(57)【要約】簡易な回路構成にも拘わらず、磁場の正確な角度検出を可能とした角度検出装置、および、磁場の角度を検出するための角度検出システムを提供する。ＨＥはホール素子、２はＸＹ切り替え部、４は変調・駆動部、６はＤＤＡ、８はＰ−Ｐ検出部、１０および１２はＳ／Ｈ部、１４は後段処理回路、１６はＳ／Ｈ部、１８は保持成分指定回路、２０はＸ，Ｙ指定入力部、２２は演算増幅器である。この角度検出装置によれば、個別的な演算処理を施してｓｉｎθおよびｃｏｓθを求め、さらに、ｔａｎθを求めるといったことを行うことなく、Ｓ／Ｈ部（１０）に保持されたＸ成分、および、Ｓ／Ｈ部（１２）に保持されたＹ成分から直ちにｔａｎθを求めることが可能となる。
2003081182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部からの出力信号を入力し、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部を備え、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の角度検出装置において、
前記第１の磁気センサ部と前記第２の磁気センサ部は、それぞれ、対向する一対の磁気センサを備えており、これら一対の磁気センサは互いに直交する直線上に配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１の磁気センサ部および前記第２の磁気センサ部は、磁気収束板の端部に近接して配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記制御手段は、前記第１の方向成分の出力信号が前記一定値を有するように制御するための帰還制御ループを備えていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の角度検出装置において、
前記制御手段は、前記帰還制御ループを切断させる帰還停止手段を備えていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の角度検出装置において、
前記帰還制御ループは演算増幅器を備え、該演算増幅器の反転入力端には、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号のいずれか一方が抵抗を介して入力され、且つ、該演算増幅器の反転入力端には、基準入力電圧が抵抗を介して入力されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の角度検出装置において、
前記演算増幅器の反転入力端に入力される、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号は、指定入力部から供給される指定に基づいて決定されることを特徴とする角度検出装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の角度検出装置において、
前記演算増幅器の出力端と反転入力端との間にはＰＩレギュレータが接続されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記帰還停止手段は、前記第１および第２の磁気センサ部を既定の固定電圧で駆動することを特徴とする角度検出装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記帰還停止手段は、前記演算増幅器をボルテージフォロアとして作動させることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１および第２の磁気センサ部は、前記演算増幅器の出力端から得られる電圧に基づいて駆動されることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１および第２の磁気センサ部は、スピニングカレントメソッドに従って駆動されることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
当該角度検出装置の電源を投入した直後には、前記帰還停止手段により前記帰還制御ループの機能を停止させた状態を保持しつつ、少なくとも２方向の磁気成分を検出する前記第１および第２の磁気センサ部からの検出出力に基づいて角度領域の判定を行う領域判定手段、
を有することを特徴とする角度検出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の角度検出装置において、
前記領域判定手段は、角度領域の判定を行うに際して、前記第１および第２の磁気センサ部から得られた前記第１および第２の方向成分の出力信号の絶対値と符号の正負とを用いることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいてそれぞれ検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号の符号を、磁場との相対角度に応じて、反転させる符号反転手段と、
前記一定値を有するように制御すべき前記第１の方向成分の出力信号を、前記第２の方向成分の出力信号に切り替える成分切替手段とを備え、
角度の検出可能範囲を拡張することを特徴とする角度検出装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の角度検出装置において、
前記成分切替手段は、前記第２の方向成分の出力信号に切り替えた後、再び前記第１の方向成分に切り替えることを特徴とする角度検出装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
前記第１の磁気センサ部により検出された前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の磁気センサ部により検出された前記第２の方向成分の出力信号に応答して、所定クロックの計数動作を行う計数手段と、
前記計数手段の計数値を、予め定めた変換値に変換する第１の変換手段と、
前記第１または第２の方向成分の出力信号の値と前記変換値とを比較して、前記変換値が前記第１または第２の方向成分の出力信号の値に達したとき、前記計数手段による計数動作を停止させる計数停止手段と、
前記計数値を角度情報に変換する第２の変換手段と、
を有することを特徴とする角度検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の角度検出装置において、
前記計数値は検出角度θに対応し、前記変換値はｔａｎθに対応していることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の角度検出装置において、
前記第１の変換手段は、検出角度θをｔａｎθに変換するロジック回路を有することを特徴とする角度検出装置。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記計数停止手段は、前記第１の磁気センサまたは第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出されたタンジェント値を入力する第１入力端と、前記第１の変換手段からの出力に対応したタンジェント値を入力する第２入力端と、
を有する比較器であることを特徴とする角度検出手段。
【請求項２２】
請求項１８〜２１のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１の変換手段の出力端と、前記計数停止手段の入力端は、Ｄ／Ａコンバータを介して接続されていることを特徴とする角度検出手段。
【請求項２３】
請求項２２に記載の角度検出装置において、
前記Ｄ／Ａコンバータの参照電圧として、前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の出力信号のうち、前記一定値を有するように制御した方向成分の出力信号を用いることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２４】
