WO2024071016A1

WO2024071016A1 - センサ増幅回路、センサシステム、およびセンサ増幅回路の較正方法

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Publication number: WO2024071016A1
Application number: PCT/JP2023/034667
Authority: WO
Inventors: 哲也成田
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-09-25
Publication date: 2024-04-04

Abstract

センサ増幅回路（１００）は、磁気センサ回路（５０）からの出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路（１００）であって、磁気センサ回路（５０）からの出力信号を増幅する第１演算増幅器１１１と、出力信号に含まれる非線形歪みを補正する補正回路（１５０）とを備え、磁気センサ回路（５０）は、第１範囲の磁界が印加された第１磁界領域において第１範囲の磁界に対応する大きさの第１信号を出力し、第１範囲の磁界よりも大きい第２範囲の磁界が印加された第２磁界領域において第２範囲の磁界に対応する大きさの第２信号を出力し、補正回路（１５０）は、出力信号に含まれる非線形歪みを補正しない第１状態から、出力信号に含まれる非線形歪みを補正するための第２状態に切り替わるように構成されており、補正回路（１５０）は、磁気センサ回路（５０）からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したときに、第１状態から第２状態に切り替わる。

Description

センサ増幅回路、センサシステム、およびセンサ増幅回路の較正方法

　本開示は、センサ増幅回路に関し、より特定的には、磁気センサ回路の出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路、センサシステム、およびセンサ増幅回路の較正方法に関する。

　磁気センサ回路を構成する磁気素子は、ヒステリシスおよび非線形特性を有する。このため、磁気センサ回路の出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路には、磁気センサ回路の出力信号を補正し、その直線性を改善するための機能が求められる。

　特開２０１５－２１２６３４号公報（特許文献１）には、磁気検出素子の出力電圧から磁束密度を演算し、演算した磁束密度に対して線形の関係となる電圧を演算し出力するように構成される、磁気センサが開示されている。

　特開２０１８－１１５９２８号公報（特許文献２）には、算出された複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した差動出力電圧を被測定磁界に対して略線形となるように補正し、補正出力電圧を取得するステップを含む、電流センサの信号補正方法が開示されている。

特開２０１５－２１２６３４号公報特開２０１８－１１５９２８号公報

　磁気センサ回路に入力される磁界の大きさによっては、磁気センサ回路の出力に生じる非線形歪みが小さい場合がある。このような場合、センサ増幅回路は、必ずしも非線形歪みを補正するための処理をする必要がない。しかしながら、従来のセンサ増幅回路は、非線形歪みを補正する必要性の有無に関わらず、磁気センサ回路の出力信号に対して常に非線形歪みを補正する処理をしていた。このため、センサ増幅回路の応答速度が遅くなるなどの問題が生じていた。

　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気センサ回路の出力を増幅するためのセンサ増幅回路において、高い応答性を確保しながら、直線性を改善することである。

　本開示に係るセンサ増幅回路は、磁気センサ回路からの出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路であって、磁気センサ回路からの出力信号を増幅する第１演算増幅器と、出力信号に含まれる非線形歪みを補正する補正回路とを備え、磁気センサ回路は、第１範囲の磁界が印加された第１磁界領域において第１範囲の磁界に対応する大きさの第１信号を出力し、第１範囲の磁界よりも大きい第２範囲の磁界が印加された第２磁界領域において第２範囲の磁界に対応する大きさの第２信号を出力し、補正回路は、出力信号に含まれる非線形歪みを補正しない第１状態から、出力信号に含まれる非線形歪みを補正するための第２状態に切り替わるように構成されており、補正回路は、磁気センサ回路からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したときに、第１状態から第２状態に切り替わる。

　本開示に係るセンサ増幅回路によれば、高い応答性を確保しながら、直線性を改善することが可能となる。

本実施の形態に係るセンサ増幅回路を用いたセンサシステムの概略構成図である。磁界に対する磁気センサ回路の出力電圧の特性を示す波形と、第１近似直線との関係を示す図である。磁界領域（高磁界領域および低磁界領域）と、リニアリティ補正の有無との関係を説明するための図である。リニアリティ誤差の波形を示す図である。磁界に対する磁気センサ回路の出力電圧の特性を示す波形と、第１近似直線と、第２近似直線との関係を示す図である。センサ増幅回路の較正に用いられる制御装置の構成を示すブロック図である。磁界に対する磁気センサ回路からの出力電圧を測定する手順を示すフローチャートである。センサ増幅回路の各種の設定値を決定するための手順を示すフローチャートである。センサ増幅回路の各種の設定値を決定するための手順を示すフローチャートである。変形例に係るセンサシステムの概略構成図である。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　（センサシステムの概要）
　図１は、本実施の形態に係るセンサ増幅回路１００を用いたセンサシステム１０の概略構成図である。図１を参照して、センサシステム１０は、磁気センサ回路５０およびセンサ増幅回路１００を含む。

　磁気センサ回路５０は、４つのセンサ素子５１～５４がブリッジ接続された構成を有している。図１の例においては、センサ素子５１～５４の各々は、トンネル型磁気抵抗トンネル型磁気抵抗（Tunneling　Magneto-Resistive：ＴＭＲ）素子であり、検出される磁界に応じて抵抗値が変化する磁気センサである。センサ素子５１～５４として、ＴＭＲ素子を用いることにより、高感度かつ高精度なセンシング機能を備えるセンサシステム１０を提供できる。

　なお、検出される物理量に応じて抵抗値が変化する素子であれば、センサ素子５１～５４として他の抵抗素子を用いてもよい。たとえば、ＴＭＲ素子に代えて、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子や、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などを採用してもよい。

　センサ素子５１，５２は、一対の電源端子５ａ，５ｂの間に直列に接続されている。また、センサ素子５３，５４も、一対の電源端子５ａ，５ｂの間に直列に接続されている。磁気センサ回路５０は、電源端子５ａ，５ｂに所定の電圧が印加されることによって動作し、検出された磁界に応じて、一対の信号出力端子５ｃ，５ｄに電圧差を生じさせる。信号出力端子５ｃは、センサ素子５１とセンサ素子５２との接続ノードであり、信号出力端子５ｄは、センサ素子５３とセンサ素子５４との接続ノードである。

　信号出力端子５ｃ，５ｄは、センサ増幅回路１００の入力端子Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ接続される。すなわち、磁気センサ回路５０の一対の出力信号の差電圧は、センサ増幅回路１００の入力として与えられる。

　センサ増幅回路１００は、入力端子Ｔ１，Ｔ２に加えて、出力端子Ｔ３と、演算増幅器１１１，１１２と、補正回路１５０と、読出回路１２０と、不揮発性メモリ１３０とを含む。読出回路１２０は、たとえば、アナログ回路により構成される。不揮発性メモリ１３０は、たとえば、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）やフラッシュメモリなどにより構成される。

　演算増幅器１１１の非反転入力端子および反転入力端子は、入力端子Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ接続されている。演算増幅器１１１の非反転入力端子および反転入力端子には、磁気センサ回路５０からの一対の出力信号が入力される。演算増幅器１１１には、オフセット調整用の電圧Ｖ１が印加される。演算増幅器１１１の出力端子は、演算増幅器１１２の反転入力端子と接続される。演算増幅器１１２の反非転入力端子には、オフセット調整用の電圧Ｖ２が印加される。演算増幅器１１２の出力端子は、センサ増幅回路１００の出力端子Ｔ３と接続される。演算増幅器１１２の反転入力端子と出力端子との間には、演算増幅器１１２の基準の増幅率を定めるための抵抗Ｒｙが接続される。

