(57)【要約】【課題】正確な磁界検出信号を得る磁気センサ集積回路を提供する。【解決手段】磁気センサ集積回路は、整流器回路、磁界検出回路及びタイミング制御装置を含む。整流器回路は、外部電源を直流電源に変換する。磁界検出回路は、外部磁界の極性を検知して磁気検出信号を出力し、磁界検出回路は、第１のチョッピングスイッチ、第１の増幅器ユニット及びスイッチドキャパシタフィルタモジュールを含む。タイミング制御装置は、第１のチョッピングスイッチ及び第１の増幅器ユニットに第１のクロック信号を出力し、第１のクロック信号に対して第１の所定時間遅れた第２のクロック信号をスイッチドキャパシタフィルタモジュールに出力する。【選択図】図１ａ
2017227626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサ集積回路であって、
外部電源を直流電源に変換する整流器回路と、
前記外部磁界の極性を検知して磁気検出信号を出力する磁界検出回路であって、磁気センサ、第１のチョッピングスイッチ、第１の増幅器ユニット及びスイッチドキャパシタフィルタモジュールを備える磁界検出回路と、
タイミング制御装置であって、前記第１のチョッピングスイッチ及び前記第１の増幅器ユニットに第１のクロック信号を出力し、前記第１のクロック信号に対して第１の所定時間遅れた第２のクロック信号を、前記スイッチドキャパシタフィルタモジュールに出力するタイミング制御装置と、を備えることを特徴とする磁気センサ集積回路。
【請求項２】
変換器をさらに備え、前記タイミング制御装置は、前記変換器に第３のクロック信号を出力し、前記第２のクロック信号は、前記第３のクロック信号に対して第２の所定時間遅れる、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項３】
前記第１の所定時間は前記第２の所定時間よりも長い、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項４】
前記第１の所定時間は、前記第１のクロック信号の１／４周期である、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３のクロック信号は周波数が同じである、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３クロック信号の周波数は、両端を含んで１００ＫＨｚから６００ｋＨｚである、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項７】
前記第１のクロック信号は、少なくとも２つの非重複サブクロック信号を備え、前記第２のクロック信号は、少なくとも２つの非重複サブクロック信号を備える、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項８】
前記磁気センサによって出力される差分信号が、磁界信号及びオフセット信号を備え、前記第１のチョッピングスイッチは、前記磁界信号及び前記オフセット信号をそれぞれ高周波領域及びベースバンド周波数に変調する、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項９】
交流電源によって給電されるモータと、請求項１〜８の何れかに記載の前記磁気センサ集積回路とを備える、ことを特徴とするモータ組立体。
【請求項１０】
モータ組立体を備える応用装置であって、前記モータ組立体は、交流電源によって給電されるモータと、請求項１〜８の何れかに記載の前記磁気センサ集積回路とを備える、ことを特徴とする応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、磁界検出に、より詳しくは磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  現代の工業及び電子製品において、ホール素子のような磁気センサが、磁界強度を誘導して電流、位置及び方向などの物理パラメータを測定するために広く用いられる。モータは、磁気センサの重要な応用分野である。モータでは、磁気センサは、ロータ極性の位置センサとして役立つことができる。
【０００３】
[0003]  一般に、磁気センサは、磁界検出信号を出力できるだけである。しかしながら、磁界検出信号は、弱く、磁気センサのオフセットと混合しており、正確な磁界検出信号を得るのは難しい。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]  本開示の第１の態様では、磁気センサ集積回路が提供され、それは、外部電源を直流電源に変換する整流器回路と、外部磁界の極性を検知して磁気検出信号を出力する磁界検出回路であって、磁気センサ、第１のチョッピングスイッチ、第１の増幅器ユニット及びスイッチドキャパシタフィルタモジュールを備える磁界検出回路と、タイミング制御装置であって、第１のチョッピングスイッチ及び第１の増幅器ユニットに第１のクロック信号を出力し、第１のクロック信号に対して第１の所定時間遅れた第２のクロック信号を、スイッチドキャパシタフィルタモジュールに出力するタイミング制御装置と、を備える。
【０００５】
[0005]  磁気センサ集積回路は、変換器をさらに備え、タイミング制御装置は、変換器に第３のクロック信号を出力し、第２のクロック信号は、第３のクロック信号に対して第２の所定時間遅れることが好ましい。
【０００６】
[0006]  第１の所定時間は第２の所定時間よりも長いことが好ましい。
【０００７】
[0007]  第１の所定時間は、第１のクロック信号の１／４周期であることが好ましい。
【０００８】
[0008]  第１、第２及び第３のクロック信号は、周波数が同じであることが好ましい。
【０００９】
[0009]  第１、第２及びと第３クロック信号の周波数は、両端を含んで１００ＫＨｚから６００ｋＨｚであることが好ましい。
【００１０】
[0010]  第１のクロック信号は、少なくとも２つの非重複サブクロック信号を備え、第２のクロック信号は、少なくとも２つの非重複サブクロック信号を備えることが好ましい。
【００１１】
[0011]  磁気センサによって出力される差分信号が磁界信号及びオフセット信号を備え、信号処理ユニットは、磁界信号及びオフセット信号をそれぞれ高周波領域及びベースバンド周波数に変調する第１のチョッピングスイッチを備えることが好ましい。
【００１２】
[0012]  モータ組立体は、交流電源によって給電されるモータと、上述した磁気センサ集積回路とを含む。
【００１３】
[0013]  応用装置は上述したモータ組立体を含む。
【００１４】
[0014]  本開示の実施形態による又は従来技術における技術的解決策がより明らかになるように、以下、本開示の実施形態による図面を簡単に説明する。明らかに、図面は、本開示の一部の実施形態にすぎず、当業者であれば、これらの図面から創造的作業を伴わずに他の図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】本開示の実施形態による磁気センサ集積回路のブロック図である。
【図１ｂ】図１ａの磁気センサ集積回路のクロック信号の時間系列図である。
【図２】本開示の実施形態による整流器回路の回路図である
【図３ａ】本開示の実施形態による、磁気センサ及び第１のチョッピングスイッチの構造図である。
【図３ｂ】図３ａに示した磁気センサ及び第１のチョッピングスイッチの４つのサブクロック信号の時間系列図である。
【図３ｃ】図３ａに示した放電スイッチ及び第１のチョッピングスイッチの制御信号の概要図である。
【図３ｄ】図３ａに示した回路の概要信号図である。
【図４】本開示の実施形態による第１の増幅器ユニットの概要図である。
【図５】本開示の実施形態によるスイッチドキャパシタフィルタモジュールの概要図である。
【図６ａ】図５のスイッチドキャパシタフィルタモジュールの概要回路図である。
【図６ｂ】図６ａのクロック信号の時間系列図である。
【図６ｃ】本開示の実施形態による加算器の概要図である。
【図７ａ】本開示の実施形態による変換器の概要図である
【図７ｂ】本開示の実施形態による磁界の極性を決定するための原理の概要図である
【図８】本開示の実施形態による周期的クロック信号の出力の概要図である。
【図９】本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概要図である
【図１０】本開示の実施形態による出力制御回路の概要回路図である。
【図１１】本開示の別の実施形態による出力制御回路の概要回路図である。
【図１２】本開示のさらに別の実施形態による出力制御回路の概要回路図である。
【図１３】本開示の実施形態によるモータ組立体の回路の概要構造図である。
【図１４】本開示の実施形態による同期モータの概要構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0036]  本開示の実施形態の技術的解決策が、本開示の実施形態の図面と併せて明確かつ完全に例証される。説明する実施形態は、本開示の全ての実施形態ではなく、ごく僅かな実施形態にすぎないことは明らかである。本開示の実施形態に基づいて当業者によって創造的作業なしで得られる他の何れの実施形態も、本開示の範囲内に属する。
【００１７】
[0037]  背景技術の欄で説明したように、従来技術において、一般に、磁気センサ集積回路は、磁界検出結果しか出力できず、磁界検出結果を処理するために付加的な周辺回路が必要とされる。従って、回路全体は、費用が高くかつ信頼性に乏しい。
【００１８】
[0038]  これを考慮して、開示の実施形態によって磁気センサ集積回路、電気モータ組立体及び応用装置が提供され、従来の磁気センサ集積回路の機能を拡張することによって回路全体の費用を下げて、回路全体の信頼性を改善する。上記目的を達成するための本開示の実施形態による技術的解決策が、図１ａから図１４と併せて詳しく説明される。
【００１９】
[0039]  図１ａは、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概要構造図である。磁気センサ集積回路は、整流器回路１００、磁界検出回路２００及びタイミング制御装置３００を備える。
【００２０】
[0040]  整流器回路１００は、外部電源を磁界検出回路２００のための直流電源及び電力供給に変換することができる。
【００２１】
[0041]  磁界検出回路２００は、外部磁界の極性を検知し、磁気検出信号を出力することができる。実施形態では、磁界検出回路２００は、電気的に接続される磁気センサ２０１、第１のチョッピングスイッチ２０２、第１の増幅器ユニット２０３、スイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４、第２の増幅器ユニット２０５及び変換器２０６を順に備える。
【００２２】
[0042]  タイミング制御装置３００は、第１のクロック信号を第１のチョッピングスイッチ２０２及び第１の増幅器ユニット２０３に出力し、第２のクロック信号をスイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４に出力し、第３のクロック信号を変換器２０６に出力することができる。実施形態では、第２のクロック信号は、第１のクロック信号に対して第１の所定時間だけ遅れ、第２のクロック信号は、第３のクロック信号に対して第２の所定時間だけ遅れ、第１の所定時間は第２の所定時間よりも長い。
【００２３】
[0043]  実施形態では、図１ｂに示すように、第１、第２及び第３クロック信号は、同じ周波数を有することができる。第１の所定時間は第１のクロック信号の１４期間とすることができ、第２の所定時間は５ナノ秒のような数ナノ秒とすることができる。図１ｂは、第１、第２及び第３クロック信号の時間系列を示すのみであり、磁気センサ集積回路のクロック信号の真の形状を示さない。
【００２４】
[0044]  本開示の実施形態では、外部電源は入力ポートを介して整流器回路に供給され、入力ポートは、外部電源に電気的に接続される、第１の入力ポート１１及び第２の入力ポート１２を含む。本開示の実施形態では、入力ポートと外部電源との間の接続は、直接接続又は間接接続とすることができ、それは本明細書では限定されず、実際の応用例に基づき設計する必要がある。本開示の実施形態では、整流器回路によって受け取る外部電源は交流電源である。加えて、温度変化によって影響されず、磁気センサによって受け取る定電流は、整流器回路によって供給することができ、それは本明細書では限定されない。
【００２５】
[0045]  本開示の実施形態では、整流器回路１００は、全波整流器ブリッジと、全波整流器ブリッジの出力端に連結された電圧安定ユニットとを含む。全波整流器ブリッジは、交流電源によって出力される交流信号を直流信号へ変換することができ、電圧安定ユニットは、全波整流器ブリッジによって出力される直流信号を所定の範囲内に安定させることができる。図２は、本開示の実施形態による整流器回路の回路図であり、全波整流器ブリッジ１１０は、直列に連結された第１のダイオード１１１及び第２のダイオード１１２と、直列に連結された第３のダイオード１１３及び第４のダイオード１１４とを含む。第１の入力端１１は、第１のダイオード１１１と第２のダイオード１１２との間の共通端であり、交流電源ＶＡＣ＋に電気的に接続され、第２の入力端１２は、第３のダイオード１１３と第４のダイオード１１４との間の共通端であり、交流電源ＶＡＣ−に電気的に接続される。
【００２６】
[0046]  第１のダイオード１１１の入力端は、第３のダイオード１１３の入力端に電気的に接続されて、全波整流器ブリッジ１１０の第１の出力端Ｖ１を形成し、第２のダイオード１１２の出力端は、第４のダイオード１１４の出力端に電気的に接続されて全波整流器ブリッジ１１０の第２の出力端Ｖ２を形成する。第２の出力端Ｖ２は、約１６Ｖの直流電圧を出力する。出力制御回路４００は、全波整流器ブリッジ１１０の第２の出力端Ｖ２によって出力される直流電圧により給電することが好ましい。
【００２７】
[0047]  さらに、電圧安定ユニット１２０は、全波整流器ブリッジ１１０の第１の出力端Ｖ１と第２の出力端Ｖ２との間に電気的に接続される、ツェナーダイオード１２１、第１の抵抗器１２２、第２の抵抗器１２３、ツェナーダイオード１２４及びトランジスタ１２５を含む。ツェナーダイオード１２１の陽極及びツェナーダイオード１２４の陽極は、両方とも、全波整流器ブリッジ１１０の第１の出力端Ｖ１に連結される。ツェナーダイオード１２１の陰極及び第１の抵抗器１２２の第１の端部は、両方とも、全波整流器ブリッジ１１０の第２の出力端Ｖ２に連結される。第１の抵抗器１２２の第２の端部は、第２の抵抗器１２３の第１の端部及びトランジスタ１２５の第１の端部に連結される。第２の抵抗器１２３の第２の端部は、トランジスタ１２５のゲート及びツェナーダイオード１２４の陰極に電気的に接続される。トランジスタ１２５の第２の端部及びツェナーダイオード１２４の陽極は、それぞれ、電圧調整ユニット１２０の２つの出力端、即ち整流器回路の２つの出力端として役に立つ。整流器回路の第１の出力端ＡＶＤＤの出力電圧は約５Ｖの直流電圧であり、第２の出力端ＡＶＳＳは接地される。
【００２８】
[0048]  図１に示すように、磁気センサ２０１の入力端子は、整流器回路１００の出力端に電気的に連結される。磁気センサ２０１は、外部磁界の極性を検知し、磁気差分信号を第１のチョッピングスイッチ２０２に出力するように構成される。磁気差分信号は、磁界信号及びオフセット信号を備えることができる。第１のチョッピングスイッチ２０２は、磁気センサ２０１によって出力される差分信号の磁界信号及びオフセット信号を、タイミング制御装置３００の制御の下で、それぞれ高周波領域及びベースバンド周波数に変調することができる。好ましくは、高周波領域の周波数は１００ＫＨｚよりも大きく、ベースバンド周波数は２００Ｈｚ未満である。
【００２９】
[0049]  図３ａから図３ｃを参照する。図３ａは、本開示の実施形態による磁気センサ及び第１のチョッピングスイッチの構造図である。図３ｂは、図３ａに示す磁気センサ及び第１のチョッピングスイッチの４つのサブクロック信号のタイミング図である。図３ｃは、図３ａに示す放電スイッチ及び第１のチョッピングスイッチの信号制御の概略図である。
【００３０】
[0050]  磁気センサ２０１は４つの接触端子を含む。磁気センサ２０１は、向かい側に配置された第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃと、向かい側に配置された第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄとを含む。本開示の実施形態では、磁気センサ２０１はホール板である。磁気センサ２００は、整流器回路１００によって提供される第１の電源１３によって駆動される。実施形態では、第１の電源１３は、温度変化によって影響されない定電流源である。
【００３１】
[0051]  図３ａに示すように、第１のチョッピングスイッチ２０２は、４つの端子に電気的に接続された８つのスイッチＫ１からＫ８を含む。具体的には、第１のチョッピングスイッチ２０２は、第１のスイッチＫ１、第２のスイッチＫ２、第３のスイッチＫ３、第４のスイッチＫ４、第５のスイッチＫ５、第６のスイッチＫ６、第７のスイッチＫ７及び第８のスイッチＫ８を含む。第１のスイッチＫ１は、第１の電源１３と第１の端子Ａとの間に電気的に接続される。第２のスイッチＫ２は、第１の電源１３と第２の端子Ｂとの間に電気的に接続される。第３のスイッチＫ３は、接地端ＧＮＤと第３の端子Ｃとの間に電気的に接続される。第４のスイッチＫ４は、接地端ＧＮＤと第４の端子Ｄとの間に電気的に接続される。第５のスイッチＫ５は、第１の出力端Ｐと第４の端子Ｄとの間に電気的に接続される。第６のスイッチＫ６は、第１の出力端Ｐと第３の端子Ｃとの間に電気的に接続される。第７のスイッチＫ７は、第２の出力端Ｎと第２の端子Ｂとの間に電気的に接続される。第８のスイッチＫ８は、第２の出力端Ｎと第１の端子Ａとの間に電気的に接続される。第１のクロック信号は、第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂ、第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂ、第３のサブクロック信号ＣＫ２及び第４のサブクロック信号ＣＫ１を含む。第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２は、それぞれ第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂ及び第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂによって制御される。第３のスイッチＫ３及び第４のスイッチＫ４は、それぞれ第３のサブクロック信号ＣＫ２及び第４のサブクロック信号ＣＫ１によって制御される。第５のスイッチＫ５及び第６のスイッチＫ６は、それぞれ第３のサブクロック信号ＣＫ２及び第４のサブクロック信号ＣＫ１によって制御される。第７のスイッチＫ７及び第８のスイッチＫ８は、それぞれ第３のサブクロック信号ＣＫ２及び第４のサブクロック信号ＣＫ１によって制御される。
【００３２】
[0052]  出力信号の精度を保証するために、第１のクロック信号は、少なくとも２つの非重複サブクロック信号を含む。第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂの位相は、第３のサブクロック信号ＣＫ２の位相と反対であり、第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂの位相は、第４のサブクロック信号ＣＫ１の位相と反対である。第３のサブクロック信号ＣＫ２及び第４のサブクロック信号ＣＫ１は、非重複サブクロック信号である。
【００３３】
[0053]  第１の端子Ａが第１の電源１３に電気的に接続され、第３の端子Ｃが接地端ＧＮＤに電気的に接続されるとき、第２の端子Ｂは、第２の出力端Ｎに電気的に接続され、第４の端子Ｄは、第１の出力端Ｐに電気的に接続される。第２の端子Ｂが第１の電源１３に電気的に接続され、第４の端子Ｄが接地端ＧＮＤに電気的に接続されるとき、第１の端子Ａは、第２の出力端Ｎに電気的に接続され、第３の端子Ｃは、第１の出力端Ｐに電気的に接続される。第１の出力端Ｐは差分信号Ｐ１を出力し、第２の出力端Ｎは差分信号Ｎ１を出力する。
【００３４】
[0054]  説明した磁気センサ２０１及び第１のチョッピングスイッチ２０２の他に、磁気センサ２０１は、第１の端子Ａと第３の端子Ｃとの間に接続された第１の放電分岐１４、即ち第１の端子Ａと第３の端子Ｃとの間の分岐と、第２の端子Ｂと第４の端子Ｄとの間に接続された第２の放電分岐１５、即ち第２の端子Ｂと第４の端子Ｄとの間の分岐とをさらに含む。第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃが電力入力端として役立ち、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄが磁界検知信号の出力端として役立つ前に、第２の放電分岐１５は電導的になる。第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃが磁界検知信号の出力端として役立ち、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄが電力入力端として役立つ前に、第１の放電分岐１４は電導的になる。
【００３５】
[0055]  可能な実施において、第１の放電分岐１４は、直列に電気接続された第１の放電スイッチＳ１及び第２の放電スイッチＳ２を含むことができる。第１の放電スイッチＳ１及び第２の放電スイッチＳ２は、それぞれ第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂ及び第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂによって制御される。第２の放電分岐１５は、直列に電気接続された第３の放電スイッチＳ３及び第４の放電スイッチＳ４を含む。第３の放電スイッチＳ３及び第４の放電スイッチＳ４は、それぞれ第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂ及び第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂによって制御される。
【００３６】
[0056]  第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃが電力入力端として役立ち、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄが磁界信号の出力端として役立つとき、第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂが第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂと重なる時間中、第１の放電スイッチＳ１及び第２の放電スイッチＳ２は同時にオンする。第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃが磁界信号の出力端として役立ち、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄが電力入力端として役立つとき、第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂが第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂと重なる時間中、第３の放電スイッチＳ３及び第４の放電スイッチＳ４は同時にオンする。
【００３７】
[0057]  図３ｂに示すように、４つのサブクロック信号は、２つの非重複制御信号、即ち第３のサブクロック信号ＣＫ１及び第４のサブクロック信号ＣＫ２と、２つの重複信号、即ち第２のサブクロック信号ＣＫ１Ｂ及び第１のサブクロック信号ＣＫ２Ｂとを含む。ＣＫ１はＣＫ１Ｂと反対であり、ＣＫ２はＣＫ２Ｂと反対である。重複するサブクロック信号ＣＫ１Ｂ及びＣＫ２Ｂは、両方とも、ＣＫ１ＢとＣＫ２Ｂとが重なる時間中、即ち図３ｂ示す２本の点線の間の時間中、高レベルにある。２つの非重複サブクロック信号ＣＫ１及びＣＫ２、並びに２つの重複サブクロック信号ＣＫ１Ｂ及びＣＫ２Ｂは、両端を含めて１００ＫＨｚから６００Ｈｚの範囲の周波数が周波数にすることができ、周波数は４００ＫＨｚであることが好ましい。
【００３８】
[0058]  本開示の実施形態において、チョッピングスイッチ２０２に含まれる８つのスイッチ及び放電分岐に含まれる４つの放電スイッチは、各々、トランジスタにすることができる。さらに、ＣＫ１が高レベルのとき、ＣＫ２Ｂは高レベルであり、ＣＫ２及びＣＫ１Ｂは低レベルである。図３ｃと併せて、このような場合、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄは、それぞれ第１の電源１３及び接地端ＧＮＤに電気的に接続されて電力入力端として役立ち、第３の端子Ｃと第１の出力端Ｐとの間のスイッチがオンし、第１の端子Ａと第２の出力端Ｎとの間のスイッチがオンし、第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃは、磁界信号の出力端として役立つ。ＣＫ１が高レベルから低レベルに移行した直後の短い時間、即ち図３ｂに示す最初の２本の点線間の時間が、２つの重複サブクロック信号ＣＫ１ＢとＣＫ２Ｂとの間の重複時間である。重複時間では、ＣＫ１Ｂ及びＣＫ２Ｂは両方とも高レベルであり、第２の端子Ｂと第４の端子Ｄとの間の第３の放電スイッチＳ３及び第４の放電スイッチＳ４は同時にオンし、第２の端子Ｂは第４の端子Ｄと短絡し、それによって第２の端子Ｂと第４の端子Ｄとの間の寄生コンデンサ内に貯えた電荷を除去する。重複時間後、ＣＫ１が低レベルのとき、ＣＫ２Ｂは低レベルであり、ＣＫ２及びＣＫ１Ｂは高レベルである。この場合、第１の端子Ａ及び第３の端子Ｃは、それぞれ第１の電源及び接地端ＧＮＤに電気的に接続されて電力入力端として役立ち、第２の端子Ｂと第１の出力端Ｐとの間のスイッチがオンし、第４の端子Ｄと第２の出力端Ｎとの間のスイッチがオンし、第２の端子Ｂ及び第４の端子Ｄは磁界信号の出力端子として役立つ。ＣＫ１が低レベルから高レベルに移行する直前の短い時間、即ち図３ｂに示す２番目の２本の点線間の時間が、２つのサブクロック信号ＣＫ１ＢとＣＫ２Ｂとの重複期間である。この期間中、ＣＫ１Ｂ及びＣＫ２Ｂは、両方とも高レベルであり、第１の端子Ａと第３の端子Ｃとの間の第１の放電スイッチＳ１及び第２の放電スイッチＳ２がオンして第１の端子Ａが第３の端子Ｃと短絡し、これによって第１の端子Ａと第３の端子Ｃとの間の寄生コンデンサ内に貯えた電荷を除去する。
【００３９】
[0059]  図３ｄは、図３ａに示した回路の信号の概要図である。図３ｄにおいて、ＣＫはクロック信号であり、Ｖｏｓは磁気センサ２０１のオフセット電圧信号であり、それは、クロック信号サイクルのどの瞬間でも一定であると仮定され、ホール板２０１の物理的性質に左右される。Ｖｉｎ及び−Ｖｉｎは、クロック信号ＣＫの前半サイクル及び後半サイクルにてそれぞれチョッピングスイッチによって出力される理想的な磁界信号、つまりオフセット信号によって妨げられないホール板２０１の理想的な出力である。上述したように、クロック信号ＣＫの前半サイクルでは、端子Ａ及び端子Ｃは、それぞれ第１の電源及び接地に電気的に接続され、端子Ｂ及び端子Ｄは、出力端に電気的に接続される。クロック信号ＣＫの後半サイクルでは、端子Ｂ及び端子Ｄは、それぞれ第１の電源及び接地に電気的に接続され、端子Ａ及び端子Ｃは、出力端に電気的に接続される。クロック信号ＣＫの前半サイクル及び後半サイクルでは、第１のチョッピングスイッチによって出力される理想的な磁界信号は、大きさが同じでかつ方向が反対である。Ｖｏｕｔは、第１のチョッピングスイッチの出力信号であり、それは、オフセット信号Ｖｏｓ及び理想的な磁界信号Ｖｉｎの信号重合せである。このように、磁界信号は、第１のチョッピングスイッチによって高周波領域に変調される。
【００４０】
[0060]  本開示の実施形態では、磁気センサ２００によって出力される理想的な磁界電圧信号は非常に弱い。一般に、理想的な磁界信号はほんの数十ミリボルトであり、オフセット信号は１０ミリボルトに近い。従って、オフセット信号を除去し、続いて理想的な磁界信号を増幅することが必要である。図１に示すように、実施形態による第１の増幅器ユニット２０３は、タイミング制御装置３００の制御に基づき、第１のチョッピングスイッチ２０２によって出力される差分信号を増幅し、第１チョッピングスイッチ２０２によって出力される差分信号の磁界信号を低周波数域へ復調し、復調された差分信号を出力する。
【００４１】
[0061]  本開示の実施形態では、第１の増幅器ユニット２０３は、図４に示すようなチョッピング増幅器ユニットとすることができる。すなわち、第１の増幅器ユニット２０３は、連続して電気接続された第１の増幅器Ａ１、第２のチョッピングスイッチＺ２及び第２の増幅器Ａ２を含む。第１の増幅器Ａ１及び第２の増幅器Ａ２は、受信信号を増幅することができる。第２のチョッピングスイッチＺ２は、第１のチョッピングスイッチ２０２によって出力される差分信号の磁界信号を低周波領域に復調することができる。第１の増幅器Ａ１は折重ねカスコード増幅器とし、第２の増幅器Ａ２は単段の増幅器とすることができる。
【００４２】
[0062]  図３に示した集積回路を参照して、第１の増幅器Ａ１及び第２の増幅器Ａ２は、受信信号を増幅するように構成され、第２のチョッピングスイッチＺ２は、第１のクロック信号の制御の下で、第１のチョッピングスイッチ２０２によって出力される差分信号の磁界信号を低周波領域に復調するように構成される。
【００４３】
[0063]  本開示の実施形態では、第１の増幅器Ａ１は、第１のチョッピングスイッチ２０２によって出力される一対の差分信号Ｐ１及びＮ１を受け取り、一対の差分信号を出力する。第２のチョッピングスイッチＺ２は、第１の増幅器Ａ１によって出力される一対の差分信号を各クロックサイクルの前半サイクルにて直接出力し、第１の増幅器Ａ１によって出力される２つの差分信号を交換し、交換された差分信号を各クロックサイクルの後半のサイクルにて出力する。第２のチョッピングスイッチＺ２の出力信号は、Ｐ２及びＮ２として定義される。
【００４４】
[0064]  図５に示すように、以前の信号処理の後、タイミング制御装置３００の制御の下で、本開示の実施形態によるスイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４は、第１の増幅器ユニット２０３によって出力される差分信号をサンプリングし、サンプル信号のオフセットを除去して差分信号を取得し、差分信号を増幅し、増幅された差分信号を出力する。随意的に、本開示の実施形態では、スイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４のサンプリング周波数は、第１のチョッピングスイッチのチョッピング周波数と同じにすることができ、すなわち、タイミング制御装置によって出力される第１のクロック信号及び第２のクロック信号の周波数は同じである。第１の増幅器ユニット２０３によって出力される差分信号は、第１のサブ差分信号及び第２のサブ差分信号を含む。
【００４５】
[0065]  本開示の実施形態では、スイッチドキャパシタフィルタユニットは、図５に示すようなスイッチドキャパシタフィルタユニットにすることができる。スイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４は、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１、第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４を含む。第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２は、第１の増幅器ユニットによってその前半サイクル中に出力される差分信号を第１のサンプル信号としてサンプリングする。第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４は、第１の増幅器ユニットによってその後半サイクル中に出力される差分信号を第２のサンプル信号としてサンプリングする。
【００４６】
[0066]  図６ａは、スイッチドキャパシタフィルタの概要回路図を示し、図６ｂは、図６ａのスイッチドキャパシタフィルタの時間系列図を示す。第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１、第２のコンデンサフィルタＳＣＦ２、第３のコンデンサフィルタＳＣＦ３、第４のコンデンサフィルタＳＣＦ４の各々は、２つの伝送ゲートスイッチと、２つのコンデンサ（図６ａに点線の枠で示す）とを備える。
【００４７】
[0067]  第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２は、第１の増幅器ユニット２０３によってその前半サイクルにて出力される第１のサブ差分信号及び第２のサブ差分信号出力を、それぞれ第１のサブサンプル信号及び第２のサブサンプル信号としてサンプリングするように構成される。第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタスイッチＳＣＦ４は、第１の増幅器ユニット２０３によってその後半サイクルにて出力される第１のサブ差分信号及び第２のサブ差分信号出力を、それぞれ第３のサブサンプル信号及び第４のサブサンプル信号としてサンプリングするように構成される。図６ａに示すように、スイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４のサンプルクロック信号は、４つのサブクロック信号ＣＫ１’、ＣＫ２’、ＣＫ１Ｂ’及びＣＫ２Ｂ’を備え、各伝送ゲートスイッチは、１つのサブクロック信号によって制御される。
【００４８】
[0068]  差分信号Ｐ２及びＮ２がスイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４によって受け取ると、前半サイクルでは、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２の第１の伝送ゲートＴＧ１はオンし、第１のスイッチドキャパシタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２の第２の伝送ゲートＴＧ２はオフし、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４の第１の伝送ゲートＴＧ１はオフし、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４の第２の伝送ゲートＴＧ２はオンする。後半サイクルでは、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２の第１の伝送ゲートＴＧ１はオフし、第１のスイッチドキャパシタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２の第２の伝送ゲートＴＧ２はオンし、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４の第１の伝送ゲートＴＧ１はオンし、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４の第２の伝送ゲートＴＧ２はオフする。第１及び第３のスイッチドキャパシタフィルタは、第１の差分信号Ｐ２を、それぞれ前半及び後半サイクルにてサンプリングし、第２及び第４のスイッチドキャパシタフィルタは、第２の差分信号Ｎ２を、それぞれ前半及び後半サイクルにてサンプリングする。
【００４９】
[0069]  図６ａに示すように、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１と第２のスイッチドキャパシタＳＣＦ２との間に、複数の金属絶縁体金属（ＭＩＭ）コンデンサが並列に連結される。第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３と第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４との間に、複数の金属絶縁体金属（ＭＩＭ）コンデンサが連結される。第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１と第２のスイッチドキャパシタＳＣＦ２との間に、２つの群のコンデンサが連結され、各群のコンデンサは、並列に連結された２つのコンデンサを備えることができる。一方の群のコンデンサは、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１の２つの伝送ゲートスイッチの共通の端子と、第２のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ２の２つの伝送ゲートスイッチの共通の端子との間に電気的に連結され、他方の群のコンデンサは、第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１の第２の伝送ゲートＴＧ２の出力端子と、第２のスイッチドキャパシタＳＣＦ２の第２の伝送ゲートＴＧ２の出力端子との間に電気的に連結されることができる。第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３と第４のスイッチドキャパシタＳＣＦ４との間に、２つの群のコンデンサが連結され、各群のコンデンサは、並列に連結された２つのコンデンサを備えることができる。一方の群のコンデンサは、第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３の２つの伝送ゲートスイッチの共通の端子と、第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４の２つの伝送ゲートスイッチの共通の端子との間に電気的に連結され、他方の群のコンデンサは、第３のスイッチドキャパシタフィルタの第２の伝送ゲートＴＧ２の出力端子と、第４のスイッチドキャパシタＳＣＦ４の第２の伝送ゲートＴＧ２の出力端子との間に電気的に連結される。
【００５０】
[0070]  サンプルクロック信号の周波数は、磁気センサのクロック信号の周波数と同じである。サンプルクロック信号は、磁気センサのクロック信号に対して１／４周期のような所定時間だけ遅れ、差分信号の山及び谷を避けることができる。
【００５１】
[0071]  第１のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ１及び第２のスイッチドキャパシタＳＣＦ２は、その前半サイクルにて、差分信号Ｐ２及びＮ２をそれぞれ第１のサブサンプル信号Ｐ２Ａ及び第２のサブサンプル信号Ｎ２Ａとしてサンプリングする。第３のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ３及び第４のスイッチドキャパシタフィルタＳＣＦ４は、その後半サイクルにて、差分信号Ｐ２及びＮ２をそれぞれ第３のサブサンプル信号Ｐ２Ｂ及び第４のサブサンプル信号Ｎ２Ｂとしてサンプリングする。
【００５２】
[0072]  オフセットは、第１のサブサンプル信号に第３のサブサンプル信号を加えることによって除去され、オフセットは、第２のサブサンプル信号に第４のサブサンプル信号を加えることによって除去される。図６ｃに示すように、スイッチドキャパシタフィルタユニット２０４は、第１のサンプル信号に第２のサンプル信号を加えることによって差分信号を取得して、差分信号を増幅することにより、オフセットを除去するように構成された加算器２０４１をさらに含む。具体的には、加算器２０４１は、第２のサブサンプル信号Ｎ２Ａに第４のサブサンプル信号Ｎ２Ｂを加えてオフセットを除去し、第１のサブサンプル信号Ｐ２Ａに第３のサブサンプル信号Ｐ２Ｂを加えてオフセットを除去し、これにより差分信号を取得しかつ差分信号を増幅するように構成される。加算器によって出力される差分信号は、Ｐ３及びＮ３として定義される。随意的に、本開示の実施形態による加算器は、利得が２である相互コンダクタンス増幅器である。
【００５３】
[0073]  本開示の実施形態による加算器の構造図である図６ｃに示すように、加算器は、演算増幅器Ａ’、第１の電圧−電流変換器Ｍ１、第２の電圧−電流変換器Ｍ２及び第３の電圧−電流変換器Ｍ３を含む。各々の電圧−電流変換器は、電流源に電気的に接続され、２つの金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタを含む。第１の電圧−電流変換器Ｍ１において、ＭＯＳ型トランジスタのゲートはサンプル信号Ｐ２Ａを受け取り、ＭＯＳ型トランジスタの出力端は、演算増幅器Ａ’の非反転端に電気的に連結され、別のＭＯＳ型トランジスタのゲートは、サンプル信号Ｎ２Ａを受け取るように構成され、別のＭＯＳ型トランジスタの出力端は、演算増幅器Ａ’の反転端に電気的に連結される。第２の電圧−電流変換器Ｍ２において、ＭＯＳ型トランジスタのゲートは、サンプル信号Ｐ２Ｂを受け取るように構成され、ＭＯＳ型トランジスタの出力端が演算増幅器Ａ’の非反転端に電気的に接続され、別のＭＯＳ型トランジスタのゲートは、サンプル信号Ｎ２Ｂを受け取ることができ、別のＭＯＳ型トランジスタの出力端は、演算増幅器Ａ’の反転端へ電気的に接続される。第３の電圧−電流変換器Ｍ３において、ＭＯＳ型トランジスタのゲートは、演算増幅器Ａ’によって出力される差分信号Ｎ３を受け取ることができ、ＭＯＳ型トランジスタの出力端は、演算増幅器Ａ’の非反転端に電気的に連結され、別のＭＯＳ型トランジスタのゲートは、演算増幅器Ａ’によって出力される差分信号Ｐ３を受け取ることができ、ＭＯＳ型トランジスタの出力端は、演算増幅器Ａ’の反転端に電気的に接続される。加算器の電圧−電流変換器は、入力されたサンプル信号を電流に変換し、電流を加えることによってオフセットを除去する。電流は、加算器の演算増幅器によって増幅された後に出力される。加算器の入力端に源発生抵抗器を配置して、電圧−電流変換器のＭＯＳ型トランジスタが飽和領域で作動するのを保証することが好ましい。すなわち、図６ｃに示すように、電圧−電流変換器の２つのＭＯＳ型トランジスタのソース電極の間に、直列な抵抗器Ｒ’が電気的に接続されて、電圧−電流変換器のＭＯＳ型トランジスタが飽和領域で作動することを保証する。
【００５４】
[0074]  さらに、信号処理ユニットは、第２の増幅器ユニット２０５をさらに含み、それは、スイッチドキャパシタフィルタモジュール２０４と変換器２０６との間に電気的に接続され、加算器によって出力される差分信号を増幅するように構成される。第２の増幅器ユニットは、増幅された差分信号Ｐ３及びＮ３を出力する。実施形態では、第２の増幅器ユニットは、利得が５であるプログラム可能な利得増幅器である。
【００５５】
[0075]  実施形態では、磁界信号の増幅に関する第１の増幅器ユニット、加算器及び第２の増幅器の合計の増幅利得は、両端を含んで８００から２０００の範囲にあり、１０００であることが好ましい。他の実施形態では、磁界信号は、第１の増幅器ユニット、加算器及び第２の増幅器ユニットに異なる利得を設定することにより必要な利得で増幅することができる。
【００５６】
[0076]  図１ａに示すように、差分信号は、タイミング制御装置３００の制御の下で、スイッチドキャパシタフィルタユニット及び第２の増幅器ユニットによって処理された後、出力制御回路を制御するために、磁界信号に変換する必要がある。図７ａは、本開示の実施形態による変換器の構造図である。変換器は、第１の比較器Ｃ１、第２の比較器Ｃ２及びラッチ論理回路Ｓを含む。
【００５７】
[0077]  第１の比較器Ｃ１及び第２の比較器Ｃ２は、各々、第２の増幅器ユニットによって出力される、一対の差分基準電圧Ｖｈ及びＶ１と、一対の差分信号Ｐ３及びＮ３とに電気的に接続される。第１の比較器Ｃ１の一対の差分基準電圧、及び第２の比較器Ｃ２の一対の差分基準電圧は、反対に電気接続される。第１の比較器Ｃ１は、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号出力を高い閾値Ｒｈと比較するように構成され、第２の比較器Ｃ２は、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号出力を低い閾値Ｒｌと比較するように構成される。第１の比較器Ｃ１及び第２の比較器Ｃ２の出力端は、ラッチ論理回路Ｓの入力端に電気的に接続される。
【００５８】
[0078]  図７ｂに示すように第１の比較器Ｃ１は、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号と高い閾値Ｒｈとの間の比較結果、又は外部磁界の強さと所定の動作点Ｂｏｐとの間の比較結果を出力するように構成される。第２の比較器Ｃ２は、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号と低い閾値Ｒ１との間の比較結果、又は外部磁界の強さと所定の開放点Ｂｒｐとの間の比較結果を出力するように構成される。
【００５９】
[0079]  ラッチ論理回路Ｓは、第１の比較器Ｃ１によって出力される比較結果が、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号が高い閾値Ｒｈよりも大きいこと、又は外部磁界の強さが所定の動作点Ｂｏｐに達することを表わすとき、信号処理ユニット３００に第１のレベル（ハイレベルのような）の信号を出力させて、外部磁界の磁気極性を表わすように構成される。
【００６０】
[0080]  ラッチ論理回路Ｓは、第２の比較器Ｃ２によって出力される比較結果が、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号が低い閾値Ｒｌよりも低いこと、又は外部磁界の強さが所定の解放点Ｂｒｐに達しないことを表わすとき、信号処理ユニット３００に第１のレベルと反対の第２のレベル（低レベル）の信号を出力させて、外部磁界の別の種類の磁気極性を表わすように構成される。
【００６１】
[0081]  ラッチ論理回路Ｓは、第１の比較器Ｃ１及び第２の比較器Ｃ２によって出力される比較結果が、第２の増幅器ユニットによって出力される電圧信号がより高い閾値Ｒｈよりも小さくかつ低い閾値Ｒｌよりも大きいことを表し、又は外部磁界の強さが動作点Ｂｏｐに達せずかつ解放点Ｂｒｐに達することを表わすとき、磁界検出回路２００に初期出力状態で信号を出力させるように構成される。
【００６２】
[0082]  タイミング制御装置からラッチ論理回路Ｓに出力される第２のクロック信号出力は、第３のクロック信号に対して、５ナノ秒のような第２の所定時間だけ遅れて、スイッチドキャパシタフィルタの切換え点を回避する。本開示の実施形態による信号処理ユニットの信号のプロセスが、図８を参照して詳述される。図８の左側部分は、クロック信号の制御の下で、それぞれのモジュールによって出力される差分信号を示し、図８の右側部分は、周波数領域内の差分信号に対応する信号の概略図を示す。
【００６３】
[0083]  上記説明から、第１のチョッピングスイッチの出力信号Ｖｏｕｔは、オフセット信号Ｖｏｓと理想的な磁界信号Ｖｉｎとの重合せであり、差分信号Ｐ１と差分信号Ｎ１との間の差に等しいことが分かる。差分信号Ｐ１及びＮ１は、大きさが同じで、方向が反対である。上記説明から、クロック信号ＣＫ１の前半サイクル及び後半サイクルにて、第１のチョッピングスイッチによって出力される理想的な磁界電圧信号は、大きさが同じで、方向が反対であることが分かる。図８の左側部分に示すように、信号Ｐ１は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてそれぞれＰ１Ａ及びＰ１Ｂとして表わし、信号Ｎ１は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてそれぞれＮ１Ａ及びＮ１Ｂとして表わす。Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂ、Ｎ１Ａ及びＮ１Ｂは、それぞれ以下のように表わす。
P1A= (Vos + Vin)/2; P1B = (Vos - Vin)/2
N1A = - P1A = - (Vos + Vin)/2；N1B= - P1B = - (Vos - Vin)/2.
【００６４】
[0084]  理解を容易にするために、以後の説明では、差分信号の係数１／２は省略する。一対の差分信号Ｐ１’及びＮ１’が、第１の増幅器を介して第２のチョッピングスイッチに入力される。信号Ｐ１’は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてそれぞれＰ１Ａ’及びＰ１Ｂ’として表わし、信号Ｎ１’は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてそれぞれＮ１Ａ’及びＮ１Ｂ’として表わす。第１の増幅器Ａ１の帯域幅制限の理由から、第１の増幅器Ａ１を介して出力される差分信号は、三角波の差分信号である。次の公式は信号のフォームのみである。信号は、それぞれ以下のように表わす。
P1A'= A(Voff + Vin)/2; P1B' =A(Voff - Vin)/2
N1A' = - P1A' = -A(Voff + Vin)/2; N1B'= - P1B' = -A(Voff - Vin)/2.
【００６５】
[0085]  Ａは第１の増幅器の利得であり、Ｖｏｆｆは、第１の増幅器の出力信号のオフセットであり、それは磁気センサ２００の固有のオフセットＶｏｓと第１の増幅器のオフセットとの合計に等しい。オフセットＶｏｆｆは、第１の増幅器Ａ１の帯域幅制限の理由から可変である。理解を容易にするために、以後の説明では、差分信号の係数及び増幅器の増幅係数は省略する。
【００６６】
[0086]  第２のチョッピングスイッチＺ２は、各クロックサイクルの前半サイクルにて対の差分信号を直接出力し、各クロックサイクルの後半サイクルにて差分信号を交換し、交換された差分信号を出力するように構成される。第２のチョッピングスイッチによって出力される差分信号は、Ｐ２及びＮ２として表わす。信号Ｐ２は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてＰ２Ａ及びＰ２Ｂとして表わし、信号Ｎ２は、クロック信号の前半サイクル及び後半サイクルにてＮ２Ａ及びＮ２Ｂとして表わす。信号Ｐ２及び信号Ｎ２の出力は、それぞれ次のように表わす。
P2A = P1A' = (Voff +Vin); P2B = N1B' = - (Voff - Vin)
N2A = N1A'= - (Voff + Vin); N2B = P1B' = (Voff - Vin);
【００６７】
[0087]  スイッチドキャパシタフィルタモジュール３０３の４つのスイッチドキャパシタフィルタは、各クロックの前半サイクル及び後半サイクルの差分信号Ｐ２及びＮ２に含まれる各信号をサンプリングし、二対のサンプル信号を出力する。すなわち、スイッチドキャパシタフィルタモジュールによって得た一対のサンプル信号はＰ２Ａ及びＰ２Ｂを含み、スイッチドキャパシタフィルタモジュールによって得た他方の対のサンプル信号は、Ｎ２Ａ及びＮ２Ｂを含む。
【００６８】
[0088]  ４つのサンプル信号は加算器に入力され、加算器はＰ３及びＮ３を出力する。加算器は、二対のそれぞれのサンプル信号の二対を加算し、Ｐ３及びＮ３を出力する。
P3 = P2A + P2B = (Voff+Vin)+(-(Voff - Vin)) = 2Vin; 及び
N3 = N2A + N2B= - (Voff + Vin) + (Voff - Vin) = -2Vin.
【００６９】
[0089]  加算器によって出力される信号Ｐ３及びＮ３は、増幅された理想の磁界電圧信号を含むのみであり、オフセット信号が除去されたことが分かる。
【００７０】
[0090]  加えて、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路は、変換器２０６に電気的に接続された計数器２０７をさらに含む。計数器２０７は、変換器２０６によって出力される磁界検出信号（即ち差分信号）を所定時間の間計数した後に、出力することができる。磁界検出信号の出力は、計数器２０７の計数作用によって所定時間（５０マイクロ秒のような）の間遅れ、それによって回路全体の十分な応答時間を保証する。
【００７１】
[0091]  図９は、磁気センサ集積回路のブロック図である。磁気センサ集積回路は、出力ポート２０と、磁界検出回路２００と出力制御回路３０との間に接続された出力制御回路３０とをさらに備える。
【００７２】
[0092]  出力制御回路３０は、磁気センサ集積回路を制御して、少なくとも第１の状態又は第２の状態で作動させることができる。実施形態では、第１の状態は、出力ポート２０から外側への電流流れにすることができ、第２の状態は、外側から出力ポート２０への電流流れにすることができる。出力制御回路３０は、全波整流器ブリッジ１１０の第２の出力端Ｖ２の直流電圧によって給電される。詳しくは、磁気センサ集積回路は、負荷電流が出力ポート２０から流れ出る第１の状態で作動し、又は負荷電流が出力ポート２０に流れ込む第２の状態で作動し、或いは第１の状態及び第２の状態で交互に作動することができる。従って、本開示の別の実施形態では、出力制御回路３０は、所定条件の下で、制御信号に応じて作動するようにさらに構成することができる。集積回路は、負荷電流が出力ポート２０から外側に流れる第１の状態、及び負荷電流が外側から出力ポート２０からに流れる第２の状態の少なくとも一方の状態で作動し、所定条件を満たないとき、集積回路は、第１の状態又は第２の状態での作動が防止される第３の状態で作動する。好ましい実施形態では、第３の状態の発生度数は、交流電源の周波数に正比例する。
【００７３】
[0093]  本開示の実施形態による磁気センサ集積回路では、出力制御回路３０の第３の状態のタイプは、出力制御回路３０が第１の状態又は第２の状態に入ることが防止される限り、ユーザー要求に基づき構成することができる。例えば、出力制御回路３０が第３の状態で作動するとき、出力制御回路３０は、磁界検知信号に応答せず（それは、磁界検知信号が取得できないこととして理解できる）、又は出力ポート２０での電流が負荷電流よりもはるかに少ない（例えば、負荷電流の４分の１未満であり、この場合、電流は、負荷電流に関して実質的に省略できる）。
【００７４】
[0094]  計数器２０７は、所定のトリガ信号の取得に対応して計数を開始することができる。計数期間が所定時間に達すると、磁気センサ集積回路が所定条件を満たすことが示され、磁気センサ集積回路は、作動を開始する。具体的には、所定のトリガ信号は、磁気センサ集積回路内の特定電圧が上昇して所定閾値に達したとき、発生することができる。実施形態では、特定電圧は、信号処理ユニットの供給電圧とすることができる。第３の状態では、出力制御回路４００は、所定のトリガ信号の取得後、計数器３０６が５０マイクロ秒のような所定時間を計数した後に、第１の状態又は第２の状態に入る。
【００７５】
[0095]  上記実施形態に基づき、本開示の実施形態では、出力制御回路３０は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含む。第１のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路で電気接続され、第２のスイッチ及び出力ポートは、第２の電流路で、第１の電流路の方向とは反対の方向に電気接続される。第１のスイッチ及び第２のスイッチは、磁界検出信号の制御の下で、選択的にオンする。随意的に、第１のスイッチはダイオードであり、第２のスイッチはダイオード又はトランジスタであり、それらは本明細書では限定されず、状況に左右される。
【００７６】
[0096]  本開示の実施形態では、図１０に示すように、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、一対の相補的な半導体スイッチである。第１のスイッチ３１は、低レベルがこれに加わるときオンし、第２のスイッチ３２は、高レベルがこれに加わるときオンする。第１のスイッチ３１及び出力ポート２０は第１の電流路で電気的に接続され、第２のスイッチ４０２及び出力ポート２０は、第２の電流路で電気的に接続される。第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２の制御端は、両方とも、磁界検出回路２００に電気的に接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端は、高電圧（直流電源のような）に電気的に接続され、第１のスイッチ３１の電流出力端は、第２のスイッチ３２の電流入力端に電気的に接続され、第２のスイッチ３２の電流出力端は、低電圧（接地端のような）に電気的に接続される。磁界検出回路２００によって出力される磁界検出信号が低レベルの場合、第１のスイッチ３１がオンする一方第２のスイッチ３２がオフし、負荷電流は、高電圧から第１のスイッチ３１及び出力ポート２０を介して流れ出る。磁界検出回路２００によって出力される磁界検出信号が高レベルの場合、第２のスイッチ３２がオンする一方第１のスイッチ３１はオフし、負荷電流は、外側から出力ポート２０に流れ、第２のスイッチ３２を通って流れる。図１０に示す実施例において、第１のスイッチ３１は、正チャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ）であり、第２のスイッチ３２は、負チャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）である。他の実施形態では、第１及び第２のスイッチは、他のタイプの半導体スイッチにすることができ、例えば、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）及び金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）のような他の電界効果トランジスタにできることを理解されたい。
【００７７】
[0097]  本開示の別の実施形態では、図１１に示すように、第１のスイッチ３１は、高レベルがこれに加わるときオンし、第２のスイッチ３２は一方向導通ダイオードである。第１のスイッチ３１の制御端及び第２のスイッチ３２の陰極は、変換器の出力端に電気的に接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端は、整流器回路の出力端に電気的に接続され、第１のスイッチ３１の電流出力端は、第２のスイッチ３１の陽極及び出力ポート２０に電気的に接続される。第１のスイッチ３１及び出力ポート２０は、第１の電流路で電気的に接続され、出力ポート２０、第２のスイッチ３２及び磁界検出回路２００は、第２の電流路で電気的に接続される。磁界検出回路２００によって出力される磁界検出信号が高レベルの場合、第１のスイッチ３１がオンする一方第２のスイッチ３２がオフし、負荷電流は、整流器回路から第１のスイッチ３１及び出力ポート２０を介して外側に流れ出る。磁界検出回路２００によって出力される磁界検出信号が低レベルの場合、第２のスイッチ３２はオンする一方第１のスイッチ３１がオフし、負荷電流は、外側から出力ポート２０に流れ、第２のスイッチ３２を通って流れる。本開示の他の実施形態では、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、他の構造にすることができ、それは本明細書では限定されず、状況に左右されることを理解されたい。
【００７８】
[0098]  本開示の別の実施形態では、出力制御回路は、電流が出力ポートから外側に流れる第１の電流路と、電流が出力ポートから内側に流れる第２の電流路と、第１の電流路及び第２の電流路の一方に電気的に接続されたスイッチとを含む。スイッチは、信号処理ユニットによって出力される磁界検出信号により制御され、第１の電流路及び第２の電流路を選択的にオンする。随意的に、第１の電流路及び第２の電流路の他の経路にはスイッチを配置しない。
【００７９】
[0099]  実施として、図１２に示すように、出力制御回路３０は、第１の電流路の出力ポート２０に電気的に接続された一方向電導スイッチ３３を含む。一方向電導スイッチ３３の電流入力端は、磁界検出回路２００の出力端に電気的に接続することができる。磁界検出回路２００の出力端は、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１を介して出力ポート２０に電気的に接続することができ、第２の電流路の方向は、第１の電流路の方向と反対である。一方向電導スイッチ３３は、磁界検知信号が高レベルのときオンし、負荷電流は、一方向電導スイッチ３３及び出力ポート２０を介して外側に流れる。一方向電導スイッチ３３は、磁界検知信号が低レベルのときオフし、負荷電流が外側から出力ポート２０に流れ、抵抗器Ｒ１及び磁界検出回路２００を通って流れる。代替的に、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１は、一方向電導スイッチ３３と背中合わせに並列に電気接続された、一方向電導スイッチで置き換えることができ、結果として出力ポートから流れ出る負荷電流は、出力ポートに流れ込む負荷電流と釣り合う。
【００８０】
[0100]  別の実施では、図１２ａに示すように、出力制御回路３０は、ダイオードＤ１及びＤ２と、抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２とを含む。ダイオードＤ１及びＤ２は、磁界検出回路２００の出力端と出力ポート２０との間に逆直列に電気接続される。抵抗器Ｒ１は、直列に電気接続されたダイオードＤ１及びＤ２と並列に電気接続される。抵抗器Ｒ２は、電源ＶｃｃとダイオードＤ１及びＤ２の共通端との間に電気的に接続される。ダイオードＤ１の陰極は、磁界検出回路２００の出力端に電気的に接続される。ダイオードＤ１は、磁界検出情報によって制御される。磁気検出信号が高レベルのとき、ダイオードＤ１はオフし、負荷電流は、出力ポートＰｏｕｔから抵抗器Ｒ２及びダイオードＤ２を介して外側に流れ出る。磁界検出信号が低レベルのとき、負荷電流は、外側から出力ポートＰｏｕｔに流れ、抵抗器Ｒ１及び磁界検出回路２００を通って流れる。
【００８１】
[0101]  本開示の実施形態による磁界集積回路は、特定の応用例と併せて以下のように説明される。
【００８２】
[0102]  図１３に示すように、本開示の実施形態により電気モータ組立体がさらに提供される。電気モータ組立体は、交流電源１０００によって給電される電気モータ２０００と、モータ２０００に直列に電気接続された双方向電導スイッチ３０００と、本開示の上記実施形態の何れか１つによる磁気センサ集積回路４０００とを含む。磁気センサ集積回路４０００の出力ポートは、双方向電導スイッチ３０００の制御端に電気的に接続される。双方向電導スイッチ３０００は、トライアック（ＴＲＩＡＣ）にできることが好ましい。双方向電導スイッチは、他の適切な型式のスイッチとともに実装できることを理解されたい。例えば、双方向電導スイッチは、逆並列に電気接続された２つのシリコン制御整流器と、対応する制御回路とを含むことができる。２つのシリコン制御整流器は、磁気センサ集積回路の出力ポートから出力される出力信号に基づき、制御回路によって所定方式で制御される。電気モータは、交流電源１０００の電圧を下げて降下電圧を磁気センサ集積回路４０００に供給する電圧降下回路５０００をさらに含むことが好ましい。磁気センサ集積回路４０００は、電気モータ２０００のロータの近くに配置されて、ロータの磁界の変化を検知する。
【００８３】
[0103]  上記実施形態に基づき、本開示の実施形態では、電気モータは同期電気モータである。本開示による磁気センサ集積回路は、同期電気モータに応用されるのみならず、直流ブラシレスモータなどの他の型式の永久磁石電気モータにも応用されることを理解されたい。図１４に示すように、同期モータは、ステータと、ステータに対して回転するロータ１００１とを含む。ステータは、ステータコア１００２と、ステータコア１００２の周りに巻き付けたステータ巻線１００６とを含む。ステータコア１００２は、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼、ケイ素鋼などの軟磁性材料で作ることができる。ロータ１００１は永久磁石を含む。ステータ巻線１００６を交流電源と直列に接続すると、ロータ１００１は、定常状態では一定の回転速度（６０ｆ／ｐ）ｒｍｐで定速回転し、ここでｆは交流電源の周波数であり、ｐはロータの極対の数である。実施形態において、ステータコア１００２は、対向して配置された２つの極部分１００４を有する。各々の極部分は磁極弧面１００５を有する。ロータ１００１の外面は磁極弧面１００５に対面し、それらの間に実質的に均一な空隙が形成される。本開示における基本的に均一な空隙は、ステータとロータとの間の空隙の大部分が均一であり、ステータとロータとの間の空隙のわずかな部分が不均一であることを示す。ロータの極部分の磁極弧面１００５上に凹形の始動溝１００７を配置することが好ましい。磁極弧面１００５のうち始動溝１００７以外の部分は、ロータと同心である。上記構成により、不均一な磁界を形成することができ、これによりロータが回転しないとき、ロータの極軸線Ｓ１がステータの極部分の中心軸線Ｓ２に対して角度を成して傾斜することが保証されるので、ロータは、集積回路の作用の下で、モータが通電されるたびに始動トルクを有することができる。ロータの極軸線Ｓ１は、極性が異なるロータの２つの磁極間の境界である。ステータの極部分１００４の中心軸線Ｓ２は、ステータの２つの極部分１００４の中心を通る接続線である。実施形態では、ステータ及びロータは、各々２つの磁極を有する。他の実施形態では、ステータの磁極の数はロータの磁極の数と異なることができ、ステータ及びロータは、４磁極及び６磁極のようなより多くの磁極を有しても良いことを理解されたい。
【００８４】
[0104]  出力制御回路３０は、交流電源１０００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界は第１の極性を有することを磁界センサが検出するとき、又は交流電源１０００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界は第１の極性とは反対の第２の極性を有することを磁界センサが検出するとき、双方向電導交流スイッチ３０００をオンするように構成される。出力制御回路３０は、交流電源１０００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第１の極性を有するとき、又は交流電源が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第２の極性を有するとき、双方向電導交流スイッチ３０００をオフする。
【００８５】
[0105]  上記実施形態に基づき、本開示の実施形態では、出力制御回路３０は、交流電源１０００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの極性が第１の極性であることを磁界検出回路２００が検出したとき、又は交流電源１０００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの極性が第１の極性とは反対の第２の極性であることを磁界検出回路が検出したとき、双方向電導スイッチ３０００をオンするように構成し、しかも交流電源１０００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第１の極性であるとき、又は交流電源１０００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第２の極性であるとき、双方向電導スイッチ３０００をオフするように構成することが好ましい。
【００８６】
[0106]  出力制御回路３０は、交流電源１０００によって出力される信号が正の半周期にありかつ永久磁石ロータの磁界が第１の極性であることを磁気センサが検出するとき、集積回路から双方向電導スイッチ３０００に流れる電流を制御し、しかも交流電源１００によって出力される信号が負の半周期にありかつ永久磁石ロータの磁界が第１の極性とは反対の第２の極性であることを磁気センサが検出するとき、双方向電導スイッチ３０００から集積回路に流れる電流を制御するように構成されることが好ましい。永久磁石ロータが第１の磁気極性を有しかつ交流電源が正の半周期にあるとき、電流は、正の半周期の全体又は一部にて集積回路から流出でき、永久磁石ロータが第２の極性を有しかつ交流電源が負の半周期にあるとき、電流は、正の半周期の全体又は一部にて集積回路内に流入できることを理解されたい。
【００８７】
[0107]  本開示の好ましい実施形態では、整流器回路１００は図２に示すような回路を有し、出力制御回路４００は図１０に示すような回路を有する。出力制御回路３０の第１のスイッチ３１の電流入力端は、全波整流器ブリッジ１１０の第２の出力端Ｖ２に電気的に接続され、第２のスイッチ３２の第２の電流出力端は、全波整流器ブリッジ１１０の接地端に電気的に接続される。交流電源１０００によって出力される信号が正の半周期にありかつ磁気センサが低レベルの信号を出力するとき、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１がオンし、第２のスイッチ３２がオフし、電流は、交流電源１０００、電気モータ２０００、磁気センサ集積回路４０００の第１の入力端、電圧降下回路（図示しない）、全波整流器ブリッジ１１０の第２のダイオード１１２、及び出力制御回路４００の第１のスイッチ３１を通って順に流れ、出力ポートから双方向電導スイッチ３０００に流れ、その後交流電源１０００に戻る。双方向導電スイッチ３０００がオンしたとき、電圧降下回路５０００及び磁気センサ集積回路４０００によって形成される直列分岐が短絡し、磁気センサ集積回路４０００は、電源がないので出力を停止し、双方向導電スイッチ３０００は、その２つの陽極を通って流れる電流が十分に大きい（双方向導電スイッチ３０００の保持電流よりも大きい）ため、制御磁極と双方向導電スイッチ３０００の第１の陽極との間を駆動電流が流れない間、オンのままである。交流電源１０００によって出力される信号が負の半周期で作動しかつ磁気センサによって出力される磁界検出信号が高レベルであるとき、第１のスイッチ３１がオフし、第２のスイッチ３２がオンし、電流は、交流電流１０００から流れ、双方向導電スイッチ３０００を介して出力ポートに流れ、出力制御回路３０の第２のスイッチ３２、全波整流ブリッジ１１０の接地出力端子及び第１のダイオード１１１、磁気センサ集積回路４０００の第１の入力端子、並びにモータ２０００を介して交流電源１００に戻る。同様に、双方向導電スイッチ３０００がオンしたとき、磁気センサ集積回路４０００は、短絡して出力を停止し、双方向導電スイッチ３０００はオンのままである。交流電源１０００によって出力される信号が正の半周期で作動しかつ磁気センサによって出力される磁界検出信号が高レベルであり、又は交流電源１０００によって出力される信号が負の半周期で作動しかつ磁界検出信号が低レベルであるとき、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、両方ともオフであり、双方向導電スイッチ３０００はオフする。従って、出力制御回路３０は、交流電源１０００の極性変化及び差分信号に基づき、集積回路を制御して、双方向電導スイッチ３０００を所定様式でオン又はオフさせることができる。こうして、ステータ巻線１００６に給電する様式を制御でき、ステータによって発生する変化磁界は、ロータの磁界位置と一致し、それによってロータを信号方向に沿って回転させ、それによりロータは、モータに給電するごとに一定方向に回転することが保証される。
【００８８】
[0108]  本開示の実施形態では、磁界検出信号は、スイッチ式検出信号である。電気モータの定常状態では、スイッチ式検出信号のスイッチング周波数は、交流電源の周波数の２倍である。
【００８９】
[0109]  上記実施形態では、本開示による磁気センサ集積回路は、可能な応用例と併せてのみ説明され、本開示による磁気センサは、それに制限されないことを理解されたい。例えば、磁気センサは、単に電気モータ駆動に応用されるのみならず、磁界検出を備える他の応用例に応用することができる。
【００９０】
[0110]  開示の別の実施形態によるモータでは、モータは、外部交流電源の２つの端部間に双方向スイッチと直列に電気接続することができる、電気モータ及び双方向電導スイッチによって形成される第１の直列分岐は、電圧降下回路及び磁気センサ集積回路によって形成される第２の直列分岐と並列に電気接続される。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向電導スイッチに電気的に接続され、双方向電導スイッチを制御して予め設定された様式でオン又はオフし、それによってステータ巻線の給電モードを制御する。
【００９１】
[0111]  従って、本開示の実施形態による応用装置がさらに提供される。応用装置は、交流電源によって給電されるモータと、電気モータに直列に電気接続された双方向電導スイッチと、上記実施形態の何れかの１つによる磁気センサ集積回路とを含む。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向電導スイッチの制御端に電気的に接続される。随意的に、応用装置は、ポンプ、ファン、家庭電化製品、車両及びその他同種のものにすることができ、家庭電化製品は、例えば洗浄機、皿洗い機、レンジフード、排気ファンなどにすることができる。
【００９２】
[0112]  本明細書の実施形態の説明に従い、当業者は、開示を実施し又は使用することができる。当業者には実施形態に対する多くの改良が明白である。本明細書で定義した一般的な原則は、開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実施することができる。従って、本開示は、本明細書に記載された実施形態に限定されず、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に従う。
【符号の説明】
【００９３】
１００  整流器回路
２００  磁界検出回路
２０１  磁気センサ
２０２  第１のチョッピングスイッチ
２０３  第１の増幅器ユニット
２０４  スイチドキャパシタフィルタモジュール
２０５  第１の増幅器ユニット
２０６  変換器
２０７  比較器
３００  タイミング制御装置
【図１ａ】
2017227626.tif 000003
【図１ｂ】
2017227626.tif 000004
【図２】
2017227626.tif 000005
【図３ａ】
2017227626.tif 000006
【図３ｂ】
2017227626.tif 000007
【図３ｃ】
2017227626.tif 000008
【図３ｄ】
2017227626.tif 000009
【図４】
2017227626.tif 000010
【図５】
2017227626.tif 000011
【図６ａ】
2017227626.tif 000012
【図６ｂ】
2017227626.tif 000013
【図６ｃ】
2017227626.tif 000014
【図７ａ】
2017227626.tif 000015
【図７ｂ】
2017227626.tif 000016
【図８】
2017227626.tif 000017
【図９】
2017227626.tif 000018
【図１０】
2017227626.tif 000019
【図１１】
2017227626.tif 000020
【図１２】
2017227626.tif 000021
【図１３】
2017227626.tif 000022
【図１４】
2017227626.tif 000023
【外国語明細書】
2017227626000001.pdf