磁傳感器的制造方法
【專利摘要】提供一種磁傳感器，能夠識(shí)別作為磁特性的初始不良的原因的、且有可能隨時(shí)間變化的偏移電壓較大的個(gè)體。采用這樣的結(jié)構(gòu)：在用于將霍爾元件輸出的差動(dòng)信號(hào)電壓傳輸?shù)椒糯箅娐返那袚Q開關(guān)電路中設(shè)置有交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)，在根據(jù)來自控制電路的控制信號(hào)對(duì)在霍爾元件中流過的電流進(jìn)行切換的第1期間和第2期間中的任意一個(gè)期間中進(jìn)行交叉?zhèn)鬏?，能夠判定并識(shí)別偏移電壓的大小。
【專利說明】磁傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了半導(dǎo)體基板上的霍爾元件的磁傳感器，特別是涉及其特性異常檢測用電路。

【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器廣泛用于檢測各種可動(dòng)物品的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。例如，可列舉便攜設(shè)備的開閉檢測、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測等。近年來，使用了價(jià)廉、但靈敏度低且偏移電壓較大的在Si基板上構(gòu)成的霍爾元件。并且，利用信號(hào)處理來抵消霍爾元件和放大器的偏移電壓，由此實(shí)現(xiàn)了價(jià)廉且磁檢測精度高的磁傳感器。
[0003]圖4示出以往的磁傳感器的框圖。以往的磁傳感器10具有霍爾元件2、切換開關(guān)電路30、放大器4、采樣電路5、基準(zhǔn)電壓電路60、比較器7以及輸出電路8。以往的磁傳感器10如下這樣地工作來抵消偏移電壓。通過切換開關(guān)電路30，使得霍爾元件2在第I期間、第2期間中對(duì)流過對(duì)角線上的兩端子之間的電流的路徑進(jìn)行互補(bǔ)切換。其輸出電壓由放大器4放大，由米樣電路5以時(shí)分方式保持、并被平均化?；鶞?zhǔn)電壓電路60輸出基準(zhǔn)電壓Vref。比較器7對(duì)由采樣電路5保持的電壓和基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較判定。磁傳感器10經(jīng)由輸出電路8輸出判定結(jié)果，由此輸出與磁場對(duì)應(yīng)的檢測信號(hào)。以往的磁傳感器10如以上方式進(jìn)行工作，通過信號(hào)處理來抵消霍爾元件和放大器的偏移電壓。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]【專利文獻(xiàn)I】國際公開第2006/085503號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]然而，在霍爾元件2的材質(zhì)是Si的情況下，偏移電壓比磁場信號(hào)電壓大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在偏移電壓大的情況下，存在這樣的課題:主要由于放大器4的輸出電壓的飽和，導(dǎo)致偏移電壓未被抵消，從而磁特性顯著下降。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]本發(fā)明是為了解決以上那樣的課題而設(shè)計(jì)的，提供一種價(jià)廉且具有高精度的磁特性的磁傳感器。
[0011]為了解決以往的課題，本發(fā)明的磁傳感器成為以下那樣的結(jié)構(gòu)。
[0012]在該磁傳感器中，切換開關(guān)電路在第I期間使電流流向霍爾元件的第I端子對(duì)并從霍爾元件的第2端子對(duì)輸入第I差動(dòng)信號(hào)電壓，在第2期間使電流流向霍爾元件的第2端子對(duì)并從霍爾元件的第I端子對(duì)輸入第2差動(dòng)信號(hào)電壓，在該切換開關(guān)電路中，在霍爾元件的各端子與切換開關(guān)電路的輸出端子之間分別串聯(lián)地設(shè)置有串行傳輸開關(guān)和交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)，能夠控制交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)來判別霍爾元件的偏移電壓的大小。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器，僅通過追加簡易的電路，就能夠評(píng)價(jià)基于霍爾元件和放大電路的偏移電壓的電壓。因此，在檢查工序中能夠以二值判定的方式識(shí)別偏移電壓較大的個(gè)體，因而具有能夠提高產(chǎn)品的品質(zhì)的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的框圖。
[0016]圖2是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的切換開關(guān)電路的詳情的電路圖。
[0017]圖3是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的控制電路的一例的電路圖。
[0018]圖4是以往的磁傳感器的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下，參照附圖對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0020]圖1是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的框圖。
