KR101133346B1

KR101133346B1 - 오프셋 캔슬 회로

Info

Publication number: KR101133346B1
Application number: KR1020100053232A
Authority: KR
Inventors: 다께시 오가와; 히로노리 데라자와; 다까히사 나까이
Original assignee: 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드; 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-04-06
Also published as: CN101923266B; US8502530B2; TW201128212A; US20100308801A1; CN101923266A; TWI410656B; KR20100131930A; JP2010281764A

Abstract

본 발명의 과제는 홀 소자의 출력 전압의 오프셋값을 올바르게 캔슬할 수 있는 오프셋 캔슬 회로를 제공하는 것이다.
홀 소자(10)의 오프셋 캔슬 회로(100)에 있어서, 홀 소자(10)에 흐르는 전류가 90°씩 전환되도록 4방향으로부터 외부로부터 전압을 인가하여 제1 내지 제4 상태로 하고, 제1 내지 제4 상태에 있어서의 홀 소자(10)의 출력 전압을 평균화한다.

Description

오프셋 캔슬 회로{OFFSET CANCEL CIRCUIT}

본 발명은 홀 소자의 출력 등의 조정에 사용되는 오프셋 캔슬 회로에 관한 것이다.

최근, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치에서는, 거기에 구비되는 촬상 소자의 화소수를 증가시킴으로써 고화질화를 실현하고 있다. 한편, 촬상 장치의 고화질화를 실현하는 다른 방법으로서, 촬상 장치를 갖는 손의 떨림에 의해 발생하는 피사체의 흔들림을 방지하기 위해, 촬상 장치는 손 떨림 보정 기능을 구비하는 방진 제어 회로를 탑재하는 것이 요구되고 있다.

손 떨림 보정의 방진 제어 회로는, 촬상 장치의 진동에 의해 발생하는 각속도 성분을 검출하는 자이로 센서로부터의 신호를 받아, 그 신호에 따라서 렌즈나 촬상 소자 등의 광학 부품을 구동하여 피사체의 흔들림을 방지한다. 이에 의해, 촬상 장치가 진동해도, 취득되는 영상 신호에 진동의 성분이 반영되는 일은 없어, 상 흔들림이 없는 고화질의 영상 신호를 취득할 수 있다.

이때, 구동되는 렌즈 등의 광학 부품의 위치를 검출하기 위해 홀 소자가 사용된다. 홀 소자(10)의 등가 회로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 저항 R1 내지 R4의 브리지 회로로서 나타낼 수 있다. 그로 인해, 전원 전압 Vcc를 인가하는 단자나 출력 신호를 취출하는 단자의 조합에 따라서 홀 소자(10)의 출력 신호는 각 저항의 편차의 영향을 받아 오프셋 성분을 포함하게 된다.

따라서, 홀 소자(10)에 흐르는 전류가 90°다르도록 전압을 인가하여, 각각의 출력 전압을 가산하여 평균화하는 오프셋 캔슬 회로가 사용되고 있다. 홀 소자(10)에 흐르는 전류를 90°변화시키면, 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋은 역방향으로 발생하므로, 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋값이 캔슬된다.

종래의 오프셋 캔슬 회로에서는, 제1 상태와 제2 상태에 있어서 홀 소자의 등가 회로에 있어서의 저항 R1 내지 R4에 변화가 발생하지 않는 것이 전제로 되어 있다.

그러나, 통상의 홀 소자에서는 저항 R1 내지 R4에는 전압 의존성이 발생한다. 저항 R1 내지 R4는, 도 9에 도시한 바와 같이 P형 기판을 접지한 N형 반도체 소자로서 나타내어진다. 도 9와 같이 단자 A를 접지하고, 단자 B에 Vcc를 인가하고, 단자 D에 Vcc/2를 인가한 경우, 소자 내에 형성되는 공핍층(채널) X의 깊이에 차이가 있고, 저항 R1 내지 R4에는 전압 의존성이 발생한다. 즉, 단자 A 내지 D에 인가되는 전압의 조합에 의해 저항 R1 내지 R4의 값이 변동하게 된다.

