジスタ13のドレイン電流の50
倍になる。In the saturated conduction state, the P-channel MOS field effect transistor 13 has a source-gate voltage Vgs.
1 is determined by the current Id1, and if the drive ability of the P-channel MOS field effect transistor 13 is β1, then Vgs1=Vth/(Id1/β1)2...
(2) becomes. On the other hand, the gate voltage of the P-channel MOS field effect transistor 14 is
3, the current Id2 flowing through the field effect transistor 14 is equal to the gate voltage of the field effect transistor 14.
Substituting equation (1) into equation (2) with the drive capacity of β2 as β2, Id2=(β2/β1)Id1...(3)
becomes. β ratio (β2
/β1) is the W ratio (W2/W1), so Id2=(
W2/W1) Id1 (4). W2:W
If 1=1:n, then the drain current of the field effect transistor 14 is n times the drain current of the field effect transistor 13. For example, W of the field effect transistor 13
is 2 μm, and W of the field effect transistor 14 is 100 μm.
m, the drain current of the field effect transistor 14 is 50 times the drain current of the field effect transistor 13.
Double.
【0015】電界効果トランジスタ15の導通状態では
、電界効果トランジスタ13のドレイン電流が電界効果
トランジスタ15,抵抗変化素子11を通して流れて抵
抗変化素子11の抵抗値に依存するから、抵抗変化素子
11の電流i1が電界効果トランジスタ13,14から
なるカレントミラー回路により増幅される。また、電界
効果トランジスタ19のチャンネル幅W3と電界効果ト
ランジスタ20のチャンネル幅W4との比率が1:1と
し、電界効果トランジスタ19のドライブ能力β3と電
界効果トランジスタ20のドライブ能力β4との比率が
1:1となり、電界効果トランジスタ19のドレイン電
流と電界効果トランジスタ20のドレイン電流とが等し
い。電界効果トランジスタ21の導通状態では、電界効
果トランジスタ20のドレイン電流は電界効果トランジ
スタ21,抵抗変化素子12を通して流れて抵抗変化素
子12の抵抗値に依存するから、抵抗変化素子12の電
流i2が電界効果トランジスタ19,20からなるカレ
ントミラー回路を介して出力されることになる。When the field effect transistor 15 is in a conductive state, the drain current of the field effect transistor 13 flows through the field effect transistor 15 and the variable resistance element 11 and depends on the resistance value of the variable resistance element 11. Therefore, the current of the variable resistance element 11 i1 is amplified by a current mirror circuit consisting of field effect transistors 13 and 14. Further, the ratio of the channel width W3 of the field effect transistor 19 and the channel width W4 of the field effect transistor 20 is 1:1, and the ratio of the drive ability β3 of the field effect transistor 19 to the drive ability β4 of the field effect transistor 20 is 1:1. :1, and the drain current of the field effect transistor 19 and the drain current of the field effect transistor 20 are equal. When the field effect transistor 21 is in a conductive state, the drain current of the field effect transistor 20 flows through the field effect transistor 21 and the variable resistance element 12 and depends on the resistance value of the variable resistance element 12. Therefore, the current i2 of the variable resistance element 12 is caused by the electric field. It is outputted via a current mirror circuit consisting of effect transistors 19 and 20.
【0016】電界効果トランジスタ24のチャンネル幅
W5と電界効果トランジスタ25のチャンネル幅W6と
の比率をn:1(例えば25:1)とすれば、電界効果
トランジスタ24のドライブ能力β5と電界効果トラン
ジスタ25のドライブ能力β6との比率がn:1(例え
ば25:1)となり、電界効果トランジスタ24の電流
i4は電界効果トランジスタ25の電流i3のn倍にな
る。電界効果トランジスタ15,21の導通状態では、
抵抗変化素子11の電流i1は電界効果トランジスタ1
3,14からなるカレントミラー回路により増幅され、
抵抗変化素子12の電流i2は電界効果トランジスタ1
9,20からなるカレントミラー回路を介して電界効果
トランジスタ24,25からなるカレントミラー回路に
より増幅されることになる。If the ratio of the channel width W5 of the field effect transistor 24 to the channel width W6 of the field effect transistor 25 is n:1 (for example, 25:1), then the drive capability β5 of the field effect transistor 24 and the channel width W6 of the field effect transistor 25 are The ratio of the current i4 to the drive capability β6 is n:1 (for example, 25:1), and the current i4 of the field effect transistor 24 is n times the current i3 of the field effect transistor 25. In the conductive state of the field effect transistors 15 and 21,
The current i1 of the variable resistance element 11 is the current i1 of the field effect transistor 1.
