比較電路及傳感器裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明題為比較電路及傳感器裝置。提供除去比較電路中的比較器的偏置電壓的影響并且在高溫中也能得到高精度的比較判定結(jié)果的比較電路。比較電路具備：比較器，具有經(jīng)由第一電容輸入第一輸入電壓并經(jīng)由第三電容輸入第三輸入電壓的第一輸入端子、經(jīng)由第二電容輸入第二輸入電壓并經(jīng)由第四電容輸入第四輸入電壓的第二輸入端子、和輸出端子；第一開(kāi)關(guān)，其一端與第一輸入端子連接，在采樣相位導(dǎo)通而將第一輸入端子的電壓作為輸出端子的電壓；以及第二開(kāi)關(guān)，其一端與第二輸入端子連接，在采樣相位導(dǎo)通而將第二輸入端子的電壓作為基準(zhǔn)電壓。
【專利說(shuō)明】
比較電路及傳感器裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高精度比較電壓的大小的比較電路及具備比較電路的傳感器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子電路一般比較多個(gè)電壓，作為判定其大小的電路使用比較電路(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]在圖7示出現(xiàn)有的比較電路的一個(gè)例子的電路圖?，F(xiàn)有的比較電路使用比較器(comparator)，判定兩個(gè)輸入電壓的差值的電壓是比既定電壓大或小。在該比較中，比較器所具有的偏置電壓(輸入偏置電壓)或噪聲成為誤差的因素，從而存在精度下降這一問(wèn)題。上述輸入偏置電壓作為一個(gè)例子因比較器的構(gòu)成輸入電路的元件的特性偏差而產(chǎn)生。另外上述噪聲因構(gòu)成電路的單個(gè)晶體管所具有的閃變?cè)肼暬騿蝹€(gè)晶體管、電阻元件所具有的熱噪聲而產(chǎn)生。
[0004]為了減少前述比較器所具有偏置電壓的影響，圖7所示的比較電路成為以下的結(jié)構(gòu)。比較電路具有:比較器15;連接在比較器15的反相輸入端子N13與輸出端子之間的開(kāi)關(guān)S13;連接在比較器15的反相輸入端子NI3與輸入端子NI I之間的電容13;連接在比較器15的同相輸入端子N14與比較電壓輸入端子Nref 10之間的開(kāi)關(guān)S14;連接在比較器15的同相輸入端子N14與連接點(diǎn)N141之間的開(kāi)關(guān)511;連接在輸入端子附2與連接點(diǎn)附41之間的電容14;以及連接在連接點(diǎn)N141與比較電壓輸入端子NlO之間的開(kāi)關(guān)S12。在此，將比較電壓輸入端子NlO的電壓設(shè)為VO，將比較電壓輸入端子NreflO的電壓設(shè)為Vref，將輸入端子NI I的電壓設(shè)為VI，將輸入端子N12的電壓設(shè)為V2，將比較器15的反相輸入端子N13的電壓設(shè)為VN，將比較器15的同相輸入端子N14的電壓設(shè)為V4，將比較器15的輸出端子的電壓設(shè)為Vo。另外，將比較器15的輸入偏置電壓設(shè)為Voa。
[0005]圖7的比較電路被如圖8所示控制開(kāi)關(guān)Sll?S14而進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作的一個(gè)周期由采樣相位(samp Ie phase) Φ I和比較相位Φ 2構(gòu)成。在采樣相位Φ I中，開(kāi)關(guān)SI I截止，開(kāi)關(guān)SI 2?S14導(dǎo)通。在比較相位Φ 2中，開(kāi)關(guān)Sll導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)S12?S14截止。另外，附在各連接點(diǎn)或端子的電壓的末尾的Φ I或Φ 2分別表示采樣相位Φ I或比較相位Φ 2中的電壓。
[0006]在采樣相位Φ I中，開(kāi)關(guān)Sll截止，開(kāi)關(guān)S12導(dǎo)通，對(duì)電容14充電Δ VC4(i> I=VO — V2Φ I。由于開(kāi)關(guān)S14導(dǎo)通，所以成為ν4Φ I=Vref。比較器15因開(kāi)關(guān)S13導(dǎo)通而作為電壓輸出器電路進(jìn)行動(dòng)作，由于具有輸入偏置電壓Voa，所以成為νοΦ 1=ν4Φ Ι+Voa。另外，由于開(kāi)關(guān)S13導(dǎo)通，所以νΝΦ 1 = νοΦ 1，即成為νΝΦ l = Vref+Voa，對(duì)電容 13充電 Δ VC3<i> 1=νΝΦ I —Vl Φ I=Vref+ Voa — Vl Φ I。若匯集采樣相位Φ I下的蓄積到電容13和電容14的電荷則如下。
[0007]Δ VC3 Φ I =Vref+Voa-Vl Φ I (Al)
Δν04Φ 1=νθ-ν2Φ I (Α2)
在比較相位Φ 2中，開(kāi)關(guān)S12?S14截止、開(kāi)關(guān)Sll導(dǎo)通。在電容13保持由式(Al)示出的ΔVC3 Φ I，因此電壓VN成為如下。
[0008]νΝΦ2 = ν? Φ2+ Δν03Φ I (A3)
另一方面，在電容14保持由式(Α2)示出的AVC4(i>l，因此電壓V4成為如下。
[0009]ν4Φ2 = ν2Φ2+ Δν04Φ I (Α4)
最終，由式(A3 )表示的電壓VN和由式(A4 )表示的電壓V4在比較器15被比較，從輸出端子輸出高電平或低電平。
[0010]若考慮比較器15的輸入偏置電壓Voa，則在比較器15中比較的電壓成為如下。
[0011](ν4Φ2 + ν0Β)-νΝΦ2 = {(ν2Φ2-ν? Φ2)-(ν2Φ 1-Vl Φ I)}-(Vref-VO)(A5)
式(A5)中，不包含比較器15的輸入偏置電壓Voa。這表不比較器15的輸入偏置電壓被抵消。因此，在比較相位Φ 2比較器15中，比較輸入電壓分量{(V2 Φ 2—Vl Φ 2) —(V2 Φ I —Vl ΦI)}和基準(zhǔn)電壓分量(Vref—V0)。通過(guò)以上方式，消除成為誤差因素的比較器的偏置電壓分量的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)誤差少的高精度的輸出的比較電路。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008 — 236737號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的課題
然而，在搭載到汽車等的電路中，近年要求在更高溫下的動(dòng)作，另外有要求進(jìn)一步高精度化的傾向。在如前述的現(xiàn)有的比較電路存在這一課題，即，在比較相位中，因高溫時(shí)變顯著的開(kāi)關(guān)的截止泄漏電流而電荷注入到電容，在比較的結(jié)果中產(chǎn)生誤差。具體而言，在圖7的比較電路中，在比較相位Φ 2對(duì)電容13只流入開(kāi)關(guān)S13的泄漏電流，而對(duì)電容14流入開(kāi)關(guān)S12及S14的泄漏電流，因此比較器的輸入中的電壓的變動(dòng)量在反相輸入端子N13側(cè)和同相輸入端子N14側(cè)不同，從而在比較結(jié)果出現(xiàn)誤差。一般而言，構(gòu)成開(kāi)關(guān)的晶體管的泄漏電流隨著變高溫而增加，因此誤差越是高溫就越顯著。
[0014]另外，在現(xiàn)有的比較電路有這樣的課題:關(guān)于構(gòu)成開(kāi)關(guān)的晶體管元件從導(dǎo)通迀移到截止時(shí)產(chǎn)生的噪聲分量(例如，溝道電荷注入或時(shí)鐘饋通)的影響，也因?yàn)殚_(kāi)關(guān)對(duì)各電容的連接非對(duì)稱而開(kāi)關(guān)的噪聲分量造成的比較器的輸入中的電壓的變動(dòng)量在反相輸入端子N3側(cè)和同相輸入端子NI4側(cè)不同，從而成為誤差發(fā)生的因素。
[0015]本發(fā)明鑒于這樣的點(diǎn)而構(gòu)思，目的在于提供一種比較電路，能以簡(jiǎn)便的電路構(gòu)成除去比較器的輸入偏置電壓的影響，并且抑制開(kāi)關(guān)的截止泄漏電流或噪聲分量造成的誤差的影響，從而能夠得到高精度的比較判定結(jié)果。
[0016]用于解決課題的方案
