(57)【要約】【課題】アナログ信号処理過程において発生するオフセット電圧（ｏｆｆｓｅｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）を制御し、信号増幅比を自動制御する電磁コンパス用信号処理器を提供する。【解決手段】本発明は、地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を増幅し、該増幅過程において発生するオフセット電圧（Ｖｏｓ）及び信号の振幅（Ａ）を制御するアナログ信号処理器（５２）；前記アナログ信号処理器（５２）からのアナログ信号（Ｖａｄｃ）（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ（５３）；及び、前記ＡＤコンバータ（５３）から入力されるディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、該最大値と最小値によるオフセット制御信号（Ｓｏｃ）及びゲイン制御信号（Ｓｇｃ）を前記アナログ信号処理器（５２）に各々出力するディジタル信号処理器（５４）を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号が方位角により誘導される正弦波信号を検出する地磁気センサ部（５１）からの信号を処理する電磁コンパス用信号処理器において、
前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を増幅し、該増幅過程において発生するオフセット電圧（Ｖｏｓ）をオフセット制御信号（Ｓｏｃ）により除去し、オフセット電圧の除去された信号の振幅（Ａ）をゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により制御するアナログ信号処理器（５２）と、
前記アナログ信号処理器（５２）からのアナログ信号（Ｖａｄｃ）（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ（５３）と、
前記ＡＤコンバータ（５３）から入力されるディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、該最大値と最小値によりオフセット電圧（Ｖｏｓ）及び振幅（Ａ）を決定し、該決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するための前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）及び前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するための前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）を前記アナログ信号処理器（５２）に各々出力するディジタル信号処理器（５４）と、
を具備することを特徴とする電磁コンパス用信号処理器。
【請求項２】
前記アナログ信号処理器（５２）は、
前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を検出するチョッパ（６１）と、
前記チョッパ（６１）からの信号を予め設定された利得で増幅する入力増幅器（６２）と、
前記入力増幅器（６２）からの信号を予め設定された低域で通過させる低域通過フィルター（６３）と、
前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成して前記入力増幅器（６２）の入力端に提供するオフセット制御部（６４）と、
前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により増幅利得（Ａｖ）が設定され、該設定された利得（Ａｖ）で前記低域通過フィルター（６３）からの信号を増幅するＡＧＣ増幅部（６５）と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項３】
前記ディジタル信号処理器（５４）は、
前記ＡＤコンバータ（５３）からのディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、
前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）の平均値でオフセット電圧（Ｖｏｓ）を決定し、前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）との差で振幅（Ａ）を決定し、
前記決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するためのオフセット制御信号（Ｓｏｃ）と、前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するためのゲイン制御信号（Ｓｇｃ）とを前記アナログ信号処理器（５２）に出力することを特徴とする請求項１に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項４】
