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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5698724
(24)【登録日】2015年2月20日
(45)【発行日】2015年4月8日
(54)【発明の名称】低電力磁場センサ
(51)【国際特許分類】
G01D 5/12 20060101AFI20150319BHJP
【ＦＩ】
G01D5/12 C
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2012-256472(P2012-256472)
(22)【出願日】2012年11月22日
(62)【分割の表示】特願2010-513288(P2010-513288)の分割
【原出願日】2008年5月5日
(65)【公開番号】特開2013-40960(P2013-40960A)
(43)【公開日】2013年2月28日
【審査請求日】2012年11月28日
(31)【優先権主張番号】11/767,549
(32)【優先日】2007年6月25日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501105602
【氏名又は名称】アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100075270
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100096013
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100092967
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 修
(74)【代理人】
【識別番号】100107696
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 文俊
(72)【発明者】
【氏名】ドゥーゲ，マイケル・シー
(72)【発明者】
【氏名】ミラノ，ショーン・ディー
(72)【発明者】
【氏名】デヴィッド，ポール
【審査官】
井上 昌宏
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００６／０００６８６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０４−３２０９１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−０９３８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−２２８６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−０１２６３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１５３６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３４０６２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｒ３３／００〜３３／２６
Ｇ０１Ｄ５／００〜５／６２
Ｇ０１Ｂ７／００〜７／３４；１１／００〜１１／３０
Ｇ０１Ｐ１／００〜３／８０
Ｇ０１Ｄ１８／００〜２１／０２
Ｇ０６Ｆ３／０３３〜３／０３９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する第１の磁界信号と第２の磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生する個々のクロックサイクルの第１の時間間隔であるサンプル間隔中にのみ処理するように構成され、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路を含む回路と、前記回路は、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるよう構成され、
前記回路にクロック信号を提供するクロック回路と、を備え、前記サンプル速度は前記クロック信号によって制御され、且つ第１の所定のサンプル速度または第２のより速い所定のサンプル速度のひとつであり、前記クロック回路は前記第１のセンサ出力信号に応答し、最初は前記第１の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を提供し、また、前記第１のセンサ出力信号の状態の変化に応答し、前記第２の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を提供するように構成され、
前記第１の磁界信号あるいは前記第２の磁界信号が第１の閾値レベルより大きいかあるいは第２の閾値レベルより小さい場合、前記磁気物品の回転速度を示す前記第１のセンサ出力信号を生成するための第１のコンパレータ回路および論理回路と、
前記第１の磁界信号が前記第２の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第１の回転方向を示す前記第２のセンサ出力信号を生成し、また、前記第２の磁界信号が前記第１の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第２の回転方向を示す前記第２のセンサ出力信号を生成するための第２のコンパレータ回路および論理回路と、
を備える、磁場センサ。
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生する個々のクロックサイクルの第１の時間間隔であるサンプル間隔中にのみ処理するように構成され、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路を含む回路と、前記回路は、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるよう構成され、
前記回路にクロック信号を提供するクロック回路と、を備え、前記サンプル速度は前記クロック信号によって制御され、且つ第１の所定のサンプル速度または第２のより速い所定のサンプル速度のひとつであり、前記クロック回路は前記第１のセンサ出力信号に応答し、最初は前記第１の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を提供し、また、前記第１のセンサ出力信号の状態の変化に応答し、前記第２の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を提供するように構成され、
前記第１の磁界信号あるいは前記第２の磁界信号が第１の閾値レベルより大きいかあるいは第２の閾値レベルより小さい場合、前記磁気物品の回転速度を示す前記第１のセンサ出力信号を生成するための第１のコンパレータ回路および論理回路と、
前記第１の磁界信号が前記第２の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第１の回転方向を示す前記第２のセンサ出力信号を生成し、また、前記第２の磁界信号が前記第１の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第２の回転方向を示す前記第２のセンサ出力信号を生成するための第２のコンパレータ回路および論理回路と、
を備える、磁場センサ。
【請求項2】
前記クロック回路は、前記第１のセンサ出力信号の状態の変化後の所定の継続期間の発生に応答して前記第１の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を再び提供するように構成されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項3】
前記回路は、前記ユーザ指定サンプル速度を示す入力信号に応答して前記回路に前記磁界信号をユーザ指定サンプル速度で処理させる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項4】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する第１の磁界信号と第２の磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、および前記磁界検知エレメントに対する前記磁気物品の位置を示す第３のセンサ出力信号を生成する位置検出回路を含み、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
を備える磁場センサ。
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、および前記磁界検知エレメントに対する前記磁気物品の位置を示す第３のセンサ出力信号を生成する位置検出回路を含み、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
を備える磁場センサ。
【請求項5】