為了解決現(xiàn)有的這樣的問(wèn)題點(diǎn)，本發(fā)明的比較電路采用如下的結(jié)構(gòu)。
[0017]—種比較電路，包括:比較器，具備:第一輸入電壓經(jīng)由第一電容輸入而第三輸入電壓經(jīng)由第三電容輸入的第一輸入端子、第二輸入電壓經(jīng)由第二電容輸入而第四輸入電壓經(jīng)由第四電容輸入的第二輸入端子和輸出端子;第一開(kāi)關(guān)，一端與第一輸入端子連接，在米樣相位導(dǎo)通而使第一輸入端子的電壓為輸出端子的電壓；以及第二開(kāi)關(guān)，一端與第二輸入端子連接，在采樣相位導(dǎo)通而使第二輸入端子的電壓為基準(zhǔn)電壓。
[0018]發(fā)明效果
依據(jù)本發(fā)明的比較電路，通過(guò)有效活用開(kāi)關(guān)、電容和比較器，能以簡(jiǎn)便的電路構(gòu)成除去因比較器中產(chǎn)生的偏置分量或開(kāi)關(guān)的截止泄漏電流分量或開(kāi)關(guān)的噪聲分量而產(chǎn)生的誤差，從而能夠廣泛的溫度區(qū)域中進(jìn)行高精度的比較。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的比較電路的電路圖。
[0020]圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作的圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的其他例子的電路圖。
[0022]圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)用于磁傳感器裝置的例子的電路圖。
[0023]圖5是示出磁傳感器裝置所使用的差動(dòng)放大器的一個(gè)例子的電路圖。
[0024]圖6是示出磁傳感器裝置所使用的檢測(cè)電壓設(shè)定電路的一個(gè)例子的電路圖。
[0025]圖7是現(xiàn)有的比較電路的電路圖。
[0026]圖8是示出現(xiàn)有的比較電路的各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明的比較電路作為半導(dǎo)體電路中的高精度的比較電路而得到廣泛利用。以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的比較電路進(jìn)行說(shuō)明。
[0028]圖1是示出本發(fā)明的比較電路的實(shí)施方式的電路圖。本發(fā)明的比較電路具備:比較器1;電容(:1丄2、03丄4;以及開(kāi)關(guān)31、32。
[0029]比較器I具有反相輸入端子NN和同相輸入端子NP和輸出端子OUT。電容Cl的一個(gè)端子與比較器I的反相輸入端子NN連接，另一個(gè)端子與輸入端子NI連接。電容C2的一個(gè)端子與比較器I的同相輸入端子NP連接，另一個(gè)端子與輸入端子N2連接。電容C3的一個(gè)端子與比較器I的反相輸入端子NN連接，另一個(gè)端子與輸入端子N3連接。電容C4的一個(gè)端子與比較器I的同相輸入端子NP連接，另一個(gè)端子與輸入端子N4連接。開(kāi)關(guān)SI的一個(gè)端子與比較器I的反相輸入端子NN連接，另一個(gè)端子與比較器I的輸出端子OUT連接。開(kāi)關(guān)S2的一個(gè)端子與比較器I的同相輸入端子NP連接，另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref連接。開(kāi)關(guān)S1、S2利用開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(電路圖中未圖示)來(lái)控制導(dǎo)通或截止。
[0030]在以下的說(shuō)明中，將各端子NI?N4、NN、NP、Nref及OUT的電壓分別設(shè)為Vl?V4、VN、VP、Vref及Vo。
[0031]接著，說(shuō)明本發(fā)明的比較電路的動(dòng)作。
[0032]首先，說(shuō)明比較器I的動(dòng)作。比較器I具有輸出放大一對(duì)輸入電壓之差的值的功能。若以式表示該放大功能，則成為
Vo=AlX(VP-VN) (I)。
[0033]這里Al為比較器I的放大率。
[0034]圖1的比較電路中，比較器I的反相輸入端子NN和輸出端子OUT連接在開(kāi)關(guān)SI的兩端。在開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通的狀態(tài)下，Vo和VN成為大致相等的電壓，因此Vo能從式(I)如下表示。
[0035]Vo=Al/(l+Al)XVP (2)
說(shuō)明的方便起見(jiàn)，設(shè)放大率Al為充分大時(shí)，得到下式。
[0036]Vo = VP (3)
即，在開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通的狀態(tài)下，比較器I進(jìn)行電壓輸出器動(dòng)作。
[0037]另一方面，在開(kāi)關(guān)SI截止的狀態(tài)下對(duì)比較器I不形成反饋環(huán)，因此比較器I作為比較器(comparator)本身而動(dòng)作。由式(I)，比較器I在開(kāi)關(guān)SI截止的狀態(tài)下，以放大率Al放大VP與VN的差值的電壓，進(jìn)行從輸出端子OUT輸出高電平信號(hào)(一般為正的電源電壓電平)或低電平信號(hào)(一般為負(fù)的電源電壓電平、或GND電平)的比較動(dòng)作。
[0038]在此，若設(shè)比較器I的輸入偏置電壓在同相輸入端子NN中為Voa，則表不考慮了輸入偏置電壓的比較器I的動(dòng)作的式在開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通時(shí)和截止時(shí)分別從式(3)、式(I)成為如下。
[0039]當(dāng)開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通時(shí) Vo = VP+Voa (4)
當(dāng)開(kāi)關(guān)SI截止時(shí) Vo=AlX(VP+Voa-VN) (5)
以上為比較器I的動(dòng)作說(shuō)明。
[0040]圖2是示出各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作的圖。
[0041]比較動(dòng)作的一個(gè)周期由采樣相位ΦI和比較相位Φ 2這兩個(gè)相位構(gòu)成。開(kāi)關(guān)S1、S2利用開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)控制。開(kāi)關(guān)SI在采樣相位Φ I導(dǎo)通，在比較相位Φ 2截止。另外，開(kāi)關(guān)S2也同樣，在采樣相位Φ I導(dǎo)通，在比較相位Φ 2截止。
[0042]說(shuō)明圖1的比較電路的各相位下的動(dòng)作概略。
[0043]米樣相位Φ I是將輸入端子NI的電壓Vl、輸入端子N2的電壓V2、輸入端子N3的電壓V3、輸入端子N4的電壓V4、基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref的電壓Vref、比較器I的偏置電壓Voa存儲(chǔ)于電容C1、C2、C3及C4的相位。
[0044]比較相位Φ2是抵消采樣相位Φ I中的比較器I的偏置分量，并且進(jìn)行輸入端子NI與輸入端子N2之間的電壓差和輸入端子N3與輸入端子N4之間的電壓差的比較的相位。
[0045]以下，對(duì)采樣相位ΦI和比較相位Φ 2進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0046]在采樣相位ΦI中，開(kāi)關(guān)S1、S2導(dǎo)通。因此，對(duì)比較器I的各輸入端子供給以下的電壓。對(duì)比較器I的反相輸入端子NN提供輸出端子OUT的電壓Vo，對(duì)同相輸入端子NP提供基準(zhǔn)電壓Vref。
[0047]VP Φ I =Vref Φ I (6)
另外，當(dāng)開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通時(shí)，比較器I如式(4)所示那樣進(jìn)行動(dòng)作，因此反相輸入端子NN的電壓VN能如下表示。
