(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号電圧は第１の極性の磁界の存在に反応して与えられ、第２の信号電圧は第２の極性の磁界の存在に反応して与えられる少なくとも１つの出力ポートを有するセンサと、
前記センサの少なくとも１つの前記出力ポートと結合された少なくとも１つの入力ポートと、出力信号が与えられる出力ポートを有する検出器とを含み、前記出力信号は、前記センサが前記第２の極性の前記磁界に存在している時と前記センサが前記第１の極性の前記磁界に存在している時に同じ値を有し、
前記検出器は、前記第1の信号電圧を第１の閾値レベルと比較する第１の回路と、前記第２の信号電圧を第２の閾値レベルと比較する第２の回路とを含み、前記第１と第２の閾値レベルは通常は調整可能である、
ことを特徴とする回路。
【請求項２】
前記センサがホール素子であることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記磁界は、物品によって与えられ、前記検出器の出力信号は、前記物品が前記センサから所定距離の範囲内に位置することを示すことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記検出器はコンパレータであることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
（ａ）  磁気物品の磁界を検出し、第１の極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第１の信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第２の信号電圧とを発生させるためのセンサと、
（ｂ）  前記センサに結合され、第１および第２の信号電圧を受信しそして供給電圧に応答して前記磁気物品がセンサから所定距離内にある場合に磁界の極性に関係なく第１の値を有する出力信号を与える閾値検出回路と、を含み、
前記閾値検出回路は、前記第１の信号電圧を第１の閾値レベルと比較するための第１の回路と、前記第２の信号電圧を第２の閾値レベルと比較するための第２の回路とを含み、前記第１および第２の閾値レベルは前記供給電圧における変化への応答において実質的に一定であることを特徴とする、
磁界を与える物品に反応して信号を与えるためのスイッチング・システム。
【請求項６】
前記センサは、第１の極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第１の信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第２信号電圧とを発生させるための磁界／電圧変換器であり、
前記閾値検出回路は、前記磁界／電圧変換器に結合され、前記第１の信号電圧および第２の信号電圧を受信し、前記物品が前記磁界／電圧変換器から所定距離内にある場合に、前記磁界／電圧変換器に関する磁界の極性に関係なく第１の値を有する出力信号を与える、
請求項５に記載のスイッチング・システム。
【請求項７】
前記磁界／電圧変換器は、ホール素子回路であり、前記閾値検出回路は前記ホール素子回路に結合されたコンパレータであることを特徴とする、請求項６に記載のスイッチング・システム。
【請求項８】
前記コンパレータは、第１および第２の差動対回路を含むウインドウ・コンパレータであり、前記第１および第２の差動対回路の各々が前記ホール素子回路からの１対の出力の１つに結合された入力端子と、前記コンパレータの出力端子に結合された出力端子とを有する、請求項７に記載のスイッチング・システム。
【請求項９】
前記ホール素子回路および前記コンパレータの間に結合されたフィルタ兼レベルシフタ回路をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のスイッチング・システム。
【請求項１０】
第１および第２の出力増幅器段をさらに含み、前記出力増幅器段の各々は、前記第１および第２の差動対回路の出力端子の各1つと前記コンパレータの前記出力端子との間に結合されている、請求項８に記載のスイッチング・システム。
【請求項１１】
出力／バッファ増幅器段をさらに含み、該出力／バッファ増幅器段が前記第１、第２出力増幅器段の各々の前記出力端子と結合された入力端子と、前記コンパレータの前記出力端子に結合された出力端子と、を有する、請求項１０に記載のスイッチング・システム。
【請求項１２】
