JPH088787B2 - Integrated circuit with magnetic sensor - Google Patents

Integrated circuit with magnetic sensor

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JPH088787B2
JPH088787B2 JP62072111A JP7211187A JPH088787B2 JP H088787 B2 JPH088787 B2 JP H088787B2 JP 62072111 A JP62072111 A JP 62072111A JP 7211187 A JP7211187 A JP 7211187A JP H088787 B2 JPH088787 B2 JP H088787B2
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magnetic sensor
inverting
integrated circuit
hall element
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博己 日下部
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、ブラシレスモータのロータ回転位置検出
等に使用される磁気センサ内蔵集積回路に関する。
Description: [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to an integrated circuit with a built-in magnetic sensor used for detecting a rotor rotational position of a brushless motor.

(従来の技術) 磁気センサとして、ホール素子がありこの素子はホー
ル効果を利用したものである。ホール効果とは、半導体
に磁界を与えたときに電流に働くローレンツ力によっ
て、半導体上の電位分布がアンバランスになる現象を指
すものである。
(Prior Art) As a magnetic sensor, there is a Hall element, and this element utilizes the Hall effect. The Hall effect refers to a phenomenon in which the electric potential distribution on the semiconductor becomes unbalanced due to the Lorentz force acting on the current when a magnetic field is applied to the semiconductor.

第3図はホール素子の基本を示すもので、X軸方向に
電流IA、Z軸方向に磁束密度B(Wb/m)の磁界を印加し
たときに、Y軸方向に発生する電圧(ホール電圧)をVH
(V)とすると、 RH;ホール定数(m3/C) d;半導体の圧さ(m) なる関係がある。従って、磁界に対する感度を上げるに
は、ホール定数の大きな材料を選び、半導体片の厚さt
を薄くすればよいことになる。この関係から、ホール素
子単体としては、InSbや、GaAsの薄膜がよく用いられ
る。
FIG. 3 shows the basics of the Hall element. The voltage (Hall voltage) generated in the Y-axis direction when a magnetic field of current IA in the X-axis direction and magnetic flux density B (Wb / m) in the Z-axis direction is applied. ) To V H
(V) RH; Hall constant (m 3 / C) d; Semiconductor pressure (m). Therefore, in order to increase the sensitivity to the magnetic field, a material having a large Hall constant is selected, and the thickness t of the semiconductor piece is
Would be thin. From this relationship, thin films of InSb and GaAs are often used as the Hall element alone.

一方モノシリック集積回路(IC)にホール素子を作り
込んで、感度を上げるための増幅器を内蔵した、いわゆ
るモノシリックICも開発されている。これらは、Siのエ
ピタキシャル層を用いてホール素子を構成したものであ
る。
On the other hand, a so-called monolithic IC has also been developed in which a Hall element is built into a monolithic integrated circuit (IC) and an amplifier for increasing sensitivity is built in. These are Hall devices configured by using an Si epitaxial layer.

第4図は、ホールICの構成例を示している。1はエピ
タキシャル層を用いたホール素子部、2、3はホール素
子の入力電極、4a、4bは出力端子、5は分離領域、6、
7、8は各々トランジスタのベース、エミッタ、コレク
タ及びコレクタ埋め込み部である。
FIG. 4 shows a configuration example of the Hall IC. 1 is a Hall element part using an epitaxial layer, 2 and 3 are input electrodes of the Hall element, 4a and 4b are output terminals, 5 is an isolation region, 6,
Reference numerals 7 and 8 respectively denote a base, an emitter, a collector and a collector buried portion of the transistor.

