JPH05251786A - 自動補償付ホールセンサ - Google Patents
自動補償付ホールセンサInfo
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- JPH05251786A JPH05251786A JP4202455A JP20245592A JPH05251786A JP H05251786 A JPH05251786 A JP H05251786A JP 4202455 A JP4202455 A JP 4202455A JP 20245592 A JP20245592 A JP 20245592A JP H05251786 A JPH05251786 A JP H05251786A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、チップの製造中に温度補償のため
の調整を必要としない動作電流用の電源装置を集積され
たモノリシック集積ホールセンサを得ることを目的とす
る。 【構成】 電源装置が第１の温度依存性を有する第１の
補助電流の第１の電流源ｑ1 と第２の温度依存性を有す
る第２の補助電流の第２の電流源ｑ2 とを含み、それら
の電流源ｑ１，ｑ２がそれぞれホール素子の半導体領域
と共通の半導体領域の第１と第２の抵抗器Ｒ１，Ｒ２を
含み、電流変換器ｂ１とｂ２が第１の成分電流ｉ11，ｉ
12及び第２の成分電流ｉ21，ｉ22を出力し、それぞれが
第１及び第２の補助電流ｉ1 ，ｉ2 に対する予め決めら
れた変換率ｃ11，ｃ12；ｃ21，ｃ22を有し、加算／減算
装置ｋ1 ，ｋ2 が第１及び第２の成分電流の加算／減算
によって所望の温度依存性を有する動作電流を発生する
ことを特徴とする。
の調整を必要としない動作電流用の電源装置を集積され
たモノリシック集積ホールセンサを得ることを目的とす
る。 【構成】 電源装置が第１の温度依存性を有する第１の
補助電流の第１の電流源ｑ1 と第２の温度依存性を有す
る第２の補助電流の第２の電流源ｑ2 とを含み、それら
の電流源ｑ１，ｑ２がそれぞれホール素子の半導体領域
と共通の半導体領域の第１と第２の抵抗器Ｒ１，Ｒ２を
含み、電流変換器ｂ１とｂ２が第１の成分電流ｉ11，ｉ
12及び第２の成分電流ｉ21，ｉ22を出力し、それぞれが
第１及び第２の補助電流ｉ1 ，ｉ2 に対する予め決めら
れた変換率ｃ11，ｃ12；ｃ21，ｃ22を有し、加算／減算
装置ｋ1 ，ｋ2 が第１及び第２の成分電流の加算／減算
によって所望の温度依存性を有する動作電流を発生する
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モノリシック集積回路
技術によって構成され、動作電流用の集積された電源装
置を具備している補償されたホールセンサに関し、さら
にヒステレシススイッチング装置を有する及び有さない
積誘導感度及びホール素子の温度依存性に対するホール
センサの自動補償方法に関する。
技術によって構成され、動作電流用の集積された電源装
置を具備している補償されたホールセンサに関し、さら
にヒステレシススイッチング装置を有する及び有さない
積誘導感度及びホール素子の温度依存性に対するホール
センサの自動補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】モノリシック集積ホールセンサは市販さ
れており、磁界を測定するために使用される以外にも非
接触スイッチングが必要な場合に効果的に使用される。
例えば、このような技術的分野は自動車のギア装置ある
いはタコメータの回転速度測定である。このようなスイ
ッチの適用において、交流あるいは単極の磁界の方向及
び大きさはホール電圧によって決定され、しきい値を超
える時にカウントパルスが放出される。例えば、トラン
ジスタのオープンコレクタによって表される電気スイッ
チは、大抵の場合、集積回路の１部分であり、したがっ
てホールセンサの１部分である。スイッチ用として、ホ
ールセンサは増幅する検知素子あるいはバッファ増幅器
を通常含み、シュミットトリガ段はヒステレシス、及び
電流及び／又は電圧電源装置を有する。
れており、磁界を測定するために使用される以外にも非
接触スイッチングが必要な場合に効果的に使用される。
例えば、このような技術的分野は自動車のギア装置ある
いはタコメータの回転速度測定である。このようなスイ
ッチの適用において、交流あるいは単極の磁界の方向及
び大きさはホール電圧によって決定され、しきい値を超
える時にカウントパルスが放出される。例えば、トラン
ジスタのオープンコレクタによって表される電気スイッ
チは、大抵の場合、集積回路の１部分であり、したがっ
てホールセンサの１部分である。スイッチ用として、ホ
ールセンサは増幅する検知素子あるいはバッファ増幅器
を通常含み、シュミットトリガ段はヒステレシス、及び
電流及び／又は電圧電源装置を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】既知のホールセンサの
欠点は、ホール素子の感度における積変化及び温度依存
性の補償はチップ形成中の個々の調整ステップによって
達成されなければならないということである。
欠点は、ホール素子の感度における積変化及び温度依存
性の補償はチップ形成中の個々の調整ステップによって
達成されなければならないということである。
【０００４】それ故に本発明の目的は、補償されたホー
ルセンサ用の回路を提供することであり、この回路を基
礎として個々の調整ステップを有さない感度における技
術的及び温度誘導変化の自動補償を可能にする方法を提
供することである。
ルセンサ用の回路を提供することであり、この回路を基
礎として個々の調整ステップを有さない感度における技
術的及び温度誘導変化の自動補償を可能にする方法を提
供することである。
【０００５】本発明によって提供される利点は、個々の
調整の必要性を除去することであり、簡単な半導体装置
製造技術が使用できる。加えて、要求されるチップ面積
は、無視できない別の必要な調整コンタクトの領域によ
って減少される。自動的な補償は、測定用のための線形
ホールセンサ、及び、例えばヒステレシススイッチング
機能を含んでいるスイッチング機能を有するホールセン
サの両方に適用できる。ある制限内にホールセンサの温
度依存性を予め設定することも可能である。自動補償が
各半導体チップの技術的製造パラメータの追跡によって
制御のみされるので、これらのパラメータの非線形効果
も大きく補償される。
調整の必要性を除去することであり、簡単な半導体装置
製造技術が使用できる。加えて、要求されるチップ面積
は、無視できない別の必要な調整コンタクトの領域によ
って減少される。自動的な補償は、測定用のための線形
ホールセンサ、及び、例えばヒステレシススイッチング
機能を含んでいるスイッチング機能を有するホールセン
サの両方に適用できる。ある制限内にホールセンサの温
度依存性を予め設定することも可能である。自動補償が
各半導体チップの技術的製造パラメータの追跡によって
制御のみされるので、これらのパラメータの非線形効果
も大きく補償される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の基本的なアイデ
ィアの１つは、ホール素子の動作電流が半導体チップ上
の電源装置、例えばホール素子半導体領域と熱的及び技
術的に結合される装置によって発生されることである。
ホール電圧（＝ｕｈ）は以下のようなホール素子の半導
体領域の技術的なパラメータ、絶対温度（＝Ｔ）、及び
基準温度（＝Ｔ）に依存される。
ィアの１つは、ホール素子の動作電流が半導体チップ上
の電源装置、例えばホール素子半導体領域と熱的及び技
術的に結合される装置によって発生されることである。
ホール電圧（＝ｕｈ）は以下のようなホール素子の半導
体領域の技術的なパラメータ、絶対温度（＝Ｔ）、及び
基準温度（＝Ｔ）に依存される。
【０００７】 （１） ｕｈ（Ｔ）＝μH （Ｔ）×Ｒ（Ｔ）×ｉｖ（Ｔ）×Ｂ ここで、μH は温度及び材料依存ホール移動度である。 （1.1 ） μH （Ｔ）＝μ（Ｔｏ）×１／１（１＋ａ×ΔＴ） ここで、ΔＴ＝Ｔ−Ｔｏは基準温度差であり、Ｒ（Ｔ）
はホール素子のオーム抵抗であり、Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔ
ｏ）×（１＋ａ×ΔＴ）である。ｉｖ（Ｔ）はホール素
子の電源電流であり、Ｂは磁気誘導であり、ａは基準温
度のホール素子半導体領域のシート抵抗率（＝ｒ' ）の
温度係数である。