Amplified by a current mirror circuit consisting of 3 and 14,
The current i2 of the variable resistance element 12 is the current i2 of the field effect transistor 1.
The signal is amplified by a current mirror circuit including field effect transistors 24 and 25 via a current mirror circuit including field effect transistors 9 and 20.
【0017】磁気抵抗素子11,12を流れる電流i1
,i2のアンバランスは電界効果トランジスタ14,2
4の電流のアンバランスとなり、このアンバランス状態
とラッチ回路26のゲートキャパシタの電荷の状態とで
ラッチ回路26のゲート状態が決定される。ラッチ回路
26はゲート状態をタイミング発生回路18からのクロ
ックφに同期してラッチする。Current i1 flowing through the magnetoresistive elements 11 and 12
, i2 is caused by the field effect transistors 14, 2
4, and the gate state of the latch circuit 26 is determined by this unbalanced state and the charge state of the gate capacitor of the latch circuit 26. The latch circuit 26 latches the gate state in synchronization with the clock φ from the timing generation circuit 18.
【0018】電界効果トランジスタ15はクロックΨが
タイミング発生回路18から電界効果トランジスタ16
,17からなるレベルシフタを介して入力されることに
より導通状態かカットオフ状態に制御される。同様に、
電界効果トランジスタ21はクロックΨタイミング発生
回路18から電界効果トランジスタ22,23からなる
レベルシフタを介して入力されることにより導通状態か
カットオフ状態に制御される。これらのレベルシフタ以
外の増幅回路は、全てカレントミラー回路による電流増
幅回路であるので、電界効果トランジスタ15,21が
カットオフになると、電流i1,i2がほぼ0[A]に
なり、この回路全体の電流もほぼ0[A]になる。実際
には、電界効果トランジスタのリーク電流により電流が
完全には0[A]にならないが、一般に電界効果トラン
ジスタのリーク電流は1[nA]以下と極めて小さい。
回路全体の活性化時刻を制御するクロックφ,ψはタイ
ミング発生回路18によって一定の時間的規則をもって
生成される。The field effect transistor 15 receives the clock Ψ from the timing generation circuit 18 from the field effect transistor 16.
, 17, it is controlled to be in a conductive state or a cut-off state. Similarly,
The field effect transistor 21 is controlled to be in a conductive state or a cutoff state by receiving input from the clock Ψ timing generation circuit 18 via a level shifter made up of field effect transistors 22 and 23. All amplifier circuits other than these level shifters are current amplification circuits using current mirror circuits, so when the field effect transistors 15 and 21 are cut off, the currents i1 and i2 become approximately 0 [A], and the overall power of this circuit is reduced. The current also becomes approximately 0 [A]. In reality, the current does not completely become 0 [A] due to the leakage current of the field effect transistor, but the leakage current of the field effect transistor is generally extremely small, 1 [nA] or less. The clocks φ and φ that control the activation time of the entire circuit are generated by the timing generation circuit 18 according to a certain time rule.
