(57)【要約】【課題】ホール素子によるホール起電力信号の検出に適用するΔΣ変調器に生起するパターンノイズを効果的に抑制可能なホール起電力信号検出装置を実現する。【解決手段】バイアス電流が経時的に向きを切替えて供給され同時にホール起電力の検出を可能にする複数対の接続端を有するホール素子１０１にバイアス電流を供給しホール起電力を検出するに際し、スイッチ回路１０４で、バイアス電流の向きの切替えとこれに同期したホール起電力の極性の切替えを行って当該ホール素子のホール起電力が変調された変調ホール起電力信号を得、この信号を復調器１０４で復調して復調ホール起電力信号を得る。この復調ホール起電力信号に対しΔΣ変調器１１０でΔΣ変調をかける。タイミング制御回路１５０で、スイッチ回路１０４における切替え動作のタイミングおよび復調器１０４における復調動作のタイミングを経時的にランダム化されたタイミングとする。【選択図】  図１
2011163928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流が経時的に向きを切替えて供給され同時にホール起電力の検出を可能にする複数対の接続端を有するホール素子にバイアス電流を供給し当該ホール素子からのホール起電力を検出するホール起電力信号検出装置であって、
バイアス電流を生成するバイアス電流源と、当該ホール素子におけるバイアス電流の向きが経時的に切替わるように前記バイアス電流源と当該ホール素子の複数対の接続端との接続関係を切替えて供給すると共に該接続関係の切替えに同期した極性の切替えを行って当該ホール素子のホール起電力が変調された変調ホール起電力信号を出力するスイッチ回路と、前記変調ホール起電力信号に対し復調を施して復調ホール起電力信号を得る復調器と、前記復調ホール起電力信号に対しΔΣ変調をかけるΔΣ変調器と、前記スイッチ回路における接続関係の切替え動作のタイミングおよび前記復調器における復調動作のタイミングを経時的にランダム化されたタイミングとするタイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給するタイミング制御回路と、を備えたことを特徴とするホール起電力信号検出装置。
【請求項２】
前記タイミング制御回路は、周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給することを特徴とする請求項１に記載のホール起電力信号検出装置。
【請求項３】
前記タイミング制御回路は、位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給することを特徴とする請求項１に記載のホール起電力信号検出装置。
【請求項４】
前記タイミング制御回路は、擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号発生器と、前記ＰＮ符号発生器から出力される擬似ランダム符号によって複数種類の周波数の信号を経時的にランダムに切替えて周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力する変調クロック周波数選択回路とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のホール起電力信号検出装置。
【請求項５】
前記タイミング制御回路は、周波数および位相が一定であるクロック信号を生成する変調クロック生成器と、前記変調クロック生成器の出力に擬似ランダム化を施して位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力するＰＮ符号発生器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のホール起電力信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイアス電流の方向を切替え可能なホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位等に応じた値の検出出力を得るホール起電力信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸やサーボ機構中の回転体の回転角度を測定するための装置として、磁石とホール素子を用いて非接触で回転角度を検出する方式のものがある。これは、回転体の回転変位に同期して変位する磁石が作る磁界によって、ホール素子に生起するホール起電力の変化をΔΣ変調器を用いた量子化処理（ＡＤ変換）を適用して検出し、該検出値に基づいて磁石の（従って、当該回転体の）回転角度を求める（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