前記オフセット制御部（６４）は、前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）により内部抵抗値が可変され、該可変抵抗値によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成することを特徴とする請求項２に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項５】
前記オフセット制御部（６４）は、
ベース電圧（ＶＢＧ）を入力する反転入力端と、抵抗（Ｒ）を介して接地に連結された非反転入力端と、動作電圧（Ｖｄｄ）端に連結された出力端とを有する演算増幅器（６４Ａ）と、
前記演算増幅器（６４Ａ）の出力端と非反転入力端との間に直列接続した複数の抵抗（Ｒ１〜ＲＮ）を含む抵抗チェーン部（６４Ｂ）と、
前記抵抗チェーン部（６４Ｂ）の各抵抗に並列接続され、前記オフセット制御信号によりオン／オフされる複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＮ）とを含むスイッチング部（６４Ｃ）と、
を具備したことを特徴とする請求項２に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項６】
前記ＡＧＣ増幅部（６５）は、固定抵抗値と前記ゲイン制御信号により可変される可変抵抗値とにより決定される利得で入力される信号を増幅することを特徴とする請求項２に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項７】
前記ＡＧＣ増幅部（６５）は、
前記低域通過フィルター（６３）からの信号が入力される非反転入力端と、基準電圧（ＶＲＥＦ）が入力される反転入力端及び出力端を有する演算増幅器（６５Ａ）と、
前記演算増幅器（６５Ａ）の反転入力端と前記基準電圧（ＶＲＥＦ）端との間に連結された入力抵抗部（６５Ｂ）と、
前記反転入力端と前記出力端との間に連結され、前記ゲイン制御信号により抵抗値が可変されるフィードバック抵抗部（６５Ｃ）とを含み、
前記演算増幅器（６５Ａ）は前記入力抵抗部（６５Ｂ）の抵抗値及びフィードバック抵抗部（６５Ｃ）の抵抗値により決定される利得（Ａｖ）で入力される信号を増幅することを特徴とする請求項２に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【請求項８】
前記ＡＧＣ増幅器（６５）のフィードバック抵抗部（６５Ｃ）は、
直列連結された複数の抵抗（Ｒ、Ｒ１〜ＲＭ）を含む抵抗チェーン部（６５Ｃ１）と、
前記抵抗チェーン部（６５Ｃ１）の各抵抗（Ｒ１〜ＲＭ）に並列連結され、前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）によりオン／オフされる複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＭ）を含むスイッチ部（６５Ｃ２）と、
を具備することを特徴とする請求項７に記載の電磁コンパス用信号処理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁コンパス（電磁コンパス用集積回路）用信号処理器に関するもので、とりわけアナログ信号処理過程において発生するオフセット電圧（ｏｆｆｓｅｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）を制御し、信号増幅比を自動制御することにより、ＡＤコンバータに入力される信号のレベルを基準電圧範囲内に維持することができ、傾き補償にも適用でき、地磁気センサ信号のゲイン制御によりセンサの収率を高められ、方位角計算時誤差の発生を最少化させる電磁コンパス用信号処理器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船舶の航路及び位置などを把握し運航する際、方位角は大変重要で、数百年も昔から磁石の指北性を利用して方位角を測定してきたが、その典型的な装置として磁気コンパス（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐａｓｓ）とジャイロコンパス（Ｇｙｒｏ  ｃｏｍｐａｓｓ）を挙げることができる。即ち、磁気コンパスは地磁気の性質を利用した方位角測定装置で、その原理は簡単であるが地磁気分布の歪曲などから精密度に劣り、とりわけ最近小型遊覧船や小型漁船などは日々に内外装及び機能が近代化、ハイテク化する為機能の面で追いつかないばかりか、磁気コンパスからの船首角情報を他の電子装置に利用できないという問題があった。
【０００３】
さらに、他の方位測定装置としてジャイロコンパスがあるが、これは磁気コンパスに比して精密度が卓越しているが、大変高価なばかりか起動準備時間が長く、沿近海小型漁船やレジャー用ボートのように頻繁に入出港する船舶には適さないという問題があった。前記のような問題を解消すべく開発されたものが電磁気コンパス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｓｓ）で、該電磁気コンパスは欧米において以前から開発、市販されてきた。
【０００４】
