专利名称：磁传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将磁场强度变换成电信号的磁传感器装置，涉及例如折叠式便携电话机或笔记本电脑等中的开闭状态探测用传感器或电动机的旋转位置探测传感器等所利用的磁传感器装置。
背景技术：
作为折叠式便携电话机或笔记本电脑等中的开闭状态探测用传感器，另外，作为电动机的旋转位置探测传感器，使用磁传感器装置(例如，参照专利文献I)。磁传感器装置由磁电变换元件(例如霍尔元件)输出与磁场强度或磁通量密度成比例的电压，由放大器放大该输出电压，使用比较器来判定，以H信号或L信号的二值输出。由于磁电变换元件的输出电压微小，因而磁电变换元件所拥有的失调电压(元件失调电压)、放大器或比较器所拥有的失调电压(输入失调电压)或变换装置内的噪声成为问题。元件失调电压(offset voltage)主要由于磁电变换元件从封装件受到的应力等而产生。输入失调电压主要由于构成放大器的输入电路的元件的特性偏差等而产生。噪声主要由于构成电路的单体晶体管所拥有的闪变噪声、单体晶体管或电阻元件所拥有的热噪声而产生。为了降低上述的磁电变换元件或放大器所拥有的失调电压的影响，设计了图4所示的磁传感器装置。现有的磁传感器装置成为具有霍尔元件1、切换霍尔元件I的第一检测状态和第二检测状态的开关切换电路2、放大开关切换电路2的两个输出端子的电压差(V1-V2)的差分放大器3、差分放大器3的一个输出端子与一端连接的电容Cl、在差分放大器3的另一个输出端子与电容Cl的另一端之间连接的开关S1、比较器4以及D型触发器Dl的构成。在此，第一检测状态为，从端子A和C输入电源电压，从端子B和D输出检测电压。另外，第二检测状态为，从端子B和D输入电源电压，从端子A和C输出检测电压。将磁电变换元件的差分输出电压设为Vh，将差分放大器的增益设为G，将差分放大器的输入失调电压设为Voa。在第一检测状态下，开关SI为接通(0N)，将电容C I充电至Vcl=V3-V4=G (Vhl+Voa)。接下来，在第二检测状态下，开关SI为断开(OFF)，输出Vc2=V3-V4=G (-Vh2+Voa)0 在此，成为 V5-V6=V3-Vcl-V4=Vc2_Vcl=-G (Vhl+Vh2)，抵销输入失调电压的影响。另外，由于磁电变换元件的检测电压Vhl和Vh2 —般拥有同相的有效信号分量和反相的元件失调分量，因而上述的输出电压还除去元件失调分量的影响。而且，在比较器中进行所施加的磁场强度和基准电压的比较，锁存比较输出结果。基准电压，在图4的情况下，是磁电变换元件中的同相电压，能够通过追加电路而任意地设定。专利文献1:日本特开2001 - 337147号公报。
发明内容
然而，在现有的磁传感器装置中，不能完全地抑制传感器装置内部的各构成元件所发出的噪声(闪变噪声、热噪声)或外来噪声导致的影响，存在着检测或解除时的磁场强度产生偏差的课题。尤其是，由于在差分放大器3的输入端子部产生的噪声被放大而成为主要原因。本发明是为了解决如以上那样的课题而设计的，提供通过重复多次磁场检测的动作并进行这些判定结果的对照而抑制噪声所导致的影响并高精度地检测或解除磁场强度的磁传感器装置。而且，作为仅在从上次的检测状态起发生变化时进行前述多次对照的构成，抑制不需要的消耗电力。为了解决现有的这样的问题点，本发明的磁传感器装置作为如以下那样的构成。本发明是根据施加至磁电变换元件的磁场强度而进行逻辑输出的磁传感器装置，由输入将磁电变换元件的输出放大而得到的信号并输出比较的结果的比较器和对比较器的输出信号进行运算处理的逻辑电路构成。逻辑电路仅在由于磁场强度的变化而导致逻辑输出产生变化的情况下进行连续的多次逻辑输出的对照判定。