(発明が解決しようとする問題点) ホール素子単体のものは、単に磁気を検出するだけで
あるから、他に増幅器、電力増幅器等の制御回路を必要
とする。そして、ホールICは、感度も上げやすく出力特
性もヒステリシス特性を与えるだけで多様化しやすい。
しかし一方では、エピタキシャル層を利用したホール素
子部の検出出力が小さいので、これを導出する差動増幅
器の入力オフセット電圧などにより、動作磁束密度が非
常にばらつき易いという問題を有する。つまり、差動増
幅器の入力オフセット電圧のために、一方の差動入力は
検出されるが、他方の差動入力は検出できないという事
態を発生することがある。従って、回路設計やマスクパ
ターン設計にも慎重な設計を要し、価格増大の原因とな
っている。
(Problems to be Solved by the Invention) Since the Hall element alone detects only magnetism, it requires a control circuit such as an amplifier and a power amplifier. The Hall IC is easy to increase the sensitivity, and the output characteristic is easily diversified by only providing the hysteresis characteristic.
However, on the other hand, since the detected output of the Hall element section using the epitaxial layer is small, there is a problem that the operating magnetic flux density is very likely to vary due to the input offset voltage of the differential amplifier that derives this. In other words, due to the input offset voltage of the differential amplifier, a situation may occur in which one differential input is detected but the other differential input cannot be detected. Therefore, careful design is required for the circuit design and the mask pattern design, which causes the price increase.

そこでこの発明は、モノシリックICによる磁気センサ
回路を構成して動作磁束密度のばらつきの影響を無くす
ことのできる磁気センサ内蔵集積回路を提供することを
目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor built-in integrated circuit capable of eliminating the influence of variations in operating magnetic flux density by configuring a magnetic sensor circuit using a monolithic IC.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明は、磁気センサと、この磁気センサに駆動電
流を供給する手段と、前記磁気センサの検出出力が差動
入力に供給される差動検出増幅器と、スイッチング信号
発生手段と、前記スイッチング信号発生手段の第1の出
力に応答して前記駆動電流を前記磁気センサに供給する
のにその極性を交互に反転する第1の反転手段と、前記
スイッチングスイッチング信号発生手段の第2の出力に
応答して前記差動検出増幅器の出力を交互に反転する第
2の反転手段と、前記第2の反転手段の出力が供給さ
れ、前記スイッチング信号発生手段の出力周波数にカッ
トオフ周波数が設定された低減フィルタとを具備し、前
記検出増幅器の入力オフセットを等価的に打消してしま
うようにしたものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) The present invention relates to a magnetic sensor, a means for supplying a drive current to the magnetic sensor, and a difference in which a detection output of the magnetic sensor is supplied to a differential input. A motion detection amplifier, a switching signal generating means, and a first inverting means for inverting the polarity of the driving current in order to supply the drive current to the magnetic sensor in response to a first output of the switching signal generating means. A second inverting means for alternately inverting the output of the differential detection amplifier in response to the second output of the switching signal generating means, and an output of the second inverting means, and the switching signal A reduction filter having a cutoff frequency set to the output frequency of the generating means is provided so as to cancel the input offset of the detection amplifier equivalently.

(作用) 上記の手段により、IC内部に構成されたホール素子の
印加電圧は、交互に極性が切換えられ、その切換え周波
数に同期して差動検出増幅器の出力も交互に切換えられ
ることになる。この結果、差動検出増幅器の入力オフセ
ットの影響は、前記低域フィルタの出力には関与しなく
なり、安定してセンサ出力を得ることができる。低減フ
ィルタはスイッチング成分を除去するためのものであ
る。
(Operation) By the means described above, the polarity of the applied voltage of the Hall element formed inside the IC is alternately switched, and the output of the differential detection amplifier is also switched alternately in synchronization with the switching frequency. As a result, the influence of the input offset of the differential detection amplifier does not affect the output of the low pass filter, and the sensor output can be stably obtained. The reduction filter is for removing switching components.

(実施例) 以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例の基本原理を示してい
る。ホール素子11の出力電極12、13はそれぞれ次段の差
動検出増幅器16を構成するトランジスタQ1、Q2の各ベー
スに接続される。またホール素子11の駆動電極14、15間
には、駆動電流が供給されるので有るが、その極性は反
転手段20により切換えられる。即ち、反転手段20は、ス
イッチ部20a、20bを有し、電極14をスイッチ部20aが電
源ライン22に接続したときは、スイッチ部20bは電極15
をアースライン23に接続し、逆に電極14をスイッチ部20
aがアースライン23に接続したときは、スイッチ部20bは
電極15を電源ラインン22に接続するように制御される。
FIG. 1 shows the basic principle of one embodiment of the present invention. The output electrodes 12 and 13 of the Hall element 11 are connected to the bases of the transistors Q1 and Q2, respectively, which form the differential detection amplifier 16 of the next stage. A driving current is supplied between the driving electrodes 14 and 15 of the Hall element 11, but the polarity thereof is switched by the inverting means 20. That is, the reversing means 20 has the switch parts 20a and 20b, and when the electrode 14 is connected to the power supply line 22 by the switch part 20a, the switch part 20b has the electrode 15a.
To the earth line 23, and conversely connect the electrode 14 to the switch section 20.
When a is connected to the ground line 23, the switch unit 20b is controlled to connect the electrode 15 to the power line 22.