【0019】次に、この実施例の動作を図2に示す波形
を用いて説明する。まず、磁気抵抗素子11,12は回
転円板に記録された正弦波様の磁気信号を検知し、回転
円板の回転に伴って抵抗値が互いに逆相の正弦波様に変
化する。この磁気抵抗素子11,12の抵抗値変化はそ
のまま電流i1,i2に反映されて電界効果トランジス
タ13,20のドレイン電流が微小に変化し、電界効果
トランジスタ13,14のβ比、電界効果トランジスタ
24,25のβ比によって増幅される。タイミング発生
回路18にて発生するクロックφ,ψは図2に示すよう
に0[V](以下LOと称する)から電源電圧Vdd(
以下HIと称する)までの振幅をもつデジタル信号であ
るとする。さらに、クロックΨは負論理のクロックであ
り、ノッチ状のパルスであるとする。クロックφは正論
理のクロックであり、クロックφの立ち下がりはクロッ
クΨの立ち下がりから所定のセットアップタイムを経過
した後にあり、クロックΨの立ち上がりはクロックφの
立ち下がりから所定のホールドタイムを経過した後にあ
るものとする。これらのセットアップタイム,ホールド
タイムは回路の各種パラメータ(特に電界効果トランジ
スタ14,24のβ比、ラッチ回路26のゲートキャパ
シタ)に依存するものであり、回路設計時に決定できる
ものである。Next, the operation of this embodiment will be explained using the waveforms shown in FIG. First, the magnetoresistive elements 11 and 12 detect sinusoidal magnetic signals recorded on the rotating disk, and as the rotating disk rotates, the resistance values change in a sinusoidal manner with opposite phases to each other. This change in the resistance value of the magnetoresistive elements 11 and 12 is directly reflected in the currents i1 and i2, and the drain currents of the field effect transistors 13 and 20 change minutely. , 25. As shown in FIG. 2, the clocks φ and ψ generated by the timing generation circuit 18 vary from 0 [V] (hereinafter referred to as LO) to the power supply voltage Vdd (
It is assumed that the signal is a digital signal having an amplitude up to HI (hereinafter referred to as HI). Furthermore, it is assumed that the clock Ψ is a negative logic clock and a notch-shaped pulse. Clock φ is a positive logic clock, and the fall of clock φ occurs after a predetermined setup time has elapsed from the fall of clock Ψ, and the rise of clock Ψ occurs after a predetermined hold time has elapsed from the fall of clock φ. It shall be later. These setup times and hold times depend on various parameters of the circuit (especially the β ratio of the field effect transistors 14 and 24, and the gate capacitor of the latch circuit 26), and can be determined at the time of circuit design.
【0020】いま、クロックΨがLOになったとすると
、電界効果トランジスタ17,23がカットオフ(以下
オフと称する)となって電界効果トランジスタ16,2
2が飽和導通状態(以下オンと称する)になり、電界効
果トランジスタ15,21がオンとなる。このとき、電
界効果トランジスタ15,21はそれぞれ抵抗変化素子
11,12の抵抗値に依存したバイアス電圧が与えられ
、導通状態になる。前述のように、電流i1は電界効果
トランジスタ13,14により増幅され、電流i2は電
界効果トランジスタ20,19と電界効果トランジスタ
25,24とによって増幅される。これらの電界効果ト
ランジスタ13,14、電界効果トランジスタ20,1
9、電界効果トランジスタ25,24はそれぞれカレン
トミラー回路を構成しており、電流i1と電流i2との
差は最終的に電界効果トランジスタ14,24に反映さ
れる。Now, if the clock Ψ becomes LO, the field effect transistors 17 and 23 are cut off (hereinafter referred to as off), and the field effect transistors 16 and 2 are turned off.
2 enters a saturated conduction state (hereinafter referred to as on), and field effect transistors 15 and 21 turn on. At this time, the field effect transistors 15 and 21 are applied with bias voltages depending on the resistance values of the variable resistance elements 11 and 12, respectively, and become conductive. As mentioned above, current i1 is amplified by field effect transistors 13 and 14, and current i2 is amplified by field effect transistors 20 and 19 and field effect transistors 25 and 24. These field effect transistors 13, 14, field effect transistors 20, 1
9. The field effect transistors 25 and 24 each constitute a current mirror circuit, and the difference between the current i1 and the current i2 is finally reflected in the field effect transistors 14 and 24.
【0021】もし、i1>i2であると、電界効果トラ
ンジスタ14の供給電流は電界効果トランジスタ24の
吸い込み電流を上回る。その余剰電流はラッチ回路26
のゲートキャパシタを充電し、ラッチ回路26のゲート
電圧V0を上昇せしめる。この状態が図2における時刻
A,C・・・の状態である。V0が十分に上昇し、ラッ
チ回路26のロジックスレッショールドレベルを越えた
ときにクロックφがオフになり、ラッチ回路26がHI
をラッチする。If i1>i2, the supply current of field effect transistor 14 exceeds the sink current of field effect transistor 24. The excess current is transferred to the latch circuit 26.
The gate capacitor of the latch circuit 26 is charged, and the gate voltage V0 of the latch circuit 26 is increased. This state is the state at times A, C, . . . in FIG. When V0 rises sufficiently and exceeds the logic threshold level of the latch circuit 26, the clock φ is turned off and the latch circuit 26 becomes HI.
Latch.