　演算増幅器１１１の出力端子は、ノードＮ１と接続される。演算増幅器１１２の反転入力端子は、ノードＮ２と接続される。ノードＮ１とノードＮ２との間には抵抗Ｒｘが接続される。

　補正回路１５０は、比較器１６１～１６ｎと、抵抗Ｒ１～Ｒｎと、スイッチＳＷ１～ＳＷｎとを含む。

　比較器１６１～１６ｎの反転入力端子は、演算増幅器１１１の出力端子とノードＮ１において接続されている。比較器１６１～１６ｎの非反転入力端子には、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎがそれぞれ印加されている。スイッチＳＷ１～ＳＷｎは、比較器１６１～１６ｎの出力のオンおよびオフに従って、それぞれオンおよびオフする。

　スイッチＳＷ１～ＳＷｎは、ノードＮ２とノードＮ３との間にそれぞれ配置されている。抵抗Ｒ１～Ｒｎは、スイッチＳＷ１～ＳＷｎとノードＮ２との間にそれぞれ接続されている。

　演算増幅器１１１は、予め設定されたゲイン（増幅率）を用いて、磁気センサ回路５０からの出力信号を増幅する。演算増幅器１１１は、電圧Ｖ１に基づいて定まるオフセット設定値を用いて、磁気センサ回路５０からの出力信号にオフセット調整を行う。演算増幅器１１１からの出力信号は、演算増幅器１１２を介して、出力端子Ｔ３から出力される。

　センサ増幅回路１００は、補正回路１５０を用いて、信号の非線形歪みを補正する。この非線形歪みは、磁気センサ回路５０の出力特性により生じる。演算増幅器１１１からの出力信号は、磁気センサ回路５０の出力特性により生じる非線形歪みの影響を受けるため、非線形歪みを有する。補正回路１５０は、このような非線形歪みを補正する。以下、非線形歪みを補正することを、「リニアリティ補正」ともいう。補正回路１５０は、演算増幅器１１１からの出力信号の大きさに応じて、リニアリティ補正をしない第１状態と、リニアリティ補正をする第２状態とに切り替わる。

　補正回路１５０において用いられる参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値に関して、Ｖｒ１＜Ｖｒ２＜…＜Ｖｒｎの関係が成立する。不揮発性メモリ１３０は、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値を、対応する比較器１６１～１６ｎ別に格納している。不揮発性メモリ１３０に格納された参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値は、各種の設定値の一例である。読出回路１２０は、不揮発性メモリ１３０から参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値を読み出し、読み出した値を対応する比較器１６１～１６ｎに設定する。

　比較器１６１は、演算増幅器１１１の出力が参照電圧Ｖｒ１を超えると、スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替える。これにより、演算増幅器１１２の出力端子からスイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１を経由して演算増幅器１１２の入力端子に戻る第１負帰還回路が形成される。補正回路１５０は、抵抗Ｒ１によって定められるゲインによって、演算増幅器１１１の出力信号を補正する。その結果、磁気センサ回路５０の出力信号の非線形歪みが補正されることになる。

　比較器１６２は、演算増幅器１１１の出力が参照電圧Ｖｒ２を超えると、スイッチＳＷ２をオフからオンに切り替える。これにより、第１負帰還回路に加えて、演算増幅器１１２の出力端子からスイッチＳＷ２および抵抗Ｒ２を経由して演算増幅器１１２の入力端子に戻る第２負帰還回路のループが形成される。また、これにより、リニアリティ補正に用いられる補正回路１５０のゲインの大きさが切り替えられる。

　比較器１６ｎは、演算増幅器１１１の出力が参照電圧Ｖｒｎを超えると、スイッチＳＷｎをオフからオンに切り替える。これにより、第１負帰還回路、第２負帰還回路、…に加えて、演算増幅器１１２の出力端子からスイッチＳＷｎおよび抵抗Ｒ２を経由して演算増幅器１１２の入力端子に戻る第ｎ負帰還回路のループが形成される。また、これにより、リニアリティ補正に用いられる補正回路１５０のゲインの大きさが切り替えられる。

　したがって、演算増幅器１１１の出力信号が大きくなるにつれて、演算増幅器１１２の負帰還回路を介して演算増幅器１１２の出力端子から入力端子へ戻るフィードバック信号が大きくなり、リニアリティ補正に用いられる補正量が多くなる。

　このように、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎを互いに異なる値に設定することによって、補正回路１５０に複数の補正ポイントを設定することができる。補正ポイントが多ければ多いほど、リニアリティを細かく調整することができる。リニアリティを細かく調整することによって、演算増幅器１１１の出力を目標の特性に近づけることができる。

　演算増幅器１１１の出力が参照電圧Ｖｒ１以下のときには、比較器１６１～１６ｎのすべての出力がオフの状態になる。このとき、演算増幅器１１２の負帰還回路が開放し、補正回路１５０による補正が行われない状態になる。

　図１においては、「スイッチＳＷ１，抵抗Ｒ１」、「スイッチＳＷ２，抵抗Ｒ２」、…「スイッチＳＷｎ，抵抗Ｒｎ」の各々の構成要素を並列接続することにより構成される補正回路１５０の例が示されている。しかしながら、これらの構成要素を直列に接続し、各構成要素のスイッチに対して、スイッチをオンオフする信号が入力されるように、補正回路１５０を構成してもよい。

　（リニアリティ補正）
　次に、図２および図３を用いて、本実施の形態に係るリニアリティ補正について説明する。図２は、磁界に対する磁気センサ回路５０の出力電圧の特性を示す波形Ｗ１と、第１近似直線Ｌ１との関係を示す図である。図３は、磁界領域（高磁界領域および低磁界領域）と、リニアリティ補正の有無との関係を説明するための図である。

　図２の波形Ｗ１に示されるように、磁気センサ回路５０の出力は、ヒステリシスおよび非線形特性を有する。磁界の大きさを変化させつつ、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定することによって、このような波形Ｗ１が得られる。第１近似直線Ｌ１は、磁界に対する磁気センサ回路５０の理想的な出力特性を示す直線である。磁界に対する磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果を利用することによって、このような理想的な直線を描くための一次関数を算出することができる。特に、第１近似直線Ｌ１は、磁界レンジ（－Ｎ～＋Ｎ）（ｍＴ：ミリテスラ）のすべての測定結果を用いて導出される。

　仮に、第１近似直線Ｌ１に基づいて磁気センサ回路５０からの出力を補正した場合、波形Ｗ１の丸枠Ｆ１に示される部分では第１近似直線Ｌ１と磁気センサ回路５０の出力との誤差が大きくなるという問題が生じる。この問題を解決するため、誤差が大きくなる曲線部分を使用しないようにすると、センサとして使用可能な磁気センサ回路５０のダイナミックレンジが狭くなるという問題が生じる。