作動検出増幅器16のトランジスタQ1、Q2の各エミッタ
は、定電流源17を介してアースライン23に接続される。
またトランジスタQ1、Q2のコレクタは、それぞれ反転手
段21を構成するスイッチ部21a、21bの可動接点側に接続
されている。そしてスイッチ部21a、21bの各一方の固定
接点は、共通に負荷抵抗18aを介して電源ライン22に接
続され、スイッチ部21a、21bの各他方の固定接点、は共
通に負荷抵抗18bを介して電源ライン22に接続されてい
る。
The emitters of the transistors Q1 and Q2 of the operation detection amplifier 16 are connected to the ground line 23 via the constant current source 17.
Further, the collectors of the transistors Q1 and Q2 are connected to the movable contact sides of the switch units 21a and 21b forming the inverting means 21, respectively. Each one fixed contact of the switch units 21a, 21b is commonly connected to the power supply line 22 via the load resistor 18a, and the other fixed contact of each of the switch units 21a, 21b is commonly connected via the load resistor 18b. It is connected to the power supply line 22.

従って、トランジスタQ1、Q2の負荷は、反転手段21に
より切替わり、その差動入力の切替わっても出力は正常
に得られる。そして、負荷抵抗18a、18bのトランジスタ
側端子は、低域フィル19に接続される。
Therefore, the load of the transistors Q1 and Q2 is switched by the inverting means 21, and the output is normally obtained even when the differential input is switched. Then, the transistor side terminals of the load resistors 18a and 18b are connected to the low frequency band fill 19.

上記の反転手段20、21は、スイッチング信号発生回路
25からの制御パルスにより同期して切換え制御される。
また低域フィルタ19は、前記スイッチング信号発生回路
25の切換え動作に伴うスイッチ成分を除去するようにそ
のカットオフ周波数が設定されている。またシステムに
要求される検出信号(例えばモータの回転周波数の整数
倍の信号)の成分にしたいしては通過特性を有するよう
に設計されている。
The inversion means 20 and 21 are switching signal generation circuits.
Switching control is performed in synchronization with a control pulse from 25.
The low-pass filter 19 is the switching signal generation circuit.
The cutoff frequency is set so as to remove the switch component associated with the switching operation of 25. Further, it is designed to have a pass characteristic for a component of a detection signal required for the system (for example, a signal of an integral multiple of the rotation frequency of the motor).

上記した本発明によれば、磁束Bに対する検出能力の
点で、磁気センサの動作磁束密度のばらつきの要因を大
幅に低減することができる。これは、差動検出増幅器16
に対して、ホール素子の出力は、差動的に入力すること
になり、入力振幅が等価的に拡大されたことになるから
ある。
According to the present invention described above, in terms of the detection capability for the magnetic flux B, it is possible to significantly reduce the factor of variations in the operating magnetic flux density of the magnetic sensor. This is the differential sense amplifier 16
On the other hand, the output of the Hall element is input differentially, and the input amplitude is equivalently expanded.

第2図は第1図の構成を更に具体的に示している。即
ち、ホール素子11の駆動電極14は、トランジスタQ11、Q
14のコレクタに接続され、トランジスタQ11のエミッタ
は電源ライン22に、またトランジスタQ14のエミッタは
アースライン23に接続される。そしてトランジスタQ11
〜Q14が先の反転手段20を構成しており、トランジスタQ
11、Q12がオンしたときはトランジスタQ13、Q14がオフ
し、逆にトランジスタQ13、Q14がオンしたときはトラン
ジスタQ11、Q12がオフするように制御される。
FIG. 2 shows the configuration of FIG. 1 more specifically. That is, the drive electrode 14 of the Hall element 11 is the transistor Q11, Q
The emitter of the transistor Q11 is connected to the power supply line 22, and the emitter of the transistor Q14 is connected to the ground line 23. And transistor Q11
~ Q14 constitutes the inverting means 20 and the transistor Q
When Q11 and Q12 are turned on, the transistors Q13 and Q14 are turned off, and conversely, when the transistors Q13 and Q14 are turned on, the transistors Q11 and Q12 are turned off.

