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磁检测装置以及磁检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种磁检测装置，通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率，抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而大幅抑制积分部中的动作电压范围。第一和第二开关部(13、14)针对霍尔传感器(11)的四个端子中的相对置的两个端子切换来自偏压生成部(12)的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔电动势的极性为第一极性且霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间霍尔电动势的极性为作为与第一期间的极性相反的极性的第二极性且霍尔偏移电压的极性交替四次。
【专利说明】磁检测装置以及磁检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁检测装置以及磁检测方法，更详细地说，涉及一种通过加快霍尔传感器的偏移电压的斩波调制频率来抑制积分部中的霍尔传感器的偏移电压的积分部放大率而能够大幅抑制积分部中的动作电压范围的磁检测装置以及磁检测方法。
【背景技术】
[0002]通常，使用了霍尔元件的磁传感器作为检测磁体的位置信息的传感器，不仅使用于接近传感器、线性位置传感器、旋转角度传感器等，还以电流传感器的方式广泛使用，该电流传感器通过检测由流过电流导体的电流感应出的磁场来以非接触的方式测量流过电流导体的电流量。
[0003]另外，霍尔元件具有产生与所输入的磁场强度相应的霍尔电动势信号的磁电变换功能，因此作为磁传感器被广泛使用。然而，在霍尔元件中，存在在磁场为零的状态即无磁场的状态下也输出非零的有限电压的偏移电压(不平衡电压)。
[0004]因此，在利用了霍尔元件的磁传感器中，以消除霍尔元件所具有的偏移电压为目的，存在通常以旋转电流(Spinning current)法或者Connection commutation(连接换向)法这种名称被人知晓的霍尔元件的驱动方法。该方法是指在用于使驱动电流流过霍尔元件的端子对的位置与用于检测霍尔电动势信号的端子对的位置之间按照被称为斩波时钟(chopper clock)的时钟来周期地进行切换操作的方法。
[0005]对于以消除该偏移电压为目的的Spinning current法，即使在CMOS半导体电路中也能够使用开关电路来构成，因此用于实现高精度的磁传感器的霍尔电动势检测电路通常具备用于实现Spinning current法的开关电路。
[0006]在采用霍尔传感器的磁检测装置中，由于霍尔元件具有偏移电压，因此进行去除该偏移电压的处理，作为其一例，已知非专利文献I所记载的spinning currentprinciple (旋转电流法)。
[0007]然而，在该磁检测装置中，由于开关的切换而差动放大器的输入电压的极性不同时的差动放大器的调节时间有限，输入电压上升时的调节时间与下降时的调节时间不同，由此，在差动放大器的输出电压和开关的输出电压的电压波形中表现出其影响。这样开关的输出电压的电压波形不同，因此存在即使通过积分器对开关的输出电压进行积分也无法去除霍尔元件的偏移电压和差动放大器的固有偏移电压这种问题。
[0008]因此，为了解决这种问题，例如在专利文献I中提供一种能够去除霍尔元件的偏移电压以及对霍尔元件的输出进行放大的放大器所固有的偏移电压的磁检测装置。在该专利文献I所记载的磁检测装置中，通过切换控制部控制开关，针对四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向以使四端子霍尔元件所固有的霍尔偏移电压的极性在一个循环中交替四次，通过差动放大器，从处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子放大电压，在通过开关切换电流朝向的切换中存在相对于前一电流朝向成为相反朝向的切换时，与此同步地，通过切换控制部控制开关而使来自差动放大器的电压的极性反转，并且与其后一电流朝向切换同步地，通过切换控制部控制开关而使来自差动放大器的电压的极性反转。
[0009]另外，例如专利文献2所记载的磁检测装置涉及一种以下的磁检测装置:排除由霍尔元件、接收来自该霍尔元件的信号并对其放大的放大器等所受的干扰噪声，并且能够具有高速应答性。
[0010]并且，例如专利文献3所记载的磁检测装置涉及一种以下的磁检测装置:能够高精度地去除磁检测传感器的偏移电压以及模拟电路的模拟元件的偏移电压而高精度地检测磁检测传感器的磁力。
[0011]图1是用于说明以往的磁检测装置的电路结构图。图中，附图标记I表示霍尔传感器，2表示偏压电流生成电路，3表示第一开关电路，4表示第二开关电路，5表示差动放大器，6表示第三开关电路，7表示积分器，8表示开关控制电路。
[0012]图1示出的以往的磁检测装置包括:霍尔传感器1，其检测磁力；偏压电流生成电路2，其驱动霍尔传感器I ;第一开关电路3，其切换提供给霍尔传感器I的偏压电流的朝向；第二开关电路4，其切换与由霍尔传感器I检测出的磁力对应的差动电压的朝向；差动放大器5,其对该第二开关电路4的输出差动电压V1进行放大；第三开关电路6,其切换该差动放大器5的输出差动电压的极性；积分器7,其对该第三开关电路6的输出差动电压V2进行积分放大；以及开关控制电路8，其控制第一至第三开关电路的切换定时。
[0013]通过控制第一开关电路3和第二开关电路4，在霍尔传感器I的四个端子中相对置的两个端子之间提供偏压电流，将四个端子中其余的相对置的两个端子与差动放大器5连接。
[0014]图2的(a)至(d)是表示图1示出的开关电路的各斩波相位处的霍尔传感器的连接状态的图。如图2的(a)至(d`)所示，按照0° — 90° — 180° — 270°这四个相位的顺序周期地进行切换连接。由此，用式(I)至式(4)表示霍尔电动势Vih与霍尔传感器I的固有偏移电压Vw相加所得到的霍尔传感器I的输出差动电SV1，其中，该霍尔电动势Vih与偏压电流和检测磁场的朝向以及强度对应。
[0015]在此，设为以Vhp-Vhn定义霍尔传感器I的输出差动电压V1。
[0016][数I]
[0017]
【权利要求】
1.一种磁检测装置，其特征在于，具备: 霍尔传感器，其检测磁力； 偏压生成部，其驱动该霍尔传感器； 开关部，其与上述霍尔传感器相连接，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次，在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为作为与上述第一极性相反的极性的第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次； 放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及反转部，其使来自上述放大部的电压的极性与上述开关部的电流和电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。
2.根据权利要求1所述的磁检测装置，其特征在于， 上述开关部在上述第一期间进行以下切换: 第一切换，以使电流从上述霍尔传感器的第一端子朝向与该第一端子相对置的第二端子流动的方式将上述偏 压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述霍尔传感器的第三端子和与该第三端子相对置的第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接； 第二切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接； 第三切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及 第四切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接， 上述开关部在上述第二期间进行以下切换: 第五切换，以使电流从上述第一端子朝向上述第二端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第一端子和上述第二端子连接，并且将上述第四端子和上述第三端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接； 第六切换，以使电流从上述第三端子朝向上述第四端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第三端子和上述第四端子连接，并且将上述第一端子和上述第二端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接； 第七切换，以使电流从上述第二端子朝向上述第一端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第二端子和上述第一端子连接，并且将上述第三端子和上述第四端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接；以及 第八切换，以使电流从上述第四端子朝向上述第三端子流动的方式将上述偏压生成部与上述第四端子和上述第三端子连接，并且将上述第二端子和上述第一端子分别与上述放大部的正输入端子和负输入端子连接。
3.根据权利要求1或者2所述的磁检测装置，其特征在于， 上述开关部将上述第一期间内的切换反复进行η次，将上述第二期间内的切换反复进行η次，其中，η为2以上的整数， 上述反转部使来自上述放大部的电压的极性与上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。
4.一种磁检测装置，其特征在于，具备: 霍尔传感器，其检测磁力； 偏压生成部，其驱动该霍尔传感器； 开关部，其针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换来自上述偏压生成部的电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向； 放大部，其对通过该开关部的切换而取出的电压进行放大；以及 反转部，其使来自该放大部的电压的极性反转， 其中，使上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替时的动作频率为使上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性交替时的动作频率的2η倍，其中，η为I以上的整数。
5.一种磁检测方法，是具备检测磁力的霍尔传感器以及驱动该霍尔传感器的偏压生成部的磁检测装置中的磁检测方法，该磁检测方法的特征在于，包括以下步骤: 通过与上述霍尔传感器相连接的开`关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第一期间霍尔传感器的霍尔电动势的极性为第一极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次； 通过与上述霍尔传感器相连接的开关部，针对上述霍尔传感器的四个端子中的相对置的两个端子切换电流的朝向，并且针对处于与该电流的朝向正交的方向而相对置的两个端子切换取出电压的朝向，以使在第二期间上述霍尔传感器的霍尔电动势的极性为作为与上述第一极性相反的极性的第二极性且上述霍尔传感器的霍尔偏移电压的极性交替四次；通过放大部对通过上述开关部的切换而取出的电压进行放大；以及通过反转部使放大的上述电压的极性与上述开关部的上述电流和上述电压的切换中的上述第一期间和上述第二期间的切换同步地反转。
【文档编号】G01R33/07GK103733082SQ201380002444
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2012年5月11日
【发明者】山本刚生 申请人:旭化成微电子株式会社