[0021]本實(shí)施方式的磁傳感器I具有霍爾兀件2、切換開關(guān)電路3、放大器4、米樣電路5、基準(zhǔn)電壓電路6、比較器7、輸出電路8以及控制電路9。
[0022]關(guān)于霍爾元件2，經(jīng)由切換開關(guān)電路3從電源端子向霍爾元件2的一個(gè)對(duì)角線上的端子對(duì)(例如，端子21 —端子22)供給電流，在另一個(gè)端子對(duì)(例如，端子23 —端子24)的兩端處輸出差動(dòng)信號(hào)電壓?；魻栐?的差動(dòng)信號(hào)電壓經(jīng)由切換開關(guān)電路3被輸入到放大器4。切換開關(guān)電路3由控制電路9輸出的控制信號(hào)3A?3D進(jìn)行控制，從而對(duì)控制霍爾元件2的第I期間和第2期間進(jìn)行切換。放大器4對(duì)霍爾元件2的差動(dòng)信號(hào)電壓進(jìn)行放大，輸出差動(dòng)信號(hào)放大電壓?；鶞?zhǔn)電壓電路6根據(jù)控制電路9的控制信號(hào)6A輸出基準(zhǔn)電壓。采樣電路5分別保持第I期間和第2期間的差動(dòng)信號(hào)放大電壓，并輸出其平均電壓。比較器7對(duì)平均電壓和基準(zhǔn)電壓的大小關(guān)系進(jìn)行比較，并輸出邏輯信號(hào)?？刂齐娐?分別向切換開關(guān)電路3、放大器4以及基準(zhǔn)電壓電路6輸出控制信號(hào)。輸出電路8根據(jù)邏輯信號(hào)進(jìn)行鎖存動(dòng)作、邏輯運(yùn)算，并輸出磁傳感器的檢測信號(hào)。
[0023]圖2是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的切換開關(guān)電路3的詳情的電路圖。
[0024]切換開關(guān)電路3具有第I?第4電流供給開關(guān)311?314、第I?第4串行傳輸開關(guān)321?324以及第I?第4交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)331?334。信號(hào)3A?3D是控制電路9輸出的控制信號(hào)。端子301和302是第I和第2差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子。這里，將施加到第I?第4電流供給開關(guān)311?314的控制信號(hào)3A是“L(低電平)”且3B是“H(高電平)”時(shí)、即向霍爾元件2的端子21 —端子22供給電流時(shí)設(shè)為第I期間，將控制信號(hào)3A是“H”且3B是“L”時(shí)、即向霍爾元件2的端子23 —端子24供給電流時(shí)設(shè)為第2期間。第I?第4串行傳輸開關(guān)321?324與第I?第4電流供給開關(guān)311?314聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行切換。第I?第4交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)331?334由控制信號(hào)3C、3D進(jìn)行控制。
[0025]圖3是示出本實(shí)施方式的磁傳感器的控制電路的一例的電路圖?？刂齐娐?具有工作狀態(tài)設(shè)定電路91、NAND電路92以及OR電路93、94、95?？刂齐娐?被輸入基準(zhǔn)CLK信號(hào)，生成并輸出控制信號(hào)3A、3B、3C、3D和控制信號(hào)6A。工作狀態(tài)設(shè)定電路91是輸出“H”或“L”的信號(hào)的電路，由串聯(lián)連接的熔斷器和下拉電阻構(gòu)成。工作狀態(tài)設(shè)定電路91例如也可以由非易失性存儲(chǔ)器構(gòu)成，或者還可以設(shè)置外部端子并從外部輸入狀態(tài)設(shè)定信號(hào)。并且，關(guān)于其它邏輯電路，只要能夠生成期望的信號(hào)，就不限定于該電路結(jié)構(gòu)。
[0026]上述磁傳感器I如以下方式進(jìn)行工作，具有判定偏移電壓大小的功能、和判定磁場大小的功能。
[0027]本實(shí)施方式的磁傳感器I根據(jù)控制電路9輸出的控制信號(hào)，而具有第I工作狀態(tài)和第2工作狀態(tài)。控制電路9的工作狀態(tài)設(shè)定電路91在初始狀態(tài)下，通過熔斷器輸出“H”信號(hào)。因此，NAND電路92將基準(zhǔn)CLK信號(hào)反轉(zhuǎn)并輸出。即，控制信號(hào)3C成為將基準(zhǔn)CLK信號(hào)反轉(zhuǎn)后的信號(hào)，3D成為與基準(zhǔn)CLK信號(hào)相同的信號(hào)。該狀態(tài)是第I工作狀態(tài)?？刂齐娐?的工作狀態(tài)設(shè)定電路91在切斷熔斷器時(shí)，通過下拉電阻輸出“L”信號(hào)。因此，NAND電路92的輸出被固定為“H”。即，控制信號(hào)3C被固定為“H”，3D被固定為“L”。該狀態(tài)是第2工作狀態(tài)。無論是哪個(gè)工作狀態(tài)，控制信號(hào)3A都是將基準(zhǔn)CLK信號(hào)反轉(zhuǎn)后的信號(hào)，3B都是與基準(zhǔn)CLK信號(hào)相同的信號(hào)。
[0028]首先，對(duì)第I工作狀態(tài)進(jìn)行說明。第I工作狀態(tài)能夠判定磁傳感器I的偏移電壓的大小。
