KR20170043647A - 홀 기전력 신호 검출 회로 및 전류 센서 - Google Patents

Abstract

홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제한다. 이를 위하여, 복수의 홀 소자를 스피닝 커런트법에 의해 구동하는, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 복수의 홀 소자에 의한 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 신호 Vcom과 일치하도록 피드백 제어하는 홀 신호 피드백 네트워크(31)와, 출력 전압과 기준 신호 Vcom의 차를 분압한 전압을 피드백하는 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 대하여, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)로부터 기준 신호 Vcom을 공급한다. 이에 의해 스파이크 신호의 변동을 억제한다.

Description

홀 기전력 신호 검출 회로 및 전류 센서{HALL ELECTROMOTIVE FORCE SIGNAL DETECTION CIRCUIT AND CURRENT SENSOR}

본 발명은, 홀 기전력 신호 검출 회로 및 전류 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 홀 소자의 스피닝 커런트법에 의한 오프셋 캔슬 수단을 연속 시간 신호 처리 회로와 조합하도록 한 홀 기전력 신호 검출 회로 및 전류 센서에 관한 것이다.

홀 소자를 사용한 자기 센서는, 자석의 위치 정보를 검출하는 센서로서 근접 센서, 리니어 위치 센서, 회전 각도 센서 등으로 사용되고 있을 뿐만 아니라, 전류 도체를 흐르는 전류에 의해 유기되는 자계를 검출함으로써, 전류 도체를 흐르는 전류량을 비접촉으로 측정하는 전류 센서의 용도에 있어서도 널리 이용되고 있다. 특히, 모터의 인버터 전류를 검출하기 위해서 이용되는 전류 센서에 있어서는, 모터 제어를 효율화할 목적으로, 높은 주파수에서 스위칭하는 인버터의 전류를 고정밀도로 검출하는 것이 요구되고 있다.

인버터의 전류를 측정하는 용도로 홀 소자를 이용한 자기 센서가 사용되는 경우에는, 신호 대역에 관한 광대역 특성, 신호 처리 지연 시간에 관한 고속 응답 특성, 신호 품질에 관한 저노이즈 특성 등이 자기 센서에 요구된다. 이로 인해, 이러한 경우에는, 홀 소자에 있어서 발생하는 홀 기전력 신호를 신호 처리하는 회로 방식으로서, 이산 시간화 즉 샘플링을 행하는 이산 시간 신호 처리 회로보다, 연속 시간에서 신호 처리를 행하는 연속 시간 신호 처리 회로쪽이 유리해진다. 이 연속 시간 신호 처리 회로는, 이산 시간화(샘플링)에 의한 노이즈를 반환(折返)하는 현상이 없기 때문에, 인버터의 스위칭에 의한 고주파 노이즈가 많은 환경에서 사용하는 경우에 있어서는, 특히 적합한 회로 구성이다.

홀 소자에는, 자장이 0인 상태, 즉 무자장의 상태에서도, 0이 아닌 유한의 전압이 출력되어 버린다고 하는 오프셋 전압(불평형 전압)이 존재한다. 따라서, 홀 소자를 이용한 자기 센서에서는, 일반적으로 홀 소자가 갖는 오프셋 전압을 캔슬할 목적으로, 스피닝 커런트(Spinning Current)법 또는 커넥션 커뮤테이션(Connection Commutation)법이라고 한 명칭으로 알려져 있는 홀 소자의 구동 방법을 이용하는 경우가 많다. 이 방법은 후술하는 바와 같이, 홀 소자에 구동 전류를 흘리기 위한 단자쌍의 위치와, 홀 기전력 신호를 검출하기 위한 단자쌍의 위치를, 초퍼 클럭이라고 불리는 클럭에 따라서 주기적으로 교체하는 조작을 행하는 것이다.

또한, 자기 센서를 보다 소형화할 목적으로, CMOS 회로와 일체 형성이 가능한 실리콘 홀 소자가 최근에 이용되어 왔다.

이 실리콘 홀 소자와 스피닝 커런트법을 이용한 연속 시간형의 홀 기전력 신호 검출 회로가 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 트랜지스터 차동쌍을 이용한 트랜스컨덕턴스 증폭기(이하, 간단히 Gm 증폭기라고도 한다)로, 홀 기전력 신호를 증폭하는 신호 증폭 장치를 구성하고 있다. Gm 증폭기는 입력 임피던스가 높아, 미약한 신호를 출력하는 홀 소자의 신호 증폭 장치에 적합하다.

일본특허공개 제2013-178229호 공보

특허문헌 1에 기재된 실리콘 홀 소자와 스피닝 커런트법을 이용한 연속 시간형의 홀 기전력 신호 검출 회로에서는, 스파이크 형상의 오차 신호가 잔류하여, 변동하는 경우가 있다. 연속 시간형 신호 처리를 이용한 한층 더 고정밀도의 전류 센서를 실현하기 위해서는, 전술한 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 필요가 있는 것을 발명자들은 발견했다.

즉, 발명자들은, 홀 기전력 신호 검출 회로 및 이것을 구비한 전류 센서에 한층 더 고정밀도화를 추구한 결과, 특허문헌 1에 기재된 기술로는 만족할 수 없었다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 스피닝 커런트법에 의해 구동되는 복수의 홀 소자와 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로는, 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와, 복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와, 상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와, 상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와, 상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와, 상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와, 출력 전압과 상기 기준 전압의 차를 분압한 전압을 피드백하는 피드백부와, 상기 분압한 전압을 변조하는 변조 스위치와, 상기 변조된 전압을 피드백 전류로 변환하는 피드백용 Gm 증폭기와, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류와 상기 피드백 전류를 가산하는 전류 가산부와, 상기 전류 가산부의 출력 신호를 복조하는 복조 스위치와, 상기 복조 스위치에서 복조한 신호를 증폭해서 상기 출력 전압으로서 출력하는 출력단과, 상기 기준 전압을 생성하는 기준 신호 생성 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로는, 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와, 복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와, 상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와, 상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 제1 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와, 상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와, 상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와, 출력 전압과 제2 기준 전압의 차를 분압한 전압을 피드백하는 피드백부와, 상기 분압한 전압을 변조하는 변조 스위치와, 상기 변조된 전압을 피드백 전류로 변환하는 피드백용 Gm 증폭기와, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류와 상기 피드백 전류를 가산하는 전류 가산부와, 상기 전류 가산부의 출력 신호를 복조하는 복조 스위치와, 상기 복조 스위치에서 복조한 신호를 증폭해서 상기 출력 전압으로서 출력하는 출력단과, 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압을 생성하는 기준 신호 생성 회로를 구비하고, 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압은, 소정의 출력 온도 특성을 갖는 단일의 전압원에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로는, 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와, 복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와, 상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와, 상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 평균 코먼 전압을 산출하고, 산출한 평균 코먼 전압에 기초하여, 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와, 상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와, 상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 가산하는 전류 가산부와, 상기 전류 가산부로부터의 출력 신호를 증폭해서 출력하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로는, 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와, 복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와, 상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와, 상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와, 상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와, 상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 가산하는 전류 가산부와, 상기 전류 가산부로부터의 출력 신호를 증폭해서 출력하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 전류 센서는, 상기 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 스피닝 커런트법에 의해 구동되는 복수의 홀 소자와 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 고정밀도의 전류 센서의 실현이 가능해진다.

도 1은 홀 기전력 신호 검출 회로의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는 스피닝 커런트법에 의한 제1 및 제2 홀 소자 구동 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서의 차동 신호 A1의 시간적 변화를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서의 차동 신호 A2의 시간적 변화를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 극성이 다른 스파이크 신호의 상쇄를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 홀 신호 피드백 네트워크의 구성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 홀 신호 피드백 네트워크의 구성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10은 도 8의 홀 신호 피드백 네트워크의 변형예이다.
도 11은 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 12는 제4 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 13은 제5 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 14는 도 13의 피드백 네트워크 컨트롤러의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 1은 홀 기전력 신호 검출 회로의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로는 4개의 단자(단자 1, 단자 2, 단자 3, 단자 4)를 구비한 제1 홀 소자(11)와, 제2 홀 소자(12)와, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)와, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)와, 제1 홀 소자 구동 전류원(15)과, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)을 구비한다. 또한, 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 Gm1과, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 Gm2와, 피드백용 트랜스컨덕턴스 증폭기 Gmfb와, 증폭단(17)과, 초퍼 스위치(18)와, 출력단(19)과, 출력 신호 피드백 네트워크(20)와, 피드백 초퍼 스위치(21)와, 발진기(OSC)(22)와, 초퍼 클럭 생성기(Clock Ctrl)(23)를 구비한다. 또한, 이하, 트랜스컨덕턴스 증폭기는 Gm 증폭기라고도 한다. 예를 들어, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기는 제1 Gm 증폭기, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기는 제2 Gm 증폭기, 피드백용 트랜스컨덕턴스 증폭기는 피드백용 Gm 증폭기라고 한다.

제1 홀 소자 구동 전류원(15)의 전류값은 Ibias1이고, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)의 전류값은 Ibias2이다. 또한, 트랜스컨덕턴스 증폭기(Gm 증폭기)는, 전압 신호를 전류 신호로 변환하는 기능을 갖는 증폭기이며, 예를 들어 트랜지스터 차동쌍을 사용한 증폭기여도 된다.

발진기(22)는 클럭 신호 Clk를 생성한다. 이 클럭 신호 Clk는 초퍼 클럭 생성기(23)에 입력된다. 초퍼 클럭 생성기(23)는 클럭 신호 Clk를 받아 초퍼 클럭 Fchop를 생성한다.

초퍼 클럭 생성기(23)의 출력 신호 Fchop는, 제1, 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14), 초퍼 스위치(18) 및 피드백 초퍼 스위치(21)에 공급되고, 이들 각 부에서는 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1 및 φ2에 따라서, 각각의 스위치 전환이 행해진다. 제1 홀 소자(11)가 갖는 4개의 단자 1 내지 4는 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 접속되고, 제2 홀 소자(12)가 갖는 4개의 단자 1 내지 4는 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 접속되어 있다. 또한, 제1 홀 소자 구동 전류원(15)은 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 접속되고, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)은 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)는, 후술하는 스피닝 커런트법에 의해, 각각 제1, 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14)에 의해 구동된다. 제1 스피닝 커런트 스위치(13)는, 복수의 스위치를 갖고 있으며, 후술하는 스피닝 커런트법으로 제1 홀 소자(11)를 구동함으로써, 제1 홀 소자(11)로부터 얻어지는 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A1(도 1 중, A1로 나타낸다)을 제1 Gm 증폭기 Gm1에 공급한다. 마찬가지로 제2 스피닝 커런트 스위치(14)는, 복수의 스위치를 갖고 있으며, 후술하는 스피닝 커런트법으로 제2 홀 소자(12)를 구동함으로써, 제2 홀 소자(12)로부터 얻어지는 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A2(도 1 중, A2로 나타낸다)를 제2 Gm 증폭기 Gm2에 공급한다. 스피닝 커런트법으로의 구동을 간이하게 행하는 관점에서, 도 1과 같이 제1 홀 소자와 제2 홀 소자의 단자 위치가 대응하고 있는 것이 바람직하다.

도 2의 (a) 내지 (d)는, 도 1 중의, 제1 홀 소자(11) 및 제2 홀 소자(12)를 스피닝 커런트법에 의해 구동하는 경우의 설명도이다.

