TWI801550B - 零交叉檢測電路以及感測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的零交叉檢測電路包括：第一比較電路，輸入第一輸入訊號與第二輸入訊號，輸出第一比較結果；第二比較電路，具有遲滯功能，輸入第一輸入訊號與第二輸入訊號，輸出第二比較結果；以及邏輯電路，基於第一比較結果與第二比較結果輸出零交叉檢測訊號。所述邏輯電路的特徵在於：基於第一比較結果與第二比較結果對第二比較電路輸出逆轉訊號。

Description

零交叉檢測電路以及感測裝置
本發明是有關於一種零交叉檢測電路以及感測裝置。
自先前以來，研究了於零交叉檢測電路中用於防止零交叉附近的輸入訊號的雜訊的技術。
圖4中表示現有的零交叉檢測電路。現有的零交叉檢測電路包括：比較電路10、具有遲滯(hysteresis)功能的比較電路11、以及邏輯電路20。
比較電路10輸出訊號out10，所述訊號out10表示藉由第一輸入訊號n1與第二輸入訊號n2進行零交叉檢測而得的結果。比較電路11輸出訊號out11，所述訊號out11表示對第一輸入訊號n1和第二輸入訊號n2與根據狀況而切換的臨限值電壓(Vth1或Vth2)進行比較而得的結果。
邏輯電路20根據訊號out10與訊號out11的邏輯狀態，決定所輸出的訊號out20的邏輯狀態。更詳細而言，邏輯電路20於訊號out11為高位準(Hi)時，藉由訊號out10的自Hi向低位準(Lo)的遷移，使訊號out20遷移為Lo，藉由訊號out10的自Lo向Hi的遷移，使訊號out20不變化。另外，於訊號out11為Lo時，藉由訊號out10的自Lo向Hi的遷移，使訊號out20遷移為 Hi，藉由訊號out10的自Hi向Lo的遷移，使訊號out20不變化。
如上所述的零交叉檢測電路可去除零交叉附近的輸入訊號的雜訊的影響，因此可高精度地檢測零交叉點(例如參照專利文獻1)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-211365號公報
但是，現有的零交叉檢測電路例如於藉由磁性感測器檢測馬達的旋轉的感測裝置中，於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況下，有時無法檢測到此種情況。於此情況下，感測裝置未正確地偵測出S極與N極。
圖5是表示現有的零交叉檢測電路的動作的時序圖。於期間t51~期間t52，馬達的旋轉逆轉，且輸入有經反轉的第一輸入訊號n1與第二輸入訊號n2，儘管如此，訊號out20亦未反轉。即，於期間t52~期間t53，感測裝置的檢測結果中極性經逆轉。如此，現有的零交叉檢測電路於剛檢測到零交叉之後輸入訊號立即反轉的情況下，有時無法輸出對應於輸入訊號的訊號。
因此，本發明提供一種可檢測到於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況的零交叉檢測電路以及感測裝置。
本發明的實施形態的零交叉檢測電路包括：第一比較電路，輸入第一輸入訊號與第二輸入訊號，輸出第一比較結果；第二比較電路，具有遲滯功能，輸入所述第一輸入訊號與所述第二輸入訊號，輸出第二比較結果；以及邏輯電路，基於所述第一比較結果與所述第二比較結果輸出零交叉檢測訊號，且所述邏輯電路基於所述第一比較結果與所述第二比較結果對所述第二比較電路輸出逆轉訊號。
根據本發明的零交叉檢測電路，可檢測到於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況，因此感測裝置能夠正常地偵測出S極與N極。
1:霍爾元件
2:差動放大電路
3:零交叉檢測電路
10、11、31、32:比較電路
20、33:邏輯電路
a、b、c、d:端子
Hi:高位準
Lo:低位準
n1:第一輸入訊號
n2:第二輸入訊號
N1、N2:輸出端子
out、out1、out2、out3:輸出端子
out10、out11、out20:訊號
rev:逆轉訊號輸出端子
t、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t11、t12、t13、t14:時刻
t51~t53:期間
Vn1、Vn2:電壓
Vth1、Vth2:臨限值電壓
圖1是表示本發明實施形態的包括零交叉檢測電路的感測裝置的框圖。
圖2是表示本實施形態的零交叉檢測電路的動作的時序圖。
圖3是表示本實施形態的零交叉檢測電路的動作的時序圖。