前記コンパレータに結合された温度兼電圧バイアス回路をさらに含み、前記温度兼電圧バイアス回路は、前記供給電圧および動作温度の変化に反応して前記第１の閾値レベルと前記第２の閾値レベルを所定範囲の動作信号レベルに維持する、請求項５に記載のスイッチング・システム。
【請求項１３】
ベースと、
前記ベースに可動的に結合された第１の端部および第２端部とを有するカバーと、
第１の極および第２の極を有し、前記カバーの前記第２の端部に配置された磁気物品と、
前記ベースに配置されたスイッチと、
を含み、
前記スイッチは、
前記磁気物品の前記磁界を感知し、第１の極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第１信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した反対側信号電圧レベルを有する第２の反対側信号電圧とを発生させるセンサと、
前記センサに結合され、前記第１および第２の信号電圧を受信し、そして前記磁気物品がセンサから所定距離内にある場合に前記磁界の前記極性に関係なく第１の値を有する出力信号を与えるコンパレータと、を含む、
セルラ式電話。
【請求項１４】
前記スイッチに結合された制御回路をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載のセルラ式電話。
【請求項１５】
前記センサは、第１の極性を有する磁界に比例する信号電圧レベルを有する第１の信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例する第２の信号電圧レベルを有する第２信号電圧とを出力端子に発生させる磁界／電圧変換器として提供される、請求項１３に記載のセルラ式電話。
【請求項１６】
前記磁界／電圧変換器はホール素子を含み、前記コンパレータはウインドウ・コンパレータであることを特徴とする、請求項１５に記載のセルラ式電話。
【請求項１７】
前記コンパレータは、前記ホール素子から信号を受信し、前記磁気物品が前記ホール素子から所定距離内にある場合に前記ホール素子に関して前記磁気物品の極性とは無関係に第１の値を有する出力信号を与え、前記磁気物品が前記ホール素子から所定距離内にない場合に前記ホール素子に関して前記磁気物品の極性とは無関係に第２の異なる値を有する出力信号を与えることを特徴とする、請求項１６に記載のセルラ式電話。
【請求項１８】
前記コンパレータは、
第１の閾値電圧を受信するように適合された第１入力端子と、前記ホール素子から入力電圧を受信するように適合された第２入力端子と、前記スイッチの出力端子に結合された出力端子とを有する第１のコンパレータと、
前記ホール素子から前記入力電圧を受信するように適合された第１の入力端子と、第２の閾値電圧を受信するように適合された第２の入力端子と、前記スイッチの出力端子に結合された出力端子とを有する第２のコンパレータと、
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のセルラ式電話。
【請求項１９】
前記第１および第２コンパレータは、それぞれヒステリシスを含むための手段を有するように提供されることを特徴とする、請求項１８に記載のセルラ式電話。
【請求項２０】
前記スイッチは、前記第１および第２のコンパレータのスイッチ・ポイントを変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載のセルラ式電話。
【請求項２１】
（ａ）  第１の極領域と第２の極領域を有し、第１極において第１の磁界極性を有し、第２極において第２の異なる磁界極性を有する磁気物品によって与えられる磁界を磁界感知素子により感知するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）において感知された前記磁界に比例する信号レベルを有し、前記第１の極領域が前記磁界感知素子に近接する場合に第１の信号方向を有し、前記第２の極領域が前記磁界感知素子に近接する場合に第２の反対側信号方向を有するセンサ出力信号を発生させるステップと、
（ｃ）  前記センサ出力信号を第１および第２の閾値信号レベルの1つと比較するステップと、
（ｄ）  前記磁気物品が前記磁界感知素子から所定距離内にある場合に前記磁界感知素子に関して前記磁気物品の極性とは無関係に第１の信号レベルを有する出力信号を与えるように、前記第１および第２の閾値信号レベルの1つに達しているかまたは越えている前記センサ出力信号レベルに応答して、前記センサ出力信号の方向に関係なく第１の信号レベルを有する出力信号を与えるステップと、
を含むことを特徴とする、スイッチング方法。
【請求項２２】
（ｅ）前記磁気物品が前記磁界感知素子から所定距離内にない場合に前記磁界感知素子に関して前記磁気物品の極性とは無関係に第２の異なる信号レベルを有する出力信号を与えるように、前記第１および第２の閾値信号レベルの１つより小さい第１の信号レベルを有する前記センサ出力に反応して、前記センサ出力信号の方向に関係なく第２の異なる信号レベルを有する出力信号を与えるステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の信号レベルから前記第２の異なる信号レベルまで変化する前記出力信号に反応して、閾値回路のスイッチ・ポイントを第１の所定閾値レベルから第２の所定閾値レベルまで変化させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の所定閾値レベルの絶対値は、前記第２の所定閾値レベルの絶対値より大きいことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明はスイッチに関し、特に磁界に反応するスイッチに関する。
【０００２】
従来技術
当該技術において知られているように、ベースまたは固定部分と、磁石を含む可動カバーまたはドア部分とを有する比較的多数の商業上利用可能な装置がある。例えば、電話、セルラ式電話、ノートブック型コンピュータまたはラップトップ型コンピュータおよび冷凍機は、可動ドアまたはカバー部分に磁石を含んでいる。カバーは典型的には開閉され、幾つかの場合においては、カバーまたはドアを特定の位置（例えば閉じた位置）に維持する磁力を提供する。
【０００３】
そのような装置はドアまたはカバーが開いた位置または閉成位置にある時を指示する検出器またはセンサをさらに含むことができる。例えば、いわゆる「フリップホーン」として提供されるセルラ式電話（セルホーン）は、ベースおよびカバーまたは「フリップ」部分を含む。カバーは、その中に配置された磁石を有する。セルホーンのベース部分にはセンサが配置されている。カバーが閉じている時、磁石はセンサの上に配置され、センサは磁石の磁界の存在を検出する。磁界に応答して、センサはカバーが閉じていると指示する信号を提供する。同じように、カバーが開いている時、磁石（従って磁界）はセンサから動かされ、センサはカバーが開いているという信号を提供する。
【０００４】
いくつかの応用においては、センサはリード・スイッチとして提供される。リード・スイッチは排気ガラス・チューブから構成された機械型のスイッチであり、該チューブは中に連続した金属フィンガを有する。磁界の存在に反応して、金属フィンガは機械的に接触して、スイッチの入力と出力端子の間に短絡回路インピーダンス特性を持つ信号パスを提供する。同様に磁界が存在しない場合、機械的フィンガは接触せず、スイッチの入力端子と出力端子の間に開路インピーダンス特性を持つ信号パスを提供する。
【０００５】
リード・スイッチは、スイッチに関して磁石のオリエンテーションに関係なくスイッチが動作するという利点を有する。そのことはリード・スイッチを磁石の極に関して特定の方法で指向される必要がないことを意味する。これは磁石とリード・スイッチとの間に物理的関係がないので、磁石またはリード・スイッチの容易な置換えを許容する。
【０００６】
しかしリード・スイッチ手法による１つの問題点は、半導体型スイッチと比較して、リード・スイッチが比較的大きく高価であることである。さらにリード・スイッチは機械型スイッチであるためソリッドステート・デバイスほど信頼性が高くない。
【０００７】
発明の要約
先行技術手法による上述の問題点を考慮して、本発明に従って、リード・スイッチのような機械型スイッチのための置換えを提供することが望ましいと認識されてきた。
【０００８】
しかしリード・スイッチの代わりに半導体スイッチを使用する1つの問題点は、ホール素子のような素子を含む半導体デバイスが、磁石のＮ極およびＳ極に関して特定方法で整列されなくてはならないことにある。磁石とホール素子とが適切に指向されていない（即ちホール素子の適切な端部が適切な磁極と整列していない）場合、その時半導体スイッチは正確に動作しないであろう。これは磁石または半導体スイッチを置換える必要がある場合に困難性をもたらす。例えば、磁石を置換える必要があり、そして磁石とホール素子の双方すなわちスイッチは、ホール素子のいずれの端部に磁石のいずれの端部が置かれるか分かるようにどういうわけかコード化されていない場合には、置換え部分の取付方法を決定するために試行錯誤によって進める必要がある。
【０００９】
従って、リード・スイッチのような機械型スイッチのための「ドロップイン（ｄｒｏｐ−ｉｎ）」置換えとして役立つことができる信頼性のある磁極非感応性スイッチを提供することが望ましいであろう。
【００１０】
さらにリード・スイッチ型デバイス用のドロップイン置換えとしてホール効果素子を含んでいる半導体スイッチを使用することが望ましいが、このことは、Ｎ極またはＳ極が感知されているかに関しホール素子に非感応性であることを要求する。
【００１１】
本発明に従うと、磁界を与える物品を感知するセンサは磁界／電圧変換器を含み、第1の極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第1の信号電圧出力と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第２信号電圧を磁界／電圧変換器の出力に発生させ、そして磁界／電圧変換器の出力ポートに結合された入力ポートを有するウインドウ・コンパレータを含み、ウインドウ・コンパレータは第１と第２の信号電圧を受信し、そして物品が磁界／電圧変換器から第１の所定距離内にある場合に磁界の極性に関係なく第１の値を有する出力信号を提供する。Ｎ極またはＳ極が感知されているかに関して非感応性であるリード・スイッチ型デバイス用のドロップイン置換えは、この特定の配列とともに提供される。コンパレータをウインドウとしてまたは対称コンパレータ（即ち正および負の磁界に対し同じスイッチング・ポイントを有するコンパレータ）を提供することによって、センサは磁界／電圧変換器に関する磁石のオリエンテーションに関係なく正確に動作する。
【００１２】
本発明の別の側面に従うと、スイッチは正および負の磁界に対して実質的に同様なスイッチング・ポイントを有する閾値検出器回路およびホール素子を含んでいる。ホール効果デバイスを利用するスイッチは、この特定の配列により、ホール素子に対する磁極のオリエンテーションに関係なく正確に動作可能である。
【００１３】
発明自体と同様に本発明の上記特徴は図面に関する以下の詳細な記述からより充分に理解可能である。
発明の詳細な説明
以下の記述においては本発明が使用され得る例示的な実施形態が述べられている。特にセルラ式電話（セルホーン）の応用について以下で一定の言及がなされている。しかし、本発明は広範囲のさまざまな応用およびデバイスに用途があり、以下で述べられる例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、本発明はセルラ式電話、非セルラ式電話、ノート型コンピュータまたはラップトップ型コンピュータ、冷凍機を含む、可動式カバーまたはドアのような可動部分と結合した磁気デバイスを使用する、何らかのデバイスまたは装置において使用され得る。
【００１４】
図１について言及すると、セルラ式電話（セルホーン）１０はベース部分１２を含み、カバー１４の第１の端部がベース部分１２に可動的に結合されている。この特定の例においては、カバー１４の第１の端部は回転可能なジョイント１６によりベース１２に可動的に結合されている。当技術における通常の知識を有する者は、ベース１２に関してカバー１４が動くことを許容にする任意の結合デバイスまたは手段を、回転可能ジョイント１６の代わりに使用できるということが当然理解できるであろう。
【００１５】
カバー１４の第２の端部には磁石のような磁気物品１８が配置されている。磁石１８は第１の極１８ａと第２の極１８ｂを有する。磁石１８がどのようにカバー１４に配置されるかによって、第１の極１８ａは磁石のＳまたはＮいずれかの極に対応し、第２の極１８ｂは磁石のもう一方の極に対応し得る。
【００１６】
磁石１８の磁極のオリエンテーションに関係なく動作する半導体スイッチ２０が、ベース１２に配置される。スイッチの可能な一実施形態が、図２から図５に関連して以下で詳細に述べられている。ここではスイッチ２０が磁石１８の磁界を感知するためのセンサと、閾値検出回路すなわちコンパレータを含むことに留めておく。
【００１７】
変換器はセンサに対する磁石１８のオリエンテーションに依存して変化する信号レベルを有する変換器出力信号を提供する。このように、変換器は第１の極性を有する磁界に比例した信号電圧レベルを有する第１信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した反対側信号電圧レベルを有する第２の反対側信号電圧とを発生させる。一実施形態においては、変換器は磁界／電圧変換器として提供されうる。
【００１８】