스피닝 커런트법으로는, 홀 소자의 각 단자 1 내지 4로부터 흘리는 전류의 방향에 따라, 그 구동 상태를 표현한다. 예를 들어 이미 설명한 바와 같이, 도 1의 각 홀 소자(11, 12)는 각각 단자 1, 단자 2, 단자 3, 단자 4를 구비하고 있지만, 단자 1로부터 단자 3으로 전류를 흘리는 경우를 0도 방향이라 정의하면, 단자 2로부터 단자 4로 전류를 흘리는 경우를 90도 방향이라 칭하고, 단자 3으로부터 단자 1로 전류를 흘리는 경우를 180도 방향, 단자 4로부터 단자 2로 전류를 흘리는 경우를 270도 방향이라 칭한다. 이하, 이 정의를 따라 설명을 행한다.

도 2의 (a) 및 (b)는, 제1 홀 소자(11)에 대한 스피닝 커런트법을 설명하는 도면이다. 제1 홀 소자(11)에 대해서는, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1과 φ2의 2치 사이에서 전환될 때마다, 홀 소자(11)를 바이어스하는 구동 전류의 방향을, 각각 0도 방향과 90도 방향 사이에서 전환한다. 이것을 제1 스피닝 커런트법이라 칭한다.

그리고, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1일 때는, 단자 4를 기준으로 한 단자 2의 전위를 전압 신호 Vhall1(φ1)로서 측정하고, 위상이 φ2일 때는, 단자 3을 기준으로 한 단자 1의 전위를 전압 신호 Vhall1(φ2)로서 측정한다. 이때, Vhall1(φ1) 및 Vhall1(φ2)는, 다음 식 (1)에 나타낸 바와 같이, 홀 소자(11)를 사용한 자기 센서의 검출 대상이 되는 자장 B에 대응한 홀 기전력 신호 성분 Vsig(B)와, 홀 소자(11)의 오프셋 전압 Vos(Hall)의 합으로서 표현된다.

Vhall1(φ1)=+2Vsig(B)+Vos(Hall)

(초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1일 때)

Vhall1(φ2)=-2Vsig(B)+Vos(Hall)

(초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ2일 때)

…… (1)

이 전압 신호 Vhall1(Vhall1(φ1)과 Vhall1(φ2))이, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)로부터 제1 Gm 증폭기 Gm1로 공급되는 차동 신호 A1로 되어 있다.

도 2의 (c) 및 (d)는, 제2 홀 소자(12)에 대한 스피닝 커런트법을 설명하기 위한 도면이다. 제2 홀 소자(12)에 대해서는, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1과 φ2의 2치 사이에서 전환될 때마다, 홀 소자(12)를 바이어스하는 구동 전류의 방향을, 각각 270도 방향과 180도 방향 사이에서 전환한다. 이것을 제2 스피닝 커런트법이라 칭한다. 그리고, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1일 때는, 단자 3을 기준으로 한 단자 1의 전위를 전압 신호 Vhall2(φ1)로서 측정하고, 위상이 φ2일 때는, 단자 4를 기준으로 한 단자 2의 전위를 전압 신호 Vhall2(φ2)로서 측정한다. 이때, Vhall2(φ1)과 Vhall2(φ2)는, 다음 식 (2)에 나타낸 바와 같이, 홀 소자(12)를 사용한 자기 센서의 검출 대상이 되는 자장 B에 대응한 홀 기전력 신호 성분 Vsig(B)와, 홀 소자(12)의 오프셋 전압 Vos(Hall)의 합으로서 표현된다.

Vhall2(φ1)=+2Vsig(B)+Vos(Hall)

(초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1일 때)

Vhall2(φ2)=-2Vsig(B)+Vos(Hall)

(초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ2일 때)

…… (2)

이 전압 신호 Vhall2(Vhall2(φ1)과 Vhall2(φ2))가, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)로부터 제2 Gm 증폭기 Gm2에 공급되는 차동 신호(A2)로 되어 있다.

그리고, 제1 Gm 증폭기 Gm1은 전압 전류 변환의 계수, 즉 트랜스컨덕턴스 값(이하, gm값이라 표기한다)인 gm1로 차동 신호 A1을 전압으로부터 전류로 변환하고, 제2 Gm 증폭기 Gm2는 gm2로 차동 신호 A2를 전압으로부터 전류로 변환하고, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb는 gmfb로 후술하는 차동 신호 G를 전압으로부터 전류로 변환한다.

제1, 제2 및 피드백용 Gm 증폭기, 각각 Gm1, Gm2, Gmfb의 출력 단부는, 가산 노드(24)에 접속되고, 각 Gm 증폭기에서 변환된 전류 신호가 모두 가산되어, 차동 신호 B(도 1 중, B로 나타낸다)로 된다.

또한 가산 노드(24)에는, 증폭단(17)이 차동 신호 B를 받도록 접속되어 있고, 증폭단(17)은 차동 신호 B를 증폭한 차동 신호 C(도 1 중, C로 나타낸다)를 출력한다. 증폭단(17)은, 예를 들어 트랜스임피던스 증폭기이고, 또한 전류 전압 변환 증폭기이고, 입력 신호를 증폭하고 출력하는 증폭기이다.

그리고, 차동 신호 C를 받도록 초퍼 스위치(18)가 증폭단(17)의 출력 단부에 접속되고, 초퍼 스위치(18)는, 초퍼 클럭 Fchop로 차동 신호 C의 복조를 행하고, 차동 신호 D(도 1 중, D로 나타낸다)를 출력한다. 그리고, 차동 신호 D를 받도록 출력단(19)이 초퍼 스위치(18)의 출력 단부에 접속되고, 출력단(19)은 차동 신호 D를 증폭한 차동 신호 E(도 1 중, E로 나타낸다)를 출력한다. 이 차동 신호 E가 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 Vout으로 된다. 그리고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 차동 신호 E를 받도록 접속되고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)는 차동 신호 F(도 1 중, F로 나타낸다)를 출력한다. 또한, 피드백 초퍼 스위치(21)가 차동 신호 F를 받도록 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 접속되고, 피드백 초퍼 스위치(21)는 초퍼 클럭 Fchop에 의해 변조된 차동 신호 G(도 1 중, G로 나타낸다)를 출력한다. 이 차동 신호 G는 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb에 공급된다.

도 1의 출력 신호 피드백 네트워크(20)는, 저항 R11, 저항 R12, 저항 R21 및 저항 R22를 구비한다. 저항 R11, 저항 R21은, 일단부가 아날로그 그라운드(이하, AGND라고도 한다)에 접속되고, 타단부는 각각 저항 R12, 저항 R22의 일단부에 접속되어 있다.

출력단(19)의 출력 신호 즉 차동 신호 E의 정상 성분을 Vout_p, 부출력을 Vout_n으로 하면, 차동 신호 E, 즉 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 Vout는 그 차분으로 나타난다. 즉, Vout=Vout_p-Vout_n으로 나타난다. 그리고, 저항 R12, R22의 타단부는, 각각 출력단(19)의 출력 단부에 접속되어 있다.

저항 R11, R12, R21 및 R22의 저항값이, R11=R21, R12=R22인 것으로 하면, 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 Vout는, 제1, 제2 및 피드백용 Gm 증폭기 Gm1, Gm2, Gmfb의 gm값, 즉 gm1, gm2, gmfb를 이용하여, 다음 식 (3)으로 나타낼 수 있다.

Vout

=(1+R12/R11)×{(gm1/gmfb)×Vhall1

+(gm2/gmfb)×Vhall2} …… (3)

여기서, 제1 Gm 증폭기 Gm1의 gm값 gm1, 제2 Gm 증폭기 Gm2의 gm값 gm2를, gm1=gm2=gm_hall이라 설정하면, (3) 식은, 다음 식 (4)로 나타난다.

Vout

=(1+R12/R11)

×{(gm_hall/gmfb)×(Vhall1+Vhall2)}

…… (4)

그런데, 연속 시간 신호 처리 방식에서는, 홀 기전력 신호를 검출하는 경우, 스파이크라고 불리는 스위치 전환 시에 발생하는 오차 신호를 억제하는 것이 중요해진다. 이 스파이크는 왜곡된 정현파의 원인 또는 잔류 오프셋으로 되기 때문에, 전류 센서가 모터 제어에 이용되는 경우, 모터의 토크 리플의 원인이 되어, 원활한 모터 제어에 있어서는 장해가 되는 것이다. 그리고, 이 스파이크에는 그 발생 원인에 따라 2종류가 있으며, 여기에서는, 한쪽 스파이크를 제1 스파이크라 칭하고, 다른 쪽 스파이크를 제2 스파이크라 한다. 그리고, 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력에 있어서는, 이들 제1 및 제2 스파이크 변동이 억제되어 있는 것이, 정현파를 고정밀도로 원활하게 하고, 또한 잔류 오프셋의 변동을 억제하는 것으로 연결되어, 연속 시간 신호 처리를 이용한 전류 센서에서는 중요하다.

그러나, 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로에서는, 이들 제1 및 제2 스파이크를 억제함에 있어서, 이하와 같은 새로운 과제를 발명자들은 발견했다.

먼저 제1 스파이크에 대해서 설명한다.

제1 스파이크의 발생 원인은, 스피닝 커런트법에 의해 구동했을 때, 홀 소자에의 구동 전류의 통전에 의해 결정되는 바이어스 전압 「Vbias+, Vbias-」로부터 홀 기전력 신호의 전압으로 이행할 때의 시간적인 천이가 원인이 되고 있다. 또한, 도 2의 (a) 내지 (d)에 있어서, 고전압측을 「Vbias+」, 전류원측을 「Vbias-」로 하고 있다.

이 제1 스파이크의 발생 정도는 스피닝 커런트법에 있어서 홀 소자의 구동 전류를 통전하는 단자를 선택하여 전환을 행하는 순서, 또한 그 시퀀스에 의해 바뀐다.

도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제1 홀 소자(11)를 제1 스피닝 커런트법으로 구동함으로써 발생하는 스파이크 신호의 극성과, 제2 홀 소자(12)를 제2 스피닝 커런트법으로 구동함으로써 발생하는 스파이크 신호의 극성이, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1인 경우와 φ2인 경우에서 서로 다른 것을 이용한 것이다. 즉 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제1 Gm 증폭기 Gm1과 제2 Gm 증폭기 Gm2의 출력끼리를 가산 노드(24)에서 가산하고, 스파이크 신호 성분을 포함하는 차동 신호 A1과 차동 신호 A2를 가산함으로써 양쪽 차동 신호 A1, A2에 포함되는 스파이크 신호 성분을 상쇄하여, 제로로 하는 것을 겨냥한 것이다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로의 차동 신호 A1 및 차동 신호 A2의, 정상 성분과 역상 성분과 차동 신호의, 시간적 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 있어서 (a)는 초퍼 클럭 Fchop의 위상, (b)는 홀 소자(11)의 전압 신호 Vhall1의 신호 파형 정상 성분 즉 차동 신호 A1의 정상 성분을 나타내고, (c)는 전압 신호 Vhall1의 신호 파형 역상 성분 즉 차동 신호 A1의 역상 성분을 나타내고, (d)는 전압 신호 Vhall1의 신호 파형 즉 차동 신호 A1을 나타낸다.

