JP7851164B2 - Magnetic sensor circuit - Google Patents
Magnetic sensor circuitInfo
- Publication number
- JP7851164B2 JP7851164B2 JP2022047838A JP2022047838A JP7851164B2 JP 7851164 B2 JP7851164 B2 JP 7851164B2 JP 2022047838 A JP2022047838 A JP 2022047838A JP 2022047838 A JP2022047838 A JP 2022047838A JP 7851164 B2 JP7851164 B2 JP 7851164B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- hall element
- integrated coil
- magnetic sensor
- sensor circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
本発明は、磁気センサ回路に関する。 This invention relates to a magnetic sensor circuit.
従来、ホール素子を用いた磁気センサにおいて、温度の変化による影響を低減するため、補償磁場を与えることにより感度を補償する技術が知られている。(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, in magnetic sensors using Hall elements, a technique is known to compensate for the effects of temperature changes by applying a compensating magnetic field to reduce sensitivity (see, for example, Patent Document 1).
上述したような技術によれば、補償磁場を与えるためのコイルを駆動するための駆動電流が大きいという問題があった。特に、通常動作時に信号処理と並行して補償動作を行う場合には、回路の消費電流が著しく増大してしまうといった問題があった。 The techniques described above had a problem: the drive current required to drive the coils that provide the compensating magnetic field was large. In particular, when compensation operation was performed in parallel with signal processing during normal operation, the circuit's current consumption increased significantly.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、消費電流を増大させることなく補償磁場を発生させ、ホール素子の温度変化による影響を補償することが可能な磁気センサ回路を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a magnetic sensor circuit that can generate a compensating magnetic field without increasing current consumption and can compensate for the effects of temperature changes in the Hall element.
本発明の一態様に係る磁気センサ回路は、半導体基板に形成される感磁面に印加された磁場と駆動電流とに応じて差動出力電圧信号を出力するホール素子と、前記半導体基板の表面と平行な方向に巻回された巻回面を有し、前記ホール素子に補償磁場を与える集積化コイルと、前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部とを備え、前記ホール素子に流れる前記駆動電流の少なくとも一部は、前記集積化コイルに流れる。 A magnetic sensor circuit according to one aspect of the present invention comprises a Hall element that outputs a differential output voltage signal in response to a magnetic field applied to a magnetosensitive surface formed on a semiconductor substrate and a drive current; an integrated coil having a wound surface wound in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate and providing a compensating magnetic field to the Hall element; and a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil, wherein at least a portion of the drive current flowing through the Hall element flows through the integrated coil.
本発明によれば、消費電流を増大させることなく補償磁場を発生させ、ホール素子の温度変化による影響を補償することができる。 According to the present invention, a compensating magnetic field can be generated without increasing current consumption, thereby compensating for the effects of temperature changes in the Hall element.
[実施形態]
本発明に係る磁気センサ回路について、幾つかの実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら説明する。
[Embodiment]
Several embodiments of the magnetic sensor circuit according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Aの構成の一例について説明する。磁気センサ回路10Aは、半導体基板2に形成される。半導体基板2は、後述するように、第1配線層、第2配線層及び絶縁層を含む多層構造に形成されている。半導体基板2は、第1配線層と第2配線層とを電気的に接続するビアを含んでいる。磁気センサ回路10Aは、ホールセンサとしての機能を有する半導体装置に包含されている。磁気センサ回路10Aは、ホール素子1と、駆動トランジスタ21と、基準電流発生回路31と、コイル制御回路41と、駆動トランジスタ22と、集積化コイル11とを備える。
[First Embodiment]
Figure 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the first embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10A will be described with reference to the figure. The magnetic sensor circuit 10A is formed on a semiconductor substrate 2. As will be described later, the semiconductor substrate 2 is formed in a multilayer structure including a first wiring layer, a second wiring layer and an insulating layer. The semiconductor substrate 2 includes vias that electrically connect the first wiring layer and the second wiring layer. The magnetic sensor circuit 10A is contained within a semiconductor device that functions as a Hall sensor. The magnetic sensor circuit 10A comprises a Hall element 1, a drive transistor 21, a reference current generation circuit 31, a coil control circuit 41, a drive transistor 22, and an integrated coil 11.
磁気センサ回路10Aは、電源端子として電源端子100と電源端子101とを備える。電源端子100には、第1の電源電圧が供給される。以下の説明において、第1の電源電圧を電圧VDDとして記載する。電源端子101には、第2の電源電圧が供給される。以下の説明において、第2の電源電圧を電圧VSSとして記載する。 The magnetic sensor circuit 10A includes two power supply terminals, power supply terminal 100 and power supply terminal 101. A first power supply voltage is supplied to power supply terminal 100. In the following description, the first power supply voltage will be referred to as voltage VDD. A second power supply voltage is supplied to power supply terminal 101. In the following description, the second power supply voltage will be referred to as voltage VSS.
ホール素子1は、鎖交する磁場を感知する感磁面を含む感磁部を有している。ホール素子1の感磁部は、半導体基板2に形成されている。磁気センサ回路10Aは、ホール素子1を備えることにより、ホール素子1の感磁面を鎖交する磁場の強さを検出する。図1に例示されるホール素子1は、半導体基板2の表面と平行な感磁面を含む感磁部を有し、半導体基板2の表面に対して直交する磁場成分を検出する水平ホール素子(横型ホール素子)である。なお、図1等に例示されるホール素子1は、水平ホール素子であるが、水平ホール素子に限定されない。ホール素子1は、半導体基板2の表面と垂直な感磁面を含む感磁部を有し、半導体基板2の表面に対して平行な磁場成分を検出する垂直ホール素子(縦型ホール素子)でもよい。 The Hall element 1 has a magnetic sensing portion that includes a magnetic sensing surface for sensing intersecting magnetic fields. The magnetic sensing portion of the Hall element 1 is formed on the semiconductor substrate 2. The magnetic sensor circuit 10A, by incorporating the Hall element 1, detects the strength of the magnetic field intersecting the magnetic sensing surface of the Hall element 1. The Hall element 1 illustrated in Figure 1 is a horizontal Hall element (lateral Hall element) that has a magnetic sensing portion including a magnetic sensing surface parallel to the surface of the semiconductor substrate 2 and detects magnetic field components perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2. While the Hall element 1 illustrated in Figure 1 is a horizontal Hall element, it is not limited to horizontal Hall elements. The Hall element 1 may also be a vertical Hall element (vertical Hall element) that has a magnetic sensing portion including a magnetic sensing surface perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2 and detects magnetic field components parallel to the surface of the semiconductor substrate 2.
ホール素子1は、第1駆動端子1aと、第1信号端子1bと、第2駆動端子1cと、第2信号端子1dとを備える。第1駆動端子1aには、電源端子100からの電流が供給される。電源端子100から第1駆動端子1aに流れる電流値は駆動トランジスタ21により制御される。駆動トランジスタ21は、例えばPチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。駆動トランジスタ21のソースは電源端子100に接続される。駆動トランジスタ21のドレインはホール素子1の第1駆動端子1aに接続される。駆動トランジスタ21のゲートは、基準電流発生回路31に接続される。 The Hall element 1 comprises a first drive terminal 1a, a first signal terminal 1b, a second drive terminal 1c, and a second signal terminal 1d. Current is supplied to the first drive terminal 1a from the power supply terminal 100. The current value flowing from the power supply terminal 100 to the first drive terminal 1a is controlled by the drive transistor 21. The drive transistor 21 is, for example, a P-channel type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). The source of the drive transistor 21 is connected to the power supply terminal 100. The drain of the drive transistor 21 is connected to the first drive terminal 1a of the Hall element 1. The gate of the drive transistor 21 is connected to the reference current generation circuit 31.
基準電流発生回路31は、基準電流制御信号301を出力することにより、駆動トランジスタ21のゲートに印加される電圧を制御し、駆動トランジスタ21のソース-ドレイン間に流れる電流値を制御する。以下の説明において、電源端子100から駆動トランジスタ21のソース-ドレイン間を通り、ホール素子1の第1駆動端子1aに流れる電流を駆動電流IDRV1と記載する。 The reference current generation circuit 31 controls the voltage applied to the gate of the drive transistor 21 by outputting a reference current control signal 301, thereby controlling the current value flowing between the source and drain of the drive transistor 21. In the following description, the current flowing from the power supply terminal 100 through the source and drain of the drive transistor 21 to the first drive terminal 1a of the Hall element 1 will be referred to as the drive current IDRV1.
駆動電流IDRV1は、第2駆動端子1cを介して電源端子101に流れる。本実施形態において駆動電流IDRV1は、駆動電流IDRV2又はコイル電流Icoilに分流する経路を通り、電源端子101に流れる。コイル電流Icoilとは、集積化コイル11に流れる電流である。集積化コイル11は、一端がホール素子1の第2駆動端子1cに接続され、他端が電源端子101に接続される。換言すれば、ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1の少なくとも一部が、駆動電流IDRV2及びコイル電流Icoilの少なくとも一方になる。 The drive current IDRV1 flows to the power supply terminal 101 via the second drive terminal 1c. In this embodiment, the drive current IDRV1 flows to the power supply terminal 101 via a path that splits into either the drive current IDRV2 or the coil current Icoil. The coil current Icoil is the current flowing through the integrated coil 11. One end of the integrated coil 11 is connected to the second drive terminal 1c of the Hall element 1, and the other end is connected to the power supply terminal 101. In other words, at least a portion of the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1 becomes at least one of the drive current IDRV2 and the coil current Icoil.
集積化コイル11は、ホール素子1に補償磁場を与える。集積化コイル11は、ホール素子1の感磁面を鎖交する磁力線が集積化コイル11の巻回部を貫通する位置に備えられる。ここで、集積化コイル11は、ホール素子1の感磁面を磁力線が効率よく鎖交するように、配置されることが好ましい。例えば、ホール素子1が、図1に示されるような水平ホール素子である場合、ホール素子1の感磁面と集積化コイル11の巻回面とは、感磁面に直交する方向において略平行に重なり合うことが好適である。換言すれば、集積化コイル11は、集積化コイル11の巻回面の法線ベクトルと、ホール素子1の感磁面の法線ベクトルとが互いに平行である方向に巻回されることが好適である。 The integrated coil 11 provides a compensating magnetic field to the Hall element 1. The integrated coil 11 is positioned so that the magnetic field lines linking the magnetic surface of the Hall element 1 penetrate its winding. Here, it is preferable that the integrated coil 11 is positioned so that the magnetic field lines efficiently link with the magnetic surface of the Hall element 1. For example, if the Hall element 1 is a horizontal Hall element as shown in Figure 1, it is preferable that the magnetic surface of the Hall element 1 and the winding surface of the integrated coil 11 overlap substantially parallel to each other in a direction perpendicular to the magnetic surface. In other words, it is preferable that the integrated coil 11 is wound in a direction in which the normal vector of the winding surface of the integrated coil 11 and the normal vector of the magnetic surface of the Hall element 1 are parallel to each other.
なお、ホール素子1が垂直ホール素子である場合にも、ホール素子1が水平ホール素子の場合と同様に補償磁場を与えることができる。例えば、半導体基板2の表面と直交する方向から視て、集積化コイル11の巻回部が、ホール素子1の感磁部と少なくとも一部が重ならない位置にずらす等の配置を工夫することによって、集積化コイル11が発生させた磁場をホール素子1の感磁面に鎖交させる補償磁場を与えることができる。 Furthermore, even when the Hall element 1 is a vertical Hall element, a compensating magnetic field can be provided in the same way as when the Hall element 1 is a horizontal Hall element. For example, by devising an arrangement such that the winding portion of the integrated coil 11 does not overlap with at least a portion of the magnetic-sensing portion of the Hall element 1 when viewed from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2, a compensating magnetic field can be provided that links the magnetic field generated by the integrated coil 11 with the magnetic-sensing surface of the Hall element 1.
駆動トランジスタ22は、例えばNチャネル型のMOSFETである。駆動トランジスタ22のドレインはホール素子1の第2駆動端子1cに接続される。駆動トランジスタ22のソースは電源端子101に接続される。駆動トランジスタ22のゲートは、コイル制御回路41に接続される。 The drive transistor 22 is, for example, an N-channel MOSFET. The drain of the drive transistor 22 is connected to the second drive terminal 1c of the Hall element 1. The source of the drive transistor 22 is connected to the power supply terminal 101. The gate of the drive transistor 22 is connected to the coil control circuit 41.
駆動電流IDRV2とは、駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れる電流である。すなわち、ホール素子1に流れる電流である駆動電流IDRV1の一部は、駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に駆動電流IDRV2として流れる。また、ホール素子1に流れる電流である駆動電流IDRV1の他の一部は、コイル電流Icoilとして集積化コイル11に流れる。すなわち、集積化コイル11と駆動トランジスタ22とは、並列に接続される。 The drive current IDRV2 is the current flowing between the drain and source of the drive transistor 22. That is, a portion of the drive current IDRV1, which flows through the Hall element 1, flows as the drive current IDRV2 between the drain and source of the drive transistor 22. Another portion of the drive current IDRV1, which flows through the Hall element 1, flows as the coil current Icoil through the integrated coil 11. In other words, the integrated coil 11 and the drive transistor 22 are connected in parallel.
