專利名稱：角度檢測(cè)裝置和角度檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及角度檢測(cè)裝置和角度檢測(cè)系統(tǒng)。
更詳細(xì)言之，本發(fā)明涉及根據(jù)來(lái)自檢測(cè)至少兩個(gè)方向的磁分量的磁傳感器部的輸出信號(hào)，檢測(cè)與磁場(chǎng)的相對(duì)角度的角度檢測(cè)裝置以及具有該角度檢測(cè)功能的角度檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在已公知有利用霍爾元件等的磁傳感器的各種角度檢測(cè)裝置。在這些現(xiàn)有的角度檢測(cè)裝置中，公知的有借助采用基于所謂的自旋電流法的結(jié)構(gòu)使包含于霍爾元件輸出中的失調(diào)(offset)誤差相抵消的結(jié)構(gòu)。例如，在下列文獻(xiàn)中有記述Alberto Bilotti，Gerardo Monreal及Ravi Vig著的“MONOLITHIC MAGNETIC HALL SENSOR USINGDYNAMIC QUADRATURE OFFSET CANCELLATION”，AllergoMicroSystems，Inc.發(fā)行，Technical Paper STP 97-10。
另外，如在美國(guó)專利第5942895號(hào)公報(bào)中所載，已公知通過(guò)在磁聚焦板的下部配置霍爾元件可進(jìn)行正確的磁檢測(cè)。
不過(guò)，在利用這些現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行磁場(chǎng)的角度檢測(cè)時(shí)，因?yàn)楸仨殞?duì)每一個(gè)霍爾輸出實(shí)施既定的數(shù)字處理，進(jìn)行為最后獲得角度信息的運(yùn)算處理等等，電路規(guī)模的擴(kuò)大及生產(chǎn)成本的上升就是無(wú)法避免的問(wèn)題。
特別是，在意欲利用半導(dǎo)體加工過(guò)程等實(shí)現(xiàn)超小型的角度檢測(cè)裝置時(shí)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及裝置整體小型化就必定成為必須解決的問(wèn)題。
因此，鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但可以正確檢測(cè)角度的角度檢測(cè)裝置和角度檢測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1方面是一種角度檢測(cè)裝置，輸入來(lái)自檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的第1和第2磁傳感器部的輸出信號(hào)，檢測(cè)從上述磁分量產(chǎn)生的磁場(chǎng)的相對(duì)角度，其特征在于包括控制成使由上述第1磁傳感器部檢測(cè)的第1方向分量的輸出信號(hào)具有一定值的控制單元；以及通過(guò)與利用上述控制單元控制上述第1磁傳感器部時(shí)相同的驅(qū)動(dòng)條件驅(qū)動(dòng)上述第2磁傳感器部，檢測(cè)第2方向分量的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)單元。
本發(fā)明的第2方面是一種角度檢測(cè)裝置，具有檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的第1和第2磁傳感器部，檢測(cè)與上述磁分量產(chǎn)生的磁場(chǎng)的相對(duì)角度，其特征在于包括控制成使由上述第1磁傳感器部檢測(cè)的第1方向分量的輸出信號(hào)具有一定值的控制單元；以及借助與上述第1磁傳感器部利用上述控制單元進(jìn)行控制時(shí)相同的驅(qū)動(dòng)條件對(duì)上述第2磁傳感器部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而檢測(cè)第2方向分量的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)單元。
本發(fā)明的第3方面是在第1或第2方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1磁傳感器部和上述第2磁傳感器部分別具有對(duì)置的一對(duì)磁傳感器，這一對(duì)磁傳感器配置在互相正交的直線上。
本發(fā)明的第4方面是在第1～第3方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1磁傳感器部和上述第2磁傳感器部靠近磁聚焦板的端部配置。
本發(fā)明的第5方面是在第1～第4方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述控制單元具有用于控制成使上述第1方向分量的輸出信號(hào)具有上述一定值的反饋控制環(huán)。
本發(fā)明的第6方面是在第5方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述控制單元具有使上述反饋控制環(huán)切斷的反饋停止單元。
本發(fā)明的第7方面是在第5或第6方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述反饋控制環(huán)具有運(yùn)算放大器，經(jīng)電阻對(duì)該運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端輸入上述第1方向分量的輸出信號(hào)或上述第2方向分量的輸出信號(hào)中的任何一個(gè)，并且經(jīng)電阻對(duì)該運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端輸入基準(zhǔn)輸入電壓。
本發(fā)明的第8方面是在第7方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，輸入到上述運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端的上述第1方向分量的輸出信號(hào)或上述第2方向分量的輸出信號(hào)是根據(jù)從指定輸入部供給的指定決定的。
本發(fā)明的第9方面是在第7或第8方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，在上述運(yùn)算放大器的輸出端和反轉(zhuǎn)輸入端之間連接有PI調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的第10方面是在第6～第9方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述反饋停止單元，利用既定的固定電壓對(duì)上述第1和第2磁傳感器部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的第11方面是在第7～第10方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述反饋停止單元，使上述運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器工作。
本發(fā)明的第12方面是在第7～第11方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1和第2磁傳感器部是根據(jù)從上述運(yùn)算放大器的輸出端得到的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的第13方面是在第1～第12方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1和第2磁傳感器部是按照自旋電流法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的第14方面是在第6～第13方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，還具有在該角度檢測(cè)裝置的電源接通之后，立即由上述反饋停止單元保持使上述反饋控制環(huán)的功能停止的狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)來(lái)自檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的上述第1和第2磁傳感器部的檢測(cè)輸出進(jìn)行角度區(qū)域的判定的區(qū)域判定單元。