請求項１８〜２３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第２の変換手段は、前記角度情報を得るための所定の補間処理を行うことを特徴とする角度検出装置。
【請求項２５】
請求項１８〜２４のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
前記第１の磁気センサ部または前記第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号を入力し、前記第２の変換手段から出力された角度情報に対してオフセット角度値の加算処理を行うオフセット補正手段、
を有することを特徴とする角度検出装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
角度に依存する信号を角度に対して直線的に変化する複数の角度領域に分割し、その領域を判定する判定手段を備え、
角度の抽出を、近似直線の傾きの調節と、オフセット加算による一次変換とにより行うことを特徴とする角度検出装置。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１および第２の磁気センサ部は、ホール素子を有することを特徴とする角度検出装置。
【請求項２８】
請求項２２に記載の角度検出装置において、
前記ホール素子は、磁気収束板の端部に近接して配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれかの項に記載の角度検出装置を半導体基板上に形成した半導体装置を、回転する永久磁石の近傍に設置し、該永久磁石の回転角度を検出することを特徴とする角度検出システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、角度検出装置および角度検出システムに関するものである。
さらに詳述すると、本発明は、少なくとも２方向の磁気成分を検出する磁気センサ部からの出力信号に基づいて、磁場との相対角度を検出する角度検出装置、ならびに、この角度検出機能を備えた角度検出システムに関するものである。
背景技術
従来から、ホール素子などの磁気センサを用いた角度検出装置が種々知られている。これら従来の角度検出装置では、所謂スピニングカレントメソッドに基づいた構成を採ることにより、ホール素子出力に含まれるオフセット誤差を相殺することが広く知られている。このスピニングカレントメソッドについては、たとえば、Ａｌｂｅｒｔｏ  Ｂｉｌｏｔｔｉ，Ｇｅｒａｒｄｏ  ＭｏｎｒｅａｌおよびＲａｖｉ  Ｖｉｇ著による「ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＨＡＬＬ  ＳＥＮＳＯＲ  ＵＳＩＮＧ  ＤＹＮＡＭＩＣ  ＱＵＡＤＲＡＴＵＲＥ  ＯＦＦＳＥＴ  ＣＡＮＣＥＬＬＡＴＩＯＮ」，Ａｌｌｅｇｒｏ  ＭｉｃｒｏＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．発行，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒ  ＳＴＰ  ９７−１０に記載されている。
また、米国特許第５，９４２，８９５号公報に記載されているように、磁気収束板の下部にホール素子を配置することにより、正確な磁気検出を行うことが知られている。
しかしながら、これらの従来技術により磁場の角度検出を行う際には、一つのホール出力ごとに既定のデジタル処理を施していき、最後に角度情報を得るための演算処理を行うこと等が必要になるので、回路規模の拡大ならびに生産コストの上昇は避けられない問題であった。
特に、半導体プロセスなどにより超小型の角度検出装置を実現しようとする場合には、回路構成の簡略化および装置全体の小型化は、ぜひとも解決しなければならない課題となっている。
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、簡易な回路構成にも拘わらず、正確な角度検出を可能とした角度検出装置および角度検出システムを提供することにある。
発明の開示
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部からの出力信号を入力し、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、を具備したものである。
請求項２に係る本発明は、少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部を備え、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、を具備したものである。
請求項３に係る本発明は、請求項１または２に記載の角度検出装置において、前記第１の磁気センサ部と前記第２の磁気センサ部は、それぞれ、対向する一対の磁気センサを備えており、これら一対の磁気センサは互いに直交する直線上に配置されている。
請求項４に係る本発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第１の磁気センサ部および前記第２の磁気センサ部は、磁気収束板の端部に近接して配置されている。
請求項５に係る本発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記制御手段は、前記第１の方向成分の出力信号が前記一定値を有するように制御するための帰還制御ループを備えている。
請求項６に係る本発明は、請求項５に記載の角度検出装置において、前記制御手段は、前記帰還制御ループを切断させる帰還停止手段を備えている。
請求項７に係る本発明は、請求項５または６に記載の角度検出装置において、前記帰還制御ループは演算増幅器を備え、該演算増幅器の反転入力端には、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号のいずれか一方が抵抗を介して入力され、且つ、該演算増幅器の反転入力端には、基準入力電圧が抵抗を介して入力されている。
請求項８に係る本発明は、請求項７に記載の角度検出装置において、前記演算増幅器の反転入力端に入力される、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号は、指定入力部から供給される指定に基づいて決定される。
請求項９に係る本発明は、請求項７または８に記載の角度検出装置において、前記演算増幅器の出力端と反転入力端との間にはＰＩレギュレータが接続されている。
請求項１０に係る本発明は、請求項６〜９のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記帰還停止手段は、前記第１および第２の磁気センサ部を既定の固定電圧で駆動する。
請求項１１に係る本発明は、請求項７〜１０のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記帰還停止手段は、前記演算増幅器をボルテージフォロアとして作動させる。
請求項１２に係る本発明は、請求項７〜１１のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第１および第２の磁気センサ部は、前記演算増幅器の出力端から得られる電圧に基づいて駆動される。
請求項１３に係る本発明は、請求項１〜１２のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第１および第２の磁気センサ部は、スピニングカレントメソッドに従って駆動される。
請求項１４に係る本発明は、請求項６〜１３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、当該角度検出装置の電源を投入した直後には、前記帰還停止手段により前記帰還制御ループの機能を停止させた状態を保持しつつ、少なくとも２方向の磁気成分を検出する前記第１および第２の磁気センサ部からの検出出力に基づいて角度領域の判定を行う領域判定手段、を有する。