コイル制御回路41は、制御信号401を出力することにより、駆動トランジスタ22のゲートに印加される電圧を制御し、駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れる電流の大きさを制御する。すなわち駆動トランジスタ22は、集積化コイル11に流れる電流の大きさを制御する電流制御部としても機能する。なお、以下の説明において第1駆動端子1a及び第2駆動端子1c間の電圧を駆動端子間電圧VHALLと記載する場合がある。 The coil control circuit 41 controls the voltage applied to the gate of the drive transistor 22 by outputting a control signal 401, thereby controlling the magnitude of the current flowing between the drain and source of the drive transistor 22. In other words, the drive transistor 22 also functions as a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11. Note that in the following description, the voltage between the first drive terminal 1a and the second drive terminal 1c may be referred to as the drive terminal voltage VHALL.
ホール素子1は、ホール素子1の感磁面に印加された磁場と、駆動電流IDRV1とに応じて差動出力電圧信号を出力する。ホール素子1は、検出した磁場の強さに応じた差動出力電圧信号を、第1信号端子1b及び第2信号端子1dに出力電圧VOUTとして出力する。 The Hall element 1 outputs a differential output voltage signal in response to the magnetic field applied to its magnetic surface and the drive current IDRV1. The Hall element 1 outputs the differential output voltage signal, corresponding to the detected magnetic field strength, as the output voltage VOUT to the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d.
ホール素子1から出力される差動出力電圧信号は数十μV~数mVの微弱な電圧の信号である。このため、磁気センサ回路の信号対雑音電力(S/N)比を確保することは難しい。また、ホール素子1から出力される差動出力電圧信号は、温度変化によって増減する。さらに、ホール素子1を定電流源によって駆動する場合には、ホール素子1から出力される電圧信号の出力同相電圧(コモンモード出力電圧)が、温度の変化によって変化する。これは、ホール素子1から出力される信号は差動出力電圧信号であり、この差動出力電圧信号の出力同相電圧は、温度変化によって大きく変化するためである。 The differential output voltage signal output from Hall element 1 is a very weak voltage signal ranging from tens of microvolts to several millivolts. Therefore, it is difficult to ensure a sufficient signal-to-noise (S/N) ratio in the magnetic sensor circuit. Furthermore, the differential output voltage signal output from Hall element 1 increases or decreases with temperature changes. Additionally, when Hall element 1 is driven by a constant current source, the common-mode output voltage of the voltage signal output from Hall element 1 changes with temperature. This is because the signal output from Hall element 1 is a differential output voltage signal, and the common-mode output voltage of this differential output voltage signal changes significantly with temperature.
次に、磁気センサ回路10Aの動作について説明する。上述した回路構成により、駆動電流IDRV1は、駆動電流IDRV2又はコイル電流Icoilに分流するため、以下の式(1)が成り立つ。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10A will be explained. Due to the circuit configuration described above, the drive current IDRV1 is divided into either the drive current IDRV2 or the coil current Icoil, so the following equation (1) holds true.
Icoil=IDRV1-IDRV2 …(1) Icoil=IDRV1-IDRV2...(1)
ここで、集積化コイル11により発生するコイル磁場(以下、「コイル磁場」とする。)Bcoilは、コイル電流Icoilの大きさに比例する。したがって、ホール素子1が有する磁気特性オフセットである磁気オフセットBosを打ち消すように駆動電流IDRV1と駆動電流IDRV2の差を決定し、間接的にコイル電流Icoilが設定される。具体的には、基準電流発生回路31により基準電流制御信号301が出力されることにより、駆動電流IDRV1が設定され、コイル制御回路41により制御信号401が出力されることにより駆動電流IDRV2が設定され、駆動電流IDRV1及び駆動電流IDRV2の差分としてコイル電流Icoilが設定される。 Here, the coil magnetic field Bcoil (hereinafter referred to as "coil magnetic field") generated by the integrated coil 11 is proportional to the magnitude of the coil current Icoil. Therefore, the difference between the drive currents IDRV1 and IDRV2 is determined to cancel out the magnetic offset Bos, which is the magnetic characteristic offset of the Hall element 1, and the coil current Icoil is indirectly set. Specifically, the reference current generation circuit 31 outputs a reference current control signal 301 to set the drive current IDRV1, the coil control circuit 41 outputs a control signal 401 to set the drive current IDRV2, and the coil current Icoil is set as the difference between the drive currents IDRV1 and IDRV2.
なお、コイル電流Icoilの設定は、磁気センサ回路10Aが形成された半導体装置の起動時や、バックグラウンドで行われるキャリブレーション処理実行時に行われてもよい。 The coil current Icoil may be set during startup of the semiconductor device on which the magnetic sensor circuit 10A is formed, or during the calibration process performed in the background.
なお、ホール起電力VH、磁電変換係数KH、外部磁場Bext、磁気オフセットBosとした場合、集積化コイル11のホール起電力VHは、以下の式(2)により表される。また、ホール素子1の出力同相電圧VCMは、式(3)により表される。 Furthermore, given the Hall electromotive force VH, magnetoelectric conversion coefficient KH, external magnetic field Bext, and magnetic offset Bos, the Hall electromotive force VH of the integrated coil 11 is expressed by the following equation (2). Also, the common-mode output voltage VCM of the Hall element 1 is expressed by equation (3).
VH=KH×(Bext-Bos+Bcoil) …(2)
VCM≒VHALL/2 …(3)
VH=KH×(Bext-Bos+Bcoil)…(2)
VCM ≈ VHALL / 2 … (3)
[第1の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Aは、ホール素子1と、集積化コイル11と、集積化コイル11に流れる電流の大きさを制御する電流制御部としての駆動トランジスタ22とを備える。ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1の少なくとも一部は、コイル電流Icoilとして集積化コイル11に流れる。したがって、本実施形態によれば、集積化コイル11の駆動電流を供給する電流源を別途設けることを要せず、ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1を再利用することができるため、消費電流を増大させることなく補償磁場を発生させることができる。また、発生させた補償磁場により、ホール素子の温度変化による影響を補償することができる。
[Summary of the first embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10A comprises a Hall element 1, an integrated coil 11, and a drive transistor 22 as a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11. At least a portion of the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1 flows through the integrated coil 11 as a coil current Icoil. Therefore, according to this embodiment, it is not necessary to provide a separate current source to supply the drive current to the integrated coil 11, and the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1 can be reused, so a compensating magnetic field can be generated without increasing the current consumption. Furthermore, the generated compensating magnetic field can compensate for the effects of temperature changes in the Hall element.
本実施形態によれば、従来技術のように、集積化コイル11の駆動電流を供給する電流源を別途設けることを要しないため、回路規模を増大させることなく補償磁場を発生させることができる。また、発生させた補償磁場により、ホール素子の温度変化による影響を補償することができる。 According to this embodiment, unlike the conventional technology, it is not necessary to provide a separate current source to supply the drive current to the integrated coil 11. Therefore, a compensating magnetic field can be generated without increasing the circuit size. Furthermore, the generated compensating magnetic field can compensate for the effects of temperature changes in the Hall element.
また、実施形態によれば、磁気センサ回路10Aはコイル制御回路41を備えることにより駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れる電流の大きさを制御し、間接的に集積化コイル11に流れる電流の大きさを制御する。集積化コイル11に流れる電流の大きさは、式(1)により容易に算出される。したがって、磁気センサ回路10Aによれば、容易な計算式により集積化コイル11に流れる電流の大きさを計算でき、集積化コイル11に流れる電流の大きさを容易に制御することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the magnetic sensor circuit 10A includes a coil control circuit 41 to control the magnitude of the current flowing between the drain and source of the drive transistor 22, thereby indirectly controlling the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11. The magnitude of the current flowing through the integrated coil 11 can be easily calculated using equation (1). Therefore, with the magnetic sensor circuit 10A, the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11 can be calculated using a simple calculation formula, and the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11 can be easily controlled.
また、以上説明した実施形態によれば、ホール素子1に流れる電流である駆動電流IDRV1のうち一部である駆動電流IDRV2は、駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れ、ホール素子1に流れる電流である駆動電流IDRV1のうち他の一部であるコイル電流Icoilは、集積化コイル11に流れる。したがって、磁気センサ回路10Aによれば、ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1のうち一部である駆動電流IDRV2を調整することにより、集積化コイル11に流れるコイル電流Icoilの大きさを調整する。したがって、本実施形態によれば、消費電流を抑止することができる。 Furthermore, according to the embodiment described above, a portion of the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1, namely the drive current IDRV2, flows between the drain and source of the drive transistor 22, while the remaining portion of the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1, namely the coil current Icoil, flows through the integrated coil 11. Therefore, the magnetic sensor circuit 10A adjusts the magnitude of the coil current Icoil flowing through the integrated coil 11 by adjusting the drive current IDRV2, which is a portion of the drive current IDRV1 flowing through the Hall element 1. Consequently, this embodiment allows for the suppression of current consumption.
[第2の実施形態]
図2は、第2の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Bの構成の一例について説明する。
[Second Embodiment]
Figure 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the second embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10B will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Bは、集積化コイル11と駆動トランジスタ22とが直列に接続される点において磁気センサ回路10Aとは異なる。磁気センサ回路10Bにおいて、集積化コイル11の一端は第2駆動端子1cに接続され、他端は駆動トランジスタ22のドレインに接続される。駆動トランジスタ22のドレインは集積化コイル11に接続される。駆動トランジスタ22のソースは電源端子101に接続される。磁気センサ回路10Bの説明において磁気センサ回路10Aと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10B differs from the magnetic sensor circuit 10A in that the integrated coil 11 and the drive transistor 22 are connected in series. In the magnetic sensor circuit 10B, one end of the integrated coil 11 is connected to the second drive terminal 1c, and the other end is connected to the drain of the drive transistor 22. The drain of the drive transistor 22 is connected to the integrated coil 11. The source of the drive transistor 22 is connected to the power supply terminal 101. In the description of the magnetic sensor circuit 10B, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10A may be denoted by the same reference numerals, and their explanation may be omitted.
磁気センサ回路10Bは、抵抗器51を更に備える。抵抗器51の一端は第2駆動端子1cに接続される。抵抗器51の他端は電源端子101に接続される。抵抗器51は駆動電流IDRV1を電源端子101にシャントするため、抵抗器51をシャント回路と記載する場合がある。当該シャント回路には、ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1のうち一部が流れる。シャント回路に流れる電流を余剰駆動電流IDRV3とも記載する。ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1のうち他の一部は、集積化コイル11及び駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れる。すなわち駆動トランジスタ22は、集積化コイル11に流れる電流の大きさを制御する電流制御部としても機能する。 The magnetic sensor circuit 10B further includes a resistor 51. One end of the resistor 51 is connected to the second drive terminal 1c. The other end of the resistor 51 is connected to the power supply terminal 101. Because the resistor 51 shunts the drive current IDRV1 to the power supply terminal 101, the resistor 51 is sometimes referred to as a shunt circuit. A portion of the drive current IDRV1 flowing to the Hall element 1 flows through this shunt circuit. The current flowing through the shunt circuit is also referred to as the excess drive current IDRV3. Another portion of the drive current IDRV1 flowing to the Hall element 1 flows between the drain and source of the integrated coil 11 and the drive transistor 22. That is, the drive transistor 22 also functions as a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11.
次に、磁気センサ回路10Bの動作について説明する。上述した回路構成により、駆動電流IDRV1は、余剰駆動電流IDRV3又はコイル電流Icoilに分岐する。集積化コイル11と駆動トランジスタ22とは直列に接続されるため、以下の式(4)が成り立つ。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10B will be explained. Due to the circuit configuration described above, the drive current IDRV1 is branched into the surplus drive current IDRV3 or the coil current Icoil. Since the integrated coil 11 and the drive transistor 22 are connected in series, the following equation (4) holds true.
Icoil=IDRV2 …(4) Icoil=IDRV2...(4)
本実施形態においては、磁気オフセットBosを打ち消すように駆動電流IDRV2を決定し、直接的にコイル電流Icoilが設定される。すなわち、第1の実施形態においては電流Icoilが間接的に設定されるのに対し、第2の実施形態においては電流Icoilが直接的に設定される点において異なる。 In this embodiment, the drive current IDRV2 is determined to cancel out the magnetic offset Bos, and the coil current Icoil is set directly. That is, the first embodiment differs in that the current Icoil is set indirectly, while the second embodiment sets the current Icoil directly.
ここで、抵抗器51の抵抗値を抵抗値R1とすると、抵抗値R1の値は、以下の式(5)及び式(6)を満たすように決定される。なお、駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間電圧をVDS(Tr2)として示す。 Here, if the resistance value of resistor 51 is denoted as resistance value R1, the value of resistance value R1 is determined to satisfy the following equations (5) and (6). The drain-source voltage of the drive transistor 22 is shown as VDS(Tr2).
R1×IDRV3=VDS(Tr2) …(5)
IDRV1=IDRV2+IDRV3 …(6)
R1×IDRV3=VDS(Tr2)…(5)
IDRV1=IDRV2+IDRV3...(6)
なお、本実施形態における集積化コイル11のホール起電力VHは、上述した式(2)と同様である。 Furthermore, the Hall electromotive force VH of the integrated coil 11 in this embodiment is the same as that given in equation (2) above.
一方、集積化コイル11の出力同相電圧VCMは、以下の式(7)により表される。
VCM=IDRV3×R1+VHALL/2 …(7)
On the other hand, the common-mode output voltage VCM of the integrated coil 11 is expressed by the following equation (7).
VCM=IDRV3×R1+VHALL/2…(7)
[第2の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Bはシャント回路としての抵抗器51を備えることにより、ホール素子1に流れる駆動電流IDRV1のうち一部が駆動電流IDRV3として流れる。抵抗器51の両端には、駆動電流IDRV3と抵抗器51の抵抗値に応じた電位差が生じる。したがって、駆動電流IDRV3と抵抗器51の抵抗値に応じて、第2駆動端子1cの電位が上昇する。第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位は第2駆動端子1cの電位にVHALL/2を足した電位となるため、第2駆動端子1cの電位が上昇することにより第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位が上昇する。
[Summary of the second embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10B includes a resistor 51 as a shunt circuit, so that a portion of the drive current IDRV1 flowing to the Hall element 1 flows as a drive current IDRV3. A potential difference is generated across the resistor 51 corresponding to the drive current IDRV3 and the resistance value of the resistor 51. Therefore, the potential of the second drive terminal 1c rises according to the drive current IDRV3 and the resistance value of the resistor 51. The potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d are the potential of the second drive terminal 1c plus VHALL/2, so as the potential of the second drive terminal 1c rises, the potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d rise.
ここで、磁気センサ回路10Aによれば、第2駆動端子1cが集積化コイル11を介して電源端子101に接続される。そのため、第2駆動端子1cの電位がVSSに近い値になってしまっていた。ホール素子1の出力電圧がNチャネル型のMOSFETのゲートに入力される場合、第2駆動端子1cの電位がVSSに近くなってしまうと、次段の入力同相電圧範囲への要求が厳しく、出力差動電圧の増幅が容易でないといった問題があった。しかしながら磁気センサ回路10Bによれば、第2駆動端子1cの電位を駆動電流IDRV3と抵抗器51の抵抗値に応じた値とすることができるため、第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位を上昇させることができ、出力電圧の増幅を容易にすることができる。なお、ホール素子1の出力電圧がPチャネル型のMOSFETのゲートに入力される場合は、第2駆動端子1cの電位が低い方が好適である。 In the magnetic sensor circuit 10A, the second drive terminal 1c is connected to the power supply terminal 101 via the integrated coil 11. Therefore, the potential of the second drive terminal 1c was close to the VSS value. When the output voltage of the Hall element 1 is input to the gate of an N-channel MOSFET, if the potential of the second drive terminal 1c is close to the VSS, the requirements for the input common-mode voltage range of the next stage become strict, making it difficult to amplify the output differential voltage. However, with the magnetic sensor circuit 10B, the potential of the second drive terminal 1c can be set to a value corresponding to the drive current IDRV3 and the resistance value of the resistor 51. Therefore, the potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d can be increased, making it easier to amplify the output voltage. Note that when the output voltage of the Hall element 1 is input to the gate of a P-channel MOSFET, a lower potential of the second drive terminal 1c is preferable.
[第3の実施形態]
図3は、第3の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Cの構成の一例について説明する。
[Third Embodiment]
Figure 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the third embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10C will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Cは、コイル制御回路41及び駆動トランジスタ22に代えて抵抗器52を備える点において磁気センサ回路10Bとは異なる。磁気センサ回路10Cにおいて、抵抗器52の一端は集積化コイル11に接続され、他端は電源端子101に接続される。磁気センサ回路10Cの説明において磁気センサ回路10Bと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10C differs from the magnetic sensor circuit 10B in that it includes a resistor 52 instead of the coil control circuit 41 and the drive transistor 22. In the magnetic sensor circuit 10C, one end of the resistor 52 is connected to the integrated coil 11, and the other end is connected to the power supply terminal 101. In the description of the magnetic sensor circuit 10C, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10B may be denoted by the same reference numerals, thus omitting further explanation.
ここで、抵抗器51及び抵抗器52は、集積化コイル11に流れる電流の大きさを制御する電流制御部としても機能する。抵抗器51を第1の抵抗と、抵抗器52を第2の抵抗と記載する場合がある。抵抗器51は、集積化コイル11と直列に接続され、集積化コイルに流れる電流を制御する。抵抗器52は、集積化コイル11及び抵抗器51と並列に接続され、集積化コイルに流れる電流を制御する。 Here, resistors 51 and 52 also function as current control units that control the magnitude of the current flowing through the integrated coil 11. Resistor 51 may be referred to as the first resistor and resistor 52 as the second resistor. Resistor 51 is connected in series with the integrated coil 11 and controls the current flowing through the integrated coil. Resistor 52 is connected in parallel with the integrated coil 11 and resistor 51 and controls the current flowing through the integrated coil.
なお、抵抗器52は可変抵抗であってもよい。抵抗器52の抵抗値は、磁気センサ回路10Cが製造される途中工程における所定の測定により、集積化コイル11に流れるコイル電流Icoilを調整するため決定されてもよい。抵抗器52の抵抗値は、例えば半導体製造プロセスにおいて抵抗器52が形成された後、トリミングにより調整されてもよい。トリミングの方式としては、例えば、レーザートリミング、ツェナーザッピング等の周知の技術を用いてもよい。 The resistor 52 may be a variable resistor. The resistance value of the resistor 52 may be determined by predetermined measurements during the manufacturing process of the magnetic sensor circuit 10C to adjust the coil current Icoil flowing through the integrated coil 11. The resistance value of the resistor 52 may also be adjusted by trimming after the resistor 52 is formed in the semiconductor manufacturing process, for example. As for the trimming method, well-known techniques such as laser trimming or Zener zapping may be used.
また、抵抗器52の抵抗値の調整は、半導体製造後の制御により行われてもよい。例えば磁気センサ回路10Cは複数の抵抗と不図示のスイッチ回路を備えることにより、集積化コイル11に接続される抵抗器52を選択してもよい。抵抗器52の抵抗値の調整は、具体的には磁気センサ回路10Cが形成された半導体装置の起動時や、バックグラウンドで行われるキャリブレーション処理実行時に行われてもよい。 Furthermore, the resistance value of resistor 52 may be adjusted by control after semiconductor manufacturing. For example, the magnetic sensor circuit 10C may be equipped with multiple resistors and a switch circuit (not shown) to select the resistor 52 connected to the integrated coil 11. Specifically, the resistance value of resistor 52 may be adjusted during startup of the semiconductor device on which the magnetic sensor circuit 10C is formed, or during the execution of a calibration process performed in the background.
また、本実施形態においては抵抗器52の抵抗値は可変であり、抵抗器51の抵抗値は固定である場合の一例について説明したが、抵抗器51のみを可変抵抗としたり、抵抗器51及び抵抗器52の両方を可変抵抗としたりすることにより、抵抗器51及び抵抗器52の抵抗比を調整するような構成を採用してもよい。 Furthermore, while this embodiment describes an example where the resistance value of resistor 52 is variable and the resistance value of resistor 51 is fixed, a configuration may also be adopted in which the resistance ratio of resistors 51 and 52 can be adjusted by making only resistor 51 a variable resistor, or by making both resistors 51 and 52 variable resistors.
次に、磁気センサ回路10Cの動作について説明する。磁気センサ回路10Cは、駆動電流IDRV1が余剰駆動電流IDRV3又はコイル電流Icoilに分岐する点において、磁気センサ回路10Bと同様である。一方、磁気センサ回路10Cにおいては、駆動トランジスタ22に代えて抵抗器52を備えることによりコイル電流Icoilを調整する点において磁気センサ回路10Bとは異なる。磁気センサ回路10Cにおいては、具体的には、抵抗器51の抵抗値と抵抗器52の抵抗値の抵抗比によりコイル電流Icoilを調整する。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10C will be described. The magnetic sensor circuit 10C is similar to the magnetic sensor circuit 10B in that the drive current IDRV1 branches into an excess drive current IDRV3 or a coil current Icoil. However, the magnetic sensor circuit 10C differs from the magnetic sensor circuit 10B in that it adjusts the coil current Icoil by using a resistor 52 instead of a drive transistor 22. Specifically, in the magnetic sensor circuit 10C, the coil current Icoil is adjusted by the resistance ratio of the resistance values of resistor 51 and resistor 52.
抵抗器51の抵抗値をR1、抵抗器52の抵抗値をR2とすると、コイル電流Icoilの値は、以下の式(8)により表される。
Icoil=IDRV1×R1/(R1+R2) …(8)
If the resistance value of resistor 51 is R1 and the resistance value of resistor 52 is R2, the value of the coil current Icoil is expressed by the following equation (8).
Icoil=IDRV1×R1/(R1+R2)…(8)
[第3の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Cは、電流制御部として抵抗器51及び抵抗器52を備える。磁気センサ回路10Cは、抵抗器51及び抵抗器52を備えることにより、抵抗器51と抵抗器52の抵抗比によりコイル電流Icoilを調整する。したがって、本実施形態においては、容易な構成によりコイル電流Icoilを調整することができる。
[Summary of the third embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10C includes resistors 51 and 52 as current control units. By including resistors 51 and 52, the magnetic sensor circuit 10C adjusts the coil current Icoil by the resistance ratio of resistors 51 and 52. Therefore, in this embodiment, the coil current Icoil can be adjusted with a simple configuration.
ここで、磁気センサ回路10Cでは、コイル電流Icoilが変化した場合、コイル電流Icoilの電流値と抵抗器52の抵抗値に応じて第2駆動端子1cの電位が変化する。すなわち、出力同相電圧VCMは、コイル電流Icoilに応じて変化する。したがって、磁気センサ回路10Cによれば、第2駆動端子1cの電位を駆動電流IDRV3と抵抗器51の抵抗値に応じた値とすることができる。 In the magnetic sensor circuit 10C, when the coil current Icoil changes, the potential of the second drive terminal 1c changes according to the current value of the coil current Icoil and the resistance value of the resistor 52. That is, the output common-mode voltage VCM changes according to the coil current Icoil. Therefore, the magnetic sensor circuit 10C allows the potential of the second drive terminal 1c to be set to a value corresponding to the drive current IDRV3 and the resistance value of the resistor 51.
第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位は第2駆動端子1cの電位にVHALL/2を足した電位となるため、第2駆動端子1cの電位が上昇することにより第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位が上昇する。磁気センサ回路10Cによれば、第2駆動端子1cの電位を駆動電流IDRV3と抵抗器51の抵抗値に応じた値とすることができるため、第1信号端子1b及び第2信号端子1dの電位を上昇させることができ、出力電圧の増幅を容易にすることができる。なお、ホール素子1の出力同相電圧がPチャネル型のMOSFETのゲートに入力される場合は、第2駆動端子1cの電位が低い方が好適である。また、磁気センサ回路10Cでは、コイル電流Icoilは抵抗器51及び抵抗器52の抵抗比により決定されるため、コイル磁場Bcoilが抵抗値に対してリニアでない。 The potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d are equal to the potential of the second drive terminal 1c plus VHALL/2. Therefore, an increase in the potential of the second drive terminal 1c causes an increase in the potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d. According to the magnetic sensor circuit 10C, the potential of the second drive terminal 1c can be set to a value corresponding to the drive current IDRV3 and the resistance value of resistor 51. This allows the potentials of the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d to be increased, facilitating output voltage amplification. Note that when the common-mode output voltage of the Hall element 1 is input to the gate of a P-channel MOSFET, a lower potential of the second drive terminal 1c is preferable. Furthermore, in the magnetic sensor circuit 10C, the coil current Icoil is determined by the resistance ratio of resistors 51 and 52; therefore, the coil magnetic field Bcoil is not linear with respect to the resistance value.
[第4の実施形態]
図4は、第4の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Dの構成の一例について説明する。
[Fourth Embodiment]
Figure 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the fourth embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10D will be described with reference to this figure.