[0048]VNΦ I=Vref Φ I+Voa Φ I (7)
各電壓的末尾的Φ I表示是采樣相位Φ I中的電壓。此后為其他電壓，另外對(duì)于比較相位Φ 2也同樣記載。
[0049]對(duì)電容Cl、C2、C3及C4蓄積與各電容的兩個(gè)端子的電壓差和電容值相應(yīng)的電荷。若將該電荷量分別設(shè)為Ql、Q2、Q3及Q4，則分別如下表示。
[0050]Ql φ I=Cl X (νΝΦ I—Vl Φ I) (8)
02Φ 1 = 02Χ(νΡΦ 1-ν2Φ I) (9)
03Φ 1 = 03Χ(νΝΦ 1-ν3Φ I) (10)
04Φ 1 = 04Χ(ΥΡΦ 1-Υ4Φ I) (11) 在此，使電容Cl?C4的電容值分別為Cl?C4。
[0051 ]另一方面，在比較相位Φ 2中，開(kāi)關(guān)S1、S2截止。在比較相位Φ 2中對(duì)電容Cl?C4蓄積的電荷量分別如下表示。
[0052]01φ2 = 01Χ(νΝΦ2-ν?Φ2) (12)
Q2 Φ 2 = C2 X (VP Φ 2-V2 Φ 2) (13)
Q3 Φ 2 = C3 X (νΝΦ 2-V3 Φ 2) (14)
Q4 Φ 2 = C4 X (VP Φ 2-V4 Φ 2) (15)
由于開(kāi)關(guān)SI截止，所以蓄積到電容Cl和電容C3的電荷量的總和根據(jù)電荷守恒定律在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2不變。將它由式表示則成為如下式。
[0053]Ql Φ 1+03Φ I=Ql Φ2 + 03Φ2 (16)
向式(16)代入式(8)、(10)、(12)、(14)，并對(duì)于￥~巾2進(jìn)行求解，則得到下式。
[0054]νΝΦ2 = νΝΦ 1+01/(01 + 03)Χ(ν?Φ2-ν?Φ 1) + 03/(01 + 03)Χ(ν3Φ2-ν3ΦI) (17)
若向式(17)代入式(7)，則得到下式。
[0055]νΝΦ2 = νΓθΓΦ l+νοΒΦ 1 + C1/CC1 + C3) X (VI Φ 2 —Vl Φ 1) + C3/(C1+C3) X (V3Φ2-ν3Φ I) (18)
另外，與開(kāi)關(guān)SI同樣地開(kāi)關(guān)S2截止，因此蓄積到電容C2和電容C4的電荷量的總和根據(jù)電荷守恒定律在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2不變，由下式表示。
[0056]02Φ 1+04Φ 1=02Φ2 + 04Φ2 (19)
向式(19)代入式(9)、(11)、(13)、(15)，并對(duì)于￥?巾2進(jìn)行求解，則得到下式。
[0057]VP Φ 2 = VP Φ I +C2/CC2 + C4) X (V2 Φ 2~V2 Φ 1) + C4/(C2 + C4) X (V4 Φ 2-V4 ΦI) (20)
若向式(20)代入式(6)，則得到下式。
[0058]VP Φ 2 = Vref Φ I+ C2/CC2 + C4) X (V2 Φ 2~V2 Φ 1) + C4/(C2 + C4) X (V4 Φ 2-V4Φ1) (21)
另外，當(dāng)開(kāi)關(guān)SI截止時(shí)，比較器I如式(5)所示那樣進(jìn)行動(dòng)作，因此比較器I的輸出端子OUT的電壓Vo則如下表示。
[0059]Vo Φ 2=A1 X (VP Φ 2+Voa Φ 2-?ΝΦ 2) (22)
向上式(22)代入由式(18)表示的νΝΦ 2、由式(21)表示的VP Φ 2，則得到下式。
[0060]νοΦ2 = Α1Χ{-01/(01 + 03)Χ(ν?Φ2-ν?Φ 1) + 02/(02 + 04)Χ(ν2Φ2-ν2Φ1)-C3/(C1 + C3) X (V3 Φ 2 —V3 Φ 1) + C4/(C2 + C4) X (V4 Φ 2 —V4 Φ I)+ (Voa Φ 2 —Voa ΦI)} (23)
以后說(shuō)明的方便起見(jiàn)，使電容值CI和電容值C2等于電容值C，使電容值C3和電容值C4等于電容值C的η倍，則式(23 )如下表示。
[0061]νοΦ2 = Α1Χ [1/(1+η)Χ{(ν2Φ2-ν2Φ D-CVl Φ2-ν? Φ I)}—η/(1+η) X {(ν3Φ2-ν3Φ 1)-(ν4Φ2-ν4Φ 1)} + (νοΒΦ2-νοΒΦ I)}] (24)
為了便于理解式(24)，設(shè)從輸入端子NI及輸入端子Ν2供給的電壓分量為△ Vin、從輸入端子N3及輸入端子N4供給的電壓分量為△ Vref，則式(24)如下表示。
[0062]νοΦ2=Α1Χ{( ΔΥ?η-ηΧ Δ Vref)/(I+n) + (Voa Φ 2-Voa Φ I)} (25) 在此，
Δν?η=(ν2Φ2-ν?Φ2)-(ν2Φ 1-ν?Φ I) (26)
AVref= —{(ν4Φ2—ν3Φ2) —(ν4Φ I—ν3Φ I)} (27)。
[0063]在此，比較器I的輸入偏置電壓Voa嚴(yán)格而言為顯示出老化、溫度變化(溫度漂移)而不是恒定的值，但是，如果采樣相位Φ I及比較相位Φ 2的時(shí)間為相對(duì)于輸入偏置電壓的老化、溫度變化而言充分短的時(shí)間，則輸入偏置電壓的值能夠在采樣相位Φ I和比較相位Φ2視為大致相等的值。因此式(25)中，Voa Φ 2—VoaOl成為大致零的值，當(dāng)比較相位Φ 2的比較器I中的比較動(dòng)作時(shí)會(huì)除去比較器I的偏置分量。因而式(25)如下表示。
[0064]νοΦ2=Α1Χ{( AVin-nX Δ Vref)/(I+η)} (28)
因此，比較從輸入端子NI及輸入端子Ν2供給的電壓分量△ Vin和從輸入端子Ν3及輸入端子Ν4供給的電壓分量AVref的結(jié)果，被以充分大的放大率Al放大，最終作為高電平信號(hào)或低電平信號(hào)而從比較器I的輸出端子OUT輸出。即，除去作為誤差分量的偏置電壓的影響，能夠得到高精度的比較結(jié)果。
[0065]在此，以使決定Δ Vin的輸入端子NI及輸入端子Ν2的電壓例如成為V2 Φ 2 = V1 Φ I= V2\V1 Φ 2 = V2 Φ I =Vl，的方式輸入的情況下，由式(26)成為Δ Vin = 2X (V2，—Vl ’)，將V2’和VI’之差2倍后的電壓作為輸入電壓分量而會(huì)向比較器I輸入。
[0066]另外一方面，以使決定ΔVref的輸入端子N3及輸入端子N4的電壓例如成為V4 Φ 2= ν3Φ 1=V4’、ν3Φ2 = ν4Φ 1=V3’的方式輸入的情況下，由式(27)成為AVref = 2X(V3’一V4’)，將V3’和V4’之差2倍后的電壓作為輸入電壓分量而會(huì)向比較器I輸入。
[0067]為了方便起見(jiàn)，以成為n=l的方式選定電容Cl?C2的電容值時(shí)，該例子的情況下式(28)成為
VoΦ2=AlX{(V2,-Vl,)-(V3,-V4,)} (29)，
能從輸出端子得到輸入電壓(V2 ’ 一 V I’)與輸入電壓(V3 ’ 一 V4 ’)的比較結(jié)果。
[0068]在此，關(guān)注式(23)，該式中不包含Vref的項(xiàng)。這是因?yàn)橛墒?18)表示的νΝΦ 2和由式(21)表示的VP Φ 2雙方都包含Vref Φ I的項(xiàng)，所以當(dāng)將這些代入由式(21)表示的Vo Φ 2時(shí)Vref的項(xiàng)被抵消。該情況表示在本發(fā)明的比較電路中，無(wú)論提供給基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref的電壓Vref為何值，比較結(jié)果都與Vref的電壓無(wú)關(guān)。在實(shí)際的電路中，能夠向比較器I輸入的電壓的范圍有稱為同相輸入電壓范圍的限制，在脫離該電壓范圍的情況下，有無(wú)法正常進(jìn)行高精度的比較的可能性。即便輸入端子N1、輸入端子Ν2、輸入端子Ν3及輸入端子Ν4的電壓為比較器I的同相輸入電壓范圍外的電壓，本發(fā)明的比較電路還有通過(guò)以使基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref的電壓處于比較器I的同相輸入電壓范圍內(nèi)的方式選擇，能夠進(jìn)行高精度的比較的優(yōu)點(diǎn)。若說(shuō)別的表現(xiàn)，有能夠顯著緩沖對(duì)比較器I所要求的同相輸入電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)。
