(57)【要約】【課題】センサ装置におけるセンサ素子、差動増幅器、増幅器の各オフセット電圧の影響を取り除き、物理量を高精度に検出すると共に高速な応答が可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ素子の第一の端子対および第二の端子対が接続され、その端子対を切り替え制御し、信号電圧を出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の第一の出力端子及び第二の出力端子が各々第一の入力端子及び第二の入力端子に接続され、信号電圧を差動増幅した結果を出力する差動増幅器と、２つ以上の差動入力対を有し、一つの差動入力対には差動増幅器より出力された差動信号が入力され、少なくとも一つの差動入力対には検出する物理量に応じた基準信号が入力される増幅器と、増幅器に基準信号を出力する検出電圧設定回路を備え、スイッチ回路の切換えにより第一検出状態と第二検出状態とを有し、各１回の第一検出状態と第二検出状態によって、検出を行う。【選択図】図１
2013242296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子に印加される物理量の強度に応じて論理出力を行うセンサ装置であって、
前記センサ素子の第一の端子対および第二の端子対が接続され、電源が供給される端子対と物理量の強度に応じた信号電圧を出力する端子対とを切り替え制御し、前記センサ素子の端子対から入力された第一の信号電圧と第二の信号電圧を出力するスイッチ回路と、
第一の基準電圧と第二の基準電圧を出力する検出電圧設定回路と、
第一の入力端子対と第二の入力端子対と出力端子を有し、
前記第一の入力端子対の第一の入力端子は、前記出力端子と第一のスイッチを介して接続され、かつ第一の容量を介して前記第一の信号電圧に基づく電圧が入力され、
前記第一の入力端子対の第二の入力端子は、前記第二の信号電圧に基づく電圧または前記第二の基準電圧が入力され、
前記第二の入力端子対の第一の入力端子は、前記第一の基準電圧が入力され、
前記第二の入力端子対の第二の入力端子は、前記第二の基準電圧または前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力される、第一の増幅器と、を備え、
前記スイッチ回路は、
前記センサ素子の前記第一端子対に電源を供給し、前記第二端子対から前記信号電圧を出力する第一検出状態と、
前記センサ素子の前記第二端子対に電源を供給し、前記第一端子対から前記信号電圧を出力する第二検出状態と、
を切り替える機能を有し、
前記第一の増幅器は、１回の前記第一検出状態と１回の前記第二検出状態によって、前記論理出力を行うことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサ装置は、
さらに第三の基準電圧と第四の基準電圧を出力するように構成された前記検出電圧設定回路と、
第一の入力端子対と第二の入力端子対と出力端子を有し、
該第一の入力端子対の第一の入力端子は、該出力端子と第二のスイッチを介して接続され、かつ第二の容量を介して前記第一の信号電圧に基づく電圧が入力され、
該第一の入力端子対の第二の入力端子は、前記第二の信号電圧に基づく電圧または前記第四の基準電圧が入力され、
該第二の入力端子対の第一の入力端子は、前記第三の基準電圧が入力され、
該第二の入力端子対の第二の入力端子は、前記第四の基準電圧または前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力される、第二の増幅器と、を備え、
前記第一のスイッチと前記第二のスイッチは排他的にオンオフすることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記第一の増幅器の第一の入力端子対の第二の入力端子は、第二の容量を介して前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力され、かつ第二のスイッチを介して任意の電圧供給源と接続された、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記第一の増幅器の第一の入力端子対の第二の入力端子は、第三の容量を介して前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力され、かつ第三のスイッチを介して任意の電圧供給源と接続され、
前記第二の増幅器の第一の入力端子対の第二の入力端子は、第四の容量を介して前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力され、かつ第四のスイッチを介して任意の電圧供給源と接続された、ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記検出電圧設定回路は、電源端子と接地端子の間に直列に接続された複数の抵抗で構成され、各分圧点から前記基準電圧を出力する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記スイッチ回路の二つの出力端子が各々接続される二つの入力端子と、前記信号電圧を増幅した結果を出力する二つの出力端子と、を有する差動増幅器を、
さらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記物理量は、磁気である請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記物理量は、圧力である請求項１または２に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検知して、検知した物理量、例えば磁界の強度を電気信号に変換するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やノートパソコン等における開閉状態検知用センサとして、またモーター等の回転位置検知センサとして磁気センサ装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の磁気センサ装置の回路図を図１８に示す。従来の磁気センサ装置は、磁電変換素子（例えばホール素子）によって磁界強度（または磁束密度）に応じた（一般的には概比例した）電圧を出力し、その出力電圧を増幅器で増幅し、比較器を用いて所定の磁界強度または磁束密度よりも大きいか小さいかを判定する（Ｈ信号かＬ信号の二値で出力する）。
【０００４】
上記の磁電変換素子の出力電圧は一般に微小であり、磁電変換素子が持つオフセット電圧（素子オフセット電圧）や、増幅器や比較器が持つオフセット電圧（入力オフセット電圧）や、これらのノイズが誤差の要因となって、精度が低下するという問題がある。上記の素子オフセット電圧は、一例としては磁電変換素子がパッケージから受ける応力によって発生する。上記の入力オフセット電圧は、一例としては増幅器や比較器の入力回路を構成する素子の特性ばらつきにより発生する。また上記のノイズは、主に回路を構成する単体トランジスタが持つフリッカ雑音や、単体トランジスタや抵抗素子が持つ熱雑音により発生する。
【０００５】
前述の磁電変換素子や増幅器および比較器が持つオフセット電圧の影響を低減するため、図１８に示した磁気センサ装置は、以下の構成となっている。ホール素子１８０１と、ホール素子１８０１の第一検出状態と第二検出状態とを切り替えるスイッチ回路１８０２と、スイッチ回路１８０２の二つの出力端子の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）を増幅する差動増幅器１８０３と、比較器１８０５と、差動増幅器１８０３の一方の出力端子と比較器１８０５の反転入力端子の間に接続される容量１８０４と、差動増幅器１８０３の他方の出力端子と比較器１８０５の非反転入力端子との間に接続されるスイッチ１８０７と、比較器１８０５の反転入力端子と出力端子との間に接続されるスイッチ１８０６と、検出電圧設定回路１８１５と、比較器１８０５の非反転入力端子と検出電圧設定回路１８１５の出力端子との間に接続される容量１８０８とを有する。検出電圧設定回路１８１５は、電源端子間に直列に接続された抵抗１８１１〜１８１４と、各抵抗の接続点と出力端子との間に接続されたスイッチ１８０９、１８１０ｘ、１８１０ｚとを有する。
【０００６】
また、図１８の磁気センサ装置は、図１９に示すタイミングチャートによりスイッチ１８０６、１８０７、１８０９、１８１０ｘ、１８１０ｚが制御されて動作する。スイッチ１８１０ｘと１８１０ｚは、図１９の１８１０によって制御され、１８１０がＯＮのときはスイッチ１８１０ｘと１８１０ｚのどちらか一方がオンし、１８１０がＯＦＦのときはスイッチ１８１０ｘと１８１０ｚの両方ともオフする。検出動作の一周期Ｔは、前述のとおりスイッチ回路１８０２の動作によって第一検出状態Ｔ１と第二検出状態Ｔ２とに分かれている。第一検出状態Ｔ１では、ホール素子１８０１の端子ＡとＣから電源電圧を入力し、端子ＢとＤから信号電圧を出力する。
【０００７】
また、第二検出状態Ｔ２では、端子ＢとＤから電源電圧を入力し、端子ＡとＣから信号電圧を出力する。ここで、ホール素子１８０１の同相信号電圧（以下、素子同相電圧）をＶｃｍ、磁界強度に応じた差動信号電圧（以下、素子信号電圧）をＶｈ、オフセット電圧（以下、素子オフセット電圧）をＶｏｈとし、差動増幅器１８０３の増幅率をＧ、入力端子Ｖ１、Ｖ２における入力オフセット電圧をそれぞれＶｏａ１、Ｖｏａ２とし、比較器１８０５の入力オフセット電圧をＶｏａ３とする。
【０００８】
また、第一検出状態Ｔ１および第二検出状態Ｔ２での素子同相電圧ＶｃｍをそれぞれＶｃｍ１、Ｖｃｍ２とし、素子信号電圧ＶｈについてもそれぞれＶｈ１、Ｖｈ２とし、素子オフセット電圧ＶｏｈについてもそれぞれＶｏｈ１、Ｖｏｈ２とする。Ｖｏｈ１とＶｏｈ２は概等しい値を示す。このホール素子１８０１の素子オフセット電圧Ｖｏｈは、一般にスピニングカレントと呼ばれる公知の手法にて相殺することが可能である。具体的には、同相の信号成分と逆相の素子オフセット成分（もしくは逆相の信号成分と同相の素子オフセット成分）が得られるようにスイッチ回路１８０２を切り替えることでオフセット成分を相殺する。また、検出動作の一周期Ｔは、各スイッチの開閉状態によって第一フェーズφ１、第二フェーズφ２、第３フェーズφ３に分かれている。
【０００９】
第一フェーズφ１では、スイッチ１８０６と１８０７がオンし、容量１８０４にＶＣ１＝Ｖ３−Ｖ５が充電される。比較器１８０５は、スイッチ１８０６がオンしているのでボルテージフォロワ回路として動作する。ホール素子１８０１とスイッチ回路１８０２は第一検出状態Ｔ１である。第一フェーズφ１では、各ノードの電圧は次のようになる。
【００１０】
Ｖ１＝Ｖｃｍ１＋Ｖｈ１／２＋Ｖｏｈ１／２
Ｖ２＝Ｖｃｍ１−Ｖｈ１／２−Ｖｏｈ１／２
Ｖ３＝Ｖｃｍ１＋Ｇ・Ｖｈ１／２＋Ｇ・Ｖｏｈ１／２＋Ｇ・Ｖｏａ１
Ｖ４＝Ｖｃｍ１−Ｇ・Ｖｈ１／２−Ｇ・Ｖｏｈ１／２＋Ｇ・Ｖｏａ２
Ｖ５＝ＶＯ＝Ｖ６＋Ｖｏａ３
Ｖ６＝Ｖ４
容量１８０４に充電される電圧ＶＣ１は次のようになる。
【００１１】
ＶＣ１＝Ｖ３−Ｖ５＝Ｇ・Ｖｈ１＋Ｇ・Ｖｏｈ１＋Ｇ・Ｖｏａ１−Ｇ・Ｖｏａ２−Ｖｏａ３・・・（ａ）
第二フェーズφ２では、スイッチ１８０６がオフし、ホール素子１８０１とスイッチ回路１８０２は第二検出状態Ｔ２になる。検出電圧設定回路１８１５は、スイッチ１８０９がオンし、１８１０ｘと１８１０ｚがオフしており、出力端子には抵抗１８１１〜１８１４の直列接続の分圧点の一つである電圧Ｖｒが基準電圧Ｖｒｅｆ１として供給される。従って、容量１８０８にはＶｃ２＝Ｖ６−Ｖｒｅｆ１＝Ｖ６−Ｖｒが充電される。第二フェーズφ２では、各ノードの電圧は次のようになる。
【００１２】
Ｖ１＝Ｖｃｍ２−Ｖｈ２／２＋Ｖｏｈ２／２
Ｖ２＝Ｖｃｍ２＋Ｖｈ２／２−Ｖｏｈ２／２
Ｖ３＝Ｖｃｍ２−Ｇ・Ｖｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏａ１
Ｖ４＝Ｖｃｍ２＋Ｇ・Ｖｈ２／２−Ｇ・Ｖｏｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏａ２
容量１８０４には式（ａ）で示すＶＣ１が保持されているので、ノードＶ５の電圧は次のようになる。
【００１３】
Ｖ５＝Ｖ３−ＶＣ１＝Ｖｃｍ２−Ｇ・Ｖｈ２／２−Ｇ・Ｖｈ１−Ｇ・Ｖｏｈ１＋Ｇ・Ｖｏｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏａ２＋Ｖｏａ３・・・（ｂ）
また、Ｖ６＝Ｖ４から、容量１８０８に充電される電圧ＶＣ２は次のようになる。
【００１４】
ＶＣ２＝Ｖ６−Ｖｒｅｆ１＝Ｖ４−Ｖｒ＝Ｖｃｍ２＋Ｇ・Ｖｈ２／２−Ｇ・Ｖｏｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏａ２−Ｖｒ・・・（ｃ）
さらに、第三フェーズφ３では、スイッチ１８０７とスイッチ１８０９がオフし、スイッチ１８１０ｘまたは１８１０ｚがオンする。ここではスイッチ１８１０ｘがオンしたとする。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、抵抗１８１１〜１８１４の直列接続の分圧点の一つである電圧Ｖｒｘになる。容量１８０８には式（ｃ）で示すＶＣ２が保持されているので、ノードＶ６の電圧は次のようになる。
【００１５】
Ｖ６＝Ｖｃ２＋Ｖｒｘ＝Ｖ６−Ｖｒｅｆ１＝Ｖ４−Ｖｒ＝Ｖｃｍ２＋Ｇ・Ｖｈ２／２−Ｇ・Ｖｏｈ２／２＋Ｇ・Ｖｏａ２−Ｖｒ＋Ｖｒｘ・・・（ｄ）
最終的に、式（ｂ）で表される電圧Ｖ５と式（ｄ）で表される電圧Ｖ６が比較器１８０５において比較され、出力端子ＶＯからハイレベルまたはローレベルが出力される。比較器１８０５の入力オフセット電圧Ｖｏａ３を考慮すると、比較器１８０５で比較される電圧は次のようになる。
【００１６】
（Ｖ６＋Ｖｏａ３）−Ｖ５＝Ｇ（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）＋Ｇ（Ｖｏｈ１−Ｖｏｈ２）−（Ｖｒ−Ｖｒｘ）・・・（ｅ）
ここで、素子オフセット電圧Ｖｏｈ１とＶｏｈ２は概等しい値を示すので相殺される。また、式（ｅ）には、差動増幅器１８０３の入力オフセット電圧Ｖｏａ１、Ｖｏａ２、比較器１８０５の入力オフセット電圧Ｖｏａ３が含まれておらず、これらオフセット電圧が相殺されていることが示されている。従って、第三フェーズφ３で比較器１８０４において、信号成分Ｇ（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）と検出電圧設定回路１８１５で決まる基準電圧成分（Ｖｒ−Ｖｒｘ）が比較される。以上により、誤差要因となるホール素子のオフセット電圧成分、差動増幅器と比較器のオフセット電圧成分の影響が取り除かれ、ばらつきの少ない高精度な出力の磁気センサを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１０−２８１８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、近年、モーターの回転検知等の用途において高速動作が求められており、前述したような従来の磁気センサ装置では、検出動作の一周期が３つのフェーズから成り立っているため、高速化への対応が困難という課題があった。また、従来の磁気センサ装置では、各フェーズの時間を短くすることによって高速化が可能であるが、差動増幅器および比較器の高速化が必要となり、特に差動増幅器の消費電流が増大すると共に回路面積が増大するという課題があった。
【００１９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡便な回路構成で磁電変換素子のオフセット電圧と増幅器および比較器の入力オフセット電圧の影響を取り除き、磁界強度を高精度に検出できると共に、磁界強度の高速な検出が可能な磁気センサ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】
【００２０】
従来のこのような問題点を解決するために、本発明のセンサ装置は以下のような構成とした。
センサ素子に印加される物理量の強度に応じて論理出力を行うセンサ装置であって、
前記センサ素子の第一の端子対および第二の端子対が接続され、電源が供給される端子対と物理量の強度に応じた信号電圧を出力する端子対とを切り替え制御し、前記センサ素子の端子対から入力された第一の信号電圧と第二の信号電圧を出力するスイッチ回路と、
第一の基準電圧と第二の基準電圧を出力する検出電圧設定回路と、
第一の入力端子対と第二の入力端子対と出力端子を有し、
前記第一の入力端子対の第一の入力端子は、前記出力端子と第一のスイッチを介して接続され、かつ第一の容量を介して前記第一の信号電圧に基づく電圧が入力され、
前記第一の入力端子対の第二の入力端子は、前記第二の信号電圧に基づく電圧または前記第二の基準電圧が入力され、
前記第二の入力端子対の第一の入力端子は、前記第一の基準電圧が入力され、
前記第二の入力端子対の第二の入力端子は、前記第二の基準電圧または前記第二の信号電圧に基づく電圧が入力される、第一の増幅器と、を備え、
前記スイッチ回路は、
前記センサ素子の前記第一端子対に電源を供給し、前記第二端子対から前記信号電圧を出力する第一検出状態と、
前記センサ素子の前記第二端子対に電源を供給し、前記第一端子対から前記信号電圧を出力する第二検出状態と、
を切り替える機能を有し、
前記第一の増幅器は、１回の前記第一検出状態と１回の前記第二検出状態によって、前記論理出力を行うことを特徴とするセンサ装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のセンサ装置によれば、スイッチと容量と複数の差動入力対を有する増幅器を有効的に活用することにより、センサ装置を構成するセンサ素子および差動増幅器および増幅器において発生するオフセット成分を簡便な回路構成で取り除くことが可能となる。また、信号処理ステップの短縮化と動作タイミングの工夫により、最小の回路追加によって高速な磁界の変化に追従した検出が可能となる。従って、高精度かつ高速応答が可能なセンサ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。
【図２】本発明の磁気センサ装置に用いる差動増幅器の回路図の一例である。
【図３】本発明の磁気センサ装置に用いる増幅器の回路図の一例である。
【図４】第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図５】第１の実施形態に用いる検出電圧設定回路の回路図の一例である。
【図６】第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図７】第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図８】第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図９】第１の実施形態に用いる検出電圧設定回路の回路図の一例である。
【図１０】本発明の磁気センサ装置に用いる増幅器の回路図の一例である。
【図１１】本発明の磁気センサ装置に用いる差動増幅器の回路図の一例である。
【図１２】第２の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。
【図１３】第２の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図１４】第２の実施形態に用いる検出電圧設定回路の回路図の一例である。
【図１５】第２の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図１６】第２の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図１７】第２の実施形態に用いる検出電圧設定回路の回路図の一例である。
【図１８】従来の磁気センサ装置の回路図である。
【図１９】従来の磁気センサ装置のスイッチ制御信号のタイミングチャートである。
【図２０】第３の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。
【図２１】第３の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図２２】第３の実施形態に用いる検出電圧設定回路の回路図の一例である。
【図２３】第３の実施形態スイッチ制御信号のタイミングチャートの一例である。
【図２４】第４の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のセンサ装置、例えば磁気センサ装置は、折りたたみ式携帯電話機やノートパソコン等における開閉状態検知センサや、モーターの回転位置検知センサなど、磁界強度の状態を検知するセンサとして幅広く利用されている。以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。第１の実施形態の磁気センサ装置は、磁電変換素子であるホール素子１と、スイッチ回路２と、差動増幅器３と、増幅器４と、容量Ｃ１と、スイッチＳ１と、検出電圧設定回路５を備える。検出電圧設定回路５は基準電圧回路ｒｅｆ１および基準電圧回路ｒｅｆ２で構成される。
ホール素子１は、第一端子対Ａ―Ｃと第二端子対Ｂ―Ｄとを備える。
スイッチ回路２は、ホール素子１の各端子Ａ、Ｂ、ＣおよびＤと接続される４つの入力端子と、第一出力端子及び第二出力端子を有する。
【００２５】
差動増幅器３は、スイッチ回路２の第一出力端子及び第二出力端子が各々接続される第一入力端子Ｖ１及び第二入力端子Ｖ２と、第一出力端子Ｖ３及び第二出力端子Ｖ４とを有する。
容量Ｃ１は、２つの端子を有し、一方の端子は差動増幅器３の第一出力端子Ｖ３に接続され、もう一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５に接続される。
【００２６】
増幅器４は、４つの入力端子と１つの出力端子とを有し、詳しくは、第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５と、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６と、第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７と、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８と出力端子ＶＯを有する。増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６は差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７は基準電圧回路ｒｅｆ１の正極に接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８は基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に接続される。
【００２７】
スイッチＳ１は、２つの端子を有し、一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５に接続され、もう一方の端子は増幅器４の出力端子ＶＯに接続され、スイッチ制御信号（回路図には図示しない）により、オンまたはオフが制御される。
【００２８】
次に、第１の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明する。
スイッチ回路２は、ホール素子１の第一端子対Ａ―Ｃに電源電圧を入力し第二端子対Ｂ―Ｄから信号電圧を出力する第一検出状態と、第二端子対Ｂ―Ｄに電源電圧を入力し第一端子対Ａ―Ｃから信号電圧を出力する第二検出状態とを切り替える機能を有する。
ホール素子１は磁界強度（または磁束密度）に応じた信号電圧を出力すると共に、誤差差成分であるオフセット電圧を出力する。
【００２９】
差動増幅器３は、２つの入力電圧の差を増幅し、２つの出力電圧の差として出力する機能を有する。この増幅機能を式で表すと
Ｖ３−Ｖ４＝Ｇ×（Ｖ１−Ｖ２）・・・（１）
となる。ここに、Ｇは増幅率であり、各端子Ｖ１〜Ｖ４の電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ４とした。このような差動増幅器３の機能は、例えば図２に示すような回路構成で実現することができる。
【００３０】
図２は、差動増幅器３の一例を示す回路図である。
図２の差動増幅器３は、差動増幅器３１、３２と抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３を備えている。差動増幅器３は、第一入力端子Ｖ１が差動増幅器３１の非反転入力端子に接続され、第二入力端子Ｖ２が差動増幅器３２の非反転入力端子に接続され、第一出力端子Ｖ３が差動増幅器３１の出力端子に接続され、第二出力端子Ｖ４が差動増幅器３２の出力端子に接続される。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、第一出力端子Ｖ３と第二出力端子Ｖ４の間に直列に接続され、Ｒ１１とＲ１２の接続点Ｖ１’は差動増幅器３１の反転入力端子に接続され、Ｒ１２とＲ１３の接続点Ｖ２’は差動増幅器３２の反転入力端子に接続される。
【００３１】
差動増幅器３は以上のように接続されており、次のように動作する。
差動増幅器３１は非反転増幅器として動作し、反転入力端子に接続した接続点Ｖ１’が非反転入力端子に接続したＶ１に概等しくなるように動作する。また、差動増幅器３２は非反転増幅器として動作し、反転入力端子に接続した接続点Ｖ２’が非反転入力端子に接続したＶ２に概等しくなるように動作する。また、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３に流れる電流は等しいので、次の式を得る。
【００３２】
（Ｖ３−Ｖ１）／Ｒ１１＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１２・・・（２）
（Ｖ２−Ｖ４）／Ｒ１３＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１２・・・（３）
式（２）と式（３）から、Ｖ３およびＶ４を計算すると次のようになる。
【００３３】
Ｖ３＝＋（Ｒ１１／Ｒ１２＋１／２）×（Ｖ１−Ｖ２）＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２・・・（４）
Ｖ４＝−（Ｒ１３／Ｒ１２＋１／２）×（Ｖ１−Ｖ２）＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２・・・（５）
式（４）と式（５）の右辺の抵抗を含む括弧の項をそれぞれ増幅率Ｇ１、Ｇ２とし
Ｇ１＝Ｒ１１／Ｒ１２＋１／２・・・（６）
Ｇ２＝Ｒ１３／Ｒ１２＋１／２・・・（７）
とおくと、式（４）と式（５）は次のようになる。
【００３４】
Ｖ３＝＋Ｇ１×（Ｖ１−Ｖ２）＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２・・・（８）
Ｖ４＝−Ｇ２×（Ｖ１−Ｖ２）＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２・・・（９）
式（８）と式（９）からＶ３−Ｖ４を計算すると次のようになる。
【００３５】
Ｖ３−Ｖ４＝（Ｇ１＋Ｇ２）×（Ｖ１−Ｖ２）・・・（１０）
ここで、増幅率Ｇを
Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２・・・（１１）
とおくと、式（１０）は
Ｖ３−Ｖ４＝Ｇ×（Ｖ１−Ｖ２）・・・（１２）
となり、式（１）と同じ結果を得る。すなわち、図２に示した回路例は、２つの入力電圧の差を増幅し、２つの出力電圧の差として出力する機能を有している。また、図２に示した回路例は、このような計装アンプ構成とすることにより、入力における同相ノイズの影響を抑制することが可能となる。なお、式（１１）および（６）、（７）から
Ｇ＝（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３）／Ｒ１２・・・（１３）
となるから、増幅率Ｇは抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３によって任意に設定可能である。
増幅器４は、一対の入力電圧の差を増幅した値と、もう一対の入力電圧の差を増幅した値と、の和を出力する機能を有する。この増幅機能を概念的に表した図を図３に示す。
【００３６】
図３は、増幅器４の機能を表す概念図である。
図３の増幅器４は、差動増幅器４１、４２と加算器４３を有し、以下のように接続されて構成される。増幅器４の第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５が差動増幅器４１の反転入力端子に接続され、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６が差動増幅器４１の非反転入力端子に接続され、第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７が差動増幅器４２の反転入力端子に接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８が差動増幅器４２の非反転入力端子に接続される。差動増幅器４１の出力と差動増幅器４２の出力は加算器４３の入力にそれぞれ接続され、加算器４３の出力が増幅器４の出力端子ＶＯに接続される。
【００３７】
増幅器４は以上のように接続されており、次のように動作する。
差動増幅器４１は２つの入力端子Ｖ５とＶ６の電圧の差を増幅して加算器４３に入力し、差動増幅器４２は２つの入力端子Ｖ７とＶ８の電圧の差を増幅して加算器４３に入力する。加算器４３は差動増幅器４１と差動増幅器４２の出力の和を出力する。この増幅機能を式で表すと
ＶＯ＝Ａ１×（Ｖ６−Ｖ５）＋Ａ２×（Ｖ８−Ｖ７）・・・（１４）
となる。ここにＡ１およびＡ２はそれぞれ差動増幅器４１および４２の増幅率である。また、各端子Ｖ５〜Ｖ８およびＶＯの電圧をそれぞれＶ５〜Ｖ８およびＶＯとした。
【００３８】
図１の磁気センサ装置では、図３に示した増幅器４の第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５と出力端子ＶＯはスイッチＳ１の両端に接続されている。
スイッチＳ１がオンしている状態では、ＶＯとＶ５は概等しい電圧になるから、ＶＯは式（１４）から次のように表される。
【００３９】
ＶＯ＝Ａ１／（１＋Ａ１）×Ｖ６＋Ａ２／（１＋Ａ１）×（Ｖ８−Ｖ７）・・・（１５）
説明の便宜上、増幅率Ａ１およびＡ２は十分に大きいとすると、次式を得る。
【００４０】
ＶＯ＝Ｖ６＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８−Ｖ７）・・・（１６）
すなわち増幅器４は、スイッチＳ１がオンしている状態では、出力端子ＶＯと、第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５を介した差動増幅器４１の反転入力端子が電気的に接続されており、フィードバックループが形成され、出力電圧ＶＯは入力電圧Ｖ６に追従するだけでなく、入力Ｖ８とＶ７の電圧の差分を増幅率Ａ２とＡ１の比で増幅した電圧との和をも出力する、一種のボルテージフォロワのような動作をする。
【００４１】
一方、スイッチＳ１がオフしている状態では増幅器４にフィードバックループが形成されないことから、増幅器４は比較器（コンパレータ）として動作する。式（１４）から
ＶＯ＝Ａ１×｛（Ｖ６−Ｖ５）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８−Ｖ７）｝・・・（１７）
であるから、すなわち増幅器４は、スイッチＳ１がオフしている状態では、Ｖ６とＶ５の差分の電圧と、Ｖ８とＶ７の差分を増幅率Ａ１とＡ２の比で増幅した電圧と、の和の電圧を、十分に大きな増幅率Ａ１で増幅して、ハイレベル信号（一般に正の電源電圧レベル）またはローレベル信号（一般に負の電源電圧レベル、またはＧＮＤレベル）を出力端子ＶＯに出力する比較動作を行う。
【００４２】
図４にスイッチ制御信号のタイミングチャートを示す。
検出動作の一周期は、フェーズφＦとフェーズφＣの２つのフェーズからなる。スイッチＳ１は、図４のスイッチ制御信号により制御され、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフする。また、スイッチ回路２およびホール素子１もスイッチ制御信号により制御され、フェーズφＦで第一検出状態Ｔ１、フェーズφＣで第二検出状態Ｔ２とする。各フェーズでの図１の磁気センサ装置の動作の概略を説明すると、フェーズφＦは、ホール素子１の素子信号電圧と素子オフセット電圧および差動増幅器３と増幅器４のオフセット電圧を容量Ｃ１に記憶するフェーズであり、フェーズφＣは、フェーズφＦでのオフセット成分を相殺しつつ、磁界強度に応じた信号電圧と、検出電圧との比較を行うフェーズである。以下に詳細に説明する。
【００４３】
フェーズφＦでは、スイッチＳ１はオンする。スイッチＳ１がオンすることで、増幅器４は前述のように一種のボルテージフォロアのように動作する。これを式で表すと、式（１６）から次のようになる。
【００４４】
Ｖ５φＦ＝ＶＯφＦ＝Ｖ６φＦ＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８φＦ−Ｖ７φＦ）・・・（１８）
各電圧の末尾のφＦは、フェーズφＦにおける電圧である事を示す。これ以降では、他の電圧、またフェーズφＣについても同様に表記する。
容量Ｃ１には電圧Ｖ３と電圧Ｖ５の差分ΔＶＣ１φＦが充電される。
【００４５】
ΔＶＣ１φＦ＝Ｖ３φＦ−Ｖ５φＦ・・・（１９）
上式に式（１８）を代入すると、次式を得る。
【００４６】
ΔＶＣ１φＦ＝Ｖ３φＦ−Ｖ６φＦ−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８φＦ−Ｖ７φＦ）・・・（２０）
ここで、Ｖ６＝Ｖ４となるように接続され、また、増幅器４の第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７には基準電圧回路ｒｅｆ１の正極が接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８には基準電圧回路ｒｅｆ２の正極が接続されているから、各基準電圧回路の正極の電圧をそれぞれ、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２とすると、式（２０）は次式で表される。
【００４７】
ΔＶＣ１φＦ＝（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）・・・（２１）
また、式（１２）から
Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ＝Ｇ×（Ｖ１φＦ−Ｖ２φＦ）・・・（２２）
であるから、これを式（２１）に代入すると次のようになる。
【００４８】
ΔＶＣ１φＦ＝Ｇ×（Ｖ１φＦ−Ｖ２φＦ）−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）・・・（２３）
すなわち、容量Ｃ１には、Ｖ１とＶ２の差分を増幅率Ｇで増幅した電圧と、Ｖｒｅｆ２とＶｒｅｆ１の差分を増幅率Ａ２とＡ１の比で増幅した電圧と、の差の電圧が充電される。
【００４９】
一方、フェーズφＣでは、スイッチＳ１はオフし、ホール素子１は第二検出状態Ｔ２になる。容量Ｃ１にはΔＶＣ１φＦが充電されているので、電圧Ｖ５は次式で表される。
Ｖ５φＣ＝Ｖ３φＣ−ΔＶＣ１φＦ・・・（２４）
また、増幅器４の出力は、式（１７）から次式のようになる。
【００５０】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ６φＣ−Ｖ５φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８φＣ−Ｖ７φＣ）｝・・・（２５）
前述のとおり、Ｖ６＝Ｖ４となるように接続され、また、増幅器４の第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７には基準電圧回路ｒｅｆ１の正極が接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８には基準電圧回路ｒｅｆ２の正極が接続されているから、式（２５）は、
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ４φＣ−Ｖ５φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）｝・・・（２６）
となる。これに式（２４）を代入すると、次のようになる。
【００５１】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ４φＣ−Ｖ３φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）｝＋Ａ１×ΔＶＣ１φＦ・・・（２７）
上式に式（２１）に示した容量Ｃ１に充電されている電圧ΔＶＣ１φＦを代入して整理すると次式を得る。
【００５２】
ＶＯφＣ＝Ａ１×［−｛（Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ）−（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）｝＋（Ａ２／Ａ１）×｛（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）−（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）｝］・・・（２８）
式（２８）を分かりやすくするために、差動増幅器３を経由して増幅器４に供給される電圧成分をΔＶｓｉｇ、基準電圧設定回路から増幅器４に供給される電圧成分をΔＶｒｅｆとおくと、式（２８）は次のように表せる。
【００５３】
ＶＯφＣ＝Ａ１×［ΔＶｓｉｇ＋（Ａ２／Ａ１）×ΔＶｒｅｆ］・・・（２９）
ここに、
ΔＶｓｉｇ＝−｛（Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ）−（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）｝・・・（３０）
ΔＶｒｅｆ＝（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）−（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）・・・（３１）
である。すなわち、差動増幅器３から供給される電圧成分ΔＶｓｉｇと、検出電圧設定回路５から供給される電圧成分ΔＶｒｅｆを増幅率Ａ２とＡ１の比で増幅した電圧とを比較した結果が、最終的に増幅器４の出力端子ＶＯからハイレベル信号またはローレベル信号として出力されることになる。
【００５４】
また、式（１２）から
Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ＝Ｇ×（Ｖ１φＣ−Ｖ２φＣ）・・・（３２）
であるから、上式（３２）と式（２２）を式（３０）に代入すると
ΔＶｓｉｇ＝−Ｇ×｛（Ｖ１φＣ−Ｖ２φＣ）−（Ｖ１φＦ−Ｖ２φＦ）｝・・・（３３）
を得る。
【００５５】
次に、ホール素子１の信号電圧とオフセット電圧、差動増幅器３および増幅器４のオフセット電圧を考慮し、回路の動作と信号と誤差成分の伝達について説明する。
ホール素子１の素子同相電圧をＶｃｍ、素子信号電圧をＶｈ、オフセット電圧をＶｏｈとし、差動増幅器３の入力オフセット電圧を第一入力端子Ｖ１においてＶｏａ１、第二入力端子Ｖ２においてＶｏａ２、増幅器４の入力オフセット電圧を第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６においてＶｏａ３、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８においてＶｏａ４とする。
【００５６】
以下の説明では、ホール素子１はフェーズφＦのときに第一検出状態Ｔ１であり、フェーズφＣのときに第二検出状態Ｔ２とする。また、ホール素子１の素子信号電圧Ｖｈ、オフセット電圧Ｖｏｈは、第一検出状態Ｔ１と第二検出状態Ｔ２とで素子信号電圧Ｖｈが逆相であり、オフセット電圧Ｖｏｈが同相であるとすると、フェーズφＦ、フェーズφＣのそれぞれのフェーズにおける端子Ｖ１およびＶ２の電圧は以下となる。
【００５７】
Ｖ１φＦ＝Ｖｃｍ１＋Ｖｈ１／２＋Ｖｏｈ１／２・・・（３４）
Ｖ２φＦ＝Ｖｃｍ１−Ｖｈ１／２−Ｖｏｈ１／２・・・（３５）
Ｖ１φＣ＝Ｖｃｍ２−Ｖｈ２／２＋Ｖｏｈ２／２・・・（３６）
Ｖ２φＣ＝Ｖｃｍ２＋Ｖｈ２／２−Ｖｏｈ２／２・・・（３７）
ここで、ホール素子１の素子同相電圧Ｖｃｍ、素子信号電圧Ｖｈ、オフセット電圧Ｖｏｈの末尾に付した“１”または“２”は、それぞれホール素子１およびスイッチ回路２の検出状態がそれぞれ第一検出状態Ｔ１または第二検出状態Ｔ２での値であることを示す。式（３５）から式（３７）により、各フェーズで差動増幅器３に入力される電圧は次のようになる。
【００５８】
Ｖ１φＦ−Ｖ２φＦ＝＋Ｖｈ１＋Ｖｏｈ１・・・（３８）
Ｖ１φＣ−Ｖ２φＣ＝−Ｖｈ２＋Ｖｏｈ２・・・（３９）
また、差動増幅器３の差動出力Ｖ３−Ｖ４は、式（１２）のＶ１、Ｖ２にそれぞれ入力オフセット電圧Ｖｏａ１およびＶｏａ２を考慮して、以下のように表される。
【００５９】
Ｖ３−Ｖ４＝Ｇ×（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｇ×（Ｖｏａ１−Ｖｏａ２）・・・（４０）
従って差動増幅器３の出力には、入力電圧の差分Ｖ１−Ｖ２だけでなく、入力オフセット電圧の差分Ｖｏａ１−Ｖｏａ２も増幅率Ｇ倍されて出力される。式（４０）から、各フェーズにおける差動増幅器３の差動出力Ｖ３−Ｖ４は次のようになる。
【００６０】
Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ＝Ｇ×（Ｖ１φＦ−Ｖ２φＦ）＋Ｇ×（Ｖｏａ１φＦ−Ｖｏａ２φＦ）・・・（４１）
Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ＝Ｇ×（Ｖ１φＣ−Ｖ２φＣ）＋Ｇ×（Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ２φＣ）・・・（４２）
式（４１）、（４２）に式（３８）、（３９）を代入すると次式を得る。
【００６１】
Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ＝Ｇ×（＋Ｖｈ１＋Ｖｏｈ１）＋Ｇ×（Ｖｏａ１φＦ−Ｖｏａ２φＦ）・・・（４３）
Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ＝Ｇ×（−Ｖｈ２＋Ｖｏｈ２）＋Ｇ×（Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ２φＣ）・・・（４４）
また、フェーズφＦにおける端子Ｖ５の電圧は、増幅器４の入力オフセット電圧を考慮すると、式（１８）から次のようになる。
【００６２】
Ｖ５φＦ＝ＶＯφＦ＝（Ｖ６φＦ＋Ｖｏａ３φＦ）＋（Ａ２／Ａ１）×｛（Ｖ８φＦ＋Ｖｏａ４φＦ）−Ｖ７φＦ｝・・・（４５）
式（４５）をもとに、前述の式（１９）から式（２１）までの導出と同様に導出を行うと、フェーズφＦで容量Ｃ１に充電される電圧ΔＶＣ１φＦは、次のようになる。
【００６３】
ΔＶＣ１φＦ＝（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ−Ｖｏａ３φＦ）−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＦ＋Ｖｏａ４φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）＝（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）−Ｖｏａ３φＦ−（Ａ２／Ａ１）×Ｖｏａ４φＦ・・・（４６）
一方、フェーズφＣにおける増幅器４の出力ＶＯは、増幅器４の入力オフセット電圧を考慮すると、式（２５）から次のようになる。
【００６４】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ６φＣ＋Ｖｏａ３φＣ−Ｖ５φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖ８φＣ＋Ｖｏａ４φＣ−Ｖ７φＣ）｝・・・（４７）
式（４７）をもとに、前述の式（２６）から式（２８）までの導出と同様に導出を行うと、フェーズφＣにおける増幅器４の出力ＶＯは次のようになる。
【００６５】
ＶＯφＣ＝Ａ１×［｛−（Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ）＋（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）｝＋（Ａ２／Ａ１）×｛（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）−（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）｝］＋Ａ１×（Ｖｏａ３φＣ−Ｖｏａ３φＦ）＋Ａ２×（Ｖｏａ４φＣ−Ｖｏａ４φＦ）・・・（４８）
式（３０）で示した差動増幅器３から供給される電圧成分ΔＶｓｉｇと、式（３１）で示した検出電圧設定回路５から供給される電圧成分ΔＶｒｅｆを用いて式（４８）を表すと次のようになる。
【００６６】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛ΔＶｓｉｇ＋（Ａ２／Ａ１）×ΔＶｒｅｆ｝＋Ａ１×（Ｖｏａ３φＣ−Ｖｏａ３φＦ）＋Ａ２×（Ｖｏａ４φＣ−Ｖｏａ４φＦ）・・・（４９）
式（４９）に用いたΔＶｓｉｇは、式（３０）に式（４３）、式（４４）を代入して
ΔＶｓｉｇ＝Ｇ×｛（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）＋（Ｖｏｈ１−Ｖｏｈ２）−（Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ１φＦ）−（Ｖｏａ２φＦ−Ｖｏａ２φＣ）｝・・・（５０）
と求められる。
【００６７】
ここで、差動増幅器３および増幅器４の入力オフセット電圧Ｖｏａ１〜Ｖｏａ４は、厳密には経時変化や温度変化（温度ドリフト）を示すため、一定の値ではないが、フェーズφＦおよびフェーズφＣの時間が入力オフセット電圧の経時変化や温度変化に対して十分に短い時間であれば、入力オフセット電圧の値は、フェーズφＦとフェーズφＣで概等しい値であるとみなす事ができる。従って、式（５０）および式（４９）において、Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ１φＦ、Ｖｏａ２φＣ−Ｖｏａ２φＦ、Ｖｏａ３φＣ−Ｖｏａ３φＦ、Ｖｏａ４φＣ−Ｖｏａ４φＦは、ほぼゼロの値となり、フェーズφＣの増幅器４における比較動作時に、差動増幅器３および増幅器４のオフセット成分は取り除かれる。
【００６８】
また、ホール素子１の素子オフセット電圧Ｖｏｈは、一般的に、第一検出状態Ｔ１と第二検出状態Ｔ２とで概等しい値となる特性を有するから、Ｖｏｈ１−Ｖｏｈ２は、ほぼゼロの値となり、フェーズφＣの増幅器４における比較動作時に、素子オフセット成分は取り除かれる。式（４９）、式（５０）から、これらの取り除かれる成分を削除すると、次の式を得る。
【００６９】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛ΔＶｓｉｇ＋（Ａ２／Ａ１）×ΔＶｒｅｆ｝・・・（５１）
ΔＶｓｉｇ＝Ｇ×（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）・・・（５２）
また、式（５１）中のΔＶｒｅｆは式（３１）で表されている。従って、ホール素子１の第一検出状態Ｔ１と第二検出状態Ｔ２における素子信号電圧をＶｈの和を差動増幅器３の増幅率Ｇで増幅した電圧成分ΔＶｓｉｇと、検出電圧設定回路５から供給される電圧成分ΔＶｒｅｆを増幅率Ａ２とＡ１の比で増幅した電圧と、を比較した結果が、最終的に増幅器４の出力端子ＶＯからハイレベル信号またはローレベル信号として出力されることになる。
【００７０】
以上をまとめると、前述の式（４９）、（５０）で示されるように、本発明の磁気センサ装置では、ホール素子１、差動増幅器３、増幅器４において発生する全てのオフセット成分を取り除き、ホール素子の信号成分と基準電圧とを比較することができ、高精度の磁界強度の検出が実現される。また、理想的なホール素子においては、第一検出状態Ｔ１と第二検出状態Ｔ２の素子同相電圧Ｖｃｍ１およびＶｃｍ２は等しいが、実際のホール素子においては必ずしも等しい値ではなく、このことも高精度な磁界強度の検出に誤差を生じさせる要因となっている。本発明の磁気センサ装置においては、式（５１）、（５２）、（３１）で示されるように、比較結果を示す式にこれらの項は含まれておらず、ホール素子の同相電圧の非理想成分を除去した高精度の磁界強度の検出が実現される。さらには、本発明の磁気センサ装置は、フェーズφＦとフェーズφＣの２つのフェーズで磁界強度の検出が可能であり、高速かつ高精度の磁界強度の検出が実現される。
【００７１】
また、ホール素子の信号成分と比較される基準電圧成分ΔＶｒｅｆは、式（３１）に示したように、基準電圧回路ｒｅｆ１と基準電圧回路ｒｅｆ２のフェーズφＦにおける値と、フェーズφＣにおけるそれぞれの値によって、任意に設定する事が可能である。すなわち、本発明の磁気センサ装置では、任意に基準電圧を設定することで、検出する磁界強度を任意に設定することができる。
【００７２】
また、一般的にホール素子の感度は温度依存を有するので、ホール素子１が出力する磁界強度に応じた信号電圧も温度依存を有する。これを補正するために、例えば、基準電圧回路ｒｅｆ１と基準電圧回路ｒｅｆ２に温度依存をもたせることで、検出する磁界強度の温度依存を抑制することができる。
【００７３】
ここで、図１の磁気センサ装置を構成する要素である検出電圧設定回路５の回路構成の一例について示す。
図５は、検出電圧設定回路５の一例である。
【００７４】
図５の検出電圧設定回路５は、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３と、スイッチＳ５１、Ｓ５１ｘ、Ｓ５２、Ｓ５２ｘを有し、以下のように接続されて構成される。抵抗Ｒ５３、Ｒ５２、Ｒ５１は、正の電源電圧端子（以下電源電圧端子）ＶＤＤと負の電源電圧端子（以下、グランド端子）ＶＳＳとの間に直列に接続される。Ｒ５１とＲ５２の接続点をＶｎ、Ｒ５２とＲ５３の接続点をＶｎｘとする。スイッチＳ５１、Ｓ５１ｘ、Ｓ５２、Ｓ５２ｘは２つの端子を有し、スイッチ制御信号（図示しない）により、オンまたはオフに制御される。スイッチＳ５１の一方の端子は接続点Ｖｎに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１の正極に接続される。スイッチＳ５１ｘの一方の端子は接続点Ｖｎｘに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１の正極に接続される。スイッチＳ５２の一方の端子は接続点Ｖｎに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に接続される。スイッチＳ５２ｘの一方の端子は接続点Ｖｎｘに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に接続される。以下の説明では、電源電圧端子ＶＤＤおよびグランド端子ＶＳＳの電圧をそれぞれＶＤＤ、ＶＳＳ、接続点Ｖｎ、Ｖｎｘの電圧をそれぞれＶｎ、Ｖｎｘ、基準電圧回路ｒｅｆ１の正極、基準電圧回路ｒｅｆ２の正極の電圧を、それぞれ基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２として説明する。
【００７５】
検出電圧設定回路５は以上のように接続されており、次のように動作する。
接続点ＶｎとＶｎｘの電圧は、ＶＤＤおよびＶＳＳを抵抗Ｒ５３、Ｒ５２、Ｒ５１で分圧した電圧であるから
Ｖｎ＝Ｒ５１／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３）×（ＶＤＤ−ＶＳＳ）・・・（５３）
Ｖｎｘ＝（Ｒ５１＋Ｒ５２）／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３）×（ＶＤＤ−ＶＳＳ）・・・（５４）
となる。電圧ＶｎおよびＶｎｘは、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３により任意に設定可能である。
【００７６】
スイッチＳ５１とＳ５１ｘは、どちらか一方がオンし、もう一方がオフするように制御される。従って、Ｖｒｅｆ１にはＶｎまたはＶｎｘのどちらかの電圧が出力される。また、スイッチＳ５２とＳ５２ｘについても同様に、どちらか一方がオンし、もう一方がオフするように制御される。従って、Ｖｒｅｆ２にはＶｎまたはＶｎｘのどちらかの電圧が出力される。
ここで、図５に示す検出電圧設定回路５の各スイッチは図６に示すタイミングチャートのスイッチ制御信号で制御されるとする。
【００７７】
図６にスイッチ制御信号のタイミングチャートを示す。
スイッチＳ１は、前述のとおり、スイッチ制御信号により制御され、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフする。また、スイッチＳ５１とＳ５１ｘはスイッチ制御信号により制御され、スイッチＳ５１はフェーズφＦでもフェーズφＣでもオンし、スイッチＳ５１ｘはフェーズφＦでもフェーズφＣでもオフする。また、スイッチＳ５２とＳ５２ｘはスイッチ制御信号により制御され、スイッチＳ５２はフェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフする。スイッチＳ５２ｘはフェーズφＦでオフし、フェーズφＣでオンする。
【００７８】
ここで、スイッチＳ１がオフする際には、フェーズφＦで容量Ｃ１に充電した電圧に誤差が生じないようにするために、スイッチＳ１がオフするタイミングよりも、スイッチＳ５２およびＳ５２ｘが切り替わるタイミングを遅らせる必要がある。これを明示するために、図６のタイミングチャートでは、誇張して図示している。なお、図６のタイミングチャートでは、スイッチＳ１がオンする際にも、スイッチＳ５２およびＳ５２ｘが切り替わるタイミングを遅らせるようなタイミングとしているか、スイッチＳ１がオンする際には、スイッチＳ１がオンするタイミングと、スイッチＳ５２およびＳ５２ｘが切り替わるタイミングが同じでもよく、また、逆にＳ５２およびＳ５２ｘが切り替わるタイミングの方が早くてもよい。
【００７９】
以上のように各スイッチが制御されるので、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２は、次のようになる。
【００８０】
Ｖｒｅｆ１φＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ１φＣ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２φＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２φＣ＝Ｖｎｘ
上式および式（３１）から
ΔＶｒｅｆ＝（Ｖｎｘ−Ｖｎ）・・・（５５）
となる。従って、増幅器４でホール素子１からの信号成分と比較されるΔＶｒｅｆは任意に設定可能な電圧Ｖｎ、Ｖｎｘの差分で与えられる。前述のとおり、本発明の磁気センサ装置では、任意に基準電圧を設定することが可能であり、すなわち、検出する磁界強度を任意に設定することができる。
【００８１】
次に、図５に示す検出電圧設定回路５の各スイッチは、図７に示すタイミングチャートのスイッチ制御信号で制御されるとする。
図７にスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例を示す。図６に示すタイミングチャートとの違いは、スイッチＳ５１がφＦでオフ、φＣでオンし、スイッチＳ５１ｘがφＦでオン、φＣでオフする点である。このように各スイッチが制御されると、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２は次のようになる。
【００８２】
Ｖｒｅｆ１φＦ＝Ｖｎｘ
Ｖｒｅｆ１φＣ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２φＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２φＣ＝Ｖｎｘ
上式および式（３１）から
ΔＶｒｅｆ＝２×（Ｖｎｘ−Ｖｎ）・・・（５６）
となる。従って、図６のタイミングチャートで得られたΔＶｒｅｆの電圧の２倍の電圧が得られる。すなわち、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３の値が一意に決まり、接続点ＶｎおよびＶｎｘの電圧が一意に決まった状態において、スイッチＳ５１、Ｓ５１ｘ、Ｓ５２、Ｓ５２ｘのオンとオフの制御を切り替える事により、検出する磁界強度を切り替えることが可能である。
【００８３】
さらに、図５に示す検出電圧設定回路５の各スイッチは、図８に示すタイミングチャートのスイッチ制御信号で制御されるとする。
【００８４】
図８にスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例を示す。図６に示すタイミングチャートとの違いは、スイッチＳ５１がφＣでオフする点、スイッチＳ５１ｘがφＣでオンする点、スイッチＳ５２がφＦでもφＣでもオンする点、スイッチＳ５２ｘがφＦでもφＣでもオフする点である。
このようにスイッチが制御されると、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２は次のようになる。
【００８５】
Ｖｒｅｆ１φＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ１φＣ＝Ｖｎｘ
Ｖｒｅｆ２φＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２φＣ＝Ｖｎ
上式および式（３１）から
ΔＶｒｅｆ＝−（Ｖｎｘ−Ｖｎ）・・・（５７）
となる。従って、図６のタイミングチャートで得られたΔＶｒｅｆの電圧と正負が逆の電圧が得られる。ここで、一般的なホール素子の特性から、ホール素子１の出力端子対に出力される素子信号電圧Ｖｈの符号は、Ｓ極とＮ極で逆転する。すなわち、増幅器４に入力される信号成分は、Ｓ極とＮ極を検知する場合で符号が逆転する。従って、検出電圧設定回路５で設定する検出電圧についても、符号が逆の検出電圧が必要となる。図８のタイミングチャートの場合では、図６のタイミングチャートの場合と符号が逆のΔＶｒｅｆが得られており、上記要件を満たしている。すなわち、フェーズφＦとフェーズφＣでオンおよびオフするスイッチを切り替えて、ΔＶｒｅｆの符号を逆転させることにより、Ｓ極とＮ極を分別して検出する事が可能である。
【００８６】
また、検出電圧設定回路５の一例として図９を示す。
図９は、検出電圧設定回路５の一例である。図５との違いは、抵抗Ｒ５４、スイッチＳ５１ｚ、Ｓ５２ｚを追加した点であり、追加要素は以下のように接続されて構成される。抵抗Ｒ５４は、図５の電源電圧端子ＶＤＤと抵抗Ｒ５３の間に直列に接続される。Ｒ５３とＲ５４の接続点をＶｎｚとする。スイッチＳ５１ｚ、Ｓ５２ｚは２つの端子を有し、スイッチ制御信号（図示しない）により、オンまたはオフが制御される。スイッチＳ５１ｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１の正極に接続される。スイッチＳ５２ｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に接続される。追加された要素以外の接続は図５と同様である。
【００８７】
検出電圧設定回路５は以上のように接続されており、次のように動作する。
接続点ＶｎとＶｎｘとＶｎｚの電圧は、ＶＤＤおよびＶＳＳを抵抗Ｒ５４、Ｒ５３、Ｒ５２、Ｒ５１で分圧した電圧であるから、
Ｖｎ  ＝Ｒ５１／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３＋Ｒ５４）×（ＶＤＤ−ＶＳＳ）・・・（５８）
Ｖｎｘ＝（Ｒ５１＋Ｒ５２）／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３＋Ｒ５４）×（ＶＤＤ−ＶＳＳ）・・・（５９）
Ｖｎｚ＝（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３）／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３＋Ｒ５４）×（ＶＤＤ−ＶＳＳ）・・・（６０）
となる。電圧Ｖｎ、Ｖｎｘ、Ｖｎｚは、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ５４により任意に設定可能である。
【００８８】
スイッチＳ５１、Ｓ５１ｘ、Ｓ５１ｚは、スイッチＳ５１がオンしているときはＳ５１ｘとＳ５１ｚの両方ともオフし、スイッチＳ５１がオフしているときはＳ５１ｘかＳ５１ｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。スイッチＳ５２、Ｓ５２ｘ、Ｓ５２ｚも同様に、スイッチＳ５２がオンしているときはＳ５２ｘとＳ５２ｚの両方ともオフし、スイッチＳ５２がオフしているときはＳ５２ｘかＳ５２ｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。スイッチＳ５１ｚ、Ｓ５２ｚは検出電圧にヒステリシスを設けるために備えており、スイッチＳ５１ｚまたはＳ５２ｚによって設定された検出電圧により磁界強度が検出された場合、次の検出周期ＴでオンするスイッチがＳ５１ｚからＳ５１ｘ、またはＳ５２ｚからＳ５２ｘに変更される。同様に、磁界強度の検出が解除された場合、次の検出周期ＴでオンするスイッチがＳ５１ｘからＳ５１ｚ、またはＳ５２ｘからＳ５２ｚに変更される。これにより、磁界強度の検出および解除時におけるチャタリングを抑制することができる。
【００８９】
以上をまとめると、前述の図５〜図９の説明で示されるように、本発明の磁気センサ装置では、検出電圧設定回路５から増幅器４に供給される電圧成分ΔＶｒｅｆの大きさと符号によって検出する磁界強度を任意に設定することが実現でき、容易にＳ極とＮ極の判別を行うことが実現でき、容易に検出と解除のヒステリシスを設定することが実現できる。このような本回路構成の多機能性は、図５および図９に示した検出電圧設定回路５の回路構成によるものだけではなく、式（３１）で示すように、基準電圧回路ｒｅｆ１および基準電圧回路ｒｅｆ２のフェーズφＦとフェーズφＣとにおける電圧により基準電圧成分ΔＶｒｅｆを設定可能としている回路構成によるものである。
【００９０】
ここで、図１の磁気センサ装置を構成する要素である増幅器４の回路構成の一例について示しておく。図３の概念図で示した増幅器４の機能は、さらに具体的には、例えば図１０に示すような回路構成で実現することができる。
【００９１】
図１０は、増幅器４の回路構成の一例である。
増幅器４は、定電流回路Ｉ１と、ＮＭＯＳトランジスタＭ４３、Ｍ４４Ａ、Ｍ４４Ｂ、Ｍ４５Ａ、Ｍ４６Ａ、Ｍ４５Ｂ、Ｍ４６Ｂと、ＰＭＯＳトランジスタＭ４１、Ｍ４２を有し、次のように接続されて構成される。定電流回路Ｉ１の一方は電源電圧端子ＶＤＤに接続され、もう一方はＮＭＯＳトランジスタＭ４３のドレインおよびゲートに接続される。この接続点をＶＢＮとする。ＶＢＮはＮＭＯＳトランジスタＭ４４ａのゲートとＮＭＯＳトランジスタＭ４４ｂのゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ４３、Ｍ４４Ａ、Ｍ４４Ｂのソースはグランド端子ＶＳＳに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ４５ＡとＭ４６ＡのソースはＭ４４Ａのドレインに接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ４５ＢとＭ４６ＢのソースはＭ４４Ｂのドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ４５ＡとＭ４５ＢのドレインはＰＭＯＳトランジスタＭ４１のドレインに接続される。この接続点をＶＡとする。ＮＭＯＳトランジスタＭ４６ＡとＭ４６ＢのドレインはＰＭＯＳトランジスタＭ４２のドレインに接続される。この接続点は、増幅器４の出力端子ＶＯに接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭ４１とＭ４２のゲートは接続点ＶＡに接続され、ソースは電源電圧端子ＶＤＤに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ａ、Ｍ４６Ａのゲートは、それぞれ第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６、第一入力端子Ｖ５に接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ｂ、Ｍ４６Ｂのゲートは、それぞれ第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８、第一入力端子Ｖ７に接続される。
【００９２】
増幅器４は以上のように接続されており、次のように動作する。
定電流回路Ｉ１は、定電流を発生しＮＭＯＳトランジスタＭ４３に供給する。ＮＭＯＳトランジスタＭ４３、Ｍ４４Ａ、Ｍ４４Ｂはカレントミラー回路を構成しており、ＮＭＯＳトランジスタＭ４４Ａ、Ｍ４４Ｂのドレイン‐ソース間には、Ｍ４３のドレイン‐ソース間に流れる電流に基づいた電流が流れる。ＮＭＯＳトランジスタＭ４４Ａ、Ｍ４５Ａ、Ｍ４６Ａ、ＰＭＯＳトランジスタＭ４１、Ｍ４２からなる５つのトランジスタは、差動増幅器を構成しており、第一差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ａ、Ｍ４６Ａのゲート電圧の差、すなわち、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６と第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５の電圧差を増幅して、出力端子ＶＯに出力するように動作する。この増幅率をＡ１とする。ここで、カレントミラー回路構成および差動増幅器構成の動作については、ＣＭＯＳアナログ回路の文献等にて詳細に記載されており、ここでは詳細な説明は割愛する。また、ＮＭＯＳトランジスタＭ４４Ｂ、Ｍ４５Ｂ、Ｍ４６Ｂ、ＰＭＯＳトランジスタＭ４１、Ｍ４２からなる５つのトランジスタも、差動増幅器を構成しており、第二差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ｂ、Ｍ４６Ｂのゲート電圧の差、すなわち、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８と第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７の電圧差を増幅して、出力端子ＶＯに出力するように動作する。この増幅率をＡ２とする。また、第一差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ａのドレインと第二差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４５Ｂのドレインが接続点ＶＡにてＰＭＯＳトランジスタＭ４１のドレインに接続され、第一差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４６Ａのドレインと第二差動入力対を構成するＮＭＯＳトランジスタＭ４６Ｂのドレインが出力端子ＶＯにてＰＭＯＳトランジスタＭ４２のドレインに接続されていることにより、この接続点ＶＡおよび出力端子ＶＯにて、第一差動入力対と第二差動入力対の各差動入力対で増幅された電圧が加算されるように動作する。これらの動作を式で表すと、
ＶＯ＝Ａ１×（Ｖ６−Ｖ５）＋Ａ２×（Ｖ８−Ｖ７）・・・（６１）
となる。すなわち、式（１４）と同等の動作を行う。
【００９３】
以上により、本発明の第１の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明し、高精度かつ高速な磁気検出を実現できることを示した。本説明においては、差動増幅器３および増幅器４および検出電圧設定回路５についての具体的な回路構成およびタイミングチャートを示したが、本説明内で記載した動作を行う構成であれば、必ずしもこの構成に制限されるものではない。例えば、差動増幅器３の具体的構成を図２に示したが、構成はこの限りではなく、図１１に示すように、抵抗Ｒ１３を取り除き、その両端を接続した構成でも良い。この場合の差動増幅器３の増幅率Ｇは、式（１３）で示された増幅率の式において、抵抗Ｒ１３の値を限りなく小さくした値で表され、
Ｇ＝（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２・・・（６２）
となるが、本発明の趣旨である高精度かつ高速な磁気検出という点から逸脱するものではない。
【００９４】
また、前述の説明では、Ｓ極とＮ極を分別して検出可能であることを示したが、さらには、本発明における磁気センサ装置は、交番検知（例えばモーターの回転検知）用途に使用することもできる。交番検知は一方（例えばＳ極）の極性のみの検知を行う状態から、その一方の極性が検知されると他方（Ｎ極）の極性のみの検知を行う状態に切り替わる磁気センサ装置である。
また、図４または図６または図７または図８のタイミングチャートにおいて、ある検出周期Ｔでは、Ｓ極の検知を行うように各スイッチを制御し、別の検出周期ＴではＮ極の検知を行うように各スイッチを制御しても良い。
【００９５】
また、図４または図６または図７または図８のタイミングチャートにおいて、検出周期Ｔと検出周期Ｔの間に一定期間のスタンバイ期間を設けて、磁気センサ装置の平均消費電流を抑える駆動方法とした場合でも、高精度な磁気検出の効果が得られる。
また、前述の説明では、フェーズφＦのときに第一検出状態Ｔ１、フェーズφＣのときに第二検出状態Ｔ２としたが、これとは逆にフェーズφＣのときに第一検出状態Ｔ１、フェーズφＦのときに第二検出状態Ｔ２としてもよい。
【００９６】
＜第２の実施形態＞
図１２は、本発明の第２の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。図１に示した第１の実施形態との違いは、増幅器４Ｂと容量Ｃ１ＢとスイッチＳ１Ｂを追加し、追加した要素との区別を明示するために増幅器４と容量Ｃ１とスイッチＳ１に記号Ａを付した点、および検出電圧設定回路５において、基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂおよび基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂを追加し、追加した要素との区別を明示するために基準電圧回路ｒｅｆ１と基準電圧回路ｒｅｆ２に記号Ａを付した点である。また各端子についても区別のために符号ＡおよびＢを付している。追加した要素は次のように構成および接続される。
【００９７】
容量Ｃ１Ｂは、容量Ｃ１Ａの構成と同等であり、２つの端子を有し、一方の端子は差動増幅器３の第一出力端子Ｖ３に接続され、もう一方の端子は増幅器４Ｂの第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５Ｂに接続される。
【００９８】
増幅器４Ｂは、増幅器４Ａの構成と同等であり、４つの入力端子と１つの出力端子とを有し、詳しくは、第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５Ｂと、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ｂと、第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７Ｂと、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８Ｂと出力端子ＶＯＢを有する。増幅器４Ｂの第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ｂは差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、第二差動入力対の第一入力端子Ｖ７Ｂは基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂの正極に接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８Ｂは基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂの正極に接続される。
【００９９】
スイッチＳ１Ｂは、スイッチＳ１Ａの構成と同等であり、２つの端子を有し、一方の端子は増幅器４Ｂの第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５Ｂに接続され、もう一方の端子は増幅器４Ｂの出力端子ＶＯＢに接続され、スイッチ制御信号（回路図には図示しない）により、オンまたはオフが制御される。この他の接続および構成については、第１の実施形態と同じである。
【０１００】
次に、第２の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明する。増幅器４Ｂは、増幅器４Ａと同様に、前述した増幅器４と同じように動作する。容量Ｃ１Ｂ、増幅器４Ｂ、スイッチＳ１Ｂからなる構成は、前述の容量Ｃ１Ａ、増幅器４Ａ、スイッチＳ１Ａからなる構成と同等の構成であり、第１の実施形態での説明と同様に動作する。
【０１０１】
図１３に、第２の実施形態の磁気センサ装置におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートを示す。図４に示した第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートとの違いは、追加したスイッチＳ１Ｂの制御信号を追記し、追加した要素との区別を明示するためにスイッチＳ１の制御信号に記号Ａを付した点にある。スイッチＳ１Ｂは、スイッチＳ１Ａと同様に、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフするように制御され、スイッチＳ１ＡがフェーズφＦのときにスイッチＳ１ＢがフェーズφＣとなり、スイッチＳ１ＡがフェーズφＣのときにスイッチＳ１ＢがフェーズφＦとなるように制御される。
【０１０２】
ここで、ホール素子１、スイッチ回路２、差動増幅器３、増幅器４Ａ、容量Ｃ１Ａ、スイッチＳ１Ａ、検出電圧設定回路５の基準電圧回路ｒｅｆ１Ａおよび基準電圧回路ｒｅｆ２Ａからなる回路構成Ａは、第１の実施形態の磁気センサ装置と同様であり、スイッチ制御信号のタイミングチャートについても同様であるから、動作についても第１の実施形態の磁気センサ装置と同様になる。すなわち、フェーズφＣにおける増幅器４Ａの出力は式（４９）から次のように表される。
【０１０３】
ＶＯＡφＣ＝Ａ１Ａ×｛ΔＶｓｉｇＡ＋（Ａ２Ａ／Ａ１Ａ）×ΔＶｒｅｆＡ｝＋Ａ１Ａ×（Ｖｏａ３ＡφＣ−Ｖｏａ３ＡφＦ）＋Ａ２Ａ×（Ｖｏａ４ＡφＣ−Ｖｏａ４ＡφＦ）・・・（６３）
上式中のΔＶｓｉｇＡ、ΔＶｒｅｆＡは式（５０）、（３１）から次のように表される。
【０１０４】
ΔＶｓｉｇＡ＝Ｇ×｛（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）＋（Ｖｏｈ１−Ｖｏｈ２）−（Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ１φＦ）−（Ｖｏａ２φＦ−Ｖｏａ２φＣ）｝・・・（６４）
ΔＶｒｅｆＡ＝（Ｖｒｅｆ２ＡφＣ−Ｖｒｅｆ１ＡφＣ）−（Ｖｒｅｆ２ＡφＦ−Ｖｒｅｆ１ＡφＦ）・・・（６５）
ここで、前述と同様に、各項には追加した要素との区別を明示するための記号Ａを付している。
【０１０５】
一方、ホール素子１、スイッチ回路２、差動増幅器３、増幅器４Ｂ、容量Ｃ１Ｂ、スイッチＳ１Ｂ、検出電圧設定回路５の基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂおよび基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂからなる回路構成Ｂは、回路構成Ａと同じく前述の第１の実施形態の磁気センサ装置と同様の構成であり、同様に動作するが、スイッチ制御信号のタイミングチャートが一部異なる。具体的には、フェーズφＦのときに第二検出状態Ｔ２であり、フェーズφＣのときに第一検出状態Ｔ１である点が異なっている。従って、フェーズφＦ、フェーズφＣのそれぞれのフェーズにおける端子Ｖ１およびＶ２の電圧は、回路構成Ａの場合の式（３４）〜（３７）に対して、以下となる。
【０１０６】
Ｖ１φＣ＝Ｖｃｍ１＋Ｖｈ１／２＋Ｖｏｈ１／２・・・（６６）
Ｖ２φＣ＝Ｖｃｍ１−Ｖｈ１／２−Ｖｏｈ１／２・・・（６７）
Ｖ１φＦ＝Ｖｃｍ２−Ｖｈ２／２＋Ｖｏｈ２／２・・・（６８）
Ｖ２φＦ＝Ｖｃｍ２＋Ｖｈ２／２−Ｖｏｈ２／２・・・（６９）
回路構成Ｂの動作は回路構成Ａと同様であり、上式（６６）〜（６９）をもとに、前述の式（３８）から式（５０）までの導出と同様に導出を行うと、フェーズφＣにおける増幅器４Ｂの出力は、次のように表される。
【０１０７】
ＶＯＢφＣ＝Ａ１Ｂ×｛ΔＶｓｉｇＢ＋（Ａ２Ｂ／Ａ１Ｂ）×ΔＶｒｅｆＢ｝＋Ａ１Ｂ×（Ｖｏａ３ＢφＣ−Ｖｏａ３ＢφＦ）＋Ａ２Ｂ×（Ｖｏａ４ＢφＣ−Ｖｏａ４ＢφＦ）・・・（７０）
上式中のΔＶｓｉｇＢ、ΔＶｒｅｆＢは次式で表される。
【０１０８】
ΔＶｓｉｇＢ＝Ｇ×｛−（Ｖｈ１＋Ｖｈ２）−（Ｖｏｈ１−Ｖｏｈ２）−（Ｖｏａ１φＣ−Ｖｏａ１φＦ）−（Ｖｏａ２φＦ−Ｖｏａ２φＣ）｝・・・（７１）
ΔＶｒｅｆＢ＝（Ｖｒｅｆ２ＢφＣ−Ｖｒｅｆ１ＢφＣ）−（Ｖｒｅｆ２ＢφＦ−Ｖｒｅｆ１ＢφＦ）・・・（７２）
ここで、Ａ１ＢおよびＡ２Ｂは増幅器４Ｂを構成する差動増幅器４１および４２の増幅率であり、Ｖｏａ３ＢおよびＶｏａ４Ｂは増幅器４Ｂの第一差動対の第二入力端子Ｖ６Ｂおよび第二差動対の第二入力端子Ｖ８Ｂにおける入力オフセット電圧である。
【０１０９】
上式に示されるように、回路構成Ｂにおいても、第１の実施形態の磁気センサ装置と同様に差動増幅器３および増幅器４Ｂの入力オフセット電圧Ｖｏａ１、Ｖｏａ２、Ｖｏａ３Ｂ、Ｖｏａ４Ｂおよびホール素子１の素子オフセット電圧Ｖｏｈは、増幅器４ＢにおけるフェーズφＣの比較動作時に取り除かれ、高精度な磁界強度検出が実現される。
【０１１０】
また回路構成Ａと同様に、フェーズφＦとフェーズφＣの２つのフェーズで磁界強度の検出が可能であり、高速かつ高精度の磁界強度の検出が実現される。さらには、回路構成Ａでは第二検出状態Ｔ２においてフェーズφＣであり、回路構成Ｂでは第一検出状態Ｔ１においてフェーズφＣであるから、増幅器４Ａからは第二検出状態Ｔ２で高精度の磁界強度の検出結果が得られ、増幅器４Ｂからは第一検出状態Ｔ１で高精度の磁界強度の検出結果が得られることになり、第１の実施形態の磁気センサ装置と比較して２倍の高速化が可能となる。
【０１１１】
従って、大きな面積と消費電力を要するセンサ素子と差動増幅器３の追加や、差動増幅器３や増幅器４などのアナログ回路の高速化による消費電力の増加を伴わずに、本回路構成では高速化が実現可能になる、また、図１３のタイミングチャートのスイッチ制御信号に示すとおり、スイッチＳ１Ｂの制御信号はスイッチＳ１Ａの制御信号の逆相の信号であるから、複雑な回路の追加を必要とせずにスイッチ制御信号の回路が実現可能である点も本回路構成の大きな利点である。
【０１１２】
ここで、図１２の磁気センサ装置を構成する要素である検出電圧設定回路５の回路構成の一例について示す。
図１４は、検出電圧設定回路５の一例である。図５に示した検出電圧設定回路５との違いは、スイッチＳ５１Ｂ、Ｓ５１Ｂｘ、Ｓ５２Ｂ、Ｓ５２Ｂｘを追加し、追加した要素との区別を明示するためにスイッチＳ５１、Ｓ５１ｘ、Ｓ５２、Ｓ５２ｘに記号Ａを付した点である。また基準電圧回路ｒｅｆ１、基準電圧回路ｒｅｆ２の正極についても追加した要素との区別のために符号Ａを付している。追加した要素は次のように構成および接続される。
【０１１３】
スイッチＳ５１Ｂ、Ｓ５１Ｂｘ、Ｓ５２Ｂ、Ｓ５２Ｂｘは２つの端子を有し、スイッチ制御信号（図示しない）により、オンまたはオフに制御される。スイッチＳ５１Ｂの一方の端子は接続点Ｖｎに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂの正極に接続される。スイッチＳ５１Ｂｘの一方の端子は接続点Ｖｎｘに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂの正極に接続される。スイッチＳ５２Ｂの一方の端子は接続点Ｖｎに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂの正極に接続される。スイッチＳ５２Ｂｘの一方の端子は接続点Ｖｎｘに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂの正極に接続される。以下の説明では、電源電圧端子ＶＤＤおよびグランド端子ＶＳＳの電圧をそれぞれＶＤＤ、ＶＳＳ、接続点Ｖｎ、Ｖｎｘの電圧をそれぞれＶｎ、Ｖｎｘ、基準電圧回路ｒｅｆ１Ａ、基準電圧回路ｒｅｆ２Ａ、基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂ、基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂの各正極の電圧を、それぞれ基準電圧Ｖｒｅｆ１Ａ、Ｖｒｅｆ２Ａ、Ｖｒｅｆ１Ｂ、Ｖｒｅｆ２Ｂとして説明する。
【０１１４】
図１４の検出電圧設定回路５は以上のように接続されており、次のように動作する。接続点ＶｎとＶｎｘの電圧は、図５で示した検出電圧設定回路５と同様に式（５３）、式（５４）で与えられ、任意に調整可能である。
【０１１５】
スイッチＳ５１ＡとＳ５１Ａｘは、どちらか一方がオンし、もう一方がオフするように制御される。従って、Ｖｒｅｆ１ＡにはＶｎまたはＶｎｘのどちらかの電圧が出力される。また、スイッチＳ５２ＡとＳ５２Ａｘ、スイッチＳ５１ＢとＳ５１Ｂｘ、スイッチＳ５２ＢとＳ５２Ｂｘについても同様に、どちらか一方がオンし、もう一方がオフするように制御される。従って、Ｖｒｅｆ２Ａ、Ｖｒｅｆ１Ｂ、Ｖｒｅｆ２ＢにはＶｎまたはＶｎｘのどちらかの電圧が出力される。
【０１１６】
ここで、図１４に示す検出電圧設定回路５の各スイッチは図１５に示すタイミングチャートのスイッチ制御信号で制御されるとする。
図１５にスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例を示す。図６に示すタイミングチャートとの違いは、スイッチＳ１Ｂ，Ｓ５１Ｂ，Ｓ５２Ｂの制御信号を追記し、スイッチＳ１、Ｓ５１、Ｓ５２の制御信号に記号Ａを付した点である。
【０１１７】
スイッチＳ１Ａ、Ｓ５１Ａ、Ｓ５１Ａｘ、Ｓ５２Ａ、Ｓ５２Ａｘは、図６に示すタイミングチャートと同様に各スイッチが制御され、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１Ａ、Ｖｒｅｆ２Ａは、次のようになる。
【０１１８】
Ｖｒｅｆ１ＡφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ１ＡφＣ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２ＡφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２ＡφＣ＝Ｖｎｘ
上式および式（６５）から
ΔＶｒｅｆＡ＝（Ｖｎｘ−Ｖｎ）・・・（７３）
一方、Ｓ１ＢはフェーズφＦでオン、フェーズφＣでオフ、スイッチＳ５２ＢはフェーズφＦでもフェーズφＣでもオン、スイッチＳ５２ＢｘはフェーズφＦでもフェーズφＣでもオフ、スイッチＳ５１ＢはフェーズφＦでオン、フェーズφＣでオフ、スイッチＳ５１ＢｘはフェーズφＦでオフ、フェーズφＣでオンするように制御される。なお、図６のタイミングチャートにおける説明と同じ理由により、スイッチＳ５１Ｂ、Ｓ５１Ｂｘが切り替わるタイミングはスイッチＳ１Ｂが切り替わるタイミングよりも遅れるように誇張して図示している。また、スイッチＳ１Ｂがオンする際には、スイッチＳ１ＢがオンするタイミングとスイッチＳ５１ＢおよびＳ５１Ｂｘが切り替わるタイミングが同じでもよく、また、逆にＳ５１ＢおよびＳ５１Ｂｘが切り替わるタイミングの方が早くてもよい点も図６のタイミングチャートにおける説明と同様である。
以上のように各スイッチが制御されるので、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１Ｂ、Ｖｒｅｆ２Ｂは、次のようになる。
【０１１９】
Ｖｒｅｆ１ＢφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ１ＢφＣ＝Ｖｎｘ
Ｖｒｅｆ２ＢφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２ＢφＣ＝Ｖｎ
上式および式（７２）から
ΔＶｒｅｆＢ＝−（Ｖｎｘ−Ｖｎ）・・・（７４）
となり、式（７３）に示すΔＶｒｅｆＡの電圧と正負が逆の電圧になる。ここで、式（６４）に示すΔＶｓｉｇＡと、式（７１）に示すΔＶｓｉｇＢに含まれるホール素子１の素子信号電圧Ｖｈの項に着目すると、正負の符号が逆であるから、結果的に回路構成Ａも回路構成Ｂも、同一極性の磁界を検出していることになる。例えば、回路構成ＡがＳ極を検知している場合は回路構成ＢもＳ極を検知していることになり、回路構成ＡがＮ極を検知している場合は回路構成ＢもＮ極を検知していることになる。すなわち、回路構成Ａの比較結果はフェーズφＣである第二検出状態Ｔ２のときに出力され、回路構成Ｂの比較結果はフェーズφＣである第一検出状態Ｔ１のときに出力されるため、図１に示した第１の実施形態の磁気センサ装置と比較して２倍の高速化が可能となる。本発明の第２の実施形態の磁気センサ装置の利点については、最小限の回路追加にて高速化が実現できることを前述したが、検出電圧設定回路５についても同様であり、スイッチを追加することで高速化が可能となる利点を有する。
【０１２０】
さらに、図１４に示す検出電圧設定回路５の各スイッチは、図１６に示すタイミングチャートのスイッチ制御信号で制御されるとする。
図１６にスイッチ制御信号のタイミングチャートの一例を示す。図１５に示すタイミングチャートとの違いは、スイッチＳ５２ＢはフェーズφＦでオン、フェーズφＣでオフ、スイッチＳ５２ＢｘはフェーズφＦでオフ、フェーズφＣでオン、スイッチＳ５１ＢはフェーズφＦでもフェーズφＣでもオン、スイッチＳ５１ＢｘはフェーズφＦでもフェーズφＣでもオフするように制御される点である。その他のスイッチについては、図１５に示すタイミングチャートと同様に各スイッチが制御される。
【０１２１】
このようにスイッチが制御されると、各フェーズにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１Ｂ、Ｖｒｅｆ２Ｂは次のようになる
Ｖｒｅｆ１ＢφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ１ＢφＣ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２ＢφＦ＝Ｖｎ
Ｖｒｅｆ２ＢφＣ＝Ｖｎｘ
上式および式（７２）から
ΔＶｒｅｆＢ＝（ＶｎＸ−Ｖｎ）・・・（７５）
となり、一方ΔＶｒｅｆＡについては式（７３）に示すΔＶｒｅｆＡと同じ電圧が得られるから、ΔΔＶｒｅｆＢとΔＶｒｅｆＡは正負の符号が同じ電圧となる。図１５での説明と同様に、式（６４）に示すΔＶｓｉｇＡと、式（７１）に示すΔＶｓｉｇＢに含まれるホール素子１の素子信号電圧Ｖｈの項に着目すると、正負の符号が逆であるから、図１６に示すタイミングチャートの場合には、回路構成Ａと回路構成Ｂとで別の極性の磁界を検出していることになる。例えば、回路構成ＡがＳ極を検知している場合には回路構成ＢはＮ極を検知していることになり、回路構成ＡがＮ極を検知している場合には回路構成ＢはＳ極を検知していることになる。従って、第１の実施形態の磁気センサ装置でＳ極とＮ極の磁界の検知を行う場合と比較して、２倍の高速化が可能となる。
【０１２２】
また、検出電圧設定回路５の一例として図１７を示す。
図１７は、検出電圧設定回路５の一例である。図１４との違いは、抵抗Ｒ５４、スイッチＳ５２Ａｚ、Ｓ５１Ａｚ、Ｓ５２Ｂｚ、Ｓ５１Ｂｚを追加した点であり、追加要素は以下のように接続されて構成される。抵抗Ｒ５４、Ｒ５３、Ｒ５２、Ｒ５１からなる接続は、図９における接続と同様であり、各接続点Ｖｎ、Ｖｎｘ、Ｖｎｚの電圧は、式（５８）、式（５９）、式（６０）で与えられ、任意に調整可能である。スイッチＳ５２Ａｚ、Ｓ５１Ａｚ、Ｓ５２Ｂｚ、Ｓ５１Ｂｚは２つの端子を有し、スイッチ制御信号（図示しない）により、オンまたはオフが制御される。スイッチＳ５２Ａｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２Ａの正極に接続される。スイッチＳ５１Ａｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１Ａの正極に接続される。スイッチＳ５２Ｂｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂの正極に接続される。スイッチＳ５１Ｂｚの一方の端子は接続点Ｖｎｚに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂの正極に接続される。追加された要素以外の接続は図１４と同様である。
【０１２３】
図１７の検出電圧設定回路５は以上のように接続されており、次のように動作する。
スイッチＳ５１Ａ、Ｓ５１Ａｘ、Ｓ５１Ａｚは、スイッチＳ５１ＡがオンしているときはＳ５１ＡｘとＳ５１Ａｚの両方ともオフし、スイッチＳ５１ＡがオフしているときはＳ５１ＡｘかＳ５１Ａｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。スイッチＳ５２Ａ、Ｓ５２Ａｘ、Ｓ５２Ａｚも同様に、スイッチＳ５２ＡがオンしているときはＳ５２ＡｘとＳ５２Ａｚの両方ともオフし、スイッチＳ５２ＡがオフしているときはＳ５２ＡｘかＳ５２Ａｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。さらに、スイッチＳ５１Ｂ、Ｓ５１Ｂｘ、Ｓ５１Ｂｚも同様に、スイッチＳ５１ＢがオンしているときはＳ５１ＢｘとＳ５１Ｂｚの両方ともオフし、スイッチＳ５１ＢがオフしているときはＳ５１ＢｘかＳ５１Ｂｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。さらに、スイッチＳ５２Ｂ、Ｓ５２Ｂｘ、Ｓ５２Ｂｚも同様に、スイッチＳ５２ＢがオンしているときはＳ５２ＢｘとＳ５２Ｂｚの両方ともオフし、スイッチＳ５ＢＡがオフしているときはＳ５２ＢｘかＳ５２Ｂｚのどちらか一方がオンし、もう片方はオフするように制御される。
【０１２４】
スイッチＳ５１Ａｚ、Ｓ５２Ａｚ、Ｓ５１Ｂｚ、Ｓ５２Ｂｚは、図９の場合と同様に、検出電圧にヒステリシスを設けるために備えており、スイッチＳ５１ＡｚまたはＳ５２Ａｚ、Ｓ５１ＢｚまたはＳ５２Ｂｚによって設定された検出電圧により磁界強度が検出された場合、次の検出周期ＴでオンするスイッチがＳ５１ＡｚからＳ５１Ａｘ、またはＳ５２ＡｚからＳ５２Ａｘ、またはＳ５１ＢｚからＳ５１Ｂｘ、またはＳ５２ＢｚからＳ５２Ｂｘに変更される。同様に、磁界強度の検出が解除された場合、次の検出周期ＴでオンするスイッチがＳ５１ＡｘからＳ５１Ａｚ、またはＳ５２ＡｘからＳ５２Ａｚ、またはＳ５１ＢｘからＳ５１Ｂｚ、またはＳ５２ＢｘからＳ５２Ｂｚに変更される。これにより、本発明の第２の実施形態の磁気センサ装置においても、最小限の回路要素の追加により、磁界強度の検出および解除時におけるチャタリングを抑制することができる。
【０１２５】
以上により、本発明の第２の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明し、高精度かつ高速な磁気検出を実現でき、本発明の第１の実施形態の磁気センサ装置の場合と比較して、２倍の高速化が最小限の回路追加により可能であることを示した。本説明においては、検出電圧設定回路５についての具体的な回路構成およびタイミングチャートを示したが、本説明内で記載した動作を行う構成であれば、必ずしもこの構成に制限されるものではないことは、本発明の第１の実施形態の磁気センサ装置の場合と同様である。例えば、増幅器４Ｂの第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５Ｂは容量Ｃ１Ｂを介して差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ｂは差動増幅器３の第一出力端子Ｖ３に接続されてもよい。この場合は、基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂ及び基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂを適宜設定することで、図１２の回路と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
＜第３の実施形態＞
図２０は、本発明の第３の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。図１に示した第１の実施形態との違いは、容量Ｃ２とスイッチＳ２を追加した点、および検出電圧設定回路５において、基準電圧回路ｒｅｆ０を追加した点である。追加した要素は次のように構成および接続される。
容量Ｃ２は、２つの端子を有し、一方の端子は差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、もう一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６に接続される。
【０１２７】
スイッチＳ２は、２つの端子を有し、一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６に接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ０の正極に接続され、スイッチ制御信号（回路図には図示しない）により、オンまたはオフが制御される。この他の接続および構成については、第１の実施形態と同じである。
【０１２８】
次に、第３の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明する。スイッチＳ２は、スイッチＳ１と同様に、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフするように制御される。この他の要素は、第１の実施形態での説明と同様に動作する。
【０１２９】
図２１に、第３の実施形態の磁気センサ装置におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートを示す。図４に示した第１の実施形態のスイッチ制御信号のタイミングチャートとの違いは、追加したスイッチＳ２の制御信号を追記した点にある。スイッチＳ２は、スイッチＳ１と同様に、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフするように制御される。
【０１３０】
ここで、ホール素子１、スイッチ回路２、差動増幅器３、増幅器４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、検出電圧設定回路５の基準電圧回路ｒｅｆ１および基準電圧回路ｒｅｆ２からなる回路構成は、第１の実施形態の磁気センサ装置と同様であり、スイッチ制御信号のタイミングチャートについても同様であるから、動作についても第１の実施形態の磁気センサ装置と同様になる。第１の実施形態の磁気センサ装置の動作との違いは、増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６の電圧の与え方にある。
【０１３１】
フェーズφＦでは、増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６の電圧は、第１の実施形態においては差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４により与えられるが、本実施形態においてはオンしているスイッチＳ２を介して基準電圧回路ｒｅｆ０の正極の電圧により与えられる。基準電圧回路ｒｅｆ０の正極の電圧をＶｒｅｆ０とすると、フェーズφＦで容量Ｃ１に充電される電圧ΔＶＣ１φＦは、式（２０）から式（２１）の導出において、Ｖ６＝Ｖ４ではなくＶ６＝Ｖｒｅｆ０で与えられ、次のようになる。
【０１３２】
ΔＶＣ１φＦ＝（Ｖ３φＦ−Ｖｒｅｆ０φＦ）−（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）・・・（７６）
また、容量Ｃ２には電圧Ｖ４と電圧Ｖ６の差分ΔＶＣ２φＦが充電され、フェーズφＦにおいてはＶ６＝Ｖｒｅｆ０であるから、次式を得る。
【０１３３】
ΔＶＣ２φＦ＝Ｖ４φＦ−Ｖ６φＦ＝Ｖ４φＦ−Ｖｒｅｆ０φＦ・・・（７７）
一方、フェーズφＣでは、スイッチＳ２はオフするように制御される。容量Ｃ２にはΔＶＣ２φＦが充電されているので、電圧Ｖ６は次式で表される。
【０１３４】
Ｖ６φＣ＝Ｖ４φＣ−ΔＶＣ２φＦ・・・（７８）
増幅器４の出力ＶＯは式（２５）と同様に表される。式（２５）から式（２６）の導出においては、Ｖ６はＶ６＝Ｖ４ではなく式（７８）で与えられ、
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ４φＣ−ΔＶＣ２φＦ−Ｖ５φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）｝・・・（７９）
となる。電圧Ｖ５は式（２４）と同様に表されるから、上式に式（２４）を代入して整理すると、次のようになる。
【０１３５】
ＶＯφＣ＝Ａ１×｛（Ｖ４φＣ−Ｖ３φＣ）＋（Ａ２／Ａ１）×（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）｝＋Ａ１×（ΔＶＣ１φＦ−ΔＶＣ２φＦ）・・・（８０）
上式と第１の実施形態の説明における式（２７）と比較すると、上式では−Ａ１×ΔＶＣ２φＦの項が追加されている。さらに、上式（８０）に、式（７６）に示した容量Ｃ１に充電されている電圧ΔＶＣ１φＦと式（７７）に示した容量Ｃ２に充電されている電圧ΔＶＣ２φＦを代入して整理すると次式を得る。
【０１３６】
ＶＯφＣ＝Ａ１×［−｛（Ｖ３φＣ−Ｖ４φＣ）−（Ｖ３φＦ−Ｖ４φＦ）｝＋（Ａ２／Ａ１）×｛（Ｖｒｅｆ２φＣ−Ｖｒｅｆ１φＣ）−（Ｖｒｅｆ２φＦ−Ｖｒｅｆ１φＦ）｝］・・・（８１）
上式（８１）には、Ｖｒｅｆ０の項は含まれていない。これは、容量Ｃ１に充電されている電圧ΔＶＣ１φＦと、容量Ｃ２に充電されている電圧ΔＶＣ２φＦの両方にＶｒｅｆ０φＦの項が含まれており、ΔＶＣ１φＦとΔＶＣ２φＦの差分を計算した際にＶｒｅｆ０の項が相殺されたためである。また上式（８１）は、第１の実施形態の説明における式（２８）と全く同じ式である。ことのことは、本実施形態の磁気センサ装置が、Ｖｒｅｆ０の電圧が如何なる値でも、第１の実施形態の磁気センサ装置と同等の高精度かつ高速な磁気検出機能を有することを示している。実際の回路においては、ホール素子１の特性やオフセット電圧、また差動増幅器３のオフセット電圧等の影響により、差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４の電圧が増幅器４の同相入力電圧範囲を逸脱した場合には、高精度かつ高速な磁気検出を正常に行えない可能性がある。本実施形態の磁気センサ装置では、基準電圧回路ｒｅｆ０の正極の電圧Ｖｒｅｆ０を増幅器４の同相入力電圧範囲内になるように選択することで、第１の実施形態の磁気センサ装置が有する利点を損なうことなく、高精度かつ高速な磁気検出が可能であるという利点を有する。別の表現をすると、増幅器４に要求される広い同相入力電圧範囲を著しく緩和できるという利点を有しているといえる。
【０１３７】
図２２は、第３の実施形態における検出電圧設定回路５の一例である。図５との違いは、基準電圧回路ｒｅｆ０の正極を追加した点であり、その他の構成は図５と同じである。基準電圧回路ｒｅｆ０の正極は接続点Ｖｎに接続され、この電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ０とする。その他の接続は図５と同じである。検出電圧設定回路５は、図５の検出電圧設定回路５と同様に動作する。
【０１３８】
本回路においては、基準電圧回路ｒｅｆ０の正極を接続点Ｖｎに接続したが、上述のとおり基準電圧Ｖｒｅｆ０は増幅器４の同相入力電圧範囲内になるように選択することが好ましく、この範囲を逸脱しない範囲であればどの接続点に接続しても良い。例えば接続点Ｖｎｘや基準電圧回路ｒｅｆ１の正極や基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に基準電圧回路ｒｅｆ０の正極を接続しても良い。
以上により、本発明の第３の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明し、第１の実施形態の磁気センサ装置と同様に、高精度かつ高速な磁気検出を実現できることを示した。
【０１３９】
本説明においては、差動増幅器３および増幅器４および検出電圧設定回路５についての具体的な回路構成およびスイッチ制御のタイミングチャートを示したが、本説明内で記載した動作を行う構成であれば、必ずしもこの構成やスイッチ制御タイミングに制限されるものではないことは、本発明の第１の実施形態の磁気センサ装置の場合と同様である。例えば、図２１で示したスイッチ制御のタイミングチャートでは、スイッチＳ１とスイッチＳ２の制御信号を別々に記載しているが、図２１に示したように同一のタイミングであるから、同一の制御信号で制御しても良い。また、図２３に示すように、スイッチＳ１がオフするタイミングよりも先にスイッチＳ２がオフするようなタイミングとしてもよい。増幅器４の過渡応答特性が良い場合や、増幅器４の第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５と第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６の間の寄生容量が無視できない大きさであるなどの場合では、スイッチＳ２をオフした際に生じるスイッチングノイズが第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６から第一差動入力対の第一入力端子Ｖ５に伝播し、容量Ｃ１に充電する電圧に無視できない誤差を発生させる場合がある。このような場合には、本タイミングチャートに示すように、スイッチＳ２をオフするタイミングよりもスイッチＳ１をオフするタイミングを遅らせた方が、より好適である。
【０１４０】
＜第４の実施形態＞
図２３は、本発明の第４の実施形態の磁気センサ装置の回路図である。図１２に示した第２の実施形態との違いは、容量Ｃ２Ａと容量Ｃ２Ｂ、スイッチＳ２ＡとスイッチＳ２Ｂを追加した点、および検出電圧設定回路５において、基準電圧回路ｒｅｆ０Ａと基準電圧回路ｒｅｆ０Ｂを追加した点である。追加した要素は次のように構成および接続される。
【０１４１】
容量Ｃ２Ａは、２つの端子を有し、一方の端子は差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、もう一方の端子は増幅器４Ａの第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ａに接続される。スイッチＳ２Ａは、２つの端子を有し、一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ａに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ０Ａの正極に接続され、スイッチ制御信号（回路図には図示しない）により、オンまたはオフが制御される。容量Ｃ２Ｂは、２つの端子を有し、一方の端子は差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４に接続され、もう一方の端子は増幅器４Ｂの第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ｂに接続される。スイッチＳ２Ｂは、２つの端子を有し、一方の端子は増幅器４の第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６Ｂに接続され、もう一方の端子は基準電圧回路ｒｅｆ０Ｂの正極に接続され、スイッチ制御信号（回路図には図示しない）により、オンまたはオフが制御される。この他の接続および構成については、第２の実施形態と同じである。
【０１４２】
次に、第４の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明する。スイッチＳ２Ａは、スイッチＳ１Ａと同様に、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフするように制御される。また、スイッチＳ２Ｂは、スイッチＳ１Ｂと同様に、フェーズφＦでオンし、フェーズφＣでオフするように制御される。この他の要素は、第２の実施形態での説明と同様に動作する。詳しい説明は省略するが、本実施形態の磁気センサ装置は第２の実施形態の磁気センサ装置の利点と、第３の実施形態の磁気センサ装置の利点とをなんら損なうことなく兼ね備えた動作をする。
【０１４３】
省略して簡単に説明すると、ホール素子１、スイッチ回路２、差動増幅器３、増幅器４Ａ、容量Ｃ１Ａ、容量Ｃ２Ａ、スイッチＳ１Ａ、スイッチＳ２Ａ、検出電圧設定回路５の基準電圧回路ｒｅｆ０Ａおよび基準電圧回路ｒｅｆ１Ａおよび基準電圧回路ｒｅｆ２Ａからなる回路構成Ａは、第３の実施形態の磁気センサ装置と同様の構成であり、スイッチ制御信号のタイミングチャートと同様になるように制御すると、動作についても第３の実施形態の磁気センサ装置と同様になる。
【０１４４】
一方、ホール素子１、スイッチ回路２、差動増幅器３、増幅器４Ｂ、容量Ｃ１Ｂ、容量Ｃ２Ｂ、スイッチＳ１Ｂ、スイッチＳ２Ｂ、検出電圧設定回路５の基準電圧回路ｒｅｆ０Ｂおよび基準電圧回路ｒｅｆ１Ｂおよび基準電圧回路ｒｅｆ２Ｂからなる回路構成Ｂは、回路構成Ａと同じく前述の第３の実施形態の磁気センサ装置と同様の構成であり、同様に動作するが、前述の第２の実施形態の磁気センサ装置で示したスイッチ制御信号のタイミングチャートと同様になるように制御すると、第２の実施形態の磁気センサ装置で示した回路構成Ｂの動作と第３の実施形態の磁気センサ装置の動作を兼ね備えた動作を行う。
【０１４５】
以上により、本発明の第４の実施形態の磁気センサ装置の動作を説明し、高精度かつ高速な磁気検出を実現でき、本発明の第２の実施形態の磁気センサ装置の場合と同等の高速化が最小限の回路追加により可能であることを示した。
【０１４６】
なお、本発明の磁気センサ装置の説明においては、具体的な例を示して説明したが、必ずしもこの構成やスイッチ制御タイミングに制限されるものではない。
例えば、センサ素子と増幅器の間に差動増幅器を接続した場合について説明したが、例えばセンサ素子の信号の電圧が高い場合には、差動増幅器を備えなくてもよい。
また例えば、増幅器４は、第一差動入力対の第二入力端子Ｖ６に差動増幅器３の第二出力端子Ｖ４が接続され、第二差動入力対の第二入力端子Ｖ８は基準電圧回路ｒｅｆ２の正極に接続されているが、この接続を逆にしても同様の動作及び効果を得ることが出来る。
【０１４７】
また、検出電圧設定回路５のスイッチ制御により、Ｓ極とＮ極を分別して検出する事が可能であることを示したが、スイッチ回路２の制御によりＳ極とＮ極を切り替える構成にしても、本発明の利点を損なわずに高精度かつ高速な磁気検出が可能である。
また、本発明の磁気センサ装置は、交番検知用途に使用しても同様の効果を得ることが出来る。
また、センサ素子について磁電変換素子を用いて説明したが、加速度や圧力などに応じて電圧を出力するセンサ素子を用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
１    ホール素子
２    スイッチ回路
３、３１、３２、４１、４２    差動増幅器
４、４Ａ、４Ｂ    増幅器
４３    加算器
５    検出電圧設定回路
Ｉ１    定電流回路
【図１】
2013242296.tif 000003
【図２】
2013242296.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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