上述のようにＡＤ変換にΔΣ変調器を用いるのは、周波数帯域を狭帯域に制限した場合に高いＳＮＲが期待できるからである。
ホール素子に生起するホール起電力を検出する場合、ホール素子ごとに固有のオフセットをキャンセルするために、４つの端子を持つホール素子に対して、ホール素子のバイアスとして交番電流を用いる方法が採られる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
上述のような交番電流を用いる方法によってオフセットをキャンセルして検出したホール起電力をΔΣ変調器に入力して、量子化（ＡＤ変換）する場合には、ＳＮＲに関する要求性能が許す限り、極力低次のΔΣ変調器を用いて回路を簡素化し、ＩＣ化に際してのコスト低減を図りたいという要請がある。
しかしながら、１次或いは２次といった低次のΔΣ変調器では、ＤＣ信号が入力された場合に、パターンノイズと呼ばれる周期的なノイズを生起し易いという問題があることが知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００５】
また一方、本出願人は、ホール素子の駆動方向を縦方向と横方向の間でランダムな２値信号によって切替えて、そのホール起電力信号をランダムに変調してＤＣ帯域を含む広い帯域にスペクトル拡散し、該拡散された信号を復調することによってホール素子のオフセットをキャンセルすると共に信号に混入する各種のノイズを効果的に除去するようにした技術を既に提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８６６９５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】テキサスインスツルメンツ製  ADS1208 データシート（2nd-Order Delta-Sigma Modulator with Excitation for Hall Elements）
【非特許文献２】R S Popovic著    Hall Effect Devices (ISBN-10:0750300965) Inst of Physics Pub Inc (1991/05)刊
【非特許文献３】Northworthy, Shreier, Temes著  Delta-Sigma Data Converters (ISBN 0-7803-1045-4) Wiley-Interscience （1996）刊
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に提案の技術は、ホール素子のオフセットやホール素子モータにおけるスイッチングノイズ等のような外乱ノイズの除去技術を提案するものであるが、ホール起電力の検出処理にΔΣ変調器を用いることを前提とするものではない。従って、低次のΔΣ変調器を用いる場合に特に問題となる非特許文献３に指摘のようなパターンノイズの対策には別段の視点が向けられていない。
【０００９】
また、非特許文献１には、磁石とホール素子を用いて非接触で回転角度を検出する装置においてΔΣ変調器を適用することが開示されているが、上述のようなパターンノイズの発生とその対策には何等言及されていない。
一方、非特許文献２には、ホール素子の構成やその挙動に関する現象について詳細に開示されているが、ΔΣ変調器を適用することに関する開示はない。
また、非特許文献３には、ΔΣ変調器について詳細に解説されているが、ΔΣ変調器をホール起電力の検出手段に適用するといった応用例については特段の論及がない。
【００１０】
次に図面を参照してホール起電力の検出に関する従来の技術について説明を加える。
図５は、ΔΣ変調器を適用した従来のホール起電力信号検出装置の構成を表す機能ブロック図である。
バイアス電流（即ち駆動電流）の供給とホール起電力の検出とに用い得る２対をなす４つの端子を有するホール素子５０１には、バイアス電流源５０２からスイッチ回路５０３によって経時的に電流の向きが切替えられるようにしてバイアス電流が供給されるように構成されている。
スイッチ回路５０３の後段に復調器５０４が設けられ、この復調器５０４の後段にΔΣ変調器５１０を構成する回路部が接続されている。
【００１１】
ΔΣ変調器５１０は、その入力部の加算器５１１、その後段の積分器５１２、更にその後段のコンパレータ５１３、および、コンパレータ５１３から加算器５１１への帰還路に介挿された１ビットＤＡ変換器５１４を含んで構成されている。
コンパレータ５１３の出力側にローパスフィルタ５２０が接続され、このローパスフィルタ５２０を介して、検出されたホール起電力が出力される。
一方、スイッチ回路５０３および復調器５０４には、変調クロック生成器５３０からの変調クロックが供給され、スイッチ回路５０３および復調器５０４は、この変調クロックに同期して作動する。