はホール素子のオーム抵抗であり、Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔ
ｏ）×（１＋ａ×ΔＴ）である。ｉｖ（Ｔ）はホール素
子の電源電流であり、Ｂは磁気誘導であり、ａは基準温
度のホール素子半導体領域のシート抵抗率（＝ｒ' ）の
温度係数である。
【０００８】ホール電圧の温度依存性及び処理技術依存
性は、式（１）に個々の依存性を置換することによって
得られる。技術依存係数（１＋ａ×ΔＴ）は相殺され、
磁気誘導Ｂが温度に無関係な場合に電源電流ｉｖ（Ｔ）
の温度依存性のみがホール電圧ｕｈ（Ｔ）に影響する。
性は、式（１）に個々の依存性を置換することによって
得られる。技術依存係数（１＋ａ×ΔＴ）は相殺され、
磁気誘導Ｂが温度に無関係な場合に電源電流ｉｖ（Ｔ）
の温度依存性のみがホール電圧ｕｈ（Ｔ）に影響する。
【０００９】 （２） ｕｈ（Ｔ）＝比例係数×ｉｖ（Ｔ） 式（２）は、ホール電圧の温度依存性が電源電流の温度
依存性に緊密に結合されることを示す。電源電流の温度
依存性がゼロに調整されるときにホール電圧は温度依存
性がないことを示すことは、特に興味がある。
依存性に緊密に結合されることを示す。電源電流の温度
依存性がゼロに調整されるときにホール電圧は温度依存
性がないことを示すことは、特に興味がある。
【００１０】オフセット電圧（＝ｕｊ）がホール素子の
検知入力でオフセット電流（＝ｊ）によってホール電圧
ｕｈに重畳される場合、オフセット電圧の値は次の通り
である。 （３） ｕｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔ）×ｒｈ（Ｔ） ここで、ｒｈはホール素子の等価抵抗である。したがっ
て、 （４） ｕｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔ）×ｒｈ（Ｔｏ）×（１＋ａ×ΔＴ） 故に、基準温度Ｔｏでオフセット電圧の温度依存性をゼ
ロにするために、次の条件がオフセット電流ｉｖ（Ｔ）
に対して満たされなければならない。 （５） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）×１／（１＋ａ×ΔＴ） 特にゼロ調整中のホール電圧およびオフセット電圧の温
度依存性の追跡のため、式（２）及び（５）から導かれ
る次の条件が満たされなければならない。
検知入力でオフセット電流（＝ｊ）によってホール電圧
ｕｈに重畳される場合、オフセット電圧の値は次の通り
である。 （３） ｕｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔ）×ｒｈ（Ｔ） ここで、ｒｈはホール素子の等価抵抗である。したがっ
て、 （４） ｕｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔ）×ｒｈ（Ｔｏ）×（１＋ａ×ΔＴ） 故に、基準温度Ｔｏでオフセット電圧の温度依存性をゼ
ロにするために、次の条件がオフセット電流ｉｖ（Ｔ）
に対して満たされなければならない。 （５） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）×１／（１＋ａ×ΔＴ） 特にゼロ調整中のホール電圧およびオフセット電圧の温
度依存性の追跡のため、式（２）及び（５）から導かれ
る次の条件が満たされなければならない。
【００１１】 （６） Δｉｖ（Ｔ）／Δｊ（Ｔ）＝１＋ａ×ΔＴ 式（６）は、係数（１＋ａ×ΔＴ）によって定められる
ホール素子半導体領域のシート抵抗率（ｒ' ）の温度依
存性とホール素子の動作電流の温度依存性の割合を結合
する。このように式（６）に従って、動作電流の温度依
存性の絶対値は動作電流ｉｖ及びｊのいずれかに対して
自由に予め設定することが可能である。式（６）は任意
の基準温度及び全体の動作温度領域に対して適用される
から、それは異なる回路変化の温度補償を比較する優れ
た評価特徴を表す。
ホール素子半導体領域のシート抵抗率（ｒ' ）の温度依
存性とホール素子の動作電流の温度依存性の割合を結合
する。このように式（６）に従って、動作電流の温度依
存性の絶対値は動作電流ｉｖ及びｊのいずれかに対して
自由に予め設定することが可能である。式（６）は任意
の基準温度及び全体の動作温度領域に対して適用される
から、それは異なる回路変化の温度補償を比較する優れ
た評価特徴を表す。
【００１２】本発明は、異なる温度依存性を有する電流
の和あるいは差を形成することによって、別の温度依存
性を有する合成された電流が形成されることをさらに認
識する。異なる温度依存性が大きいほど、この方法の反
復可能性は高い。本発明に従って、異なる温度特性を有
する少なくとも２つの補助電流の電源装置はホールセン
サに集積される。各温度特性はほぼ線形であることが仮
定され、各スロープは、例えば３３３度Ｋ（絶対温度）
の基準温度Ｔｏで決定される。相対スロープは正あるい
は負のｐｐｍ値（ppm=parts per milion）として有効的
に与えられる。各ｐｐｍ値を加算あるいは減算すること
によって、各基準温度Ｔｏで補助電流の関係部分あるい
は加重係数を容易に決定し、基準温度Ｔｏで所望の温度
係数を有する新しい電流を生ずる。この温度が全温度領
域を調整する良い方法は、基準温度Ｔｏの外側の正確な
温度特性を知ることなしには決定されない。温度の近似
は多少良好である。
の和あるいは差を形成することによって、別の温度依存
性を有する合成された電流が形成されることをさらに認
識する。異なる温度依存性が大きいほど、この方法の反
復可能性は高い。本発明に従って、異なる温度特性を有
する少なくとも２つの補助電流の電源装置はホールセン
サに集積される。各温度特性はほぼ線形であることが仮
定され、各スロープは、例えば３３３度Ｋ（絶対温度）
の基準温度Ｔｏで決定される。相対スロープは正あるい
は負のｐｐｍ値（ppm=parts per milion）として有効的
に与えられる。各ｐｐｍ値を加算あるいは減算すること
によって、各基準温度Ｔｏで補助電流の関係部分あるい
は加重係数を容易に決定し、基準温度Ｔｏで所望の温度
係数を有する新しい電流を生ずる。この温度が全温度領
域を調整する良い方法は、基準温度Ｔｏの外側の正確な
温度特性を知ることなしには決定されない。温度の近似
は多少良好である。
【００１３】等しい大きさの２つの補助電流Ｉ１，Ｉ２
に基づく次の簡単な実施例は、加重係数の決定を示すも
のである。Ｉ１は＋５０００ｐｐｍの温度依存性を有
し、Ｉ２は−２０００ｐｐｍの温度依存性を有する。Ｉ
２の加重係数２．５の合計によって、総電流が０ｐｐｍ
である温度依存性が得られる。すなわち、少なくとも基
準温度の温度依存性を示す。Ｉ１＋２．５×Ｉ２は簡単
なｐｐｍ表記法で示す。
に基づく次の簡単な実施例は、加重係数の決定を示すも
のである。Ｉ１は＋５０００ｐｐｍの温度依存性を有
し、Ｉ２は−２０００ｐｐｍの温度依存性を有する。Ｉ
２の加重係数２．５の合計によって、総電流が０ｐｐｍ
である温度依存性が得られる。すなわち、少なくとも基
準温度の温度依存性を示す。Ｉ１＋２．５×Ｉ２は簡単
なｐｐｍ表記法で示す。
【００１４】 ５０００ｐｐｍ＋（−２．５×２０００ｐｐｍ）＝０ｐｐｍ Ｉ２の加重係数２による減算は、基準点での温度依存性
が簡単なｐｐｍ表記法によって次の値を有する。
が簡単なｐｐｍ表記法によって次の値を有する。
【００１５】 ５０００ｐｐｍ−（−２×２０００ｐｐｍ）＝９０００ｐｐｍ 十分に再生可能である電流及びｐｐｍ表示を介する加重
係数の簡単な推定に関して、差電流は単一の電流Ｉ１あ
るいはＩ２のオーダーであるべきである。異なる温度依
存性による電流の発生は、実施例に関連して説明され
る。
係数の簡単な推定に関して、差電流は単一の電流Ｉ１あ
るいはＩ２のオーダーであるべきである。異なる温度依
存性による電流の発生は、実施例に関連して説明され
る。
【００１６】式（６）から、ヒステレシススイッチング
感度を自動的に補償する有効的な構成は、電源電流ｉｖ
（Ｔ）に依存する。以下の検討においてホール素子半導
体領域のシート抵抗率ｒ' が電源電流ｉｖ及びオフセッ
ト電流ｊの大きさに共通の係数として関係することが仮
定される。
感度を自動的に補償する有効的な構成は、電源電流ｉｖ
（Ｔ）に依存する。以下の検討においてホール素子半導
体領域のシート抵抗率ｒ' が電源電流ｉｖ及びオフセッ
ト電流ｊの大きさに共通の係数として関係することが仮
定される。
【００１７】第１の場合において、ｉｖ（Ｔ）が一定で
温度に無関係な場合、ｕｈ（Ｔ）も一定であるが、オフ
セット電流ｊ（Ｔ）の温度依存性は次の条件に従わなけ