　一般に、磁気センサ回路からの出力信号と近似直線との誤差が小さい磁界範囲も存在し得る。たとえば、磁界の絶対値が所定範囲の低磁界領域においては、その誤差が小さくなる。そのような低磁界領域を含めて、出力信号をリニアリティ補正の対象とすることは、センサ増幅回路の応答速度の低下を招くばかりでなく、却って誤差を大きくする要因となる。

　そこで、図３に示されるように、センサ増幅回路１００は、磁気センサ回路５０のセンシング対象となる磁界範囲－Ｎ～＋Ｎのうち、低磁界領域の磁界範囲（－Ｂ≦磁界≦＋Ａ）においては補正回路１５０が動作せず、高磁界領域の磁界範囲（－Ｎ≦磁界＜－Ｂ、＋Ａ＜磁界≦＋Ｎ）においては、補正回路１５０が動作するように構成されている。

　図３に示されるように、高磁界領域では、磁気センサ回路５０の特性の影響を受け、波形Ｗ１の非線形性が強くなる。換言すると、高磁界領域では、磁気センサ回路５０のリニアリティが劣化する。演算増幅器１１１のゲイン設定値およびオフセット設定値は、第２近似直線Ｌ２に基づいて算出されている。第２近似直線Ｌ２は、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果を用いて導出される。そのため、低磁界領域では、磁気センサ回路５０の出力と、演算増幅器１１１の出力との誤差が小さくなるが、高磁界領域では、磁気センサ回路５０の出力と、演算増幅器１１１の出力との誤差が大きくなる。

　そこで、センサ増幅回路１００は、高磁界領域において、補正回路１５０を動作させることにより、リニアリティを補正する。これにより、センサ増幅回路１００は、演算増幅器１１１の出力特性を、理想的な直線である第２近似直線Ｌ２に近づける。

　図１および図３を参照しつつ、センサ増幅回路１００のリニアリティ補正についてさらに説明する。なお、図２および図３に示されるような波形Ｗ１を取得するために、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定してもよく、磁気センサ回路５０およびセンサ増幅回路１００を含むセンサシステム１０の出力（出力端子Ｔ３の「ＯＵＴ」）を測定してもよい。

　演算増幅器１１１は、磁気センサ回路５０からの出力信号が第２近似直線Ｌ２に従うように、ゲイン補正およびオフセット調整を行う。比較器１６１には、参照電圧Ｖｒ１として、低磁界領域の磁界範囲と高磁界領域の磁界範囲との境界値に対応する電圧が印加されている。低磁界領域においては、補正回路１５０のスイッチＳＷ１～ＳＷｎがオフの状態になる。このため、低磁界領域においては、演算増幅器１１１の出力信号が補正回路１５０により補正されることなく、演算増幅器１１２を介して出力端子Ｔ３へ入力される。

　高磁界領域においては、補正回路１５０のスイッチＳＷ１～ＳＷｎの少なくともいずれか１つがオンの状態になる。このため、高磁界領域においては、演算増幅器１１１の出力信号が補正回路１５０により補正された後、演算増幅器１１２を介して出力端子Ｔ３へ入力される。

　補正回路１５０においては、演算増幅器１１１の出力電圧が、各比較器１６１～１６ｎに設定された所定の参照電圧に到達するごとに、各スイッチＳＷ１～ＳＷｎがオンする。これにより、演算増幅器１１１の出力電圧を低下させる方向にオフセットが加えられる。その結果、高磁界領域においては、演算増幅器１１１の出力電圧は、理想的な線形出力（第２近似直線Ｌ２）に追従するように、各補正ポイントにおいて段階的に変化する。図３において、高磁界領域のジグザクラインは、演算増幅器１１１の出力電圧が各補正ポイントにおいて段階的に変化する様子を表す。

　このように、補正回路１５０は、演算増幅器１１１の出力電圧が低磁界領域に対応する電圧である場合、すべてのスイッチＳＷ１～ＳＷｎをオフにし、リニアリティ補正を行わない。このとき、センサ増幅回路１００は、磁気センサ回路５０からの出力電圧を、センサとして要求されるフルスケールに合わせたゲインで演算増幅器１１１において増幅するのみである。補正回路１５０は、演算増幅器１１１の出力が高磁界領域に対応する電圧である場合、リニアリティ補正のためのゲインの大きさを自動的に切り替える。これにより、各補正ポイントでゲインが自動的に調整される。

　リニアリティ補正によるセンサ検出精度を向上させるには、補正ポイントを多く設けて、より細かにリニアリティを補正する必要がある。しかしながら、その場合、比較器１６１～１６ｎの数を増加する必要がある。比較器１６１～１６ｎの数を増加すると、回路のサイズが大きくなってしまい、装置全体の小型化を阻害する要因となり得る。そのため、比較器１６１～１６ｎの数は、要求されるセンサの検出精度と、センサ増幅回路１００の許容サイズとを考慮して適宜選択される。

　（較正手順）
　次に、図４および図５を用いて、センサ増幅回路１００の較正手順を説明する。より詳しくは、ここでは、磁界領域の磁界範囲、高磁界領域の磁界範囲、および第２近似直線Ｌ２を決定する手順を説明する。図４は、リニアリティ誤差の波形Ｗ２を示す図である。図５は、磁界に対する磁気センサ回路５０の出力電圧の特性を示す波形Ｗ１と、第１近似直線Ｌ１と、第２近似直線Ｌ２との関係を示す図である。

　図２に示される第１近似直線Ｌ１と波形Ｗ１との差分を算出することによって、リニアリティ誤差（％）が算出される。波形Ｗ２（図４参照）は、磁界と、そのようにして算出されたリニアリティ誤差との関係を示す。図４に示されるように、リニアリティ誤差の波形Ｗ２から、リニアリティ誤差の極大値および極小値が特定される。

　リニアリティ誤差の極小値に対応する磁界は、境界磁界＋Ａとして設定され、リニアリティ誤差の極大値に対応する磁界は、境界磁界－Ｂとして設定される。このとき、低磁界領域の磁界範囲は、「－Ｂ≦磁界≦＋Ａ」と設定され、高磁界領域の磁界範囲は、「－Ｎ≦磁界＜－Ｂ、＋Ａ＜磁界≦＋Ｎ」と設定される。このように、低磁界領域および高磁界領域の磁界範囲は、第１近似直線Ｌ１に基づいて設定される。

　なお、磁気センサ回路の種類によっては、リニアリティ誤差の波形が波形Ｗ２をＸ軸に線対称にしたものとなる場合もある。本実施の形態は、このような磁気センサ回路にも適用可能である。

　図５に示される第２近似直線Ｌ２は、第１近似直線Ｌ１と同様に、磁界に対するセンサ出力信号の、理想的な直線として導出される。既に説明したとおり、第１近似直線Ｌ１は、磁界レンジ（－Ｎ～＋Ｎ）（ｍＴ）のすべての測定結果を用いて導出される。これに対して、第２近似直線Ｌ２は、低磁界領域（－Ｂ～＋Ａ）（ｍＴ）の測定結果のみを用いて導出される。

　それゆえ、第２近似直線Ｌ２は、第１近似直線Ｌ１よりも、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力特性を近似する精度が高い。図５にも示されるように、第２近似直線Ｌ２は、第１近似直線Ｌ１よりも、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力特性を良好に反映している。