本發(fā)明的第15方面是在第14方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述區(qū)域判定單元，在進(jìn)行角度區(qū)域判定時(shí)，使用從上述第1和第2磁傳感器部得到的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)的絕對(duì)值和符號(hào)的正負(fù)。
本發(fā)明的第16方面是在第1～第15方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，還具有使根據(jù)上述第1和第2磁傳感器部的輸出分別檢測(cè)的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)的符號(hào)相應(yīng)于與磁場(chǎng)的相對(duì)角度進(jìn)行反轉(zhuǎn)的符號(hào)反轉(zhuǎn)單元，以及將控制成把具有上述一定值的上述第1方向分量的輸出信號(hào)切換為上述第2方向分量的輸出信號(hào)的分量切換單元，且擴(kuò)展角度的可檢測(cè)范圍。
本發(fā)明的第17方面是在第16方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述分量切換單元，在切換為上述第2方向分量的輸出信號(hào)之后再次切換為上述第1方向分量。
本發(fā)明的第18方面是在第1～第17方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，還具有回應(yīng)由上述第1磁傳感器部檢測(cè)到的上述第1方向分量的輸出信號(hào)或由上述第2磁傳感器部檢測(cè)到的上述第2方向分量的輸出信號(hào)，進(jìn)行規(guī)定的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)動(dòng)作的計(jì)數(shù)單元；將上述計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)值變換為預(yù)先確定的變換值的第1變換單元；將上述第1或第2方向分量的輸出信號(hào)的值和上述變換值進(jìn)行比較，在上述變換值達(dá)到上述第1或第2方向分量的輸出信號(hào)的值時(shí)，使上述計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)動(dòng)作停止的計(jì)數(shù)停止單元；以及將上述計(jì)數(shù)值變換為角度信息的第2變換單元。
本發(fā)明的第19方面是在第18方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述計(jì)數(shù)值與檢測(cè)角度θ相對(duì)應(yīng)，上述變換值與tanθ相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明的第20方面是在第18或第19方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1變換單元具有將檢測(cè)角度θ變換為tanθ的邏輯電路。
本發(fā)明的第21方面是在第18～第20方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述計(jì)數(shù)停止單元是具有將根據(jù)上述第1磁傳感器部或第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的正切值輸入的第1輸入端和將與上述第1變換單元的輸出相對(duì)應(yīng)的正切值輸入的第2輸入端的比較器。
本發(fā)明的第22方面是在第18～第21方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1變換單元的輸出端與上述計(jì)數(shù)停止單元的輸入端經(jīng)D/A變換器相連接。
本發(fā)明的第23方面是在第22方面所述的角度檢測(cè)裝置中，作為上述D/A變換器的參照電壓，使用在根據(jù)上述第1和第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的上述第1和第2輸出信號(hào)中的控制成具有上述一定值的方向分量的輸出信號(hào)。
本發(fā)明的第24方面是在第18～第23方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第2變換單元是進(jìn)行用來(lái)得到上述角度信息的規(guī)定的內(nèi)插處理。
本發(fā)明的第25方面是在第18～第24方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，還具有將根據(jù)上述第1磁傳感器部或上述第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)進(jìn)行輸入，對(duì)上述第2變換單元輸出的角度信息進(jìn)行失調(diào)角度值的加法處理的失調(diào)修正單元。
本發(fā)明的第26方面是在第1～第25方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，還具有將與角度有依賴關(guān)系的信號(hào)分割為相對(duì)于角線性變化的多個(gè)角度區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行判定的判定單元；通過(guò)近似直線的斜度的調(diào)節(jié)和利用失調(diào)相加的一次變換進(jìn)行角度的抽取。
本發(fā)明的第27方面是在第1～第26方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述第1和第2磁傳感器部具有霍爾元件。
本發(fā)明的第28方面是在第22方面中所述的角度檢測(cè)裝置中，上述霍爾元件靠近磁聚焦板的端部配置。
本發(fā)明的第29方面是將在半導(dǎo)體基板上形成有第1～第28方面的任何一個(gè)中所述的角度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體裝置設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵的附近，檢測(cè)該永久磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度檢測(cè)系統(tǒng)。


圖1為示出應(yīng)用本發(fā)明的角度檢測(cè)裝置的主要部分的電路圖。
圖2為示出在實(shí)施方式中使用的磁聚焦板和霍爾元件的位置關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖3用于說(shuō)明圖1所示的XY切換部2的動(dòng)作的波形圖。
圖4A用于說(shuō)明圖1所示的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
圖4B用于說(shuō)明圖1所示的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
圖5為示意地描繪出如何驅(qū)動(dòng)用來(lái)經(jīng)過(guò)圖1所示的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4得到X檢測(cè)信號(hào)的霍爾元件和用來(lái)得到Y(jié)檢測(cè)信號(hào)的霍爾元件的說(shuō)明圖。