【００１２】
図６は、図５におけるようなホール素子の駆動方法とホール起電力およびオフセットの生起に関する現象を説明するための図である。
図６（Ａ）はホール素子に対し或る基準方向（電流の方向が基準方向となす角度が０度）にバイアス電流を流した場合にホール起電力が生起する様子を表す図、図６（Ｂ）はホール素子に対し上述の基準方向と９０度の角度をなす方向にバイアス電流を流した場合にホール起電力が生起する様子を表す図である。
【００１３】
図６において、ホール素子は４つの抵抗からなる４端子の素子としてモデル化して表記されている。そして、このホール素子が図６（Ａ）における０度の方向と図６（Ｂ）における９０度の方向とを切替えて定電流で駆動されるものと想定している。
図６（Ａ）の状態において検出される電圧信号をV_Sig_0degとし、図６（Ｂ）の状態において検出される電圧信号をV_Sig_90degとすると、これらの電圧信号は、次の（１）式のようにホール起電力信号 V_HallとオフセットV_Offsetの和として表される。
【００１４】
【数１】
2011163928.tif 000003
【００１５】
ここで、次の（２）式に示されたように、ホール素子のバイアス電流の方向を図６（Ａ）における０度の方向と図６（Ｂ）における９０度の方向とに切替えることによってホール起電力信号V_Hallを変調クロックによって変調することができる。
【００１６】
【数２】
2011163928.tif 000004
【００１７】
一方、オフセットV_Offsetに関しては、（３）式に示されたように、ホール素子のバイアス電流の方向を上述の０度の方向と９０度の方向とに切替えても略一定の値となる。
【００１８】
【数３】
2011163928.tif 000005
【００１９】
上述した作用により、ホール素子のバイアス電流の方向を図６（Ａ）における０度の方向と図６（Ｂ）における９０度の方向とに切替える操作を周期T_Mod（周波数f_Mod = 1/T_Mod)で繰り返した場合、ホール素子から出力される信号（即ち、スイッチ回路の出力である変調ホール起電力信号）V_Sig_Modは、変調クロックによって変調されたホール起電力信号（即ち、復調ホール起電力信号）V_HallにオフセットV_Offsetが重畳されたものとなる。
【００２０】
図７は、図５の装置における各部の信号波形図である。
図７では、変調クロック周期T_Modの２周期の期間について図示され、図７（Ａ）は変調クロックの信号波形図、図７（Ｂ）はバイアス電流の向き、図７（Ｃ）はΔΣ変調器のサンプリングクロックの信号波形図、図７（Ｄ）はホール素子の出力信号（即ち、スイッチ回路の出力である変調ホール起電力信号）V_Sig_Modの信号波形図、図７（Ｅ）は復調器の出力（即ち、復調された復調ホール起電力信号）V_Sig_Dmodの信号波形図である。
【００２１】
上述の変調ホール起電力信号V_Sig_Modは、図７（Ｄ）に示されたように時間周期T_Modで繰返す信号波形を呈する。
図１の装置において、信号V_Sig_Modは、復調器５０４に入力され、ホール素子のバイアス電流の向きを切替える図７（Ａ）の変調クロックで復調されて、図７（Ｅ）に示された信号V_Sig_Dmodとなる。
復調器５０４における復調処理は、次の（４）式に示されたように、図７（Ａ）の変調クロックの位相に従って図７（Ｄ）の信号V_Sig_Modの符号を変える操作である。
【００２２】
【数４】
2011163928.tif 000006
【００２３】
この信号V_Sig_Dmodにおいて、ホール起電力信号成分V_HallはＤＣに復調されており、一方、オフセット成分V_Offsetは、変調クロックで変調されている。
尚、図５では、信号V_Sig_Modを増幅するプリアンプを省略しているが、図５におけるスイッチ回路５０３と復調器５０４との間にプリアンプを設けた構成をとることもある。
また、図６においては、ホール素子のバイアス電流の向きを０度と９０度との間で切替えるものとして説明した。しかしながら、切替えの態様はこれに限られず、ホール素子のホール起電力信号V_Sig_Modが変調クロックによって変調されるようにすればよく、例えば、１８０度、或いは、２７０度といった角度の開きを持ってホール素子のバイアス電流の向きを切替えてホール起電力を検出するように構成することができる。
【００２４】
図８は、図５の装置における変調ホール起電力信号V_Sig_Modおよび復調ホール起電力信号V_Sig_Dmodの周波数スペクトラムを表す図である。
図８（Ａ）は信号V_Sig_Modの周波数スペクトラムを表す図、図８（Ｂ）は信号V_Sig_Dmodの周波数スペクトラムを表す図である。
