(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸に取付けられた磁性回転体が回転することにより、磁気検出素子に印加される磁界が変化し、その磁界変化を電圧変化に変換するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の出力を増幅する第１の差動増幅回路と、
前記第１の差動増幅回路の出力の直流成分を除去する交流結合回路と、
前記交流結合回路の出力を増幅する第２の差動増幅回路と、
前記第２の差動増幅回路の出力を所定の基準値と比較して０または１の信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力を波形整形する出力回路と、
第１、第２、及び第３のトランジスタ、並びにこれらを駆動するための微分回路を有し、前記第１、及び第２のトランジスタを前記交流結合回路に接続して電源投入直後に前記交流結合回路の出力信号を基準電圧に収束させ、前記第３のトランジスタを前記比較回路に接続して前記比較回路の入力信号も交流結合基準レベルに収束させる起動回路と
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１のトランジスタのコレクタ及び前記第２のトランジスタのエミッタは、前記交流結合回路の出力に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのコレクタは、前記交流結合回路の基準電圧部に接続され、前記第３のトランジスタのコレクタは、前記比較回路の出力に接続されており、
前記微分回路は、抵抗器及びコンデンサで構成され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタのベースに接続され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタを前記抵抗器及びコンデンサの値で決定する一定時間のみ動作させる
ことを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば歯車状磁性回転体の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角度検出装置について図面を参照しながら説明する。図４は、従来の回転角度検出装置の磁気回路を示す図である。また、図５は、従来の回転角度検出装置の信号処理回路を示す図である。
【０００３】
図４において、１は車のエンジンのクランク軸である回転軸、２は磁性回転体、３は磁石、４はチップ、５は磁気検出素子（ＭＲ素子）である。
【０００４】
図５において、１０はブリッジ回路、２０は差動増幅回路、３０は交流結合回路、４０は差動増幅回路、５０は比較回路、６０は出力回路、７０は起動回路である。
【０００５】
回転角度検出装置は、図４に示すように、直方体形状の磁石３と、この磁石３の上面に設けられ、半導体集積回路（信号処理回路）が内蔵されたチップ４と、磁気検出素子５とを有している。
【０００６】
前記回転角度検出装置に接近して設けられた歯車状の磁性回転体２の回転により、磁気検出素子５には磁性回転体２の凹部と凸部とが交互に接近し、そのため磁石３から磁気検出素子５に印加される磁界が変化する。この磁界の変化は、磁気検出素子５により電圧の変化として検出される。
【０００７】
この電圧の変化は、チップ４内の差動増幅回路２０、交流結合回路３０、差動増幅回路４０、比較回路５０、出力回路６０を経て、パルス波の電気信号として外部に出力される。この電気信号は、コンピュータユニット（図示せず）に送られ、磁性回転体２の回転角度が検出される。
【０００８】
一般的に、磁気検出素子５には、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）、もしくは巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子という）が用いられるが、その動作はほぼ同じであるため、以下、ＭＲ素子を用いた場合の動作について詳細に説明する。
【０００９】
ＭＲ素子は、強磁性体（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）薄膜の磁化方向と電流方向のなす角度によって抵抗値が変化する素子である。このＭＲ素子は、電流方向と磁化方向が直角に交わるときに抵抗値が最小になり、０度すなわち電流方向と磁化方向が同一あるいは全く逆方向になるとき抵抗値が最大になる。この抵抗値の変化をＭＲ変化率と呼び、一般に、Ｎｉ−Ｆｅで２〜３％、Ｎｉ−Ｃｏで５〜６％である。
【００１０】
