TWI444642B - Magnetic sensing circuit - Google Patents

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Description

磁感測電路
本發明係有關感測磁氣之磁感測電路。
伴隨著攜帶式通訊機器等的小型化，具有折疊機構的機器正增加著。於檢測折疊機構之狀態的方法中，是有使用磁石與磁感測電路者。磁感測電路係於使用矽基板之半導體IC上一體構成磁氣檢出元件與訊號處理電路時，一般是使用霍爾元件來作為磁氣檢出元件。圖5係使用霍爾元件之磁感測電路圖(參閱專利文獻1)。
圖5之磁感測電路係具備有：輸入有與貫穿霍爾元件1之順向磁束具有單調遞增關係的霍爾電壓之附有遲滯(hysteresis)功能的比較器電路7，以及輸入有與貫穿霍爾元件1之逆向磁束具有單調遞增關係的霍爾電壓之附有遲滯功能的比較器電路8；且構成取得各輸出的邏輯和之電路。從而，無關於磁石的磁場極性，可以感測出磁石是否位於接近位置。
圖5的磁感測電路之貫穿霍爾元件的磁束與輸出訊號的關係是如圖6所示。
[專利文獻1]日本特開2005-260629號專利公報
但是，在以往的磁感測電路中，因為使用了2個比比較器電路還要複雜的構成之附有遲滯功能的比較器電路，因此成為了電路規模變大、消耗電流增加、或是成本增加的要因。
本發明係為了解決上述課題而費心研究者，實現一種使用簡便的電路，抑制消耗電流增加或成本增加之磁感測電路。
本發明之磁感測電路係一種磁感測電路，具備：霍爾元件，和比較對應於貫穿霍爾元件的磁束之霍爾電壓與臨限值電壓之比較器電路，和由比較器電路的輸出訊號來決定磁感測電路的輸出邏輯之輸出邏輯決定電路，和藉由輸出邏輯決定電路所輸出的資料訊號來決定臨限值電壓之臨限值電壓控制電路，和藉由臨限值電壓控制電路所輸出的資料訊號來輸出比較器電路的臨限值電壓之臨限值電壓輸出電路。
根據本發明之磁感測電路，可構成無須使用2個複雜構成之附有遲滯功能的比較器電路，而僅使用1個比較器電路之磁感測電路，而且可以提供抑制消耗電流增加或是成本增加之磁感測電路。
 [實施例]
圖1係本實施型態之磁感測電路的電路圖。
本實施型態之磁感測電路，係具備有：比較器電路11、輸出邏輯決定電路12、臨限值電壓控制電路13、以及臨限值電壓輸出電路14。
由未圖示之霍爾元件及放大電路，提供對應貫穿霍爾元件的磁束之霍爾電壓至輸入端子IN。為方便起見，在本實施型態中，貫穿霍爾元件的順向(N極)磁束變大的話，該霍爾電壓也會變大。該霍爾電壓係於貫穿霍爾元件的磁束為零時，以成為特定的值的方式予以設定。亦即放大霍爾電壓之未圖示的放大電路的輸出動作點為於貫穿霍爾元件的磁束為零時，以成為特定的值的方式予以設定。為方便起見，在本實施型態中，係以特定的值為電源電壓Vdd之一半的值，亦即為Vdd/2的方式予以設定。
比較器電路11係對輸入端子IN的電壓與臨限值電壓輸出電路14所輸出的電壓進行比較動作。輸出邏輯決定電路12係藉由比較器電路11的輸出訊號與時脈訊號CLK1、2、3，將磁感測電路的輸出訊號輸出到磁感測電路的輸出端子OUT。更進一步，輸出邏輯決定電路12係輸出成為用以決定臨限值電壓輸出電路14的臨限值電壓之依據的資料訊號。臨限值電壓控制電路13係藉由輸出邏輯決定電路12所輸出的資料訊號與時脈訊號CLK4，輸出決定臨限值電壓輸出電路14所輸出的臨限值電壓之控 制訊號。臨限值電壓輸出電路14係藉由臨限值電壓控制電路13的控制訊號與時脈訊號CLK1、2，輸出適當的臨限值電壓於比較器電路11。
圖3係顯示時脈訊號CLK1、2、3、4之時序之波形圖。時脈訊號CLK1、2、3、4係依序為反覆彼此不會與其他相重疊的脈衝者。將時脈訊號CLK1為H的期間作為第1期間，將時脈訊號CLK2為H的期間作為第2期間，將時脈訊號CLK3為H的期間作為第3期間，將時脈訊號CLK4為H的期間作為第4期間。
