KR20160110147A - 자기 센서 장치 - Google Patents

Abstract

홀 소자를 이용한 자기 센서이며, 스피닝 커런트 방식을 이용한 자기 오프셋을 저감하는 회로에 있어서의 자기 오프셋을 저감한다.
홀 소자의 각 단자에 접속된 제1 전류 경로와 제2 전류 경로로 전환하는 전류 경로 전환용 스위치와, 홀 소자의 각 단자에 접속된 홀 전압을 출력하는 경로를 제1 출력 경로와 제2 출력 경로로 전환하는 출력 경로 전환용 스위치와, 제1 출력 경로의 출력 전압과 제2 출력 경로의 출력 전압의 차분을 출력하는 감산기를 구비하고, 제1 출력 경로와 제2 출력 경로의 배선 저항치를 동일하게 구성한 자기 센서 장치이다.

Description

자기 센서 장치{MAGNETIC SENSOR DEVICE}

본 발명은 홀 소자를 이용한 자기 센서 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스피닝 커런트 방식의 자기 센서 장치의 자기 오프셋을 저감하는 기술에 관한 것이다.

홀 소자로부터 출력되는 홀 전압은, 인가된 자장의 신호 성분뿐만 아니라, 자기 오프셋 성분도 포함되어 있다. 자기 오프셋이란, 홀 소자를 제조할 때의 제조 편차나 홀 소자에 가해지는 응력 등, 여러 가지 요인에 의해 생기는 오차 성분을 말한다. 자기 오프셋은 오차 성분이므로, 자기 센서의 정밀도 저하에 크게 영향을 미친다.

특허문헌 1은, 스피닝 커런트 방식을 이용하여 자기 오프셋 성분을 저감하는 회로를 개시하고 있다. 스피닝 커런트 방식은, 홀 소자에 대해 전류를 제1 방향으로 흐르게 하고, 그 때에 전류를 흐르게 하고 있지 않은 2개의 단자로부터 얻어지는 홀 전압과, 전류를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 흐르게 하고, 그 때에 전류를 흐르게 하고 있지 않은 2개의 단자로부터 얻어지는 홀 전압의 차분을 출력한다. 따라서, 제1 방향과 제2 방향의 신호 성분만이 가산되므로, 자기 오프셋 성분은 상쇄된다.

일본국 특허공개 2001-337147호 공보

그러나, 스피닝 커런트 방식을 이용해도, 레이아웃 패턴에 의한 기생 저항의 영향에 의해, 새로운 노이즈 성분이 발생해 버리는 문제가 존재한다.

도 5는, 종래의 자기 센서 장치의 배치 배선도이다.

여기에서는, SW3으로부터 SW4로 제1 방향으로 전류를 흐르게 하고 있다. 홀 소자를 이용한 자기 센서에서 스피닝 커런트 방식의 자기 오프셋 저감 회로에서는, 출력 전압 전환용 N 채널형 전계 효과 트랜지스터(SW5 및 SW6)의 N＋ 소스와 P형 기판간에 PN 접합 다이오드(D1~D4)가 존재하고 있으며, 리크 전류가 약간이지만 흐른다. 그 때문에, 홀 소자의 단자(H1~H4)로부터, 출력 전압 전환용 N 채널형 전계 효과 트랜지스터(SW5 및 SW6)의 N＋ 소스까지의 배선 저항이 동일한 값이 아니면, 홀 소자로부터 동일한 홀 전압이 출력되고 있었다고 해도, PN 접합 다이오드에 의한 전압 강하에 차가 발생하여, 제1 방향과 제2 방향에서 신호 레벨에 차가 생겨 버려, 스피닝 커런트 방식의 오프셋 저감 회로를 이용해도 노이즈 성분이 남아 버린다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 홀 소자를 이용한 자기 센서에서, 자기 오프셋 저감을 위한 스피닝 커런트 방식의 회로에 관해, 레이아웃 패턴을 연구함으로써, 자기 오프셋을 저감하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 자기 센서 장치는 이하의 구성으로 하였다.