마찬가지로 도 4에 있어서, (a)는 초퍼 클럭 Fchop의 위상, (b)는 홀 소자(12)의 전압 신호 Vhall2의 신호 파형 정상 성분 즉 차동 신호 A2의 정상 성분을 나타내고, (c)는 전압 신호 Vhall2의 신호 파형 역상 성분 즉 차동 신호 A2의 역상 성분을 나타내고, (d)는 전압 신호 Vhall2의 신호 파형 즉 차동 신호 A2를 나타낸다.

도 3에 있어서, 차동 신호 A1의 정상 성분은 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1에 있어서 바이어스 전압 「Vbias+」로부터 홀 기전력 신호 전압 +Vsig(B)로 천이하고, 또한 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ2에 있어서는 바이어스 전압 「Vbias+」로부터 홀 기전력 신호 전압 -Vsig(B)로 천이한다. 즉, 차동 신호 A1의 정상 성분의 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 플러스 부호이다. 또한, 오프셋 성분에 관해서는, 설명을 간단하게 하기 위해서 여기에서는 무시한다.

한편, 차동 신호 A1의 역상 성분은, 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1에 있어서 바이어스 전압 「Vbias-」로부터 홀 기전력 신호 전압 「-Vsig(B)」로 천이하고, 또한 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ2에 있어서는 바이어스 전압 「Vbias-」로부터 홀 기전력 신호 전압 「+Vsig(B)」로 천이한다. 즉 차동 신호 A1의 역상 성분의 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 마이너스 부호이다. 따라서, 차동 신호 A1은 정상 성분과 역상 성분의 차분이기 때문에, 그 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 플러스 부호로 되는 것을 알 수 있다.

도 4에 있어서, 차동 신호 A2의 정상 성분은 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1에 있어서 바이어스 전압 「Vbias-」로부터 홀 기전력 신호 전압 「+Vsig(B)」로 천이하고, 또한 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ2에 있어서는 바이어스 전압 「Vbias-」로부터 홀 기전력 신호 전압 「-Vsig(B)」로 천이한다. 즉 차동 신호 A1의 정상 성분의 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 마이너스 부호이다.

한편, 차동 신호 A2의 역상 성분은, 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1에 있어서 바이어스 전압 「Vbias+」로부터 홀 기전력 신호 전압 「-Vsig(B)」로 천이하고, 또한 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ2에 있어서는 바이어스 전압 「Vbias+」로부터 홀 기전력 신호 전압 「+Vsig(B)」로 천이한다. 즉 차동 신호 A2의 역상 성분의 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 플러스 부호이다. 따라서, 차동 신호 A2는 정상 성분과 역상 성분의 차분이기 때문에, 그 스파이크 신호 성분의 피크의 극성은 항상 마이너스 부호로 되는 것을 알 수 있다.

도 5는 이 극성이 다른 스파이크 신호의 상쇄를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 있어서, (a)는 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1과 φ2, (b)는 홀 소자(11)의 전압 신호 Vhall1의 신호 파형 즉 차동 신호 A1을 나타내고, (c)는 홀 소자(12)의 전압 신호 Vhall2의 신호 파형 즉 차동 신호 A2를 나타내고, (d)는 차동 신호 B의 신호 파형을 나타내고, (e)는 차동 신호 E의 신호 파형을 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 차동 신호 A1, 차동 신호 A2는 모두 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1에 있어서 「2Vsig(B)」, φ2에 있어서 「-2Vsig(B)」로 되어, 진동하고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 차동 신호 A1의 스파이크 신호는, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1 및 φ2의 어느 경우에도 플러스 부호의 피크로부터 천이하고 있는 데 반해, 차동 신호 A2의 스파이크 신호는, 위상이 φ1, φ2의 어느 경우에도, 마이너스 부호의 피크로부터 천이하고 있다.

따라서, 차동 신호 A1과 차동 신호 A2를 각각 제1, 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2로 전류 변환해서 가산한 신호인 차동 신호 B는, 도 5의 (d)로 나타낸 바와 같이, 초퍼 클럭 Fchop의 위상이 φ1인 경우, φ2인 경우에 있어서, 각각 「4Vsig(B)」, 「-4Vsig(B)」로서 진동하고 있지만, 스파이크 신호의 영향은 상쇄되어 시간적인 천이가 없어진다.

그리고, 스파이크 신호가 상쇄된 차동 신호 B는 증폭단(17)에서 증폭되어 차동 신호 C로 되고, 초퍼 스위치(18)에 의한 복조, 더욱더 출력단(19)에서의 증폭을 받아서 차동 신호 E로서 출력된다. 도 5의 (e)에, 차동 신호 E의 시간적인 변화를 실선으로 나타내고 있다. 당연히 차동 신호 E에 있어서도, 스파이크 신호에 의한 영향은 발생하지 않게 된다.

이 스파이크 신호의 상쇄를 위해서는 제1 Gm 증폭기 Gm1과 제2 Gm 증폭기 Gm2의 gm값인, gm1과 gm2가 항상 같지 않으면 안된다. 그러나, 실리콘 기판 상에 형성된 홀 소자는, PN 접합에 의해 형성된 공핍층의 두께가 온도에 따라 변화하고, 공핍층의 영향을 받는 홀 코먼 전압이 변동하기 때문에, 각 Gm 증폭기의 입력에 이용되는 트랜지스터 차동쌍의 게이트 직류 전위도 변동한다. 즉, 트랜지스터 차동쌍의 동작점이 변동하고, gm값이 변동한다.

여기서, 홀 코먼 전압이란, 홀 기전력 신호를 취출하는 출력 전압의 코먼 전압이며, 통상 홀 소자의 출력 신호는 차동 신호로서 취급하므로, 차동 신호의 정상 성분과 역상 성분의 중간 전위가 코먼 전압으로 된다. 즉, 홀 소자의 차동 출력 단자 쌍(예를 들어, 제1 홀 소자의 단자 1과 단자 3의 쌍, 단자 2와 단자 4의 쌍)의 중간 전위가 코먼 전압으로 된다. 이 홀 코먼 전압을, 홀 소자의 코먼 전압이라 칭해도 되고, 홀 소자의 출력 신호의 코먼 전압이라 칭해도 된다. 또한, 홀 소자의 차동 출력 신호에 포함되는 홀 기전력 신호의 정상 성분과 역상 성분의 기준이 되는 코먼 전압이므로, 홀 기전력 신호의 코먼 전압이라 칭해도 된다.

또한, 반도체 제조 시의 프로세스 구배에 의한 불순물 농도의 농담 분포에 의해 공핍층의 형성 상황은 각 홀 소자에 따라 다르기 때문에, 공핍층의 변동도 각 홀 소자에 따라 다르다. 따라서, 각 홀 소자 사이에서 홀 코먼 전압이 다르게 되고, 제1 Gm 증폭기 Gm1의 gm값 gm1과, 제2 Gm 증폭기 Gm2의 gm값 gm2도 다르게 되어 버린다. 그로 인해, 홀 기전력 신호 검출 회로 및 이 홀 기전력 신호 검출 회로를 사용한 전류 센서에 한층 더 고정밀도화를 추구한 경우에, gm1과 gm2의 변동에 수반하여 전술한 스파이크 신호의 상쇄가 충분하지 않게 되어, 도 1의 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력인 차동 신호 E에 있어서, 도 5의 (e)의 차동 신호 E에 파선으로 중첩해서 기재되어 있듯이, 스파이크 신호가 잔류해 버리는 것을 발명자들은 발견했다. 이러한 스파이크 신호의 잔류는, 고정밀도의 전류 센서의 실현 장해로 연결된다.

다음에 제2 스파이크 신호에 대해서 설명한다.

제2 스파이크 신호는, 메인의 신호 패스, 즉 차동 신호 A1, A2로부터 차동 신호 B, C, D, E의 신호 패스의 주파수 특성과, 출력 신호 피드백 네트워크(20)의 신호 패스 즉 차동 신호 E로부터 차동 신호 F, G, B, C, D, E의 신호 패스의 주파수 특성에 의존하고 있다. 예를 들어, 제2 스파이크 신호는, 2개의 신호 패스의 신호 지연 시간의 차이에 의해 발생하는 것이다. 제2 스파이크 신호는, 예를 들어 도 5의 (e)의 차동 신호 E에 일점쇄선으로 중첩해서 기재하고 있다.

그리고, 이 2개의 신호 패스의 주파수 특성은, 그 이득에 Gm 증폭기의 gm값이 영향을 미치고 있기 때문에, 주파수 특성의 안정을 위해서는 gm값의 안정이 중요하다.

그러나, 전술한 바와 같이, 제1 Gm 증폭기 Gm1의 gm값 gm1과 제2 Gm 증폭기 Gm2의 gm값 gm2는 온도에 따라 변동해 버린다. 그로 인해, gm값 gm1과 gmfb의 비 또는 gm2와 gmfb의 비가 변동하고, 이것도 또한, 스파이크 신호를 변동시켜 버리는 것의 요인이 된다.

즉, 출력인 차동 신호 E에 있어서 스파이크 신호가 안정되지 않고 변동하는 것은, 한층 더 고정밀도의 전류 센서의 실현 장해가 된다.

(제1 실시 형태)

도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로와 동일부에는 동일 부호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 4개의 단자(단자 1, 단자 2, 단자 3, 단자 4)를 구비한 제1 홀 소자(11)와 제2 홀 소자(12)와, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)와, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)와, 제1 홀 소자 구동 전류원(15)과, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)과, 홀 신호 피드백 네트워크(31)를 구비한다. 또한, 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제1 Gm 증폭기 Gm1과, 제2 Gm 증폭기 Gm2와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb와, 증폭단(17)과, 초퍼 스위치(18)와, 출력단(19)과, 출력 신호 피드백 네트워크(20)와, 피드백 초퍼 스위치(21)와, 발진기(OSC)(22)와, 초퍼 클럭 생성기(23)와, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)를 구비한다.

피드백 네트워크 컨트롤러(32)는, 예를 들어 기준 신호 발생원을 포함하여 구성되며, 예를 들어 온도에 대해 안정적인 정전압 회로(레귤레이터 회로)를 이용해서 구성된다. 피드백 네트워크 컨트롤러(32)는, 전압 신호로 이루어지는 기준 신호 Vcom을 생성한다.

또한, 제1 홀 소자 구동 전류원(15)의 전류값은 Ibias1이고, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)의 전류값은 Ibias2이다.

도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로와 다른 점은, 도 6에 나타내는 홀 기전력 신호 검출 회로는, 홀 신호 피드백 네트워크(31)와, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)를 더 구비하고 있는 점이다.

발진기(22)는 클럭 신호 Clk를 생성한다. 이 클럭 신호 Clk는 초퍼 클럭 생성기(23)에 출력된다. 초퍼 클럭 생성기(23)는, 클럭 신호 Clk를 받아 초퍼 클럭 Fchop를 생성한다.

초퍼 클럭 생성기(23)의 출력 신호 Fchop는, 제1 및 제2 스피닝 커런트 스위치(13 및 14)와, 초퍼 스위치(18)와, 피드백 초퍼 스위치(21)에 공급되고, 이들 각 부에서는, 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1 및 φ2에 따라서, 각각의 스위치 전환이 행해진다.