　そのため、第１近似直線Ｌ１に基づいて演算増幅器１１１のゲイン補正値およびオフセット調整値を設計するよりも、第２近似直線Ｌ２に基づいて演算増幅器１１１のゲイン補正値およびオフセット調整値を設計した方が、低磁界領域における演算増幅器１１１の出力信号の精度を高めることができる。このような理由により、演算増幅器１１１のゲイン補正値およびオフセット調整値は、第２近似直線Ｌ２に基づいて設計されている。

　それゆえ、センサ増幅回路１００は、低磁界領域における演算増幅器１１１の出力信号の精度が高い。したがって、低磁界領域において、補正回路１５０を動作させる必要がない。低磁界領域において、補正回路１５０を動作させると、不必要なリニアリティ補正が付加されることで演算増幅器１１１の出力信号の精度が却って低下するおそれがある。むしろ、補正回路１５０を低磁界領域で動作させないことで、低磁界領域におけるセンサ増幅回路１００の応答速度を高めることができるというメリットがある。このような理由により、センサ増幅回路１００は、低磁界領域においては、補正回路１５０を動作させない。

　これに対して、センサ増幅回路１００は、高磁界領域においては、補正回路１５０を動作させる。これにより、図３を用いて既に説明したとおり、演算増幅器１１１の出力電圧は、理想的な線形出力（第２近似直線Ｌ２）に追従するように、各補正ポイントにおいて段階的に変化する。したがって、本実施の形態に係るセンサ増幅回路１００によれば、高い応答性を確保しながら、直線性を改善することができる。

　（制御装置）
　図６は、センサ増幅回路１００の較正に用いられる制御装置５００の構成を示すブロック図である。

　制御装置５００は、典型的には、コンピュータ（コンピューティング装置）により構成される。制御装置５００は、プロセッサ５０１と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）５０２と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）５０３と、通信用のインターフェース５０４とを備える。制御装置５００は、ＲＡＭを作業領域として用いつつ、ＲＯＭ５０３に格納されたプログラムに従って各種の処理を実行する。

　制御装置５００は、インターフェース５０４を介して不揮発性メモリ１３０と接続される。制御装置５００は、インターフェース５０４を介して測定装置４００と接続される。

　制御装置５００は、センサ増幅回路１００を較正するための各種の処理を実行する。制御装置５００は、第１に、測定装置４００を制御して、磁界を変化させつつ磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する（測定処理）。制御装置５００は、第２に、その測定結果を用いて、センサ増幅回路１００の各種の設定値を決定する（決定処理）。制御装置５００は、第３に、決定した設定値を不揮発性メモリ１３０に書込む（書込処理）。制御装置５００は、少なくとも、上記第１～第３の処理を実行する。

　次に、フローチャートに基づいて、制御装置５００によって実現される、センサ増幅回路１００の較正手順を説明する。

　図７は、磁界に対する磁気センサ回路５０からの出力電圧を測定する手順を示すフローチャートである。本フローチャートに基づく測定結果を用いることによって、制御装置５００は、図２に示される波形Ｗ１を得ることができる。本フローチャートに基づく処理は、制御装置５００によって実行される。以下、フローチャートに従って、その処理を説明する。なお、ここでは、波形Ｗ１を取得するために、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する例を説明する。ただし、波形Ｗ１を取得するために、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定することに代えて、磁気センサ回路５０およびセンサ増幅回路１００を含むセンサシステム１０の出力（出力端子Ｔ３の「ＯＵＴ」）を測定してもよい。

　はじめに、制御装置５００は、磁気センサ回路５０に＋Ｎ（ｍＴ）の磁界が印加されるように、測定装置４００を制御する（ステップＳ１）。次に、制御装置５００は、測定装置４００に、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定させる（ステップＳ２）。測定装置４００は、＋Ｎ（ｍＴ）の磁界に対する磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する。測定装置４００は、測定結果を制御装置５００へ送信する。制御装置５００は、測定結果を記憶する。以下、同様に、測定装置４００は、測定の都度、測定結果を制御装置５００へ送信し、制御装置５００は、測定結果を記憶する。

　次に、制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が＋Ｎ（ｍＴ）からＭ（ｍＴ）下がるように、測定装置４００を制御する（ステップＳ２）。ここで、Ｍ（ｍＴ）の大きさは、磁界を変化させつつ磁気センサ回路５０の出力電圧を測定するときの、磁界の変化幅である。測定装置４００は、制御装置５００の制御に従い、磁界を＋Ｎ（ｍＴ）からＭ（ｍＴ）ずつ下げつつ、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する。

　次に、制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が磁界レンジ幅の下限値である－Ｎ（ｍＴ）未満となったか否かを判定する（ステップＳ４）。制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が－Ｎ（ｍＴ）未満となるまで、ステップＳ１～ステップＳ３の処理を繰り返す。

　測定装置４００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が－Ｎ（ｍＴ）未満となった場合、磁界を－Ｎ（ｍＴ）からＭ（ｍＴ）ずつ上げつつ、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する。このために、制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が＋Ｎ（ｍＴ）からＭ（ｍＴ）上がるように、測定装置４００を制御する（ステップＳ５）。次に、制御装置５００は、測定装置４００に、磁気センサ回路５０の出力電圧を測定させる（ステップＳ６）。このとき、測定装置４００は、－Ｎ＋Ｍ（ｍＴ）の磁界に対する磁気センサ回路５０の出力電圧を測定する。

　次に、制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が磁界レンジ幅の上限値である＋Ｎ（ｍＴ）を超えたか否かを判定する（ステップＳ７）。制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が＋Ｎ（ｍＴ）を超えるまで、ステップＳ５～ステップＳ７の処理を繰り返す。制御装置５００は、磁気センサ回路５０に印加される磁界が磁界レンジ幅の上限値である＋Ｎ（ｍＴ）を超えた場合、本フローチャートに基づく処理を終了する。制御装置５００は、ステップＳ１～ステップ７の処理を実行することにより、図２に示される波形Ｗ１を描くためのデータを取得する。

　図８および図９は、センサ増幅回路１００の各種の設定値を決定するための手順を示すフローチャートである。本フローチャートに基づく処理が実行されることによって、演算増幅器１１１のゲイン設定値およびオフセット設定値、並びに、補正回路１５０の設定値が決定される。補正回路１５０の設定値には、比較器１６１～１６ｎの参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値が含まれる。本フローチャートに基づく処理は、制御装置５００によって実行される。以下、フローチャートに従って、その処理を説明する。

　はじめに、制御装置５００は、±Ｎ（ｍＴ）の範囲における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果から、第１近似直線Ｌ１を特定するための第１近似式を算出する（ステップＳ１１）。制御装置５００は、たとえば、最小二乗法を用いて第１近似式を算出する。第１近似式は、「出力電圧＝傾き×Ｘ（入力磁界）＋オフセット」という形式の１次関数である。制御装置５００は、算出された第１近似式を用いて、モニターなどに第１近似直線Ｌ１（図２参照）を表示してもよい。