図８（Ａ）の信号V_Sig_Modにおいては、ホール起電力信号は、変調周波数f_Modに変調されており、ＤＣ信号であるオフセットV_Offsetが重畳している。
図８（Ｂ）の信号V_Sig_Dmodは図５の復調器５０４の出力であり、ホール起電力信号V_HallがＤＣに復調される一方で、オフセットV_Offsetは変調周波数f_Modに変調されている。
【００２５】
図８を参照して説明したような信号V_Sig_Dmodを、それに含まれているオフセット成分である周波数f_Modの成分を除去するためにカットオフ周波数f_LPFを持つローパスフィルタを通過させると、ホール素子のオフセットがキャンセルできる。これは、例えば、上掲の非特許文献２などにも“Connection commutation method”として開示されており、ホール素子に関する信号処理の手法として広く実施されている。
【００２６】
尚、図８の周波数スペクトラム図において、ΔΣ変調器のサンプリングクロックのサンプリング周波数f_SAMPは、変調周波数f_Modに対して、充分高い周波数となっているので、ノイズの折り返し（エイリアシング）は発生しない。
図８の周波数スペクトラムを有する信号V_Sig_DmodをΔΣ変調器に入力する場合、ΔΣ変調器に入力される信号は、変調周波数f_Modで変調されたオフセット信号を含んでいる。
【００２７】
このため、低次のΔΣ変調器にＤＣ信号が入力された場合と比較すると、パターンノイズの発生は少なくなるが、変調周波数f_Modよりも高周波のパターンノイズは発生し得る。こうした変調周波数f_Modよりも高周波のパターンノイズは、その大半が、ΔΣ変調器の後段に配置されるローパスフィルターによって除去されるので、ローパスフィルターの出力信号V_Detにおいて問題とならないが、そのパターンノイズの一部はΔΣ変調器の中で、変調周波数f_Modによって復調される。
【００２８】
図９は、復調器５０４の出力信号V_Sig_Dmodについて発生する周波数シフトの様子を示す周波数スペクトラム図である。
図９に示されたように、ΔΣ変調器の中で、変調周波数f_Modによって復調される一部のパターンノイズは、ローパスフィルタの通過帯域となる低周波領域に周波数シフトして現われる。この周波数シフトによって、ΔΣ変調器の後段に配置されるローパスフィルタではこのパターンノイズを除去することが出来ず、検出されたホール起電力信号V_DetのＳＮＲを低下させる原因となる。
【００２９】
以上のように、高周波領域で発生するパターンノイズが、変調周波数f_Modによって復調されることに起因して低周波側に周波数シフトし、ローパスフィルタの通過帯域に入り込むため、ホール起電力信号V_Detの検出におけるＳＮＲが低下する。そして、上掲の何れの文献も、特にこのような問題には視点が向けられておらず、当然ながら、この問題に対処する方途を開示せず、また、示唆するところもない。
本発明は上述のような状況に鑑みてなされたものであり、ホール素子によるホール起電力信号の検出に適用するΔΣ変調器に生起するパターンノイズを効果的に抑制可能なホール起電力信号検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するべく、以下に列挙するような技術を提案する。
（１）バイアス電流が経時的に向きを切替えて供給され同時にホール起電力の検出を可能にする複数対の接続端を有するホール素子にバイアス電流を供給し当該ホール素子からのホール起電力を検出するホール起電力信号検出装置であって、
バイアス電流を生成するバイアス電流源と、当該ホール素子におけるバイアス電流の向きが経時的に切替わるように前記バイアス電流源と当該ホール素子の複数対の接続端との接続関係を切替えて供給すると共に該接続関係の切替えに同期した極性の切替えを行って当該ホール素子のホール起電力が変調された変調ホール起電力信号を出力するスイッチ回路と、前記変調ホール起電力信号に対し復調を施して復調ホール起電力信号を得る復調器と、前記復調ホール起電力信号に対しΔΣ変調をかけるΔΣ変調器と、前記スイッチ回路における接続関係の切替え動作のタイミングおよび前記復調器における復調動作のタイミングを経時的にランダム化されたタイミングとするタイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給するタイミング制御回路と、を備えたことを特徴とするホール起電力信号検出装置。
【００３１】
上記（１）のホール起電力信号検出装置では、バイアス電流が経時的に向きを切替えて供給され同時にホール起電力の検出を可能にする複数対の接続端を有するホール素子にバイアス電流を供給し当該ホール素子からのホール起電力を検出する。そして、そのバイアス電流源でバイアス電流を生成する。また、そのスイッチ回路で当該ホール素子におけるバイアス電流の向きが経時的に切替わるように前記バイアス電流源と当該ホール素子の複数対の接続端との接続関係を切替えて供給すると共に該接続関係の切替えに同期した極性の切替えを行って当該ホール素子のホール起電力が変調された変調ホール起電力信号を出力する。