圖4是表示現有的零交叉檢測電路的框圖。
圖5是表示現有的零交叉檢測電路的動作的時序圖。
以下，參照圖式對本發明實施形態的零交叉電路以及感測裝置進行說明。
圖1是表示本發明實施形態的包括零交叉檢測電路的感測裝置的框圖。本實施形態的感測裝置包括：霍爾元件1、差動放大電路2、以及零交叉檢測電路3。零交叉檢測電路3包括：比較電路31、具有遲滯功能的比較電路32、以及邏輯電路33。
霍爾元件1中，端子a連接於電源端子，端子c連接於接地端子，自端子b與端子d輸出與所施加的磁場對應的電壓。差動放大電路2中，於兩個輸入端子連接有霍爾元件1的端子b與端子d，自輸出端子N1及輸出端子N2輸出與輸入電壓對應的輸出電壓。零交叉檢測電路3中，於兩個輸入端子連接有差動放大電路2的輸出端子N1及輸出端子N2，自輸出端子out輸出零交叉檢測訊號。
比較電路31具有反相輸入端子、非反相輸入端子及輸出端子out1。比較電路32具有反相輸入端子、非反相輸入端子、控制端子及輸出端子out2。邏輯電路33具有第一輸入端子、第二輸入端子、逆轉訊號輸出端子rev及輸出端子out3。
比較電路31中，於反相輸入端子連接有差動放大電路2的輸出端子N1，於非反相輸入端子連接有差動放大電路2的輸出端子N2，輸出端子out1連接於邏輯電路33的第一輸入端子。比較電路32中，於反相輸入端子連接有差動放大電路2的輸出端子N1，於非反相輸入端子連接有差動放大電路2的輸出端子N2，輸出端子out2連接於邏輯電路33的第二輸入端子。
邏輯電路33中，逆轉訊號輸出端子rev連接於比較電路 32的控制端子，輸出端子out3與零交叉檢測電路3的輸出端子out連接。邏輯電路33自輸出端子out3輸出根據輸出端子out1的訊號與輸出端子out2的訊號進行邏輯運算而得的結果，另外，自逆轉訊號輸出端子rev輸出逆轉訊號。來自輸出端子out3的輸出作為來自零交叉檢測電路3的輸出端子out的訊號被輸出。
接著，利用圖1、圖2及圖3說明本實施形態的零交叉檢測電路3的動作。
圖2及圖3是表示本實施形態的零交叉檢測電路3的動作的時序圖。詳細而言，圖2是表示於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況下的動作，圖3是表示於剛檢測到零交叉之後立即出現雜訊的情況下的動作。圖2從上方起依次表示輸入至比較電路31及比較電路32的電壓Vn1與電壓Vn2的差值Vn2-Vn1、比較電路31的輸出端子out1的訊號、比較電路32的輸出端子out2的訊號、自逆轉訊號輸出端子rev輸出的訊號、邏輯電路33的內部的旗標(flag)的狀態及自邏輯電路33輸出的訊號out3。此處，橫軸表示時間，縱軸表示電壓。再者，關於旗標，示出了設定(set)的狀態與重置(reset)的狀態。圖3與圖2相同，但省略了旗標的狀態。
首先，說明比較電路31的動作。比較電路31於非反相輸入端子的電壓高於反相輸入端子的電壓時，自輸出端子out1輸出Hi，於非反相輸入端子的電壓低於反相輸入端子的電壓時，自輸出端子out1輸出Lo。例如，於圖2的時刻t1，於輸入電壓Vn2-Vn1 超過0時，使輸出端子out1的電壓自Lo變成Hi。另外，於圖2的時刻t3，當輸入電壓Vn2-Vn1低於0時，使輸出端子out1的電壓自Hi變成Lo。即，比較電路31檢測輸入電壓Vn2-Vn1的零交叉，並使輸出端子out1的訊號反轉。
接著，說明比較電路32的動作。比較電路32於非反相輸入端子的電壓高於反相輸入端子的電壓與臨限值電壓Vth1之和時，自輸出端子out2輸出Hi，於非反相輸入端子的電壓低於反相輸入端子的電壓與臨限值電壓Vth2之和時，自輸出端子out2輸出Lo。例如，於圖2的時刻t2，於輸入電壓Vn2-Vn1超過臨限值電壓Vth1時，使輸出端子out2的電壓自Lo變成Hi。並且將臨限值電壓自Vth1切換為Vth2。然後，於圖2的時刻t4，當輸入電壓Vn2-Vn1低於臨限值電壓Vth2時，使輸出端子out2的電壓自Hi變成Lo。並且將臨限值電壓自Vth2切換為Vth1。即，比較電路32作為具有遲滯寬度|Vth1|+|Vth2|的比較電路而動作。
進而，當自邏輯電路33的逆轉訊號輸出端子rev對比較電路32的控制端子輸入逆轉訊號時，比較電路32使輸出端子out2的訊號反轉，並切換臨限值電壓。例如，於圖2的時刻t6，當輸入逆轉訊號時，使輸出端子out2的電壓自Lo變成Hi。並且將臨限值電壓自Vth1切換為Vth2。