請求項１５に係る本発明は、請求項１４に記載の角度検出装置において、前記領域判定手段は、角度領域の判定を行うに際して、前記第１および第２の磁気センサ部から得られた前記第１および第２の方向成分の出力信号の絶対値と符号の正負とを用いる。
請求項１６に係る本発明は、請求項１〜１５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいてそれぞれ検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号の符号を、磁場との相対角度に応じて、反転させる符号反転手段と、前記一定値を有するように制御すべき前記第１の方向成分の出力信号を、前記第２の方向成分の出力信号に切り替える成分切替手段とを備え、角度の検出可能範囲を拡張する。
請求項１７に係る本発明は、請求項１６に記載の角度検出装置において、前記成分切替手段は、前記第２の方向成分の出力信号に切り替えた後、再び前記第１の方向成分に切り替える。
請求項１８に係る本発明は、請求項１〜１７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、前記第１の磁気センサ部により検出された前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の磁気センサ部により検出された前記第２の方向成分の出力信号に応答して、所定クロックの計数動作を行う計数手段と、前記計数手段の計数値を、予め定めた変換値に変換する第１の変換手段と、前記第１または第２の方向成分の出力信号の値と前記変換値とを比較して、前記変換値が前記第１または第２の方向成分の出力信号の値に達したとき、前記計数手段による計数動作を停止させる計数停止手段と、前記計数値を角度情報に変換する第２の変換手段と、を有する。
請求項１９に係る本発明は、請求項１８に記載の角度検出装置において、前記計数値は検出角度θに対応し、前記変換値はｔａｎθに対応している。
請求項２０に係る本発明は、請求項１８または１９に記載の角度検出装置において、前記第１の変換手段は、検出角度θをｔａｎθに変換するロジック回路を有する。
請求項２１に係る本発明は、請求項１８〜２０のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記計数停止手段は、前記第１の磁気センサまたは第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出されたタンジェント値を入力する第１入力端と、前記第１の変換手段からの出力に対応したタンジェント値を入力する第２入力端と、を有する比較器である。
請求項２２に係る本発明は、請求項１８〜２１のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第１の変換手段の出力端と、前記計数停止手段の入力端は、Ｄ／Ａコンバータを介して接続されている。
請求項２３に係る本発明は、請求項２２に記載の角度検出装置において、前記Ｄ／Ａコンバータの参照電圧として、前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の出力信号のうち、前記一定値を有するように制御した方向成分の出力信号を用いる。
請求項２４に係る本発明は、請求項１８〜２３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第２の変換手段は、前記角度情報を得るための所定の補間処理を行う。
請求項２５に係る本発明は、請求項１８〜２４のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、前記第１の磁気センサ部または前記第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号を入力し、前記第２の変換手段から出力された角度情報に対してオフセット角度値の加算処理を行うオフセット補正手段、を有する。
請求項２６に係る本発明は、請求項１〜２５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、角度に依存する信号を角度に対して直線的に変化する複数の角度領域に分割し、その領域を判定する判定手段を備え、角度の抽出を、近似直線の傾きの調節と、オフセット加算による一次変換とにより行う。
請求項２７に係る本発明は、請求項１〜２６のいずれかの項に記載の角度検出装置において、前記第１および第２の磁気センサ部は、ホール素子を有する。
請求項２８に係る本発明は、請求項２２に記載の角度検出装置において、前記ホール素子は、磁気収束板の端部に近接して配置されている。
請求項２９に係る本発明は、請求項１〜２８のいずれかの項に記載の角度検出装置を半導体基板上に形成した半導体装置を、回転する永久磁石の近傍に設置し、該永久磁石の回転角度を検出する角度検出システムである。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明を適用した角度検出装置の主要部分を示した回路図である。本図において、ＨＥはホール素子であり、磁気センサとして用いる。磁場のＸ方向成分およびＹ方向成分を検出するため、少なくとも２対のホール素子が必要である。本実施の形態では、Ｘ方向成分を検出するために４個、Ｙ方向成分を検出するために４個のホール素子を備えている。
これらのホール素子ＨＥは、図２に示すように、円形の磁気収束板ＭＣの周辺端下部に配置してある。なお、磁気収束板ＭＣによって、米国特許第５，９４２，８９５号にも記載されているように、ホール素子近傍の磁界は収束され、ホール素子の感磁面の磁束密度を大きくすることができる。
本発明に係る「制御手段」は、図１に示した演算増幅器（オペアンプ）２２，ＰＩレギュレータ２４，２つの抵抗Ｒ１，および基準電圧Ｖｒｅｆに相当する（これらの要素については、後に詳述する）。また、本発明に係る「駆動手段」は、図１に示した変調・駆動部４ならびにオペアンプ２２に相当する（この変調・駆動部４についても、後に詳述する）。
再び図１に戻り、ホール素子の出力切り替え処理について説明する。
８個のホール素子ＨＥからそれぞれ検出された検出信号は、ＸＹ切り替え部２において、時分割的に順次選択される。すなわち、このＸＹ切り替え部２では、各対のホール素子からの出力信号を、交互に切り替えながらサンプルしていく。一般的には、検出信号Ｘおよび検出信号Ｙについてそれぞれアンプおよび復調回路（Ｐ−Ｐ検出部）を装備すればよいことになるが、これではチップ面積の増大を招いてしまう。そこで、本実施の形態では、検出信号Ｘ，Ｙを交互にサンプルし、これらの検出信号Ｘ，Ｙに共通なアンプおよび復調回路（Ｐ−Ｐ検出部）を用いる構成を採っている。
具体的には、検出信号Ｘを得るためのホール素子と、検出信号Ｙを得るためのホール素子とを交互に切り替えてドライブする。そこでＸＹ切り替え部２では、図３に示すように、第１相用のクロックおよび第２相用のクロックを用いて、ホール素子の選択を行っている。例えば、ＸＹ切り替え部２は、スイッチドキャパシタ回路により構成され、第１相用のクロックおよび第２相用のクロックを、そのサンプリングクロックとして用いる。これら２相のクロックを用いる理由は、ホール素子の検出信号に重畳されているオフセットＤＣ成分を相殺するためである。その詳細については、次段の変調・駆動部４に関連して説明する。
変調・駆動部４では、検出信号Ｘおよび検出信号Ｙを得るためのバイアス方向切り替え処理、および、信号（ホール電圧）の取り出し方向を切り替えるための処理を行う。この処理は、いわゆるチョッパ方式、あるいはスピニングカレントメソッドとして一般に知られている手法である。図４Ａおよび図４Ｂは、このスピニングカレントメソッドを用いて、ホール素子を２相駆動する態様を説明している。スピニングカレントメソッドでは、これら図４Ａおよび図４Ｂに示すように、ホール素子ＨＥのバイアス方向を切り替えることにより、ホール素子の出力信号に含まれているオフセット成分をキャンセルするものである。
なお、ここで注意すべき点は、図３に示した第１相と第２相において、後段の４入力加算型アンプ６（ＤＤＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に入力する信号の極性を反転していることである。この符号反転処理により、ＤＤＡ６側から見たホール素子ＨＥの検出信号は、図４Ｂの如く、ＡＣ的に切り替わる矩形波となる。つまり、ＤＣ成分として入力されたホール電圧は、この符号反転処理によりＡＣ信号へと変調（すなわち、変換）される。この信号処理は、検出信号Ｘおよび検出信号Ｙの両方について、全く同じように行われる。
図５は、変調・駆動部４を介して、Ｘ検出信号を得るためのホール素子と、Ｙ検出信号を得るためのホール素子を如何にドライブするかについて、模式的に描いた説明図である。本図から明らかなように、演算増幅器（以下、ＯＰアンプという）の加算入力点（反転入力端）には、基準電圧ＶｒｅｆとＸ成分（または、Ｙ成分）が印加されていることから、Ｖｒｅｆ＋Ｘ（またはＶｒｅｆ＋Ｙ）が仮想接地点（非反転入力端）の電位（アナロググランド）と等しくなるように動作する。また、図１から明らかなように、このＸ成分（または、Ｙ成分）は帰還された電圧であるので、Ｘ成分（または、Ｙ成分）は一定値となるように帰還制御されることになる。さらに、本実施の形態では、帰還制御されている一方の成分（Ｘ成分、または、Ｙ成分）を得るためのホール素子ドライブ電圧が、帰還制御されていない他方の成分（Ｙ成分、または、Ｘ成分）を得るためのホール素子（Ｙ成分検出用ホール素子、または、Ｘ成分検出用ホール素子）に印加されている。この点は、本実施の形態にとって非常に重要な点であるが、その意義については後に詳述する。
再び、図１に戻り、ＤＤＡ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）６について説明する。このＤＤＡ６は、入力電圧の加算をとり、増幅する機能を果たす。本実施の形態では、既述の通り（図２参照）、Ｘ成分，Ｙ成分用にそれぞれ４つのホール素子があるので、それら４つの検出出力を加算して、既定の増幅率で増幅する。従って、ＤＤＡ６から出力される信号は、図４Ｂの下方に示した第２相の入力終了時における波形を、４×［設定増幅率］で増幅した信号となる。このとき、各ホール素子の検出信号に重畳されているオフセット電圧成分は、両方の相（すなわち第１相，第２相）について、同じ値を有することになる。図６は、このオフセット電圧を摸式的に示したものであり、図中では、一点鎖線で描いてある。
Ｐ−Ｐ（ピーク−ピーク）検出部８は、上述した第１相信号のピーク値と、第２相信号のピーク値を検出し、それらピーク値間の値を求める回路である。すなわちＰ−Ｐ検出部８では、第１相における信号のピーク値と、第２相における信号のピーク値の減算をとることにより、ＡＣ信号に変調（変換）されているセンサ検出信号（＝変調・駆動部４の出力信号）を復調する。さらに詳述すると、第１相の信号は、Ｐ−Ｐ検出部８のキャパシタ（図示せず）に保持されており、第２相の信号入力と同時に減算される。ここで重要なのことは、減算処理を実行することにより、同じ値を有するオフセット成分をキャンセルすることができることである。また、減算をすることで、振幅成分は２倍に増幅される。
Ｐ−Ｐ検出部８から出力された信号はサンプルアンドホールド（Ｓ／Ｈ）部１０，１２に取り込まれ、保持される。ここで、Ｓ／Ｈ部１０は復調されたＸ成分を、Ｓ／Ｈ部１２は復調されたＹ成分を保持する。図７に示す通り、サンプルアンドホールドされた信号は階段状となるので、後段処理回路１４に含まれるフィルタ（図示せず）を用いて平滑処理することにより、破線で示すなだらかな波形が得られる。なお、Ｐ−Ｐ検出部８は、非反転信号および反転信号の両方を出力可能であるので、符号ビットによってＳ／Ｈ部１０，１２に取り込まれる信号の符号を切り替えることが可能である。
Ｐ−Ｐ検出部８から時系列的に出力されたＸ成分，Ｙ成分は、別のＳ／Ｈ部１６にも入力される。このＳ／Ｈ部１６は、保持成分指定回路１８からの制御出力に応じて、Ｘ成分，Ｙ成分のいずれか一方の成分のみを保持する。すなわち、外部からＸ，Ｙ指定入力部２０に保持成分指定信号を入力することにより、保持成分指定回路１８は、Ｘ成分およびＹ成分のいずれか一方を保持するための制御出力を供給する。
Ｓ／Ｈ部１６から出力されたＸ成分（またはＹ成分）は、先に図５を参照して説明したように、抵抗Ｒ１を介してＯＰアンプ２２の加算入力点（反転入力端）に印加される。その結果、帰還制御ループの機能により、Ｘ成分（またはＹ成分）が一定値になるよう制御される。なお、このＯＰアンプ２２には、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣの直列接続からなる帰還回路（ＰＩレギュレータ：Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）が含まれているが、その理由は、上記帰還制御ループにおける帰還制御がサンプルパルスに同期した離散系で行われているので、発信等の不都合を回避するために積分機能をもたせたものである。
いま、Ｘ成分が一定になるようＸ方向のホール素子を駆動した場合について、本実施の形態による角度検出原理を概説する。
一般に、Ｘ成分を検出するためのホール素子から出力される電圧Ｖｘ、および、Ｙ成分を検出するためのホール素子から出力される電圧Ｖｙは、それぞれ、
Ｖｘ＝ｋ・Ｉｘ・Ｂｃｏｓθ
Ｖｙ＝ｋ・Ｉｙ・Ｂｓｉｎθ
で表される。ここで、ｋは比例定数、ＩｘおよびＩｙは電流値、Ｂは磁束密度、θは磁場とホール素子のなす角度である。
図５において説明した通り、Ｙ成分を検出するためのホール素子ＨＥ（Ｙ）にも同じドライブ電圧が供給されており、且つ、いずれのホール素子も同一シリコン基板上に形成された微小素子であることを考えると、Ｉｘ＝Ｉｙとすることが可能である。
したがって、上記２つの式、すなわち  Ｖｘ＝ｋ・Ｉｘ・Ｂｃｏｓθ、および、Ｖｙ＝ｋ・Ｉｙ・Ｂｓｉｎθより、
2003081182.tif 000003
となる。このアナログ除算（Ｖｙ／Ｖｘ）は、後段処理回路１４において実行すればよい。
しかし、本実施の形態によれば、上述したような個別的な演算処理を施してｓｉｎθおよびｃｏｓθを求め、さらに、これらｓｉｎθおよびｃｏｓθに基づいてｔａｎθを求めるといった演算を行うことなく、Ｓ／Ｈ部１０に保持されたＸ成分、または、Ｓ／Ｈ部１２に保持されたＹ成分から直接的にｔａｎθを求めることが可能となる。
図８は、８個のホール素子（図２参照）を用いた場合にも、上述したｔａｎθ検出原理が適用できることを示した図である。この図８は、例えば、感度を向上させるために、Ｘ成分用に４個、Ｙ成分用に４個（合計８個）のホール素子を用いる場合を示している。本図中、ホール素子は、厳密にはＸ（またはＹ）軸上ではなく、少しずれた位置に配置されている。中心から、ホール素子の中心に向かって引いた直線は、軸に対して微小角ｄをもって配置されている。例えば、Ｘ成分用のホール素子について言えば、Ｘ軸対称に±ｄの角度をもって素子が配置されたとき、それぞれの素子はｃｏｓ（θ＋ｄ），ｃｏｓ（θ−ｄ）に比例した信号を出力する。これら４つの信号成分を、ＤＤＡ６を用いて加算すれば、Ｘ成分用ホール素子出力の合計は、
ＫＩＢ・［ｃｏｓ（θ＋ｄ）＋ｃｏｓ（θ−ｄ）］
となる。この出力を、レギュレータを用いて、一定電圧ＶＲＥＦになるようレギュレートすれば、
2003081182.tif 000004
∴ＫＩＢ＝ＶＲＥＦ／（ｃｏｓθｃｏｓｄ）
となる。一方、Ｙ成分用のホール素子出力については、同様に、ＤＤＡ６を用いて加算することにより、
2003081182.tif 000005
となる。実質的に各ホール素子出力の和を一定に保ちつつ、他のホール素子の出力を見れば、微小角成分ｄはキャンセルされるので、出力には影響しない。
なお、本実施の形態においては、ＰＩレギュレータ２４を例に挙げたが、ＰＩレギュレータに限定されるものでなく、他のレギュレータ（例えば、ＰＩＤレギュレータ等）も使用可能である。