　次に、制御装置５００は、±Ｎ（ｍＴ）の範囲における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果と、第１近似式を用いて算出された値とから、リニアリティ誤差を算出する（ステップＳ１２）。制御装置５００は、算出されたリニアリティ誤差を用いて、リニアリティ誤差の波形Ｗ２（図４参照）をモニターなどに表示してもよい。

　次に、制御装置５００は、リニアリティ誤差の波形Ｗ２に、極大値および極小値が存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。極大値および極小値については、図４に例示されている。

　制御装置５００は、リニアリティ誤差の波形Ｗ２に極大値および極小値が存在する場合、極大値および極小値は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に存在するか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御装置５００は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に極大値および極小値が存在する場合にのみ、それらに基づいて境界磁界＋Ａ，－Ｂ（図４参照）を設定する。０（ｍＴ）付近では、磁気センサ回路５０のヒステリシス特性が強く現れる。このため、制御装置５００は、０±１（ｍＴ）の磁界範囲にのみ極大値および極小値が存在する場合、境界磁界＋Ａ，－Ｂを設定しない。

　したがって、制御装置は、リニアリティ誤差の波形Ｗ２に、極大値および極小値が存在しない場合（ステップ１３にてＮＯ）、および０±１（ｍＴ）の磁界範囲にのみ極大値および極小値が存在する場合（ステップ１４にてＮＯ）、±Ｎ（ｍＴ）のすべての範囲を低磁界領域の磁界範囲として設定する（ステップＳ２６）。その結果、±Ｎ（ｍＴ）の範囲には、高磁界領域が設定されない。

　既に説明したとおり、本実施の形態に係るセンサ増幅回路１００は、低磁界領域においてリニアリティ補正を行ない、高磁界領域においてリニアリティ補正を行わない。したがって、±Ｎ（ｍＴ）のすべての磁界範囲が低磁界領域の磁界範囲として設定された場合、センサ増幅回路１００は、±Ｎ（ｍＴ）のすべての磁界領域において、補正回路１５０を動作させない。

　次に、制御装置５００は、第１近似式に従う第１近似直線Ｌ１に基づいて、演算増幅器１１１のゲイン設定値およびオフセット設定値を決定する（ステップＳ２７）。

　制御装置５００は、ステップＳ１４において、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極大値および極小値が存在すると判定した場合、境界磁界＋Ａ，－Ｂを設定する。ただし、制御装置５００は、境界磁界＋Ａ，－Ｂを設定する前に、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に存在する極小値および極大値の数を判定する。

　０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に存在する極小値および極大値が、各々１つであると限らない。磁気センサ回路５０のヒステリシス特性と第１近似式との関係によっては、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極小値または極大値が複数存在する場合もある。制御装置５００は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極小値が１つだけ存在する場合（ステップＳ１５にてＹＥＳ）、その極小値に対応する磁界の大きさを境界磁界＋Ａ（ｍＴ）として設定する（ステップＳ１６）。

　制御装置５００は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極小値が複数存在する場合（ステップＳ１５にてＮＯ）、複数の極小値のうち、図４に示される＋Ｎ（ｍＴ）に最も近い極小値に対応する磁界の大きさを境界磁界＋Ａ（ｍＴ）として設定する（ステップＳ１７）。

　制御装置５００は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極大値が１つだけ存在する場合（ステップＳ１８にてＹＥＳ）、その極大値に対応する磁界の大きさを境界磁界－Ｂ（ｍＴ）として設定する（ステップＳ１９）。制御装置５００は、０±１（ｍＴ）以外の磁界範囲に、極大値が複数存在する場合（ステップＳ１８にてＮＯ）、複数の極大値のうち、図４に示される－Ｎ（ｍＴ）に最も近い極大値に対応する磁界の大きさを境界磁界－Ｂ（ｍＴ）として設定する（ステップＳ２０）。

　次に、制御装置５００は、境界磁界＋Ａ，－Ｂに基づいて、低磁界領域および高磁界領域の磁界範囲を設定する（ステップＳ２１）。より具体的には、制御装置５００は、低磁界領域の磁界範囲として、「－Ｂ≦磁界≦＋Ａ」を設定する。制御装置５００は、高磁界領域の磁界範囲として、「－Ｎ≦磁界＜－Ｂ、＋Ａ＜磁界≦＋Ｎ」を設定する。

　次に、制御装置５００は、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果から、第２近似直線Ｌ２を特定するための第２近似式を算出する（ステップＳ２２）。制御装置５００は、たとえば、最小二乗法を用いて第２近似式を算出する。第２近似式は、第１近似式と同様、「出力電圧＝傾き×Ｘ（入力磁界）＋オフセット」という形式の１次関数である。制御装置５００は、算出された第２近似式を用いて、モニターなどに第２近似直線Ｌ２（図３参照）を表示してもよい。

　次に、制御装置５００は、第２近似式に従う第２近似直線Ｌ２に基づいて、演算増幅器１１１のゲイン設定値およびオフセット設定値を決定する（ステップＳ２３）。より具体的には、制御装置５００は、はじめに、第２近似直線Ｌ２の傾きとオフセットとを導く。次に、制御装置５００は、磁気センサ回路５０のセンシング機能として要求されるフルスケール、および磁界が０（ｍＴ）のときの電圧の値から、ゲイン設定値およびオフセット設定値を決定する。このように、ゲイン設定値は、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力特性に基づいて決定される。

　次に、制御装置５００は、高磁界領域における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果と第２近似直線Ｌ２とに基づいて、補正回路１５０の設定値を決定する（ステップＳ２４）。これにより、補正回路１５０の設定値として、比較器１６１～１６ｎの参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎが定められる。

　次に、制御装置５００は、補正回路１５０の設定値を不揮発性メモリ１３０に格納し（ステップＳ２５）、本フローチャートに基づく処理を終える。なお、制御装置５００は、ステップＳ２３またはステップＳ２７において決定した設定値も不揮発性メモリ１３０に格納してもよい。

　以上、図７および図８を用いて、センサ増幅回路１００の較正手順を説明した。ここでは、コンピュータの一例となる制御装置５００によって、センサ増幅回路１００を較正する手順を説明した。しかし、上記各手順の少なくとも一部が、制御装置５００に代えて、較正に関わる担当者の手作業によって実行されるようにしてもよい。

　上記説明においては、低磁界領域の磁界範囲として、「－Ｂ≦磁界≦＋Ａ」が設定され、高磁界領域の磁界範囲として、「－Ｎ≦磁界＜－Ｂ、＋Ａ＜磁界≦＋Ｎ」が設定される例を説明した。しかしながら、制御装置５００は、図４に示される境界磁界＋Ａ，－Ｂのうちの一方のみに基づいて、低磁界領域および高磁界領域の磁界範囲を設定してもよい。

　たとえば、制御装置５００は、低磁界領域の磁界範囲として、「－Ａ≦磁界≦＋Ａ」を設定してもよい。あるいは、制御装置５００は、低磁界領域の磁界範囲として、「－Ｂ≦磁界≦＋Ｂ」を設定してもよい。制御装置５００は、低磁界領域の磁界範囲を決定した後、±Ｎ（ｍＴ）の範囲から低磁界領域の磁界範囲を除く領域を、高磁界領域の磁界範囲として設定すればよい。

　低磁界領域の磁界範囲に属する任意の磁界を選択し、その範囲内における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果を用いて、第２近似式を算出してもよい。