こうした電磁気コンパス（以下、電磁コンパスという。）は基本的に地磁気の方位を検出して電気的な信号に変換するセンサ部と、センサによる信号に基づき方位角を演算処理する信号処理部と、前記方位角を表示する表示部とで成るが、前記地磁気を検出する方位センサにはフラックスバルブ（ｆｌｕｘ  ｖａｌｖｅ）を用い、該フラックスバルブはフラックスゲート（ｆｌｕｘ  ｇａｔｅ）と呼ばれるＸ−Ｙ直交コイルを用いる。そして、信号処理部では方位角を演算処理する。また、表示部は前記演算処理された方位角を表示する。
【０００５】
かかる電磁コンパスに用いられる従来の信号処理器は図７のとおりである。図７は従来の電磁コンパス用信号処理器の構成図である。図７によると、従来の電磁コンパス用信号処理器は、地磁気により、即ちセンサ（ｆｌｕｘ−ｇａｔｅ  ｓｅｎｓｏｒ）の置かれた方位角（Ｒｏｔａｔｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）により駆動信号が励起された正弦波の電圧を検出する地磁気センサ部（１１）と、前記地磁気センサ部（１１）からのｘ軸及びｙ軸の信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を各々フィルタリング及び増幅するアナログ信号処理部（１１２）と、前記アナログ信号処理部（１１２）からの電圧（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）をディジタル信号に各々変換するＡＤコンバータ（１１３）と、前記ＡＤコンバータ（１１３）からの両ディジタル信号から方位角を検出するディジタル信号処理部（１１４）とで成る。
【０００６】
図８は図７のＡＤコンバータ（１１３）の入力信号の波形図である。図８によると、前記ＡＤコンバータ（１１３）に入力される２つの電圧（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）は理想的にはオフセット電圧無しで基準電圧範囲（例：±５００ｍＶ）内で入力され、両電圧（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）を利用して前記ディジタル信号処理部（１１４）では下記数１から方位角（θ）を求める。
【数１】
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しかし、センサが完璧な平面上に置かれず一方に傾くと、前記ＡＤコンバータ（１１３）に入力される電圧（Ｖａｄｃ）（ＶａｄｃｘまたはＶａｄｃｙ）の振幅が前記ＡＤコンバータ（１１３）の基準電圧範囲を外れてしまい、またアナログ信号処理部の内部に存在するオフセット電圧により前記ＡＤコンバータ（１１３）に入力される電圧（Ｖａｄｃ）（ＶａｄｃｘまたはＶａｄｃｙ）が前記ＡＤコンバータ（１１３）の基準電圧範囲を外れるという問題があった。
【０００７】
かかる従来の方式は、前記アナログ信号処理部が固定された増幅比を有する為に信号の振幅を適切に調整できず、また前記アナログ信号処理部の内部でオフセット電圧が発生し、とりわけ使用環境により地磁気強度が変化する際にもオフセット電圧が発生する。このように入力信号がＡＤコンバータの入力範囲を外れる出力が出ると方位角計算にかなり大きい誤差が生じてくる。
【０００８】
前記２つの電圧のうち、少なくとも１つの電圧にオフセットが発生する場合、または大きい振幅を有する場合の諸問題を図９及び図１０に基づいて説明する。図９（Ａ）ないし（Ｃ）は入力信号のオフセット発生、補正及び方位角誤差発生の波形図である。
【０００９】
図９（Ａ）のように入力信号にオフセットが発生した場合は、図９（Ｂ）のようにオフセットに対する信号補正を行うが、これは図９（Ｃ）のように方位角に誤差を発生させることがわかる。
【００１０】
即ち、前記アナログ信号処理部においてオフセット電圧が発生した場合、図９（Ａ）のようにＡＤコンバータの入力範囲を外れるＶａｄｃ出力が発生し兼ねず、この際、ディジタル信号処理部において図９（Ａ）のＶａｄｃ出力に対して方位角計算のために同一振幅を有するよう補正（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）を行うことになる。この際、前記ＡＤコンバータの入力範囲を外れるＶａｄｃは図９（Ｂ）のように除去される。前記数１から方位角を計算すると、図９（Ｃ）のような方位角誤差が発生してくる。この誤差はＡＤコンバータの入力範囲を超過するＶａｄｃが増加するほど増加する。
【００１１】
図１０（Ａ）ないし（Ｃ）は入力信号のゲイン誤差発生、補正及び方位角誤差発生の波形図である。図１０（Ａ）のように、入力信号の振幅が大きすぎたり小さい場合が発生すると、図１０（Ｂ）のように振幅を補正することになるが、こうした場合は図１０（Ｃ）のように方位角に誤差が発生することがわかる。
【００１２】
このように従来の信号処理器においては、センサから発生する信号の振幅が大きすぎたり、アナログ信号処理部の増幅度があまりにも大きく設定された場合、図１０（Ａ）のようなＶａｄｃ出力が発生しかねなく、この場合オフセット電圧が生じなくても、図１０（Ａ）のように振幅がＡＤコンバータの入力範囲を外れると図１０（Ｃ）のような誤差を発生させる問題があった。
【００１３】
とりわけ、別途の制御無しでは前記のようなシステム上のオフセットを完全に除去することができず、センサ信号の大きさが常に一定ではないので方位角の誤差は上述した２つの問題から複合的に生じるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前記諸問題を解決すべく案出されたもので、その目的は、アナログ信号処理過程において発生するオフセット電圧（ｏｆｆｓｅｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）を制御し、信号増幅比を自動制御することにより、ＡＤコンバータに入力される信号のレベルを基準電圧範囲内に維持でき、傾き補償にも適用可能で、地磁気センサ信号のゲイン制御によりセンサ収率を高められ、方位角計算における誤差の発生を最少化できる電磁コンパス用信号処理器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記本発明の目的を成し遂げるべく、本発明の電磁コンパス用信号処理器は、駆動信号が方位角により誘導される正弦波信号を検出する地磁気センサ部からの信号を処理する電磁コンパス用信号処理器において、前記地磁気センサ部からの信号を増幅し、該増幅過程において発生するオフセット電圧をオフセット制御信号により除去し、オフセット電圧の除去された信号の振幅をゲイン制御信号により制御するアナログ信号処理器；前記アナログ信号処理器からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ；及び、前記ＡＤコンバータから入力されるディジタル信号の最大値と最小値を測定し、該最大値と最小値によりオフセット電圧及び振幅を決定して、該決定されたオフセット電圧を除去するための前記オフセット制御信号及び前記決定された振幅を前記ＡＤコンバータの入力範囲内に制御するための前記ゲイン制御信号を前記アナログ信号処理器に各々出力するディジタル信号処理器を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、アナログ信号処理過程において発生するオフセット電圧（ｏｆｆｓｅｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）を制御し、信号増幅比を自動制御することにより、オフセット制御及びゲイン制御を通してＡＤコンバータに入力される信号のレベルを基準電圧範囲内に維持することができ、傾き補償にも適用可能で、地磁気センサ信号のゲイン制御によりセンサ収率を高められ、方位角計算時の誤差の発生を最少化できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましき実施の形態について添付の図面を参照しながら詳しく説明する。本発明が参照する図面において実質的に同一な構成と機能を有する構成要素には同一符号を付ける。
【００１８】
図１は本発明による電磁コンパス用信号処理器の構成図である。図１によると、本発明による電磁コンパス用信号処理器は、駆動信号が方位角により誘導される正弦波信号を検出する地磁気センサ部（５１）からの信号を処理する電磁コンパス用信号処理器であり、これは前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を増幅し、該増幅過程で発生するオフセット電圧（Ｖｏｓ）をオフセット制御信号（Ｓｏｃ）により除去し、オフセット電圧が除去信号の振幅（Ａ）をゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により制御するアナログ信号処理器（５２）と、前記アナログ信号処理器（５２）からのアナログ信号（Ｖａｄｃ）（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ（５３）と、前記ＡＤコンバータ（５３）から入力されるディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、該最大値と最小値によりオフセット電圧（Ｖｏｓ）及び振幅（Ａ）を決定し、該決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するための前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）及び前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するための前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）を前記アナログ信号処理器（５２）に各々出力するディジタル信号処理器（５４）とを含む。
【００１９】
図２は本発明によるアナログ信号器（５２）のアナログ信号処理部の構成図である。図２によると、前記アナログ信号処理器（５２）は前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を検出するチョッパ（６１）と、前記チョッパ（６１）からの信号を予め設定された利得で増幅する入力増幅器（６２）と、前記入力増幅器（６２）からの信号を予め設定された低域で通過させる低域通過フィルター（６３）と、前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成して前記入力増幅器（６２）の入力端に提供するオフセット制御部（６４）と、前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により増幅利得（Ａｖ）が設定され、該設定された利得（Ａｖ）で前記低域通過フィルター（６３）からの信号を増幅するＡＧＣ増幅部（６５）とを含む。
【００２０】
そして、前記ディジタル信号処理器（５４）は前記ＡＤコンバータ（５３）からのディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）の平均値でオフセット電圧（Ｖｏｓ）を決定し、また前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）との差で振幅（Ａ）を決定し、前記決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するためのオフセット制御信号（Ｓｏｃ）と、前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するためのゲイン制御信号（Ｓｇｃ）とを前記アナログ信号処理器（５２）に出力するようになっている。
【００２１】
前記オフセット制御部（６４）は前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）により内部抵抗値が可変され、該可変抵抗値によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成する。
【００２２】
図３は図２のオフセット制御部の回路図である。図３によると、前記オフセット制御部（６４）は、ベース電圧（ＶＢＧ）を入力する反転入力端、抵抗（Ｒ）を介して接地に連結された非反転入力端、及び動作電圧（Ｖｄｄ）端に連結された出力端を有する演算増幅器（６４Ａ）と、前記演算増幅器（６４Ａ）の出力端と非反転入力端との間に直列接続した複数の抵抗（Ｒ１〜ＲＮ）を含む抵抗チェーン部（６４Ｂ）と、前記抵抗チェーン部（６４Ｂ）の各抵抗に並列接続され、前記オフセット制御信号によりオン／オフされる複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＮ）を含むスイッチング部（６４Ｃ）とを含む。前記ＡＧＣ増幅部（６５）は、固定抵抗値と前記ゲイン制御信号により可変される可変抵抗値から決定される利得で入力される信号を増幅する。
【００２３】
図４は図３のオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）の可変範囲の説明図である。図４によると、前記オフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）の可変範囲は前記ベース電圧（ＶＢＧ）から最大電圧（Ｖｍａｘ）までとなる。
【００２４】
図５は図２のゲイン制御部の回路図である。図５によると、前記ＡＧＣ増幅部（６５）は、演算増幅器（６５Ａ）、入力抵抗部（６５Ｂ）及びフィードバック抵抗部（６５Ｃ）を含む。前記演算増幅器（６５Ａ）は前記低域通過フィルター（６３）からの信号が入力される非反転入力端と、基準電圧（ＶＲＥＦ）が入力される反転入力端及び出力端とを有する。前記入力抵抗部（６５Ｂ）は前記演算増幅器（６５Ａ）の反転入力端と前記基準電圧（ＶＲＥＦ）端との間に連結される。そして、前記フィードバック抵抗部（６５Ｃ）は前記反転入力端と前記出力端との間に連結され、前記ゲイン制御信号により抵抗値が可変される。この際、前記演算増幅器（６５Ａ）は前記入力抵抗部（６５Ｂ）の抵抗値及びフィードバック抵抗部（６５Ｃ）の抵抗値により決定される利得（Ａｖ）で入力される信号を増幅する。
【００２５】
前記ＡＧＣ増幅器（６５）のフィードバック抵抗部（６５Ｃ）は、直列連結された複数の抵抗（Ｒ、Ｒ１〜ＲＭ）を含む抵抗チェーン部（６５Ｃ１）と、前記抵抗チェーン部（６５Ｃ１）の各抵抗（Ｒ１〜ＲＭ）に並列連結され、前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）によりオン／オフされる複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＭ）を含むスイッチ部（６５Ｃ２）とを含む。
【００２６】
図６（Ａ）及び（Ｂ）はオフセット発生信号及びオフセット補正信号の波形図で、図６（Ａ）はオフセットの発生したＡＤコンバータ入力電圧の波形図で、図６（Ｂ）はオフセットの補正されたＡＤコンバータ入力電圧の波形図である。
【００２７】
以下、本発明の作用及び効果を添付の図１ないし図６を参照しながら詳細に説明する。図１によると、本発明の電磁コンパス用信号処理器は、駆動信号が方位角により誘導される正弦波信号（ｓｉｎ  ｗａｖｅまたはｃｏｓｉｎｅ  ｗａｖｅ）を検出する地磁気センサ部（５１）からの信号を処理する電磁コンパス用信号処理器であり、アナログ信号処理器（５２）、ＡＤコンバータ（５３）及びディジタル信号処理器（５４）を含む。
【００２８】
先ず、前記アナログ信号処理器（５２）は、前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を増幅し、該増幅過程において発生するオフセット電圧（Ｖｏｓ）をオフセット制御信号（Ｓｏｃ）により除去し、オフセット電圧の除去された信号の振幅（Ａ）をゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御する。
【００２９】
そして、前記ＡＤコンバータ（５３）は前記アナログ信号処理器（５２）からのアナログ信号（Ｖａｄｃ）（Ｖａｄｃｘ、Ｖａｄｃｙ）をディジタル信号に各々変換する。
【００３０】
前記ディジタル信号処理器（５４）は前記ＡＤコンバータ（５３）から入力される各ディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、この最大値と最小値によりオフセット電圧（Ｖｏｓ）及び振幅（Ａ）を決定し、該決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するための前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）を前記アナログ信号処理器（５２）に出力し、また前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するための前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）を前記アナログ信号処理器（５２）に出力する。
【００３１】
図２を参照しながら前記アナログ信号処理器（５２）について詳しく説明する。先ず、前記アナログ信号処理器（５２）のチョッパ（６１）は前記地磁気センサ部（５１）からの信号（Ｓｘ、Ｓｙ）を検出し、入力増幅器（６２）は前記チョッパ（６１）からの信号を予め設定された利得で増幅し、低域通過フィルター（６３）は前記入力増幅器（６２）からの信号を予め設定された低域で通過させる。そして、オフセット制御部（６４）は前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成して前記入力増幅器（６２）の入力端に提供し、ＡＧＣ増幅部（６５）は前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）により増幅利得（Ａｖ）が設定され、該設定された利得（Ａｖ）で前記低域通過フィルター（６３）からの信号を増幅する。
【００３２】
一方、前記アナログ信号処理部（５２）から出力され前記ＡＤコンバータ（５３）に入力される電圧（Ｖａｄｃ）について数式を展開すると下記数２及び３のようになる。
【数２】
2005020688.tif 000004
【数３】
2005020688.tif 000005
前記数３において、前記オフセット制御部（６４）でオフセット電圧除去のため、前記オフセット制御信号により可変される電圧（Ｖｃ）とオフセット電圧（Ｖｏｓ）（Ｖｏｓ１、Ｖｏｓ２）の項がゼロと仮定すると、該仮定による数式は下記数４のようになり、オフセット電圧の除去された電圧（Ｖａｄｃ）は下記数５のようになる。
【数４】
2005020688.tif 000006
【数５】
2005020688.tif 000007
図２によると、入力増幅器（６２）（Ａｍｐ１）及びＡＧＣ増幅器（６５）（Ａｍｐ２）の場合、半導体製造工程及び設計上の不整合により数十ｍＶまでのオフセット電圧（Ｖｏｓ）（Ｖｏｓ１、Ｖｏｓ２）が発生し兼ねず、こうしたオフセット電圧（Ｖｏｓ１、Ｖｏｓ２）は増幅比の大きいシステムに用いる場合、オフセット電圧が増幅され図９（Ａ）のような問題点が発生する。
【００３３】
さらに、前記ディジタル信号処理器（５４）は前記ＡＤコンバータ（５３）からのディジタル信号の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）の平均値でオフセット電圧（Ｖｏｓ）を決定し、また前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）と最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）との差で振幅（Ａ）を決定し、前記決定されたオフセット電圧（Ｖｏｓ）を除去するためのオフセット制御信号（Ｓｏｃ）と、前記決定された振幅（Ａ）を前記ＡＤコンバータ（５３）の入力範囲内に制御するためのゲイン制御信号（Ｓｇｃ）とを前記アナログ信号処理器（５２）に出力する。
【００３４】
そして、前記数４が成立するよう前記オフセット制御部（６４）において「Ｖｃ」電圧を調整すると、前記アナログ信号処理部の出力はＶＲＥＦの直流電圧を基準に地磁気信号を増幅する為、オフセット電圧が発生しなくなる。この際ＶＲＥＦの調整は、先ず電磁コンパスモジュールを１周以上回転させると発生するＶａｄｃ値の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）及び最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を各々測定し、該平均値からＶＲＥＦ電圧を引いた値をＡＧＣ増幅器（６５）の増幅比（Ａｖ２）で割った値が「Ｖｃ」となるが、これは下記数６のとおりである。
【数６】
2005020688.tif 000008
前記数６から計算された「Ｖｃ」値をディジタル値に換算し、前記ディジタル信号処理部（５４）がオフセット制御信号（Ｓｏｃ）をオフセット制御レジスタ（ｏｆｆｓｅｔ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）に記憶し、該記憶されたオフセット制御信号は前記オフセット制御部（６４）に入力され、前記オフセット制御部（６４）は前記入力増幅器（６２）の入力端にＶＲＥＦ＋Ｖｃを生成して提供するとシステムのオフセットが除去される。
【００３５】
振幅（Ｖｐ〜ｐ）計算過程について再び説明すると、電磁コンパスモジュールを１周以上回転させて発生するＶａｄｃ値の最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）及び最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）を測定し、この際、前記振幅（Ａ）は前記最大値（Ｖａｄｃ＿ｍａｘ）及び最小値（Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）との差（Ｖｐ−ｐ＿ｃｕｒｒｅｔｎ＝Ｖａｄｃ＿ｍａｘ−Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ）で求める。前記振幅（Ａ）（Ｖｐ−ｐ＿ｃｕｒｒｅｎｔ）をディジタル値に換算して目標ゲイン（Ｇａｉｎｔａｇｅｔ）を計算し、その数値をゲイン制御信号（Ｓｇｃ）としてゲイン制御レジスタ（ｇａｉｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）に記憶する。このように記憶されたゲイン制御信号（Ｓｇｃ）はＡＧＣ増幅器（６５）のＲ４を制御して前記ＡＧＣ増幅器の増幅利得が調節される。
【００３６】
図３によると、前記オフセット制御部（６４）は前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）により内部抵抗値（Ｒ４）が可変され、この可変抵抗値（Ｒ４）によりオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を生成するが、これを具体的に説明すれば次のとおりである。
【００３７】
前記オフセット制御部（６４）におけるスイッチング部（６４Ｃ）の各スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＮ）は前記オフセット制御信号によりオン／オフされ、これから前記オフセット制御部（６４）の抵抗チェーン部（６４Ｂ）の各抵抗中該当スイッチがオフされた抵抗の抵抗値の和が決定され、該抵抗和により演算増幅器（６４Ａ）に入力されるベース電圧（ＶＢＧ）から抵抗和に応じて増加する電圧をオフセット除去電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）に生成する。
【００３８】
図３を参照しながらオフセット制御部（６４）について詳しく説明する。図３の演算増幅器（６４Ａ）の両端の電圧が等しくなるようフィードバック制御が行われるが、この際、抵抗（Ｒ）に流れる電流（Ｉ）により前記ベース電圧（ＶＢＧ）は「ＶＢＧ＝Ｖｐ＝Ｉ＊Ｒ」となる。ここで、前記ベース電圧（ＶＢＧ：Ｂａｎｄｇａｐ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ）は電源及び温度変化が与えられても電圧値が一定な基準電圧である。
【００３９】
図３において、電流（Ｉ）は常に一定の値を有し、システムオフセット（Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆｆｓｅｔ）を除去するための「ＶＲＥＦ＋Ｖｃ」は下記数７のように求められる。
【数７】
2005020688.tif 000009
前記数７において、前記各抵抗（Ｒ１〜ＲＮ）に並列連結された各スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＮ）をオン／オフさせるために、前記オフセット制御信号（Ｓｏｃ）がＮビットで成り、各ビットの設定により各スイッチ（ＳＷＮ〜ＳＷ１）をオン／オフさせることにより、前記オフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）を調整することができる。
【００４０】
前記数７において、抵抗チェーン部（６４Ｂ）の各抵抗（ＲＮ、ＲＮ−１、ＲＮ−２、．．．、Ｒ１）は「Ｒ２＝２＊Ｒ１，Ｒ３＝２＊Ｒ２＝４＊Ｒ１」などから「ＲＮ＝２Ｎ−１＊Ｒ１」を満足するよう設定してもよく、または同一値を有するよう設定してもよい。
【００４１】
図４は図３のオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）の可変範囲の説明図である。図４によると、前記オフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）の可変範囲は前記ベース電圧（ＶＢＧ）から最大電圧（Ｖｍａｘ）までで、ここで前記ＶＢＧはＶＲＥＦより低く例えば約ＶＲＥＦ／２程度で、前記最大電圧（Ｖｍａｘ）はＶＲＥＦ  より高く例えばＶＲＥＦの１．５倍（１．５ＶＲＥＦ）程である。
【００４２】
次いで、前記ＡＧＣ増幅部（６５）は、固定抵抗値と前記ゲイン制御信号により可変される可変抵抗値とにより決定される利得で入力される信号を増幅するが、これについては図５を参照しながら詳しく説明する。図５によると、前記ＡＧＣ増幅部（６５）のフィードバック抵抗部（６５Ｃ）は前記ゲイン制御信号により抵抗値が可変され、該可変抵抗値と入力抵抗部（６５Ｂ）の抵抗値とにより増幅利得（Ａｖ）が決定され、前記ＡＧＣ増幅部（６５）は前記決定された増幅利得で前記低域通過フィルター（６３）からの信号を増幅する。
【００４３】
前記ＡＧＣ増幅器（６５）のフィードバック抵抗部（６５Ｃ）におけるスイッチ部（６５Ｃ２）の各スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＭ）は前記ゲイン制御信号（Ｓｇｃ）によりオン／オフされ、この際、スイッチがオフされた前記ＡＧＣ増幅器（６５）の抵抗チェーン部（６５Ｃ１）における抵抗の抵抗和（Ｒ４）が決定される。
【００４４】
前記抵抗和（Ｒ４）について説明すると、前記ＡＧＣ増幅器（６５）のゲイン制御のための利得制御における抵抗和（Ｒ４）の抵抗値は下記数８から求められる。
【数８】
2005020688.tif 000010
前記ＡＧＣ増幅器（６５）のゲイン制御のためのフィードバック抵抗部（６５Ｃ）における抵抗チェーン部（６５Ｃ１）の各抵抗（Ｒ１〜ＲＭ）に並列連結されたスイッチング部（６５Ｃ２）のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷＭ）各々をオン／オフ制御するためのゲイン制御信号（Ｓｇｃ）が、Ｎビットで成るゲイン制御レジスタに記憶され、このゲイン制御レジスタの各ビットの設定により前記各スイッチ（ＳＷＮ〜ＳＷ１）がオン／オフされることにより前記抵抗和（Ｒ４）の抵抗値が調整されることができる。
【００４５】
例えば、前記抵抗チェーン部（６５Ｃ１）において、Ｒ＝３＊Ｒ３、Ｒ１＝０．２５＊Ｒ３などでＲＮ＝２Ｎ−１＊Ｒ１が成立するよう設定されると、０．２５倍ずつ利得が制御できるようになる。この際、前記ＡＧＣ増幅器（６５）の利得（Ａｖ２）は「Ａｖ２＝１＋（３＋０．２５＊ＧＣ）」のようになる。
【００４６】
こうしたＡＧＣ増幅器（６５）の動作について再び説明すると、図６（Ｂ）において出力振幅は「Ｖｐ−ｐ＝Ｖａｄｃ＿ｍａｘ−Ｖａｄｃ＿ｍｉｎ」で定義され、一般に外部磁界の影響の無い状態で測定される地磁気は０．３Ｇａｕｓｓ程度の値を有するが、外部磁界及びセンサに傾き（ｔｉｌｔ）が生じると１ガウス（Ｇａｕｓｓ）まで地磁気がセンサに加えられる。
【００４７】
従って、傾き補償を考慮すると、Ｖａｄｃの範囲はＡＤコンバータの基準電圧（Ｖａｄｃ＿ＲＥＦ）の１／３程度の値を有さなければならない。そうでなければ、従来のように図１０（Ａ）のような波形となりかねない。また、方位角の計算時にはＸ、Ｙ軸の電圧値のＶｐ−ｐが前記ＡＤコンバータの入力範囲に入るよう補正（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）する過程を経る。この際、Ｘ、Ｙ軸のＶｐ−ｐ範囲が異なるほど補正時の誤差が大きくなる為、Ｖｐ−ｐは１／３＊Ｖａｄｃ＿ＲＥＦまたはそれ以下の値で固定出力されるよう調整すべきである。
【００４８】
前述したように本発明の信号処理器は電磁コンパスのように地磁気センサの２軸センシング信号をＡＤ変換する信号処理器に用いられる。
【００４９】
以上の説明は本発明の具体的な実施例に係る説明に過ぎず、本発明はこうした具体的な実施例に限られず、また本発明に対する前述した実施例からその構成の多様な変更及び改造が可能なことは本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば容易に想到するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による電磁コンパス用信号処理器の構成図である。
【図２】本発明によるアナログ信号処理器の構成図である。
【図３】図２のオフセット制御部の回路図である。
【図４】図３のオフセット除去用電圧（ＶＲＥＦ＋Ｖｃ）の可変範囲の説明図である。
【図５】図２のゲイン制御部の回路図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）はオフセット発生信号及びオフセット補正信号の波形図である。
【図７】従来の電磁コンパス用信号処理器の構成図である。
【図８】図７のＡＤコンバータ（１３）の入力信号の波形図である。
【図９】（Ａ）ないし（Ｃ）は入力信号のオフセット発生、補正及び方位角誤差発生の波形図である。
【図１０】（Ａ）ないし（Ｃ）は入力信号のゲイン誤差発生、補正及び方位角誤差発生の波形図である。
【符号の説明】
【００５１】
５１  地磁気センサ
５２  アナログ信号処理器
５３  ＡＤコンバータ
５４  ディジタル信号処理器
６１  チョッパ
６２  入力増幅器
６３  低域通過フィルター
６４  オフセット制御部
６５  ＡＧＣ増幅器
【図１】
2005020688.tif 000011
【図２】
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【図３】
2005020688.tif 000013
【図４】
2005020688.tif 000014
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005020688.tif 000018
【図９】
2005020688.tif 000019
【図１０】
2005020688.tif 000020