圖6為示意地示出疊加于霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)上的失調(diào)電壓的示圖。
圖7為示出P-P(峰-峰)檢測(cè)后的采樣/保持信號(hào)的說(shuō)明圖。
圖8為示出使用8個(gè)霍爾元件時(shí)的tanθ檢測(cè)原理的說(shuō)明圖。
圖9為說(shuō)明使用霍爾元件時(shí)的本實(shí)施方式的檢測(cè)角度的范圍擴(kuò)展處理的示圖。
圖10為示出在電源接通后進(jìn)行角度區(qū)域判定時(shí)，進(jìn)行反饋控制解除時(shí)的開關(guān)SW的示圖。
圖11為示出在圖1所示的后級(jí)處理電路14中包含的角度運(yùn)算處理電路的一例的框圖。
圖12為示出0～45°的角度范圍的正切的輸出曲線的示圖。
圖13A為本實(shí)施方式的一次變換處理的說(shuō)明圖。
圖13B為本實(shí)施方式的一次變換處理的說(shuō)明圖。
圖14為示出在本實(shí)施方式中由于反饋控制滯后引起的應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電壓時(shí)的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
圖15A為示出用來(lái)回避應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電壓的狀態(tài)的另一實(shí)施方式的電路圖。
圖15B為示出用來(lái)回避應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電壓的狀態(tài)的另一實(shí)施方式的電路圖。
圖16A為示出應(yīng)用本發(fā)明的角度檢測(cè)部的磁芯的一例的斜視圖。
圖16B為示出應(yīng)用本發(fā)明的角度檢測(cè)部的磁芯的一例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為示出應(yīng)用本發(fā)明的角度檢測(cè)裝置的主要部分的電路圖。在本圖中，HE是霍爾元件，用作磁傳感器。為了檢測(cè)磁場(chǎng)的X方向分量及Y方向分量，至少需要2對(duì)霍爾元件。在本實(shí)施方式中，設(shè)置有用于檢測(cè)X方向分量的4個(gè)霍爾元件和用于檢測(cè)Y方向分量的4個(gè)霍爾元件。
這些霍爾元件HE，如圖2所示，配置于圓形的磁聚焦板MC周邊的下端。另外，借助磁聚焦板MC，如美國(guó)專利第5942895號(hào)所載，霍爾元件附近的磁場(chǎng)受到聚焦，霍爾元件的磁檢測(cè)面的磁通密度可加大。
本發(fā)明的“控制單元”相當(dāng)于圖1所示的運(yùn)算放大器(運(yùn)放)22、PI調(diào)節(jié)器24、2個(gè)電阻R1以及基準(zhǔn)電壓Vref(關(guān)于這些要素在后面詳述)。另外，本發(fā)明的“驅(qū)動(dòng)單元”相當(dāng)于圖1所示的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4及運(yùn)算放大器22(關(guān)于此調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4也在后面詳述)。
再返回圖1，對(duì)霍爾元件的輸出切換處理予以說(shuō)明。
由8個(gè)霍爾元件HE分別檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)，在XY切換部2中，分時(shí)順序選擇。就是說(shuō)，在此XY切換部2中，各對(duì)霍爾元件發(fā)出的信號(hào)，在交互切換的同時(shí)進(jìn)行采樣。一般，可以對(duì)檢測(cè)信號(hào)X及檢測(cè)信號(hào)Y分別裝備運(yùn)放及解調(diào)電路(P-P檢測(cè)部)，但這會(huì)招致芯片面積的增大。于是，在本實(shí)施方式中，采用對(duì)檢測(cè)信號(hào)X、Y交互采樣，使用這些檢測(cè)信號(hào)X、Y公用的運(yùn)放及解調(diào)電路(P-P檢測(cè)部)的構(gòu)成。
具體言之，對(duì)用于得到檢測(cè)信號(hào)X的霍爾元件和用于得到檢測(cè)信號(hào)Y的霍爾元件交互切換進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。于是，在XY切換部2中，如圖3所示，使用第1相用的時(shí)鐘及第2相用的時(shí)鐘，進(jìn)行霍爾元件的選擇。例如，XY切換部2，由開關(guān)電容電路構(gòu)成，將第1相用的時(shí)鐘及第2相用的時(shí)鐘用作該采樣時(shí)鐘。使用這些2相的時(shí)鐘的理由，是因?yàn)榀B加于霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)上的失調(diào)DC分量相抵消。關(guān)于其詳細(xì)情況將結(jié)合下段的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4予以說(shuō)明。
在調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4中，進(jìn)行用來(lái)得到檢測(cè)信號(hào)X及檢測(cè)信號(hào)Y的偏置方向切換處理以及用來(lái)切換信號(hào)(霍爾電壓)的取出方向的處理。此處理，作為所謂的斬波方式或自旋電流法，是公知的方法。圖4A及圖4B，說(shuō)明使用這一自旋電流法對(duì)霍爾元件進(jìn)行2相驅(qū)動(dòng)的方式。在自旋電流法中，如這些圖4A及圖4B所示，通過(guò)切換霍爾元件HE的偏置方向，可使包含在霍爾元件的輸出信號(hào)中的偏置分量相抵消。
另外，此處應(yīng)該注意之點(diǎn)，是在圖3所示的第1相和第2相中使入到后級(jí)的4輸入加法型運(yùn)放6(DDA微分差動(dòng)放大器)的信號(hào)的極性反轉(zhuǎn)。借助此符號(hào)反轉(zhuǎn)處理，從DDA 6一側(cè)觀察的霍爾元件HE的檢測(cè)信號(hào)，如圖4B所示，是以AC(交流)方式切換的矩形波。就是說(shuō)，作為DC分量輸入的霍爾電壓，通過(guò)此符號(hào)反轉(zhuǎn)處理，調(diào)制(即變換)為AC信號(hào)。此信號(hào)處理，對(duì)檢測(cè)信號(hào)X和檢測(cè)信號(hào)Y進(jìn)行完全相同的處理。
圖5為示意地描繪出如何驅(qū)動(dòng)用來(lái)經(jīng)過(guò)圖1所示的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4得到X檢測(cè)信號(hào)的霍爾元件和用來(lái)得到Y(jié)檢測(cè)信號(hào)的霍爾元件的說(shuō)明圖。從本圖可知，因?yàn)樵谶\(yùn)算放大器(以下稱其為OP運(yùn)放)的加法輸入點(diǎn)(反轉(zhuǎn)輸入端)上施加有基準(zhǔn)電壓Vref和X分量(或Y分量)，所以動(dòng)作結(jié)果使Vref+X(或Vref+Y)與虛擬接地點(diǎn)(非反轉(zhuǎn)輸入端)的電位(模擬接地)相等。另外，從圖1可知，因?yàn)榇薠分量(或Y分量)是反饋的電壓，所以通過(guò)反饋控制使X分量(或Y分量)成為一定值。此外，在本實(shí)施方式中，用來(lái)得到反饋控制的一個(gè)分量(X分量或Y分量)的霍爾元件驅(qū)動(dòng)電壓，施加于未受到反饋控制的另一分量(Y分量或X分量)的霍爾元件(Y分量檢測(cè)用的霍爾元件或X分量檢測(cè)用的霍爾元件)。這一點(diǎn)，對(duì)本實(shí)施方式是非常重要的一點(diǎn)，其意義在后面詳述。