[0069]接著，說(shuō)明按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接開(kāi)關(guān)S1、S2時(shí)的效果。作為截止?fàn)顟B(tài)的開(kāi)關(guān)的理想特性，能舉出電阻值無(wú)限大，即端子間無(wú)電流流過(guò)的情形，但是在實(shí)際的電路中，開(kāi)關(guān)的端子間有泄漏電流流過(guò)。為此能舉出許多降低泄漏電流的開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)，但是泄漏電流不會(huì)成為零而成為有限的值。在使用電容和開(kāi)關(guān)的比較電路中，因截止時(shí)的開(kāi)關(guān)的泄漏電流流入電容而蓄積在電容的電荷量發(fā)生變化，能成為比較結(jié)果中發(fā)生誤差的因素。另外一般泄漏電流具有越是高溫就越增加的傾向，因此具有越為高溫，比較電路的誤差就越增大的傾向。
[0070]本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)中，對(duì)于電容Cl的一個(gè)端子和電容C3的一個(gè)端子和比較器I的反相輸入端子NN的連接點(diǎn)、電容C2的一個(gè)端子和電容(34的一個(gè)端子和比較器I的同相輸入端子NP的連接點(diǎn)以分別對(duì)稱的方式連接開(kāi)關(guān)S1、S2。因此，在比較相位Φ 2開(kāi)關(guān)SI和S2截止時(shí)，即便開(kāi)關(guān)SI和S2產(chǎn)生泄漏電流，也因開(kāi)關(guān)SI和S2采用具有大致相等的特性的開(kāi)關(guān)而開(kāi)關(guān)的泄漏電流向各連接點(diǎn)以大致相等地流入，反相輸入端子NN的電壓VN和同相輸入端子NP的電壓VP雖然會(huì)分別變化，但以使該變化量大致相等的方式動(dòng)作。因而，電壓的差值即VP —VN的值不變，結(jié)果具有比較結(jié)果的誤差成為最小源，能夠得到高精度的比較判定結(jié)果的構(gòu)成上的優(yōu)點(diǎn)。
[0071]另外，作為開(kāi)關(guān)的非理想成分，除了上述泄漏電流之外，能舉出構(gòu)成開(kāi)關(guān)的晶體管元件從導(dǎo)通迀移到截止時(shí)產(chǎn)生的噪聲分量，例如溝道電荷注入、時(shí)鐘饋通。在本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)中，對(duì)于電容Cl的一個(gè)端子和電容C3的一個(gè)端子和比較器I的反相輸入端子NN的連接點(diǎn)、電容C2的一個(gè)端子和電容(34的一個(gè)端子和比較器I的同相輸入端子NP的連接點(diǎn)以分別對(duì)稱的方式連接開(kāi)關(guān)S1、S2，因此由開(kāi)關(guān)的噪聲分量而產(chǎn)生的電荷大致相等地向各連接點(diǎn)注入，反相輸入端子NN的電壓VN和同相輸入端子NP的電壓VP雖然分別變化，但是以使該變化量大致相等的方式動(dòng)作。這與泄漏電流的情況同樣。因此，具有抑制開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)迀移到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生的噪聲分量造成的誤差的影響，從而能夠得到高精度的比較判定結(jié)果的構(gòu)成上的優(yōu)點(diǎn)。
[0072]本說(shuō)明中雖然示出具體的開(kāi)關(guān)控制的時(shí)間圖，但是，只要為進(jìn)行本說(shuō)明內(nèi)記載的動(dòng)作的構(gòu)成，未必一定受該定時(shí)的限制。例如，在圖2中，記載為使從采樣相位Φ I向比較相位Φ 2迀移時(shí)、或相反迀移時(shí)切換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或截止的定時(shí)成為同時(shí)，但是以在開(kāi)關(guān)SI截止后使開(kāi)關(guān)S2截止的方式錯(cuò)開(kāi)定時(shí)地進(jìn)行控制也可。在比較器I的過(guò)渡響應(yīng)特性優(yōu)良的情況下、或者比較器I的反相輸入端子NN與同相輸入端子NP之間的寄生電容為不能忽略的大小等的情況下，使開(kāi)關(guān)S2截止時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲從同相輸入端子NP傳播到反相輸入端子NN，有時(shí)在向電容Cl充電的電壓產(chǎn)生不能忽略的誤差的情況。在這樣的情況下，更優(yōu)選的是使開(kāi)關(guān)S2截止的定時(shí)相對(duì)于開(kāi)關(guān)SI截止的定時(shí)推遲。
[0073]另外本說(shuō)明中，對(duì)于電容Cl?C4的電容值Cl?C4的值的關(guān)系舉出了具體的比，但是也可以不必一定為說(shuō)明中示出的比。
[0074]另外本說(shuō)明中，舉出了對(duì)輸入端子NI和輸入端子N2施加的輸入電壓的一個(gè)例子以及對(duì)輸入端子N3和輸入端子N4施加的電壓的一個(gè)例子，但不必一定局限于該例子。例如，如現(xiàn)有技術(shù)所示那樣，對(duì)與施加到傳感器元件的物理量的強(qiáng)度相應(yīng)地進(jìn)行邏輯輸出的信號(hào)檢測(cè)電路適用本實(shí)施方式的比較電路的情況下，輸入電壓分量的例子則成為如下。
[0075]Vl φ I =VcmΦ I+Vsig Φ I+Voff Φ IV2 Φ l=Vcm<}) 1-Vsig Φ 1-Voff Φ I
Vl Φ 2 = Vcm<i) 2—Vsig Φ 2+Voff Φ 2 V2 Φ 2 = Vcm<i) 2+Vsig Φ 2—Voff Φ 2
在此，Vcm為傳感器元件的信號(hào)電壓的同相電壓分量，Vs i g為傳感器元件的信號(hào)電壓分量，Voff為傳感器元件的偏置電壓分量(誤差因素)。將以上的各輸入電壓代入式(26)，則成為
AVin = 2X(Vsig<i)2+Vsig<i) I) —2Χ(νο??Φ2—νο??Φ I) (30)。
[0076]傳感器元件的偏置電壓分量在采樣相位ΦI和比較相位Φ 2顯示出大致相等的值，因此被抵消。因而，只有傳感器元件的信號(hào)電壓分量作為輸入電壓分量A Vin而會(huì)向比較器I輸入。在這樣的輸入電壓分量的情況下，也不會(huì)脫離作為本發(fā)明的宗旨的、除去比較器的輸入偏置電壓的影響，并且抑制開(kāi)關(guān)的截止泄漏電流或噪聲分量造成的誤差的影響，從而得到高精度的比較判定結(jié)果的特點(diǎn)。
[0077]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的其他例子的電路圖。與圖1所示的電路圖的差異在于追加了電容C5和電容C6這一點(diǎn)。追加的要素如下構(gòu)成并連接。
[0078]電容C5的一個(gè)端子與比較器I的反相輸入端子NN連接，另一個(gè)端子與輸入端子N5連接。電容C6的一個(gè)端子與比較器I的同相輸入端子NP連接，另一個(gè)端子與輸入端子N6連接。關(guān)于其他的連接及結(jié)構(gòu)，與圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施方式相同。
[0079]接著，說(shuō)明本發(fā)明的比較電路的動(dòng)作。
[0080]開(kāi)關(guān)S1、S2與圖1的電路時(shí)同樣地被控制，如圖2所示動(dòng)作。
[0081]在米樣相位Φ I中，開(kāi)關(guān)S1、S2導(dǎo)通，向電容Cl?C4蓄積與式(8)?(11)同樣的電荷量，而且對(duì)電容C5、C6分別蓄積由下式表不的電荷量Q5、Q6。
[0082]Q5<i> l=C5X(VN<i> I—V5<i> I) (31)
06Φ 1 = 06Χ(νΡΦ 1-ν6Φ I) (32)
另一方面，在比較相位Φ 2中，開(kāi)關(guān)S1、S2截止，向電容Cl?C4蓄積與式(12)?(15)同樣的電荷量，而且對(duì)電容C5、C6分別蓄積由下式表不的電荷量Q5、Q6。