【００３２】
更に、その復調器で前記変調ホール起電力信号に対し復調を施して復調ホール起電力信号を得る。また、そのΔΣ変調器で前記復調ホール起電力信号に対しΔΣ変調をかける。そして、そのタイミング制御回路によって前記スイッチ回路における接続関係の切替え動作のタイミングおよび前記復調器における復調動作のタイミングを経時的にランダム化されたタイミングとするタイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給する。
【００３３】
（２）前記タイミング制御回路は、周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給することを特徴とする（１）のホール起電力信号検出装置。
上記（２）のホール起電力信号検出装置では、（１）のホール起電力信号検出装置において特に、前記タイミング制御回路は、周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給する。
【００３４】
（３）前記タイミング制御回路は、位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給することを特徴とする（１）のホール起電力信号検出装置。
上記（３）のホール起電力信号検出装置では、（１）のホール起電力信号検出装置において特に、前記タイミング制御回路は、位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して前記スイッチ回路および復調器に供給する。
【００３５】
（４）前記タイミング制御回路は、擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号発生器と、前記ＰＮ符号発生器から出力される擬似ランダム符号によって複数種類の周波数の信号を経時的にランダムに切替えて周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力する変調クロック周波数選択回路とを備えていることを特徴とする（１）のホール起電力信号検出装置。
【００３６】
上記（４）のホール起電力信号検出装置では、（１）のホール起電力信号検出装置において特に、前記タイミング制御回路は、ＰＮ符号発生器と、変調クロック周波数選択回路とを備えている。そして、そのＰＮ符号発生器は擬似ランダム符号を生成する。また、その変調クロック周波数選択回路は前記ＰＮ符号発生器から出力される擬似ランダム符号によって複数種類の周波数の信号を経時的にランダムに切替えて周波数が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力する。
【００３７】
（５）前記タイミング制御回路は、周波数および位相が一定であるクロック信号を生成する変調クロック生成器と、前記変調クロック生成器の出力に擬似ランダム化を施して位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力するＰＮ符号発生器とを備えていることを特徴とする（１）のホール起電力信号検出装置。
上記（５）のホール起電力信号検出装置では、（１）のホール起電力信号検出装置において特に、変調クロック生成器と、ＰＮ符号発生器とを備えている。そして、その変調クロック生成器は周波数および位相が一定であるクロック信号を生成する。また、そのＰＮ符号発生器は前記変調クロック生成器の出力に擬似ランダム化を施して位相が経時的にランダムに切替わる前記タイミング制御信号を生成して出力する。
【発明の効果】
【００３８】
ホール素子によるホール起電力信号の検出に適用するΔΣ変調器に生起するパターンノイズを効果的に抑制可能なホール起電力信号検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一つの実施の形態であるホール起電力信号検出装置を表す機能ブロック図である。
【図２】図１のホール起電力信号検出装置における各部の信号波形図である。
【図３】図１（図４）における変調ホール起電力信号および復調器から出力される信号の周波数スペクトラムを表す図である。
【図４】図１のホール起電力信号検出装置における第３のチョッパースイッチに関係する各信号のタイミングチャートである。
【図５】ΔΣ変調器を適用した従来のホール起電力信号検出装置の構成を表す機能ブロック図である。
【図６】図５におけるようなホール素子の駆動方法と、ホール起電力およびオフセットの生起に関する現象を説明するための図である。