再次返回到圖1，對(duì)DDA(微分差動(dòng)放大器)6予以說(shuō)明。此DDA6，處理輸入電壓的相加，完成放大功能。在本實(shí)施方式中，如前所述(參照?qǐng)D2)，因?yàn)榉謩e有4個(gè)霍爾元件為X分量、Y分量用，所以將這4個(gè)檢測(cè)輸出相加以既定的放大率進(jìn)行放大。所以，從DDA 6輸出的信號(hào)，成為以4×[設(shè)定放大率]將在圖4B的下方所示的第2相的輸入結(jié)束時(shí)的波形進(jìn)行放大的信號(hào)。此時(shí)，疊加于各霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)上的失調(diào)電壓分量，對(duì)于兩相(即第1相和第2相)具有相同的值。圖6為示意地示出此失調(diào)電壓的示圖，在圖中以點(diǎn)劃線表示。
P-P(峰-峰)檢測(cè)部8是檢測(cè)上述第1相信號(hào)的峰值和第2相信號(hào)的峰值，求出這些峰值間的值的電路。就是說(shuō)，在P-P檢測(cè)部8中，通過(guò)使第1相的信號(hào)的峰值和第2相的信號(hào)的峰值相減，解調(diào)成為調(diào)制(變換)成為AC信號(hào)的傳感器檢測(cè)信號(hào)(＝調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部4的輸出信號(hào))。更詳細(xì)言之，第1相的信號(hào)由P-P檢測(cè)部8的電容(未圖示)保持，與第2相的信號(hào)輸入同時(shí)相減。此處重要之點(diǎn)是可以通過(guò)執(zhí)行減法處理使具有同一值的失調(diào)分量相抵消。另外，通過(guò)相減，振幅分量可放大為2倍。
從P-P檢測(cè)部8輸出的信號(hào)，輸入到采樣保持(S/H)部10、12進(jìn)行保持。此處，S/H部10保持解調(diào)的X分量，而S/H部12保持解調(diào)的Y分量。如圖7所示，因?yàn)椴蓸颖３值男盘?hào)是階梯形狀的，通過(guò)利用包含在后級(jí)處理電路14中的濾波器(未圖示)進(jìn)行的平滑處理，可得到如虛線所示的平緩的波形。另外，P-P檢測(cè)部8，因?yàn)榭奢敵龇欠崔D(zhuǎn)信號(hào)及反轉(zhuǎn)信號(hào)兩者，所以可能利用符號(hào)位對(duì)輸入到S/H部10、12的信號(hào)的符號(hào)進(jìn)行切換。
從P-P檢測(cè)部8以時(shí)間序列輸出的X分量、Y分量，也輸入到另一個(gè)S/H部16。此S/H部16，相應(yīng)于從保持分量指定電路18發(fā)出的控制輸出，只對(duì)X分量、Y分量中的任何一個(gè)分量進(jìn)行保持。就是說(shuō)，通過(guò)從外部向X、Y指定輸入部20輸入保持分量指定信號(hào)，保持分量指定電路18，可供給用于保持X分量及Y分量中的任何一個(gè)的控制輸出。
從S/H部16輸出的X分量(或Y分量)，如先前參照?qǐng)D5所說(shuō)明的，經(jīng)電阻R1施加于OP運(yùn)放22的加法輸入點(diǎn)(反轉(zhuǎn)輸入端)。其結(jié)果，利用反饋控制環(huán)的功能，可通過(guò)控制使X分量(或Y分量)成為一定值。另外，在此OP運(yùn)放22中包含由電阻R2及電容C串聯(lián)組成的反饋電路(PI調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器)，其理由是因?yàn)樯鲜龇答伩刂骗h(huán)的反饋控制可由與采樣脈沖同步的離散系統(tǒng)進(jìn)行，可以為回避發(fā)送信號(hào)等的不合適情況使其具有積分功能。
下面針對(duì)在使X分量為一定時(shí)對(duì)霍爾元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，對(duì)本實(shí)施方式的角度檢測(cè)原理進(jìn)行大概說(shuō)明。
一般，從用來(lái)檢測(cè)X分量的霍爾元件輸出的電壓Vx及從用來(lái)檢測(cè)Y分量的霍爾元件輸出的電壓Vy可分別表示為Vx＝k·Ix·BcosθVy＝k·Iy·Bsinθ其中，k是比例系數(shù)，Ix及Iy是電流值，B是磁通密度，θ是磁場(chǎng)和霍爾元件形成的角度。
如在圖5中所說(shuō)明的，對(duì)用來(lái)檢測(cè)Y分量的霍爾元件HE(Y)也供給相同的驅(qū)動(dòng)電壓，并且在考慮到任何一個(gè)霍爾元件也都是在同一基板上形成的微小元件，使Ix＝Iy是可能的。
所以，從上述兩式，即Vx＝k·Ix·Bcosθ及Vy＝k·Iy·Bsinθ，可有Vy/Vx＝(k·Iy·Bsinθ)/(k·Ix·Bcosθ)＝sinθ/cosθ＝tanθ此模擬除法(Vy/Vx)也可以在后級(jí)處理電路14中執(zhí)行。
然而，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)實(shí)施上述的單個(gè)運(yùn)算處理求出sinθ及cosθ，并且可以不根據(jù)這兩個(gè)sinθ及cosθ進(jìn)行求出tanθ的運(yùn)算，而直接由S/H部10保持的X分量或S/H部12保持的Y分量求出tanθ。
圖8為示出使用8個(gè)霍爾元件(參照?qǐng)D2)時(shí)可應(yīng)用上述tanθ檢測(cè)原理的說(shuō)明圖。此圖8，示出的是，例如，為提高靈敏度，對(duì)X分量用4個(gè)、對(duì)Y分量用4個(gè)(合計(jì)8個(gè))霍爾元件的場(chǎng)合。在本圖中，霍爾元件，嚴(yán)格講，不是配置在X(或Y)軸上，而是稍微離開一些。在配置上從中心向霍爾元件的中心引出的直線相對(duì)軸線有一個(gè)微小角度d。例如，對(duì)于X分量用的霍爾元件而言，在將元件配置成為相對(duì)X軸對(duì)稱具有±d的角度時(shí)，各個(gè)元件輸出與cos(θ+d)、cos(θ-d)成比例的信號(hào)。在將這4個(gè)信號(hào)分量利用DDA6相加時(shí)，X分量用霍爾元件輸出合計(jì)為KIB·[cos(θ+d)+cos(θ-d)]在將此輸出利用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)成為一定的電壓Vref時(shí)，
Vref＝KIB·[cos(θ+d)+cos(θ-d)]＝2KIBcosθcosd∴KIB＝Vref/(cosθcosd)另一方面，對(duì)于Y分量用的霍爾元件，同樣，通過(guò)利用DDA 6相加時(shí)，得到KIB·[sin(θ+d)+sin(θ-d)]＝2KIBsinθcosd＝Vref(sinθcosd)/(cosθcosd)＝Vreftanθ實(shí)質(zhì)上，在保持各霍爾元件輸出的和為一定的同時(shí)，如果對(duì)其他霍爾元件的輸出進(jìn)行觀察時(shí)，因?yàn)槲⑿〗嵌确至肯嗟窒瑢?duì)輸出無(wú)影響。
另外，在本實(shí)施方式中，是以PI調(diào)節(jié)器24為例進(jìn)行說(shuō)明的，但并不限定于PI調(diào)節(jié)器，也可以使用其他調(diào)節(jié)器(例如，PID調(diào)節(jié)器等)。
圖9為說(shuō)明使用霍爾元件時(shí)的檢測(cè)角度的范圍擴(kuò)展處理的示圖。就是說(shuō)，圖9示出的是將檢測(cè)角度范圍擴(kuò)展為360°的方法。通過(guò)將應(yīng)該調(diào)節(jié)成為一定電壓的信號(hào)從X分量信號(hào)切換為Y信號(hào)或從Y信號(hào)切換為X信號(hào)，可以將其輸出從tanθ切換為cotθ或反之。眾所周知，因?yàn)閠anθ在向90°接近時(shí)變大，放大電路系統(tǒng)的輸出會(huì)出現(xiàn)飽和。于是，為了在避免這一問(wèn)題的同時(shí)可以檢測(cè)接近90°的角度，使用tanθ的倒數(shù)cotθ很簡(jiǎn)便。
下面對(duì)圖9所示的角度檢測(cè)范圍擴(kuò)展方法在時(shí)間序列中予以說(shuō)明。
首先，在角度范圍為0～45°中，作為用于角度檢測(cè)的輸出使用tanθ。在檢測(cè)角度增加時(shí)，當(dāng)θ＝45°時(shí)，用于角度檢測(cè)的輸出從tanθ切換為cotθ。具體言之，將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)從X分量切換為Y分量。其后，在角度增加到135°時(shí)，用于角度檢測(cè)的輸出也從cotθ切換為tanθ。
