专利名称：磁性传感器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及与具有内部电阻的电源连接的磁性传感器电路。
技术背景
对传统磁性传感器电路进行说明。图7是表示传统磁性传感器电路的图。
在传统磁性传感器电路中，通过对霍尔元件61的磁作用，在霍尔元件61产生霍尔 电压。放大电路62放大该霍尔电压。基准电压电路63生成基准电压Vref。比较电路64 比较已放大的霍尔电压Vh与基准电压Vref。这时，例如当已放大的霍尔电压Vh高于基准 电压Vref时，输出电压VOUT成为高电平，而低时，成为低电平(例如，参照专利文献1)。
专利文献1 日本特开2005-260629号公报(图5)
可是，在需要低耗电的磁性传感器电路时，可以考虑如专利文献1的图1所公开那 样的取样/保持电路(未图示)追加到放大电路62的后级的技术。这时，在取样期间，取 样/保持电路对已放大的霍尔电压Vh进行取样，在其后的比较期间，比较电路64对取样的 电压Vh与基准电压Vref进行比较。在该比较期间中，磁性传感器电路被控制成为停止对 霍尔元件61及放大电路62的供电，从而可以使磁性传感器电路的耗电相应地降低。
在此，电源50具备内部电阻51及内部电源52，磁性传感器电路的电源电压VDD 基于内部电阻51的电阻值Rvdd和主由霍尔元件61及放大电路62造成的磁性传感器电 路的消耗电流的电流值Idd，电压从内部电源52的内部电源电压VDDPS电压下降到电压 (VDDPS-Rvdd .Idd)。
在上述的技术中，在取样期间，主要因霍尔元件61及放大电路62被供电而电源电 压VDD电压下降，但在比较期间，由于霍尔元件61及放大电路62没有被供电，电源电压VDD 几乎不会降低。因而，比较电路21对电源电压VDD电压下降的状况下取样的电压Vh和电 源电压VDD几乎没有电压下降的状况下的基准电压Vref进行比较。
这时，若设霍尔元件61的磁电转换系数为KH，则下述的公式 03)成立。
VDD = VDDPS-Rvdd ‘ Idd(21)
KH VDD(22)
Vref VDDPS(23)
此外，从公式(22)，公式(24)也成立。
Vh VDD(24)
检测对霍尔元件61的磁作用时的磁检测电平Bdet，由下述的公式05)表示。
Bdet = Vref/KH(25)
因而，从公式02) 05)，可知磁电转换系数KH与电压下降的电源电压VDD成 比例，从而基于磁作用的电压Vh也与电压下降的电源电压VDD成比例，与之相对，基准电压 Vref与几乎没有电压下降的电源电压VDD(内部电源电压VDDPQ成比例，所以磁检测电平 Bdet与内部电阻51的电阻值Rvdd相关。发明内容
本发明鉴于上述课题而构思，提供磁检测电平不易与电源的内部电阻的电阻值相 关且低耗电的磁性传感器电路。
本发明为了解决上述课题，提供一种磁性传感器电路，该磁性传感器电路与具有 内部电阻的电源连接，其特征在于，包括通过磁作用产生霍尔电压的霍尔元件；放大所述 霍尔电压的放大电路；生成基准电压的基准电压电路；在取样期间对已放大的所述霍尔电 压及基于所述基准电压的电压分别进行取样的取样/保持电路；在比较期间对取样后的已 放大怕所述霍尔电压与取样后的基于所述基准电压的电压进行比较并将基于比较结果的 输出电压输出的比较电路；以及在所述取样期间至少将所述霍尔元件及所述放大电路控制 在激活状态，并在所述比较期间至少将所述比较电路控制在激活状态的控制电路。
(发明效果)
在本发明中，比较电路对在主要因霍尔元件及放大电路被供电而使电源电压在电 压下降的状况下取样后的已放大的霍尔电压与在此状况下取样后的基于基准电压的电压 进行比较。这些电压，两者都基于因内部电阻而电压下降的电源电压而生成。因而，磁检测 电平不易与内部电阻的电阻值相关。
