TWI481890B - 磁性檢測電路 - Google Patents

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Description

磁性檢測電路
本發明係關於具有霍爾元件及其磁性偏移消除電路的磁性檢測電路，尤其係關於以比習知為更低電源電壓來進行動作的磁性檢測電路。
使用霍爾元件的磁性檢測電路係利用在設於霍爾元件四角隅的電極的對向電極間流通電流，當磁石接近時，會在未流通電流的剩餘對向電極間發生電位差的現象來檢測磁性。但是，在大部分的霍爾元件中，由於製造不一致，即使未接近磁石，亦會在該未流通電流的剩餘對向電極間發生電位差，如同磁石位於附近般而進行錯誤檢測。將無關於未接近該磁石卻進行檢測的磁性量稱為磁性偏移，用以消除該磁性偏移的即為磁性偏移消除電路。
第4圖係顯示習知之磁性檢測電路的方塊圖。
磁性檢測電路係具備有：霍爾元件100；用以切換電壓而施加至霍爾元件100的開關電路101、102、201、202；切換霍爾元件100的訊號且予以輸出的傳輸閘103、104、203、204；輸入霍爾元件100之訊號的放大器電路110；開關105及電容C1；及開關205及電容C2。
霍爾元件100的形狀係如正方形般呈上下左右對稱的形狀，俾以消除磁性偏移。電源端子係透過開關101而連接於霍爾元件100的電極a，透過開關201而連接於霍爾元件100的電極c。GND端子係透過開關202而連接於霍爾元件100的電極d，透過開關102而連接於霍爾元件100的電極b。放大器電路110的正輸入端子係透過傳輸閘203而連接於霍爾元件100的電極a，透過傳輸閘103而連接於霍爾元件100的電極c。放大器電路110的負輸入端子係透過傳輸閘104而連接於霍爾元件100的電極d，透過傳輸閘204而連接於霍爾元件100的電極b。放大器電路110的輸出端子係透過開關105而連接於電容C1，透過開關205而連接於電容C2。
藉由形成為上述構成，磁性檢測電路係以下所示進行動作而檢測磁性。
第1狀態係將開關101、102與傳輸閘103、104導通(ON)，將開關201、202與傳輸閘203、204關斷(OFF)，將開關105導通，將開關205關斷。在第1狀態下，電流由霍爾元件100的電極a流向電極b，與在霍爾元件100的電極c與電極d之間所發生的電位差成正比的電壓係被蓄積在電容C1。
第2狀態係將開關101、102與傳輸閘103、104關斷，將開關201、202與傳輸閘203、204導通，將開關105關斷，將開關205導通。在第2狀態下，電流由霍爾元件100的電極c流向電極d，與在霍爾元件100的電極a與電極b之間所發生的電位差成正比的電壓係被蓄積在電容C2。
在此，在電容C1係被蓄電有與磁性量成正比的電壓，在電容C2則被蓄積有與磁性偏移成正比的電壓。與被蓄電在電容C1的磁性量成正比的電壓相對於與被蓄電在電容C2的磁性量成正比的電壓，符號呈相反。與被蓄電在電容C1的磁性偏移成正比的電壓相對於與被蓄電在電容C2的磁性偏移成正比的電壓，符號呈相同。因此，若由電容C1的電壓減算電容C2的電壓，即可僅取出與磁性量成正比的電壓。亦即，可消除磁性偏移。
接著，針對傳輸閘的驅動方法加以敘述。為了將傳輸閘導通，對NMOS電晶體的閘極供予屬於電源電壓的高位準電壓，對PMOS電晶體的閘極供予屬於GND端子之電壓位準的低位準電壓。為了將傳輸閘關斷，對NMOS電晶體的閘極供予低位準電壓，同樣地對傳輸閘內的PMOS電晶體的閘極供予高位準電壓(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-260629號公報(第3圖)
在上述傳輸閘之驅動方法中，可在傳輸閘正在導通時通過的電壓係成為比PMOS電晶體的臨限值電壓的絕對值為高的電壓、或比由電源電壓減算NMOS電晶體的臨限值電壓後所得的值為低的電壓。例如，將電源電壓設為1.2V，將NMOS電晶體的臨限值設為0.7V，將PMOS電晶體的臨限值設為-0.7V。在習知之傳輸閘之驅動方法中，由電源電壓的1.2V減算NMOS電晶體的臨限值0.7V後所得的值的0.5V以上、PMOS電晶體的臨限值的絕對值的0.7V以下的電壓並無法通過傳輸閘。以解決該課題的方法而言，考慮降低NMOS電晶體的臨限值、或PMOS電晶體的臨限值的絕對值。但是，以該方法會發生傳輸閘的關斷漏電流增加，因關斷漏電流而使磁性檢測精度惡化的新的課題。