[0083]Q5 Φ 2 = C5 X (?ΝΦ 2~V5 Φ 2) (33)
Q6 Φ 2 = C6 X (VP Φ 2-V6 Φ 2) (34)
由于開(kāi)關(guān)SI截止，所以蓄積到電容Cl和電容C3和電容C5的電荷的總和與圖1的情況同樣，根據(jù)電荷守恒定律在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2不變。若將它用式表示，則成為如下式。
[0084]Ql Φ 1+03Φ 1+05Φ I=Ql Φ2 + 03Φ2 + 05Φ2 (35)
向式(35)代入式(8)、(10)、(12)、(14)、(31)、(33)，對(duì)νΝΦ 2進(jìn)行求解，則得到下式。
[0085]νΝΦ 2 = νΝΦ 1 + C1/(C1 + C3 + C5) XCVl Φ2-ν? Φ 1) + C3/(C1+C3 + C5) X (V3 Φ2-ν3Φ 1) + 05/(01+03 + 05)Χ(ν5Φ2-ν5Φ I) (36)
若向式(36)代入式(7)，則得到下式。
[0086]νΝΦ2 = νΓθΓΦ 1+νοΒΦ 1 + C1/(C1 + C3 + C5) X (VI Φ 2 —Vl Φ 1) + C3/(C1+C3 +05)Χ(ν3Φ2-ν3Φ 1) + 05/(01+03 + 05)Χ(ν5Φ2-ν5Φ I) (37)
另外，與開(kāi)關(guān)SI同樣地開(kāi)關(guān)S2截止，因此蓄積到電容C2和電容C4和電容C6的電荷量的總和與圖1的情況同樣，根據(jù)電荷守恒定律在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2不變，而由下式表不O
[0087]02Φ 1+04Φ 1+06Φ 1=02Φ2 + 04Φ2 + 06Φ2 (38)
向式(38)代入式(9)、(11)、(13)、(15)、(32)、(34)，對(duì)VP Φ 2進(jìn)行求解，則得到下式。
[0088]νΡΦ 2 = νΡΦ 1 + C2/CC2 + C4 + C6) X (V2 Φ 2-V2 Φ 1) + C4/(C2 + C4 + C6) X (V4 Φ2—ν4Φ 1) + C6八C2 + C4 + C6)X(V6<i>2—ν6Φ I) (39)
若向式(39)代入式(6)，則得到下式。
[0089]VP Φ 2 = Vref Φ I+C2/CC2 + C4 + C6) X (V2 Φ 2-V2 Φ 1) + C4/(C2 + C4 + C6) X (V4Φ2-?4Φ 1) + 06/(02 + 04 + 06)Χ(ν6Φ2-ν6Φ I) (40)
當(dāng)開(kāi)關(guān)SI截止時(shí)，與圖1的情況同樣，比較器I的輸出端子OUT的電壓Vo如式(22)那樣表示。若向式(22)代入由式(37)表示的νΝΦ 2、由式(40)表示的VP Φ 2，則得到下式。
[0090]Vo Φ 2=Α1 X { —Cl八C1 + C3 + C5) X (VI Φ 2—Vl Φ 1) + C2/(C2 + C4 + C6) X (V2 Φ2—V2 Φ I) —C3八C1+C3 + C5) X (V3 Φ 2 —V3 Φ 1) + CV(C2 + C4 + C6) X (ν4Φ 2 —ν4Φ I) —C5/(Cl + C3 + C5)X(V5<i)2 —ν5Φ 1) + C6八C2 + C4 + C6)X(V6<i>2 —ν6Φ l) + (Voa<i)2 —?οβΦ I)} (41)
以后為了說(shuō)明的方便起見(jiàn)，使電容值Cl和C2與電容值C相等、使電容值C3和電容值C4等于電容值C的η倍、使電容值C5和電容值C6等于電容值C的m倍，則式(41)如下表示。
[0091]νοΦ2 = Α1Χ [ + 1/(1+n+m) X {(ν2Φ2-ν2Φ D-CVl Φ2-?1Φ 1)}+η/(1+η
+πι)Χ{(ν4Φ2-ν4Φ 1)-(ν3Φ2-ν3Φ 1)}+πι/(1+η+πι)Χ{(ν6Φ2-ν6Φ 1)-(ν5Φ2-ν5Φ 1)} + (νοΒΦ2-νοΒΦ I)}] (42)
為了便于理解式(42)，與圖1的說(shuō)明的情況同樣，設(shè)從輸入端子NI及輸入端子Ν2供給的電壓分量為△ Vin、從輸入端子Ν3及輸入端子Ν4供給的電壓分量為△ Vref、進(jìn)而從輸入端子N5及輸入端子N6供給的電壓分量為△ Vin2，貝Ij式(42)如下表不。
[0092]νοΦ2 = Α1Χ{( AVin-ηΧ Δ Vref+m X AVin2)/(l+n+m) + (Voa<})2 —Voa<})I)} (43)
在此，AVin與式(26)同樣，AVref與式(27)同樣，為 Δν?η=(ν2Φ2-ν?Φ2)-(ν2Φ 1-ν?Φ I) (26)
AVref= —{(ν4Φ2—ν3Φ2) —(ν4Φ I—ν3Φ I)} (27)
Δν?η2 = (ν2Φ2-ν?Φ2)-(ν2Φ 1-ν?Φ I) (44)。
[0093]在此，比較器I的輸入偏置電壓Voa與圖1的說(shuō)明的情況同樣，能夠在采樣相位ΦI和比較相位Φ 2中視為大致相等的值，因此式(43 )能如下表示。
[0094]Vo Φ 2=Α1 X {( Δ Vin—ηΧ Δ Vref+mX Δ Vin2)/(l+n+m)} (45)
因而，對(duì)從輸入端子NI及輸入端子N2供給的電壓分量A Vin與從輸入端子N5及輸入端子N6供給的電壓分量△ Vin2的m倍之和、與從輸入端子N3及輸入端子N4供給的電壓分量ΔVref的η倍進(jìn)行比較的結(jié)果，被以充分大的放大率Al放大，最終會(huì)從比較器I的輸出端子OUT作為高電平信號(hào)或低電平信號(hào)而輸出。即，除去作為誤差分量的偏置電壓的影響，從而能夠得到高精度的比較結(jié)果。
[0095]另外，與圖1的情況下的式(23)同樣，式(45)中不包含Vref的項(xiàng)。因此，可以說(shuō)本結(jié)構(gòu)也具有能夠顯著緩沖對(duì)比較器I所要求的同相輸入電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)。另外，關(guān)于開(kāi)關(guān)S1、S2的連接，也與圖1的情況同樣，由于對(duì)比較器I反相輸入端子NN和同相輸入端子NP分別以對(duì)稱的方式連接開(kāi)關(guān)S1、S2，所以具有開(kāi)關(guān)的非理想成分即泄漏電流或從導(dǎo)通迀移到截止時(shí)產(chǎn)生的噪聲分量的影響造成的誤差成為最小值、能夠得到高精度的比較判定結(jié)果的構(gòu)成上的優(yōu)點(diǎn)。
[0096]在圖1的說(shuō)明中列舉了向如現(xiàn)有技術(shù)所示的、與施加到傳感器元件的物理量的強(qiáng)度相應(yīng)地進(jìn)行邏輯輸出的信號(hào)檢測(cè)電路適用本實(shí)施方式的比較電路的情況。在圖3所示的本電路結(jié)構(gòu)中也同樣，向AVin輸入傳感器元件的信號(hào)、向A Vin2輸入其他傳感器元件信號(hào)時(shí)，能夠高精度地比較除去了傳感器元件和其他傳感器元件的信號(hào)電壓的同相電壓分量、偏置電壓分量(誤差因素)的、傳感器元件和其他傳感器元件的信號(hào)電壓分量之和與AVref0
[0097]另外，若代替式(44)而設(shè)為
Δν?η2 = -[(ν2Φ2-ν?Φ2)-(ν2Φ 1-ν?Φ I)] (44，)，
則式(45)如下表示。
[0098]Vo Φ 2=Α1 X [{ Δ Vin —(ηΧ Δ Vref+mX Δ Vin2)}]/(l+n+m)} (46)
由上述說(shuō)明和式(46)可知，在向Δ Vin輸入傳感器元件的信號(hào)、向Δ Vref和Δ Vin2輸入基準(zhǔn)電壓分量的情況下，能夠?qū)鞲衅髫＜盘?hào)電壓分量與基準(zhǔn)電壓分量△ Vref和△ Vin之和高精度地進(jìn)行比較。
[0099]圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)用于磁傳感器裝置的例子的電路圖。圖4的磁傳感器裝置的特點(diǎn)在于追加了圖1的比較電路、作為電磁轉(zhuǎn)換元件的霍爾元件2、開(kāi)關(guān)電路3、差動(dòng)放大器4、檢測(cè)電壓設(shè)定電路5和基準(zhǔn)電壓電路refO。檢測(cè)電壓設(shè)定電路5由基準(zhǔn)電壓電路refl及基準(zhǔn)電壓電路ref 2構(gòu)成。
