JPS62208682A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JPS62208682A
JPS62208682A JP61049770A JP4977086A JPS62208682A JP S62208682 A JPS62208682 A JP S62208682A JP 61049770 A JP61049770 A JP 61049770A JP 4977086 A JP4977086 A JP 4977086A JP S62208682 A JPS62208682 A JP S62208682A
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JP
Japan
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hall
hall element
voltage
magnetic sensor
offset voltage
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JP61049770A
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JPH0324075B2 (ja
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Masayuki Namiki
並木 優幸
Masanori Aida
合田 雅宣
Masaaki Kamiya
昌明 神谷
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、DCブラソシュレスモークや磁石の位置検出
装置に使用される磁気センサに関する。
〔発明の概要〕
本発明はホール素子を用いて磁気・電気変換を行う磁気
センサにおいて、同一半導体チノブ上に形成された複数
のホール素子の出力端子に発生ずるホール電圧を加算す
ることにより高感度の6I気検出ができるようにすると
ともに、複数のホール素子を互いに直交する位置に配置
することによりピエヅ抵抗効果で個々のホール素子に発
生ずるオフセット電圧を互いに補償し検出誤差を小さく
できるようにし全体として誤検出の無い高感度磁気セン
サを得るものである。
〔従来の技術〕
DCブラソシュレスモークや位置検出装置の小型化や低
電圧動作化にともない磁気センサの高感度化に対する要
求は高まりつつある。
初期においてはホール素子を用いた磁気センリの高感度
化は、ガリウム・ひ素やインジウム・7ンチモン等の高
移動度の半導体材料で作られたホ−ル素子により行われ
てきた。しかしながら十記の半導体44料ではホール素
子の他にコンパレータや論理回路を1千ノブ中に集積し
て1チツプ磁気センザを製造することが困難であった。
そこで近年材料としてシリコン華結晶を用いたホール素
子(il気セン→Iが開発されて来ている。1チツプ集
積化が簡便だからである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながらシリコン華結晶−Lに形成されたホール素
子には以下の問題点があった。
シリコンはガリウム・ひ素やイソジウ1、・アンチモン
等に比しキャリア移動度が小さい材料であるため高い磁
気感度が得られなかった。
さらにシリコン羊結晶では、ピエゾ抵抗効果が顕著であ
りしかもW方性を有する。ピエゾ抵(j〔効果とは半導
体チップに応力を加えるとデツプ上に形成された素子に
抵抗が生しる現象である。ピエゾli(抗効果によって
シリコンチップ上のホール素子の出力端子にはオフセッ
ト電圧が生しる。オフセット電圧とは外部%11に’A
が存在しないにもかかわらず出力5gt−J′−に斗(
−る電IFごある。、リ 1./チップホール素子では
この−(フヒノ1電圧か人、きく誤検出の原因となって
いる。なお夕(部1.1・応力の原因としては、チップ
実装(ダイボンド、モールド)が劣えられる。今ホール
素子の磁気感度か20mν/KGanssであるとする
とピエゾII(抗効果で1mνのオフセット電圧が牛し
た場合5 (lGanssの検11臀1′i差を生しる
。通常−30’C−100°Cで] 00Ganss1
叉上変動し問題となっ゛(いた。
〔問題点を解決するためのTI没〕
本発明は前述した従来技術の2つの問題点をまとめて解
決することを目的とし、以下の(14成手段を得た。す
なわち、 本発明はホール素子を用いて磁気・電気変換を行う磁気
十ンザにおいて、同一半導体チップ」−に形成された複
数のホール素子の出力・端子に発生ずるホール電圧を加
算することにより高感度の磁気検出を可能としかつ?l
!のホール素子を互いに自交する位置に配置することに
よりピエゾ抵抗効果テll1l々のホール素子に発生す
るオフセット電圧をnいにキャンセルし検出誤差を小さ
くすることを可能とした。
〔実施例〕
以下本発明の好適な実施例を図面にもとづいて詳細に説
明する。
第1図は2つのほぼ同し特性のホール素子を同一デツプ
上に形成して各々のホール電圧の加算を可能としかつ各
々のオフセント電圧の補償を可能にした磁気センサの一
実施例である。0は半導体チップであって例えばシリコ
ン単結晶板(100)からなる。1及び2はほぼ同し特
性のホール素子である。これらホール素子は例えばMO
S型として半導体チップ0」二に形成される。101及
び102はホール素子1の駆動電流電極であって101
は1ルインとしてnチャネルトランジスタ4を介して■
、。に接地され、102はソースとして抵抗5を介して
V。(グランド)に接続されている。
駆動電流は矢印で示すように電極101から102に向
かって流れる。同様に201及び202はホール素子2
の駆動電流電極であって201 (ドレイン)はPチャ
ネル1−)ン22ヌタ6を;i L −(V、Dに接続
され、202 (ソース)はnチャネル]−ランジスタ
フを介してV。(グランド)に接続されている。駆動電
流は矢印で示すように電極20Iから202に向かって
流れる。第1図から判るようにホール素子1に流れる駆
動電流とホール素子2に流れる駆動電流の方向は直交し
ている。すなわち直交するように電極配置されている。
H。
及びH,はホール素子1のホール出力醋1子であり互い
に逆の電圧変動を示す。H,及びH4はホール素子2の
ホール出力端子であり互いに逆の電圧変動を示す。3は
コンパレータであり互いに逆の電圧変動を示ずホール出
力端子nz及び113からの信号を入力しかつnチャネ
ルトランジスタ7のゲートに信号を出力する。
さてコンパレータ3はホール素子1のホール出力■I2
とホール素子2のホール出力H3の電圧を比較して、ホ
ール出力H3の電圧がホール出力H2の電圧と等しくす
るようにnチャネルトランジスタ7のゲートを駆動する
。nチャネルトランジスタフのり−I雷電圧より、チャ
ネル間の抵抗が変化すると、これに連動してホール素子
2の駆動型jAj端了201と202の電圧がノtに変
わり、ホール出力I+3の電圧がホール出力11.の電
圧に等しくなるように調節される。
11(抗5はホール素7−1の電7#L駆動電極102
の電1Fを接地電圧より少し高い電圧に保ち、ホール出
力+12とII3の大小関係によらず、−1−記の電圧
調節機能を働か−υるために挿入されている。従ってホ
ール素子1の電流駆動電極101からホール出力醋i子
I+、 、  +12までの距離をホール素子2のそれ
よりも短くすれば、抵抗5を省略できる。
なおI)チャネルトランジスタ4と6はそれぞれホール
素子1と2に同一の定電流を供給する役割を有している
。ずなわちホール素子1及び2の各々の電流駆動電極間
電位差を常に−・定でかつ等しく保っている。
さて第2図に磁気センサに磁界がかかった時の動作を図
示した。外部磁場によりホール素子1と2のホール出力
電圧が変化すると、第1図のコンパレータ3等からなる
回路が動作しで、ホール出力H2の電圧V2とホール出
力1(3の電1.’+−V ]を等しくする。この時ホ
ール素子2の電流駆動端子201及び202の電圧VD
2とV、2は 定の電位差を保ったまま、ホール素子1
の電流駆動端子101及び102の電If−V o +
と■3.に対j2て相対向にホール素子1のホール電圧
ΔV11分(すなわちV2  Vl)だけ上方にソフI
・する。(イーって(d気センi〕全体のホール電圧V
++(ずなわちホール出力H,と+(aの電位差)は、
V z  V + にさらにホール素子2の出力V4−
V、が加えられたVn = (Vz−Vl)+ (Va
−V3)=−2Δ■□となる。即ち2つのホール素子の
ホール電圧を加算できることになる。
次に第3図に磁気センサに磁界がかかっていない時の動
作を図示した。磁気センサのホール素子1に加わる応力
に基づくピエゾ抵抗効果によりオフセット電圧(■。2
−■。、)が生しる。同様にしてホール素子2にもオフ
セント電圧(Vo4Vo3)が生しる。図ではその大き
さが誇張されているか実際にはmVオーダである。さて
半導体チップのピエゾ抵抗効果若しくは加わる応力自体
には異方性がある。そしてホール素子1とホール素子2
を第1図に示すように直交して配置するとこの異方性が
働き、ホール素子1のオフセント電圧(V、、−■。、
)とホール素子2のオフセット電圧(VO4−V 03
)は絶対値は略等しいながら極性が逆になる場合が多い
。従って両オフセット電圧は先に述べたコンパレータ3
等の働きにより加算され、キャンセル又は相殺される。
結果として磁気センサ全体のオフセット電圧(ずなわち
ホール出力H5とホール出力H4の無磁界特電位差)も
小さくできる。
第4図に第1図の磁気センサの回路構成を簡略化した本
発明の他の実施例を示す。同一番号は第1図と同一の番
号に対応している。個々のホール素子に発生したホール
電圧を加算するという目的のためには、第1図のように
、ホール素子2の電流駆動電極201と202の両方の
電圧を同時に変動させる必要はない。第4図においては
ホール素子2の電流駆動電極202の電圧だ()を動か
してホール出力H2とH,の電圧を等しく シ、I:;
)とするものである。このようにしても一般に個々のホ
ール電圧は電流駆動電極201と202間に印加される
電圧と比較して極めて小さいので、電流駆動電極202
の電圧がホール電圧程度変動したとしてもホール素子2
の石汁気感度はホール素子1の磁気感度と同しと考えら
れる。従ってこの場合も大略個々のホール電圧の2倍の
全ホール電圧出力を得ることができる。なおゲートに■
6の電圧が印加されたnチャネルトランジスタ9は、第
1図の抵抗5と同し働きをするものである。
さらに第4図に示す実施例においてもホール素子Iと2
とは各々の駆動電流の方向が互いに直交するよう配置さ
れている。従ってピエゾ抵抗効果の異方性又は加わる応
力の異方性により各々のホール素子に発生するオフセン
ト電圧はキャンセルされることが確かめられた。
最後に本発明は2つのホール素子を結合配置するものに
限られず3つ以上のホール素子を用いても良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば複数のホール素子の出力電圧を加算する
ことができるので、磁気感度が増加するという効果があ
る。又個々のホール素子のオフセット電圧をキャンセル
することができるので、検出誤差を小さくするという効
果がある。そして本発明は感度を高める点とオフセット
電圧を小さくする点の両方向に同時に寄与するので得ら
れた磁気センサは掻めて信頼性が高いという総合的な効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は磁気センサの配置及び電気的接続を示す図、第
2図は外部磁場が存在する場合の磁気センサの動作を説
明する図、第3図は外部磁場が存在しない場合の磁気セ
ンサの動作を説明する図、及び第4図は磁気センサの他
の実施例を示す図である。 0− 半導体チップ 1.2− ホール素子 3  コンパレータ 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 万疫氏也ンサの笥潴1及び゛幇U象図 毘1■

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一の半導体チップ上において、外部磁場に対し
    互に逆の電圧変動を示す第1及び第2のホール出力端子
    と2つの電流駆動電極とから構成されるホール素子を複
    数個接続してなる磁気センサにおいて、相隣るホール素
    子間の第1と第2のホール出力端子の電位を一致させる
    ため各々のホール素子の電流駆動電極の電位を調節する
    手段を具備しかつ各々のホール素子の電流駆動電極間に
    流れる電流の方向が互いに直交するよう配置されている
    ことを特徴とする磁気センサ。
  2. (2)半導体チップはシリコン単結晶板よりなる特許請
    求の範囲第1項記載の磁気センサ。
JP61049770A 1986-03-07 1986-03-07 磁気センサ Granted JPS62208682A (ja)

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