然而，此處應(yīng)該注意的是符號(hào)的處理。如果不改變符號(hào)將X分量從cotθ切換為應(yīng)該調(diào)節(jié)成的信號(hào)，會(huì)成為其分量從-Vref到+Vref的巨大變化的起因而產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)。除此之外，狀態(tài)到達(dá)穩(wěn)定需要時(shí)間(即需要長(zhǎng)期的穩(wěn)定時(shí)間)。為了避免這一問(wèn)題，在本實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)該進(jìn)行調(diào)節(jié)的信號(hào)的符號(hào)進(jìn)行切換。由此，可以在使不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移狀態(tài)達(dá)到最小限度的同時(shí)使穩(wěn)定的角度檢測(cè)成為可能。同樣的符號(hào)切換處理，在315°的點(diǎn)也可以進(jìn)行。
這樣，在利用某一判定條件的同時(shí)對(duì)tan及cot符號(hào)進(jìn)行切換，從而擴(kuò)展角度檢測(cè)范圍就是本實(shí)施方式。針對(duì)tan、cot的切換，例如，判定其絕對(duì)值的大小關(guān)系。另外，關(guān)于上述符號(hào)切換，可以利用基準(zhǔn)電壓(模擬接地AGND)的絕對(duì)值的大小判定。
圖10為示出在電源接通后進(jìn)行角度區(qū)域判定時(shí)，進(jìn)行反饋控制解除用的開關(guān)SW的示圖。本圖所示的電路是用來(lái)求出在接通電源后的角度位置信息的電路。迄今所說(shuō)明的電路結(jié)構(gòu)(圖1～圖9)的特征是，利用PI調(diào)節(jié)器24將一個(gè)輸出分量變成為一定值，并在判定角度區(qū)域的同時(shí)擴(kuò)展角度范圍，但缺點(diǎn)是有時(shí)在接通電源后不能判定其角度區(qū)域。于是，用來(lái)補(bǔ)救這種缺點(diǎn)的是圖10的電路。
在圖10中，本電路及其控制電路設(shè)計(jì)成為在接通電源后的某一一定期間開關(guān)SW成為閉合狀態(tài)。在此場(chǎng)合，PI調(diào)節(jié)器24，成為使單純的AGND(模擬接地)成為輸出電壓的電壓跟隨器。因此，霍爾元件由模擬接地電壓AGND進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，針對(duì)角度可得到與sin、cos相對(duì)應(yīng)的輸出。在此狀態(tài)下，進(jìn)行同樣的角度區(qū)域判定(絕對(duì)值比較、符號(hào)判定)，判定電源接通后的位置，決定基于該位置信息的符號(hào)，決定模式(tan、cot)，裝載到觸發(fā)器等二進(jìn)制存儲(chǔ)裝置中。其后，打開開關(guān)SW，在利用該位置信息的同時(shí)，轉(zhuǎn)移到通常的PI調(diào)節(jié)器模式。
圖11為示出在后級(jí)處理電路14(參照?qǐng)D1)中包含的角度運(yùn)算處理電路的一例的框圖。就是說(shuō)，圖11是用來(lái)從利用圖1的電路得到的X分量及Y分量得到的與磁場(chǎng)的角度相應(yīng)的電壓輸出的電路。具體言之，因?yàn)槔脠D1所示的電路得到的角度檢測(cè)結(jié)果表示為tanθ(或cotθ)，圖11的電路實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行用來(lái)得到反正切的運(yùn)算。
圖11示出的電路的動(dòng)作如下。
從圖1所示的電路得到的tan分量信號(hào)，由S/H(采樣/保持)部50采樣和保持，成為比較電路52的輸入信號(hào)。接在其后的AND門54，在比較電路52的輸出信號(hào)為Hi(VDD電源電壓)時(shí)，將時(shí)鐘CLK的值按照原樣輸出，在是Low(GND)時(shí)輸出“0”。所以，在比較電路52的輸出信號(hào)為L(zhǎng)ow時(shí)，計(jì)數(shù)器56的計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK為“0”，計(jì)數(shù)器56停止計(jì)數(shù)。在比較電路52的另一個(gè)輸入端上輸入將計(jì)數(shù)器56的計(jì)數(shù)輸出值輸入到正切邏輯電路58并進(jìn)而經(jīng)D/A變換器60得到的模擬電壓。正切邏輯電路58的作用是輸入計(jì)數(shù)器56的數(shù)字輸出產(chǎn)生與tanθ相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值的電路。這并不特別限定于邏輯電路，也可以是以使用非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM、FRAM、MRAM)的表參照方式進(jìn)行。
計(jì)數(shù)器56、正切邏輯電路58、D/A變換器60的反饋，一直反復(fù)重復(fù)到比較電路52的兩個(gè)輸入的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)，并且在大小關(guān)系一致或反轉(zhuǎn)的時(shí)點(diǎn)，停止對(duì)計(jì)數(shù)器56的時(shí)鐘輸入CLK，計(jì)數(shù)器56停止計(jì)數(shù)。就是說(shuō)，計(jì)數(shù)器56的數(shù)字輸出值表示角度θ，D/A變換器60的輸出表示tanθ。在成為由圖1的電路供給并與由S/H電路50保持的tan值一致的值或最接近的值時(shí)的計(jì)數(shù)器56的數(shù)值輸出值，表示角度θ本身。于是，將此數(shù)字輸出值裝入移位寄存器62，由D/A變換器64變換為模擬值，可以得到與角度θ相對(duì)應(yīng)的模擬電壓。
另外，作為另一實(shí)施方式，也可以不使用D/A變換器64，利用串行接口對(duì)數(shù)字輸出值進(jìn)行輸出。作為串行接口可以舉出的有SPI、微細(xì)線、12C總線等。
但是，在圖9所示的角度判定的性質(zhì)上，只利用這一變換，得到的信息是不充分的。因?yàn)?，例如?2.5°和157.5°是同樣的模擬輸出電壓。為避免這一問(wèn)題，必須根據(jù)角度區(qū)域進(jìn)行失調(diào)電壓的相加。更具體言之，例如，為使在第1象限失調(diào)電壓為0伏，在第3象限失調(diào)電壓為2.5伏，在每個(gè)象限中使失調(diào)電壓變化相加，就可以進(jìn)行完全的角度判定。象限的判定可通過(guò)，例如，將0～360°的角度區(qū)域分割為各45°的8個(gè)區(qū)域，判定X的符號(hào)；X、Y的符號(hào)的“異”(一致、不一致判定)；絕對(duì)值的大小(tan或cot)而單值地決定。
如圖11所示，在將與從D/A變換器64輸出的角度θ相對(duì)應(yīng)的模擬電壓和從失調(diào)指定部66輸出的失調(diào)電壓相加時(shí)，可得到完全的角度。失調(diào)指定部66，例如，由D/A變換器構(gòu)成。另外，在擴(kuò)展D/A變換器64的位數(shù)，將角度區(qū)域判定部72的數(shù)字輸出輸入到D/A變換器64相加時(shí)，D/A變換器64的輸出可得到完全的角度輸出，沒(méi)有失調(diào)指定部66及加法器68也可以。
圖12示出0～45°的角度范圍的正切的輸出曲線。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在將此正切曲線分割為圖12所示的3個(gè)區(qū)域并利用直線近似時(shí)，可以以非常高的精度近似。以直線近似的正切曲線，可用3個(gè)直線方程式描述。此時(shí)，從圖13A到圖13B的變換，不是反正切那樣的非線性函數(shù)變換，可利用從直線到直線的一次變換實(shí)現(xiàn)。