【0022】一方、i1<i2であると、電界効果トラ
ンジスタ14の供給電流は電界効果トランジスタ24の
吸い込み電流に対して不足し、この不足分がラッチ回路
26のゲートキャパシタの電荷で補われ、V0が下降す
る。この状態が図2における時刻B・・・の状態である
。V0が十分に下降し、ラッチ回路26のロジックスレ
ッショールドレベルを下回ったときにクロックφがオフ
になり、ラッチ回路26がLOをラッチする。On the other hand, if i1<i2, the supply current of the field effect transistor 14 is insufficient with respect to the sink current of the field effect transistor 24, and this shortage is compensated by the charge of the gate capacitor of the latch circuit 26, and V0 descends. This state is the state at time B in FIG. When V0 falls sufficiently to be below the logic threshold level of latch circuit 26, clock φ is turned off and latch circuit 26 latches LO.
【0023】さて、クロックΨがHIになると、電界効
果トランジスタ17,23がオンになって電界効果トラ
ンジスタ16,22がオフになり、電界効果トランジス
タ15,21がオフとなる。このとき、電界効果トラン
ジスタ15,21のゲート電圧V1,V2は0[V]と
なり、電界効果トランジスタ15,21がオフになって
i1,i2が0[A]となる。ただし、実際には、電界
効果トランジスタ15,21のリーク電流が流れるが、
これは1[nA]以下の極めて微量なものである。i1
,i2が0[A]となると、回路全体の電流もほぼ0[
A]となる。これも、実際には数十[nA]から数百[
nA]である。このとき、電界効果トランジスタ24の
ソース電流i4も0[A]となり、V0はデジタル信号
的に見れば不定値となり、これが外部へ出力されないよ
うにしなければならない。ラッチ回路26はそれを実現
するために設けられたものであり、クロックψがLOの
時の有効な回転信号をクロックΨがHIの内は保持し続
けるようになっていて出力端子OUTから図2に示すよ
うなパルス状の回転信号が出力される。Now, when the clock Ψ becomes HI, the field effect transistors 17 and 23 are turned on, the field effect transistors 16 and 22 are turned off, and the field effect transistors 15 and 21 are turned off. At this time, the gate voltages V1 and V2 of the field effect transistors 15 and 21 become 0 [V], the field effect transistors 15 and 21 are turned off, and i1 and i2 become 0 [A]. However, in reality, leakage current flows through the field effect transistors 15 and 21;
This is an extremely small amount of 1 [nA] or less. i1
, i2 becomes 0 [A], the current of the entire circuit also becomes almost 0 [
A]. This is actually several tens [nA] to several hundred [nA].
nA]. At this time, the source current i4 of the field effect transistor 24 also becomes 0 [A], and V0 becomes an undefined value from a digital signal perspective, and it is necessary to prevent this from being output to the outside. The latch circuit 26 is provided to realize this, and is designed to continue to hold the valid rotation signal when the clock ψ is LO while the clock ψ is HI, and from the output terminal OUT as shown in FIG. A pulse-like rotation signal as shown in is output.
【0024】この回路におけるクロックΨに対する応答
性は、セットアップタイムの設定にもよるが、発光ダイ
オードや演算増幅器の電源オン/オフに比較して速いの
で、クロックΨのパルス幅を例えば10[μS]とする
ことができる。クロックΨの周期はシステムに要求され
る回転体の回転に対する応答性で決定できる。回転体の
回転として1秒間にR回転が要求されたならば、クロッ
クΨは回転体の少なくとも半周に1個は必要であるから
、クロックΨの周期Tは次の式で決定できる。
T=1/(2R)
例えば、回転体の回転が3000[rpm]の場合には
、T=10[mS]である。The responsiveness of this circuit to the clock Ψ is faster than the power on/off of a light emitting diode or operational amplifier, although it depends on the setup time setting, so the pulse width of the clock Ψ is set to 10 [μS], for example. It can be done. The period of the clock Ψ can be determined based on the responsiveness to the rotation of the rotating body required of the system. If R rotations per second are required for the rotation of the rotating body, one clock Ψ is required for at least one half revolution of the rotating body, so the period T of the clock Ψ can be determined by the following equation. T=1/(2R) For example, when the rotation of the rotating body is 3000 [rpm], T=10 [mS].