接著，說明邏輯電路33的動作。邏輯電路33具有於檢測到與通常的動作不同的動作時，例如於檢測到感測元件的輸出訊號的逆轉時進行設定的旗標，且根據所述旗標的狀態與輸出端 子out1及輸出端子out2的邏輯狀態來決定輸出電壓訊號out3的邏輯狀態。其中，關於旗標是設置於邏輯電路33的內部，只要於鎖存電路等中適宜設計即可，因此於圖1的邏輯電路33內未圖示。
當旗標為重置狀態，且輸出端子out1的電壓變化並成為與輸出電壓out2的電壓相反的邏輯狀態時，邏輯電路33使輸出端子out3的電壓反轉，當輸出端子out2的電壓變化並成為與輸出端子out1的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33維持輸出端子out3的電壓。另外，當輸出端子out1的電壓變化並成為與輸出端子out2的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33維持輸出端子out3的電壓，自逆轉訊號輸出端子rev輸出逆轉訊號，若旗標為設定狀態則進行重置，若旗標為重置狀態則進行設定。此處，逆轉訊號為比較電路32變更狀態所需的觸發訊號，因此理想的是單觸發脈衝(one shot pulse)。另外，當旗標為設定狀態，且輸出端子out2的電壓變化並成為與輸出端子out1的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33使輸出端子out3的電壓反轉，而使旗標重置。
例如，於圖2的時刻t1，於輸出端子out1的電壓變成Hi時，輸出端子out2的電壓為Lo，因此輸出端子out3的電壓自Lo變成Hi。於圖2的時刻t2，於輸出端子out2的電壓變成Hi時，輸出端子out1的電壓為Hi，因此輸出端子out3的電壓維持Hi。於時刻t3、時刻t4亦同樣。
接著，使用圖2對零交叉檢測電路3於剛檢測到零交叉之後輸入電壓Vn2-Vn1立即逆轉的情況下的動作進行說明。
於時刻t5，於輸入電壓Vn2-Vn1超過0時，比較電路31使輸出端子out1的電壓自Lo變成Hi。然後，輸入電壓Vn2-Vn1反轉，於時刻t6，當輸入電壓Vn2-Vn1低於0時，比較電路31使輸出端子out1的電壓自Hi變成Lo。此時，輸入電壓Vn2-Vn1未超過比較電路32的臨限值電壓Vth1，因此比較電路32使輸出端子out2的電壓維持為Lo。
於時刻t6之前輸入的是通常的輸入電壓Vn2-Vn1，因此邏輯電路33的旗標為重置狀態。然後，於時刻t6，當輸出端子out1的電壓變化並成為與輸出端子out2的電壓相同的邏輯狀態時，輸出端子out3的電壓維持Hi，自逆轉訊號輸出端子rev輸出逆轉訊號，而設定旗標。當對控制端子輸入逆轉訊號時，比較電路32使輸出端子out2的電壓自Lo變成Hi，並將臨限值電壓自Vth1切換為Vth2。
於時刻t6以後，當成為輸入電壓Vn2-Vn1經反轉的狀態時，於時刻t7，輸入電壓Vn2-Vn1低於比較電路32的臨限值電壓Vth2，因此比較電路32使輸出端子out2的電壓自Hi變成Lo，並將臨限值電壓自Vth2切換成Vth1。此處，當旗標為設定狀態，且輸出端子out2的電壓變化並成為與輸出端子out1的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33使輸出端子out3的電壓自Hi變成Lo，而使旗標重置。於時刻t7，由於旗標為重置狀態，即成為通常狀態，因此於時刻t8、時刻t9，邏輯電路33亦自輸出端子out3輸出與時刻t1、時刻t2同樣的電壓。
如以上說明般，本實施形態的零交叉檢測電路3例如於藉由磁性感測器檢測馬達的旋轉的感測裝置中，可檢測到於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況，因此感測裝置可正常地偵測出S極與N極。
接著，使用圖3對零交叉檢測電路3於剛檢測零交叉之後輸入電壓Vn2-Vn1中立即存在雜訊的影響的情況下的動作進行說明。
於時刻t11，當輸入電壓Vn2-Vn1低於0時，比較電路31使輸出端子out1的電壓自Hi變成Lo。然後，於時刻t12，於因雜訊的影響而輸入電壓Vn2-Vn1超過0時，比較電路31使輸出端子out1的電壓自Lo變成Hi。此時，輸入電壓Vn2-Vn1不低於比較電路32的臨限值電壓Vth2，因此比較電路32使輸出端子out2的電壓維持為Hi。