此外，例如能够在取样期间使比较电路不工作，而在比较期间能够使霍尔元件及 放大电路不工作，因此磁性传感器电路的耗电相应地降低。
图1是表示第一实施方式的磁性传感器电路的图。
图2是表示第一实施方式的磁性传感器电路的放大电路的图。
图3是表示第一实施方式的磁性传感器电路的动作的时序图。
图4是表示第二实施方式的磁性传感器电路的图。
图5是表示第二实施方式的磁性传感器电路的放大电路的图。
图6是表示第二实施方式的磁性传感器电路的动作的时序图。
图7是表示传统磁性传感器电路的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
<第一实施方式>
首先，对磁性传感器电路的结构进行说明。图1是表示第一实施方式的磁性传感 器电路的图。图2是表示第一实施方式的磁性传感器电路的放大电路的图。
磁性传感器电路具备基准电压电路M、霍尔元件25、开关1 8、放大电路沈、取 样/保持电路10、比较电路21、缓冲电路22、及控制电路23。此外，磁性传感器电路具备 电源端子41、接地端子42、及输出端子43。取样/保持电路10具备开关11 16及电容 17 19。此外，取样/保持电路10具备第一和第二输入端子及第一和第二输出端子(未 图示)。与该磁性传感器电路连接的电源30具备内部电阻33及内部电源34。此外，电源 30具备电源端子31及接地端子32。放大电路沈如图2所示，具备第1级第一放大器71、 第1级第二放大器72、断续(chopper)电路73、及第2级放大器74。此外，放大电路沈具有非反相输入端子、反相输入端子、及输出端子。
霍尔元件25的第一端子经由开关1连接至电源端子41，第二端子经由开关2连接 至电源端子41，第三端子经由开关3连接至接地端子42，第四端子经由开关4连接至接地 端子42。
开关5设于霍尔元件25的第一端子与放大电路沈的非反相输入端子之间。开关 6设于霍尔元件25的第二端子与放大电路沈的非反相输入端子之间。开关7设于霍尔元 件25的第三端子与放大电路沈的反相输入端子之间。开关8设于霍尔元件25的第四端 子与放大电路26的反相输入端子之间。
取样/保持电路10的第一输入端子连接至放大电路沈的输出端子，第二输入端 子连接至基准电压电路M的输出端子，第一输出端子连接至比较电路21的非反相输入端 子，第二输出端子连接至比较电路21的反相输入端子。在此，取样/保持电路10中，在第 一输入端子与第一输出端子之间，开关11 12依次串联连接，在第一输入端子与第一输出 端子之间，开关13 14依次串联连接，在第二输入端子与第二输出端子之间，开关15 16 依次串联连接。此外，电容17设于开关11及开关12的连接点与接地端子42之间，电容18 设于开关13及开关14的连接点与接地端子42之间，电容19设于开关15及开关16的连 接点与接地端子42之间。
基准电压电路对、放大电路26、比较电路21、和缓冲电路22分别设于电源端子41 与接地端子42之间。缓冲电路22的输入端子连接至比较电路21的输出端子，而输出端 子连接至输出端子43。控制电路23输出信号Ml EN2、信号Φ1 Φ 3、和信号Φ IV Φ2ν，控制放大电路沈、比较电路21、开关1 8、和开关11 16。
电源端子31连接至电源端子41，接地端子32连接至接地端子42。内部电阻33 及内部电源34在电源端子31与接地端子32之间依次串联连接。
在放大电路沈中，如图2所示，由第1级第一放大器71及第1级第二放大器72 形成的第1级放大级的输出电压经由断续电路73输入至由第2级放大器74形成的第2级 放大级。