例如，在正切近似直線中，在區(qū)域2的直線方程式為正切＝A·θ+B，角度電壓直線的方程式為C·θ+D時(shí)，在對(duì)正切輸出的斜率A和截距(失調(diào))B進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)，使與C、D配合時(shí)，與進(jìn)行反正切變換是等價(jià)的。
更具體言之，從A到C的斜率變換，是可以通過(guò)使負(fù)反饋放大電路的放大率為可變的而實(shí)現(xiàn)的。這除了也可以借助利用非易失性存儲(chǔ)器的可編程放大電路實(shí)現(xiàn)之外，也可利用外置電阻進(jìn)行修整。另外，與從B到D的截距的配合，可應(yīng)用使用梯形電阻的可變電位器。
另外，在判定正切的直線近似的區(qū)域時(shí)，與比較電路一起使用參照電壓發(fā)生電路是有效的。具體言之，在圖13A中，設(shè)置有產(chǎn)生參照電壓V1、V2的電路，將這些參照電壓與正切輸出進(jìn)行比較。例如，通過(guò)使用2個(gè)比較電路，可以產(chǎn)生以下的代碼。
正切輸出≤V1 Code(0:0)(比較電路1的輸出比較電路2的輸出)V1≤正切輸出≤V2 Code(0:1)正切輸出≥Y2 Code(1:1)利用上述的代碼可對(duì)區(qū)域進(jìn)行單值定義。
對(duì)于角度區(qū)域的擴(kuò)展，可使用圖9所述的方法。在余切的區(qū)域中，同樣將45°的范圍分割為3個(gè)區(qū)域并進(jìn)行一次變換。此時(shí)，由于直線的斜率為負(fù)，使用反轉(zhuǎn)放大電路使直線的斜率反轉(zhuǎn)。關(guān)于截距的配合，可利用可變電位器實(shí)現(xiàn)。對(duì)此直線，如果加上與角度區(qū)域相應(yīng)的失調(diào)電壓，原理上角度范圍可擴(kuò)展到360°。不過(guò)，從縮小電路規(guī)模及修正算法簡(jiǎn)單化的觀點(diǎn)考慮，這一方法，對(duì)于角度范圍小的用途(例如0～90°)更加合適。
圖14為示出在由于反饋控制滯后引起的應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電壓時(shí)的狀態(tài)的說(shuō)明圖。就是說(shuō)，在應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電平(反饋速度追不上)時(shí)，其電壓變動(dòng)的程度，可由正切的增量的變化引起。于是，為了消除這種狀態(tài)下的缺陷，下面參照?qǐng)D15A及圖15B對(duì)另一實(shí)施方式予以說(shuō)明。
圖15A及圖15B為示出用來(lái)回避應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓不是一定電壓的狀態(tài)的另一實(shí)施方式的電路圖。在這兩個(gè)附圖中示出的電路，在對(duì)先前說(shuō)明的圖11的電路進(jìn)行更具體描述的同時(shí)，還增加以下的改進(jìn)。
在圖15A中，從模擬前端輸入|X|或|Y|信號(hào)的絕對(duì)值。切換部1的作用是將輸入到采樣保持電路80的信號(hào)切換為|X|或|Y|。采樣保持電路80的輸出，輸入到比較器82的一個(gè)輸入端。比較器82的輸出信號(hào)，輸入到雙輸入型的AND電路84。AND電路84的另一個(gè)輸入信號(hào)是時(shí)鐘，輸出時(shí)鐘信號(hào)的工作一直進(jìn)行到比較器82的輸出信號(hào)切換為L(zhǎng)OW電平為止。
8位的計(jì)數(shù)器86，對(duì)AND電路84輸出的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。8位的計(jì)數(shù)器86的輸出(8位數(shù)字信號(hào))，輸入到邏輯電路88。邏輯電路88是輸入8位計(jì)數(shù)器86的輸出數(shù)據(jù)并對(duì)該輸入生成附加Tan函數(shù)的權(quán)重的數(shù)字輸出的邏輯電路。就是說(shuō)，在以計(jì)數(shù)器輸出為θ時(shí)，邏輯電路88的輸出為Tanθ。
此數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Tanθ，輸入到梯形電阻式的D/A變換器90，反饋到比較器82的另一輸入端。比較器82，將輸入到采樣保持電路80的|X|或|Y|的絕對(duì)值(正切或余切)和反饋回來(lái)的Tanθ進(jìn)行比較，在其大小關(guān)系反轉(zhuǎn)時(shí)將比較器輸出從HIGH切換為L(zhǎng)OW，使8位計(jì)數(shù)器86時(shí)鐘計(jì)數(shù)停止。
就是說(shuō)，利用最接近輸入到采樣保持電路80的|X|或|Y|信號(hào)的電壓值，使8位計(jì)數(shù)器86的計(jì)數(shù)時(shí)鐘停止。所以，在邏輯電路88中附加正切的權(quán)重之前的數(shù)字值，即角度θ的數(shù)字值本身成為8位計(jì)數(shù)器86的輸出。表示此角度θ的數(shù)字值，利用合適的數(shù)據(jù)裝載信號(hào)轉(zhuǎn)移到閂鎖電路92并輸入到其后級(jí)的D/A變換器94(參照?qǐng)D15B)。
另外，切換部2的作用是將D/A變換器90的參照電壓切換為|X|或|Y|信號(hào)。切換部1，以如下方式進(jìn)行利用切換部2的切換控制信號(hào)的切換。
就是說(shuō)，在模擬前端，將|X|或|Y|中的一個(gè)調(diào)節(jié)為一定電壓，從另一個(gè)得到正切或余切。通過(guò)選擇信號(hào)使在采樣保持電路80中輸入正切或余切信號(hào)，在D/A變換器90的參照電壓上輸入經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的一方的電壓。例如，在|X|或|Y|受到調(diào)節(jié)時(shí)，可從|Y|得到Tanθ，但此時(shí)，在采樣保持電路80中輸入|Y|，而且輸入|X|作為D/A變換器的參照電壓。
下面，對(duì)這樣將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)用作D/A變換器90的參照電壓的場(chǎng)合的效果予以說(shuō)明。在模擬前端，如已經(jīng)在圖1中所說(shuō)明的，是利用PI調(diào)節(jié)器控制離散系統(tǒng)的反饋控制環(huán)，但在磁場(chǎng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間引起的滯后的影響表現(xiàn)顯著。具體言之，如圖14所示，本來(lái)應(yīng)該調(diào)節(jié)為一定值的信號(hào)不能保持為一定電平而發(fā)生電壓下降的現(xiàn)象。此電壓下降的大小，與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，在此狀態(tài)下不可能進(jìn)行高精度的角度檢測(cè)。關(guān)于這一點(diǎn)，下面利用數(shù)式進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
下面，假設(shè)應(yīng)該調(diào)節(jié)的電壓在不能保持為一定而隨時(shí)間變化時(shí)，設(shè)此參照電壓為Vref(t)。此時(shí)，在調(diào)節(jié)|X|信號(hào)時(shí)，下面的關(guān)系式成立Vref(t)＝K·I·B·cosθ|Y|＝K·I·B·sinθ從上述關(guān)系可得到