【0025】いま、クロックΨの周期がT、クロックΨ
のパルス幅がt、クロックΨがLOのときの回路全体の
消費電流をIとし、クロックΨがHIの時の回路全体の
リーク電流をiとすると、平均消費電流I’は次のよう
になる。
I’={tI+(T−t)i}/T
≒(t/T)I
ただし、i≪Iである。
例えば、T=10[mS]、t=10[μS]、I=2
[mA]とすると、I’≒2[μA]となる。したがっ
て、この回路を200[mAH]の容量を持つバッテリ
でバックアップすると、約11年5ヵ月動作し続ける。Now, the period of clock Ψ is T, and clock Ψ
If the pulse width of is t, the current consumption of the entire circuit when the clock Ψ is LO is I, and the leakage current of the entire circuit when the clock Ψ is HI is i, then the average current consumption I' is as follows. . I'={tI+(T-t)i}/T≈(t/T)I However, i≪I. For example, T=10 [mS], t=10 [μS], I=2
[mA], I'≈2 [μA]. Therefore, if this circuit is backed up by a battery with a capacity of 200 [mAH], it will continue to operate for approximately 11 years and 5 months.
【0026】この実施例によれば、抵抗変化素子11,
12の電流を非常に小さくしてもこれらを電界効果トラ
ンジスタ13,14からなるカレントミラー回路と、電
界効果トランジスタ24,25からなるカレントミラー
回路とでβ2/β1,β6/β5によって必要なだけ容
易に増幅でき、抵抗変化素子11,12の電流i1,i
2を抵抗変化素子11,12が発熱しない程度にまで容
易に低下させることができる。また、この回路はMOS
型電界効果トランジスタを用いて構成されるので、半導
体集積回路に適し、CMOS的な動作をするため消費電
流を少なくすることができる。特に、CMOSのデジタ
ル回路との親和性がよく、後段へ無理なく接続でき、1
チップ化することも可能となる。抵抗変化素子11,1
2を半導体プロセス技術の応用で製造するならば、対を
なす抵抗変化素子11,12の相対特性は比較的よく、
半導体集積回路向きの特性である。したがつて、このよ
うな抵抗変化素子11,12とMOS型電界効果トラン
ジスタ等を組み込んだ半導体集積回路を用いれば、無調
整の回路を作成することができる。According to this embodiment, the variable resistance elements 11,
Even if the current of 12 is very small, it can be easily controlled as necessary by β2/β1 and β6/β5 using a current mirror circuit consisting of field effect transistors 13 and 14 and a current mirror circuit consisting of field effect transistors 24 and 25. The currents i1 and i of the resistance change elements 11 and 12 can be amplified to
2 can be easily lowered to such an extent that the variable resistance elements 11 and 12 do not generate heat. Also, this circuit is a MOS
Since it is constructed using type field effect transistors, it is suitable for semiconductor integrated circuits, and operates like a CMOS, so current consumption can be reduced. In particular, it has good compatibility with CMOS digital circuits, and can be easily connected to subsequent stages.
It is also possible to make it into a chip. Resistance change element 11,1
2 is manufactured by applying semiconductor process technology, the relative characteristics of the pair of variable resistance elements 11 and 12 are relatively good,
This is a characteristic suitable for semiconductor integrated circuits. Therefore, by using a semiconductor integrated circuit incorporating such variable resistance elements 11, 12, MOS field effect transistors, etc., it is possible to create a circuit without adjustment.
【0027】ところで、上記実施例において、電界効果
トランジスタ15,21をオン/オフさせずにオンさせ
たままとすれば、電界効果トランジスタ24に流れるア
イドル電流i4はi1もしくはi2の増幅後の値に等し
いかなり大きな電流となるので、回路全体の消費電流が
常時大きいままであり、長時間のバッテリによるバック
アップが不可能である。しかし、タイミング発生回路1
8からのクロックΨにより電界効果トランジスタ15,
21をオン/オフさせて抵抗変化素子11,12に断続
的な電流を流し、電流の流れる期間においてのみ電流の
変化を検出して回転信号を取り出すので、回路全体の消
費電流を極めて微小な電流にすることができ、長時間の
バッテリによるバックアップが可能になる。By the way, in the above embodiment, if the field effect transistors 15 and 21 are left on without being turned on/off, the idle current i4 flowing through the field effect transistor 24 will be the value after amplification of i1 or i2. Since the current is equally large, the current consumption of the entire circuit remains large at all times, and long-term battery backup is impossible. However, timing generation circuit 1
The field effect transistor 15,
21 is turned on and off to cause an intermittent current to flow through the resistance change elements 11 and 12, changes in the current are detected only during the current flowing period, and a rotation signal is extracted. Therefore, the current consumption of the entire circuit can be reduced to an extremely small current. This enables long-term battery backup.