ればならない。 （７） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） 図１は、この式の好ましい実施例を示す。
温度に無関係な場合、ｕｈ（Ｔ）も一定であるが、オフ
セット電流ｊ（Ｔ）の温度依存性は次の条件に従わなけ
ればならない。 （７） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） 図１は、この式の好ましい実施例を示す。
【００１８】第２の場合において、ホール素子が電源電
圧ＶＤＤによって直接供給される場合、動作の別の有効
的なモードが得られ、電源電流ｉｖのためにホールの感
度は非常に良い。この場合、ホール素子半導体領域の温
度依存性と同様に電源電圧ＶＤＤ及び電源電圧の平常の
温度依存性ＶＤＤ（Ｔ）の各値は、電源電流ｉｖの大き
さに関係する。電源電流ｉｖ（Ｔ）は次の式によって決
定され、それにおけるＶＤＤｏは一定にされた電源電圧
基準値あるいは標準化した値を表す。 （８） ｉｖ（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｉｖ（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）
圧ＶＤＤによって直接供給される場合、動作の別の有効
的なモードが得られ、電源電流ｉｖのためにホールの感
度は非常に良い。この場合、ホール素子半導体領域の温
度依存性と同様に電源電圧ＶＤＤ及び電源電圧の平常の
温度依存性ＶＤＤ（Ｔ）の各値は、電源電流ｉｖの大き
さに関係する。電源電流ｉｖ（Ｔ）は次の式によって決
定され、それにおけるＶＤＤｏは一定にされた電源電圧
基準値あるいは標準化した値を表す。 （８） ｉｖ（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｉｖ（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）
【００１９】式（６）から、オフセット電流ｊ（Ｔ）が
電源電圧ＶＤＤに依存しなければならないことが導かれ
る。しかしながら、ホール素子半導体領域の温度依存性
は係数１／（１＋ａ×ΔＴ）2 によってオフセット電流
の大きさに関係しなければならない。このように、次の
方程式はオフセット電流ｊ（Ｔ）に得られる。 （９） ｊ（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｊ（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2
電源電圧ＶＤＤに依存しなければならないことが導かれ
る。しかしながら、ホール素子半導体領域の温度依存性
は係数１／（１＋ａ×ΔＴ）2 によってオフセット電流
の大きさに関係しなければならない。このように、次の
方程式はオフセット電流ｊ（Ｔ）に得られる。 （９） ｊ（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｊ（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2
【００２０】所望の温度依存性は第２の電流成分ｉｋ２
によって第１の電流成分ｉｋ１を乗算することによって
達成され、ｉｋ１は１／（１＋ａ×ΔＴ）に比例し、ｉ
ｋ２は（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）に比例
する。このように、所望なようにｉｋ１×ｉｋ２2 ＝ｊ
は（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2に比例す
る。電流乗算に関して、ゼロの温度係数を有する第３の
電流成分ｉｋ３は基準電流として必要とされる。第２の
場合の好ましい実施例は、図２に示されている。
によって第１の電流成分ｉｋ１を乗算することによって
達成され、ｉｋ１は１／（１＋ａ×ΔＴ）に比例し、ｉ
ｋ２は（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）に比例
する。このように、所望なようにｉｋ１×ｉｋ２2 ＝ｊ
は（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2に比例す
る。電流乗算に関して、ゼロの温度係数を有する第３の
電流成分ｉｋ３は基準電流として必要とされる。第２の
場合の好ましい実施例は、図２に示されている。
【００２１】第３の場合において、動作のさらに効果的
なモードにおけるホール素子は、調整されない電流電圧
ＶＤＤよりも温度安定化されたホール素子電源電圧（＝
Ｖ）を供給される。２つの異なる電流成分ｉｋ１，ｉｋ
２を乗算する代りに、電流成分ｉｋ１を２乗することを
必要とする。ゼロの温度係数を有する基準電流ｉｋ３も
さらに必要である。オフセット電流ｊ（Ｔ）は次の式に
よって与えられる。 （10） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2
なモードにおけるホール素子は、調整されない電流電圧
ＶＤＤよりも温度安定化されたホール素子電源電圧（＝
Ｖ）を供給される。２つの異なる電流成分ｉｋ１，ｉｋ
２を乗算する代りに、電流成分ｉｋ１を２乗することを
必要とする。ゼロの温度係数を有する基準電流ｉｋ３も
さらに必要である。オフセット電流ｊ（Ｔ）は次の式に
よって与えられる。 （10） ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ）2
【００２２】二次係数１／（１＋ａ×ΔＴ）2が係数
（１＋２×ａ×ΔＴ）によって近似的に置換えられるた
めにａ×ΔＴが１より小さい場合にさらに簡単となり、
異なる温度特性を有する電流の加算あるいは減算によっ
て再び実現できる。この方法は、式（８）及び（９）に
おける二次係数に同様に適用できる。この第３の好まし
い実施例は図３に示されている。本発明およびその他の
有効性は添付図面を参照にしてさらに詳細に説明される
であろう。
（１＋２×ａ×ΔＴ）によって近似的に置換えられるた
めにａ×ΔＴが１より小さい場合にさらに簡単となり、
異なる温度特性を有する電流の加算あるいは減算によっ
て再び実現できる。この方法は、式（８）及び（９）に
おける二次係数に同様に適用できる。この第３の好まし
い実施例は図３に示されている。本発明およびその他の
有効性は添付図面を参照にしてさらに詳細に説明される
であろう。
【００２３】
【実施例】図１は、ヒステレシススイッチング装置を有
するホールセンサの第１の実施例を概略的に示す。それ
はモノリシック集積回路技術を使用する自己補償付ホー
ルセンサであり、それにおける動作電流のための全ての
電源装置はチップ表面ｏｂに集積されている。ホールセ
ンサは３端子装置として設計され、電源電圧端子ＶＤ
Ｄ、接地端子Ｍおよびホールセンサの出力信号を出力す
る低インピーダンス出力端子を必要とするのみである。
するホールセンサの第１の実施例を概略的に示す。それ
はモノリシック集積回路技術を使用する自己補償付ホー
ルセンサであり、それにおける動作電流のための全ての
電源装置はチップ表面ｏｂに集積されている。ホールセ
ンサは３端子装置として設計され、電源電圧端子ＶＤ
Ｄ、接地端子Ｍおよびホールセンサの出力信号を出力す
る低インピーダンス出力端子を必要とするのみである。
【００２４】図１の実施例は、ホール素子ｈの検知入力
２および４に接続される比較器ｋの定められたスイッチ
ングを生ずるホール電圧ｕｈにオフセット電圧を重ねる
ヒステレシススイッチング装置ｈｓを含む。ホール素子
ｈは簡単に表示されているが結晶格子上の理由のために
原則として９０°に間隔が隔てられ液晶縁部に対して４
５°の方位の２つの並列に接続されたホール素子が使用
される。
２および４に接続される比較器ｋの定められたスイッチ
ングを生ずるホール電圧ｕｈにオフセット電圧を重ねる
ヒステレシススイッチング装置ｈｓを含む。ホール素子
ｈは簡単に表示されているが結晶格子上の理由のために
原則として９０°に間隔が隔てられ液晶縁部に対して４
５°の方位の２つの並列に接続されたホール素子が使用
される。
【００２５】ホールセンサが周期的スイッチとして使用
されることを可能にするために、オフセット電圧ｕｊは
交互に切替えられ、スイッチングは比較器ｋの各状態に
よって影響される。このために、比較器ｋの出力は電子
切替えスイッチｓの各位置を決定する制御装置ｓｔに接
続される。電子切替えスイッチｓの位置によって、オフ
セット電流ｊは検知入力２あるいは検知入力４のいずれ
かを通りホール素子ｈに供給される。このオフセット電
流ｊは各検知端子２あるいは４と接地端子３の間のホー
ル素子等価抵抗ｒｈを横切ってオフセット電圧ｕｊを生
成する。
されることを可能にするために、オフセット電圧ｕｊは
交互に切替えられ、スイッチングは比較器ｋの各状態に
よって影響される。このために、比較器ｋの出力は電子
切替えスイッチｓの各位置を決定する制御装置ｓｔに接
続される。電子切替えスイッチｓの位置によって、オフ
セット電流ｊは検知入力２あるいは検知入力４のいずれ
かを通りホール素子ｈに供給される。このオフセット電
流ｊは各検知端子２あるいは４と接地端子３の間のホー
ル素子等価抵抗ｒｈを横切ってオフセット電圧ｕｊを生
成する。
【００２６】量的な磁界の測定に関して、ヒステレシス
スイッチング装置ｈｓは必要ない。比較器ｋはホール電
圧ｕｈを検知し、低インピーダンス出力端子Ｋで対応し
ている電圧値として利用するＫ有効である高インピーダ
ンス線形検知装置によって置換される。
スイッチング装置ｈｓは必要ない。比較器ｋはホール電
圧ｕｈを検知し、低インピーダンス出力端子Ｋで対応し
ている電圧値として利用するＫ有効である高インピーダ
ンス線形検知装置によって置換される。
【００２７】オフセット電流ｊの重畳はホール素子ｈで
直接行われる必要はなく、減結合された重畳装置ｆによ
って行われてもよく、それは図１の付加的な回路図とと
して示されている。減結合ネットワークは、利得が等価
補助抵抗器ｒａ，ｒａ' によって同じ値に設定される２
つの並列接続されたトランジスタ段から構成される。比
較器ｋは、オフセット電流ｊが注入されるコレクタ端子
２' ，４' に接続される。ベース端子２，４及びコレク
タ端子２' ，４' は、それぞれホール素子ｈ及び電子切
替えスイッチｓの同様の符号で示される端子に接続され
る。減結合された重畳装置ｆは、単なる例示である。電
界効果トランジスタを使用する実施例を含む別の実施例
は、当業者によって容易に実行できる。オフセット電流
ｊあるいはその１部分はホール電圧ｕｈに対称的に重畳
され、ヒステレシススイッチング装置ｈｓを有さないで
もよい。
直接行われる必要はなく、減結合された重畳装置ｆによ
って行われてもよく、それは図１の付加的な回路図とと
して示されている。減結合ネットワークは、利得が等価
補助抵抗器ｒａ，ｒａ' によって同じ値に設定される２
つの並列接続されたトランジスタ段から構成される。比
較器ｋは、オフセット電流ｊが注入されるコレクタ端子
２' ，４' に接続される。ベース端子２，４及びコレク
タ端子２' ，４' は、それぞれホール素子ｈ及び電子切
替えスイッチｓの同様の符号で示される端子に接続され
る。減結合された重畳装置ｆは、単なる例示である。電
界効果トランジスタを使用する実施例を含む別の実施例
は、当業者によって容易に実行できる。オフセット電流
ｊあるいはその１部分はホール電圧ｕｈに対称的に重畳
され、ヒステレシススイッチング装置ｈｓを有さないで
もよい。
【００２８】実施例は、バイポーラ及び電界効果トラン
ジスタ技術あるいはハイブリッド技術におけるモノリシ
ック集積に適当であることが明白に示される。個々の回
路パラメータの適合及び個々の回路モジュールの最適な
設計は、当業者に良く知られている。
ジスタ技術あるいはハイブリッド技術におけるモノリシ
ック集積に適当であることが明白に示される。個々の回
路パラメータの適合及び個々の回路モジュールの最適な
設計は、当業者に良く知られている。
【００２９】ホール素子ｈの動作電流、すなわち電源電
流ｉｖ及びオフセット電流ｊはチップ表面ｏｂに集積さ
れる電源装置によって発生される。これは様々なホール
素子半導体領域に技術的及び熱によって結合される動作
電流およびそれぞれの動作温度Ｔを与える。これによっ
て、電源装置は第１の温度依存性による第１の補助電流
ｉ１のための第１の電流源ｑ１及び第２の温度依存性に
よる第２の補助電流ｉ２のための第２の電流源ｑ２を含
む。第１及び第２の電流源ｑ１及びｑ２は、それぞれ少
なくとも１つの第１の抵抗器ｒ１及び第２の抵抗器ｒ２
を含み、それぞれの半導体領域はホール素子ｈの半導体
領域に技術的に等価である。例えば、第１の電流源ｑ１
はトランジスタ対ｔ１，ｔ２を有するバンドギャップ回
路ｂｇを含み、そのエミッタ領域の面積比はＡの数値を
有し、例えばＡ＝１４である。第１の補助電流ｉ１を決
定するための第１の抵抗器ｒ１は、例えば２４キロオー
ムの抵抗器と２０７キロオームの抵抗器との直列回路か
ら構成される。
流ｉｖ及びオフセット電流ｊはチップ表面ｏｂに集積さ
れる電源装置によって発生される。これは様々なホール
素子半導体領域に技術的及び熱によって結合される動作
電流およびそれぞれの動作温度Ｔを与える。これによっ
て、電源装置は第１の温度依存性による第１の補助電流
ｉ１のための第１の電流源ｑ１及び第２の温度依存性に
よる第２の補助電流ｉ２のための第２の電流源ｑ２を含
む。第１及び第２の電流源ｑ１及びｑ２は、それぞれ少
なくとも１つの第１の抵抗器ｒ１及び第２の抵抗器ｒ２
を含み、それぞれの半導体領域はホール素子ｈの半導体
領域に技術的に等価である。例えば、第１の電流源ｑ１
はトランジスタ対ｔ１，ｔ２を有するバンドギャップ回
路ｂｇを含み、そのエミッタ領域の面積比はＡの数値を
有し、例えばＡ＝１４である。第１の補助電流ｉ１を決
定するための第１の抵抗器ｒ１は、例えば２４キロオー
ムの抵抗器と２０７キロオームの抵抗器との直列回路か
ら構成される。
【００３０】良く知られているように、バンドギャップ
回路の動作は、ベースエミッタ電圧差がエミッタ領域の
面積比Ａによって生じ、電圧比較において含まれる抵抗
器ｒ１の両端の電圧降下に等しいような値にトランジス
タ対ｔ１，ｔ２の等しいエミッタ電流が調整回路によっ
て調整されることによって行われる。この電圧比較は、
入力が第１のトランジスタｔ１のエミッタおよび第１の
抵抗器ｒ１の電圧分配器タップに接続される第１の制御
増幅器ｇ１によって実行される。
回路の動作は、ベースエミッタ電圧差がエミッタ領域の
面積比Ａによって生じ、電圧比較において含まれる抵抗
器ｒ１の両端の電圧降下に等しいような値にトランジス
タ対ｔ１，ｔ２の等しいエミッタ電流が調整回路によっ
て調整されることによって行われる。この電圧比較は、
入力が第１のトランジスタｔ１のエミッタおよび第１の
抵抗器ｒ１の電圧分配器タップに接続される第１の制御
増幅器ｇ１によって実行される。
【００３１】第１の制御増幅器ｇ１の出力は、異なる変
換率によって第１の電流変換器ｂ１を形成する制御され
た電流バンクの制御入力に結合される。上記に与えられ
る抵抗値に関して、バンドギャップ回路ｂｇはトランジ
スタｔ１，ｔ２のそれぞれに５．７マイクロアンペアの
エミッタ電流を供給する。これは第１の補助電流ｉ１で
ある。
換率によって第１の電流変換器ｂ１を形成する制御され
た電流バンクの制御入力に結合される。上記に与えられ
る抵抗値に関して、バンドギャップ回路ｂｇはトランジ
スタｔ１，ｔ２のそれぞれに５．７マイクロアンペアの
エミッタ電流を供給する。これは第１の補助電流ｉ１で
ある。
【００３２】しかしながら、図１に示されるバンドギャ
ップ回路の実施例は電界効果トランジスタ技術で実行す
るとき利点を有する。すなわち、トランジスタ対ｔ１，
ｔ２は、ＣＭＯＳ技術を使用して容易に実現される基板
トランジスタから構成される。
ップ回路の実施例は電界効果トランジスタ技術で実行す
るとき利点を有する。すなわち、トランジスタ対ｔ１，
ｔ２は、ＣＭＯＳ技術を使用して容易に実現される基板
トランジスタから構成される。
【００３３】バンドギャップ回路ｂｇの別の利点は、第
２の電流源ｑ２に基準電圧として供給される温度安定性
バンドギャップ電圧ｖｒを付加的に供給することであ
る。最も簡単な場合、第２の電流源ｑ２はホール素子半
導体領域に技術的に等しい第２の抵抗器ｒ２、及びバン
ドギャップ電圧ｖｒを有する第２の抵抗器ｒ２の両端間
の電圧を比較する第２の制御増幅器ｇ２のみを含む。第
２の抵抗器ｒ２を通る電流、すなわち第２の電流ｉ２は
第２の制御される電流バンクである第２の電流変換器ｂ
２によって第２の抵抗器ｒ２の両端の電圧とバンドギャ
ップ電圧とが等しくなるまで再調整される。第２の電流
源ｑ２は、電圧対電流変換器ｕｉとして動作する。第１
の補助電流ｉ１の温度依存性は、以下のようにバンドギ
ャップ回路によって決定される。 （11） ｉ１（Ｔ）＝ｉ１（Ｔｏ）×（Ｔ／Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） 温度安定化されたバンドギャップ電圧ｖｒのため、第２