第１の磁界信号は第１の閾値レベルより小さく、かつ、第２の閾値レベルより大きい場合、そして、第２の磁界信号が前記第１の閾値レベルより小さく、かつ、前記第２の閾値レベルより大きい場合に、前記磁界検知エレメントへの前記磁気物品の近接を示す前記第３のセンサ出力信号を生成するためのコンパレータ回路および論理回路をさらに備えている、請求項４に記載のセンサ。
【請求項6】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する第１の磁界信号と第２の磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
前記第１の磁界信号が第１の閾値レベルを超えるか、あるいは第２の閾値レベル未満に低下した場合、また、前記第２の磁界信号が前記第１の閾値レベルを超えるか、あるいは前記第２の閾値レベル未満に低下した場合、常に前記第１のセンサ出力信号を遷移させるためのコンパレータ回路および論理回路と、
を備える磁場センサ。
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
前記第１の磁界信号が第１の閾値レベルを超えるか、あるいは第２の閾値レベル未満に低下した場合、また、前記第２の磁界信号が前記第１の閾値レベルを超えるか、あるいは前記第２の閾値レベル未満に低下した場合、常に前記第１のセンサ出力信号を遷移させるためのコンパレータ回路および論理回路と、
を備える磁場センサ。
【請求項7】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する第１の磁界信号と第２の磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
前記第１の磁界信号が前記第２の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第１の回転方向を示すための前記第２のセンサ出力信号を生成し、また、前記第２の磁界信号が前記第１の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第２の回転方向を示すための前記第２のセンサ出力信号を生成するためのコンパレータ回路および論理回路と、
を備える磁場センサ。
前記磁界信号のそれぞれをサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号を生成する速度検出回路および前記磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成する方向検出回路、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、
前記第１の磁界信号が前記第２の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第１の回転方向を示すための前記第２のセンサ出力信号を生成し、また、前記第２の磁界信号が前記第１の磁界信号より進んでいる場合、前記磁気物品の第２の回転方向を示すための前記第２のセンサ出力信号を生成するためのコンパレータ回路および論理回路と、
を備える磁場センサ。
【請求項8】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号をサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記検知された磁界を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応する、
磁場センサ。
前記磁界信号をサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記検知された磁界を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応する、
磁場センサ。
【請求項9】
前記回路は、前記磁界信号に応答して前記磁界信号と第１の閾値レベルおよび第２の閾値レベルとを比較し、前記磁界信号が前記第１の閾値レベルより小さく、かつ、前記第２の閾値レベルより大きい場合に、第１の信号レベルの前記センサ出力信号を提供するためのコンパレータ回路を備えている、請求項８に記載のセンサ。
【請求項10】
前記センサ出力信号を受け取る入力を有し、前記コンパレータ回路にクロック信号を提供するクロック回路をさらに備え、最初は前記クロック信号が前記第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記クロック信号が前記センサ出力信号の状態の変化に応答して前記第２の所定のサンプル速度に対応する、請求項９に記載のセンサ。
【請求項11】
前記クロック回路は、前記センサ出力信号の状態の変化後に所定の継続時間の発生に応答して前記第１の所定のサンプル速度に対応する前記クロック信号を再び提供する、請求項１０に記載のセンサ。
【請求項12】
外部クロック信号に応答するクロック回路をさらに備え、前記外部クロック信号は、前記回路に前記外部クロック信号に関連するサンプル速度で前記磁界信号をサンプルさせる、請求項８に記載のセンサ。
【請求項13】
それぞれが磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する２つの離隔した磁界検知エレメントがその上に設けられた半導体基板と、
前記磁界信号をユーザ指定サンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記特性は、前記磁気物品の回転速度または前記磁気物品の回転方向のうちの少なくとも１つであり、前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応する、
磁場センサ。
前記磁界信号をユーザ指定サンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理し、かつ、前記磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記特性は、前記磁気物品の回転速度または前記磁気物品の回転方向のうちの少なくとも１つであり、前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応する、
磁場センサ。
【請求項14】
磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する磁界検知エレメントと、
前記磁界信号およびサンプル速度を有するクロック信号に応答し、前記磁界信号をサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理して前記磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応し、
ユーザによって提供される少なくとも１つの入力信号に応答し、一定のサンプル速度を有する前記クロック信号を生成するように構成されたクロック回路とを備え、
前記サンプル速度は、（ａ）最初は第１の所定のサンプル速度で、前記センサ出力信号の状態の変化後に所定の時間間隔の間は第２の所定のサンプル速度、（ｂ）ユーザによって画定されるサンプル速度、または（ｃ）所定の固定サンプル速度の中から選択される、
磁場センサ。
前記磁界信号およびサンプル速度を有するクロック信号に応答し、前記磁界信号をサンプル速度で発生するサンプル間隔中にのみ処理して前記磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成し、前記サンプル速度で生じるスリープ間隔中に電源を切ることにより不動作にされるように構成された回路と、を備え、
前記サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、前記サンプル速度が、前記センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応し、
ユーザによって提供される少なくとも１つの入力信号に応答し、一定のサンプル速度を有する前記クロック信号を生成するように構成されたクロック回路とを備え、
前記サンプル速度は、（ａ）最初は第１の所定のサンプル速度で、前記センサ出力信号の状態の変化後に所定の時間間隔の間は第２の所定のサンプル速度、（ｂ）ユーザによって画定されるサンプル速度、または（ｃ）所定の固定サンプル速度の中から選択される、
磁場センサ。
【請求項15】
前記特性は、前記磁界検知エレメントに対する前記磁気物品の近接、前記磁気物品の回転速度または前記磁気物品の回転方向のうちの少なくとも１つである、請求項１４に記載の磁場センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）適用外
（連邦主唱研究に関する供述書）
適用外
本発明は、一般に、磁場センサを使用して速度、位置および／または方向を検知するための装置および方法に関し、より詳細には、低電力アプリケーションに使用するためのこのような装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