[0100]追加的要素如下構(gòu)成并連接。霍爾元件2具備第一端子對(duì)A—C和第二端子對(duì)B—D。開(kāi)關(guān)電路3具有與霍爾元件I的各端子A、B、C及D連接的4個(gè)輸入端子、和第一輸出端子及第二輸出端子。差動(dòng)放大器4具有:分別連接開(kāi)關(guān)電路3的第一輸出端子及第二輸出端子的第一輸入端子NI S及第二輸入端子N2S;和與電容Cl的另一個(gè)端子即輸入端子NI連接的第一輸出端子NI及與電容C2的另一個(gè)端子即輸入端子N2連接的第二輸出端子N2。與電容C3的另一個(gè)端子連接的輸入端子N3，與基準(zhǔn)電壓電路refl的正極連接，與電容C4的另一個(gè)端子連接的輸入端子N4，與基準(zhǔn)電壓電路ref2的正極連接，與開(kāi)關(guān)S2的另一個(gè)端子連接的基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref，與基準(zhǔn)電壓電路refO的正極連接。關(guān)于其他的連接及結(jié)構(gòu)，與圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施方式相同。
[0101]接著，說(shuō)明本應(yīng)用例的磁傳感器裝置的動(dòng)作。
[0102]開(kāi)關(guān)電路3具有對(duì)向霍爾元件2的第一端子對(duì)A— C輸入電源電壓并從第二端子對(duì)B — D輸出信號(hào)電壓的第一檢測(cè)狀態(tài)Tl和向第二端子對(duì)B — D輸入電源電壓并從第一端子對(duì)A—C輸出信號(hào)電壓的第二檢測(cè)狀態(tài)T2進(jìn)行切換的功能。
[0103]霍爾元件2輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度(或磁通密度)相應(yīng)的信號(hào)電壓，并且輸出作為誤差分量的偏置電壓。在以下的說(shuō)明中，霍爾元件2設(shè)為在采樣相位Φ I時(shí)處于第一檢測(cè)狀態(tài)Tl、在比較相位Φ 2時(shí)處于第二檢測(cè)狀態(tài)T2。另外，若設(shè)霍爾元件2的元件信號(hào)電壓Vh、偏置電壓Voh，在第一檢測(cè)狀態(tài)Tl和第二檢測(cè)狀態(tài)T2下元件信號(hào)電壓Vh為反相、偏置電壓Voh為同相，則相位Φ 1、相位Φ 2各自的相位中的端子NlS及N2S的電壓VlS及V2S由以下的式表示。
[0104]ν?ΞΦ l=Vcml+Vhl/2+Vohl/2 (47)
V2S<i> l=Vcml—Vhl/2—Vohl/2 (48)
VlS<i>2 = Vcm2—Vh2/2+Voh2/2 (49)
V2S<i>2 = Vcm2+Vh2/2—Voh2/2 (50)
在此，附在霍爾元件2的元件同相電壓Vcm、元件信號(hào)電壓Vh、偏置電壓Voh的末尾的“I”或“2”，分別表示霍爾元件2及開(kāi)關(guān)電路3的檢測(cè)狀態(tài)分別在第一檢測(cè)狀態(tài)Tl或第二檢測(cè)狀態(tài)T2下的值。通過(guò)式(47)到式(50)，在各相位向差動(dòng)放大器4輸入的電壓成為如下。
[0105]V2SΦ 1-VlSΦ I = -Vhl-Vohl (51)V2S Φ 2-V1S Φ 2 = +Vh2-Voh2 (52)
差動(dòng)放大器4具有放大兩個(gè)輸入電壓之差并作為兩個(gè)輸出電壓之差而輸出的功能。若用式表示該放大功能，則成為
V2—Vl=GX (V2S—VlS) (53)。
[0106]在此，G為差動(dòng)放大器的放大率，Vl及V2為端子N1、N2的電壓。進(jìn)而，將差動(dòng)放大器4的輸入端子N1S、N2S上的輸入偏置電壓設(shè)為Voal及Voa2而進(jìn)行考慮，則式(53)能如下表示。
[0107]V2-Vl=GX(V2S-VlS)+GX(Voa2-Voal) (54)
因而差動(dòng)放大器4的輸出中，不僅有輸入電壓的差值V2S—VlS，而且輸入偏置電壓的差值Voa2 — Voal也按放大率放大G倍后輸出。由式(54)，各相位中的差動(dòng)放大器4的差值輸出V2—Vl則成為如下。
[0108]?2Φ 1-Vl Φ I=GX (ν28Φ 1-VlS Φ 1)+GX (νοα2Φ 1-Voal Φ I) (55)
V2 Φ 2-V1 Φ 2 = GX (V2S<i> 2—VlS<i> 2)+GX (Voa2 Φ 2—Voal Φ 2) (56)
向式(55)及式(56)分別代入式(51)及式(52)，則得到下式。
[0109]V2 Φ 1-Vl Φ I =G X (-Vhl -Vohl) +G X (Voa2 Φ 1-Voal Φ I) (57)
V2 Φ 2—Vl Φ 2 = GX (+Vh2-Voh2)+GX (Voa2 Φ 2—Voal Φ 2) (58)
由電容Cl?C4、比較器1、開(kāi)關(guān)S1、S2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同，進(jìn)行與圖1相同的動(dòng)作。在與電容CI的另一個(gè)端子連接的輸入端子NI和與電容C2的另一個(gè)端子連接的輸入端子N2，連接有差動(dòng)放大器4的輸出，經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路3輸入來(lái)自霍爾元件2的與磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)電壓和作為誤差分量的偏置電壓。另外，與電容C3的另一個(gè)端子連接的輸入端子N3與基準(zhǔn)電壓電路ref I的正極連接，并被供給來(lái)自基準(zhǔn)電壓電路ref I的基準(zhǔn)電壓Vref I。與電容C4的另一個(gè)端子連接的輸入端子N4與基準(zhǔn)電壓電路ref 2的正極連接，并被供給來(lái)自基準(zhǔn)電壓電路ref 2的基準(zhǔn)電壓Vref 2。與開(kāi)關(guān)S2的另一個(gè)端子連接的基準(zhǔn)電壓輸入端子Nref與基準(zhǔn)電壓電路ref O的正極連接，并被供給來(lái)自基準(zhǔn)電壓電路ref O的基準(zhǔn)電壓VrefO。
[0110]由電容Cl?C4、比較器1、開(kāi)關(guān)S1、S2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同的動(dòng)作，因此比較相位Φ 2中的比較器I的輸出會(huì)與式(2 5 )相同。在此，說(shuō)明的方便起見(jiàn)，使電容值Cl和C2等于電容值C、使電容值C3和電容值C4等于電容值C的η倍。
[0111]νοΦ2=Α1Χ{( AVin-nX Δ Vref)/(I+n) + (Voa Φ 2-Voa Φ I)} (25)
向式(26)代入式(56)和式(58)，若重寫(xiě)式(27)則成為如下。
[0112]Δ Vin = GX {(Vh2+Vhl)-(Voh2-Vohl)}+GX {(νοΒ2Φ2-νοΒ2Φ D-CVoal Φ2-Voal Φ I)} (59)
AVref= —{(Vref2<i)2—Vrefl<i)2) —(Vref2<i) I—Vrefl<i) I)} (60)
在此，差動(dòng)放大器4及比較器I的輸入偏置電壓V0al、Voa2、Voa嚴(yán)格而言顯示出老化或溫度變化(溫度漂移)，因此不是恒定的值，但是，如果采樣相位Φ I及比較相位Φ 2的時(shí)間相對(duì)于輸入偏置電壓的老化、溫度變化而言是充分短的時(shí)間，則能夠視輸入偏置電壓的值在采樣相位Φ I與比較相位Φ 2中為大致相等的值。因此，在式(25)及式(59)中，Voa Φ 2 —VoaΦ l、Voa2(i>2 — Voa2(i) l、Voal Φ2 — Voal Φ I成為大致零的值，在比較相位Φ 2的比較器I中的比較動(dòng)作時(shí)，能除去差動(dòng)放大器4及比較器I的偏置分量。
[0113]另外，霍爾元件2的元件偏置電壓Voh—般具有在第一檢測(cè)狀態(tài)Tl和第二檢測(cè)狀態(tài)T2下成為大致相等的值的特性，因此Voh2 — Vohl成為大致零的值，在比較相位Φ 2的比較器I中的比較動(dòng)作時(shí)，會(huì)除去元件偏置分量。若從式(25)、式(59)刪除這些除去的分量，則得到下式。