제1 홀 소자(11)가 갖는 4개의 단자 1 내지 4는, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 접속되고, 제2 홀 소자(12)가 갖는 4개의 단자 1 내지 4는, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 접속되어 있다. 또한, 제1 홀 소자 구동 전류원(15) 및 제2 홀 소자 구동 전류원(16)은, 각각 제1 및 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14)에 접속되어 있다. 또한, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에는, 홀 신호 피드백 네트워크(31)로부터 제1 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a가 공급되고, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에는, 홀 신호 피드백 네트워크(31)로부터 제2 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias2a가 공급된다.

이와 같은 구성에 의해, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)는, 각각 제1, 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14)에 의해 구동된다. 그리고, 제1 홀 소자(11)는, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 의해, 전술한 제1 스피닝 커런트법으로 구동된다. 즉, 홀 소자(11)를 바이어스하는 구동 전류의 방향을, 0도 방향과 90도 방향으로 전환한다. 제2 홀 소자(12)는, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 의해, 전술한 제2 스피닝 커런트법으로 구동된다. 즉, 홀 소자(12)를 바이어스하는 구동 전류의 방향을, 270도 방향과 180도 방향으로 전환한다.

또한, 제1 또는 제2 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a, Ibias2a는, 도 2에 도시한 바와 같이, 스피닝 커런트 스위치가 0도 방향으로의 구동을 행하는 경우, 홀 소자의 단자 1에 주입된다(도 2의 (a)의 구동 전류 방향을 따라 주입된다). 마찬가지로 90도 방향의 구동의 경우, 단자 2에 주입되고(도 2의 (b)의 구동 전류 방향을 따라 주입된다), 270도 방향의 구동의 경우, 단자 4에 주입되고(도 2의 (c)의 구동 전류 방향을 따라 주입된다), 180도 방향의 구동의 경우, 단자 3에 주입된다(도 2의 (d)의 구동 방향을 따라 주입된다).

그리고, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)는, 제1 홀 소자(11)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A1(도 6 중, A1로 나타낸다)을 홀 신호 피드백 네트워크(31)에 공급한다. 제2 스피닝 커런트 스위치(14)는, 제2 홀 소자(12)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A2(도 6 중, A2로 나타낸다)를 홀 신호 피드백 네트워크(31)에 공급한다.

홀 신호 피드백 네트워크(31)는, 차동 신호 A1과, 차동 신호 A2와, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)로부터의 기준 신호 Vcom을 받고, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 제1 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a를 공급하고, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 제2 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias2a를 공급한다. 또한, 홀 신호 피드백 네트워크(31)는, 차동 신호 A1을 그대로 차동 신호 A1a로서 제1 Gm 증폭기 Gm1에 공급하고, 차동 신호 A2를 그대로 차동 신호 A2a로서 제2 Gm 증폭기 Gm2에 공급한다.

여기서, 제1 실시 형태의 설명에 있어서, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 출력하는 기준 신호 Vcom은, 예를 들어 홀 기전력 신호 검출 회로에 공급하는 전원 전압을 VDD라 했을 때, VDD/2이다.

피드백용 Gm 증폭기 Gmfb와, 증폭단(17)과, 초퍼 스위치(18)와, 출력단(19)과, 피드백 초퍼 스위치(21)의 동작은, 도 1에 도시하는 홀 기전력 신호 검출 회로와 동등하다.

출력 신호 피드백 네트워크(20)는, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)로부터의 기준 신호 Vcom과 차동 신호 E를 받도록 구성되며, 차동 신호 F를 피드백 초퍼 스위치(21)에 공급한다.

도 6에 있어서, 출력 신호 피드백 네트워크(20)는 저항 R11, R12, R21 및 R22를 구비한다. 저항 R11, R21은, 일단부에 기준 신호 Vcom이 입력되고 있다. 저항 R11, R21의 타단부는 각각 저항 R12, R22에 접속되어 있다. 출력단(19)의 출력 신호 즉 차동 신호 E의 정상 성분을 Vout_p, 부출력을 Vout_n이라 하면, 차동 신호 E는 그 차분(즉 Vout=Vout_p-Vout_n)으로 나타나고, 저항 R12, R22의 타단부는 각각 출력단(19)의 출력 단부에 접속되어, Vout_n, Vout_p가 각각 입력된다.

출력 신호 피드백 네트워크(20)는, 차동 신호 F의 정상 성분을 Vf_p, 부출력을 Vf_n이라 하고, 기준 신호의 신호 레벨을 Vcom이라 하면, 다음 식 (5)로 나타나는 차동 신호 F를 출력한다.

Vf_p

=(Vout_n-Vcom)·R21/(R21+R22)+Vcom

Vf_n

=(Vout_p-Vcom)·R11/(R11+R12)+Vcom

…… (5)

여기서, R11=R21, R12=R22라 하면, 차동 신호 F는 기준 신호 Vcom을 중심으로 한 신호이다. 차동 신호 G는 차동 신호 F의 정상 성분과 역상 성분이 피드백 초퍼 스위치(21)에 의해 초퍼 클럭의 위상마다 교체된 것이므로, 마찬가지로 기준 신호 Vcom을 중심으로 한 신호이다. 즉, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 동작점 및 gm값 gmfb는 기준 신호 Vcom에 의해 결정된다.

도 7은 도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 신호 피드백 네트워크(31)의 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 홀 신호 피드백 네트워크(31)는, 복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)와, 복수 홀 코먼 전압 제어부(31b)를 구비하고, 복수 홀 코먼 전압 제어부(31b)는 비교부(101)와 가변 전류원(102)을 구비한다.

복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)는, 차동 신호 A1의 정상 성분과 차동 신호 A2의 정상 성분을 받고, 복수의 홀 소자 즉 제1 및 제2 홀 소자(11 및 12)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 산출하고, 복수 홀 코먼 전압 제어부(31b)의 비교부(101)에 공급한다.

복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)는, 차동 신호 A1의 정상 성분과 차동 신호 A2의 정상 성분을 각각 받는 트랜지스터에 의해 전압 전류 변환하고, 가산하는 구성을 사용해도 된다. 비교부(101)는 비교기이면 된다. 또한, 복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)와 비교부(101)를 복수의 트랜지스터를 입력으로 하는 하나의 비교기로서 구성해도 된다. 또한, 가변 전류원(102)은 MOS 트랜지스터에 의해 구성해도 된다.

여기서, 차동 신호 A1의 정상 성분과 차동 신호 A2의 정상 성분을 각각 Va1_p, Va2_p라 하고, 제1 및 제2 홀 소자(11, 12)의 홀 코먼 전압을 각각 Vhcom1, Vhcom2, 각 성분에 중첩하고 있는 스파이크 성분을 Vspike라 한다. 스파이크 성분 Vspike의 극성에 주의하면, 전술한 도 3, 도 4로부터, 제1, 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14)로부터 출력되는 차동 신호 A1의 정상 성분과 차동 신호 A2의 정상 성분은, 다음 식 (6)으로 나타낼 수 있다.

Va1_p=Vhcom1+Vspike+Vsig(B)

Va2_p=Vhcom2-Vspike+Vsig(B) …… (6)

여기서, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl은 다음 식 (7)로 나타낼 수 있다.

Vhcom_pl

=(Va1_p+Va2_p)/2

=(Vhcom1+Vhcom2)/2+Vsig(B)

≒(Vhcom1+Vhcom2)/2

(∵Vsig(B)≪(Vhcom1+Vhcom2)/2) …… (7)

즉, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl은, 제1 홀 소자(11)와 제2 홀 소자(12)의 2개의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2의 평균값이 된다. 여기서, (7) 식에서 알 수 있듯이 스파이크 성분의 영향은 캔슬되고 있다. 즉, 제1, 제2 스피닝 커런트 스위치(13, 14)의 출력 신호에 발생하고 있는 스파이크 성분은, 복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)에 있어서 그 영향이 제거된다.

또한, (7) 식 중 최종항의 Vsig(B)는, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)가 실리콘 홀 소자인 경우, 입력되는 자장이 큰 경우에도 30㎷ 정도이다. 따라서, 예를 들어 전원 전압이 3V의 경우이면, 1V 이상 2V 이하의 범위로 설계하는, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2와 비교하여, Vsig(B)의 크기는 매우 작다.

즉, 복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)는, 제1 스피닝 커런트 스위치(13) 및 제2 스피닝 커런트 스위치(14)의 각각의 차동 출력의 정상 성분, 즉 동상 성분끼리를 보정(산술 평균)함으로써, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 검출하고 있다.

비교부(101)는, 기준 신호 Vcom과, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 받고, 양자를 비교한다. 그리고, 비교부(101)는, 제1, 제2 홀 소자(11, 12)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl이 기준 신호 Vcom에 같아지도록 제어하기 위한 복수 홀 코먼 전압 제어 신호 Vcom_ctrl을, 가변 전류원(102)에 공급한다. 가변 전류원(102)은 복수 홀 코먼 전압 제어 신호 Vcom_ctrl을 받고, 2개의 스피닝 커런트 스위치(13, 14)에 대하여, 각각 조정된 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a와 Ibias2a를 공급한다. 즉, 2개의 홀 소자(11, 12)를 Ibias1a와 Ibias2a로 구동하게 된다.

즉, 비교부(101)에 있어서, 기준 신호 Vcom과, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 비교하여, Vcom＞Vhcom_pl의 경우에는, Vhcom_pl을 크게 하도록 Vcom_ctrl을 가변 전류원(102)에 공급하고, 가변 전류원(102)은 Ibias1a와 Ibias2a를 증가시킨다. 또한, Vcom＜Vhcom_pl의 경우에는, Vhcom_pl을 작게 하도록 Vcom_ctrl을 가변 전류원(102)에 공급하고, 가변 전류원(102)은, Ibias1a와 Ibias2a를 감소시킨다.

이와 같이 홀 신호 피드백 네트워크(31)를 구성했으므로, 복수의 홀 소자(11, 12)의 각각의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2가 다르게 되어 버리는 프로세스 구배의 영향을 받더라도, 복수의 홀 소자(11, 12)의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2를 기준 신호 Vcom에 일치시킬 수 있다. 그로 인해, 각 홀 소자(11, 12)로부터의 차동 신호를 받는 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2에의 입력 신호의 직류 전위를 일치시킬 수 있다. 즉, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 동작점을 일치시킬 수 있다. 따라서, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 gm값이 항상 같아지므로, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 출력 단부를 접속한 가산 노드(24)에서의 역극성의 스파이크 신호에 의한 캔슬의 미스를 방지하여, 출력에서의 제1 스파이크의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb도 동일한 기준 신호 Vcom에 의해 제어되고 있다. 따라서, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 gm값 gm1, gm2와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb는 동일한 신호로 제어되므로, 동일한 동작점을 갖는다. 즉, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 gm값, gm1, gm2와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값의 비는 안정된다. 따라서, 출력에서의 제2 스파이크 신호의 변동을 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 스피닝 커런트법에 의해 구동된 복수의 홀 소자(11, 12)와, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서는, 제1과 제2 Gm 증폭기의 gm값 gm1, gm2와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb의 비가 안정되므로, (4) 식으로 나타나는 홀 기전력 신호 검출 회로의 이득(게인)도 안정되어, 게인 에러를 저감하는 효과도 얻어진다.