於第1期間，臨限值電壓輸出電路14係輸出比Vdd/2還高、對於順向(N極)磁束之第1臨限值電壓；輸出邏輯決定電路12係將比較器電路11的輸出邏輯進行閂鎖動作。
於第2期間，臨限值電壓輸出電路14係輸出比Vdd/2還低、對於逆向(S極)磁束之第2臨限值電壓；輸出邏輯決定電路12係將比較器電路11的輸出邏輯進行閂鎖動作。
於第3期間，輸出邏輯決定電路12係由於第1期間已進行閂鎖動作之比較器電路11的輸出邏輯、與於第2期間已進行閂鎖動作之比較器電路11的輸出邏輯，來決定作為磁感測電路之輸出邏輯，把這些輸出到磁感測電路的輸出端子OUT。例如，順向(N極)或逆向(S極)的磁束為強的話就輸出H，為弱時就輸出L。
於第4期間，臨限值電壓控制電路13係將由輸出邏 輯決定電路12所輸出的資料訊號來決定接下來的第1期間之第1臨限值電壓、以及接下來的第2期間之第2臨限值電壓之控制訊號，輸出到臨限值電壓輸出電路14。
輸出邏輯決定電路12、臨限值電壓控制電路13、以及臨限值電壓輸出電路14係利用例如示於圖2之電路來實現。
輸出邏輯決定電路12係由：於第1期間對比較器電路11的輸出邏輯進行閂鎖動作之記憶電路21；於第2期間對比較器電路11的輸出邏輯進行閂鎖動作之記憶電路22；反相器電路23；由於第1期間已進行閂鎖動作之比較器電路11的輸出邏輯、與於第2期間已進行閂鎖動作之比較器電路11的輸出邏輯，來決定做為磁束磁感測電路的輸出邏輯之反相器電路23與邏輯或電路(or circuit)24；以及對邏輯或電路24的輸出進行閂鎖動作，來決定做為磁感測電路的輸出邏輯之記憶電路25所構成。
臨限值電壓控制電路13係由：產生用以由輸出邏輯決定電路12所輸出的資料訊號來決定接下來的第1期間之第1臨限值電壓、以及接下來的第2期間之第2臨限值電壓之資料訊號的邏輯電路31：以及對前述資料訊號進行閂鎖動作之記憶電路32；記憶電路33；記憶電路34；及記憶電路35所構成。
臨限值電壓輸出電路14係由：藉由臨限值電壓控制電路13所輸出的控制訊號予以ON/OFF控制(例如，控制訊號為H時ON)之切換器42、43、45、及46，藉由時 脈訊號CLK1予以ON/OFF控制之切換器41，藉由時脈訊號CLK2予以ON/OFF控制之切換器44，以及，藉由這些切換器所選擇之成為Vthno之電壓值的電壓源47、成為Vthnr之電壓值的電壓源48、成為Vthso之電壓值的電壓源49、成為Vthsr之電壓值的電壓源50所構成。
如上所述的磁感測電路係具有進行以下所示的動作，檢測貫穿霍爾元件的磁束而輸出檢測訊號之功能。
當較強的順向(N極)磁束貫穿霍爾元件時，比Vdd/2還要非常地高的電壓被輸入到端子IN。比較器電路11係於第1期間與第2期間均輸出H位準。記憶電路21係於第1期間對H位準進行閂鎖動作並輸出。記憶電路22係於第2期間對H位準進行閂鎖動作並輸出。邏輯或電路24的輸出因為變成H位準的緣故，記憶電路25係於第3期間對H位準進行閂鎖動作並輸出。亦即，當較強的順向(N極)磁束貫穿霍爾元件時，磁感測電路係輸出H位準。
當較強的逆向(S極)磁束貫穿霍爾元件時，比Vdd/2還要非常地低的電壓被輸入到端子IN。比較器電路11係於第1期間與第2期間均輸出L位準。記憶電路21係於第1期間對L位準進行閂鎖動作並輸出。記憶電路22係於第2期間對L位準進行閂鎖動作並輸出。邏輯或電路24的輸出因為變成H位準的緣故，記憶電路25係於第3期間對H位準進行閂鎖動作並輸出。亦即，當較強的逆向(S極)磁束貫穿霍爾元件時，磁感測電路係輸出H 位準。