図９は、ホール素子による検出角度の範囲拡張処理について説明した図である。すなわち図９は、検出角度範囲を３６０°に拡張する方法を示している。一定の電圧にレギュレートすべき信号を、Ｘ成分信号からＹ成分信号、あるいはＹ成分信号からＸ成分信号に切り替えることにより、その出力はｔａｎθからｃｏｔθ、あるいはその逆へと切り替えることが可能である。周知の通り、ｔａｎθは角度９０°に近づくにつれて大きくなるので、増幅回路系の出力に飽和が生じてしまう。そこで、この問題を避けつつ、９０°に近い角度を検出するためには、ｔａｎθの逆数であるｃｏｔθを用いることが簡便である。
次に、図９に示す角度検出範囲拡張方法を、時系列的に説明していく。
まず、角度範囲が０〜４５°の範囲では、角度検出のための出力としてｔａｎθを用いる。検出角度が増加し、θ＝４５°になったところで、角度検出のための出力をｔａｎθからｃｏｔθに切り替える。具体的には、レギュレートされる信号をＸ成分からＹ成分へと切り替える。その後、角度が増して１３５°になったところで、また、角度検出のための出力をｃｏｔθからｔａｎθへと切り替える。
しかし、ここで注意が必要な点は、符号の取り扱いである。符号を変えることなく、Ｘ成分をｃｏｔθからレギュレートされるべき信号に切り替えると、その成分が−ＶＲＥＦから＋ＶＲＥＦへと大きく変化することに起因して、不安定な状態を作り出してしまう。さらに加えて、状態が安定するまでに時間がかかってしまう（すなわち、長期のセトリング時間を要する）。こういった問題を避けるために、本実施の形態では、レギュレートすべき信号の符号を切り替えている。これによって、不安定な遷移状態を最小限にしつつ、安定した角度検出を可能にすることができる。同様な符号切り替え処理は、３１５°の点においても行われる。
このように、ある判定条件を用いつつｔａｎ，ｃｏｔ符号を切り替え、これにより角度検出範囲を拡張するのが本実施の形態である。ｔａｎ，ｃｏｔ切り替えについては、例えばその絶対値の大小関係を判定する。また、上記符号の切り替えに関しては、基準電圧（アナロググランドＡＧＮＤ）との絶対値の大小判定を用いることができる。
図１０は、電源投入後において角度領域判定を行う場合に、帰還制御解除を行うためのスイッチＳＷを示した図である。本図に示す回路は、電源投入後における角度の位置情報を求めるための回路である。これまで説明してきた回路構成（図１〜図９）は、ＰＩレギュレータ２４を用いて一方の出力成分を一定値に保持することと、角度領域を判定しつつ角度範囲を拡張することを特徴としているが、電源投入後は、その角度領域を判定することができないという不都合がある。そこで、この不都合を補うのが、図１０の回路である。
図１０において、電源投入後、ある一定の期間は、スイッチＳＷが閉じた状態になるように本回路、およびそのコントロール回路を設計しておく。この場合、ＰＩレギュレータ２４は、単純なＡＧＮＤ（アナロググランド）を出力電圧とするボルテージフォロアとなる。従って、ホール素子はアナロググランド電圧ＡＧＮＤでドライブされ、角度に対してはｓｉｎ，ｃｏｓに対応した出力が得られる。この状態で、同様な角度領域判定（絶対値比較、符号判定）を行い、電源投入後の位置を判定し、その位置情報に基づく符号，モード（ｔａｎ，ｃｏｔ）を決定し、フリップフロップなどの２進記憶装置にロードする。その後、スイッチＳＷをオープンし、この位置情報を用いながら、通常のＰＩレギュレータモードに移行する。
図１１は、後段処理回路１４（図１参照）に含まれる角度演算処理回路の一例を示したブロック図である。すなわち図１１は、図１の回路により得られたＸ成分およびＹ成分から、磁場の角度に応じた電圧出力を得るための回路である。具体的には、図１に示した回路によって得られた角度検出結果はｔａｎθ（または、ｃｏｔθ）を表しているので、図１１の回路は、実質的にはアークタンジェントを得るための演算を行う。
図１１に示した回路の動作は、次の通りである。
図１に示した回路から得られたｔａｎ成分信号は、Ｓ／Ｈ（サンプル／ホールド）部５０によって標本化・保持され、比較回路５２の入力信号となる。その後に続くＡＮＤゲート５４は、比較回路５２の出力信号がＨｉ（ＶＤＤ：電源電圧）のとき、クロックＣＬＫの値をそのまま出力し、Ｌｏｗ（ＧＮＤ）のときには“０”を出力する。従って、比較回路５２の出力信号がＬｏｗのときには、カウンタ５６の計数クロックＣＬＫは“０”となり、カウンタ５６はカウントをストップする。比較回路５２のもう一方の入力端には、カウンタ５６の計数出力値をタンジェントロジック５８に入力し更にＤ／Ａコンバータ６０を介することにより得たアナログ電圧が入力される。タンジェントロジック５８の役割は、カウンタ４６のデジタル出力を入力して、ｔａｎθに対応するデジタル値を発生させる回路である。これは特に論理回路に限らず、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ，ＦＲＡＭ，ＭＲＡＭ）を用いたテーブル参照方式で行っても構わない。
カウンタ５６、タンジェントロジック５８、Ｄ／Ａコンバータ６０のフィードバックは、比較回路５２の両入力の大小関係が反転するまで繰り返され、大小関係が一致、あるいは反転した時点でカウンタ５６へのクロック入力ＣＬＫはストップし、カウンタ５６はカウントをストップする。すなわち、カウンタ５６のデジタル出力値は角度θを表し、Ｄ／Ａコンバータ６０からの出力はｔａｎθを表すことになる。図１の回路から供給され、Ｓ／Ｈ回路５０で保持されたｔａｎ値と一致した値、あるいは最も近い値となったときのカウンタ５６のデジタル出力値は、角度θそのものを表している。そこで、このデジタル出力値をシフトレジスタ６２にロードし、Ｄ／Ａコンバータ６４にてアナログ値に変換することにより、角度θに対応したアナログ電圧を得ることができる。
また、別の実施の形態として、Ｄ／Ａコンバータ６４を用いずに、デジタル出力値をシリアルインターフェースによって出力してもよい。シリアルインターフェースは、ＳＰＩ，マイクロワイヤ，Ｉ２Ｃバス等が挙げられる。
ただし、図９に示した角度判定の性質上、この変換だけでは、得られる角度情報は不十分である。例えば、２２．５°と１５７．５°は、同じアナログ出力電圧になってしまうからである。この問題を避けるには、角度領域に応じて、オフセット電圧を加算することが必要になってくる。より具体的に述べると、例えば、第１象限ではオフセット電圧は０Ｖ、第３象限ではオフセット電圧は２．５Ｖといったように、象限ごとにオフセット電圧を変化させて加算すれば、完全な角度判定が可能になる。象限の判定は、例えば、０〜３６０°の角度領域を４５°おきの８つの領域に分割し、それぞれの領域における、Ｘの符号、Ｘ，Ｙの符号の排他的論理和（一致、不一致の判定）、絶対値の大小（ｔａｎまたはｃｏｔ）を判定することで一義に決めることができる。
図１１のようにＤ／Ａコンバータ６４から出力された角度θに対応したアナログ電圧に、オフセット指定部６６から出力されたオフセット電圧を加算すれば、完全な角度出力が得られる。オフセット指定部６６は、例えばＤ／Ａコンバータによって構成される。また、Ｄ／Ａコンバータ６４のビット数を拡張し、角度領域判定部７２からのデジタル出力をＤ／Ａコンバータ６４に入力・加算すれば、Ｄ／Ａコンバータ６４の出力は完全な角度出力が得られることになり、オフセット指定部６６および加算器６８はなくてもよいことになる。
図１２は、角度範囲０〜４５°の範囲におけるタンジェントの出力カーブを示している。このタンジェントカーブを、図１２に示すように３つの領域に分割し、直線で近似すると、非常に高精度な近似ができることを見出した。直線的に近似されたタンジェントカーブは、３つの直線方程式で記述される。この場合、図１３Ａから図１３Ｂへの変換は、アークタンジェントのような非線形な関数変換ではなく、直線から直線への一次変換で実現できる。
例えば、タンジェント近似直線で、Ａｒｅａ２の直線の方程式が、タンジェント＝Ａ・θ＋Ｂ、角度電圧直線の方程式がＣ・θ＋Ｄとすれば、タンジェント出力の傾きＡと、切片（オフセット）Ｂをアナログ的に調節し、Ｃ，Ｄに合わせ込めば、アークタンジェント変換を行ったことと等価になる。
さらに具体的には、ＡからＣへの傾きの変換は、負帰還増幅回路の増幅率を可変にすることで実現可能である。これは、不揮発性メモリを用いたプログラマブル増幅回路でも実見可能である他、外付け抵抗によるトリミングでも可能である。また、ＢからＤへの切片の合わせ込みは、抵抗ラダーを用いた可変型ポテンショメータを用いることができる。
また、タンジェントの直線近似における領域（Ａｒｅａ）の判定には、参照電圧の発生回路を、比較回路とともに使用するのが有効である。具体的に述べると、図１３Ａにおいて、参照電圧Ｖ１，Ｖ２を発生させる回路を設け、これら参照電圧とタンジェント出力を比較する。例えば、２つの比較回路を用いることにより、以下のようなコードを発生させることができる。
タンジェント出力≦Ｖ１                    Ｃｏｄｅ（０：０）
（比較回路１の出力：比較回路２の出力）
Ｖ１≦タンジェント出力≦Ｖ２              Ｃｏｄｅ（０：１）
タンジェント出力≧Ｖ２                    Ｃｏｄｅ（１：１）
上記のコードによって領域を一義に定義することができる。
角度領域の拡張には、図９で述べたの方法を用いることが可能である。コタンジェントの領域では、同様に４５°の範囲を３つのＡｒｅａに分割し、一次変換を行う。この際、直線の傾きは負であるから反転増幅回路を用い、直線の傾きを反転させる。切片の合わせ込みに関しては、可変ポテンショメータで実現できる。この直線に、角度領域に相応のオフセット電圧を加算すれば、３６０°への角度範囲の拡張が原理的には可能である。しかし、回路規模の縮小化、補正アルゴリズムの簡素化という観点から見ると、この方法は、角度範囲が小さい用途（例えば０〜９０°）に対してより一層好適である。
図１４は、帰還制御が遅れることに起因して、レギュレートされるべき電圧が一定電圧にならない場合の状態を示す説明図である。すなわち、レギュレートされるべき電圧が一定レベルにならない（フィードバックスピードが追いつかない）場合には、その電圧変動分だけ、タンジェントのゲインが変化してしまうことが起こり得る。そこで、こういった状態による不都合を解消するために、図１５Ａおよび図１５Ｂを参照しながら、他の実施の形態を説明する。
図１５Ａおよび図１５Ｂは、レギュレートされるべき電圧が一定電圧にならない状態を回避するための、その他の実施の形態を示す回路図である。これら両図に示す回路は、先に説明した図１１の回路をより具体的に記載すると同時に、以下に述べる改良を加えたものである。
図１５Ａにおいて、アナログフロントエンドからは、｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜信号の絶対値信号が入力される。切り替え部１は、サンプルアンドホールド回路８０に入力される信号を｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜へ切り替える働きをする。サンプルアンドホールド回路８０の出力は、コンパレータ８２の一方の入力端に入力される。コンパレータ８２の出力信号は、２入力型のＡＮＤ回路８４に入力される。ＡＮＤ回路８４の他方の入力信号はクロックであり、コンパレータ８２の出力信号がＬＯＷレベルに切り替わるまで、クロック信号を出力する働きをする。
８ビットカウンタ８６は、ＡＮＤ回路８４から出力されたクロックを計数する。８ビットカウンタ８６の出力（８ビットデジタル信号）はロジック回路８８に入力される。ロジック回路８８は、８ビットカウンタ８６の出力データを入力し、その入力に対してＴａｎ関数の重みをつけたデジタル出力を生成するロジック回路である。すなわち、カウンタ出力をθとすると、ロジック回路８８からの出力はＴａｎθとなる。
このデジタルデータＴａｎθは、抵抗ラダー式のＤ／Ａコンバータ９０に入力され、コンパレータ８２の他方の入力端にフィードバックされる。コンパレータ８２は、サンプルアンドホールド回路８０に入力される｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜の絶対値（タンジェントあるいはコタンジェント）と、フィードバックされて帰ってきたＴａｎθとを比較し、その大小関係が反転したときにコンパレータ出力をＨＩＧＨからＬＯＷに切り替え、８ビットカウンタ８６のクロック計数を停止させる。
すなわち、サンプルアンドホールド回路８０に入力された｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜信号に一番近い電圧値をもって、８ビットカウンタ８６の計数クロックを停止する。従って、ロジック回路８８でタンジェントの重みをつける前のデジタル値、すなわち角度θのデジタル値そのものが８ビットカウンタ８６の出力となる。この角度θを表すデジタル値は、適切なデータロード信号をもってラッチ回路９２に移され、その後段のＤ／Ａコンバータ９４（図１５Ｂ参照）へ入力される。
また、切り替え部２は、Ｄ／Ａコンバータ９０の参照電圧を｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜信号に切り替える役割をする。切り替え部１，切り替え部２の切り替え制御信号による切り替えは次のように行われる。
すなわち、アナログフロントエンドでは、｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜の一方を一定電圧にレギュレートし、他の一方からタンジェントあるいはコタンジェントを得ている。サンプルアンドホールド回路８０には、タンジェントあるいはコタンジェント信号を入力し、Ｄ／Ａコンバータ９０の参照電圧には、レギュレートされている方の電圧を入力するように信号を選択する。例えば、｜Ｘ｜がレギュレートされているときには｜Ｙ｜からＴａｎθを得ることになるが、このときは、サンプルアンドホールド回路８０に｜Ｙ｜を入力し、Ｄ／Ａコンバータ参照電圧としては｜Ｘ｜を入力する。
次に、このようにＤ／Ａコンバータ９０の参照電圧として、レギュレートされている信号を用いる場合の効果について説明する。アナログフロントエンドでは、既に図１において説明したようにＰＩレギュレータを用いて離散系のフィードバックループを制御するが、磁場が高速に回転する場合、ＰＩレギュレータの積分時間に起因する遅れの影響が顕著に現れるようになる。具体的には図１４に示したように、本来一定値にレギュレートされるはずの信号が一定レベルに保持できず、電圧が降下するという現象が発生する。この電圧の降下の大きさは回転速度に依存しており、この状態では高精度な角度検出は不可能となる。この点に関して、さらに詳しく数式を用いて以下に説明する。
いま、レギュレートされるべき電圧が、一定に保たれず、時間に対して変化する場合、この参照電圧をＶＲＥＦ（ｔ）とする。このとき、｜Ｘ｜信号をレギュレートする場合、次の関係式が成り立つ。
ＶＲＥＦ（ｔ）＝Ｋ・Ｉ・Ｂ・ｃｏｓθ
｜Ｙ｜＝Ｋ・Ｉ・Ｂ・ｓｉｎθ
これらの関係から、
｜Ｙ｜＝ＶＲＥＦ（ｔ）・Ｔａｎθ
を得る。
すなわち、｜Ｙ｜から得られるＴａｎθは、時間によって変化するゲインファクタを有することになり、この値を直接角度変換すると、時間によって変化する角度エラーを発生させることになる。この問題を回避するために、本実施の形態では、Ｄ／Ａコンバータ９０の参照電圧としてＶＲＥＦ（ｔ）を用いる。このような構成を採ることにより、Ｄ／Ａコンバータ９０からフィードバックされてコンパレータ８２に入力されるアナログ信号Ｔａｎθは、ＶＲＥＦ（ｔ）の重みを持つことになり、コンパレータ８２の大小関係が反転する点、すなわち角度に対応するデジタル値には、ＶＲＥＦ（ｔ）による影響は及ばなくなる。
なお、上述したように、アナログフロントエンドからは、｜Ｘ｜あるいは｜Ｙ｜の絶対値信号が入力されるが、絶対値でないＸあるいはＹの信号をそのまま入力することも可能である。
このように、高速回転によってレベルが変動した電圧をＤ／Ａコンバータ９０の参照電圧として用いることにより、自動的にゲインファクタがキャンセルされるので、磁場が高速回転する時においても、高精度の角度検出が可能となる。
図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明を適用した角度検出部におけるコアの一例である。本図では、Ｓｉ基板上に、信号処理回路とともに形成されたホール素子上に、円形の磁性体材料からなるディスク（磁気収束板）を貼り付ける。ここで、図１６Ａは、このコアの様子と、このコアの好適な磁石の形状を示している。また図１６Ｂは、その時の磁力線の分布を模式的に示している。右から入力された横方向の磁力線は、磁気収束板によって収束され、増幅されると同時に、垂直方向の磁場に変換される。この磁場の方向は、Ｓ側のホール素子とＮ側のホール素子で逆の方向となる。ＤＤＡに入力信号を供給する際は、極性を逆にするよう注意を要する。一例では、２００ミクロンφの磁気収束板で、約２倍の増幅率を得ることが可能である。
以上説明した通り、本発明によれば、簡易な回路構成にも拘わらず、正確な角度検出を可能とした角度検出装置および半導体装置を実現することができる。特に、磁場が高速で回転する場合においても、従来の装置では予期し得なかった、正確な角度検出を行うことができる。さらに、周囲温度の上昇に伴なう磁場変動に対しても、本発明によれば、正確な角度検出を可能とした角度検出装置および半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を適用した角度検出装置の主要部分を示す回路図である。
図２は、実施の形態で用いる磁気収束板とホール素子との位置関係を示す説明図である。
図３は、図１に示したＸＹ切り替え部２の動作を説明するための波形図である。
図４Ａは、図１に示した変調・駆動部４の動作を示す説明図である。
図４Ｂは、図１に示した変調・駆動部４の動作を示す説明図である。
図５は、図１に示した変調・駆動部４を介して、Ｘ検出信号を得るためのホール素子と、Ｙ検出信号を得るためのホール素子を如何にドライブするかについて、模式的に描いた説明図である。
図６は、ホール素子の検出信号に重畳されているオフセット電圧を模式的に示す図である。
図７は、Ｐ−Ｐ（ピーク−ピーク）検出後のサンプル／ホールド信号を示す説明図である。
図８は、８個のホール素子を用いた場合におけるｔａｎθ検出原理を示す説明図である。
図９は、ホール素子を用いた本実施の形態における検出角度の範囲拡張処理について説明した図である。
図１０は、電源投入後において角度領域判定を行う場合に、帰還制御解除を行う場合のスイッチＳＷを示す図である。
図１１は、図１に示した後段処理回路１４に含まれる角度演算処理回路の一例を示すブロック図である。
図１２は、０〜４５°の角度範囲におけるタンジェントの出力カーブを示す図である。
図１３Ａは、本実施の形態における一次変換処理の説明図である。
図１３Ｂは、本実施の形態における一次変換処理の説明図である。
図１４は、本実施の形態において、帰還制御が遅れることに起因して、レギュレートされるべき電圧が一定電圧にならない場合の状態を示す説明図である。
図１５Ａは、レギュレートされるべき電圧が一定電圧にならない状態を回避するための、その他の実施の形態を示す回路図である。
図１５Ｂは、レギュレートされるべき電圧が一定電圧にならない状態を回避するための、その他の実施の形態を示す回路図である。
図１６Ａは、本発明を適用した角度検出部におけるコアの一例を示す斜視図である。
図１６Ｂは、本発明を適用した角度検出部におけるコアの一例を示す断面図である。
【図１】
2003081182.tif 000006
【図２】
2003081182.tif 000007
【図３】
2003081182.tif 000008
【図４Ａ】
2003081182.tif 000009
【図４Ｂ】
2003081182.tif 000010
【図５】
2003081182.tif 000011
【図６】
2003081182.tif 000012
【図７】
2003081182.tif 000013
【図８】
2003081182.tif 000014
【図９】
2003081182.tif 000015
【図１０】
2003081182.tif 000016
【図１１】
2003081182.tif 000017
【図１２】
2003081182.tif 000018
【図１３Ａ】
2003081182.tif 000019
【図１３Ｂ】
2003081182.tif 000020
【図１４】
2003081182.tif 000021
【図１５Ａ】
2003081182.tif 000022
【図１５Ｂ】
2003081182.tif 000023
【図１６Ａ】
2003081182.tif 000024
【図１６Ｂ】
2003081182.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月29日(2003.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部からの出力信号を入力し、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
前記第１の磁気センサ部により検出された前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の磁気センサ部により検出された前記第２の方向成分の出力信号に応答して、所定クロックの計数動作を行う計数手段と、
前記計数手段の計数値を、予め定めた変換値に変換する第１の変換手段と、
前記第１または第２の方向成分の出力信号の値と前記変換値とを比較して、前記変換値が前記第１または第２の方向成分の出力信号の値に達したとき、前記計数手段による計数動作を停止させる計数停止手段と、
前記計数手段の計数値を角度情報に変換する第２の変換手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部を備え、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
前記第１の磁気センサ部により検出された前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の磁気センサ部により検出された前記第２の方向成分の出力信号に応答して、所定クロックの計数動作を行う計数手段と、
前記計数手段の計数値を、予め定めた変換値に変換する第１の変換手段と、
前記第１または第２の方向成分の出力信号の値と前記変換値とを比較して、前記変換値が前記第１または第２の方向成分の出力信号の値に達したとき、前記計数手段による計数動作を停止させる計数停止手段と、
前記計数手段の計数値を角度情報に変換する第２の変換手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
請求項１または２に記載の角度検出装置において、
前記計数値は検出角度θに対応し、前記変換値はｔａｎθに対応していることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１の変換手段は、検出角度θをｔａｎθに変換するロジック回路を有することを特徴とする角度検出装置。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記計数停止手段は、前記第１の磁気センサまたは第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出されたタンジェント値を入力する第１入力端と、前記第１の変換手段からの出力に対応したタンジェント値を入力する第２入力端と、を有する比較器であることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１の変換手段の出力端と、前記計数停止手段の入力端は、Ｄ／Ａコンバータを介して接続されていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記Ｄ／Ａコンバータの参照電圧として、前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の出力信号のうち、前記一定値を有するように制御した方向成分の出力信号を用いることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第２の変換手段は、前記角度情報を得るための所定の補間処理を行うことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
前記第１の磁気センサ部または前記第２の磁気センサ部からの出力に基づいて検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号を入力し、前記第２の変換手段から出力された角度情報に対して所定のオフセット角度値の加算処理を行うことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１の磁気センサ部および前記第２の磁気センサ部は、磁気収束板の端部に近接して配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部からの出力信号を入力し、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいてそれぞれ検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号の符号を、磁場との相対角度に応じて、反転させる符号反転手段と、
前記一定値を有するように制御すべき前記第１の方向成分の出力信号を、前記第２の方向成分の出力信号に切り替える成分切替手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部を備え、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段と、
前記第１および第２の磁気センサ部からの出力に基づいてそれぞれ検出された前記第１および第２の方向成分の出力信号の符号を、磁場との相対角度に応じて、反転させる符号反転手段と、
前記一定値を有するように制御すべき前記第１の方向成分の出力信号を、前記第２の方向成分の出力信号に切り替える成分切替手段と、
を具備したことを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の角度検出装置において、
前記成分切替手段は、前記第２の方向成分の出力信号に切り替えた後、再び前記第１の方向成分に切り替えることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部からの出力信号を入力し、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第１の方向成分の出力信号が前記一定値を有するように制御するための帰還制御ループを備えており、
該帰還制御ループは演算増幅器を備え、該演算増幅器の反転入力端には、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号のいずれか一方が抵抗を介して入力され、且つ、該演算増幅器の反転入力端には、基準入力電圧が抵抗を介して入力されており、
前記第１および第２の磁気センサ部は、スピニングカレントメソッドに従って駆動されることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
少なくとも２方向の磁気成分を検出する第１および第２の磁気センサ部を備え、前記磁気成分から磁場との相対角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１の磁気センサ部により検出された第１の方向成分の出力信号が一定値を有するように制御する制御手段と、
前記第１の磁気センサ部が前記制御手段により制御されるときと同じ駆動条件により、前記第２の磁気センサ部を駆動して第２の方向成分の出力信号を検出する駆動手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第１の方向成分の出力信号が前記一定値を有するように制御するための帰還制御ループを備えており、
該帰還制御ループは演算増幅器を備え、該演算増幅器の反転入力端には、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号のいずれか一方が抵抗を介して入力され、且つ、該演算増幅器の反転入力端には、基準入力電圧が抵抗を介して入力されており、
前記第１および第２の磁気センサ部は、スピニングカレントメソッドに従って駆動されることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
請求項１４，１５のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記演算増幅器の反転入力端に入力される、前記第１の方向成分の出力信号または前記第２の方向成分の出力信号は、指定入力部から供給される指定に基づいて決定されることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
請求項１４〜１６に記載の角度検出装置において、
前記制御手段は、前記帰還制御ループを切断させる帰還停止手段を備えていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記演算増幅器の出力端と反転入力端との間にはＰＩレギュレータが接続されていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
請求項１７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記帰還停止手段は、前記第１および第２の磁気センサ部を既定の固定電圧で駆動することを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
請求項１７のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記帰還停止手段は、前記演算増幅器をボルテージフォロアとして作動させることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれかの項に記載の角度検出装置において、
前記第１および第２の磁気センサ部は、前記演算増幅器の出力端から得られる電圧に基づいて駆動されることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれかの項に記載の角度検出装置において、さらに加えて、
当該角度検出装置の電源を投入した直後には、前記帰還停止手段により前記帰還制御ループの機能を停止させた状態を保持しつつ、少なくとも２方向の磁気成分を検出する前記第１および第２の磁気センサ部からの検出出力に基づいて角度領域の判定を行う領域判定手段、
を有することを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２３】
請求項２２に記載の角度検出装置において、
前記領域判定手段は、角度領域の判定を行うに際して、前記第１および第２の磁気センサ部から得られた前記第１および第２の方向成分の出力信号の絶対値と符号の正負とを用いることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２４】
請求項１４または１５に記載の角度検出装置において、
前記第１の磁気センサ部と前記第２の磁気センサ部は、それぞれ、対向する一対の磁気センサを備えており、これら一対の磁気センサは互いに直交する直線上に配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】
請求項１４または１５に記載の角度検出装置において、
前記第１の磁気センサ部および前記第２の磁気センサ部は、磁気収束板の端部に近接して配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２８】
請求項２７に記載の角度検出装置において、
前記ホール素子は、磁気収束板の端部に近接して配置されていることを特徴とする角度検出装置。
【国際調査報告】
2003081182.tif 000026
2003081182.tif 000027
2003081182.tif 000028
2003081182.tif 000029