홀 소자의 각 단자에 접속된 제1 전류 경로와 제2 전류 경로로 전환하는 전류 경로 전환용 스위치와, 홀 소자의 각 단자에 접속된 홀 전압을 출력하는 경로를 제1 출력 경로와 제2 출력 경로로 전환하는 출력 경로 전환용 스위치와, 제1 출력 경로의 출력 전압과 제2 출력 경로의 출력 전압의 차분을 출력하는 감산기를 구비하고, 제1 출력 경로와 제2 출력 경로의 배선 저항치를 동일하게 구성한 자기 센서 장치이다.

본 발명의 자기 센서 장치에 의하면, 홀 소자의 출력 단자로부터 출력 전압 전환용 스위치까지의 배선 저항치를 동일한 값으로 함으로써, 자기 오프셋을 저감할 수 있다.

도 1은, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 배치 배선도의 일례이다.
도 2는, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 홀 전압의 성분 내역을 도시하는 도면이다.
도 3은, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 배치 배선도의 다른 예이다.
도 4는, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 홀 전압의 성분 내역을 도시하는 도면이다.
도 5는, 종래의 자기 센서 장치의 배치 배선도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 배치 배선도의 일례이다.

홀 소자(1)의 원점에 대해, SW5 및 SW6이 X축 및 Y축 대칭으로 배치되어 있다. 각 배선의 단위 배선 저항치가 동일하면, 도 1과 같이 배선의 길이를 동일하게 함으로써, 배선 L1~L4의 배선 저항치는 동일해진다.

도 2는, 도 1의 실시 형태의 자기 센서 장치의 홀 전압의 성분 내역을 도시하는 도면이다.

단자 H3으로부터 단자 H4를 향해 제1 방향으로 전류를 흐르게 하였을 때의 상태를 φ1로 하고, 단자 H1로부터 단자 H2를 향해 제2 방향으로 전류를 흐르게 하였을 때의 상태를 φ2로 한다. 또, 출력 전압 전환용 스위치 SW5의 출력 전압을 V1로 하고, 출력 전압 전환용 스위치 SW6의 출력 전압을 V2로 한다. 상태 φ1일 때의 전압 V1을 V1φ1, 상태 φ1일 때의 전압 V2를 V2φ1, 상태 φ2일 때의 전압 V1을 V1φ2, 상태 φ2일 때의 전압 V2를 V2φ2로 한다. 금후의 설명에서는 모두, 자기 센서에 대해 상부로부터 자장이 인가되고 있는 것으로 한다.

자장이 인가되었을 때의 상태 φ1에서의 전압 V1φ1과 전압 V2φ1은,

V1φ1=-ΔR+Bos-γ (1)

V2φ1=+ΔR-Bos-γ (2)

또, 상태 φ2에서의 전압 V1φ2와 전압 V2φ2는,

V1φ2=+ΔR+Bos-γ (3)

V2φ2=-ΔR-Bos-γ (4)

가 되며, 감산기(2)로 (1)-(2)를 실시한 결과를 전압 Vφ1로 하고, (3)-(4)를 실시한 결과를 전압 Vφ2로 하여 계산하면 이하의 (5)와 (6)식이 된다.

Vφ1=(-ΔR+Bos-γ)-(+ΔR-Bos-γ)=-2ΔR+2Bos (5)

Vφ2=(+ΔR+Bos-γ)-(-ΔR-Bos-γ)=+2ΔR+2Bos (6)

또한 감산기(2)로 Vφ2-Vφ1을 행하면, 감산기(2)의 출력 전압은,

(+2ΔR+2Bos)-(-2ΔR+2Bos)=+4ΔR (7)

이 되며, 자기 신호 성분만이 가산되고, 자기 오프셋 성분 및, 배선(L1~L4)에 의한 전압 강하(γ)는 상쇄되어, 감산기(2)로부터 출력되지 않는다.

또한, 배선(L1~L4)의 배선 저항치가 동일하면, SW5 및 SW6의 홀 소자(1)까지의 거리 등의 배치 장소는 한정하지 않는다.

도 3은, 본 실시 형태의 자기 센서 장치의 배치 배선도의 다른 예이다.

