专利名称：磁场传感器和磁场检测装置及磁场检测方法
技术领域：
本发明涉及能够与磁场极性无关地进行磁场强度检测的磁场传感器、磁场检测方法及磁场检测装置。
背景技术：
近年来，折叠式的移动电话、笔记本型个人计算机、数字照相机等小型电子设备上安装的作为开关检测器件或旋转检测器件等位置传感器的磁场传感器的需求日益增长。对于便携式小型电子装置上安装的磁场传感器，其电路规模及消耗电流都要求要小。
通常，磁场传感器是用双极型晶体管或CMOS器件等集成为单片而构成的。这样的磁场传感器具有产生与磁场或磁通密度成正比的电压的磁电变换元件、将磁电变换元件的输出电压加以放大的放大器、以及将放大器的输出电压与规定的基准电压加以比较的比较器，将利用磁电变换元件检测出的磁场(以下称为检测磁场)的强度是否大于规定的磁场强度的判断结果向外部输出。作为磁电变换元件，可使用输出与通过元件的磁场强度或磁通密度相对应的电压的霍尔元件或电阻值随磁场强度而变化的磁阻元件。
为了从磁场传感器得到与磁场强度相对应的正确比较结果，必须抑制从放大器输出的信号中所含的偏置信号，尽量减小对于每个磁场传感器(产品)从放大器输出的信号的差异。产生偏置信号的原因主要有两个，一个是由于封装用外壳的应力等的影响而产生的磁电变换元件的偏置信号分量，另一个是放大器的输入偏置信号分量。
磁电变换元件的偏置信号分量补偿方法，已在美国专利第4037150号说明书中揭示。即，具有几何上等效的4端子的磁电变换元件输出端子中，将分别位于对角位置的2对输出端子的电位差用作为检测触发的同步信号中的第1相位及第2相位交替更换输出，取该输出值之和。有效信号分量用于是同相位的，因此变成2倍，而偏置信号分量用于是反相位，因此相互抵消。
决定磁场传感器优劣的要素之一是能否与产品中装入的磁性体的极性无关地进行磁场检测，即是否对能够对应于两种极性进行检测。若能够与磁性体的极性无关地进行磁场强度的判断，则在装入磁体和霍尔IC的位置传感器等中，配置磁性体时不需要对磁性体的方向进行管理。
下面参照
日本专利特开平7-83699号公报所揭示的、能够适应两种极性进行磁场强度判断的已有的磁场传感器。
图4所示为已有的能够适应两种极性的磁场强度判断电路的构成例。如图4所示，已有的磁场传感器具有磁电变换元件(在已有例中是霍尔元件)101、将磁电变换元件101的输出电压放大的电压放大器102、接受来自电压放大器102的输出电压而且根据其阈值输出不同输出电压的第1斯密特触发电路103A、接受来自电压放大器102的输出电压但使其与第1斯密特触发器103A的输入信号的极性相反的第2斯密特触发电路103B、以及接受来自第1斯密特触发电路103A及第2斯密特触发电路103B的输出信号并进行锁存的逻辑锁存电路104。
下面说明这样构成的已有的磁场传感器的工作。
首先，将与通过磁电变换元件101的磁通密度成正比，在该磁电变换元件101的输出端子上产生的霍尔电压，利用放大器102放大，得到放大电压VH。
然后，将放大电压VH输入至第1斯密特触发电路103A及第2斯密特触发电路103B，比较放大电压VH的值是否大于设定电压值，然后输出该判断值。第1斯密特触发电路103A与第2斯密特触发电路103B是等效的，通过使输入信号的极性相反，用这两个斯密特触发电路103A及103B分别进行N极性及S极性的磁场强度的电平检测。
然后，第1斯密特触发电路103A及第2斯密特触发电路103B的输出值输入至逻辑锁存电路104。然后，从逻辑锁存电路104输出对与N极性及S极性的磁场强度对应的2个斯密特触发电路103A及103B的输出值进行某种运算的输出值。这里，来自逻辑锁存电路104的输出值是与极性无关的，而且是表示检测磁场强度是否大于设定磁场强度的2进制数。
但是，已有的磁场传感器具有这样的问题，即为了与磁场极性无关地进行适应两种极性的磁场强度检测，作为电压比较电路必须要2组斯密特触发电路，因此难以使电路规模及消耗电流都减小。
本发明是为了解决前述已有的问题，目的在于提供与磁场的极性无关，检测两种极性磁场强度的结构简单而且低功耗的磁场传感器、磁场检测装置及磁场检测方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明具有以下构成。本发明的一种磁场传感器，包含将磁电变换元件输出的与所加的磁场相对应的信号输入、并进行切换使得在来自外部的信号的第1期间及第4期间和第2期间及第3期间成为反极性后输出的第1开关部；将该第1开关部的输出信号进行放大后向输出端子对输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对的一输出端子与所述第1存储元件的一端之间、并在所述第1期间及所述第3期间连动而闭合、在所述第2期间及所述第4期间连动而打开的第2开关部；以及在所述第2期间输出是所述第2开关部两端的至少一端的信号即与所述所加的磁场大小相对应的第1极性信号、而在所述第4期间输出是所述第2开关部两端的至少一端的信号即与所述所加的磁场大小相对应的与所述第1极性相反的极性的信号的开关输出端子。
本发明的另一种磁场传感器，包含具有第1端子对及第2端子对并输出与所加的磁场相对应的信号的磁电变换元件；将该磁电变换元件的第1端子对的信号及第2端子对的信号和规定第1、第2、第3及第4期间的来自外部的信号输入，并在第1期间及第4期间输出所述磁电变换元件的第1端子对的信号而在第2期间及第3期间输出所述磁电变换元件的第2端子对的信号的第1开关部；将该第1开关部的输出信号进行放大后向输出端子对输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对的一输出端子与所述第1存储元件的一端之间，并在所述从外部提供的信号的第1期间及第3期间连动而闭合，在第2期间及第4期间连动而打开的第2开关部；以及将所述第2开关部两端的至少一端的信号输出的开关输出端子。
在本说明书中，第1、第2、第3及第4期间根据该顺序单次发生或重复生成。
作为本发明的另一种的磁场检测装置，包含在第1期间及第4期间生成第1选择信号的第1选择信号发生器；在第2期间及第3期间生成第2选择信号的第2选择信号发生器；在第1期间及第3期间生成第3选择信号的第3选择信号发生器；在第2期间及第4期间生成第4选择信号的第4选择信号发生器；具有第1端子对及第2端子对，输出与所加的磁场相对应的信号的磁电变换元件；将该磁电变换元件的第1端子对的信号及第2端子对的信号和所述第1选择信号及第2选择信号分别输入、并在第1期间及第4期间输出所述磁电变换元件的第1端子对的信号而在第2期间及第3期间输出所述磁电变换元件的第2端子对的信号的第1开关部；将该第1开关部的输出信号进行放大后向输出端子对输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对的一输出端子与所述第1存储元件的一端之间并将所述第3选择信号输入、在第1期间及第3期间闭合而在第2期间及第4期间打开的第2开关部；连接于所述第2开关部的一方的端子上，输入第4选择信号，在第1期间和第3期间打开，在第2期间和第4期间闭合的第5开关部、将所述第2开关部的两端的的至少某一端的电压通过所述第5开关部输入，输出与规定值比较的结果的比较器；以及输出第2期间的所述比较器的输出信号与第4期间的所述比较器的输出信号之逻辑和信号的判断电路。
作为本发明的另一种的磁场检测方法，包含将磁电变换元件输出的与所加磁场相对应的信号输入、并进行切换使得在第1期间及第4期间和第2期间及第3期间成为反极性而输出的切换步骤；将所述切换步骤输出的信号进行放大后输出的放大步骤；在第1期间及第3期间将所述放大步骤输出的电压保持在第1存储元件的保持步骤；在第2期间及第4期间将所述放大步骤输出的电压与所述第1存储元件保持的电压的与磁场相对应的信号分量进行相加的加法运算步骤；在第2期间及第4期间将是互相反极性的所述加法运算步骤中的相加电压输入、并输出与规定值比较的结果的比较步骤；以及输出第2期间的所述比较步骤的输出信号与第4期间的所述比较步骤的输出信号之逻辑和信号的判断步骤。
由于具有这样的构成，因此能够利用磁电变换元件结构上的对称性，除去磁电变换元件的输出中产生的偏置电压分量，同时除去放大器所附加的偏置电压，而取出磁电变换元件的输出信号。
磁场的极性不管是N极还是S极，都能够判断有无信号。
本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述第2开关部具有输出端子对。
本发明的另一种的上述磁场传感器，还具有将所述开关输出端子的信号输入并输出与规定值比较的结果的比较器。由于具有将开关输出端子的信号输入并输出与规定值比较的结果的比较器。磁场传感器将输出精度高的2值检测信号。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，根据所述比较器的输出信号，对所述开关输出端子的信号附加不同的电压。利用该构成，对比较器设置迟滞性能，能够稳定检测磁场或磁通。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，具有插入连接于所述第2开关部的一端子与所述比较器的一输入端子之间，在所述从外部提供的信号的第1期间及第3期间连动打开，在第2期间和第4期间连动闭合的第5开关部，所述第2开关部的两端中的一端通过第5开关部与比较器输入端子对中的一个连接，所述第2开关部的另一端通过第2存储元件与所述比较器的输入端子对的另一输入端子连接。使第2存储元件存储阈值电压，能够以简单的构成在比较器设定阈值。
本发明的另一种的上述磁场传感器，还包含将一端与所述第2存储元件的两的一端连接的第3开关部；将一端与所述第2存储元件的两端的另一端连接的第4开关部；对所述第3开关部的另一端供给第1电压的电压源；以及对所述第4开关部的另一端供给与第1电压值不同的电压的电压源。在信号的所述第1期间将所述第3及第4开关部闭合。通过这样，能够以简单的构成使第2存储元件存储阈值电压，对比较器设定阈值。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，使所述第1电压值或第2电压值的一个电压值因从外部提供的信号而异。通过将因此比较器的输出信号而异的电压附加在开关输出端子的信号上，磁场传感器能够进行附加迟滞性能的检测。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述第1存储元件是电容器。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述第2存储元件是电容器。
通过采用电容器作为存储元件，能够实现小型、适于IC化的磁场传感器。
本发明的另一种的上述磁场传感器，还包含将所述开关输出端子的信号输入、并输出对所述从外部提供的信号的第2期间及第4期间的信号值进行判断的信号的判断电路。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述判断电路包含将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端而且将第1时钟信号输入至时钟输入端、并在所述第2期间内保持信号而在Q输出端子输出的第1触发器；将所述比较器输出端子及所述第1触发器的Q输出端子分别输入至一对输入端并输出或非逻辑信号的或非逻辑电路；以及将所述或非逻辑电路的输出信号输入至D输入端而且将第2时钟信号输入至时钟输入端、并在所述第4期间内保持信号而在输出端子输出的第2触发器，将第2触发器输出端子信号输出。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述判断电路包含将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端而且将第1时钟信号输入至时钟输入端、并在所述第2期间内保持信号而在Q输出端子输出的第1触发器；将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端而且将第2时钟信号输入至时钟输入端、并在所述第4期间内保持信号而在输出端子输出的第2触发器；以及将所述第1及第2触发器的Q输出分别输入至一对输入端并输出或非逻辑信号的或非逻辑电路，将该或非逻辑电路输出信号输出。
通过具有将开关输出端子的信号输入并输出判断从外部提供的信号在第2期间及第4期间的信号值的信号的判断电路，磁场的极性是N极或S极，都能够判断有无信号。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述第1开关部具有输出第1电压的第1电压端子；输出第2电压的第2电压端子；第1、第2、第3及第4输入端子；第1及第2输出端子；插入连接在第1电压端子与第1输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第1开关元件；插入连接在第1电压端子与第2输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第2开关元件；插入连接在第2电压端子与第3输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第3开关元件；插入连接在第2电压端子与第4输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第4开关元件；插入连接在第1输出端子与第1输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第5开关元件；插入连接在第1输出端子与第2输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第6开关元件；插入连接在第2输出端子与第3输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第7开关元件；以及插入连接在第2输出端子与第4输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第8开关元件，将所述磁电变换元件的第1端子对的一端与所述第1输入端子连接，将所述磁电变换元件的第2端子对的一端与所述第2输入端子连接，将所述磁电变换元件的第1端子对的另一端与所述第3输入端子连接，将所述磁电变换元件的第2端子对的另一端与所述第4输入端子连接。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述第1、第3、第6及第8开关元件在从外部提供的信号的第1及第4期间闭合，所述第2、第4、第5及第7开关在从外部提供的信号的第2及第3期间闭合。
用8个开关元件构成第1开关部，在第1期间及第4期间和第2期间及第3期间调换磁电变换元件的2组输出端子对。根据该构成，能够消除磁电变换元件的偏置信号分量。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述磁电变换元件是霍尔元件。
在本发明的另一种的上述磁场传感器中，所述磁电变换元件是磁阻元件。
通过使用霍尔元件或磁阻元件作为磁电变换元件，能够实现小型、适于IC化的磁场传感器。
发明的创新特征不外乎是所附的权利要求范围内特别叙述的内容，但关于构成及内容这两方面，本发明与其它的目的及特征一起，根据与附图共同加以理解的以下的详细说明，将更容易理解及评价。
图1所示为本发明实施形态1的磁场检测装置的构成方框图。
图2为本发明实施形态1及实施形态2的磁场传感器中采用的同步信号的时序图。
图3所示为本发明实施形态2的磁场检测装置的结构方框图。
图4所示为已有的能够适应两种极性的磁场强度判断电路构成图。
附图的一部分或全部是以图示为目的的利用简要的表现形式描绘的，请考虑到不一定忠实地描绘出图中所示的要素的实际相对大小或位置。
具体实施例方式
下面与附图一起叙述具体表示实施本发明用的最佳形态的实施形态。
实施形态1下面用图1及图2说明本发明实施形态1的磁场传感器。
图1所示为本发明实施形态1的磁场检测装置的构成方框图。在图1中，1为实施形态1的磁场传感器，3为信号发生器。
