(57)【要約】【課題】ホール素子の出力信号に含まれるリップルを除去する。【解決手段】磁気センサ装置１００は、ホール素子１１、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器１７、チョッパクロックに応じてホール素子１１に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路１２、チョッパクロックに応じてホール素子１１からの磁気信号を復調するチョッパ回路１４、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器１６、及びサンプリングクロックに応じて動作するデジタルフィルタ３１を備える。分周器によりサンプリングクロックを分周してチョッパクロックをスピニングカレント回路及びチョッパ回路に入力することで、デジタルフィルタによりデジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を効率良く除去することができる。【選択図】図１
2019012045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック信号を供給するマイクロコントローラと、
ホール素子と、
サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、
復調された前記磁気信号を前記サンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器の後段に前記サンプリングクロックに応じて、前記デジタル磁気信号から前記チョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタとを備え、
前記サンプリングクロックの周波数は、前記マイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）であり、
前記マイクロコントローラが、プログラム実行により前記デジタルフィルタとして機能する
磁気センサ装置。
【請求項２】
前記デジタルフィルタは、前記チョッパクロックの周波数にノッチを有するノッチフィルタまたはＳＩＮＣフィルタである請求項１に記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記チョッパ回路からの出力に基づいて、リップル低減信号を出力するリップル低減回路と、前記リップル低減信号を復調前の前記磁気信号から加算または減算する演算部と、を更に備える請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
前記ＡＤ変換器は、デルタシグマＡＤ変換器である請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項５】
前記マイクロコントローラからのクロック信号から前記サンプリングクロックを生成するクロック同期回路を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項６】
前記ホール素子は、導体に流れる電流によって生じる磁場を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項７】
前記ホール素子は、インバータ回路の出力電流によって生じる磁場を検出し、
前記マイクロコントローラは、前記出力電流に応じた前記デジタル磁気信号に基づいて、前記インバータ回路を制御する請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項８】
前記マイクロコントローラは、前記デジタル磁気信号に基づいて前記インバータ回路をＰＷＭ制御し、
前記サンプリングクロックの周波数は、前記ＰＷＭ制御に用いるＰＷＭクロックの周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）である請求項７に記載の磁気センサ装置。
【請求項９】
ホール素子と、
マイクロコントローラからのクロック信号が入力される入力部と、
サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、
復調された前記磁気信号を前記サンプリングクロックに応じてサンプリングすることにより、前記サンプリングクロックに応じて動作するデジタルフィルタに対してデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器とを備え、
前記サンプリングクロックの周波数は前記マイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）である磁気センサ回路。
【請求項１０】
前記チョッパ回路からの出力に基づいて、リップル低減信号を出力するリップル低減回路と、前記リップル低減信号を復調前の前記磁気信号から加算または減算する演算部と、を更に備える請求項９に記載の磁気センサ回路。
【請求項１１】
前記ＡＤ変換器は、デルタシグマＡＤ変換器である請求項９または１０に記載の磁気センサ回路。
【請求項１２】
前記入力部の後段に、前記マイクロコントローラからのクロック信号から前記サンプリングクロックを生成するクロック同期回路を更に備える請求項９から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ回路。