[0114]Vo Φ 2=A1 X {( Δ Vin—ηΧ Δ Vref)/(l+n)} (61)
Δ Vin = GX (Vh2+Vhl) (62)
因而，對(duì)以差動(dòng)放大器4的放大率G放大霍爾元件2的第一檢測(cè)狀態(tài)Tl和第二檢測(cè)狀態(tài)T2下的元件信號(hào)電壓Vh之和后的電壓分量△ Vsig、和以電容Cl?C4的電容值的比放大從檢測(cè)電壓設(shè)定電路5供給的電壓分量AVref后的電壓進(jìn)行比較的結(jié)果，最終作為高電平信號(hào)或低電平信號(hào)而會(huì)從比較器I的輸出端子OUT輸出。
[0115]綜上所述，如前述的式(61)、(62)、(60)所示，應(yīng)用本發(fā)明的比較電路的磁傳感器裝置中，除去在霍爾元件2、差動(dòng)放大器4、比較器I中產(chǎn)生的全部的偏置分量，能夠比較霍爾元件的信號(hào)分量和基準(zhǔn)電壓，從而實(shí)現(xiàn)高精度的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)。另外，在理想的霍爾元件中，第一檢測(cè)狀態(tài)Tl和第二檢測(cè)狀態(tài)T2的元件同相電壓Vcml及Vcm2相等，但是實(shí)際的霍爾元件中未必是相等的值，這也成為在高精度的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)中產(chǎn)生誤差的因素。在應(yīng)用本發(fā)明的比較電路的磁傳感器裝置中，如式(61)、(62)、(60)所示，在表示比較結(jié)果的式中不包含這些項(xiàng)，從而能實(shí)現(xiàn)除去了霍爾元件的同相電壓的非理想成分的高精度的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)。另外，應(yīng)用本發(fā)明的比較電路的磁傳感器裝置，能夠在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2的兩個(gè)相位進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)，不需要復(fù)雜的信號(hào)處理的步驟，能實(shí)現(xiàn)高速且高精度的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)。另外，與霍爾元件的信號(hào)分量進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓分量A Vref，如式(60)所示，根據(jù)基準(zhǔn)電壓電路refl和基準(zhǔn)電壓電路ref2的采樣相位Φ I中的值、和比較相位Φ 2中的各自的值，能夠任意設(shè)定。即，通過(guò)任意設(shè)定基準(zhǔn)電壓，能夠任意設(shè)定檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外，一般霍爾元件的靈敏度具有溫度依賴性，因此與霍爾元件2輸出的磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)電壓也具有溫度依賴性。為了對(duì)此進(jìn)行修正，例如，使基準(zhǔn)電壓電路refl和基準(zhǔn)電壓電路ref2具有溫度依賴性，從而能夠抑制檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度的溫度依賴性。通過(guò)以上方式，示出通過(guò)將本發(fā)明的比較電路應(yīng)用于磁傳感器裝置，實(shí)現(xiàn)高精度的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)的情況。
[0116]本說(shuō)明中，作為傳感器元件的例子舉出磁傳感器，特別是對(duì)采用霍爾元件的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是作為能夠應(yīng)用的傳感器元件，不限于此，例如對(duì)根據(jù)加速度、壓力等而輸出電壓的傳感器元件或電阻值根據(jù)物理量而變化的傳感器元件也能廣泛應(yīng)用。
[0117]在此，示出作為構(gòu)成圖4的磁傳感器裝置的要素即差動(dòng)放大器4的電路構(gòu)成的一個(gè)例子。
[0118]圖5是示出磁傳感器裝置所使用的差動(dòng)放大器的一個(gè)例子的電路圖。
[0119]圖5的差值放大器4具備差動(dòng)放大器41、42和電阻1?11、1?12、1?13。差動(dòng)放大器4的第一輸入端子NI S與差動(dòng)放大器41的同相輸入端子連接，第二輸入端子N2S與差動(dòng)放大器42的同相輸入端子連接，第一輸出端子NI與差動(dòng)放大器41的輸出端子連接，第二輸出端子N2與差動(dòng)放大器42的輸出端子連接。電阻Rll、R12、R13串聯(lián)連接在第一輸出端子NI與第二輸出端子N2之間，Rll和R12的連接點(diǎn)NI’與差動(dòng)放大器41的反相輸入端子連接，R12和R13的連接點(diǎn)N2’與差動(dòng)放大器42的反相輸入端子連接。
[0120]差動(dòng)放大器4如以上那樣連接，并且如下動(dòng)作。
[0121]差動(dòng)放大器41作為非反相放大器而動(dòng)作，與反相輸入端子連接的連接點(diǎn)NI’以大致等于與同相輸入端子連接的NlS的方式動(dòng)作。另外，差動(dòng)放大器42作為非反相放大器而動(dòng)作，與反相輸入端子連接的連接點(diǎn)N2’以大致等于與同相輸入端子連接的N2S的方式動(dòng)作。另外，流過(guò)電阻R11、R12、R13的電流相等，因此得到下式。
[0122](V1-V1S)/R11 = (V1S-V2S)/R12 (63)
(V2S-V2)/R13 = (V1S-V2S)/R12 (64)
在此，將第一輸入端子NI S、第二輸入端子N2S、第一輸出端子N1、第二輸出端子N2的電壓分別設(shè)為￥13、￥23、￥1、￥2。若從式(63)和式(64)計(jì)算￥1及￥2，則成為如下。
[0123]Vl = -(Rll/R12 + l/2)X(V2S-VlS) + (V2S+VlS)/2 (65)
V2 = + (R13/R12 + l/2)X(V2S-VlS) + (V2S+VlS)/2 (66)
若將式(65)和式(66)的右邊的包含電阻的括弧的項(xiàng)分別設(shè)為放大率Gl、G2:
Gl = Rll/R12 + l/2 (67)；
G2 = R13/R12 + l/2 (68)，
則式(65)和式(66)成為如下。
[0124]Vl = -Gl X (V2S-VlS) + (V2S+VlS)/2 (69)
V2 = +G2X(V2S-VlS) + (V2S+VlS)/2 (70)
若從式(69)和式(70)計(jì)算V2—VI，則成為如下。
[0125]V2-V1 = (G1+G2) X (V2S-V1S) (71)
在此，若放大率G設(shè)為
G = G1+G2 (72)，
則式(71)成為
V2—Vl=GX (V2S—VlS) (73)，
得到與式(53)相同的結(jié)果。即，圖5所示的電路例具有放大兩個(gè)輸入電壓之差，并作為兩個(gè)輸出電壓之差而輸出的功能。另外，圖5所示的電路例通過(guò)采用這樣的儀表放大器結(jié)構(gòu)，能夠抑制輸入中的同相噪聲的影響。此外，由式(72)及(67)、(68)成為G=(R11 + R12 + R13)/R12 (74)，
因此放大率G可以根據(jù)電阻R11、R12、R13任意設(shè)定。
[0126]接著，示出構(gòu)成圖4的磁傳感器裝置的要素即檢測(cè)電壓設(shè)定電路5的電路構(gòu)成的一個(gè)例子。
[0127]圖6是示出磁傳感器裝置所使用的檢測(cè)電壓設(shè)定電路5的一個(gè)例子的電路圖。