또한, 제1 실시 형태의 설명에 있어서는, 복수 홀 코먼 전압 제어부(31b)가, 비교부(101)와 가변 전류원(102)을 1개씩 갖는 경우에 대해서 설명했지만 이것에 한정하는 것은 아니다. 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a를 공급하기 위해서, 비교부(101)와 가변 전류원(102)을 1개씩 구비하고, 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias2a를 공급하기 위해서, 다른 비교부(101)와 다른 가변 전류원(102)을 1개씩 구비해도 된다.

또한, 제1 실시 형태의 설명에 있어서는, 차동 신호 A1의 정상 성분과 차동 신호 A2의 정상 성분을 받고, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 산출하는 심플한 형태를 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 스피닝 커런트 스위치로부터 출력되는 차동 신호의 정상 성분과 부상 성분이 입력되는 제1 홀 코먼 전압 산출부와, 제2 스피닝 커런트 스위치로부터 출력되는 차동 신호의 정상 성분과 부상 성분이 입력되는 제2 홀 코먼 전압 산출부를 설치하고, 산출된 홀 코먼 전압의 각각과, 기준 전압 Vcom을 비교하여, 각각의 홀 소자에 대하여, 홀 소자 구동 보정 전류를 공급하는 형태여도 된다.

여기서, 제1 실시 형태에 있어서, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)가 제1 구동 전류 공급부에 대응하고, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)가 제2 구동 전류 공급부에 대응하고, 홀 신호 피드백 네트워크(31)가 제1 피드백 제어부에 대응하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 피드백부에 대응하고 있다. 또한, 피드백 초퍼 스위치(21)가 변조 스위치에 대응하고, 가산 노드(24)가 전류 가산부에 대응하고, 초퍼 스위치(18)가 복조 스위치에 대응하고, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 기준 신호 생성 회로에 대응하고 있다.

(제2 실시 형태)

도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 8의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 각각 4개의 단자(단자 1, 단자 2, 단자 3, 단자 4)를 구비한 제1 홀 소자(11)와 제2 홀 소자(12)와 제3 홀 소자(41)와 제4 홀 소자(42)와, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)와, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)와, 제3 스피닝 커런트 스위치(43)와, 제4 스피닝 커런트 스위치(44)와, 제1 홀 소자 구동 전류원(15)과, 제2 홀 소자 구동 전류원(16)과, 제3 홀 소자 구동 전류원(45)과, 제4 홀 소자 구동 전류원(46)을 구비한다. 또한, 홀 기전력 신호 검출 회로는, 홀 신호 피드백 네트워크(47)와, 제1 Gm 증폭기 Gm1과, 제2 Gm 증폭기 Gm2와, 제3 Gm 증폭기 Gm3과, 제4 Gm 증폭기 Gm4와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb와, 증폭단(17)과, 초퍼 스위치(18)와, 출력단(19)과, 출력 신호 피드백 네트워크(20)와, 피드백 초퍼 스위치(21)와, 발진기(OSC)(22)와, 초퍼 클럭 생성기(23)와, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)를 포함하여 구성된다. 제1 내지 제4 홀 소자 구동 전류원(15, 16, 45, 46)의 전류값은, 각각 Ibias1, Ibias2, Ibias3, Ibias4이다.

피드백 네트워크 컨트롤러(32)는, 예를 들어 기준 신호 발생원을 구비하고, 예를 들어 온도에 대하여 안정적인 정전압 회로(레귤레이터 회로)를 이용해서 구성된다. 피드백 네트워크 컨트롤러(32)는, 전압 신호로 이루어지는 기준 신호 Vcom을 생성한다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 다른 점은, 도 8에 나타내는 제2 실시 형태의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제3 홀 소자(41)와, 제4 홀 소자(42)와, 제3 스피닝 커런트 스위치(43)와, 제4 스피닝 커런트 스위치(44)와, 제3 홀 소자 구동 전류원(45)과, 제4 홀 소자 구동 전류원(46)과, 제3 Gm 증폭기 Gm3과, 제4 Gm 증폭기 Gm4를 더 구비하고 있는 점이다.

초퍼 클럭 생성기(23)의 출력 신호, 즉 초퍼 클럭 Fchop는, 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)와, 초퍼 스위치(18)와, 피드백 초퍼 스위치(21)에 공급되고, 이들 각 부에서는 초퍼 클럭 Fchop의 위상 φ1과 φ2에 따라서, 각각의 스위치 전환이 행해진다. 제1 내지 제4 홀 소자(11, 12, 41, 42)가 각각 갖고 있는 4개의 단자 1, 단자 2, 단자 3 및 단자 4는 각각 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에 접속되어 있다.

또한, 제1 내지 제4 홀 소자 구동 전류원(15, 16, 45, 46)은 각각 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에 접속되어 있다. 또한, 홀 신호 피드백 네트워크(47)로부터, 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a, Ibias2a, Ibias3a, Ibias4a가, 각각 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에 공급된다.

이와 같은 구성에 의해, 제1 내지 제4 홀 소자(11, 12, 41, 42)는, 각각 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에 의해 구동된다.

그리고, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)에 의해 제1 홀 소자(11)는, 전술한 제1 스피닝 커런트법, 즉 제1 홀 소자(11)의 구동 전류를 0도 방향과 90도 방향으로 전환해서 구동된다. 제2 스피닝 커런트 스위치(14)에 의해 제2 홀 소자(12)는, 제2 스피닝 커런트법, 즉 구동 전류를 270도 방향과 180도 방향으로 전환해서 구동된다. 또한, 제3 스피닝 커런트 스위치(43)에 의해 제3 홀 소자(41)는, 제1 스피닝 커런트법에 의해 구동되고, 제4 스피닝 커런트 스위치(44)에 의해 제4 홀 소자(42)는, 제2 스피닝 커런트법에 의해 구동된다. 즉, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)와 제3 스피닝 커런트 스위치(43)의 동작은 같다. 또한, 제2 스피닝 커런트 스위치(14)와 제4 스피닝 커런트 스위치(44)의 동작은 같다.

이와 같이 구동함으로써, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)는, 제1 홀 소자(11)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A1(도 8 중, A1로 나타낸다)을 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 공급한다. 마찬가지로 제2 스피닝 커런트 스위치(14)는 제2 홀 소자(12)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A2(도 8 중, A2로 나타낸다)를 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 공급한다. 마찬가지로 제3 스피닝 커런트 스위치(43)는 제3 홀 소자(41)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A3(도 8 중, A3로 나타낸다)을 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 공급한다. 마찬가지로 제4 스피닝 커런트 스위치(44)는 제4 홀 소자(42)로부터의 홀 기전력 신호를 포함하는 차동 신호 A4(도 8 중, A4로 나타낸다)를 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 공급한다.

홀 신호 피드백 네트워크(47)는, 차동 신호 A1과, 차동 신호 A2와, 차동 신호 A3과, 차동 신호 A4와, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)로부터의 기준 신호 Vcom을 받고, 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에, 각각 제1 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a, 제2 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias2a, 제3 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias3a, 제4 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias4a를 공급한다. 또한 홀 신호 피드백 네트워크(47)는, 차동 신호 A1을 그대로 차동 신호 A1a로서 제1 Gm 증폭기 Gm1에 공급하고, 차동 신호 A2를 그대로 차동 신호 A2a로서 제2 Gm 증폭기 Gm2에 공급하고, 차동 신호 A3을 그대로 차동 신호 A3a로서 제3 Gm 증폭기 Gm3에 공급하고, 차동 신호 A4를 그대로 차동 신호 A4a로서 제4 Gm 증폭기 Gm4에 공급한다.

여기서, 제2 실시 형태의 설명에 있어서, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 출력하는 기준 신호 Vcom은, 예를 들어 홀 기전력 신호 검출 회로에 공급하는 전원 전압을 VDD라 했을 때, VDD/2이다.

차동 신호 A1과 A3은, 그 정상 성분 및 역상 성분을 포함하여, 초퍼 클럭 Fchop의 위상에 대하여, 발생하는 스파이크의 극성은 동일 극성이 된다. 또한, 차동 신호 A2와 A4도, 마찬가지로 발생하는 스파이크의 극성은 동일 극성(차동 신호 A1과 A3과는 역극성)이 된다.

그리고, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4는 각각 차동 신호 A1a 내지 차동 신호 A4a를 전압으로부터 전류로 변환하고, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb는, 차동 신호 G를 전압으로부터 전류로 변환한다. 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4 및 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 출력 단부는 가산 노드(48)에 접속되어 있고, 변환된 전류 신호는 모두 가산되어 차동 신호 B(도 8 중, B로 나타낸다)로 된다.

그 이외의 구성인, 발진기(22), 초퍼 클럭 생성기(23), 증폭단(17), 초퍼 스위치(18), 출력단(19), 출력 신호 피드백 네트워크(20), 피드백 초퍼 스위치(21), 피드백 네트워크 컨트롤러(32)의 동작은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

제2 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 이상과 같은 구성을 갖는다. 그 결과, 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 포함되는 저항 R11, R12, R21 및 R22를, R11=R12, R21=R22라 하면, 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 신호 Vout는, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 gm값 gm1, gm2, gm3, gm4와 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb를 이용하여, 다음 식 (8)로 나타난다.

Vout

={1+(R12/R11)}×{(gm1/gmfb)×Vhall1

+(gm2/gmfb)×Vhall2+(gm3/gmfb)

×Vhall3+(gm4/gmfb)×Vhall4} …… (8)

(8) 식 중의, Vhall3과 Vhall4는 각각 차동 신호 A3, A4의 신호 전압이다.

여기서, 각 Gm 증폭기의 gm값을, gm1=gm2=gm3=gm4(=gm_hall)라 하면, (8) 식은, 다음 식 (9)과 같이 된다.

Vout

=(1+R12/R11)×{(gm_hall/gmfb)

×(Vhall1+Vhall2+Vhall3+Vhall4)}

…… (9)

또한, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb는, 제1 실시 형태에 있어서의 도 6의 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb와 동일한 기능을 갖고, 차동 신호 G가 입력되므로, 동작점 및 gm값 gmfb는 기준 신호 Vcom에 의해 결정된다.

도 9는 도 8에 나타내는 홀 신호 피드백 네트워크(47)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

제2 실시 형태에 있어서의 홀 신호 피드백 네트워크(47)는, 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)와, 복수 홀 코먼 전압 제어부(47b)를 구비하고, 복수 홀 코먼 전압 제어부(47b)는, 비교부(111)와 가변 전류원(112)을 더 구비한다.

도 7에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 신호 피드백 네트워크(31)와 다른 점은, 제2 실시 형태에 있어서의 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 포함되는 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)가, 차동 신호 A1의 정상 성분과, 차동 신호 A2의 정상 성분과, 차동 신호 A3의 역상 성분과, 차동 신호 A4의 역상 성분을 받고, 복수의 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 산출하여, 복수 홀 코먼 전압 제어부(47b)의 비교부(111)에 공급하는 점이다.

이와 같이 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)를 구성했으므로, 차동 신호 A1과 차동 신호 A2의 정상 성분을 각각 Va1_p, Va2_p, 차동 신호 A3과 차동 신호 A4의 역상 성분을 각각 Va3_n, Va4_n이라 하면, 이들은, 다음 식 (10)으로 나타낼 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 홀 코먼 전압을 각각 Vhcom1, Vhcom2, Vhcom3, Vhcom4라 하고, 각 성분에 중첩하고 있는 스파이크 성분을 Vspike라 하고 있다. 스파이크 성분 Vspike의 극성에 주의하면 다음 식 (10)으로 나타낼 수 있다.

