TWI557416B - Magnetic sensor device - Google Patents

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TWI557416B TW102104199A TW102104199A TWI557416B TW I557416 B TWI557416 B TW I557416B TW 102104199 A TW102104199 A TW 102104199A TW 102104199 A TW102104199 A TW 102104199A TW I557416 B TWI557416 B TW I557416B
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Description

磁性感測器裝置
本發明係關於將磁場強度轉換成電性訊號的磁性感測器裝置，例如關於利用於折疊式行動電話機或筆記型電腦等中之開關狀態檢測用感測器，或是馬達之旋轉位置檢測感測器等之磁性感測器裝置。
就以摺疊式行動電話機或筆記型電腦等中之開關狀態檢測用感測器，或馬達之旋轉位置檢測感測器而言，使用有磁性感測器裝置。
磁性感測器裝置係藉由磁電轉換元件(例如霍耳元件)輸出與磁場強度或磁通密度呈比例之電壓，以放大器放大其輸出電壓，使用比較器而進行判定，以H訊號或L訊號之二值輸出。因磁電轉換元件之輸出電壓微小，故磁電轉換元件所持有之偏置電壓(元件偏置電壓)，或放大器或比較器所持有之偏置電壓(輸入偏置電壓)，再者轉換裝置內之雜訊成為問題。元件偏置電壓主要係磁電轉換元件藉由封裝體所受到之應力等而產生。輸入偏置電壓主要藉由構成放大器之輸入電路之元件的特性 偏差等而產生。雜訊主要係藉由構成電路之單體電晶體所持有之閃爍雜音、單體電晶體或電阻元件所持有之熱雜音而產生。
提案有降低上述磁電轉換元件或放大器持有之偏置電壓之影響的磁性感測器裝置(參照例如專利文獻1)。第3圖所示之以往之磁性感測器裝置具備屬於磁電轉換元件之霍耳元件51、開關切換電路52、差動放大器53、比較器54、檢測電壓設定電路55、第一電容C51及第二電容C52、第一開關S51及第二開關S52。
第4圖係表示以往之磁性感測器裝置之動作之時序圖。檢測動作之一周期T係藉由上述開關切換電路52之動作，被區分成對霍耳元件51之第一端子對A-C輸入電源電壓，並從第二端子對B-D輸出檢測電壓之第一檢測狀態T1，和對第二端子對B-D輸入電源電壓，並從第一端子對A-C輸出檢測電壓之第二檢測狀態T2。再者，藉由各開關之開關，區分成第1取樣相F1、第2取樣相F2、比較相F3。然後，在比較相F3中去除各偏置成分。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-281801號公報
但是，在以往之磁性感測器裝置中，為了設定磁場強度之檢測電壓位準，必須設置以分洩電阻器所構成之檢測電壓設定電路55，電路構成變得複雜。再者，因霍耳元件51和檢測電壓設定電路55之電源系統不同，故有由於其影響使得在檢測電壓位準設定上產生誤差之課題再者，如上述般為了去除各偏置成分，必須要有取樣相(Sample Phase)2次和比較相1次之共3次的訊號處理期間。
本發明之目的係提供藉由組合霍耳元件和電阻之單純電路構成，高精度地設定檢測電壓準，並且高速地進行訊號處理之磁性感測器裝置。
為了解決以往般之問題點，本發明之磁性感測器裝置構成下述般。
設成可以以4個開關一面切換一面連接霍耳元件之各端子，和一端被連接於GND之可變電阻器之另一端的構成。
若藉由本發明之磁性感測器裝置，可以以小規模電路任意設定磁場強度之檢測電壓位準，且檢測電壓位準僅藉由電阻比來決定，不會受到電源電壓或製造偏差 之影響。因也可以對應於旋轉電流，故可消除霍耳元件偏置。再者，能夠不會被施加磁場之極性所影響而進行檢測電壓的設定，也可以抑制在極性間的檢測電壓偏差。再者，在本構成中，也可使訊號處理單純化且高速化。
1、51‧‧‧霍耳元件
2、54‧‧‧比較器
52‧‧‧開關切換電路
53‧‧‧差動放大器
55‧‧‧檢測電壓設定電路
第1圖為表示本實施型態之磁性感測器裝置的電路圖。
第2圖為本實施型態之磁性感測器裝置之應用例之電路圖。
第3圖為以往之磁性感測器裝置之電路圖。
第4圖為以往之磁性感測器裝置之時序圖。
第1圖為表示本實施型態之磁性感測器裝置之電路圖。本實施型態之磁性感測器裝置係由以電阻器R1~R4組成之等效橋接電路所表示之霍耳元件1、可變電阻器Ra、比較器2、開關S1~S12所構成。
橋接電路係其電阻器R4和電阻器R1之接點各自被連接於開關S1、開關S5、開關S10之另一端，電阻器R1和電阻器R2之接點各自被連接於開關S2、開關S6、開關S9之另一端，電阻器R2和電阻器R3之接點各自被連接於開關S3、開關S7、開關S12之另一端，電阻器R3 和電阻器R4之接點各自被連接於開關S4、開關S8、開關S11之另一端。
可變電阻器Ra係一端被連接於GND，另一端各自經開關S9~S12而被連接於霍耳元件1之端子V1~V4。端子V1、V2各自經開關S1、S2而被連接於電源，經開關S5、S6而被連接於比較器2之第1輸入端子。端子V3、V4各自經開關S3、S4而被連接於GND，經開關S7、S8而被連接於比較器2之第2輸入端子。
接著，針對動作予以說明。就以第一相而言，使開關S1、S3、S6、S8斷開(OFF)，並使S2、S4、S5、S7接通(ON)。再者，配合檢測的磁場之極性，使開關S10或開關S12中之任一者接通(ON)，並使另一開關斷開(OFF)。
例如，考慮在第一相中使S10接通(ON)，並使開關S9、S11、S12斷開(OFF)之情況。比較器2之輸出反轉的端子V1之電壓和端子V3之電壓相等時，式(1)之關係則成立。
Ra=R1＊R3＊R4/(R2＊R4-R1＊R3)‧‧‧‧‧(1)在此，在無磁場之狀態下，當被施加R1=R2=R3=R4=R，或某大小的磁場的狀態下之各電阻值之變動量設為△R時，在上述式(1)之狀態下，可以想成R1=R-△R、R2=R+△R、R3=R-△R、R4=R+△R。將該些代入式(1)時，則導出式(2)。
Ra=R2＊(1-△R/R-(△R/R)2+(△R/R)3)/(4＊△R)‧‧(2)由於△R遠小於R，所以在忽略(△R/R)之二次、三次項之情況下，式(3)成立。
△R/R≒1/(1+4＊Ra/R)‧‧‧‧‧(3)因此，在本發明中，不會依存電源電壓或製造偏差，可以僅以電阻比Ra/R決定檢測電壓。其結果，可以實現高精度之檢測電壓位準設定。
並且，就以第二相而言，即使在開關S1、S3、S6、S8接通(ON)，S2、S4、S5、S7斷開(OFF)之時，或被施加之磁場之極性為相反之時，藉由切換在開關S9~S12接通(ON)之開關，亦可設定式(3)所示之檢測電壓。再者，由此可知，在霍耳元件以外被連接之可變電阻器僅有Ra之一種類亦可，可以實現難存在有元件間偏差之要素，檢測電壓位準偏差少之磁性感測器。
並且，針對可變電阻器Ra，即使將一端不連接於GND而係連接於VDD，亦可以取得相同之效果。
並且，在本發明之實施型態所示之磁性感測器裝置，係藉由將比較器變更成差動放大器，亦可以設為輸出類比訊號之構成。若藉由本發明時，可不會有問題地可以進行旋轉電流(在第一、第二相使電流交差而取消偏置之手法)。
在此，如以往之磁性感測器裝置般，關於後段之比較器，若與差動放大器、電容、開關組合時，因可 將第一相設為取樣相，將第二相設為比較相，故相對於以往為了除去偏置需要3個訊號處理相，本發明中可以兩個相來完成訊號處理。其結果，可以實現訊號處理期間之短縮化(高速化)。
第2圖係表示本實施型態之磁性感測器之應用例之電路圖。與第1圖不同的係將可變電阻器Ra分割成可變電阻器Rb和可變電阻器Rc而構成。
可變電阻器Rb係一端被連接於GND，另一端經可變電阻器Rc之一端和開關S13而被連接於開關S9~S12。可變電阻器Rc係將另一端與開關S9~S12連接。
於檢測電壓設定時，使開關S13接通(ON)，並選擇可變電阻器Rb，於解除電壓設定時，使開關S13斷開(OFF)，選擇可變電阻器Rb和可變電阻器Rc。如此一來，本實施型態之磁性感測器裝置可對檢測電壓和解除電壓設定磁滯。此時，於檢測電壓設定時及解除電壓設定時，則成立下式△R/R≒1/(1+4＊Rb/R)‧‧‧‧‧(4)
△R/R≒1/(1+4＊(Rb+Rc)/R)‧‧‧‧‧(5)
因此，在本實施型態之磁性感測器裝置中，在第一相或第二相中，可對磁場強度之檢測電壓和解除電壓設定磁滯。
與第1圖之實施型態相同，在本實施型態所示之磁性感測器裝置，係藉由將比較器變更成差動放大器，亦可以設為輸出類比訊號之構成。
再者，可不會有問題地可以進行旋轉電流(在第一、第二相使電流交差而取消偏置之手法)。
然後，如以往之磁性感測器裝置般，關於後段之比較器，若與差動放大器、電容、開關組合時，因可將第一相設為取樣相，將第二相設為比較相，故相對於以往為了除去偏置需要3個訊號處理相，本發明中可以兩個相來完成訊號處理。其結果，可以實現訊號處理期間之短縮化(高速化)。
本發明之磁性感測器裝置亦可以使用於交替檢測(例如，檢測馬達之旋轉)用途。交替檢測係從僅對一方(例如S極)之極性進行檢測之狀態，切換至當其一方之極性被檢測時，僅對另一方(N極)之極性進行檢測之狀態的磁性感測器裝置。
1‧‧‧霍耳元件
2‧‧‧比較器
S1~S12‧‧‧開關

Claims (3)

  1. 一種磁性感測器裝置，係因應被施加於磁電轉換元件之磁場強度而進行輸出，該磁性感測器裝置之特徵為具備：第一開關、第二開關，其各自的一端被連接於電源；第三開關、第四開關，其各自的一端被連接於接地電位；比較器，其具有第一輸入端子、第二輸入端子及輸出端子；第五開關、第六開關，其各自的一端被連接於上述比較器之第一輸入端子；第七開關、第八開關，其各自的一端被連接於上述比較器之第二輸入端子；可變電阻器，其一端被連接於接地電位；第九開關、第十開關、第十一開關、第十二開關，其各自的一端被連接於上述可變電阻器之另一端；及橋接電路，其係上述磁電轉換元件之等效電路，以第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器所構成，上述第四電阻器和上述第一電阻器之接點各自被連接於上述第一開關、上述第五開關、上述第十開關之另一端，上述第一電阻器和上述第二電阻器之接點各自被連接於上述第二開關、上述第六開關、上述第九開關之另一端，上述第二電阻器和上述第三電阻器之接點各自被連接於上述第三開關、上述第七開關、上述第十二開關之另一 端，上述第三電阻器和上述第四電阻器之接點各自被連接於上述第四開關、上述第八開關、上述第十一開關之另一端。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性感測器裝置，其中上述可變電阻器係至少由第一可變電阻器和第二可變電阻器所構成，上述第一可變電阻器和上述第二可變電阻器之連接點經第十三開關而被連接於上述可變電阻器之另一端。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之磁性感測器裝置，其中具備有差動放大器以取代上述比較器。
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