[0128]圖6的檢測(cè)電壓設(shè)定電路5具有電阻1?51、1?52、1?53和開(kāi)關(guān)351、3511、352、3521，如以下那樣連接而構(gòu)成。電阻R53、R52、R51串聯(lián)連接在正的電源電壓端子(以下電源電壓端子)VDD與負(fù)的電源電壓端子(以下，接地端子)VSS之間。將R51和R52的連接點(diǎn)設(shè)為Nn，將R52與尺53的連接點(diǎn)設(shè)為他1。開(kāi)關(guān)351、3511、352、3521具有兩個(gè)端子，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(未圖示)來(lái)控制導(dǎo)通或截止。開(kāi)關(guān)S51的一個(gè)端子與連接點(diǎn)Nn連接，另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓電路ref I的正極Nref I連接。開(kāi)關(guān)S51x的一個(gè)端子與連接點(diǎn)Nnx連接，另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓電路ref!的正極Nref I連接。開(kāi)關(guān)S52的一個(gè)端子與連接點(diǎn)Nn連接，另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓電路ref2的正極Nref 2連接。開(kāi)關(guān)S52x的一個(gè)端子與連接點(diǎn)Nnx連接，另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓電路ref2的正極Nref2連接。在以下的說(shuō)明中，以電源電壓端子VDD及接地端子VSS的電壓分別為VDD、VSS;連接點(diǎn)Nn、Nnx的電壓分別為Vn、Vnx;基準(zhǔn)電壓電路^€1的正極1^^1、基準(zhǔn)電壓電路ref2的正極Nref2的電壓分別為基準(zhǔn)電壓Vref 1、Vref2而進(jìn)行說(shuō)明。
[0129]檢測(cè)電壓設(shè)定電路5如以上那樣連接，并且如下動(dòng)作。
[0130]連接點(diǎn)Nn和Nnx的電壓Vn和Vnx為用電阻R53、R52、R51對(duì)VDD及VSS進(jìn)行分壓后的電壓，因此成為
Vn = R51/(R51 + R52 + R53) X (VDD-VSS) (75)；
Vnx=(R51 + R52)/(R51 + R52 + R53) X (VDD-VSS) (76)。
[0131]電壓Vn及Vnx可以通過(guò)電阻R51、R52、R53任意設(shè)定。
[0132]開(kāi)關(guān)S51和S51x被控制成為哪一個(gè)導(dǎo)通則另一個(gè)截止。因此，對(duì)Vrefl輸出Vn或Vnx的哪一個(gè)電壓。另外，關(guān)于開(kāi)關(guān)S52和S52x也同樣，被控制成為哪一個(gè)導(dǎo)通則另一個(gè)截止。因此，對(duì)Vref2輸出Vn或Vnx的哪一個(gè)電壓。作為一個(gè)例子，按以下情況進(jìn)行說(shuō)明:開(kāi)關(guān)S51在采樣相位Φ I導(dǎo)通、在比較相位Φ 2截止，開(kāi)關(guān)S51x在采樣相位Φ I截止、在比較相位Φ 2導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)S52在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)S52x在采樣相位Φ I和比較相位Φ 2截止。
[0133]如以上那樣控制各開(kāi)關(guān)，因此各相位中的基準(zhǔn)電壓Vref 1、Vref 2成為如下。
[0134]Vrefl Φ I =VnVrefl Φ 2 = VnxVref2 Φ I=VnVref2 Φ 2 = Vn
基準(zhǔn)電壓電路ref I的正極Nref I及基準(zhǔn)電壓電路ref 2的正極Nref 2，在圖4所示的磁傳感器裝置中，分別與輸入端子N3及輸入端子N4連接，因此由上式及式(60)成為Λ Vref = (Vnx-Vn) (77) 0
[0135]因而，在比較器I中與來(lái)自霍爾元件2的信號(hào)分量比較的AVref以能夠任意設(shè)定的電壓Vn、Vnx的差值提供。因此，能夠任意設(shè)定基準(zhǔn)電壓，S卩，能夠任意設(shè)定檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外，來(lái)自霍爾元件2的信號(hào)電壓一般在S極和N極上正負(fù)的符號(hào)不同，因此能夠通過(guò)△Vref的符號(hào)的正負(fù)，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)S極和N極的判別。另外，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度從弱的狀態(tài)迀移到強(qiáng)的狀態(tài)之際進(jìn)行檢測(cè)時(shí)、和當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度從強(qiáng)的狀態(tài)迀移到弱的狀態(tài)之際進(jìn)行解除時(shí)，改變AVref的值，從而能夠容易實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)和解除的滯后的設(shè)定。
[0136]標(biāo)號(hào)說(shuō)明 I比較器
2霍爾元件 3開(kāi)關(guān)電路 4差動(dòng)放大器 5檢測(cè)電壓設(shè)定電路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種比較電路，其特征在于，具備: 第一電容、第二電容、第三電容和第四電容； 比較器，具備:經(jīng)由所述第一電容輸入第一輸入電壓并經(jīng)由所述第三電容輸入第三輸入電壓的第一輸入端子，經(jīng)由所述第二電容輸入第二輸入電壓并經(jīng)由所述第四電容輸入第四輸入電壓的第二輸入端子，和輸出端子； 基準(zhǔn)電壓端子，輸入基準(zhǔn)電壓； 第一開(kāi)關(guān)，其一端與所述第一輸入端子連接，在采樣相位導(dǎo)通而將所述第一輸入端子的電壓作為所述輸出端子的電壓；以及 第二開(kāi)關(guān)，其一端與所述第二輸入端子連接，在所述采樣相位導(dǎo)通而將所述第二輸入端子的電壓作為所述基準(zhǔn)電壓。2.—種傳感器裝置，與施加在傳感器元件的物理量的強(qiáng)度相應(yīng)地進(jìn)行邏輯輸出，其特征在于，具有: 權(quán)利要求1所述的比較電路； 傳感器元件； 開(kāi)關(guān)電路，連接有所述傳感器元件的第一端子對(duì)及第二端子對(duì)，對(duì)被供給電源的端子對(duì)和輸出與物理量的強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)電壓的端子對(duì)進(jìn)行切換控制，輸出從所述傳感器元件的端子對(duì)輸入的第一信號(hào)電壓和第二信號(hào)電壓；以及 檢測(cè)電壓設(shè)定電路，輸出第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓， 基于所述第一信號(hào)電壓的電壓作為所述第一輸入電壓而輸入，并且基于所述第二信號(hào)電壓的電壓作為所述第二輸入電壓而輸入， 所述第一基準(zhǔn)電壓作為所述第三輸入電壓而輸入，并且所述第二基準(zhǔn)電壓作為所述第四輸入電壓而輸入， 對(duì)所述基準(zhǔn)電壓端子輸入第三基準(zhǔn)電壓， 所述開(kāi)關(guān)電路具有對(duì)于向所述傳感器元件的所述第一端子對(duì)供給電源并從所述第二端子對(duì)輸出所述信號(hào)電壓的第一檢測(cè)狀態(tài)、和向所述傳感器元件的所述第二端子對(duì)供給電源并從所述第一端子對(duì)輸出所述信號(hào)電壓的第二檢測(cè)狀態(tài)進(jìn)行切換的功能， 所述比較電路通過(guò)I次所述第一檢測(cè)狀態(tài)和I次所述第二檢測(cè)狀態(tài)，進(jìn)行所述邏輯輸出。
【文檔編號(hào)】G01R33/07GK105937916SQ201610122777
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日
【發(fā)明人】有山稔
【申請(qǐng)人】精工半導(dǎo)體有限公司