低電力アプリケーションにおける磁界を検知するための磁場センサについては知られている。このようなデバイスの１つは、本発明の譲受人である、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ在所のＡｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社がＡ３２１１の部品番号で販売している。このデバイスは、磁極には感応しない方法で（つまりホール効果素子に対する磁気物品の配向に無関係に）所定の強度の磁界の存在を検知するためのホール効果素子を備えている。このデバイスは低電力特徴を備えており、デバイスの一部が起動状態になるのは、個々のクロックサイクルの間の短時間の「アウェーク」時間間隔の間のみである。適切な低電力アプリケーションには、セルラ電話および携帯電話、ページャ、パームトップコンピュータまたはハンドヘルドコンピュータ、パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、等々などの電池で動作するハンドヘルド機器がある。
【0003】
また、回転輪形磁石などの回転磁気物品の回転方向および回転速度を検知するための磁場センサについても知られている。このようなデバイスの１つは、本発明の譲受人である、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ在所のＡｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社が３４２２の部品番号で販売している。詳細には、このデバイスは、同じシリコン基板上に２つのホール効果素子を備えており、また、磁石の回転速度を示す速度出力信号および磁石の回転方向を示す方向出力信号を提供するための処理回路を備えている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明によれば、磁場センサは、半導体基板であって、間隔を隔てて配置された、それぞれ磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する２つの磁界検知エレメントがその上に形成された半導体基板と、これらの２つの磁界信号を一定のサンプル速度でサンプルし、かつ、磁気物品の回転速度を示す第１のセンサ出力信号および磁気物品の回転方向を示す第２のセンサ出力信号を生成するように構成された回路とを備えている。
【0005】
この構造によれば、２つの磁界信号チャネルのサンプリングが同期し（また、好ましいことには同じクロック信号によって制御される）、したがってこれらの２つのチャネルのサンプリング時間の差によるセンサ方向出力信号のあらゆる不正確性が除去される。また、磁場センサは、サンプル速度を制御する外部クロック信号の提供をユーザが選択することができるユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を備えることも可能である。さらに、磁界信号が第１の所定のサンプル速度でサンプルされ、また、センサ速度出力信号の変化の検出に引き続く所定の間隔の間、第２のより速い所定のサンプル速度でサンプルされる二重サンプル速度機構を提供することも可能である。磁場センサは、さらに、磁界検知エレメントに対する磁気物品の位置を示す第３のセンサ出力信号を生成するように構成することも可能である。
【0006】
また、磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する磁界検知エレメントと、一定のサンプル速度で磁界信号をサンプルし、かつ、検知された磁界を示すセンサ出力信号を生成するように構成された回路とを備えた磁場センサが記述される。本発明の他の態様によれば、サンプル速度は、最初は第１の所定のサンプル速度に対応し、また、サンプル速度は、センサ出力信号の状態の変化に応答して第２のより速い所定のサンプル速度に対応する。
【0007】
この二重サンプル速度機構によれば、センサは、センサ出力信号が磁界信号のこのような周期的な処理による悪影響を受けない動作時間の間、低電力消費モードで有利に動作する（磁界信号が処理またはサンプルされるのは、個々のクロックサイクルの一部分の間のみである）。出力信号の変化が検出されると、所定の間隔の間、センサ出力信号の精度を高くするためにサンプル速度が高速化される。
【0008】
本発明の他の態様によれば、磁場センサは、磁界信号を提供する磁界検知エレメントと、ユーザが指定するサンプル速度で磁界信号をサンプルし、かつ、磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成するように構成された回路とを備えている。このユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構によれば、有利には、所望のサンプル速度の点でユーザに柔軟性が提供される。実際、この機構により、ユーザは、磁界信号の連続処理（つまり連続サンプル）を選択することができる。
【0009】
他の磁場センサ実施形態は、磁気物品と結合した被検知磁界に比例する磁界信号を提供する磁界検知エレメントと、磁界信号に応答し、磁気物品の特性を示すセンサ出力信号を生成するように構成された回路と、クロック回路とを備えている。クロック回路は、ユーザによって提供される少なくとも１つの入力信号に応答し、該入力信号によって決定されるサンプル速度を有するクロック信号を生成するように構成されている。サンプル速度は、（ａ）最初は第１の所定のサンプル速度で、センサ出力信号の状態の変化に引き続く所定の時間間隔の間は第２の所定のサンプル速度、（ｂ）ユーザによって画定されるサンプル速度、または（ｃ）所定の固定サンプル速度の中から選択される。この構造によれば、上で言及した二重サンプル速度機構とユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構の両方の利点が提供される。
【0010】
本発明の上記の特徴ならびに本発明自体については、図面についての以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の態様によるユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構および／または二重サンプル速度機構を備えた磁場センサを示す図である。
【図3】位置、速度および方向検知を備え、かつ、ユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構および二重サンプル速度機構の両方を備えた代替磁場センサ実施形態の簡易略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１を参照すると、低電力磁場センサ１０は、本発明の態様による二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を備えている。センサ１０は、磁気物品１４の近傍に配置されており、所定の強度の磁界の存在を示すセンサ出力信号１８を提供している。したがってこのセンサは、近接検出器または磁界スイッチとして特性化することができる。
【0013】
「低電力」であるということは、センサ１０が、電池式デバイスなどの電力が制限されているアプリケーションに使用するために適していることを意味している。このタイプの実例アプリケーションには、セルラ電話および携帯電話、ページャ、パームトップコンピュータまたはハンドヘルドコンピュータ、パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、等々などのハンドヘルド機器がある。
【0014】
磁気物品１４およびセンサ１０は、互いに対して移動させることができる。磁気物品１４を静止型にしてセンサを移動可能にすることができ、また、センサを静止型にして磁気物品を移動可能にすることも可能であり、あるいは磁気物品およびセンサの両方を移動可能にすることも可能である。たとえば、所定の強度の磁界が検出されるかどうかに基づいてカバーが開いているのか、あるいは閉じているのかの指示をセンサ出力信号１８が提供するよう、センサ１０をセルラ電話の中に使用し、磁石１４を「フリップ電話」構造のカバーの中に配置し、また、センサ１０をベース部分に配置することができる。
【0015】
センサ１０は、半導体基板を備えた集積回路（ＩＣ）の形態で提供されており、半導体基板の上には様々な回路エレメントが形成されている。しかしながら、集積回路センサ１０のこの特定の境界は、個々のアプリケーションに適合させるために変更することが可能であり、したがってＩＣの中に含まれているかの如くに示され、かつ／または説明されているエレメントは、別法としてＩＣの外部に提供することも可能であり、また、場合によってはＩＣの外部に存在するものとして示され、かつ／または説明されているエレメントを別法としてＩＣの中に提供することも可能であることは当業者には理解されよう。
【0016】