スイッチ２０はさらに変換器に結合されたコンパレータを含み、第１および第２の信号電圧を受信し、物品が磁界／電圧変換器から所定の第１距離内にある場合に、磁界の極性に関係なく第１の値を有する出力信号を提供する。このためカバー１４が開いている場合には、磁石１８はスイッチ２０からはずされ、スイッチ２０は、磁石１８のスイッチ２０に関するオリエンテーションに関係なく第１の所定信号レベルを有するスイッチ信号を与える。同じようにカバー１４が閉じている場合には、磁石はスイッチ２０に近接しており、スイッチ２０は、スイッチ２０に対する磁石１８のオリエンテーションに関係なく第２の所定信号レベルを有するスイッチ信号を与える。
【００１９】
スイッチ２０によって提供される信号は、カバー１４が開いているか閉じているかを単に指示する。このためカバーが閉じている場合、スイッチは第１の値を有する第１の信号を与え、カバー１４が開いている場合、第２の異なる値を有する第２の信号を与える。
【００２０】
スイッチ２０によって与えられる信号は制御回路２２に結合される。制御回路２２はカバー１４の位置に依存して（即ちカバー１４が開いているか閉じているかに依存して）特定の機能を実行し、または特定の機能が実行されことを惹起する。例えばカバーが閉じている場合、スイッチ２０はそのように指示する信号を制御回路２２に与え、制御回路２２はセルホーン１０を電力節約モードにおいて動作させる。
【００２１】
図２についてここで言及すると、スイッチ２０はコンパレータ３２に結合されたホール効果デバイス３０を含むことが示されている。本発明に従うと、ホール効果デバイス３０はコンパレータ３２とともに機能し、ホール効果デバイス３０に関して磁石１８のオリエンテーションに関わらず適切な動作を提供する。
【００２２】
ホール効果デバイス３０は、第１の極性を有する磁界に比例した第１の信号レベル電圧を有する第1の信号電圧と、第２の異なる極性を有する磁界に比例した第２の信号電圧レベルを有する第２の信号電圧とを、出力端子３１ａ、３１ｂにおいて発生する磁界／電圧変換器として動作する。コンパレータ３２は端子３１ａ、３１ｂで信号を受信する。
【００２３】
他の磁界／電圧変換器が利用され得るということを当業者は理解できるであろう。1つの例として、ホール効果デバイス３０は、磁気抵抗性素子およびホイートストンブリッジのようなブリッジ構成を含む、磁気抵抗性ブリッジに置換え得る。磁気抵抗性素子は、磁束とデバイス間の角度に依存して変化する抵抗を有する、金属製薄膜抵抗のような抵抗性デバイスである。特に磁気抵抗性素子は、デバイス平面に並行に且つ電流の流れに垂直に磁束を感知する。
【００２４】
コンパレータ３２は、磁石１８が変換器３０から第1の所定距離の範囲内にある場合に、第１の値を有する出力信号を磁石１８の極性に関係なく与える。コンパレータ３２は、磁石１８が変換器３０から第1所定距離の範囲内にない場合に、第２の異なる値を有する出力信号を磁石１８の極性に関係なく与える。このように磁石１８の第２の端部１８ｂがＮ極であるかＳ極であるかに関係なく、スイッチ２０は、磁石１８がセンサ１４に近接しているかを指図する信号を与える。このように、スイッチ２０は、例えばカバー１４（図１）が開いているかまたは閉じているかの指示を与える。
【００２５】
ここで図３について言及すると、コンパレータ回路３５は、複数の端子３５ａ−３５ｅを有し、第1および第２コンパレータ３６、３８を含む。コンパレータ３６は、端子３５ａにおいて第１の基準電圧ＶTHに結合された第１の端子３６ａと、端子３５ｂで入力電圧ＶINに結合された第２の入力端子３６ｂと、出力電圧ＶOUTが与えられるコンパレータ回路の出力端子３５ｄに結合された出力端子３６ｃとを有する。基準電圧ＶREFは端子３５ｅに結合され、基準電圧をコンパレータ３６、３８に与える。
【００２６】
コンパレータ３８は、入力ポート３５ｂで入力電圧ＶINに結合された第１の入力端子３８ａと、端子３５ｃで閾値電圧ＶTLに結合された第２の入力端子３８ｂとを含む。コンパレータ３８の出力端子３８ｃは、出力端子３５ｄで出力電圧ＶOUTを与えるために結合されている。
【００２７】
この特定の実施形態においては、ヒステリシスを含むための手段を有するコンパレータ３６、３８が提供されるので、基準つまり閾値電圧ＶTH、ＶTLはそれぞれVTH+、VTH-、VTL+、VTL-として表示できる。値VTH+、VTH-、VTL+、VTL-は出力電圧ＶOUTの値に依存しているコンパレータのスイッチ・ポイントを表している。図３Ａにおいて示されるように、いったん出力電圧ＶOUTが切り替わると（例えば高レベルから低レベル）、スイッチ・ポイントはＶTH+からVTH-に変化する。同じように、いったん出力電圧ＶOUTが低レベルから高レベルに切り替わると、スイッチ・ポイントはＶTH-からVTH+に切り替わる。
【００２８】
図３Aにおいて分かるように、入力電圧VINが負電圧（即ち、図３におけるＹ軸の左手側の電圧値）と想定した場合にも同様のことが妥当する。すなわち出力が低から高にまたは高から低にスイッチングするかによって、出力電圧ＶOUTがスイッチングするとスイッチ・ポイントは−ＶTL+から−VTL-におよびその逆に変化する。
【００２９】
出力電圧ＶOUTが高で入力電圧ＶINがゼロに等しいかゼロより大きい値を有する場合において、入力電圧ＶINが電圧ＶTH+に一致するかまたは越える場合、出力電圧はＶHIGHの値からVLOWに切替わり、スイッチポイントはＶTH+からVTH-に変化する。このように出力電圧ＶOUTの値は入力電圧ＶINが値ＶTH-に到達するまでＶLOWからＶHIGHに切替わらない。
【００３０】
他の実施形態および応用においては、ヒステリシスを有しないコンパレータを利用することが好適であり得るので単一の電圧レベル、すなわちＶTHにおいてスイッチングが起きる。
【００３１】
図３Ａに関する動作においては、磁界を感知しそれに応答した信号を与える磁界感知デバイスに与えられ且つ隔てられた磁界に応答して、入力電圧ＶINが発生されている。図１に関連して上述したように、そのような磁界は磁気物品を含むカバーの開閉から与えられ得る。
【００３２】
磁界感知回は、ホール・デバイスとして提供される場合、信号電圧が与えられる。入力電圧ＶINがゼロボルトまたはゼロボルトに近似（即ちＶIN＝０ボルト）していると想定した場合、出力電圧ＶOUTは第１の所定電圧レベルＶHIGHであり、該ＶHIGHは例えばいわゆるトランジスタ・トランジスタ論理（ＴＴＬ）の高電圧レベルに対応し得る。磁界に応答して、ホール・デバイスは正又は負の入力電圧ＶINを与える。ホール・デバイスによって与えられる入力電圧はゼロボルトから閾値電圧ＶTH+に向って正方向に移行する場合において、閾値電圧が閾値電圧レベルＶTH+に一致および／または越える時、出力電圧ＶOUTは所定の信号レベルＶHIGHから例えばいわゆるＴＴＬの低電圧レベルに対応し得る第２の所定電圧レベルＶLOWへ変化する。入力電圧が負に向う方向において閾値電圧ＶTH-を越えて移動する場合、出力電圧はＶLOWからＶHIGHへ戻り変化する。
【００３３】
同じように、入力電圧はゼロボルトから負の方向に移動し、閾値電圧−ＶTH+に達しおよび／または越えるので，出力電圧ＶOUTは第１の値ＶHIGHから第２の値ＶLOWへ変化する。同様に、入力電圧ＶINは−ＶTL+から移動しそして電圧レベル−ＶTL-に達しおよび／または越えるので、電圧レベルは出力電圧レベルＶLOWからＶHIGHに変化する。
【００３４】
ここで図４および図４Ａに言及すると、スイッチ回路４０は、コンパレータ回路４８に結合された磁界検出回路４６を含む感知兼制御回路４４を含んでいる。コンパレータ回路４８は、磁界検出回路４６から与えられる信号に応答して、適切な制御信号をスイッチ５０の制御端子へ与えるために必要な回路網（例えばバイアス回路）を含むことができる。1つの実施形態においては、磁界検出回路は磁界の存在または不存在に反応して出力電圧信号を与えるホール素子を含み得る。この特定の実施形態においては、コンパレータ４８の出力は随意のインバータ回路５１を通ってスイッチへ送られる。各図の対応する記述を簡略化するため、インバータ回路５１は、図４の回路によって実現される論理と図３および図５によって実現される論理との間の整合性を維持するためにここに含められている。
【００３５】
感知制御回路４４は、端子４４ａにおけるコンパレータ出力信号をスイッチ回路５０の制御端子５０ａに与える。この実施形態においては、スイッチ回路５０は、トランジスタ・スイッチとして示され、特にバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）として示されている。この場合、制御端子５０ａはトランジスタ５０のベース端子に対応する。トランジスタ５０の第２の端子５０ｂは、抵抗５２を通って電源５４および出力端子４０ａに結合されている。第３のトランジスタ端子５０ｃは、ここではグランドに対応する第１の基準電位に結合されている。スイッチ回路５０は、ここではＢＪＴとして示されているが、当業者には他の型のトランジスタも使用可能であるということが理解できるであろう。例えば、幾つかの実施形態においては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用することが好適でありうる。
【００３６】
磁気物品の磁気検出回路への近接度に依存して、出力端子４０ａに与えられる出力信号は、第1および第２の電圧レベルのいずれか1つを有する。磁界検出回路４６は、強い磁界を感知する時（例えば、図１のカバー１４が閉じた位置にあるような場合）、コンパレータ４８は制御端子５０ａに第１即ち高信号電圧を与え、従ってスイッチ回路５０を導電状態へバイアスする。導電状態においては、スイッチ・トランジスタ５０は比較的低インピーダンス特性を有する信号パスをトランジスタの端子５０ｂと５０ｃの間に提供し、このため出力端子４０ａにおける出力電圧ＶOUTを低電圧にする。
【００３７】
同様に、カバーの開成により、磁界検出回路４６は比較的弱い磁界を感知し、コンパレータ４８は制御端末５０ａに低信号電圧を与え、この結果トランジスタ５０を非導電状態にバイアスする。非導電状態においてトランジスタ５０は、比較的高インピーダンス特性を有する信号パスをトランジスタ端子５０ｂと５０ｃの間に与え、このため出力端子４０ａにおける出力電圧ＶOUTを高電圧にする。
【００３８】
簡単に図４Ａについて言及すると、出力電圧ＶOUT対磁界強度Ｂの関係が示されている。図４Ａのプロットから分かるように、磁界強度Ｂが動作ポイント・レベルＢOPに到達する時、出力電圧ＶOUTは低信号レベルを維持し、磁界レベルが開放ポイント・レベルＢRPに到達する時、出力電圧ＶOUTは高信号レベルに達する。このためトランジスタ５０と組合わせにける感知兼制御回路４２は、磁界が正磁界または負磁界（即ちＮ極またはＳ極）であるかに関わらず適切な信号レベルを与えることに気付かれたい。以下のテーブルＩおよびテーブルＩＩに示されるように、スイッチ回路４０は正確な信号を制御回路２２（図１）に与える。
【００３９】
【表１】
0003693918.tif 000002
【００４０】
磁界が検出された場合に、コンパレータ４８がトランジスタ５０を導電状態（即ちトランジスタがＯＮ）にバイアスする信号を与えることを、テーブルＩは示している。この結果、信号ＶOUTの信号レベルは低くなる。同様に、磁界が検出されない場合には、コンパレータ４８はトランジスタ５０を非導電状態へバイアスする信号を与える（即ちトランジスタがＯＦＦ）。この結果、信号ＶOUTの信号レベルは高くなる。「コンパレータ出力」とラベルされたテーブルＩの欄は、インバータ回路の前のコンパレータ４８の出力について参照していることに注意すべきである。
【００４１】
図５についてここで言及すると、スイッチ回路５８は、ホール素子回路６０およびコンパレータ６２から与えられた磁界／電圧変換器を含む。この特定の実施形態においては、ホール素子回路６０は、ウインドウ・コンパレータ６２の一対の入力端子６２ａ、６２ｂに別々に接続された一対の出力を有する。
【００４２】
ホール素子６０は、ホール電圧が、磁石（図示されていない）のホール素子６０への近接に基づいて増加または減少するように取付けられている。図４の検出回路はそれ自身磁化された物品を検出するために代替的に使用可能である。
【００４３】
ホール電圧信号は、任意の磁気物品がホール素子６０の所定距離の範囲内にあるかの指示を与える出力信号ＶOUTを発生させるために、ウインドウ・コンパレータ回路網６２によって処理される。
【００４４】
差動入力信号は、フィルタ兼レベルシフタ回路６４を通って結合される。代替的な実施形態においては、フィルタ兼レベルシフタ回路６４はコンパレータ回路６２の部分としてではなく、むしろホール素子回路６０の部分として提供され得るということが理解されるべきである。適切にフィルタされレベルシフトされた信号は、フィルタ兼レベルシフト回路６４から差動対回路６６ａ、６６ｂの各々に結合される。
【００４５】
磁石のＮ極またはＳ極の各々とホール回路６０の相互作用によって生成された信号を受けとるために、差動対回路６６ａまたは６６ｂの各々が提供される。テーブルＩＩに示されるように、ホール効果デバイスに対する磁極性の関係（即ちホール・デバイスに対するＮおよびＳ磁極のオリエンテーション）が２つの差動対回路の各々によって与えられる出力値を決定する。
【００４６】
差動対回路６６ａ、６６ｂによって与えられる出力信号は、一般に６８と符号される出力増幅器段６８ａ、６８ｂの各々へ送られる。出力増幅器段６８は差動対回路６６ａ、６６ｂから与えられる差動電圧を、インバータ回路７０のインバータを駆動する単一端電圧へ変換する。しかしながら当業者は、インバータ回路は単一または差動ラインで駆動可能であることが分かるであろう。さらに当業者は単一ラインではなく差動ラインでインバータ回路を駆動することが好適である場合を理解するであろう。
【００４７】
次に信号は、コンパレータ６２の出力ポート６２ｃに結合される出力／バッファ増幅器段７０に送られる。コンパレータ回路６２は、差動対回路６６ａ、６６ｂとバッファ回路６８ａ、６８ｂへ制御信号を与える複数の電流源を含む回路７６をさらに含む。
【００４８】
温度兼電圧補償回路８０は、比較的広範囲の電圧および温度の変化に耐える間にコンパレータ６２に適切に動作することを可能にする複数の電流シンク７２ａ−７２ｃを含んでいる。
【００４９】
これは、例えばセルホーンのように、デバイスの標準動作電圧が比較的低いデバイスにおいて特に重要である（例えばバッテリ電力を節電しそして電力節電モードで動作する）。温度範囲の変化および回路を組立てるために使用される標準製造プロセスによる変化と組合わされたこのような低標準動作電圧は、コンパレータ６２のスイッチ・ポイントを維持することを比較的困難にさせる。この困難を克服するため、コンパレータ・バイアス回路８０は、プラスおよびマイナス２０％まで変化する低電圧に耐えることをコンパレータ６２に許容する。この比較的広範囲の電圧にわたって固定されたコンパレータ６２のスイッチ・ポイントを維持するために、コンパレータ・バイアス回路８０は、補償信号をコンパレータ６２に与え、広範囲の電圧、温度、プロセス変化にわたり動作することをコンパレータ６２に許容する。
【００５０】
電流源７２ｃと出力端子６２ｃの間のダッシュ線８１は出力が電流源７２ｃを制御することを示している。第１の出力レベルは電流源７２ｃが比較的低い電流を発生させ、第２の異なる出力レベルは信号源７２ｃが比較的高い電流を発生させる。
【００５１】
図３および３Ａに関連して上述され、図５の回路において実現されたように、ホール回路６０からの入力電圧がゼロボルトに等しくそして正方向に増加している場合に、電圧レベルが閾値電圧ＶTH+に達しおよび／または越えるならば出力電圧ＶOUTはスイッチし、よって出力電圧ＶOUTを低にする（即ち電圧レベルＶLOWを仮定する）。出力電圧ＶOUTの高または低に依存して、電流源７２ｃに結合された抵抗Ｒ３またはＲ４の1つに跨って差動電圧降下が存在する。このように電流源７２ｃを制御することは、抵抗Ｒ３またはＲ４のいずれかに跨った差動電圧降下を引起こす値を変化し、スイッチ・ポイントをＶTH+からＶTH-に変化させまたは逆に変化させる（同様にスイッチ・ポイントを−ＶTL+から−ＶTL-に変化させる）。
【００５２】
以下のテーブルＩＩは、磁界特性に関する、出力信号値ＶOUTと差動対コンパレータ回路６６ａ、６６ｂの動作を示している。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
上述されたようにコンパレータ６２は対称的であるので、（図３Ａに関して例示されたように）正および負の磁界に対して同じスイッチ・ポイントがある。
本発明における対称コンパレータ６２は、磁石の両極性において同じ動作をすること、電源電圧と無関係に動作することを含む幾つかの利点を提供する。
【００５５】
コンパレータ６２およびバイアス回路８０は単一集積回路として実現されることができ、このため磁極非感応性である比較的コンパクトな半導体スイッチ回路を提供する。
【００５６】
発明の好適な実施形態について述べられているが、当業者は上述された実施形態から本発明のさらなる特徴および利点を理解するであろう。上記述は本発明の原理の単なる例示であり、従って本発明の範囲および精神から離れることなく様々な変更が、当業者によってなされ得ることが理解されるべきである。
【００５７】
従って、本発明は添付された特許請求の範囲によって指定された部分を除いては、特に提示され記述されたものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る磁極非感応性スイッチを含むセルラ式電話のブロック図である。
【図２】  磁極非感応性スイッチのブロック図である。
【図３】  コンパレータの概略図である。
図３Aはウインドウ・コンパレータの入力電圧対出力電圧のプロットである。
【図４】  コンパレータを使用しているスイッチ回路の概略図である。
図４Ａは、電圧対磁界のプロットである。
【図５】  磁界／電圧変換器を含むスイッチ回路の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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