另一方面，可消除磁性偏移的霍爾元件的形狀係必須如正方形般呈上下左右對稱的形狀。若為該形狀，由霍爾元件所被輸出的電壓係成為電源電壓的二分之一附近。因此，若電源電壓為1.2V，霍爾元件的輸出電壓成為0.6V，在上述習知之傳輸閘的驅動方法中，並無法通過呈導通的傳輸閘。
亦即，在習知之磁性檢測電路中之傳輸閘之驅動方法中，若電源電壓降低，由於霍爾元件的電壓未透過傳輸閘而正確傳至放大器電路，因此會有無法檢測正確磁性量的課題。
本發明係鑑於上述課題而研創者，目的在提供一種即使電源電壓降低，亦可檢測正確磁性量之具有霍爾元件及其磁性偏移消除電路的磁性檢測電路。
為了解決上述課題，本發明提供一種磁性檢測電路，其特徵係具有將傳輸閘導通、關斷的驅動電路，驅動電路係在將傳輸閘導通時，以比電源電壓為高的電壓來驅動傳輸閘內的N通道型電晶體的閘極。
在本發明之磁性檢測電路中，在將放大器電路的輸入與霍爾元件之各電極的連接作切換的傳輸閘中，當將傳輸閘導通時，對NMOS電晶體的閘極施加比電源電壓為高的電壓，因此即使為低電源電壓，亦可將霍爾元件的電壓正確地傳至放大器電路，相較於習知技術，可以較低電源電壓來檢測正確的磁性量。
以下參照圖示，說明本發明之實施形態。
第1圖係顯示本發明之磁性檢測電路的方塊圖。本發明之磁性檢測電路係具備有：霍爾元件100；用以切換電源電壓且施加至霍爾元件100的開關電路101、102、201、202；由切換霍爾元件100的訊號且予以輸出的傳輸閘103、104、203、204所構成的傳輸閘群120；驅動傳輸閘群120的驅動電路130；輸入霍爾元件100之訊號的放大器電路110；開關105及電容C1；及開關205及電容C2。
霍爾元件100的形狀係如正方形般呈上下左右對稱的形狀，俾以消除磁性偏移。電源端子係透過開關101而連接於霍爾元件100的電極a，透過開關201而連接於霍爾元件100的電極c。GND端子係透過開關202而連接於霍爾元件100的電極d，透過開關102而連接於霍爾元件100的電極b。放大器電路110的正輸入端子係透過傳輸閘203而連接於霍爾元件100的電極a，透過傳輸閘103而連接於霍爾元件100的電極c。放大器電路110的負輸入端子係透過傳輸閘104而連接於霍爾元件100的電極d，透過傳輸閘204而連接於霍爾元件100的電極b。放大器電路110的輸出端子係透過開關105而連接於電容C1，透過開關205而連接於電容C2。
藉由形成為上述構成，本發明之磁性檢測電路係以下所示進行動作而檢測磁性。
第1狀態係將開關101、102與傳輸閘103、104導通(ON)，將開關201、202與傳輸閘203、204關斷(OFF)，將開關105導通，將開關205關斷。在第1狀態下，電流由霍爾元件100的電極a流向電極b，與在霍爾元件100的電極c與電極d之間所發生的電位差成正比的電壓係被蓄積在電容C1。
第2狀態係將開關101、102與傳輸閘103、104關斷，將開關201、202與傳輸閘203、204導通，將開關105關斷，將開關205導通。在第2狀態下，電流由霍爾元件100的電極c流向電極d，與在霍爾元件100的電極a與電極b之間所發生的電位差成正比的電壓係被蓄積在電容C2。
在此，在電容C1係被蓄電有與磁性量成正比的電壓，在電容C2則被蓄積有與磁性偏移成正比的電壓。與被蓄電在電容C1的磁性量成正比的電壓相對於與被蓄電在電容C2的磁性量成正比的電壓，符號呈相反。與被蓄電在電容C1的磁性偏移成正比的電壓相對於與被蓄電在電容C2的磁性偏移成正比的電壓，符號呈相同。因此，若由電容C1的電壓減算電容C2的電壓，即可僅取出與磁性量成正比的電壓。亦即，可消除磁性偏移。
接著說明傳輸閘群120的驅動方法。本發明之磁性檢測電路係具備有用以驅動傳輸閘群120的驅動電路130。驅動電路130係對呈導通之傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極供予比電源電壓為更高的電壓，對PMOS電晶體的閘極供予屬於GND端子之電壓位準的低位準電壓。此外，對呈關斷的傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極供予低位準電壓，對PMOS電晶體的閘極供予高位準電壓。
第2圖係顯示本發明之磁性檢測電路中之驅動電路130之一例的方塊圖。
驅動電路130係具備有發生比電源電壓為更高的電壓的驅動單元220。驅動單元220係具備有：供升壓切換之用的NMOS電晶體210及211；用以進行升壓的電容C3；及反相器電路IV1。NMOS電晶體210係汲極連接於電源端子，源極連接於NMOS電晶體211的汲極。NMOS電晶體211係源極連接於GND端子。電容C3的第1電極係連接於NMOS電晶體210與NMOS電晶體211的連接點。反相器電路IV1係輸入端子連接於電容C3的第2電極。第1輸出端子221係連接於電容C3的第1電極，第2輸出端子222係連接於反相器電路IV1的輸出端子。在NMOS電晶體210的閘極被輸入開關訊號Φ1，在NMOS電晶體211的閘極被輸入開關訊號Φ3，在電容C3的第2電極與反相器電路IV1的輸入端子被輸入開關訊號Φ2。第1輸出端子221係連接於傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極，第2輸出端子222係連接於傳輸閘內的PMOS電晶體的閘極。
第3圖係用以說明驅動電路之動作的時序圖。根據第3圖的時序圖，說明驅動電路130的動作。
期間t1係開關訊號Φ1為高位準，開關訊號Φ2與Φ3為低位準。在該期間t1，NMOS電晶體210呈導通，電容C3係被充電成由電源電壓減掉NMOS電晶體的臨限值所得的電壓。電容C3的電壓被輸出至第1輸出端子221，高位準被輸出至第2輸出端子222。因此，傳輸閘內的NMOS電晶體係呈弱導通，PMOS電晶體係呈全關斷。
期間t2係開關訊號Φ1與Φ3為低位準，開關訊號Φ2為高位準。在該期間t2，NMOS電晶體210與NMOS電晶體211呈關斷，電容C3的第2電極為高位準。藉由電容C3的電容耦合，由期間t1的電壓升壓電源電壓份的電壓被輸出至第1輸出端221，低位準被輸出至第2輸出端子222。因此，傳輸閘內的NMOS電晶體與PMOS電晶體均呈全導通。
期間t3係開關訊號Φ1與Φ2為低位準，開關訊號Φ3為高位準。在該期間t3，NMOS電晶體211呈導通，而且電容C3的第2電極為低位準。低位準被輸出至第1輸出端子221，高位準被輸出至第2輸出端子222。因此，傳輸閘內的NMOS電晶體與PMOS電晶體均呈全關斷。
在此，第2圖中所示之驅動電路130係具備有二組(220與220b)驅動單元。例如，驅動單元220的輸出端子221與222連接於傳輸閘103與104，驅動單元220b的輸出端子221b與222b連接於傳輸閘203與204。接著，驅動單元220係與開關101、102連動，如第3圖所示進行動作，輸出傳輸閘呈導通的電壓。此外，驅動單元220b係與開關201、202連動，如第3圖所示進行動作，輸出傳輸閘呈導通的電壓。
如以上所述，本發明之磁性檢測電路係設置輸出比電源電壓為更高之傳輸閘的驅動電壓的驅動電路，因此即使施加於霍爾元件的電壓較低，亦可透過傳輸閘而正確地傳至放大器電路的輸入。例如電源電壓較低為1.2V時，即成為由傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極電壓為電源電壓之2倍的2.4V減算NMOS電晶體的臨限值0.7V所得的值的1.7V。因此，傳輸閘內的NMOS電晶體可通過的電壓係成為比由該1.7V減算NMOS電晶體的臨限值0.7V後的1.0V為更低的電壓。亦即，傳輸閘係可將電源電壓1.2V之1/2附近的霍爾元件的輸出電壓(0.6V)正確地傳至放大器電路。
其中，第2圖所示之驅動電路130為一例，亦可構成為具備：驅動單元220、及切換呈導通的電壓與呈關斷的電壓且輸出至各自之傳輸閘的電路。
此外，本發明之電路構成若為利用傳輸閘來切換霍爾元件的各電極與放大器電路的輸入的連接，俾以消除霍爾元件的磁性偏移的構成，當然對於任何構成的磁性檢測電路均為有效。