Va1_p=Vhcom1+Vspike+Vsig(B)

Va2_p=Vhcom2-Vspike+Vsig(B)

Va3_n=Vhcom3-Vspike-Vsig(B)

Va4_n=Vhcom4+Vspike-Vsig(B)

…… (10)

여기서, 복수의 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl은, 다음 식 (11)로 나타낼 수 있다.

Vhcom_pl

=(Va1_p+Va2_p+Va3_n+Va4_n)/4

=(Vhcom1+Vhcom2+Vhcom3+Vhcom4)/4

…… (11)

즉, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl은, 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 홀 코먼 전압의 평균값이 된다.

여기서, 스파이크 성분 및 홀 기전력 신호 성분 Vsig(B)는 캔슬되고 있다. 즉, 각 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)로부터 출력된 후의 신호에 발생하고 있는 스파이크 성분은, 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)에 있어서 그 영향이 제거되고 있다. 또한, 제1 실시 형태의 도 7에 나타내는 홀 신호 피드백 네트워크(31)와달리, 홀 기전력 신호 성분 Vsig(B)가 캔슬되고 있기 때문에, 보다 정확하게 홀 코먼 전압을 검출할 수 있다.

즉, 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)는, 제1 스피닝 커런트 스위치(13)와 제2 스피닝 커런트 스위치(14)의 각각의 차동 출력의 정상 성분(동상 성분끼리)과, 제3 스피닝 커런트 스위치(43)와 제4 스피닝 커런트 스위치(44)의 각각의 차동 출력의 역상 성분(이상 성분끼리)을 보정(산술 평균)함으로써, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 검출하고 있다.

도 9에 나타내는 비교부(111) 및 가변 전류원(112)의 동작은 도 7에 나타내는, 제1 실시 형태에 있어서의 홀 신호 피드백 네트워크(31)의 비교부(101) 및 가변 전류원(102)와 동일하지만, 도 9에 나타내는 가변 전류원(112)이, 제1 내지 제4 스피닝 커런트 스위치(13, 14, 43, 44)에 각각 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a 내지 Ibias4a를 공급하고 있는 점이 다르다.

이와 같이 홀 신호 피드백 네트워크(47)를 구성했으므로, 복수의 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 각각의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2, Vhcom3, Vhcom4가 다르게 되어 버리는 프로세스 구배의 영향을 받더라도, 복수의 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 홀 코먼 전압을 기준 신호 Vcom에 일치시킬 수 있다. 그로 인해, 각 홀 소자로부터의 차동 신호를 받는 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 동작점을 일치시킬 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 Gm 증폭기의 gm값이 항상 같아지므로, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 출력 단부를 접속한 가산 노드(48)에서의 역극성의 스파이크 신호끼리에 의한 캔슬의 미스를 방지하여, 출력 신호 Vout에서의 제1 스파이크의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb도 동일한 기준 신호 Vcom에 의해 제어되고 있다. 따라서, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 gm값 gm1, gm2, gm3, gm4와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb는 동일한 신호로 제어되므로, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 gm값과, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb의 비는 안정된다.

따라서, 출력 신호 Vout에서의 제2 스파이크 신호의 변동도 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 스피닝 커런트법에 의해 구동된 복수의 홀 소자(11, 12, 41, 42)와, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 수 있다.

제2 실시 형태에 있어서, 도 9에 나타내는 홀 신호 피드백 네트워크(47) 대신에 도 10에 도시하는 홀 신호 피드백 네트워크(49)를 이용해도 된다.

도 10에 도시하는 홀 신호 피드백 네트워크(49)는, 복수 홀 코먼 전압 산출부(49a)와 복수 홀 코먼 전압 제어부(49b)를 구비한다. 복수 홀 코먼 전압 제어부(49b)는, 비교부(121)와 가변 전류원(122)을 구비한다.

복수 홀 코먼 전압 산출부(49a)는, 도 9에 나타내는 홀 신호 피드백 네트워크(47)에 있어서의 복수 홀 코먼 전압 산출부(47a)와 달리, 차동 신호 A1의 정상 성분과, 차동 신호 A3의 역상 성분을 받고, 복수의 홀 소자, 즉 홀 소자(11 및 41)의 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 산출하고, 복수 홀 코먼 전압 제어부(49b)의 비교부(121)에 공급하는 것이다.

즉, 차동 신호 A1의 정상 성분 Va1_p, 차동 신호 A3의 역상 성분 Va3_n은 다음 식 (12)로 나타낼 수 있으므로, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl은 다음 식 (13)으로 나타낼 수 있다.

Va1_p=Vhcom1+Vspike+Vsig(B)

Va3_n=Vhcom3-Vspike-Vsig(B)

…… (12)

Vhcom_pl=(Vhcom1+Vhcom3)/2 …… (13)

(13) 식에 나타낸 바와 같이, 스파이크 성분 및 홀 기전력 신호 성분 Vsig(B)는 캔슬되고 있다. Vsig(B)가 캔슬되고 있기 때문에, 이 경우도 도 7에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 복수 홀 코먼 전압 산출부(31a)보다 정확하게 홀 코먼 전압을 검출할 수 있다. 단, 도 9의 홀 신호 피드백 네트워크(47) 쪽이 제1 내지 제4 홀 소자(11, 12, 41, 42)의 프로세스 구배의 영향을 고려할 수 있는 점에서, 도 10의 홀 신호 피드백 네트워크(49)보다 바람직하다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제4 Gm 증폭기 Gm1 내지 Gm4의 gm값 gm1, gm2, gm3, gm4와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb의 비가 안정되므로, (9) 식으로 나타나는 홀 기전력 신호 검출 회로의 이득(게인)도 안정되어, 게인 에러를 저감하는 효과도 얻어진다.

또한, 도 10에 도시하는 복수 홀 코먼 전압 산출부(49a)에서는, 차동 신호 A1의 정상 성분 Va1_p와 차동 신호 A3의 역상 성분 Va3_n으로부터 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 연산하고 있지만, 예를 들어 차동 신호 A2의 정상 성분과 차동 신호 A4의 역상 성분 등, 스파이크 성분의 극성이 서로 다른 2개의 신호를 사용해서 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 연산해도 된다.

또한, 제2 실시 형태의 설명에 있어서는, 복수 홀 코먼 전압 제어부(47b)가, 비교부(111)와 가변 전류원(112)을 1개씩 갖는 경우에 대해서 설명했지만 이것에 한정하는 것은 아니다. 비교부(111)와 가변 전류원(112)은, 홀 소자 구동 보정 전류 Ibias1a, Ibias2a, Ibias3a 및 Ibias4a마다 구비해도 된다.

또한, 제2 실시 형태의 설명에 있어서는, 차동 신호 A1, A2의 정상 성분과, 차동 신호 A3, A4의 역상 성분을 받고, 평균 코먼 전압 Vhcom_pl을 산출하는 심플한 형태를 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 스피닝 커런트 스위치로부터 출력되는 차동 신호의 정상 성분과 부상 성분이 입력되는 홀 코먼 전압 산출부를, 스피닝 커런트 스위치마다 설치하고, 산출된 홀 코먼 전압의 각각과, 기준 전압 Vcom을 비교하여, 각각의 홀 소자에 대하여, 홀 소자 구동 보정 전류를 공급하는 형태여도 된다.

여기서, 제2 실시 형태에 있어서, 제3 스피닝 커런트 스위치(43)가 제3 구동 전류 공급부에 대응하고, 제4 스피닝 커런트 스위치(44)가 제4 구동 전류 공급부에 대응하고, 홀 신호 피드백 네트워크(47)가 제1 피드백 제어부에 대응하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 피드백부에 대응하고 있다. 또한, 피드백 초퍼 스위치(21)가 변조 스위치에 대응하고, 가산 노드(48)가 전류 가산부에 대응하고, 초퍼 스위치(18)가 복조 스위치에 대응하고, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 기준 신호 생성 회로에 대응하고 있다.

(제3 실시 형태)

도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 다른 점은, 도 11에 도시하는 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 도 6에 나타내는 홀 기전력 신호 검출 회로에 포함되는 출력단(19) 대신에 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 출력단(51)을 갖고, 또한 출력 신호 피드백 네트워크(20)와는 다른 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)를 구비한 점이다.

제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)는, 예를 들어 코먼 모드 피드백 증폭기로 구성된다. 그리고, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)는, 차동 신호 E와, 기준 신호 Vcom을 받고, 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 출력단(51)에 출력 코먼 전압 컨트롤 신호 Vout_com_ctrl을 공급한다. 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 출력단(51)은, 출력 코먼 전압 컨트롤 신호 Vout_com_ctrl을 받고, 차동 신호 E의 코먼 전압 Vout_com, 즉 Vout_p와 Vout_n의 중간 전위를 기준 신호 Vcom에 일치시킨다.

즉, 도 11의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 공급하는 기준 신호와, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)에 공급하는 기준 신호를 Vcom에 일치시킴으로써, 차동 신호 E의 코먼 전압 Vout_com을 기준 신호 Vcom에 일치시킨 것이다.

여기서, 제3 실시 형태의 설명에 있어서, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 출력하는 기준 신호 Vcom은, 예를 들어 홀 기전력 신호 검출 회로에 공급하는 전원 전압을 VDD라 했을 때, VDD/2이다.

이와 같이 홀 기전력 신호 검출 회로를 구성함으로써, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 수 있다. 이하에, 그 설명을 행한다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태, 도 8에 나타내는 제2 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 신호 피드백 네트워크(20) 내의 저항 R11, R12, R21 및 R22에 미스매치가 존재한 경우, 즉 R11≠R21, R12≠R22일 때, 차동 신호 E에 오프셋이 발생한다. 즉, 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 단자, 즉 출력단(19)의 출력 단자로부터, 오프셋 전류 Ioffa, Ioffb가 발생해 버리기 때문에, 차동 신호 E에 오프셋이 발생한다. 따라서, 오프셋 전류의 발생을 억제하기 위해서, 저항 R11, R12, R21, R22의 각 저항값을 크게 하면, 피드백 루프의 신호 패스, 즉 차동 신호 E로부터 차동 신호 F, G, B, C, D, E의 신호 패스의 시상수를 크게 해버린다. 그 결과, 스파이크의 발생 기간이 연장되어, 제2 스파이크 신호가 커진다. 즉, 차동 신호 E로부터 차동 신호 F, G, B, C, D, E의 신호 패스의 시상수는 저항값에 비례하기 때문에, 스파이크의 발생 기간이 길어진다.

따라서, 도 11에 도시하는 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 같이, 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 공급하는 기준 신호와, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)에 공급하는 기준 신호를 Vcom에 일치시킴으로써, 차동 신호 E의 코먼 전압 Vout_com을 기준 신호 Vcom에 일치시킨다. 그 결과, 홀 기전력 신호 검출 회로의 출력 단자, 즉 출력단(19)의 출력 단자로부터 기준 신호 Vcom으로 흐르는 오프셋 전류가 발생하지 않게 되어, 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 포함되는 각 저항 R11, R12, R21 및 R22의 저항값을 작게 할 수 있다. 즉, 피드백 루프의 신호 패스의 시상수를 작게 할 수 있다.