【図７】図５の装置における各部の信号波形図である。
【図８】図５の装置における変調ホール起電力信号および復調器から出力される信号の周波数スペクトラム図である。
【図９】図５の装置における復調器の出力信号について発生する周波数シフトの様子を示す周波数スペクトラム図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき詳述することにより本発明を明らかにする。
図１は、本発明の一つの実施の形態であるホール起電力信号検出装置を表す機能ブロック図である。
このホール起電力信号検出装置を用いる対象とされるホール素子１０１は、バイアス電流が経時的に向きを切替えて供給され同時にホール起電力の検出を可能にする複数対の接続端を有する。
このホール素子１０１は、より具体的には、バイアス電流の供給とホール起電力の検出に用い得る２対をなす４つの端子を有する。そして、このホール素子１０１には、バイアス電流源１０２からスイッチ回路１０３によって経時的に電流の向きが切替えられるようにしてバイアス電流が供給されるように構成されている。
【００４１】
即ち、スイッチ回路１０３は、ホール素子１０１におけるバイアス電流の向きが経時的に切替わるようにバイアス電流源１０２とホール素子１０１の複数対の接続端（本例では、上述の２対で４つの端子）との接続関係を切替えて電流の方向が切替わるようにしてバイアス電流を供給する。また、スイッチ回路１０３は、このようなバイアス電流の方向の切替えと共に該接続関係の切替えに同期した極性の切替えを行ってホール素子１０１のホール起電力が変調された変調ホール起電力信号を出力する。
【００４２】
スイッチ回路１０３の後段に変調ホール起電力信号に復調をかけて復調ホール起電力信号を得る復調器１０４が設けられ、この復調器１０４の後段に復調ホール起電力信号にでΔΣ変調を施すΔΣ変調器１１０を構成する回路部が接続されている。
ΔΣ変調器１１０は、その入力部の加算器１１１、この加算器１１１の後段に設けられた積分器１１２、この積分器１１２に設けられたコンパレータ１１３、および、コンパレータ１１３から加算器１１１への帰還路に介挿された１ビットＤＡ変換器１１４を含んで構成されている。
コンパレータ１１３の出力側にローパスフィルタ１２０が接続され、このローパスフィルタ１２０を介して、検出されたホール起電力が出力される。
【００４３】
一方、スイッチ回路１０３および復調器１０４には、変調クロック周波数選択回路１３０からの変調クロックが供給される。この変調クロックは、スイッチ回路１０３における接続関係の切替え動作（バイアス電流の向きの切替え動作）のタイミングおよび復調器１０４における復調動作のタイミングを経時的にランダム化されたタイミングとするタイミング制御信号である。
即ち、スイッチ回路１０３および復調器１０４は、このタイミング制御信号たる変調クロックに同期して作動する。
図１の実施の形態では、上述のタイミング制御信号（変調クロック）は、変調クロック周波数選択回路１３０とＰＮ符号発生器１４０とを含んで構成されるタイミング制御回路１５０で生成される。
【００４４】
この変調クロック周波数選択回路１３０はＰＮ符号発生器１４０からのＰＮ符号を受けて外部から供給されるシステムクロックＭＣＬＫのうち異なる周波数のクロック信号を経時的に切替えて出力することにより周波数が経時的にランダムに切替わるタイミング制御信号たる変調クロックを生成する。
ＰＮ符号発生器１４０としては、例えば、長さ１６のＭ系列の符号を得る４段のセル（遅延素子）からなる信号転送部（シフトレジスタ等）と１個の加算器等を含む簡単な構成のものが適用され、変調クロックの単位周期毎に０または１の値をとる２値のＰＮ符号（擬似ランダム符号）を発生する。
【００４５】
既述のように、ＰＮ符号発生器１４０から出力されるＰＮ符号は、変調クロック周波数選択回路１３０に入力される。この変調クロック周波数選択回路１３０は、例えば、変調クロック周波数よりも高い周波数のシステムクロックＭＣＬＫでカウンタ動作を行うカウンタ回路（システムクロックＭＣＬＫを分周して変調クロックを生成するためのカウンタ動作）として容易に実現できる。
変調クロック周波数選択回路１３０は、f_Mod_1、f_Mod_2という２つの異なる周波数の中から、ＰＮ符号発生器１４０から出力されるＰＮ符号に従って、変調クロック周波数を選択するように作動する。
【００４６】
【表１】
2011163928.tif 000007
この場合、f_Mod_1に対応するクロック周期をT_Mod_1 ＝ 1／f_Mod_1、f_Mod_2に対応するクロック周期をT_Mod_2 ＝ 1／f_Mod_2とすると、ＰＮ符号の値が０と１のときの変調クロックをはじめとした信号は、図２に示すような信号波形を呈する。
図２は、図１の装置における各部の信号波形図である。
図２では、変調クロック周期T_Modの２周期の期間について図示され、この２周期のうち、先行する第１周期はＰＮ符号の値が０である期間に対応し、後続する第２周期はＰＮ符号の値が１である期間に対応している。
【００４７】
図２（Ａ）は変調クロックの信号波形図、図２（Ｂ）はバイアス電流の向き、図２（Ｃ）はΔΣ変調器のサンプリングクロックの信号波形図、図２（Ｄ）はホール素子の出力信号（スイッチ回路の出力である変調ホール起電力信号）V_Sig_Modの信号波形図、図２（Ｅ）は復調器の出力（復調ホール起電力信号）V_Sig_Dmodの信号波形図である。
図１の本発明の実施の形態としての装置における信号波形図である図２は、既述の図５の従来の装置における信号波形図である図７との比較において、第１周期および２周期の変調クロックの周期に注目すると両者の相違が顕著である。
【００４８】
即ち、変調クロック周波数選択回路１３０の出力である変調クロックは、２つの周波数f_Mod_1とf_Mod_2からランダムに周波数を選択しているため、２つの周波数f_Mod_1とf_Mod_2の間で、いわゆる周波数ホッピング動作を行っている。その結果、信号V_Sig_Modの周波数スペクトラムは、ホール起電力信号が２つの周波数f_Mod_1とf_Mod_2との間でスペクトル拡散されたものとなる。
また、このようにスペクトル拡散された信号V_Sig_Dmodを復調器で復調すると、信号V_Sig_Dmodが得られる。
【００４９】
図３は、図１における変調ホール起電力信号V_Sig_Modおよび復調器から出力される信号V_Sig_Dmodの周波数スペクトラムを表す図である。
尚、後述するように、図４における変調ホール起電力信号V_Sig_Modおよび復調器から出力される信号V_Sig_Dmodの周波数スペクトラムについてもこの図３と同様である。
図３（Ａ）は変調ホール起電力信号V_Sig_Modの周波数スペクトラムを表す図、図３（Ｂ）は復調ホール起電力信号V_Sig_Dmodの周波数スペクトラムを表す図である。
【００５０】
本発明の装置における信号の周波数スペクトラムを表す図３を既述の従来例における周波数スペクトラムを表す図８と対比して容易に理解されるとおり、本発明においては、ΔΣ変調器に入力される信号V_Sig_Dmodが、従来技術と比較して、ランダム化されている。
尚、ΔΣ変調器においてパターンノイズの発生を抑制して、高いＳＮＲを達成するためには、ΔΣ変調器への入力信号をランダム化することが望ましい（例えば非特許文献３等参照）。
【００５１】
以上のように、図１の本発明の実施の形態では、ホール素子のバイアス電流の方向を切替えるタイミング制御信号たる変調クロックの周波数をランダムに変調することにより、ホール素子が持つオフセットをランダムに変調することができるため、ΔΣ変調器を使用してホール起電力信号を検出する場合において、ΔΣ変調器におけるパターンノイズの発生を抑制することが可能になる。
即ち、本発明の実施の形態では、一般にパターンノイズが問題となりやすい低次のΔΣ変調器回路を利用して、高いＳＮＲでのホール起電力信号の検出が可能となるので、ホール素子を利用した非接触センサを低コストで製造することが可能になる。
【００５２】
図４は、本発明の他の実施の形態であるホール起電力信号検出装置を表す機能ブロック図である。
バイアス電流の供給とホール起電力の検出に用い得る２対をなす４つの端子を有するホール素子１０１には、バイアス電流源１０２からスイッチ回路１０３によって経時的に電流の向きが切替えられるようにしてバイアス電流が供給されるように構成されている。
スイッチ回路１０３の後段に復調器１０４が設けられ、この復調器１０４の後段にΔΣ変調器１１０を構成する回路部が接続されている。
【００５３】
ΔΣ変調器１１０は、その入力部の加算器１１１、この加算器１１１の後段に設けられた積分器１１２、この積分器１１２に設けられたコンパレータ１１３、および、コンパレータ１１３から加算器１１１への帰還路に介挿された１ビットＤＡ変換器１１４を含んで構成されている。
コンパレータ１１３の出力側にローパスフィルタ１２０が接続され、このローパスフィルタ１２０を介して、検出されたホール起電力が出力される。
【００５４】
以上の点は図１の実施の形態と同様であり、図１との対応部には同一の参照符号を附して示し、詳細な点は図１における説明を援用する。
一方、スイッチ回路１０３および復調器１０４には、ＰＮ符号発生器１４０からの０または１の値をとるタイミング制御信号としての２値のＰＮ符号（擬似ランダム符号）が供給される。スイッチ回路１０３および復調器１０４は、このタイミング制御信号たるＰＮ符号に同期して作動する。