|Y|＝Vref(t)·Tanθ就是說(shuō)，因?yàn)閺膢Y|得到的Tanθ具有因時(shí)間而變化的增益系數(shù)，在將此值直接變換為角度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生由于隨時(shí)間變化而發(fā)生的角度誤差。為回避這一問(wèn)題，在本實(shí)施方式中，使用Vref(t)作為D/A變換器90的參照電壓。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，從D/A變換器90反饋而輸入到比較器82的模擬信號(hào)Tanθ，由于具有Vref(t)的權(quán)重，在比較器82的大小關(guān)系的反轉(zhuǎn)點(diǎn)，即與角度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值不受Vref(t)的影響。
另外，如上所述，從模擬前端輸入|X|或|Y|的絕對(duì)值信號(hào)，但不是絕對(duì)值的X或Y的信號(hào)也可按照原樣輸入。
這樣，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)而變動(dòng)的電壓作為D/A變換器90的參照電壓，自動(dòng)地使增益系數(shù)相抵消，所以即使是在磁場(chǎng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也可能進(jìn)行高精度的角度檢測(cè)。
圖16A及圖16B示出應(yīng)用本發(fā)明的角度檢測(cè)部的磁芯的一例。在本圖中，在Si基板上，在與信號(hào)處理電路一起形成的霍爾元件上貼附由圓形磁性體材料組成的圓板(磁聚焦板)。其中，圖16A，示出從磁芯的形狀及從磁芯的優(yōu)選磁鐵的形狀。另外，圖16B，示出該時(shí)的磁力線的分布模式。從右方輸入的橫向磁力線，由于磁聚焦板而聚焦，在放大的同時(shí)，變換為垂直方向的磁場(chǎng)。此磁場(chǎng)的方向，S側(cè)的霍爾元件和N側(cè)的霍爾元件的方向相反。在將輸入信號(hào)供給DDA時(shí)，要注意極性逆轉(zhuǎn)。在一個(gè)示例中，利用200微米φ的磁聚焦板可獲得約2倍的放大率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，盡管電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但可以實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)行正確的角度檢測(cè)的角度檢測(cè)裝置及半導(dǎo)體裝置。特別是，即使是在磁場(chǎng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，也可以進(jìn)行在相應(yīng)的裝置中不能預(yù)期獲得的正確的角度檢測(cè)。此外，即使是對(duì)于伴隨周圍溫度上升的磁場(chǎng)的變動(dòng)，根據(jù)本發(fā)明，也可以實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)行正確的角度檢測(cè)的角度檢測(cè)裝置及半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.一種角度檢測(cè)裝置，輸入來(lái)自檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的第1和第2磁傳感器部的輸出信號(hào)，從上述磁分量檢測(cè)與磁場(chǎng)的相對(duì)角度，其特征在于包括控制成使由上述第1磁傳感器部檢測(cè)的第1方向分量的輸出信號(hào)具有一定值的控制單元；以及通過(guò)與利用上述控制單元控制上述第1磁傳感器部時(shí)相同的驅(qū)動(dòng)條件驅(qū)動(dòng)上述第2磁傳感器部，檢測(cè)第2方向分量的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)單元。
2.一種角度檢測(cè)裝置，具有檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的第1和第2磁傳感器部，從上述磁分量檢測(cè)與磁場(chǎng)的相對(duì)角度，其特征在于包括控制成使由上述第1磁傳感器部檢測(cè)的第1方向分量的輸出信號(hào)具有一定值的控制單元；以及通過(guò)與利用上述控制單元控制上述第1磁傳感器部時(shí)相同的驅(qū)動(dòng)條件驅(qū)動(dòng)上述第2磁傳感器部，檢測(cè)第2方向分量的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)單元。
3.如權(quán)利要求1或2所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1磁傳感器部和上述第2磁傳感器部分別具有對(duì)置的一對(duì)磁傳感器，這一對(duì)磁傳感器配置在互相正交的直線上。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1磁傳感器部和上述第2磁傳感器部靠近磁聚焦板的端部配置。
5.如權(quán)利要求1～4中的任何一項(xiàng)中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述控制單元具有用于控制成使上述第1方向分量的輸出信號(hào)具有上述一定值的反饋控制環(huán)。
6.如權(quán)利要求5中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述控制單元具有使上述反饋控制環(huán)切斷的反饋停止單元。
7.如權(quán)利要求5或6所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述反饋控制環(huán)具有運(yùn)算放大器，把上述第1方向分量的輸出信號(hào)或上述第2方向分量的輸出信號(hào)中的任何一個(gè)經(jīng)電阻輸入到該運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端，并且經(jīng)電阻向該運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端輸入基準(zhǔn)輸入電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于輸入到上述運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端的上述第1方向分量的輸出信號(hào)或上述第2方向分量的輸出信號(hào)是根據(jù)從指定輸入部供給的指定決定的。
9.如權(quán)利要求7或8所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于在上述運(yùn)算放大器的輸出端和反轉(zhuǎn)輸入端之間連接有PI調(diào)節(jié)器。
10.如權(quán)利要求6～9中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述反饋停止單元，利用既定的固定電壓驅(qū)動(dòng)上述第1和第2磁傳感器部。
11.如權(quán)利要求7～10中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述反饋停止單元使上述運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器工作。
12.如權(quán)利要求7～11中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1和第2磁傳感器部根據(jù)從上述運(yùn)算放大器的輸出端得到的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求1～12中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1和第2磁傳感器部按照自旋電流法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求6～13中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于還具有在該角度檢測(cè)裝置的電源接通之后，立即由上述反饋停止單元保持使上述反饋控制環(huán)的功能停止的狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)來(lái)自檢測(cè)至少2個(gè)方向的磁分量的上述第1和第2磁傳感器部的檢測(cè)輸出進(jìn)行角度區(qū)域的判定的區(qū)域判定單元。
15.如權(quán)利要求14中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述區(qū)域判定單元，在進(jìn)行角度區(qū)域判定時(shí)，使用從上述第1和第2磁傳感器部得到的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)的絕對(duì)值和符號(hào)的正負(fù)。
16.如權(quán)利要求1～15中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于還具有使根據(jù)來(lái)自上述第1和第2磁傳感器部的輸出分別檢測(cè)的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)的符號(hào)，相應(yīng)于與磁場(chǎng)的相對(duì)角度進(jìn)行反轉(zhuǎn)的符號(hào)反轉(zhuǎn)單元，以及將控制成把具有上述一定值的上述第1方向分量的輸出信號(hào)切換為上述第2方向分量的輸出信號(hào)的分量切換單元，且擴(kuò)展角度的可檢測(cè)范圍。
17.如權(quán)利要求16中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述分量切換單元，在切換為上述第2方向分量的輸出信號(hào)之后再次切換為上述第1方向分量。
18.如權(quán)利要求1～17中的任何一項(xiàng)中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于還具有回應(yīng)由上述第1磁傳感器部檢測(cè)到的上述第1方向分量的輸出信號(hào)或由上述第2磁傳感器部檢測(cè)到的上述第2方向分量的輸出信號(hào)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)鐘的計(jì)數(shù)動(dòng)作的計(jì)數(shù)單元；將上述計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)值變換為預(yù)先確定的變換值的第1變換單元；將上述第1或第2方向分量的輸出信號(hào)的值和上述變換值進(jìn)行比較，在上述變換值達(dá)到上述第1或第2方向分量的輸出信號(hào)的值時(shí)，使上述計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)動(dòng)作停止的計(jì)數(shù)停止單元；以及將上述計(jì)數(shù)值變換為角度信息的第2變換單元。
19.如權(quán)利要求18中所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述計(jì)數(shù)值與檢測(cè)角度θ相對(duì)應(yīng)，上述變換值與tanθ相對(duì)應(yīng)。
20.如權(quán)利要求18或19所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1變換單元具有將檢測(cè)角度θ變換為tanθ的邏輯電路。
21.如權(quán)利要求18～20中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述計(jì)數(shù)停止單元是具有將根據(jù)上述第1磁傳感器部或第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的正切值輸入的第1輸入端、和將與上述第1變換單元的輸出相對(duì)應(yīng)的正切值輸入的第2輸入端的比較器。
22.如權(quán)利要求18～21中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1變換單元的輸出端與上述計(jì)數(shù)停止單元的輸入端經(jīng)D/A變換器相連接。
23.如權(quán)利要求22所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于作為上述D/A變換器的參照電壓，使用在根據(jù)來(lái)自上述第1和第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的上述第1和第2輸出信號(hào)中的、控制成具有上述一定值的方向分量的輸出信號(hào)。
24.如權(quán)利要求18～23中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第2變換單元進(jìn)行用來(lái)得到上述角度信息的規(guī)定的內(nèi)插處理。
25.如權(quán)利要求18～24中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于還具有將根據(jù)上述第1磁傳感器部或上述第2磁傳感器部的輸出檢測(cè)到的上述第1和第2方向分量的輸出信號(hào)進(jìn)行輸入，對(duì)從上述第2變換單元輸出的角度信息進(jìn)行失調(diào)角度值的加法處理的失調(diào)修正單元。
26.如權(quán)利要求1～25中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于還具有將與角度有依賴關(guān)系的信號(hào)分割為相對(duì)于角度線性變化的多個(gè)角度區(qū)域并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行判定的判定單元；且通過(guò)近似直線的斜度的調(diào)節(jié)和利用失調(diào)相加的一次變換進(jìn)行角度的抽取。
27.如權(quán)利要求1～26中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述第1和第2磁傳感器部具有霍爾元件。
28.如權(quán)利要求22所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于上述霍爾元件靠近磁聚焦板的端部配置。
29.一種角度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于將在半導(dǎo)體基板上形成有權(quán)利要求1～28中的任何一項(xiàng)所述的角度檢測(cè)裝置的半導(dǎo)體裝置設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵的附近，檢測(cè)該永久磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
全文摘要
提供一種電路角度檢測(cè)裝置及磁場(chǎng)角度檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可以正確檢測(cè)磁場(chǎng)角度。其中包括霍爾元件(HE)、X/Y切換部(2)、調(diào)制和驅(qū)動(dòng)部(4)、DDA(6)、P－P檢測(cè)部(8)、S/H部(10、12)、后級(jí)處理電路(14)、S/H部(16)、保持分量指定電路(18)、X、Y指定輸入部(20)以及運(yùn)算放大器(22)。根據(jù)該角度檢測(cè)裝置，無(wú)需進(jìn)行任何單獨(dú)的求得sinθ和cosθ并進(jìn)而求得tanθ的計(jì)算處理，就可以由S/H部(10、12)保持的X和Y分量直接獲得tanθ。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1643341SQ0380609
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者角田勝巳, 克里斯蒂安·斯考特 申請(qǐng)人:旭化成電子材料元件株式會(huì)社