依照本发明的磁传感器装置，能够抑制消耗电力并同时降低装置内部的各构成元件所发出的噪声或外来噪声导致的磁场强度的检测或解除的判定偏差。另外，能够提供能够利用低消耗电流来进行高精度的磁场强度的检测或解除的磁传感器装置。
图1是示出本实施方式的磁传感器装置的电路图。图2是本实施方式的磁传感器装置的时序图。图3是本实施方式的磁传感器装置的应用示例的时序图。图4是现有的磁传感器装置的电路图。图5是示出选择器电路的一个示例的电路图。图6是示出差分放大器的一个示例的电路图。附图标记说明
I霍尔元件；2 开关切换电路；3 差分放大器；4 比较器；5 接通/断开(ON/OFF)电路；11、12 差分放大器；AN1 与(AND)电路；0R1 或(OR)电路；X1、X2 异或(XOR)电路；D1、D2、D3 D型触发器；SL1、SL2选择器电路；TM1、TM2传输门。
具体实施例方式本实施方式的磁传感器装置作为折叠式便携电话机或笔记本电脑等中的开闭状态探测传感器或电动机的旋转位置探测传感器等探测磁场强度的状态的传感器而广泛地利用。在以下的实施方式中，对使用磁电变换元件的磁传感器装置进行说明，但本发明的变换装置也能够使用根据加速度或压力等而同样地进行电压输出的变换元件，以代替根据磁场强度而进行电压输出的磁电变换元件。图1是本实施方式的磁传感器装置的电路图。本实施方式的磁传感器装置由作为磁电变换元件的霍尔元件1、开关切换电路2、差分放大器3、比较器4、0N/0FF电路5、D型触发器Dl、D2、D3、XOR电路X1、X2、选择器电路SLU SL2、AND电路AN1、OR电路0R1、电容Cl、开关S1、输出端子VOUT以及0N/0FF信号源ΦΕ1、ΦΕ2构成。霍尔元件I具有第一端子对A-C和第二端子对B-D。开关切换电路2具有与霍尔元件I的各端子A、B、C以及D连接的4个输入端子、第一输出端子以及第二输出端子。差分放大器3具有第一输入端子和第二输入端子以及第一输出端子和第二输出端子。选择器电路SL1、SL2具有输入端子A、输入端子B、选择端子CtS以及输出。差分放大器3,其第一输出端子与电容Cl的一端连接,第二输出端子与开关SI的一端连接。比较器4,其第一输入与电容Cl的另一端和开关SI的另一端连接,第二输入与差分放大器3的第二输出端子连接，输出与D型触发器Dl和D型触发器D2连接。XOR电路XI，其第一输入与D型触发器Dl的输出连接，第二输入与D型触发器D2的输出连接，输出与选择器电路SLl的选择端子CtS连接。XOR电路X2，第一输入与D型触发器Dl的输出和选择器电路SLl的输入端子A连接，第二输入与选择器电路SLl的输入端子B、选择器电路SL2的输入端子A、D型触发器D3的输出以及输出端子VOUT连接，输出与选择器电路SL2的选择端子0S以及AND电路ANl的第一输入连接。选择器电路SL2，其输入端子B与选择器电路SLl的输出端子连接，输出端子与D型触发器D 3的输入连接。AND电路AN1，其第二输入与0N/0FF信号源ΦΕ2连接，输出与OR电路ORl的第一输入连接。OR电路0R1，其第二输入与0N/0FF信号源ΦΕ1连接，输出与0N/0FF电路5连接。0N/0FF电路5将ΦΕΝ信号输出至开关切换电路2、差分放大器3、比较器4。在图5中，示出选择器电路SLl和SL2的电路图的一个示例。选择器电路由构成传输门(transmission gate) TMl的PMOS晶体管501和NMOS晶体管502、构成传输门TM2的PMOS晶体管503和NMOS晶体管504以及逆变器I1、12构成。关于连接，选择端子Φ S与逆变器Il的输入连接，逆变器Il的输出与逆变器12的输入、NMOS晶体管502的栅极以及PMOS晶体管503的栅极连接。逆变器12的输出与PMOS晶体管501的栅极和NMOS晶体管504的栅极连接。PMOS晶体管501，其漏极与输入端子A和NMOS晶体管502的漏极连接，源极与输出端子和NMOS晶体管502的源极连接。PMOS晶体管503，其漏极与输入端子B和NMOS晶体管504的漏极连接，源极与输出端子和NMOS晶体管502的源极连接。通过根据来自选择端子Φ S的Η/L输入信号而控制两个传输门TMl和TM2的0N/0FF，从而完成将输入端子A或输入端子B的任一个的信号向输出端子传递的任务。在图6中，不出差分放大器3的电路图的一个不例。差分放大器3 —般作为仪表放大器(instrumentation amplifier)构成。差分放大器3具备差分放大器11、12和电阻Rll、R12、R13。关于连接,差分放大器11，其同相输入端子与第一输入端子连接，反相输入端子与电阻Rll的一个端子和电阻R12的一个端子的连接点连接，输出与第一输出端子和电阻Rll的另一个端子连接。差分放大器12，同相输入端子与第二输入端子连接，反相输入端子与电阻R13的一个端子和电阻R12的另一个端子的连接点连接，输出与第二输出端子和电阻R13的另一个端子连接。差分放大器3，通过作为这样的仪表放大器构成，从而能够抑制差分输入中的同相噪声的影响。开关切换电路2具有切换将电源电压输入至霍尔元件I的第一端子对A-C并从霍尔元件I的第二端子对B-D输出检测电压的第一检测状态和将电源电压输入至第二端子对B-D并从第一端子对A-C输出检测电压的第二检测状态的功能。接着，对本实施方式的磁传感器装置的动作进行说明。图2是本实施方式的磁传感器装置中的控制信号等的时序图。在此，ADm示出输入至第m个D型触发器Dm的锁存用的时钟信号。另外，只要不特别记载，D型触发器就在从L信号向H信号上升时进行输入数据的锁存。
检测动作的一个周期T根据上述的开关切换电路2的动作而分成第一检测状态Tl和第二检测状态T2。另外，检测动作的一个周期T根据开关SI的开闭而分成采样阶段Fl和比较阶段F2。采样阶段Fl将霍尔元件1、差分放大器3的失调分量存储于电容Cl。比较阶段F2进行根据磁场强度而决定的电压和检测电压电平的比较。在此，将磁电变换元件的差分输出电压设为Vh,将差分放大器的增益设为G,将差分放大器的输入失调电压设为Voa。在采样阶段Fl中，霍尔元件I成为第一检测状态Tl，开关SI为ON。SI为0N，由此，将电容Cl充电至
Vcl= (V3-V4) =G (Vhl+Voa) ...... (I)。接下来，在比较阶段F2 (第二检测状态T2)中，开关SI为0FF，输出Vc2= (V3-V4) =G (-Vh2+Voa) ...... (2)。在此，成为V5-V6=V3-Vcl-V4=Vc2-Vcl=-G (Vhl+Vh2) ...... (3)，
抵销输入失调电压的影响。另外，由于磁电变换元件的检测电压Vhl和Vh2 —般拥有同相的有效信号分量和反相的元件失调分量，因而上述的输出电压还除去元件失调分量的影响。然后，在比较阶段F2中，在比较器4中将式(3)所表示的施加磁场强度的检测电压分量与基准电压相比较，输出信号V7 (H信号(VDD)或L信号(GND))。在此，本实施例的情况的基准电压是磁电变换元件中的同相电压。另外，基准电压能够通过追加电路而任意地设定。比较器4所输出的信号V7输入至以下详述的逻辑电路。比较器4所输出的信号V7由两个D型触发器Dl和D2在各自的时机二次锁存。第二次的锁存在连续的再次检测动作中，即第一次的锁存的一个检测周期T之后进行。然后，利用连接有这两个输出的XOR电路XI，仅在这两个输出值相同时，通过选择器电路SL1，将比较器的输出信号向选择器电路SL2输入。相反，如果D型触发器Dl和D2的两个输出的值不同，则将D型触发器D3所保持的前检测时的输出结果保持原样地向选择器电路SL2输入。即，只要不隔开T的时间而继续相同的检测(解除)状态，就不进行检测或解除的判定，能够防止瞬间的噪声的影响所导致的误检测、误解除。接下来，利用连接有D型触发器D3所保持的前检测时的输出结果和D型触发器Dl的输出的XOR电路X2，仅在这两个输出值不同时，通过选择器电路SL2，将选择器电路SLl的输出信号向D型触发器D3输入，最终在Φ 3的时机锁存。相反，如果输入至XOR电路Χ2的两个输出值相同，则将D型触发器D3所保持的前检测时的输出结果保持原样地向D型触发器D3输入并锁存。另外，将XOR电路Χ2的输出和0N/0FF信号ΦΕ2输入至AND电路ΑΝ1，仅在输入至XOR电路Χ2的两个输出值不同的情况下，将0N/0FF信号ΦΕ2经由AND电路ANl而向OR电路ORl输入。然后，由OR电路ORl将0N/0FF信号Φ El和0N/0FF信号ΦΕ2合并，作为Φ EN信号而输出。另一方面，在输入至XOR电路Χ2的两个输出值相同的情况下，由于AND电路ANl的输出固定为L信号，因而0N/0FF信号ΦΕ1保持原样地作为ΦΕΝ信号而从OR电路ORl输出。即，如果第一次的锁存结果和前检测结果不同，则进行第二次的判定，通过第一次和第二次的结果的对照而决定检测结果。在这种情况下，消耗两个检测周期的程度(2Τ)的电力。相反，如果第一次的锁存结果和前检测结果相同，则不进行第二次的判定，还停止进行差分放大器等的信号处理的电路的电流。在这种情况下，能够削减一个检测周期T的程度的消耗电力。此外，即使在第一次的锁存结果和前检测结果不同的情况下，由于在第一次的锁存结果和第二次的锁存结果不同的情况下，第一次的判定变得无效，因而检测结果VOUT也不变化，但消耗两个检测周期的程度(2T)的电力。通过以上，从而能够抑制由于来自传感器装置内部或外部的噪声而导致磁场强度的检测或解除的判定结果产生的偏差且将消耗电力抑制为必要的最低限度。另外，如图3所示，即使在两极探测用途中，也能够应用本发明。在此，所谓两极探测，是在由S极或N极任一个极性进行检测或解除的判定的情况下，输出逻辑反相。在本发明中，例如，在由S极进行检测或解除的判定的情况下，在通常的S极、N极两个判定之后，再次进行S极判定，如果二次的判定结果相同，则输出逻辑反相。在这种情况下，不进行第二次的N极判定。相反，在由N极进行检测或解除的判定的情况下，也同样地，在通常的S极、N极两个判定之后，再次进行N极判定，如果二次的判定结果相同，则输出逻辑反相。在这种情况下，不进行第二次的S极判定。这样，通过仅在进行检测或解除的判定时判定的极性侧进行再次判定，从而能够实现高精度的磁场强度的检测和消耗电力的抑制。此外，在本实施方式中，将连接有比较器4的输出的D型触发器设为2个而进行了说明，但D型触发器也可以是三个以上。在这种情况下，只要不使这些输出的全部的值一致，就保持前检测结果。越是增加这样并联地连接的D型触发器的数量，就越是能够进一步抑制噪声的影响力。另外，在本实施方式所示的磁传感器装置中，以从霍尔元件I至比较器4的电路作为如图1那样的构成而进行了说明，但不限定于该电路构成。例如，也可以是从另外设置的基准电压电路施加任意的电压以作为由比较器4比较的基准电压的构成。而且，本发明中的磁传感器装置还能够使用于交变探测(例如电动机的旋转探测)用途。交变探测是从进行仅一个(例如S极)极性的探测的状态切换至在探测到该一个极性的情况下进行仅另一个(N极)极性的探测的状态的磁传感器装置。另外，在图2的时序图中，即使在作为未设置处于检测周期T与检测周期T之间的预备期间的驱动方法的情况下，也得到同样的效果。
权利要求
1.一种磁传感器装置，根据施加至磁电变换元件的磁场强度来进行逻辑输出，包括 比较器，输入将所述磁电变换元件的输出放大而得到的信号并输出比较的结果；以及逻辑电路，对所述比较器的输出信号进行运算处理，所述磁传感器装置特征在于，所述逻辑电路，仅在由于所述磁场强度的变化而导致所述逻辑输出产生变化的情况下，进行连续的多次逻辑输出的对照判定。
2.如权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于，所述逻辑电路包括第一 D型触发器和第二 D型触发器，所述比较器的输出端子各自与输入端子连接； 第一异或电路，所述第一 D型触发器的输出端子和所述第二 D型触发器的输出端子与输入端子连接；第二异或电路，所述第一 D型触发器的输出端子和第三D型触发器的输出端子与输入端子连接；第一选择器电路，所述第一 D型触发器的输出端子和所述第三D型触发器的输出端子与输入端子连接，根据所述第一异或电路的输出而将输入信号选择性地输出；以及第二选择器电路，所述第三D型触发器的输出端子和所述第一选择器电路的输出端子与输入端子连接，根据所述第二异或电路的输出而将输入信号向所述第三D型触发器选择性地输出。
3.如权利要求2所述的磁传感器装置，其特征在于，所述磁传感器装置还包括所述磁电变换元件；开关切换电路，切换所述磁电变换元件的第一检测状态和第二检测状态；差分放大器，放大所述开关切换电路的两个输出端子的电压差；电容，一个端子与所述差分放大器的输出端子连接并保持失调；以及开关，与所述电容的另一个端子连接。
4.如权利要求3所述的磁传感器装置，其特征在于，所述磁传感器装置包括与电路，所述第二异或电路的输出端子和第二接通/断开信号源与其输入端子连接； 或电路，所述与电路的输出端子和第一接通/断开信号源与其输入端子连接；以及接通/断开电路，根据所述或电路的输出信号而各自进行向所述开关切换电路、所述差分放大器、所述比较器的电流供给的控制。
5.如权利要求2所述的磁传感器装置，其特征在于，所述选择器电路包括第一传输门，与第一输入端子连接；以及第二传输门，与第二输入端子连接，根据选择端子的输入信号来切换并输出所述第一传输门和所述第二传输门的输出。
6.如权利要求3或4所述的磁传感器装置，其特征在于，所述开关切换电路具有切换以下的状态的功能第一检测状态，将电源电压输入至所述磁电变换元件的第一端子对并从第二端子对输出检测电压；以及第二检测状态，将电源电压输入至所述磁电变换元件的所述第二端子对并从所述第一端子对输出检测电压。
7.如权利要求6所述的磁传感器装置，其特征在于，利用以下的阶段来根据施加至所述磁电变换元件的磁场强度而进行逻辑输出采样阶段，在所述第一检测状态下将失调保持于所述电容；以及比较阶段，在所述第二检测状态下抵销所述失调并且进行所施加的磁场强度和基准电压的比较。
8.如权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于，所述逻辑电路，在由于S极、N极任一个所述磁场强度的变化而导致所述逻辑输出产生变化的情况下，仅所述磁场强度产生变化的极性进行连续的多次逻辑输出的对照判定。
全文摘要
本发明能够抑制消耗电力并同时抑制磁传感器装置内部的各构成元件所发出的噪声或外来噪声导致的磁场强度的检测或解除的偏差而进行高精度的磁读取。本发明是根据施加至磁电变换元件的磁场强度而进行逻辑输出的磁传感器装置，由输入将磁电变换元件的输出放大而得到的信号并输出比较的结果的比较器和对比较器的输出信号进行运算处理的逻辑电路构成。逻辑电路仅在由于磁场强度的变化而导致逻辑输出产生变化的情况下进行连续的多次逻辑输出的对照判定。
文档编号G01R33/07GK103018686SQ20121037337
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者村冈大介, 有山稔, 挽地友生, 深井健太郎 申请人:精工电子有限公司