於時刻t12之前輸入的是通常的輸入電壓Vn2-Vn1，因此邏輯電路33的旗標為重置狀態。然後，於時刻t12，當輸出端子out1的電壓變化並成為與輸出端子out2的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33中，輸出端子out3的電壓維持Lo，自逆轉訊號輸出端子rev輸出逆轉訊號，而設定旗標。當對控制端子輸入逆轉訊號時，比較電路32使輸出端子out2的電壓自Hi變成Lo，並將臨限值電壓自Vth2切換成Vth1。
於時刻t13，當因雜訊的影響而輸入電壓Vn2-Vn1再次低於0時，比較電路31使輸出端子out1的電壓自Hi變成Lo。此 時，輸入電壓Vn2-Vn1未超過比較電路32的臨限值電壓Vth1，因此比較電路32使輸出端子out2的電壓維持為Lo。由於邏輯電路33的旗標為設定狀態，因此當輸出端子out1的電壓變化並成為與輸出端子out2的電壓相同的邏輯狀態時，輸出端子out3的電壓維持Lo，自逆轉訊號輸出端子rev輸出逆轉訊號，而對旗標進行重置。
於時刻t13以後，當輸入電壓Vn2-Vn1中不存在雜訊的影響時，於時刻t14，輸入電壓Vn2-Vn1低於比較電路32的臨限值電壓Vth2，因此比較電路32使輸出端子out2的電壓自Hi變成Lo，並將臨限值電壓自Vth2切換為Vth1。此處，當旗標為重置狀態，且輸出端子out2的電壓變化並成為與輸出端子out1的電壓相同的邏輯狀態時，邏輯電路33使輸出端子out3的電壓維持為Lo，旗標未進行設定。然後，於時刻t14以後，零交叉檢測電路3恢復為通常狀態。
另外，雖省略說明，但即便於輸入電壓Vn2-Vn1超過0時受到雜訊的影響，邏輯電路33亦同樣地能夠對輸出端子out3輸出正確的電壓而不受雜訊的影響。
如以上說明般，根據本實施形態的零交叉檢測電路以及感測裝置，可檢測到於剛檢測到零交叉之後馬達的旋轉立即逆轉的情況，因此感測裝置可正常地偵測出S極與N極。
以上對本發明的實施形態進行了說明，但本發明不限定於所述實施形態，當然可於不脫離本發明的主旨的範圍內進行各 種變更。
例如，比較電路32設為對控制端子自邏輯電路33的逆轉訊號輸出端子rev輸入逆轉訊號的構成，但亦可輸入比較電路31的輸出端子out1的訊號。
1:霍爾元件
2:差動放大電路
3:零交叉檢測電路
31、32:比較電路
33:邏輯電路
a、b、c、d:端子
N1、N2:輸出端子
out、out1、out2、out3:輸出端子
rev:逆轉訊號輸出端子

Claims (5)

  1. 一種零交叉檢測電路，其特徵在於，包括：第一比較電路，輸入作為感測元件的輸出訊號的第一輸入訊號與第二輸入訊號，輸出第一比較結果；第二比較電路，具有遲滯功能，輸入所述第一輸入訊號與所述第二輸入訊號，輸出第二比較結果；以及邏輯電路，基於所述第一比較結果與所述第二比較結果輸出零交叉檢測訊號，且所述邏輯電路基於所述第一比較結果與所述第二比較結果對所述第二比較電路輸出逆轉訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的零交叉檢測電路，其中所述邏輯電路包括表示所述感測元件的輸出訊號基於所述第一比較結果與所述第二比較結果而經逆轉的旗標，並根據所述旗標的狀態輸出所述零交叉檢測訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的零交叉檢測電路，其中所述第二比較電路具有根據所述第一輸入訊號與所述第二輸入訊號的狀態來切換的第一臨限值電壓與第二臨限值電壓，當自所述邏輯電路收到所述逆轉訊號時，所述第二比較電路將所述第二比較結果的邏輯狀態反轉並輸出，並切換所述第一臨限值電壓與所述第二臨限值電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的零交叉檢測電路，其中所述第二比較電路具有根據所述第一輸入訊號與所述第二輸入訊號 的狀態來切換的第一臨限值電壓與第二臨限值電壓，當自所述邏輯電路收到所述逆轉訊號時，所述第二比較電路將所述第二比較結果的邏輯狀態反轉並輸出，並切換所述第一臨限值電壓與所述第二臨限值電壓。
  5. 一種感測裝置，其特徵在於，包括：所述感測元件，根據所施加的物理量的強度輸出訊號；以及如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的零交叉檢測電路，進行所述感測元件的輸出訊號的零交叉檢測。
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