이러한 경우, 종래의 오프셋 캔슬 회로에서는 홀 소자의 출력 전압의 오프셋값을 올바르게 캔슬할 수 없게 된다.

본 발명의 하나의 형태는, 홀 소자의 오프셋 캔슬 회로이며, 상기 홀 소자에 흐르는 전류가 90°씩 전환되도록 4방향으로부터 외부로부터 전압을 인가하여 제1 내지 제4 상태로 하고, 상기 제1 내지 제4 상태에 있어서의 상기 홀 소자의 출력 전압을 평균화하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 예를 들어 상기 홀 소자의 4단자의 각각을 전원 전압, 기준 전압 및 출력 단부에 배타적으로 전환하여 접속하고, 상기 제1 내지 제4 상태로 하는 제1 스위칭 소자군과, 상기 제1 내지 제4 상태마다 상기 출력 단부에 접속된 상기 홀 소자의 출력 전압을 증폭하여 출력 단부로부터 출력하는 증폭부와, 상기 제1 내지 제4 상태마다 상기 증폭부의 출력 단부를 각각 다른 콘덴서에 접속하는 제2 스위칭 소자군과, 상기 콘덴서의 각각의 단자를 접속하고 상기 콘덴서의 각각의 충전 전압을 가산하여 출력시키는 제3 스위칭 소자군을 구비하는 것으로 하는 것이 적합이다.

본 발명에 따르면, 홀 소자의 출력 전압의 오프셋값을 올바르게 캔슬할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 제1 상태를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 제2 상태를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 제3 상태를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 제4 상태를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 출력 상태를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로의 작용을 도시하는 도면.
도 8은 종래의 오프셋 캔슬 회로의 구성을 도시하는 도면.
도 9는 홀 소자의 출력 전압의 오프셋값의 전압 의존성을 설명하는 도면.

도 1은 홀 소자의 오프셋 캔슬 회로(OC 회로)(100)의 기본 구성을 도시한다. 오프셋 캔슬 회로(100)는 홀 소자(10), 증폭 회로(12) 및 평균화 회로(14)를 포함하여 구성된다.

홀 소자(10)는 저항 R1 내지 R4의 브리지 회로로서 나타낼 수 있다. 저항 R1 내지 R4에는, 저항 R1 내지 R4의 접속점 A 내지 D를 전원 전압 Vcc, 접지 또는 출력으로 전환하는 스위칭 소자 S1 내지 S12가 접속된다.

증폭 회로(12)는 오피 앰프(12a, 12b)를 포함하여 구성된다. 오피 앰프(12a)는 비반전 입력 단자 (+)에 입력되는 전압을 증폭하여 출력한다. 오피 앰프(12b)는 비반전 입력 단자 (+)에 입력되는 전압을 증폭하여 출력한다.

평균화 회로(14)는 스위칭 소자 S13 내지 S30, 콘덴서 C1 내지 C4 및 오피 앰프(14a)(슈미트 버퍼형으로 해도 됨)를 포함하여 구성된다. 스위칭 소자 S13 내지 S30은, 도 1에 도시한 바와 같이, 오피 앰프(12a, 12b)의 출력 단자, 콘덴서 C1 내지 C4의 단자, 오피 앰프(14a)의 입력 단자 중 어느 것을 서로 접속한다.

이하, 오프셋 캔슬 회로(100)의 동작에 대해 설명한다. 오프셋 캔슬 회로(100)는, 이하에 나타내는 제1 상태 내지 제4 상태 및 출력 상태를 전환함으로써 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋값을 캔슬하여 출력한다.

우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 S1 내지 S30을 온/오프 제어함으로써, 오프셋 캔슬 회로(100)를 제1 상태로 한다. 스위칭 소자 S1을 온 및 스위칭 소자 S2, S3을 오프함으로써 저항 R1, R3의 접속점 A에 전원 전압 Vcc를 인가하고, 스위칭 소자 S5를 온 및 스위칭 소자 S4, S6을 오프함으로써 저항 R2, R4의 접속점 B를 접지하고, 스위칭 소자 S9를 온 및 스위칭 소자 S7, S8을 오프함으로써 저항 R1, R2의 접속점 C를 오피 앰프(12b)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속하고, 스위칭 소자 S12를 온 및 스위칭 소자 S10, S11을 오프함으로써 저항 R3, R4의 접속점 D를 오피 앰프(12a)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속한다. 또한, 스위칭 소자 S13 내지 S30 중 스위칭 소자 S14, S16을 온하고, 그 외를 오프함으로써, 오피 앰프(12a)의 출력을 콘덴서 C1의 정단자(正端子), 오피 앰프(12b)의 출력을 콘덴서 C1의 부단자(負端子)에 접속하고, 오피 앰프(12a, 12b)의 출력 전압에 의해 콘덴서 C1을 충전하는 상태로 한다. 이 상태를 제1 상태라 한다.

다음에, 도 3에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 S1 내지 S30를 온/오프 제어함으로써, 오프셋 캔슬 회로(100)를 제2 상태로 한다. 스위칭 소자 S3을 온 및 스위칭 소자 S1, S2를 오프함으로써 저항 R1, R3의 접속점 A를 오피 앰프(12a)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속하고, 스위칭 소자 S6을 온 및 스위칭 소자 S4, S5를 오프함으로써 저항 R2, R4의 접속점 B를 오피 앰프(12b)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속하고, 스위칭 소자 S8을 온 및 스위칭 소자 S7, S9를 오프함으로써 저항 R1, R2의 접속점 C를 접지하고, 스위칭 소자 S10을 온 및 스위칭 소자 S11, S12를 오프함으로써 저항 R3, R4의 접속점 D에 전원 전압 Vcc를 인가한다. 또한, 스위칭 소자 S13 내지 S30 중 스위칭 소자 S13, S15를 온하고, 그 외를 오프함으로써, 오피 앰프(12a)의 출력을 콘덴서 C2의 부단자, 오피 앰프(12b)의 출력을 콘덴서 C2의 정단자에 접속하고, 오피 앰프(12a, 12b)의 출력 전압에 의해 콘덴서 C2를 충전하는 상태로 한다. 이 상태를 제2 상태라 한다.

다음에, 도 4에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 S1 내지 S30을 온/오프 제어함으로써, 오프셋 캔슬 회로(100)를 제3 상태로 한다. 스위칭 소자 S2를 온 및 스위칭 소자 S1, S3을 오프함으로써 저항 R1, R3의 접속점 A를 접지하고, 스위칭 소자 S4를 온 및 스위칭 소자 S5, S6을 오프함으로써 저항 R2, R4의 접속점 B에 전원 전압 Vcc을 인가하고, 스위칭 소자 S9를 온 및 스위칭 소자 S7, S8을 오프함으로써 저항 R1, R2의 접속점 C를 오피 앰프(12b)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속하고, 스위칭 소자 S12를 온 및 스위칭 소자 S10, S11을 오프함으로써 저항 R3, R4의 접속점 D를 오피 앰프(12a)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속한다. 또한, 스위칭 소자 S13 내지 S30 중 스위칭 소자 S17, S19를 온하고, 그 외를 오프함으로써, 오피 앰프(12a)의 출력을 콘덴서 C3의 부단자, 오피 앰프(12b)의 출력을 콘덴서 C3의 정단자에 접속하고, 오피 앰프(12a, 12b)의 출력 전압에 의해 콘덴서 C3을 충전하는 상태로 한다. 이 상태를 제3 상태라 한다.

다음에, 도 5에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 S1 내지 S30을 온/오프 제어함으로써, 오프셋 캔슬 회로(100)를 제4 상태로 한다. 스위칭 소자 S3을 온 및 스위칭 소자 S1, S2를 오프함으로써 저항 R1, R3의 접속점 A를 오피 앰프(12a)의 비반전 입력 단자 (+)에 접속하고, 스위칭 소자 S6을 온 및 스위칭 소자 S4, S5를 오프함으로써 저항 R2, R4의 접속점 B를 오피 앰프(12b)의 비반전 입력 단자(+)에 접속하고, 스위칭 소자 S7을 온 및 스위칭 소자 S8, S9를 오프함으로써 저항 R1, R2의 접속점 C에 전원 전압 Vcc를 인가하고, 스위칭 소자 S11을 온 및 스위칭 소자 S10, S12를 오프함으로써 저항 R3, R4의 접속점 D를 접지한다. 또한, 스위칭 소자 S13 내지 S30 중 스위칭 소자 S18, S20을 온하고, 그 외를 오프함으로써, 오피 앰프(12a)의 출력을 콘덴서 C4의 정단자, 오피 앰프(12b)의 출력을 콘덴서 C4의 부단자에 접속하고, 오피 앰프(12a, 12b)의 출력 전압에 의해 콘덴서 C4를 충전하는 상태로 한다. 이 상태를 제4 상태라 한다.

이와 같이 홀 소자(10)에 대해 제1 내지 제4 상태를 전환하여, 홀 소자(10)의 4단자에 대해 90°씩 4방향(360°)의 홀 전압 V1 내지 V4로 콘덴서 C1 내지 C4를 각각 충전한다. 그리고, 오프셋 캔슬 회로(100)를 출력 상태로 함으로써, 콘덴서 C1 내지 C4의 충전 전압 V1 내지 V4를 평균화하여 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋값을 캔슬하여 출력한다.

출력 상태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 S13 내지 S20은 오프하고, 오피 앰프(12a, 12b)와 콘덴서 C1 내지 C4는 차단한다. 또한, 스위칭 소자 S21 내지 S30을 온함으로써, 콘덴서 C1 내지 C4의 부단자를 공통으로 오피 앰프(14a)의 입력 단자의 일단부에 접속하고, 콘덴서 C1 내지 C4의 정단자를 공통으로 오피 앰프(14a)의 입력 단자의 타단부에 접속한다. 이에 의해, 오피 앰프(14a)의 출력 단자로부터 콘덴서 C1 내지 C4의 충전 전압 V1 내지 V4가 평균화되어 출력된다. 또한, 오피 앰프(14a)가 슈미트 버퍼형인 경우에는, 2개의 입력 단부의 대소 관계에 의해 하이 레벨 출력과 로우 레벨 출력을 전환하여 출력한다.

다음에, 도 7을 참조하면서, 오프셋 캔슬 회로(100)에 의한 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋값이 캔슬되는 작용에 대하여 설명한다.

도 7의 (a)는 오프셋 캔슬 회로(100)를 제1 상태로 전환하였을 때의 홀 소자(10)의 등가 회로를 나타내고 있다. 제1 상태에서는, 저항 R1, R3이 고전압측(전원 전압 Vcc측)이 되고, 저항 R2, R4가 저전압측(접지측)이 된다. 이때, 저항 R1, R3은 그 전압 의존성에 의해 R1=r1+α, R3=r3+α로 되고, 저항 R2, R4는 그 전압 의존성에 의해 R2=r2-α, R4=r4-α로 된다. 따라서, 콘덴서 C1에 축적되는 전압 V1은 수학식 1로 나타내어진다. 또한, 전압 의존성이 없는 오프셋값을 Voff로서 나타내고 있다.

도 7의 (b)는 오프셋 캔슬 회로(100)를 제2 상태로 전환하였을 때의 홀 소자(10)의 등가 회로를 나타내고 있다. 제2 상태에서는, 저항 R3, R4가 고전압측(전원 전압 Vcc측)으로 되고, 저항 R1, R2가 저전압측(접지측)으로 된다. 이때, 저항 R3, R4는 그 전압 의존성에 의해 R3=r3+α, R4=r4+α로 되고, 저항 R1, R2는 그 전압 의존성에 의해 R1=r1-α, R2=r2-α로 된다. 따라서, 콘덴서 C2에 축적되는 전압 V2는 수학식 2로 나타내어진다. 또한, 전압 의존성이 없는 오프셋값을 Voff로서 나타내고 있고, 제1 상태와는 90°회전한 상태이므로 부호가 반대로 된다.

도 7의 (c)는 오프셋 캔슬 회로(100)를 제3 상태로 전환하였을 때의 홀 소자(10)의 등가 회로를 나타내고 있다. 제3 상태에서는, 저항 R2, R4가 고전압측(전원 전압 Vcc측)으로 되고, 저항 R1, R3이 저전압측(접지측)으로 된다. 이때, 저항 R2, R4는 그 전압 의존성에 의해 R2=r2+α, R4=r4+α로 되고, 저항 R1, R3은 그 전압 의존성에 의해 R1=r1-α, R3=r3-α로 된다. 따라서, 콘덴서 C3에 축적되는 전압 V3은 수학식 3으로 나타내어진다. 또한, 전압 의존성이 없는 오프셋값을 Voff로서 나타내고 있다.

도 7의 (d)는 오프셋 캔슬 회로(100)를 제4 상태로 전환하였을 때의 홀 소자(10)의 등가 회로를 나타내고 있다. 제4 상태에서는, 저항 R1, R2가 고전압측(전원 전압 Vcc측)으로 되고, 저항 R3, R4가 저전압측(접지측)으로 된다. 이때, 저항 R1, R2는 그 전압 의존성에 의해 R1=r1+α, R2=r2+α로 되고, 저항 R3, R4는 그 전압 의존성에 의해 R3=r3-α, R4=r4-α로 된다. 따라서, 콘덴서 C4에 축적되는 전압 V4는 수학식 4로 나타내어진다. 또한, 전압 의존성이 없는 오프셋값을 Voff로서 나타내고 있고, 제3 상태와는 90°회전한 상태이므로 부호가 반대로된다.

따라서, 전압 V1 내지 V4를 가산하여 평균화한 전압 Vout는 수학식 5로 나타내어진다. 전압 Vout에서는, 홀 소자(10)의 출력 전압의 오프셋값의 전압 의존성을 나타내는 α 및 전압 Voff는 캔슬된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서의 오프셋 캔슬 회로(100)에 따르면, 홀 소자(10)의 출력 전압에 있어서의 오프셋값을 적절하게 캔슬할 수 있다. 즉, 전압 의존성이 있는 오프셋값 및 전압 의존성이 없는 오프셋값 모두 캔슬할 수 있다.

10: 홀 소자
12: 증폭 회로
12a, 12b: 오피 앰프
14: 평균화 회로
14a: 오피 앰프
100: 오프셋 캔슬 회로

Claims

홀 소자의 오프셋 캔슬 회로이며,
상기 홀 소자에 흐르는 전류가 90°씩 전환되도록 4방향으로부터 외부로부터 전압을 인가하여 제1 내지 제4 상태로 하고, 상기 제1 내지 제4 상태에 있어서의 상기 홀 소자의 출력 전압을 평균화하고,
상기 홀 소자의 4단자의 각각을 전원 전압, 기준 전압 및 출력 단부에 배타적으로 전환하여 접속하여, 상기 제1 내지 제4 상태로 하는 제1 스위칭 소자군과,
상기 제1 내지 제4 상태마다 상기 출력 단부에 접속된 상기 홀 소자의 출력 전압을 증폭하여 출력 단부로부터 출력하는 증폭부와,
상기 제1 내지 제4 상태마다 상기 증폭부의 출력 단부를 각각 다른 콘덴서에 접속하는 제2 스위칭 소자군과,
상기 콘덴서의 각각의 단자를 접속하고, 상기 콘덴서의 각각의 충전 전압을 가산하여 출력시키는 제3 스위칭 소자군을 구비하는 것을 특징으로 하는 오프셋 캔슬 회로.
제1항에 있어서,
상기 홀 소자는 P형 기판을 접지한 N형 반도체 소자에 있는 것을 특징으로 하는 오프셋 캔슬 회로.