の補助電流ｉ２の温度依存性は、次のとおりである。
２の電流源ｑ２に基準電圧として供給される温度安定性
バンドギャップ電圧ｖｒを付加的に供給することであ
る。最も簡単な場合、第２の電流源ｑ２はホール素子半
導体領域に技術的に等しい第２の抵抗器ｒ２、及びバン
ドギャップ電圧ｖｒを有する第２の抵抗器ｒ２の両端間
の電圧を比較する第２の制御増幅器ｇ２のみを含む。第
２の抵抗器ｒ２を通る電流、すなわち第２の電流ｉ２は
第２の制御される電流バンクである第２の電流変換器ｂ
２によって第２の抵抗器ｒ２の両端の電圧とバンドギャ
ップ電圧とが等しくなるまで再調整される。第２の電流
源ｑ２は、電圧対電流変換器ｕｉとして動作する。第１
の補助電流ｉ１の温度依存性は、以下のようにバンドギ
ャップ回路によって決定される。 （11） ｉ１（Ｔ）＝ｉ１（Ｔｏ）×（Ｔ／Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） 温度安定化されたバンドギャップ電圧ｖｒのため、第２
の補助電流ｉ２の温度依存性は、次のとおりである。
【００３４】 （12） ｉ２（Ｔ）＝ｉ２（Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） 電圧対電流変換器ｕｉの基準電圧ｖｒが温度に無関係で
なく、温度係数ｂ（第２の係数）によって決定される場
合、この温度依存性は方程式（12）に付加的な係数１＋
ｂ×ΔＴとして組込まれなければならない。
なく、温度係数ｂ（第２の係数）によって決定される場
合、この温度依存性は方程式（12）に付加的な係数１＋
ｂ×ΔＴとして組込まれなければならない。
【００３５】 （13） ｉ２（Ｔ）＝ｉ２（Ｔｏ）×（１＋ｂ×ΔＴ）／（１＋ａ×ΔＴ） 基準電圧ｖｒの技術的温度依存性は、例えば１以上のベ
ースエミッタ通路の温度依存性からのこの電圧を生成す
ることによって実行される。これは、適当な付加的なバ
ンドギャップ回路において容易に実行される。
ースエミッタ通路の温度依存性からのこの電圧を生成す
ることによって実行される。これは、適当な付加的なバ
ンドギャップ回路において容易に実行される。
【００３６】図１の実施例を示すために、以下の例示的
な値が与えられる。１．２Ｖの温度安定性バンドギャッ
プ電圧および３９キロオームの抵抗器ｒ２によって、２
１マイクロアンペアの第２の補助電流ｉ２が設定され
る。＋６２２０ｐｐｍのホール素子半導体領域の温度係
数は、ＣＭＯＳ技術が使用される場合にｎ個のウェルの
シート抵抗率ｒ' から生じる。これは、３３３度Ｋの基
準温度Ｔｏで、それぞれ第１及び第２の補助電流ｉ１及
びｉ２に対して−２８８７ｐｐｍ及び−６２２０ｐｐｍ
の温度係数を与える。
な値が与えられる。１．２Ｖの温度安定性バンドギャッ
プ電圧および３９キロオームの抵抗器ｒ２によって、２
１マイクロアンペアの第２の補助電流ｉ２が設定され
る。＋６２２０ｐｐｍのホール素子半導体領域の温度係
数は、ＣＭＯＳ技術が使用される場合にｎ個のウェルの
シート抵抗率ｒ' から生じる。これは、３３３度Ｋの基
準温度Ｔｏで、それぞれ第１及び第２の補助電流ｉ１及
びｉ２に対して−２８８７ｐｐｍ及び−６２２０ｐｐｍ
の温度係数を与える。
【００３７】図１の実施例は、ホール電圧ｕｈ（Ｔ）が
温度に無関係であるという仮定に基づき、電源電圧ｉｖ
（Ｔ）もまた温度に無関係なことを式（２）に従って要
求する。これは第１及び第２の電流変換器ｂ１及びｂ２
がそれぞれ第１及び第２の成分電流ｉ11，ｉ12，…及び
ｉ21，ｉ22，…，を出力し、第１及び第２の補助電流ｉ
１及びｉ２に関して一定の変換率ｃ11，ｃ12，…および
ｃ21，ｃ22，…を有するということによって図示の実施
例において実行される。加算／減算装置における第１及
び第２の成分電流の加算／減算によって、所望の温度依
存性を有する動作電流ｉｖ，ｊが発生され、加重係数ｃ
11，…から生ずる一定の成分電流比率によって設定され
る。加算／減算装置は、各成分電流が供給されるノード
ｋ１，ｋ２，…によって形成される。
温度に無関係であるという仮定に基づき、電源電圧ｉｖ
（Ｔ）もまた温度に無関係なことを式（２）に従って要
求する。これは第１及び第２の電流変換器ｂ１及びｂ２
がそれぞれ第１及び第２の成分電流ｉ11，ｉ12，…及び
ｉ21，ｉ22，…，を出力し、第１及び第２の補助電流ｉ
１及びｉ２に関して一定の変換率ｃ11，ｃ12，…および
ｃ21，ｃ22，…を有するということによって図示の実施
例において実行される。加算／減算装置における第１及
び第２の成分電流の加算／減算によって、所望の温度依
存性を有する動作電流ｉｖ，ｊが発生され、加重係数ｃ
11，…から生ずる一定の成分電流比率によって設定され
る。加算／減算装置は、各成分電流が供給されるノード
ｋ１，ｋ２，…によって形成される。
【００３８】電流の加算に関して、２つの成分電流は２
つの電流変換器ｂ１，ｂ２から直接各ノードに供給さ
れ、一方に減算に関して、１つの成分電流の流れの方向
はこの電流が関係したノードに与えられる前に電流ミラ
ーｐによって反転される。電流の加算中に正確な符号の
ｐｐｍの値は基準温度に対して合計され、減算中に成分
電流が電流ミラーｐによって方向が変えられて加算の前
にｐｐｍの値は反転される。
つの電流変換器ｂ１，ｂ２から直接各ノードに供給さ
れ、一方に減算に関して、１つの成分電流の流れの方向
はこの電流が関係したノードに与えられる前に電流ミラ
ーｐによって反転される。電流の加算中に正確な符号の
ｐｐｍの値は基準温度に対して合計され、減算中に成分
電流が電流ミラーｐによって方向が変えられて加算の前
にｐｐｍの値は反転される。
【００３９】この方法において、温度に無関係な電源電
流ｉｖは２つの成分電流から形成され、合成された電流
は、ホール素子電源電流ｉｖが例えば７ミリアンペアで
あるために適当な変換率によって非常に高度に増幅され
なければならない。それ故、異なる方法が、ホール素子
ｈの検知入力２の電圧及び基準電圧ｕｖの間に等しく存
在するまで電源電流ｉｖを再調整する制御増幅器ｒを介
する電源電流の発生によって図１の実施例において与え
られる。制御は第３の制御増幅器ｇ３によって達成さ
れ、その出力はｐチャンネルトランジスタｔ３のゲート
端子に結合され、電源電圧ＶＤＤとホール素子電源端子
１の間に電流制御素子として接続される。基準電圧ｕｖ
はホール素子半導体領域に技術的に等しい第３の抵抗器
ｒ３によって形成され、第１のノードｋ１から温度に無
関係な電流ｉｒ１を供給される。実施例に関して、ｉ11
＝４５マイクロアンペアであり、ｉ21＝２１マイクロア
ンペアであるため、ｉｒ１＝２４マイクロアンペアであ
る。加重係数ｃ11，ｃ21，…は、各成分電流ｉ11，ｉ2
1，…の大きさによって定められる。
流ｉｖは２つの成分電流から形成され、合成された電流
は、ホール素子電源電流ｉｖが例えば７ミリアンペアで
あるために適当な変換率によって非常に高度に増幅され
なければならない。それ故、異なる方法が、ホール素子
ｈの検知入力２の電圧及び基準電圧ｕｖの間に等しく存
在するまで電源電流ｉｖを再調整する制御増幅器ｒを介
する電源電流の発生によって図１の実施例において与え
られる。制御は第３の制御増幅器ｇ３によって達成さ
れ、その出力はｐチャンネルトランジスタｔ３のゲート
端子に結合され、電源電圧ＶＤＤとホール素子電源端子
１の間に電流制御素子として接続される。基準電圧ｕｖ
はホール素子半導体領域に技術的に等しい第３の抵抗器
ｒ３によって形成され、第１のノードｋ１から温度に無
関係な電流ｉｒ１を供給される。実施例に関して、ｉ11
＝４５マイクロアンペアであり、ｉ21＝２１マイクロア
ンペアであるため、ｉｒ１＝２４マイクロアンペアであ
る。加重係数ｃ11，ｃ21，…は、各成分電流ｉ11，ｉ2
1，…の大きさによって定められる。
【００４０】２つの電流源ｑ１，ｑ２の特定の結合のた
め、第２の電流変換器ｂ２の出力電流は式（７）に従っ
たオフセット電流ｊ（Ｔ）の温度依存性を有する。それ
故、オフセット電流ｊは電流ミラーｐの出力から加重係
数ｃ23が得られ、その入力は第２の電流変換器ｂ２から
第２の補助電流ｉ２を供給される。ここに想定される実
施例において、電流ミラーへの入力は２１マイクロアン
ペアであり、加重係数ｃ23は０．７４マイクロアンペア
の電流に相当する。このように、電源電圧ｉｖは、オフ
セット電流ｊよりも約１０，０００倍大きい。
め、第２の電流変換器ｂ２の出力電流は式（７）に従っ
たオフセット電流ｊ（Ｔ）の温度依存性を有する。それ
故、オフセット電流ｊは電流ミラーｐの出力から加重係
数ｃ23が得られ、その入力は第２の電流変換器ｂ２から