上述した磁気センサ回路10Aから磁気センサ回路10Cは、いずれも単相の集積化コイル11を備え、集積化コイル11に流れる電流は単一方向であった。すなわち、磁気センサ回路10Aから磁気センサ回路10Cが発生可能な磁場の極性は予めN極又はS極のいずれか一方に固定されていた。このような固定極性の補償磁場では、ホール素子1の磁電変換特性が、集積化コイル11により発生可能な磁場の極性と逆極性側にずれているような場合に、補償磁場を発生させ、補償することが可能である。一方、磁気センサ回路10Dは、ホール素子1の磁電変換特性がいずれの方向にずれている場合であっても補償することができるようにするものである。 The magnetic sensor circuits 10A to 10C described above all feature a single-phase integrated coil 11, and the current flowing through the integrated coil 11 was unidirectional. That is, the polarity of the magnetic field that magnetic sensor circuits 10A to 10C can generate was predetermined to either the north pole or the south pole. In such a fixed-polarity compensating magnetic field, it is possible to generate and compensate for situations where the magnetoelectric conversion characteristics of the Hall element 1 are shifted to the opposite polarity of the magnetic field that can be generated by the integrated coil 11. On the other hand, magnetic sensor circuit 10D is designed to compensate regardless of the direction in which the magnetoelectric conversion characteristics of the Hall element 1 are shifted.
磁気センサ回路10Dは、集積化コイルとして集積化コイル11と、集積化コイル12とを含む点において磁気センサ回路10Aとは異なる。磁気センサ回路10Dの説明において磁気センサ回路10Aと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10D differs from the magnetic sensor circuit 10A in that it includes integrated coil 11 and integrated coil 12 as integrated coils. In the description of the magnetic sensor circuit 10D, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10A may be denoted by the same reference numerals, thus omitting further explanation.
集積化コイル11と集積化コイル12とは、巻回方向を互いに異ならせることにより極性が互いに異なるよう構成される。以下の説明において、集積化コイル11を第1の集積化コイル、集積化コイル12を第2の集積化コイルと記載する場合がある。集積化コイル11及び集積化コイル12は、例えば、いずれもホール素子1の感磁面に対向して配置される。集積化コイル11及び集積化コイル12は、ホール素子1の感磁面に垂直な方向において互いに重なり合わない位置に配置されてもよい。 The integrated coils 11 and 12 are configured to have opposite polarities by having different winding directions. In the following description, integrated coil 11 may be referred to as the first integrated coil, and integrated coil 12 as the second integrated coil. Integrated coils 11 and 12 are, for example, both positioned opposite the magnetic surface of the Hall element 1. Integrated coils 11 and 12 may also be positioned so as not to overlap in a direction perpendicular to the magnetic surface of the Hall element 1.
また、磁気センサ回路10Dは、集積化コイル11に流れる電流の導通状態を切り替えるスイッチ61と、集積化コイル12に流れる電流の導通状態を切り替えるスイッチ62とを備える。以下の説明において、スイッチ61を第1のスイッチ、スイッチ62を第2のスイッチと記載する場合がある。 Furthermore, the magnetic sensor circuit 10D includes a switch 61 that switches the conduction state of the current flowing through the integrated coil 11, and a switch 62 that switches the conduction state of the current flowing through the integrated coil 12. In the following description, switch 61 may be referred to as the first switch, and switch 62 as the second switch.
集積化コイル11の一端は第2駆動端子1cに接続され、集積化コイル11の他端はスイッチ61に接続される。スイッチ61の一端は集積化コイル11に接続され、スイッチ61の他端は電源端子101に接続される。集積化コイル12の一端は第2駆動端子1cに接続され、集積化コイル12の他端はスイッチ62に接続される。スイッチ62の一端は集積化コイル12に接続され、スイッチ62の他端は電源端子101に接続される。 One end of the integrated coil 11 is connected to the second drive terminal 1c, and the other end of the integrated coil 11 is connected to the switch 61. One end of the switch 61 is connected to the integrated coil 11, and the other end of the switch 61 is connected to the power terminal 101. One end of the integrated coil 12 is connected to the second drive terminal 1c, and the other end of the integrated coil 12 is connected to the switch 62. One end of the switch 62 is connected to the integrated coil 12, and the other end of the switch 62 is connected to the power terminal 101.
次に、磁気センサ回路10Dの動作について説明する。磁気センサ回路10Dは、必要なコイル磁場の極性に応じてスイッチ61及びスイッチ62の導通状態が切り替えられる。スイッチ61とスイッチ62とは、排他的に導通状態が切り替えられる。スイッチ61が導通状態に制御された場合、第2駆動端子1cから集積化コイル11を介し電源端子101に電流が流れる。スイッチ61が導通状態に制御された場合、スイッチ62は非導通状態であるため集積化コイル12には電流が流れない。スイッチ62が導通状態に制御された場合、第2駆動端子1cから集積化コイル12を介し電源端子101に電流が流れる。スイッチ62が導通状態に制御された場合、スイッチ61は非導通状態であるため集積化コイル11には電流が流れない。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10D will be described. The magnetic sensor circuit 10D switches the conduction state of switches 61 and 62 according to the required coil magnetic field polarity. Switches 61 and 62 switch their conduction state exclusively. When switch 61 is controlled to the conduction state, current flows from the second drive terminal 1c through the integrated coil 11 to the power terminal 101. When switch 61 is controlled to the conduction state, switch 62 is in a non-conductive state, and therefore no current flows through the integrated coil 12. When switch 62 is controlled to the conduction state, current flows from the second drive terminal 1c through the integrated coil 12 to the power terminal 101. When switch 62 is controlled to the conduction state, switch 61 is in a non-conductive state, and therefore no current flows through the integrated coil 11.
なお、スイッチ61及びスイッチ62の導通状態は、不図示の制御部により制御される。不図示の制御部は、磁気センサ回路10Dが形成された半導体装置の特性(ホール素子1の特性)がいずれの極にずれているかに応じて、スイッチ61及びスイッチ62の導通状態を切り替えてもよい。また、スイッチ61及びスイッチ62の導通状態は、半導体スイッチが用いられるアプリケーションや、後段に接続される回路等に応じて切り替えられてもよい。 The conduction state of switches 61 and 62 is controlled by a control unit (not shown). The control unit (not shown) may switch the conduction state of switches 61 and 62 depending on which pole the characteristics of the semiconductor device (characteristics of the Hall element 1) on which the magnetic sensor circuit 10D is formed are shifted to. Furthermore, the conduction state of switches 61 and 62 may be switched depending on the application in which the semiconductor switches are used, or on the circuits connected downstream.
[第4の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Dは、巻回方向が互いに異なる集積化コイル11と集積化コイル12とを備え、スイッチ61及びスイッチ62の導通状態を排他的に切り替えることにより、集積化コイル11及び集積化コイル12の導通状態を排他的に切り替える。したがって、本実施形態によれば、磁気センサ回路10Dは、N極側及びS極側のいずれに対しても補償磁場を与えることができる。よって、本実施形態によれば、磁気センサ回路10Dは、半導体装置の特性(ホール素子1の磁電変換特性)がいずれの極にずれている場合であっても、補償することができる。
[Summary of the fourth embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10D comprises an integrated coil 11 and an integrated coil 12 with winding directions different from each other, and the conduction state of the integrated coil 11 and the integrated coil 12 is exclusively switched by exclusively switching the conduction state of the switches 61 and 62. Therefore, according to this embodiment, the magnetic sensor circuit 10D can provide a compensating magnetic field to either the north pole side or the south pole side. Thus, according to this embodiment, the magnetic sensor circuit 10D can compensate even if the characteristics of the semiconductor device (magnetoelectric conversion characteristics of the Hall element 1) are shifted to either pole.
[第5の実施形態]
図5は、第5の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Eの構成の一例について説明する。
[Fifth Embodiment]
Figure 5 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the fifth embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10E will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Eは、集積化コイル11及び集積化コイル12に代えて、集積化差動コイル13を備える点において磁気センサ回路10Dとは異なる。磁気センサ回路10Eの説明において磁気センサ回路10Dと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10E differs from the magnetic sensor circuit 10D in that it includes an integrated differential coil 13 instead of the integrated coils 11 and 12. In the description of the magnetic sensor circuit 10E, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10D may be denoted by the same reference numerals, thus omitting further explanation.
集積化差動コイル13は、具体的には互いに異なる2つのコイルを差動接続させた差動コイルである。より具体的には、集積化差動コイル13は、集積化コイル11の巻回面の断面積を大きくしたコイルと集積化コイル12の巻回面の断面積を大きくしたコイルとを差動接続させた差動コイルである。 The integrated differential coil 13 is specifically a differential coil formed by differentially connecting two different coils. More specifically, the integrated differential coil 13 is a differential coil formed by differentially connecting a coil with an enlarged cross-sectional area of the winding surface of integrated coil 11 and a coil with an enlarged cross-sectional area of the winding surface of integrated coil 12.
集積化差動コイル13は、第2駆動端子1cに接続される一端を共通端として、2つのコイルがそれぞれ異なる方向に巻回される。集積化差動コイル13が備える2つのコイルの巻回面の断面積は略同一であり、ホール素子1の感磁面の断面積と略同一である。したがって、2つのコイルはホール素子1の感磁面に垂直な方向において互いに重なり合う。よって、それぞれのコイルの断面積を、ホール素子1の断面積と同等程度に確保することができる。なお、実際には巻線をパターンとして半導体に配置するため、半導体基板上で2つの巻線を交差させる必要が生じる。2つの巻線が交差する点においては、一度ビアにより異なる層に配置して、互いのパターンが交差した後に再びビアにより同層に戻す等により、差動接続させたパターンを半導体基板上に配置する。 The integrated differential coil 13 has two coils wound in different directions, with one end connected to the second drive terminal 1c serving as a common end. The cross-sectional areas of the two coils in the integrated differential coil 13 are approximately identical, and are approximately identical to the cross-sectional area of the magnetic surface of the Hall element 1. Therefore, the two coils overlap each other in a direction perpendicular to the magnetic surface of the Hall element 1. Thus, the cross-sectional area of each coil can be made approximately equivalent to the cross-sectional area of the Hall element 1. In practice, since the windings are arranged as a pattern on the semiconductor, it becomes necessary to cross the two windings on the semiconductor substrate. At the point where the two windings intersect, they are initially placed on different layers via vias, and after their patterns intersect, they are returned to the same layer via vias, thereby creating a differentially connected pattern on the semiconductor substrate.
[第5の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Eは、集積化差動コイル13を備える。集積化差動コイル13が備える2つのコイルはホール素子1の感磁面に垂直な方向において互いに重なり合う。また、2つのコイルの巻回面の断面積は略同一である。したがって、磁気センサ回路10Eによれば、集積化コイルの断面積を確保することができる。磁気センサ回路10Eが備える集積化コイルの断面積は集積化コイル11及び集積化コイル12に比べて大きいため、少ない電流で大きな磁場を発生させることができる。よって、磁気センサ回路10Eによれば、広い調整範囲を確保することができる。
また、磁気センサ回路10Eによれば、磁気センサ回路10Dと比較して、ホール素子1に均一な磁場を印加することができる。
[Summary of the Fifth Embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10E includes an integrated differential coil 13. The two coils of the integrated differential coil 13 overlap each other in a direction perpendicular to the magnetic sensing surface of the Hall element 1. Furthermore, the cross-sectional areas of the winding surfaces of the two coils are substantially the same. Therefore, the magnetic sensor circuit 10E ensures a large cross-sectional area for the integrated coil. Since the cross-sectional area of the integrated coil in the magnetic sensor circuit 10E is larger than that of the integrated coils 11 and 12, a large magnetic field can be generated with a small current. Therefore, the magnetic sensor circuit 10E ensures a wide adjustment range.
Furthermore, the magnetic sensor circuit 10E can apply a more uniform magnetic field to the Hall element 1 compared to the magnetic sensor circuit 10D.
[第6の実施形態]
図6は、第6の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Fの構成の一例について説明する。
まず、第6の実施形態に係る磁気センサ回路10Fが解決しようとする課題について説明する。磁気センサ回路10Eによれば、第2駆動端子1cが集積化差動コイル13及びスイッチを介して電源端子101に接続される。スイッチの抵抗値は0に近いため、スイッチ両端における電圧降下もゼロに近い。よって、磁気センサ回路10Eによれば、第2駆動端子1cの電位がVSSに近くなってしまっていた。ホール素子1の出力同相電圧がNチャネル型のMOSFETのゲートに入力される場合、第2駆動端子1cの電位がVSSに近くなってしまうと、次段の入力同相電圧範囲への要求が厳しく、出力差動電圧の増幅が容易でないといった問題があった。磁気センサ回路10Fは、第2駆動端子1cの電位を上昇させ、出力同相電圧の増幅を容易にしようとするものである。
[Sixth Embodiment]
Figure 6 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the sixth embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10F will be described with reference to this figure.
First, let's explain the problems that the magnetic sensor circuit 10F according to the sixth embodiment aims to solve. In the magnetic sensor circuit 10E, the second drive terminal 1c is connected to the power supply terminal 101 via the integrated differential coil 13 and a switch. Since the resistance of the switch is close to zero, the voltage drop across the switch is also close to zero. Therefore, in the magnetic sensor circuit 10E, the potential of the second drive terminal 1c was close to VSS. When the output common-mode voltage of the Hall element 1 is input to the gate of an N-channel MOSFET, if the potential of the second drive terminal 1c is close to VSS, the requirements for the input common-mode voltage range of the next stage become strict, and amplification of the output differential voltage is not easy. The magnetic sensor circuit 10F aims to increase the potential of the second drive terminal 1c and facilitate amplification of the output common-mode voltage.
磁気センサ回路10Fは、基準電圧発生回路71と、演算増幅器81と、駆動トランジスタ23とを更に備える点において、磁気センサ回路10Eとは異なる。磁気センサ回路10Fの説明において、磁気センサ回路10Eと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。以下の説明において基準電圧発生回路71、演算増幅器81及び駆動トランジスタ23を、基準電圧調整回路と記載する場合がある。基準電圧調整回路は、同相帰還(Common Mode FeedBack)回路を構成する。
磁気センサ回路10Fにおいて、集積化差動コイル13は、ホール素子1の第2駆動端子1cと電源端子101との間に接続され、基準電圧調整回路は、集積化差動コイル13と電源端子101との間の電圧を所定の電圧に調整する。
The magnetic sensor circuit 10F differs from the magnetic sensor circuit 10E in that it further includes a reference voltage generation circuit 71, an operational amplifier 81, and a drive transistor 23. In the description of the magnetic sensor circuit 10F, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10E may be denoted by the same reference numerals, and their explanation may be omitted. In the following description, the reference voltage generation circuit 71, the operational amplifier 81, and the drive transistor 23 may be referred to as the reference voltage adjustment circuit. The reference voltage adjustment circuit constitutes a common-mode feedback circuit.
In the magnetic sensor circuit 10F, the integrated differential coil 13 is connected between the second drive terminal 1c of the Hall element 1 and the power supply terminal 101, and the reference voltage adjustment circuit adjusts the voltage between the integrated differential coil 13 and the power supply terminal 101 to a predetermined voltage.
駆動トランジスタ23は、Nチャネル型のMOSFETである。駆動トランジスタ23のドレインは、スイッチ61の一端及びスイッチ62の一端の接続点に接続される。駆動トランジスタ23のソースは、電源端子101に接続される。駆動トランジスタ23のゲートは、演算増幅器81の出力端子に接続される。 The drive transistor 23 is an N-channel MOSFET. The drain of the drive transistor 23 is connected to the connection point between one end of switch 61 and one end of switch 62. The source of the drive transistor 23 is connected to the power supply terminal 101. The gate of the drive transistor 23 is connected to the output terminal of the operational amplifier 81.
演算増幅器81は、入出力端子として、非反転入力端子(+)と、非反転入力端子(-)と、出力端子とを備える。演算増幅器81の非反転入力端子は、スイッチ61の一端及びスイッチ62の一端の接続点と、駆動トランジスタ23のドレインとの接続点に接続される。演算増幅器81の反転入力端子は、基準電圧発生回路71に接続される。演算増幅器81の出力端子は、駆動トランジスタ23のゲートに接続される。 The operational amplifier 81 has input/output terminals including a non-inverting input terminal (+), a non-inverting input terminal (-), and an output terminal. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 81 is connected to the connection point between one end of switch 61 and one end of switch 62, and the connection point between the drain of the drive transistor 23. The inverting input terminal of the operational amplifier 81 is connected to the reference voltage generation circuit 71. The output terminal of the operational amplifier 81 is connected to the gate of the drive transistor 23.
基準電圧発生回路71は、同相基準電圧701を出力することにより、駆動トランジスタ23のゲートに印加される電圧VREFを制御し、駆動トランジスタ23のドレイン-ソース間に流れる電流値を制御する。演算増幅器81は、駆動トランジスタ23のドレイン端子の電位が電圧VREFと等しくなるよう出力電圧を調整し、駆動トランジスタ23のドレイン-ソース間に流れる電流値を調整する。駆動トランジスタ23のドレイン端子の電位が電圧VREFに制御された結果、第2駆動端子1cの電位が電圧VREFと略等しくなる。したがって、基準電圧発生回路71は、電圧VREFの値を調整することにより、ホール素子1の出力同相電圧の増幅が容易になるよう調整することができる。電圧VREFの値は、ホール素子1の第1信号端子1b及び第2信号端子1dに接続される後段の回路の同相入力範囲に応じて決められる。電圧VREFの値は、例えばVDDとVSSの中間の電圧に設定される。電圧VREFの値は、例えばVDD及びVSS間の電位差の略2分の1程度の電圧に設定されることが好適である。 The reference voltage generation circuit 71 controls the voltage VREF applied to the gate of the drive transistor 23 by outputting a common-mode reference voltage 701, thereby controlling the current value flowing between the drain and source of the drive transistor 23. The operational amplifier 81 adjusts the output voltage so that the potential of the drain terminal of the drive transistor 23 is equal to the voltage VREF, thereby adjusting the current value flowing between the drain and source of the drive transistor 23. As a result of the potential of the drain terminal of the drive transistor 23 being controlled to the voltage VREF, the potential of the second drive terminal 1c becomes approximately equal to the voltage VREF. Therefore, the reference voltage generation circuit 71 can be adjusted to facilitate amplification of the common-mode output voltage of the Hall element 1 by adjusting the value of the voltage VREF. The value of the voltage VREF is determined according to the common-mode input range of the subsequent circuit connected to the first signal terminal 1b and the second signal terminal 1d of the Hall element 1. The value of the voltage VREF is set, for example, to a voltage midway between VDD and VSS. The value of the voltage VREF is preferably set to approximately half the potential difference between VDD and VSS.
なお、本実施形態においては、演算増幅器81の非反転入力端子には、集積化差動コイル13の下端の電位が入力される場合の一例について説明した。しかしながら演算増幅器81の非反転入力端子には、集積化差動コイル13の上端の電位が入力されてもよい。集積化差動コイル13の上端とは、例えば第2駆動端子1cと集積化差動コイル13との接続点である。 In this embodiment, an example was described in which the potential of the lower end of the integrated differential coil 13 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 81. However, the potential of the upper end of the integrated differential coil 13 may also be input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 81. The upper end of the integrated differential coil 13 is, for example, the connection point between the second drive terminal 1c and the integrated differential coil 13.
なお、本実施形態においては、基準電圧調整回路がスイッチ61及びスイッチ62と電源端子101との間に接続される場合の一例について説明した。しかしながら基準電圧調整回路は、第2駆動端子1cと集積化差動コイル13との間に接続されてもよい。 In this embodiment, an example was described in which the reference voltage adjustment circuit is connected between switches 61 and 62 and the power supply terminal 101. However, the reference voltage adjustment circuit may also be connected between the second drive terminal 1c and the integrated differential coil 13.
なお、本実施形態においては、基準電圧調整回路が磁気センサ回路10Dに備えられる場合の一例を、磁気センサ回路10Fとして説明した。しかしながら基準電圧調整回路は磁気センサ回路10Aから磁気センサ回路10Eのいずれに備えられていてもよい。 In this embodiment, an example where the reference voltage adjustment circuit is provided in the magnetic sensor circuit 10D was described as magnetic sensor circuit 10F. However, the reference voltage adjustment circuit may be provided in any of the magnetic sensor circuits 10A through 10E.
[第6の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Fは、基準電圧調整回路を更に備えることにより、スイッチ61及びスイッチ62の接続点における電位を上昇させる。具体的には、基準電圧調整回路は、スイッチ61及びスイッチ62の接続点における電位を基準電圧VREFと等しくなるよう制御する。したがって、磁気センサ回路10Fによれば、基準電圧VREFの値を調整することにより、第2駆動端子1cの電位を調整することができる。よって、磁気センサ回路10Fによれば、ホール素子1の出力端子に接続される後段の回路(例えば増幅器が備える入力差動対等)の同相入力範囲を考慮して、適切な同相レベルを与えつつ、補償磁場を発生させることができる。
なお、集積化差動コイル13における電圧降下は十分小さいため、集積化差動コイル13における電圧降下は基準電圧調整回路の動作に影響を与えない。
[Summary of the sixth embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10F further includes a reference voltage adjustment circuit to raise the potential at the connection point of switches 61 and 62. Specifically, the reference voltage adjustment circuit controls the potential at the connection point of switches 61 and 62 to be equal to the reference voltage VREF. Therefore, with the magnetic sensor circuit 10F, the potential of the second drive terminal 1c can be adjusted by adjusting the value of the reference voltage VREF. Thus, with the magnetic sensor circuit 10F, a compensating magnetic field can be generated while providing an appropriate common-mode level, taking into account the common-mode input range of the subsequent circuit connected to the output terminal of the Hall element 1 (for example, the input differential pair of an amplifier).
Furthermore, since the voltage drop across the integrated differential coil 13 is sufficiently small, the voltage drop across the integrated differential coil 13 does not affect the operation of the reference voltage adjustment circuit.
[第7の実施形態]
図7は、第7の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Gの構成の一例について説明する。
[Seventh Embodiment]
Figure 7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the seventh embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10G will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Gは、第6の実施形態において説明した基準電圧調整回路を、第2の実施形態において説明した磁気センサ回路10Bに適用した場合の一例を示す。磁気センサ回路10Gは、抵抗器51に代えて、基準電圧発生回路71と、演算増幅器81と、駆動トランジスタ23とを更に備える点において、磁気センサ回路10Bとは異なる。磁気センサ回路10Gの説明において、磁気センサ回路10B又は磁気センサ回路10Fと同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10G shows an example where the reference voltage adjustment circuit described in the sixth embodiment is applied to the magnetic sensor circuit 10B described in the second embodiment. The magnetic sensor circuit 10G differs from the magnetic sensor circuit 10B in that it further includes a reference voltage generation circuit 71, an operational amplifier 81, and a drive transistor 23 in place of the resistor 51. In the description of the magnetic sensor circuit 10G, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10B or magnetic sensor circuit 10F may be denoted by the same reference numerals, thus omitting their explanation.
なお、基準電圧発生回路71、演算増幅器81及び駆動トランジスタ23は駆動電流IDRV1を電源端子101にシャント機能を有するため、シャント回路と記載する場合がある。磁気センサ回路10Gが備えるシャント回路は、ホール素子1と集積化コイル11との接続点に接続され、ホール素子1と集積化コイル11との接続点の電位を所定の基準電圧に維持する。すなわち、磁気センサ回路10Gが備えるシャント回路は、基準電圧調整回路の機能も有する。以下の説明において基準電圧発生回路71、演算増幅器81及び駆動トランジスタ23を、基準電圧調整回路と記載する場合がある。 Furthermore, the reference voltage generation circuit 71, operational amplifier 81, and drive transistor 23 have a shunt function for the drive current IDRV1 to the power terminal 101, and may therefore be referred to as a shunt circuit. The shunt circuit in the magnetic sensor circuit 10G is connected to the connection point between the Hall element 1 and the integrated coil 11, and maintains the potential at the connection point between the Hall element 1 and the integrated coil 11 at a predetermined reference voltage. In other words, the shunt circuit in the magnetic sensor circuit 10G also functions as a reference voltage adjustment circuit. In the following description, the reference voltage generation circuit 71, operational amplifier 81, and drive transistor 23 may be referred to as a reference voltage adjustment circuit.
磁気センサ回路10Gの回路構成において、基準電圧調整回路の接続は、駆動トランジスタ23のドレインがホール素子1の第2駆動端子1cと集積化コイル11との接続点に接続される点において磁気センサ回路10Fと異なる。 In the circuit configuration of the magnetic sensor circuit 10G, the connection of the reference voltage adjustment circuit differs from that of the magnetic sensor circuit 10F in that the drain of the drive transistor 23 is connected to the connection point between the second drive terminal 1c of the Hall element 1 and the integrated coil 11.
次に、磁気センサ回路10Gの動作について説明する。駆動トランジスタ23は、ホール素子1の第2駆動端子1cの電位を所定の基準電圧VREFに制御する。ホール素子1の駆動電流である駆動電流IDRV1からコイル電流Icoilを引いた余剰電流である余剰駆動電流IDRV3を電源端子101にシャントする。その結果集積化コイル11の上端は基準電圧VREFに電位固定され、駆動トランジスタ22により集積化コイル11に所望のコイル電流Icoilを流すことができる。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10G will be described. The drive transistor 23 controls the potential of the second drive terminal 1c of the Hall element 1 to a predetermined reference voltage VREF. The surplus drive current IDRV3, which is the surplus current obtained by subtracting the coil current Icoil from the drive current IDRV1 (the drive current of the Hall element 1), is shunted to the power supply terminal 101. As a result, the upper end of the integrated coil 11 is fixed at the reference voltage VREF, and the drive transistor 22 can supply the desired coil current Icoil to the integrated coil 11.
[第7の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Gは、シャント回路を備えることにより、ホール素子1と集積化コイル11との接続点の電位を所定の基準電圧VREFに維持する。したがって、磁気センサ回路10Gによれば、基準電圧VREFの値を調整することにより、第2駆動端子1cの電位を調整することができる。よって、磁気センサ回路10Gによれば、ホール素子1の出力端子に接続される後段の回路(例えば増幅器等)の同相入力範囲を考慮して、適切な同相レベルを与えつつ、補償磁場を発生させることができる。
[Summary of the seventh embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10G maintains the potential at the connection point between the Hall element 1 and the integrated coil 11 at a predetermined reference voltage VREF by including a shunt circuit. Therefore, with the magnetic sensor circuit 10G, the potential of the second drive terminal 1c can be adjusted by adjusting the value of the reference voltage VREF. Thus, with the magnetic sensor circuit 10G, a compensating magnetic field can be generated while providing an appropriate common-mode level, taking into account the common-mode input range of the subsequent circuit (e.g., an amplifier) connected to the output terminal of the Hall element 1.
[第8の実施形態]
図8は、第8の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Hの構成の一例について説明する。
[Eighth Embodiment]
Figure 8 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the eighth embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10H will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Hは、第5の実施形態において説明した磁気センサ回路10Eと同様に集積化差動コイル13を備えるが、スイッチ61及びスイッチ62を備えない点において磁気センサ回路10Eとは異なる。磁気センサ回路10Hの説明において磁気センサ回路10Eと同様の構成については同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10H, like the magnetic sensor circuit 10E described in the fifth embodiment, includes an integrated differential coil 13, but differs from the magnetic sensor circuit 10E in that it does not include switches 61 and 62. In the description of the magnetic sensor circuit 10H, components similar to those in the magnetic sensor circuit 10E are denoted by the same reference numerals, and their descriptions may be omitted.
集積化差動コイル13が備える2つのコイルのうち、一方のコイルに流れる電流をコイル電流Icoil1、他方のコイルに流れる電流をコイル電流Icoil2と記載する。コイル電流Icoilは、駆動トランジスタ22により制御される。駆動トランジスタ22のドレイン-ソース間に流れる電流を、駆動電流IDRV2とも記載する。駆動電流IDRV2の大きさは、コイル制御回路41により制御される。コイル電流Icoil2は、抵抗器51により制御される。 Of the two coils in the integrated differential coil 13, the current flowing through one coil is denoted as coil current Icoil1, and the current flowing through the other coil is denoted as coil current Icoil2. Coil current Icoil is controlled by the drive transistor 22. The current flowing between the drain and source of the drive transistor 22 is also referred to as drive current IDRV2. The magnitude of drive current IDRV2 is controlled by the coil control circuit 41. Coil current Icoil2 is controlled by the resistor 51.
次に、磁気センサ回路10Hの動作について説明する。コイル電流Icoil1及びコイル電流Icoil2は、それぞれ次の式(9)及び式(10)で表される。 Next, the operation of the magnetic sensor circuit 10H will be described. The coil currents Icoil1 and Icoil2 are expressed by the following equations (9) and (10), respectively.
Icoil1=IDRV2 …(9)
Icoil2=IDRV1-IDRV2 …(10)
Icoil1=IDRV2...(9)
Icoil2=IDRV1-IDRV2...(10)
磁気センサ回路10Hは、集積化差動コイル13を備えることにより、差動磁場の重畳により所望の絶対値及び極性の補償磁場を得ることができる。すなわち、上述した式(6)より、ホール素子1に重畳された磁場は次の式(11)により表される。また、式(11)を式(12)、式(13)のように変形することにより、次の式(14)を得ることができる。 The magnetic sensor circuit 10H, by incorporating an integrated differential coil 13, can obtain a compensation magnetic field of the desired absolute value and polarity through the superposition of differential magnetic fields. That is, from equation (6) above, the magnetic field superimposed on the Hall element 1 is expressed by the following equation (11). Furthermore, by rearranging equation (11) as shown in equations (12) and (13), the following equation (14) can be obtained.
Bcoil=Bcoil1-Bcoil2 …(11)
Bcoil=Kcoil(Icoil1-Icoil2) …(12)
Bcoil=Kcoil(IDRV2-IDRV1+IDRV2) …(13)
Bcoil=Kcoil(2×IDRV2-IDRV1) …(14)
Bcoil=Bcoil1-Bcoil2...(11)
Bcoil=Kcoil(Icoil1-Icoil2)...(12)
Bcoil=Kcoil(IDRV2-IDRV1+IDRV2)...(13)
Bcoil=Kcoil(2×IDRV2−IDRV1)…(14)
式(14)から、コイル磁場Bcoilの極性は、駆動電流IDRV1及び駆動電流IDRV2の関係により変化することがわかる。すなわち、次の式(15)を満たす場合コイル磁場Bcoilは正の値となり、次の式(16)を満たす場合コイル磁場Bcoilは負の値となる。 From equation (14), it can be seen that the polarity of the coil magnetic field Bcoil changes depending on the relationship between the drive currents IDRV1 and IDRV2. That is, the coil magnetic field Bcoil is positive when equation (15) is satisfied, and negative when equation (16) is satisfied.
IDRV2>IDRV1×0.5 …(15)
IDRV2<IDRV1×0.5 …(16)
IDRV2>IDRV1×0.5…(15)
IDRV2<IDRV1×0.5…(16)
本実施形態によれば、磁気センサ回路10Hは、駆動電流IDRV1と駆動電流IDRV2との関係を調整することにより、コイル磁場Bcoilの極性及び絶対値を調整することができ、ホール素子1の極性がN極又はS極のいずれにずれている場合であっても、補償することができる。 According to this embodiment, the magnetic sensor circuit 10H can adjust the polarity and absolute value of the coil magnetic field Bcoil by adjusting the relationship between the drive currents IDRV1 and IDRV2, and can compensate for any deviation in the polarity of the Hall element 1, whether it is towards the north or south pole.
[第8の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Hによれば、集積化差動コイル13の一方のコイルに流れる電流を駆動トランジスタ22により制御する。磁気センサ回路10Hによれば、駆動電流IDRV1の値と駆動電流IDRV2の値とを制御することにより、コイル磁場Bcoilの極性及び絶対値を柔軟に制御することができる。また、磁気センサ回路10Hによればスイッチ61及びスイッチ62が不要であるため、回路規模を小さくすることができ、半導体装置のサイズを小さくすることができ、ひいてはコストの削減をすることができる。また、磁気センサ回路10Hによればスイッチ61及びスイッチ62が不要であるため、制御を容易にすることができる。
[Summary of the 8th Embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10H controls the current flowing through one of the integrated differential coils 13 using the drive transistor 22. By controlling the values of the drive current IDRV1 and the drive current IDRV2, the polarity and absolute value of the coil magnetic field Bcoil can be flexibly controlled using the magnetic sensor circuit 10H. Furthermore, since switches 61 and 62 are unnecessary with the magnetic sensor circuit 10H, the circuit size can be reduced, the size of the semiconductor device can be reduced, and consequently, costs can be reduced. Also, since switches 61 and 62 are unnecessary with the magnetic sensor circuit 10H, control can be made easier.
[第9の実施形態]
図9は、第9の実施形態に係る磁気センサ回路の構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10Iの構成の一例について説明する。
[Ninth Embodiment]
Figure 9 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a magnetic sensor circuit according to the ninth embodiment. An example of the configuration of the magnetic sensor circuit 10I will be described with reference to this figure.
磁気センサ回路10Iは、電源電位と接地電位とを入れ替えた相補構成を有する。以下、磁気センサ回路10Aの相補構成としての磁気センサ回路10Iについて説明するが、磁気センサ回路10Bから磁気センサ回路10Hまでの各回路の相補構成としてもよい。磁気センサ回路10Iの説明において、磁気センサ回路10Aと同様の構成については同様の符号を付すことに説明を省略する場合がある。 The magnetic sensor circuit 10I has a complementary configuration in which the power supply potential and ground potential are swapped. The magnetic sensor circuit 10I will be described below as a complementary configuration of magnetic sensor circuit 10A, but it may also be a complementary configuration of each of the circuits from magnetic sensor circuit 10B to magnetic sensor circuit 10H. In the description of magnetic sensor circuit 10I, components with the same reference numerals as those in magnetic sensor circuit 10A may be denoted similarly, and their explanation may be omitted.
磁気センサ回路10Iは、駆動トランジスタ21に代えて駆動トランジスタ21Nを備え、駆動トランジスタ22に代えて駆動トランジスタ22Pを備える。駆動トランジスタ21Nは、Nチャネル型のMOSFETである。また、駆動トランジスタ22Pは、Pチャネル型のMOSFETである。 The magnetic sensor circuit 10I includes a drive transistor 21N in place of the drive transistor 21, and a drive transistor 22P in place of the drive transistor 22. The drive transistor 21N is an N-channel MOSFET. The drive transistor 22P is a P-channel MOSFET.
駆動トランジスタ22Pのソースは電源端子100に接続される。駆動トランジスタ22Pのゲートは、コイル制御回路41に制御される。駆動トランジスタ22Pのドレインは集積化コイル11の一端に接続される。コイル制御回路41は、制御信号401を出力することにより、駆動トランジスタ22Pのゲートに印加される電圧を制御し、駆動トランジスタ22Pのソース-ドレイン間に流れる電流値を制御する。 The source of the drive transistor 22P is connected to the power supply terminal 100. The gate of the drive transistor 22P is controlled by the coil control circuit 41. The drain of the drive transistor 22P is connected to one end of the integrated coil 11. The coil control circuit 41 controls the voltage applied to the gate of the drive transistor 22P by outputting a control signal 401, thereby controlling the current flowing between the source and drain of the drive transistor 22P.
集積化コイル11の一端は駆動トランジスタ22Pのドレイン及びホール素子1の第1駆動端子1aの接続点に接続され、集積化コイル11の他端は電源端子100及び駆動トランジスタ22Pのソースの接続点に接続される。駆動トランジスタ22Pのソース-ドレイン間には駆動電流IDRV2が流れ、集積化コイル11の両端にはコイル電流Icoilが流れる。 One end of the integrated coil 11 is connected to the connection point between the drain of the drive transistor 22P and the first drive terminal 1a of the Hall element 1, and the other end of the integrated coil 11 is connected to the connection point between the power supply terminal 100 and the source of the drive transistor 22P. A drive current IDRV2 flows between the source and drain of the drive transistor 22P, and a coil current Icoil flows across both ends of the integrated coil 11.
ホール素子1の第1駆動端子1aは、集積化コイル11の一端と駆動トランジスタ22Pのドレインとの接続点に接続される。すなわち、本実施形態においてホール素子1は駆動電流IDRV2及びコイル電流Icoilにより駆動される。 The first drive terminal 1a of the Hall element 1 is connected to the connection point between one end of the integrated coil 11 and the drain of the drive transistor 22P. That is, in this embodiment, the Hall element 1 is driven by the drive current IDRV2 and the coil current Icoil.
ホール素子1の第2駆動端子1cは、駆動トランジスタ21Nのドレインに接続される。駆動トランジスタ21Nのドレインは第2駆動端子1cに接続される。駆動トランジスタ21Nのゲートは、基準電流発生回路31に制御される。駆動トランジスタ21Nのソースは電源端子101に接続される。基準電流発生回路31は、基準電流制御信号301を出力することにより、駆動トランジスタ21Nのゲートに印加される電圧を制御し、駆動トランジスタ21Nのドレイン-ソース間に流れる電流値を制御する。 The second drive terminal 1c of the Hall element 1 is connected to the drain of the drive transistor 21N. The drain of the drive transistor 21N is connected to the second drive terminal 1c. The gate of the drive transistor 21N is controlled by the reference current generation circuit 31. The source of the drive transistor 21N is connected to the power supply terminal 101. The reference current generation circuit 31 controls the voltage applied to the gate of the drive transistor 21N by outputting a reference current control signal 301, thereby controlling the current flowing between the drain and source of the drive transistor 21N.