センサ１０は、検知される磁界に比例する信号レベルを有する磁界信号２２を提供する、磁界−電圧変換器とも呼ばれている磁界検知エレメント２０を備えている。実例実施形態では、磁界検知エレメントはホール効果素子である。しかしながら、磁界検知エレメントは、それらに限定されないが、ホール効果素子、垂直ホール効果素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子およびトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子を始めとする当分野で知られている様々な形成を取ることができることは理解されよう。また、磁界検知エレメント２０は、単一の磁気応答エレメントを備えることができ、あるいは別法として様々な構成で配置された複数のエレメントを備えることも可能である。
【0017】
磁界検知エレメント２０は、検知された磁界を処理して磁界信号２２を生成するための従来の様々な回路を含むことができる磁界信号処理回路２４の中に示されている。通常、回路２４には、磁界検知エレメントの出力信号を増幅するための少なくとも増幅器２６が含まれている。回路２４は、チョッパ安定化を実施することができ、それにより供給電圧が変調スイッチ回路によってホール効果素子のコンタクトに交互に接続され、次に、しばしば半導体ホール効果素子と結合しているオフセット電圧のない磁界信号を提供するために、増幅器によって変調信号が復調される。さらに、あるいは別法として、回路２４は、磁界信号をセンサの電源範囲の中心に位置させるオフセット調整機構、および／または磁界信号の利得がクリッピングを伴うことなく電源範囲内のピーク−ピーク信号が最大化されるように調整される利得調整機構を実施することも可能である。
【0018】
センサ１０は、さらに、磁界信号２２を処理してセンサ出力信号１８を生成するためのコンパレータ回路３０を備えている。コンパレータ回路３０は、磁界信号２２と第１の閾値レベルすなわち動作点ＢＯＰとを比較するための第１のコンパレータ３２、および磁界信号２２と第２の閾値レベルすなわち解放点ＢＲＰとを比較するための第２のコンパレータ３４を備えている。詳細には、コンパレータ３２の出力信号は、磁界信号２２がＢＯＰ閾値レベルより大きい場合は論理ハイレベルにあり、また、磁界信号がＢＯＰ閾値レベル未満になると論理ローレベルに変化する。コンパレータ３４の出力信号は、磁界信号２２がＢＲＰ閾値レベルより小さい場合は論理ハイレベルにあり、また、磁界信号がＢＲＰ閾値レベルを超えると論理ローレベルに変化する。たとえば磁界信号がＢＯＰ閾値レベルを超えると、コンパレータ３２の出力がローになる前に磁界信号が必ずＢＯＰ閾値レベルより若干低い電圧未満になるよう、コンパレータ３２、３４（および本明細書において説明されている他のコンパレータ）にはヒステリシスがあることが好ましい。同様に、磁界信号がＢＲＰ閾値レベル未満になると、磁界信号は、コンパレータ３４の出力がローになる前に必ずＢＲＰ閾値レベルより若干高い電圧を超えなければならない。
【0019】
コンパレータ３２および３４の出力信号は、図に示されているように、比較出力信号３８をその出力に提供するＯＲゲート３６の入力に結合されている。比較出力信号３８は、磁界信号２２が第１のＢＯＰ閾値レベルより大きいか、あるいは第２のＢＲＰ閾値レベルより小さい場合、第１の信号レベル（つまりここでは論理ハイレベル）にある。この構造の場合、センサ１０からの磁気物品１４の距離が所定の距離内である場合、信号は、磁石１４の北極または南極がセンサに近いかどうかには無関係に（つまりセンサに対する磁気物品の配向には無関係に）同じ信号レベルを維持するため、この比較出力信号３８は、磁極非感応性または磁極独立型として特性化することができる。
【0020】
ラッチ４４は、比較出力信号３８に応答し、以下で説明する方法で比較出力信号の状態をラッチする。ここでは、以下で説明するように、高速度アプリケーションにおける低電力動作を可能にしているのはラッチ４４である、とだけ言っておくことにする。
【0021】
低平均電力動作を達成するために、個々のクロックサイクルつまり周期の間の第１の時間間隔の間、センサ１０を起動状態（つまり「アウェーク」）にすることができ、また、個々の周期の間の第２の時間間隔の間、非起動状態（つまり「アスリープ」）にすることができる。この動作は、本明細書においては低電力動作モードと呼ばれている動作モードの間に生じる。より詳細には、第１の時間間隔の間（つまり「アウェーク間隔」の間）、センサ１０の特定の部分に電力が印加され、また、第２の時間間隔の間（つまり「スリープ間隔」の間）、この部分から電力が開放される。アウェーク間隔の間の磁界信号２２の処理は、本明細書においては磁界信号の「サンプリング」と呼ばれており、したがってアウェーク時間間隔は、「サンプル間隔」と呼ぶことも可能である。
【0022】
イネーブル回路５０、５２は、図に示されているように、電源すなわちＶｃｃバス５４と処理回路２４の間、および電源バス５４とコンパレータ回路３０の間に結合されている。クロック回路６０は、イネーブル回路５０、５２にクロックすなわちイネーブル信号６２を提供しており、イネーブル回路は、このクロック信号の制御の下に、電源バス５４を処理回路２４およびコンパレータ回路３０に接続し、また、これらの回路から電源バス５４を開放している。一実施形態では、イネーブル回路５０、５２は、単純なスイッチ構造によって提供されており、クロック信号６２が第１の信号レベル（たとえば論理ハイレベル）になると、個々のイネーブル回路５０、５２のスイッチが閉じて対応する回路２４、３０にＶｃｃが接続され、また、クロック信号６２が第２の信号レベル（たとえば論理ローレベル）になると、スイッチが開いて対応する回路２４からＶｃｃが開放される。
【0023】
本発明の二重サンプル速度機構によれば、クロック信号６２は、最初は第１の所定のサンプル速度を有しており（つまり第１の所定の速度でサンプル間隔が生じる）、その後は、比較出力信号３８の状態変化の検出に応答して、第２のより速い所定のサンプル速度を有している（つまり第２のより速い所定の速度でサンプル間隔が生じる）。そのために、比較出力信号３８は、状態変化を検出するためにクロック回路６０に結合されている。二重サンプル速度機構を実施していない実施形態の場合は提供する必要がないため、クロック回路６０への信号３８の接続は任意選択である。
【0024】
クロック信号６２を変更することにより、異なる方法で２つのサンプル速度を達成することができる。一実施形態では、クロック信号６２は、アウェークすなわちサンプル間隔に対応する少なくとも所定の最小継続期間のクロックパルスを有しており、また、比較出力信号の状態の変化の検出に応答してスリープ間隔の継続期間（したがって同じくクロック信号周期およびサンプル速度、つまりサンプル間隔が生じる速度）が変化する。通常、所定の最小アウェーク継続期間は、検知エレメント／プロセスによる適切な信号のターンオン、安定化および決定を可能にするのに必要な時間の最小周期に基づいて選択される。しかしながら、さらに、あるいは別法として、比較出力信号の状態の変化の検出に応答してアウェーク間隔を変更することも可能であることは当業者には理解されよう。第１のサンプル速度と第２のサンプル速度とを区別する重要なパラメータ変化は、単純に、サンプルされる磁界信号が多くなればなるほど、同じ継続期間のアウェーク間隔のより頻繁な発生によってこれが達成されるかどうかに無関係に、アウェーク間隔またはそのいくつかの組合せがより長くなることである。
【0025】
ユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構によれば、ユーザによって提供される外部クロック信号に基づいてスリープ間隔および／またはアウェーク間隔の継続期間を変更することができる。実際、以下で説明するように、この機構によれば、ユーザは、磁界信号の連続的なサンプルを選択し、それによりスリープ間隔が全く存在しない状態で動作させることさえ可能である。より詳細には、センサＩＣ１０への入力、ここでは選択入力７０およびクロック入力７２のラベルが振られている入力は、図に示されているようにクロック回路６０に結合されている。選択入力およびクロック入力７０、７２は、ユーザによって提供される選択信号およびクロック信号４２、４６をそれぞれ受け取り、以下で説明するように、このような特徴を備えた実施形態におけるユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を実施するように適合されている。入力７０、７２および選択信号ならびにクロック信号４２、４６の各々は、ユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を実施しない実施形態の場合はそれらを提供する必要はないため、任意選択である。
【0026】
ラッチ４４は出力ドライバ回路４８に結合されている。この出力ドライバ回路４８は、ここでは、図に示されているようにトーテムポール・プッシュプル出力構成であり、磁気物品１４がセンサ１０から所定の距離内に位置している場合は第１の信号レベルでセンサ出力信号１８を提供し、また、磁気物品がセンサから所定の距離内に位置していない場合は第２の信号レベルでセンサ出力信号１８を提供している。ラッチ４４は、個々のアウェーク間隔の終わりに対応する個々のクロック信号パルスの立下り縁で比較出力信号３８の状態をラッチするように動作することが好ましい。実例実施形態では、ラッチ４４に結合されている、正縁トリガラッチであるインバータ６６によってクロック信号６２の反転バージョン６４が提供されている。有利には、個々のアウェーク間隔の終了時に信号３８をラッチすることにより、信号３８がラッチされる前に、センサが完全に「ウェークアップ」し、したがって完全性が高く、かつ、精度の高い出力信号を提供するための十分な時間が許容される。センサ出力信号１８（および本明細書において説明されている他のセンサ出力信号）は、異なる電流レベルおよび／または異なる電圧レベルを提供することによってその磁界情報を伝えることができることは当業者には理解されよう。ラッチ４４は、デバイスが次にウェークアップするまでのスリープ時間間隔の間、比較出力信号３８の状態を「記憶」し、したがって同じくセンサ出力信号１８の状態を「記憶」しているため、コンパレータ３２、３４のヒステリシスバンド内における位置を記憶している。そのために、図に示されているように、ラッチ４４からコンパレータ回路３０へフィードバック信号４０が結合されている。
【0027】
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、クロック回路６０の実施形態６０ａ、６０ｂ、６０ｃをそれぞれ示したもので、センサ１０が二重サンプル速度機構および／またはユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を備えているかどうかに応じてそれぞれ異なっている。詳細には、図１Ａには、二重サンプル速度機構のみを備えたセンサに使用するための実例クロック回路６０ａが示されており、図１Ｂには、ユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構のみを備えたセンサに使用するための実例クロック回路６０ｂが示されている。また、図１Ｃには、二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構の両方を備えたセンサに使用するための実例クロック回路６０ｃが示されている。
【0028】
図１Ａを参照すると、二重サンプル速度機構のみを備えたセンサに使用するためのクロック回路実施形態６０ａが示されている。クロック回路６０ａは、比較出力信号３８に応答し、イネーブル回路５０、５２（図１）に結合するためのクロック信号６２を生成する。より詳細には、エッジストリップ回路７８が比較出力信号３８に応答し、比較出力信号の個々の変化（すなわち個々の立上り縁および個々の立下り縁）でパルス信号を生成する。エッジストリップ回路７８の出力は、スイッチ８２を制御するための制御信号７６を提供するワンショット７４に結合されている。したがって制御信号７６は、ワンショット７４によって設定される所定の継続期間の間、比較出力信号３８の個々のエッジで表明される（たとえば論理ハイレベルになる）。ワンショット間隔は、クロック信号６２が比較出力信号３８の変化に引き続いて第２の所定のサンプル速度を維持する所定の継続期間に対応している。通常、この所定の継続期間は、そのセンサのための意図するアプリケーションに基づいて選択される。たとえば、サムホイール・アプリケーションまたはスクロール・ホイール・アプリケーションの場合、ユーザが一回につき２秒超にわたってスクロールすることは考えにくい。したがってこのアプリケーションの場合、ワンショット７４によって２秒程度の間隔にわたって制御信号７６が表明される。
【0029】
動作中、センサ１０に電力が印加されると、スイッチ８２は、実線で示されている位置に位置し、低速スリープタイマ８６をアウェークタイマ８４に結合する。このアウェークタイマ８４の出力がクロック信号６２を提供している。制御信号７６が表明されると（たとえば論理ハイレベルになると）、スイッチ８２が点線で示されている位置にトグルし、高速スリープタイマ８０をアウェークタイマ８４に結合する。
【0030】
アウェークタイマ８４は、アウェーク、つまりクロック信号６２のサンプル間隔を設定する。上で言及したように、アウェーク間隔は、少なくとも所定の最小継続期間を有している。高速スリープタイマ８０および低速スリープタイマ８６は、クロック信号６２のスリープ間隔を設定し、それに応じてタイマ８０、８６がスイッチ８２を介してアウェークタイマ８４に結合される。一実例実施形態では、アウェーク間隔は５０μｓ程度であり、低速スリープタイマ８６は、２５０ｍｓ程度のスリープ間隔を確立し、また、高速スリープタイマは、５０μｓ程度のスリープ間隔を確立している。したがってこの実施例では、低速スリープタイマ８６がアウェークタイマ８４に結合された場合に磁界信号２２がサンプルされる第１の所定のサンプル速度は４Ｈｚ程度であり、また、比較出力信号３８の変化に引き続いて磁界信号２２がサンプルされる第２の所定のサンプル速度は１０ＫＨｚ程度である。
【0031】
上で説明したクロック信号６２を提供するための高速スリープタイマ８０、低速スリープタイマ８６およびアウェークタイマ８４を実施するための様々な回路スキームが可能であることは理解されよう。一実施形態では、タイマ８０、８４および８６は、センサ１０のマスタクロックによって制御される１８ビットカウンタを使用して実施されている。この構造によれば、スイッチ８２は、異なるタップによって、制御信号７６によって選択されるカウンタ出力部分に実施される。有利には、この構造は、何倍ものチップクロック周波数でのクロック信号６２の提供を容易にしている。
【0032】
図１Ａのクロック回路６０ａを備えた図１のセンサ１０の動作について、同じく図２を参照して、実例波形を参照して説明する。クロック信号６２は、最初（つまり電力が供給された後の、かつ、比較出力信号３８の変化が検出される前）は第１の所定のサンプル速度に対応しており、その後（時間ｔ１が経過した後）は、第２のより速い所定のサンプル速度に対応している。また、図２には、センサ出力信号１８および磁界信号２２がそれぞれ第１および第２の閾値レベルＢＯＰおよびＢＲＰとの関係で示されている。
【0033】
図から明らかなように、磁界信号２２は、約１．０秒の時間に第１の閾値レベルＢＯＰを交差している。しかしながら、クロック信号のサンプル速度のため（つまりコンパレータ回路３０は、時間ｔ＝１．０秒ではアウェークではないため）、センサ出力信号１８は、約１．１秒の時間まで変化しない。クロック回路６０ａは出力信号の変化を検出し、それに応答して、１．１秒の時間の直後に開始される第２のより速い所定のサンプル速度に対応するクロック信号６２を提供する。その後、センサがこの第２の所定のサンプル速度で動作すると、出力信号１８の変化が、有利には、磁界信号２２が対応する閾値レベルを交差する時間により近づくことは明らかである。たとえば磁界信号２２は、時間１．４秒で第１の閾値レベルをもう一度交差し、出力信号１８は、１．４５秒で論理ハイレベルに変化する。
【0034】
実例実施形態では、時間ｔ１の前のクロック信号パルス幅（つまりアウェーク時間）は５０μｓであり、また、信号周期は３００ｍｓであり、したがって第１の所定のサンプル速度は４Ｈｚである。時間ｔ１が経過すると、クロック信号パルス幅は依然として５０μｓであり、また、信号周期は１００μｓであり、したがって第２の所定のサンプル速度は１０ＫＨｚである。しかしながら、アウェーク時間、スリープ時間および／またはクロック信号周期は、特定のアプリケーションに適合させるべく容易に変更することができることは当業者には理解されよう。たとえば、タイマ８０、８４および８６を提供するために使用される１８ビットカウンタ上の異なるタップを使用して、異なるアウェーク時間、スリープ時間およびクロック信号周期を選択することができる。
【0035】
クロック信号６２は、約４．３秒の時間に、ワンショット７４（図１Ａ）がタイムアウトした場合と同様、第１の所定のサンプル速度に復帰し、それにより制御信号７６が変化し、スイッチ８２がその最初の実線の位置に復帰する。
【0036】
次に図１Ｂを参照すると、ユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構のみを備えたセンサに使用するためのクロック回路実施形態６０ｂが示されている。クロック回路６０ｂは、クロック信号６２のスリープ間隔を設定するスリープタイマ９０、およびクロック信号６２のアウェーク間隔を設定するアウェークタイマ９２を備えている。ここでは、スリープ間隔およびアウェーク間隔は、所定の固定時間間隔である。
【0037】
センサの対応する選択入力およびクロック入力７０、７２に適切な選択入力信号４２およびクロック入力信号４６を提供することにより、ユーザは、アウェークタイマ９２の出力に提供される内部固定クロック信号を使用するか、あるいはクロック入力７２を介して外部クロック信号４６を提供するかのいずれかを選択することができる。そのために、クロック回路６０ｂは、選択入力７０に結合された第１の反転入力およびアウェークタイマ９２の出力に結合された第２の入力を有するＡＮＤゲート９６を備えている。ＡＮＤゲート９６の出力は、ＯＲゲート９８の第１の入力に結合されており、また、ＯＲゲート９８への第２の入力は、クロック入力７２に結合されている。クロック信号６２は、ＯＲゲート９８の出力に提供されている。
【0038】
動作中、ユーザが外部クロック信号の提供を希望する場合、論理ハイ選択信号４２が選択入力７０に結合され、かつ、外部クロック信号４６がクロック信号入力７２に供給される。この構造によれば、クロック入力７２に印加される外部クロック信号４６によってクロック信号６２が提供される。
【0039】
さらに、上で言及したように、ユーザは、中断されることなく（つまりスリープ間隔が存在することなく）連続的に磁界が処理される連続サンプリングによる動作を選択することができる。この動作は、論理ハイ選択信号４２を選択入力７０に供給かつ、論理ハイクロック信号４６をクロック入力７２に印加することによって達成される。この構造の場合、イネーブル回路５０、５２は、それぞれＶｃｃバス５４を常に処理回路２４およびコンパレータ回路３０に接続するため、磁界信号の周期サンプリングによる低電力の利点は達成されない。したがってユーザ・プログラマブル サンプル速度機構のこの使用は、全電力動作モードと呼ぶことができる。
【0040】
ユーザが内部で生成されたクロック信号の使用を希望する場合、論理ロー選択信号が選択入力７０に提供され、かつ、論理ロー信号４６が同じくクロック入力７２に提供される。この構造によれば、クロック信号６２は、アウェークタイマ９２の出力に提供され、それぞれスリープタイマ９０およびアウェークタイマ９２によって確立される所定の固定スリープ間隔およびアウェーク間隔を有している。
【0041】
同じく図２Ａを参照すると、図１Ｂのクロック回路６０ｂを備えた図１のセンサのユーザ・プログラマブル外部クロック特徴に関連する実例波形が示されている。詳細には、図１Ｂのクロック回路６０ｂのクロック入力７２に供給される実例外部クロック信号４６が示されており、また、クロック回路６０ｂの選択入力７０に供給される選択信号４２が示されている。さらに、クロック回路６０ｂによって提供されるクロック信号６２、センサ出力信号１８および磁界信号２２がそれぞれ第１および第２の閾値レベルＢＯＰおよびＢＲＰとの関係で示されている。
【0042】
これらの実例波形によれば、ユーザは、最初に、センサ１０による内部固定サンプル速度クロック信号を使用した動作を許容し、時間ｔ１で、選択入力７０の選択信号４２を論理ハイレベルにすることにより、クロック入力７２に供給される外部クロック信号４６の使用を選択する。したがって、時間ｔ１に先立って、クロック信号６２がスリープタイマ９０およびアウェークタイマ９２によって所定のサンプル速度で提供される。一実施例では、タイマ９０および９２によって提供される内部サンプル速度は、５０μｓのアウェーク間隔および７００μｓのスリープ間隔に対応している。図に示されているように、時間ｔ１で選択入力信号４２が変化し、外部クロック信号４６によってクロック信号６２が提供される。実例外部クロック信号４６は、５０μｓのアウェーク間隔および５０μｓのスリープ間隔を有している。しかしながら、より一般的には、アウェーク間隔、スリープ間隔および／または外部クロック信号４６の周期は、特定のアプリケーションに適合させるべく変更することができる。外部クロック信号４６がアウェーク間隔およびスリープ間隔の両方を有するアプリケーションの場合、アウェーク間隔は少なくとも所定の最小継続期間を有していなければならない。
【0043】
外部クロック信号４６を提供することができる様々なスキームが企図されている。たとえば、内部コンデンサ（図示せず）を充電するために抵抗器および電流源をクロック入力７２に結合することができ、プログラマブル発振器を入力７２に結合することができ、あるいはマイクロコントローラによって提供される場合のようにパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を入力７２に結合することができる。
【0044】
他の代替として、所定の時間間隔内におけるセンサ出力信号１８の変化の数を検出し、かつ、たとえば出力信号変化の数が所定の数未満である場合に、外部クロック信号４６の印加を選択する回路（図示せず）を提供することも可能であり、それにより出力信号変化が紛失したことを示すことができる。説明のための一例として、磁気物品１４が、４つの磁極対を有し、かつ、１００ｒｐｍで回転する輪形磁石であるアプリケーションの場合、センサ出力信号１８は、少なくとも１ｍｓに一回変化することが期待される。このような期待出力信号変化が検出されない場合、外部クロック信号４６を供給することができる。
【0045】
図から明らかなように、時間ｔ１の以前には、磁界信号２２が閾値レベルＢＯＰ、ＢＲＰのいずれかを交差しても、本来はその都度変化すべき出力信号１８は変化していない。しかしながら、外部クロック信号４６の制御の下で、時間ｔ１が経過すると、必要に応じて出力信号が変化する。
【0046】
図１Ｃを参照すると、図１のセンサ１０に使用するための他の代替クロック回路実施形態６０ｃは、二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構の両方を備えている。この構造の場合、センサ１０は、ユーザによって提供される選択入力信号４２およびクロック入力信号４６の制御の下で、次の３つの異なるモードのうちの１つで動作することができる。（１）図１Ａに関連して上で説明した、磁界信号２２が第１または第２の所定のサンプル速度でサンプルされる二重サンプル速度モード、（２）図１Ｂに関連して上で説明した、磁界信号がユーザ指定速度でサンプルされるユーザ・プログラマブル・サンプル速度モード、または（３）同じく図１Ｂに関連して上で説明した、磁界信号が所定の固定サンプル速度でサンプルされる内部固定サンプル速度モード。
【0047】
クロック回路６０ｃは、比較出力信号３８（図１）に応答し、ワンショット１０８にエッジストリップ信号を提供するエッジストリップ回路１０６を備えている。ワンショット１０８の出力は、比較出力信号が変化する毎にワンショットによって設定される継続期間の間、ハイ論理レベルの信号を提供する。ワンショット１０８の出力およびクロック入力信号４６は、図に示されているようにＡＮＤゲート１１２のそれぞれ対応する入力に結合されている。ＡＮＤゲート１１２の出力は、スイッチ１１８に制御信号１１６を提供している。この二重サンプル速度機構によれば、スイッチ１１８は、低速スリープタイマ１２０をアウェークタイマ１２６に結合する第１の位置（実線で示されている）か、あるいは高速スリープタイマ１２２をアウェークタイマ１２６に結合する第２の位置（点線で示されている）のいずれかに位置している。より詳細には、最初（つまりセンサに電力が供給された後の、かつ、比較出力信号３８が変化する前）は、制御信号１１６によって低速スリープタイマ１２０がアウェークタイマ１２６に結合され、したがって低速スリープタイマ１２０およびアウェークタイマ１２６によって設定される第１の所定のサンプル速度で磁界信号２２がサンプルされる。比較出力信号３８が変化すると、制御信号１１６によってスイッチ１１８は高速スリープタイマ１２２をアウェークタイマ１２６に結合し、したがって高速スリープタイマ１２２およびアウェークタイマ１２６によって設定される第２のより速い所定のサンプル速度で磁界信号がサンプルされる。
【0048】
クロック回路６０ｃは、さらに、ユーザによって提供される選択入力信号４２およびクロック入力信号４６がクロック信号６２を制御することができる追加ゲートを備えている。選択入力７０は、ＡＮＤゲート１３０の入力およびＡＮＤゲート１３２の反転入力に結合されている。ＡＮＤゲート１３０への第２の入力は、図に示されているようにクロック入力信号４６によって提供されている。また、ＡＮＤゲート１３２の第２の入力はアウェークタイマ１２６によって提供されている。ＡＮＤゲート１３０の出力およびＡＮＤゲート１３２の出力は、クロック信号６２をその出力に提供しているＯＲゲート１３６のそれぞれ対応する入力に結合されている。
【0049】
動作中、ユーザが内部固定サンプル速度を使用したセンサ１０の動作を希望すると、選択信号４２およびクロック信号４６が論理ローレベルにされる。この構造によれば、ＡＮＤゲート１１２の出力はローであり、したがって制御信号１１６はスイッチ１１８を実線の位置に維持し、したがって低速スリープタイマ１２０がアウェークタイマ１２６に結合される。また、ＡＮＤゲート１３０の出力もローである。選択入力信号４２も同じくローであるため、アウェークタイマ１２６の出力がハイになるとＡＮＤゲート１３２の出力がハイになり、また、アウェークタイマ１２６の出力がローになるとＡＮＤゲート１３２の出力もローになる（つまりＡＮＤゲート１３２の出力およびＯＲゲート１３６の出力は、アウェークタイマ１２６の出力を追従する）。したがってクロック信号６２は、アウェークタイマ１２６の出力によって、低速スリープタイマ１２０とアウェークタイマ１２６の組合せによって確立される固定サンプル速度で提供される。
【0050】
ユーザが二重サンプル速度モードでのセンサ１０の動作を希望すると、選択入力信号４２が論理ローレベルに設定され、かつ、外部クロック信号４６が論理ハイレベルに設定される。この構造によれば、ＡＮＤゲート１３０の出力はローであり、ＡＮＤゲート１３２の出力はアウェークタイマ１２６の出力を追従する。外部クロック信号４６は、比較出力信号３８の変化に応答してハイであるため、ＡＮＤゲート１１２の出力もハイになり、したがってスイッチ１１６は点線の位置にトグルして高速スリープタイマ１２２をアウェークタイマ１２６に結合する。比較出力信号の変化に引き続く所定の間隔（この間隔はワンショット１０８によって設定される）で、制御信号１１６はその実線位置にトグルし、したがってアウェークタイマ１２６の出力部分の信号は、低速スリープタイマ１２０によって設定されるスリープ間隔を有することになる。この方法によれば、センサ１０は、選択入力信号４２をローにし、かつ、クロック入力信号４６をハイにすることによって二重サンプル速度モードで動作する。
【0051】
最後に、ユーザが、外部クロック信号を所望のサンプル速度で（または全電力動作モードの間、固定ハイ論理レベルで）提供することによってユーザ・プログラマブル・サンプル速度モードでのセンサの動作を希望する場合、選択入力信号４２が論理ハイレベルにされる。この構造によれば、ＡＮＤゲート１３０の出力は外部クロック信号４６を追従し（つまり外部クロック信号４６がハイになるとハイになり、また、外部クロック信号４６がローになるとローになる）、また、ＡＮＤゲート１３２の出力は、選択入力信号４２が論理ハイであるため、ローになる。ＯＲゲート１３６の出力はＡＮＤゲート１３０の出力を追従し、したがって、必要に応じてクロック入力７２に印加される外部クロック信号４６を追従する。
【0052】
図３を参照すると、所定の強度の磁界の存在の検知（つまり磁気物品１５４の近傍の位置または磁気物品１５４の位置の検知）に加えて、磁気物品１５４の回転速度および回転方向を検知するための代替磁場センサ１５０が提供されている。図１のセンサ１０と同様、センサ１５０は、電力が制限されているアプリケーションで動作させることができる低電力センサである。
【0053】
同じく図４を参照すると、このようなアプリケーションの１つは、センサ１５０および磁気物品１５４を備え、該磁気物品がサムホイールまたは単純な回転制御エレメント１５８の一部に結合されているか、あるいはそれらの一部を形成している無線ハンドヘルドデバイス１６０である。サムホイール１５８およびキーパッド１５６などの様々な入力デバイスを駆動して、デバイスの様々な機能を制御することができる。たとえば、サムホイール１５８を一方向に回転させることによって１つの機能を達成することができ、サムホイール１５８を反対方向に回転させる（矢印１５４ａで示されているような回転）ことによって他の機能を達成することができ、かつ／またはサムホイールを押しボタン方式で（矢印１５４ｂで示されている軸に沿って）押し込み、あるいは解放することによってさらに他の機能を達成することができる。いくつかのこのようなデバイス１６０は、電池電力を節約するために、特定の条件（たとえばサムホイール１５８などの複数の入力デバイスのうちの１つまたは複数が所定の継続期間にわたって駆動されない場合など）の下で低電力モードすなわちスリープモードにすることができる。
【0054】
センサ１５０は、所望の機能に作用するための、サムホイール１５８と、デバイスの制御エレメント、たとえばマイクロプロセッサ１６４などとの間のインタフェースを提供している。そのために、センサ１５０は、磁気物品１５４と結合している磁界を検出し、センサ１５０に対するサムホイールの位置を示す第１の位置出力信号１７０、サムホイールの回転速度を示す第２の速度出力信号１７４、およびサムホイールの回転方向を示す第３の方向出力信号１７８を提供している。
【0055】
低電力動作を達成するために、センサ１５０は、上で説明した二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構のうちのいずれか一方または両方を備えている。そのために、センサは、速度信号１８２、センサＩＣ１５０の選択入力１８６に提供される、ユーザによって提供される選択入力信号１８４、およびＩＣのクロック入力１９２に提供される、ユーザによって提供されるクロック入力信号１９０に応答するクロック回路１８０を備えている。センサは、さらに、以下で説明するように、クロック回路によって提供されるクロック信号１８８に応答するイネーブル回路１９４および２０４を備えている。
【0056】
センサ１５０は、半導体基板の上に間隔を隔てて配置された２つの磁界検知エレメント１９６、１９８を備えており、これらの磁界検知エレメントの各々は、検知される磁界に比例する信号レベルを有する磁界信号２００、２０２をそれぞれ提供している。検知エレメント１９６およびその関連回路は、１つのチャネルを提供するものとして参照することができ、また、検知エレメント１９８およびその関連回路は、第２のチャネルを提供するものとして参照することができる。磁界検知エレメント１９６、１９８の各々は、図１の検知エレメント２０と同様、それらに限定されないが、ホール効果素子を始めとする従来の様々な磁界−電圧変換器の形態を取ることができ、また、チョッパ安定化、信号増幅、オフセット調整および／または利得調整などの信号コンディショニング回路を備えた対応する個々の処理回路２０６、２０８の一部を形成することができる。
【0057】
検出回路２１０は、位置信号２１４を提供する位置または押しボタン検出回路２１２、速度信号１８２を提供する速度検出回路２１６、および方向信号２２０を提供する方向検出回路２１８を備えており、速度検出回路および方向検出回路は、以下で説明するように共通コンパレータ回路２２４を共有している。検出回路２１０の出力信号２１４、１８２および２２０の各々は、センサスリープ間隔の間、クロック信号１８８（より詳細には、インバータ２２２によって提供されるクロック信号１８８の反転バージョン２２６）の制御の下で、ラッチ４４（図１）と同じ方法で、対応する個々の出力信号をラッチするように動作する個々のラッチ２３０、２３２、２３４に結合されている。個々のラッチは、たとえば図４のデバイス１６０のプロセッサ１６４に提供することができるセンサ出力信号１７０、１７４、１７８をそれぞれ提供している対応する出力ドライバ２４０、２４２、２４４に結合されている。さらに、ラッチ２３０は、フィードバック信号２３６を介してコンパレータ回路２１２に結合されており、また、ラッチ２３２は、フィードバック信号２３８を介してコンパレータ回路２２４に結合されており、したがって次のサンプル間隔で、センサには、対応する個々のコンパレータのヒステリシスバンドに対する磁界信号の位置が分かる。
【0058】
磁気物品１５４の近接、たとえば図４のサムホイール１５８の位置を検出するために、押しボタン検出回路２１２は、第１および第２の閾値レベルＢＯＰ１、ＢＲＰ１に応答する第１の対のコンパレータ２５０ａ、２５０ｂを備えている。この第１の対のコンパレータ２５０ａ、２５０ｂは、磁界信号２００が第１の閾値レベルＢＯＰ１と第２の閾値レベルＢＲＰ１の間の電圧範囲内である場合にのみＡＮＤゲート２５６の出力がハイになるようにＡＮＤゲート２５６の入力に結合された出力を有している。同様に、第２の対のコンパレータ２５２ａ、２５２ｂは、磁界信号２０２が第１の閾値レベルＢＯＰ１と第２の閾値レベルＢＲＰ１の間の電圧範囲内である場合にのみＡＮＤゲート２５８の出力がハイになるようにＡＮＤゲート２５８の入力に出力信号を提供している。ＡＮＤゲート２５６、２５８の出力は、磁界信号２００および２０２の両方が第１の閾値レベルと第２の閾値レベルの間の電圧範囲内にある場合にのみＡＮＤゲート２６０の出力（つまり位置信号２１４）がハイになるようにＡＮＤゲート２６０の入力に結合されている。別の言い方をすると、位置信号２１４がアクティブハイであることは、所定の強度の磁界が存在していないことを示している。磁界がごくわずかしか存在していない、あるいは磁界が全く存在していないこのような状態は、場合によっては、サムホイール１５８（図４）がハンドヘルドデバイスのハウジングに向かって内側に押し込まれ、このような運動によってサムホイールに結合されている磁気物品１５４が磁気検知エレメント１９６、１９８から遠ざかる方向に移動する構成の場合に対応していることは当業者には理解されよう。実例実施形態では、コンパレータ２５０ａ、２５２ａに結合されている第１の閾値レベルＢＯＰ１は、１０ガウス程度にすることができ、また、コンパレータ２５０ｂ、２５２ｂに結合されている第２の閾値レベルＢＲＰ１は、−１０ガウス程度にすることができる。
【0059】
速度信号１８２を提供している速度検出回路２１６は、コンパレータ回路２２４および排他的ＯＲ（ＸＯＲ）ゲート２７０を備えている。コンパレータ回路２２４は、磁界信号２００が対応する第１の閾値レベルＢＯＰ２より大きいか、あるいは対応する第２の閾値レベルＢＲＰ２より小さい場合に検出するための第１の対のコンパレータ２７２ａ、２７２ｂおよび該コンパレータ２７２ａ、２７２ｂの出力に結合された入力を有するＯＲゲート２７６を備えている。したがってＯＲゲート２７６の出力信号は、磁界信号２００が第１の閾値レベルより大きいか、あるいは第２の閾値レベルより小さい場合にハイになる。コンパレータ回路２２４は、さらに、磁界信号２０２が第１の閾値レベルＢＯＰ２より大きいか、あるいは第２の閾値レベルＢＲＰ２より小さい場合に検出するための第２の対のコンパレータ２７４ａ、２７４ｂおよび該コンパレータ２７４ａ、２７４ｂの出力に結合された入力を有するＯＲゲート２７８を備えている。したがってＯＲゲート２７８の出力信号は、磁界信号２０２が第１の閾値レベルより大きいか、あるいは第２の閾値レベルより小さい場合にハイになる。ＯＲゲート２７６および２７８の出力は、ＸＯＲゲート２７０の入力に結合されており、ＸＯＲゲート２７０の出力に速度信号１８２が提供される。したがって、磁界信号２００が第１の閾値レベルより大きいか、あるいは第２の閾値レベルより小さい場合、もしくは磁界信号２０２が第１の閾値レベルより大きいか、あるいは第２の閾値レベルより小さい場合は、常に速度信号１８２は論理ハイレベルに変化する。この構造によれば、ＸＯＲゲート２７０の出力に提供される速度信号１８２は、磁界信号２００、２０２のいずれかの周波数の２倍の周波数を有している。実例実施形態では、コンパレータ２７２ａ、２７４ａに結合されている第１の閾値レベルＢＯＰ２は、４０ガウス程度にすることができ、また、コンパレータ２７２ｂ、２７４ｂに結合されている第２の閾値レベルＢＲＰ２は、−４０ガウス程度にすることができる。