第２の補助電流ｉ２を供給される。ここに想定される実
施例において、電流ミラーへの入力は２１マイクロアン
ペアであり、加重係数ｃ23は０．７４マイクロアンペア
の電流に相当する。このように、電源電圧ｉｖは、オフ
セット電流ｊよりも約１０，０００倍大きい。
【００４１】図１の実施例には、第２のノードｋ２を介
する電流ミラーｐからの点線が示されており、加重係数
ｃ22を有する一定のオフセット電流は必要な場合にホー
ル素子ｈの検知入力２へ与えられ、ホール電圧ｕｈの非
対称のシフトを生ずる。
する電流ミラーｐからの点線が示されており、加重係数
ｃ22を有する一定のオフセット電流は必要な場合にホー
ル素子ｈの検知入力２へ与えられ、ホール電圧ｕｈの非
対称のシフトを生ずる。
【００４２】加重係数ｃ12，ｃ24を有する第１及び第２
の電流変換器ｂ１，ｂ２からの破線は、別のｐｐｍ値で
オフセット電流ｊが第３のノードｋ３によって異なって
加重された成分電流から形成されることができることを
示す。
の電流変換器ｂ１，ｂ２からの破線は、別のｐｐｍ値で
オフセット電流ｊが第３のノードｋ３によって異なって
加重された成分電流から形成されることができることを
示す。
【００４３】最後に、１点鎖線は加重係数ｃ13が第４の
ノードｋ４に接続される第１の電流変換器ｂ１の出力を
さらに示し、第４のノードｋ４は電流ミラーｐから加重
係数ｃ23を供給される。この１点鎖線は加重係数を最適
にすることによって非線形の効果が高次の効果の補償能
力を与える電流の加算／減算を考慮することを概略的に
示している。基準温度Ｔｏのスロープを除いて、全温度
領域における成分電流の曲線は、平均で補償が改善され
るように考慮される。この最適化から生ずる加重係数
は、基準温度Ｔｏのみが考慮される加重係数とは異な
る。しかしながら、式（６）の条件に反してはならな
い。
ノードｋ４に接続される第１の電流変換器ｂ１の出力を
さらに示し、第４のノードｋ４は電流ミラーｐから加重
係数ｃ23を供給される。この１点鎖線は加重係数を最適
にすることによって非線形の効果が高次の効果の補償能
力を与える電流の加算／減算を考慮することを概略的に
示している。基準温度Ｔｏのスロープを除いて、全温度
領域における成分電流の曲線は、平均で補償が改善され
るように考慮される。この最適化から生ずる加重係数
は、基準温度Ｔｏのみが考慮される加重係数とは異な
る。しかしながら、式（６）の条件に反してはならな
い。
【００４４】図２及び図３の実施例において、電源装置
及びヒステレシススイッチング装置ｈｓの領域において
示される機能的装置は、図１の機能的装置とほぼ等し
い。それ故、これらの機能的装置は基準特性によって設
計されるので再び説明される必要はない。図１と異なっ
て図２において、ホール素子ｈは電源電圧ＶＶＤに直接
接続される。結果として、電源電流ｉｖはホール素子ｈ
のオーム抵抗Ｒによってのみ制限される。これは、予め
決められた電源電圧ＶＶＤで最大の磁界感度を与える。
及びヒステレシススイッチング装置ｈｓの領域において
示される機能的装置は、図１の機能的装置とほぼ等し
い。それ故、これらの機能的装置は基準特性によって設
計されるので再び説明される必要はない。図１と異なっ
て図２において、ホール素子ｈは電源電圧ＶＶＤに直接
接続される。結果として、電源電流ｉｖはホール素子ｈ
のオーム抵抗Ｒによってのみ制限される。これは、予め
決められた電源電圧ＶＶＤで最大の磁界感度を与える。
【００４５】オフセット電流ｊ（Ｔ）の条件は、式
（９）から導かれる。温度及び材料の依存の係数１＋ａ
×ΔＴは式（９）に２次式で入ることが重要である。図
２の実施例において、これは乗算器ｍにおける第１及び
第２の電流成分ｉｋ１，ｉｋ２を乗算することによって
実行される。第１の電流成分ｉｋ１は、温度依存性が式
（12）によって与えられる第２の補助電流ｉ２から生ず
る。第２の電流成分ｉｋ２は電源電圧ＶＶＤに比例し、
ホール素子半導体領域のシート抵抗率ｒ' に対して反比
例する。第２の電流成分ｉｋ２の条件式は次の通りであ
る。 （14） ｉｋ２（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｉｋ２（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ／１＋ａ×ΔＴ）
（９）から導かれる。温度及び材料の依存の係数１＋ａ
×ΔＴは式（９）に２次式で入ることが重要である。図
２の実施例において、これは乗算器ｍにおける第１及び
第２の電流成分ｉｋ１，ｉｋ２を乗算することによって
実行される。第１の電流成分ｉｋ１は、温度依存性が式
（12）によって与えられる第２の補助電流ｉ２から生ず
る。第２の電流成分ｉｋ２は電源電圧ＶＶＤに比例し、
ホール素子半導体領域のシート抵抗率ｒ' に対して反比
例する。第２の電流成分ｉｋ２の条件式は次の通りであ
る。 （14） ｉｋ２（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｉｋ２（Ｔｏ）×（ＶＤＤ／ＶＤＤｏ／１＋ａ×ΔＴ）
【００４６】第２の電流成分ｉｋ２は、半導体領域がホ
ール素子半導体領域に技術的に等価な電流設定をする第
４の抵抗器ｒ４を含む第３の電流源ｑ３によって形成さ
れる。この抵抗器ｒ４の両端の電圧は、電源電圧ＶＤＤ
あるいはそれに比例する１部分は、所望な依存性が確保
されるように選択されるべきである。図３に示される第
３の電流源ｑ３は、抵抗器ｒ４およびｐｎｐ電流ミラー
のベースエミッタ経路の直列結合ためのこの要求を満足
する。さらに正確であるが高価な回路は当業者に良く知
られている。それらは、制御段として主に構成される。
乗算器ｍの出力は式（９）にしたがって所望の温度依存
性を有するオフセット電流ｊを出力する。
ール素子半導体領域に技術的に等価な電流設定をする第
４の抵抗器ｒ４を含む第３の電流源ｑ３によって形成さ
れる。この抵抗器ｒ４の両端の電圧は、電源電圧ＶＤＤ
あるいはそれに比例する１部分は、所望な依存性が確保
されるように選択されるべきである。図３に示される第
３の電流源ｑ３は、抵抗器ｒ４およびｐｎｐ電流ミラー
のベースエミッタ経路の直列結合ためのこの要求を満足
する。さらに正確であるが高価な回路は当業者に良く知
られている。それらは、制御段として主に構成される。
乗算器ｍの出力は式（９）にしたがって所望の温度依存
性を有するオフセット電流ｊを出力する。
【００４７】乗算器ｍを構成するとき、バイポーラ技術
かあるいは電界効果技術か、特にＣＭＯＳ技術によって
形成されるかを区別しなければならない。バイポーラ技
術ではベースエミッタ電圧とエミッタあるいはコレクタ
電流の間の指数特性が通常使用され、一方電界効果トラ
ンジスタ技術ではゲートソース電圧とドレイン電流の間
の２乗関係が使用される。両方の場合において、乗算器
ｍの基準電流入力ｂｒは温度に無関係でなければならな
い第３の電流成分ｉｋ３を供給されなければならない。
２つの成分電流の加重された加算／減算による第３の電
流成分ｉｋ３の発生は、第５のノードｋ５によって図２
に略図的に示されている。例えば、このような温度に無
関係な電流は、図１の実施例における温度に無関係な電
流ｉｋ１である。それ故、詳細な説明は必要ない。
かあるいは電界効果技術か、特にＣＭＯＳ技術によって
形成されるかを区別しなければならない。バイポーラ技
術ではベースエミッタ電圧とエミッタあるいはコレクタ
電流の間の指数特性が通常使用され、一方電界効果トラ
ンジスタ技術ではゲートソース電圧とドレイン電流の間
の２乗関係が使用される。両方の場合において、乗算器
ｍの基準電流入力ｂｒは温度に無関係でなければならな
い第３の電流成分ｉｋ３を供給されなければならない。
２つの成分電流の加重された加算／減算による第３の電
流成分ｉｋ３の発生は、第５のノードｋ５によって図２
に略図的に示されている。例えば、このような温度に無
関係な電流は、図１の実施例における温度に無関係な電
流ｉｋ１である。それ故、詳細な説明は必要ない。
【００４８】ＣＭＯＳ技術における乗算器ｍは、文献
（1987年６月の「ＩＥＥＥ Journal of Solid-State Ci
rcuit 」第sc-22 巻、第３号、第357 乃至365 頁）に記
載されている。例えば、バイポーラ技術における乗算器
は文献（1978年Springer-Verlag 社のU.Tietze氏および
Ch.Schenk 氏らによる「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」第３６乃至37頁）に記
載されている。その図１．３９において与えられる例