【0028】なお、上記実施例は、PチャンネルのMO
S型電界効果トランジスタ13,14,16,19,2
0,22をNチャンネルのMOS型電界効果トランジス
タとしてNチャンネルのMOS型電界効果トランジスタ
15,17,21,23,24,25をPチャンネルの
MOS型電界効果トランジスタとしてもよい。また、上
記MOS型電界効果トランジスタはMOS型電界効果ト
ランジスタ以外のMIS(Metal Insulat
er Silicon)型電界効果トランジスタを用い
てもよい。このMIS型電界効果トランジスタはMOS
型電界効果トランジスタを含むものである。また、抵抗
変化素子11,12として回転体の回転に伴う磁気変化
量以外の光変化量等の物理的変化量を検出してこの物理
的変化量により抵抗値が変化するものを用いてもよく、
また、回転体に記録されている信号以外の物理的変化量
を検出するものでもよい。さらに、本発明は、抵抗変化
素子11,12としてCdS素子を用いて光パルスをサ
ンプリングする回路に適用してもよい。[0028] In the above embodiment, the P channel MO
S type field effect transistor 13, 14, 16, 19, 2
0 and 22 may be N-channel MOS field effect transistors, and N-channel MOS field effect transistors 15, 17, 21, 23, 24, and 25 may be P-channel MOS field effect transistors. Furthermore, the above-mentioned MOS field effect transistor is an MIS (Metal Insulator) other than a MOS field effect transistor.
er Silicon) type field effect transistors may also be used. This MIS type field effect transistor is a MOS
type field effect transistor. Further, as the resistance change elements 11 and 12, elements may be used that detect physical changes such as optical changes other than the magnetic changes due to the rotation of the rotating body, and change the resistance value according to the physical changes. ,
Alternatively, it may be possible to detect a physical change amount other than the signal recorded on the rotating body. Furthermore, the present invention may be applied to a circuit that samples optical pulses using CdS elements as the variable resistance elements 11 and 12.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、2つの抵
抗変化素子に流れる電流の変化を検出することにより回
転信号を取り出すようにした回転検出器において、上記
2つの抵抗変化素子に断続的な電流を流すタイミング発
生手段を有し、上記断続的な電流の流れる期間において
のみ前記電流の変化を検出するように構成したので、全
体の消費電流を極めて微小な電流にすることができて長
時間のバッテリによるバックアップが可能になる。As described above, according to the present invention, in a rotation detector which extracts a rotation signal by detecting a change in the current flowing through two variable resistance elements, the two variable resistance elements are connected intermittently to each other. The present invention has a timing generating means for causing a current to flow, and is configured to detect changes in the current only during the period in which the current flows intermittently, so that the overall current consumption can be reduced to an extremely small current. Enables long-term battery backup.
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】同実施例の動作タイミングを示すタイミングチ
ャートである。FIG. 2 is a timing chart showing the operation timing of the same embodiment.
【図3】従来の回転検出器を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional rotation detector.
11,12 抵抗変化素子
13〜17,19〜25 MOS型電界効果
トランジスタ
18 タイミング発生回路
26 ラッチ回路11, 12 Resistance change elements 13 to 17, 19 to 25 MOS field effect transistor 18 Timing generation circuit 26 Latch circuit
Claims (1)
検出することにより回転信号を取り出すようにした回転
検出器において、上記2つの抵抗変化素子に断続的な電
流を流すタイミング発生手段を有し、上記断続的な電流
の流れる期間においてのみ前記電流の変化を検出するよ
うに構成した回転検出器。Claims: 1. A rotation detector which extracts a rotation signal by detecting changes in current flowing through two variable resistance elements, comprising timing generation means for causing an intermittent current to flow through the two variable resistance elements. and a rotation detector configured to detect changes in the current only during periods in which the current flows intermittently.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11594791A JPH04344420A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Rotation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11594791A JPH04344420A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Rotation detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04344420A true JPH04344420A (en) | 1992-12-01 |
Family
ID=14675105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP11594791A Pending JPH04344420A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Rotation detector |
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JP (1) | JPH04344420A (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
- 1991-05-21 JP JP11594791A patent/JPH04344420A/en active Pending
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