ホール素子11の出力電極13、14は、トランジスタQ1、
Q2のベースに接続される。この差動検出増幅器16の出力
は、トランジスタQ21〜Q24により構成される反転手段21
によりその出力が反転される。トランジスタQ21、Q24が
オンしたときはトランジスタQ22、Q23がオフし、逆にト
ランジスタQ22、Q23がオンしたときはトランジスタQ2
1、Q24がオフするように制御される。低減フィルタ19
は、コンデンサC1により構成されている。
The output electrodes 13 and 14 of the Hall element 11 are the transistor Q1 and
Connected to the base of Q2. The output of the differential detection amplifier 16 is an inverting means 21 composed of transistors Q21 to Q24.
Causes its output to be inverted. When the transistors Q21 and Q24 are turned on, the transistors Q22 and Q23 are turned off. Conversely, when the transistors Q22 and Q23 are turned on, the transistor Q2 is turned on.
1, Q24 is controlled to turn off. Reduction filter 19
Is composed of a capacitor C1.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明は、差動検出増幅器の入
力電圧オフセット等による動作磁束密度のばらつき要因
を大幅に低減し、温度変化にたいしても、正確な検出信
号を得る磁気センサ内蔵集積回路を得ることができる。
またホールICに適用するのに、ICのマスクパターン形
状、回路公正などの高い精度が緩和され製造プロセスも
安価なものを利用できる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention has a built-in magnetic sensor in which a factor of variation in operating magnetic flux density due to an input voltage offset or the like of a differential detection amplifier is significantly reduced, and an accurate detection signal is obtained even with respect to temperature change. An integrated circuit can be obtained.
In addition, when applied to Hall ICs, it is possible to use ones that have high precision such as IC mask pattern shape and circuit integrity and are inexpensive in manufacturing process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第2図
は第1図の回路を更に具体的に示す回路図、第3図はホ
ール素子の説明図、第4図はホール素子集積回路を示す
図である。 11……ホール素子、16……差動検出増幅器、19……低減
フィルタ、20、21……反転手段。
FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram more specifically showing the circuit of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of a Hall element, and FIG. 4 is a Hall element. It is a figure which shows an integrated circuit. 11 ... Hall element, 16 ... Differential detection amplifier, 19 ... Reduction filter, 20, 21 ... Inversion means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁気センサと、この磁気センサに駆動電流
を供給する手段と、前記磁気センサの検出出力が差動入
力に供給される差動検出増幅器と、スイッチング信号発
生手段と、前記スイッチング信号発生手段の第1の出力
に応答して前記駆動電流を前記磁気センサに供給するの
にその極性を交互に反転する第1の反転手段と、前記ス
イッチング信号発生手段の第2の出力に応答して前記差
動検出増幅器の出力を交互に反転する第2の反転手段
と、前記第2の反転手段の出力が供給され、前記スイッ
チング信号発生手段の出力周波数以下にカットオフ周波
数が設定された低域フィルタとを具備したことを特徴と
する磁気センサ内蔵集積回路。
1. A magnetic sensor, a means for supplying a drive current to the magnetic sensor, a differential detection amplifier for supplying a detection output of the magnetic sensor to a differential input, a switching signal generating means, and the switching signal. Responsive to a first output of the switching means for supplying the drive current to the magnetic sensor in response to the first output of the generating means and for inverting the polarity thereof alternately. Second inverting means for alternately inverting the output of the differential detection amplifier and the output of the second inverting means are supplied, and a low-frequency whose cut-off frequency is set below the output frequency of the switching signal generating means is supplied. An integrated circuit with a built-in magnetic sensor, comprising: a bandpass filter.
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