は、基準電圧Ｕｚを使用する２つのアナログ電圧値Ｕｘ
及びＵｙの乗算を示す。しかしながら、入力抵抗Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ２' を除去することによって、回路は簡単な方
法で入力電流用に変換される。さらに、電流出力は電圧
対電流変換器によって電圧出力Ｕｏから形成されなけれ
ばならない。
（1987年６月の「ＩＥＥＥ Journal of Solid-State Ci
rcuit 」第sc-22 巻、第３号、第357 乃至365 頁）に記
載されている。例えば、バイポーラ技術における乗算器
は文献（1978年Springer-Verlag 社のU.Tietze氏および
Ch.Schenk 氏らによる「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」第３６乃至37頁）に記
載されている。その図１．３９において与えられる例
は、基準電圧Ｕｚを使用する２つのアナログ電圧値Ｕｘ
及びＵｙの乗算を示す。しかしながら、入力抵抗Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ２' を除去することによって、回路は簡単な方
法で入力電流用に変換される。さらに、電流出力は電圧
対電流変換器によって電圧出力Ｕｏから形成されなけれ
ばならない。
【００４９】図３の実施例は、ホール素子ｈの電源端子
１が調整されていない電源電圧ＶＤＤには接続されず、
温度安定化されたホール素子の電源電圧Ｖに接続されて
いる点で図２の実施例とは異なる。ホール素子の電源電
圧Ｖは、図２あるいは図３の上記電力電源装置の一部を
形成する調整された電圧源ｖｇによって発生される。最
良の解決法は、温度安定化された出力電圧ｖｒを発生す
るバンドギャップ回路ｖｇである。この電圧は、再び適
当な制御回路によって行われる通常の回路手段によって
ホール素子の電源電圧Ｖの値まで上げられることが必要
である。
１が調整されていない電源電圧ＶＤＤには接続されず、
温度安定化されたホール素子の電源電圧Ｖに接続されて
いる点で図２の実施例とは異なる。ホール素子の電源電
圧Ｖは、図２あるいは図３の上記電力電源装置の一部を
形成する調整された電圧源ｖｇによって発生される。最
良の解決法は、温度安定化された出力電圧ｖｒを発生す
るバンドギャップ回路ｖｇである。この電圧は、再び適
当な制御回路によって行われる通常の回路手段によって
ホール素子の電源電圧Ｖの値まで上げられることが必要
である。
【００５０】図１の実施例において、第１及び第２の電
流源ｑ１，ｑ２は、第２の補助電流ｉ２が第２の抵抗器
ｒ２の両端の温度に無関係な電圧降下を生成するように
互いに結合される。ホール素子及び第２の抵抗器ｒ２の
シート抵抗は技術的に等しく、第２の電流バンクｂ２の
増加された電流は温度に無関係なホール素子のオーム抵
抗の両端の電圧降下を生成し、それも温度に無関係なも
のである。この構成は図３の実施例において略図的に示
され、ホール素子の電源端子１は電流変換器ｂ２から供
給される。
流源ｑ１，ｑ２は、第２の補助電流ｉ２が第２の抵抗器
ｒ２の両端の温度に無関係な電圧降下を生成するように
互いに結合される。ホール素子及び第２の抵抗器ｒ２の
シート抵抗は技術的に等しく、第２の電流バンクｂ２の
増加された電流は温度に無関係なホール素子のオーム抵
抗の両端の電圧降下を生成し、それも温度に無関係なも
のである。この構成は図３の実施例において略図的に示
され、ホール素子の電源端子１は電流変換器ｂ２から供
給される。
【００５１】温度安定化されたホール素子の電源電圧Ｖ
により、回路は乗算器ｍの領域で簡単にされる。第２の
電流成分ｉｋ２はもはや必要ではなく、第１の電流成分
ｉｋ１のみが形成されることが必要であり、それが２乗
される。基準電流入力ｂｒに与えられる第３の電流成分
ｉｋ３は不変に保持される。第１の電流成分ｉｋ１の２
乗は、例えば上記乗算器ｍによって形成される２乗装置
ｍｑによって行われ、２つの乗算入力は第１の電流成分
を供給される。
により、回路は乗算器ｍの領域で簡単にされる。第２の
電流成分ｉｋ２はもはや必要ではなく、第１の電流成分
ｉｋ１のみが形成されることが必要であり、それが２乗
される。基準電流入力ｂｒに与えられる第３の電流成分
ｉｋ３は不変に保持される。第１の電流成分ｉｋ１の２
乗は、例えば上記乗算器ｍによって形成される２乗装置
ｍｑによって行われ、２つの乗算入力は第１の電流成分
を供給される。
【００５２】電流成分ｉｋ１，ｉｋ２の２乗あるいは乗
算は、合成電流ｊにおける２次係数１／（１＋ａ×Δ
Ｔ）2 を生ずる。ａ×ΔＴが１よりもずっと小さい場
合、２次の項は係数１／（１＋２×ａ×ΔＴ）によって
置換えられる。しかしながら、この温度に無関係な電流
は図１の実施例に示されるように２つの成分電流の加重
された加算／減算によって発生され、電流の比較的複雑
な乗算あるいは２乗の必要性を除去する。この変形は第
６のノードｋ６及び第１及び第２の電流変換器ｂ１，ｂ
２への破線の電流接続によって図３に示されている。第
６のノードｋ６の出力は、所望のオフセット電流ｊを出
力する。
算は、合成電流ｊにおける２次係数１／（１＋ａ×Δ
Ｔ）2 を生ずる。ａ×ΔＴが１よりもずっと小さい場
合、２次の項は係数１／（１＋２×ａ×ΔＴ）によって
置換えられる。しかしながら、この温度に無関係な電流
は図１の実施例に示されるように２つの成分電流の加重
された加算／減算によって発生され、電流の比較的複雑
な乗算あるいは２乗の必要性を除去する。この変形は第
６のノードｋ６及び第１及び第２の電流変換器ｂ１，ｂ
２への破線の電流接続によって図３に示されている。第
６のノードｋ６の出力は、所望のオフセット電流ｊを出
力する。
【図１】ヒステレシススイッチング装置を有するホール
センサの第１の好ましい実施例のブロック図。
センサの第１の好ましい実施例のブロック図。
【図２】ホール素子が電源電圧ＶＶＤによって直接供給
される第２の好ましい実施例のブロック図。
される第２の好ましい実施例のブロック図。
【図３】温度安定化された性ホール素子電源電圧Ｖを使
用している第３の好ましい実施例のブロック図。
用している第３の好ましい実施例のブロック図。
ｈ…ホール素子、ｉ１，ｉ２，ｉｋ１，ｉｋ２，ｉｖ，
ｊ…電流、ｋ１，ｋ２…加算／減算装置、ｑ１，ｑ２…
電流源。
ｊ…電流、ｋ１，ｋ２…加算／減算装置、ｑ１，ｑ２…
電流源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリヒ・テウス ドイツ連邦共和国、7803 グンデルフィン ゲン、シェーンベルクシュトラーセ ５ベ ー (72)発明者 マリオ・モッツ ドイツ連邦共和国、1200 フランクフルト ／オーデル、ベー・− ヨット・− レー ニンアレー 69 (72)発明者 ユルゲン・ニーンドルフ ドイツ連邦共和国、1200 フランクフルト ／オーデル、ゲーエル・シャルンシュトラ ーセ 18
Claims (16)
- 【請求項１】 モノリシック集積回路技術によって構成
され、動作電流用の集積された電源装置を具備している
補償されたホールセンサにおいて、 電源装置が第１の温度依存性を有する第１の補助電流の
第１の電流源及び第２の温度依存性を有する第２の補助
電流の第２の電流源を含み、 第１及び第２の電流源がそれぞれ第１の抵抗器及び第２
の抵抗器を含み、その各半導体領域がホール素子の半導
体領域に技術的に等価であり、 第１の電流変換器及び第２の電流変換器が第１の成分電
流及び第２の成分電流を出力し、それぞれが第１及び第
２の補助電流に対する予め決められた変換率を有し、 加算／減算装置が第１及び第２の成分電流の加算／減算
によって所望の温度依存性を有する動作電流を発生する
ことを特徴とする補償されたホールセンサ。 - 【請求項２】 ホール電圧を検知するための素子がチッ
プ表面に集積されることを特徴とする請求項１記載のホ
ールセンサ。 - 【請求項３】 動作電流が電源電流及びオフセット電流
を含み、 重畳装置がオフセット電流によってホール電圧にオフセ
ット電圧を重畳し、 重畳がホール素子で直接的に行われるか、あるいはホー
ル素子の半導体領域に技術的に等価な１以上の補助抵抗
器にオフセット電流が供給されるときホール素子から減
結合され、 温度依存性が素子電流の割合によって設定されるオフセ
ット電流の温度依存性が、 Δｉｖ（Ｔ）／Δｊ（Ｔ）＝１＋ａ×ΔＴ として電源電流の温度依存性に関係され、ここで、ａは
ホール素子半導体領域のシート抵抗率の温度係数であ
り、Ｔは絶対温度であり、Ｔｏは基準温度であり、ΔＴ
