JP6180447B2 - 物体の回転を検知するための磁場センサ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、物体の回転を検知するための磁場センサに関し、より具体的には、物体の回転の絶対角度を識別するために使用することができる、複数状態の信号を発生する大きさフィールドセンサに関する。

ホール効果 素子（Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）および磁気抵抗素子（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む、様々なタイプの磁場検知素子が知られている。磁場センサは、一般に、磁場検知素子および他の電子構成要素を含む。また、いくつかの磁場センサは、固定された永久磁石を含む。

磁場センサは、検知される磁場を表す、またはいくつかの実施形態では、磁石に関連付けられる磁場の変動を表す電気信号を生成する。動いている強磁性体が存在する場合、磁場センサによって検知される磁場信号は、動いている強磁性体の形状またはプロファイルに従って変化する。

磁場センサは、歯車の歯および／または歯車の溝など、強磁性歯車の特徴点の動きを検出するために、しばしば使用される。この用途での磁場センサは、通常、「歯車の歯」センサと称される。

いくつかの構成では、歯車は、対象物体、たとえばエンジン中のカムシャフト上に配置され、したがって歯車の動いている特徴点を検出することによって検知されるのは、対象物体（たとえばカムシャフト）の回転である。歯車の歯センサは、たとえば自動車の用途で点火タイミング制御、燃料管理および他の動作のために、エンジン制御プロセッサに情報を提供するために使用される。

歯車の歯センサからエンジン制御プロセッサに提供される情報は、ただしこれらに限定されないが、対象物体（たとえばカムシャフト）が回転するとき、その絶対回転角度および回転方向を含むことができる。この情報を用いて、エンジン制御プロセッサは、点火システムの点火タイミングおよび燃料噴射システムによる燃料噴射タイミングを調節することができる。

多くのタイプの磁場センサは、対象物体がゼロ回転速度から動いたとき、および／または減速してゼロ回転速度に移ったとき、その直後では正確な出力信号（たとえば物体の絶対回転角度の示度）を提供しないが、しかしその代わりに、一度対象物体が実質的に回転して動いたとき、または実質的な速度で動いているときだけは正確な出力信号を提供する。たとえば、２００３年２月２５日に発行された米国特許第６，５２５，５３１号に記載されている１つのタイプの磁場センサでは、正のＤ／Ａ変換器（ＰＤＡＣ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）および負のＤ／Ａ変換器（ＮＤＡＣ：ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が、閾値信号を発生する際に使用するために、磁場信号の正および負のピークをそれぞれ追跡する。変化する磁場信号は、閾値信号と比較される。しかし、ＰＤＡＣおよびＮＤＡＣの出力は、信号のいくつかのサイクル（すなわち信号のピーク）が生じるまで（すなわち、いくつかの歯車の歯が通過するまで）、磁場信号の正および負のピークを正確に示すことができない。このタイプの磁場センサは、その閾値信号が磁場信号の正および負のピークの関数であり、本明細書では、いわゆる「走行モード検出器（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｄｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）」と称する。

それと対照的に、トゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ：ｔｒｕｅ ｐｏｗｅｒ ｏｎ ｓｔａｔｅ）型の検出器は、対象物体（たとえばカムシャフト）がゼロ回転速度から動いた直後に、または減速してゼロ回転速度に移った直前にも、正確な出力信号（たとえば絶対回転角度の示度）を提供することができる。さらにまた、対象物体が動いていないときでさえ、ＴＰＯＳ検出器は、ＴＰＯＳ検出器が歯の前に、または谷にあるのかどうかを示すことができる。しかし、対象物体が静止しているとき、従来のＴＰＯＳ検出器は、対象物体の絶対的な、または相対的な回転角度を識別することができない。ＴＰＯＳ検出器は、走行モード検出器とともに使用することができて、両方がエンジン制御プロセッサに情報を提供する。

上記に述べたように、従来のＴＰＯＳ検出器は、対象物体の小さな最初の回転だけに関して正確な出力信号を生成し、その後、走行モード検出器が、正確な出力信号を生成することができる。ＴＰＯＳ検出器は、対象物体の回転の始めおよび終わりの期間の間（たとえばエンジンおよびカムシャフトの開始および停止の期間の間）、走行モード検出器によって提供される情報より正確であり得る情報をエンジン制御プロセッサに提供することができるが、しかしその情報は、物体がスピードを出して回転しているとき、それほど正確でないことがある。物体がスピードを出して回転しているとき、エンジン制御プロセッサは、走行モード検出器によって提供される回転情報を主として使用することができる。ほとんどの従来の用途では、一度磁場センサが走行モード検出器の使用に切り替わると、磁場センサは、対象物体が回転を停止するまで、または回転をほぼ停止するまで、ＴＰＯＳ検出器の使用に戻らない。

従来のＴＰＯＳ検出器は、２００８年４月２２日に発行された米国特許第７，３６２，０９４号に記載されている。従来のＴＰＯＳ検出器は、磁場信号を固定された、しばしば調整された閾値信号と比較するための比較器を含む。従来のＴＰＯＳ検出器は、ＴＰＯＳカム（歯車と同様の）とともに使用して、それについての回転情報を検出することができ、その検出器は、対象物体、たとえば回転するように構成されたエンジンのカムシャフト上に配置される。

従来のＴＰＯＳ検出器からの出力信号は、少なくとも２つの状態、通常ハイ状態およびロー状態を有する。従来のＴＰＯＳ出力信号の状態は、対象物体が回転するにつれて、ＴＰＯＳカム上で対象物体に取り付けられた特徴点に従って、ある時点でハイであり、他の時点ではローである。従来のＴＰＯＳ検出器からの出力信号は、以下で図２と関連して示し述べる。

一度対象物体が回転を始めると、ＴＰＯＳ検出器が、走行モード検出器より迅速に回転情報（たとえば回転角度）を提供するが、ＴＰＯＳ検出器は、回転の開始時に直ちに回転情報を必ずしも提供しない。

したがって、たとえば対象物体が回転していないとき、または少なくとも対象物体が、従来のＴＰＯＳ検出器の場合よりも小さい、極めて小さい角度だけを回転したとき、連続的に、対象物体の少なくとも絶対回転角度を表す信号を発生することができる磁場センサおよび技法を提供することは、望ましいはずである。また、出力信号が、それによって、知られたＴＰＯＳ検出器の出力信号と同じ、または同様なものにする磁場センサおよび技法を提供することは、望ましいはずである。知られたＴＰＯＳ検出器の特性を有すると、磁場センサは、エンジン制御プロセッサによって使用される従来のエンジン制御プロセッサまたはソフトウェアコードを変更することなく、エンジン制御システムにおいて使用することができるはずである。

本発明は、対象物体が回転していないとき、または対象物体が、従来のＴＰＯＳ検出器の場合よりも小さい、極めて小さい角度だけを回転したときを含み、連続的に、対象物体の少なくとも絶対回転角度を表す正確な信号を発生することができる磁場センサおよび技法を提供する。いくつかの実施形態では、また、本発明は、出力信号が、それによって、知られたＴＰＯＳ検出器（または別の知られたタイプの回転検出器）の出力信号と同じ、または同様にする磁場センサおよび技法を提供する。知られたＴＰＯＳ検出器（または別の知られたタイプの回転検出器）の特性を有すると、磁場センサは、いくつかの実施形態では、エンジン制御プロセッサによって使用される従来のエンジン制御プロセッサまたはソフトウェアコードを変更することなく、エンジン制御システムにおいて使用することができるはずである。