【0060】
方向信号２２０を提供している方向検出回路２１８は、コンパレータ回路２２４およびＤフリップ−フロップ２８０を備えている。図に示されているように、ＯＲゲート２７６の出力は、フリップ−フロップ２８０のＤ入力に結合されており、また、ＯＲゲート２７８の出力は、フリップ−フロップ２８０のクロック入力に結合されている。磁界信号２００、２０２は、磁界検知エレメント１９６、１９８が間隔を隔てて配置されているため、互いに対して位相がシフトしている。したがって１つの信号の変化（ハイからローまたはローからハイ）を使用して他の信号の状態をクロックすることができる。この結果を使用して、２つの信号の互いに対する位相を決定することができる。図に示されている実施例の場合、信号２７８がハイにクロックすると、信号２７６の状態が方向信号２２０として提供されることになる。たとえば時計方向に回転する例の場合、方向信号２２０はローであり、したがって方向出力信号１７８は０Ｖである。それとは逆に、反時計方向に回転する場合、信号２７８がハイにクロックする際の信号２７６はハイであり、したがって方向信号２２０はハイであり、方向出力信号１７８はＶｄｄである。
【0061】
検出回路２１０は単なる実例にすぎず、この検出回路は、様々な回路エレメントおよび構成を使用して様々な方法で実施することができることは当業者には理解されよう。本発明によれば、センサ１５０は、二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構を備えている。そのために、イネーブル回路１９４は、Ｖｃｃすなわち電源バス１７６と処理回路２０６、２０８の間に結合されており、また、イネーブル回路２０４は、Ｖｃｃバス１７６と検出回路２１０の間に結合されている。図１のイネーブル回路に関連して上で説明したように、イネーブル回路２０６、２０８はクロック信号１８８に応答し、電源バス１７６を対応する回路２０６、２０８および２１０に接続し、また、それらから電源バス１７６を開放している。したがって、クロック信号１８８がアウェーク間隔すなわちサンプル間隔に対応する第１の状態（たとえば論理ハイ状態）にある場合、処理回路２０６、２０８および検出回路２１０に電力が提供され、また、クロック信号がスリープ間隔に対応する第２の状態（たとえば論理ロー状態）にある場合、処理回路２０６および検出回路２１０から電力が開放される。処理回路２０６、２０８および検出回路２１０（両方のチャネルを処理している）は、イネーブル回路のクロック信号制御を介して同時に電力が提供されるため、有利には両方のチャネルが同時にサンプルされる（つまりそれらのサンプリングが同期している）。したがって磁界信号２００および２０２の検出、ならびに結果として得られるＯＲゲート２７６および２７８の出力信号は、デバイスが置かれている環境で生じている事象、つまり磁石１５４の回転方向を正確に反映することができる。この同期サンプリングの利点は、方向出力信号１７８に関して最も顕著であるが、速度出力信号１７４に対しても同じ利点が提供される。
【0062】
クロック回路１８０がクロック信号１８８を生成する特定の方法は、図１Ａ〜１Ｃのクロック回路実施形態６０ａ、６０ｂ、６０ｃのうちの任意の１つに関連して上で説明した方法であってもよい。したがってセンサ１５０は単に二重サンプル速度機構のみを備えることができ、その場合、図１Ａの実施形態６０ａによってクロック回路１８０を提供することができる。また、センサ１５０は単にユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構のみを備えることも可能であり、その場合は図１Ｂの実施形態６０ｂによってクロック回路１８０を提供することができる。あるいはセンサ１５０は、二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構の両方を備えることができ、その場合、図１Ｃの実施形態６０ｃによってクロック回路１８０を提供することができる。
【0063】
次に図５を参照して、図３のセンサ１５０の動作について、位置信号２１４、ＡＮＤゲート２５６の出力信号２６２、ＡＮＤゲート２５８の出力信号２６４、方向信号２２０、速度信号１８２、ＯＲゲート２７６の出力信号２８２、ＯＲゲート１７８の出力信号２８４および磁界信号２００、２０２を、コンパレータ２５０ａ、２５０ｂ、２５２ａおよび２５２ｂに結合されたそれぞれ第１および第２の閾値レベルＢＯＰ１およびＢＲＰ１との関係、およびコンパレータ２７２ａ、２７２ｂ、２７４ａおよび２７４ｂに結合されたそれぞれ第１および第２の閾値レベルＢＯＰ２およびＢＲＰ２との関係で含んだ実例波形を参照して説明する。
【0064】
「Ａ」のラベルが振られた時間では、磁界信号２００、２０２の両方が、磁気物品がセンサ１５０から遠ざかる方向に移動する際に生じることになる（たとえばサムホイールが押し込まれ、このような押込みによって磁気物品１５４がホール効果素子１９６、１９８から遠ざかる方向に移動する際に生じることになる）、ＢＯＰ１およびＢＲＰ１の閾値レベルによって確立される電圧範囲内に存在している。一度この状態が生じると、図に示されているように、ＡＮＤゲート２５６、２５８の出力信号２６２、２６４がそれぞれローになり、それにより位置信号２１４がローに変化する。上で言及したように、位置信号２１４はアクティブローであり、したがって位置信号２１４のローに向かうパルスは、検知された磁界が所定のレベルすなわち強度未満に低下したことを示している。
【0065】
また、図５には、磁気物品１５４の回転方向の変化の発生、たとえば図４のサムホイール１５８の回転方向の変化と一致した変化の発生が示されている。回転方向の変化は、「Ｂ」のラベルが振られた時間で発生している。この状態が生じると、ＯＲゲート２７６の出力信号２８２は、このようなクロック縁の発生によって論理ハイレベルになるため、負縁トリガフリップ−フロップ２８０のクロック入力に結合されているＯＲゲート２７８の出力信号２８４の次の負への立下り縁で方向信号２２０の状態が変化する。次の回転方向の変化は、「Ｃ」のラベルが振られた時間で発生している。ＯＲゲート２７６の出力信号２８２は、このようなクロック縁の発生によって論理ローレベルになるため、この変化によって、ＯＲゲート２７８の出力信号２８４の次の負への立下り縁で方向信号２２０の状態が再び変化する。
【0066】
上で言及したように、センサ１５０のクロック回路１８０は、それぞれ図１Ａ、１Ｂ、１Ｃのクロック回路実施形態６０ａ、６０ｂ、６０ｃのうちの任意のクロック回路実施形態によって提供することができる。しかしながら、クロック回路１８０の場合、二重サンプル速度機構に関連してサンプル速度を第１の所定のサンプル速度から第２の所定のサンプル速度へ変化させるフィードバック信号は、比較信号３８（たとえば図１Ａ）によってではなく、速度信号１８２によって提供される。一例として、図１Ａのクロック回路実施形態６０ａによってクロック回路１８０が提供される場合、クロック信号１８８は、図２の実例クロック信号６２によって示されている信号にすることができ、また、速度信号１８２は、図２の実例信号１８によって示されている信号にすることができる。したがって、図５にはクロック信号は示されていないが、この例の場合、クロック信号１８８は、最初（電力が供給された後の、かつ、速度信号１８２の変化が検出される前）は第１の所定のサンプル速度に対応し、その後は、速度信号１８２の変化（たとえば個々の正に向かう変化）の検出に引き続いてワンショット７４（図１Ａ）によって確立される所定の継続期間の間、第２のより速い所定のサンプル速度に対応することは理解されよう。
【0067】
本明細書において引用されている参考文献は、すべて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態の概念を組み込んだ他の実施形態を使用することが可能であることは、当業者には明らかになったことと思われる。
【0068】
たとえば、本発明による二重サンプル速度機構およびユーザ・プログラマブル・サンプル速度機構は、センサの少なくとも一部が特定の時間間隔にわたって「アスリープ」である低電力サンプリング動作モードの利点を利用することができる低電力アプリケーションのための他のタイプのセンサに使用することができることは当業者には理解されよう。
【0069】
したがってこれらの実施形態を開示した実施形態に限定してはならず、これらの実施形態は特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるものとする。