(57)【要約】【課題】ホールセンサ間のばらつきに伴う検出精度の低下を抑制する。【解決手段】電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ間に、定電流源１０およびホールセンサＨＥ０をこの順に接続し、同様に、定電流源１１およびホールセンサＨＥ１、定電流源１２およびホールセンサＨＥ２をそれぞれ接続する。さらに、ボルテージフォロア回路２２により、ホールセンサＨＥ０への入力電圧ＶａをホールセンサＨＥ１の入力側に出力する。同様に、ボルテージフォロア回路２４により、ホールセンサＨＥ０への入力電圧ＶａをホールセンサＨＥ２の入力側に出力する。ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２への入力電圧がＶａとなるようにホールセンサＨＥ１、ＨＥ２への駆動電流Ｉ１、Ｉ２が調節され、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の抵抗値のばらつきを打ち消すように動作するため、ホールセンサ間の抵抗値のばらつきによる検出誤差を抑制することができる。【選択図】          図１
2014006061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一機能構成を有する複数のセンサと、
当該センサ毎に設けられ当該センサに同一電流を供給する複数の電流源と、
当該複数の電流源のうちの一の電流源の出力電圧をバッファし、他の電流源の前記センサへの出力端に出力するバッファ回路と、を備えることを特徴とするセンサ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサを駆動するセンサ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のホールセンサを用いた技術の一例として、位置検出機構がある（例えば、特許文献１参照。）
図２は、位置検出機構の信号処理部の一例を示す概略構成図である。
図２の位置検出機構１００は、同一機能構成を有する３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を備えており、これらは半導体チップに収納されている。例えば、半導体チップ内の中央に配置されたホールセンサＨＥ０と、ホールセンサＨＥ０を挟んで半導体チップ内の左右に配置されたホールセンサＨＥ１およびＨＥ２とを備える。これらホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２は、図３に示すように、実装基板１上に等間隔に配置され、感磁方向が実装基板１に対して垂直となるように配置される。
【０００３】
図３に示すように、測定対象物としての直方体磁石２はホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を実装した基板１に対して垂直にＮ極とＳ極とが着磁された構成となっており、実装基板１と対向する平面内で、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向に移動可能に支持されている。そして、直方体磁石２を実装基板１と平行に移動させたときの、直方体磁石２の移動距離に対する３つのホールセンサの出力値の相関関係を用いて、位置検出を行うようになっている。
【０００４】
すなわち、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２には、直方体磁石２とホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２との位置関係に応じた磁場が印加され、それぞれＶＨＥ０、ＶＨＥ１、ＶＨＥ２といった検出電圧が出力される。
そして、各ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧は、信号処理部５０に入力され、所定の相関関係を用いて位置検出が行われる。
【０００５】
すなわち、図２に示すように、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧は、まず加減算回路５１に入力され、２つのホールセンサＨＥ１、ＨＥ２の出力電圧の差（ＶＨＥ１−ＶＨＥ２）と、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧の和（ＶＨＥ０＋ＶＨＥ１＋ＶＨＥ２）を生成する。また、基準電圧回路５３で基準電圧Ｖｒを生成する。さらに、加減算回路５１での演算結果をもとに、除算回路５２において、次式（１）で表される演算を行い、これを最終出力、すなわち位置検出信号Ｖｏｕｔとして出力する。
【０００６】
Ｖｏｕｔ
＝｛（ＶＨＥ１−ＶＨＥ２）／（ＶＨＥ０＋ＶＨＥ１＋ＶＨＥ２）｝×Ｖｒ
……（１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０７４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、例えば、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２に、同じ強度の磁場が印加された場合には、磁場を与える測定対象物（図３の場合には直方体磁石２）がホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の感磁部の中心間を結ぶ直線の中点位置（以後、センサ中点位置という）に存在することになる。
測定対象物がこのセンサ中点位置に存在する場合には、ホールセンサＨＥ０の左右に配置されたホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の出力電圧は「ＶＨＥ１−ＶＨＥ２＝０」となり、最終出力（位置検出信号）Ｖｏｕｔは「０」となる。
【０００９】
図４は、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を駆動するホールセンサ駆動回路６０の一例を示す概略構成図であり、定電流駆動方式を適用したホールセンサ駆動回路である。
図４に示すように、ホールセンサＨＥ１は電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、ホールセンサＨＥ１と電源ＶＤＤとの間に定電流源１１が介挿されている。
そしてホールセンサＨＥ１の出力端子Ｖｐ１１とＶｎ１１との間の電圧ＶＨＥ１が出力電圧として出力される。
【００１０】
同様に、ホールセンサＨＥ０は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、ホールセンサＨＥ０と電源ＶＤＤとの間に定電流源１０が介挿されている。ホールセンサＨＥ０の出力端子Ｖｐ１０とＶｎ１０との間の電圧ＶＨＥ０が出力電圧として出力される。
ホールセンサＨＥ２は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、さらにホールセンサＨＥ２と電源ＶＤＤとの間に定電流源１２が介挿されている。ホールセンサＨＥ２の出力端子Ｖｐ１２とＶｎ１２との間の電圧ＶＨＥ２が出力電圧として出力される。
ここで、ホールセンサの出力電圧ＶＨＥは次式（２）で表すことができる。
ＶＨＥ＝Ｇ・（Ｒｈ／ｄ）・Ｉｃ・Ｂ
＝α・Ｒ・Ｉｃ・Ｂ              ……（２）
【００１１】
なお、式（２）において、Ｇは例えばセンサや端子電極の形などの形状ファクタ、Ｒｈはホール係数、ｄはホールセンサの厚み、Ｉｃはホールセンサ駆動電流、Ｂは印加磁場、Ｒはホールセンサの抵抗値である。また、αは比例係数であって、α＝Ｇ・Ｒｈ／ｄである。
【００１２】
図４において、各ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の抵抗値をＲ０、Ｒ１、Ｒ２とし、測定対象物（直方体磁石２）がセンサ中点位置に存在する場合の、各ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧ＶＨＥ０〜ＶＨＥ２を考える。
測定対象物（直方体磁石２）がセンサ中点位置に存在する場合には、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２には同じ強度の磁場が印加される。ホールセンサＨＥ０に印加される磁場をＢ０、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２に印加される磁場をＢ１２とすると、各ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧ＶＨＥ０〜ＶＨＥ２は、次式（３）で表すことができる。
ＶＨＥ０＝α・Ｒ０・Ｉｃ・Ｂ０
ＶＨＥ１＝α・Ｒ１・Ｉｃ・Ｂ１２
ＶＨＥ２＝α・Ｒ２・Ｉｃ・Ｂ１２            ……（３）
（３）式を、図２の位置検出機構１００の信号処理部５０の加減算回路５１における演算式にあてはめると、次式（４）および（５）で表すことができる。
【００１３】
ＶＨＥ１−ＶＨＥ２
＝（α・Ｒ１・Ｉｃ・Ｂ１２）−（α・Ｒ２・Ｉｃ・Ｂ１２）
＝α・（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉｃ・Ｂ１２            ……（４）
ＶＨＥ０＋ＶＨＥ１＋ＶＨＥ２
＝（α・Ｒ０・Ｉｃ・Ｂ０）＋（α・Ｒ１・Ｉｃ・Ｂ１２）
＋（α・Ｒ２・Ｉｃ・Ｂ１２）      ……（５）
ここで、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の抵抗値Ｒ１とＲ２とが等しい場合、前記（４）式は、ＶＨＥ１−ＶＨＥ２＝０となる。そのため、誤差のない正確な検出を行うことができる。
【００１４】
しかしながら、製造過程で複数のホールセンサにばらつきが生じ、これらホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の抵抗値Ｒ１とＲ２とが異なる場合には、Ｒ１−Ｒ２≠０となる。Ｒ１−Ｒ２＝ΔＲ、ＶＨＥ１−ＶＨＥ２＝ΔＶとすると、前記（４）式は、次式（６）となる。
ΔＶ＝ＶＨＥ１−ＶＨＥ２
＝α・ΔＲ・Ｉｃ・Ｂ１２            ……（６）
つまり、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の検出電圧に、「α・ΔＲ・Ｉｃ・Ｂ１２」相当の誤差が生じることになる。