[0029]在第I工作狀態(tài)中，控制電路9輸出作為將基準(zhǔn)CLK信號(hào)反轉(zhuǎn)后的信號(hào)的控制信號(hào)3A和3C、以及作為與基準(zhǔn)CLK信號(hào)相同的信號(hào)的控制信號(hào)3B和3D。對(duì)于霍爾元件2，在第I期間中，第I和第4電流供給開關(guān)311、314導(dǎo)通，向端子21 —端子22的端子對(duì)供給電流，從端子23 —端子24的端子對(duì)輸出差動(dòng)信號(hào)電壓。并且，在第2期間中，第2和第3電流供給開關(guān)312、313導(dǎo)通，向端子23 —端子24的端子對(duì)供給電流，從端子21 —端子22的端子對(duì)輸出差動(dòng)信號(hào)電壓。并且，在第I期間中，第2交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)332和第3交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)333導(dǎo)通，在第2期間中，第I交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)331和第4交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)334導(dǎo)通。
[0030]因此，在第I期間中，第I差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子301與霍爾元件2的端子24連接，第2差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子302與霍爾元件2的端子23連接。并且，在第2期間中，第I差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子301與霍爾元件2的端子21連接，第2差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子302與霍爾元件2的端子22連接?；魻栐?的輸出電壓由放大器4放大并輸出。
[0031 ] 因此，將放大器4在第I期間輸出的差動(dòng)信號(hào)放大電壓設(shè)為Vol Φ 1、在第2期間輸出的差動(dòng)信號(hào)放大電壓設(shè)為Vol Φ2時(shí)，各電壓分別由式I和式2給出。
[0032]νοΙΦΙ = VDD/2+G(KHXBin+Vos)...(I)
[0033]VolΦ2 = VDD/2+G( - KHXBin+Vos)...(2)
[0034]這里，VDD是電源電壓，G是放大器4的放大率，KH是霍爾元件2的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)，Bin是磁通密度，Vos是放大器4的輸出電壓所包含的偏移電壓。
[0035]因此，在采樣電路5中將差動(dòng)信號(hào)放大電壓νοΙΦΙ和νο1Φ2進(jìn)行平均后的平均電壓Vol由式3給出。
[0036]Vol = VDD/2+GXVos...(3)
[0037]此時(shí)，基準(zhǔn)電壓電路6通過控制信號(hào)6Α，將輸出的基準(zhǔn)電壓切換為偏移電壓判定用的基準(zhǔn)電壓Vref2。因此，在比較器7中對(duì)平均電壓Vol與基準(zhǔn)電壓Vref2進(jìn)行比較，進(jìn)行偏移電壓Vos的大小判定，并將其結(jié)果從輸出電路8輸出。
[0038]這樣，在第I工作狀態(tài)下，能夠判定磁傳感器I的偏移電壓Vos的大小。因此，在檢查工序中，能夠在不增大電路規(guī)模、且不追加檢查工具的情況下，實(shí)施磁傳感器I的電路不良即偏移電壓Vos較大的個(gè)體的選擇。
[0039]另外，放大器4可以根據(jù)控制電路9的控制信號(hào)被切換為偏移電壓判定用的放大率。通過適當(dāng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓電路6的基準(zhǔn)電壓和放大器4的放大率，能夠?qū)⑵齐妷旱臋z測動(dòng)作最優(yōu)化。
[0040]下面，對(duì)第2工作狀態(tài)進(jìn)行說明。第2工作狀態(tài)是判定磁場大小的通常工作狀態(tài)。
[0041]在第2工作狀態(tài)下，由于控制信號(hào)3C被固定為“H”，3D被固定為“L”，因而第I交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)331和第4交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)334被固定為導(dǎo)通狀態(tài)。對(duì)于霍爾兀件2,在第I期間中，第I和第4電流供給開關(guān)311、314導(dǎo)通，向端子21 —端子22的端子對(duì)供給電流，從端子23 —端子24的端子對(duì)輸出差動(dòng)信號(hào)電壓。并且，在第2期間中，第2和第3電流供給開關(guān)312、313導(dǎo)通，向端子23 —端子24的端子對(duì)供給電流，從端子21 —端子22的端子對(duì)輸出差動(dòng)信號(hào)電壓。因此，在第I期間中，第I差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子301與霍爾元件2的端子23連接，第2差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子302與霍爾元件2的端子24連接。并且，在第2期間中，第I差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子301與霍爾元件2的端子21連接，第2差動(dòng)信號(hào)電壓輸出端子302與霍爾元件2的端子22連接?；魻栐?的輸出電壓由放大器4放大并輸出。
[0042]將放大器4在第I期間輸出的差動(dòng)信號(hào)放大電壓設(shè)為Vo2C> 1、在第2期間輸出的差動(dòng)信號(hào)放大電壓設(shè)為νο2Φ2時(shí)，各電壓分別由式4和式5給出。
[0043]νο2Φ1 = VDD/2+GX (KHXBin+Vos)...(4)
[0044]νο2Φ2 = VDD/2+GX (KHXBin-Vos)...(5)
[0045]因此，在采樣電路5中將差動(dòng)信號(hào)放大電壓νο2Φ I和νο2Φ2進(jìn)行平均后的平均電壓Vo2由式6給出。
[0046]Vo2 = VDD/2+GXKHXBin...(6)
[0047]從式6可知，在平均電壓Vo2中，偏移電壓Vos被抵消。并且，通過比較器7對(duì)根據(jù)式6得到的平均電壓Vo2和基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較判定，由此輸出與磁場對(duì)應(yīng)的檢測信號(hào)。此時(shí)，基準(zhǔn)電壓電路6被切換為輸出通常的基準(zhǔn)電壓Vref。
[0048]如以上所記載的那樣，本實(shí)施方式的磁傳感器在第I工作狀態(tài)下，能夠評(píng)價(jià)基于霍爾元件和放大電路的偏移電壓的電壓。因此，能夠以二值判定的方式識(shí)別產(chǎn)生作為產(chǎn)品的初始不良的、磁特性不良的可能性高的偏移電壓較大的個(gè)體。即，由于能夠在檢查工序中排除偏移電壓較大的個(gè)體，因而能夠提供高精度的磁傳感器。
[0049]另外，在將控制電路9構(gòu)成為能夠從外部輸入控制信號(hào)的情況下，通過從外部輸入控制信號(hào)，在產(chǎn)品出貨后也能夠進(jìn)行檢查。因此，能夠識(shí)別偏移電壓因時(shí)間變化而增大的個(gè)體。
[0050]標(biāo)號(hào)說明
[0051]1:磁傳感器
[0052]2:霍爾元件
[0053]3,30:切換開關(guān)電路
[0054]4:放大器
[0055]5:采樣電路
[0056]6,60:基準(zhǔn)電壓電路
[0057]7:比較器
[0058]8:輸出電路
[0059] 9:控制電路
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器，其特征在于，所述磁傳感器具有: 霍爾元件； 切換開關(guān)電路，其在第I期間使電流流向所述霍爾元件的第I端子對(duì)并從所述霍爾元件的第2端子對(duì)輸入第I差動(dòng)信號(hào)電壓，在第2期間使電流流向所述第2端子對(duì)并從所述第I端子對(duì)輸入第2差動(dòng)信號(hào)電壓； 放大器，其輸出將經(jīng)由所述切換開關(guān)電路輸入的所述第I差動(dòng)信號(hào)電壓和所述第2差動(dòng)信號(hào)電壓放大后的第I差動(dòng)信號(hào)放大電壓和第2差動(dòng)信號(hào)放大電壓； 采樣電路，其保持從所述放大器輸入的第I差動(dòng)信號(hào)放大電壓和第2差動(dòng)信號(hào)放大電壓，并輸出所述第I差動(dòng)信號(hào)放大電壓和所述第2差動(dòng)信號(hào)放大電壓的平均電壓； 基準(zhǔn)電壓電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓； 比較器，其對(duì)所述采樣電路輸出的所述平均電壓和所述基準(zhǔn)電壓電路輸出的所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；以及 控制電路，其輸出控制信號(hào)，控制所述切換開關(guān)電路， 所述切換開關(guān)電路在與所述霍爾元件的各端子連接的輸入端子與輸出端子之間分別串聯(lián)地具有串行傳輸開關(guān)和交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，所述磁傳感器具有: 第I工作狀態(tài)，所述交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)被控制成在所述第I期間和所述第2期間的任意一個(gè)期間中進(jìn)行交叉?zhèn)鬏?；以? 第2工作狀態(tài)，所述交叉?zhèn)鬏旈_關(guān)被控制成在所述第I期間和所述第2期間的任何期間中都不進(jìn)行交叉?zhèn)鬏敚? 在所述第I工作狀態(tài)下，判定所述平均電壓所包含的偏移電壓的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器，其特征在于， 所述控制電路具有熔斷器，根據(jù)所述熔斷器的有無切換所述工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器，其特征在于， 所述控制電路具有非易失性存儲(chǔ)器，根據(jù)所述非易失性存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)切換所述工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器，其特征在于， 所述控制電路具有狀態(tài)設(shè)定端子，根據(jù)輸入到所述狀態(tài)設(shè)定端子的信號(hào)切換所述工作狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G01R33/07GK104364670SQ201380029928
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月7日
【發(fā)明者】挽地友生, 有山稔 申請(qǐng)人:精工電子有限公司