【請求項１３】
サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周段階と、
前記チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント処理段階と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ処理段階と、
復調された前記磁気信号を前記サンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換段階と、
前記サンプリングクロックに応じて、前記デジタル磁気信号から前記チョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタリング段階と
を備える磁気センス方法。
【請求項１４】
インバータ回路から負荷に出力される電流の測定方法であって、
前記インバータ回路のマイクロコントローラから磁気センサ回路にクロック信号を入力するクロック入力段階と、
サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周段階と、
前記チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント処理段階と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ処理段階と、
復調された前記磁気信号を前記サンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換段階と、
前記サンプリングクロックに応じて、前記デジタル磁気信号から前記チョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタリング段階と
を備え、
前記サンプリングクロックの周波数は前記クロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）である
電流の測定方法。
【請求項１５】
磁気センサ回路に接続されるマイクロコントローラにより実行されるプログラムであって、
前記磁気センサ回路は、
ホール素子と、
前記マイクロコントローラからのクロック信号を入力する入力部と、
サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、
前記チョッパクロックに応じて前記ホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、
復調された前記磁気信号を前記サンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器と
を備え、
前記プログラムは、前記マイクロコントローラを、
前記デジタル磁気信号を取得する取得部と、
前記サンプリングクロックに応じて、前記デジタル磁気信号から前記チョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタと、
前記サンプリングクロックの周波数は前記マイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）と
して機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ装置、磁気センサ回路、磁気センス方法、電流の測定方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電動モータを駆動するインバータ装置は、電流センサを用いて出力電流を検出し、その検出信号をもとにした制御信号を生成し、それをキャリア（すなわち、搬送波）と比較して駆動信号（例えば、ＰＷＭ信号）を生成し、これを用いることで駆動制御される。
【０００３】
近年では、電流センサとして、電流が流れることにより発生する磁場をホール素子を用いて検出する磁気センサが利用されている。ホール素子の出力信号は、検出電流の量に相応する信号成分に素子固有のオフセット成分を含むことがある。オフセット成分は、例えば、ホール素子の端子対のうち、駆動電流を流すための端子対と起電力信号を取り出す端子対とをチョッパクロックで切り換えるスピニングカレント法により信号成分から周波数分離し、ローパスフィルタに通すことで出力信号から取り除くことができる。しかし、オフセット成分を十分に取り除くには急峻な周波数特性を有するフィルタを要し、かえって応答速度を損なうこととなる。そこで、特許文献１及び２には、出力信号をチョッパクロックでサンプリングし、フィードバックすることでオフセット成分を減衰する技術が開示されている。
特許文献１  米国特許出願公開第２０１１／０２１５９５５号明細書