霍尔元件25通过磁作用产生霍尔电压。放大电路沈放大霍尔电压。基准电压电 路M生成基准电压Vref。取样/保持电路10在取样期间对放大的霍尔电压及基准电压 Vref分别进行取样。比较电路21在比较期间对取样后的已放大的霍尔电压和取样后的基 准电压Vref进行比较，输出基于比较结果的输出电压。控制电路23在取样期间将比较电 路21控制在非激活状态，而在比较期间将霍尔元件25及放大电路沈分别控制在非激活状 态。
接着，对磁性传感器电路的动作进行说明。图3是表示第一实施方式的磁性传感 器电路的动作的时序图。
[从时间tl到时间t2为止的期间的动作]
该期间是将利用对霍尔元件25的磁作用在霍尔元件25产生的霍尔电压进行放 大，并对该放大后的霍尔电压进行取样的取样期间。这时，控制电路23将信号Em控制在 高电平，从而将放大电路沈控制在激活状态。此外，控制电路23将信号EN2控制在低电 平，从而将比较电路21控制在非激活状态。由于比较电路21不工作，相应地降低磁性传感 器电路的耗电。此外，在该期间中，信号Φ1及信号Φ ν成为高电平，开关1、开关4、开关6 7、开关11、和开关15导通(0N)，信号Φ2及信号Φ2V成为低电平，开关2 3、开关 5、开关8、和开关13断开(OFF)。
信号Φ 1成为高电平，开关1及开关4导通，由此偏置电流经由开关1及开关4流 入霍尔元件25。基于该偏置电流及磁作用，在霍尔元件25的第二端子与第三端子之间产生 霍尔电压。由于信号Φ ν成为高电平，且开关6 7导通，所以该霍尔电压经由开关6 7 输入至放大电路沈，霍尔电压由放大电路沈放大。由于信号Φ ν成为高电平，且开关11 导通，所以放大后的霍尔电压经由开关11充电至电容17而被取样。
此外，基准电压电路M生成基准电压Vref。信号Φ IV成为高电平，由于开关15 导通，所以该基准电压Vref经由开关15充电至电容19而被取样。
在此，如图3所示，磁性传感器电路的电源电压VDD基于内部电阻33的电阻值 Rvdd和主要由霍尔元件25及放大电路沈造成的磁性传感器电路的消耗电流的电流值 Idd，从内部电源34的内部电源电压VDDPS电压下降至电压(VDDPS-Rvdd .Idd)。基于这时 的电压下降的电源电压(VDD = VDDPS-Rvdd · Idd)，已放大的霍尔电压经由开关11充电至 电容17而被取样，基准电压Vref也经由开关15充电至电容19而被取样。S卩，主要因霍尔 元件25及放大电路沈被供电而电源电压VDD电压下降，在此状况下，已放大的霍尔电压及 基准电压Vref这两者都被取样。
[从时间t2至时间t3为止的期间的动作]
在该期间中，通过控制电路23，信号Φ1及信号Φ ν成为低电平，开关1、开关4、 开关6 7、开关11、和开关15断开，信号Φ2及信号Φ2ν成为高电平，开关2 3、开关 5、开关8、和开关13导通。
这样，霍尔元件25的偏置电流的路径从第一端子与第四端子之间的路径切换到 第二端子与第三端子之间的路径。此外，在第二端子与第三端子之间产生的霍尔元件25的 霍尔电压，在第一端子与第四端子之间产生。此外，对放大后的霍尔电压进行充电的电容， 从电容17切换到电容18。
[从时间t3到时间t4为止的期间的动作]
该期间是对基于磁作用的电压Vh2和基准电压Vref进行比较的比较期间。这时， 控制电路23将信号Φ1 Φ2及信号Φ ν Φ2ν控制在低电平，从而将霍尔元件25控制 在非激活状态。此外，控制电路23将信号Em控制在低电平，将放大电路沈控制在非激活 状态。此外，控制电路23将信号ΕΝ2控制在高电平，从而将比较电路21控制在激活状态。 由于霍尔元件25及放大电路沈不工作，相应地降低磁性传感器电路的耗电。此外，在该期 间中，信号Φ3成为高电平，开关12、开关14、和开关16导通。
由于信号Φ 3成为高电平，且开关12及开关14导通，电容13和电容18并联连接， 在各电容中取样后分别保持的各电压(放大后的霍尔电压)被平均化后作为基于磁作用的 电压Vh2而输入至比较电路21的非反相输入端子。此外，在电容19中取样后被保持的电 压(基准电压Vref)输入至比较电路21的反相输入端子。比较电路21对在主要因霍尔元 件25及放大电路沈被供电而使电源电压VDD电压下降的状况下取样后生成的基于磁作用 的电压Vh2与在此状况下取样的基准电压Vref进行比较。这时，若基于磁作用的电压Vh2 高于基准电压Vref，则比较电路21的输出信号及输出电压VOUT成为高电平，若低，则成为 低电平。此外，该比较电路21的输出信号由缓冲电路22缓冲。
这时，若设霍尔元件25的磁电转换系数为KH，则下述的公式(1) (3)成立。
VDD = VDDPS-Rvdd ‘ Idd (1)
KH VDD(2)
Vref VDD(3)
此外，从公式⑵，公式(4)也成立。
Vh2 VDD(4)
检测对于霍尔元件25的磁作用时的磁检测电平Bdet由下述的公式(5)表示。
Bdet = Vref/KH(5)
因而，由公式⑵ (5)可知，由于磁电转换系数KH与电压下降的电源电压VDD 成比例，基于磁作用的电压Vh2也与电压下降的电源电压VDD成比例，且基于磁作用的电压 Vh2及基准电压Vref这两者也与电压下降的电源电压VDD成比例，所以磁检测电平Bdet不 易与内部电阻33的电阻值Rvdd相关。
此外，设从第1级第二放大器72的输出端子到第1级第一放大器71的输出端子 产生的电压为VI、电压Vl被断续电路73断续而生成的电压为V2、在第2级放大器74的输 出端子产生的电压为V3、在比较电路21的非反相输入端子产生的电压为Vh2。此外，设由 第1级第一放大器71及第1级第二放大器72形成的第1级放大级的增益为G1、由第2级 放大器74形成的第2级放大级的增益为G2。此外，设霍尔电压为Vhl。此外，设霍尔元件 25的偏置电压为Voh、第1级放大级的偏置电压为Voal、第2级放大级的偏置电压为Voa2。
在从时间tl到时间t2为止的期间(取样期间)中，电压Vl由下述的公式(11) 表不。
Vl = Gl · (+Voh+Voal+Vhl)(11)
电压Vl原样成为电压V2，电压V2由下述的公式(12)表示。
V2 = Gl · (+Voh+Voal+Vhl)(12)
第2级放大级将电压V2放大至电压V3，电压V3由下述的公式(1 表示。
V3 = Gl · G2 (+Voh+Voal+Vhl)+G2 · Voa2 (13)
在从时间t2到时间t3为止的期间(取样期间)中，霍尔元件25的偏置电流的路 径被切换，因此电压Vl由下述的公式(14)表示。
Vl = Gl · (+Voh+VoaI-Vhl)(14)
电压Vl被断续电路73断续而成为电压V2，电压V2由下述的公式(15)表示。
V2 = Gl · (-Voh-Voal+Vhl)(15)
第2级放大级将电压V2放大到电压V3，电压V3由下述的公式(16)表示。
V3 = Gl · G2 (-Voh-Voa 1+Vh 1)+G2 · Voa2 (16)
从时间t3到时间t4为止的期间(比较期间)中，从时间11到时间t2为止的期 间的电压V3与从时间t2到时间t3为止的期间的电压V3被平均化而成为电压Vh2，电压 Vh2由下述的公式(17)表示。
Vh2 = Gl · G2 · Vhl+G2 · Voa2(17)
由公式(17)可知，霍尔元件25的偏置电压Voh及放大电路沈的由第1级第一放 大器71及第1级第二放大器72形成的第1级放大级的偏置电压Voal，没有被包含于基于 磁作用的电压Vh2中。
这样，比较电路21对在主要因霍尔元件25及放大电路沈被供电而使电源电压 VDD电压下降的状况下取样后生成的基于磁作用的电压Vh2与在此状况下取样后的基准电 压Vref进行比较。这些电压，两者都是基于因内部电阻33而电压下降的电源电压VDD生 成的。因而，磁检测电平Bdet不易与内部电阻33的电阻值Rvdd相关。
此外，能够在取样期间使比较电路21不工作，并能够在比较期间使霍尔元件25及 放大电路26不工作，因此相应地降低磁性传感器电路的耗电。
此外，霍尔元件25的偏置电压Voh及放大电路沈的由第1级第一放大器71及第 1级第二放大器72形成的第1级放大级的偏置电压Voal，没有被包含于基于磁作用的电压 Vh2。
此外，图1中，基准电压Vref在信号Φ IV成为高电平的定时经由开关15充电至 电容19而被取样，但在信号Φ2ν成为高电平的定时(未图示)被取样也可。
此外，信号Φ1和信号Φ IV为同一信号也可。
此外，信号Φ 2和信号Φ 2V为同一信号也可。
此外，在图3中，在取样期间比较电路21不工作，而在比较期间霍尔元件25及放 大电路沈不工作。但是，在取样期间比较电路21工作，且在比较期间霍尔元件25及放大 电路沈不工作(未图示)也可。此外，在取样期间比较电路21不工作，而在比较期间霍尔 元件25及放大电路沈工作(未图示)也可。
<第二实施方式>
首先，对第二实施方式的磁性传感器电路的结构进行说明。图4是表示第二实施 方式的磁性传感器电路的图。图5是表示第二实施方式的磁性传感器电路的放大电路的 图。
比较第一实施方式与第二实施方式，则放大电路沈变更为放大电路^a，此时，在 放大电路26a中追加了第一和第二控制端子。取样/保持电路10变更为取样/保持电路 10a，此时，取样/保持电路IOa中除去了第二输入端子。控制电路23变更为控制电路23a， 此时，控制电路23a中追加了输出信号Φ4的输出端子。此外，追加了开关81 82。
比较第一实施方式与第二实施方式，则基准电压电路M的输出端子经由开关81 连接至放大电路的第一控制端子，而不会连接到取样/保持电路10的第二输入端子。 被施加电压(VDD/幻的端子经由开关82连接至放大电路26a的第二控制端子。开关15设 置在取样/保持电路IOa的第一输入端子上，而不是设在取样/保持电路10的第二输入端 子。此外，控制电路23a通过信号Φ4来控制开关15，而不是通过信号Φ ν来控制。控制 电路23a通过信号Φ 4来控制开关81 82。
放大电路沈分别放大霍尔电压及基准电压Vref。取样/保持电路10在取样期间 分别对放大后的霍尔电压及放大后的基准电压Vref2进行取样。比较电路21在比较期间 对取样后已放大的霍尔电压与取样后已放大的基准电压Vref2进行比较，输出基于比较结 果的输出电压。
接着，对磁性传感器电路的动作进行说明。图6是表示磁性传感器电路的动作的 时序图。
[从时间til到时间tl2为止的期间的动作]
该期间的动作与第一实施方式中的从时间tl到时间t2为止的期间的动作相同。8
[从时间tl2到时间tl3为止的期间的动作]
该期间的动作与第一实施方式中的从时间t2到时间t3为止的期间的动作相同。
[从时间tl3到时间tl4为止的期间的动作]
该期间是放大基准电压Vref并对该基准电压Vref进行取样的取样期间。这时， 控制电路23a将信号Em控制在高电平，从而将放大电路26a控制在激活状态。此外，控制 电路23a将信号EN2控制在低电平，从而将比较电路21控制在非激活状态。由于比较电路 21不工作，相应地降低磁性传感器电路的耗电。此外，在该期间中，信号Φ4成为高电平，开 关15及开关81 82导通，信号Φ1 Φ2及信号Φ IV Φ2ν成为低电平，开关1 8、 开关11、和开关13断开。此外，控制电路23a以使图5所示的断续电路73的各开关断开的 方式进行控制。
由于信号Φ4成为高电平，且开关81 82导通，基准电压Vref输入至放大电路 26a的第一控制端子，且电压(VDD/幻输入至第二控制端子。这样，基准电压Vref和第2级 放大器74的偏置电压Voa2的合计电压将电压(VDD/幻放大至基准电压，输出放大后的基 准电压Vref2。由于开关11及开关13断开、开关15导通，放大后的基准电压Vref2经由开 关15充电至电容19而被取样。
[从时间tl4到时间tl5为止的期间的动作]
该期间的动作与第一实施方式中的从时间t3到时间t4为止的期间的动作相同。
在此，虽然不做重复说明，但如上所述，电压Vh2由下述的公式(17)表示。
Vh2 = Gl · G2 · Vhl+G2 · Voa2(17)
此外，由第2级放大器74形成的第2级放大级将基准电压Vref放大至基准电压 Vref2，放大后的基准电压Vref2由下述的公式(18)表示。
Vref2 = G2 · Vref+G2 · Voa2(18)
基于磁作用的电压Vh2具有电压(G2*Voa2)并且输入至比较电路21的非反相输 入端子，但放大后的基准电压Vref2也具有电压(G2*Voa2)并且输入至比较电路21的反 相输入端子。因而，由公式(17) (18)可知，放大电路沈的由第2级放大器74形成的第 2级放大级的偏置电压Voa2不会影响比较电路21。
这样，不仅霍尔元件25的偏置电压Voh及放大电路沈的由第1级第一放大器71 及第1级第二放大器72形成的第1级放大级的偏置电压Voal不会影响比较电路21，而且 放大电路26的由第2级放大器74形成的第2级放大级的偏置电压Voa2也不会影响比较 电路21。
附图标记说明
1 8、11 16开关；10取样/保持电路；17 19电容；21比较电路；22缓冲电 路；23控制电路；对基准电压电路；25霍尔元件J6放大电路；30电源；31、41电源端子； 32,42接地端子；33内部电阻；34内部电源；43输出端子。
权利要求
1.一种磁性传感器电路，其与具有内部电阻的电源连接，其特征在于，包括 通过磁作用产生霍尔电压的霍尔元件；放大所述霍尔电压的放大电路； 生成基准电压的基准电压电路；在取样期间对已放大的所述霍尔电压及基于所述基准电压的电压分别取样的取样/ 保持电路；在比较期间对取样后的已放大的所述霍尔电压与取样后的基于所述基准电压的电压 进行比较并输出基于比较结果的输出电压的比较电路；以及在所述取样期间至少将所述霍尔元件及所述放大电路控制在激活状态，并在所述比较 期间至少将所述比较电路控制在激活状态的控制电路。
2.如权利要求1所述的磁性传感器电路，其特征在于所述取样/保持电路对已放大的所述霍尔电压及所述基准电压分别取样， 所述比较电路对取样后的已放大的所述霍尔电压与取样后的所述基准电压进行比较。
3.如权利要求1所述的磁性传感器电路，其特征在于 所述放大电路对所述霍尔电压及所述基准电压分别进行放大，所述取样/保持电路对已放大的所述霍尔电压及已放大的所述基准电压分别取样， 所述比较电路对取样后的已放大的所述霍尔电压与取样后的已放大的所述基准电压 进行比较。
全文摘要
本发明提供磁检测电平不易与电源的内部电阻的电阻值相关的低耗电的磁性传感器电路。比较电路(21)对在主要由霍尔元件(25)及放大电路(26)被供电而使电源电压(VDD)电压下降的状况下取样后生成的基于磁作用的电压(Vh2)与在此状况下取样后的基准电压(Vref)进行比较。这些电压，两者都是基于因内部电阻(33)而电压下降的电源电压(VDD)生成的。因而，磁检测电平(Bdet)不易与内部电阻(33)的电阻值(Rvdd)相关。此外，例如能够在取样期间使比较电路(21)不工作，并且在比较期间能够使霍尔元件(25)及放大电路(26)不工作，所以相应地降低磁性传感器电路的耗电。
文档编号G01R33/07GK102033212SQ20101051302
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者挽地友生, 有山稔 申请人:精工电子有限公司