[第9の実施形態のまとめ]
以上説明した実施形態によれば、磁気センサ回路10Iは、駆動トランジスタ21N及び駆動トランジスタ22Pを用いることにより、磁気センサ回路10Aの相補構成を採用する。また、磁気センサ回路10Bから磁気センサ回路10Hについても同様に相補構成を採用することができる。したがって、磁気センサ回路はNチャネル型のMOSFET又はPチャネル型のMOSFETのいずれを用いるかを自由に選択することができるため、半導体装置のレイアウトに応じて、Nチャネル型のMOSFET又はPチャネル型のMOSFETのいずれを用いて構成するかを選択することができる。したがって、本実施形態によれば、柔軟なパターンレイアウトをすることができる。
[Summary of the 9th Embodiment]
According to the embodiment described above, the magnetic sensor circuit 10I employs a complementary configuration to the magnetic sensor circuit 10A by using drive transistors 21N and 22P. Similarly, a complementary configuration can be adopted for magnetic sensor circuits 10B to 10H. Therefore, the magnetic sensor circuit can be freely configured to use either an N-channel MOSFET or a P-channel MOSFET, and the configuration can be selected according to the layout of the semiconductor device. Thus, according to this embodiment, a flexible pattern layout can be achieved.
なお、上述した磁気センサ回路10Aから磁気センサ回路10Iまでの各実施例においては、スピニングカレント法を用いてホール素子1を制御することもできる。 Furthermore, in each of the embodiments described above, from magnetic sensor circuit 10A to magnetic sensor circuit 10I, the Hall element 1 can also be controlled using the spinning current method.
図10(a)~図10(d)の4個の分図を含む図10は、実施形態に係るホール素子と集積化コイルとの位置関係について説明するための図である。同図を参照しながら、ホール素子1と集積化コイル11、集積化コイル12及び集積化差動コイル13との位置関係について説明する。 Figure 10, which includes the four sub-figures 10(a) to 10(d), is a diagram illustrating the positional relationship between the Hall element and the integrated coil according to the embodiment. The positional relationship between the Hall element 1 and the integrated coils 11, 12, and 13 will be explained with reference to this figure.
なお、同図はコイルの位置関係をわかりやすく説明する模式図であり、縮尺および数等を実際の構造における縮尺及び数等と異ならせる場合がある。また、上述した磁気センサ回路10Aから磁気センサ回路10Iを区別しない場合は、単に磁気センサ回路10と記載する場合がある。さらに、磁気センサ回路10が形成された半導体装置を、単に半導体装置と記載する場合がある。 Note that this diagram is a schematic diagram illustrating the relative positions of the coils, and the scale and numbers may differ from those in the actual structure. Furthermore, when the magnetic sensor circuits 10A and 10I are not distinguished, they may simply be referred to as "magnetic sensor circuit 10." Additionally, a semiconductor device on which the magnetic sensor circuit 10 is formed may simply be referred to as "semiconductor device."
図10(a)は、集積化コイル11の一例である。同図には、半導体装置の感磁面方向に見た平面図を示す。集積化コイル11は、ホール素子1の感磁面と略平行となる面に巻回される。同図に示す一例では、集積化コイル11が半導体パターンとして同一の層上に形成されるため、同一層内において導体が互いに重ならないようにコイルとしてのパターンが巻回されている。同図に示す一例では、コイルの巻数Nが1.5の場合を図示している。同一層内において導体が互いに交差する必要がある場合には、ビアを伝って異なる層に配線してもよい。同図に示す一例では、第1配線層及び第2配線層を用いて配線される。なお、コイルの巻数Nは、2.5以上であってもよい。
同図に示す一例では、コイル電流Icoilが矢印方向(時計回り)に流れる。したがって、コイル磁場Bcoilは手前側から向こう側方向に発生する。
Figure 10(a) shows an example of an integrated coil 11. The figure shows a plan view of the semiconductor device as seen in the direction of the magnetic surface. The integrated coil 11 is wound on a surface that is substantially parallel to the magnetic surface of the Hall element 1. In the example shown in the figure, since the integrated coil 11 is formed on the same layer as a semiconductor pattern, the coil pattern is wound so that the conductors do not overlap with each other within the same layer. In the example shown in the figure, the case where the number of turns N of the coil is 1.5 is illustrated. If it is necessary for the conductors to cross each other within the same layer, they may be wired to different layers via vias. In the example shown in the figure, wiring is performed using a first wiring layer and a second wiring layer. The number of turns N of the coil may be 2.5 or more.
In the example shown in the figure, the coil current Icoil flows in the direction of the arrow (clockwise). Therefore, the coil magnetic field Bcoil is generated from the near side to the far side.
図10(b)は、集積化コイル11の変形例である集積化コイル11’の一例である。同図に示す一例は、集積化コイル11の巻回方向が逆向きである点において図10(a)とは異なる。
同図に示す一例では、コイル電流Icoilが矢印方向(反時計回り)に流れる。したがって、コイル磁場Bcoilは向こう側から手前側方向に発生する。
Figure 10(b) shows an example of an integrated coil 11', which is a modified version of the integrated coil 11. This example differs from Figure 10(a) in that the winding direction of the integrated coil 11 is reversed.
In the example shown in the figure, the coil current Icoil flows in the direction of the arrow (counterclockwise). Therefore, the coil magnetic field Bcoil is generated from the far side towards the near side.
図10(c)は、集積化コイル11及び集積化コイル12を備える場合の構成の一例である。
集積化コイル11及び集積化コイル12は同一層内に配置される。したがって、図10(c)に示す一例では、図10(a)及び図10(b)に示した一例と比較し、コイルの断面積が半分程度になってしまう。巻線は共通端(図中、上側)から分岐し、集積化コイル11は反時計回りに、集積化コイル12は時計回りにそれぞれ巻回される。その結果、コイル電流Icoil1及びコイル電流Icoil2はそれぞれ矢印方向に流れる。集積化コイル11が発生させる磁場B1及び集積化コイル12が発生させる磁場B1は逆方向である。具体的には、集積化コイル11が発生させる磁場B1は手前側から向こう側方向であり、集積化コイル12が発生させる磁場B1は向こう側から手前方向である。
同図に示す一例では、コイルの巻数Nが1.5の場合を図示している。しかしながら、コイルの巻数Nは、2.5以上であってもよい。
Figure 10(c) shows an example of a configuration that includes an integrated coil 11 and an integrated coil 12.
The integrated coil 11 and integrated coil 12 are arranged in the same layer. Therefore, in the example shown in Figure 10(c), the cross-sectional area of the coil is about half that of the examples shown in Figures 10(a) and 10(b). The windings branch from a common end (upper side in the figure), with integrated coil 11 wound counterclockwise and integrated coil 12 wound clockwise. As a result, coil current Icoil1 and coil current Icoil2 flow in the direction of the arrows. The magnetic field B1 generated by integrated coil 11 and the magnetic field B1 generated by integrated coil 12 are in opposite directions. Specifically, the magnetic field B1 generated by integrated coil 11 is from the near side to the far side, and the magnetic field B1 generated by integrated coil 12 is from the far side to the near side.
The example shown in the figure illustrates the case where the number of coil turns N is 1.5. However, the number of coil turns N may be 2.5 or more.
図10(d)は、集積化差動コイル13の一例である。集積化差動コイル13は、差動接続された2つのコイルを有する。集積化差動コイル13が備える2つのコイルのうち、一方は反時計回りに、他方は時計回りに巻回される。集積化差動コイル13が備える2つのコイルは、少なくとも1点において互いに交差する必要があるため、ビア及び第2配線層を経由して、互いに立体交差する。コイル電流Icoil1及びコイル電流Icoil2はそれぞれ矢印方向に流れる。集積化コイル11が発生させる磁場B1は手前側から向こう側方向であり、集積化コイル12が発生させる磁場B1は向こう側から手前方向である。
同図に示す一例では、コイルの巻数Nが1の場合を図示している。しかしながら、コイルの巻数Nは、2以上であってもよい。
Figure 10(d) shows an example of an integrated differential coil 13. The integrated differential coil 13 has two differentially connected coils. Of the two coils in the integrated differential coil 13, one is wound counterclockwise and the other is wound clockwise. Since the two coils in the integrated differential coil 13 must intersect each other at least at one point, they intersect each other in three dimensions via vias and a second wiring layer. Coil current Icoil1 and coil current Icoil2 flow in the direction of the arrows, respectively. The magnetic field B1 generated by integrated coil 11 is from the near side to the far side, and the magnetic field B1 generated by integrated coil 12 is from the far side to the near side.
The example shown in the figure illustrates the case where the number of coil turns N is 1. However, the number of coil turns N may be 2 or more.
図11(a)~(c)の3個の分図を含む図11は、実施形態に係る磁気センサ回路の動作の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、磁気センサ回路10の動作の一例について説明する。 Figure 11, which includes the three sub-figures 11(a) to 11(c), is a circuit diagram showing an example of the operation of a magnetic sensor circuit according to the embodiment. An example of the operation of the magnetic sensor circuit 10 will be explained with reference to this figure.
図11(a)は、外部磁場Bextと内部磁場Binとの関係を示す。まず、同図を参照しながら、外部磁場Bextと内部磁場Binとの関係について説明する。なお、内部磁場Binとは、外部磁場Bextとコイル磁場Bcoilとが合成された磁場である。同図の横軸は外部磁場Bextを、縦軸は内部磁場Binを示す。同図には、コイル磁場Bcoil>0の場合、コイル磁場Bcoil=0の場合、コイル磁場Bcoil<0の場合それぞれにおける、外部磁場Bextと内部磁場Binとの関係を示す。 Figure 11(a) shows the relationship between the external magnetic field Bext and the internal magnetic field Bin. First, the relationship between the external magnetic field Bext and the internal magnetic field Bin will be explained with reference to this figure. Note that the internal magnetic field Bin is the combined magnetic field of the external magnetic field Bext and the coil magnetic field Bcoil. The horizontal axis of the figure represents the external magnetic field Bext, and the vertical axis represents the internal magnetic field Bin. The figure shows the relationship between the external magnetic field Bext and the internal magnetic field Bin for the cases where the coil magnetic field Bcoil > 0, the coil magnetic field Bcoil = 0, and the coil magnetic field Bcoil < 0.
ここで、内部磁場Binとは、外部磁場Bextとコイル磁場Bcoilとが合成された磁場であるため、次の式(17)が成り立つ。 Here, the internal magnetic field Bin is the combined magnetic field of the external magnetic field Bext and the coil magnetic field Bcoil, so the following equation (17) holds true.
Bin=Bext+Bcoil …(17) Bin=Bext+Bcoil…(17)
コイル磁場Bcoil=0の場合においては、Bext=0でBin=0となる。また、コイル磁場Bcoil>0の場合においては、Bext=0でBin>0となる。また、コイル磁場Bcoil<0の場合においては、Bext=0でBin<0となる。 When the coil magnetic field Bcoil = 0, Bext = 0 and Bin = 0. When the coil magnetic field Bcoil > 0, Bext = 0 and Bin > 0. When the coil magnetic field Bcoil < 0, Bext = 0 and Bin < 0.
次に、図11(b)及び図11(c)を参照しながら、内部磁場Binとホール素子1の出力電圧VOUTとの関係を示す。 Next, referring to Figures 11(b) and 11(c), the relationship between the internal magnetic field Bin and the output voltage VOUT of the Hall element 1 is shown.
図11(b)は、本実施形態に係る制御を適用しない場合における一例として、磁気オフセットBosを打ち消すようなコイル磁場Bcoilをさらに印加した場合における外部磁場Bextに対する磁電変換特性を示した図である。ホール素子1は、同図に示すようなリニアな磁電変換特性を有する。図11(b)に示される磁電変換特性を有するホール素子1は、上述した式(17)から、Bext=0のときにBin=Bcoil<0(N極磁場)となる。すなわち、図11(b)に例示される磁電変換特性を有するホール素子1は、S極磁場がバイアス印加されている状態と等価であり、N極が低感度、S極が高感度にずれている。 Figure 11(b) shows the magnetoelectric conversion characteristics with respect to an external magnetic field Bext when a coil magnetic field Bcoil is further applied to cancel out the magnetic offset Bos, as an example of a case where the control according to this embodiment is not applied. The Hall element 1 has linear magnetoelectric conversion characteristics as shown in the figure. For the Hall element 1 having the magnetoelectric conversion characteristics shown in Figure 11(b), from equation (17) above, when Bext = 0, Bin = Bcoil < 0 (N pole magnetic field). That is, the Hall element 1 having the magnetoelectric conversion characteristics exemplified in Figure 11(b) is equivalent to a state where the S pole magnetic field is biased, with the N pole shifted to low sensitivity and the S pole to high sensitivity.
図11(b)に示すようなずれが発生している場合、本実施形態に係る制御を行うことにより、更にN極側の磁場を印加し、ホール素子1の磁電変換特性を、0ミリテスラを中心とした対称な特性に近づけることができる。 If a misalignment like that shown in Figure 11(b) occurs, the control according to this embodiment can be used to apply an additional magnetic field to the north pole, bringing the magnetoelectric conversion characteristics of the Hall element 1 closer to symmetrical characteristics centered around 0 millitesla.
図11(c)は、本実施形態に係る制御を適用した場合における一例として、磁気オフセットBosを打ち消すようなコイル磁場Bcoilをさらに印加した場合における外部磁場Bextに対する磁電変換特性を示した図である。上述した式(17)から、Bcoil=-Bosとなるように集積化コイル11、11’、12又は集積化差動コイル13を駆動することによって、磁電変換係数KHとした場合、ホール素子1の出力電圧VOUTは次の式(18)のように表すことができる。 Figure 11(c) shows the magnetoelectric conversion characteristics with respect to the external magnetic field Bext when a coil magnetic field Bcoil is further applied to cancel out the magnetic offset Bos, as an example of applying the control according to this embodiment. From equation (17) above, when the magnetoelectric conversion coefficient KH is set by driving the integrated coils 11, 11', 12 or the integrated differential coil 13 so that Bcoil = -Bos, the output voltage VOUT of the Hall element 1 can be expressed as shown in the following equation (18).
VOUT=KH×Bext …(18) VOUT=KH×Bext…(18)
したがって、半導体装置外部からは磁気オフセットBosが相殺されて見えるようにすることができる。 Therefore, the magnetic offset Bos can be made to appear as if it has been canceled out from outside the semiconductor device.
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。また、上述した各実施形態および各例に記載の構成を組み合わせてもよい。 The embodiments for carrying out the present invention have been described above using examples, but the present invention is not limited in any way to these embodiments, and various modifications and substitutions can be made without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the configurations described in the above embodiments and examples may be combined.
10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10I…磁気センサ回路
1…ホール素子
1a…第1駆動端子
1b…第1信号端子
1c…第2駆動端子
1d…第2信号端子
11、11’、12…集積化コイル
13…集積化差動コイル
21、22、23…駆動トランジスタ
31…基準電流発生回路
301…基準電流制御信号
41…コイル制御回路
401…制御信号
51、52…抵抗器
61、62…スイッチ
71…基準電圧発生回路
701…同相基準電圧
81…演算増幅器
100、101…電源端子
IDRV1、IDRV2…駆動電流
IDRV3…余剰駆動電流
Icoil…コイル電流
VH…ホール起電力
KH…磁電変換係数
Bin…磁束密度
Bext…外部磁場
Bos…磁気オフセット
Bcoil…磁場
VCM…出力同相電圧
VHALL…駆動端子間電圧
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 10I...Magnetic sensor circuit 1...Hall element 1a...First drive terminal 1b...First signal terminal 1c...Second drive terminal 1d...Second signal terminal 11, 11', 12...Integrated coil 13...Integrated differential coil 21, 22, 23...Drive transistor 31...Reference current generation circuit 301...Reference current control signal 41...Coil control circuit 401...Control signal 51 52... Resistors 61, 62... Switches 71... Reference voltage generation circuit 701... Common-mode reference voltage 81... Operational amplifier 100, 101... Power supply terminals IDRV1, IDRV2... Drive current IDRV3... Excess drive current Icoil... Coil current VH... Hall electromotive force KH... Magnetoelectric conversion coefficient Bin... Magnetic flux density Bext... External magnetic field Bos... Magnetic offset Bcoil... Magnetic field VCM... Output common-mode voltage VHALL... Voltage between drive terminals
Claims (8)
前記半導体基板の表面と平行な方向に巻回された巻回面を有し、前記ホール素子に補償磁場を与える集積化コイルと、
前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部と、
前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御するコイル制御回路とを備え、
前記ホール素子に流れる前記駆動電流の少なくとも一部は、前記集積化コイルに流れる磁気センサ回路であって、
前記電流制御部はトランジスタを含み、
前記ホール素子に流れる電流の少なくとも一部は、前記トランジスタのドレイン-ソース間に流れ、
前記コイル制御回路は、前記トランジスタのゲートに印加される電圧を制御することにより前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する
磁気センサ回路。 A Hall element that outputs a differential output voltage signal in response to a magnetic field and drive current applied to a magnetosensitive surface formed on a semiconductor substrate,
An integrated coil having a winding surface wound in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, which provides a compensating magnetic field to the Hall element,
A current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil,
The system includes a coil control circuit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil ,
At least a portion of the drive current flowing through the Hall element is a magnetic sensor circuit flowing through the integrated coil,
The current control unit includes a transistor,
At least a portion of the current flowing through the Hall element flows between the drain and source of the transistor.
The coil control circuit controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil by controlling the voltage applied to the gate of the transistor.
Magnetic sensor circuit.
前記ホール素子に流れる電流のうち他の一部は前記集積化コイルに流れる
請求項1に記載の磁気センサ回路。 A portion of the current flowing through the Hall element flows between the drain and source of the transistor.
The magnetic sensor circuit according to claim 1 , wherein a portion of the current flowing through the Hall element flows through the integrated coil .
前記ホール素子に流れる電流のうち一部は、前記シャント回路に流れ、
前記ホール素子に流れる電流のうち他の一部は、前記トランジスタのドレイン-ソース間及び前記集積化コイルに流れる
請求項1に記載の磁気センサ回路。 The system further comprises a shunt circuit through which a portion of the current flowing through the Hall element flows,
A portion of the current flowing through the Hall element flows into the shunt circuit.
A portion of the current flowing through the Hall element flows between the drain and source of the transistor and through the integrated coil.
The magnetic sensor circuit according to claim 1 .
請求項3に記載の磁気センサ回路。 The shunt circuit is connected to the connection point between the Hall element and the integrated coil, and maintains the potential at the connection point between the Hall element and the integrated coil at a predetermined reference voltage.
The magnetic sensor circuit according to claim 3 .
前記半導体基板の表面と平行な方向に巻回された巻回面を有し、前記ホール素子に補償磁場を与える集積化コイルと、
前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部とを備え、
前記ホール素子に流れる前記駆動電流の少なくとも一部は、前記集積化コイルに流れる磁気センサ回路であって、
前記集積化コイルは、第1の集積化コイルと、前記第1の集積化コイルとは巻回方向が互いに異なる第2の集積化コイルとを含み、
前記第1の集積化コイルに流れる電流の導通状態を切り替える第1のスイッチと、
前記第2の集積化コイルに流れる電流の導通状態を切り替える第2のスイッチとを更に備え、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとは、排他的に導通状態が切り替えられる
磁気センサ回路。 A Hall element that outputs a differential output voltage signal in response to a magnetic field and drive current applied to a magnetosensitive surface formed on a semiconductor substrate,
An integrated coil having a winding surface wound in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, which provides a compensating magnetic field to the Hall element,
The system includes a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil,
At least a portion of the drive current flowing through the Hall element is a magnetic sensor circuit flowing through the integrated coil,
The integrated coil includes a first integrated coil and a second integrated coil whose winding direction is different from that of the first integrated coil.
A first switch for switching the conduction state of the current flowing through the first integrated coil,
The system further comprises a second switch for switching the conduction state of the current flowing through the second integrated coil,
The first switch and the second switch are a magnetic sensor circuit whose conduction state is switched exclusively .
請求項5に記載の磁気センサ回路。 The magnetic sensor circuit according to claim 5, wherein the integrated coil is a differential coil formed by differentially connecting the first integrated coil and the second integrated coil.
前記半導体基板の表面と平行な方向に巻回された巻回面を有し、前記ホール素子に補償磁場を与える集積化コイルと、
前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部とを備え、
前記ホール素子に流れる前記駆動電流の少なくとも一部は、前記集積化コイルに流れる磁気センサ回路であって、
前記集積化コイルは、前記ホール素子の駆動端子と電源端子との間に接続され、
前記集積化コイルと前記電源端子との間の電位を所定の電位に調整する基準電圧調整回路を更に備える
磁気センサ回路。 A Hall element that outputs a differential output voltage signal in response to a magnetic field and drive current applied to a magnetosensitive surface formed on a semiconductor substrate,
An integrated coil having a winding surface wound in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, which provides a compensating magnetic field to the Hall element,
The system includes a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil,
At least a portion of the drive current flowing through the Hall element is a magnetic sensor circuit flowing through the integrated coil,
The integrated coil is connected between the drive terminal and power terminal of the Hall element.
The system further comprises a reference voltage adjustment circuit that adjusts the potential between the integrated coil and the power terminal to a predetermined potential.
Magnetic sensor circuit.
前記半導体基板の表面と平行な方向に巻回された巻回面を有し、前記ホール素子に補償磁場を与える集積化コイルと、
前記集積化コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部とを備え、
前記ホール素子に流れる前記駆動電流の少なくとも一部は、前記集積化コイルに流れる磁気センサ回路であって、
前記電流制御部は、
前記集積化コイルと直列に接続され、前記集積化コイルに流れる電流を制御する第1の抵抗と、
前記集積化コイル及び前記第1の抵抗と並列に接続される第2の抵抗とを含む
磁気センサ回路。 A Hall element that outputs a differential output voltage signal in response to a magnetic field and drive current applied to a magnetosensitive surface formed on a semiconductor substrate,
An integrated coil having a winding surface wound in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, which provides a compensating magnetic field to the Hall element,
The system includes a current control unit that controls the magnitude of the current flowing through the integrated coil,
At least a portion of the drive current flowing through the Hall element is a magnetic sensor circuit flowing through the integrated coil ,
The current control unit,
A first resistor is connected in series with the integrated coil and controls the current flowing through the integrated coil,
The integrated coil and a second resistor connected in parallel with the first resistor are included .
Magnetic sensor circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022047838A JP7851164B2 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | Magnetic sensor circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022047838A JP7851164B2 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | Magnetic sensor circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023141492A JP2023141492A (en) | 2023-10-05 |
| JP7851164B2 true JP7851164B2 (en) | 2026-04-24 |
Family
ID=88205254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022047838A Active JP7851164B2 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | Magnetic sensor circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7851164B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102445671A (en) | 2010-10-13 | 2012-05-09 | 北京中科信电子装备有限公司 | Hall device error compensation circuit |
| US20140163911A1 (en) | 2011-05-24 | 2014-06-12 | Ams Ag | Method for operating a hall sensor arrangement and hall sensor arrangement |
| US20170016965A1 (en) | 2015-07-17 | 2017-01-19 | Allegro Microsystems, Llc | Methods and Apparatus For Trimming A Magnetic Field Sensor |
| US20220075009A1 (en) | 2020-09-09 | 2022-03-10 | Texas Instruments Incorporated | Silicon hall sensor with low offset and drift compensation coils |
-
2022
- 2022-03-24 JP JP2022047838A patent/JP7851164B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102445671A (en) | 2010-10-13 | 2012-05-09 | 北京中科信电子装备有限公司 | Hall device error compensation circuit |
| US20140163911A1 (en) | 2011-05-24 | 2014-06-12 | Ams Ag | Method for operating a hall sensor arrangement and hall sensor arrangement |
| US20170016965A1 (en) | 2015-07-17 | 2017-01-19 | Allegro Microsystems, Llc | Methods and Apparatus For Trimming A Magnetic Field Sensor |
| US20220075009A1 (en) | 2020-09-09 | 2022-03-10 | Texas Instruments Incorporated | Silicon hall sensor with low offset and drift compensation coils |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023141492A (en) | 2023-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10557873B2 (en) | Systems and methods for closed loop current sensing | |
| US11397225B2 (en) | Current sensor, magnetic sensor and circuit | |
| JP5363075B2 (en) | Sensor circuit | |
| US6949927B2 (en) | Magnetoresistive magnetic field sensors and motor control devices using same | |
| CN110494760B (en) | Magnetic sensor | |
| US20010040241A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2001521152A (en) | Monolithic magnetic sensor with externally adjustable temperature compensation function | |
| JP6617156B2 (en) | Magnetic field detector | |
| KR101352308B1 (en) | Sensor circuit | |
| US9000824B2 (en) | Offset cancel circuit | |
| JP2010002388A (en) | Magnetic proportional current sensor | |
| JP7119633B2 (en) | magnetic sensor | |
| US11598824B2 (en) | Magnetic field sensor apparatus and method | |
| JP6070460B2 (en) | Current detection circuit and magnetic detection device including the same | |
| JP7851164B2 (en) | Magnetic sensor circuit | |
| JP2023084140A (en) | Magnetic sensor devices, inverter devices, battery devices, electric motors and vehicles | |
| CN104040362A (en) | Current sensor | |
| JP4883289B2 (en) | Current sensor disconnection detector | |
| US10302678B2 (en) | Motor control circuitry | |
| JP2019174436A (en) | Magnetic sensor | |
| JPH1038611A (en) | Temperature characteristic compensating circuit and driving device for magnetoelectric conversion element using the temperature characteristic compensating circuit | |
| JP2024115234A (en) | Semiconductor Device | |
| JP2011196698A (en) | Current detector | |
| JPS5819149B2 (en) | hall effect device | |
| JP2007303967A (en) | Magnetic sensor, sensor using the same, semiconductor integrated circuit, and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250207 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20251217 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20260113 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20260127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20260410 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20260414 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7851164 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |