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磁檢測裝置以及磁檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種磁檢測裝置，通過加快霍爾傳感器的偏移電壓的斬波調制頻率，抑制積分部中的霍爾傳感器的偏移電壓的積分部放大率而大幅抑制積分部中的動作電壓范圍。第一和第二開關部(13、14)針對霍爾傳感器(11)的四個端子中的相對置的兩個端子切換來自偏壓生成部(12)的電流的朝向，并且針對處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子切換取出電壓的朝向，以使在第一期間霍爾電動勢的極性為第一極性且霍爾偏移電壓的極性交替四次，在第二期間霍爾電動勢的極性為作為與第一期間的極性相反的極性的第二極性且霍爾偏移電壓的極性交替四次。
【專利說明】磁檢測裝置以及磁檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁檢測裝置以及磁檢測方法，更詳細地說，涉及一種通過加快霍爾傳感器的偏移電壓的斬波調制頻率來抑制積分部中的霍爾傳感器的偏移電壓的積分部放大率而能夠大幅抑制積分部中的動作電壓范圍的磁檢測裝置以及磁檢測方法。
【背景技術】
[0002]通常，使用了霍爾元件的磁傳感器作為檢測磁體的位置信息的傳感器，不僅使用于接近傳感器、線性位置傳感器、旋轉角度傳感器等，還以電流傳感器的方式廣泛使用，該電流傳感器通過檢測由流過電流導體的電流感應出的磁場來以非接觸的方式測量流過電流導體的電流量。
[0003]另外，霍爾元件具有產生與所輸入的磁場強度相應的霍爾電動勢信號的磁電變換功能，因此作為磁傳感器被廣泛使用。然而，在霍爾元件中，存在在磁場為零的狀態即無磁場的狀態下也輸出非零的有限電壓的偏移電壓(不平衡電壓)。
[0004]因此，在利用了霍爾元件的磁傳感器中，以消除霍爾元件所具有的偏移電壓為目的，存在通常以旋轉電流(Spinning current)法或者Connection commutation(連接換向)法這種名稱被人知曉的霍爾元件的驅動方法。該方法是指在用于使驅動電流流過霍爾元件的端子對的位置與用于檢測霍爾電動勢信號的端子對的位置之間按照被稱為斬波時鐘(chopper clock)的時鐘來周期地進行切換操作的方法。
[0005]對于以消除該偏移電壓為目的的Spinning current法，即使在CMOS半導體電路中也能夠使用開關電路來構成，因此用于實現高精度的磁傳感器的霍爾電動勢檢測電路通常具備用于實現Spinning current法的開關電路。
[0006]在采用霍爾傳感器的磁檢測裝置中，由于霍爾元件具有偏移電壓，因此進行去除該偏移電壓的處理，作為其一例，已知非專利文獻I所記載的spinning currentprinciple (旋轉電流法)。
[0007]然而，在該磁檢測裝置中，由于開關的切換而差動放大器的輸入電壓的極性不同時的差動放大器的調節時間有限，輸入電壓上升時的調節時間與下降時的調節時間不同，由此，在差動放大器的輸出電壓和開關的輸出電壓的電壓波形中表現出其影響。這樣開關的輸出電壓的電壓波形不同，因此存在即使通過積分器對開關的輸出電壓進行積分也無法去除霍爾元件的偏移電壓和差動放大器的固有偏移電壓這種問題。
[0008]因此，為了解決這種問題，例如在專利文獻I中提供一種能夠去除霍爾元件的偏移電壓以及對霍爾元件的輸出進行放大的放大器所固有的偏移電壓的磁檢測裝置。在該專利文獻I所記載的磁檢測裝置中，通過切換控制部控制開關，針對四個端子中的相對置的兩個端子切換電流的朝向以使四端子霍爾元件所固有的霍爾偏移電壓的極性在一個循環中交替四次，通過差動放大器，從處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子放大電壓，在通過開關切換電流朝向的切換中存在相對于前一電流朝向成為相反朝向的切換時，與此同步地，通過切換控制部控制開關而使來自差動放大器的電壓的極性反轉，并且與其后一電流朝向切換同步地，通過切換控制部控制開關而使來自差動放大器的電壓的極性反轉。
[0009]另外，例如專利文獻2所記載的磁檢測裝置涉及一種以下的磁檢測裝置:排除由霍爾元件、接收來自該霍爾元件的信號并對其放大的放大器等所受的干擾噪聲，并且能夠具有高速應答性。
[0010]并且，例如專利文獻3所記載的磁檢測裝置涉及一種以下的磁檢測裝置:能夠高精度地去除磁檢測傳感器的偏移電壓以及模擬電路的模擬元件的偏移電壓而高精度地檢測磁檢測傳感器的磁力。
[0011]圖1是用于說明以往的磁檢測裝置的電路結構圖。圖中，附圖標記I表示霍爾傳感器，2表示偏壓電流生成電路，3表示第一開關電路，4表示第二開關電路，5表示差動放大器，6表示第三開關電路，7表示積分器，8表示開關控制電路。
[0012]圖1示出的以往的磁檢測裝置包括:霍爾傳感器1，其檢測磁力；偏壓電流生成電路2，其驅動霍爾傳感器I ;第一開關電路3，其切換提供給霍爾傳感器I的偏壓電流的朝向；第二開關電路4，其切換與由霍爾傳感器I檢測出的磁力對應的差動電壓的朝向；差動放大器5,其對該第二開關電路4的輸出差動電壓V1進行放大；第三開關電路6,其切換該差動放大器5的輸出差動電壓的極性；積分器7,其對該第三開關電路6的輸出差動電壓V2進行積分放大；以及開關控制電路8，其控制第一至第三開關電路的切換定時。
[0013]通過控制第一開關電路3和第二開關電路4，在霍爾傳感器I的四個端子中相對置的兩個端子之間提供偏壓電流，將四個端子中其余的相對置的兩個端子與差動放大器5連接。
[0014]圖2的(a)至(d)是表示圖1示出的開關電路的各斬波相位處的霍爾傳感器的連接狀態的圖。如圖2的(a)至(d`)所示，按照0° — 90° — 180° — 270°這四個相位的順序周期地進行切換連接。由此，用式(I)至式(4)表示霍爾電動勢Vih與霍爾傳感器I的固有偏移電壓Vw相加所得到的霍爾傳感器I的輸出差動電SV1，其中，該霍爾電動勢Vih與偏壓電流和檢測磁場的朝向以及強度對應。
[0015]在此，設為以Vhp-Vhn定義霍爾傳感器I的輸出差動電壓V1。
[0016][數I]
[0017]
【權利要求】
1.一種磁檢測裝置，其特征在于，具備: 霍爾傳感器，其檢測磁力； 偏壓生成部，其驅動該霍爾傳感器； 開關部，其與上述霍爾傳感器相連接，針對上述霍爾傳感器的四個端子中的相對置的兩個端子切換來自上述偏壓生成部的電流的朝向并且針對處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子切換取出電壓的朝向，以使在第一期間上述霍爾傳感器的霍爾電動勢的極性為第一極性且上述霍爾傳感器的霍爾偏移電壓的極性交替四次，在第二期間上述霍爾傳感器的霍爾電動勢的極性為作為與上述第一極性相反的極性的第二極性且上述霍爾傳感器的霍爾偏移電壓的極性交替四次； 放大部，其對通過該開關部的切換而取出的電壓進行放大；以及反轉部，其使來自上述放大部的電壓的極性與上述開關部的電流和電壓的切換中的上述第一期間和上述第二期間的切換同步地反轉。
2.根據權利要求1所述的磁檢測裝置，其特征在于， 上述開關部在上述第一期間進行以下切換: 第一切換，以使電流從上述霍爾傳感器的第一端子朝向與該第一端子相對置的第二端子流動的方式將上述偏 壓生成部與上述第一端子和上述第二端子連接，并且將上述霍爾傳感器的第三端子和與該第三端子相對置的第四端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接； 第二切換，以使電流從上述第三端子朝向上述第四端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第三端子和上述第四端子連接，并且將上述第二端子和上述第一端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接； 第三切換，以使電流從上述第二端子朝向上述第一端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第二端子和上述第一端子連接，并且將上述第四端子和上述第三端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接；以及 第四切換，以使電流從上述第四端子朝向上述第三端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第四端子和上述第三端子連接，并且將上述第一端子和上述第二端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接， 上述開關部在上述第二期間進行以下切換: 第五切換，以使電流從上述第一端子朝向上述第二端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第一端子和上述第二端子連接，并且將上述第四端子和上述第三端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接； 第六切換，以使電流從上述第三端子朝向上述第四端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第三端子和上述第四端子連接，并且將上述第一端子和上述第二端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接； 第七切換，以使電流從上述第二端子朝向上述第一端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第二端子和上述第一端子連接，并且將上述第三端子和上述第四端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接；以及 第八切換，以使電流從上述第四端子朝向上述第三端子流動的方式將上述偏壓生成部與上述第四端子和上述第三端子連接，并且將上述第二端子和上述第一端子分別與上述放大部的正輸入端子和負輸入端子連接。
3.根據權利要求1或者2所述的磁檢測裝置，其特征在于， 上述開關部將上述第一期間內的切換反復進行η次，將上述第二期間內的切換反復進行η次，其中，η為2以上的整數， 上述反轉部使來自上述放大部的電壓的極性與上述第一期間和上述第二期間的切換同步地反轉。
4.一種磁檢測裝置，其特征在于，具備: 霍爾傳感器，其檢測磁力； 偏壓生成部，其驅動該霍爾傳感器； 開關部，其針對上述霍爾傳感器的四個端子中的相對置的兩個端子切換來自上述偏壓生成部的電流的朝向，并且針對處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子切換取出電壓的朝向； 放大部，其對通過該開關部的切換而取出的電壓進行放大；以及 反轉部，其使來自該放大部的電壓的極性反轉， 其中，使上述霍爾傳感器的霍爾偏移電壓的極性交替時的動作頻率為使上述霍爾傳感器的霍爾電動勢的極性交替時的動作頻率的2η倍，其中，η為I以上的整數。
5.一種磁檢測方法，是具備檢測磁力的霍爾傳感器以及驅動該霍爾傳感器的偏壓生成部的磁檢測裝置中的磁檢測方法，該磁檢測方法的特征在于，包括以下步驟: 通過與上述霍爾傳感器相連接的開`關部，針對上述霍爾傳感器的四個端子中的相對置的兩個端子切換電流的朝向，并且針對處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子切換取出電壓的朝向，以使在第一期間霍爾傳感器的霍爾電動勢的極性為第一極性且上述霍爾傳感器的霍爾偏移電壓的極性交替四次； 通過與上述霍爾傳感器相連接的開關部，針對上述霍爾傳感器的四個端子中的相對置的兩個端子切換電流的朝向，并且針對處于與該電流的朝向正交的方向而相對置的兩個端子切換取出電壓的朝向，以使在第二期間上述霍爾傳感器的霍爾電動勢的極性為作為與上述第一極性相反的極性的第二極性且上述霍爾傳感器的霍爾偏移電壓的極性交替四次；通過放大部對通過上述開關部的切換而取出的電壓進行放大；以及通過反轉部使放大的上述電壓的極性與上述開關部的上述電流和上述電壓的切換中的上述第一期間和上述第二期間的切換同步地反轉。
【文檔編號】G01R33/07GK103733082SQ201380002444
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年4月8日 優先權日:2012年5月11日
【發明者】山本剛生 申請人:旭化成微電子株式會社