【００１５】
その結果、信号処理部５０の後段の除算回路５２で実行される、前記（１）式で表される演算は、（４）式および（５）式から、次式（７）で表すことができる。
｛（ＶＨＥ１−ＶＨＥ２）／（ＶＨＥ０＋ＶＨＥ１＋ＶＨＥ２）｝×Ｖｒ
＝〔｛α・（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉｃ・Ｂ１２｝／
｛（α・Ｒ０・Ｉｃ・Ｂ０）＋α・（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｉｃ・Ｂ１２｝〕×Ｖｒ
＝〔（ΔＲ・Ｂ１２）／｛（Ｒ０・Ｂ０）＋（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｂ１２｝〕×Ｖｒ
……（７）
（７）式から、最終出力ＶｏｕｔにおいてΔＲに比例した誤差を生じ、最終出力Ｖｏｕｔがセンサ中点位置を示す「０」とならないという問題があることがわかる。
【００１６】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、ホールセンサなどのばらつきによらず、より高精度に磁電変換を行うことの可能なセンサ駆動回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明にかかるセンサ駆動回路は、同一機能構成を有する複数のセンサと、当該センサ毎に設けられ当該センサに同一電流を供給する複数の電流源と、当該複数の電流源のうちの一の電流源の出力電圧をバッファし、他の電流源の前記センサへの出力端に出力するバッファ回路と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサ間の特性のばらつきを抑制することができる。そのため、特性のばらつきの影響を低減したより精度のよい、センサ出力を得ることができる。
また、センサ出力を補正する補正回路などを設けることなく実現することができるため、これら複数のセンサを備えた回路自体の応答速度に影響を与えることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用したホールセンサ駆動回路の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用した位置検出機構を構成する信号処理部の一例を示すブロック図である。
【図３】位置検出機構の動作説明に供する図である。
【図４】従来のホールセンサ駆動回路の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のホールセンサ駆動回路２０の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明におけるホールセンサ駆動回路２０の一例を示す概略図である。なお、当該ホールセンサ駆動回路２０を備えた位置検出機構１００の信号処理部５０の機能構成は、図２と同様である。
本実施形態におけるホールセンサ駆動回路２０は、図１に示すようにＩＣ内部にホールセンサを複数（図１の場合には３つ）有するタイプの位置検出機構に適用されるものであって、１つのホールセンサの入力電圧を基準にその他のホールセンサの駆動電流を制御することによって、ホールセンサ間での出力電圧のばらつきを緩和するものである。
【００２１】
すなわち、本実施形態におけるホールセンサ駆動回路２０は、図１に示すように、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を備える。
ホールセンサＨＥ１は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、ホールセンサＨＥ１と電源ＶＤＤとの間に定電流源１１が介挿されている。さらに定電流源１１とホールセンサＨＥ１との間に、演算増幅器２１を含んで構成されるボルテージフォロア回路２２が接続されている。すなわち、演算増幅器２１の出力端子が定電流源１１とホールセンサＨＥ１との間に接続されるとともに、定電流源１１とホールセンサＨＥ１との間に、演算増幅器２１の反転入力端子が接続され、演算増幅器２１の非反転入力端子は後述の定電流源１０とホールセンサＨＥ０との間に接続される。
【００２２】
そしてホールセンサＨＥ１の出力端子Ｖｐ１１とＶｎ１１との間の電圧ＶＨＥ１が出力電圧として出力される。
同様に、ホールセンサＨＥ０は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、ホールセンサＨＥ０と電源ＶＤＤとの間に定電流源１０が介挿されている。ホールセンサＨＥ０の出力端子Ｖｐ１０とＶｎ１０との間の電圧ＶＨＥ０が出力電圧として出力される。
【００２３】
ホールセンサＨＥ２は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続され、ホールセンサＨＥ２と電源ＶＤＤとの間に定電流源１２が介挿されている。さらに定電流源１２とホールセンサＨＥ２との間に、演算増幅器２３を含んで構成されたボルテージフォロア回路２４が接続されている。すなわち、演算増幅器２３の出力端子が定電流源１２とホールセンサＨＥ２との間に接続されるとともに、定電流源１２とホールセンサＨＥ２との間に、演算増幅器２３の反転入力端子が接続され、演算増幅器２３の非反転入力端子は定電流源１０とホールセンサＨＥ０との間に接続される。