제2 스파이크 신호의 발생 원인은, 전술한 바와 같이, 메인의 신호 패스, 즉 차동 신호 A1, A2로부터, 차동 신호 B, C, D, E의 신호 패스와 피드백 루프의 신호 패스의 주파수 특성의 차이에 의한다. 메인의 신호 패스의 시상수는, 홀 소자의 출력 저항과 스피닝 커런트 스위치에 있어서의 기생 용량이 주요인이며, 피드백 루프의 신호 패스의 시상수는, 저항 R11, R21과 피드백 초퍼 스위치(21)에 있어서의 기생 용량이 주요인이다. 본 실시 형태에 있어서는, 전술한 바와 같이, 저항 R11, R21의 변경이 가능해진다. 따라서, 예를 들어 홀 소자의 출력 저항값과, 저항 R11, R21의 저항값을 같게 해 두면, 메인의 신호 패스와 피드백 루프의 신호 패스의 시상수를 작게, 또한 일치시킬 수 있다. 즉, 제2 스파이크 신호의 발생과 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)는, 예를 들어 코먼 모드 피드백 회로를 이용할 수 있다. 코먼 모드 피드백 회로 즉 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)는, 차동 신호 E의 Vout_p와 Vout_n의 평균값 Vout_ave를 산출하고, Vout_ave가 기준 신호 Vcom에 일치하는 Vout_com_ctrl을 출력한다.

이상 설명한 바와 같이, 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 스피닝 커런트법에 의해 구동된 복수의 홀 소자와, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로에, 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 출력단(51)과, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)를 더 설치한 경우에 대해서 설명했지만, 제2 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로에 적용할 수도 있다. 그 경우도 제3 실시 형태와 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 제3 실시 형태에 있어서, 홀 신호 피드백 네트워크(31)가 제1 피드백 제어부에 대응하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 피드백부에 대응하고, 피드백 초퍼 스위치(21)가 변조 스위치에 대응하고 있다. 또한, 가산 노드(24)가 전류 가산부에 대응하고, 초퍼 스위치(18)가 복조 스위치에 대응하고, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 기준 신호 생성 회로에 대응하고 있다. 또한, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(52)가 제2 피드백 제어부에 대응하고 있다.

(제4 실시 형태)

도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 다른 점은, 제4 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 도 6에 나타내는 증폭단(17) 대신에 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 증폭단(61)을 구비하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)와는 다른 제2 출력 신호 피드백 네트워크(62)를 구비한 점이다.

제2 출력 신호 피드백 네트워크(62)는, 제3 실시 형태에 있어서의 출력 신호 피드백 네트워크(52)와 동등한 기능 구성을 갖고, 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 증폭단(61)에 출력 코먼 전압 컨트롤 신호 Vout_com_ctrl을 공급한다. 출력 코먼 전압 제어 단자를 구비한 증폭단(61)은, 출력 코먼 전압 컨트롤 신호 Vout_com_ctrl을 받고, 차동 신호 E의 코먼 전압 Vout_com, 즉 Vout_p와 Vout_n의 중간 전위를 기준 신호 Vcom에 일치시키도록, 차동 신호 C를 초퍼 스위치(18)에 공급한다. 초퍼 스위치(18)는 차동 신호 C를 받고, 초퍼 클럭 Fchop에 의해 복조된 차동 신호 D를 출력단(19)에 공급한다. 출력단(19)은 차동 신호 D를 받고, 코먼 전압 Vout_com이 Vcom에 일치한 차동 신호 E를 출력한다.

여기서, 제4 실시 형태의 설명에 있어서, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 출력하는 기준 신호 Vcom은, 예를 들어 홀 기전력 신호 검출 회로에 공급하는 전원 전압을 VDD라 했을 때, VDD/2이다.

이와 같은 구성을 갖는 결과, 제4 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 마찬가지로, 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 공급하는 기준 신호와, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(62)에 공급하는 기준 신호를 Vcom에 일치시킨다. 그 결과, 차동 신호 E의 코먼 전압 Vout_com을 기준 신호 Vcom에 일치시킬 수 있다. 그로 인해, 제3 실시 형태와 마찬가지 이유에 의해, 고정밀도의 홀 기전력 신호 검출의 장해가 되는 스파이크 형상의 오차 신호의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제4 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로에, 증폭단(61)과 제2 출력 신호 피드백 네트워크(62)를 더 설치한 경우에 대해서 설명했지만, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로에 적용하는 것도 가능하며, 이 경우도 제4 실시 형태와 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 제4 실시 형태에 있어서, 홀 신호 피드백 네트워크(31)가 제1 피드백 제어부에 대응하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 피드백부에 대응하고 있다. 또한, 피드백 초퍼 스위치(21)가 변조 스위치에 대응하고, 가산 노드(24)가 전류 가산부에 대응하고, 초퍼 스위치(18)가 복조 스위치에 대응하고, 피드백 네트워크 컨트롤러(32)가 기준 신호 생성 회로에 대응하고 있다. 또한, 제2 출력 신호 피드백 네트워크(62)이 제3 피드백 제어부에 대응하고 있다.

(제5 실시 형태)

도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 6에 나타내는 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로와 다른 점은, 제5 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로는, 피드백 네트워크 컨트롤러(71)가, 제1 기준 신호 Vcom1을 홀 신호 피드백 네트워크(31)에 공급하고, 제2 기준 신호 Vcom2를 출력 신호 피드백 네트워크(20)에 공급하는 피드백 네트워크 컨트롤러인 점이다.

도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 피드백 네트워크 컨트롤러(71)의 구성을 도시하는 도면이다.

도 14의 피드백 네트워크 컨트롤러(71)는, 기준 신호 발생원을 구비하고, 기준 신호 발생원은, 예를 들어 온도 특성을 갖는 1개의 전압원(72)과 분압 회로(73)로 구성된다. 분압 회로(73)는 전압원(72)의 출력 전압 Vref를 받고, 전압이 다른 제1 기준 신호 Vcom1과 제2 기준 신호 Vcom2를 생성한다. 전압원(72)은, 예를 들어 온도에 대하여 출력 변동이 작은 밴드 갭 회로를 이용해서 구성되거나, 혹은 온도에 대하여 단조 감소 혹은 증가하는 전압 발생 회로를 이용해서 구성된다. 분압 회로(73)는 예를 들어 저항 래더로 구성되며, 제1 기준 신호 Vcom1과 제2 기준 신호 Vcom2는 저항 분할을 통해서 생성된다.

이와 같이 피드백 네트워크 컨트롤러(71)를 구성했으므로, 제1 기준 신호 Vcom1과 제2 기준 신호 Vcom2는, 다른 전압이면서 그 온도 변동 특성은 동일하다.

홀 신호 피드백 네트워크(31)는, 복수의 홀 소자(11, 12)의 홀 코먼 전압 Vhcom1, Vhcom2를 기준 신호 Vcom1에 일치시킬 수 있으므로, 각 홀 소자(11, 12)로부터의 차동 신호를 받는 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2에의 입력 신호의 직류 전위를 일치시킬 수 있다. 즉, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 동작점을 일치시킬 수 있다. 따라서, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 gm값이 항상 같아지므로, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 출력 단부를 접속한 가산 노드(24)에서의 역극성의 스파이크 신호에 의한 캔슬의 미스를 방지하여, 출력에서의 제1 스파이크의 변동을 억제할 수 있다.

한편, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb는 제2 기준 신호 Vcom2에 의해 제어되고 있다. 그로 인해, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 동작점과, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 동작점은 다르다. 그러나, 그 온도 변동 특성은 동일하기 때문에, 제1과 제2 Gm 증폭기 Gm1, Gm2의 동작점과, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 동작점의 온도 변동 특성은 동일하다. 즉, 동작점이 다르더라도, gm1과 gmfb의 비와, gm2와 gmfb의 비의 온도 변동은 안정되어 있다. 따라서, 출력에서의 제2 스파이크 신호의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제5 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 전압원(72)을 온도에 대하여 단조 감소 혹은 증가하는 전압 발생 회로를 이용해서 구성하면, 제1 기준 신호 Vcom1과 제2 기준 신호 Vcom2는, 온도에 대하여 단조 감소, 혹은 증가로 할 수 있다. 그로 인해, 각 Gm 증폭기의 gm값의 온도 변동을 없애도록, 동작점의 온도 변동량을 제어할 수도 있다. 이러한 경우에도, 동작점이 다르더라도, gm1과 gmfb의 비와, gm2와 gmfb의 비의 온도 변동을 안정시킬 수 있다. 따라서, 출력에서의 제2 스파이크 신호의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제5 실시 형태에 있어서는, 제1과 제2 Gm 증폭기의 gm값 gm1, gm2와, 피드백용 Gm 증폭기 Gmfb의 gm값 gmfb의 비가 안정되므로, (4) 식으로 나타나는 홀 기전력 신호 검출 회로의 이득(게인)도 안정되어, 게인 에러를 저감하는 효과도 얻어진다.

또한, 제5 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로의 피드백 네트워크 컨트롤러로부터, 홀 신호 피드백 네트워크에 공급하는 기준 신호와, 출력 신호 피드백 네트워크에 공급하는 기준 신호가, 다른 전압이지만, 동일한 온도 변동 특성을 갖는 경우에 대해서 설명했다. 마찬가지로, 제2 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 홀 기전력 신호 검출 회로에 적용하는 것도 가능하고, 이 경우에도 제5 실시 형태와 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 제5 실시 형태에 있어서, 홀 신호 피드백 네트워크(31)가 제1 피드백 제어부에 대응하고, 출력 신호 피드백 네트워크(20)가 피드백부에 대응하고, 피드백 초퍼 스위치(21)가 변조 스위치에 대응하고 있다. 또한, 가산 노드(24)가 전류 가산부에 대응하고, 초퍼 스위치(18)가 복조 스위치에 대응하고, 피드백 네트워크 컨트롤러(71)가 기준 신호 생성 회로에 대응하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 복수의 홀 소자를 스피닝 커런트법으로 구동한, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용한 홀 기전력 신호 검출 회로에 있어서, 홀 신호 피드백 네트워크를 준비하고, 홀 신호 피드백 네트워크와, 출력 신호 피드백 네트워크에, 피드백 네트워크 컨트롤러로부터 기준 신호를 공급함으로써, 스파이크 신호의 변동을 억제하는 것이다. 또 다른 형태에서는 더욱더 제2 출력 신호 피드백 네트워크에 피드백 네트워크 컨트롤러로부터 기준 신호를 공급함으로써, 스파이크 신호의 변동을 억제하는 것이다. 또한, 다른 형태에 있어서는, 홀 신호 피드백 네트워크와, 출력 신호 피드백 네트워크에, 피드백 네트워크 컨트롤러로부터 각각 동일한 온도 변동 특성을 갖는 제1 기준 신호와 제2 기준 신호를 공급함으로써, 스파이크 신호의 변동을 억제하는 것이다.