＝Ｔ−Ｔｏは基準温度差であることを特徴とする請求項
２記載のホールセンサ。 - 【請求項４】 検知素子が２つの状態を有する比較器で
あり、 重畳装置が各スイッチ位置によりヒステレシス電圧の方
向を決定するヒステレシススイッチング装置を具備し、 ヒステレシススイッチング装置の制御入力が比較器の出
力に接続されていることを特徴とする請求項３記載のホ
ールセンサ。 - 【請求項５】 第１の電流源がエミッタ領域面積比Ａを
有するトランジスタ対及び第１の抵抗器によって第１の
補助電流を発生するバンドギャップ回路を含み、第１の
補助電流は、 ｉ１（Ｔ）＝ｉ１（Ｔｏ）×（Ｔ／Ｔｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） の温度依存性を有し、 第２の電流源が第２の抵抗器を含み、その両端に第１の
抵抗器の両端の電圧とは異なる温度依存性を有する電圧
を発生し、 第２の補助電流の温度依存性が第２の抵抗器の両端の電
圧の温度係数である第２の係数及び第１の係数によって
定められ、それは、 ｉ２（Ｔ）＝ｉ２（Ｔｏ）×（１＋ｂ×ΔＴ）／（１＋ａ×ΔＴ） で与えられ、 第１及び第２の電流変換器が、出力が予め決められた変
換率によって成分電流を出力する第１の制御電流バンク
及び第２の制御電流バンクであることを特徴とする請求
項４記載のホールセンサ。 - 【請求項６】 抵抗器の両端の電圧がバンドギャップ回
路からの温度安定化された電圧であることを特徴とする
請求項５記載のホールセンサ。 - 【請求項７】 ホール素子に要求される動作電流が、チ
ップ表面のホール素子と共に集積される電源装置によっ
て形成されるホール素子に熱的及び技術的に緊密に結合
され、 電源装置が第１の温度依存性を有する第１の補助電流及
び第１の温度依存性とは異なる第２の温度依存性を有す
る第２の補助電流を発生し、共通の温度及び技術依存係
数ｒ' ×（１＋ａ×ΔＴ）であるホール素子半導体領域
のシート抵抗率が第１及び第２の補助電流の大きさ及び
温度依存性を決定し、 加算／減算装置による第１及び第２の補助電流の比例し
た加算あるいは減算の割合によって、ホール素子の動作
電流が形成され、動作電流の温度依存性が各補助電流部
分の大きさによって決定されるステップによってホール
素子の積誘導感度及びホール素子の温度依存性に対して
ホールセンサを自動的に補償する方法。 - 【請求項８】 電源装置がホール素子の半導体領域に技
術的に等価な電流設定抵抗器を含むことを特徴とする請
求項７記載の方法。 - 【請求項９】 ホール素子の動作電流は、温度依存性が Δｉｖ（Ｔ）／Δｊ（Ｔ）＝１＋ａ×ΔＴ にしたがって電源電流及びオフセット電流によって形成
されることを特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 第１の補助電流がバンドギャップ回路
によって発生され、第１の補助電流の大きさが第１の抵
抗器によって決定され、この第１の抵抗器はホール素子
半導体領域に技術的に等価であり、トランジスタ対はエ
ミッタ領域の面積比Ａを有し、 第２の補助電流がホール素子の半導体領域に技術的に等
価である第２の抵抗器によって形成され、この第２の抵
抗器の両端の電圧の温度依存性が第１の抵抗器の両端の
電圧の温度依存性とは異なることを特徴とする請求項８
記載の方法。 - 【請求項１１】 第２の抵抗器の両端の電圧がバンドギ
ャップ回路からの温度安定化された電圧であることを特
徴とする請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 電源電流が、動作領域の温度依存性が
ゼロになるように調整され、 オフセット電流が、動作領域の温度依存性が次の式 ｊ（Ｔ）＝ｊ（Ｔｏ）×１／（１＋ａ×ΔＴ）によって
決定されるように調整されていることを特徴とする請求
項９記載の方法。 - 【請求項１３】 自動補償によって、温度依存性の非線
形部分が第１及び第２の補助電流の比例した付加的な加
算あるいは減算によって第１及び第２の補助電流の比例
した加算あるいは減算の線形の温度係数に加えて非線形
の温度係数を考慮することによって減少され、第１及び
第２の補助電流の各部分が予め設定されなければならな
い付加的な変換率によって決定されることを特徴とする
請求項７記載の方法。 - 【請求項１４】 ホール素子に要求される電源電流がホ
ール素子の抵抗及びそれに供給される電源電圧によって
決定され、 ホール素子に要求されるオフセット電流がチップ表面の
ホール素子と共に集積される電源装置によって形成され
るホール素子と熱的及び技術的に緊密に結合され、 ヒステレシススイッチング装置に供給されるオフセット
電流が乗算器によって第１及び第２の電流成分から形成
され、乗算器の基準入力が基準温度における温度依存性
がゼロである第３の電流成分を受け、 第１の電流成分が相互作用する第１の電流源及び第２の
電流源によって形成され、第１の電流成分は、 ｉｋ１（Ｔ）＝ｉｋ１（Ｔｏ）×１／１（１＋ａ×ΔＴ） に依存し、ここで、ａはホール素子半導体領域の温度係
数（＝第１の係数）であり、Ｔは絶対温度であり、Ｔｏ
は基準温度であり、ΔＴ＝Ｔ−Ｔｏは基準温度差であ
り、 第２の電流成分が第３の電流源によって形成され、この
第３の電流源は電源電圧が、 ｉｋ２（Ｔ，ＶＤＤ） ＝ｉｋ２（Ｔｏ）×（ＶＤＤ（ＶＤＤｏ）／（１＋ａ×ΔＴ） として第２の電流成分に絶対値及び温度依存性を与える
ように設計され、第３の電流成分が第１の電流源からの
第１の補助電流及び第２の電流源からの別の温度依存性
を有する第２の補助電流の比例した加算あるいは減算に
よる第５のノードによって形成され、各電流部分が、合
成電流（＝第３の電流成分）が少なくとも基準温度で温
度依存性がないように固定されるステップによってホー
ル素子の積及び温度誘導ヒステレシススイッチング感度
用のヒステレシススイッチング装置を具備しているホー
ルセンサの自動補償方法。 - 【請求項１５】 ホール素子用の調整されていない電源
電圧が調整された電圧源からの電圧及び温度安定化され
たホール素子の電源電圧によって置換えられる場合、乗
算器が２乗装置によって置換えられ、第１の電流成分が
２乗され、第３の電流成分が２乗装置の基準電流入力に
与えられることを特徴とする請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 オフセット電流の二次温度依存性係数 １／（１＋ａ×ΔＴ）2 が第６のノードにより第１及び
第２の補助電流の比例した加算あるいは減算によって置
換され、それによって合成電流（＝オフセット電流）が
形成され、その基準温度Ｔｏにおける温度依存性係数 １／（１＋２＋ａ×ΔＴ）によって近似的に決定される
ことを特徴とする請求項１４あるいは１５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE91112840:3 | 1991-07-31 | ||
| EP91112840A EP0525235B1 (de) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Hallsensor mit Selbstkompensation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251786A true JPH05251786A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3283911B2 JP3283911B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=8206999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20245592A Expired - Lifetime JP3283911B2 (ja) | 1991-07-31 | 1992-07-29 | 自動補償付ホールセンサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5260614A (ja) |
| EP (1) | EP0525235B1 (ja) |
| JP (1) | JP3283911B2 (ja) |
| KR (1) | KR100197821B1 (ja) |
| CN (1) | CN1032888C (ja) |
| DE (1) | DE59109002D1 (ja) |
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