　なお、複数の磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果（キャリブレーションデータ）から境界磁界を決める場合、必ずしも、極大点および極小点の磁界を基準にして低磁界領域の磁界範囲を設定する必要はない。たとえば、極大点および極小点の磁界を基準にして設定される低磁界領域の磁界範囲よりも広い範囲を、低磁界領域の磁界範囲として設定してもよい。

　（従来のセンサ増幅回路との比較）
　以上のように、センサ増幅回路１００は、低磁界領域においては補正回路１５０を動作させず、高磁界領域においては補正回路１５０を動作させる。従来、センサから出力された信号に対して、常にリニアリティ補正を行うセンサ増幅回路が知られている。このような従来のセンサ増幅回路においては、たとえば、リニアリティ補正のための演算を行う演算部がセンサ増幅回路内に搭載されている。

　このような従来のセンサ増幅回路においては、演算部を大規模なデジタル回路で構成する必要があるため、チップ面積が大きくなり、その結果、センサ増幅回路が大型化してしまうという問題がある。また、リニアリティ補正の演算処理に時間がかかるため、応答性が低下する。

　センサからの出力に対して常にリニアリティ補正をする場合には、応答性がより一層低下するという問題が発生する。応答性を高めるため、演算部の動作周波数を上げることも考えられる。しかし、演算部の動作周波数を高くするほど、消費電流と高周波ノイズとが増大するという新たな問題が生じる。また、センサからの出力に対して常にリニアリティ補正をする場合には、本来、補正が必要でない出力に対して余計な演算が加わるおそれがある。この場合、出力の誤差が大きくなる可能性もある。

　本実施の形態に係るセンサ増幅回路１００では、低磁界領域においては、補正回路１５０が動作しないため、センサからの出力に対して常にリニアリティ補正をするような従来のセンサ増幅回路に比べて，応答性を高めることができる。しかも、センサ増幅回路１００では、低磁界領域においては、低磁界領域に対応する第２近似直線Ｌ２に基づいて磁気センサ回路５０からの出力が精度良く増幅される。このため、センサ増幅回路１００では、補正回路１５０が動作しなくとも、精度が低下することがない。さらに、補正回路１５０がアナログ回路で構成されているため、補正回路１５０がデジタル回路で構成されている場合と比較して、応答速度を高めることができる。

　以下、本実施の形態に係るセンサ増幅回路１００により奏される効果をさらに列挙する。センサ増幅回路１００は、低磁界領域においては、磁気センサ回路５０の出力信号を演算増幅器１１１により増幅させるのみであり、磁気センサ回路５０のリニアリティ性能がそのまま使用される。このため、誤差要因が少なくなり、低磁界領域の磁界に対するセンサ出力の精度を高めることができる。

　センサ増幅回路１００は、強磁界領域においては、補正回路１５０を用いてセンサ出力のリニアリティを補正する。これにより、磁界と出力電圧との関係のリニアリティを保つ範囲を広げることができる。その結果、磁気センサ回路５０のダイナミックレンジを広げることができる。

　センサ増幅回路１００は、低磁界領域における磁気センサ回路５０の出力電圧の測定結果に基づいて磁気センサ回路５０の出力を増幅している。このため、高磁界領域では、第２近似直線Ｌ２と磁気センサ回路５０の出力との誤差が大きくなる。しかし、センサ増幅回路１００は、補正回路１５０を動作させることによって、高磁界領域においても、理想的なセンサの出力特性に近づくようにリニアリティ補正をすることができる。その結果、センサとして使用できる磁気センサ回路５０のダイナミックレンジを広げることができる。このように、センサ増幅回路１００は、磁気センサ回路５０の特性のみによらずにリニアリティを補正できるため、高い汎用性を備える。

　センサ増幅回路１００は、高磁界領域でのみ補正回路１５０を動作させる。これにより、磁気センサ回路５０のセンサとして使用できるダイナミックレンジを広げることができる。

　補正回路１５０は、アナログ回路で構成されており、印加電圧の大きさによって、回路動作が自動的かつ即座に確定する。このように、補正回路１５０は、フィードバックルーチンなどを含むような演算処理をしていないため、応答速度に優れている。

　実施の形態における「演算増幅器１１１」および「演算増幅器１１２」は、本開示における「第１演算増幅器」および「第２演算増幅器」にそれぞれ対応する。実施の形態における「低磁界領域」および「高磁界領域」は、本開示における「第１磁界領域」および「第２磁界領域」に対応する。

　図３に示されるように、磁気センサ回路５０は、第１範囲（－Ｂ≦磁界≦＋Ａ）の磁界が印加された低磁界領域（第１磁界領域）において第１範囲の磁界に対応する第１信号を出力し、第１範囲の磁界よりも大きい第２範囲（－Ｎ≦磁界＜－Ｂ、＋Ａ＜磁界≦＋Ｎ）の磁界が印加された高磁界領域（第２磁界領域）において第２範囲の磁界に対応する第２信号を出力する。

　補正回路１５０は、磁気センサ回路５０の出力信号に含まれる非線形歪みを補正しない第１状態（すべてのスイッチＳＷ１～ＳＷｎがオフ）から、磁気センサ回路５０の出力信号に含まれる非線形歪みを補正するための第２状態（スイッチＳＷ１～ＳＷｎのいずれかがオン）に切り替わるように構成されている。補正回路１５０は、磁気センサ回路５０からの出力信号が上記第１範囲の磁界に対応する第１信号から上記第２範囲の磁界に対応する第２信号に変化したときに、第１状態から前記第２状態に切り替わる。

　演算増幅器１１１は、第１信号が入力されたとき、ゲイン設定値およびオフセット設定値に基づいた信号を出力する。この信号の電圧は、補正回路１５０の参照電圧Ｖｒ１よりも低いため、補正回路１５０のすべてのスイッチＳＷ１～ＳＷｎがオフの状態を維持する。

　演算増幅器１１１は、第２信号が入力されたとき、ゲイン設定値およびオフセット設定値に基づいた信号を出力する。この信号の電圧は、補正回路１５０の参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎのいずれかよりも高いため、補正回路１５０のスイッチＳＷ１～ＳＷｎの少なくともいずれかがオフからオンに変化する。このように、補正回路１５０は、演算増幅器１１１からの出力信号の大きさが変化したことに基づいて、磁気センサ回路５０からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したことを検知する。

　図７および図８に示されるように、センサ増幅回路１００の較正方法は、磁界に対する磁気センサ回路の出力電圧を測定するステップ（ステップＳ１～ステップＳ７）と、測定するステップによる測定結果を用いて、磁界と磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第１関係式（第１近似式）を算出するステップ（ステップＳ１１）と、第１関係式と、測定するステップによる測定結果とに基づいて、リニアリティ誤差の最大値（極大値、極小値）を決定するステップ（ステップＳ１３，ステップＳ１４，ステップＳ１５，ステップＳ１８）と、リニアリティ誤差の最大値を用いて、第１範囲と第２範囲との境界を決定するステップ（ステップＳ１６，ステップＳ１７，ステップＳ１９，ステップＳ２０）と、測定するステップによる測定結果のうち、第１磁界領域における測定結果を用いて、磁界と磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第２関係式（ステップＳ２２）を算出するステップと、第２関係式を用いて、第１演算増幅器のゲインおよびオフセットを決定するステップ（ステップＳ２３）とを含む。