또한, 이상의 본 발명의 실시 형태의 설명에 있어서, 홀 소자를 구동하는 스피닝 커런트법은, 0도 방향과 90도 방향 사이에서 구동 전류 방향을 전환하는 제1 스피닝 커런트법과, 270도 방향과 180도 방향 사이에서 구동 전류 방향을 전환하는 제2 스피닝 커런트법을 조합한 것으로 해서 설명했다. 그러나, 이 방법의 조합에 한하지 않고 실시 가능한 것은 물론이다. 홀 소자를 구동하는 스피닝 커런트법에 의해 발생하는 스파이크의 극성이, 서로 역극성이 되는 조합이면 된다. 예를 들어, 제1 홀 소자는, 0도 방향, 90도 방향, 270도 방향, 180도 방향의 순으로 구동 전류 방향을 전환하고, 제2 홀 소자는, 270도 방향, 180도 방향, 0도 방향, 90도 방향의 순으로 구동 전류 방향을 전환해도 된다.

또한, 모든 실시 형태에 있어서, 자속 밀도는 모두 동일한 방향으로부터 홀 소자로 입사하는 경우로서 설명했지만, 그것에 한하지 않고 서로 다른 방향으로부터 입사하는 경우에도 실시 가능하다. 예를 들어, 실리콘 기판의 표면으로부터 제1 홀 소자로 자속 밀도가 입사하고, 실리콘 기판의 이면으로부터 제2 홀 소자로 자속 밀도가 입사하는 경우여도 된다. 이러한 경우에도 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 모든 실시 형태에 있어서, 피드백 네트워크 컨트롤러로부터의 기준 신호는, 홀 신호 피드백 네트워크, 출력 신호 피드백 네트워크에, 버퍼 증폭기를 통해서 공급되어도 된다. 또한, 제3, 제4 형태에 있어서도, 기준 신호는 버퍼 증폭기를 통해서 제2 출력 신호 피드백 네트워크에 공급되고 있어도 된다.

또한, 피드백 네트워크 컨트롤러로부터의 기준 신호는, 전압이 시간 평균적으로 일치하고 있으면 동일한 기준 신호이며, 순간적인 노이즈 등에 의한 전압 변동이 있는 경우에도 동일한 기준 신호로 해도 된다. 즉, 전술한 바와 같이 피드백 네트워크 컨트롤러로부터 각 피드백 네트워크로의 입력까지 버퍼 증폭기 등의 회로를 통한 경우에도, 각 피드백 네트워크에의 입력 전압이 시간 평균적으로 일치하고 있는 것이면, 동일한 기준 신호로 해도 된다. 또한, 버퍼 증폭기의 입출력 신호가 일치하도록 제어되고 있는 경우에는, 입출력 신호는 동일한 기준 신호로 해도 된다.

또한, 모든 실시 형태에 있어서 피드백 네트워크 컨트롤러는, 더욱더 홀 기전력 신호 검출 회로가 실장되는 IC 패키지에 의한 응력에 의해 발생하는, 복수의 트랜스컨덕턴스 증폭기의 gm값의 변동 영향을 없애도록 동작점을 제어하는 것이 가능한 신호를 기준 신호(제5 실시 형태에 있어서는 제1과 제2 기준 신호)에 중첩시켜서 공급해도 된다. 이러한 변형도 본 발명에 포함된다.

또한, 본 발명의 실시 형태는 모두 실리콘 홀 소자를 사용한 경우에 대해서 설명했지만, GaAs, InSb 등의 화합물 반도체 홀 소자를 적용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은, 지금까지 기재된 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경이 있어도, 본 발명에 포함된다. 즉, 당업자라면 이룰 수 있을 각종 변형이나 수정을 포함하는 것은 물론이다.

또한, 본 발명의 범위는, 도시되어 기재된 예시적인 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 목적으로 하는 것과 균등한 효과를 초래하는 모든 실시 형태도 포함한다. 또한, 본 발명의 범위는, 모든 개시된 각각의 특징 중 특정한 특징의 모든 원하는 조합에 의해 의도될 수 있다.

11, 12, 41, 42 : 홀 소자
13, 14, 43, 44 : 스피닝 커런트 스위치
15, 16, 45, 46 : 홀 소자 구동 전류원
17 : 증폭단
18 : 초퍼 스위치
19, 51 : 출력단
20, 62 : 출력 신호 피드백 네트워크
21 : 피드백 초퍼 스위치
22 : 발진기
23 : 초퍼 클럭 생성기
24, 48 : 가산 노드
31, 47, 49 : 홀 신호 피드백 네트워크
31a, 47a : 복수 홀 코먼 전압 산출부
31b, 47b : 복수 홀 코먼 전압 제어부
101, 111, 121 : 비교부
102, 112, 122 : 가변 전류원

Claims (13)

1. 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와,
   복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와,
   상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와,
   상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와,
   상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와,
   상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와,
   상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와,
   출력 전압과 상기 기준 전압의 차를 분압한 전압을 피드백하는 피드백부와,
   상기 분압한 전압을 변조하는 변조 스위치와,
   상기 변조된 전압을 피드백 전류로 변환하는 피드백용 Gm 증폭기와,
   상기 제1 전류와 상기 제2 전류와 상기 피드백 전류를 가산하는 전류 가산부와,
   상기 전류 가산부의 출력 신호를 복조하는 복조 스위치와,
   상기 복조 스위치에서 복조한 신호를 증폭해서 상기 출력 전압으로서 출력하는 출력단과,
   상기 기준 전압을 생성하는 기준 신호 생성 회로
   를 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 피드백 제어부는,
   상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 평균 코먼 전압을 산출하는 복수 홀 코먼 전압 산출부와,
   복수 홀 코먼 전압 제어부를 구비하고,
   상기 복수 홀 코먼 전압 제어부는,
   상기 복수 홀 코먼 전압 산출부에서 산출한 평균 코먼 전압과 상기 기준 전압의 비교 결과에 따라서, 상기 평균 코먼 전압과 상기 기준 전압을 일치시키는 복수 홀 코먼 전압 제어 신호를 출력하는 비교기와,
   당해 비교기로부터 출력되는 상기 복수 홀 코먼 전압 제어 신호에 기초하여 홀 구동 보정 전류를 생성하고 상기 제1 구동 전류 공급부 및 상기 제2 구동 전류 공급부에 출력하는 가변 전류원을 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
3. 제1항에 있어서,
   복수의 단자를 갖는 제3 홀 소자와,
   복수의 단자를 갖는 제4 홀 소자와,
   상기 제3 홀 소자에 제3 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제3 홀 소자의 복수의 단자에 상기 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제3 구동 전류 공급부와,
   상기 제4 홀 소자에 제4 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제4 홀 소자의 복수의 단자에 상기 제2 순으로 구동 전류를 공급하는 제4 구동 전류 공급부와,
   상기 제3 홀 기전력 신호를 제3 전류로 변환하는 제3 Gm 증폭기와,
   상기 제4 홀 기전력 신호를 제4 전류로 변환하는 제4 Gm 증폭기
   를 더 구비하고,
   상기 제1 피드백 제어부는,
   상기 제1, 상기 제2, 상기 제3 및 상기 제4 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 상기 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하고,
   상기 전류 가산부는,
   상기 제1, 상기 제2, 상기 제3 및 상기 제4 전류와 상기 피드백 전류를 가산하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 피드백 제어부는,
   상기 제1, 상기 제2, 상기 제3 및 상기 제4 홀 기전력 신호의 평균 코먼 전압을 산출하는 복수 홀 코먼 전압 산출부와,
   복수 홀 코먼 전압 제어부를 구비하고,
   상기 복수 홀 코먼 전압 제어부는,
   상기 복수 홀 코먼 전압 산출부에서 산출한 평균 코먼 전압과 상기 기준 전압의 비교 결과에 따라서, 상기 평균 코먼 전압과 상기 기준 전압을 일치시키는 복수 홀 코먼 전압 제어 신호를 출력하는 비교기와,
   당해 비교기로부터의 복수 홀 코먼 전압 제어 신호에 기초하여 홀 구동 보정 전류를 생성하고, 상기 제1, 상기 제2, 상기 제3 및 상기 제4 구동 전류 공급부에 출력하는 가변 전류원을 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 피드백 제어부는,
   상기 제1, 상기 제2, 상기 제3 및 상기 제4 홀 기전력 신호 중, 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 서로 다른 2개의 신호에 기초하여, 상기 피드백 제어하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 출력 전압과 상기 기준 전압을 입력하고, 상기 출력단의 코먼 전압이 상기 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제2 피드백 제어부를 더 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전류 가산부에서 가산된 전류를 전압으로 변환해서 증폭하고, 상기 복조 스위치에 출력하는 증폭단을 더 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
8. 제7항에 있어서,
   상기 증폭단은 코먼 전압 조정 단자를 갖고,
   상기 출력 전압과 상기 기준 전압을 입력하고, 상기 출력단의 코먼 전압이 상기 기준 전압과 일치하도록 상기 코먼 전압 조정 단자에 제어 신호를 피드백하는 제3 피드백 제어부를 더 구비하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
9. 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와,
   복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와,
   상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와,
   상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와,
   상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 제1 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와,
   상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와,
   상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와,
   출력 전압과 제2 기준 전압의 차를 분압한 전압을 피드백하는 피드백부와,
   상기 분압한 전압을 변조하는 변조 스위치와,
   상기 변조된 전압을 피드백 전류로 변환하는 피드백용 Gm 증폭기와,
   상기 제1 전류와 상기 제2 전류와 상기 피드백 전류를 가산하는 전류 가산부와,
   상기 전류 가산부의 출력 신호를 복조하는 복조 스위치와,
   상기 복조 스위치에서 복조한 신호를 증폭해서 상기 출력 전압으로서 출력하는 출력단과,
   상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압을 생성하는 기준 신호 생성 회로를 구비하고, 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압은, 소정의 출력 온도 특성을 갖는 단일의 전압원에 기초하여 생성되는 홀 기전력 신호 검출 회로.
10. 제9항에 있어서, 상기 전압원의 출력 온도 특성은, 일정한 홀 기전력 신호 검출 회로.
11. 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와,
    복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와,
    상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와,
    상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와,
    상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록, 상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 평균 코먼 전압을 산출하고, 산출한 평균 코먼 전압에 기초하여, 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와,
    상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와,
    상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와,
    상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 가산하는 전류 가산부와,
    상기 전류 가산부로부터의 출력 신호를 증폭해서 출력하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
12. 복수의 단자를 갖는 제1 홀 소자와,
    복수의 단자를 갖는 제2 홀 소자와,
    상기 제1 홀 소자에 제1 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 상기 제1 홀 소자의 복수의 단자에 제1 순으로 구동 전류를 공급하는 제1 구동 전류 공급부와,
    상기 제2 홀 소자에 제2 홀 기전력 신호를 생성시키기 위해서, 해당 제2 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성이 상기 제1 홀 기전력 신호에 중첩하는 스파이크 성분의 극성과 반대로 되는 제2 순으로 상기 제2 홀 소자의 복수의 단자에 구동 전류를 공급하는 제2 구동 전류 공급부와,
    상기 제1 및 상기 제2 홀 기전력 신호의 코먼 전압이 기준 전압과 일치하도록 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와,
    상기 제1 홀 기전력 신호를 제1 전류로 변환하는 제1 Gm 증폭기와,
    상기 제2 홀 기전력 신호를 제2 전류로 변환하는 제2 Gm 증폭기와,
    상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 가산하는 전류 가산부와,
    상기 전류 가산부로부터의 출력 신호를 증폭해서 출력하는 홀 기전력 신호 검출 회로.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 홀 기전력 신호 검출 회로를 갖는 전류 센서.

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