本発明の一態様によれば、回転するように構成された物体の位置を検知するための磁場センサは、複数の磁場検知素子を含む。複数の磁場検知素子は、半導体基板の第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面上に方向成分を有する磁場に応答して、それぞれの複数の磁場検知素子出力信号を発生するように構成され、そのｘ−ｙ平面は、ｘ−方向およびｘ−方向に直交するｙ−方向を有する。また、磁場センサは、複数の磁場検知素子出力信号を表す信号を受け取るように結合され、かつｘ−ｙ平面上における磁場の方向成分の角度を示すｘ−ｙ角度信号を発生するように構成された角度検出回路を含む。また、磁場センサは、ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつ複数の閾値をｘ−ｙ角度信号と比較して、少なくとも２つの状態を有する閾値化された信号を発生するように構成された閾値化プロセッサを含む。閾値化された信号は、磁場の方向成分がｘ−ｙ平面上で回転するにつれて、ある時点で少なくとも２つの状態の一方であり、そして他の時点で少なくとも２つの状態の他方である。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、次の態様の１つまたは複数を含む。

磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の磁場検知素子は、円形垂直ホール（ＣＶＨ：ｃｉｒｃｕｌａｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ）構造として配置される複数の垂直ホール素子（ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含み、その複数の垂直ホール素子のそれぞれ１つが、共通の円形埋め込み領域上に配置される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の垂直ホール素子、角度検出回路および閾値化回路が、共通基板上に配置される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、ｘ−ｙ角度信号は、磁場の方向成分の角度に対して線形である。

磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の閾値は、閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ）型の信号と実質的に同じになるように選択される。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、複数の閾値を受け取り、格納するように構成されたメモリ装置をさらに含み、閾値化回路は、複数の閾値をメモリ装置から受け取るように結合される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の閾値は、閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ）型の信号と実質的に同じになるように選択される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、メモリ装置は、磁場センサの他から複数の閾値を受け取るように構成される。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつｘ−ｙ角度信号によって表された角度の変化率を識別することによって、物体の回転速度を示す回転速度信号を発生するように構成された回転速度プロセッサをさらに含む。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつｘ−ｙ角度信号によって表された角度変化の方向を識別することによって、物体の回転方向を示す回転方向信号を発生するように構成された回転方向プロセッサをさらに含む。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、閾値化された信号と、回転速度信号または回転方向信号の少なくとも１つとを受け取るように結合され、かつ閾値化された信号を表し、回転速度信号または回転方向信号の少なくとも１つを表す出力信号を発生するように構成された出力プロトコルプロセッサをさらに含み、その出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、閾値化された信号を受け取るように結合され、かつ閾値化された信号を表す出力信号を発生するように構成された出力プロトコルプロセッサをさらに含み、その出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである。

いくつかの実施形態では、磁場センサは、複数の磁場検知素子に近接して配置され、かつ対象物体に結合される磁石をさらに含み、その磁石は、磁場を発生し、そこでは、その磁石は、ディスク磁石を含み、それによってディスク磁石の半分が第１の方向の極性が与えられ、ディスク磁石の他の半分が第１の方向と反対の第２の方向の極性が与えられ、ディスク磁石は、物体に付着される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、ディスク磁石は、中心を有する概して円形であり、ディスク磁石の回転軸がその中心と重なり、ディスク磁石は、回転軸もＣＶＨ構造の中心と重なるように配置される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、ディスク磁石は、中心を有する概して円形であり、ディスク磁石の回転軸がその中心と重なり、ディスク磁石は、回転軸がＣＶＨ構造の中心と重ならないように配置され、ディスク磁石は、ディスク磁石の主平面がＣＶＨ構造の主平面と同じ平面上にあるように配置される。

磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む。

本発明の別の態様によれば、磁場センサに使用される方法は、複数の磁場検知素子出力信号を対応する複数の磁場検知素子を用いて発生するステップを含む。複数の磁場検知素子出力信号は、半導体基板の第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面上に方向成分を有する磁場に応答し、ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向と、ｘ−方向に直交するｙ−方向とを含む。また、本方法は、複数の磁場検知素子出力信号を表す信号に応答して、ｘ−ｙ平面上における方向成分の角度を示すｘ−ｙ角度信号を発生するステップを含む。また、本方法は、複数の閾値をｘ−ｙ角度信号と比較して、少なくとも２つの状態を有する閾値化された信号を発生するステップを含む。閾値化された信号は、磁場の方向成分がｘ−ｙ平面上で回転するにつれて、ある時点で少なくとも２つの状態の一方であり、他の時点で少なくとも２つの状態の他方である。

いくつかの実施形態では、上記の方法は、次の態様の１つまたは複数を含む。

本方法のいくつかの実施形態では、複数の磁場検知素子は、円形垂直ホール（ＣＶＨ）構造として配置される複数の垂直ホール素子を含み、複数の円形垂直ホール素子のそれぞれ１つが、共通の円形埋め込み領域上に配置される。

本方法のいくつかの実施形態では、複数の垂直ホール素子、角度検出回路および閾値化回路が、共通基板上に配置される。

本方法のいくつかの実施形態では、ｘ−ｙ角度信号は、磁場の方向成分の角度に対して線形である。

いくつかの実施形態では、本方法は、閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ）型の信号と実質的に同じになるように、複数の閾値を選択するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、本方法は、メモリ装置を用いて複数の閾値を受け取り、格納するステップをさらに含む。

本方法のいくつかの実施形態では、メモリ装置は、複数の閾値を磁場センサの他から受け取るように構成される。

いくつかの実施形態では、本方法は、ｘ−ｙ角度信号を処理して、閾値化された信号における状態遷移の速さを識別することによって、物体の回転速度を示す回転速度信号を発生するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、本方法は、ｘ−ｙ角度信号を処理して、閾値化された信号における状態遷移のパターンを識別することによって、物体の回転方向を示す回転方向信号を発生するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、本方法は、閾値化された信号と、回転速度信号または回転方向信号の少なくとも１つとを処理して、閾値化された信号を表し、回転速度信号または回転方向信号の少なくとも１つを表す出力信号を発生するステップをさらに含み、出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである。

いくつかの実施形態では、本方法は、閾値化された信号を処理して、閾値化された信号を表す出力信号を発生するステップをさらに含み、出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである。

本方法のいくつかの実施形態では、複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む。

上記の磁場センサおよび方法のいくつかの実施形態では、複数の磁場検知素子は、ＣＶＨ検知素子として構成される、複数の垂直ホール素子を含む。

本発明の前述の特徴、さらにまた本発明自体は、図面の次の詳細な記述から、より十分理解することができる。

カムの特徴点を有するＴＰＯＳカムに近接した従来の「トゥルー・パワー・オン・ステイト」（ＴＰＯＳ）型の検出器を示す図であって、ＴＰＯＳカムは、回転するように構成されたシャフト上に、すなわち対象物体上に配置されることを示す図である。 回転するように構成された対象物体上で回転するＴＰＯＳカムが存在しているとき、ＴＰＯＳ検出器によって発生される信号を示すブロック図である。 回転するように構成された対象物体が存在しているとき、角度センサによって発生させることができる線形出力信号を示す、図２のグラフと関連するグラフである。 円形垂直ホール（ＣＶＨ）の検知素子の形態である、対象物体上に配置される磁石に近接する角度検知素子を示す図であって、角度検知素子は、対象物体が回転するとき、エレクトロニクスとともに、図３の線形出力信号を発生するために使用することができることを示す図である。 複数の磁場検知素子、たとえば複数の垂直ホール検知素子または複数の磁気抵抗素子の形態である、図３の信号を発生するために使用することができる角度検知素子を示す図である。 図４のＣＶＨ検知素子によって、または図４Ａの複数の磁場検知素子によって発生させることができるような出力信号を示すグラフである。 ２つの極を有する円形磁石に近接したＣＶＨ検知素子を示す図である。 ２つの極を有する円形磁石に近接しているが、図６の構成と異なる構成であるＣＶＨ検知素子を示す図である。 ２つの極を有する円形磁石に近接した別のＣＶＨ検知素子を示す図であって、回転中の円形磁石を示す図である。 磁石が１回転するとき、図７のＣＶＨ検知素子が経験することがあるような磁束を示すグラフである。 磁石が１回転するとき、図７のＣＶＨ検知素子から発生させることができる線形出力信号を示す図であって、線形出力信号に適用することができる閾値を示し、閾値と連結して発生させることができるＴＰＯＳ出力信号を示す図である。 ＣＶＨ検知素子、角度検出回路、閾値プロセッサ、閾値プロセッサによって使用される閾値を保持するメモリ、回転方向プロセッサ、回転速度プロセッサおよび出力プロトコルプロセッサを示すブロック図である。 図１０の閾値プロセッサによって使用することができるプロセスを示すフローチャートである。

本発明を述べる前に、いくつかの導入のための概念および専門用語を説明する。

用語「磁場検知素子」は、本明細書に使用する際、磁場を検知することができる様々な電子素子を述べるために使用する。磁場検知素子は、ただしこれらに限定されないが、ホール効果素子、磁気抵抗素子または磁気トランジスタとすることができる。知られるように、異なるタイプのホール効果素子、たとえば平面ホール素子（ｐｌａｎａｒ Ｈａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）、垂直ホール素子（ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）および円形ホール素子（ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｈａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）が存在する。また、知られるように、異なるタイプの磁気抵抗素子、たとえば巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、トンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ：Ｉｎｄｉｕｍ ａｎｔｉｍｏｎｉｄｅ）センサおよび磁気トンネル接合（ＭＴＪ：ｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が存在する。

いわゆる「円形垂直ホール」（ＣＶＨ）検知素子は、複数の垂直方向磁場検知素子を含み、知られていて、「Ｍａｎｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ ｉｎ ａ Ｐｌａｎｅ（平面上の磁場方向を測定するための磁場センサ）」と題する、２００８年５月２８日に出願され、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２００８／１４５６６２号として英語で公開されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号に記載されており、その出願およびその公開は、その全体が参照によって本願に援用される。ＣＶＨ検知素子は、基板中の共通の円形埋め込み領域の上に配置される垂直ホール素子の円形構成を含む。ＣＶＨ検知素子は、基板の平面上における磁場の方向（および任意選択で強さ）を検知するために使用することができる。

知られるように、上記に述べた磁場検知素子のいくつかは、その最大感度の軸が、磁場検知素子を支持する基板に対して平行方向である傾向があり、上記に述べた磁場検知素子の他のものは、その最大感度の軸が、磁場検知素子を支持する基板に対して直角方向である傾向がある。具体的には、平面ホール素子は、その感度の軸が、基板に対して直角方向である傾向があり、一方磁気抵抗素子および垂直ホール素子（円形垂直ホール（ＣＶＨ）検知素子を含む）は、その感度の軸が、基板に対して平行方向である傾向がある。

円形垂直ホール（ＣＶＨ）磁場検知素子は、複数の垂直ホール磁場検知素子を有し、以下に実施例で述べるが、同じ、または同様の技法および回路は、ただしこれらに限定されないが、ＣＶＨ構造では配置されない複数の垂直ホール素子と、複数の磁気抵抗素子とを含む、いずれものタイプの磁場検知素子に適用されることを認識すべきである。

自動車に使用されるような、従来の「トゥルー・パワー・オン・ステイト」（ＴＰＯＳ）型の検出器によって発生される信号を複製することができる磁場センサを以下に述べる。しかし、自動車で、または他の用途で物体の回転を表す、いずれかの従来の信号を複製するために、同じ技法および同様の回路を使用することができることは、明らかなはずである。

以下の実施例では、エンジンのカムシャフト、すなわち対象物体上で使用することができるような特定のＴＰＯＳカムを述べる。しかし、同様の回路および技法は、エンジンのカムシャフト上に、またはエンジンの他の回転部分（たとえばクランクシャフト、トランスミッション歯車、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ））上に、またはエンジンでない装置の回転部分上に配置される他のカムまたは歯車に関して使用することができる。

図１を参照すると、例示的なＴＰＯＳ検出器の構成１０が、ＴＰＯＳ検出器１２を含む。ＴＰＯＳ検出器１２は、電子回路１８に結合される磁場検知素子１６を有する磁場検知回路１４を含む。また、ＴＰＯＳ検出器１２は、磁石２０を含むことができる。磁石２０は、軸２２に沿った方向を向く磁場を発生するように構成される。電子回路１８は、ＴＰＯＳ出力信号２４を発生するように構成される。

また、ＴＰＯＳ検出器の構成１０は、特徴点２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを有するＴＰＯＳカム２６を含むことができる。ＴＰＯＳカム２６は、たとえば方向３２で回転するように構成されたシャフト３０（すなわち対象物体）上に配置することができる。

動作の際、ＴＰＯＳカム２６が回転するにつれて、カムの特徴点２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、磁石２０によって発生された磁場を変調させる。磁石２０によって発生された磁場の変調は、磁場検知素子１６によって検知され、ＴＰＯＳ出力信号２４中に状態遷移を起こすことになる。

カムの特徴点２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの特定の構成および間隔によって、ＴＰＯＳ検出器１２が、ＴＰＯＳカム２６の小さい角度だけの回転の後、遷移を有するＴＰＯＳ出力信号２４を生成することができるようになり、そのＴＰＯＳ出力信号は、エンジン制御コンピュータが解釈することができ、それによってＴＰＯＳカム２６と、ＴＰＯＳカム２６がその上に配置されたシャフト３０との絶対回転角度を発生する。

ここで、図２を参照すると、グラフ６０は、水平軸のスケールが、対象物体の回転角度の単位である、たとえば０〜３６０度のスケールである。また、グラフ６０は、垂直軸のスケールが、任意の単位でボルトの単位である。信号６２は、従来のＴＰＯＳ検出器１２によって発生される図１のＴＰＯＳ出力信号２４と同じ、または同様とすることができる。信号６２は、信号６２がその間ハイ状態である期間６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄと、信号６２がその間ロー状態である期間６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄとを含むことができる。信号６２がハイ状態の期間６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄは、ＴＰＯＳカム２６が回転するにつれて、図１のＴＰＯＳカム２６の特徴点２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄが図１の磁場検知素子１６を通過する際のＴＰＯＳカム２６の特徴点に対応することを認識すべきである。

動作の際、図１のカム２６の絶対回転角度は、図２の水平軸に沿ったいずれものポイント（角度）に対応し、そこで開始されて、図１のカム２６のわずかなだけの回転によって、すなわち特徴点２６ａ〜２６ｄの縁が磁場検知素子１６を通過するとき、識別することができることを認識すべきである。しかし、カム２６が停止しているとき、従来のＴＰＯＳ検出器（たとえば図１の１２）は、それがカムの歯または谷の上にあるのかどうかだけを識別することができ、絶対的な、または相対的な回転角度を識別することができない。

ここで、図３を参照すると、グラフ５０は、水平軸のスケールが、対象物体の回転角度の単位であり、たとえば０〜３６０度のスケールである。また、グラフ５０は、その垂直のスケールが、任意の単位でボルトの単位である。信号５２は、０〜３６０度の回転角度に対して線形の関係を有する角度センサが発生することができる出力信号を表す。複数の閾値が、垂直軸に沿って示されている。

信号５２がアナログ信号として表され、閾値がアナログ値として表されているが、信号５２は、その代りに、連続的なデジタル値から構成することができるはずであり、閾値は、デジタル値から構成することができるはずであることを認識すべきである。

動作の際、線形信号５２は、対象物体が回転するにつれて、閾値と比較することができる。このようにして、図２の信号６２は、信号５２を、図３の垂直軸に沿って示す閾値と比較することによって発生することができることを認められるはずである。信号５２は、対象物体がゼロ度から３６０度まで回転するにつれて、ゼロボルトから正のボルトに増加し、３６０度から開始されて７２０度まで持続する領域５２ａで、再び繰り返す。信号５２は、対象物体が回転するにつれて、鋸歯パターンを繰り返す。

線形信号５２を示しているが、他の実施形態では、回転角度に対して非線形である信号も使用することができ、それは、他の閾値と比較することができる。

ここで、図４を参照すると、円形垂直ホール（ＣＶＨ）検知素子７２は、複数の垂直ホール素子がその上に配置される円形埋め込み領域７８を含み、その垂直ホール素子７２ａは、ほんの一実施例である。各垂直ホール素子は、複数のホール素子のコンタクト（たとえば４つの、５つの、または６つのコンタクト）を有し、その垂直ホール素子のコンタクト７２ａａは、ほんの一実施例である。

ＣＶＨ検知素子７２内の特定の垂直ホール素子（たとえば７２ａ）は、たとえば５つの隣接するコンタクトを有することができ、そのいくつかを、たとえば５つのコンタクトの中の４つを次の垂直ホール素子（たとえば７２ｂ）と共有することができる。したがって、次の垂直ホール素子（たとえば７２ｂ）は、前の垂直ホール素子から１つのコンタクトだけずらすことができる。そのように１つのコンタクトだけずらす場合、垂直ホール素子数は、垂直ホール素子のコンタクト数、たとえば３２個と等しいことを理解されたい。しかし、また、異なる次の垂直ホール素子は、前の垂直ホール素子から２つ以上のコンタクトだけずらすことができ、その場合、ＣＶＨ検知素子中には、垂直ホール素子のコンタクトより少ない垂直ホール素子が存在することを理解されたい。

垂直ホール素子０の中心が、ｘ−軸８０に沿って位置付けられ、垂直ホール素子８の中心が、ｙ−軸８２に沿って位置付けられる。例示的なＣＶＨ検知素子７２では、３２個の垂直ホール素子が存在し、３２個の垂直ホール素子のコンタクトが存在する。しかし、ＣＶＨ検知素子は、３２個より多い、またはそれより少ない垂直ホール素子を有し、かつ３２個より多い、またはそれより少ない垂直ホール素子のコンタクトを有することができる。

いくつかの用途では、Ｎ極側７４ａおよびＳ極側７４ｂを有する円形磁石７４を、ＣＶＨ７２の上に配置することができる。円形磁石７４は、Ｓ極側７４ｂからＮ極側７４ａに向かう方向を有する磁場７６を発生する傾向があり、ここでは、ｘ−軸８０に対して約４５度の方向に向けられているのを示す。

いくつかの用途では、円形磁石７４は、回転対象物体に、たとえば自動車のカムシャフトに機械的に結合され、ＣＶＨ検知素子７２に対して回転させられる。この構成の場合、ＣＶＨ検知素子７２は、以下に述べる電子回路と組み合わされて、磁石７４の回転角度に関する信号を発生することができる。いくつかの実施形態では、出力信号は、角度と線形の関係を有する。いくつかの実施形態では、出力信号は、角度と非線形の関係を有する。

ここで、図４Ａを参照すると、複数の磁場検知素子９０ａ〜９０ｈは、一般の場合、いずれものタイプの磁場検知素子、たとえば垂直ホール検知素子または磁気抵抗検知素子とすることができる。また、これらの素子は、電子回路に結合することができる。また、図４の磁石７４と同じ、または同様の磁石であって、検知素子８０ａ〜８０ｈに近接して配置される磁石が存在することができる。

ここで、図５を参照すると、グラフ１００は、水平軸のスケールが、ＣＶＨ検知素子、たとえば図４のＣＶＨ検知素子７２のまわりでＣＶＨ垂直ホール素子の位置、ｎの単位である。また、グラフ１００は、垂直軸のスケールが、ミリボルトである。垂直軸は、ＣＶＨ検知素子の複数の垂直ホール素子からの出力信号のレベルを表す。

グラフ１００は、４５度の方向を向く図１の磁場によってもたらされる、ＣＶＨ検知素子の複数の垂直ホール素子からの出力信号のレベルを表す信号１０２を含む。

一時的に図４を参照すると、上記に述べたように、垂直ホール素子０は、ｘ−軸８０に沿って中心が置かれ、垂直ホール素子８は、ｙ−軸８２に沿って中心が置かれる。例示的なＣＶＨ検知素子７２では、３２個の垂直ホール素子のコンタクトと、対応する３２個の垂直ホール素子とが存在し、各垂直ホール素子が、複数の垂直ホール素子のコンタクト、たとえば５つのコンタクトを有する。

図５では、最大正信号が、位置４に中心を置く垂直ホール素子から得られ、その位置は、図４の磁場７６と一直線になっている。最大負信号が、位置２０に中心を置く垂直ホール素子から得られ、その位置は、また、図１の磁場７６と一直線になっている。

信号１０２の理想的な振る舞いをよりはっきりと示すために、正弦波１０４を提示する。信号１０２は、垂直ホール素子のオフセットによって変動し、その変動のために、素子出力信号が、各素子についてのオフセットエラーに従って、いくぶんランダムに、正弦波１０４と比べて大きすぎる、または小さすぎるようにされる傾向がある。オフセット信号のエラーは、不要である。

図４のＣＶＨ検知素子７２の全部の動作および図５の信号１０２の発生は、上記に述べた、「Ｍａｎｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ ｉｎ ａ Ｐｌａｎｅ（平面上で磁場方向を測定するための磁場センサ）」と題する、２００８年５月２８日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号により詳細に記載されており、それは、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２００８／１４５６６２号として英語で公開されている。

ＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号から理解されるように、いくつかの実施形態では、オフセット電圧を低減させるために、各垂直ホール素子のコンタクト群を多重化の、またはチョップされる構成で使用することができ、それによって各垂直ホール素子からチョップされる出力信号を発生させる。その後、隣接する垂直ホール素子のコンタクトの新しい群（新しい垂直ホール素子）を選択することができ、それは、前の群から１つの素子だけ変位させることができる。選択された新しい群は、多重化の、またはチョップされる構成で使用することができ、それによって選択された次の群から別のチョップされる出力信号を発生させる、等々である。

信号１０２の各段階は、垂直ホール素子のコンタクトの中の１つのそれぞれの群からの、すなわち１つのそれぞれの垂直ホール素子からのチョップされた出力信号を表すことができる。しかし、他の実施形態では、チョッピングが行われず、信号１０２の各段階は、垂直ホール素子のコンタクトの１つのそれぞれの群からの、すなわち１つのそれぞれの垂直ホール素子からのチョップされていない出力信号を表す。したがって、信号１０２は、上記に述べた、垂直ホール素子の群化およびチョッピングのある場合、またはない場合のＣＶＨ出力信号を表す。

ＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号の上記に述べた技法を使用すると、ＣＶＨ１検知素子７２に対する図４の磁場７６の指向方向を識別するために、信号１０２の位相を使用することができることを理解されたい。また、従来のＴＰＯＳ検出器と異なり、対象物体が停止しているときでさえ、対象物体の絶対的な、および／または相対的な回転角度を決定することができることを理解されたい。上記に述べたように、従来のＴＰＯＳ検出器を用いると、対象物体が停止しているとき、ＴＰＯＳ検出器がＴＰＯＳカムの歯の上に、または谷の上にあるのかどうかだけを識別することが可能である。

ここで、図６を参照すると、磁気構成ｌｌ０は、ＣＶＨ検知素子１１４がその上に配置される回路基板１１２を含むことができる。回路基板１１２は、ＣＶＨ検知素子１１４および他の回路構成を含み、ＴＰＯＳ検出器を形成する。Ｎ極およびＳ極を有する円形磁石１１６は、回路基板１１２に近接して配置することができる。この構成では、ＣＶＨ検知素子１１４の中心が、円形磁石１１６の回転軸に沿った位置に配置される。

ここで、図６Ａを参照すると、別のＴＰＯＳ構成１２０は、ＣＶＨ検知素子１２４がその上に配置される回路基板１２２を含むことができる。回路基板１２２は、ＣＶＨ検知素子１２４および他の回路構成を含み、ＴＰＯＳ検出器を形成する。Ｎ極およびＳ極を有する円形磁石１２６は、回路基板１２２に近接して配置することができる。この構成では、ＣＶＨ検知素子１２４が、円形磁石１２６の主表面の平面に対して平行な平面上に配置される。

図６の構成と図６Ａの構成の両方の場合、それぞれのＣＶＨ検知素子１１４、１２４は、円形磁石１１６、１２６のそれぞれの１つの回転角度に対して応答する。

ここで、図７を参照すると、また別のＴＰＯＳ構成１３０は、ＣＶＨ検知素子１３４がその上に配置される回路基板１３２を含むことができる。回路基板１３２は、ＣＶＨ検知素子１３４および他の回路構成を含み、ＴＰＯＳ検出器を形成する。Ｎ極およびＳ極を有する円形磁石１３６は、回路基板１３２に近接して配置することができる。磁石１３６は、シャフト（図示せず）、すなわち対象物体の端部に結合することができ、そのシャフトは、矢印１３８によって示すように回転するように構成される。

ここで、図８を参照すると、グラフ１４０は、水平軸のスケールが、図７の磁石１３６の回角角度の単位であって、ゼロ〜３６０度のスケールである。また、グラフ１４０は、垂直軸のスケールが、任意の単位で磁束に対応する。信号１４２は、磁石１３６が回転するにつれて、ＣＶＨ検知素子１３４が経験する磁束を表す。

ここで、図９を参照すると、グラフ１５０は、水平軸のスケールが、図７の磁石１３６の回角角度の単位であって、ゼロ〜３６０度のスケールである。また、グラフ１５０は、垂直軸のスケールが、任意の単位でボルトの単位である。信号１５２は、磁石１３６が回転するとき、図７のＴＰＯＳ検出器１３２が発生することができるような、処理された出力信号を表す。複数の閾値１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅ、１５４ｆ、１５４ｇ、１５４ｈは、信号１５２と比較することができる。信号１５６は、図２の信号６２と同じ、または同様とすることができ、上記の比較によって発生させることができる。このようにして、信号１５６は、ＴＰＯＳカム、たとえば対象物体に結合される図１のＴＰＯＳカム２６がなくても、発生させることができるが、しかしその代わり、磁石、たとえば対象物体に結合される図７の磁石１３６が必要である。言い換えると、信号１５６は、図７のＣＶＨ検知素子１３４などの角度センサと併せて、図７の回転磁石１３６だけを使用して発生させることができる。

ここで、図１０を参照すると、ＴＰＯＳ検出器１７０は、複数の垂直ホール素子を有するＣＶＨ検知素子１７２を含むことができ、各垂直ホール素子が、垂直ホール素子のコンタクト（たとえば５つの垂直ホール素子のコンタクト）の群を含み、その垂直ホール素子のコンタクト１７３は、ほんの一実施例である。

いくつかの実施形態では、ＴＰＯＳ検出器１７０は、磁石（図示せず）に応答し、それは、図４の磁石７４と同じ、または同様とすることができる。磁石は、対象物体（図示せず）、たとえばエンジン上のカムシャフトに結合することができる。

いくつかの実施形態では、スイッチ回路１７４が、成分Ｘｎ＝ｘ_０〜ｘ_ｎ−１を有するＣＶＨ出力信号１７２ａを形成することができる、ただし、ｎは、ＣＶＨ検知素子１７２中における垂直ホール素子の位置（すなわち垂直ホール素子を形成する垂直ホール素子のコンタクトの群の位置）に等しい、そしてそこに、Ｎ個のそのような位置が存在する。ＣＶＨ出力信号１７２ａは、図５の信号１０２と同じ、または同様とすることができる。

いくつかの実施形態では、ＣＶＨ出力信号１７２ａは、ＣＶＨ検知素子１７２のまわりで１つずつ取られる、一連の継続的な出力信号から構成され、各出力信号は、同じ信号経路上で発生される。

１つの具体的な実施形態では、ＣＶＨ検知素子１７２中の垂直ホール素子（それぞれが垂直ホール素子のコンタクトの群を含む）の数は、検知素子の位置の全数、Ｎに等しい。言い換えると、ＣＶＨ出力信号１７２ａは、一連の継続的な出力信号から構成することができ、ＣＶＨ出力信号１７２ａのそれぞれ１つが、ＣＶＨ検知素子１７２中の垂直ホール素子のそれぞれ１つと、すなわちＣＶＨ検知素子１７２の垂直ホール素子のまわりで１つずつ進められる回路１００の段階と関連付けられ、Ｎは、ＣＶＨ検知素子１７２中の垂直ホール素子数に等しい。しかし、他の実施形態では、進め方は、２つ以上の垂直ホール素子毎にすることができ、その場合、Ｎは、ＣＶＨ検知素子１７２中の垂直ホール素子数より小さい。

１つの具体的な実施形態では、ＣＶＨ検知素子１７２は、３２個の垂直ホール素子を有する、すなわちＮ＝３２であり、各段階が、１つの垂直ホール素子のコンタクト位置（すなわち１つの垂直ホール素子の位置）の段階である。しかし、他の実施形態では、ＣＶＨ検知素子１７２中に、３２個より多い、またはそれより少ない垂直ホール素子が存在することができる。また、垂直ホール素子の位置の進め方、ｎは、２つ以上の垂直ホール素子のコンタクトとすることができる。

いくつかの実施形態では、別のスイッチ回路１７６が、上記に述べた、ＣＶＨ検知素子１７２内における垂直ホール素子の群の「チョッピング」を行うことができる。上記に述べたように、チョッピングは、垂直ホール素子のコンタクトの群、たとえば５つの垂直ホール素子のコンタクトが、複数の接続によって構成された電流源１８４、１８６によってその中で駆動される構成であり、そして信号が、対応する構成による垂直ホール素子のコンタクトの群から受け取られることを理解されたい。したがって、各垂直ホール素子の位置、ｎに従って、チョッピングの間、複数の出力信号が存在することができ、そのとき群が、たとえば１つの垂直ホール素子のコンタクトだけ新しい群に進む。

回路１７０は、クロック信号１７８ａ、１７８ｂを発生する発振器１７８を含むことができ、その信号は、同じ、または異なる周波数を有することができる。分周器１８０がクロック信号１７８ａを受け取るように結合され、かつ分周されたクロック信号１８０ａを発生するように構成される。スイッチ制御回路１８２が、分周されたクロック信号１８０ａを受け取るように結合され、かつスイッチ制御信号１８２ａを発生するように構成され、それら信号は、スイッチ回路１７４、１７６によって受け取られて、ＣＶＨ検知素子１７２のまわりでシーケンス処理を制御する、そして任意選択で、ＣＶＨ検知素子１７２内の垂直ホール素子の群の上記に述べた方法でのチョッピングを制御する。

回路１７０は、クロック信号１７８ｃを受け取るように結合し、かつ分周されたクロック信号２０２ａを発生するように構成された分周器２０２を含むことができる。

ＴＰＯＳ検出器１７０は、ＣＶＨ検知素子１７２が発生する信号を表す信号１７２ａを受け取るように結合される角度検出回路１８８を含むことができる。増幅器１９０は、出力信号１７２ａを受け取るように結合し、かつ増幅された信号１９０ａを発生するように構成することができる。帯域通過フィルタ１９２は、増幅された信号１９０ａを受け取るように結合し、かつフィルタリングされた信号１９２ａを発生するように構成することができる。フィルタリングされた信号１９２ａは、図５の信号１０２と同様であるが、しかしフィルタリングされ、それによって信号１０２の段階より小さい段階を有することを理解されたい。

比較器１９４は、フィルタリングされた信号１９２ａを受け取るように結合することができる。また、比較器１９４は、閾値信号２００を受け取るように結合することができる。比較器１９４は、フィルタリングされた信号１９２ａを閾値信号２００と比較することによって、比較信号１９４ａを発生するように構成することができる。

カウンタは、クロック入力でクロック信号１７８ｂを受け取るように結合し、イネイブル入力で比較信号１９４ａを受け取るように結合し、かつリセット入力でクロック信号２０２ａを受け取るように結合することができる。カウンタ１９６は、カウント信号１９６ａを発生するように構成され、それは、デジタル信号である。カウント信号１９６ａは、比較信号１９４ａとクロック信号１７８ｂの間の位相を表す。

ラッチ１９８は、データ入力でカウント信号１９６ａを受け取るように結合し、かつクロック入力でクロック信号２０２ａを受け取るように結合することができる。ラッチ１９８は、ラッチされた信号１９８ａを発生するように構成することができ、また、ｘ−ｙ角度信号として本明細書で参照される。

上記に述べたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号により完全に記載されているように、ラッチされた信号１９８ａは、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場方向の角度、すなわち磁石がそれに結合された対象物体の角度を表すデジタル信号であることを理解されたい。いくつかの構成では、ラッチされた信号１９８ａ（ｘ−ｙ角度信号）は、その値が、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の方向の回転角度、すなわち対象物体の回転角度に対して線形であるデジタル信号である。したがって、ラッチされた信号１９８ａのデジタル値は、図９の信号１５２のように図式的に表すことができる。

他の実施形態では、ラッチされた信号１９８ａは、その値が、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の方向の回転角度に対して線形でないデジタル信号である。

また、ＴＰＯＳ検出器１７０は、ラッチされた信号１９８ａを受け取るように結合される閾値化プロセッサ２０４を含むことができる。また、閾値化プロセッサ２０４は、閾値メモリ装置２１６から閾値２１６ａを受け取るように結合することができる。閾値２１６ａは、図９に示す閾値１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅ、１５４ｆ、１５４ｇ、１５４ｈと同様とすることができ、図３の垂直軸上に示す閾値と同様とすることができる。

動作の際、閾値化プロセッサ２０４は、ラッチされた信号１９８ａを閾値２１６ａと比較するように構成することができる。この比較は、図１１と併せて以下でさらに詳細に述べる。ここでは、比較によって、図９に表すように、閾値化プロセッサ２０４は、閾値化された信号２０４ａを発生するように構成することができ、それは、図９のＴＰＯＳ信号１５６と同じ、または同様とすることができ、図２のＴＰＯＳ信号６２と同じ、または同様とすることができるといえば十分である。したがって、この構成の場合、ＴＰＯＳ検出器１７０は、図１の従来のＴＰＯＳ検出器１２が発生する図２の従来のＴＰＯＳ信号６２のような従来のＴＰＯＳ信号と同じ、または同様の閾値化された信号２０４ａを発生することができる。

また、ＴＰＯＳ検出器１７０は、ラッチされた信号１９８ａ（ｘ−ｙ角度信号）を受け取るように結合される回転方向プロセッサ２０６を含むことができる。回転方向プロセッサ２０６は、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の角度の回転方向を識別することができる。

磁場センサ１７０は、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の方向の回転角度、すなわち対象物体の回転角度に対して線形である値を有するｘ−ｙ角度信号１９８ａを生成するので、回転方向の識別は、真っすぐで紛れがないことを理解されたい。

回転方向プロセッサ２０６は、対象物体の回転方向を示す回転方向出力信号２０６ａを発生するように構成される。

また、ＴＰＯＳ検出器１７０は、ｘ−ｙ角度信号１９８ａを受け取るように結合される回転速度プロセッサ２０８を含むことができる。回転速度プロセッサ２０８は、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の角度の回転速度を識別することができる。

磁場センサ１７０は、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の方向の回転角度、すなわち対象物体の回転角度に対して線形である値を有するｘ−ｙ角度信号１９８ａを生成するので、回転速度に識別は、回転角度を固定されたクロック信号（図示せず）の周波数と比較することによって、達成することができることを理解されたい。回転角度当たりのクロックサイクル数を知るので、回転速度を得るための簡単な数学的な解を得ることができる。

回転速度プロセッサ２０８は、対象物体の回転速度を示す回転速度出力信号２０８ａを発生するように構成される。

また、ＴＰＯＳ検出器１７０は、ＣＶＨ検知素子１７２が経験する磁場の角度（すなわち対象物体の回転角度）を表す、ラッチされた信号１９８ａ（ｘ−ｙ角度信号）と、図９のＴＰＯＳ信号１５６と同じ、または同様である、閾値信２０４ａと、回転方向出力信号２０６ａと、または回転速度信号２０８ａとの中の少なくとも１つを受け取るように結合される出力プロトコルプロセッサ２１０を含むことができる。出力プロトコルプロセッサ２１０は、上記に述べた信号の１つまたは複数をリフォーマットするように構成することができ、それによって、たとえばＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットおよびＶＤＡフォーマットなどのフォーマットで出力信号２１２を発生する。

また、出力プロトコルプロセッサ２１０は、コマンド信号２１２を受け取るように構成することができ、その信号は、閾値メモリ装置２１６が格納するために受け取る閾値２１４を含むことができる。この構成の場合、ＴＰＯＳ検出器１７０のユーザは、閾値をＴＰＯＳ検出器１７０に送ることができ、閾値化された信号２０４ａの縁位置が選択される。

ＣＶＨ検知素子１７２を有する磁場センサ１７０を示しているが、その検知素子は、図４のＣＶＨ検知素子７２と同じ、または同様とすることができ、他の実施形態では、ＣＶＨ検知素子１７２は、複数の磁場検知素子、たとえば図４Ａの複数の磁場検知素子９０ａ〜９０ｈと置き換えることができる。当業者は、図４Ａと併せて述べた磁気抵抗素子、または他のタイプの磁場検知素子を使用するために、磁場センサ１７０の前部のセクションのいくつかをどのように変更するのかを理解されるはずである。

図１１は、図１０の閾値化プロセッサ２０４において実施することになるはずの以下で検討する技法に対応するフローチャートを示すことを認識すべきである。長方形の要素（図１１の要素２５２によって代表される）は、本明細書では「処理ブロック」を示し、コンピュータのソフトウェア命令または命令の群を表す。ダイアモンド形状の要素（図１１の要素２５６によって代表される）は、本明細書では「決定ブロック」を示し、コンピュータのソフトウェア命令または命令の群を表し、それは、処理ブロックによって表されるコンピュータのソフトウェア命令の実行に影響を及ぼす。

あるいは、処理ブロックおよび決定ブロックは、デジタル信号プロセッサ回路または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、機能的に同等の回路によって実施されるステップを表す。フロー図は、いずれかの特定のプログラム言語のシンタックスを表していない。むしろ、フロー図は、当業者が、特定の機器に求められる処理を行う目的で回路を組み立てるために、またはコンピュータのソフトウェアを作成するために必要な機能情報を例示する。多くのルーチンのプログラム要素、たとえばループおよび変数の初期化、および一時的な変数の使用を示していないことに留意すべきである。当業者は、本明細書に他に特段の規定がない限り、述べるブロックの具体的なシーケンスは、例示するだけであり、本発明の趣旨から逸脱せずに変更することができることを認識されたい。したがって、他に特段の提示がない限り、以下に述べるブロックは、順不同であり、それは、可能な場合、ステップは、いずれかの都合のよい、または所望の順序で実施することができることを意味する。

ここで、図１１を参照すると、処理２５０は、図１０の閾値化プロセッサ２０４が使用することができる。処理２５０は、ボックス２５２から開始され、そこでは図１０の閾値化プロセッサ２０４が、角度閾値、たとえば図１０の角度閾値２１６ａを受け取る。

ボックス２５４で、閾値化プロセッサ２０４は、角度信号値、たとえば図１０のラッチされた信号１９８ａ内の角度信号値を受け取る。

ボックス２５６で、受け取られた角度信号値は、受け取られた角度閾値と比較される。ボックス２５６で、角度信号値が、第１の閾値と第２の閾値の間にない場合、処理は、ボックス２５８に進む。第１の閾値と第２の閾値は、たとえば図３の垂直軸に沿って示す最小の２つの閾値とすることができる。

ボックス２５８で、出力信号値は、ローに設定される。たとえば、図１０の閾値化された信号２０４ａは、ロー状態に設定することができる。

ボックス２６０で、ボックス２５６で使用された閾値ペアが最後の閾値ペアであるのかどうかが決定される。閾値ペアが最後の閾値ペアでない場合、ボックス２６２で、別の閾値ペアが選択される。たとえば、ボックス２６２で、図３の垂直軸に沿った第３の閾値および第４の閾値を選択することができる。そのとき、処理は、ボックス２５６に戻る。

ボックス２５６で、角度信号値が第１の閾値と第２の閾値の間にある場合、処理は、ボックス２６４に進む。ボックス２６４で、出力信号値は、ハイに設定される。たとえば、図１０の閾値化された信号２０４ａは、ハイ状態に設定することができる。そのとき、処理は、ボックス２５４に戻り、そこでは次の角度信号値が受け取られる。

ボックス２６０で、処理される閾値ペアが最後の閾値ペアである場合、処理は、ボックス２５４に戻る。

４つの歯または特徴点を有するＴＰＯＳカムを上記に述べたが、４つより多い、またはそれより少ない特徴点を備えるＴＰＯＳカムも使用することができる。一般に、歯数は、閾値数と同じ数によって表される（たとえば図２および３参照）。

ＴＰＯＳカムを上記に述べたが、対象物体上の検知される物体は、その代りに、任意の数の一定間隔の歯および／または任意の数の不規則な間隔の歯を備える歯車とすることができる。上記に述べたように、一般に、歯数は、閾値数と同じ数によって表される（たとえば図２および３参照）。

本明細書に引用したすべての参考文献は、参照によってその全体が本願に援用される。

好ましい実施形態を述べてきたが、それは、様々な概念、構造および技法を例示するように働き、それは、この特許の主題であり、ここで、これらの概念、構造および技法を含む他の実施形態を使用することができることが、当業者に明らかになるはずである。したがって、本特許の範囲は、述べた実施形態に限定すべきでなく、むしろ次の請求項の趣旨および範囲によってのみ限定すべきであると考える。

Claims (28)

1. 回転するように構成された対象物体の位置を検知するための磁場センサにおいて、
   半導体基板と、
   前記半導体基板上に配置され、前記半導体基板の第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面上に方向成分を有する磁場に応答して、それぞれの複数の磁場検知素子出力信号を発生するように構成された複数の磁場検知素子であって、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有する、複数の磁場検知素子と、
   前記複数の磁場検知素子出力信号を表す信号を受け取るように結合され、かつ前記ｘ−ｙ平面内の前記磁場の前記方向成分の角度を示すｘ−ｙ角度信号を発生するように構成された角度検出回路と、
   前記ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつ２つより多くの閾値を前記ｘ−ｙ角度信号と比較して、少なくとも２つの状態を有する閾値化された信号を発生するように構成された閾値化プロセッサであって、前記閾値化された信号は、前記磁場の前記方向成分が前記ｘ−ｙ平面内で連続的な回転方向に３６０度にわたって回転するにつれて、複数の第１の状態および複数の第２の状態中の第１の状態と第２の状態との間を交互に行き来するように動作可能である、閾値化プロセッサとを含む、磁場センサ。
2. 前記複数の磁場検知素子は、円形垂直ホール（ＣＶＨ：ｃｉｒｃｕｌａｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ）構造として配置される複数の垂直ホール素子を含み、
   前記複数の垂直ホール素子のそれぞれ１つが、共通の円形埋め込み領域上に配置される、請求項１に記載の磁場センサ。
3. 前記複数の垂直ホール素子、前記角度検出回路および前記閾値化プロセッサは、共通基板上に配置される、請求項２に記載の磁場センサ。
4. 前記ｘ−ｙ角度信号は、前記磁場の前記方向成分の前記角度に対して線形である、請求項２に記載の磁場センサ。
5. 前記２つより多くの閾値は、前記閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ：ｔｒｕｅ ｐｏｗｅｒ ｏｎ ｓｔａｔｅ）型の信号と実質的に同じになるように選択される、請求項２に記載の磁場センサ。
6. 前記２つより多くの閾値を受け取り、格納するように構成されたメモリ装置をさらに含み、
   前記閾値化プロセッサは、前記２つより多くの閾値を前記メモリ装置から受け取るように結合される、請求項２に記載の磁場センサ。
7. 前記２つより多くの閾値は、前記閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ）型の信号と実質的に同じになるように選択される、請求項６に記載の磁場センサ。
8. 前記メモリ装置は、前記２つより多くの閾値を前記磁場センサの他から受け取るように構成される、請求項６に記載の磁場センサ。
9. 前記ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつ前記ｘ−ｙ角度信号が表す角度の変化率を識別することによって、前記物体の回転速度を示す回転速度信号を発生するように構成された回転速度プロセッサをさらに含む、請求項２に記載の磁場センサ。
10. 前記ｘ−ｙ角度信号を受け取るように結合され、かつ前記ｘ−ｙ角度信号が表す角度変化の方向を識別することによって、前記物体の回転方向を示す回転方向信号を発生するように構成された回転方向プロセッサをさらに含む、請求項９に記載の磁場センサ。
11. 前記閾値化された信号と、前記回転速度信号または前記回転方向信号の少なくとも１つとを受け取るように結合され、かつ前記閾値化された信号を表し、前記回転速度信号または前記回転方向信号の少なくとも１つを表す出力信号を発生するように構成された出力プロトコルプロセッサをさらに含み、
    前記出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである、請求項２に記載の磁場センサ。
12. 前記閾値化された信号を受け取るように結合され、かつ前記閾値化された信号を表す出力信号を発生するように構成された出力プロトコルプロセッサをさらに含み、
    前記出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである、請求項２に記載の磁場センサ。
13. 前記複数の磁場検知素子に近接して配置され、かつ前記対象物体に結合される磁石をさらに含み、前記磁石は、前記磁場を発生し、
    前記磁石は、ディスク磁石を含み、それによって、前記ディスク磁石の半分が、第１の方向の極性が与えられ、前記ディスク磁石の他の半分が、前記第１の方向と反対の第２の方向の極性が与えられ、
    前記ディスク磁石は、前記物体に付着される、請求項２に記載の磁場センサ。
14. 前記ディスク磁石は、中心を有する概して円形であり、
    前記ディスク磁石の回転軸が、前記中心と重なり、
    前記ディスク磁石は、前記回転軸も前記ＣＶＨ構造の中心と重なるように配置される、請求項１３に記載の磁場センサ。
15. 前記ディスク磁石は、中心を有する概して円形であり、
    前記ディスク磁石の回転軸が、前記中心と重なり、
    前記ディスク磁石は、前記回転軸が前記ＣＶＨ構造の中心と重ならないように配置され、
    前記ディスク磁石は、前記ディスク磁石の主平面が、前記ＣＶＨ構造の主平面と同じ平面になるように配置される、請求項１３に記載の磁場センサ。
16. 前記複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む、請求項１に記載の磁場センサ。
17. 磁場センサに使用される方法において、
    複数の磁場検知素子出力信号を、半導体基板上に配置された対応する複数の磁場検知素子を用いて発生するステップであって、前記複数の磁場検知素子出力信号は、前記半導体基板の第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面内に方向成分を有する磁場に応答し、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有する、ステップと、
    前記複数の磁場検知素子出力信号を表す信号に応答して、前記ｘ−ｙ平面内の前記方向成分の角度を示すｘ−ｙ角度信号を発生するステップと、
    ２つより多くの閾値を前記ｘ−ｙ角度信号と比較して、少なくとも２つの状態を有する閾値化された信号を発生するステップであって、前記閾値化された信号は、前記磁場の前記方向成分が前記ｘ−ｙ平面内で連続的な回転方向に３６０度にわたって回転するにつれて、複数の第１の状態および複数の第２の状態中の第１の状態と第２の状態との間を交互に行き来するように動作可能である、ステップとを含む、方法。
18. 前記複数の磁場検知素子は、円形垂直ホール（ＣＶＨ）構造として配置される複数の垂直ホール素子を含み、
    前記複数の垂直ホール素子のそれぞれ１つが、共通の円形埋め込み領域上に配置される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記複数の垂直ホール素子、前記ｘ−ｙ角度信号を発生するステップを実行する角度検出回路および前記閾値化された信号を発生するステップを実行する閾値化回路は、共通の基板上に配置される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ｘ−ｙ角度信号は、前記磁場の前記方向成分の前記角度に対して線形である、請求項１８に記載の方法。
21. 前記閾値化された信号が、エンジン制御システムで使用される、知られたトゥルー・パワー・オン・ステイト（ＴＰＯＳ）型の信号と実質的に同じになるように、前記２つより多くの閾値を選択するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
22. メモリ装置を用いて前記２つより多くの閾値を受け取り、格納するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記メモリ装置は、前記２つより多くの閾値を前記磁場センサの他から受け取るように構成される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ｘ−ｙ角度信号を処理して、前記閾値化された信号中の状態遷移の速さを識別することによって、前記物体の回転速度を示す回転速度信号を発生するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
25. 前記ｘ−ｙ角度信号を処理して、前記閾値化された信号中の状態遷移のパターンを識別することによって、前記物体の回転方向を示す回転方向信号を発生するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記閾値化された信号と、前記回転速度信号または前記回転方向信号の少なくとも１つとを処理して、前記閾値化された信号を表し、前記回転速度信号または前記回転方向信号の少なくとも１つを表す出力信号を発生するステップをさらに含み、
    前記出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである、請求項１８に記載の方法。
27. 前記閾値化された信号を処理して、前記閾値化された信号を表す出力信号を発生するステップをさらに含み、
    前記出力信号は、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、パルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットまたはＶＤＡフォーマットの中から選択されるフォーマットのものである、請求項１８に記載の方法。
28. 前記複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む、請求項１７に記載の方法。

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