　（センサシステムの変形例）
　図１０は、変形例に係るセンサシステム１１の概略構成図である。センサシステム１１は、磁気センサ回路５０およびセンサ増幅回路１０１を含む。センサ増幅回路１０１は、補正回路１５１を含む。変形例に係るセンサシステム１１は、これまでに説明したセンサシステム１１と比較して、補正回路の構成が異なっている。変形例に係る補正回路１５１には、補正回路１５０の構成要素に対してイネーブル（Enable）スイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎが追加されている。

　イネーブルスイッチＥＳＷ１は、比較器１６１とスイッチＳＷ１との間に配置されている。イネーブルスイッチＥＳＷ２は、比較器１６２とスイッチＳＷ２との間に配置されている。イネーブルスイッチＥＳＷｎは、比較器１６ｎとスイッチＳＷｎとの間に配置されている。

　読出回路１２０は、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎのオンオフを制御する。すでに説明したように、補正回路１５０において用いられる参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの値に関して、Ｖｒ１＜Ｖｒ２＜…＜Ｖｒｎの関係が成立する。換言すると、リニアリティの補正ポイントは、Ｖｒ１＜Ｖｒ２＜…＜Ｖｒｎの関係に基づいて定められる。

　読出回路１２０は、リニアリティ補正をしない場合、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎをすべてオフにする。読出回路１２０は、比較器１６１～１６ｎのうち、いずれか１つによって定まる補正ポイントでリニアリティ補正をする場合、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎのうち、対応する比較器に接続されるイネーブルスイッチをオンにし、その他のイネーブルスイッチをオフにする。

　読出回路１２０は、比較器１６１～１６ｎのうち、いずれか２つによって定まる補正ポイントでリニアリティ補正をする場合、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎのうち、対応する２つの比較器に接続されるイネーブルスイッチをオンにし、その他のイネーブルスイッチをオフにする。

　このように、変形例において、読出回路１２０は、比較器１６１～１６ｎのうちの１つを用いてリニアリティ補正をすることができると共に、比較器１６１～１６ｎのうちの複数の比較器を用いてリニアリティ補正をすることができる。したがって、変形例によれば、都合のよい電圧範囲の比較器を自由に選択可能なセンサシステム１１およびセンサ増幅回路１０１を提供することができる。さらに、変形例では、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎが採用されているため、比較器１６１～１６ｎが誤動作することを防止できる。たとえば、ノードＮ１の電圧が参照電圧Ｖｒ１以下であるにも関わらず、比較器１６１の誤動作によって、スイッチＳＷ１がオンすることを防止できる。

　なお、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷ１をオンオフさせるためのタイミングを定める情報は、設定値のひとつとして、不揮発性メモリ１３０に格納されている。より具体的には、不揮発性メモリ１３０には、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎの制御に用いられるレジスタがイネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳｎ別に格納されている。読出回路１２０は、不揮発性メモリ１３０から読み出した設定値に基づいて、イネーブルスイッチＥＳＷ１～ＥＳＷｎのオンオフを制御する。

　参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎは、補正回路１５１の補正動作を定める閾値電圧として機能する。変形例においては、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの各々に、一定の電圧範囲が設定されている。このとき、「２．５Ｖ＜Ｖｒ１＜３．０Ｖ」、「２．８Ｖ＜Ｖｒ２＜３．３Ｖ」、…などのように、各参照電圧に同じ電圧幅（０．５Ｖ）を設定することが考えられる。この場合、読出回路１２０は、ノードＮ１の電圧が３．０Ｖである場合、イネーブルスイッチＥＳＷ２のみをオンにし、その他のイネーブルスイッチをオフにする。

　ここで、閾値電圧の調整に必要な分解能を０．１Ｖと仮定する。ノードＮ１において観測され得る０Ｖ～５Ｖまでのすべての電圧を対象として、０．１Ｖ刻みの調整範囲が要求される場合、５０段階の調整パターンが必要になる。この場合、不揮発性メモリ１３０には、１つの参照電圧に対して６ビットのレジスタ領域が必要となる。したがって、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎに対応するためには、不揮発性メモリ１３０に「６ビット×Ｎ」のレジスタ領域が必要となる。

　これに対して、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの各々に、同じ電圧幅（たとえば、０．５Ｖ）を設定した場合を考える。閾値電圧の調整に必要な分解能を０．１Ｖと仮定する。この場合、参照電圧の調整パターンは５パターンに限られるため、１つの参照電圧に必要なレジスタ領域のビット数は３である。参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎに対応する場合、不揮発性メモリ１３０に「３ビット×Ｎ」のレジスタ領域があればよい。したがって、参照電圧Ｖｒ１～Ｖｒｎの各々に、同じ電圧幅（たとえば、０．５Ｖ）を設定することで、不揮発性メモリ１３０に必要とされる容量を低減することができる。

　図１０においては、「スイッチＳＷ１，抵抗Ｒ１」、「スイッチＳＷ２，抵抗Ｒ２」、…「スイッチＳＷｎ，抵抗Ｒｎ」の各々の構成要素を並列接続することにより構成される補正回路１５１の例が示されている。しかしながら、これらの構成要素を直列に接続し、各構成要素のスイッチに対して、対応するイネーブルスイッチを介して、スイッチをオンオフする信号が入力されるように、補正回路１５１を構成してもよい。

　［態様］
　（第１項）一態様に係るセンサ増幅回路は、磁気センサ回路からの出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路であって、磁気センサ回路からの出力信号を増幅する第１演算増幅器と、出力信号に含まれる非線形歪みを補正する補正回路とを備え、磁気センサ回路は、第１範囲の磁界が印加された第１磁界領域において第１範囲の磁界に対応する大きさの第１信号を出力し、第１範囲の磁界よりも大きい第２範囲の磁界が印加された第２磁界領域において第２範囲の磁界に対応する大きさの第２信号を出力し、補正回路は、出力信号に含まれる非線形歪みを補正しない第１状態から、出力信号に含まれる非線形歪みを補正するための第２状態に切り替わるように構成されており、補正回路は、磁気センサ回路からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したときに、第１状態から第２状態に切り替わる。

　（第２項）第１項に記載のセンサ増幅回路において、補正回路は、磁気センサ回路からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したときに、第１状態から第２状態に自動的に切り替わる。

　（第３項）第１項または第２項に記載のセンサ増幅回路において、補正回路は、第１演算増幅器からの出力信号の大きさが変化したことに基づいて、磁気センサ回路からの出力信号が第１信号から第２信号に変化したことを検知する。

　（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路において第１演算増幅器は、所定のゲインに基づいて磁気センサ回路からの出力信号を増幅し、ゲインは、第１磁界領域における磁気センサ回路の出力特性に基づいて決定された値である。

　（第５項）第１項～第４項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路において、補正回路の設定値が格納されたメモリと、メモリに格納された設定値を読み出し、補正回路に設定値を設定する読出回路とをさらに備える。

　（第６項）第１項～第５項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路において磁気センサ回路には、４つのセンサ素子がブリッジ接続されており、第１演算増幅器は、磁気センサ回路からの一対の出力信号の差電圧を増幅する。

　（第７項）第１項～第６項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路において磁気センサ回路は、磁気センサ素子を含み、磁気センサ素子は、トンネル型磁気抵抗（Tunneling　Magneto-Resistive：ＴＭＲ）素子により構成される。

　（第８項）第１項～第７項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路において、第２演算増幅器をさらに備え、第１演算増幅器の出力端子と第２演算増幅器の反転入力端子とが接続され、補正回路は、第２演算増幅器の出力端子と第２演算増幅器の反転入力端子との間に並列に接続される、第１負帰還回路および第２負帰還回路と、第１比較器および第２比較器とを含み、第１負帰還回路は、第１抵抗と、第１負帰還回路を開閉する第１スイッチとを有し、第２負帰還回路は、第２抵抗と、第２負帰還回路を開閉する第２スイッチとを有し、第１比較器は、第１演算増幅器の出力電圧が第１参照電圧に到達すると、第１スイッチを閉じ、第２比較器は、第１演算増幅器の出力電圧が第１参照電圧よりも大きい第２参照電圧に到達すると、第２スイッチを閉じる。

　（第９項）センサシステムは、第１項～第８項のいずれか１項に記載の磁気センサ回路およびセンサ増幅回路を備える。

　（第１０項）第１項～第８項のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路の較正方法であって磁界に対する磁気センサ回路の出力電圧を測定するステップと、測定するステップによる測定結果を用いて、磁界と磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第１関係式を算出するステップと、第１関係式と、測定するステップによる測定結果とに基づいて、リニアリティ誤差の最大値を決定するステップと、リニアリティ誤差の最大値を用いて、第１範囲と第２範囲との境界を決定するステップと、測定するステップによる測定結果のうち、第１磁界領域における測定結果を用いて、磁界と磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第２関係式を算出するステップと、第２関係式を用いて、第１演算増幅器のゲインおよびオフセットを決定するステップとを含む。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　５ａ，５ｂ　電源端子、５ｃ，５ｄ　信号出力端子、１０，１１　センサシステム、５０　磁気センサ回路、５１，５２，５３，５４　センサ素子、１００，１０１　センサ増幅回路、１１１，１１２　演算増幅器、１２０　読出回路、１３０　不揮発性メモリ、１５０，１５１　補正回路、１６１～１６ｎ　比較器、１９０　出力アンプ、４００　測定装置、５００　制御装置、５０１　プロセッサ、５０２　ＲＡＭ、５０３　ＲＯＭ、５０４　インターフェース、ＥＳＷ１～ＥＳＷｎ　イネーブルスイッチ、Ｆ１　丸枠、Ｌ１　第１近似直線、Ｌ２　第２近似直線、Ｒ１～Ｒｎ，Ｒｘ，Ｒｙ　抵抗、ＳＷ１～ＳＷｎ　スイッチ、Ｔ１，Ｔ２　入力端子、Ｔ３　出力端子、Ｖ１，Ｖ２　電圧、Ｖｒ１～Ｖｒｎ　参照電圧、Ｗ１，Ｗ２　波形。

Claims

　磁気センサ回路からの出力信号を増幅するためのセンサ増幅回路であって、
　前記磁気センサ回路からの出力信号を増幅する第１演算増幅器と、
　前記出力信号に含まれる非線形歪みを補正する補正回路とを備え、
　前記磁気センサ回路は、第１範囲の磁界が印加された第１磁界領域において前記第１範囲の磁界に対応する大きさの第１信号を出力し、前記第１範囲の磁界よりも大きい第２範囲の磁界が印加された第２磁界領域において前記第２範囲の磁界に対応する大きさの第２信号を出力し、
　前記補正回路は、前記出力信号に含まれる非線形歪みを補正しない第１状態から、前記出力信号に含まれる非線形歪みを補正するための第２状態に切り替わるように構成されており、
　前記補正回路は、前記磁気センサ回路からの出力信号が前記第１信号から前記第２信号に変化したときに、前記第１状態から前記第２状態に切り替わる、センサ増幅回路。
　前記補正回路は、前記磁気センサ回路からの出力信号が前記第１信号から前記第２信号に変化したときに、前記第１状態から前記第２状態に自動的に切り替わる、請求項１に記載のセンサ増幅回路。
　前記補正回路は、前記第１演算増幅器からの出力信号に基づいて、前記磁気センサ回路からの出力信号が前記第１信号から前記第２信号に変化したことを検知する、請求項１または請求項２に記載のセンサ増幅回路。
　前記第１演算増幅器は、所定のゲインに基づいて前記磁気センサ回路からの出力信号を増幅し、
　前記ゲインは、前記第１磁界領域における前記磁気センサ回路の出力特性に基づいて決定された値である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路。
　前記補正回路の設定値が格納されたメモリと、
　前記メモリに格納された前記設定値を読み出し、前記補正回路に前記設定値を設定する読出回路とをさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路。
　前記磁気センサ回路には、４つのセンサ素子がブリッジ接続されており、
　前記第１演算増幅器は、前記磁気センサ回路からの一対の出力信号の差電圧を増幅する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路。
　前記磁気センサ回路は、磁気センサ素子を含み、
　前記磁気センサ素子は、トンネル型磁気抵抗（Tunneling　Magneto-Resistive：ＴＭＲ）素子により構成される、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路。
　第２演算増幅器をさらに備え、
　前記第１演算増幅器の出力端子と前記第２演算増幅器の反転入力端子とが接続され、
　前記補正回路は、
　前記第２演算増幅器の出力端子と前記第２演算増幅器の反転入力端子との間に並列に接続される、第１負帰還回路および第２負帰還回路と、
　第１比較器および第２比較器とを含み、前記第１負帰還回路は、第１抵抗と、前記第１負帰還回路を開閉する第１スイッチとを有し、
　前記第２負帰還回路は、第２抵抗と、前記第２負帰還回路を開閉する第２スイッチとを有し、
　前記第１比較器は、前記第１演算増幅器の出力電圧が第１参照電圧に到達すると、前記第１スイッチを閉じ、
　前記第２比較器は、前記第１演算増幅器の出力電圧が前記第１参照電圧よりも大きい第２参照電圧に到達すると、前記第２スイッチを閉じる、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のセンサ増幅回路。
　請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の磁気センサ回路およびセンサ増幅回路を備える、センサシステム。
　請求項１～請求項８に記載のセンサ増幅回路の較正方法であって、
　磁界に対する前記磁気センサ回路の出力電圧を測定するステップと、
　前記測定するステップによる測定結果を用いて、磁界と前記磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第１関係式を算出するステップと、
　前記第１関係式と、前記測定するステップによる測定結果とに基づいて、リニアリティ誤差の最大値を決定するステップと、
　前記リニアリティ誤差の最大値を用いて、前記第１範囲と前記第２範囲との境界を決定するステップと、
　前記測定するステップによる測定結果のうち、前記第１磁界領域における測定結果を用いて、磁界と前記磁気センサ回路の出力電圧との関係を一次関数で表す第２関係式を算出するステップと、
　前記第２関係式を用いて、前記第１演算増幅器のゲインおよびオフセットを決定するステップとを含む、センサ増幅回路の較正方法。