홀 소자의 원점에 대해, SW5 및 SW6이 한쪽 편에 배치되어 있다. 배선 L1 및 배선 L3의 배선 저항치가 동일하고, 또한, 배선 L2 및 배선 L4의 배선 저항치가 동일하면, SW5 및 SW6을 전환하였을 때의 홀 소자(1)와 감산기(2) 사이의 배선 저항치는 동일해진다.

도 4는, 도 3의 실시 형태의 자기 센서 장치의 홀 전압의 성분 내역을 도시하는 도면이다.

단자 H3으로부터 단자 H4를 향해 제1 방향으로 전류를 흐르게 하였을 때의 상태를 φ1로 하고, 단자 H1로부터 단자 H2를 향해 제2 방향으로 전류를 흐르게 하였을 때의 상태를 φ2로 한다. 또, 출력 전압 전환용 스위치 SW5의 출력 전압을 V1로 하고, 출력 전압 전환용 스위치 SW6의 출력 전압을 V2로 한다. 상태 φ1일 때의 전압 V1을 V1φ1, 상태 φ1일 때의 전압 V2를 V2φ1, 상태 φ2일 때의 전압 V1을 V1φ2, 상태 φ2일 때의 전압 V2를 V2φ2로 한다.

자장이 인가되고 있을 때의 상태 φ1에서의 전압 V1φ1과 전압 V2φ1은,

V1φ1=-ΔR+Bos-α (8)

V2φ1=+ΔR-Bos-β (9)

또, 상태 φ2에서의 전압 V1φ2와 전압 V2φ2는,

V1φ2=+ΔR+Bos-α (10)

V2φ2=-ΔR-Bos-β (11)

이 되며, 감산기(2)로 (1)-(2)를 실시한 결과를 전압 Vφ1로 하고, (3)-(4)를 실시한 결과를 전압 Vφ2로 하여 계산하면 이하의 (5)와 (6)식이 된다.

Vφ1=(-ΔR+Bos-α)-(+ΔR-Bos-β)=-2ΔR+2Bos-α+β (12)

Vφ2=(+ΔR+Bos-α)-(-ΔR-Bos-β)=+2ΔR+2Bos-α+β (13)

또한 감산기(2)로 Vφ2-Vφ1을 행하면, 감산기(2)의 출력 전압은,

(+2ΔR+2Bos-α+β)-(-2ΔR+2Bos-α+β)=+4ΔR (14)

가 되며, 신호만이 가산되고, 자기 오프셋 성분 및, 배선 L1, 배선 L3에 의한 전압 강하(α), 및 배선 L2, 배선 L4에 의한 전압 강하(β)는 상쇄되어, 감산기(2)로부터 출력되지 않는다.

또, 배선 L1 및 배선 L3의 배선 저항치가 동일하고, 또한, 배선 L2 및 배선 L4의 배선 저항치가 동일하면, SW5 및 SW6의 홀 소자로부터의 거리 등 배치 장소는 한정하지 않는다.

1: 홀 소자
2: 감산기
SW5~SW6: 스위치 소자

Claims (2)

1. 전원의 고전위측과 저전위측에 각각 2개의 단자를 갖는 홀 소자와,
   상기 홀 소자의 각 단자에 접속된, 상기 홀 소자에 흐르게 하는 전류의 경로를 제1 전류 경로와 제2 전류 경로로 전환하는 전류 경로 전환용 스위치와,
   상기 홀 소자의 각 단자에 접속된, 상기 홀 소자가 출력하는 홀 전압의 출력 경로를 제1 출력 경로와 제2 출력 경로로 전환하는 출력 경로 전환용 스위치와,
   상기 제1 출력 경로의 출력 전압과 상기 제2 출력 경로의 출력 전압의 차분을 출력하는 감산기를 구비하고,
   상기 제1 출력 경로와 상기 제2 출력 경로의 배선 저항치가 동일한 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전류 경로 전환용 스위치와 상기 출력 경로 전환용 스위치가, 상기 홀 소자에 대해 X축 및 Y축 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.

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