特許文献２  米国特許出願公開第２０１４／０００９１４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のフィードバックによる手法を用いた場合であっても、低減しきれなかったオフセット成分が残留リップルとして信号成分に重畳する場合があった。このような残留リップルを十分に低減するためには、高精度なフィードバック回路を要することとなる。そのようなフィードバック回路は、大面積を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様においては、クロック信号を供給するマイクロコントローラと、ホール素子と、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、チョッパクロックに応じてホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器と、ＡＤ変換器の後段にサンプリングクロックに応じて、デジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタとを備え、サンプリングクロックの周波数は、マイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）であり、マイクロコントローラが、プログラム実行によりデジタルフィルタとして機能する磁気センサ装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、ホール素子と、マイクロコントローラからのクロック信号が入力される入力部と、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、チョッパクロックに応じてホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングすることにより、サンプリングクロックに応じて動作するデジタルフィルタに対してデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器とを備え、サンプリングクロックの周波数はマイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）である磁気センサ回路が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様においては、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周段階と、チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント処理段階と、チョッパクロックに応じてホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ処理段階と、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換段階と、サンプリングクロックに応じて、デジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタリング段階とを備える磁気センス方法が提供される。
【０００８】
本発明の第４の態様においては、インバータ回路から負荷に出力される電流の測定方法であって、インバータ回路のマイクロコントローラから磁気センサ回路にクロック信号を入力するクロック入力段階と、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周段階と、チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント処理段階と、チョッパクロックに応じてホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ処理段階と、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換段階と、サンプリングクロックに応じて、デジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタリング段階とを備え、サンプリングクロックの周波数はクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）である電流の測定方法が提供される。
【０００９】
本発明の第５の態様においては、磁気センサ回路に接続されるマイクロコントローラにより実行されるプログラムであって、磁気センサ回路は、ホール素子と、マイクロコントローラからのクロック信号を入力する入力部と、サンプリングクロックを分周したチョッパクロックを出力する分周器と、チョッパクロックに応じてホール素子に駆動電流を流す方向を変化させるスピニングカレント回路と、チョッパクロックに応じてホール素子からの磁気信号を復調するチョッパ回路と、復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力するＡＤ変換器とを備え、プログラムは、マイクロコントローラを、デジタル磁気信号を取得する取得部と、サンプリングクロックに応じて、デジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去するデジタルフィルタと、サンプリングクロックの周波数はマイクロコントローラからのクロック信号の周波数のｎ倍またはｎ分の１（ただし、ｎは１以上の整数）として機能させるプログラムが提供される。
【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る磁気センサ回路及びこれを含む磁気センサ装置の構成を示す。
【図２Ａ】ホール素子の出力信号の周波数スペクトルを示す。
【図２Ｂ】スピニングカレント回路の出力信号の周波数スペクトルを示す。
【図２Ｃ】チョッパ回路の出力信号の周波数スペクトルを示す。
【図２Ｄ】デジタルフィルタの周波数特性を示す。
【図２Ｅ】デジタルフィルタの出力信号の周波数スペクトルを示す。
【図３】本実施形態に係る磁気センス方法のフローを示す。
【図４】変形例に係る磁気センサ回路及びこれを含む磁気センサ装置の構成を示す。
【図５】クロック同期回路の構成の一例を示す。
【図６】変形例に係る磁気センス方法のフローを示す。
【図７】本実施形態に係るコンピュータの構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る磁気センサ回路１０及びこれを含む磁気センサ装置１００の構成を示す。図２Ａから図２Ｅは、磁気センサ装置１００の構成各部から出力される信号の周波数スペクトルの例を示す。磁気センサ装置１００は、一例として電動モータ等の負荷に電流（出力電流と呼ぶ）を供給するインバータ回路（不図示）に組み込まれ、出力電流を検出する電流センサとして使用される磁気センサ回路１０及びその検出信号に基づいてインバータ回路を制御するマイクロコントローラ３０を備える。なお、磁気センサ回路１０をインバータ回路に組み込むことで、インバータ回路のマイクロコントローラ３０とともに磁気センサ装置１００を構成することができる。
【００１４】
磁気センサ回路１０は、インバータ回路の出力電流が流れることにより生じる磁場を検出することで電流量を検出する回路であり、これのみで１つのデバイスとして１チップ上に構成することもできる。磁気センサ回路１０は、ホール素子１１、スピニングカレント回路１２、増幅回路１３、チョッパ回路１４、増幅回路１５、ＡＤ変換器１６、分周器１７、入力部１８、減算器１９、及びリップル低減回路２０を備える。
【００１５】
ホール素子１１は、導体に流れる電流によって生じる磁場をホール効果を利用して検出する素子である。ホール素子１１は、例えば半導体を用いて十字状に成形され、一軸方向に対向する一対の端子（例えば、端子１１ａ，１１ｃ又は端子１１ｂ，１１ｄ）を介して素子に駆動電流を流すことにより、一軸方向に直交する方向に対向するもう一対の端子（例えば、端子１１ｂ，１１ｄ又は端子１１ａ，１１ｃ）間に一軸方向及び直交する方向のそれぞれに直交する磁場の強度に比例する起電力を発生し、これを磁気信号として出力する。ただし、ホール素子１１は、図２Ａに示すように、磁場の強度に比例する起電力、すなわち出力電流に比例する信号成分に素子固有のオフセット成分を含めて出力することがある。オフセット成分は、後述するスピニングカレント法により信号成分から周波数分離することで除去することができる。
【００１６】
スピニングカレント回路１２は、スピニングカレント法により、チョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）に応じてホール素子１１に駆動電流を流す方向を変化させる回路である。スピニングカレント法では、チョッパクロックで繰り返す２つの位相間でホール素子１１に流す駆動電流の向きを切り換えて信号成分とオフセット成分との極性を反転させるとともに起電力を検出することで、図２Ｂに示すように、磁気信号において信号成分のみが変調されてオフセット成分（すなわち、ＤＣ成分）から周波数分離される。信号成分とオフセット成分とが周波数分離された磁気信号は、後段の増幅回路１３に出力される。
【００１７】
増幅回路１３は、チョッパ回路１４の入力段に配されて、スピニングカレント回路１２から出力される磁気信号を増幅してチョッパ回路１４に出力する。増幅回路１３は、例えば差動増幅回路であってよく、また、例えばＤＤＡ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で構成してもよい。
【００１８】
チョッパ回路１４は、チョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）に応じてホール素子１１からの磁気信号を復調する回路である。チョッパ回路１４は、スピニングカレント回路１２によりホール素子１１に流れる駆動電流の向きを切り換えるタイミング（すなわち、チョッパクロック）に同期して入力信号の正負を反転することで、磁気信号を復調する。それにより、図２Ｃに示すように、信号成分及びオフセット成分はそれぞれＤＣ成分及び変調成分に変換され、信号成分にチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）で揺らぐリップルが重畳した磁気信号が出力される。復調された磁気信号は、後段の増幅回路１５に出力される。
【００１９】
増幅回路１５は、チョッパ回路１４の出力段に配されて、チョッパ回路１４から出力される磁気信号を増幅して出力する。増幅回路１５は、例えば差動増幅回路でよい。
【００２０】
ＡＤ変換器１６は、チョッパ回路１４により復調された磁気信号をサンプリングクロック（周波数Ｆｍ）に応じてサンプリングしてＡＤ変換することにより、デジタル磁気信号を出力する。ＡＤ変換器１６は、例えば、アナログ信号をオーバーサンプリングしてそれらの差分を積分、量子化、負帰還をかけて変調するデルタシグマ（ΔΣ）変調によりデジタル信号に変換するデルタシグマＡＤ変換器であってよい。それにより、後述するサンプリングクロックに応じて動作するデジタルフィルタ３１によって、デジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数を有するノイズ成分、特にリップル低減回路２０により除去しきれない残留リップル成分を除去することができる。
【００２１】
分周器１７は、サンプリングクロック（周波数Ｆｍ）を分周率（ｎ）で分周してチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）を出力する。ここで、Ｆｃｈｏｐ＝Ｆｍ／ｎであり、例えば分周率ｎ＝１０〜２００、Ｆｃｈｏｐ＝１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚである。である。サンプリングクロックは後述するマイクロコントローラ３０から供給され、分周器１７はこれを分周してチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）をスピニングカレント回路１２及びチョッパ回路１４に出力する。なお、分周器１７の後段にさらにＰＬＬ回路（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ：位相同期回路、図示せず）を備え、チョッパクロックを生成してもよい。これによりサンプリングクロックとチョッパクロックの位相ずれを抑えることができる。
【００２２】
入力部１８は、クロック信号を受信可能な端子を有し、これを介してマイクロコントローラから入力されるサンプリングクロックをＡＤ変換器１６及び分周器１７に供給する。
【００２３】
減算器１９は、スピニングカレント回路１２と増幅回路１３との間に配される演算部の一例であり、スピニングカレント回路１２の出力（すなわち、復調前の磁気信号）からリップル低減回路２０の出力信号（すなわち、リップル低減信号）を減算する。なお、減算器１９は、増幅回路１３の差動増幅回路に含めて構成してよい。例えば、ＤＤＡの１つのトランジスタ差動対にスピニングカレント回路１２の出力を入力し、別のトランジスタ差動対にリップル低減信号を入力するように構成してよい。
【００２４】
リップル低減回路２０は、チョッパ回路１４からの出力に基づいて、復調前の磁気信号に作用するリップル低減信号を出力する回路であり、ＡＤ変換器２１、復調器及びローパスフィルタ２２、及びＤＡ変換器２３を有する。ここで、リップル低減信号とは、チョッパ回路１４によって復調された磁気信号から、磁気信号に重畳されるチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）に応じたリップルに基づいた信号であり、復調後の磁気信号においてリップル要因となる成分（この形態においてはＤＣのオフセット成分）を低減させる信号である。このリップル低減回路２０は、チョッパ回路１４によって復調された磁気信号に重畳されるチョッパクロックに応じたリップルを低減する。
【００２５】
ＡＤ変換器２１は、復調器及びローパスフィルタ２２の前段に配され、増幅回路１５から出力される磁気信号をデジタル変換して復調器及びローパスフィルタ２２に出力する。
【００２６】
復調器及びローパスフィルタ２２は、ＡＤ変換器２１によりデジタル変換された磁気信号を復調（すなわち、再変調）して、信号成分及びオフセット成分をそれぞれ変調成分及びＤＣ成分に変換し、ローパスフィルタを介して信号成分をカットしてオフセット成分のみを出力する。
【００２７】
ＤＡ変換器２３は、復調器及びローパスフィルタ２２の後段に配され、復調器及びローパスフィルタ２２の出力信号をアナログ変換して出力する。
【００２８】
リップル低減回路２０は、ＤＡ変換器２３の出力信号を減算器１９に入力することで磁気信号を負帰還する。つまり、リップル低減回路２０は、チョッパ回路１４によって復調された磁気信号から、磁気信号に重畳されるチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）に応じたリップルに基づいた信号（この形態においてはオフセット成分に相当するＤＣ信号）であるリップル低減信号を減算器１９に出力する。減算器１９によりスピニングカレント回路１２の出力（すなわち、復調前の磁気信号）からリップル低減信号が減算されることで、復調前の磁気信号に含まれる信号成分及びオフセット成分からオフセット成分に相当する量が減算される。それにより、磁気信号に含まれるオフセット成分が抑制されて信号成分に重畳するリップルが小さくなり、その磁気信号がインバータ回路の出力電流の量を示すデジタル磁気信号として磁気センサ回路１０（ＡＤ変換器１６）から出力される。なお、減算器１９に代えて加算器を設け、これを用いてスピニングカレント回路１２の出力（すなわち、復調前の磁気信号）にリップル低減信号を−１倍して加算してもよい。
【００２９】
なお、後述するデジタルフィルタ３１により磁気信号に含まれるオフセット成分が抑制されて信号成分に重畳するリップルが十分小さくなる場合などには、必ずしも、リップル低減回路２０を設けなくてよい。また、リップル低減回路は上述の形態に限られるものではなく、例えばＡＤ変換器２１と復調器の順序を入れ替えて構成してもよく、また例えば上述した内容に相当する機能をアナログのスイッチドキャパシタ回路で構成してもよい。
【００３０】
マイクロコントローラ３０は、磁気センサ回路１０の出力信号に基づいてインバータ回路を制御する装置である。マイクロコントローラ３０は、専用プログラムを実行することによりデジタルフィルタ３１及び制御部３２としてそれぞれ機能する機能ブロックを有する。なお、マイクロコントローラは、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ等で構成されるものであってよい。
【００３１】
デジタルフィルタ３１は、制御部３２から入力されるサンプリングクロック（周波数Ｆｍ）に応じて、磁気センサ回路１０のデジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去する。デジタルフィルタ３１は、ノッチフィルタまたはＳＩＮＣフィルタであってよく、図２Ｄに示すように、周波数ＦｍのオーバーサンプリングレートＯＳＲによる除算Ｆｍ／ＯＳＲの整数倍の周波数にノッチを有し、それらのノッチのうちの１つがチョッパクロックの周波数上に位置する（すなわち、整数Ｎを用いて、Ｆｃｈｏｐ＝ＮＦｍ／ＯＳＲ）。それにより、デジタルフィルタ３１は、図２Ｅに示すように、デジタル磁気信号からリップル低減回路２０により除去しきれないオフセット成分、すなわち残留リップル成分を除去することができる。なお、ＳＩＮＣフィルタは、ＣＩＣフィルタ（cascaded integrator-comb filter）とも呼ばれ、積分器及び微分器で構成されるものである。
【００３２】
制御部３２は、インバータ回路の出力電流に応じたデジタル磁気信号に基づいて制御信号を生成し、それをキャリア（すなわち、搬送波、周波数Ｆｃ）と比較することでパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成し、これをインバータ回路に出力することでインバータ回路をＰＷＭ制御する。また、制御部３２は、マイクロコントローラ３０内のインターバルタイマ、タイマカウンタ等を利用して予め定められた周波数のサンプリングクロックを生成し、デジタルフィルタ３１、ＡＤ変換器１６、及び分周器１７に出力する。サンプリングクロックの周波数Ｆｍは、キャリアクロック（ＰＷＭクロックとも呼ぶ）の周波数Ｆｃの整数倍（すなわち、任意の１以上の整数Ｍを用いてＦｍ＝ＭＦｃ）であり、例えば、Ｆｃ〜１０ｋＨｚ、Ｍ〜１０００、Ｆｍ〜１０ＭＨｚである。なお、サンプリングクロックの周波数Ｆｍは、キャリアクロックの周波数Ｆｃの整数分の１（すなわち、任意の１以上の整数Ｍを用いてＦｍ＝Ｆｃ／Ｍ）でもよい。
【００３３】
マイクロコントローラ３０は、磁気センサ回路１０の出力信号（すなわち、磁気信号）に基づいてインバータ回路を制御するとともに、サンプリングクロックを出力する。サンプリングクロックは、デジタルフィルタ３１に入力され、また入力部１８を介してＡＤ変換器１６及び分周器１７に入力され、さらに分周器１７からチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）としてスピニングカレント回路１２及びチョッパ回路１４に入力される。これにより、デジタルフィルタ３１においてノッチをチョッパクロックの周波数Ｆｃｈｏｐに一致させることができ、それにより、精度の低いリップル低減回路２０を用いる場合でも磁気センサ回路１０のデジタル磁気信号からオフセット成分、すなわち残留リップル成分を効率良く除去することが可能となる。
【００３４】
図３は、本実施形態に係る磁気センス方法のフローを示す。
【００３５】
ステップＳ１では、分周器１７により、インバータ回路のマイクロコントローラ３０（制御部３２）より入力部１８を介して入力されるサンプリングクロック（周波数Ｆｍ）を分周したチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）をスピニングカレント回路１２及びチョッパ回路１４に出力する。なお、サンプリングクロックは、制御部３２より生成されて分周器１７に入力されるとともに、ＡＤ変換器１６及びデジタルフィルタ３１にも入力される。
【００３６】
ステップＳ２では、スピニングカレント回路１２により、チョッパクロックに応じてホール素子１１に駆動電流を流す方向を変化させるとともに、ホール素子１１のホール起電力を受けて磁気信号を出力する。それにより、インバータ回路の出力電流に応じた信号成分に加えてホール素子１１固有のオフセット成分が含まれた磁気信号（図２Ａ参照）において、図２Ｂに示したように、信号成分のみが変調されてオフセット成分から周波数分離される。
【００３７】
ステップＳ３では、チョッパ回路１４により、チョッパクロックに応じて、スピニングカレント回路１２から出力されるホール素子１１からの磁気信号を復調する。それにより、図２Ｃに示しように、磁気信号において信号成分及びオフセット成分がそれぞれＤＣ成分及び変調成分に変換される。
【００３８】
ステップＳ４では、リップル低減回路２０により、チョッパ回路１４により復調された磁気信号を変調し、信号成分をカットしてオフセット成分のみを出力して、スピニングカレント回路１２の出力信号に対して負帰還する。それにより、チョッパ回路１４によって復調された磁気信号に重畳される、チョッパクロックの周波数に応じたリップルが、復調前の磁気信号から低減される。
【００３９】
ステップＳ５では、ＡＤ変換器１６により、チョッパ回路１４により復調された磁気信号をサンプリングクロックに応じてサンプリングしてデジタル磁気信号を出力する。
【００４０】
ステップＳ６では、デジタルフィルタ３１により、サンプリングクロックに応じて、ＡＤ変換器１６（すなわち、磁気センサ回路１０）から出力されるデジタル磁気信号からチョッパクロックの周波数成分を除去する。ここで、図２Ｄに示したように、デジタルフィルタ３１がチョッパクロックの周波数（Ｆｃｈｏｐ）上に位置するノッチを有することで、デジタルフィルタ３１により、図２Ｅに示したように、デジタル磁気信号からリップル低減回路２０により除去しきれないオフセット成分、すなわち残留リップル成分が除去される。
【００４１】
磁気センサ装置１００は、ホール素子１１から磁気信号が出力される都度、上記のステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す。
【００４２】
なお、本実施形態に係る磁気センサ回路１０はインバータ回路に組み込んでそのマイクロコントローラ３０とともに磁気センサ装置１００を構成するとしたが、インバータ回路に限らず、電流を出力する任意の外部装置に組み込んでこれを制御するマイクロコントローラとともに磁気センサ装置１００を構成してもよい。
【００４３】
図４は、変形例に係る磁気センサ回路１１０及びこれを含む磁気センサ装置２００の構成を示す。磁気センサ装置２００は、一例として電動モータ等の負荷に電流（すなわち、出力電流）を供給するインバータ回路（不図示）に組み込まれ、出力電流を検出する電流センサとして使用される磁気センサ回路１１０及びその検出信号に基づいてインバータ回路を制御するマイクロコントローラ３０を備える。なお、磁気センサ回路１１０をインバータ回路に組み込むことで、インバータ回路のマイクロコントローラ３０とともに磁気センサ装置２００を構成することができる。
【００４４】
なお、本例では、マイクロコントローラ３０に含まれる制御部３２は、マイクロコントローラ３０内のインターバルタイマ、タイマカウンタ等を利用して予め定められた周波数Ｆｍのサンプリングクロックを生成してデジタルフィルタ３１に供給するとともに、同様にマイクロコントローラ３０内のインターバルタイマ、タイマカウンタ等を利用して予め定められた周波数Ｆｃのキャリア（すなわち、搬送波）の整数倍又は分周された周波数Ｆｃ'のキャリア同期クロックを後述するクロック同期回路４０に供給する。ここで、キャリア同期クロックの周波数Ｆｃ'は任意の整数Ｋを用いてＫＦｃ又はＦｃ／Ｋと与えられ、サンプリングクロックの周波数Ｆｍはキャリア同期クロックの周波数Ｆｃ'の整数倍、すなわち任意の１以上の整数Ｌを用いてＦｍ＝ＬＦｃ'と与えられる。なお、サンプリングクロックの周波数Ｆｍは、キャリア同期クロックの周波数Ｆｃ'の整数分の１、すなわち任意の１以上の整数Ｌを用いてＦｍ＝Ｆｃ'／Ｌでもよい。
【００４５】
磁気センサ回路１１０は、インバータ回路の出力電流が流れることにより生じる磁場を検出することで電流量を検出する回路であり、これのみで１つのデバイスとして１チップ上に構成することもできる。磁気センサ回路１１０は、先述の磁気センサ回路１０の構成に加えてさらにクロック同期回路４０を備える。
【００４６】
クロック同期回路４０は、制御部３２から入力部１８を介してキャリア同期クロックＦｃ'を受けてこれと位相同期し、予め設定された整数Ｌに基づいて周波数Ｆｍ（＝ＬＦｃ'）のサンプリングクロックを復元・生成し、ＡＤ変換器１６及び分周器１７に供給する。
【００４７】
図５は、クロック同期回路４０の構成の一例を示す。クロック同期回路４０は、Ｉｎｔｅｇｅｒ／Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ＰＬＬ回路によって構成されている。クロック同期回路４０は、分周器４１、位相周波数比較器／チャージポンプ４２、ループフィルタ４３、電圧制御型発振器４４、及び分周器４５を有する。分周器４１は、キャリア同期クロック（周波数Ｆｃ'）を分周率Ｎで分周して出力する。位相周波数比較器／チャージポンプ４２は、分周器４１の出力をリファレンス信号とし、分周期４５からのフィードバック信号の位相及び周波数がリファレンス信号のそれらと一致するようにエラー信号を出力する。ループフィルタ４３は、位相周波数比較器／チャージポンプ４２からのエラー信号を平滑化し、後段の電圧制御型発振器４４の制御電圧に変換する。電圧制御型発振器４４は、入力電圧に応じて周波数を変えて信号を出力する。分周器４５は、電圧制御型発振器４４の出力を分周率Ｍで分周して位相周波数比較器／チャージポンプ４２にフィードバックする。この構成のクロック同期回路４０において、整数Ｌ＝Ｍ／Ｎと与えられる。クロック同期回路４０は、整数Ｎ，Ｍの組み合わせにより、キャリア同期クロックの周波数Ｆｃ'に対して任意の整数Ｌ倍の周波数Ｆｍ（＝ＬＦｃ'）の信号を出力することができる。
【００４８】
なお、クロック同期回路４０により、マイクロコントローラ３０から磁気センサ回路１１０に供給するクロックの周波数を下げることもできるので、磁気センサ装置２００の消費電力を抑えることができる。また、マイクロコントローラ３０と磁気センサ回路１１０が離れていてもクロックを安定供給するためのバッファ回路を削減することができる。また、デジタルフィルタ３１に供給するサンプリングクロックとＡＤ変換器１６に供給するサンプリングクロックの位相ずれを抑えることもできる。なお、キャリア同期クロック（周波数Ｆｃ'）は、デュティ５０％である必要はない。
【００４９】
図６は、変形例に係る磁気センス方法のフローを示す。
【００５０】
ステップＳ１１では、マイクロコントローラ３０に含まれる制御部３２から磁気センサ回路１１０にキャリア同期クロックＦｃ'を入力する。磁気センサ回路１１０は、入力部１８を介してキャリア同期クロックＦｃ'を受けると、クロック同期回路４０によりサンプリングクロック（周波数Ｆｍ）を復元・生成し、ＡＤ変換器１６と分周器１７に供給する。
【００５１】
ステップＳ１２では、分周器１７により、クロック同期回路４０より入力されるサンプリングクロックを分周したチョッパクロック（周波数Ｆｃｈｏｐ）をスピニングカレント回路１２及びチョッパ回路１４に出力する。
【００５２】
ステップＳ１２に次いで、先述したステップＳ２〜Ｓ６を実行する。それにより、インバータ回路（不図示）から負荷に出力される電流が測定される。
【００５３】
なお、本実施形態に係る磁気センサ装置１００及び変形例に係る磁気センサ装置２００において、制御部３２からデジタルフィルタ３１に供給されるサンプリングクロックの位相と入力部１８等を介してＡＤ変換器１６に供給されるサンプリングクロックの位相とは一致していることとしたが、一致していなくてもよい。
【００５４】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【００５５】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【００５６】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【００５７】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【００５８】
図７は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。
【００５９】
本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インタフェース２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。
【００６０】
ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。
【００６１】
通信インタフェース２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。
【００６２】
ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。
【００６３】
プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
【００６４】
例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
【００６５】
また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
【００６６】
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
【００６７】
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１０…磁気センサ回路、１１ａ〜１１ｄ…端子、１１…ホール素子、１２…スピニングカレント回路、１３…増幅回路、１４…チョッパ回路、１５…増幅回路、１６…ＡＤ変換器、１７…分周器、１８…入力部、１９…減算器、２０…リップル低減回路、２１…ＡＤ変換器、２２…復調器及びローパスフィルタ、２３…ＤＡ変換器、３０…マイクロコントローラ、３１…デジタルフィルタ、３２…制御部、４０…クロック同期回路、４１…分周器、４２…位相周波数比較器／チャージポンプ、４３…ループフィルタ、４４…電圧制御型発振器、４５…分周器、１００…磁気センサ装置、１１０…磁気センサ回路、２００…磁気センサ装置、２２００…コンピュータ、２２０１…ＲＯＭ、２２１０…ホストコントローラ、２２１２…ＣＰＵ、２２１４…ＲＡＭ、２２１６…グラフィックコントローラ、２２１８…ディスプレイデバイス、２２２０…出力コントローラ、２２２２…通信インタフェース、２２２４…ハードディスクドライブ、２２２６…ＲＯＭドライブ、２２３０…ＲＯＭ、２２４０…出力チップ、２２４２…キーボード。
【図１】
2019012045.tif 000003
【図２Ａ】
2019012045.tif 000004
【図２Ｂ】
2019012045.tif 000005
【図２Ｃ】
2019012045.tif 000006
【図２Ｄ】
2019012045.tif 000007
【図２Ｅ】
2019012045.tif 000008
【図３】
2019012045.tif 000009
【図４】
2019012045.tif 000010
【図５】
2019012045.tif 000011
【図６】
2019012045.tif 000012
【図７】
2019012045.tif 000013