磁性回転体２が回転することにより、ＭＲ素子５に印加される磁界が変化し、抵抗値が変化する。そこで、磁界の変化を検出するために、図５に示すように、ＭＲ素子５でブリッジ回路１０を形成する。このブリッジ回路１０に定電圧、定電流の電源を接続し、ＭＲ素子５の抵抗値変化を電圧変化に変換して、このＭＲ素子に作用している磁界変化を検出する。
【００１１】
従来の回転角度検出装置は、ＭＲ素子５を用いたブリッジ回路１０と、このブリッジ回路１０の出力を増幅する差動増幅回路２０と、この差動増幅回路２０の出力の直流成分を除去する交流結合回路３０と、この交流結合回路３０の出力を増幅する差動増幅回路４０と、この差動増幅回路４０の出力を基準値と比較して“０”または“１”の信号を出力する比較回路５０と、この比較回路５０の信号レベルを所定のレベルに設定する起動回路７０と、この比較回路５０の出力を受けてスイッチングする出力回路６０とを備える。
【００１２】
ブリッジ回路１０は、抵抗器１１、およびＭＲ素子５を有する。抵抗器１１は電源端子ＶＣＣに接続され、ＭＲ素子５は接地され、抵抗器１１とＭＲ素子５の各他端は接続点Ａに接続される。
【００１３】
そして、ブリッジ回路１０の接続点Ａが抵抗器２１を介して差動増幅回路２０のオペアンプ２２の反転入力端子に接続される。また、オペアンプ２２の非反転入力端子は、抵抗器２７を介して基準電源を構成する分圧回路に接続され、更に抵抗器２４を介して接地される。オペアンプ２２の出力端子は、抵抗器２３を介して自己の反転入力端子に接続されると共に、交流結合回路３０のコンデンサ３１に接続される。
【００１４】
交流結合回路３０は、１つのコンデンサ３１と抵抗器３４から構成され、コンデンサ３１と抵抗器３４の接続点は、抵抗器４１を介して差動増幅回路４０のオペアンプ４２の反転入力端子に接続される。また、抵抗器３４の他端は、基準電源を構成する分圧回路に接続される。
【００１５】
また、差動増幅回路４０のオペアンプ４２の非反転入力端子は、抵抗器４７を介して基準電源を構成する分圧回路に接続され、更に抵抗器４４を介して接地される。差動増幅回路４０のオペアンプ４２の出力端子は、抵抗器４３を介して自己の反転入力端子に接続されると共に、比較回路５０のオペアンプ５１の反転入力端子に接続される。
【００１６】
起動回路７０のオペアンプ７７の反転入力端子と出力端子は、交流結合回路３０の出力（コンデンサ３１と抵抗器３４の接続点）に接続され、非反転入力端子は交流結合回路３０の基準電圧部（分圧回路）に接続される。
【００１７】
比較回路５０のオペアンプ５１の非反転入力端子は、基準電源を構成する分圧回路に接続され、オペアンプ５１の出力端子は、出力回路６０のトランジスタ６１のベースに接続される。
【００１８】
出力回路６０のトランジスタ６１のコレクタは、トランジスタ６２、および比較回路５０のトランジスタ５６のベースに接続されると共に、抵抗器６３を介して電源端子ＶＣＣに接続され、そのエミッタは接地される。トランジスタ６２のコレクタは、出力端子６５に接続されると共に、抵抗器６４を介して電源端子ＶＣＣに接続され、そのエミッタは接地される。
【００１９】
さらに、比較回路５０のトランジスタ５６のコレクタは、抵抗器５５を介して比較回路５０の基準電源を構成する分圧回路に接続され、そのエミッタは接地される。
【００２０】
図６は、従来の回転角度検出装置における、磁性回転体が回転している時の波形処理動作を示すタイミングチャートである。
【００２１】
磁性回転体２が回転することで、ＭＲ素子５には磁界変化が与えられ、差動増幅回路２０の出力側には、図６（ａ）に示す様な、磁性回転体２の凹凸に対応した出力が得られる。
【００２２】
この差動増幅回路２０の出力は、交流結合回路３０に供給され、直流成分が除去されると同時に基準電圧（例えば、（１／２）×ＶＣＣ）が直流成分として印加される。そして、この交流結合回路３０の出力は、さらに差動増幅回路４０で増幅され、比較回路５０に供給される。
【００２３】
図６（ａ）に示す様に、比較回路５０に供給された信号（比較回路入力信号）は、比較レベルである基準値と比較されて、“０”、または“１”の信号に変換される。
【００２４】
この信号は、更に出力回路６０で波形整形され、この結果、その出力端子６５には、図６（ｂ）に示すように、その立上り、立下りの急峻な“０”（ＬＯＷ）、または“１”（ＨＩＧＨ）の出力が得られる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の回転角度検出装置では、電源投入時に比較回路５０の信号レベルを所定のレベルに設定する起動回路７０にオペアンプ７７を用いていたため、回路規模が大きくなるという問題点があった。
【００２６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、電源投入時に所望のレベルの信号を瞬時に安定して出力することができ、回路規模を小さくすることができる回転角度検出装置を得ることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転角度検出装置は、所定の回転軸に取付けられた磁性回転体が回転することにより、磁気検出素子に印加される磁界が変化し、その磁界変化を電圧変化に変換するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力を増幅する第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路の出力の直流成分を除去する交流結合回路と、前記交流結合回路の出力を増幅する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路の出力を所定の基準値と比較して０または１の信号を出力する比較回路と、前記比較回路の出力を波形整形する出力回路と、第１、第２、及び第３のトランジスタ、並びにこれらを駆動するための微分回路を有し、前記第１、及び第２のトランジスタを前記交流結合回路に接続して電源投入直後に前記交流結合回路の出力信号を基準電圧に収束させ、前記第３のトランジスタを前記比較回路に接続して前記比較回路の入力信号も交流結合基準レベルに収束させる起動回路とを備えたものである。
【００２８】
また、この発明に係る顔部位検出装置は、前記第１のトランジスタのコレクタ及び前記第２のトランジスタのエミッタが、前記交流結合回路の出力に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのコレクタが、前記交流結合回路の基準電圧部に接続され、前記第３のトランジスタのコレクタが、前記比較回路の出力に接続されており、前記微分回路が、抵抗器及びコンデンサで構成され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタのベースに接続され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタを前記抵抗器及びコンデンサの値で決定する一定時間のみ動作させるものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の信号処理回路の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３０】
図１において、起動回路７０Ａは、コンデンサ７２と抵抗器７３で構成された微分回路７１と、トランジスタ７４と、トランジスタ７５、７６とを備える。なお、他の回路構成は、図５に示す従来の信号処理回路と同じである。
【００３１】
この実施の形態１においては、トランジスタ７４、７５及び７６と、これらを駆動する為の抵抗器７３とコンデンサ７２で構成された微分回路７１を含む起動回路７０Ａを用いることにより、電源投入直後から安定した出力信号を得ることができる。
【００３２】
図３に示すように、トランジスタ７４、７５及び７６は、微分回路７１を構成する抵抗器７３とコンデンサ７２の値で決定する一定時間ｔのみ動作するように設定されている。図１に示すように、トランジスタ７４は、そのベースが微分回路７１に接続され、そのコレクタが比較回路５０のオペアンプ５１の出力端子に接続され、そのエミッタが接地されている。また、トランジスタ７５及び７６のそれぞれのベース同士が接続され、かつそれらのベースが微分回路７１に接続されている。トランジスタ７５のコレクタ及びトランジスタ７６のエミッタは、交流結合回路３０の出力に接続され、トランジスタ７５のエミッタ及びトランジスタ７６のコレクタは、交流結合回路３０の基準電圧（例えば１／２・ＶＣＣ）部に接続されている。
【００３３】
よって、ブリッジ回路１０を構成する抵抗器１１とＭＲ素子５の抵抗値に大きな差が生じた場合においても、電源投入直後に交流結合回路３０の出力信号は基準電圧に収束し、比較回路５０の入力信号も交流結合基準レベルに収束するので、始動特性を改善することができる。また、従来のオペアンプ７７を用いた起動回路７０と比較して、回路規模の縮小が可能となる。
【００３４】
図２は、この実施の形態１に係る回転角度検出装置における、磁性回転体が回転している時の波形処理動作を示すタイミングチャートである。
【００３５】
磁性回転体２が回転することで、ＭＲ素子５には磁界変化が与えられ、差動増幅回路２０の出力側には、図２（ａ）に示す様な、磁性回転体２の凹凸に対応した出力が得られる。
【００３６】
この差動増幅回路２０の出力は、交流結合回路３０に供給され、直流成分が除去されると同時に基準電圧（例えば、（１／２）×ＶＣＣ）が直流成分として印加される。そして、この交流結合回路３０の出力は、さらに差動増幅回路４０で増幅され、比較回路５０に供給される。
【００３７】
図２（ａ）に示す様に、比較回路５０に供給された信号（比較回路入力信号）は、比較レベルである基準値と比較されて、“０”、または“１”の信号に変換される。
【００３８】
この信号は、更に出力回路６０で波形整形され、この結果、その出力端子６５には、図２（ｂ）に示すように、その立上り、立下りの急峻な“０”（ＬＯＷ）、または“１”（ＨＩＧＨ）の出力が得られる。
【００３９】
従来、比較回路５０の信号レベルを所定のレベルに設定する起動回路７０にオペアンプ７７を用いていたが、この実施の形態１のようにトランジスタ７５、７６を用いることにより、回路規模の縮小及びそれに伴うコスト低減が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明に係る回転角度検出装置は、以上説明したとおり、所定の回転軸に取付けられた磁性回転体が回転することにより、磁気検出素子に印加される磁界が変化し、その磁界変化を電圧変化に変換するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力を増幅する第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路の出力の直流成分を除去する交流結合回路と、前記交流結合回路の出力を増幅する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路の出力を所定の基準値と比較して０または１の信号を出力する比較回路と、前記比較回路の出力を波形整形する出力回路と、第１、第２、及び第３のトランジスタ、並びにこれらを駆動するための微分回路を有し、前記第１、及び第２のトランジスタを前記交流結合回路に接続して電源投入直後に前記交流結合回路の出力信号を基準電圧に収束させ、前記第３のトランジスタを前記比較回路に接続して前記比較回路の入力信号も交流結合基準レベルに収束させる起動回路とを備えたので、回路規模を小さくでき、それに伴ないコストを下げることができるという効果を奏する。
【００４１】
また、この発明に係る回転角度検出装置は、以上説明したとおり、前記第１のトランジスタのコレクタ及び前記第２のトランジスタのエミッタが、前記交流結合回路の出力に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのコレクタが、前記交流結合回路の基準電圧部に接続され、前記第３のトランジスタのコレクタが、前記比較回路の出力に接続されており、前記微分回路が、抵抗器及びコンデンサで構成され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタのベースに接続され、前記第１、第２、及び第３のトランジスタを前記抵抗器及びコンデンサの値で決定する一定時間のみ動作させるので、回路規模を小さくでき、それに伴ないコストを下げることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の信号処理回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の信号処理回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の信号処理回路の起動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】従来及びこの発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の磁気回路の構成を示す図である。
【図５】従来の回転角度検出装置の信号処理回路の構成を示す図である。
【図６】従来の回転角度検出装置の信号処理回路の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  回転軸、２  磁性回転体、３  磁石、４  チップ、５  磁気検出素子（ＭＲ素子）、１０  ブリッジ回路、２０  差動増幅回路、３０  交流結合回路、４０  差動増幅回路、５０  比較回路、６０  出力回路、７０Ａ  起動回路。
【図１】
0003550107.tif 000002
【図２】
0003550107.tif 000003
【図３】
0003550107.tif 000004
【図４】
0003550107.tif 000005
【図５】
0003550107.tif 000006
【図６】
0003550107.tif 000007