【００２４】
そしてホールセンサＨＥ２の出力端子Ｖｐ１２とＶｎ１２との間の電圧ＶＨＥ２が出力電圧として出力される。
ボルテージフォロア回路２２は、中央に配置されたホールセンサＨＥ０と定電流源１０との間の電圧（以後、入力電圧という）Ｖａを入力し、この入力電圧ＶａとホールセンサＨＥ１への入力電圧とが一致するように、ホールセンサＨＥ１への電流供給ラインに対して電流を供給、または引き込むように動作する。
【００２５】
同様に、ボルテージフォロア回路２４は、中央に配置されたホールセンサＨＥ０と定電流源１０との間の入力電圧という）Ｖａを入力し、この入力電圧ＶａとホールセンサＨＥ２への入力電圧とが一致するように、ホールセンサＨＥ２への電流供給ラインに対して電流を供給、または引き込むように動作する。
なお、ホールセンサ駆動回路２０において、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２は、同一の機能構成を有する。また定電流源１０〜１２は出力電流を同一の一定電流に保持する。
【００２６】
ここで、ホールセンサＨＥ０に印加される磁場をＢ０とし、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２に同じ強度の磁場が印加されており、この磁場をＢ１２としたとき、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の出力電圧ＶＨＥ０〜ＶＨＥ２は、次式（８）で表すことができる。なお、式（８）中のＩ１およびＩ２はそれぞれホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の駆動電流、ＩｃはホールセンサＨＥ０の駆動電流である。また、Ｒ１およびＲ２はそれぞれホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の抵抗値、Ｒ０はホールセンサＨＥ０の抵抗値である。
【００２７】
ＶＨＥ０＝α・Ｒ０・Ｉｃ・Ｂ０
ＶＨＥ１＝α・Ｒ１・Ｉ１・Ｂ１２
ＶＨＥ２＝α・Ｒ２・Ｉ２・Ｂ１２            ……（８）
各ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の入力電圧は、ホールセンサＨＥ０に流れる電流（駆動電流）Ｉｃと、ホールセンサＨＥ０の抵抗値Ｒ０とで決定される。
【００２８】
前述のように、ボルテージフォロア回路２２、２４が、ホールセンサＨＥ１、ＨＥ２への入力電圧が、ホールセンサＨＥ０への入力電圧Ｖａと一致するように、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２に供給される駆動電流を調整することによって、演算増幅器２１および２３は、次式（９）を満足するように動作することになり、その際、ホールセンサＨＥ０の駆動電流Ｉｃを変えることなく駆動電流の調節が行われる。
Ｖａ＝Ｒ０・Ｉｃ＝Ｒ１・Ｉ１＝Ｒ２・Ｉ２              ……（９）
すなわち、ボルテージフォロア回路２２、２４により調節される駆動電流Ｉ１およびＩ２は、ホールセンサＨＥ１およびＨＥ２の抵抗値Ｒ１、Ｒ２のばらつきを打ち消すように変化することになる。
【００２９】
ここで、前記（９）を満足するため、前記（８）式は、次式（１０）と表すことができる。
ＶＨＥ０＝α・Ｂ０・Ｖａ
ＶＨＥ１＝α・Ｂ１２・Ｖａ
ＶＨＥ２＝α・Ｂ１２・Ｖａ            ……（１０）
前記（４）式に、（１０）式をあてはめると次式（１１）となる。
ＶＨＥ１−ＶＨＥ２
＝α・Ｂ１２・Ｖａ−α・Ｂ１２・Ｖａ
＝０                                ……（１１）
つまり、（１１）式に示すように、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２の抵抗値がばらついても、（４）式に含まれる誤差を打ち消すことができる。
【００３０】
その結果、図１に示すホールセンサ駆動回路２０により得られる前記（１）式で表される最終出力Ｖｏｕｔは次式（１２）で表すことができる。したがって、図１に示すホールセンサ駆動回路２０を用いることにより、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２のばらつきによる誤差を含まない、真の最終出力（位置検出信号）Ｖｏｕｔを得ることができることがわかる。
【００３１】
｛（ＶＨＥ１−ＶＨＥ２）／（ＶＨＥ０＋ＶＨＥ１＋ＶＨＥ２）｝×Ｖｒ
＝｛（α・Ｂ１２・Ｖａ−α・Ｂ１２・Ｖａ）
／（α・Ｂ０・Ｖａ＋α・Ｂ１２・Ｖａ＋α・Ｂ１２・Ｖａ）｝×Ｖｒ
＝｛０／（α・Ｂ０・Ｖａ＋α・Ｂ１２・Ｖａ＋α・Ｂ１２・Ｖａ）｝×Ｖｒ
＝０
……（１２）
このように、図１に示す構成を有するホールセンサ駆動回路２０を用いることによって、ホールセンサどうしの抵抗値のばらつきによる影響を緩和することができる。そのため、ホールセンサのばらつきの影響を受けない、精度の良い磁電変換を行うことができる。
【００３２】
また、図１に示すようにボルテージフォロア回路２２、２４を設けるだけで、ホールセンサどうしの抵抗値のばらつきの影響を緩和することができ、各ホールセンサの出力電圧を補正したり、定電流源の出力電流を調整したりする補正回路などを別途設ける必要がないため、ＩＣの応答速度に影響することなく実現することができる。
なお、図１では、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）駆動型の定電流駆動方式により、ホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を駆動する場合について説明したが、これに限るものではない。
【００３３】
例えば、シンク（ｓｉｎｋ）駆動型の定電流駆動方式によりホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を駆動する場合であっても適用することができる。
また、最終出力Ｖｏｕｔの電圧を決定する基準電圧Ｖｒは任意に設定することができ、予め出荷時に設定してもよく、あるいはホールセンサ駆動回路２０を装置に組み込む時点などに、設定することも可能である。
【００３４】
また、図１では、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２を駆動する場合について説明したが、これに限るものではなく、２または４以上のホールセンサを駆動する場合であっても適用することができる。この場合も図１と同様に、いずれか一つのホールセンサを基準のホールセンサとし、この基準のホールセンサの入力電圧Ｖａを入力とするボルテージフォロア回路を各ホールセンサに対応して設け、各ホールセンサの入力電圧が、基準のホールセンサの入力電圧Ｖａとなるように、各ホールセンサに供給する駆動電流を調節する構成とする。
【００３５】
このような構成とすることによって、上記と同様に、各ホールセンサへの駆動電流を調節することによって各ホールセンサの抵抗値のばらつきを打ち消すよう駆動電流が調節されるため、この場合も各ホールセンサの抵抗値のばらつきの影響を受けない、高精度な最終出力Ｖｏｕｔを得ることができる。
また、上記実施形態では、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２のうち、中央のホールセンサＨＥ０の入力電圧Ｖａを基準として、他のホールセンサＨＥ１、Ｈ２の入力電圧が入力電圧Ｖａと一致するように、ホールセンサＨＥ１、ＨＥ２への駆動電流を調節する構成とした場合について説明したが、これに限るものではなく、ホールセンサＨＥ１あるいはＨＥ２の入力電圧を基準として、他のホールセンサへの駆動電流を調節するように構成してもよい。
【００３６】
また、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２のうちの１つのホールセンサへの入力電圧をを基準として他の２つのホールセンサＨＥへの駆動電流を調節する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、３つのホールセンサＨＥ０〜ＨＥ２のうちの一端に位置するホールセンサ、例えばホールセンサＨＥ２の入力電圧を基準として、ホールセンサＨＥ２の隣に配置された中央に位置するホールセンサＨＥ０の駆動電流を調節する。そして、この中央に位置するホールセンサＨＥ０の入力電圧を基準として、ホールセンサＨＥ０の隣に配置された他端に位置するホールセンサＨＥ１の駆動電流を調節するというように、順次隣のホールセンサの駆動電流を調節する構成としてもよい。
【００３７】
例えば４以上のホールセンサを備える場合には、中央のホールセンサの入力電圧を基準とした場合には、他のホールセンサの駆動電流供給ラインを跨いで、駆動電流を調節する必要がある。しかしながら、順次隣のホールセンサの駆動電流を調節する構成とすることによって、他のホールセンサの駆動電流供給ラインを跨ぐことなく実現することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、ボルテージフォロア回路を用いて、各ホールセンサに供給する駆動電流を調節する場合について説明したが、ボルテージフォロア回路に限るものではなく、バッファ回路であっても適用することができる。
また、上記実施形態では、ホールセンサを駆動するホールセンサ駆動回路について説明したが、これに限るものではない。例えば、３軸ジャイロセンサや、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサなどであっても適用することができ、要は、ブリッジ抵抗が複数あるようなセンサであれば適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
ＨＥ０〜ＨＥ２  ホールセンサ
１０〜１２  定電流源
２１、２３  演算増幅器
２２、２４  ボルテージフォロア回路
【図１】
2014006061.tif 000003
【図２】
2014006061.tif 000004
【図３】
2014006061.tif 000005
【図４】
2014006061.tif 000006