貫穿霍爾元件的磁束為較弱、為零(或者是接近零)時，Vdd/2(或者是接近Vdd/2)電壓被輸入到端子IN。比較器電路11係於第1期間輸出L位準，於第2期間輸出H位準。記憶電路21係於第1期間對L位準進行閂鎖動作並輸出。記憶電路22係於第2期間對H位準進行閂鎖動作並輸出。邏輯或電路24的輸出因為變成L位準的緣故，記憶電路25係於第3期間對L位準進行閂鎖動作並輸出。亦即，當貫穿霍爾元件的磁束為零時，磁感測電路係輸出L位準。
接著，說明有關磁感測電路，為了具有如圖6所示的遲滯特性之必要的條件。所謂必要的條件，是為下述(1)~(3)之3條件。
(1)當較強的順向(N極)磁束貫穿霍爾元件1，而於磁感測電路的輸出端子OUT輸出有H位準時，於接下來的第1期間及接下來的第2期間，臨限值電壓輸出電路14對比較器電路11所輸出的臨限值電壓係為各自對應順向(N極)磁束BrpN、以及逆向(S極)磁束BopS的大小之臨限值電壓，亦即，是為Vthnr、及Vthso。
(2)當較強的順向(S極)磁束貫穿霍爾元件1，而於磁感測電路的輸出端子OUT輸出有H位準時，於接下來的第1期間及接下來的第2期間，臨限值電壓輸出電路14對比較器電路11所輸出的臨限值電壓係為各自對應順向(N極)磁束BopN、以及逆向(S極)磁束BrpS的大 小之臨限值電壓，亦即，是為Vthno、及Vthsr。
(3)當較弱的磁束貫穿霍爾元件1，而於磁感測電路的輸出端子OUT輸出有L位準時，於接下來的第1期間及接下來的第2期間，臨限值電壓輸出電路14對比較器電路11所輸出的臨限值電壓係，為各自對應順向(N極)磁束BopN、以及逆向(S極)磁束BopS的大小之臨限值電壓，亦即，是為Vthno、及Vthso。
為滿足以上3條件，把在圖2的電路中邏輯電路31應達成的真值表顯示於圖4。邏輯電路31係將記憶電路21的輸出訊號x1與記憶電路25的輸出訊號x2做為資料訊號來進行輸入，根據圖4的真值表，輸出決定比較器電路11的臨限值電壓之資料訊號y1、y2、y3、及y4。
亦即，臨限值電壓控制電路13係輸入輸出邏輯決定電路12所輸出的資料訊號x1、x2，藉由時脈訊號CLK4，輸出資料訊號y1、y2、y3、及y4至臨限值電壓輸出電路14。臨限值電壓輸出電路14係依照資料訊號y1、y2、y3、及y4來對切換器42、43、44、及45適當進行ON/OFF動作，來決定比較器電路11的臨限值電壓。藉由進行以上所示的磁感測電路的動作，變成可以具有如圖6所示的遲滯特性。
在此，圖2的磁感測電路的電路圖、以及圖4的邏輯電路31的真值表係為一例，本發明之磁感測電路並不限定於該電路及真值表。例如，記憶電路21、22、25、32、33、34、及35也可以以藉由切換器與電容所構成之一般 的取樣保持電路來代用之。又例如，將輸出邏輯決定電路12所輸出的資料訊號，於適用與在圖2所示的資料訊號相異之資料訊號的情形中，對邏輯電路31設定對應於該情形的真值表，若是依照這樣的話也是可以的。
又，在本實施型態，比較器電路11係做為在第1期間對於順向(N極)磁束進行比較動作，在第2期間對於逆向(S極)磁束進行比較動作之電路，但是，該相反的動作，亦即，當欲在第1期間對於逆向(S極)磁束進行比較動作、欲在第2期間對於順向(N極)磁束進行比較動作時，若適當地賦予輸出邏輯決定電路12等的構成的話，明確可得到與本實施型態同樣的效果。
又，在本實施型態中，賦予輸入端子IN之該霍爾電壓係貫穿霍爾元件之順向(N極)磁束愈大則愈大者，但是當在貫穿霍爾元件之逆向(S極)愈大則愈大的情況下，若適當地賦予輸出邏輯決定電路12等的構成的話，明確可得到與本實施型態同樣的效果。
其中，本實施型態之各種時脈訊號係可為以與磁感測電路相同的裝置所產生者，亦可為以磁感測電路外部裝置所產生者，有關於該產生並未有所限定。
又，本實施型態之各種電壓源可為例如將電源電壓利用複數個阻抗進行分壓而予以提供者，亦可為以其他的方法所產生者，有關於該產生並未有所限定。