【００５５】
このＰＮ符号発生器１４０は変調クロック生成器４３０の出力に擬似ランダム化を施して位相が経時的にランダムに切替わるタイミング制御信号を生成して出力する。
ＰＮ符号発生器１４０としては、例えば、長さ１６のＭ系列の符号を得る４段のセル（遅延素子）からなる信号転送部（シフトレジスタ等）と１個の加算器等を含む簡単な構成のものが適用され得る。そして、変調クロック周波数選択回路４３０から供給される周波数f_Modの変調クロックの単位周期毎に０または１の値をとる２値のＰＮ符号（擬似ランダム符号）を発生する。
このＰＮ符号としては、0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0という長さ１６の数列を繰り返す形態を呈する。
【００５６】
尚、図示の例は、説明の便宜上４ビットのシフトレジスタと加算器という簡単な回路で実現できるＰＮ符号発生器１４０を用いているが、ＰＮ符号発生器として、より周期の長いＰＮ符号系列を発生させるものを用いれば、ＰＮ符号発生器から生成されるPN符号において、より高いランダム性を得ることが可能になる。
ＰＮ符号発生器１４０から出力されるＰＮ符号の値にしたがって、スイッチ回路１０３においては、ホール素子１０１のバイアス電流の向きが制御され、復調器１０４においては、変調ホール起電力信号V_Sig_Modを反転する操作が制御される。このような、スイッチ回路と復調器の動作は次の表２に集約されるとおりである。
【００５７】
【表２】
2011163928.tif 000008
【００５８】
そこで0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0という長さ１６の数列を繰り返すＰＮ符号に対して、ホール素子のバイアス電流の向きの経時的変化をみると、次の表３に集約されるとおりである。
【００５９】
【表３】
2011163928.tif 000009
【００６０】
即ち、ホール素子のバイアス電流の向きの経時的変化はランダムなものとなっている。
以上のように、図４の実施の形態では、タイミング制御信号としてのＰＮ符号によってホール素子を駆動するバイアス電流の向きの切り替えがランダムに行われるために、変調ホール起電力信号V_Sig_Modの中のホール起電力信号成分はスペクトラム拡散を受ける。
その結果、図４の実施の形態における変調ホール起電力信号V_Sig_Modの信号スペクトルおよび復調ホール起電力信号V_Sig_Dmodの信号スペクトルは、図８の従来例におけるものとは異なり、図３のような形態を呈する。
【００６１】
このようにスペクトル拡散された変調ホール起電力信号V_Sig_Dmodを復調器で復調すると、復調ホール起電力信号V_Sig_Dmodが得られるが、このとき、図３を図８と対比して容易に理解されるとおり、図４の実施の形態では、ΔΣ変調器に入力される復調ホール起電力信号V_Sig_Dmodが、従来技術と比較して、ランダム化されている。
既述のように、ΔΣ変調器においてパターンノイズの発生を抑制して、高いＳＮＲを達成するためには、ΔΣ変調器への入力信号をランダム化することが望ましい。
【００６２】
図４の実施の形態では、ホール素子のバイアス電流の方向を切替えるタイミング制御信号としての変調クロックの位相をランダムに変調することにより、ホール素子が持つオフセットをランダムに変調することができる。従って、ΔΣ変調器を使用してホール起電力信号を検出する場合において、ΔΣ変調器におけるパターンノイズの発生を効果的に抑制することが出来る。
図４の実施の形態では、更に、一般にパターンノイズが問題となりやすい低次のΔΣ変調器回路を利用して、高いＳＮＲでのホール起電力信号の検出が可能となるので、ホール素子を利用した非接触センサを低コストで製造することが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０１、５０１…………………ホール素子
１０２、５０２…………………バイアス電流源
１０３、５０３…………………スイッチ回路
１０４、５０４…………………復調器
１１０、５１０…………………ΔΣ変調器
１１１、５１１…………………加算器
１１２、５１２…………………積分器
１１３、５１３…………………コンパレータ
１１４、５１４…………………１ビットＤＡ変換器
１２０、５２０…………………ローパスフィルタ
１３０……………………………変調クロック周波数選択回路
１４０……………………………ＰＮ符号発生器
４３０、５３０…………………変調クロック生成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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