此外，本發明中之傳輸閘的驅動電路係如上所述僅在將傳輸閘導通時發生升壓電壓的構成，磁性檢測電路的磁性檢測係大部分為進行間歇動作的情形，因此正在將傳輸閘進行導通的期間僅為些許。因此，與利用以升壓電路而常時發生的升壓電壓的情形相比，本發明之傳輸閘的驅動電路係成為非常低的消耗電流。
此外，在本發明之說明中，係僅針對電源電壓較低時的動作加以說明，但是在電源電壓較高的情形下，僅以傳輸閘內的PMOS電晶體即可使霍爾元件的電壓通過，因此相同傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極電壓若為未超過該NMOS電晶體的閘極耐壓的電壓，則當然亦可設定為任何電壓。
此外，使驅動電路130之NMOS電晶體210的臨限值愈為降低，進行導通的傳輸閘內的NMOS電晶體的閘極電壓愈上升，即使以更低的電源電壓，亦可將霍爾元件的電壓透過傳輸閘而正確地傳至放大器電路，因此當然可實現即使以更低的電源電壓亦可使磁性量為正確的磁性檢測電路。
100‧‧‧霍爾元件
101、102、201、202‧‧‧開關
103、104、203、204‧‧‧傳輸閘
105、205‧‧‧開關
110‧‧‧放大器電路
120‧‧‧傳輸閘群
130‧‧‧驅動電路
210、211‧‧‧NMOS電晶體
220、220b‧‧‧驅動單元
221、221b‧‧‧第1輸出端子
222、222b‧‧‧第2輸出端子
IV1‧‧‧反相器電路
a、b、c、d‧‧‧電極
C1、C2、C3‧‧‧電容
Φ 1、Φ 2、Φ 3‧‧‧開關訊號
第1圖係顯示本發明之磁性檢測電路的方塊圖。
第2圖係顯示傳輸閘之驅動電路之一例的方塊圖。
第3圖係用以說明傳輸閘之驅動電路之動作的時序圖。
第4圖係顯示習知之磁性檢測電路的方塊圖。
100．．．霍爾元件
101、102、201、202．．．開關
103、104、203、204．．．傳輸閘
105、205．．．開關
110．．．放大器電路
120．．．傳輸閘群
130．．．驅動電路
a、b、c、d．．．電極
C1、C2．．．電容

Claims (3)

  1. 一種磁性檢測電路，係具有消除霍爾元件之磁性偏移的功能的磁性檢測電路，其特徵為具備有：具有配置在對角線上的一對第一電極對、及配置在有別於前述第一電極對之其他對角線上的一對第二電極對，發生與貫穿的磁通相對應的霍爾電壓的霍爾元件；與前述第一電極對相連接，以傳輸閘所構成的第一開關電路對；與前述第二電極對相連接，以傳輸閘所構成的第二開關電路對；前述第一開關電路對與前述第二開關電路對與輸入端子相連接，切換前述第一電極對或前述第二電極對所輸出的霍爾電壓而予以輸入的放大器電路；及驅動前述傳輸閘的驅動電路，前述驅動電路係具備有驅動單元，該驅動單元包括：串聯連接在電源電壓與接地電壓之間的第1MOS電晶體與第2MOS電晶體；將第1電極連接在前述第1MOS電晶體與前述第2MOS電晶體之連接點的電容；及前述電容的第2電極與輸入端子相連接的反相器電路，前述驅動單元係前述電容的第1電極與前述驅動單元的第1輸出端子相連接，前述反相器電路的輸出端子與前述驅動單元的第2輸出端子相連接， 前述第1輸出端子係與前述傳輸閘內之N通道型電晶體的閘極相連接，前述第2輸出端子係與前述傳輸閘內之P通道型電晶體的閘極相連接，且當將前述傳輸閘導通時，對該傳輸閘內的N通道型電晶體的閘極供給比電源電壓為高的電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁性檢測電路，其中，前述驅動單元係：第1訊號被輸入至前述第1MOS電晶體的閘極，第2訊號被輸入至前述電容的第2電極，第3訊號被輸入至前述第2MOS電晶體的閘極，第1期間係前述第1訊號為高位準、前述第2訊號與第3訊號為低位準，將前述電容進行充電，第2期間係前述第1訊號與第3訊號為低位準、前述第2訊號為高位準，將前述電容的電壓進行升壓而由前述第1輸出端子輸出。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之磁性檢測電路，其中，前述驅動電路具備有2個前述驅動單元。
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