如上所述，根據本發明之磁感測電路，不用使用複雜構成之附有遲滯功能的比較器電路，即可使用邏輯電路與 切換器來實現磁感測電路。從而，比起以往的磁感測電路，變成可以縮小電路規模，可以更進一步解決消耗電流增大或是成本增加的問題。
 [產業上的可利用性]
在使用霍爾元件之磁感測電路圖中，因為可以利用來檢出折疊機構的狀態的緣故，可以適用於具有折疊機構之攜帶式電話等的攜帶式通訊機器的用途上。
11‧‧‧比較器電路
12‧‧‧輸出邏輯決定電路
13‧‧‧臨限值電壓控制電路
14‧‧‧臨限值電壓輸出電路
CLK1‧‧‧時脈訊號
CLK2‧‧‧時脈訊號
CLK3‧‧‧時脈訊號
CLK4‧‧‧時脈訊號
IN‧‧‧輸入端子
OUT‧‧‧輸出端子
圖1，係本發明的實施型態之磁感測電路的方塊圖。
圖2，係本發明的實施型態之磁感測電路的電路圖。
圖3，係本發明的實施型態之磁感測電路的時脈訊號之說明圖。
圖4，係本發明的實施型態之磁感測電路的臨限值電壓控制電路之動作說明圖。
圖5，係以往的磁感測電路的方塊圖。
圖6，係貫穿磁感測電路的霍爾元件的磁束與輸出訊號的關係之說明圖。
11‧‧‧比較器電路
12‧‧‧輸出邏輯決定電路
13‧‧‧臨限值電壓控制電路
14‧‧‧臨限值電壓輸出電路

Claims (6)

  1. 一種磁感測電路，係感測磁氣之磁感測電路，其特徵為：具備有：霍爾元件；和比較器電路，係比較對應貫穿前述霍爾元件的磁束之霍爾電壓、與臨限值電壓；和輸出邏輯決定電路，係根據前述比較器電路的輸出訊號，具備有：藉由第一時脈訊號來記憶第一方向的磁氣強弱判定結果之第一記憶電路、藉由第二時脈訊號來記憶第二方向的磁氣強弱判定結果之第二記憶電路、以及藉由第三時脈訊號記憶由記憶於前述第一及第二記憶電路之第一方向的磁氣強弱判定結果及第二方向的磁氣強弱判定結果所決定之磁感測電路的輸出邏輯之第三記憶電路，來決定磁感測電路的輸出邏輯；和臨限值電壓控制電路，係藉由前述輸出邏輯決定電路所輸出的訊號，決定前述臨限值電壓；和臨限值電壓輸出電路，係藉由前述臨限值電壓控制電路所輸出的訊號，於前述比較器電路切換臨限值電壓並進行輸出；前述臨限值電壓輸出電路，係藉由第一、第二時脈訊號，於前述比較器電路切換前述臨限值電壓並進行輸出；前述輸出邏輯決定電路，係同步前述第一、第二及第三時脈訊號，並藉由前述比較器電路的輸出，來判定磁氣 強弱。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之磁感測電路，其中，前述輸出邏輯決定電路係將把前述第一記憶電路或前述第二記憶電路的訊號、與前述第三記憶電路的訊號輸出於前述臨限值電壓控制電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之磁感測電路，其中，前述臨限值電壓控制電路係藉由前述第一記憶電路或前述第二記憶電路的訊號、與前述第三記憶電路的訊號，來決定前述臨限值電壓，藉由第四時脈訊號，輸出於前述臨限值電壓輸出電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之磁感測電路，其中，前述臨限值電壓輸出電路係藉由第一時脈訊號，將對於第一方向的磁氣之臨限值電壓輸出到比較器電路，藉由第二時脈訊號，將對於第二方向的磁氣之臨限值電壓輸出到比較器電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之磁感測電路，其中，對應貫穿前述霍爾元件之磁束的霍爾電壓係當前述貫穿的磁束為零時，等於電源電壓的一半之電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之磁感測電路，其 中，前述臨限值電壓為利用將電源電壓藉由複數個阻抗進行分壓所產生。
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