信号发生器3具有第1选择信号发生器4、第2选择信号发生器5、第3选择信号发生器6、第4选择信号发生器9、第1时钟信号发生器7及第2时钟信号发生器8。另外，信号发生器3也可以用微型计算机构成。第1选择信号发生器4输出第1选择信号a。第2选择信号发生器5输出第2选择信号b。第3选择信号发生器6输出第3选择信号c。第4选择信号发生器9输出第4选择信号d。第1时钟信号发生器7及第2时钟信号发生器8分别输出第1时钟信号CK1及第2时钟信号CK2。4个选择信号及2个时钟信号根据图2所示的时序图生成。
在磁场传感器1中，11为磁为变换元件，12为电压放大器，17为第1存储元件，16为开关电路(第1开关部)，13为斯密特触发电路，15为逻辑锁存电路(判断电路)，54为反相器，19为第2反相器。在实施形态1中，磁电变换元件11为霍尔元件。
开关电路16具有8个开关21A、21B、22A、22B、23A、23B、24A及24B。通过开关电路16，将电源电压加在磁电变换元件11的一对端子的一端，将另一端接地。这时，半磁电变换元件11的另一对端子产生的信号电压提供给电压放大器12的输入端。
具体来说，第1开关21A(第1开关元件)的一端与磁电变换元件11的位于4个顶点中的第1顶点的第1外部端连接，另一端与电源电压输入端连接，与第1选择信号a同步成为闭合状态。第2开关21B(第2开关元件)的一端与磁电变换元件11的位于与第1顶点相邻的第2顶点的第2外部端连接，另一端与电压电压输入端连接，与第2选择信号b同步成为闭合状态。第3开关22A(第3开关元件)的一端与磁电变换元件11的位于与第1顶点相对的第3顶点的第3外部端连接，另一端与接地端连接，与第1选择信号a同步成为闭合状态。第4开关22B(第4开关元件)的一端与磁电变换元件11的位于与第2顶点相对的第4顶点的第4外部端连接，另一端与接地端连接，与第2选择信号b同步成为闭合状态。
第5开关23A(第5开关元件)的一端与磁电变换元件11的第2外部端连接，另一端与电压放大器12的同相输入端连接，与第1选择信号a同步成为闭合状态。第6开关23B(第6开关元件)的一端与磁电变换元件11的第1外部端连接，另一端与电压放大器12的同相输入端连接，与第2选择信号b同步成为闭合状态。第7开关24A(第7开关元件)的一端与磁电变换元件11的第4外部端连接，另一端与电压放大器12的反相输入端连接，与第1选择信号a同步成为闭合状态。第8开关24B(第8开关元件)的一端与磁电变换元件11的第3外部端连接，另一端与电压放大器12的反相输入端连接，与第2选择信号b同步成为闭合状态。
在该构成中，在第1选择信号a为High的期间，开关21A及22A导通，开关23A的一端与电压放大器12的同相输入端连接，开关24A的一端与电压放大器12的反相输入端连接。在第2选择信号b为High的期间，开关21B及22B导通，开关23B的一端与电压放大器12的同相输入端连接，开关24B的一端与电压放大器12的反相输入端连接。提供给电压放大器12的输入端之间的电压的极性，在第1选择信号a为High的期间与第2选择信号b为High的期间成为互相相反的极性。
开关18C(第2开关部)的一端和开关20D(第5开关部)的一端连接于电压放大器12的同相输出端子上，开关18C的另一端与第1存储元件17的一端及端子101连接。第1存储元件17的另一端与电压放大器12的反相输出端子连接。开关20D的另一端连接于输出端子100，输出端子100和101之间的低压被提供给斯密特触发电路13。开关18C与第3选择信号c同步成为闭合状态，开关20D与第4选择信号d同步成为闭合状态。
斯密特触发电路13具有比较器130、第2存储元件33、开关34C(第3开关部)、开关35C(第4开关部)、第1MOS开关36、第2MOS开关37、电压源38及第1反相器39。
第2存储元件33的一端(一个电极)与端子100连接，其另一端(另一电极)与比较器130的同相输入端连接。开关34C的一端与第2存储元件33的一个电极连接，另一端与第1MOS开关36及第2MOS开关37的一端连接，与第3选择信号c同步成为闭合状态。开关35C的一端与第2存储元件33的另一电极及比较器130的同相输入端连接，另一端与迟滞值(设定磁场)的设定用电压源38连接，与第3选择信号c同步成为闭合状态。
第1MOS开关36及第2MOS开关37的一端都与开关34C的另一端连接，另一端分别与设定用电压源38的不同端子连接。第1MOS开关36的另一端连接的设定用电压源38的端子的输出电压高于第2MOS开关37的另一端连接的设定用电压源38的端子的输出电压，开关35C的另一端连接的设定用电压源38的端子的输出电压低于第2MOS开关37的另一端连接的设定用电压源38的端子的输出电压。
比较器130的反相输入端与端子101连接。比较器130的输出端子成为斯密特触发电路13的输出端子。
第1反相器39的输出端子与逻辑锁存电路15(判断电路)的输出端子连接，其输出端子与第1MOS开关36的PMOS的栅极连接，而且与第2MOS开关37的NMOS的栅极连接。第1MOS开关36的NMOS的栅极及第2MOS开关37的PMOS的栅极与逻辑锁存电路15的输出端子连接。
逻辑锁存电路15由下列部分构成，包含D输入端与比较器130的输出端子连接、在时钟端接受第1时钟信号CK1的第1触发器51；一输入端接受来自比较器130的输出信号、另一输入端接受来自第1触发器51的输出信号的双输入或非逻辑电路52；以及D输入端接受来自或非逻辑电路52的输出信号、在时钟端接受第2时钟信号CK2的第2触发器53。第2触发器53的输出端子成为逻辑锁存电路15的输出端子。
在逻辑锁存电路15的后级，通过反相器54连接有接受第2触发器53的输出信号的作为输出缓冲器的第2反相器19。第2反相器19的输出端子成为磁场传感器1的输出端子。
在实施形态1中，第1存储元件17及第2存储元件33为电容器。下面将第1存储元件17及第2存储元件33分别表示为电容器17及电容器33。
下面说明如前所述所构成的磁场传感器的工作。
图2为本发明实施形态1的磁场传感器中采用的同步信号的时序图。在图2中，将第1选择信号a为High、第2选择信号b为Low、第3选择信号c为High、以及第4选择信号d为Low的状态作为第1期间。将第1选择信号a为Low、第2选择信号b为High、第3选择信号c为Low、以及第4选择信号d为High的状态作为第2期间，将第1选择信号a为Low、第2选择信号b为High、第3选择信号c为High、及第4选择信号d为Low的状态作为第3期间。将第1选择信号a为High、第2选择信号b为Low、第3选择信号c为Low、及第4选择信号d为High的状态作为第4期间。
在第1期间中，开关21A、22A、23A、24A、18C、34C及35C导通。在第1期间中，开关21A及22A导通，对磁电变换元件11供给电压，开关23A及24A导通，将磁电变换元件11的输出信号提供给电压放大器12的一对输入端。在第1期间中，提供给电压放大器12的一对输入端的电压是有效信号分量与磁电变换元件11的偏置信号分量之和。由于开关18C利用第3选择信号c闭合，开关20D利用第4选择信号d打开，因此用电压放大器12放大的信号电压提供给电容器17的两端。
另一方面，电容器33两端的电压得到提供。由于开关34C及35C闭合，因此电压源38的电压提供给电容器33的各端子。电压源38利用电阻140～145将电源电压进行分压，并将该分压的电压输出。电阻142与143的连接点的电压提供给开关35C的另一端。通过第1MOS开关36或第2MOS开关37将电压提供给开关34C的另一端。在第1反相器39的输入端的电压为High时，第1MOS开关36导通，在第1反相器39的输入端的电压为Low时，第2MOS开关37导通。若第1MOS开关36导通，则电阻140与电阻141的连接点的电压提供给开关34C。若第2MOS开关37导通，则提供电阻141与电阻142的连接点的电压。这样，在电容器33的两端加上规定的电压。加在电容器33的两端的电压相当于对检测磁场的强度进行检测用的阈值。
在第2期间中，开关21A、22A、23A、24A、18C、34C及35C成为开路状态。开关21B及22B导通，对磁电变换元件11提供电压。开关23B及24B导通，将磁电变换元件11的输出信号提供给电压放大器12的一对输入端。另外，由于开关18C利用第3选择信号c开路，开关20D利用第4选择信号d闭合，因此用电压放大器12放大的信号电压提供给电容器17与电容器33的串联连接的两端。
在第2期间中，提供给电压放大器12的一对输入端的有效信号分量极性与第1期间中提供给电压放大器12的一对输入端的有效信号分量极性相反。另外，磁电变换元件11的偏置信号分量的极性在第1期间与第2期间中相同。
一旦开关18C开路，则电容器17与电压放大器12的反相输出端子的连接点的电压相对于开关18C与电容器17的连接点(端子101)，设相对为正值。在该状态下，进一步相对于电压放大器12的反相输出端子，同时输出端子的电压极性成为正值输出。因而，在第2期间中，端子100与端子101之间是将第1期间的信号与第2期间的信号相加输出。端子100的电压比端子101的电压要高。
一旦将电压放大器12的一对输入端的电压放大后从输出端子对取出的电压中始终存在电压放大器12的偏置电压，则该偏置电压在第1期间及第2期间中相对于开关18C的两端成为反极性。第2期间的端子100与端子101之间输出电压，由于实质上该偏置电压分量被消除，所以不含有该偏置电压分量。提供给电压放大器12的一对输入端的磁电变换元件11的偏置信号分量在第1期间及第2期间中的极性相同。在输出端子100与101之间，在第1期间及第2期间中磁电变换元件11的偏置信号分量成为12极性。第2期间的端子100与端子101之间的输出电子，由于实质上该偏置电压分量被消除，所以不含有该偏置电压分量。
这样，在第2期间的端子100与端子101之间的输出电压中，磁电变换元件11及电压放大器12具有的偏置电压分量被消除，有效信号分量成为2倍。
然后，对比较器130的一对输入端加上从电压放大器12的输出电压与电容器17的电压之和减去电容器33两端电压(阈值)的电压。
在提供给比较器130的电压值(从同相输入端的电压减去反相输入端的电压的电压值)为零以上时(例如检测出阈值以上的强度的S极性磁场时)，比较器130输出2值电压的1个值即High的值。另外，在第1期间中电容器33两端电压(从比较器130的同相输入端电压减去反相输入端电压的电压)为负时，比较器130的输出为Low。
在第3期间中，开关21B、22B、23B、24B、18C、34C及35C导通。与第2期间相同，开关21B及22B导通，对磁电变换元件11供给电压。开关23B及24B导通，将磁电变换元件11的输出信号提供给电压放大器12的一对输入端。由于开关18C利用第3选择信号c闭合，开关20D利用第4选择信号d开路，因此用电压放大器12放大的信号电压提供给电容器17的两端。
在第4期间中，开关21B、22B、23B、24B、18C、34C及35C成为开路状态。与第1期间相同，开关21A及22A导通，对磁电变换元件11供给电压。开关23A及24A导通，将磁电变换元件11的输出信号提供给电压放大器12的一对输入端。由于开关18C利用第3选择信号c开路，开关20D利用第4选择信号d闭合，因此用电压放大器12放大的信号电压提供给电容器17与电容器33的串联连接的两端。
在第4期间中，提供给电压放大器12的一对输入端的有效信号分量极性与第3期间中提供给电压放大器12的一对输入端的有效信号分量极性相反。另外，磁电变换元件11的偏置信号分量的极性在第3期间与第4期间中相同。
在第1及第2期间中提供给电压放大器12的信号的极性与第3及第4期间中提供的信号的极性相互为相反的极性。在第2期间中，若端子100的电压低于端子101的电压，则在第4期间中，端子100的电压高于端子101的电压。在第4期间中，比较器130的输入电压值为零以上时，输出High。在第2期间中，检测S极性的磁场时，则在第4期间中检测N极性的磁场。将从第1期间至第4期间的时间(检测周期)设定为大大小于检测对象即检测磁场的变化周期，通过这样能够判断第2期间与第4期间的某一期间中检测磁场的磁场强度是否大于规定值。实施形态1的磁场传感器能够与检测磁场的极性无关，判断检测磁场的强度是否大于规定值。
比较器130的输出提供给逻辑锁存电路图5。在第2期间内及第4期间内将比较器130的输出信号进行锁存用的第1时钟信号CK1及第2时钟信号CK2分别提供给逻辑锁存电路15。逻辑锁存电路15在时钟信号的下降沿时刻将输入信号锁存。
首先，与比较器130的输出状态相对应的值利用第1时钟信号CK1保持在第1触发器51的Q输出端子。将该Q输出信号与比较器130的输出信号提供给或非逻辑电路52。两者的值都为Low时，或非逻辑电路52的输出为High。或非逻辑电路52的输出利用第2时钟信号CK2保持在第2触发器53的输出端子。
若在第2与第4的任一期间比较器130的输 为High，则第2触发器53的Q输出信号为Low。另外，若在第2及第4期间的2个期间中比较器130的输出为Low，则第2触发器53的Q输出信号为High。第2触发器53的Q输出信号作为逻辑锁存电路15的输出信号被取出。
逻辑锁存电路15的输出信号提供给反相器54的输入部及斯密特触发电路13内的第1反相器39的输入部、以及第1MOS开关36的NMOS的栅极及第2MOS开关37的PMOS的栅极。反相器54的输出信号被提供给第2反相器19的输入部。
在逻辑锁存电路15的输出为High时，从第2反相器19的输出向外部取出电流驱动信号。在逻辑锁存电路15的输出为Low时，从外部向第2反相器19的输出端子供给电流信号。
另外，若逻辑锁存电路15的输出为High，则第1反相器39的输入端的电压为High，第1MOS开关36导通，电阻140与电阻141的连接点的电压提供给与第1MOS开关36连接的开关34的另一端。若逻辑锁存电路15的输出为Low，则第1反相器39的输入端的电压为Low，第2MOS开关37导通，电阻141与电阻142的连接点的电压提供给与第2MOS开关37连接的开关34C的另一端。
根据上述，在第2及第4期间的任何期间都没有检测出任何磁场(或磁通)时，电阻140与141的连接点的电压提供给电容器33的一端，若在第2或第4期间中检测出磁场(或磁通)，则电阻141与142的连接点的电压提供给电容器33的一端。这样，提供给电容器33的一端的电压值因输出信号而异，通过这样能够使比较器130的比较电平具有迟滞性。
实施形态1的磁场检测装置与检测磁场的极性无关，能够输出表示检测磁场的强度是否大于规定值的2进值数。
实施形态1的磁场检测装置在没有检测出磁场的状态下，将高的迟滞电压提供给比较器130，在一旦检测出磁场之后，则将低的迟滞电压提供给比较器130。因而，能够稳定地检测磁场。
实施形态1的磁场检测装置由于只有1个电压比较器，因此消耗电流�。缏饭婺Ｐ �
实施形态2图3所示为本发明实施形态2的磁场检测装置的构成电路图。实施形态2的磁场检测装置是将磁场传感器1换成磁场传感器2的装置。实施形态2的磁场传感器2是将实施形态1的磁场传感器(图1)的逻辑锁存电路15换成逻辑锁存电路150。除了这一点以外，实施形态2的磁场传感器与实施形态1相同。在图3中，对于与实施形态1相同的方框附加相同的符号，并省略说明。
斯密特触发电路13的比较器130的输出端子与第1触发器510及第2触发器511的D输入端连接。第1时钟信号CK1提供给第1触发器510的时钟输入端。另外，第2时钟信号CK2提供给第2触发器511的时钟输入端。第1触发器510及第2触发器520。在用第1时钟信号CK1及第2时钟信号CK2检测的信号都为Low时，逻辑锁存电路150的输出为High。在用第1时钟信号CK1及第2时钟信号CK2检测的信号的任一个为High时，逻辑锁存电路150的输出为Low。
实施形态2的磁场检测装置具有与实施形态1的磁场检测装置相同的效果。
在实施形态1及实施形态2中，磁电变换元件11为霍尔元件，但也可以是磁阻元件或除此以外的磁电变换元件。
在实施形态1的磁场传感器1及实施形态2的磁场传感器2中，也可以将磁电变换元件11及第2反相器19设置在磁场传感器的外部而构成。
本发明的磁场传感器，用1个电压比较器能够与磁场的极性无关，适应两种极性，能够以简单的结构进行磁场强度的检测，而且能够减少消耗电流。
上面在一定程度上详细地就理想的形态说明了发明，但该理想形态的现在揭示的内容在构成的细节部分应该有所变化，在不超出权利要求的发明范围及思想的情况下，能够实现各要素的组合及顺序的变化。
权利要求
1.一种磁场传感器，其特征在于，包含将磁场变换元件输出的与所加的磁场相对应的信号输入，并进行切换使得在来自外部的信号的第1期间及第4期间和第2期间及第3期间成为相反极性后输出的第1开关部；将该第1开关部的输出信号放大后向输出端子对输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对中的一个输出端子与所述第1存储元件的一端之间，并在所述第1期间及所述第3期间连动闭合，在所述第2期间及所述第4期间连动打开的第2开关部；以及在所述第2期间输出作为所述第2开关部两端的至少一端的信号、即与所述所加的磁场大小相对应的第1极性信号，而在所述第4期间输出作为所述第2开关部两端中的至少一端的信号、即与所述所加的磁场的大小相对应的与所述第1极性相反极性的信号的开关输出端子。
2.一种磁场传感器，其特征在于，包含具有第1端子对及第2端子对，输出与所加的磁场相对应的信号的磁电变换元件；将该磁电变换元件的第1端子对的信号及第2端子对的信号和规定第1、第2、第3、第4期间的来自外部的信号输入，在第1期间及第4期间输出所述磁电变换元件的第1端子对的信号，在第2期间及第3期间输出所述磁电变换元件的第2端子对的信号的第1开关部；将该第1开关部的输出信号放大后向输出端子输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对的一输出端子与所述第1存储元件的一端之间，并在所述从外部提供的信号的第1期间及第3期间连动闭合，在第2期间及第4期间连动打开的第2开关部；以及将所述第2开关部两端的至少一端的信号输出的开关输出端子。
3.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述第2开关部具有输出端子对。
4.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，还具有将所述开关输出端子的信号输入并输出与规定值比较的结果的比较器。
5.如权利要求4所述的磁场传感器，其特征在于，根据所述比较器的输出信号，对所述开关输出端子的信号附加不同的电压。
6.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，具有插入连接于所述第2开关部的一端子与所述比较器的一输入端子之间，在所述从外部提供的信号的第1期间及第3期间连动打开，在第2期间和第4期间连动闭合的第5开关部，所述第2开关部的两端中的一端通过第5开关部与比较器输入端子对中的一个连接，所述第2开关部的另一端通过第2存储元件与所述比较器的输入端子对的另一输入端子连接。
7.如权利要求6所述的磁场传感器，其特征在于，还包含将一端与所述第2存储元件的两端中的一端连接的第3开关部；将一端与所述第2存储元件的两端中的另一端连接的第4开关部；对所述第3开关部的另一端供给第1电压的电压源；以及对所述第4开关部的另一端供给与第1电压值不同的电压的电压源，在信号的所述第1期间将所述第3及第4开关部闭合。
8.如权利要求7所述的磁场传感器，其特征在于，使所述第1电压值或第2电压值因从外部提供的信号而异。
9.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述第1存储元件是电容器。
10.如权利要求7所述的磁场传感器，其特征在于，所述第2存储元件是电容器。
11.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，还包含将所述开关输出端子的信号输入，并输出对所述外部提供的信号的第2期间及第4期间的信号值进行判断的信号的判断电路。
12.如权利要求11所述的磁场传感器，其特征在于，所述判断电路包含将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端子，而且将第1时钟信号输入至时钟输入端子，并在所述第2期间内保持信号并且向Q输出端子输出的第1触发器；将所述比较器输出端子及所述第1触发器的Q输出端子分别输入至输入端子对，并输出或非逻辑信号的或非逻辑电路；以及将所述或非逻辑电路的输出信号输入至D输入端子，而且将第2时钟信号输入至时钟输入端子，并在所述第4期间内保持信号，而且向输出端子输出的第2触发器，将第2触发器输出端子的信号输出。
13.如权利要求11所述的磁场传感器，其特征在于，所述判断电路包含将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端子，而且将第1时钟信号输入至时钟输入端子，并在所述第2期间内保持信号，而且向Q输出端子输出的第1触发器；将所述比较器输出端子的信号输入至D输入端子，而且将第2时钟信号输入至时钟输入端子，并在所述第4期间内保持信号，而且向输出端子输出的第2触发器；以及将所述第1及第2触发器的Q输出分别输入至输入端子对并输出或非逻辑信号的或非逻辑电路，将该或非逻辑电路输出的信号输出。
14.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述第1开关部具有输出第1电压的第1电压端子；输出第2电压的第2电压端子；第1、第2、第3及第4输入端子；第1及第2输出端子；插入连接在第1电压端子与第1输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第1开关元件；插入连接在第1电压端子与第2输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第2开关元件；插入连接在第2电压端子与第3输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第3开关元件；插入连接在第2电压端子与第4输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第4开关元件；插入连接在第1输出端子与第1输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第5开关元件；插入连接在第1输出端子与第2输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第6开关元件；插入连接在第2输出端子与第3输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第7开关元件；以及插入连接在第2输出端子与第4输入端子之间并根据从外部提供的信号进行开闭动作的第8开关元件，将所述磁电变换元件的第1端子对的一端子与所述第1输入端子连接，将所述磁电变换元件的第2端子对的一端子与所述第2输入端子连接，将所述磁电变换元件的第1端子对的另一端子与所述第3输入端子连接，将所述磁电变换元件的第2端子对的另一端子与所述第4输入端子连接。
15.如权利要求14所述的磁场传感器，其特征在于，所述第1、第3、第6及第8开关元件在从外部提供的信号的第1及第4期间闭合，所述第2、第4、第5及第7开关在从外部提供的信号的第2及第3期间闭合。
16.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁电变换元件是霍尔元件。
17.如权利要求2所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁电变换元件是磁阻元件。
18.一种磁场检测装置，其特征在于，包含在第1期间及第4期间生成第1选择信号的第1选择信号发生器；在第2期间及第3期间生成第2选择信号的第2选择信号发生器；在第1期间及第3期间生成第3选择信号的第3选择信号发生器；在第2期间及第4期间生成第4选择信号的第4选择信号发生器；具有第1端子对及第2端子对，输出与所加的磁场相对应的信号的磁电变换元件；将该磁电变换元件的第1端子对的信号及第2端子对的信号和所述第1选择信号及第2选择信号分别输入，在第1期间及第4期间输出所述磁电变换元件的第1端子对的信号，在第2期间及第3期间输出所述磁电变换元件的第2端子对的信号的第1开关部；将该第1开关部的输出信号放大后向输出端子对输出信号的放大器；两端与所述放大器的输出端子对连接的第1存储元件；插入连接在所述输出端子对的一输出端子与所述第1存储元件的一端子之间，将所述第3选择信号输入，在第1期间及第3期间闭合，在第2期间及第4期间打开的第2开关部；连接于所述第2开关部的一端子上，输入第4选择信号，在第1期间及第3期间打开，在第2期间和第4期间闭合的第5开关部；将所述第2开关部的两端的至少某一端的电压通过所述第5开关部输入，并输出与规定值比较的结果的比较器；以及输出第2期间的所述比较器的输出信号与第4期间的所述比较器的输出信号之逻辑和信号的判断电路。
19.一种磁场检测方法，其特征在于，包含将磁电变换元件输出的与所加磁场相对应的信号输入，并进行切换使得在第1期间及第4期间和第2期间及第3期间成为相反极性后输出的切换步骤；将所述切换步骤输出的信号放大后输出的放大步骤；在第1期间及第3期间将所述放大步骤输出的电压保持于第1存储元件的保持步骤；在第2期间及第4期间将所述放大步骤输出的电压与所述第1存储元件保持的电压的与磁场相对应的信号分量相加的加法运算步骤；在第2期间及第4期间将作为相互反极性的所述加法运算步骤中的相加电压输入，并输出与规定值比较的结果的比较步骤；以及输出第2期间的所述比较步骤的输出信号与第4期间的所述比较步骤的输出信号之逻辑和信号的判断步骤。
全文摘要
本发明提供以简单的结构检测两种极性的磁场的强度的低功耗的磁场传感器。该传感器包含将输出与所加的磁场相对应的信号的磁电变换元件输出的信号输入，并进行切换使得在第1及第4期间和第2及第3期间成为相反极性后输出的第1开关部；将第1开关部的输出信号放大后向输出端子对输出的放大器；两端与放大器的输出端子对连接并保持放大器输出的电压的存储元件；插入连接在输出端子对中的一个输出端子与存储元件的一端之间，并在第1期间及第3期间闭合而在第2期间及第4期间打开的第2开关部；以及在第2期间输出第2开关部的第1极性的输出信号，而在第4期间输出第2开关部的第2极性的输出信号的开关输出端子。
文档编号G01R33/06GK1501093SQ20031011435
公开日2004年6月2日 申请日期2003年11月13日 优先权日2002年11月13日
发明者畑中忠太, 中忠太 申请人:松下电器产业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
